CN108705208A - 带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置 - Google Patents

带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置 Download PDF

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Abstract

提供一种带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置，其能够利用简单的工序完美地切割带树脂层的脆性材料基板。使包括脉冲激光束的猝发激光串的激光束(L1)透过使其产生像差的像差生成透镜(4c)而生成像差激光束(L2)，从作为带树脂层的脆性材料基板(W)的母体的脆性材料基板(W1)的表面沿切割预定线扫描该像差激光束(L2)的最聚焦部，在脆性材料基板(W1)形成强度降低了的改性层(K)的同时，在树脂层(W2)形成切割槽(V)，接着，沿改性层(K)经由断裂单元将带树脂层的脆性材料基板(W)沿切割预定线切割。

Description

带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置
技术领域
本发明涉及一种在脆性材料基板的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置。特别是，本发明涉及一种像半导体基板那样在玻璃等脆性材料基板的一个面，以保护电路图案等为目的而层叠了丙烯酸类和/或环氧类等薄的合成树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置。
背景技术
公知有如下方法：通常，在切割上述那样的带树脂层的脆性材料基板的情况下，如图8的(a)所示，利用切割轮15(也称为划线轮)等，对作为带树脂层的脆性材料基板W的母体的脆性材料基板W1的表面进行刻划，从而形成切槽状的刻划线S，如图8的(b)所示，从与形成有刻划线S的面相反的的相反侧的树脂层W2的面按压断裂杆14，从而使带树脂层的脆性材料基板W挠曲而沿刻划线S进行切割(例如，参照专利文献1、专利文献2的图10)。
在上述刻划线的加工中，代替利用切割轮等的机械手法，向脆性材料基板的表面照射激光束而利用热量沿切割预定线产生裂缝，形成改性层，从而形成刻划线的方法也是通常的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2016-000533号公报
专利文献2：日本专利申请公开第2015-039872号公报
专利文献3：日本专利申请公开第2012-066479号公报。
发明内容
发明要解决的课题
但是，在利用上述方法切割带树脂层的脆性材料基板的情况下，因为作为母体的脆性材料基板与树脂层之间的物理特性不同，所以产生如下问题：树脂层的一部分未被完全切割而残留，或者即使被切割了也产生撕裂痕、不规则地破裂的碎裂、碎片等，而没有被完美地切割。
另外，为了可靠地切断树脂层，还公知有在切割工序前，还利用切割轮和/或激光束在树脂层的表面形成沿着切割预定线的刻划线的方法(例如，参照专利文献3)。但是，在该方法中，在带树脂层的脆性材料基板的任一面加工出刻划线后，需要将基板反转而在相反侧的面加工出刻划线，作业工序增加而变得费事，并且需要用于反转基板的机构等而装置变得复杂，存在成本变高的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种解决上述课题且能够利用简单的工序高精度地完美切割的带树脂层的脆性材料基板的切割方法及切割装置。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的而做出的本发明的切割方法是在脆性材料基板的单侧的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，使包括脉冲激光束的猝发激光串的激光束透过使其产生像差的像差生成透镜而生成像差激光束，从作为上述带树脂层的脆性材料基板的母体的脆性材料基板的表面沿切割预定线扫描上述像差激光束的最聚焦部，在上述脆性材料基板形成强度降低了的改性层的同时，在上述树脂层形成切割槽，接着，沿上述改性层经由断裂单元将上述带树脂层的脆性材料基板沿上述切割预定线切割。
在本发明的切割方法中，优选的是，使上述像差激光束的最聚焦的最聚焦部与上述脆性材料基板的厚度的中间位置匹配地进行扫描。
在此，像差激光束的最聚焦部是指，沿像差激光束的照射方向测量束轮廓(强度分布)时，束轮廓的峰值功率最高的位置(沿像差激光束的照射方向的位置)。
