CN101001729A - 基板的垂直裂纹形成方法及垂直裂纹形成装置 - Google Patents

基板的垂直裂纹形成方法及垂直裂纹形成装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种垂直裂纹形成方法和垂直裂纹形成装置，其可以形成深且直的垂直裂纹，并通过分割能够得到良好的脆性基板的分割面。所述垂直裂纹形成方法是沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使脆性基板被加热到其熔融温度以下，从形成于脆性基板的切口产生沿着形成垂直裂纹的预定线的垂直裂纹，并使垂直裂纹成长，所述垂直裂纹形成方法的特征在于，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。

Description

基板的垂直裂纹形成方法及垂直裂纹形成装置
技术领域
本发明涉及基板的垂直裂纹形成方法及垂直裂纹形成装置，特别涉及如下的脆性基板的垂直裂纹形成方法及垂直裂纹形成装置：沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使得脆性基板加热到其熔融温度以下，从预先形成的切口等形成垂直裂纹。
背景技术
为了分割半导体晶片、玻璃基板、陶瓷基板等脆性基板，使用如下的垂直裂纹形成方法：沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线，使激光束与脆性基板相对移动，并加热脆性基板，对加热后的脆性基板上的部位供给致冷剂。
在这种利用激光束的垂直裂纹形成方法中，根据加热部位周围产生的压缩应力和冷却部位周围产生的拉伸应力之间的应力差，形成垂直裂纹(盲裂纹：blind crack)。
专利文献1中公开了如下的脆性非金属材料的分割方法：对脆性非金属材料照射激光束而形成垂直裂纹时，通过选择冷却条件和与脆性非金属材料的分割速度相关的射束参数，从而在所赋予特性的脆性非金属材料上形成必要深度的盲裂纹。
专利文献1：日本专利第3027768号公报
专利文献2中公开了如下的割断装置和割断方法：使用遮光板，在形成于脆性材料表面的激光束的照射区域内、即射束点内将激光束的一部分遮光，从而形成激光束遮光区域，在激光束照射区域和所述遮光区域的边界附近产生温度梯度所引起的热应力，由此，割断脆性材料。根据该文献，公开了对脆性材料照射能量强度不连续的激光，以将脆性材料割断的内容。
专利文献2：日本特开2001-212683号公报
通过照射激光束而在脆性材料表面上进行激光划线之后，对所形成的裂纹左右施力，使脆性材料分离的断裂(break)工序中，为了能简单地分离脆性材料，并使分离后的脆性材料的分割面的质量高，优选在垂直方向上较深地形成裂纹。
下面对阻碍形成这种良好的垂直裂纹的基板内的热应变进行说明。
图21至图23是为了说明在脆性基板表面上扫描激光束进行照射，并在脆性基板表面形成垂直裂纹时，脆性基板内产生的热应变，而示出脆性基板截面的图。图中，激光束从图中的纸面内侧向纸面外侧连续移动。
如图21所示，通过激光束照射加热的部位100上产生图中虚线箭头所示的压缩应力。接着，如图22所示，若在利用激光束照射所加热的部位100附近，通过供给致冷剂来形成冷却点120，则产生图中实线箭头所示的拉伸应力。
其结果是，根据这些应力差，如图23所示，在拉伸应力的直角方向上形成沿着脆性基板的板厚方向延伸的垂直裂纹130。
但是，即使形成冷却点120，用于形成裂纹的充分应力差局限于脆性基板表面部分，若从冷却点120向脆性基板的厚度方向扩散的热和从被加热的部位100向脆性基板的厚度方向扩散的热之间没有产生用于形成裂纹的充分的应力差、即温度差，则从上述的被加热的部位100向脆性基板内的板厚方向上扩散的余热作为高温压缩应力区150而残留。高温压缩应力区150被定义为脆性基板内的相对热应变。
如图23所示，高温压缩应力区150防碍垂直裂纹130沿脆性基板的板厚方向笔直延伸，所以在生产现场以实际应用的速度对脆性基板表面扫描激光束的情况下，裂纹向板厚方向的行进的界限为板厚的20％～40％左右的深度。
图24是沿着所形成的垂直裂纹分割脆性基板，从沿着分割面的方向拍摄通过分割而露出的脆性基板的分割面的一方的照片。
图24示出了所形成的垂直裂纹在中途弯曲的状况，但弯曲的原因是由上述的高温压缩应力区150所致(为了进行说明，在照片上用虚线追记了高温压缩应力区150)。
如图23和图24所示，残留的高温压缩应力区150对形成深且直的垂直裂纹造成防碍，从而通过分割而形成的脆性基板的分割面的质量下降。具体地说，产生被称为“切削”的现象，所谓“切削”现象是指包括局部情况在内不与脆性基板的表面成直角而倾斜地形成分割面。
