JP2005536428A - 脆性基板の切断方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、脆性材料の基板の切断方法に関し、この方法は、脆性材料の基板１を準備する工程と、レーザビーム３で基板を加熱し、基板上にヒートスポットを形成する工程と、相互に関連してレーザビームと基板とを移動させ、基板上にヒートスポットの線２を形成する工程と、ヒートスポットの線にマイクロクラックが伝搬するように、冷却媒体４を局部的に当てることにより基板上のヒートスポットを冷却する工程と、伝搬したマイクロクラックの線に沿って基板上に機械的力を加えることにより基板を切断する工程と、を備え、冷却媒体は、水性界面活性剤溶液を含む。この界面活性剤は、表面クラック内の破壊されたシロキサンボンドに結合する。その結果、破壊されたシロキサンボンドの再結合と修復とは発生せず、必要な切断荷重は超過時間において一定が維持される。

Description

この発明は、脆性材料の基板の切断方法に関し、この方法は、脆性材料の基板を準備する工程と、基板上にヒートスポット（heated spot）を形成するために、レーザビームで基板を加熱する工程と、基板上にヒートスポットの線を形成するために、相互に関連してレーザビームと基板とを移動させる工程と、ヒートスポットの線におけるマイクロクラックが伝搬するように、冷却媒体を局部的に当てることにより、基板上のヒートスポットを冷却する工程と、伝搬したマイクロクラック（micro-cracks）の線に沿って基板上に力を加えることにより、基板を切断する工程を備える。

脆性非金属材料で作られた多くの製品、例えば、ガラス、半導体ウエハ材料は、個片、薄板、ウエハ、またはパネルを、多くの希望の大きさより小さい個片に分離することにより形成される。
US６，２５２，１９７は、基板にマイクロクラックを形成し、マイクロクラックを制御しながら伝搬させて、脆性基板を物理的に分離する方法を開示している。

初期の機械的またはレーザスクライブ装置（laser scribing device）は、基板内にマイクロクラックを形成する。レーザビームは、離線で基板上に照射される。加圧ガスと水の混合物を含む冷却流体は、レーザビームの通った跡のエッジに交わる。基板の熱の影響を受けた部分と冷却流体との間の温度差は、マイクロクラックを伝搬される。

機械的荷重を加えることにより、基板は、分離線に沿ってより小さい部品に、連続して切断され、例えば、ディスプレイ装置を製造するためさらに処理がなされる。

誘導された表面クラックをさらに開口させるのに必要な機械的荷重は、時間とともに増加し、すなわち、マイクロクラックの伝搬の瞬間とより小さい部品への基板の最終的な切断との間に経過する時間がより長くなると、機械的荷重が大きくなることは、この方法に繋がる問題である。工場において、レーザビームで基板が処理された後、速やかに基板を切断することがほとんど不可能であるので、このことは好ましくない。その場合には、後に続く基板の切断は、エッジのダメージとより低い生産歩留まりを結果としてもたらす。

本発明の目的は、マイクロクラックの発生の後、超過時間、切断荷重が一定に維持される切断方法を提供することにある。

この目的のために、本発明によるこの方法は、冷却媒体が水性界面活性剤溶液を含むことで特徴づけられる。発明者らは、従来方法における切断荷重の増加は、マイクロクラックの固定、場合によっては修復によるものであることが分かった。しかしながら、冷却媒体が水性界面活性剤溶液を含むとすれば、この界面活性剤はマイクロクラックの内部に破壊されたシロキサンボンドと結合する。破壊されたシロキサンボンドの再結合と修復とは発生せず、必要な切断荷重は超過時間一定に維持される。さらに、この界面活性剤は、クラックの表面エネルギーを変化（つまり、より低く）させる。

その結果、このクラックは開いた状態に維持され、このクラックを開くのに必要とされる荷重は小さくなる。

従属項は、本発明の有利な実施例を記述する。本発明のこれら及び他の目的は、以下に記述される実施例への言及より明白であり、説明される。

図面は、実物大で描かれてはいない。図において、参照番号は、通常、部分について参照している。

図１は、本発明による方法を採用する装置を示す上面図である。レーザビームのスポット（spot）３は、例えば、ガラス、結晶シリカ、セラミック、若しくはそれらの合成物の脆性材料の基板１に集中される。

レーザスポット３に含まれたエネルギーは、基板の局部的な加熱をもたらす。レーザスポット３の付近におけるノズル４からの冷却媒体（多くの場合、レーザスポットの後に位置する）は、この加熱されたスポットを冷却する。この急速な温度変化は、熱衝撃の原因となり、先在するマイクロクラックを伝搬させる原因となる。

基板は、矢印で示された方向に、レーザスポットに対して移動される。同様に、レーザビームは、矢印で示された反対方向に、基板に対して移動してもよい。相対的な移動の結果として、マイクロクラックは分離線２に沿って伝搬する。

