CN101687342A - 脆性材料基板的加工方法及用于该方法的裂痕形成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能实现切割面的端面品质优异且直线性优异的切割的脆性材料基板的加工方法。本发明是对由脆性材料构成的被加工基板进行切割以使裂痕在被加工基板上延伸的脆性材料基板的加工方法，其通过如下工序切割：(a)工序，将支持基板固着于被加工基板，所述支持基板通过热传导将在照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递并同时起到在冷却后的切割预定线附近产生上凸变形的作用；(b)工序，在使激光束相对移动的同时对被加工基板进行照射，接着冷却，由此利用裂痕在厚度方向上扩展而成的纵向裂纹来切割被加工基板并同时使裂痕延伸；(c)工序，解除被加工基板与支持基板的固着。

Description

脆性材料基板的加工方法及用于该方法的裂痕形成装置
技术领域
本发明涉及脆性材料基板的加工方法及用于该加工方法的裂痕形成装置，该脆性材料基板的加工方法中，在对由脆性材料构成的被加工基板(以下，也称为“脆性材料基板”)进行扫描的同时照射激光束以在低于软化点的温度加热，接着冷却，从而使裂痕以形成于基板端的初期龟裂为起点进行延伸，由此加工基板。
本发明特别涉及如下情况的脆性材料基板的加工方法：即，脆性材料基板的板厚薄，因激光照射在基板表面附近产生的热在裂痕形成时从基板的表面到达背面。
本发明所称的“脆性材料基板”中，除了玻璃基板之外，还包括石英、单晶硅、蓝宝石、半导体晶片、陶瓷等基板。以下，主要使用玻璃基板进行说明，但对其他的脆性材料基板也相同。
此外，为了方便说明本发明，所谓“裂痕的延伸”是指裂痕在基板的面方向上成长，而将裂痕在基板的厚度方向(深度方向)上成长称为“裂痕的扩展”，由此区别两者。
背景技术
对于玻璃基板等脆性材料基板(以下，也简称为“基板”)，在扫描的同时照射激光束以在低于基板软化点的温度进行加热时，则在加热区域产生压缩应力。进一步在照射激光束的附近吹送冷却介质进行冷却，由此在冷却区域产生拉伸应力。如此地，通过靠近产生压缩应力的区域形成产生拉伸应力的区域，形成了应力梯度。近年来，这种通过利用该应力梯度在玻璃基板上形成裂痕来对基板表面进行划线加工(例如，参考专利文献1)或者进行全切加工的加工技术(例如，参考专利文献2、3)得到了利用。
此处，所谓划线加工是指通过形成未到达基板背面的深度(例如，板厚的10％～20％程度的深度)的裂痕在基板上形成划线的加工。在划线加工的情况下，在形成划线后，可以通过进行沿着划线接触折断棒并施加弯曲力矩的折断处理来切割基板。
另一方面，所谓全切加工是形成从基板表面到达基板背面的裂痕的加工，不进行折断处理便能切割基板。
专利文献1：国际公开WO 03/008352公报
专利文献2：日本特开2004-155159号公报
专利文献3：日本特开平1-108006号公报
发明内容
欲通过激光加热和其后的急冷在基板上形成应力梯度以对玻璃基板进行切割的情况下，如上所述，包括需要在形成划线后进行折断处理的切割模式(称为划线加工模式)和不进行折断处理便切割基板的切割模式(称为全切加工模式)。
划线加工模式和全切加工模式的哪一种会成立，取决于加热条件(激光波长、照射时间、照射能量、扫描速度等)和冷却条件(制冷剂温度、吹送量、吹送位置等)等加工条件，但主要取决于玻璃基板的板厚。也就是说，在玻璃基板的板厚薄的情况下，划线加工模式成立的上述加工条件的工艺窗口(process window，能形成正常的划线的各种加工条件的可设定范围)变窄，容易变为全切加工模式。全切加工模式中，由于不需要进行折断处理而可以期待工序简单的这一优点，但实际上存在裂痕不笔直地扩展的频率较高的倾向，不能期待精度良好的切割。另一方面，随着玻璃基板的板厚增加(特别是板厚为1mm以上)，全切加工模式变难，存在划线加工模式更容易成立的倾向。
在加热条件或冷却条件为非极端的情况下，这些切割模式的差异根据基板的厚度，因加热、冷却时产生的应力分布或变形的不同而不同。以下，对应力分布和变形与切割模式的关系进行说明。
<厚板基板>
首先，对板厚厚的玻璃基板的情况进行说明。此处所谓板厚厚的情况是指，基板上面经激光束照射，上面附近产生的热(热温)向基板内传递时，由于基板的板厚非常厚，因此在裂痕形成时热的传递停止在基板的内部，热不传递至基板下面的情况。具体地说，玻璃基板的情况下，板厚为1mm以上时，则存在热的传递停止在基板内部的倾向。
图6是用于说明通过对具有1mm以上的板厚的玻璃基板(以下，本说明书中称为厚板基板)进行激光照射和冷却而使裂痕扩展、延伸时在基板上产生的应力分布的模式图，图6(a)为基板立体图，图6(b)为其平面图。
此外，图7(a)、图7(b)及图7(c)分别是用于说明在图6的A-A’截面、B-B’截面及C-C’截面中的温度分布和应力分布的模式图。此外，从其他的视点来看，图7(a)、图7(b)及图7(c)表示了由于射束点BS和冷却点CS的通过而导致的同一地点的温度分布和应力分布的时间性的变化。
图6中，通过由激光束照射机构(未图示)照射的激光束形成了椭圆状的射束点BS。在射束点BS的后方，通过由冷却机构(未图示)吹送的制冷剂形成了圆形状的冷却点CS。射束点BS与冷却点CS维持着隔开一点距离的位置关系，从预先形成初期龟裂TR的一端侧朝向另一端侧，沿着切割预定线SL扫描厚板基板GA的上面。
