專利名稱：脆性材料的劃線方法以及劃線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于剖分玻璃、燒結(jié)材料的陶瓷、單晶硅、藍寶石、半導(dǎo)體晶片、陶瓷等脆性材料的劃線方法以及劃線裝置，特別涉及下述的脆性材料的劃線方法以及使用該方法的劃線裝置沿設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線，一邊使激光束相對于所述基板相對移動一邊進行照射，以將所述材料加熱到比其軟化點低的溫度，從而從形成在所述材料上的初始裂紋開始使沿著剖分預(yù)定線的垂直裂縫(crack)伸展和伸長。
背景技術(shù)：
近年來，使用激光束在脆性材料上形成垂直裂縫、剖分脆性材料基板等的方法得到了實用化。
使用激光束剖分脆性材料基板等的方法是這樣進行的在脆性材料的加工起始點上形成作為劃線起點的初始裂紋，通過由激光束的照射和之后馬上供給制冷劑而產(chǎn)生的熱應(yīng)力使所述初始裂紋伸展，同時使激光束與所述基板等沿剖分預(yù)定線相對移動，由此使裂紋伸長到加工終點。
作為使用激光束剖分脆性材料的在先技術(shù)，公開有下述的文獻。
專利文獻1日本特許第3210934號公報專利文獻2日本特開2002-47024號公報專利文獻3日本特開2001-151525號公報專利文獻4日本特開2001-130921號公報專利文獻5國際公開號WO 03/026861公報專利文獻6日本特公平3-13040號公報專利文獻7國際公開號WO 03/0101021公報根據(jù)日本特許第3210934號公報的公開，在基板的端緣附近使激光束同時照射在隔著割斷預(yù)定線的兩側(cè)的位置上而產(chǎn)生初始裂紋，接下來使激光束照射在產(chǎn)生的裂紋的前后的位置。由此加速裂紋的伸展，使產(chǎn)生的裂縫難以彎曲。
根據(jù)日本特開2002-47024號公報的公開，為了劃線后的剖分，通過對由劃線形成的劃線槽的兩側(cè)進行加熱，從而產(chǎn)生微小的彎曲變形，使垂直裂縫伸長到基板里面，將基板切斷。由此，裂痕的產(chǎn)生變少。
根據(jù)日本特開2001-151525號公報的公開，在脆性材料的表面上通過之前的刀具輪(cutter wheel)形成劃線，接下來，在形成的劃線的兩側(cè)照射一對以上的光束點。通過在劃線的兩側(cè)照射光束點，從而使垂直裂縫伸展的應(yīng)力均勻地作用在劃線的正下方，所以剖分面的質(zhì)量提高。
根據(jù)日本特開2001-130921號公報的公開，通過第一次的激光束的照射以及冷卻而形成隱蔽裂縫，接下來通過第二次的激光束的照射而促進隱蔽裂縫。第二次的激光束照射在所形成的劃線的兩側(cè)。由此，防止在脆性材料的斷裂(break)工序中產(chǎn)生裂痕。
根據(jù)國際公開號WO 03/026861公報的公開，為了進行脆性材料的預(yù)加熱而進行第一次的激光束的照射，接下來通過第二次的激光束照射而使隱蔽裂縫向深處伸展。第一次的激光束照射在剖分預(yù)定線的兩側(cè)。
根據(jù)日本特公平3-13040號公報的公開，使兩束激光束照射在隔著在脆性材料基板表面上設(shè)定的切斷預(yù)定線的兩側(cè)的位置上來引導(dǎo)裂紋，由此將脆性材料切斷。
根據(jù)國際公開號WO 03/0101021公報的公開，使兩束激光束照射在隔著在非金屬材料表面上設(shè)定的切入路的兩側(cè)的位置上，從而在非金屬材料上形成劃線。
在激光劃線后，在從外部施加能量從而使脆性材料分離的斷裂工序中，為了簡單地進行脆性材料的分離，也為了使分離后的脆性材料的剖分面的質(zhì)量良好，優(yōu)選裂縫至少在垂直方向上形成得較深。
下面對阻礙形成這種良好的垂直裂縫的主要原因進行說明。
另外，在下面的說明中所使用的“基板”指的是“脆性材料基板”。
從圖15至圖17是說明應(yīng)力的圖，其中是當一邊使激光束在基板表面上掃描一邊照射，并且接下來通過冷卻而使垂直裂縫在基板表面上伸展時，在基板內(nèi)產(chǎn)生所述應(yīng)力。圖15～圖17表示基板的截面，激光束從與各圖中的紙面里背側(cè)向紙面近前側(cè)連續(xù)地移動。
如圖15所示，在通過激光束的照射而被加熱了的部位100上，產(chǎn)生圖中虛線箭頭所示的方向的壓縮應(yīng)力。接下來，如圖16所示，在通過激光束的照射而被加熱了的部位100附近，通過供給制冷劑而形成冷卻部位120，此時開始產(chǎn)生圖中實線箭頭所示的方向的拉伸應(yīng)力。
其結(jié)果是，由于這些應(yīng)力分布，如圖17所示，在與拉伸應(yīng)力垂直的方向上，形成了在基板的厚度方向上伸展的垂直裂縫130。
但是，如圖16所示，通過冷卻部位120的形成，從基板的表層慢慢地除去熱量，但當垂直裂縫伸展時，冷卻部位120的形成被限制在表層部分上。因此，如圖17所示在內(nèi)部存在著內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150。因此，妨礙了垂直裂縫130在基板的厚度方向上平直伸展。由于這樣的原因，垂直裂縫130的伸展的限度為板厚的1～2成左右的深度。
圖20對下述的部位進行放大展示(僅示出了基板的剖分面的表面?zhèn)鹊慕遣?，其中所述部位是使用以往的激光束沿著在垂直方向上形成的裂縫來剖分基板，從沿著由于剖分而露出的基板的剖分面的方向?qū)ζ史置娴囊环竭M行拍攝的部位。
在圖20中，示出了被形成的較深的垂直裂縫在中途彎曲的狀況，其原因是，上述的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150所造成的(為了進行說明，在照片中用雙點劃線追加標記了內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150存在的大概位置)。
