CN101910076B - 脆性材料基板的裂痕形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在与第一裂痕的交叉点使第二裂痕可靠地停止的脆性材料基板的裂痕形成方法。所述脆性材料基板的裂痕形成方法通过第一激光划线加工形成第一裂痕，接下来将降低摩擦系数的摩擦系数降低剂附着于第一裂痕的龟裂内后，通过第二激光划线加工将第二裂痕沿与上述第一裂痕交叉的方向形成至与第一裂痕的交叉点，在与第一裂痕的交叉点使第二裂痕的延展停止。

Description

脆性材料基板的裂痕形成方法
技术领域
本发明涉及一种通过激光划线加工将裂痕形成于脆性材料基板的方法，更详细地说，涉及一种形成第一裂痕后将与第一裂痕交叉的第二裂痕形成至与第一裂痕的交叉点的方法。
此处，“激光划线加工(レ一ザスクライブ加工)”是指对基板照射激光束而形成射束点(ビ一ムスポツト)的同时使该射束点对基板相对移动，以软化点温度以下的温度局部加热基板，接下来利用沿射束点所通过的轨迹冷却上述基板所产生的热应力来形成裂痕的加工。
另外，“裂痕”是指在执行完全断开(分断)基板的裂断处理前，在基板上的预定断开位置所预先形成的线状龟裂。裂痕由未到达基板背面的龟裂构成，通过执行沿着裂痕将弯曲力矩施加于厚度方向的裂断处理，裂痕沿基板的厚度方向扩展，在裂痕前端到达背面的阶段成为完全被断开的断开线。
另外，“脆性材料”除了玻璃基板以外，还包括陶瓷、单晶硅、半导体晶片、蓝宝石等材料。
背景技术
玻璃基板等脆性材料基板，通过断开成适当的尺寸或形状以用于各种产品。
作为将脆性材料基板断开的方法，如下方法已被实用化：执行通过激光加热和加热后的立即冷却来形成裂痕的激光划线(laser scribe)加工、和沿着激光划线加工所形成的裂痕施加弯曲力矩的裂断处理，由此予以断开。通过进行激光划线加工和裂断处理的断开，能够得到品质优异的断开面。
有时会在将彼此交叉的两条以上直线裂痕形成于基板上之时(称为交叉划线)利用激光划线加工。例如，从大型基板切出作为产品的多个小型方形基板时，虽可执行将基板纵横断开的交叉切割，但此时进行通过激光划线加工的交叉划线。
一般而言，激光划线加工中为了缩小加工宽度且提高加热效率，将射束点的形状设定为椭圆形、长圆形等具有长轴的形状，并使长轴方向朝向扫描方向。再者，使加热后立即进行冷却的冷却区域(称为冷却点)追随射束点移动(参见专利文献1)。
另外，公开了如下内容：激光划线加工中，加热后立即喷射制冷剂(冷媒)而进行冷却时，不使用气体制冷剂而使用液体制冷剂，由此提高基板的切断速度(参见专利文献2)。
根据这些内容，对急速加热的基板，优选使用水(纯水)作为液体制冷剂，另外，如下内容亦被公开：与使用具有气体物理特性的制冷剂时相比，通过使用将乙醇、乙二醇、甲醇、丙酮、表面活性剂的任一种和水混合成的液体制冷剂，能够以更快的切断速度进行切断。此外，公开了如下内容：使用作为具有气体物理性质的制冷剂的硅油(比热与氟利昂气体相同程度地小)时，切断速度会降低，不适合作为制冷剂。
另一方面，还进行沿着闭曲线切出玻璃基板的加工。公开了如下方法：例如，制造圆形太阳电池装置的工序中，在矩形大型基板上形成隔开间隔设置的两个以上圆形龟裂外周线(在龟裂外周线的内侧形成圆形太阳电池装置)，在相邻的圆形龟裂外周线之间以及大型基板的外周和圆形龟裂外周线之间形成线状龟裂，由此对圆形基板进行加工(参见专利文献3)。