所述的专利文献1和专利文献2中，射束点不在其行进方向上中断，而对割断预定线(形成垂直裂纹的预定线)的附近进行连续照射，所以在玻璃板内部残留高温压缩应力区。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种如下的垂直裂纹形成装置和垂直裂纹形成方法：可以形成深且直的垂直裂纹，能够通过分割得到良好的脆性基板的分割面。另外，在本发明中，基板是指由脆性材料形成的单板或由多个基板构成的基板(脆性基板)。
根据本发明，提供一种脆性基板的垂直裂纹形成方法，所述垂直裂纹形成方法是沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使脆性基板被加热到其熔融温度以下，从形成于脆性基板的切口产生沿着形成垂直裂纹的预定线的垂直裂纹，并使垂直裂纹成长，所述垂直裂纹形成方法的特征在于，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
根据本发明，提供一种从母基板分割制造单个脆性基板的方法，所述单个脆性基板的制造方法是沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使脆性基板被加热到其熔融温度以下，从形成于脆性基板的切口产生沿着形成垂直裂纹的预定线的垂直裂纹，并使垂直裂纹成长，所述单个脆性基板的制造方法的特征在于，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
此处，高温部分相当于激光束照射的表面区域的正下方部分，低温部分相当于未被激光束照射的表面区域的正下方部分。高温和低温是指两个部分的相对温度差，例如也包括如下情况：即使在激光束照射的区域，被脆性基板吸收而上升的温度存在较大差异的表面区域的正下方附近相当于低温区域。
激光束照射中可以使用例如多面镜。激光束照射中使用多面镜时，例如采用如下方式：能够沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
(1)断续地移动反射镜，以控制射束的照射位置，从而断续地形成高温部分。
(2)激光束的照射中使用多面镜，通过切换激光振荡器的打开/关闭，形成与激光振荡器的打开对应的高温部分和与激光振荡器的关闭对应的低温部分。
(3)配置用于反射从激光振荡器振荡的激光束、使激光束入射到多面镜镜面的反射镜，通过改变该反射镜的反射角度，从而使从激光振荡器振荡的激光束断续地入射到多面镜的镜面，形成与入射的时间带对应的高温部分和与未入射的时间带对应的低温部分。
(4)配置用于将多面镜反射的激光束反射、沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束的反射镜，通过改变该反射镜的反射角度，从而形成激光束照射的高温部分和未被激光束照射的低温部分。
根据本发明的其它观点，提供一种垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述垂直裂纹形成装置具备：激光束照射单元，其用于照射激光束以将脆性基板加热到熔融温度以下；激光束移动单元，其使激光束照射单元沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线与脆性基板相对移动；致冷剂供给单元，其向利用激光束照射单元加热的部位供给致冷剂；以及控制部，其控制所述各单元，控制部向所述各单元发出指令，以便沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
根据本发明，例如可以使用交错地具有使激光束透过的非遮光部分和将激光束遮光的遮光部分的掩模部件，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分未被激光束照射。
根据本发明，例如可以使用交错地具有对激光束的吸收率高的高吸收部分和使激光束透过的透过部分的高吸收部件，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分对激光束的吸收率高，所述低温部分相比所述高温部分对激光束的吸收率低。
根据本发明，例如可以使用具有将激光束反射的反射部分和使激光束透过的缝隙的反射部分，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受激光束的反射，所述低温部分不接受激光束的反射。
即，本发明者们发现，在沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，以在脆性基板表面形成垂直裂纹时，通过将脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线上的部分脆性基板表面遮光，不形成激光照射区域，从而产生了如下现象。