作为切割上述脆性材料基板的改性层的断裂单元，能够使用照射波长10.6μm的CO2激光束和/或波长1.064μm的Nd、YAG激光束等具有红外线区域的波长(通常，波长0.7μm以上)的激光束(具体而言，波长0.7μm～20μm的激光束)而利用热量进行切割的光学单元、从基板上表面按压断裂杆而使基板挠曲从而进行切割的机械单元。
另外，从其他观点来看的本发明的切割装置是在脆性材料基板的单侧的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割装置，包括：工作台，其载置上述带树脂层的脆性材料基板；像差激光束发光部件，其使从光源射出的包括脉冲激光束的猝发激光串的激光束经由使上述激光束产生像差的像差生成透镜而生成像差激光束；移动机构，其在使上述像差激光束发光部件沿上述带树脂层的脆性材料基板的切割预定线相对移动而在作为母体的脆性材料基板形成强度降低了的改性层的同时，在树脂层形成切割槽；断裂单元，其沿上述改性层切割上述带树脂层的脆性材料基板。
发明的效果
因为本发明如上所述地构成，所以通过扫描像差激光束，在能够作为母体的玻璃基板等脆性材料基板加工出强度降低了的改性层的同时，能够在树脂层沿切割预定线形成切割槽。因此，在下一断裂工序中，在向带树脂层的脆性材料基板施加外力而沿改性层切割脆性材料基板时，预先在切割槽的部分切断树脂层，或者去除其厚度的大部分，因此能够以在树脂层不产生撕裂痕和/或碎裂、碎片等的完美的端面可靠地进行切割。另外，因为在利用像差激光束在脆性材料基板加工出改性层的同时在树脂层形成切割槽，所以能够省略以往那样的使基板反转而在树脂层加工出刻划线那样的复杂的工序，并且能够谋求加工时间的缩短和成本的降低。
在本发明中，所述像差生成透镜可以由平凸透镜形成。在该情况下，通过使激光束从平凸透镜的平面侧入射，能够从凸面侧射出像差激光束。在该情况下，通过在平凸透镜的平面侧配置衍射光学元件(DOE)，能够增多从平凸透镜的凸面侧射出的激光束的焦点数，另外，能够减小聚光直径。
而且，在本发明中，所述像差激光束的光源是波长0.7～2.5μm(例如，Nd：YAG激光的基本波)的近红外激光，并且可以使用脉冲宽度为100皮秒以下的激光束的猝发激光串。
附图说明
图1是本发明的切割装置的概要的说明图。
图2是示出本发明的像差激光束发光部件的光学系统的框图。
图3的(a)、图3的(b)是放大示出像差激光束的聚焦状态的说明图。
图4是示出脉冲激光束的猝发激光串的轮廓的概念图。
图5的(a)、图5的(b)是示出本发明的切割加工工序的第一阶段的说明图。
图6是示出本发明的切割加工工序的第二阶段的说明图。
图7的(a)、图7的(b)是示出本发明的断裂单元的另一例的说明图。
图8的(a)、图8的(b)是示出现有的带树脂层的脆性材料基板的切割方法的一个例子的说明图。
附图标记说明
A、刻划装置(切割装置) F、高能量分布区域
K、改性层 L1、激光束
L2、像差激光束 L3、切割用激光束(CO2激光束)
V、切割槽 W、带树脂层的脆性材料基板
W1、脆性材料基板 W2、树脂层
2、引导件 4、像差激光束发光部件
4a、光源 4b、光调制器
4c、像差生成透镜 5、刻划头
6、切割用激光束发光部件 7、刻划头
8、工作台 14、断裂杆。
具体实施方式
以下，基于图示的实施例对本发明进行详细说明。
图1是示出本发明的刻划装置(切割装置)A的图。
在刻划装置A在左右的支柱1、1设置有具备沿X方向的引导件2的水平的梁(横梁)3。具备像差激光束发光部件4的刻划头5和具备切割用激光束发光部件6的刻划头7以能够利用马达M1沿X方向移动的方式安装在该梁3的引导件2。载置加工对象基板W而对其进行吸附保持的工作台8经由以纵轴为支点的转动机构9保持在台盘10上，台盘10形成为，能够利用被马达M2驱动的螺栓11沿Y方向(图1中的前后方向)移动。应予说明，在本实施例中，像差激光束发光部件4和切割用激光束发光部件6分开安装在独立的刻划头5、7，但是也可以安装在共同的刻划头。
如图2所示，安装于刻划头5的像差激光束发光部件4具备：光源4a，其射出脉冲宽度(脉冲持续时间)为100皮秒以下、优选为50皮秒以下(通常为1皮秒以上)、在此为10皮秒的脉冲激光束；光调制器4b，其将从该光源4a振荡出的脉冲激光束作为分割的猝发激光串列的集合而射出；像差生成透镜4c，其在从该光调制器4b输出的激光束L1产生像差。
应予说明，能够在光源4a使用波长0.7～2.5μm的近红外激光，在本实施例中，使用波长1.064μm的近红外线激光。
另外，对于射出脉冲激光束的猝发激光串列的光调制器4b而言，在例如日本专利申请公表第2012-515450号公报中进行了公开，在此，利用公知的光调制器射出脉冲激光束的猝发激光串列，省略详细的说明。
用于在从光调制器4b射出的激光束L1产生像差的像差生成透镜4c虽然不被特别限定，但是在此，利用使焦点沿光轴方向分散且使通过的激光束L1以结出沿轴向模糊的焦点的方式进行聚焦而产生像差的平凸透镜。通过该平凸透镜的激光束L1成为焦点分散的像差激光束L2。通过使激光束L1从平凸透镜的平面侧入射，能够从凸面侧射出像差激光束L2。
