CN102218778A - 脆性材料基板的加工方法及用于该方法的激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脆性材料基板的加工方法及用于该方法的激光加工装置，其可提供可沿分断预定线精度良好地分断的基板的分断方法。本发明具备通过使沿基板W的分断预定线L移动同时激光照射来使基板W产生局部性的压缩应力的加热步骤、通过冷却已加热的区域来使拉伸应力产生并使龟裂沿分断预定线L进展的冷却步骤、在拉伸应力残留而龟裂的开口部开启期间对此龟裂的开口部产生的区域施加外力使龟裂往厚度方向渗透的折断步骤。

Description

脆性材料基板的加工方法及用于该方法的激光加工装置
技术领域
本发明是关于通过对玻璃、硅、陶瓷、半导体等脆性材料基板沿分断预定线照射激光光而局部加热后喷射冷媒而局部冷却，于该基板形成龟裂的加工方法。在此所谓“加工”虽是指通过加热与冷却使基板产生热应力分布而于该基板形成龟裂的加工，但亦包含使被形成的龟裂从基板表面到达背面以使完全分断的场合与于分断预定线形成深龟裂(基板厚度的80％以上的龟裂)以使成为即将完全分断的状态的加工。
背景技术
以往，做为分断(割断)脆性材料即玻璃基板的方法，已知例如专利文献1与专利文献2所揭示将基板局部加热及冷却，通过当时产生的热应力(压缩应力与拉伸应力)以预先形成于基板的端部的初期龟裂(触发)为起点使龟裂往所要的方向进展，于基板形成刻划线或完全分断(板厚极薄时等)的加工方法。
具体而言，是使用激光束做为热源，将保持于平台上的基板相对激光束移动，使激光束沿基板的分断预定线局部照射加热，并随之从冷却单元的喷嘴喷射冷媒。此时利用因加热而产生的压缩应力与因急冷而产生的拉伸应力所导致的应力分布使龟裂往分断预定线的方向进展，形成一条刻划线。
之后，除了在基板极薄的场合等被完全分断外，通过沿刻划线(龟裂)按压折断棒或压接转动滚轮，使基板弯曲以将基板分断。
专利文献1：日本特开2004-182530号公报
专利文献2：日本特开2005-263578号公报
发明内容
发明欲解决的课题
然而，以上述的以往方法，在进行加热、冷却后，于施加外力使基板弯曲以分断时，被分断而形成的端面间可能互相按压，无法精度良好地沿分断预定线分断。此外，亦有分断面变粗糙的问题。
针对上述问题，本发明是以提供解决本课题，可沿分断预定线L精度良好地分断的基板的分断方法为目的。
解决课题的技术手段
在检讨上述课题后，由发明者的反复实验得知被分断而形成的端面间互相按压是因以下各点。图6是显示于局部加热后，追随加热部分刚喷射冷媒冷却后的基板的状态的剖面图。另外，为了说明的方便，夸张显示龟裂等。
在将基板W以激光束局部加热后，若将此加热部分以来自冷却装置的喷嘴13的冷媒急冷，会有拉伸应力产生。通过此拉伸应力，如图6(a)所示龟裂11产生。此龟裂11的开口部会随着从冷媒被喷射的冷却点离开而关闭，如图6(b)所示成为目视无法看见的盲裂痕12。盲裂痕12是因冷却而有拉伸应力产生的区域随时间经过而温度缓和，表面温度再上升时，变为压缩应力，龟裂面被压缩而龟裂关闭。若在有此种盲裂痕(曾经产生的龟裂的开口部虽再度关闭而以目视无法看见但于内部仍有龟裂残留的状态)产生的状态下施加外力使基板弯曲以进行折断，因于龟裂的开口部有压缩应力残留而关闭，故需有较大外力，若欲勉强分断则被分断而形成的端面间会互相按压。此压缩应力为无法精度良好地沿分断预定线分断的场合的要因。
因此，为了达成上述目的，在本发明是采用如下的技术手段。亦即，在本发明的脆性材料基板的加工方法是由通过沿脆性材料基板的分断预定线使激光束相对移动同时照射来加热而使基板产生局部性的压缩应力的加热步骤、通过使对已被加热的区域的后方近处喷射冷媒而形成的冷却区域追随激光束移动同时局部冷却脆性材料基板来使拉伸应力产生并沿分断预定线使龟裂进展的冷却步骤、在此拉伸应力残留而龟裂的开口部开启期间对此龟裂的开口部产生的区域施加外力使龟裂往厚度方向渗透的折断步骤构成。