即，发现了如下现象：若遮光长度(形成垂直裂纹的预定线方向的长度)相对于激光束较大，则垂直裂纹在遮光部分的行进停止，但是若减小所述遮光长度，则在遮光部分也形成垂直裂纹，并且在遮光部分上形成的垂直裂纹的深度较深。
本发明者们关注于上述现象，在上述的遮光部分和非遮光部分的相对比较中，将上述遮光部分定义为低温部分时，通过将该低温部分在垂直裂纹形成方向上的长度适当化，能够抑制在低温部分产生热应变，使高温部分连续形成的垂直裂纹不会在低温部分中断，而形成更深的垂直裂纹，并且，可以将该垂直裂纹引导到激光束照射的下一个高温部分。
在本发明中，由于沿着形成垂直裂纹的预定线而交错形成接受较强的激光束照射的高温部分和接受比所述高温部分弱的激光束照射的低温部分，所以能够抑制沿着形成垂直裂纹的预定线在脆性基板(玻璃基板等)的内部产生高温压缩应力区。形成的垂直裂纹不会使其内部存在高温压缩应力区，或者，即使存在也能够将其抑制为最小限度，所以能够在低温部分和高温部分上以高位置精度形成直且深的连续的垂直裂纹。
在低温部分抑制超过需要的加热，能够在低温部分和高温部分之间形成所需的温度梯度，所以能够高位置精度地形成直且深的垂直裂纹，并且虽然也与用于分割脆性基板的断裂装置的简略化或脆性基板的材质或厚度有关，但根据情况可省略。
低温部分在沿着形成垂直裂纹的预定线的方向上具有预定长度，所述预定长度为不使从高温部分沿着形成垂直裂纹的预定线连续形成的垂直裂纹在低温部分中断的长度。
通过将沿着形成垂直裂纹的预定线的方向上的低温部分的界限长度适当化，能够形成从高温部分经由低温部分向下一高温部分连续的直且深的垂直裂纹。
低温部分是没有激光束照射的非照射部分的正下方区域，所以能够基本上完全抑制在低温部分上产生热应变。因此，能够以较少的热量供给形成向脆性基板的板厚方向较深地延伸的垂直裂纹。
以激光束的至少一部分相互多次重叠的方式照射激光束，低温部分相当于激光束的重叠次数少的部分或激光束未重叠的部分，所以无需另外使用掩模部件等，就能够交错形成高温部分和低温部分，从而实现了结构的简单化。
由于在脆性基板上配置掩模部件，低温部分由利用掩模部件将激光束遮光的部分构成，所以使射束点的形成位置等的控制机构简单化。
由于在脆性基板上配设对激光束的吸收率高于脆性基板的高吸收部件，高温部分相当于激光束经由所述高吸收部件所照射的部分，所以能够以较少的热能供给在高温部分和低温部件之间形成所需的温度梯度。因此，脆性基板内残留的应力减少，由此，能够形成向脆性基板的板厚方向较深地成长的垂直裂纹。
在激光束照射侧的相反侧配设反射部件，所述反射部件将通过了脆性基板的激光束反射，高温部分相当于利用所述反射部件反射激光束的部分，所以无需随着脆性基板的搬送来移动反射部件的作业工序。
附图说明
图1是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图2是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图3是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图4是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图5是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图6是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图7是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图8是说明本发明的垂直裂纹形成装置的实施方式的图。
图9是说明本发明的垂直裂纹形成装置的其它实施方式的图。
图10是说明本发明的垂直裂纹形成装置的其它实施方式的图。
图11是说明本发明的垂直裂纹形成装置的其它实施方式的图。
图12是说明本发明的垂直裂纹形成装置的激光束照射单元的实施方式的图。
图13是拍摄改变掩模的长度并照射激光束所形成的垂直裂纹的照片。
图14是拍摄改变掩模的长度并照射激光束所形成的垂直裂纹的照片。
图15是拍摄改变掩模的长度并照射激光束所形成的垂直裂纹的照片。
图16是拍摄改变掩模的长度并照射激光束所形成的垂直裂纹的照片。
图17是拍摄改变掩模的长度并照射激光束所形成的垂直裂纹的照片。
图18是示出激光束的加热区(射束点)、水喷射(waterjet)的冷却区(冷却点)以及掩模的位置关系的图。
图19是示出垂直裂纹的深度的最大值Dcmax和掩模的长度Wc之间的关系的曲线图。
图20是拍摄到达了脆性基板背面的垂直裂纹的照片。
图21是用于说明通过激光束照射在脆性基板表面形成垂直裂纹时、脆性基板内产生的热应变的脆性基板的截面图。
图22是用于说明通过激光束照射在脆性基板表面形成垂直裂纹时、脆性基板内产生的热应变的脆性基板的截面图。
