專利名稱：脆性材料基板的加工方法
技術領域：
本發(fā)明是關于以高速旋轉的多邊形鏡重復反射激光光束以將實質具有長軸方向 的光束點整形于脆性材料基板上，沿于前述脆性材料基板上設定的劃線預定線掃描前述光 束點，利用熱應力形成裂痕的脆性材料基板的加工方法。詳言之，本發(fā)明是關于對脆性材料基板進行第一次光束點的掃描以形成由有限深 度的裂痕構成的劃線，再進行第二次光束點的掃描以使此劃線的裂痕深入滲透(以下，將 裂痕于深度方向進行稱為滲透)或完全分斷的脆性材料基板的加工方法。在此所謂脆性材料基板是指玻璃基板、燒結材料的陶瓷、單結晶硅、半導體晶圓、 藍寶石基板、陶瓷基板等。
背景技術：
在對高速旋轉的多邊形鏡照射激光光束，將在多邊形鏡被反射的激光光束導向基 板上后，被多邊形鏡的1個鏡面反射的激光光束的掃描軌跡的范圍以高速重復被掃描，在 基板上被一個鏡面反射的激光光束的掃描軌跡的范圍全體恰如1個光束點般被照射。因 此，將被高速旋轉中的多邊形鏡的一個鏡面形成于基板上的掃描軌跡的范圍全體稱為“光 束點”。在使用多邊形鏡與f θ透鏡對脆性材料即半導體晶圓照射激光以整形橢圓形的 光束點，并掃描此光束點以磨耗基板后，形成對基板表面傾斜的加工面。利用此，使在半導 體晶圓上欲形成槽的部分于斜方向(加工面的法線方向)氣化并以蒸氣形態(tài)排出的激光加 工裝置已被揭示(專利文獻1)。利用磨耗的加工將光束點通過的區(qū)域溶化，故加工面會損 傷。另一方面，對玻璃基板掃描已整形為橢圓狀的光束點并在溶化溫度(或軟化溫 度)以下加熱基板，使應力梯度產生以形成裂痕的激光劃線加工亦已被利用(參考專利文 獻2、專利文獻3、專利文獻4)?！愣?，在激光劃線加工是將即將分斷的假想線(稱為劃線預定線)設定于基 板。且于為劃線預定線的始端的基板端以刀輪等形成初期龜裂(觸發(fā))，從初期龜裂的位置 沿劃線預定線掃描光束點及冷卻點(冷媒被噴射的區(qū)域)。此時，基于在劃線預定線附近發(fā) 生的溫度分布產生應力梯度的結果形成裂痕。以激光劃線加工形成的裂痕加工端面美觀且具有優(yōu)秀的端面強度。此外，比起使 用刀輪等的機械式加工產生的裂痕，可使玻璃屑的發(fā)生減少。因此，激光劃線加工在以平面顯示器為首且必須分斷玻璃基板等的各種制造過程 等持續(xù)被采用。另外，在溶化溫度以下掃描光束點形成的裂痕有裂痕的深度方向的前端未到達基 板的背面的“有限深度裂痕”與裂痕到達基板的背面而將基板直接分斷的“貫通裂痕”(參 考例如專利文獻2)。以下，將由前者的“有限深度裂痕”形成的切痕稱為劃線，由后者的“貫通裂痕”產生的分斷線稱為全切線。上述由不同機制形成。圖14為以示意方式顯示形成有限深度的裂痕的機制的基板的剖面圖。亦即先行 的激光加熱使如圖14(a)所示于基板GA有壓縮應力HR產生。之后，加熱后的冷卻使如圖 14(b)所示于基板GA表面有拉伸應力CR產生。此時熱的移動使壓縮應力HR于基板內部移 動，形成有內部應力場Hin。其結果，如圖14(c)所示，拉伸應力CR分布于基板表面?zhèn)?、壓縮 應力HR分布于基板內部的深度方向的應力梯度發(fā)生，形成裂痕Cr。以上述機制形成裂痕Cr的條件是于基板內部存在的壓縮應力場Hin阻止裂痕Cr 的往深度方向的進一步滲透，故裂痕Cr在基板內部的壓縮應力場Hin前停止，理論上裂痕 Cr為有限深度。因此，欲將基板完全分斷，須在裂痕Cr導致的有限深度的劃線被形成后，再 進行折斷處理。另一方面，裂痕Cr導致的劃線的加工端面非常美觀(表面凹凸甚小)且直 進性優(yōu)良，做為加工端面為理想的狀態(tài)。圖15為以示意方式顯示形成貫通裂痕的機制的基板的立體圖(圖15(a))及平面 圖(圖15(b))。亦即從初期龜裂TR的位置被掃描的激光光束的光束點BS使壓縮應力HR 于基板表面產生。同時，位于光束點BS的后方的冷卻點CS使拉伸應力CR于基板表面產生。 其結果，于掃描線上(劃線預定線L上)形成前后方向的應力梯度，此應力梯度使沿掃描線 方向將基板往左右裂開之力作用而形成貫通裂痕，基板被分斷。形成此“貫通裂痕”時，有不必進行折斷處理便可將基板分斷(全切)的便利點， 隨加工用途不同亦可能有希望以該機制分斷的狀況，但比起上述的劃線加工的加工端面， 全切線的加工端面的直進性可能受損，且全切線的端面的美觀度(表面的凹凸)比起上述 的劃線品質亦較差。另外，以激光劃線加工形成劃線或形成全切線是依存于加熱條件(激光波長、照 射時間、輸出能量、掃描速度、光束點形狀等)、冷卻條件(冷媒溫度、吹送量、吹送位置等)、 基板的板厚等。