專利名稱：激光切割裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光切割裝置。
背景技術：
以往，通過例如如下方法對玻璃基板等脆性材料基板進行切割(割斷)。首先，相對于基板壓接刀輪等并使刀輪等轉動，從而，在基板上形成由垂直裂紋構成的劃痕線。之后，沿劃痕線向垂直方向對基板施加外力。由此，沿劃痕線對基板進行切割。如上所述，在采用刀輪在脆性材料基板上形成劃痕線的情況下，容易因施加給脆性材料基板的機械性應力而致使基板產生缺陷。因此，在施加外力而對基板進行切割時，有時會產生因缺陷而導致的裂縫等。因此，近年來，用激光對脆性材料基板進行切割的方法已實用化。根據(jù)該方法，對基板照射激光束，將基板加熱至低于熔融溫度的溫度。之后，利用冷卻介質使基板冷卻，由此基板產生熱應力。通過該熱應力而從基板的表面向大致垂直方向形成裂紋(下面，稱作 “垂直裂紋”)。根據(jù)這樣的采用激光束的脆性材料基板的切割方法，由于利用了熱應力，因而工具不直接與基板接觸。因此，基板的切割面成為缺口等少的平滑的面，維持了基板的強度。在上述那樣的激光切割方法中，為要加深垂直裂紋，需要加大激光束的照射輸出或減慢掃描速度。但是，若加大激光束的照射輸出，則會在基板表面產生因加熱而導致的損傷。此外，如減慢激光束的掃描速度，則會降低加工效率。因此，提出有這樣一種技術使基板彎曲，在該狀態(tài)下照射激光束來加深垂直裂紋。例如在專利文獻1中，通過將基板吸附固定在載物臺上來使基板彎曲。此外，在專利文獻2中，改變支承部件的高度并利用自重使基板彎曲。專利文獻1 日本特開平7-323384號公報專利文獻2 日本特開2007-191363號公報在專利文獻1所示的方法中，由于基板保持在成型有預定高度的突條或預定的曲面的載物臺上，因此，為了使基板彎曲成期望的形狀，需要采用與基板的曲面狀態(tài)相對應的載物臺。而且，在基板厚的情況下，基板未充分地彎曲，則有可能無法將基板固定在載物臺上。此外，在專利文獻2的方法中，在基板厚的情況下，利用自重的話，基板有可能不會充分地彎曲。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供這樣一種激光切割裝置不用更換工作臺，并且，即使在基板厚的情況下，也能夠使基板彎曲成期望的形狀并能夠對基板進行固定。本發(fā)明的第一方面的激光切割裝置是沿脆性材料基板的預定劃痕線照射激光束、 對所述脆性材料基板進行切割的裝置，并具備載置脆性材料基板的工作臺、基板保持單元、 按壓單元、激光束照射單元、以及冷卻單元?；灞３謫卧獙⑤d置于工作臺上的脆性材料基板的預定劃痕線的兩側相對于工作臺進行按壓，將脆性材料基板保持在工作臺上。按壓單元從激光束照射方向的相反側對脆性材料基板的包括預定劃痕線的一部分進行按壓，使基板的一部分彎曲。激光束照射單元沿預定劃痕線對脆性材料基板照射激光束，將脆性材料基板加熱至低于熔融溫度的溫度。冷卻單元對通過激光束照射單元加熱的脆性材料基板噴涂冷卻介質來進行冷卻，并通過脆性材料基板產生的熱應力沿預定劃痕線形成垂直裂紋。本發(fā)明的第二方面的激光切割裝置為，在第一方面所述的裝置中，按壓單元具有沿所述預定劃痕線延伸的按壓部件。并且，按壓部件在從工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)韧怀龅耐怀鑫恢?、和從基板載置面向基板的激光照射面相反側沒入的沒入位置之間移動自如，按壓部件在向突出位置移動時，使脆性材料基板的包括預定劃痕線的一部分彎曲。本發(fā)明的第三方面的激光切割裝置為，在第二方面所述的裝置中，工作臺具有第一載置部，其對脆性材料基板的預定劃痕線的一側進行支承；以及第二載置部，其與第一載置部隔開空間地配置，并對脆性材料基板的預定劃痕線的另一側進行支承。并且，按壓部件配置于所述第一載置部與所述第二載置部之間的空間。