此时，在厚板基板GA的上面附近，在因射束点BS的通过而被加热的区域附近，在加热所致的膨胀的影响下产生了压缩应力(图中以虚线箭头表示)。接着，在因冷却点CS的通过而被冷却的区域附近，产生了形成于厚板基板GA的温度分布所引起的拉伸应力(图中以实线箭头表示)。
接下来，基于图7对在厚板基板GA的内部产生的应力和变形进行说明。
厚板基板GA中，由于因激光束的射束点BS的通过所致的加热，如图7(a)所示，在基板内部形成加热部位HR，加热部位HR局部膨胀，由此产生压缩应力(图中以虚线箭头表示)。
接着，由于因稍后的冷却点CS的通过所致的冷温，如图7(b)所示，在表面附近形成冷却部位CR，冷却部位CR局部收缩，由此产生拉伸应力(图中以实线箭头表示)。
在厚板基板GA的情况下，加热部位HR缓慢地传递至基板内部，但由于基板厚而不会在裂痕形成时到达背面，成为加热部位HR停止在基板内部的状态。
于是，如图7(c)所示，通过冷却部位CR的形成而从厚板基板GA的表层缓慢地传递冷温时，则冷却部位CR存在于基板上面附近(例如，板厚的10％～20％的深度)，在其下方存在加热部位HR。该加热部位HR是产生压缩应力的部位，因此可以改称为存在于基板内部的内部压缩应力场Hin。
通过在厚板基板GA中形成内部压缩应力场Hin、在基板的上面附近形成拉伸应力，由此在厚板基板G局部地产生上凸变形，在基板上面产生以与拉伸应力相同方向挠曲基板的力(图中以点划线箭头表示)。需要说明的是，图7(c)中，为了便于表示挠曲的方向，夸大表示了在厚板基板GA上产生的变形所致的形状改变。
其结果，在厚板基板GA的上面，通过拉伸应力和使基板上凸的挠曲的力，成为容易从基板上面向厚度方向(深度方向)形成垂直裂痕C的状态。如此地，将容易形成向厚度方向(深度方向)扩展的裂痕的状态(或实际上形成裂痕的状态)称为“纵向裂纹”的状态。在纵向裂纹状态下扩展的裂痕切割面平滑(表面的凹凸小)且直线性优异，作为切割面是优选的。
然而，在纵向裂纹状态的情况下，如上所述，在厚板基板GA的内部形成有内部压缩应力场Hin，因此若裂痕C到达该内部压缩应力场则扩展受到阻碍，裂痕C在厚板基板GA中的扩展在内部压缩应力场附近停止。
因此，在厚板基板GA中，裂痕C难以扩展到背面，成为在基板的上面附近形成裂痕的划线加工。换言之，划线加工模式是通过由在基板的厚度方向上形成的热温和冷温的温度梯度所致的应力梯度来扩展裂痕的加工模式，其具有如下特征：能得到凹凸少且直线精度高的切割面，但反过来不能全切加工。
<薄板基板>
接下来，对板厚薄的玻璃基板的情况进行说明。此处所谓板厚薄的情况是指，基板上面经激光束照射，在基板上面附近产生的热(热温)向基板内传递时，由于基板的板厚非常薄，因此在裂痕形成时热到达下面的情况。具体地说，玻璃基板的情况下，板厚小于1mm、特别是为0.7mm左右时，则存在裂痕形成时热到达下面的倾向。此外，在板厚薄的情况下，因冷却点的通过而付与在基板上面的冷温会迅速到达下面，这一点是理所当然的。
图8是用于说明通过对板厚小于1mm的玻璃基板(本说明书中称为薄板基板)、例如具有0.7mm左右的板厚的玻璃基板的表面进行激光照射和冷却而使裂痕扩展、延伸时在基板上产生的应力分布的模式图，图8(a)为基板立体图，图8(b)为平面图。
此外，图9(a)、(b)和(c)分别是用于说明在图8的D-D’截面、E-E’截面和F-F’截面中的激光照射后的温度分布和应力分布的模式图。
图8中，通过由激光束照射机构(未图示)照射的激光束形成了椭圆状的射束点BS。在射束点BS的后方，通过由冷却机构(未图示)吹送的制冷剂形成了圆形状的冷却点CS。射束点BS与冷却点CS维持着隔开点距离的位置关系，从预先形成初期龟裂TR的一端侧朝向另一端侧，沿着切割预定线SL扫描薄板基板GB的上面。
此时，在薄板基板GB的上面附近，在因射束点BS的通过而被加热的区域附近，在加热所致的膨胀的影响下产生了压缩应力(图中以虚线箭头表示)。接着，在因冷却点CS的通过而被冷却的区域附近，在冷却所致的收缩的影响下产生了拉伸应力(图中以实线箭头表示)。
其结果，在薄板基板GB的上面附近产生了前方(远侧)为压缩应力、后方(近侧)为拉伸应力的应力梯度。
在此情况下，对于薄板基板GB上面附近中的应力分布，成为“横向裂纹”状态(详细内容后述)、即容易形成向面方向延伸的裂痕的状态。
接下来，基于图9对产生在薄板基板GB的内部的应力和变形进行说明。
薄板基板GB中，由于因照射在基板上面的激光束的射束点BS的通过所致的加热，如图9(a)所示，在基板内部形成加热部位HR，加热部位HR局部膨胀，由此产生压缩应力(图中以虚线箭头表示)。在此情况下，由于基板的板厚薄，因此在裂痕形成时加热部位HR会到达基板GB的下面。
接着，由于因冷却点CS的通过所致的冷温，如图9(b)所示，在表面附近形成冷却部位CR。
在薄板基板GB的情况下，冷温部位CR立刻到达基板GB的中央。