图23是用于说明通过激光束照射在脆性基板表面形成垂直裂纹时、脆性基板内产生的热应变的脆性基板的截面图。
图24是沿着利用现有方法所形成的垂直裂纹分割脆性基板，从沿着分割面的方向拍摄通过分割暴露的脆性基板的分割面的一方的照片。
标号说明
1垂直裂纹形成装置；
2垂直裂纹形成装置；
3垂直裂纹形成装置；
4垂直裂纹形成装置；
6掩模部件；
7反射部件；
8吸收部件；
9反射部件；
11激光管；
12射束传送部；
13射束形成部；
14致冷剂供给部；
15控制部；
16控制部；
17控制部；
18标记器(marker)；
19控制部；
22高温部分；
23低温部分；
25高温部分；
26低温部分；
30垂直裂纹形成装置的激光束照射单元；
31多面镜(polygon mirror)；
32反射镜；
120冷却点；
130垂直裂纹(crack)；
150高温压缩应力区
具体实施方式
下面，根据附图，详细说明本发明的实施方式。
另外，作为本发明的脆性基板，对于形态、材质、用途和尺寸没有特别限定，可以是由单板构成的基板或将两张以上的单板粘合而成的粘合基板，也可以是使它们的表面或内部附着或包含薄膜或端子部等半导体材料的脆性基板。
作为脆性基板的材质，可以举出玻璃、烧结材料的陶瓷、半导体(例如，单晶材料的硅、蓝宝石等)等，作为脆性基板的用途，可以举出液晶显示面板、等离子显示器面板、有机电致发光显示器面板等平面显示器用面板或陶瓷电容器、半导体芯片等。并且，在为被称为LCOS的投影仪用基板内的反射型基板的情况下，可以使用将石英基板和半导体晶片粘合的一对脆性基板，但这种脆性基板也包括在内。
使用图1至图20，说明本发明的实施方式。
另外，本发明中的垂直裂纹是指沿脆性基板的板厚方向延伸的裂纹，包括肉眼难以看到的盲裂纹、没有达到脆性基板完全分割的裂纹以及所形成的垂直裂纹使脆性基板处于几乎完全分割的状态(full-body cut：全体切割)的裂纹。
图1至图7是按方式分类说明本发明的垂直裂纹形成方法的图。
图1的方式是控制照射到脆性基板S上的激光束的热能的大小或脉冲波的照射次数的方式。例如，进行如下控制：在图中的细箭头部分中减少加热量，在图中的粗箭头部分中增大加热量；或者，在图中的细箭头部分中减少脉冲波的照射次数，在图中的粗箭头部分中增加脉冲波的照射次数。或者，也可以进行将它们组合的控制。
图2的方式中进行机械地将激光束遮光的控制，例如可以通过在内置于激光头的光学系统中插入掩模部件6来实现。
图3的方式与图2的方式中同样地进行机械地将激光束遮光的控制，例如可以通过在脆性基板S上配置反射激光束的反射部件7(掩模部件)来实现。反射部件7可以利用在脆性基板S表面涂布反射膜的方法、或在脆性基板S表面载置反射部件7的方法来形成。
作为掩模部件的构成材料，例如可以举出金属(铝等)等不使激光束透过的材料。掩模部件的形状只要是交错地具有使激光束透过的非遮光部分和将激光束遮光的遮光部分即可，没有特别限定，例如可以是遮光部分彼此相互连接而非遮光部分开口的薄板、薄膜、或形成于脆性基板S上的层等，也可以是遮光部分彼此不连接，而为分散的形状。遮光部分的长度例如可以为0.1mm～0.8mm，优选为0.2mm～0.7mm。
图4的方式是对脆性基板S表面上的激光束的吸收程度设定强弱来进行控制的方式，例如可以通过在脆性基板S上设置对激光束的吸收率高的吸收部件8来实现。
作为高吸收部件的构成材料，例如可以举出氧化硅、碳、着色剂(例如黑色)等对激光束的吸收率高的材料或包括它们的组成物。高吸收部件的形状只要是交错地具有对激光束的吸收率高的高吸收部分和使激光束透过的透过部分即可，没有特别限定，例如可以是高吸收部分彼此相互连接而透过部分开口的薄板、薄膜、或形成于脆性基板S上的层等，也可以是高吸收部分彼此不连接，而为分散的形状。
图5的方式是对脆性基板S表面上设定有高温部分和低温部分地进行控制的方式，例如可以通过在工作台T和脆性基板S之间配置用于反射激光束的反射部件9(再入射部件)来实现。
作为反射部件的构成材料，可以举出例如金属(铝等)等反射激光束的材料。反射部件的形状只要是交错地具有将激光束反射的反射部分和使激光束透过的透过部分即可，没有特别限定，例如可以是反射部分彼此相互连接而透过部分开口的薄板、薄膜、或形成于脆性基板S上的层等，也可以是反射部分彼此不连接，而为分散的形状。
图6的上段的方式是以预定间隔形成利用激光束形成的射束点21，从而交错形成照射部分和非照射部分，例如可以通过控制射束点的形状、间隔、加热量或脉冲波的照射次数来实现。
并且，图6的下段的方式是以相邻的射束点的至少一部分相互重合的方式照射激光束，交错地形成射束点重合的部分和除此之外的部分，从而交错地形成高温部分22和低温部分23，所述高温部分22接受较强的激光束照射，所述低温部分23被照射热能低于高温部分22的激光束。