如圖20所示，由于內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150妨礙較深的垂直裂縫的伸展，所以通過劃線后的斷裂而得到的基板的剖分面形成為，不與基板的表面垂直而是傾斜。在產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象時，將基板剖分后的剖分面的質(zhì)量(即產(chǎn)生有損剖分面的平坦度的損傷等)降低，剖分面的強度(即抵抗在剖分后的工序中施加在基板上的外力直到基板破壞的承受力)降低。
另外，作為使基板的剖分面的強度降低的原因之一，列舉了上述的現(xiàn)象(該現(xiàn)象被稱為在本發(fā)明書中之后說明的“裂痕”現(xiàn)象)，但作為使基板的剖分面的強度降低原因的現(xiàn)象，不限定于上述的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的問題點而完成的，其目的在于提供一種劃線方法以及劃線裝置，使得直的垂直裂縫能夠在基板的厚度方向上伸展，而且基板的剖分面的質(zhì)量高，得到較大強度。
根據(jù)本發(fā)明，(技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu))提供一種脆性材料的劃線方法，該脆性材料的劃線方法是沿設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線，一邊使激光束相對于所述材料相對移動一邊進行照射，以將所述材料加熱到比其軟化點低的溫度，接下來通過冷卻使沿著剖分預(yù)定線的垂直裂縫從形成在所述材料上的初始裂紋開始伸展和伸長，其特征在于，將受到激光束照射的照射部分形成在剖分預(yù)定線的兩側(cè)，將未受到激光束照射的非照射部分形成在剖分預(yù)定線上，接下來在剖分預(yù)定線上進行局部冷卻。
根據(jù)本發(fā)明，(技術(shù)方案12的結(jié)構(gòu))提供一種脆性材料的劃線裝置，其特征在于，該脆性材料的劃線裝置包括向脆性材料照射激光束的照射部；向脆性材料供給制冷劑從而對所述脆性材料局部冷卻的冷卻部；和使所述照射部和所述冷卻部沿著設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線相對地移動的移動部，照射部以將受到激光束照射的照射部分形成在剖分預(yù)定線的兩側(cè)、將未受到激光束照射的非照射部分形成在剖分預(yù)定線上的方式照射激光束，冷卻部在剖分預(yù)定線上進行局部冷卻。
另外，在本發(fā)明中，所謂垂直裂縫的“伸展”，意味著垂直裂縫在基板的厚度方向上前進，所謂垂直裂縫的“伸長”，意味著垂直裂縫在與基板的厚度方向正交的方向上前進。
(技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu))由于阻止了當垂直裂縫伸展時內(nèi)部壓縮應(yīng)力場形成在剖分預(yù)定線的正下方，所以能夠在基板的厚度方向上形成直的垂直裂縫，基板的剖分面的質(zhì)量高，得到具備具有較大強度的剖分面的基板。
(技術(shù)方案2的結(jié)構(gòu))照射部分利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束形成，在以剖分預(yù)定線為中心軸時，所述照射能量分布具有以所述中心軸為中心互相離開寬度W的兩個峰值部分，并且兩個峰值部分之間的照射能量為0，從而能夠使如上所述的照射能量集中在長邊部，而在剖分預(yù)定線附近當冷卻時產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的應(yīng)力。
(技術(shù)方案3的結(jié)構(gòu))照射部分由以剖分預(yù)定線為中心形成在兩側(cè)的一對光束點構(gòu)成，所述照射部分分別具有大致直線狀的長邊部，所述長邊部距剖分預(yù)定線具有等距離，在最接近剖分預(yù)定線處與剖分預(yù)定線平行地延伸。
所以能夠得到具有下述能量分布的激光束當以剖分預(yù)定線為中心軸時，具有以所述中心軸為中心互相離開寬度W的兩個峰值部分，兩個峰值部分之間的照射能量為0。因此，能夠使照射能量集中在長邊部，在剖分預(yù)定線附近在冷卻時產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的應(yīng)力。
(技術(shù)方案4的結(jié)構(gòu))例示了照射部分由長邊部和以遠離剖分預(yù)定線的方式從所述長邊部的端部延伸的直線或曲線而形成的方式。
(技術(shù)方案5的結(jié)構(gòu))照射部分形成為，具有沿著剖分預(yù)定線的方向上的長度和與剖分預(yù)定線正交的方向上的寬度，其中，所述長度由長邊部限定，所述寬度形成得比所述長度短，所以能夠在剖分預(yù)定線附近在冷卻時產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的應(yīng)力。
(技術(shù)方案6的結(jié)構(gòu))非照射部分以寬度W具有所述長邊部分別互相對置的間隔，當脆性材料的板厚設(shè)為T時，所述W為T/30～2T的范圍，所以能夠形成如下所述的照射部分，即能夠抑制在剖分預(yù)定線上產(chǎn)生內(nèi)部壓縮應(yīng)力場，當冷卻時在剖分預(yù)定線兩側(cè)產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的應(yīng)力。
因此，通過W的適當設(shè)定能抑制在剖分面上產(chǎn)生裂痕等，可提高劃線速度。
