TWI409122B - A method for processing a brittle material substrate and a crack forming apparatus for the method - Google Patents

A method for processing a brittle material substrate and a crack forming apparatus for the method Download PDF

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TWI409122B
TWI409122B TW097124838A TW97124838A TWI409122B TW I409122 B TWI409122 B TW I409122B TW 097124838 A TW097124838 A TW 097124838A TW 97124838 A TW97124838 A TW 97124838A TW I409122 B TWI409122 B TW I409122B
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Seiji Shimizu
Hideki Morita
Kenji Fukuhara
Koji Yamamoto
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Description

脆性材料基板之加工方法及用於該方法之裂痕形成裝置
本發明係關於對由脆性材料構成之被加工基板(以下亦稱為「脆性材料基板」)掃描並照射雷射光而以低於軟化點之溫度加熱後冷卻，藉此使裂痕以形成於基板端之初期龜裂為起點進行，藉此加工基板之脆性材料基板之加工方法及用於該方法之裂痕形成裝置。
本發明特別係關於脆性材料基板之板厚較薄，由雷射照射使基板表面附近產生之熱在裂痕形成時會從基板之表面直接到達背面之脆性材料基板之加工方法。
本發明所謂「脆性材料基板」除玻璃基板之外，還包含石英、單結晶矽、藍寶石、半導體晶圓、陶瓷等之基板。以下雖主要以玻璃基板說明，但對其餘脆性材料亦同。
又，為方便說明本發明，以「裂痕之進行」表示裂痕往基板之面方向之成長，裂痕往基板之厚度方向(深度方向)之成長以「裂痕之進展」稱之，以此區別二者。
對玻璃基板等脆性材料基板(以下亦簡稱為「基板」)掃描並照射雷射光而以低於基板之軟化點之溫度加熱後，會在加熱區域產生壓縮應力。進而對雷射光照射之附近吹送冷媒會在冷卻區域產生拉伸應力。如上述在產生有壓縮應力之區域附近形成產生拉伸應力之區域，藉此形成應力梯度。近年來，利用此應力梯度於玻璃基板形成裂痕，並 藉此於基板表面進行劃線加工(例如參考專利文獻1)或進行全切斷加工之加工技術已被利用(例如參考專利文獻2、3)。
在此，所謂劃線加工係指藉由形成不到達基板背面之深度(例如板厚之10~20%左右之深度)於基板形成劃線之加工。劃線加工在劃線形成後，可藉由進行沿劃線壓接折斷棒以施加彎曲力矩之折斷處理將基板切斷。
另一方面，所謂全切斷加工係形成從基板表面到達基板背面之裂痕之加工，不進行折斷處理便可切斷基板。
專利文獻1：國際公開號WO 03/008352號公報專利文獻2：日本特開2004－155159號公報專利文獻3：日本特開平1－108006號公報
在欲以雷射加熱與其後之急冷於基板形成應力梯度以切斷玻璃基板時，如上述，有在形成劃線後必須進行折斷處理之切斷模式(稱為劃線加工模式)與不進行折斷處理基板便被切斷之切斷模式(稱為全切斷加工模式)。
劃線加工模式、全切斷加工模式何者會成立，雖因加熱條件(雷射波長、照射時間、照射能量、掃描速度等)或冷卻條件(冷媒溫度、吹送量、吹送位置等)等加工條件而異，但主要仍取決於玻璃基板之板厚。亦即，在玻璃基板之板厚較薄時，劃線加工可成立之上述加工條件之處理範圍(可形成正常劃線之各種加工條件之可設定範圍)變小，容易變為全切斷加工。全切斷加工由於不必進行折斷處理，故有 加工簡略之優點可期待，但實際上有裂痕非直線進展之頻率偏高之傾向，無法期待精度良好之切斷。另一方面，隨玻璃基板之板厚增加(特別是板厚為1 mm以上)，全切斷加工模式變難，有劃線加工模式容易成立之傾向。
在加熱條件或冷卻條件非極端時，該等切斷模式之差異起因於加熱、冷卻時產生之應力分布或應變隨基板之厚度而異。以下說明應力分布及應變與切斷模式之關係。
<<厚板基板>>
首先說明板厚較厚之玻璃基板之狀況。此處所謂板厚較厚之狀況，係指於基板上面照射雷射光，發生於上面附近之熱(高溫)被傳至基板內部時，由於基板之板厚夠厚，故裂痕形成時熱之傳達止於基板內部而無熱傳至基板下面。具體而言，若為玻璃基板，若達1 mm以上之板厚便有熱之傳達止於基板內部之傾向。
圖6為說明對具有1 mm以上之板厚之玻璃基板(以下於本說明書中稱為厚板基板)照射雷射及進行冷卻使裂痕進展、進行時，產生於基板之應力分布之示意圖，圖6(a)為基板立體圖，圖6(b)為其平面圖。