冷温进一步传递时，如图9(c)所示，冷却部位CR会到达薄板基板GB的下面。如此地，在薄板基板GB中，由于热温和冷温迅速地从薄板基板GB的上面传递至下面，因此难以维持由基板的厚度方向上的温度梯度所致的应力梯度。此外，即便能够形成基板的厚度方向上的应力梯度，但是由于板厚较薄而使热温和冷温的范围都变窄，因此各自的压缩应力和拉伸应力的大小也有限。因此，在薄板基板中难以成立划线加工模式，即使在成立的情况下工艺窗口(能形成正常的划线的各种加工条件的可设定范围)也会变窄，而难以稳定加工。
因此，在薄板基板GB中，由于受到射束点BS的作用而被加热至下面的区域和受到冷却点的作用而被冷却至下面的区域的存在，沿着切割预定线产生了温度梯度，通过该温度梯度所致的应力梯度，基板的裂痕得以延伸。也就是说，在加热部位HR与冷却部位CR分别由薄板基板GB的上面至下面而存在的状态下，在加热部位HR与冷却部位CR的边界附近，从薄板基板GB的上面到下面产生了拉伸应力。其结果，从薄板基板的上面到达下面的裂痕以冷却部位CR至加热部位HR的方向延伸。因此，容易成立全切加工模式。需要说明的是，由于裂痕在脆性材料中的延伸速度极快，延伸的裂痕会立刻到达加热部位HR的附近，其延伸通过加热部位HR的压缩应力而停止。
将这种容易形成在面方向上延伸的裂痕的状态(或者实际上形成裂痕的状态)称为“横向裂纹”的状态。
对于在横向裂纹状态下延伸的裂痕来说，其切割面本身比例如用刀具机械性地切割而成的切割面平滑，但与由纵向裂纹形成的裂痕相比，裂痕的直线性有时会受损。据认为这是因为，裂痕的延伸停止在加热部位HR(压缩应力场)的附近时裂痕的前端稍微偏离，以及由于横向裂纹状态的裂痕随着加热部位HR和冷却部位CR的移动以微小距离重复延伸和停止，停止时裂痕前端的位置偏离发生了累积。
如上所述，在薄板基板GB的情况下，容易发生因横向裂纹状态所致的裂纹在面方向上的延伸。在薄板基板GB上产生因横向裂纹所致的裂痕的延伸时，由于板厚较薄，基于全切加工模式的切割容易实现而不需要折断处理，但反过来，与基于纵向裂纹的切割面进行比较的情况下，存在切割面的凹凸较多、直线性差的问题。
于是，本发明的目的在于提供一种加工方法及用于该方法的裂痕形成装置，该加工方法在切割玻璃基板等由脆性材料构成的薄板基板的情况下能稳定地实现切割面的端面品质优异且直线性优异的基于纵向裂纹的切割。
此外，本发明的目的在于提供一种加工方法及用于该方法的裂痕形成装置，该加工方法能够对由脆性材料构成的基板进行基于纵向裂纹状态的全切加工，而不是基于横向裂纹状态的全切加工，也不是基于纵向裂纹状态的划线加工。
为了解决上述问题而构成的本发明的脆性材料基板的加工方法是如下的方法，在相对移动激光束的同时沿着切割预定线进行照射以使由脆性材料构成的被加工基板的上面受到低于其软化点的温度的加热，接着进行冷却，由此使裂痕从切割预定线的一端所形成的初期龟裂起在切割预定线上延伸，在被加工基板上形成裂痕；该加工方法由如下工序构成：(a)工序，将支持基板固着于被加工基板，所述支持基板通过热传导将在照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递并同时起到在冷却后的切割预定线附近产生上凸变形的作用；(b)工序，在使激光束相对移动的同时对被加工基板的上面进行照射，接着冷却，由此使裂痕延伸；(c)工序，解除被加工基板和支持基板的固着。
根据本发明，将支持基板固着于被加工基板。被固着的支持基板通过热传导将在照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递，同时起到在冷却后的切割预定线附近产生上凸变形的作用。并且，在相对于该支持基板所固着的被加工基板进行相对移动的同时沿着切割预定线照射激光束，接着进行冷却。
由此，在被加工基板与支持基板固着而成的合成基板上能够产生与厚板基板的类似的温度分布、应力分布。其结果，对于合成基板，能够成立划线加工模式，在合成基板的上面(即被加工基板上面)形成划线。
对于构成合成基板的上面的被加工基板，注视合成基板上形成划线的状态，则发现实质上在纵向裂纹状态下完成了板厚薄的被加工基板的全切加工。此后，通过实施将构成合成基板的支持基板与被加工基板的固着状态解除的工序，能得到通过纵向裂纹而被全切加工的被加工基板。此外，即使在被加工基板的板厚薄的情况下，也能稳定地以划线加工模式形成裂痕，因此能形成直线性优异的裂痕。
根据本发明，在加工作为薄板基板的被加工基板时，通过固着支持基板制成合成基板，将其视为厚板基板进行加工，因此能够以与厚板基板类似的条件进行加工(划线加工)，其结果，能够对被加工基板实现实质上在纵向裂纹状态下的全切加工。
由此，在切割薄板基板的情况下，实现了基于纵向裂纹的全切加工或划线加工，而不是基于横向裂纹的全切加工，因此能够实现切割面的端面品质和直线性优异的切割。
上述发明中，被加工基板与支持基板可以使用相同材质。例如，被加工基板为玻璃基板时，可以使用与支持基板相同材质的玻璃基板。
由此，被加工基板与支持基板实质上构成一个厚板基板，因此，与厚板基板的划线加工模式等效的切割模式成立，能够对被加工基板实现基于纵向裂纹的全切加工。
上述发明中，被加工基板与支持基板可以是实质上具有相同线膨胀系数的材料。
由此，热从被加工基板的下面传递至支持基板时，被加工基板侧先被加热而产生温度梯度，因此被加工基板先膨胀，被加工基板容易因挠曲形成上凸变形，能够容易地产生纵向裂纹状态。
上述发明中，被加工基板与支持基板可以是实质上具有相同热传导率的材料。