如图3的(a)所示，由脉冲激光束的猝发激光串列生成的像差激光束L2通过被像差生成透镜4c聚焦，而形成激光能量积蓄在各焦点部f而成的狭长的高能量分布区域(激光光丝)F。示意地放大该高能量分布区域F的图如图3的(b)所示。通过形成这样的高能量分布区域F，在照射到加工对象基板、例如苏打玻璃基板的表面时，能够从苏打玻璃基板的被照射面至很深的内部加工出强度降低了的改性层K(参照图5)。
从安装于另一个刻划头7的切割用激光束发光部件6射出的切割用激光束L3(参照图6)使用能够利用上述像差激光束L2完全切割强度降低了的改性层K的激光束。在本实施例中，使用波长10.6μm的CO2激光束作为该切割用激光束L3。应予说明，代替CO2激光束，也能够使用波长1.064μm的Nd、YAG激光束等波长0.7～20μm的激光束。
接着，以下，对使用了上述刻划装置A的本发明的带树脂层的脆性材料基板W的切割方法进行说明。在本实施例中，作为母体的脆性材料基板W1由厚度1mm的苏打玻璃形成，将在其一面层叠有厚度10～50μm的丙烯酸树脂层W2而得的带树脂层的脆性材料基板W作为加工对象基板。
首先，如图5的(a)所示，在工作台8上载置带树脂层的脆性材料基板W，将从像差激光束发光部件4射出的像差激光束L2朝向基板W照射的同时，利用刻划头5和基于引导件2的移动机构使像差激光束L2沿基板W的切割预定线移动。此时，像差激光束L2的聚焦部中的高能量分布区域F从脆性材料基板W1的厚度的中间达到树脂层W2。由此，如图5的(b)所示，能够从脆性材料基板W1的被照射面到下表面加工出强度变弱的改性层K的同时，壁厚薄的树脂层W2的高能量分布区域F通过蚀刻等而除去从而形成切割槽V。在该切割槽V的部分完全切断树脂层W2，或者除去厚度的大部分。
应予说明，优选的是，在承受基板W的工作台8设置有空间8a，该空间8a在照射像差激光束L2时，能够将透过基板W的激光束向下方排出。
在此，包括猝发激光串的像差激光束L2(脉冲激光束的猝发激光串列)的优选实施条件的一个例子如下所示。
激光输出：10.6W
重复频率：32.5kHz
脉冲宽度：10皮秒
脉冲间隔(激光脉冲的基板上的照射点的照射间隔)：4μm
猝发激光串：2脉冲
脉冲能量：163μJ/1猝发
扫描速度：130mm/s
应予说明，能够利用上述激光输出、重复频率、脉冲宽度、猝发数和/或脉冲间隔、像差等的调整，容易地控制加工深度和/或加工状态。
图4是示出脉冲激光束的猝发激光串列的模式图。形成有分割为一个一个的脉冲激光束的两个细微脉冲P，按照重复频率来间歇地照射细微脉冲P。
如上所述，通过扫描像差激光束L2，在基板W的脆性材料基板W1加工出改性层K的同时在树脂层W2加工出切割槽V后，如图6所示，从切割用激光束发光部件6朝向加工出改性层K的切割预定线照射CO2激光束L3的同时，利用包括刻划头7及引导件2的移动机构使其沿切割预定线移动。此时的CO2激光束L3的激光照射条件因作为加工对象的带树脂层的脆性材料基板W的坯料、厚度而不同，在本实施例中，将输出设为22W，将扫描速度设为20mm/s，将重复频率设为10kHz。
由此，一边沿加工出改性层K的切割预定线照射CO2激光束L3一边使其移动，利用激光束的热量，完全切割脆性材料基板W1的强度变弱了的改性层K。另外，在此之前通过照射像差激光束L2而利用切割槽V切断树脂层W2，或者去除树脂层W2的厚度的大部分，因此，利用CO2激光束L3施加外力，从而不会在带树脂层的脆性材料基板W产生撕裂痕和/或碎裂、碎片等，而能够沿切割预定线以完美的端面可靠地进行切割。
在上述实施例中，在利用像差激光束L2在脆性材料基板W1加工出改性层K后，作为从改性层K切割带树脂层的脆性材料基板W的断裂单元，使用切割用激光束L3，但是取而代之，也可以利用断裂杆机械地施加外力而进行切割。
图7表示利用断裂杆的断裂单元，如图7的(a)所述，在载物台12上铺设有由橡胶等构成的弹性片13，将加工出改性层K的带树脂层的脆性材料基板W以树脂层W2侧朝上的方式载置在该弹性片13上。并且，如图7的(b)所示，将断裂杆14从上方朝向改性层K按压，从而能够使脆性材料基板W1挠曲而从改性层K切割基板W。
以上，对本发明的代表的实施方式进行了说明，但是本发明并不一定仅限于上述实施方式。例如，在上述实施例中，在使用光学系统作为断裂单元时，在通过照射像差激光束L2而沿整个切割预定线形成改性层K后，沿改性层K照射切割用激光束L3而进行切割，但是也可以伴随着像差激光束L2的照射而照射切割用激光束L3。在其他本发明中，在达到本发明的目的且不超出权利要求的范围内能够进行适当的修正和变更。
工业上的利用可能性
本发明能够在对在玻璃基板等脆性材料基板的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板进行切割时而利用。