又，圖7(a)、圖7(b)及圖7(c)分別為說明圖6之A-A’剖面、B-B’剖面、C-C’剖面之溫度分布與應力分布之示意圖。另外，若由其他視點觀察，圖7(a)、圖7(b)及圖7(c)係表示起因於光點BS及冷卻點CS之通過之同一地點之溫度分布及應力分布隨時間之變化。
於圖6中，由從雷射光照射機構(不圖示)照射之雷射光 形成長圓狀之光點BS。
於光點BS之後方由從冷卻機構(不圖示)吹送之冷媒形成圓形狀之冷卻點CS。光點BS與冷卻點CS維持間隔少許距離之狀態在厚板基板GA上從事先形成有初期龜裂TR之一端側沿切斷預定線SL往另一端側掃瞄。
此時，於厚板基板GA之上面附近在因光點BS通過而被加熱之區域附近在加熱造成之膨脹影響下產生壓縮應力(圖中以虛線箭頭表示)。之後，在因冷卻點CS通過而被冷卻之區域附近產生起因於形成於厚板基板GA之溫度分布之拉伸應力(圖中以實線箭頭表示)。
以下基於圖7說明產生於厚板基板GA內部之應力及應變。
在厚板基板GA因雷射光之光點BS之通過之加熱而如圖7(a)所示於基板內部形成加熱部位HR，加熱部位HR因局部膨脹而產生壓縮應力(圖中以虛線箭頭表示)。
稍後因冷卻點CS之通過之低溫而如圖7(b)所示於表面附近形成冷卻部位CR，冷卻部位CR因局部收縮而產生拉伸應力(圖中以實線箭頭表示)。
若為厚板基板GA時，加熱部位HR雖會逐漸傳至基板內部，但由於基板較厚故裂痕形成時不會到達背面而成為加熱部位HR止於基板內部之狀態。
之後如圖7(c)所示，在因冷卻部位CR之形成而從厚板基板GA之表層逐漸傳達低溫後，冷卻部位CR存在於基板上面附近(例如板厚之10%~20%之深度)，加熱部位HR存在 於其下方。由於此加熱部位HR即為壓縮應力發生之部位，故亦可稱為存在於基板內部之內部壓縮應力場Hin。
藉由在厚板基板GA形成內部壓縮應力場Hin並在基板之上面附近形成拉伸應力，於厚板基板GA局部產生向上凸之應變，於基板上面發生使基板往與拉伸應力同方向撓曲之力(圖中以一點鏈線箭頭表示)。另外，在圖7(c)中爲便於顯示撓曲之方向而誇示產生於厚板基板GA之應變導致之變形。
其結果，於厚板基板GA之上面因拉伸應力及使基板撓曲為向上凸之力而成為易從基板上面往厚度方向(深度方向)形成垂直裂痕C之狀態。如上述，將易形成往厚度方向(深度方向)進展之裂痕C之狀態(或實際形成裂痕之狀態)稱為「縱切」之狀態。於縱切狀態時進展之裂痕之切斷面平滑(表面凹凸較小)且直進性良好，為理想切斷面。
然而，縱切狀態時，於厚板基板之內部已如前述形成有內部壓縮應力場Hin，故裂痕C到達此內部壓縮應力場後進展便會受到妨礙，厚板基板GA之裂痕C之進展會在內部壓縮應力場附近停止。
因此，於厚板基板GA裂痕C難以進展至背面，成為於基板之上面附近形成裂痕之劃線加工。換言之，劃線加工模式係藉由起因於形成於基板之厚度方向之高溫與低溫之溫度梯度之應力梯度使裂痕進展之加工模式，具有雖能獲得凹凸較少且直線前進精度較高之切斷面，但無法全切斷加工之特徵。
<<薄板基板>>
接著說明板厚較薄之玻璃基板。此處所謂板厚較薄之狀況，係指於基板上面照射雷射光，發生於上面附近之熱(高溫)被傳至基板內部時，由於基板之板厚夠薄，故裂痕形成時熱會傳至下面。具體而言，若為玻璃基板，1 mm未滿，特別是0.7 mm之板厚便有裂痕形成時熱到達下面之傾向。又，板厚較薄時因冷卻點之通過而傳至基板上面之低溫當然會迅速到達下面。
圖8為說明對板厚為1 mm未滿之玻璃基板(本說明書稱為薄板基板)，例如具有0.7 mm左右之板厚之玻璃基板之表面照射雷射及進行冷卻使裂痕進展、進行時產生於基板之應力分布之示意圖。圖8(a)為基板立體圖，圖8(b)為平面圖。
又，圖9(a)、圖9(b)及圖9(c)分別為說明在圖8之D－D’剖面、E－E’剖面、F－F’剖面之雷射照射後之溫度分布與應力分布之示意圖。
於圖8中，由從雷射光照射機構(不圖示)照射之雷射光形成長圓狀之光點BS。於光點BS之後方由從冷卻機構(不圖示)吹送之冷媒形成圓形狀之冷卻點CS。光點BS與冷卻點CS維持間隔少許距離之狀態在薄板基板GB上從事先形成有初期龜裂TR之一端側沿切斷預定線SL往另一端側掃瞄。
此時，於薄板基板GB之上面附近在因光點BS通過而被加熱之區域附近在加熱造成之膨脹影響下產生壓縮應力 (圖中以虛線箭頭表示)。之後，在因冷卻點CS通過而被冷卻之區域附近在冷卻造成之收縮影響下產生拉伸應力(圖中以實線箭頭表示)。
其結果，在薄板基板GB之上面附近產生前方(遠側)為壓縮應力，後方(近側)為拉伸應力之應力梯度。
此時，於薄板基板GB上面附近之應力分布係「橫切」狀態(詳細內容後述)，即欲於面方向進行之裂痕容易形成之狀態。
以下基於圖9說明產生於薄板基板GB內部之應力及應變。
在薄板基板GB因照射於基板上面之雷射光之光點BS之通過之加熱而如圖9(a)所示於基板內部形成加熱部位HR，加熱部位HR因局部膨脹而產生壓縮應力(圖中以虛線箭頭表示)。此時，由於基板之板厚較薄，故裂痕形成時加熱部位HR會到達基板GB之下面。
之後因冷卻點CS之通過之低溫而如圖9(b)所示於表面附近形成冷卻部位CR。