(技術(shù)方案7的結(jié)構(gòu))照射部分由一對光束點形成，所述光束點形成為以一個圓或長圓使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述圓或長圓分割的形狀，并且所述銳角狀的角部由長邊部和以遠離剖分預(yù)定線的方式從所述長邊部的端部延伸的直線或曲線形成，所以能夠使照射能量分布的峰值可靠地位于長邊部。因此，能夠在剖分預(yù)定線的兩側(cè)形成大致均勻的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場，能夠形成深且直的垂直裂縫。
另外，本發(fā)明中的“長圓”是將圓變形的形狀，包括橢圓形狀以及跑道形狀(即由兩端的半圓和連接這些半圓部分的直線構(gòu)成的形狀)。
(技術(shù)方案8的結(jié)構(gòu))照射部分由一對光束點形成，其中所述光束點形成為以一個矩形使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述矩形分割的形狀，所以能夠?qū)⒄丈淠芰糠植嫉姆逯挡糠衷O(shè)定為較寬的寬度。因此，通過形成寬度較短的照射部分，從而能夠形成如下所述的照射部分，即能夠抑制剖分預(yù)定線上產(chǎn)生內(nèi)部壓縮應(yīng)力場，當冷卻時在剖分預(yù)定線兩側(cè)產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的應(yīng)力。
(技術(shù)方案11的結(jié)構(gòu))在將非照射部分的寬度設(shè)為W時，根據(jù)所述寬度W的減少量，增加激光束的相對于脆性材料的相對移動速度，所以通過適當?shù)卦O(shè)定非照射部分的寬度W，能夠調(diào)整激光束的相對移動速度，同時能夠抑制裂痕等的產(chǎn)生。
(技術(shù)方案12的結(jié)構(gòu))在脆性材料的劃線裝置中，該脆性材料的劃線裝置包括向脆性材料照射激光束的照射部；向脆性材料供給制冷劑來局部冷卻所述脆性材料的冷卻部；和使所述照射部和所述冷卻部沿著設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線相對地移動的移動部，照射部以將受到激光束的照射的照射部分形成在剖分預(yù)定線的兩側(cè)、將未受到激光束照射的非照射部分形成在剖分預(yù)定線上的方式來照射激光束，冷卻部在剖分預(yù)定線上進行局部冷卻，所以能夠得到如下所述的脆性材料的剖分條件，即能夠形成直的垂直裂縫，基板的剖分面的質(zhì)量高，具備具有較大強度的剖分面。
(技術(shù)方案20的結(jié)構(gòu))劃線裝置優(yōu)選為照射部具備將從照射部照射的激光束分割為兩部分的固定光學(xué)元件或掃描光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)。
(技術(shù)方案21的結(jié)構(gòu))劃線裝置優(yōu)選為照射部在光路上具備對激光束的中央部分遮擋的遮光部件的結(jié)構(gòu)。
(技術(shù)方案22的結(jié)構(gòu))劃線裝置優(yōu)選為下述的結(jié)構(gòu)，其中照射部具備使所述非照射部分的寬度W減少的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整部，以使激光束的相對于脆性材料的相對移動速度增加。


圖1是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的劃線裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示圖1的劃線裝置的光學(xué)系統(tǒng)的實施方式的示意圖。
圖3是表示圖1的劃線裝置的光學(xué)系統(tǒng)的另外的實施方式的示意圖。
圖4是表示由本發(fā)明的劃線所形成的光束點LS’的形狀以及照射能量分布的圖。
圖5是表示以往的光束點的形狀以及照射能量分布的圖。
圖6是表示以往的光束點的形狀以及照射能量分布的圖。
圖7是表示以往的光束點的形狀以及照射能量分布的圖。
圖8是說明“裂痕”的、基板的剖面圖。
圖9是對在使用本發(fā)明以及以往的各光束點時所形成的“裂痕”進行比較評價的表。
圖10是從沿著剖分面的方向?qū)κ褂靡酝墓馐c時所得到的剖分面的一方拍攝的照片。
圖11是從沿著剖分面的方向?qū)κ褂帽景l(fā)明的激光束時所得到的剖分面的一方拍攝的照片。
圖12(a)是表示使用以往的光束點所得到的、圖10的A-A剖面的基板剖分面的一端的照片；(b)是圖12(a)的局部放大照片。
圖13(a)是表示使用本發(fā)明的光束點所得到的、圖11的B-B剖面的基板剖分面的一端的照片；(b)是圖13(a)的局部放大照片。
圖14是表示非照射部分M的寬度W、“裂痕”的長度以及劃線速度S的關(guān)系的曲線圖。
圖15是說明在以往的照射激光束而在基板表面上掃描并在基板表面上形成垂直裂縫時，在基板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力的示意圖。
圖16與圖15相同，是說明以往的通過照射激光束而在基板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力的示意圖。
圖17與圖15相同，是說明以往的通過照射激光束而在基板內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力的示意圖。
圖18是表示以往的使用光束點時形成的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場的狀態(tài)的示意圖。
圖19是表示本發(fā)明的使用光束點時形成的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場的狀態(tài)的示意圖。