本發(fā)明的第四方面的激光切割裝置為，在第二方面所述的裝置中，工作臺具有第一載置部，第一載置部，其對脆性材料基板的預定劃痕線的一側進行支承；以及第二載置部，其與第一載置部隔開空間地配置，并對脆性材料基板的預定劃痕線的另一側進行支承。 并且，按壓部件配置成隔著載置于工作臺的脆性材料基板與位于第一載置部與第二載置部之間的空間對置。本發(fā)明的第五方面的激光切割裝置為，在第二至第四中任一方面所述的裝置中， 按壓部件可取第一突出位置和第二突出位置，第一突出位置是從工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)葍H突出第一量的位置，第二突出位置是從所述工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)葍H突出比第一量大的第二量的位置。本發(fā)明的第六方面的激光切割裝置為，在第一至第五中任一方面所述的裝置中， 激光切割裝置還具有用于將脆性材料基板固定于工作臺的吸附固定單元。根據(jù)本發(fā)明的激光切割裝置，由于在利用基板保持單元將基板保持在工作臺上的狀態(tài)下通過按壓單元使基板彎曲，因此不用更換工作臺、且即使在基板厚的情況下，也能夠使基板僅彎曲期望的量。并且，通過對彎曲狀態(tài)的基板照射激光束，能夠在基板形成深的垂直裂紋。


圖1是示出本發(fā)明的激光切割裝置的一個實施方式的概要圖。圖2是用圖1的激光切割裝置來對基板進行切割的情況下的工序圖。圖3是用圖1的激光切割裝置來對基板進行切割的情況下的工序圖。圖4是說明激光劃線的操作狀態(tài)的立體圖。圖5是說明桿狀部件從第一突出位置向第二突出位置移動時的移動狀態(tài)的圖。圖6是用本發(fā)明的另一激光切割裝置來對基板進行切割的情況下的工序圖。標號說明11 工作臺；IlaUlb 載置部；12 桿狀部件；13aU3b 保持部件；37 冷卻噴嘴；50 脆性材料基板；53 垂直裂紋；P 真空泵；LB 激光束。
具體實施例方式下面，對本發(fā)明的一個實施方式的激光切割裝置進行說明，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。圖1示出了本發(fā)明的一個實施方式的激光切割裝置的概要結構。根據(jù)該圖中的激光切割裝置，脆性材料基板(下面，簡稱為“基板”)50載置并固定于工作臺11上。工作臺11具有左右兩個載置部11a、11b，第一載置部Ila以能夠向左右方向移動自如的方式設置。此外，在各載置部IlaUlb的表面形成有多個吸氣孔(吸附固定單元)14， 這些多個吸氣孔14與真空泵P相連。通過使真空泵P進行驅動來抽吸空氣，從而將基板50 吸附固定到工作臺11上。沿垂直于紙面的方向(前后方向)長的桿狀部件(按壓部件)12， 以能夠在從工作臺11突出的位置與沒入工作臺11的位置之間移動自如的方式設置在工作臺11的中央部、即第一載置部Ila與第二載置部lib之間。當桿狀部件12從工作臺11向突出位置移動時，基板50的激光束LB照射面?zhèn)纫猿释沟姆绞綇澢ｊP于此，在后面的段中進行詳述。在工作臺11的上方，以與工作臺11隔離對置的方式設置有支承臺31。在支承臺 31沿前后方向并排地設置有用于在基板50的表面形成觸發(fā)裂紋(trigger crack)的刀輪(未圖示)、用于對基板50照射激光束LB的開口、以及用于對基板50的表面進行冷卻的冷卻噴嘴37 (如圖4所示)。刀輪能夠升降為與基板50壓接的位置和與基板50不接觸的位置，該刀輪僅在形成劃痕線的開始起點即觸發(fā)裂紋時、下降至與基板50壓接的位置。為了抑制從觸發(fā)裂紋向不能預測的方向產生裂紋的先行(先走D )現(xiàn)象，觸發(fā)裂紋的形成位置優(yōu)選形成于基板50 的比表面?zhèn)榷丝績葌鹊奈恢?。