薄板基板GB時，冷卻部位CR會立即到達薄板基板GB之中央。
在低溫進一步傳達後，如圖9(c)所示，冷卻部位CR到達薄板基板GB之下面。如上述，由於在薄板基板GB高溫及低溫會從薄板基板GB之上面迅速傳至下面，故難以維持起因於基板之厚度方向之溫度梯度之應力梯度。且即使能形成基板之厚度方向之應力梯度，亦因板厚較薄而使高溫 及低溫之範圍皆小，故壓縮應力及拉伸應力之大小皆受限。因此，在薄板基板劃線加工模式難以成立，即使成立亦因處理範圍(可形成正常劃線之各種加工條件之可設定範圍)變小而難以安定加工。
因此，在薄板基板GB係藉由起因於因被光點BS加熱至下面之區域與被冷卻點CS冷卻至下面之區域之存在而沿切斷預定線產生之溫度梯度之應力梯度使基板之裂痕進行。亦即，在加熱部位HR與冷卻部位CR分別存在於從薄板基板GB之上面至下面之狀態下，會於加熱部位HR與冷卻部位CR之邊界附近產生從薄板基板GB之上面至下面之拉伸應力。其結果，從薄板基板之上面到達下面之裂痕會從冷卻部位CR往加熱部位HR之方向進行。因此，全切斷加工模式容易成立。另外，由於脆性材料中之裂痕之進行速度極快，故進行後之裂痕立刻到達加熱部位HR之附近，因加熱部位之壓縮應力而停止其進行。
將如上述容易形成欲往面方向進行之裂痕之狀態(或實際形成裂痕之狀態)稱為「橫切」之狀態。
橫切狀態時進行之裂痕之切斷面本身雖比例如以刀具機械式切斷之切斷面平滑，但比起以縱切形成之裂痕便可能損及裂痕之直進性。一般認為原因在於裂痕之進行在加熱部位HR(壓縮應力場)附近停止時裂痕前端些微偏移，及橫切狀態之裂痕隨加熱部位HR及冷卻部位CR之移動在微小距離重複進行與停止，使停止時之裂痕前端之位置偏移累積。
如上所述為薄板基板GB時，橫切狀態導致之往面方向之裂痕之進行容易發生。若於薄板基板GB產生橫切造成之裂痕進行，由於板厚較薄，故容易實現全切斷加工模式之切斷而不須折斷處理，但與縱切之切斷面比較時，會有切斷面之凹凸較多而直進性不佳之問題。
在此，本發明便以提供可安定實現在切斷玻璃基板等由脆性材料構成之基板時，切斷面之端面品質良好且直進性良好之縱切之切斷之加工方法及用於該方法之裂痕形成裝置為目的。
又，本發明係以能對由脆性材料構成之基板進行既非橫切狀態之全切斷加工，亦非縱切狀態之劃線加工，而係縱切狀態之全切斷加工之加工方法及用於該方法之裂痕形成裝置為目的。
為解決上述問題而為之本發明之脆性材料基板之加工方法係使雷射光相對由脆性材料構成之被加工基板之上面移動並沿切斷預定線照射而以低於其軟化點之溫度加熱後冷卻，藉此使裂痕從形成於切斷預定線之一端之初期龜裂沿切斷預定線進行，而於被加工基板形成裂痕之脆性材料基板之加工方法，由以下步驟構成：(a)於照射雷射光時從被加工基板之下面傳導從被加工基板之上面到達下面之熱並使向上凸之應變於冷卻後之切斷預定線附近產生之支撐基板固定被加工基板之步驟(b)以藉由使雷射光相對於被加工基板之上面移動並照射之後冷卻使裂痕進行之步驟(c)解除前述被加工基板與前述支撐基板之固定之步驟。
利用本發明，於支撐基板固定被加工基板。被固定之支撐基板係可在被雷射光照射時，從被加工基板之下面傳導從被加工基板之上面到達下面之熱，並使向上凸之應變於冷卻後之切斷預定線附近產生之基板。之後，使雷射光相對於固定於此支撐基板之被加工基板移動並沿切斷預定線照射，之後進行冷卻。
藉此，可於固定被加工基板與支撐基板而成之合成基板產生類似厚板基板之溫度分布、應力分布。其結果，對合成基板可使劃線加工模式成立，於合成基板之上面(即被加工基板上面)形成劃線。
若針對構成合成基板之上面之被加工基板觀察於合成基板形成有劃線之狀態，實質上，即為在縱切狀態下完成板厚較薄之被加工基板之全切斷加工。之後，藉由實行解除構成合成基板之支撐基板與被加工基板之固定狀態之步驟，即可得以縱切全切斷加工之被加工基板。又，即使被加工基板之板厚較薄，亦可在劃線加工模式穩定形成裂痕，因此可形成直進性優良之裂痕。
根據本發明，由於在加工為薄板基板之被加工基板時，係藉由固定於支撐基板成為合成基板而可視為厚板基板進行加工，故能以與厚板基板類似之條件進行加工(劃線加工)，其結果，對被加工基板可實現實質上在縱切狀態下之全切斷加工。
藉此，在切斷薄板基板時，由於實現不以橫切之全切斷加工而以縱切之全切斷加工或劃線加工，故可實現切斷 面之端面品質及直進性優良之切斷。
上述發明中，被加工基板與支撐基板可使用相同材質。例如，被加工基板為玻璃基板時，於支撐基板可使用同材質之玻璃基板。
藉此，由於被加工基板與支撐基板實質構成單一厚板基板，故與厚板基板之劃線加工模式等效之切斷模式成立，對被加工基板可實現縱切之全切斷加工。
上述發明中，被加工基板與支撐基板可為具有實質相同線膨脹係數之材料。
藉此，由於在熱從被加工基板之下面傳達至支撐基板時，被加工基板側先被加熱而產生溫度梯度，故被加工基板會先膨脹，於被加工基板易形成因撓曲而向上凸之應變，可使縱切狀態容易發生。
上述發明中，被加工基板與支撐基板可為具有實質相同熱傳導率之材料。
藉此，由於在熱從被加工基板之下面傳達至支撐基板時，被加工基板會與厚板基板形成同樣之內部壓縮應力場，故可實現實質上與厚板基板同樣之劃線加工模式，促進被加工基板之縱切。