圖20是表示以往的通過由光束點進行的劃線而在基板上形成的垂直裂縫在中途彎曲的狀況的圖。
圖21是表示本發(fā)明的光束點的照射能量分布的代表性例子的圖。
圖22是表示本發(fā)明的光束點的其他的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖23是表示本發(fā)明的光束點的其他的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖24是表示本發(fā)明的光束點的其他的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖25是表示本發(fā)明的光束點的其他的結(jié)構(gòu)例的圖。
標號說明1照射部2冷卻部4光學(xué)系統(tǒng)5光學(xué)系統(tǒng)10劃線裝置21噴嘴50基板51遮光部件
具體實施例方式下面，使用附圖對本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置的實施方式進行說明。
圖1是表示作為本發(fā)明的一個實施方式的劃線裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。劃線裝置10是用于將例如母玻璃基板剖分成在FPD(flat-paneldisplay平板顯示器)中使用的多塊玻璃基板的裝置。
劃線裝置10包括向玻璃基板50照射激光束的照射部1；冷卻部2，其經(jīng)由噴嘴21噴射從未圖示的制冷劑源供給的制冷劑(水和空氣、氦氣、N2氣、CO2氣等)從而形成冷卻點CP；和未圖示的移動部，其使照射部1以及冷卻部2的噴嘴21沿著設(shè)定在玻璃基板50上的剖分預(yù)定線SL在玻璃基板50彼此之間相對地移動。
照射部1具有照射激光束LB的未圖示的激光振蕩器(例如，CO2激光器)，能夠經(jīng)由后述的光學(xué)系統(tǒng)將從激光振蕩器照射的激光束照射在玻璃基板50上，并形成為具有非照射部M的光束點LS’。
另外，本發(fā)明中的“光束點(beam spot)”，意思是通過激光束照射在基板的表面上而在基板的表面上形成的照射部分。
另外，優(yōu)選在以照射部1為中心在噴嘴21的相反側(cè)上，安裝有在玻璃基板50的端部上形成作為劃線起點的初始裂紋的未圖示的初始裂紋形成裝置(例如刀具輪)。
圖2以及圖3是表示照射部1所具備的光學(xué)系統(tǒng)的各個實施方式。
圖2的光學(xué)系統(tǒng)4在光路上配設(shè)有光路分割用光學(xué)元件41、聚光透鏡42和43。
從激光振蕩器照射的激光束LB，被光路分割用光學(xué)元件41分成兩部分，并經(jīng)由聚光透鏡42和43照射在玻璃基板50上，形成為橢圓形的光束點LS’。光束點LS’在剖分預(yù)定線SL上具有帶狀的非照射部M。
所形成的光束點LS’的長軸方向的長度a、短軸方向的長度b以及非照射部M的寬度W，能夠通過調(diào)整圖2所示的各光學(xué)元件與玻璃基板50的距離而改變，即通過分別調(diào)整聚光透鏡43與玻璃基板50的距離d、聚光透鏡42與玻璃基板50的距離e以及光路分割用光學(xué)元件41與玻璃基板50的距離g而改變。
這些調(diào)整能夠通過光學(xué)系統(tǒng)4所具備的未圖示的公知的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整部進行。
除了代替圖2的光學(xué)系統(tǒng)4的光路分割用光學(xué)元件41而在光路上配設(shè)遮光部件51以外，圖3的光學(xué)系統(tǒng)5與圖2的光學(xué)系統(tǒng)4共同。
作為遮光部件51，可以列舉例如配設(shè)在聚光透鏡43與玻璃基板50之間的光路上的具有希望直徑的金屬絲(wire)。
在所述的裝置結(jié)構(gòu)例中，將遮光部件51組裝在光學(xué)系統(tǒng)5上，但也可以將遮光部件51設(shè)置在基板50上。具體地說，可以列舉出這樣的方式在載置基板50的臺面上貼設(shè)有作為遮光部件51的金屬絲，并從其上方照射激光束LB。這樣，通過將遮光部件51設(shè)置在基板50上，從而即使不在光學(xué)系統(tǒng)5上另外設(shè)置遮光部件51，也能直接使用以往的光學(xué)系統(tǒng)。
在上述的光學(xué)系統(tǒng)的實施方式中，示出了使用作為固定光學(xué)元件的光路分割用光學(xué)元件41的例子，但也可以使用DOE、偏轉(zhuǎn)鏡(deflectormirror)等固定光學(xué)元件。另外，也可以使用電磁反射鏡(galvano mirror)、多面反射鏡以及諧振器等掃描光學(xué)元件。
首先，如圖1所示，使用初始裂紋形成裝置(未圖示)在玻璃基板50的端部上形成作為劃線起點的初始裂紋TR。接下來，從照射部1對玻璃基板50照射激光束LB。
在使用圖2的光學(xué)系統(tǒng)4時，從照射部1照射的激光束LB，被圖2的光路分割用光學(xué)元件41分成兩部分，經(jīng)由聚光透鏡42和43照射在玻璃基板50上，形成為橢圓形的光束點LS’。光束點LS’在中央部分上具有由光路分割用光學(xué)元件41形成的帶狀的非照射部M，由非照射部M分割成兩部分的各光束點LS’對稱地形成在剖分預(yù)定線SL的兩側(cè)。
在使用圖3的光學(xué)系統(tǒng)5時，從照射部1照射的激光束LB，通過聚光透鏡42以及透鏡43，然后被圖3的遮光部件51所遮擋，照射在玻璃基板50上，形成為具有長軸方向的橢圓形的光束點LS’。光束點LS’在中央部分上具有由遮光部件51形成的帶狀的非照射部M，由非照射部M分割成兩部分的各光束點LS’形成在剖分預(yù)定線SL的兩側(cè)。