根据这些内容，使用CO2激光形成圆形龟裂外周线。接下来，圆形基板(太阳电池装置)之上阻断CO2激光的射束点的同时使CO2激光以直线状进行扫描，以形成从大型基板的外周至接近的龟裂外周线的线状龟裂，在相邻的龟裂外周线之间也形成线状龟裂。通过以上工序，能够容易分离圆形基板。
专利文献1：日本特表平8-509947号公报
专利文献2：日本特开2002-346995号公报
专利文献3：日本特开2002-87836号公报
发明内容
图1是示出利用激光划线加工从方形玻璃基板G挖出(くり拔く)圆形部材10时的典型加工过程的示意图。如图1(a)所示，形成构成圆形部材10的外周的圆形裂痕(R-1)，同时形成两条以上直线裂痕(X-1、X-2、Y-1、Y-2)。该直线裂痕称为“抛弃切割(捨て切り)”，为了使圆形部材10容易分离而形成必要的条数。
这种情况下，如图1(b)中以圆圈数字所示的加工顺序，最初形成圆形裂痕(R-1)(第一裂痕)，接下来形成各直线裂痕(X-1、Y-1、X-2、Y-2)(第二裂痕)至与圆形裂痕(R-1)交叉的位置。
此时，裂痕形成于加热区域(射束点)和冷却区域(冷却点)的边界附近，但由于加热区域和冷却区域的微妙平衡，而使裂痕的产生位置微妙地变化。另外，根据基板的内部状态，应力分布微妙地发生变化，由此裂痕的产生位置也会发生变化。因此，使直线裂痕在与圆形裂痕的交叉点准确停止是非常困难的。其结果，如图1(c)所示，裂痕的停止位置会偏移，有时直线裂痕(X-1、Y-1、X-2)越过与圆形裂痕的交叉点而延展(道行)，或者有时直线裂痕(Y-1)未到达圆形裂痕。
作为用于防止这样的缺陷的一种方法，如上述专利文献3所述的那样，可以考虑，在圆形部材10之上阻断射束点，在形成直线裂痕时，即使射束点的一部分越过交叉点而到达圆形部材10，圆形部材10本身也不受直接加热。
但是，采用该方法时，需要预先将激光阻断用被膜形成在圆形部材10上，或者形成圆形裂痕后进行定位的同时将掩膜部材安装于圆形部材10上。前者的情况下，形成直线裂痕后，需要去除被膜的工序。后者的情况下，需要定位工序，两者均会使工序增加，费时费力。
而且，即使通过被膜形成或掩膜部材的安装来使圆形部材10本身不受直接加热的情况下，有时还会发生后方的冷却区域(冷却点)所产生的拉伸应力传递至前方，使直线裂痕的前端越过与圆形裂痕的交叉点而延展的现象(详情为后述)，不能使直线裂痕可靠地停止。
同样的缺陷也在进行直线状激光划线加工时会产生。图2是示出利用激光划线加工从玻璃基板G切出两个以上条状部材11时的典型加工过程的示意图。根据玻璃基板G的尺寸与条状部材11的尺寸之关系形成端材部12的情况下，欲以其他目的有效利用端材部12时，如图2(a)所示，对玻璃基板G沿第一方向形成直线状的第一裂痕(X-1)，以及对玻璃基板G沿与第一方向正交的第二方向形成两个以上的第二裂痕(Y-1～Y-5)。
这种情况下，如图2(b)中以圆圈数字所示的加工顺序，最初形成第一裂痕(X-1)，接下来将第二裂痕(Y-1～Y-5)形成至与第一裂痕(X-1)交叉的位置。
此时，使第二裂痕(Y-1～Y-5)的前端在与第一裂痕(X-1)的交叉点准确停止也是非常困难的。其结果，如图2(c)所示，第二裂痕(Y-1～Y-4)的停止位置偏移，越过与第一裂痕(X-1)的交叉点而延展，或者第二裂痕(Y-5)未到达与第一裂痕的交叉点。