由此，热从被加工基板的下面传递至支持基板时，形成与被加工基板为厚板基板的情况相同的内部压缩应力场，因此能实现实质上与厚板基板相同的划线加工模式，能促进被加工基板的纵向裂纹。
<固着方法>
(1)冷冻卡盘
此外，上述发明的(a)工序中，被加工基板下面与支持基板上面可以通过冰层固着。
由此，能将被加工基板下面与支持基板上面利用以冰层固着的冷冻卡盘固着，其后，可以通过融化冰层来简单地解除固着状态。
(2)粘合层
此外，上述发明的(a)工序中，被加工基板下面与支持基板上面可以通过粘合层固着。
此处，形成粘合层的粘合剂只要是一旦粘合基板之间后能通过使用溶剂溶解而脱离被加工基板的材料即可。具体地说，可以使用聚酰亚胺等热塑性树脂作为粘合剂，可以使用水、胺或水与胺的混合溶液作为溶剂。此外，可以使用受UV光的作用粘附力降低或剥离的粘附片等在支持基板上粘合被加工基板，然后通过照射UV光将被加工基板从支持基板上脱离下来。
由此，能利用粘合剂将被加工基板下面与支持基板上面固着起来，其后，可以通过向固着面提供溶剂来简单地解除固着状态。此外，通过利用粘合层进行固着，能将预定范围的被加工基板下面与支持基板上面完全固着起来。
<被加工基板>
此外，上述发明中，优选被加工基板为玻璃材且其板厚为0.01mm～1mm。
由此，由于被加工基板的板厚非常薄，在基板上面照射激光时热会传递至基板下面，因此可以通过将支持基板固着在被加工基板来实现视为厚板基板的划线加工模式。
<裂痕形成装置>
此外，出于另一观点而构成的本发明的裂痕形成装置是脆性材料基板的裂痕形成装置，其具备激光束照射机构、冷却机构、使激光束照射机构和冷却机构相对于被加工基板相对移动的扫描机构，该装置进行如下加工：使激光束照射机构相对于被加工基板相对移动，以使激光束的射束点沿着被加工基板的切割预定线进行扫描，从而以不高于软化点的温度对被加工基板的上面进行加热，接着使冷却机构沿着射束点通过的轨迹相对移动来冷却上述基板，由此沿着切割预定线形成裂痕；该裂痕形成装置具备载放被加工基板的支持基板、和在裂痕形成前将支持基板固着在被加工基板的下面并在裂痕形成后解除固着状态的拆装单元；上述支持基板由如下材料形成：在固着有被加工基板的状态下，通过热传导将照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递，同时起到在冷却后的切割预定线附近产生上凸变形的作用。
<作用>
a.支持基板
根据本发明，在支持基板上载放被加工基板，利用拆装单元将被加工基板的下面固着在支持基板上。支持基板由如下材料形成：在固着有被加工基板的状态下通过热传导将照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递，同时起到在冷却后的切割预定线附近产生上凸变形的作用。因此，利用支持基板与被加工基板固着而成的合成基板，能产生与厚板基板类似的温度分布、应力分布。其结果，对于合成基板，能够成立划线加工模式，能形成划线。此时，观察被加工基板，则发现通过划线，被加工基板能够实现实质上基于纵向裂纹的全切。然后，通过此后解除基于拆装单元的固着状态，能得到在纵向裂纹状态下被全切加工的被加工基板。
b.支持基板的材质
上述发明中，支持基板可以由与被加工基板实质上相同的材质形成。
由此，被加工基板与支持基板实质上构成一个厚板基板，因此，与厚板基板的划线加工模式等效的切割模式成立，能够对被加工基板实现基于纵向裂纹的全切加工。
c.冷冻卡盘
此外，上述发明中，拆装单元可以由冷冻卡盘构成，所述冷冻卡盘用于在支持基板与被加工基板的界面形成冰层而成为固着状态，并且融化冰层而解除固着状态。
由此，可以通过冷冻卡盘的温度调整来简单地进行基板的拆装。此外，对冷冻卡盘的构成没有特别限制，例如可以在冰层的生成、冰层的的融化中使用珀耳帖元件，由此能够通过切换施加在珀耳帖元件上的电压的极性来切换冷冻和融化，因此能制成简单的装置构成。
d.粘合剂、溶剂
此外，上述发明中，拆装单元可以由粘合剂供给机构和溶剂供给机构构成，所述粘合剂供给机构将粘合剂供给至支持基板与被加工基板的界面，所述溶剂供给机构将溶解粘合剂的溶剂供给至支持基板与被加工基板的界面。
在此情况下，粘合剂供给机构和溶剂供给机构可以分别从形成于支持基板的贯通孔向支持基板的表面上供给粘合剂和溶剂。
此外，上述发明中，拆装单元可以由真空卡盘构成，所述真空卡盘能够通过支持基板上形成的大量小孔吸引被加工基板的下面。此处，对于在支持基板上形成的大量小孔而言，有必要缩小邻接的小孔之间的距离，以免发生加热所致的被加工基板的翘曲而局部分离。例如，作为具有大量小孔的支持基板，可以利用多孔性陶瓷那样的多孔性部件作为支持基板以进行真空吸引。
由此，通过利用形成在支持基板上的大量小孔进行真空吸引，能够将被加工基板的整个下面固着，其后能够通过停止吸引来解除固着，因此能够简单地切换固着操作和分离操作。
附图说明
图1是显示作为本发明的一个实施方式的脆性材料基板的加工方法的工序的图。
图2是说明将被加工基板固着于支持基板并进行激光照射和冷却时的应力状态的模式图。
图3是显示作为本发明的一个实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。
