CN102123817B - 去角加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可形成C面或R面等去角加工面的脆性材料基板的去角加工装置。其具备：射束偏向部(14)，是设于激光光源(13)与聚光构件(15)间的激光束的光路，使激光束的射入聚光构件的射入光路偏向以使从聚光构件射出的激光束所形成的聚光点的位置进行扫描；以及基板支撑部(2)、(7)、(11)、(12)，是将基板支撑成从边缘线EL的斜前方朝向边缘线照射激光束，以沿与边缘线交叉的面扫描边缘线附近的基板表面或基板内部；聚光构件(15)，由成为在与边缘线交叉的面形成的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状的光学元件单元，来进行朝向基板外侧呈凸状的去角加工。

Description

去角加工装置
技术领域
本发明是关于一种形成于脆性材料基板的端面的边缘线(棱线)的去角加工方法，进一步详细而言是关于由激光束的照射进行边缘线的R面去角或C面去角的去角加工方法及去角加工装置。
此处，除了玻璃基板以外，加工对象的脆性材料基板包含石英、单晶硅、蓝宝石、半导体晶圆及陶瓷等基板。
背景技术
玻璃基板等脆性材料基板是由加工成所欲的尺寸、形状而使用于各种制品。一般而言，脆性材料基板的加工虽由切割(dicing)、刀轮划线(wheelscribe)、激光划线(laserscribe)等既有的加工技术来进行，不过由此等加工技术断开的基板端面的边缘线是非常锐利，即使是施加些微的冲击亦会产生破裂(chipping)或微裂(microcrack)等缺陷。例如，在平面显示器(FPD)用的玻璃基板中，因边缘缺角所产生的破片会在FPD用基板的表面导致损伤，而对产品的良率造成影响。
因此，为了防止在断开基板后所产生的基板的边缘部分的缺损等，是沿边缘线进行去角加工。
以往的去角加工的一是有一种湿式研磨法，其是一边供应大量的水一边由金刚石磨石进行研磨。然而，在由湿式研磨法所形成的去角加工面，会连续残留微小裂痕，而使去角加工面的强度较周围显着降低。
相对于此，已提出一种加热熔融法，其是沿欲进行去角加工的边缘线扫瞄激光束，并沿边缘线移动激光束的焦点而将边缘上予以加热熔融以进行去角。另揭示有一种方法(参照专利文献1)，其是在将例如玻璃构件整体保持(预热)于较常温高的温度的状态下，将棱线部附近予以激光加热使棱线部软化而加以圆化来进行去角。
图8是表示使用CO2激光光源由加热熔融法进行去角加工时的激光照射状态的截面图。预先使用未图标的加热器将玻璃基板10整体逐渐加热至较软化温度低的既定温度，接着沿欲进行保持于既定温度的玻璃基板10的去角加工的边缘线51，由聚光透镜53将来自CO2激光光源50的激光光予以聚光，将焦点对准于加工部分附近并进行扫描。此时，由调整激光输出、扫描速度，使经激光照射的边缘部分变成高温而软化，由此加工成使经激光照射的边缘部分带圆状。
此时，在预热及加工后的冷却会耗费时间。又，必须将基板整体预热，当在基板上已形成无法加热的元件或传感器等功能膜的情况下，有时无法实施此方法的去角加工。又，若预热不够充分则会因热应力产生破裂(裂痕)，而无法进行良好的去角加工。再者，上述加热熔融法的去角加工中，有时熔融部分会变形导致其一部分(带圆状的部分的一部分)较周围鼓起，而损及基板端面的平坦度。
作为异于加热熔融法、无须预热的激光照射的去角方法，已揭示有一种激光划线法(专利文献2)，其是由将激光光照射于边缘附近来进行加热，使玻璃基板10产生裂痕，并由使激光光相对扫描于边缘线方向，而使裂痕沿边缘线成长，从玻璃基板分离边缘附近以进行去角。
图9表示使用CO2激光光源由激光划线进行去角加工时的激光照射状态的图。由聚光透镜53将来自CO2激光光源50的激光光局部照射于玻璃基板10的边缘线51附近，以较软化温度低的温度进行加热。此时，因随着局部热膨胀所造成的热应力而产生裂痕52。接着，由使激光光沿边缘线51扫描，依序所产生的裂痕52即沿边缘线51成长，即可分离包含边缘线51的边缘附近(角部分)。
根据专利文献2，由进行激光划线的去角加工，即可在不损及玻璃基板的精度下，实施高生产性且无须洗净步骤的去角加工。