在此，折断步骤中的使外力施加的位置配置于从由冷却步骤产生的冷却区域的冷却中心往冷却区域的移动方向后方侧20mm及往冷却区域的移动方向前方侧5mm的范围较理想。特别是因冷却而产生的龟裂的开口部开启为最大的位置最理想，从基板的冷却中心(cp)往冷却区域的移动方向为相反方向的后方侧0-10mm的范围内的位置为适当。
发明的效果
利用本发明的加工方法，由于是使在折断步骤的施加外力的位置为因冷却步骤的急速冷却而产生的龟裂不成为盲裂痕而龟裂的开口部开启的区域内，故只要稍微施加外力，亦即只要以外力使龟裂的开口部开启的区域稍微弯曲，便可顺利使龟裂渗透而分断。由此，可消除被分断而形成的端面间互相按压的现象，可沿分断预定线精度良好地分断，可获得平滑且漂亮的分断面。
于本发明，可使用压接于基板的滚轮做为折断步骤中的外力的施加手段，将此滚轮配置于与基板的激光照射面为相反侧，通过压接滚轮来施加外力。
由此，可确实使龟裂的开口部开启的区域弯曲，可顺利使龟裂渗透而分断。
附图说明
以下，基于显示其实施形态的附图，详细说明本发明的内容及所能达成的功效，其中：
图1为显示实施本发明的加工方法的激光加工装置的一例的立体图。
图2为说明本发明的加工方法的图。
图3为显示本发明中的加工时的热应力的产生状态的扩大剖面图，显示有压缩应力产生的状态。
图4为显示本发明中的加工时的热应力的产生状态的扩大剖面图，显示有拉伸应力产生的状态。
图5为显示施加有外力的状态的扩大剖面图。
图6为显示于激光加热后，刚喷射冷媒冷却后的基板的状态的剖面图。
符号说明
Figure BSA00000457036300041
具体实施方式
图1为显示实施本发明的加工方法的激光加工装置的一例的概略立体图，图2为说明加工方法的图。
激光加工装置具备载置玻璃基板W的被二分割的平台1。平台1具有载置基板W的平坦的上面2，于上面2设有多个空气吸引孔3。此空气吸引孔3是吸引保持被载置的基板W，通过设于平台1内部的分歧管(未图示)连通于空气吸引泵(未图示)。另外，设有将载置于平台1的基板W通过吸盘4拾起并搬送的搬送机械手臂5。
此外，设有做为为了将载置于平台1上的基板W沿分断预定线加工而使基板W产生局部性的压缩应力的加热手段的激光照射机构6、通过追随由此激光照射机构6产生的加热区域(激光点)以冷媒喷射使加热区域的后方近处冷却来使拉伸应力产生并使龟裂沿分断预定线进展的冷却机构7、以及在此拉伸应力残留期间对冷却区域附近(龟裂的开口部产生的区域)施加外力使龟裂往厚度方向渗透的折断机构8。
冷却机构7具备从前端喷射冷媒的喷嘴7a。此外，折断机构8具备配置于基板W的下方侧的滚轮8a，通过使此滚轮8a在被分割后的平台1的间隙从下方按压而按压基板并分断。另外，相对于滚轮8a于基板W的上方侧配设具有凹面状的周面的承接滚轮8b较理想。
激光照射机构6、冷却机构7、折断机构8是形成为以激光照射机构6为首依序排列于一直线上并被共通的保持构件保持，且可通过驱动机构(未图示)相对载置有基板W的平台1沿排列方向移动。
折断机构8的滚轮8a是配置于因来自喷嘴7a的冷媒喷射导致的急速冷却而产生的龟裂10(参照图4)不成为盲裂痕而龟裂10的开口部开启的区域。
具体而言，是假设应加工的玻璃基板W的厚度为0.4-1.1mm程度、基板W的搬送速度为50mm/秒-500mm/秒时，滚轮8a被配置于从喷嘴7a导致的冷却点的中心cp(图2)往喷嘴7a的相对于基板W的移动方向(箭头方向)相反方向即后方侧的20mm及移动方向前方侧5mm的范围。
特别是因冷却而产生的龟裂10的开口部大幅开启的位置最理想，从冷却点的中心cp(图2)往喷嘴7a的相对于基板W的移动方向为相反方向的后方侧0-10mm的范围内的位置为适当。附带一提，以往有刻划与折断应以个别步骤进行的想法，认为在进行滚轮折断的场合尽量不给予振动较理想，且认为于基板W被充分冷却且龟裂往基板的厚度方向充分进展后设折断步骤较理想，滚轮被配置于从冷媒喷射位置充分离开的位置(从冷却点的中心cp往后方侧离开20mm以上)。