如上所述，通過光學(xué)系統(tǒng)4或光學(xué)系統(tǒng)5，受到激光束LB照射的照射部分成為光束點LS’，并形成在剖分預(yù)定線SL的兩側(cè)；未受到激光束LB的照射的非照射部分成為帶狀的非照射部M，并形成在剖分預(yù)定線SL上。另外，光束點LS’的非照射部M的寬度W根據(jù)玻璃基板50的厚度T以及物理性能而設(shè)定。
接下來，如圖1所示，從照射部1射出的激光束LB，沿著光束點LS’的長軸與玻璃基板50相對地移動。玻璃基板50通過光束點LS’被加熱到比玻璃基板50的軟化點低的溫度。通過激光束LB的相對移動，光束點LS’在剖分預(yù)定線SL的兩側(cè)分別形成具有大致相等寬度的兩條帶狀的照射部分，這兩部分沿著剖分預(yù)定線SL延伸。在剖分預(yù)定線SL上，一條帶狀的非照射部M延伸。
進而，從噴嘴21噴射制冷劑從而形成的冷卻點CP追蹤于在玻璃基板50上進行相對移動的光束點LS’的后方。在通過照射激光束LB而被加熱的光束點LS’附近產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，之后馬上噴射制冷劑，從而在冷卻點CP附近產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的拉伸應(yīng)力。由于這樣的拉伸應(yīng)力，以形成在玻璃基板50的端部上的初始裂紋TR為起點，在冷卻點CP附近形成沿著剖分預(yù)定線SL的垂直裂縫。
使用圖4～圖7以及圖21，通過與利用以往的劃線方法以及劃線裝置形成的光束點(下面簡稱為“以往的光束點”)的比較，來說明利用本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置形成的光束點(下面簡稱為“本發(fā)明的光束點”)的特征。
圖21表示本發(fā)明的光束點的照射能量分布。
在圖21中，橫軸是距剖分預(yù)定線SL的距離，縱軸是照射能量。
本發(fā)明的光束點是利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束而形成的照射部分。
照射部分的照射能量分布的特征在于，具有以剖分預(yù)定線SL為中心離開寬度W的兩個峰值部分，兩個峰值部分之間的照射能量為0。
圖4是表示利用本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置形成的光束點LS’的形狀的一例(上段)，和所述光束點LS’的照射能量分布(下段)的圖。
光束點LS’形成為將由激光束的照射所形成的一個橢圓形(長圓形)光束點進行分割，照射部分R’在剖分預(yù)定線SL的兩側(cè)對稱。
照射部分R’是這樣的部分在中間存在非照射部分M，一個橢圓使其長軸沿著剖分預(yù)定線SL進行分割，由分割得到的形狀構(gòu)成一對照射部分。
照射部分R’在最接近剖分預(yù)定線SL處分別具有大致直線狀的長邊部f，兩長邊部f距剖分預(yù)定線SL為等距離并與剖分預(yù)定線SL平行地延伸。
長邊部f的兩端的角部n是，由長邊部f和從長邊部f的端部向遠離剖分預(yù)定線SL的方向延伸的曲線形成。
照射部分R’形成為，具有沿著剖分預(yù)定線SL的方向上的長度a和與剖分預(yù)定線SL正交的方向上的寬度b2，長度a由長邊部f限定，寬度b2形成得比長度a短。換言之，照射部分R’的沿著剖分預(yù)定線SL的方向的最大尺寸，比與剖分預(yù)定線SL正交的方向上的最大尺寸大。
照射部分R’利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束形成，并且，在以剖分預(yù)定線SL為中心軸時，照射能量分布具有以所述中心軸為中心離開寬度W的兩個峰值P’。
在將脆性材料的板厚設(shè)為T時，非照射部分M的寬度W優(yōu)選為在T/30～2T的范圍。另外，對非照射部分M的寬度W的說明在后面敘述。
如上所述，本發(fā)明的光束點LS’的形狀由以下的條件形成。
(1)由一對相同形狀的照射部分R’構(gòu)成，并分別距剖分預(yù)定線SL等距離地對稱形成。
(2)具有與剖分預(yù)定線SL平行的長邊部f。
(3)在與長邊部f正交的方向上的寬度b2形成為，比長邊部f的長度a短。
(4)具有非照射部分M的寬度W，其是由脆性材料的板厚T以及物理性能所設(shè)定的。
圖5～圖7表示以往的光束點的形狀的一例(上段)和所述光束點的照射能量分布(下段)。
圖5表示由照射激光束而形成的一個橢圓形光束點LS0。
光束點LS0的照射部分(標以斜線的部分)是以光束點LS0的長軸位于剖分預(yù)定線SL上的方式形成的。光束點LS0的照射能量分布為具有峰值P0的高斯分布。
如圖17所示，由于光束點LS0的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150形成在剖分預(yù)定線SL正下方，所以難以在剖分預(yù)定線SL上形成直的垂直裂縫。
圖6表示由照射激光束所形成的兩個橢圓形光束點成為照射部分R1從而在剖分預(yù)定線SL兩側(cè)形成的光束點LS1。
光束點LS1的照射能量分布為具有兩個峰值P1的兩個高斯曲線。在該例中，將兩個峰值P1的間隔設(shè)定為光束點LS’的非照射部分M的寬度W。
此時，兩個照射部分R1重疊，照射被重復(fù)的照射部分R2形成在剖分預(yù)定線SL上。
關(guān)于形成有照射部分R2的光束點LS1，照射能量分布變?yōu)樘摼€所示的曲線，合成的峰值P2形成在剖分預(yù)定線SL上。
因此，關(guān)于光束點LS1，由于所述的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150形成在剖分預(yù)定線SL正下方，所以難以在剖分預(yù)定線SL上形成直的垂直裂縫。