<<固定方法>>
(1)冷凍夾頭
又，於上述發明之(a)步驟中，被加工基板下面與支撐基板上面可透過冰層固定。
藉此，可將被加工基板下面與支撐基板上面以以冰層固定之冷凍夾頭固定，之後，將冰層溶解即可簡單解除固定狀態。
(2)接著層
又，於上述發明之(a)步驟中，被加工基板下面與支撐基板上面可透過接著層固定。
此處，形成接著層之接著劑只要能在接著基板後以溶劑溶解而使被加工基板脫離之材料即可。具體而言，可使用聚醯亞胺等熱塑性樹脂為接著劑，使用水或胺或水與胺之混合溶液做為溶劑。又，亦可使用會因UV光而黏著力低下或剝離之黏著板等將被加工基板接著於支撐基板，照射UV光使被加工基板從支撐基板脫離。
藉此，可將被加工基板下面與支撐基板上面以接著劑固定，之後，對固定面施與溶劑即可簡單解除固定狀態。又，藉由以接著層固定可將既定範圍之被加工基板下面與支撐基板上面完全固定。
<<被加工基板>>
又，於上述發明中，被加工基板為玻璃基板且其板厚為0.01 mm以上1 mm以下較理想。
藉此，被加工基板為夠薄之板厚，於基板上面雷射照射時熱會傳至基板下面，故可藉由將支撐基板固定於被加工基板實現視為厚板基板之劃線加工模式。
<<裂痕形成裝置>>
又，從另一觀點完成之本發明之裂痕形成裝置具備雷 射光照射機構、冷卻機構、使雷射光照射機構與冷卻機構相對於被加工基板移動之掃瞄機構，使雷射光照射機構相對於被加工基板移動以沿被加工基板之切斷預定線掃瞄雷射光之光點並以軟化點以下之溫度加熱被加工基板之上面，再使冷卻機構沿光點通過之軌跡相對移動以冷卻前述基板並藉此沿切斷預定線形成裂痕，其特徵在於：具備載置被加工基板之支撐基板、在裂痕形成前將被加工基板之下面固定於支撐基板並在裂痕形成後解除固定狀態之裝卸手段，前述支撐基板係以在固定有被加工基板之狀態下被雷射光照射時，會從被加工基板之下面傳導從被加工基板之上面到達下面之熱，並使向上凸之應變於冷卻後之切斷預定線附近產生之材料形成。
<<作用>>
a.支撐基板
利用本發明，將被加工基板載置於支撐基板上，藉由裝卸手段將被加工基板之下面固定於支撐基板。支撐基板係以在固定有被加工基板之狀態下被雷射光照射時，會從被加工基板之下面傳導從被加工基板之上面到達下面之熱，並使向上凸之應變於冷卻後之切斷預定線附近產生之材料形成。因此，可藉由固定被加工基板與支撐基板而成之合成基板產生類似厚板基板之溫度分布、應力分布。其結果，對合成基板可使劃線加工模式成立，形成劃線。此時，若針對被加工基板觀察，已藉由劃線實現被加工基板實質上縱切之全切斷加工。之後，藉由裝卸手段解除固定 狀態，即可得在縱切狀態下被全切斷加工之被加工基板。
b.支撐基板之材質
上述發明中，支撐基板可以與被加工基板實質相同之材質形成。
藉此，由於被加工基板與支撐基板實質構成單一厚板基板，故與厚板基板之劃線加工模式等效之切斷模式成立，對被加工基板可實現縱切之全切斷加工。
c.冷凍夾頭
上述發明中，裝卸手段係由在支撐基板與被加工基板之介面形成冰層而達成固定狀態且溶解冰層以解除固定狀態之冷凍夾頭構成。
藉此，可藉由冷凍夾頭之溫度之調整簡單進行基板之裝卸。另外，冷凍夾頭之構成雖未特別限定，但可例如於冰層之生成、冰層之溶解使用帕耳帖元件，只要切換對帕耳帖元件施加之電壓之極性即可切換冷凍與溶解，故可為簡單之裝置構成。
d.接著劑、溶劑
又，上述發明中，裝卸手段可由對支撐基板與被加工基板之介面供給接著劑之接著劑供給機構、對支撐基板與被加工基板之介面供給溶解接著劑之溶劑之溶劑供給機構構成。
此時，接著劑供給機構、溶劑供給機構可分別從形成於支撐基板之貫通孔對支撐基板之表面上供給接著劑、溶劑。
又，上述發明中，裝卸手段可由可透過形成於支撐基板之多數小孔吸引被加工基板之下面之真空夾頭構成。
在此，形成於支撐基板之多數小孔必須減少相鄰小孔間之距離，以免加熱使被加工基板發生彎曲而局部分離。例如具有多數小孔之支撐基板可將如多孔性陶瓷之多孔性構件利用為支撐基板以真空吸附。
藉此，藉由形成於支撐基板之多數小孔之吸引，可固定被加工基板之下面全體，之後，藉由停止吸引即可解除固定，故可簡單切換固定操作及分離操作。
以下以圖面說明本發明之實施形態。另外，本發明不限於以下說明之實施形態，在不脫離本發明之主旨之範圍內含有各種態樣。
[加工方法]
最初說明本發明之加工方法。圖1為顯示本發明之一實施形態之脆性材料基板之加工方法之流程之圖。
首先，準備做為被加工基板GS之薄板基板與做為加工治具之支撐基板GT(圖1(a))。
此被加工基板GS係固定於支撐基板GT，且支撐基板GT係使用在照射雷射光時，會從被加工基板GS之下面傳導從被加工基板之上面到達下面之熱，並可於被加工基板GS產生向上凸之應變之材料，亦即可於被加工基板GS誘發縱切狀態之材料。
具體而言，被加工基板GS為玻璃製之薄板基板(例如板厚為0.01~1.0 mm)時，藉由於支撐基板GT準備相同材質之玻璃基板(例如板厚為2 mm)，可實現實質上與玻璃製之厚板基板相同之熱分布、應力分布。另外，此處所謂「相同材質」係以玻璃、藍寶石及矽等之一般名稱判斷。例如，即使有製造商、商品名、規格之差異，只要同為玻璃材質便包含於「相同材質」。