一般而言，在玻璃基板的板厚較薄時比較厚時容易成為全切線，可形成劃線加工 的加工條件的處理范圍較小。由上述，在欲對玻璃基板等進行端面品質優(yōu)良的分斷加工時，不形成全切線，是選 擇形成劃線的機制的加熱條件、冷卻條件進行激光劃線加工，之后，進行折斷處理。在激光劃線加工后進行的折斷處理方法可利用將折斷桿等按壓于劃線施加彎曲 力矩的機械式折斷處理。機械式折斷處理時，對基板施加大彎曲力矩可能會有玻璃屑產生。 因此，在不希望有玻璃屑發(fā)生的制造過程中，必須盡可能形成較深的劃線，以使僅施加小彎 曲力矩便可折斷處理。針對此點，是進行沿以激光劃線加工形成的劃線進行第2次的激光照射，使有限 深度的裂痕更深入滲透(此時再度進行折斷處理)或使裂痕滲透至背面而分斷的激光切斷 處理(參考例如專利文獻2-專利文獻4)。〔專利文獻1〕日本特開2005-288541號公報〔專利文獻2〕日本特開2001-130921號公報〔專利文獻3〕日本特開2006-256944號公報〔專利文獻 4〕WO 2003/008352 號公報

發(fā)明內容
如上述，進行以第一次的激光照射形成劃線的激光劃線加工，再以第二次的激光 照射進行激光切斷處理，可達成抑制玻璃屑的發(fā)生的分斷加工。然而，若以激光劃線加工，亦即第一次的激光照射形成的劃線較淺，以后續(xù)的激光 切斷處理便難以使裂痕到達基板背面。因此，欲以激光切斷處理將基板完全分斷，在激光劃 線加工時先形成較深的劃線較理想。又，即使不以激光切斷處理將基板完全分斷，在激光劃線加工時形成越深的劃線， 以后續(xù)的激光切斷處理便可越簡單使劃線加深，故較理想。但若欲以激光劃線加工形成較以往深的劃線便必須變更至此形成劃線時的加熱 條件與冷卻條件。具體而言，必須提高激光輸出以增加加熱造成的入熱量，增大冷卻時的冷 媒吹送量，作成比至此更容易產生深度方向的溫度差的激烈條件，以增加于基板發(fā)生的深 度方向的應力梯度。然而，若于以往的激光劃線加工的加工流程直接改采增加應力梯度的加熱條件、 冷卻條件，無法在第1次的激光照射形成較深的劃線，裂痕會直接貫通基板(變?yōu)樾纬韶炌?裂痕的機制)，形成全切線。亦即，適當選擇激光劃線加工時的加熱條件與冷卻條件雖可較 容易形成較淺的劃線，但即使欲形成較深的劃線而欲將加熱條件與冷卻條件變更為比至此 使用的條件稍微激烈的條件，可設定的加熱條件或冷卻條件的范圍不存在或即使存在亦因 可設定范圍狹窄而不安定，變?yōu)橥蝗恍纬扇芯€的條件，難以形成預期的較深劃線。此外，除變?yōu)槿芯€的問題外，還會產生“先行”現(xiàn)象容易發(fā)生的問題。所謂“先行” 是如圖16所示，在劃線預定線L的始端附近，在形成于始端的初期龜裂TR被光束點BS加熱 時，以因光束點BS而產生的加熱區(qū)域為起點往光束點的前方于無法控制的方向形成裂痕K 的現(xiàn)象。若“先行”發(fā)生便無法形成沿劃線預定線L的劃線，劃線的直進性會顯著受損。欲于進行第一次的激光照射的激光劃線加工形成較深的劃線而使加熱條件與冷 卻條件改變?yōu)楸戎链耸褂玫臈l件更激烈的條件時，此種“先行”的發(fā)生頻率會提高。針對此點，本發(fā)明以提供可安定實行以激光劃線加工于基板形成劃線，再進行激 光切斷處理以完全分斷基板或形成較深的劃線的加工的脆性材料基板的加工方法為目的。又，以提供不使“先行”現(xiàn)象發(fā)生便可形成較深的劃線或完全分斷的脆性材料基板 的加工方法為目的。又，以提供可安定進行加工端面的端面品質優(yōu)良的分斷加工的脆性材料基板的加 工方法為目的。此外，本發(fā)明以提供利用多邊形鏡形成激光點，在掃描此激光點以進行激光切斷 時可利用多邊形鏡調整激光點的能量分布，可借由能量分布的調整安定激光切斷的加工方 法為目的。為解決上述課題而為之本發(fā)明的脆性材料基板的加工方法是以高速旋轉的多邊 形鏡重復反射從激光光源射出的激光光束以于脆性材料基板形成光束點，沿于前述基板設 定的劃線預定線相對移動前述光束點以加工前述基板的脆性材料基板的加工方法，進行以 下之步驟。首先，進行由使第一次激光照射產生的第一光束點沿劃線預定線相對移動加熱基 板并立即對第一光束點通過后的部位吹送冷媒以冷卻，以產生于深度方向變化的應力梯度以形成由有限深度的裂痕構成的劃線的激光劃線步驟。但若基板溶化便無法進行利用應力 的加工，故使加熱溫度始終保持為未達軟化溫度以免基板溶化。