圖7表示以圖6的光束點LS1中的兩個照射部分R1不重疊的方式來設(shè)定光束點的軸線間距離L2的光束點LS2的形狀和其照射能量分布。
光束點LS2的照射能量分布為，具有兩個峰值P1的兩個高斯分布。
關(guān)于光束點LS2，由于所述內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150沒有形成在剖分預(yù)定線SL正下方，所以能夠使垂直裂縫筆直伸展。
但是，由于光束點LS2的照射能量分布中的兩個峰值P1位于距剖分預(yù)定線SL較遠的位置，所以當冷卻時在剖分預(yù)定線SL附近難以產(chǎn)生對形成垂直裂縫有效的拉伸應(yīng)力。因此，難以在剖分預(yù)定線SL正下方形成深且直的垂直裂縫。
另外，關(guān)于光束點LS2，為了得到所希望的深度的垂直裂縫，必須使劃線速度比光束點LS’相對較慢，所以難以實現(xiàn)劃線的高速化。
如前面所述，光束點LS’與以往的光束點LS0以及LS1相比較，能夠大幅度地抑制施加在剖分預(yù)定線SL上的照射能量。因此，能夠在剖分預(yù)定線SL正下方形成深且直的垂直裂縫。
進而，光束點LS’與以往的光束點LS2相比較，能夠?qū)⒄丈淠芰糠植贾械姆逯甸g距離設(shè)定得較短，所以能夠當冷卻時在剖分預(yù)定線SL附近產(chǎn)生更大的對形成垂直裂縫有效的拉伸應(yīng)力。
因此，能夠在剖分預(yù)定線SL正下方形成直的垂直裂縫。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)劃線的高速化。
下面，表示通過圖4所示的本發(fā)明的光束點LS’與圖5所示的以往的光束點LS0形成的剖分面的質(zhì)量的比較實驗。
本發(fā)明的“剖分面的質(zhì)量”，是對各個剖分面的“裂痕”進行評價的指標，所述剖分面是如下述那樣得到的在基板上通過各自的光束點LS’以及LS0分別在剖分預(yù)定線SL上劃線，從而在剖分預(yù)定線SL上形成垂直裂縫，然后施加機械外力，將基板沿著剖分預(yù)定線SL剖分。
下面對“裂痕”的定義及其評價方法進行說明。
圖8是從沿著其剖分面E的方向觀察剖分基板而得到的板厚T的基板50的剖面圖。
如圖8所示，“裂痕”是對作為基板的剖分面E的缺口或鼓出的最大長度的K1進行評價的指標，其中所述剖分面E是剖分基板50而得到的。
下面表示作為評價“裂痕”用的加工對象的基板的條件以及劃線的條件。
厚度為2.8mm的鈉玻璃單板[劃線的條件]激光器輸出150W(光束點LS’以及LS0共同)劃線速度120mm/sec(光束點LS’以及LS0共同)
非照射部分M的寬度W0.2mm(光束點LS’)另外，光束點LS’使用了圖2的光學(xué)系統(tǒng)4。
圖9表示“裂痕”的評價結(jié)果。圖中左端欄的“No.”是試驗件的編號。
如從圖9可知那樣，與光束點LS0相比較，在光束點LS’中“裂痕”的產(chǎn)生格外少。
下面表示通過圖4所示的本發(fā)明的光束點LS’與圖5所示的以往的光束點LS0形成的“裂痕”的照片進行比較的結(jié)果。
另外，基板的條件以及本發(fā)明的光束點LS’和以往的光束點LS0的劃線的條件與實驗1相同。
圖10是表示通過以往的光束點LS0進行劃線得到的、剖分后的基板剖分面的照片。
在圖10中，基板50的表面與“裂縫的終點A’”之間的深度“K2”表示裂縫深度。
圖11是表示通過本發(fā)明的光束點LS’進行劃線而得到的、剖分后的基板剖分面的照片。
在圖11中，基板50的表面與“裂縫的終點B’”之間的深度“K2”表示裂縫深度。
另外，所謂“裂縫深度”是指，通過劃線而在剖分預(yù)定線SL上形成的基板厚度方向上的垂直裂縫的深度。
如圖10所示，在通過以往的光束點LS0進行劃線而得到的、剖分后的基板剖分面上，由于在“裂縫的終點A’”的下方產(chǎn)生的“裂痕”，所以在照片上在橫方向上形成了帶狀的影。
另一方面，如圖11所示，在通過本發(fā)明的光束點LS’進行劃線而得到的、剖分后的基板剖分面上，由于在“裂縫的終點B’”的下方抑制了“裂痕”的產(chǎn)生，所以在照片上看不到表示“裂痕”產(chǎn)生的帶狀的影。
圖12(a)是表示在圖10的A-A剖面將基板50剖分而得到的新的剖分面的一端的照片，其中所述基板50是通過以往的光束點LS0進行劃線而得到的、在圖10中所示的剖分后的基板(用T表示板厚)；圖12(b)是圖12(a)局部放大照片。
圖13(a)是表示在圖11的B-B剖面將基板50剖分而得到的新的剖分面的一端的照片，其中所述基板50是通過本發(fā)明的光束點LS’進行劃線而得到的、在圖11中所示的剖分后的基板(用T表示板厚)；圖13(b)是圖13(a)局部放大照片。
在圖12(b)中，用K2表示通過光束點LS0進行劃線而得到的垂直裂縫的板厚方向的深度(裂紋深度)，用K1表示“裂痕”的長度。
如圖12(b)所示可知，在使用以往的光束點LS0時，在通過光束點LS0的照射而在玻璃基板50上形成的剖分面上，形成了彎曲的斜向裂縫、即“裂痕”。
另一方面，如圖13(b)所示可知，在使用本發(fā)明的光束點LS’時，在通過光束點LS’的照射而在玻璃基板50上形成的剖分面上，形成了垂直方向的深裂縫，即沒有產(chǎn)生“裂痕”。
如圖18所示，上述的現(xiàn)象阻止了下述情況在使用以往的光束點LS0時，由于在光束點LS0所照射的玻璃基板50的正下方形成的內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150，形成較深且直的垂直裂縫。
與此相對，如圖19所示，在使用本發(fā)明的光束點LS’時，光束點LS’不會照射在剖分預(yù)定線SL上，內(nèi)部壓縮應(yīng)力場150形成在剖分預(yù)定線SL附近的兩側(cè)下方，而不會形成在剖分預(yù)定線SL的正下方。因此，能夠形成深且直的垂直裂縫，能夠通過剖分而得到良好的基板剖分面。