另外，即使為不同材質之支撐基板GT，只要是實質上線膨脹係數與被加工基板GS相同之材料或熱傳導率與被加工基板GS相同之材料，仍可使被加工基板GS誘發縱切狀態。
又，支撐基板GT係使用與被加工基板GS相同大小或比被加工基板GS大面積，被加工基板GS之下面之既定範圍能固定者。
必要時，在支撐基板GT之上面預設固定被加工基板GS之媒體層M。亦即，利用冷凍夾頭時形成水層，利用接著劑時形成接著劑層。利用真空夾頭時，不需要媒體層M。外觀上，真空層即可發揮媒體層M之機能。
另外，使被加工基板GS與支撐基板GT固定之既定範圍係雷射光之照射產生之高溫從被加工基板GS傳達至支撐基板GT，被傳達之高溫使產生於支撐基板之壓縮應力充分作用於被加工基板之範圍。因此，使凍結之水層或接著劑層即媒體層M係傳達從被加工基板GS至支撐基板GT之高溫之傳遞及被加工基板GS與支撐基板GT間之應力。另 外，在使用真空夾頭時，藉由以真空層彼此固定之被加工基板GS與支撐基板GT之接觸傳達高溫及應力。
使被加工基板GS與支撐基板GT固定之特定範圍只要是例如在被雷射光照射之範圍之周圍加上相當於被加工基板GS之厚度之範圍，即為將因雷射光照射而接受之高溫傳至支撐基板所必須之範圍。又，只要是在被光點照射之範圍之周圍加上相當於被加工基板GS之厚度及相當於支撐基板GT之厚度之範圍，即為確實包含會產生因傳至支撐基板之高溫而產生壓縮應力之範圍。
使被加工基板GS與支撐基板GT固定之特定範圍越廣，因雷射光照射而施予被加工基板之高溫便越能確實傳至支撐基板，使被傳達之高溫產生之壓縮應力確實作用於被加工基板。另一方面，在因雷射光之照射而對被加工基板施予過剩之高溫時，使被加工基板GS與支撐基板GT固定之特定範圍亦可小於雷射光之照射範圍。
上述使被加工基板GS與支撐基板GT固定之特定範圍在利用冷凍夾頭時為水層之形成範圍或使水層冷凍之範圍，在利用接著劑時為使接著劑層形成之範圍，在利用真空夾頭時為形成真空層之範圍。另外，亦可使被加工基板GS之下面全體固定於支撐基板GT。以下說明使加工基板GS之下面全體固定於支撐基板GT之狀況。
隨之，將支撐基板GT之上面與被加工基板GS之下面全體透過媒體層M固定，做成使基板貼合之合成基板GU(圖1(b))。
在於基板之固定利用冷凍夾頭時，將水層冷凍為冰層以固定。
在於基板之固定利用接著劑時，使被加工基板GS密著載置於做為媒體層M塗布於支撐基板GT上之接著劑層上。或可事先形成從支撐基板GT之下面往上面送出接著劑之貫通孔(未圖示)，在將被加工基板GS載置於支撐基板GT之狀態下透過貫通孔對支撐基板GT與被加工基板GS之介面供給接著劑。
在於基板之固定利用真空夾頭時，為使被加工基板GS之下面全面為被吸附面，於支撐基板GT使用多孔性陶瓷基板。於支撐基板GT上載置被加工基板GS，使真空泵起動，以支撐基板GT之多孔面為吸附面真空吸附被加工基板GS。
之後，使雷射光W1沿設定於成為合成基板GU上面之被加工基板GS之切斷預定線相對移動並照射，之後立即進行冷媒W2之吹送(圖1(c))。
此時，由於可在合成基板GU實質上形成與厚板基板等效之熱分布、應力分布，故可進行劃線加工模式之加工。亦即，如圖2所示，因雷射光W1之熱(高溫)之影響而從被加工基板GS之下面附近往支撐基板GT之內部形成內部壓縮應力場Hin，在此區域有壓縮應力(虛線箭頭)作用。又，以雷射光W1加熱後立刻以冷媒W2冷卻之影響使從被加工基板GS之上面往內部有拉伸應力(實線箭頭)作用。此外，在被加工基板GS之上面有向上凸之撓曲造成之力(一點鍊線箭頭)作用於與拉伸應力相同方向。
在該等力作用下，於被加工基板GS因撓曲產生之力與拉伸應力而形成強縱切狀態，形成裂痕C。此裂痕C在到達內部壓縮應力區域Hin之區域後便無法繼續進展。其結果，從被加工基板GS之上面往內部形成裂痕C，且裂痕C進展到達被加工基板GS之下面便完成以縱切進行之全切斷加工。
之後解除支撐基板GT與被加工基板GS之固定狀態(圖1(d))。
在於基板之固定利用冷凍夾頭時，藉由給予熱溶解冰層以解除固定狀態。
在於基板之固定利用接著劑時，對介面供給溶解接著劑層之溶劑。因此，先於支撐基板GT形成送出溶劑之貫通孔(不圖示)，透過此貫通孔對支撐基板GT與被加工基板GS之介面供給溶劑。
在於基板之固定利用真空夾頭時，停止真空泵，對支撐基板GT之吸附面(多孔面)送氣。
藉此，藉由將被加工基板GS從支撐基板GT卸下，可獲得在縱切狀態下切斷之被加工基板GS。
另外，上述方法不僅在將被加工基板全切斷加工時，於劃線加工時亦可適用。與將厚板基板劃線加工時同樣，藉由變更加熱條件或冷卻條件等加工條件，可調整形成之裂痕深度。
其次，使用圖面說明以上述脆性材料基板之加工方法實現薄板基板之切斷之裂痕形成裝置。
[裝置構成1：冷凍夾頭]