借此，于劃線預定線有于深度方向變化的應力梯度(稱為第一應力梯度)發(fā)生。第 一應力梯度為于基板表面?zhèn)扔欣鞈?，于基板內部側有壓縮應力分布的應力梯度。利用 此第一應力梯度形成由有限深度的裂痕構成的劃線。之后，使第二次激光照射產生的第二光束點沿前述劃線(有限深度之裂痕)相對 移動以進行激光切斷步驟。此時，調整為射入多邊形鏡的激光光束徑小于激光劃線步驟時 射入的激光光束徑。此調整具體而言可使激光光束的光束徑本身縮小，亦可于光路上設置 調整光束徑的機構。借此調整，被照射至多邊形鏡的激光光束僅被照射至多邊形鏡的1個 鏡面時的比例增加，在被相鄰的2個鏡面分割的狀態(tài)下被照射時的比例減少，其結果，第二 光束點的能量分布是能量增減的兩端的區(qū)域變短，第二光束點全體的長度短于第一光束點 全體的長度，成為能量平均的中央部的區(qū)域較長的高帽型的能量分布(在圖11詳述)。另 外，此處所謂“高帽型之能量分布“是指光束點的中央部的能量大致平均，而在光束點兩端 的區(qū)域能量會變化的能量分布。使第二光束點的能量分布如上述變化可增加每單位時間的入熱量，集中加熱基板 的表層，于基板表層形成高溫區(qū)域。其結果，形成與激光劃線加工時的于深度方向變化的應 力梯度(第一應力梯度)為于深度方向反向變化的應力梯度(第二應力梯度)。亦即，于基 板表面有壓縮應力發(fā)生，其反作用力于基板內部形成拉伸應力。于基板內部雖有形成劃線 的裂痕的前端存在，但由于拉伸應力集中作用于此裂痕前端，故裂痕前端更深入滲透，到達 基板背面后被完全分斷。利用本發(fā)明，不形成全切線，且不使“先行”現(xiàn)象發(fā)生，可擴大可實行以激光劃線步 驟于基板形成劃線(有限深度的裂痕)，再進行激光切斷處理以完全分斷基板或形成較深 的劃線的加工的處理范圍，實現(xiàn)安定的加工。又，可安定進行加工端面之端面品質優(yōu)良之分斷加工。此外，利用本發(fā)明，利用多 邊形鏡形成光束點，在掃描此光束點以進行激光切斷時可利用多邊形鏡調整光束點之能量 分布。利用此可安定激光切斷。(解決其他課題的手段及效果)上述發(fā)明中，可變更設于激光光源與多邊形鏡之間的激光光束的光路上的聚光光 學元件的位置以調整射入多邊形鏡的激光光束徑。在此，聚光光學元件可使用聚光透鏡(例如新月形透鏡)、聚光鏡。借此，僅于光路方向平行移動聚光光學元件便可調整激光光束徑，簡單實現(xiàn)使能 量分布為能量平均的中央部的區(qū)域較長的高帽型的調整。上述發(fā)明中，可調整為激光切斷步驟時使多邊形鏡接近前述聚光光學元件的焦點 位置附近。借此，由于越接近焦點位置附近激光光束徑便越小，故可使多邊形鏡接近理想高 帽型。上述發(fā)明中，可同時調整聚光光學元件的位置與多邊形鏡與基板之間的距離。借此，可使能量分布為高帽型且亦可調整光束點的較長方向的長度等光束形狀， 故每單位時間的入熱量與入熱區(qū)域皆可調整，可更擴大激光切斷的處理范圍。


圖1為一例實施本發(fā)明的基板加工方法時被使用的基板加工裝置的概略構成圖。圖2為顯示圖1的基板加工裝置的控制系統(tǒng)方塊圖。圖3為顯示光路調整機構14的動作例圖。圖4為顯示光束徑較大時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的始端附近的狀況)。圖5為顯示光束徑較大時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的中央的狀況)。圖6為顯示光束徑較大時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的終端附近的狀況)。圖7為顯示光束徑較小時，被照射至高速旋轉的鏡面的激光光束的剖面形狀隨時 間的變化與被鏡面照射至玻璃基板G的光束點的能量分布的關系圖。圖8為顯示光束徑較小時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的始端附近的狀況)。圖9為顯示光束徑較小時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的中央的狀況)。圖10為顯示光束徑較小時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的 關系圖(被照射于一個鏡面的終端附近的狀況)。圖11為顯示光束徑較小時，被照射至高速旋轉的鏡面的激光光束的剖面形狀隨 時間的變化與被鏡面照射至玻璃基板G的光束點的能量分布的關系圖。圖12為以示意方式顯示于激光切斷步驟時欲形成的應力梯度的剖面圖。圖13為根據(jù)本發(fā)明的基板加工方法的加工順序的流程圖。圖14為以示意方式顯示形成有限深度的裂痕的機制的剖面圖。圖15為以示意方式顯示形成全切線的機制的立體圖及平面圖。圖16為顯示在基板端產生的先行現(xiàn)象圖。2 滑動平臺7 臺座12 旋轉平臺13 激光裝置16 冷卻噴嘴17 升降機構18 刀輪31 新月形透鏡32 反射鏡33 多邊形鏡G 玻璃基板(脆性材料基板)Cr 裂痕Tr 初期龜裂
