CN101502912B - 基板用刀轮及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基板用刀轮的制造方法，根据该方法，可抑制在使用激光来对烧结金刚石进行微细加工时的加工部位的石墨化，并且可高效地进行精确的微细加工。在上述方法中，在该使用激光的脆性材料基板用刀轮的制造方法中，包括在将烧结金刚石作为材料而在外周面上具有成为刀刃的V字型的棱线部的脆性材料基板用刀轮中，从刀轮侧面侧，使激光光束一边相对于所述刀轮相对移动一边进行照射，在所述棱线部分上在周向上隔开期望的间隔来连续形成朝向刀轮半径方向开口的微细的槽部的工序，使所述激光光束一边相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位上，在加工部位的最大厚度为200μm以下的范围内，将所述刀轮加工成微细形状。

Description

基板用刀轮及其制造方法
本申请基于专利法实施细则第42条提出，是申请日为2006年2月2日、申请号为2006800039560的发明专利申请“烧结金刚石的加工方法、基板用刀轮及其加工方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用激光的烧结金刚石的微细加工方法，特别涉及在截断玻璃、陶瓷、单晶硅或蓝宝石等脆性材料基板时用于在这些基板上形成划线的刀轮的制造方法、及根据该制造方法得到的刀轮。
背景技术
一般，在截断玻璃基板等脆性材料基板时，广泛利用如下的方法：通过使刀轮以压接状态在基板表面上转动，从而在基板上刻上划线，沿该划线在板厚方向上产生裂纹，从而截断基板。
在该基板分割中使用的刀轮由超硬合金或烧结金刚石来做成，特别从考虑刀刃的寿命的观点来讲广泛使用将烧结金刚石作为材料的刀轮。这样的刀轮(以下，在该发明中称为“刀轮”)在其外周面上具有沿圆周方向延伸的棱线即刀刃，且还具有轴体所贯通的轴孔，该轴体用于将刀轮可转动地轴支在基板上。另外，为了提高刀刃对基板表面的接触点中的每单位面积的负荷，有时将刀轮的外径设定为2～3mm。
另一方面，本申请人已申请了在所述刀刃上沿周向隔开规定间隔形成连续的突起和槽的刀轮(参照专利文献1)。
由此，在使用形成于刀刃上的突起来在基板表面上形成划线时，可在基板的板厚方向上形成深的垂直裂纹，同时还可以有效地防止刀轮转动时的滑动。通过使用金刚石刀轮的机械加工来形成上述刀轮的突起和槽。另外，所谓该“金刚石刀轮”是指，在JIS-B4131中规定广义的砂轮，为避免与在该发明中使用的“刀轮”的语句混淆，以下称为“砂轮”。
专利文献1：日本特许第3074143号公报
但是，如果想要如上述那样在外径为2～3mm的刀轮上以微细的间距(pitch)形成突起和槽，则在所使用的砂轮的前端部分需要微细的形状，形成砂轮前端形状(包含磨损时的整形)需要较长时间，并且还受到砂轮本身的寿命的影响。
另一方面，作为工件的微细加工的方法，使用激光加工。使用激光来加工金刚切块(diamond dice)的粗形状的技术于1960年代的后半段被导入，经过红宝石激光器、YAG激光器、二氧化碳激光器这样的变迁而得到了实用化。并且，使用激光来加工的用途从当初的粗加工扩展到微细加工。
但是，在使用激光来加工烧结金刚石时，存在烧结金刚石的加工部位由于受到激光照射的加工热而产生石墨化的问题。虽然这样的石墨化在粗加工时可以忽略不计，但在微细加工时有时会产生产品功能降低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供可抑制在使用激光来对烧结金刚石进行微细加工时的加工部位的石墨化、且可高效地进行精确的微细加工的方法。
进而，作为另一目的，可举出提供解决如下问题点的方法。图21是说明通过激光光束的照射来加工出圆弧状槽的以往的加工方法的图。
如图21所示，从刀轮侧面，沿由图中的单点划线表示的规定轨迹，在图中的箭头方向上，一边使激光光束圆弧状地相对移动一边对刀轮的棱线进行照射来加工槽部时，在加工终点侧的突起边缘(edge)部分a上将产生被称为“非对称”的现象。所谓该“非对称”是指，在刀轮2的槽加工部位2b中，在由图中的箭头表示的激光光束的进入侧和退出侧，槽的形状以中心线C为中心而成为非对称的现象。另外，图中突起边缘部分a的实线以及图中的单点划线为激光光束的移动轨迹，虚线为实际的加工形状。
