DE60304365T2

DE60304365T2 - Verfahren zum brechen eines spröden substrates

Info

Publication number: DE60304365T2
Application number: DE2003604365
Authority: DE
Inventors: H. Rudolf BRZESOWSKY; R. Abraham BALKENENDE; G. Raymond VAN AGTHOVEN; H. Petrus TIMMERMANS; P. Nicolaas WILLARD
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2023-07-19
Also published as: JP2005536428A; TW200404634A; US20050263503A1; CN1675021A; US7838795B2; KR101016157B1; KR20050059074A; DE60304365D1; TWI341758B; WO2004018144A1; EP1534463A1; AU2003247104A1; ATE321624T1; EP1534463B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wonach ein Substrat aus einem spröden Material vorgesehen, das Substrat mit einem Laserstrahl erhitzt wird, um auf dem Substrat einen erhitzten Punkt zu erzeugen, der Laserstrahl und das Substrat zueinander bewegt werden, um auf dem Substrat eine Linie erhitzter Punkte zu erzeugen, die erhitzten Punkte auf dem Substrat abgekühlt werden, indem ein Kühlmedium lokal so eingesetzt wird, dass sich ein Mikroriss auf der Linie erhitzter Punkte ausbreitet, und das Substrat entlang der Linie, auf der sich ein Mikroriss erstreckt, durch Anwenden einer Kraft auf das Substrat gebrochen wird.
Viele Produkte, welche aus einem spröden, nicht metallischen Material, z.B. Glas und Halbleiterscheibenmaterialien, gefertigt werden, werden vorgesehen, indem ein Stück, eine Schicht, eine Scheibe oder eine Platte in kleinere Stücke der gewünschten Größe bzw. Größen zertrennt wird.
US-6 252 197 offenbart ein Verfahren zur physikalischen Trennung von spröden Substraten, indem in dem Substrat ein Mikroriss gebildet wird und sich dieser Mikroriss gesteuert ausbreitet. Eine zuerst eingesetzte, mechanische oder Laserritzvorrichtung bildet einen Mikroriss in dem Substrat. Ein Laserstrahl wird auf das Substrat auf eine Trennungslinie gerichtet. Ein Kühlmittelstrom, welcher ein Gemisch aus Druckgas und Wasser enthält, kreuzt sich mit der abfallenden Flanke des Laserstrahls. Durch den Temperaturunterschied zwischen der Wärmeeinflusszone des Substrats und dem Kühlmittelstrom breitet sich der Mikroriss aus. Durch Ausüben eines mechanischen Drucks wird das Substrat dann entlang der Trennungslinie in kleinere Stücke gebrochen, welche, z.B. zur Herstellung von Anzeigeeinrichtungen, weiter bearbeitet werden können.
Ein mit diesem Verfahren verbundenes Problem ist, dass die mechanische Belastung, welche erforderlich ist, um die induzierten Oberflächenrisse weiter zu öffnen, mit der Zeit zunimmt, d.h. die mechanische Belastung ist höher, je länger der Zeitraum ist, welcher zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung des Mikrorisses und dem endgültigen Brechen des Substrats in kleinere Stücke verstrichen ist. Dieses ist unerwünscht, da es in einem Herstellerwerk oftmals nicht möglich ist, die Substrate unmittelbar nach Behandlung mit dem Laserstrahl zu brechen. In diesem Fall resultiert das nachfolgende Brechen des Substrats in einer Beschädigung der Ränder und einer geringeren Fertigungsausbeute.