专利文献1：日本特开平2-241684号公报
专利文献2：日本特开平9-225665号公报
发明内容
此处，针对由激光划线的去角加工所形成的加工面作说明。图10是由使用CO2激光的激光划线进行去角加工时的加工截面的放大图。
由去角加工，玻璃基板10的角部分U即被分离(剥离)，玻璃基板10的边缘线53虽会与角部分U一起消失，但却另外形成去角加工面54。
若观察此去角加工面54的截面形状，则于玻璃基板10侧具有凹陷的圆弧状的逆R面。去角加工面54凹陷的结果，在与玻璃基板S的基板表面55、56交叉的部分，即形成2个边缘线57、58。若相较于原来的边缘线53，此等边缘线57、58的边缘的尖锐度虽已有改善，不过即使如此凹陷若变大时，则亦会形成锐利的边缘。
特别是在平面显示器用(FPD用)玻璃基板中，于紧邻边缘线57、58的上方有时会配置有TAB卷带的配线，在去角加工之后，若于该部分残留有锐利的边缘时，造成TAB卷带断线的可能性便会变高。
因此，去角加工面54是被要求消除凹陷且须将去角部分形成为属平面的斜面C面或朝向外侧呈凸状的R面。
然而，上述已知的使用CO2激光的激光划线法所形成的去角加工面54总是会在去角加工面产生凹陷。即使改变照射于边缘线53的激光的照射方向，结果仍大致相同，而难以控制去角加工面的形状。
近年来，在平面显示器(FPD)用玻璃基板等中，是使用较以往更大型的玻璃基板，随着玻璃基板的大型化，对基板的加工品质亦逐渐要求较目前更高的精度或可靠性。针对去角加工面的形状，亦要求较目前更高的精度与可靠性。
因此，本发明的目的是在于提供一种去角加工装置，其可将激光照射所形成的去角加工面形成为非逆R面而为C面、R面、或朝向外侧呈凸状的曲面。
为了解决上述课题而构成的本发明的去角加工装置，是使用特殊的光学元件单元扫描激光束的聚光点，以实现成为C面、R面、朝向基板外侧呈凸状的曲面的去角加工。
亦即，本发明的去角加工装置，是进行脆性材料基板的去角加工，其特征在于，具备：激光光源；聚光构件，将从激光光源放射的激光束加以聚光并导至基板；射束偏向部，是设于从激光光源经由聚光构件而到达基板的激光束的光路上，使激光束的射入光路偏向以使激光束所形成的聚光点的位置进行扫描；以及基板支撑部，是将基板支撑成，对供进行去角加工的边缘线，从以边缘线为端边的两个相邻面的斜前方朝向边缘线照射激光束，以使该聚光点沿与边缘线交叉的面扫描边缘线附近的基板表面或基板内部；聚光构件，是由具有在与边缘线交叉的面形成的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状的光学参数的光学元件单元构成。
此处，脆性材料基板包含玻璃基板、石英基板、硅基板、蓝宝石基板、硅或其它半导体晶圆、及陶瓷基板。
又，激光光源会因激光光的波长不同而使基板的吸收特性不同，因此可根据基板种类、是从基板表面扫描或是扫描基板内部，选择所使用的激光光源。
例如对于玻璃基板，当扫描表面附近时最好使用基板材料吸收是数大的CO2激光或CO激光(其中，扫描基板表面时只要可使激光聚光亦能使用吸收小的激光)。另一方面，在扫描基板内部时，最好使用基板材料吸收是数小的YAG激光(Nd-YAG激光、Er-YAG激光等)。
具体而言，例如在玻璃基板可使用波长为从193nm至1064nm的激光，激光光源则可使用Nd-YAG激光、ArF准分子激光、及KrF准分子激光等。又，例如在硅基板可使用波长为1100nm以上的激光。
又，作为聚光构件的光学元件单元能使用透镜单元或反射镜单元。一般而言，透镜单元中可藉由调整其折射率分布、透镜曲面形状，反射镜单元可由调整其反射面形状，来设计射出光相对于射入透镜单元、反射镜单元的射入光的光路方向或聚光点。因此，用于本发明的光学元件单元(透镜单元、反射镜单元)的光学参数，能使用由射束偏向部使射入光路偏向时由聚光构件形成的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状的光学参数者。此外，用以取得上述扫描轨迹的光学参数，可由进行几何运算或有限元素法的分析、或试行错误的设计来求出。