具體實施例方式(裝置構成)以下，基于圖面說明本發(fā)明的實施形態(tài)。首先說明一例實施本發(fā)明的加工方法時使用的基板加工裝置。圖1為本發(fā)明的一 實施形態(tài)的激光分斷裝置LCl的概略構成圖。圖2為顯示圖1的激光分斷裝置LCl的控制系統(tǒng)的構成方塊圖。首先基于圖1說明激光分斷裝置LCl的全體構成。沿平行配置于水平的架臺1上的一對導軌3、4設有于圖1的紙面前后方向(以下 稱Y方向)往復移動的滑動平臺2。于兩導軌3、4之間沿前后方向配置有導螺桿5，于此導 螺桿5螺合有固定于前述滑動平臺2的支柱6，以馬達(圖示外)正反轉導螺桿5使滑動平 臺2沿導軌3、4于Y方向往復移動。在滑動平臺2上沿導軌8配置有于圖1的左右方向(以下稱X方向)往復移動的 水平臺座7。在固定于臺座7的支柱10貫通螺合有借由馬達9旋轉的導螺桿10a，導螺桿 IOa正反轉會使滑動臺座7沿導軌8于X方向往復移動。在臺座7上設有以旋轉機構11旋轉的旋轉平臺12，于此旋轉平臺12以水平的狀 態(tài)安裝切斷對象的脆性材料基板即玻璃基板G。旋轉機構11使旋轉平臺12繞垂直的軸旋 轉，可旋轉為對基準位置為任意旋轉角度。玻璃基板G是以例如吸引夾頭固定于旋轉平臺 12。在旋轉平臺12的上方有激光振蕩器13與光路調整機構14受安裝架15保持。光 路調整機構14是由調整從激光振蕩器13射出的激光光路的光路調整元件群14a(新月 形透鏡31、反射鏡32、多邊形鏡3 、移動光路調整元件群14a的位置的馬達群14b (馬達 34-36)、連結光路調整元件群1 與馬達群14b的臂群14c (臂37-39)構成。新月形透鏡 31是透過臂37連接于升降馬達34且上下方向的位置可調整。又，反射鏡32是透過臂38 連接于升降馬達35且上下方向的位置可調整。又，多邊形鏡33是透過臂39連接于升降馬 達36且上下方向的位置可調整。由激光振蕩器13射出的激光光束通過上述光路調整元件群1 形成具有所欲的 剖面形狀的光束，以光束點被照射至基板G之上。在本實施形態(tài)是射出圓形的激光光束， 以新月形透鏡31調整光束徑，以多邊形鏡掃描，在基板G上實質上形成橢圓形狀的激光點 LS (圖幻。且，以調整光路調整元件群1 切換第1次激光照射(激光劃線步驟)時使用 的第1光束點、第2次激光照射(激光切斷步驟)時使用的第2光束點。另外，于調整時，獨立調整反射鏡32、多邊形鏡33雖可微調，但調整作業(yè)會變復 雜。因此，可一體移動反射鏡32、多邊形鏡33以使調整作業(yè)簡化。具體而言，可使反射鏡 32、多邊形鏡33連動移動以進行基板G與多邊形鏡33之間的距離調整，移動新月形透鏡31 以進行新月形透鏡31與多邊形鏡33的距離調整。在安裝架15接近光路調整機構14設有冷卻噴嘴16。由此冷卻噴嘴16對玻璃基 板G噴射冷卻水、氦氣、二氧化碳氣體等冷卻媒體。冷卻媒體被吹送至被照射至玻璃基板G 的橢圓形狀的激光點LS的附近，在玻璃基板G的表面形成冷卻點CS (圖2)。在安裝架15透過上下移動調節(jié)機構17安裝有刀輪18。此刀輪18是以燒結鉆石 或超硬合金為材料，于外周面具備以頂點為刃前緣的V字形的棱線部，且可借由上下移動 調節(jié)機構17微調對玻璃基板G的壓接力。刀輪18是專用于在玻璃基板G的端緣形成初期 龜裂TR(圖2)時于X方向移動臺座7并暫時下降。又，在安裝架15的上方固定有一對攝影機20、21，可映出刻于基板G的定位用標記。其次，基于圖2說明控制系統(tǒng)。激光分斷裝置LCl具備以記錄于存儲器的控制參數(shù)與程序(軟件)與CPU實行各種處理的控制部50。此控制部50是控制驅動進行滑動平 臺2、臺座7、旋轉平臺12的定位或移動的馬達(馬達9等)的平臺驅動部51、進行激光照 射的激光驅動部52 (包含驅動激光振蕩器13的激光光源驅動部52a、驅動光路調整元件群 Ha用的馬達群14b的光路調整機構驅動部52b)、驅動控制以冷卻噴嘴16進行的冷媒噴射 的開閉閥(不圖示)的噴嘴驅動部53、以刀輪18及上下移動調節(jié)機構17于玻璃基板G形 成初期龜裂的刀驅動部54、以攝影機20、21映出刻印于基板G的定位用標記的攝影機驅動 部55的各驅動系統(tǒng)。