为此，本发明的目的在于提供一种脆性材料基板的裂痕形成方法，其利用激光划线加工形成第一裂痕，接下来沿与第一裂痕交叉的方向将第二裂痕形成至与第一裂痕的交叉点时，能够在交叉点使第二裂痕可靠地停止。
为了解决上述课题而构成的本发明的裂痕形成方法通过第一激光划线加工形成第一裂痕。接下来，将降低摩擦系数的摩擦系数降低剂附着于第一裂痕的龟裂内后，通过第二激光划线加工将第二裂痕沿与上述第一裂痕交叉的方向形成至与第一裂痕的交叉点。
这样，形成第一裂痕后，预先将摩擦系数降低剂附着于第一裂痕的龟裂内，由此在第一裂痕的龟裂内两侧面变为可滑动。该状态下进行第二激光划线加工时，当第二裂痕到达与第一裂痕的交叉点时，在交叉点的前方侧第二裂痕的龟裂会延展至交叉点，但在交叉点与第一裂痕的龟裂交叉时，拉伸应力使第二裂痕的龟裂所扩展的方向与第一裂痕的龟裂面的滑动方向一致，因此第二裂痕的龟裂的延展因滑动作用而中断。其结果，第二裂痕的龟裂的延展停止在交叉点。其后，即使在交叉点的前方稍微受到加热或冷却，只要在该部分未形成初期龟裂，第二裂痕就不会延展至前方。
根据本发明，通过将降低摩擦系数的摩擦系数降低剂附着于第一裂痕的龟裂内，在龟裂内龟裂两侧面变为可滑动，其结果，第二裂痕的延展停止在与第一裂痕的交叉点，从而能够使第二裂痕可靠地停止。
摩擦系数降低剂优选含有润滑油。特别优选含有硅油。
摩擦系数降低剂只要是能够在第一裂痕的龟裂内降低龟裂两侧面的摩擦系数的材料即可，例如，含有润滑剂即可。优选的是，只要适当含有硅油，即可用作摩擦系数降低剂。
在此，硅油也有很多种类，但考虑水溶性(与作为制冷剂的水一同喷附的情况)、渗透性(向龟裂内的渗透容易性)、润滑性(摩擦系数的降低容易性)，更优选选择容易进入到裂痕且容易降低摩擦系数的材料。具体地说，硅油中还优选为提高润滑性的改性硅油。
在除硅油等润滑油以外的材料中，例如，还可以利用通过添加乙醇将具有烷基的材料(具体地说，烷基醇、烷基醚、脂肪酸烷基酯)调成溶液而得到的材料作为摩擦系数降低剂。其中，具有烷基的材料只要是具有碳原子数为1～30的直链或支链烷基的烷基醇、烷基醚、脂肪酸烷基酯，作为摩擦系数降低剂就是优异的，从而优选。
另外，摩擦系数降低剂也可以在第一激光划线加工中将基板冷却时与制冷剂一同喷附。
激光划线加工中，由于在加热后的冷却时和刚冷却后较大的拉伸应力发挥作用，不使裂痕的龟裂扩展，因此冷却基板时与制冷剂一同喷附，即能够可靠地将摩擦系数降低剂附着于龟裂内，而且能够喷附制冷剂的同时使其附着，因此也不需要追加新的工序。
作为制冷剂，还可以使用含有硅油的水。
以往，作为冷却剂，与氮气或压缩空气一同喷射的水(水蒸气)、乙醇等制冷剂单独不具备摩擦系数降低剂的功能。通过使这些液体中含有硅油，即能够用作可喷射的摩擦系数降低剂。
摩擦系数降低剂也可以在第一激光划线加工中将基板刚冷却后涂布或喷附于交叉点附近。
通过在刚冷却后不与冷却剂一同而另行进行涂布或喷附，即可在整个第一裂痕中，使摩擦系数降低剂仅附着于必要的交叉点附近。从而，能够减少摩擦系数降低剂的用量，并且能够抑制摩擦系数降低剂附着于不必要的部位。
附图说明
图1：是示出利用激光划线加工挖出闭曲线时的典型加工过程的示意图。
图2：是示出利用激光划线加工切出两个以上条状部材时的典型加工过程的示意图。
图3：是示出激光划线加工中的玻璃基板的状态的图。
图4：是示出断开预定线上的各位置中的裂痕的产生状态的截面图。
图5：是示出本发明的一实施方式的裂痕形成方法的各工序的图。
图6：是示出冷却点CS的前端到达第一裂痕的状态的图。