产生该现象的原因为，沿激光光束的移动轨迹，槽加工部位的厚度变化。在产生这样的“非对称”时，刀轮的质量下降，使用微细的突起和槽来形成划线的功能有可能受到损失。另外，所谓的所述“刀轮侧面”是指，包含刀轮的轴孔的开口部的刀轮的平坦的表面以及背面。
本发明的另一个重要的目的在于提供使用激光光束来以微细的间距加工出突起和槽，而不会产生上述那样的“非对称”现象那样的不合理的情况的加工方法。
并且，如图22所示，在对刀轮以与该轴线X平行的方式从刀轮侧面照射激光光束来加工出突起和槽部时，在形成棱线2a的激光光束照射侧斜面的上侧斜面上，产生被成为“凹痕”的凹陷的缺陷部(d)。所谓该“凹痕”是指，在激光光束的射入侧工件加工部位和非加工部位之间的边界面相互纠缠，两者的边界变得不清楚。
因此，本发明的另一目的在于提供当使用激光光束来以微细的间距加工出突起和槽时不产生“凹痕”现象那样的不合理的情况的加工方法。
并且，本发明的另一目的在于提供在刀轮的外周面形成将顶点作为刀刃的V字形的棱线部且在该棱线部的全周上使用激光光束交替形成多个微细且精密的突起和槽的脆性材料基板用刀轮。
为了达成上述目的，在本发明中使用了如下那样的技术方法。即，本发明的使用激光的烧结金刚石的微细加工方法的特征在于，在该方法中，对于将烧结金刚石作为材料的工件，一边使所述激光光束相对于所述工件相对移动一边照射到所述工件的加工部位上，在加工部位的最大厚度为200μm以下的范围内，将所述工件加工成微细形状。激光光束的波长范围为125～1066nm，1个脉冲的脉冲宽度的范围为5f(飞母托，femto)秒～50n(纳)秒，脉冲重复频率的范围为300Hz～5KHz。
本发明的脆性材料基板用刀轮的制造方法的特征在于，在该方法中，包括在将烧结金刚石作为材料的盘状刀轮的外周面上，沿圆周方向形成将顶点作为刀刃的V字形的棱线部，在包含该棱线部分的刀轮外周部，从刀轮侧面侧，一边使激光光束相对于所述刀轮相对移动一边进行照射，在所述棱线部分上在周向上隔开期望的间隔来连续形成朝向刀轮半径方向开口的微细的槽部的工序，一边使所述激光光束相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位上，在加工部位的最大厚度为200μm以下的范围内，将所述刀轮加工成微细形状。激光光束的波长范围为125～1066nm，1个脉冲的脉冲宽度的范围为5f秒～50n秒，脉冲重复频率的范围为300Hz～5KHz。
关于在该发明中使用的激光光束，只要是具有短波长和/或短脉冲的激光光束，则不特别限定激光的种类，但特别优选在使用将YAG激光的基本波(波长1064nm)作为基础的YAG第5谐波(波长212nm)、YAG第4谐波(波长266nm)、YAG第3谐波(波长355nm)以及YAG第2谐波(波长533nm)时，可进行良好的加工。
该发明中的激光光束的移动是相对于工件即刀轮的相对移动，从而可以固定刀轮而使激光光束移动，也可以固定激光光束而使刀轮移动，或还可以形成为可使两者都移动，根据加工部位要求的加工精度来选择性地使两者移动。
所述工件和激光光束之间的相对移动速度实用上优选为0.1μm/秒～3.0mm/秒。
所述激光光束和工件沿相同模式(pattern)的图形而相对于所述刀轮来进行相对移动，使根据该激光光束的移动轨迹来描绘出的图形在刀轮的半径方向上偏移，从而调节所加工的槽部的深度，改变根据激光光束的移动轨迹来描绘出的图形的尺寸，从而调节槽部的圆周方向的长度。由此，即使每个刀轮的尺寸产生较大幅度的变更，控制部中的XY台移动的控制程序也可以每次进行简单的设定。
作为根据激光光束的移动轨迹来描绘出的图形，没有特别限定，可举出由圆、椭圆或多边形那样的闭合曲线构成的图形，或者由不形成闭合曲线的抛物线或双曲线那样的曲线、直线构成的图形。
使激光光束从应加工槽部的一端缘相当部分在一方向上相对于所述刀轮相对移动来进行第一次照射，从而加工出槽部的一部分，接下来使第二次的激光光束从未完成槽部的另一端缘相当部分在与所述方向相反的方向上移动来完成一个槽部的方法对本发明而言也是有效的。由此，可避免所述那样的在槽部中的加工终点侧边缘产生“非对称”，可形成轮廓清晰的精密的突起。