圖3為顯示本發明之一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。本實施形態中係以冷凍夾頭將玻璃基板(被加工基板)固定於支撐基板。本實施形態中，由於支撐基板22亦可發揮設於習知裂痕形成裝置之載置被加工基板之台之機能，故不需要設於習知裂痕形成裝置之台。本實施形態中，雖係於保持為水平之載台(圖3中以直線簡略表示)上載置熱交換機構27、帕耳帖(Peltier)模組26、支撐基板22、被加工基板之構成，但亦可於如設於習知裂痕形成裝置之台上載置熱交換機構27、帕耳帖(Peltier)模組26、支撐基板22、被加工基板。
裂痕形成裝置1主要係由進行雷射照射或冷媒吹送之可動部11、支撐被加工基板50之固定部21構成。
可動部11係由一體支撐照射雷射光之光點BS之雷射照射部12、將從未圖示之冷媒源供給之冷媒(水與空氣、氦氣、氮氣、二氧化碳氣體等)從嘴部噴射以形成冷卻點CP之冷卻部13、形成初期龜裂TR之刀輪14並使其沿軌道15在被加工基板50之上移動之驅動機構16構成。
在此，於玻璃基板之切斷使用之雷射照射部12之光源係使用二氧化碳雷射、一氧化碳雷射、遠紅外線雷射(此處所謂遠紅外線雷射除本來之遠紅外線雷射外，亦包含使用非雷射光源之遠紅外光源使遠紅外波長之光以透鏡光學系統收束，與以雷射光產生光點同樣照射之狀況)。另外，被加工基板之基板材料為藍寶石時使用二氧化碳雷射、遠紅 外線雷射。又，基板材料為矽基板時，使用YAG雷射、UV雷射。
固定部21係由在與被加工基板之下面全體接觸之狀態下支撐之支撐基板22、藉由閥23之開閉控制從水源24供給水並將支撐基板22之上面以水層覆蓋之水供給機構25、與支撐基板22之下面接觸之帕耳帖模組26、與帕耳帖模組26之下面接觸之熱交換機構27構成，藉由該等使固定部21發揮冷凍夾頭21之機能。
支撐基板22係使用與被加工基板50相同材質之玻璃基板。支撐基板22之厚度係在固定被加工基板50與支撐基板22並照射雷射光時，能形成內部壓縮應力場並使如上述與厚板基板等效之熱分布、應力分布產生之厚度。
帕耳帖模組26內藏帕耳帖元件，於帕耳帖元件連接有可切換施加電壓之極性之電源28。可藉由對帕耳帖元件之電壓施加將支撐基板22與被加工基板50間之水層冷凍為冰層，並藉由切換極性溶解冰層。
熱交換機構27與恆溫槽流路連接，藉由將水循環與帕耳帖模組26之下面進行熱交換。藉此，形成冰層時吸收從帕耳帖模組26之下面放出之高溫，溶解冰層時對帕耳帖模組26之下面給予高溫。
藉由控制部30，以預先設定之控制內容控制雷射照射部12、冷卻部13、刀輪14、驅動機構16、閥23、電源28。亦即對雷射照射部12、冷卻部13係以已設定之輸出照射雷射、以已設定之流量吹送冷媒。對刀輪14係以已設定之按 壓力按壓基板端。驅動機構16係移動已設定之距離。對閥23供給已設定之量之水。對電源28係施加已設定之電壓。又，使固定部21之支撐基板22、帕耳帖模組26、熱交換機構27可以未圖示之載台(在圖3中以直線簡略表示)調整二維方向之位置。
[裝置構成1之動作]
說明裂痕形成裝置1之動作。首先，使閥23作動從水供給機構25供給水，於支撐基板22之上形成水層。之後將被加工基板50載置於支撐基板22之上，從電源28施加電壓，將水層凍結為冰層。藉此，被加工基板50被固定於支撐基板22，形成整體可做為與厚板基板等效看待之合成基板。
在此狀態下，使刀輪14作動，於被加工基板50之基板端形成初期龜裂TR。繼續使雷射照射部12、冷卻部13作動並沿設定於被加工基板50之切斷預定線移動。其結果，如前述說明，於被加工基板50產生強縱切狀態，形成裂痕並切斷。
之後，切換電源28之極性，溶解冰層，分離被加工基板50與支撐基板22。
藉由以上動作，形成端面品質優良且直進性優良之切斷面。
[裝置構成2：接著劑]
圖4為顯示本發明之另一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。本實施形態中係使用接著劑將玻璃基板固 定於支撐基板。本實施形態中，由於支撐基板32亦可發揮設於習知裂痕形成裝置之載置被加工基板之台之機能，故不需要設於習知裂痕形成裝置之台。本實施形態係將從設於被支撐為水平之載台下側或載台內部之接著劑供給通路35或溶劑供給通路36供給之接著劑或溶劑透過載台或從載台上面之接著劑供給通路35或溶劑供給通路36之開口對支撐基板32之貫通孔33、34供給之構造。
裂痕形成裝置2主要係由進行雷射照射或冷媒吹送之可動部11、支撐被加工基板50之固定部31構成。另外，由於可動部11與圖3相同，故標記相同符號並省略部分說明。
固定部31係由在與被加工基板之下面全體接觸之狀態下支撐之支撐基板32、形成於支撐基板32之貫通孔33、34、接著劑供給通路35、溶劑供給通路36、閥37、38、接著劑收納容器39、溶劑收納容器40構成。
支撐基板32係使用與被加工基板50相同材質之玻璃基板。支撐基板32之厚度係在固定被加工基板50與支撐基板32並照射雷射光時，能形成內部壓縮應力場並使如上述與厚板基板等效之熱分布、應力分布產生之厚度。
支撐基板32之貫通孔33係與接著劑供給通路35連接，藉由閥37之開閉操作使接著劑被送至被加工基板50與支撐基板32之介面。又貫通孔34係與溶劑供給通路36連接，藉由閥38之開閉操作使溶劑被送至被加工基板50與支撐基板32之介面。