图4是显示作为本发明的其他实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。
图5是显示作为本发明的其他实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。
图6是用于说明通过在厚板基板上进行激光照射和冷却而使裂痕扩展、延伸时在基板上产生的应力分布的模式图。
图7是用于说明图6的A-A’截面、B-B’截面、C-C’截面中的应力分布的模式图。
图8是用于说明通过在薄板基板上进行激光照射和冷却而使裂痕扩展、延伸时在基板上产生的应力分布的模式图。
图9是用于说明图8的D-D’截面、E-E’截面、F-F’截面中的应力分布的模式图。
符号说明
1、2、3：裂痕形成装置
11：可动部
12：激光照射部
13：冷却部
14：刀轮
15：轨道
16：驱动机构
21、31、41：固定部
22、32、42：支持基板
23、37、38、44：阀
24：水源
25：水供给机构
26：珀耳帖模块
27：热交换机构
28：电源
29：恒温槽
30、30a、30b：控制部
33、34：贯通孔
35：粘合剂供给流路
36：溶剂供给流路
39：粘合剂收纳容器
40：溶剂收纳容器
43：吸引嘴
45：真空泵
46：吸引部
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，本发明不限于以下说明的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内包含各种方式这一点是不言而喻的。
[加工方法]
首先对本发明的加工方法进行说明。图1是显示作为本发明的一个实施方式的脆性材料基板的加工方法的工序的图。
首先，准备作为被加工基板GS的薄板基板与作为加工夹具的支持基板GT(图1(a))。
该支持基板GT固着于被加工基板GS，使用的是如下的材料：能够通过热传导将照射激光束时从被加工基板GS的上面到达下面的热由被加工基板GS的下面进行传递并同时起到在被加工基板GS上产生上凸变形的作用，即，使用能在被加工基板GS上诱发纵向裂纹状态的材料。
具体地说，被加工基板GS为玻璃制的薄板基板(例如，板厚为0.01mm～1.0mm)时，通过准备相同材质的玻璃基板(例如，板厚为2mm)用于支持基板GT，能实现实质上与玻璃制的厚板基板相同的热分布、应力分布。需要说明的是，此处所谓“相同材质”通过玻璃、蓝宝石及硅等一般名称来判断。例如，即使有制造商、商品名或规格的差异等，只要都是玻璃材质则包含在“相同材质”中。
此外，即使是不同材质的支持基板GT，只要是实质上线膨胀系数与被加工基板GS相同的材料或热传导率与被加工基板GS相同的材料，则能够在被加工基板GS上诱发纵向裂纹状态。
此外，支持基板GT使用与被加工基板GS相同大小或比被加工基板GS面积大、能够在被加工基板GS的下面固着的预定范围的基板。
并且，必要时，在支持基板GT的上面设置用于固着被加工基板GS的介质层M。也就是说，利用冷冻卡盘的情况下形成水层，利用粘合剂的情况下形成粘合剂层。利用真空卡盘的情况下不需要介质层M。外观上，真空层起着介质层M的作用。
需要说明的是，固着被加工基板GS与支持基板GT的预定范围是：激光束的照射所致的热温从被加工基板GS传递至支持基板GT，因所传递的热温而在支持基板上产生的压缩应力足以作用于被加工基板的范围。因此，冻结的水层或粘合剂层即介质层M由被加工基板GS向支持基板GT传递热温并传递被加工基板GS与支持基板GT的之间的应力。此外，在利用真空卡盘的情况下，通过利用真空层而相互固着的被加工基板GS与支持基板GT的接触来传递热温和应力。
固着被加工基板GS与支持基板GT的预定范围只要是在例如照射激光束的范围的周围加上相当于被加工基板GS的厚度的宽度的范围，则成为用于将因激光束照射提供的热温传递至支持基板的必要的范围，此外，只要是在射束点照射的范围的周围加上相当于被加工基板GS的厚度的宽度和相当于支持基板GT的厚度的宽度的范围，则成为确实包含通过传递至支持基板的热温来产生压缩应力的范围的范围。
固着被加工基板GS与支持基板GT的预定范围越宽，则因激光束的照射而提供给被加工基板的热温越能确实地传递至支持基板，越能够将被传递的热温所致的压缩应力确实地作用于被加工基板。另一方面，在因激光束的照射而提供给被加工基板过剩的热温的情况下，固着被加工基板GS与支持基板GT的预定的范围也可以窄于激光束的照射范围。
对于上述固着被加工基板GS与支持基板GT的预定范围，在利用冷冻卡盘的情况下，其是水层的形成范围或使水层冷冻的范围，在利用粘合剂的情况下，其是形成粘合剂层的范围，在利用真空卡盘的情况下，其是形成真空层的范围。此外，还可以将被加工基板GS的整个下面固着在支持基板GT上。以下，对将被加工基板GS的整个下面固着的情况进行说明。
接着，通过介质层M将支持基板GT的上面与被加工基板GS的整个下面固着，由此制作贴合有基板的合成基板GU(图1(b))。
在基板的固着中利用冷冻卡盘的情况下，通过冷冻水层制成冰层来固着。
在基板的固着中利用粘合剂的情况下，在作为介质层M在支持基板GT上所涂布的粘合剂层的上面，载放被加工基板GS并密合。或者，可以预先形成用于从支持基板GT的下面向上面送出粘合剂的贯通孔(未图示)，在将被加工基板GS载放于支持基板GT上的状态下，通过贯通孔将粘合剂供给至支持基板GT与被加工基板GS的界面。