作为防止所述“非对称”现象的方法，在上述激光光束的第一次照射以及第二次照射中，可通过将各激光光束的对所述刀轮的相对移动的轨迹设为圆或多边形等闭合曲线在刀轮周向上偏移而进行照射来达成。并且，作为其他方法，也可以将应形成槽部的加工轮廓线以分割预定线为边界分割为两个，分别使用第一次和第二次的激光光束来加工所分割的部分。
在包含棱线部分的刀轮外周部上从刀轮侧面侧一边使激光光束相对于所述刀轮相对移动一边进行照射时，从刀轮的左右两面侧交替或同时进行照射来加工出槽部，从而确保突起和槽部的左右对称性。并且此时，以使从刀轮的左右两面侧照射的激光光束的照射方向相对于刀轮轴线接近的方式，来具有规定的倾角来形成是有效的。由此，在激光光束照射时，可准确地避免产生所述那样的“凹痕”。
在该发明中使用的激光光束根据激光磨蚀(abrasion)加工来形成槽部。短脉冲和/或短波长的激光光束具有高功率密度，可在对刀轮的激光光束照射部位提供充分的热之前使所述照射部位中的物质飞散而将其去除。另外，将通过这样组合激光的波长、脉冲宽度、以及功率密度来几乎不产生熔化过程而瞬时蒸发掉加工对象物的加工部位的过程称为磨蚀。因此，在加工时，可避免刀轮的非加工部位受到热影响。
并且，本发明的特征在于提供根据上述制造方法而得到的、与以往的使用砂轮的加工方法相比在刀刃上具备以更微细的间距形成且更精密的突起和槽部的脆性材料基板用刀轮。
并且，本发明的特征在于测定出与激光光束的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布的均匀性，根据所述测定结果使用所述激光光束的所述外缘部的特定位置来对工件进行加工。由此，抑制由于与激光光束的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布的不均匀性导致的加工偏差，可对所述刀轮形成精确的加工形状。
另外，所述“激光光束的所述外缘部的特定位置”优选为在激光光束的能量分布中没有产生偏差而曲率固定的位置。
在本发明的脆性材料基板用刀轮的制造方法中，可抑制在使用激光来对烧结金刚石进行微细加工时的加工部位的石墨化，并且可高效地进行精确的微细加工。
并且，可在成为刀轮的刀刃的棱线上，加工出在以往的使用砂轮的加工中无法得到的微细且准确的突起和槽。
进而，存在如下的效果：可仅通过使根据激光光束的移动轨迹描绘出的图形在刀轮的半径方向上偏移来简单地调节所加工的槽部的深度，可仅通过改变根据激光光束的移动轨迹描绘出的图形的尺寸来容易地调节槽部的圆周方向的长度。
并且，存在如下的效果：根据在发明11～14中记载的结构，可避免在槽部中的加工终点侧边缘产生“非对称”，可形成轮廓清晰的精密的突起。并且，根据在发明11中记载的结构，可制造出没有出现在将激光光束照射到棱线部分时经常产生的“凹痕”现象的精密的刀轮。
可经由支撑单元支撑所述刀轮，一边使激光光束相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位上，可通过上述结构使激光光束精确地相对移动而在所述刀轮上描绘出期望的移动轨迹，该支撑单元具备：粗调节移动部，其可在至少二轴方向上移动来进行粗调节；微调节移动部，其在粗调节移动部上可在至少二轴方向上移动来进行微调节；以及旋转支撑部，其在微调节移动部上可旋转规定角度地支撑所述刀轮。
附图说明
图1是用于实施本发明的制造方法的概略的系统结构图。
图2是示出保持所加工的刀轮的底座部分和激光头部分的图。
图3是所加工的刀轮的剖面图。
图4是示出本发明的制造方法的一实施例的说明图，示出激光光束的轨迹和刀轮之间的位置关系。
图5是图4的要部放大图。
图6是示出所加工的槽部的放大剖面图。
图7是示出所激光加工的刀轮的图，(a)示出刀轮整体，(b)示出要部放大图。
图8是示出激光光束的轨迹的变更例的图，(a)表示四边形轨迹，(b)表示三角形轨迹。
图9是示出用于防止上述“非对称”现象的本发明的实施例的说明图，(a)示出激光光束的第一次照射和第二次照射的轨迹与刀轮之间的位置关系，(b)示出所加工的槽部，(c)示出第二次照射的轨迹比第一次照射的轨迹小的例子。
图10是示出用于防止上述“非对称”现象的实施例的说明图。
图11是示出本发明的制造方法的其他实施例的说明图，(a)是示出槽部的加工轮廓线和分割线的说明图，(b)是示出激光光束的第一次照射的说明图，(c)是示出激光光束的第二次照射的轨迹的说明图。