進行求得圖4所示的本發(fā)明的光束點LS’中的非照射部分M的寬度W、“裂痕”的長度以及劃線速度的關(guān)系的實驗。
圖14是將橫軸設(shè)為非照射部分M的寬度W，將縱軸的一方設(shè)為“裂痕”的長度K1，將縱軸的另一方設(shè)為劃線速度S的曲線圖。
另外，實驗3中的評價對象的基板的條件以及劃線的條件與實驗1相同。另外，光束點LS’是使用了圖2的光學(xué)系統(tǒng)4而形成的。
從圖14可知，非照射部分M的寬度W、“裂痕”的長度K1以及劃線速度S具有以下的關(guān)系。
1)隨著非照射部分M的寬度W增加，“裂痕”的長度K1減小。
2)在非照射部分M的寬度W減小時，劃線速度S增大。
在將非照射部分的寬度設(shè)為W，將脆性材料的板厚設(shè)為T時，非照射部分的寬度W優(yōu)選為T/30～2T的范圍。在非照射部分的寬度W為T/30以下時，難以保持光學(xué)系統(tǒng)的精度；在非照射部分的寬度W為2T以上時，變?yōu)閯澗€速度S的實用上的界限以下。另外，非照射部分M的寬度W不僅與脆性材料的板厚有關(guān)系，而且與基板的物理性能、即組成和表面處理等也有關(guān)系，這一點本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解。
圖22～25表示通過本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置形成的光束點的其他的結(jié)構(gòu)例。
圖22的光束點61表示照射部分呈直角三角形的一例。
圖23的光束點62表示照射部分呈等腰三角形的一例。
圖24的光束點63表示照射部分呈長方形(矩形)的一例。
圖25的光束點64表示角部n分別具有直線以及曲線(圖中用n表示的部分)的光束點的一例。
另外，光束點61以及光束點64的沿著剖分預(yù)定線SL的伸長方向，可以選擇圖中的上下任意一個方向。
圖22～25的各個光束點具有前面敘述的以下條件。
即(1)由一對相同形狀的照射部分構(gòu)成，并分別距剖分預(yù)定線SL等距離地對稱形成。
(2)具有與剖分預(yù)定線SL平行的長邊部f。
(3)在與長邊部f正交的方向上的寬度b2形成為，比長邊部f的長度a短。
(4)具有非照射部分的寬度W，其是由脆性材料的板厚T以及物理性能設(shè)定的。因此，滿足上述條件的圖22～25的各個光束點具有圖21所述的照射能量分布。
即，圖22～25的各個光束點的特征在于，照射部分具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布，所述照射能量分布具有以剖分預(yù)定線SL為中心互相離開寬度W的兩個峰值部分，兩個峰值部分之間的照射能量為0。
另外，上述的“峰值部分”，不僅包括點狀的“峰值點”，也包括形成由平坦且比較長的區(qū)域構(gòu)成的“峰值區(qū)域”的情況。
上述的各個光束點可以使用DOE、偏轉(zhuǎn)鏡等固定光學(xué)元件，以及電磁反射鏡、多面反射鏡、諧振器等掃描光學(xué)元件形成。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的脆性材料的劃線方法以及使用了該方法的劃線裝置，直的垂直裂縫能夠在基板的厚度方向上伸展，從而能夠得到質(zhì)量高且具有較大強度的基板的剖分面。
作為本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置所適用的脆性材料，可以列舉玻璃、燒結(jié)材料的陶瓷、單結(jié)晶硅、藍寶石、半導(dǎo)體晶片、陶瓷基板等脆性材料。作為這樣的脆性材料，包括單板或粘結(jié)基板，也包括帶有形成電路圖形、電極的金屬膜、樹脂膜的基板。
作為本發(fā)明的劃線方法以及劃線裝置所適用的脆性材料的具體的用途，可以列舉液晶面板、等離子顯示面板、有機EL顯示面板等平板顯示器或陶瓷電容、半導(dǎo)體芯片等。
權(quán)利要求
1.一種脆性材料的劃線方法，該脆性材料的劃線方法是沿設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線，一邊使激光束相對于所述材料相對地移動一邊進行照射，以將所述材料加熱到比其軟化點低的溫度，接下來通過冷卻使沿著剖分預(yù)定線的垂直裂縫從形成在所述材料上的初始裂紋開始伸展和伸長，其特征在于，將受到激光束照射的照射部分形成在剖分預(yù)定線的兩側(cè)，將未受到激光束照射的非照射部分形成在剖分預(yù)定線上，接下來在剖分預(yù)定線上進行局部冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，照射部分利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束形成，在以剖分預(yù)定線為中心軸的情況下，所述照射能量分布具有以所述中心軸為中心互相離開寬度W的兩個峰值部分，并且兩個峰值部分之間的照射能量為0。
3.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，照射部分由以剖分預(yù)定線為中心而在兩側(cè)形成的一對光束點構(gòu)成，所述照射部分分別具有大致直線狀的長邊部，所述長邊部距剖分預(yù)定線具有等距離，在最接近剖分預(yù)定線處與剖分預(yù)定線平行地延伸。
4.如權(quán)利要求2所述的劃線方法，其特征在于，照射部分由長邊部和以遠離剖分預(yù)定線的方式從所述長邊部的端部延伸的直線或曲線而形成。
5.如權(quán)利要求2所述的劃線方法，其特征在于，照射部分形成為，具有沿著剖分預(yù)定線的方向上的長度和與剖分預(yù)定線正交的方向上的寬度，其中，所述長度由長邊部限定，所述寬度形成得比所述長度短。