图7的方式仅有射束点的形状与图6不同，与图6同样地通过交错地形成射束点24重合的部分和除此之外的部分，从而交错地形成高温部分25和低温部分26，所述高温部分25接受较强的激光束照射，所述低温部分26被照射热能低于高温部分25的激光束。
图6和图7的方式中，例如在聚光光学系统中改变射束形状，从而使大小尺寸的射束点重合，或者，也可以利用检电镜(galvano mirror)、多面镜扫描激光，从而使射束点重合。射束点的重合次数可以为二次以上。
低温部分的长度会根据脆性基板的材料、尺寸、厚度、激光的种类等而改变，所以不能一概而论，作为一例为0.8mm以下，例如为0.1mm～0.8mm，优选为0.2mm～0.7mm。
并且，对于高温部分的长度，作为一例，为5mm～100mm，例如为10mm～80mm，优选为20mm～60mm。
下面示出本发明的垂直裂纹形成装置的实施方式，但本发明不限于这些实施方式。
图8～图11是说明本发明的垂直裂纹形成装置的具体例的图。
并且，图12是说明本发明的垂直裂纹形成装置的激光束照射单元的具体例的图。
根据图8～图12，说明垂直裂纹形成装置的实施方式。
另外，下面说明的垂直裂纹形成装置的构成如下：沿着脆性基板上的垂直裂纹预定线照射激光束进行加热，对加热的部分供给致冷剂，从而在脆性基板内部形成垂直裂纹。
[第一实施方式]
图8示出在图1、图2、图6以及图7的各方式中使用的垂直裂纹形成装置1的结构。
图8中，垂直裂纹形成装置1具有：激光管11；射束传送部12，其传送从激光管11照射的激光束；射束形成部13，其将从射束传送部12传送的激光束加工成预定激光束；致冷剂供给部14，其向脆性基板S上供给致冷剂；以及控制部15，其控制激光管11、射束形成部13、以及致冷剂供给部14各部分。
使用了图8的结构的图1的方式中，控制部15对照射多个激光束的射束形成部13发出指令，以便交错地形成高温部分和低温部分。
使用了图8的结构的将激光束遮光的图2的方式中，射束形成部13在内部具有未图示的反射部件，所述反射部分将照射到脆性基板S表面的多个激光束以预定间隔反射。反射部件交错地形成有掩模部分和缝隙部分，形成通过所述缝隙部分的激光束照射的照射部分和未被激光束照射的非照射部分。
此外，图6和图7的方式中，高温部分和低温部分由激光束照射的照射部分和未被激光束照射的非照射部分构成。或者，以激光束的至少一部分相互多次重叠的方式照射激光束，形成由激光束的重叠次数较多的部分构成的高温部分和由激光束的重叠次数较少的部分构成的低温部分。
[第二实施方式]
图9示出图3和图4的方式中使用的垂直裂纹形成装置2的结构。
图9中，垂直裂纹形成装置2具有：激光管11；射束传送部12，其传送从激光管11照射的激光束；射束形成部13，其将从射束传送部12传送的激光束加工成预定激光束；致冷剂供给部14，其供给致冷剂；以及控制部16，其控制激光管11、射束形成部13、以及致冷剂供给部14各部分。
所述图9的垂直裂纹形成装置2是实施了将脆性基板S遮光的图3方式的形式，利用图9的垂直裂纹形成装置2形成垂直裂纹时，沿着脆性基板S上的形成垂直裂纹的预定线以具有预定形状、大小和间隔的方式配置图3的反射部件7。例如，反射部件7是以预定图案形成有缝隙的片状部件。控制部16对上述各部分发出指令，沿着未图示的形成垂直裂纹的预定线照射激光束时，交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分上激光束不在脆性基板S表面反射而照射脆性基板S，所述低温部分上利用反射部分7在脆性基板S表面反射激光束。
在实施了图4的方式的图9的垂直裂纹形成装置2中，沿着脆性基板S上的形成垂直裂纹的预定线以具有预定形状、大小和间隔的方式配置图4的吸收部件8。例如，吸收部件8是以预定图案配设了吸收剂的片状部件。控制部16对上述各部分发出指令，沿着未图示的形成垂直裂纹的预定线照射激光束时，交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分利用吸收部件8在脆性基板S表面对激光束进行高度吸收，所述低温部分在脆性基板S表面通常地吸收激光束。
[第三实施方式]
图10示出图5的方式中使用的垂直裂纹形成装置3的结构。
图10中，垂直裂纹形成装置3具有：激光管11；射束传送部12，其传送从激光管11照射的激光束；射束形成部13，其将从射束传送部12传送的激光束加工成预定激光束；致冷剂供给部14，其供给致冷剂；以及控制部17，其控制激光管11、射束形成部13、以及致冷剂供给部14各部分。
利用垂直裂纹形成装置3形成垂直裂纹时，首先，在脆性基板S的工作台的载置面上载置反射部件9的片状物。反射部件9的片状物是图3的反射部件9以具有预定形状、尺寸以及间隔的方式形成于片状物上而得的。接着，在反射部件9的片状物之上载置脆性基板S，使得反射图案沿着形成垂直裂纹的预定线。