图12是与图11相同的说明图，示出将激光光束的轨迹设为四边形的情况。
图13是与图11相同的说明图，示出将激光光束的轨迹设为三角形的情况。
图14是示出用于防止上述“凹痕”现象的实施例的说明图。
图15是用于说明根据特定位置使用法来形成在X-Y轴移动台上保持的刀轮的槽部的方法的俯视图。
图16是示出实施例的喇曼光谱分析的测定点的图。
图17是示出实施例的根据以往的磨削加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果的图。
图18是示出实施例的根据本发明的激光加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果的图。
图19是示出实施例的根据以往的激光加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果的图。
图20是在纳米台使用法中使用的纳米台的图。
图21是示出加工槽部时的“非对称”现象的剖面图。
图22是示出加工槽部时的“凹痕”现象的剖面图。
图23是示出其他形状的刀轮、加工该刀轮时的底座部分和激光头部分的图。
标号说明
1：激光头；2、2’：刀轮；2a：刀轮的棱线；2b：刀轮的槽部；2c：刀轮的突起；3：固定底座；3a：固定底座的X-Y轴移动台；3b：保持刀轮的轴；5：吸引路；31：粗调节移动台(粗调节移动部)；32：微调节移动台(微调节移动部)；41：刀轮；b：槽部的加工轮廓线；c：分割预定线；R、R’、R”：激光光束的移动轨迹；S：表示激光光束的照射方向的线；A：金刚石的喇曼位移；B：石墨的喇曼位移。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的脆性材料基板用刀轮的制造方法。图1是用于实施本发明方法的简略的系统结构图，图2是示出保持所加工的盘状刀轮的底座部分和激光头部分的图。
如图1所示，该系统结构包括：控制部12，其具备监视器11；激光光源部13，其由该控制部12控制；激光头1，其照射出来自该激光光源部13的激光光束；以及固定底座3，其具有用于保持应加工的刀轮2的X-Y轴移动台。
X-Y轴移动台3a形成为可在图2中的水平面上沿X-Y轴方向移动，激光头1形成为通过图示外的Z轴方向移动台而可在图2中的垂直方向上移动且可调节照射角度。刀轮2保持于在X-Y轴移动台3a上设置的旋转轴3b上，由计算机控制部控制所述移动台3a和刀轮2与激光头1之间的相对移动速度。另外，标号3c是为了易于进行对焦作业而设置在刀轮2的下方的白色陶瓷盘。
在该方式中，从激光头1照射出的激光光束为YAG激光的高次谐波，但只要是短波长和/或短脉冲的激光光束，不特别限定可使用的激光的种类。只要是可照射出波长范围为125～1066mm、1个脉冲的脉冲宽度范围为5f秒～50n秒、脉冲重复频率范围为300Hz～5KHz的激光光束，则可以使用任意形式。
并且，利用从激光头1照射出的激光光束来加工的工件的加工部位的最大厚度为200μm以下即可。关于加工部位的最小厚度，只要是实际可加工的薄厚，则不特别进行限定。另外，从易于加工的点来看，加工部位的厚度范围优选为1～200μm。并且，将刀轮2和激光头1之间的相对移动速度控制为3.0mm/秒以下。其中，关于移动速度的下限，虽然没有特别限定，但只要不是加工时间过长而成为实用上的问题的程度即可。进而，优选控制为0.1μm～3.0mm/妙即可。
从激光头1照射出的激光光束的实质上的输出为0.002W～5.0W左右。控制部12控制激光光束1照射出的激光的波长、脉冲宽度、以及功率密度，从而从激光光源部13照射出最适合于激光磨蚀加工的脉冲激光光束。
另外，以下说明中的所谓“激光头1的移动”是指，照射出激光光束的激光头1和保持应加工的刀轮2的X-Y轴移动台3a之间的相对移动。并且，以下说明中的所谓“激光光束的移动轨迹”是指，由激光头1和X-Y轴移动台3a之间的相对移动形成的激光光束的轨迹。
关于本发明的刀轮，为了割断(截断)各种脆性材料，以在被加工对象的脆性材料上形成划线为目的，对使用在划线动作中的以往的刀轮进一步进行加工，提高该划线性能。即，沿以往的刀轮的周边棱线进行形成凹凸形状的微细加工。在以往的刀轮中，为了形成起到刀刃功能的棱线部，在圆板盘的外周缘部通过使用砂轮的磨削加工来形成倾斜部。在该形成过程中，在外周缘部的倾斜部和棱线部上形成微小且不规则的凹凸(磨削条痕)，但沿外周棱线部进行微细加工来形成所需数量的与这样的不规则的凹凸的尺寸不同且规则的、具有根据刀轮外径选择的规定高度的“突起”和具有规定宽度和深度的“槽”，从而可提供大幅提高了以往刀轮的划线性能的刀轮。