6.如權(quán)利要求2所述的劃線方法，其特征在于，非照射部分以寬度W具有所述長邊部分別互相對置的間隔，當脆性材料的板厚設(shè)為T時，所述W為T/30～2T的范圍。
7.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，照射部分由一對光束點形成，所述光束點形成為以一個圓或長圓使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述圓或長圓分割的形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，照射部分由一對光束點形成，其中所述光束點形成為以一個矩形使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述矩形分割的形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，在配置有固定光學(xué)元件或掃描光學(xué)元件的光路上將激光束分割，進而使分割后的激光束照射在剖分預(yù)定線的兩側(cè)而形成照射部分。
10.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，在配置有固定光學(xué)元件或掃描光學(xué)元件的光路上，利用也配置在所述光路上的遮光部件來遮擋激光束而形成非照射部分，進而使沒有被遮擋的激光束照射在剖分預(yù)定線的兩側(cè)而形成照射部分。
11.如權(quán)利要求1所述的劃線方法，其特征在于，在將非照射部分的寬度設(shè)為W時，根據(jù)所述寬度W的減少量，增加激光束的相對于脆性材料的相對移動速度。
12.一種脆性材料的劃線裝置，其特征在于，該脆性材料的劃線裝置包括向脆性材料照射激光束的照射部；向脆性材料供給制冷劑來局部冷卻所述脆性材料的冷卻部；和使所述照射部和所述冷卻部沿著設(shè)定在脆性材料上的剖分預(yù)定線相對地移動的移動部，照射部以將受到激光束照射的照射部分形成在剖分預(yù)定線的兩側(cè)、將未受到激光束照射的非照射部分形成在剖分預(yù)定線上的方式來照射激光束，冷卻部在剖分預(yù)定線上進行局部冷卻。
13.如權(quán)利要求12所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束形成，在以剖分預(yù)定線為中心軸的情況下，所述照射能量分布具有以所述中心軸為中心互相離開寬度W的兩個峰值部分，并且兩個峰值部分之間的照射能量為0。
14.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分由以剖分預(yù)定線為中心而在兩側(cè)形成的一對光束點構(gòu)成，所述照射部分分別具有大致直線狀的長邊部，所述長邊部距剖分預(yù)定線具有等距離，在最接近剖分預(yù)定線處與剖分預(yù)定線平行地延伸。
15.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分由長邊部和以遠離剖分預(yù)定線的方式從所述長邊部的端部延伸的直線或曲線而形成。
16.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分形成為，具有沿著剖分預(yù)定線的方向上的長度和與剖分預(yù)定線正交的方向上的寬度，其中，所述長度由長邊部限定，所述寬度形成得比所述長度短。
17.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于非照射部分以寬度W具有所述長邊部分別互相對置的間隔，當脆性材料的板厚設(shè)為T時，所述W為T/30～2T的范圍。
18.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分由一對光束點形成，其中所述光束點形成為以一個圓或長圓使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述圓或長圓分割的形狀。
19.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于，照射部分由一對光束點形成，其中所述光束點形成為以一個矩形使其長軸沿著剖分預(yù)定線，在中間存在非照射部分地將所述矩形分割的形狀。
20.如權(quán)利要求12所述的劃線裝置，其特征在于照射部具備將從照射部照射的激光束分割為兩部分的固定光學(xué)元件或掃描光學(xué)元件。
21.如權(quán)利要求12所述的劃線裝置，其特征在于照射部具備對所述激光束的中央部分遮擋的遮光部件。
22.如權(quán)利要求13所述的劃線裝置，其特征在于照射部具備使所述非照射部分的寬度W減少的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整部，以使激光束的相對于脆性材料的相對移動速度增加。
全文摘要
本發(fā)明涉及脆性材料的劃線方法以及劃線裝置。在劃線裝置中，由該劃線裝置的激光束形成的照射部分，是利用具有由高斯分布構(gòu)成的照射能量分布的激光束而形成的，在以剖分預(yù)定線為中心軸的情況下，所述照射能量分布具有以所述中心軸為中心互相離開寬度(W)的兩個峰值部分，并且兩個峰值部分之間的照射能量為0。
文檔編號C03B33/09GK101043992SQ20058003337
公開日2007年9月26日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者藤井昌宏 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司