实施了图5的方式的图1 0的垂直裂纹形成装置3中，控制部17对上述各部分发出指令，沿着未图示的形成垂直裂纹的预定线照射激光束时，交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分上激光束从脆性基板S表面入射，在被反射部件9的片状物的反射图案反射后再次入射到脆性基板S内，所述低温部分上激光束从脆性基板S表面入射后透过。
第三实施方式中，脆性基板S为玻璃的情况下，激光管11优选光相对于玻璃透过某种程度的深度的YAG激光等。
[第四实施方式]
图11示出图3和图4的方式中使用的垂直裂纹形成装置4的结构。
图11中，垂直裂纹形成装置4具有：激光管11；射束传送部12，其传送从激光管11照射的激光束；射束形成部13，其将从射束传送部12传送的激光束加工成预定激光束；致冷剂供给部14，其供给致冷剂；标记器18，其利用可高度吸收激光束的高吸收剂在脆性基板S上描绘预定图案；以及控制部19，其控制激光管11、射束形成部13、致冷剂供给部14、以及标记器18各部分。
利用垂直裂纹形成装置4形成垂直裂纹时，首先，标记器18先行于射束形成部13沿着形成垂直裂纹的预定线在脆性基板S上移动，并且，利用可高度吸收激光束的高吸收剂在脆性基板S上描绘预定图案。接着，追随标记器18从射束形成部13照射激光束。照射的激光束被描绘有高吸收剂的图案的部分高度吸收，在脆性基板S上形成高温部分。
实施了图4的方式的图11的垂直裂纹形成装置4中，在没有描绘高吸收剂的图案的部分，进行通常吸收，所以相对形成低温部分。
替代上述的高吸收剂，在标记器18中填充将激光束反射的反射剂，通过标记器18利用反射剂在脆性基板S上表面描绘预定图案，若采用该结构，显然可以实现图3的方式。
在第一至第四实施方式中，对脆性基板S照射的激光束可以是以预定频率反复打开关闭状态的脉冲波，也可以是打开状态连续的连续波。
[第五实施方式]
图12示出使用了多面镜的垂直裂纹形成装置的激光束照射单元30的结构。
图12中，激光束照射单元30具有：激光管11；射束传送部12，其传送从激光管11照射的激光束；多面镜31，其反射从射束传送部12传送的激光束；以及反射镜32，其将多面镜31所反射的激光束反射，沿着脆性基板S上的形成垂直裂纹的预定线照射。
利用激光束照射单元30形成沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线(SL)照射到激光束的高温部分和未被激光束照射的低温部分时，通过改变反射镜32的反射角度，能够沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线将多面镜31所反射的激光束反射，以交错地形成照射部分(高温部分)和非照射部分(低温部分)。
[实验1]
图13～图17是拍摄通过如下方式形成的垂直裂纹的照片：在脆性基板表面上配设将激光束遮光成不会照射到脆性基板表面上的掩模，使用各种长度的掩模，将部分地阻挡激光束来照射到基板，从而形成垂直裂纹。
所使用的脆性基板是厚度为0.7mm的钠玻璃，掩模是将铝的薄膜成型为预定长度后贴在所述玻璃板上形成的。激光管使用CO2激光振荡器，激光输出为60W，激光束的移动速度设定为每秒200mm。掩模在图中用M表示。
如图13和图14所示，掩模的长度Wc为1.3mm和0.88mm时，从图中左侧行进的垂直裂纹的形成因掩模而中断。
但是，如图15所示，掩模的长度Wc为0.66mm时，从图中左侧行进的垂直裂纹的形成不因掩模而中断、而连续形成。而且，行进的垂直裂纹形成为在被遮蔽的正下方部分变得更大向内部下方膨胀。
如图16所示，掩模的长度Wc为0.15mm时，与上述情况相同，从图中左侧行进的垂直裂纹不因掩模而中断、而连续形成，但被遮蔽的正下方部分的垂直裂纹向内部下方的膨胀小。
图17是对以大致等间隔配设长度Wc为0.66m的掩模、通过照射激光束形成的垂直裂纹进行拍摄的照片。
从图中左侧行进的垂直裂纹不因遮光部分而中断、而连续形成，并且形成为垂直裂纹在各自的被遮蔽的正下方部分变大、向内部下方膨胀。
将图17的形成有垂直裂纹的脆性基板沿着垂直裂纹分割时，得到良好的分割面。
[实验2]
图18是示出利用激光束的加热区(射束点(LS))、利用水刀的冷却区(冷却点(CS))以及掩模的位置关系的图。
实验2中，作为激光管，使用CO2激光振荡器。激光输出P为58.7W，激光束的移动速度v为每秒200mm，射束点LS为椭圆形(长径2yo(激光束的移动方向)为22.0mm，短径2xo为2.1mm)，冷却点CS为椭圆形(长径2yc为(激光束的移动方向)3.0mm，短径2xc为2.0mm)，射束点LS的中心点与冷却点CS的中心点的距离d设定为10mm(另外，图18中距离d进行了缩小表示)。
作为脆性基板，使用板厚t为0.55mm的钠玻璃板和板厚t为1.1mm的钠玻璃板。作为掩模，使用了将板厚为0.1mm的金属板成型为预定长度(从0.17mm以约0.1mm的刻度到0.97mm的共计9种)的掩模。