在基板的固着中利用真空卡盘的情况下，为了使被加工基板GS的整个下面成为被吸引面，在支持基板GT中使用多孔性陶瓷基板。并且，在支持基板GT上载放被加工基板GS，启动真空泵，将支持基板GT的多孔面作为吸引面来真空吸引被加工基板GS。
接着，沿着在成为合成基板GU的上面的被加工基板GS上设定的切割预定线进行相对移动并同时照射激光束W1，此后进行制冷剂W2的吹送(图1(c))。
此时，在合成基板GU上能形成实质上与厚板基板等效的热分布、应力分布，因此能进行基于划线加工模式的加工。也就是说，如图2所示，由于因激光束W1所致的热(热温)的影响，从被加工基板GS的下面附近向支持基板GT的内部形成内部压缩应力场Hin，使压缩应力(虚线箭头)在该区域起作用。此外，由于因激光束W1所致的加热后的因制冷剂W2所致的冷却的影响，从被加工基板GS的上面到内部，拉伸应力(实线箭头)起作用。进而，在被加工基板GS的上面，上凸的挠曲引发的力(点划线箭头)在与拉伸应力相同的方向上起作用。
通过这些力的作用，在被加工基板GS上，通过挠曲引发的力与拉伸应力形成较强的纵向裂纹状态，形成裂痕C。该裂痕C若到达内部压缩应力场Hin的区域则其进一步的扩展被阻止。其结果，从被加工基板GS的上面到内部形成裂痕C，进一步裂痕C扩展到达至被加工基板GS的下面，因此成为基于纵向裂纹的全切加工。
接着，解除支持基板GT与被加工基板GS的固着状态(图1(d))。
在基板的固着中利用冷冻卡盘的情况下，通过提供热并融化冰层来解除固着状态。
在基板的固着中利用粘合剂的情况下，将用于溶解粘合剂层的溶剂供给到界面。因此，也可以预先在支持基板GT中形成送出溶剂的贯通孔(未图示)，通过该贯通孔在支持基板GT与被加工基板的界面供给溶剂。
在基板的固着中利用真空卡盘的情况下，停止真空泵，向支持基板GT的吸引面(多孔面)送入空气。
由此，从支持基板GT卸下被加工基板GS，从而能得到在纵向裂纹状态下切割的被加工基板GS。
此外，上述方法不仅适用于对被加工基板进行全切加工的情况，还适用于进行划线加工的情况。与对厚板基板进行划线加工的情况相同，可以通过改变加热条件、冷却条件等加工条件来调整所形成的裂痕的深度。
接着，使用附图对用于利用上述脆性材料基板的加工方法实现薄板基板的切割的裂痕形成装置进行说明。
[装置构成1：冷冻卡盘]
图3是显示作为本发明的一个实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。本实施方式中利用冷冻卡盘将玻璃基板(被加工基板)固着在支持基板上。本实施方式中，支持基板22起着以往的裂痕形成装置中为了载放被加工基板而设置的台面的功能，因此不需要以往的裂痕形成装置中设置的台面。本实施方式是在保持水平的台(图3中以直线简单表示)上载放热交换机构27、珀耳帖模块26、支持基板22及被加工基板的构成，但也可以是例如在以往的裂痕形成装置中设置的台面上载放热交换机构27、珀耳帖模块26、支持基板22及被加工基板的构成。
裂痕形成装置1主要由进行激光照射和制冷剂吹送的可动部11、和支持被加工基板50的固定部21构成。
可动部11由一体支持激光照射部12、冷却部13和刀轮14并沿着轨道15在被加工基板50的上面移动的驱动机构16构成，其中，激光照射部12照射激光束的射束点BS，冷却部13将由未图示的制冷剂源供给来的制冷剂(水和空气、氦气、N2气、CO2气等)从喷嘴喷射出并形成冷却点CP，刀轮14形成初期龟裂TR。
此处，用于玻璃基板的切割的激光照射部12的光源中使用CO2激光、CO激光、远红外线激光(此处所谓远红外线激光除了原来的远红外线激光之外，还包括使用不是激光光源的远红外光源以透镜光学系统将远红外波长的光聚集并与利用激光束的射束点同样地照射的情况)。此外，被加工基板的基板材料为蓝宝石的情况下，使用CO2激光、远红外线激光。此外，基板材料为硅基板的情况下，使用YAG激光、UV激光。
固定部21由支持基板22、水供给机构25、珀耳帖模块26和热交换机构27构成，其中，支持基板22在与被加工基板50的整个下面接触的状态下对其进行支持，水供给机构25利用阀23的开闭控制来从水源24供给水并以水层覆盖支持基板22的上面，珀耳帖模块26与支持基板22的下面接触，热交换机构27与珀耳帖模块26的下面接触，由此，固定部21起着冷冻卡盘的功能。
支持基板22使用与被加工基板50相同材质的玻璃基板。支持基板22的厚度是在固着被加工基板50与支持基板22并照射激光束时能形成内部压缩应力场并产生与上述厚板基板等效的热分布、应力分布的厚度。
珀耳帖模块26内置珀耳帖元件，珀耳帖元件连接有可切换施加电压的极性的电源28。可以通过向珀耳帖元件施加电压来冷冻支持基板22与被加工基板50之间的水层制成冰层，并且可以通过切换极性来融化冰层。
热交换机构27与恒温槽29和流路连接，通过对水进行循环与珀耳帖模块26的下面进行热交换。由此，在形成冰层时吸收从珀耳帖模块26的下面释放的热温，在融化冰层时对珀耳帖模块26的下面提供热温。
然后，利用控制部30，以预先设定的控制内容控制激光照射部12、冷却部13、刀轮14、驱动机构16、阀23、电源28。即，对激光照射部12、冷却部13以设定的输出照射激光、以设定的流量吹送制冷剂。对刀轮14以设定的按压力按压基板端。对驱动机构16以设定的距离移动。对阀23供给设定量的水。对电源28施加设定的电压。