又，此处所指的光学元件单元并非单透镜，而是如组合透镜般作成将多个透镜或反射镜串联排列的构造，由此，元件整体亦包含聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状。
根据本发明，是将光学系统配置成，从激光光源放射的激光束经由射束偏向部、聚光构件，而对供进行基板的去角加工的边缘线从基板的斜前方方向照射。射束偏向部，是使从激光光源放射的激光束对聚光构件的射入光路偏向。聚光构件因射入光路由射束偏向部而偏向，从聚光构件射出的激光束的行进方向亦偏向。其结果，由从聚光构件射出的激光束而形成的聚光点的位置，是在基板的边缘线附近扫描。此时，聚光构件，由于使用具有一光学参数(在与边缘线交叉的面形成的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状的光学参数)的光学元件单元，因此边缘线附近的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状。接着，使聚光点在基板表面或基板内部扫描，即会沿其轨迹产生剥离熔融现象，而沿聚光点的扫描轨迹除去基板的一部分。因此，当扫描轨迹为直线状时，即进行C面的去角加工，当扫描轨迹从聚光构件观看成凹状时，即进行对应该凹状决定的R面、抛物面、椭圆面等的凸状的去角加工。
根据本发明，可将由激光照射所形成的去角加工面形成为C面、R面、或朝向外侧呈凸状的曲面。
上述发明中，聚光构件亦可是由fθ透镜或fθ反射镜构成的光学元件单元。
将聚光构件作成由fθ透镜或fθ反射镜构成的光学元件单元时的聚光点的扫描轨迹由于成直线状，因此能进行C面的去角加工。
上述发明中，聚光构件亦可是将非远心的fθ透镜与平面平行板组合而成的光学元件单元。
将聚光构件作成非远心的fθ透镜与平面平行板组合而成的光学元件单元时的聚光点的扫描轨迹由于是朝向基板外侧成凸状，因此能进行该凸状的去角加工。
上述发明中，亦可具备使基板侧或激光束侧移动以使该聚光点沿该边缘线相对移动的移送机构。
由此，可沿边缘线进行边缘线整体的去角加工。
上述发明亦可为，该基板支撑部是由将基板装载成水平的平台构成，该聚光构件及射束偏向部，是配置成以相对装载成水平的基板的边缘线倾斜45度的方向为中心方向使该聚光点扫描于该边缘线。
由此，可在将基板稳定地装载于水平的平台上的状态下进行去角加工。
上述发明中，射束偏向部亦可由电流镜或多面镜构成。
当为电流镜时，可由反射镜的摆动运动，又，当为多面镜时可由反射镜的旋转运动，由此均能以简单的机构正确且以良好再现性使朝向聚光构件的激光束偏向。
上述发明中，亦可进一步具备深度调整机构，是由使基板或该聚光构件的位置移动于激光束的照射方向，以调整该聚光点于基板的深度方向的位置。
由此，能将聚光点于基板内的深度位置配合去角加工的加工预定深度进行去角加工，以进行所欲深度的去角加工。
又，在进行较深的去角加工时，是进行浅去角加工，并使深度和缓地变化而进行较深的去角加工，由一边调整深度方向的扫描位置一边从边缘线的起点连续相对移动终点，即能进行不过度极端的去角加工。
附图说明
以下，使用附图针对本发明的实施形态作说明。此处，是针对玻璃基板的去角加工作说明。此外，本发明当然并不限于以下说明的实施形态，在不超出本发明的要旨的范围是包含各种形态，其中：
图1是表示本发明的一实施形态的脆性材料基板的去角加工装置的构成的图。
图2是图1的扫描光学系统的放大图。
图3是图1的去角加工装置的控制系统的方块图。
图4是表示形成较深的去角加工面时的步骤的图。
图5是扫描光学系统的变形例的放大图。
图6是扫描光学系统的变形例的放大图。
图7是扫描光学系统的变形例的放大图。
图8是表示使用CO2激光光源由加热熔融法进行去角加工时的激光照射状态的截面图。
图9是表示使用CO2激光光源由激光划线法进行去角加工时的激光照射状态的图。
图10是使用CO2激光由激光划线法进行去角加工时的加工截面的放大图。
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施形态的脆性材料基板的去角加工装置LM的图。图2是表示图1的扫描光学系统的放大图。