在具备不规则且微小的磨削条痕的以往刀轮中，当进行划线时可在被加工物的内部形成的垂直裂纹的深度为其厚度的10～15％。另一方面，本发明的刀轮在其外周棱线部上具有规则的“突起”和“槽”，所以在进行划线时使刀刃负荷局部地集中到该突起物上，所以不产生大宽度的水平裂纹而使大的刀刃负荷发挥作用。其结果，在使刀轮在被加工物的表面上转动时，在划线的正下方，连续形成深度达到被加工物的厚度的近80％的垂直裂纹。其结果，在将本发明的刀刃应用在脆性材料的割断(截断)工序以代替以往的刀刃时，可简化在划线之后所需的断裂工序。进而，虽然与基板材质和其厚度相关，但可根据情况来实现无需断裂工序的割断(截断)工序。从而，在FPD(平面显示体)面板的生产设备的截断线结构中，采用使用这样的形成较深的垂直裂纹的刀刃的划线装置，从而能够构筑出在划线结构中可实现断裂装置的简略化或省略化来节约成本的划线设备。
在制造本发明的刀轮时，如图3以及图4所示，使用将烧结金刚石为作为材料的以往的盘状刀轮2来对其进行追加加工。以往刀轮2沿其圆周方向在外周面具有呈V字形且发挥刀刃功能的棱线部2a。在移动台3a的旋转轴3b上，经由轴孔2d水平安装该刀轮2。以使刀轮2静止的状态，从刀轮2的侧面朝向包含棱线部2a的刀轮外周部，一边使激光光束沿圆形轨迹R移动一边进行照射。
此时，如图4以及图5所示，通过设定为圆形轨迹R的一部分与棱线部2a接触，从而可加工出图6所示那样的一个圆弧状的槽部2b。接下来，根据预先输入的参数来使图2所示的旋转轴3b仅旋转规定角度(1间距量)后同样照射激光光束，依次重复该加工过程，从而如图7所示，可将以往刀轮2加工为具备多个微细的突起2c和槽部2b的刀轮2’。
关于所加工的槽部2b的深度H，可通过在刀轮的半径方向上使根据激光光束的移动轨迹描绘出的图形偏移来进行微调节，并且，可通过改变根据激光光束的移动轨迹来描绘出的图形的尺寸来对槽部的圆周方向的长度进行微调节。
上述激光光束的轨迹R不限于图4那样的圆形，例如也可以是图8(a)的四边形R’、或图8(b)的三角形R”的图形，还可以是其他多边形的闭合曲线或不形成闭合曲线的曲线、直线的图形。并且，也可以组合使用这些中的多个不同图形来加工出一个槽。即使在使用这些图形的情况下，也可通过在刀轮的半径方向上使根据激光光束的移动轨迹描绘出的图形偏移来对所加工的槽部的深度进行微调节，并且，可通过改变根据激光光束的移动轨迹来描绘出的图形的尺寸来对槽部的圆周方向的长度进行微调节。
图9～图13分别示出用于消除上述叙述的在激光加工终点侧产生的“非对称”现象的实施例。
在图9的实施例中，在图9(a)中，使具有圆形移动轨迹的激光光束从应加工槽部的一端缘相当部分沿一个方向移动来进行第一次照射R1，从而加工出槽部的一部分，接下来在第二次照射R2中，使激光光束从未完成槽部的另一端缘相当部分沿与所述一个方向相反的方向移动，从而完成图9(b)所示那样的一个槽部2b。此时，如图9(c)所示，优选设定为第二次激光光束的轨迹比第一次激光光束的轨迹小。由此，可实现缩短照射时间。
并且，如图10所示，使具有圆形移动轨迹的激光光束从应加工槽部的一端缘相当部分沿一个方向移动来进行第一次照射R1，接下来在第二次照射R2中，可以以激光光束的轨迹相对于刀轮2位于与第一次照射时相同的部位上的方式使激光光束移动，并且以第一次照射R1中的激光光束的移动方向与第二次照射R2中的激光光束的移动方向成为互相相反的方向的方式使激光光束移动。由此，可消除所述非对称现象。
在图11所示的实施例中，以分割预定线c为边界，将应形成槽部的加工轮廓线b分割为二个，分别使用第一次和第二次的激光光束对所分割的部分进行加工。在图11的实施例中，示出所加工的槽部2b的形状为圆弧的情况，与此相对，在图12中示出槽部2b的形态为开口部朝上的
Figure G2009100045177D00111
字形的情况，在图13中示出槽部2b的形态为V形的情况，任意一个都是使用第一次和第二次的激光光束来对由加工轮廓线b分割的部分进行加工。