又，控制部50連接有由鍵盤、滑鼠等構成的輸入部56、于顯示畫面上 進行各種顯示的顯示部57，可將必要資訊顯示于顯示畫面且必要指示或設定可輸入。又，控制部50具備總合驅動平臺驅動部51、激光驅動部52 (激光光源驅動部52a、 光路調整機構驅動部52b)、噴嘴驅動部53、刀驅動部M以進行玻璃基板G的加工的加工控 制部58，以此加工控制部58實行依第1次激光照射、冷卻、第2次激光照射的順序的激光加 工。具體而言，加工控制部58先控制刀驅動部M與平臺驅動部51在降下刀輪18的 狀態(tài)下移動基板G，借此進行形成初期龜裂TR的處理。之后控制平臺驅動部51、激光驅動 部52、噴嘴驅動部53在照射激光光束(第1光束點)并噴射冷媒的狀態(tài)下移動基板G。借 此進行第1次激光照射及冷卻，進行于基板形成由有限深度的裂痕構成的劃線的處理。之 后控制平臺驅動部51、激光驅動部52在照射激光光束(第2光束點)的狀態(tài)下移動基板 G。借此進行第2次激光照射，進行使裂痕滲透的處理(或使完全分斷的處理)。(光路調整動作)以下說明以加工控制部58控制光路調整機構14(光路調整元件群14a、馬達群 14b、臂群14c)進行的光路調整。圖3為顯示光路調整機構14的動作例圖，具體而言，是說明以新月形透鏡31的上 下移動使照射至多邊形鏡33的光束徑變化，使被照射至基板G的光束點的能量分布變化的 動作圖。從激光光源13射出的圓形剖面的激光光束LBO的行進方向為朝向鉛直下方，激光 光束LBO是射入新月形透鏡31。通過新月形透鏡31的激光光束LBl被聚光并繼續(xù)于鉛直 方向行進，射入反射鏡32。此時反射鏡32的安裝角度是調整為于反射鏡32的反射面以45 度入射角度射入并以45度的反射角度射出，以反射鏡反射的激光光束LB2是于水平方向行進。在水平方向行進的激光光束LB2射入旋轉中的多邊形鏡33。此時，被照射至多邊 形鏡33的鏡面的光束徑會隨新月形透鏡31與多邊形鏡33之間的距離變化。圖4-圖6為顯示被照射至多邊形鏡33的鏡面的光束徑較大時的多邊形鏡的旋轉 角度與激光光束的光路及光束點的關系圖。此狀態(tài)的光束徑是于將新月形透鏡31靠近反射鏡32，調整為新月形透鏡31的焦 點比多邊形鏡33的鏡面更接近基板G側時被實現(xiàn)。且此狀態(tài)的光束徑是于激光劃線步驟 時被使用。在圖4(a)中，注意順時針方向旋轉中的多邊形鏡33的2個鏡面MO、Ml。鏡面MO 為至前一瞬間皆有激光光束LB2照射的鏡面。在旋轉進行，到達激光光束LB2對鏡面MO的 照射即將結束的時間點后，激光光束LB2被分割后同時被照射至鏡面MO的終端與次一鏡面Ml的始端。圖4(c)為顯示被照射至鏡面MO的激光光束LB2的剖面圖。又，圖4(d)為顯示 被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面圖。被照射至鏡面MO、Ml的激光光束的能量隨被分割的激光光束的剖面的面積比被 分配。此時，在鏡面MO側被反射的激光光束LB3a是照射玻璃基板G的光束點LSl的位置 的左端部分，對此部分給予能量。另外，在鏡面Ml側被反射的激光光束LB!3b是照射玻璃基 板G的光束點LSl的位置的右端部分，對此部分給予能量。圖4(b)為被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。亦即，由于被分割為 激光光束LB3a、LB;3b后被照射，故被施予基板G的能量亦被分為2部分，光束點LSl的兩端 以分別對應于分割比的能量被加熱。圖5 (a)為旋轉繼續(xù)進行，激光光束LB2被照射至鏡面Ml的中央部分的狀態(tài)。此 時，圓形剖面的激光光束LB2僅被照射至1個鏡面Ml。圖5(c)為顯示被照射至鏡面Ml的 激光光束LB2的剖面圖。激光光束LB2具有的圓形剖面的光束直接被照射。此時，在鏡面 Ml被反射的激光光束LB3c是照射光束點LSl的位置的中央，對此部分給予全部能量。圖5(b)為被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。能量被施予光束點 LSl的位置的中央部分，集中加熱此部分。