從激光輸出裝置34射出的激光束LB通過反射鏡44向下方反射，并經(jīng)未圖示的光學系統(tǒng)從形成于支承臺31的開口照射到固定于工作臺11上的基板50。此外，在支承臺31中，冷卻噴嘴37設置在供激光束LB射出的開口附近。作為冷卻介質的水從該冷卻噴嘴37朝基板50與空氣一起噴出?；?0上噴冷卻介質的位置是在預定劃痕線51上、且在激光束LB的照射區(qū)域的后側(參照圖4)。在支承臺31的左右方向兩側，設有沿前后方向細長的長方體狀的保持部件13a、 13b。這些保持部件13a、13b通過未圖示的驅動單元向左右方向以及上下方向移動自如，如后面所述，當將基板50固定于工作臺11上時，這些保持部件13a、13b以桿狀部件12為中心對基板50的左右兩側進行按壓。在工作臺11的上方設有一對CXD攝像頭38、39，該一對CXD攝像頭38、39對預先刻印在基板50上的對準標記進行識別。通過這些CXD攝像頭38、39，以使基板50的預定劃痕線51(如圖4所示)與桿狀部件12在俯視時重疊的方式進行位置修正。具體來說，通過 CCD攝像頭38、39對基板50在定位時的位置偏離進行檢測，例如，在基板50偏離角度θ的情況下，工作臺11僅旋轉_ θ的角度，在基板50偏離Y時，工作臺11僅移動-Y。圖2及圖3示出了用這樣的結構的切割裝置來對基板50進行切割的情況下的工序圖。再者，關于使基板50吸附固定于工作臺11的吸附固定單元以及激光束照射單元、冷卻單元，省略了對它們的圖示，以使附圖簡潔。首先，將基板50載置于工作臺11上，使真空泵P(如圖1所示)進行驅動，從而通過吸氣孔14 (如圖1所示)將基板50吸附固定在工作臺11上。并且，通過CXD攝像頭38、 39對設置在基板50上的對準標記進行拍攝，如上所述，根據(jù)攝像數(shù)據(jù)以使基板50的預定劃痕線51 (如圖4所示)與桿狀部件12在俯視時重疊的方式來移動工作臺11，從而將基板 50定位在預定的位置(圖2(a))。接下來，使保持部件13a、13b向中央部移動后，使該保持部件13a、13b下降并將基板50按壓固定在工作臺11上(圖2(b))。保持部件13a、13b對基板50的按壓固定的程度優(yōu)選通過傳感器進行檢測而控制為預定的按壓力。此外，保持部件13a、13b對基板50進行固定的固定位置根據(jù)基板50的材質、厚度等適當?shù)卮_定即可，但優(yōu)選的是，在通過桿狀部件12的突出使基板50彎曲時，使得基板50的曲率半徑為4000mm以下。因此，在桿狀部件 12的突出量在5mm以下的范圍的情況下，從桿狀部件12到保持部件13a、13b的距離L優(yōu)選在IOOmm以上300mm以下。此外，保持部件13a、13b優(yōu)選對基板50的前后方向的整體進行按壓，但也可以在前后方向上按預定間隔對基板50進行按壓。并且，使桿狀部件12為從工作臺11突出的第一突出位置。由此，基板50彎曲(圖 2(c))。作為桿狀部件12的突出量，如上所述，優(yōu)選為使基板50彎曲時的基板50的曲率半徑為4000mm以下，通常為0. 1謹 5謹?shù)姆秶?。接下來，如上所述，通過刀輪在基板50上形成觸發(fā)裂紋。并且，從激光輸出裝置 34射出激光束LB (圖2 (d))。激光束LB通過反射鏡44如圖4所示那樣地對基板50表面大致垂直地進行照射。此外，同時從冷卻噴嘴37向激光束照射區(qū)域的后端附近噴出作為冷卻介質的水。通過對基板50照射激光束LB，從而沿厚度方向以低于熔融溫度的溫度對基板50進行加熱，基板50欲熱膨脹，但由于局部加熱而不能發(fā)生膨脹，從而以照射點為中心產生壓縮應力。并且，在加熱之后緊接著通過水對基板50的表面進行冷卻，從而使基板50 收縮而產生拉伸應力。通過該拉伸應力的作用，以觸發(fā)裂紋作為開始點沿預定劃痕線51在基板50形成垂直裂紋53。