藉由控制部30a，以預先設定之控制內容控制雷射照射部12、冷卻部13、刀輪14、驅動機構16、閥37、38。亦即對雷射照射部12、冷卻部13係以已設定之輸出照射雷射、以已設定之流量吹送冷媒。對刀輪14係以已設定之按壓力按壓基板端。驅動機構16係移動已設定之距離。對閥37、38供給已設定之量之接著劑、溶劑。
又，使固定部31之支撐基板32可以未圖示之載台(在圖4中以直線簡略表示)調整二維方向之位置。
說明裂痕形成裝置2之動作。首先，將被加工基板50載置於支撐基板32之上，使閥37作動而對被加工基板50與支撐基板32之介面供給接著劑。此時以未圖示之按壓構件支撐被加工基板50之上面較理想。之後等待至接著劑使基板彼此固定。
基板固定後，使刀輪14作動，於被加工基板50之基板端形成初期龜裂TR。繼續使雷射照射部12、冷卻部13作動並沿設定於被加工基板50之切斷預定線移動。其結果，如前述說明，於被加工基板50產生強縱切狀態，形成裂痕並切斷。
之後，使閥38作動而對被加工基板50與支撐基板32之介面供給溶劑。之後等待至被加工基板50與支撐基板32分離。
藉由以上動作，可實現對玻璃基板形成端面品質優良且直進性優良之切斷面之加工。
[裝置構成3：真空夾頭]
圖5為顯示本發明之一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。本實施形態中係以真空夾頭將玻璃基板固定於支撐基板。本實施形態中，由於支撐基板42亦可發揮設於習知裂痕形成裝置之載置被加工基板之台之機能，故不需要設於習知裂痕形成裝置之台。本實施形態中，雖係於保持為水平之載台(圖5中無記載)上載置真空裝置之平板狀之吸引部46及支撐基板42之構成，但若為具備具有真空吸引機構之多孔台之裂痕形成裝置時，亦可為將具有真空吸引機構之多孔台做為真空裝置之吸引部46，使支撐基板42固定於其上之構成。
裂痕形成裝置3主要係由進行雷射照射或冷媒吹送之可動部11、支撐被加工基板50之固定部41構成。另外，由於可動部11與圖3、圖4相同，故標記相同符號並省略部分說明。
固定部41係由在與被加工基板之下面全體接觸之狀態下支撐之多孔性之支撐基板42、固定支撐基板42並從支撐基板42之下面透過支撐基板42之微細孔吸引被加工基板50之吸引嘴43、閥44、真空泵45構成。
支撐基板42係使用多孔質陶瓷。此多孔質陶瓷只要能固定被加工基板50與支撐基板22並在照射雷射光時，形成內部壓縮應力場並使如上述與厚板基板等效之熱分布、應力分布產生即可。例如，被加工基板50為玻璃基板時，支撐基板42可使用鋁陶瓷。
吸引嘴43係於與支撐基板42相接之面形成有多數孔 之金屬製中空容器，透過閥44連接於真空泵45。
藉由控制部30b，以預先設定之控制內容控制雷射照射部12、冷卻部13、刀輪14、驅動機構16。亦即對雷射照射部12、冷卻部13係以已設定之輸出照射雷射、以已設定之流量吹送冷媒。對刀輪14係以已設定之按壓力按壓基板端。驅動機構16係移動已設定之距離。
又，使固定部41之支撐基板42可以未圖示之載台調整二維方向之位置。
說明裂痕形成裝置3之動作。首先，將被加工基板50載置於支撐基板42之上，使閥44為開狀態，將被加工基板50真空吸附於支撐基板42。
被加工基板50固定於支撐基板42後，使刀輪14作動，於被加工基板50之基板端形成初期龜裂TR。繼續使雷射照射部12、冷卻部13作動並沿設定於被加工基板50之切斷預定線移動。其結果，如前述說明，於被加工基板50產生強縱切狀態，形成裂痕並切斷。
之後，使閥44為閉狀態，使未圖示之滲透閥作動，使吸引閥43之內部回到大氣壓狀態。
藉由以上動作，可實現對玻璃基板形成端面品質優良且直進性優良之切斷面之加工。
另外，上述裂痕形成裝置1、裂痕形成裝置2、裂痕形成裝置3之雷射照射部12、冷卻部13、刀輪14雖被設為可相對於被固定之被加工基板50及支撐基板(22、32、42)移動，但亦可以將被加工基板50及支撐基板(22、32、42) 設為可相對於雷射照射部12、冷卻部13、刀輪14移動取代之。
本發明係利用於在將玻璃基板等切斷加工時，要求端面品質及直進性優良之加工之裂痕形成裝置。
1、2、3‧‧‧裂痕形成裝置
11‧‧‧可動部
12‧‧‧雷射照射部
13‧‧‧冷卻部
14‧‧‧刀輪
15‧‧‧軌道
16‧‧‧驅動機構
21、31、41‧‧‧固定部
22、32、42‧‧‧支撐基板
23、37、38、44‧‧‧閥
24‧‧‧水源
25‧‧‧水供給機構
26‧‧‧帕耳帖模組
27‧‧‧熱交換機構
28‧‧‧電源
29‧‧‧恆溫槽
30、30a、30b‧‧‧控制部
33、34‧‧‧貫通孔
35‧‧‧接著劑供給流路
36‧‧‧溶劑供給流路
39‧‧‧接著劑收納容器
40‧‧‧溶劑收納容器
43‧‧‧吸附嘴
45‧‧‧真空泵
46‧‧‧吸附部
圖1為顯示本發明之一實施形態之脆性材料基板之加工方法之流程之圖。
圖2為說明將被加工基板固定於支撐基板，照射雷射及進行冷卻時之應力狀態之示意圖。