符号说明
10 圆形部材
11 条状部材
BS 射束点
CS 冷却点
L0 断开预定线
L1 粗裂痕
L2 细裂痕
L3 盲裂痕
F  交叉点
X-1  第一裂痕
Y-1  第二裂痕
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的实施方式。为了方便说明，首先对通过一般的激光划线加工形成的裂痕预先说明。
图3是示出激光划线加工中的玻璃基板G的状态的图，图3(a)是立体图、图3(b)是对基板表面的一部分加以放大的俯视图。图3(c)是示出图4的各截面位置的图。另外，图4是示出图3(c)所示的位置的裂痕的产生状态的截面图。
在玻璃基板G上设定断开预定线L0，照射激光束而形成椭圆形的射束点BS，朝向断开预定线L0扫描其长轴方向。另外，从未图示的喷嘴朝向射束点BS的后方，喷射制冷剂(例如，含水的压缩空气)，由此形成冷却点CS，并以追随射束点BS的方式进行扫描。
具体地说，将形成射束点BS的激光束和形成冷却点CS的喷嘴的位置预先固定，沿着断开预定线L0使基板G在面前方向(图中箭头方向)上相对移动，由此将射束点BS和冷却点CS沿着断开预定线L0方向从初期龟裂TR进行扫描。
图3(b)示出此时于基板表面附近所产生的压缩应力和拉伸应力。图中以虚线箭头表示压缩应力的大小，以实线箭头表示拉伸应力的大小。
随着射束点BS的通过，压缩应力变强。接下来，冷却点CS紧跟着通过射束点BS之后方时，从压缩应力一举转变成拉伸应力。其后，拉伸应力逐渐缓和，并且内部的热传导至表面，再次转变成较弱的压缩力，而使龟裂结束(閉じる)。
图4(a)是示出射束点BS刚通过后的截面A-A’(参见图3(c)。以下说明的各截面也相同)的图。由于压缩应力发挥作用，所以不产生裂痕。图4(b)是示出冷却点CS通过而转变成拉伸应力的截面B-B’的图。较强的拉伸应力导致产生粗裂痕L1，而且较大的拉伸应力导致龟裂呈现即将扩展的状态。图4(c)是示出冷却点通过后拉伸应力逐渐变弱的区域的截面C-C’的图。较弱的拉伸应力导致残留龟裂的宽度小于粗裂痕L1的细裂痕L2。图4(d)是示出时间进一步经过而拉伸应力消失并再次转变成弱的压缩应力时的截面D-D’的图。在该区域中由于弱的压缩应力，使至此可辨识的细裂痕L2转变成目视无法辨识的裂痕L3(称为盲裂痕)。
接下来，对本发明的裂痕形成方法进行说明。图5是示出本发明的一实施方式裂痕形成方法的各工序的图。本实施方式中，执行第一裂痕形成工序、摩擦系数降低剂的附着工序以及第二裂痕形成的各工序，但同时进行第一裂痕形成和摩擦系数降低剂的附着。
图5(a)是示出第一裂痕形成工序和摩擦系数降低剂的附着工序的图。第一裂痕形成工序(和摩擦系数降低剂的附着工序)中，执行图3、图4所说明的激光划线加工。但是，仅制冷剂中含有作为摩擦系数降低剂的微量硅油的方面不同。
即，对基板G照射激光束LB而形成椭圆射束点BS。另外，从冷却喷嘴CN喷射制冷剂而形成冷却点CS。通过固定射束点BS和冷却点CS之间的位置，并对装载基板G的平台(未图示)进行驱动，从而使基板G沿着朝向X方向的断开预定线L0移动，由此将射束点BS和冷却点CS以从初期龟裂TR横穿基板G的方式进行扫描。从而，形成第一裂痕(X-1)。
对于制冷剂，预先将作为摩擦系数降低剂的硅油以1％以下(例如，0.4％)包含于水(原来的冷却剂)中，并预先形成可与压缩空气一同从喷嘴喷附的状态。若提高硅油的浓度，则不能从喷嘴喷射，因此含有浓度调成相当低。