去角加工装置LM设有滑动平台2，其是沿平行设置于水平的架台1上的一对导轨3，4，来回移动于图1的纸面前后方向(以下称为Y方向)。于两导轨3，4之间，是形成为螺杆5沿前后方向设置，而固定于该滑动平台2的支杆6则螺合于该螺杆5，藉由马达(未图标)使螺杆5正、逆转，以使滑动平台2沿导轨3、4来回移动于Y方向。
于滑动平台2上，水平的台座7是设置成沿导轨8来回移动于图1的左右方向(以下称为X方向)。于固定在台座7的支杆10a，是贯通螺合有藉由马达9旋转的螺杆10，由螺杆10正、逆转，台座7即沿导轨8来回移动于X方向。
于台座7上，设有用以进行高度方向(以下称为Z方向)的调整的升降平台11、及装载吸引夹头的吸附平台12，玻璃基板G是以水平的状态固定于该吸附平台12的上。此时，欲进行去角加工的边缘线EL是以朝向上方，且支撑成后述激光束可从倾斜45度方向射入。
此外，玻璃基板G是利用摄影机20及形成在基板的对准标记(未图标)进行定位，使边缘线EL朝向Y方向。在基板G为一定的情况下，亦可以预先将定位用导件设于吸附平台12表面，使基板的一部分抵接于导件的方式进行定位。
于玻璃基板G的上方，安装有激光光源13、电流镜14(射束偏向部)、及透镜单元15(聚光构件)。电流镜14与透镜单元15是构成扫描光学系统16。
激光光源13是使用Nd-YAG激光光源。激光光源13是在XZ面内射出方向为朝向左斜下方45度。
电流镜14是将反射镜设置于从激光光源13射出的激光束的光路上，以将激光束射出至右斜下方，并由反射镜的摆动运动，使射束的射出方向在XZ面内偏向。此时的电流镜14的摆动运动的范围，是依据加工对象物所要进行的去角加工的角度范围来调整。
透镜单元15是将从电流镜14射出的激光束予以聚光，以形成聚光点。又，由电流镜14使射出方向偏向，而扫描激光束往透镜单元15的射入位置的结果，从透镜单元15射出的激光束的聚光点，即在XZ面内(亦即，正交于边缘线EL的面内)扫描，使扫描轨迹从透镜单元侧观看时呈凹状(朝向基板外侧呈凸状)。
例如，如图2所示，由电流镜14的摆动运动，聚光点的扫描轨迹即成为连结F0、F1、F2的弧R0。
此处说明透镜单元15的具体例。透镜单元15，由作成将非远心的fθ透镜与平面平行板组合而成的透镜单元，而可将聚光点的扫描轨迹设成如上述连结F0、F1、F2的弧R0的形状(朝向基板外侧呈凸状)。
电流镜14与透镜单元是固定于装置的框架，由此等光学元件而形成的聚光点的位置及聚光点的扫描轨迹，由于成为一定的位置及轨迹，因此可预先由几何计算(或以实测)求出表示聚光点的坐标(F0、F1、F2的坐标)或轨迹(弧R0)的函数。
因此，在固定玻璃基板G之后，由进行滑动平台2、台座7、及升降平台11的XYZ方向的位置调整，使聚光点F0对准于设定在边缘线EL上或边缘线EL附近的加工预定面的位置。
接着，针对去角加工装置LM的控制系统作说明。图3是控制系统的方块图。去角加工装置LM具备由用以储存各种控制资料、设定参数、及程序(软件)的存储器，以及用以执行运算处理的CPU构成的控制部50。
该控制部50是控制以下各驱动系统，亦即驱动用以进行滑动平台2、台座7、升降平台11的定位或移动的马达(马达9等)的平台驱动部51；驱动吸附平台12的吸引夹头的吸附机构驱动部52；驱动电流镜14的射束偏向部驱动部53；以及进行激光照射的激光驱动部54。又，控制部50是连接有由键盘、鼠标等构成的输入部56、及在显示画面上进行各种显示的显示部57，并形成为可在画面显示必要信息，且输入必要的指令或设定。
其次，针对去角加工装置LM的去角动作作说明。将基板G装载于吸附平台12，并使用摄影机20进行位置调整。接着，使边缘线EL朝向Y方向并由滑动平台2、台座7、及升降平台11进行位置调整，以使聚光点F0的坐标到达边缘线EL上或其附近的加工预定面的深度。
此时，只要使台座7与升降平台11连动移动，即能使基板移动于倾斜方向，因此能使用作为聚光点F0于基板的深度方向的位置调整机构。
接着，驱动电流镜14及激光光源13，使激光束在边缘线附近扫描。其结果，在聚光点由剥离熔融除去基板材料而形成去角加工面。