将形成有垂直裂纹的脆性基板沿着垂直裂纹分割的结果，得到良好的分割面。
垂直裂纹的深度为最大的位置在掩模部分(遮蔽区域)的大致中央。遮蔽区域的裂纹的端面平滑，直到垂直裂纹的深度达到最大值，都未能看到裂纹的行进停止的痕迹。
图19是示出垂直裂纹的深度的最大值Dcmax(μm)和掩模的长度Wc之间的关系的曲线图。图1 9示出的曲线中，t0.55mm表示脆性基板的板厚为0.55mm时Dcmax和Wc之间的关系，t0.7mm表示脆性基板的板厚为0.7mm时Dcmax和Wc之间的关系，t1.1mm表示脆性基板的板厚为0.11mm时Dcmax和Wc之间的关系。
图19中的板厚t为0.7mm的曲线图和1.1mm的曲线图中，Dcmax为0的各点表示划线(scribe)方向的垂直裂纹的行进大致在遮蔽开始端处停止的状态(类似于图13和图14的状态)。在板厚t为0.55mm的曲线中，空白方格标记(□)表示垂直裂纹到达了脆性基板背面的状态。
图20是对到达了脆性基板背面的垂直裂纹进行拍摄的照片。
另外，在实验1中进行的脆性基板的板厚t为0.7mm的情况下，到掩模的长度Wc为0.87mm为止，随着掩模长度Wc的增加而垂直裂纹的深度的最大值Dcmax也增加，在掩模的长度Wc为0.88mm处，垂直裂纹的行进停止。垂直裂纹的行进停止的掩模长度Wc的值不同，但即使对于板厚t为0.55mm和1.1mm的脆性基板，也具有与板厚t为0.7mm的脆性基板相同的倾向。
由实验1和实验2可知，通过部分遮蔽激光划线的激光照射，在遮蔽区域能够使垂直裂纹部分变深。并且，遮光长度相对于激光束较大时，垂直裂纹的行进在遮光部分停止，但若减小所述遮光长度，则在遮光部分的正下方区域也形成垂直裂纹，并且，在遮光部分的正下方区域形成的垂直裂纹的深度较深。
这种现象可以像如下那样考虑。
即，沿着形成垂直裂纹的预定线而交错地形成接收较强的激光束照射的高温部分和接受比所述高温部分弱的激光束照射的低温部分(利用掩模的遮光部分)的情况下，射束点在其行进方向上断续地、即一边中断一边形成，所以不能形成高温部分在行进方向上连续的带状。
因此，进行类似于低温部分将高温部分的余热扩散或吸收的作用，使得不形成高温压缩应力区，从而能够抑制沿着形成垂直裂纹的预定线在玻璃板的内部产生成为热应变的高温压缩应力区。因此，能够在该形成垂直裂纹的预定线上以高位置精度形成所希望的垂直裂纹。形成的垂直裂纹不会使其内部存在成为热应变的高温压缩应力区，或者，即使存在也能够将其抑制为最小限，所以能够形成直且深的垂直裂纹。
在第一至第四实施方式中，所使用的激光管11、射束传送部12、射束形成部13，在由这些构成的光学系统的部分上设置检电镜和/或多面镜的结构也包括在本发明内。
本发明中，沿着形成垂直裂纹的预定线交错形成接受较强的激光束照射的高温部分和接受比所述高温部分弱的激光束照射的低温部分，所以能够抑制沿着形成垂直裂纹的预定线在玻璃板的内部产生成为热应变的高温压缩应力区。形成的垂直裂纹不会使其内部存在成为热应变的高温压缩应力区，或者，即使存在也能够将其抑制为最小限，所以能够以较高的位置精度将笔直延伸在脆性基板内部的连续较深的垂直裂纹形成在低温部分和高温部分。

Claims (20)

1.一种脆性基板的垂直裂纹形成方法，所述垂直裂纹形成方法是沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使脆性基板被加热到其熔融温度以下，从形成于脆性基板的切口产生沿着形成垂直裂纹的预定线的垂直裂纹，并使垂直裂纹成长，所述垂直裂纹形成方法的特征在于，
沿着形成垂直裂纹的预定线而交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
2.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，低温部分在沿着形成垂直裂纹的预定线的方向上具有预定长度，所述预定长度为不使从高温部分沿着形成垂直裂纹的预定线连续形成的垂直裂纹在低温部分中断的长度。
3.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，低温部分是未被激光束照射的非照射部分。
4.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，以激光束的至少一部分相互多次重叠的方式照射激光束，低温部分由激光束的重叠次数少的部分构成。
5.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，在脆性基板上配置掩模部件，低温部分由利用掩模部件将激光束遮光的部分构成。
6.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，在基板上配设对激光束的吸收率高于脆性基板的高吸收部件，高温部分由激光束经由所述高吸收部件所照射的部分构成。