如此，使摩擦系数降低剂与制冷剂一同喷射。制冷剂喷射后立即形成粗裂痕L1。如图4(b)所说明的那样，粗裂痕L1中较大的拉伸应力导致龟裂扩展，而使硅油容易附着于龟裂内。其后，随着时间的流逝，经过细裂痕L2而变成目视无法辨识的裂痕L3(盲裂痕)，但龟裂内的摩擦系数因附着的硅油而降低。接下来，执行第二裂痕形成工序。
图5(b)是示出第二裂痕形成工序的图。第二裂痕形成工序中，将基板G的扫描方向朝向Y方向，执行图3、图4所说明的激光划线加工。此时的制冷剂中不需要含有摩擦系数降低剂，因此只要使用仅为水和压缩空气的制冷剂即可，但只要没有硅油(摩擦系数降低剂)所致的不良影响，就可以直接使用第一裂痕形成工序(和摩擦系数降低剂的附着工序)所使用的制冷剂。第二裂痕形成工序中，冷却点CS到达与第一裂痕(X-1)的交叉点F，并进一步继续扫描直到越过第一裂痕。
图6是示出冷却点CS的前端到达第一裂痕(X-1)的状态的图，图6(a)是立体图，图6(b)是俯视图。另外，图6(c)～图6(d)是分别对图6(b)的区域S的不同状态的放大图。其中，图6(c)是冷却点CS到达区域S之前的区域S的状态，图6(d)是硅油附着于第一裂痕(X-1)时的图6(b)的区域S，作为比较例，图6(e)是硅油未附着于第一裂痕(X-1)时的图6(b)的区域S。
图6(c)～图6(e)中，图示有4个标记P1～P4。这些是为了利用标记的移动来方便说明第二裂痕形成工序所致的基板的位置变化而附加的标记。
此时，第一裂痕(X-1)虽变成目视无法辨识的裂痕L3(盲裂痕)，但在龟裂内附着有硅油(摩擦系数降低剂)。
如图6(c)所示，冷却点CS到达区域S之前，在Y方向的断开预定线(L0)尚未产生裂痕。此时的4个标记P1～P4是从第一裂痕(X-1)和断开预定线(L0)的交叉点F起以等距离标出的。
其后，冷却点CS到达区域S时，如图6(d)所示，沿着断开预定线(L0)形成第二裂痕(Y-1)。冷却点CS刚通过后立即产生强的拉伸应力，第二裂痕(Y-1)变成粗裂痕L1。此时，第二裂痕(Y-1)的前端停止在交叉点F。这是因为，第一裂痕(X-1)的龟裂内的摩擦系数因硅油的附着而降低，P1侧(P2侧)所产生的拉伸应力并未越过交叉点F而传递至P4侧(P3侧)。此时，相对于P4侧(P3侧)的龟裂面，P1侧(P2侧)的龟裂面以箭头方向滑动，由此裂痕的延展停止。
此时，射束点BS虽越过交叉点F而到达前方(P3、P4侧)，但仅赋予压缩应力而不使裂痕延展。只要在交叉点F未形成初期龟裂TR，即使对P4侧(P3侧)进行少许加热，也不使裂痕延展。
作为比较例，图6(e)是未将硅油附着于第一裂痕(X-1)的龟裂内时冷却点CS到达区域S的情况。
在第一裂痕(X-1)的龟裂面会产生压缩应力，因此通过摩擦在P1侧(P2侧)的龟裂面沿着第一裂痕的方向移动时，P4侧(P3侧)的龟裂面因摩擦力拖拉而移动。即，P4侧会与P1侧的移动联动而移动，P3侧则与P2侧的移动联动而移动。
因此，第二裂痕形成工序中，冷却点CS刚通过后立即产生较强的拉伸应力，使第二裂痕(Y-1)变成粗裂痕L1而扩展时，粗裂痕L1会越过交叉点F而传递，而形成以与裂痕L1相同的龟裂宽度扩展的粗裂痕L4。即，裂痕不在交叉点停止，而延展至前方。
实施例
(实验)
进行使制冷剂含有硅油作为摩擦系数降低剂的情况和未含有硅油的情况的比较实验。
以下，实验条件如下所示。
玻璃基板无碱玻璃(康宁公司制造#1737)