另外，于将滚轮8a配置于比从冷却点的中心cp往喷嘴7a的相对于基板W的移动方向前方侧离开5mm的位置的场合，无法观察到使龟裂渗透的效果。
其次，针对加工动作说明。于将基板W沿分断预定线L加工时，定位为基板W的分断预定线L来到激光加工装置中的既定加工位置同时保持于平台1。之后，通过使激光照射机构6(保持构件9)沿分断预定线L相对移动同时对基板W照射激光束，如图3所示，使基板W产生局部性的压缩应力场P1。其次，如图4所示，使追随激光束将已被激光束加热的区域的后方近处(因此，P1会稍微往基板内部移动)以来自冷却机构7的喷嘴7a的冷媒喷射急冷而使拉伸应力P2产生。
由此，龟裂10沿分断预定线L(图1)被形成。另外，如图5所示，使折断机构8的滚轮8a上升，使因冷却步骤而龟裂10产生的区域弯曲，使龟裂深度渗透至板厚的100％(完全分断)至80％。
此时，由于是使折断机构8的滚轮8a的压接位置为因喷嘴7a的急速冷却而产生的龟裂10不成为盲裂痕而龟裂10的开口部开启的区域，故只要使滚轮8a稍微按压，亦即以滚轮8a使龟裂10的开口部开启的区域稍微弯曲，便可顺利使龟裂渗透。由此，可消除被分断而形成的端面间互相按压的现象，可沿分断预定线精度良好地分断，可获得平滑且漂亮的分断面。
以上虽已针对本发明的代表性的实施例说明，但本发明并非必须受限于特定于上述的实施形态，可在达成其目的且不超出申请专利范围的范围内适当修正、变更。
产业上的可利用性
本发明的加工方法可利用于加工由玻璃基板等脆性材料构成的基板。

Claims (7)

1.一种脆性材料基板的加工方法，由通过沿脆性材料基板的分断预定线使激光束相对移动同时照射来加热而使基板产生局部性的压缩应力的加热步骤、通过使对已加热的区域的后方近处喷射冷媒而形成的冷却区域追随激光束移动同时局部冷却脆性材料基板来使拉伸应力产生并沿分断预定线使龟裂进展的冷却步骤、以及在此拉伸应力残留而龟裂的开口部开启期间对此龟裂的开口部产生的区域施加外力使龟裂往厚度方向渗透的折断步骤构成。
2.如权利要求1记载的脆性材料基板的加工方法，其中，在前述折断步骤使用滚轮，将此滚轮配置于与基板的激光照射面为相反侧，通过压接滚轮来施加外力。
3.如权利要求1或2记载的脆性材料基板的加工方法，其中，前述折断步骤中的使外力施加的位置，是从由冷却步骤产生的冷却区域的冷却中心往冷却区域的移动方向后方侧20mm及往冷却区域的移动方向前方侧5mm的范围。
4.一种激光加工装置，具备：
通过沿载置于平台上的脆性材料基板的分断预定线从前述基板的上方使激光束相对移动同时照射来加热而使基板产生局部性的压缩应力的激光照射机构；以及
通过使对已加热的区域的后方近处喷射冷媒而形成的冷却区域追随激光束移动而局部冷却脆性材料基板来使拉伸应力产生并沿分断预定线使龟裂进展的冷却机构；
其特征在于：
前述平台是隔着用以使前述基板的分割预定线的下面侧露出的间隙被分割为两侧；
具备在因冷媒的喷射而产生的拉伸应力残留而龟裂的开口部开启期间对此龟裂的开口部产生的区域从前述基板的下方施加外力使龟裂往厚度方向渗透的折断机构。
5.如权利要求4记载的激光加工装置，其中，前述折断机构是由相对前述平台沿前述间隙移动同时按压基板的分割预定线的下面的滚轮构成。
6.如权利要求5记载的激光加工装置，其中，前述冷却机构具有喷射冷媒的喷嘴，前述滚轮被配置于从冷媒被喷射的冷却点的中心往与喷嘴的相对于基板的移动方向为相反侧即后方侧20mm及往移动方向前方侧5mm的范围内。
7.如权利要求5或6记载的激光加工装置，其中，前述折断机构进一步具备相对于前述滚轮的于前述基板的上方的位置具有凹面状的周面的承接滚轮。
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