图14示出用于消除所述“凹痕”的产生(参照图22)的实施例。在该实施例中，从刀轮2的左右两面侧交替照射激光光束、或同时照射激光光束来加工槽部。此时，以使激光光束的照射方向相对于刀轮轴线X接近的方式(在图22的以往例中，与刀轮轴线平行地照射)，具有规定的倾角来形成。作为规定倾角是指，当将以激光光束照射线S作为边界的上侧斜面和激光光束照射线S之间的角度设为α，将下侧斜面与和激光光束照射线S之间的角度设为β时，α变大而β变小，从而α和β(从与刀轮轴线X平行的方向)倾向于接近的方向。由此，以激光光束照射线S作为边界的上侧斜面和激光光束照射线S之间的角度α接近于下侧斜面和激光光束照射线S之间的角度β，而缓和了偏斜使得上侧斜面受到很多照射热的情况，由此可防止产生上述“凹痕”。
在本发明的脆性材料基板用刀轮的制造方法中，测定出与激光光束的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布的均匀性，根据所述测定结果，可使用所述激光光束的所述外缘部的特定位置来对工件进行加工(以下，称为“特定位置使用法”)。
参照图4～6所示的所述实施例以及图15来说明特定位置使用法的实施方式。图15是用于说明基于特定位置使用法的槽部2b的形成方法的图2的固定底座2的俯视图。
在图2的X-Y轴移动台3a上，以使应加工刀轮2静止的状态，从刀轮2的侧面朝向包含棱线部2a的刀轮外周部，一边使激光光束沿圆形轨迹R相对移动一边照射的情况下，如图4以及图5所示，被设定为圆形轨迹的一部分接触棱线部2a，形成图6所示那样的一个圆弧状的槽部2b。
在图15中说明时，首先，为了形成第一个槽部2b，相对于从激光头1照射出的激光光束LB，使在X-Y轴移动台3a(参照图2)的旋转轴3b(参照图2)上保持的刀轮2接近于激光光束LB，例如调节刀轮2的位置以使激光光束LB的角度位置L1与由图中的实线表示的刀轮2的外周部对置，形成所述圆弧状的槽部2b。接下来，使刀轮2从激光光束LB离开，使旋转轴3b旋转角度θ，然后使保持在旋转轴3b上的刀轮2接近于激光光束LB，在与角度位置L1对置的刀轮2的外周部上形成第二个槽部2b。通过依次重复这样的动作，在刀轮2的外周上以规定间隔形成n个槽部2b。
此时，在照射到棱线部2a上的激光光束LB中，与该激光光束的光轴正交的剖面的外缘部的相同角度位置L1接触棱线部2a。
另一方面，通常，激光光束LB的照射面中的激光光束的形状不是正圆，所以与激光光束LB的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布在全周上未必是均匀的。
因此，当在与刀轮2对置的所述激光光束的所述外缘部上存在能量分布显著降低的部分时，例如当在所述角度位置L1上存在能量分布显著降低的部分时，如果假设为激光光束的所述外缘部中的能量分布为均匀而一边使激光光束相对移动一边进行照射，则将产生激光光束的移动轨迹没有描绘出所预定的图形的不合理情况。
此处，说明使用特定位置使用法来防止上述不合理情况的实施方式。
首先，在图15的X-Y轴移动台3a(参照图2)的旋转轴3b上保持测试轮。测试轮具有与作为工件的刀轮2相同的材质、形状。
一边使来自激光头1的激光光束LB相对于所述测试轮相对移动一边进行照射，例如描绘出与在工件上描绘出的图形相同的图形，例如使用显微镜来观察由此得到的激光加工部位。根据该观察结果，判断与所述激光光束LB的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布的均匀性。即，在所述激光加工部位上，在存在与加工预定线之间的偏差、或与非加工部位之间的边界面纠缠时，避开与所述激光加工部位接触的所述激光光束LB的外缘部的角度位置L1，在所述激光光束LB的外缘部的不同的角度位置、例如图中的角度位置L2～L4上，与上述相同地，一边使所述激光光束LB相对于测试轮相对移动一边进行照射，同样使用显微镜来观察由此得到的激光加工部位，根据该观察结果，判断与所述激光光束LB的光轴正交的剖面的外缘部中的能量分布的均匀性。
当判断为在所述激光加工部位上没有产生上述那样的不合理情况时，将与该激光加工部位接触的所述激光光束LB的外缘部的角度位置、例如图中的角度位置L2～L4中的任意一个视为“特定位置”，使用该特定位置来进行作为工件的刀轮2的激光加工。