在涵盖边缘线EL的全长进行去角时，是以一定速度移送滑动平台2，相对于激光束的扫描面(XZ面)使基板G移动往Y方向。此时，亦可间歇移送滑动平台2以使激光束对相同加工位置进行多次扫描。
又，在欲形成较深的去角加工面时，是分成多次进行去角加工。亦即，如图4所示，第一次的去角加工是将聚光点设定于接近边缘线EL的较浅位置，一边往Y方向移动一边进行加工，第二次移动则使聚光点的位置逐渐偏移至基板内部侧，以反复进行同样的加工。
其次，针对变形实施例作说明。
图5是使聚光构件由fθ透镜15a来取代透镜单元15时的扫描光学系统的放大图。此时，由于聚光点的扫描轨迹在XZ面内是呈直线状，因此可进行C面的去角加工。
又，由于若将透镜单元15的曲面形状、曲率半径、及折射率等光学参数予以适当设计，则可制作能描绘所欲的扫描轨迹的自由曲面透镜，因此即可使用此自由曲面透镜将去角加工面形成为抛物面、椭圆面、或任意的自由曲面。此外，亦可使用反射镜以取代透镜，来描绘与透镜的扫描轨迹相同的轨迹。
又，使射束偏向部由电流镜取代为多面镜时亦能进行同样的去角加工。
图6是扫描光学系统的变形例。对与图2相同的构件赋予相同符号，省略其说明。图2的扫描光学系统中，虽是以电流镜14扫描焦点的位置，但此处是代替电流镜14，于透镜单元15的平面平行板安装摆动机构(未图标)，由摆动此机构，而实质地构成与图2相同的扫描轨迹。
又，图7是将聚光构件由非远心的fθ反射镜与平面平行板构成的单元15b取代时的扫描光学系统的放大图。
单元15b，与图2所说明的非远心的fθ透镜与平面平行板的组合时同样地，能使聚光点的扫描轨迹成为连结F0、F1、F2的弧R0的形状(朝向基板外侧呈凸状)。
使用此等扫描光学系统时亦能进行与图2相同的去角加工。
又，由使用有限元素法设计具有适当的光学参数的非球面透镜或非球面反射镜，而亦能仅以单透镜或单反射镜，形成与非远心的fθ透镜及平面平行板的组合透镜相等的光学系统。
又，在沿边缘线EL进行去角加工时，图2的去角加工装置LM中，虽是移动装载基板G的滑动平台2，不过亦可移动扫描光学系统(电流镜14、透镜单元15)侧。
以上，虽针对玻璃基板的去角加工作了说明，不过针对其它脆性材料基板，亦可根据基板材料各自的吸收特性来选择可使用的激光光源，由此实现相同的去角加工。
工业实用性
本发明是利用于玻璃基板等脆性材料基板的去角加工。

Claims (7)

1.一种去角加工装置，是进行脆性材料基板的去角加工，其特征在于，具备：
激光光源；
聚光构件，将从该激光光源放射的激光束加以聚光并导至该基板；
射束偏向部，设于从该激光光源经由该聚光构件而到达该基板的激光束的光路上，使激光束的射入光路偏向以使激光束所形成的聚光点的位置扫描于基板；
基板支撑部，是将基板支撑成，对被进行去角加工的边缘线，从以该边缘线为端边的两个相邻面的斜前方朝向边缘线照射激光束，以使该聚光点沿与边缘线交叉的面扫描边缘线附近的基板表面或基板内部；以及
激光驱动部，进行通过激光剥离沿聚光点的扫描轨迹除去基板的一部分的激光照射；
该聚光构件，由具有在与边缘线交叉的面形成的聚光点的扫描轨迹从聚光构件观看时成凹状或直线状的光学参数的光学元件单元构成；
进一步具备深度调整机构，是通过使该基板或该聚光构件的位置移动于激光束的照射方向，以调整该聚光点于基板的深度方向的位置。
2.如权利要求1所述的去角加工装置，其中，聚光构件是由fθ透镜或fθ反射镜构成的光学元件单元。
3.如权利要求1所述的去角加工装置，其中，聚光构件是将非远心的fθ透镜与平面平行板组合而成的光学元件单元。
4.如权利要求1所述的去角加工装置，其具备使基板侧或激光束侧移动以使该聚光点沿该边缘线相对移动的移送机构。
5.如权利要求1所述的去角加工装置，其中，该基板支撑部是由将基板装载成水平的平台构成，该聚光构件及射束偏向部，是配置成以相对装载成水平的基板的边缘线倾斜45度的方向为中心方向使该聚光点扫描于该边缘线。
6.如权利要求1所述的去角加工装置，其中，射束偏向部是由电流镜或多面镜构成。
7.如权利要求3所述的去角加工装置，其中，该聚光构件的该平面平行板构成为可摆动，兼用为射束偏向部。
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