此外，固定部21的支持基板22、珀耳帖模块26、热交换机构27被设定为可利用未图示的台(图3中以直线简单表示)进行二维方向的位置调整的方式。
[装置构成1的动作]
说明裂痕形成装置1的动作。首先，启动阀23由水供给机构25供给水，在支持基板22上形成水层。接着，将被加工基板50载放在支持基板22上，由电源28施加电压，将水层冻结为冰层。由此，被加工基板50固着在支持基板22上，形成整体可等效地作为厚板基板对待的合成基板。
在此状态下，启动刀轮14，在被加工基板50的基板端形成初期龟裂TR。接着，启动激光照射部12、冷却部13，同时使其沿着设定在被加工基板50上的切割预定线移动。其结果，如上述说明那样，在被加工基板50上产生较强的纵向裂纹状态，形成裂痕而被切割。
接着，切换电源28的极性，融化冰层，使被加工基板50与支持基板22分离。
通过以上的动作，形成了端面品质优异且直线性优异的切割面。
[装置构成2：粘合剂]
图4是显示作为本发明的其他实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。本实施方式中使用粘合剂将玻璃基板固着在支持基板上。本实施方式中，支持基板32起着以往的裂痕形成装置中为了载放被加工基板而设置的台面的功能，因此不需要以往的裂痕形成装置中设置的台面。本实施方式的结构是，将由设置在水平支持的台下侧或台内部的粘合剂供给通路35或溶剂供给通路36供给来的粘合剂和溶剂通过台或从台上面的粘合剂供给通路35或溶剂供给通路36的开口向支持基板32的贯通孔33、34供给。
裂痕形成装置2主要由进行激光照射和制冷剂吹送的可动部11、和支持被加工基板50的固定部31构成。其中，可动部11与图3相同，因此通过标记相同符号而省略部分说明。
固定部31由在与被加工基板50的整个下面接触的状态下对其进行支持的支持基板32；支持基板32中形成的贯通孔33、34；粘合剂供给流路35；溶剂供给流路36；阀37、38；粘合剂收纳容器39；溶剂收纳容器40构成。
支持基板32使用与被加工基板50相同材质的玻璃基板。支持基板32的厚度是在固着被加工基板50与支持基板32并照射激光束时能形成内部压缩应力场并产生与上述厚板基板等效的热分布、应力分布的厚度。
支持基板32的贯通孔33与粘合剂供给流路35连接，利用阀37的开闭操作将粘合剂送至被加工基板50与支持基板32的界面。此外，贯通孔34与溶剂供给流路36连接，利用阀38的开关操作将溶剂送至被加工基板50与支持基板32的界面。
然后，利用控制部30a，以预先设定的控制内容控制激光照射部12、冷却部13、刀轮14、驱动机构16、阀37、38。即，对激光照射部12、冷却部13以设定的输出照射激光、以设定的喷射量吹送制冷剂。对刀轮14以设定的按压力按压基板端。对驱动机构16以设定的距离移动。对阀37、38供给设定量的粘合剂、溶剂。
此外，固定部31的支持基板32被设定为可利用未图示的台(图4中以直线简单表示)进行二维方向的位置调整的方式。
说明裂痕形成装置2的动作。首先，将被加工基板50载放在支持基板32的上面，启动阀37，向支持基板32与被加工基板50的界面供给粘合剂。此时，优选以未图示的按压部件按住被加工基板50的上面。然后等待直至基板通过粘合剂相互固着。
基板固着后，启动刀轮14，在被加工基板50的基板端形成初期龟裂TR。接着，在启动激光照射部12、冷却部13的同时，沿着在被加工基板50上设定的切割预定线移动。其结果，如上述说明那样，在被加工基板50上产生较强的纵向裂纹状态，形成裂痕而被切割。
接着，启动阀37，向支持基板32与被加工基板50的界面供给溶剂。然后等待直至基板相互分离。
通过以上动作，对于玻璃基板，能够实现端面品质优异且直线性优异的切割面的加工。
[装置构成3：真空卡盘]
图5是显示作为本发明的其他实施方式的裂痕形成装置的大致构成的图。本实施方式中利用真空卡盘将玻璃基板固着在支持基板上。本实施方式中，支持基板42起着以往的裂痕形成装置中为了载放被加工基板而设置的台面的功能，因此不需要以往的裂痕形成装置中设置的台面。本实施方式是在保持水平的台(图5中未记载)上载放真空装置的平板状的吸引部46和支持基板42的构成，但在具备带有真空吸引机构的多孔台面的裂痕形成装置的情况下，也可以是利用带有真空吸引机构的多孔台面作为真空装置的吸引部46并在其上固着支持基板42的构成。
裂痕形成装置3主要由进行激光照射和制冷剂吹送的可动部11、和支持被加工基板50的固定部41构成。其中，可动部11与图3、图4相同，因此通过标记相同符号而省略部分说明。
固定部41由在与被加工基板50的整个下面接触的状态下支持被加工基板50的多孔性的支持基板42；用于固定支持基板42并从支持基板42的下面通过支持基板42的微细的孔来吸引被加工基板50的吸引嘴43；阀44；真空泵45构成。
支持基板42使用多孔质陶瓷。该多孔质陶瓷只要是在固着被加工基板50与支持基板42并照射激光束时能形成内部压缩应力场并产生与上述厚板基板等效的热分布、应力分布的多孔质陶瓷即可。例如，在被加工基板50为玻璃基板的情况下，可以使用氧化铝陶瓷作为支持基板42。