圖6為旋轉再繼續(xù)進行，激光光束LB2被分割后同時被照射至鏡面Ml的終端與次 一鏡面M2的始端之狀態(tài)。圖6(c)為顯示被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面圖。又， 圖6(d)為顯示被照射至鏡面M2的激光光束LB2的剖面圖。被照射至鏡面M1、M2的激光光束的能量與圖4時同樣隨被分割的激光光束的剖面 的面積比被分配。此時，在鏡面Ml側被反射的激光光束LB3d是照射玻璃基板G的光束點 LSl的位置的左端部分，對此部分給予能量。在鏡面M2側被反射的激光光束LBIBe是照射光 束點LSl的位置的右端部分，對此部分給予能量。圖6 (b)為被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。被照射至基板G的 能量被分為2部分，光束點LSl的兩端以分別對應于分割比的能量被加熱。之后，以高速旋轉的多邊形鏡33重復圖4至圖6的激光照射，形成具有以圖4 (b)、 圖5(b)、圖6(b)顯示的能量分布疊加的能量分布的光束點LSI。圖7為顯示被照射至高速旋轉的鏡面Ml的激光光束LB2的剖面形狀隨時間的變 化與被鏡面Ml照射至玻璃基板G的光束點LSl的能量分布的關系圖。如圖7 (a)所示，被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面形狀隨旋轉進行而變化。亦即，在鏡面Ml的始端(與鏡面MO的境界)通過激光光束LB2的照射范圍的期 間，被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面形狀為圓形剖面的一部缺乏的形狀，在此期間 剖面積逐漸增加。之后，被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面形狀成為圓形，至鏡面Ml 的終端(與鏡面M2的境界)進入激光光束LB2的照射范圍為止圓形剖面皆持續(xù)。之后，在 鏡面Ml的終端通過激光光束LB2的照射范圍的期間，被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的 剖面形狀再度成為圓形剖面的一部缺乏的剖面形狀，剖面積逐漸減少。以鏡面Ml形成于基板G上的光束點LSl的能量分布會對應于該剖面積的變化而 變化。在圖7(b)顯示能量分布。光束點LSl的能量分布是中央部的能量為平均(高帽型)， 其兩端和緩變化的能量分布。兩端的和緩部分的寬度是相當于在鏡面Ml的始端或終端通 過激光光束LB2的照射范圍期間被鏡面Ml反射的激光光束被照射至基板G上的范圍。因此，光束點LSl的兩端的能量分布和緩變化的部分的寬度會隨激光光束LB2的光束徑變大 而變大。之后以旋轉的多邊形鏡33的各鏡面重復具有圖7(b)的能量分布的照射。其次說明被照射至鏡面的光束徑較小的狀況。圖8-圖10為顯示被照射至鏡面的 激光光束LB2的光束徑較小時的多邊形鏡的旋轉角度與激光光束的光路及光束點的關系 圖。此狀態(tài)的光束徑是于調整新月形透鏡31的位置以使新月形透鏡31的焦點來到多 邊形鏡33的鏡面Ml附近時被實現(xiàn)。且此狀態(tài)的光束徑是于激光切斷步驟時被使用。在圖8(a)中，與圖4(a)同樣注意順時針方向旋轉中的多邊形鏡33的2個鏡面M0、 Ml。鏡面MO為至前一瞬間皆有激光光束LB2照射的鏡面。在旋轉進行，到達激光光束LB2 對鏡面MO的照射即將結束的時間點后，激光光束LB2被分割后同時被照射至鏡面MO的終 端與次一鏡面Ml的始端。圖8(c)為顯示被照射至鏡面MO的激光光束LB2的剖面圖。又， 圖8(d)為顯示被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面圖。由于光束徑較小，故2個鏡面 MO,Ml同時被照射的范圍(從始端、終端至光束徑的范圍)比圖4的狀況小。被照射至鏡面M0、M1的激光光束的能量與圖4同樣隨被分割的激光光束的剖面的 面積比被分配。此時，在鏡面MO側被反射的激光光束LB3a是照射玻璃基板G的光束點LSl 的位置的左端部分，對此部分給予能量。另外，在鏡面Ml側被反射的激光光束LB!3b是照射 光束點LSl的位置的右端部分，對此部分給予能量。圖8(b)為被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。亦即，由于被分割為 激光光束LB3a、LB;3b后被照射，故被照射至基板G的能量亦被分為2部分，光束點LSl的兩 端以分別對應于分割比的能量被加熱。