7.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，在激光束照射侧的相反侧配设反射部件，所述反射部件将通过了脆性基板的激光束反射，高温部分由利用所述反射部件反射激光束的部分构成。
8.一种垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述垂直裂纹形成装置具备：激光束照射单元，其用于照射激光束以将脆性基板加热到熔融温度以下；激光束移动单元，其使激光束照射单元沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线与脆性基板相对移动；冷却单元，其将激光束照射单元所加热的部位冷却；以及控制部，其控制所述各单元，
所述控制部向所述各单元发出指令，以便沿着形成垂直裂纹的预定线而交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
9.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述控制部向所述各单元发出指令，以便低温部分在沿着形成垂直裂纹的预定线的方向上具有预定长度，所述预定长度为不使从高温部分沿着形成垂直裂纹的预定线连续形成的垂直裂纹在低温部分中断的长度。
10.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，低温部分是未被激光束照射的非照射部分。
11.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述控制部向所述各单元发出指令，来以激光束的至少一部分相互多次重叠的方式照射激光束，低温部分由激光束的重叠次数少的部分构成。
12.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述垂直裂纹形成装置还具有配置于脆性基板上的掩模部件，所述控制部向所述各单元发出指令，以便经由配置于基板上的掩模部件照射激光束，低温部分由利用掩模部件将激光束遮光的部分构成。
13.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述垂直裂纹形成装置还具有配设于脆性基板上的对激光束的吸收率高于脆性基板的高吸收部件，所述控制部向所述各单元发出指令，以便经由基板上配设的所述高吸收部件照射激光束，高温部分由激光束经由所述高吸收部件所照射的部分构成。
14.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，所述垂直裂纹形成装置还具有配置于激光束照射侧的相反侧的反射部件，所述反射部件将通过了脆性基板的激光束反射，所述控制部向所述各单元发出指令，以便对所述反射部件之上配设的脆性基板照射激光束，高温部分由利用所述反射部件反射激光束的部分构成。
15.一种脆性基板的制造方法，所述脆性基板的制造方法中沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束，使脆性基板被加热到其熔融温度以下，从形成于脆性基板的切口产生沿着形成垂直裂纹的预定线的垂直裂纹，并使垂直裂纹成长，所述制造方法的特征在于，
沿着形成垂直裂纹的预定线而交错地形成高温部分和低温部分，所述高温部分接受较强的激光束照射，所述低温部分接受比所述高温部分弱的激光束照射。
16.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，激光束的照射中使用多面镜。
17.根据权利要求1所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，激光束的照射中使用多面镜，通过切换激光振荡器的打开/关闭，形成与激光振荡器的打开对应的高温部分和与激光振荡器的关闭对应的低温部分。
18.根据权利要求17所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，配置用于反射从激光振荡器振荡的激光束、使激光束入射到多面镜的镜面的反射镜，来改变该反射镜的反射角度，从而使从激光振荡器振荡的激光束断续地入射到多面镜的镜面，形成与入射的时间带对应的高温部分和与未入射的时间带对应的低温部分。
19.根据权利要求16所述的垂直裂纹形成方法，其特征在于，配置用于将多面镜反射的激光束反射、沿着脆性基板上的形成垂直裂纹的预定线照射激光束的反射镜，以此来改变该反射镜的反射角度，从而形成激光束照射的高温部分和未被激光束照射的低温部分。
20.根据权利要求8所述的垂直裂纹形成装置，其特征在于，激光束照射单元包括多面镜。
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