吸引嘴43是在与支持基板42接触的面上形成大量的孔的金属制的中空容器，通过阀44与真空泵45连接。
然后，利用控制部30b，以预先设定的控制内容控制激光照射部12、冷却部13、刀轮14、驱动机构16。即，对激光照射部12、冷却部13以设定的输出照射激光、以设定的风量吹送制冷剂。对刀轮14以设定的按压力按压基板端。对驱动机构16以设定的距离移动。
此外，固定部31的支持基板32被设定为可利用未图示的台进行二维方向的位置调整的方式。
说明裂痕形成装置3的动作。首先，将被加工基板50载放在支持基板42上，使阀44处于开状态，将被加工基板50真空吸引在支持基板42上。
被加工基板50固着在支持基板42上后，启动刀轮14，在被加工基板50的基板端形成初期龟裂TR。接着，在启动激光照射部12、冷却部13的同时，沿着在被加工基板50上设定的切割预定线移动。其结果，如上述说明那样，在被加工基板50上产生较强的纵向裂纹状态，形成裂痕而被切割。
接着，使阀44处于关状态，启动未图示的泄漏阀，使吸引嘴43的内部恢复到大气压状态。
通过以上动作，对于玻璃基板，能够实现端面品质优异且直线性优异的切割面的加工。
需要说明的是，在上述的裂痕形成装置1、裂痕形成装置2及裂痕形成装置3中，设定成了激光照射部12、冷却部13及刀轮14可相对于被固定的被加工基板50和支持基板(22、32，42)移动的方式，但也可以设定成被加工基板50及支持基板(22、32，42)可相对于被固定的激光照射部12、冷却部13及刀轮14移动的方式以进行代替。
工业实用性
本发明可用于在切割加工玻璃基板等的情况下要求端面品质优异的加工和要求直线性优异的加工的裂痕形成装置。

Claims (14)

1.一种被加工基板的加工方法，其由如下工序构成：
(a)工序，在由脆性材料构成的被加工基板的背面固着支持基板，然后在所述被加工基板的表面上的切割预定线的一端形成初期龟裂；或者，在由脆性材料构成的被加工基板的背面固着支持基板，其中所述被加工基板的表面上的切割预定线的一端形成有初期龟裂；
(b)工序，通过使激光束从所述初期龟裂沿着所述切割预定线相对移动的同时进行激光照射，将被照射部分加热至低于所述被加工基板的软化点的温度，同时随着所述激光照射进行被加热部分的冷却，由此使所述激光照射产生的热从所述被加工基板的被照射部分传导至背面，进一步从所述被加工基板的背面传导至支持基板，所述支持基板面向所述被加工基板的背面沿着所述切割预定线产生凸起的变形，使由被加工基板的表面扩展至背面的裂痕从所述初期龟裂起沿着所述切割预定线延伸；和
(c)工序，解除所述被加工基板与所述支持基板的固着。
2.如权利要求1所述的加工方法，其中，被加工基板为玻璃基板，其板厚为0.01mm～1mm。
3.如权利要求1或2所述的加工方法，其中，支持基板为玻璃基板。
4.如权利要求1所述的加工方法，其中，被加工基板与支持基板为相同材质。
5.如权利要求1所述的加工方法，其中，被加工基板与支持基板为实质上具有相同线膨胀系数的材料。
6.如权利要求1所述的加工方法，其中，被加工基板与支持基板为实质上具有相同热传导率的材料。
7.如权利要求1～6任一项所述的加工方法，其中，在(a)工序中，被加工基板背面与支持基板通过冰层固着。
8.如权利要求1～6任一项所述的加工方法，其中，在(a)工序中，被加工基板背面与支持基板通过粘合层固着。
9.一种裂痕形成装置，其是脆性材料基板的裂痕形成装置，具备激光束照射机构、冷却机构、使激光束照射机构和冷却机构相对于被加工基板相对移动的扫描机构，该装置进行如下加工：使激光束照射机构相对于被加工基板相对移动，以使激光束的射束点沿着被加工基板的切割预定线进行扫描，从而以不高于软化点的温度对被加工基板的上面进行加热，接着使冷却机构沿着射束点通过的轨迹相对移动来冷却所述基板，由此沿着切割预定线形成裂痕；
该裂痕形成装置的特征在于，其具备载放被加工基板的支持基板、和在裂痕形成前将支持基板固着在被加工基板的下面并在裂痕形成后解除固着状态的拆装单元，
所述支持基板由如下材料形成：在固着有被加工基板的状态下，通过热传导将照射激光束时从被加工基板的上面到达下面的热由被加工基板的下面进行传递，同时起到在支持基板上面的切割预定线附近产生上凸变形的作用。
10.如权利要求9所述的裂痕形成装置，其中，支持基板由与被加工基板实质上相同的材质形成。
11.如权利要求9或10所述的裂痕形成装置，其特征在于，拆装单元由冷冻卡盘构成，所述冷冻卡盘用于在支持基板与被加工基板的界面形成冰层而成为固着状态，并且融化冰层而解除固着状态。
12.如权利要求9或10所述的裂痕形成装置，其特征在于，拆装单元由粘合剂供给机构和溶剂供给机构构成，所述粘合剂供给机构将粘合剂供给至支持基板与被加工基板的界面，所述溶剂供给机构将溶解粘合剂的溶剂供给至支持基板与被加工基板的界面。
13.如权利要求12所述的裂痕形成装置，其特征在于，粘合剂供给机构和溶剂供给机构分别从形成于支持基板的贯通孔向支持基板的表面上供给粘合剂和溶剂。
14.如权利要求9或10所述的裂痕形成装置，其特征在于，拆装单元由真空卡盘构成，所述真空卡盘能够通过支持基板上形成的大量小孔吸引被加工基板的下面。
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