圖9(a)為旋轉繼續(xù)進行，激光光束LB2被照射至鏡面Ml的中央部分的狀態(tài)。此 時，圓形剖面的激光光束LB2僅被照射至1個鏡面Ml。圖9(c)為顯示被照射至鏡面Ml的 激光光束LB2的剖面圖。激光光束LB2具有的圓形剖面的光束直接被照射。此時，在鏡面 Ml被反射的激光光束LB3c是照射光束點LSl的位置的中央，對此部分給予全部能量。圖9(b)為此時被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。能量被施予光 束點LSl的位置的中央部分，集中加熱此部分。圖10為旋轉再繼續(xù)進行，激光光束LB2被分割后同時被照射至鏡面Ml的終端與 次一鏡面M2的始端之狀態(tài)。圖10(c)為顯示被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面圖。 又，圖10(d)為顯示被照射至鏡面M2的激光光束LB2的剖面圖。被照射至鏡面M1、M2的激光光束的能量與圖6同樣隨被分割的激光光束的剖面的 面積比被分配。此時，在鏡面Ml側被反射的激光光束LB3d是照射玻璃基板G的光束點LSl 的位置的左端部分，對此部分給予能量。在鏡面M2側被反射的激光光束LBIBe是照射光束 點LSl的位置的右端部分，對此部分給予能量。圖10(b)為此時被照射至基板G的光束點LSl的位置的能量分布。被照射至基板 G的能量被分為2部分，光束點LSl的兩端以分別對應于分割比的能量被加熱。之后，以高速旋轉的多邊形鏡33重復圖8至圖10的激光照射，形成具有以圖 8(b)、圖9(b)、圖10(b)顯示的能量分布疊加的能量分布的光束點LSI。圖11為顯示被照射至高速旋轉的鏡面Ml的激光光束LB2的剖面形狀隨時間的變 化與被鏡面Ml照射至玻璃基板G的光束點LSl的能量分布的關系圖。
由于被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的光束徑小，故如圖11(a)所示，被照射的 剖面積比以圖7(a)顯示的光束徑較大的狀況全體性變小，但能量密度提高。此外，如圖 11(a)所示，被照射至鏡面Ml的激光光束LB2的剖面隨旋轉進行而變化。亦即，與圖7(a) 同樣于鏡面Ml的始端(與鏡面MO的境界)通過激光光束LB2的照射范圍的期間及鏡面Ml 的終端(與鏡面M2之境界)通過激光光束LB2的照射范圍的期間被照射至鏡面Ml的激光 光束LB2的剖面形狀為圓形剖面的一部缺乏的剖面形狀，在此范圍內剖面積增加或減少。 其間的激光光束LB2的照射范圍全體被照射至鏡面Ml的期間被照射至鏡面Ml的激光光束 LB2的剖面形狀成為圓形剖面。由于激光光束LB2的光束徑小，故在鏡面Ml的始端附近及終端附近被照射至鏡面 Ml的激光光束LB2的剖面積變化的范圍的大小比圖7(a)小，剖面積劇烈增減。以鏡面Ml 形成于基板G上的光束點LSl的能量分布會對應于此剖面積的變化而變化。于圖11(b)顯 示此時的光束點LSl的能量分布。另外，為便于比較，以實線表示光束徑較小時的能量分 布，以一點鏈線表示光束徑較大時的能量分布(圖7(b)的能量分布)。被照射的激光光束LB2的光束徑越小，光束點LSl的能量分布便是能量變化的兩 端的區(qū)域越短，光束點LSl全體的長度變短，成為能量平均的中央部的區(qū)域較長的高帽型 的能量分布。之后借由旋轉的多邊形鏡33的各鏡面以具有與鏡面Ml同樣的能量分布的光束點 LSl重復照射。如上述，僅調整新月形透鏡31的高度即可進行光束點的能量分布的調整。另外，改變整新月形透鏡31的高度雖可調整被照射至基板G的光束點的能量分 布，但此時光束點全體的長度亦會變化。因此，在不希望使光束點的長軸長度在各步驟變化時，或反之于激光切斷步驟希 望將長軸的長度調整為更短時，與調整新月形透鏡31與多邊形鏡33的距離同時一體移動 多邊形鏡33、反射鏡32，調整與基板G之距離并調整長軸長度。借此，以所欲之光束點形狀與所欲之能量分布進行加熱。于激光切斷步驟時，借由照射具有能量平均的中央部的區(qū)域較長的高帽型的能量 分布的光束點以短時間給予更大入熱量。圖12為以示意方式顯示以本發(fā)明的加工法于激光切斷步驟時欲形成的應力梯度 的剖面圖。使光束點為高帽型的能量分布，從基板表層于短時間集中加熱，形成加熱區(qū)域H。 之后，于基板表層形成大壓縮應力HR，受其影響而于基板內部有相反的拉伸應力CR發(fā)生。 