具体而言，在X-Y轴移动台3a的旋转轴3b上保持刀轮2，相对移动到与从激光头1照射出的激光光束LB的所述“特定位置”对置的位置(例如，由图中的虚线表示的刀轮2的任意一个位置)。接下来，一边使刀轮2的加工部位接触到激光光束LB的所述特定位置，一边移动X-Y轴移动台3a以便描绘出所述闭合曲线，进行刀轮2的槽加工。在第一次槽加工结束时，使旋转轴3a旋转规定角度θ(1间距)，与上述相同地以描绘出所述闭合曲线的方式使X-Y轴移动台3a移动，以便激光光束LB的所述特定位置接触与根据上述槽加工形成的槽加工部位相邻的槽加工预定部位，进行第二个槽加工。以下，相同地进行n个槽加工。
通过使用上述特定位置使用法，工件总是经由激光光束LB的能量分布不产生偏差、曲率恒定的外缘部与激光光束LB接触，所以能够消除激光光束LB的移动轨迹R没有描绘出所预定的圆形等闭合曲线的不合理情况。
在根据本发明的制造方法来加工的脆性材料基板用刀轮2中，V字形的棱线部的刀刃角度为85～160度，刀轮的外形为1～20mm，刀轮的厚度为5mm以下，所述突起部和槽的长度为5～200μm，突起的高度为0.5～20μm，如果为上述范围内的刀轮，则可制造出作为大幅提高以往刀刃的划线性能的性能，具有形成深垂直裂纹的高浸透效果、或对脆性材料表面的“作用”良好的效果的刀刃。
另外，在用于实施所述发明的优选方式所示的烧结金刚石的使用激光的微细加工中，几乎可以完全抑制加工部位的石墨化，可形成精确的加工形状。
(实验)
对根据使用砂轮的以往磨削加工来形成槽的脆性材料基板用刀轮、和根据本发明的激光加工来形成槽的上述刀轮，进行喇曼光谱分析。
各刀轮具有将相同烧结金刚石作为材料的相同尺寸以及形状(直径2mm、厚度0.65mm、刀刃角度115°)。设定为形成槽的激光的移动轨迹是直径为48μm的圆，在该刀轮上切削出该圆的圆周上的7μm长度的圆弧。
表1示出喇曼光谱分析的分析装置的测定条件。
(表1)
  分析装置   激光喇曼光谱分析器
  入射探针   激光
  检测信号   散射光
  分辨率(空间/深度)   1μm/几百nm
  精度   几％
  光源   He-Ne激光
  分析倍率   50倍(显微喇曼)
图16(a)以及(b)使用箭头来表示对刀轮2’的喇曼光谱分析用入射光的入射方向，图16(c)表示刀轮2中的喇曼光谱分析用的测定点P1以及P2。
表2示出本发明的激光加工中的加工条件。
  最大输出/脉冲宽度   10W10KHz/25ns10KHz
  使用透镜   物镜焦距f＝10mm
  散焦/光束直径   0μm/4μm
  送风/送风流量   空气(冷却至-5℃)/20L/min
  加工品形状   φ2×0.65-角度115°
  功率/重复   0.3W500Hz
  扫描速度   0.5mm/sec
  加工尺寸   开孔加工φ48μm切削量7μm
另外，所谓表2的“散焦/光束直径为0μm/4μm”是指，在将激光光束对焦到作为加工面的刀轮2的棱线部2a上时，加工面中的光束直径被缩小至4μm。
图17表示根据使用砂轮的以往磨削加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果，图18表示根据本发明的激光加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果。进而，图19表示根据以往的激光加工来形成槽的刀轮的喇曼光谱分析结果。
在这些图17～图19中，横轴表示散射光的频率，纵轴表示喇曼散射光强度。并且，峰值A表示金刚石的喇曼位移(1332.5cm-1)，峰值B表示石墨的喇曼位移(1580.0cm-1)。
图17(a)表示图16(c)的测定点P1中的喇曼光谱分析结果，图17(b)表示图16(c)的测定点P2中的喇曼光谱分析结果。从这些结果可知，在根据使用砂轮的以往的磨削加工来形成槽时，可不在刀轮表层形成石墨地进行微细加工。
图18(a)表示图16(c)的测定点P1中的喇曼光谱分析结果，图18(b)表示图16(c)的测定点P2中的喇曼光谱分析结果。从这些结果可知，根据本发明的激光加工，可与使用砂轮的以往的磨削加工相同地，不在刀轮表层形成石墨地进行微细加工。