次に、基板１は、基板への機械的荷重力を加えることにより、従来の方法で、分離線２に沿って切断される。

基板の切断ために要求される機械的荷重は、マイクロクラックの形成から機械的荷重の作用までの間の時間に依存することが観察された。図２は、様々な冷却媒体と様々な経過時間の荷重測定の結果を示す。このデータは、測定における統計的な広がりを示すバーで与えられる。以下のケースにおける、基板の切断ための必要な機械的荷重（Ｎ）が表示される。
−３０；冷却媒体として空気とエタノールの噴霧混合物
−４０；空気と水の噴霧混合物による冷却、直後に切断
−５０；空気と水の噴霧混合物による冷却、１２時間後に切断
−６０；空気と０．１重量％の臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）界面活性剤を含む水性溶液による冷却、直後に切断
−７０；空気と０．１重量％の臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）界面活性剤を含む水溶液による冷却、１５時間後に切断

比較の理由で、従来の機械的スクライブ処理の機械的荷重もまた２０として表示されている。

図２に示されたデータから、ＣＴＡＢを使用すると、機械的荷重がほとんど係数２で減少し、１５時間後に切断しても、この減少が維持されることが結論付けられる。

ガラス板がさらに処理され、そしてＬＣＤパネルこれらから作られた場合に、良い歩留まりが得られた。

ＣＴＡＢは、陽イオン界面活性剤の種類、つまり、界面活性剤や液体の表面張力を減少させる洗剤のような物質に属する化合物である。オクタデシルデカ（エチレンオキシド）水酸化物またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩のような、非イオン及び陰イオン界面活性剤の種類に属する化合物でも、個々に良い結果が得られた。全ての化合物は、共通して、マイクロクラック内の破壊されたシロキサンボンド(‘ダングリングボンド（dangling bonds）’）と結合する能力を有している。

水性界面活性剤溶液に含まれる化合物が、０．０１重量％から１重量％の範囲のとき、良い結果が得られた。

要約すると、この発明は、脆性材料の基板の切断方法に関し、この方法は、脆性材料の基板１を準備する工程と、レーザビーム３で基板を加熱し、基板上にヒートスポットを形成する工程と、相互に関連してレーザビームと基板とを移動させ、基板上にヒートスポットの線２を形成する工程と、ヒートスポットの線にマイクロクラックが伝搬するように、冷却媒体４をヒートスポットの後ろから局部的に当てることにより基板上のヒートスポットを冷却する工程と、伝搬したマイクロクラックの線に沿って基板上に機械的力を加えることにより基板を切断する工程と、を備え、冷却媒体は、水性界面活性剤溶液を含む。

注目すべきは、既述の実施例は、本発明を制限するよりも寧ろ説明するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲を逸脱しない範囲で多くの代替的な実施例を設計することが可能であろうことである。

特許請求の範囲において、括弧内の参照符号は請求項を限定して解釈するものではない。

単語“備える（comprising）”は、請求項においてそのように記載されたもの以外の構成要素または工程の存在を排除するものではない。

構成要素に先行する単語“a”“an”は、複数のそのような構成要素の存在を排除するものではない。

本発明による方法を採用する装置を示す上面図である。 冷却媒体の変化と所要時間変化の荷重計測の結果を示す図である。

Claims (10)

1. 脆性材料の基板を準備する工程と、
   前記基板上にヒートスポットを形成するために、レーザビームで前記基板を加熱する工程と、
   前記基板上にヒートスポットの線を形成するために、相互に関連して前記レーザビームと前記基板とを移動させる工程と、
   ヒートスポットの前記線におけるマイクロクラックが伝搬するように、冷却媒体を局部的に当てることにより、前記基板上の前記ヒートスポットを冷却する工程と、
   前記伝搬したマイクロクラックの前記線に沿って基板上に力を加えることにより、前記基板を切断する工程と、を備え、
   前記冷却媒体は、水性界面活性剤溶液を含むことを特徴とする脆性材料の基板の切断方法。
2. 前記冷却媒体は、前記水性界面活性剤溶液に混ぜられた空気をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の基板の切断方法。
3. 前記水性界面活性剤溶液の濃度は、０．０１重量％から１重量％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の基板の切断方法。
4. 前記水性界面活性剤溶液は、陽イオン界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の基板の切断方法。
5. 前記陽イオン界面活性剤は、臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB）を含むことを特徴とする請求項４に記載の脆性材料の基板の切断方法。
6. 前記水性界面活性剤溶液は、非イオン界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の基板の切断方法。
7. 前記非イオン界面活性剤は、オクタデシルデカ（エチレンオキシド）水酸化物を含むことを特徴とする請求項６に記載の脆性材料の基板の切断方法。
8. 前記水性界面活性剤溶液は、陰イオン界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の基板の切断方法。
9. 前記陰イオン界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩を含むことを特徴とする請求項８に記載の脆性材料の基板の切断方法。
10. 前記脆性材料は、ガラス、結晶シリカ、セラミック又はその合成物を含むことを特徴とする請求項１に記載の脆性基板の切断方法。

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