若于基板內部有以不久前的激光劃線步驟產生的裂痕Cr存在，拉伸應力會集中于裂痕Cr 的前端，其結果，裂痕Cr更深入滲透。又，裂痕Cr到達背面會使完全分斷。(加工順序)以下說明使用加工裝置LCl分斷基板G時的加工順序。圖13為加工順序的流程 圖。首先，將基板G載置于旋轉平臺12之上，以吸引夾頭固定。將旋轉平臺12移動至 攝影機20、21之下，以攝影機20、21檢測刻印于玻璃基板A的對準標記(不圖示)。基于其 檢測結果記錄劃線預定線與旋轉平臺12、滑動平臺2、臺座7的位置關系。之后作動旋轉平 臺12及滑動平臺2，使刀輪18的刃前緣方向與劃線預定線的方向并列，使刃前緣來到形成初期龜裂的位置的附近(SlOl)。將此時的位置做為加工開始位置記錄。之后，作動升降機構17以降下刀輪18。移動旋轉平臺12 (臺座7)以壓接基板端刀輪18。借此形成初期龜裂TR。形成初 期龜裂TR后作動升降機構17以上升刀輪18 (S102)。之后，將基板返回加工開始位置，作動激光裝置13照射第一次的激光光束。此時 調整新月形透鏡31的位置，于多邊形鏡33的鏡面以較大的光束徑(參考圖4-圖7)入射。 借此使形成于基板G的光束點的能量分布為和緩上升的狀態(tài)的能量分布。又，從冷卻噴嘴 16噴射冷煤。在此狀態(tài)下移動旋轉平臺12(臺座7)，借由沿劃線預定線掃描光束點及冷卻 點形成劃線(S103)。之后，將基板G返回加工開始位置，照射第二次的激光光束。此時使新月形透鏡 31比第一次的照射時遠離反射鏡32，縮小射入多邊形鏡33的鏡面的光束徑(參考圖8-圖 11)。借此，形成于基板G的光束點的能量分布急遽上升，使其為比第一次更高帽型的能量 分布。冷卻噴嘴16雖可繼續(xù)噴射，但由于并非必要，故在此停止。在此狀態(tài)下移動旋轉平 臺12 (臺座7)，沿以前次的掃描形成的劃線掃描具有高帽型的能量分布的光束點。借此，已 形成劃線的裂痕深入滲透，到達基板背面后被完全分斷(S104)。以此方式形成的劃線為非常優(yōu)良的加工剖面，端面強度亦變強。本發(fā)明可利用于對玻璃基板等脆性材料基板形成較深劃線或完全分斷的加工。
權利要求
1.一種脆性材料基板的加工方法，以高速旋轉的多邊形鏡重復反射從激光光源射出的 激光光束以于脆性材料基板形成光束點，沿于前述基板設定的劃線預定線相對移動前述光 束點以加工前述基板，其特征在于此加工方法由下述步驟構成使第一次激光照射產生的第一光束點沿劃線預定線相對移動加熱基板，并立即冷卻第 一光束點通過后的部位，據(jù)以產生于深度方向變化的應力梯度以形成有限深度的劃線的激 光劃線步驟；以及使第二次激光照射產生的第二光束點沿前述劃線相對移動，以使前述劃線更深入滲 透、或完全分斷的激光切斷步驟；前述激光切斷步驟時射入多邊形鏡的激光光束徑，調整為小于激光劃線步驟時射入的 激光光束徑后進行照射。
2.根據(jù)權利要求1的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，變更設于激光光源與多 邊形鏡之間的激光光束的光路上的聚光光學元件的位置，以調整射入多邊形鏡的激光光束 徑。
3.根據(jù)權利要求2的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，在激光切斷步驟時將多 邊形鏡調整為接近至前述聚光光學元件的焦點位置附近。
4.根據(jù)權利要求2或3的脆性材料基板的加工方法，其特征在于，同時調整聚光光學元 件的位置、以及多邊形鏡與基板之間的距離。
全文摘要
提供可安定實行完全分斷基板或形成較深的劃線的加工的脆性材料基板的加工方法。由使第一次激光照射產生的第一光束點相對移動加熱基板并冷卻第一光束點剛通過的部位以形成劃線的激光劃線步驟、使第二次激光照射產生的第二光束點沿前述劃線相對移動以使前述劃線更深入滲透或完全分斷的激光切斷步驟構成，調整為激光切斷步驟時射入多邊形鏡的激光光束徑小于激光劃線步驟時射入的激光光束徑后，使第二光束點的能量分布比第一光束點的能量分布光束更高帽型后照射。
文檔編號B23K26/00GK102046345SQ20098011918
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權日2008年4月15日
發(fā)明者井上修一, 山本幸司, 平內裕介, 熊谷透 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司