激光输出功率160W
扫描速度200mm/sec
制冷剂喷射量2ml/min
龟裂深度125μm
制冷剂水99.6％
硅油0.4％(信越化学工业株式会社制造的KF-643)
以上述混合比使其与压缩空气一同喷射
在上述条件下，进行激光划线加工。首先，于X方向形成第一裂痕，其后于Y方向形成第二裂痕，在形成第二裂痕时，使射束点BS和冷却点CS扫描直到越过与第一裂痕的交叉点。
其结果，第二裂痕完全停止在交叉点，没有越过第一裂痕延展至前方。
作为比较例，将制冷剂改变成100％的水(硅油0％)而进行同样的激光划线加工，结果第二裂痕并不在交叉点停止，而越过第一裂痕延展至前方。
从上述结果可知，通过将微量的硅油(摩擦系数降低剂)附着于第一裂痕的龟裂内，即可在交叉点抑制裂痕的延展。
另外，对于除硅油以外的材料，也进行了作为摩擦系数降低剂发生作用的材料的研究。其结果，在制冷剂中含有通过添加乙醇将具有烷基的材料——烷基醇、烷基醚、脂肪酸烷基酯(具有碳原子数为1～30的直链或支链烷基的化合物)调成溶液而得到的材料作为摩擦系数降低剂的情况下，也可以得到停止龟裂延展的效果。
(变形实施方式)
上述实施方式中，虽利用冷却喷嘴与制冷剂一同喷射硅油(摩擦系数降低剂)，但也可以在冷却喷嘴的后方设置第二喷嘴，将硅油(摩擦系数降低剂)仅喷射于必要的部位。即，使硅油仅附着于交叉点F的附近。通过这样的方式，在顾忌硅油附着的用途的情况下，即可将硅油的影响抑制在最小限度。
另外，上述实施方式中，虽通过从喷嘴的喷射使硅油附着，但也可以通过涂布使其附着。这种情况下，刚冷却后涂布时容易进入龟裂内。
另外，第二裂痕形成工序中，射束点到达与第一裂痕的交叉点时，只要停止激光照射而消除射束点，则除了停止裂痕的延展以外，也能够抑制因加热而对基板产生的不良影响。这种情况下，通过将冷却点移动至交叉点后停止冷却点的移动，即可使第二裂痕可靠地形成至交叉点。
工业实用性
本发明的裂痕形成方法能够用于玻璃基板等脆性材料基板的断开。

Claims (7)

1.一种脆性材料基板的裂痕形成方法，所述脆性材料基板的裂痕形成方法通过激光划线加工形成裂痕，在所述激光划线加工中，对脆性材料基板照射激光束而形成射束点，使所述射束点相对移动并以所述基板软化温度以下的温度进行加热，接下来沿着所述射束点所通过的轨迹冷却所述基板，所述裂痕形成方法的特征在于，
通过第一激光划线加工形成第一裂痕，
将降低摩擦系数的摩擦系数降低剂附着于所述第一裂痕的龟裂内后，通过第二激光划线加工将第二裂痕沿与所述第一裂痕交叉的方向形成至与第一裂痕的交叉点，
在与所述第一裂痕的交叉点使第二裂痕的延展停止。
2.如权利要求1所述的裂痕形成方法，其中，所述摩擦系数降低剂含有润滑油。
3.如权利要求2所述的裂痕形成方法，其中，所述摩擦系数降低剂含有硅油。
4.如权利要求1所述的裂痕形成方法，其中，所述摩擦系数降低剂含有烷基醇、烷基醚、脂肪酸烷基酯的任一种。
5.如权利要求1所述的裂痕形成方法，其中，在第一激光划线加工中将基板冷却时，所述摩擦系数降低剂与制冷剂一同喷附。
6.如权利要求5所述的裂痕形成方法，其中，作为所述制冷剂，使用含有硅油的水。
7.如权利要求1所述的裂痕形成方法，在第一激光划线加工中将基板冷却后，所述摩擦系数降低剂被立即涂布或喷附于所述交叉点附近。
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