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Brechvorgang vorzusehen, in welchem die Bruchlast nach Erzeugen von Mikrorissen über die Zeit konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium eine wässrige Lösung aus einer oberflächenwirksamen Substanz enthält. Die Erfinder haben erkannt, dass die Erhöhung der Bruchlast in dem konventionellen Verfahren auf das Blockieren oder sogar Ausheilen der Mikrorisse zurückzuführen ist. Wenn jedoch das Kühlmedium eine wässrige Lösung aus einer oberflächenwirksamen Substanz enthält, verbinden sich die oberflächenwirksamen Substanzen mit den gebrochenen Siloxanbindungen im Innern der Mikrorisse. Es wird keine Rekombination und Ausheilung der gebrochenen Siloxanbindungen eintreten, und die erforderliche Bruchlast bleibt über die Zeit konstant. Des Weiteren verändern (reduzieren) die oberflächenwirksamen Substanzen die Oberflächenenergie der Mikrorisse. Infolgedessen bleiben die Risse offen, und die zum Öffnen der Risse erforderliche Belastung wird verringert.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, sowie
2 – Ergebnisse von Belastungsmessungen für verschiedene Kühlmedien und verschiedene Zeitfolgen.
Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet.
1 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Punkt 3 eines Laserstrahls wird auf Substrat 1 aus einem spröden Material, z.B. Glas, kristallines Silciumoxid, Keramik oder Zusammensetzungen aus diesen, fokussiert. Die in dem Laserpunkt 3 enthaltene Energie bewirkt eine lokale Erhitzung des Substrats. Ein Kühlmedium aus einer Düse 4 in der Nähe des Laserpunkts 3 (in den meisten Fällen hinter dem Laserpunkt positioniert) kühlt den erhitzten Punkt. Dieser rapide Temperaturunterschied ruft einen Thermoschock hervor und bewirkt, dass sich ein schon vorhandener Mikroriss ausbreitet.
Das Substrat wird gegenüber dem Laserpunkt in eine durch den Pfeil gekennzeichnete Richtung bewegt. Ebenso kann der Laserstrahl gegenüber dem Substrat in eine zu dem Pfeil entgegengesetzte Richtung bewegt werden. Auf Grund der relativen Bewegung breitet sich der Mikroriss entlang einer Trennungslinie 2 aus.
Danach kann das Substrat 1 entlang der Trennungslinie 2 durch Ausüben eines mechanischen Drucks auf das Substrat auf konventionelle Weise gebrochen werden. Es wurde beobachtet, dass die mechanische Belastung, welche zum Brechen des Substrats erforderlich ist, von der Länge der zwischen der Ausbildung der Mikrorisse und dem Zeitpunkt des Ausübens des mechanischen Drucks verstrichenen Zeit abhängig ist. 2 zeigt Ergebnisse von Belastungsmessungen für verschiedene Kühlmedien und verschiedene Zeitfolgen. Die Daten sind mit Querstrichen versehen, welche die statistische Streuung der Messungen angeben. Dargestellt ist die zum Brechen des Substrats erforderliche mechanische Belastung (in Newton) bei:

– einem Sprühgemisch aus Luft und Ethanol als Kühlmedium, 30;
– Abkühlen durch ein Sprühgemisch aus Luft und Wasser, auf welches unverzüglich der Brechvorgang folgt, 40;
– Abkühlen durch ein Sprühgemisch aus Luft und Wasser und Brechen nach 12 Stunden, 50;
– Abkühlen durch ein Sprühgemisch aus Luft und einer wässrigen Lösung, welche 0,1 Gew.% des oberflächenaktiven Stoffes Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid (CTAB) enthält, und unverzügliches Brechen, 60;
– Abkühlen durch ein Sprühgemisch aus Luft und einer Lösung aus Wasser, welche 0,1 Gew.% des oberflächenaktiven Stoffes Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid (CTAB) enthält, und Brechen nach 15 Stunden, 70.

Zu Vergleichszwecken ist die mechanische Belastung für den mechanischen Ritzprozess ebenfalls angegeben, 20.
Aus den in 2 dargestellten Daten kann geschlossen werden, dass die mechanische Belastung bei Verwendung von CTAB um nahezu einen Faktor 2 reduziert wird, und dass die Reduzierung bestehen bleibt, wenn der Brechvorgang nach 15 Stunden erfolgt. Es wurden gute Verfahrensausbeuten erreicht, wenn die Glasplatten weiter bearbeitet und die LCD-Anzeigetafeln aus diesen gefertigt wurden.
CTAB ist eine Verbindung, welche zu der Klasse kationenaktiver Stoffe gehört, d.h. ein oberflächenaktiver Stoff, eine Substanz wie z.B. ein Detergens, welche die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit reduziert. Gute Ergebnisse wurden ebenfalls mit Verbindungen erreicht, welche zu den Klassen nicht ionischer und anionischer, oberflächenaktiver Stoffe, wie z.B. Octadecyl-Deca(ethylenoxid)hydroxid bzw. Dodecylbenzol-Sulfonsäure-Natriumsalz, gehören. Sämtliche Verbindungen haben ihre Fähigkeit, sich mit den gebrochenen Siloxanbindungen (,Dangling Bonds') im Innern der Mikrorisse zu verbinden, gemeinsam.
Gute Resultate wurden erreicht, wenn die Verbindungen in der wässrigen Lösung im Bereich von 0,01 bis 1 Gew.% vorhanden waren.
Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Brechen eines spröden Materials, wonach ein Substrat 1 aus einem spröden Material vorgesehen, das Substrat mit einem Laserstrahl 3 erhitzt und auf dem Substrat ein erhitzter Punkt erzeugt wird, der Laserstrahl und das Substrat zueinander bewegt werden, um somit auf dem Substrat 2 eine Linie erhitzter Punkte zu erzeugen, die erhitzten Punkte auf dem Substrat abgekühlt werden, indem hinter den erhitzten Punkten ein Kühlmedium 4 so eingesetzt wird, dass sich ein Mikroriss auf der Linie erhitzter Punkte ausbreitet, und das Substrat entlang der Linie, auf der sich die Mikrorisse erstrecken, durch Anwenden einer mechanischen Kraft auf das Substrat gebrochen wird, wobei das Kühlmedium eine wässrige Lösung aus einer oberflächenwirksamen Substanz enthält.
Es sei erwähnt, dass die oben erwähnten Ausführungsbeispiele die vorliegende Erfindung darstellen, nicht jedoch einschränken, und dass Fachkundige in der Lage sind, viele alternative Ausführungsbeispiele vorzusehen, ohne dabei von dem Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. In den Ansprüchen sind in Klammern gesetzte Bezugszeichen nicht als Einschränkung des Anspruchs anzusehen. Das Wort „weist auf" schließt nicht das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte als die in einem Anspruch genannten aus. Das Wort „ein" bzw. „eine" vor einem Element schließt nicht das Vorhandensein mehrerer solcher Elemente aus.

Claims

Verfahren zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wonach: – ein Substrat aus einem spröden Material vorgesehen wird, – das Substrat mit einem Laserstrahl erhitzt wird, um einen erhitzten Punkt auf dem Substrat zu erzeugen, – der Laserstrahl und das Substrat zueinander bewegt werden, um eine Linie erhitzter Punkte auf dem Substrat zu erzeugen, – die erhitzten Punkte auf dem Substrat abgekühlt werden, indem ein Kühlmedium lokal so eingesetzt wird, dass sich ein Mikroriss auf der Linie erhitzter Punkte ausbreitet, und – das Substrat entlang der Linie, auf der sich der Mikroriss erstreckt, durch Anwenden einer Kraft auf das Substrat gebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium eine wässrige, oberflächenwirksame Lösung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei das Kühlmedium weiterhin Luft enthält, welche mit der wässrigen, oberflächenwirksamen Lösung gemischt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei die Konzentration der oberflächenwirksamen Lösung im Bereich von 0,01 bis 1 Gew.% liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei die wässrige, oberflächenwirksame Lösung einen kationenaktiven Stoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 3 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei der kationenaktive Stoff Cetyl-Trimethyl-Ammoniumbromid (CTAB) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei die wässrige, oberflächenwirksame Lösung einen nichtionischen, oberflächenaktiven Stoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 5 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei der nichtionische, oberflächenaktive Stoff Octadecyl-Deca(ethylenoxid)-Hydroxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei die wässrige, oberflächenwirksame Lösung einen anionischen, oberflächenaktiven Stoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 7 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei der anionische, oberflächenaktive Stoff Dodecylbenzol-Sulfonsäure-Natriuinsalz enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 zum Brechen eines Substrats aus sprödem Material, wobei das spröde Material Glas, kristallines Siliciumdioxid, Keramik oder Zusammensetzungen aus diesen enthält.