图19是偏离了本发明的激光加工条件范围的条件下的喇曼光谱分析结果，具体而言，使用激光光束波长为355nm、输出为5.0W、激光脉冲宽度为25n秒、重复频率为10KHz的激光光束，将刀轮和激光光束之间的相对移动速度设为0.5mm/秒来照射所述刀轮的加工部位，将加工部位的厚度为10μm的所述刀轮加工成微细形状。另外，测定点为图16(c)的测定点P1。在该条件下，显然产生石墨化。在偏离本发明的激光加工的条件范围时，可知即使是其他条件相同也有产生石墨化的倾向。
从这些结果可知，通过按照本发明的激光加工中的条件范围来进行激光加工，可将在激光加工时产生的石墨化抑制为与使用砂轮的以往的磨削加工相同的程度。
(其他实施方式)
在本发明的脆性材料基板用刀轮的制造方法中，可经由支撑单元支撑所述刀轮，一边使激光光束相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位(以下，称为“纳米台使用法”)，该支撑单元具备：粗调节移动部，其可在至少二轴方向上移动来进行粗调节；微调节移动部，其可在粗调节移动部上在至少二轴方向上移动来进行微调节；以及旋转支撑部，其在微调节移动部上可旋转规定角度地支撑所述刀轮。
参照图20来说明纳米台使用法的实施方式。图20是在纳米台使用法中使用的纳米台的图。
图2的X-Y轴移动台3a为可在X以及Y周方向上移动来进行调节的台，与此相对，此处不同点为，图20所示的纳米台包括：粗调节台31，其可在X以及Y轴方向上移动来进行粗调节；以及微调节移动台32，其可在粗调节移动台31上在X以及Y轴方向上移动来进行微调节。由于其他结构相同，所以省略其说明。
如图4所示，在以使应加工刀轮2静止的状态，从刀轮2的侧面朝向包含棱线部2a的刀轮外周部，例如沿直径为10μm的圆形轨迹R，一边使激光光束相对移动一边进行照射的情况下，优选纳米台可以以±0.1μm～±0.5μm精度来移动。
通过使用纳米台，可使激光光束精确地相对移动而在所述刀轮上描绘出期望图形(移动轨迹)。
本发明可用于制造对玻璃、陶瓷、单晶硅或蓝宝石等脆性材料基板、液晶面板、等离子显示器面板、有机EL显示器面板等平板显示器用的面板基板，在划线开始时的“作用”良好的刀轮，或用于制造随着深入形成于基板内部的垂直裂痕的形成，可提供划线的正直度良好且断裂截断后的截断面质量良好的划线动作作的刀轮。
另外，作为可通过本发明的激光加工来制造出的刀轮，除了图4所示的以往的刀轮2以外，即使是图23所示的轴和刀轮主体形成为一体的刀轮41，也可将与轴部相当的部分载置于具有凹陷部分的治具中，使用空气管5来进行吸引等以不使位置偏移，使用与图2对应的那样的设备配置来对刀轮41的圆周棱线部进行激光加工，从而可与上述图4的刀轮2的情况相同地，制造出提高了划线性能的刀轮。

Claims (6)

1.一种使用脉冲激光的脆性材料基板用刀轮的制造方法，其特征在于，在该使用激光的脆性材料基板用刀轮的制造方法中，包括在将烧结金刚石作为材料而在外周面上具有成为刀刃的V字型的棱线部的脆性材料基板用刀轮中，从刀轮侧面侧，使脉冲激光光束一边相对于所述刀轮相对移动一边进行照射，在所述棱线部分上在周向上隔开期望的间隔来连续形成朝向刀轮半径方向开口的微细的槽部的工序，使所述激光光束一边相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位上，在加工部位的最大厚度为200μm以下的范围内，将所述刀轮加工成微细形状。
2.根据权利要求1所述的脆性材料基板用刀轮的制造方法，所述脉冲激光光束的波长范围为175～1066nm，1个脉冲的脉冲宽度为5f秒～50n秒，脉冲重复频率为300Hz～5KHz。
3.根据权利要求1所述的脆性材料基板用刀轮的制造方法，将所述刀轮和所述脉冲激光光束之间的相对移动速度设为0.1μm/秒～3.0mm/秒，使所述脉冲激光光束一边相对于所述刀轮相对移动一边照射到所述刀轮的加工部位上。
4.根据权利要求1所述的脆性材料基板用刀轮的制造方法，通过使用所述脉冲激光光束的激光磨蚀加工来形成槽部。
5.根据权利要求1所述的脆性材料基板用刀轮的制造方法，所述脉冲激光光束相对于所述刀轮的相对移动轨迹为相同模式的图形。
6.根据权利要求5所述的脆性材料基板用刀轮的制造方法，所述图形为圆、椭圆或多边形的闭合曲线、或者不形成闭合曲线的曲线、直线。
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