圖3為顯示本發明之一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。
圖4為顯示本發明之另一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。
圖5為顯示本發明之另一實施形態之裂痕形成裝置之概略構成之圖。
圖6為說明對厚板基板照射雷射及進行冷卻使裂痕進展、進行時產生於基板之應力分布之示意圖。
圖7為說明在圖6之A－A’剖面、B－B’剖面、C－C’剖面之應力分布之示意圖。
圖8為說明對薄板基板照射雷射及進行冷卻使裂痕進展、進行時產生於基板之應力分布之示意圖。
圖9為說明在圖8之D－D’剖面、E－E’剖面、F－F’剖面之應力分布之示意圖。
GS‧‧‧被加工基板
M‧‧‧媒體層
GT‧‧‧支撐基板
GU‧‧‧合成基板
C‧‧‧裂痕
W1‧‧‧雷射光
W2‧‧‧冷煤

Claims (15)

  1. 一種被加工基板之加工方法，係由下述步驟構成：(a)將脆性材料構成之被加工基板背面固定於支撐基板並於前述被加工基板表面上之切斷預定線之一端形成初期龜裂之步驟、或將表面上之切斷預定線之一端形成有初期龜裂之脆性材料構成之被加工基板背面固定於支撐基板之步驟；(b)一邊使雷射光從前述初期龜裂沿前述切斷預定線相對移動、一邊進行雷射照射，以將被照射部分加熱至較前述被加工基板之軟化點低之溫度，並追隨前述雷射照射進行被加熱部分之冷卻，以使前述雷射照射產生之熱從前述被加工基板之被照射部分傳至背面，再從前述被加工基板之背面傳至支撐基板，前述支撐基板使前述被加工基板之背面沿前述切斷預定線產生凸變形，使從前述初期龜裂沿前述切斷預定線從被加工基板之表面往背面進展之裂痕進行之步驟；以及(c)解除前述被加工基板與前述支撐基板之固定之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中，被加工基板為玻璃基板，其板厚為0.01 mm以上1 mm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中，支撐基板為玻璃基板。
  4. 如申請專利範圍第2項之加工方法，其中，支撐基板為玻璃基板。
  5. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中，被加工基板與支撐基板為相同材質。
  6. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中，被加工基板與支撐基板為具有實質相同線膨脹係數之材料。
  7. 如申請專利範圍第1項之加工方法，其中，被加工基板與支撐基板為具有實質相同熱傳導率之材料。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之加工方法，其中，於(a)步驟中，被加工基板背面與支撐基板係透過冰層固定。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之加工方法，其中，於(a)步驟中，被加工基板背面與支撐基板係透過接著層固定。
  10. 一種脆性材料基板之裂痕形成裝置，具備雷射光照射機構、冷卻機構、使雷射光照射機構與冷卻機構相對於被加工基板移動之掃瞄機構，使雷射光照射機構相對於被加工基板移動以沿被加工基板之切斷預定線掃瞄雷射光之光點並以軟化點以下之溫度加熱被加工基板之上面，再使冷卻機構沿光點通過之軌跡相對移動以冷卻前述基板並藉此沿切斷預定線形成裂痕，其特徵在於：具備載置被加工基板之支撐基板、在裂痕形成前將被加工基板之下面固定於支撐基板並在裂痕形成後解除固定狀態之裝卸手段；前述支撐基板係由在固定被加工基板之狀態下於照射雷射時將從被加工基板之上面到達下面之熱從被加工基板 之下面以熱傳導傳達，且使向上凸之變形產生於支撐基板之上面之切斷預定線附近之材料形成。
  11. 如申請專利範圍第10項之裂痕形成裝置，其中，支撐基板係以與被加工基板實質相同之材質形成。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之裂痕形成裝置，其中，裝卸手段係由在支撐基板與被加工基板之介面形成冰層而達成固定狀態且溶解冰層以解除固定狀態之冷凍夾頭構成。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之裂痕形成裝置，其中，裝卸手段係由對支撐基板與被加工基板之介面供給接著劑之接著劑供給機構、對支撐基板與被加工基板之介面供給溶解接著劑之溶劑之溶劑供給機構構成。
  14. 如申請專利範圍第13項之裂痕形成裝置，其中，接著劑供給機構、溶劑供給機構係分別從形成於支撐基板之貫通孔對支撐基板之表面上供給接著劑、溶劑。
  15. 如申請專利範圍第10或11項之裂痕形成裝置，其中，裝卸手段係由可透過形成於支撐基板之多數小孔吸引被加工基板之下面之真空夾頭構成。
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