Claims (6)

1.一种带树脂层的脆性材料基板的切割方法，是在脆性材料基板的单侧的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，所述切割方法的特征在于，
使包括脉冲激光束的猝发激光串的激光束透过产生像差的像差生成透镜而生成像差激光束，
从作为所述带树脂层的脆性材料基板的母体的脆性材料基板的表面沿切割预定线扫描所述像差激光束的最聚焦部，在所述脆性材料基板形成强度降低了的改性层的同时，在所述树脂层形成切割槽，
接着，沿所述改性层经由断裂单元沿所述切割预定线切割所述带树脂层的脆性材料基板。
2.根据权利要求1所述的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，
所述像差激光束的光源是波长0.7～2.5μm的近红外激光，并且，使用脉冲宽度为100皮秒以下的激光束的猝发激光串。
3.根据权利要求1或2所述的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，
所述断裂单元由包括切割用激光束的光学系统形成，通过沿形成了所述改性层的切割预定线照射所述切割用激光束，从而利用热量来切割所述脆性材料基板。
4.根据权利要求3所述的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，
所述切割用激光束是CO2激光束。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的带树脂层的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，
所述断裂单元由包括断裂杆的机械系统形成，通过沿形成了所述改性层的切割预定线按压所述断裂杆，从而使所述脆性材料基板挠曲而沿所述切割预定线进行切割。
6.一种带树脂层的脆性材料基板的切割装置，是在脆性材料基板的单侧的一面层叠有树脂层的带树脂层的脆性材料基板的切割装置，所述切割装置的特征在于，包括：
工作台，其载置所述带树脂层的脆性材料基板；
像差激光束发光部件，其使从光源射出的包括脉冲激光束的猝发激光串的激光束经由使所述激光束产生像差的像差生成透镜而生成像差激光束；
移动机构，其在使所述像差激光束发光部件沿所述带树脂层的脆性材料基板的切割预定线相对移动而在作为母体的脆性材料基板加工出强度降低了的改性层的同时，在树脂层加工出切割槽；
断裂单元，其沿所述改性层切割所述带树脂层的脆性材料基板。
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