并且，根據(jù)本裝置，由于對基板50的激光束照射面?zhèn)仁┘右蚧?50的彎曲而產生的拉伸應力，因此，垂直裂紋53較通常形成得更深，有時候垂直裂紋53會到達基板50的反面?zhèn)?。并且，通過使激光束LB以及冷卻噴嘴37按照預定劃痕線51沿前后方向相對地移動，從而，垂直裂紋53沿前后方向進展，在基板50形成劃痕線52。作為在此使用的激光束 LB沒有特別的限定，根據(jù)基板的材質、厚度以及要形成的垂直裂紋的深度等適當確定即可。 在脆性材料基板是玻璃基板的情況下，適宜使用在玻璃基板表面的吸收大的波長為9 Ilym的激光束。作為這樣的激光束，可以列舉出CO2激光。激光束的照射斑點的形狀優(yōu)選為沿激光束的相對移動方向細長的橢圓形狀，相對移動方向的照射長度適宜在10 60mm 的范圍，照射寬度適宜在1 5mm的范圍。作為從冷卻噴嘴37噴出的冷卻介質，可以列舉出水或酒精等。此外，在對切割后的脆性材料基板的使用上不會帶來不好影響的范圍內，也可以添加界面活性劑等添加劑。 作為冷卻介質的噴涂量，通常適宜為數(shù)ml/min左右。從對被激光束加熱的基板進行淬火的觀點來看，冷卻介質對基板的冷卻優(yōu)選采用使水與氣體(通常是空氣)一起噴射的所謂的水射流(water iet)方式。冷卻介質的冷卻區(qū)域優(yōu)選是長徑為1 5mm左右的圓形或橢圓形。此外，冷卻區(qū)域優(yōu)選形成為在激光束進行的加熱區(qū)域的相對移動方向后方，且冷卻區(qū)域和加熱區(qū)域的中心點間的距離為數(shù)mm 數(shù)十mm左右。激光束LB以及冷卻噴嘴37的相對移動速度沒有特別的限定，根據(jù)想要得到的垂直裂紋的深度等適當確定即可。通常，越是減慢相對移動速度，形成的垂直裂紋就越深。通常，相對移動速度是數(shù)百mm/sec左右。接下來，進一步使桿狀部件12突出并作為第二突出位置(圖3(e))。由此，形成于基板50的垂直裂紋53到達基板50的反面?zhèn)?，從而基?0被切割。再者，在通過激光束 LB的照射來形成垂直裂紋53的前工序中，在垂直裂紋53到達基板50的反面?zhèn)鹊那闆r下， 則不需要該圖所示的工序。桿狀部件12的突出量只要是使垂直裂紋53進展到基板50的相反側的量即可，沒有特別的限定，通常，從第一突出位置突出0. Imm Imm左右的量就足夠了。再者，在使桿狀部件12從第一突出位置到第二突出位置時，既可以使桿狀部件12的前后方向兩端同時突出，也可以如圖5所示那樣地，使桿狀部件12的前后方向的一個側端先突出，遲些再使另一端側突出。當基板50被切割后，一個保持部件13a上升，從而解除對基板50a的按壓，第一載置部Ila與基板50a—起向離開桿狀部件12的方向移動(圖3(f))。由此，被切割成兩個的基板50a、50b分開，防止了在切割面產生缺口等。接下來，桿狀部件12從第二突出位置向沒入位置移動(圖3(g))。再者，圖3(f)以及圖3(g)所示的工序也可以同時進行。并且，解除對第一載置部Ila的吸附固定，基板50a移動至下一工序(圖3(h))。 接下來，保持部件13b上升，從而解除對基板50b的按壓，并且解除對第二載置部lib的吸附固定。然后，基板50b越過桿狀部件12而被移動至預定距離，并反復進行上述一連串的切割處理。對作為本發(fā)明的激光切割裝置的切割對象的脆性材料基板50沒有特別的限定， 可以列舉出玻璃、陶瓷、硅以及藍寶石等的以往公知的脆性材料基板。本發(fā)明的激光切割裝置對于其中的表面壓縮應力大、難以進行交叉劃線的化學鋼化玻璃、風冷鋼化玻璃等鋼化玻璃基板的切割特別有效。此外，作為能夠通過本發(fā)明的激光切割裝置進行切割的脆性材料基板50的厚度，根據(jù)脆性材料基板50的材質等的不同而不同，但在脆性材料基板50是玻璃基板的情況下，其厚度大致為2mm左右。圖6示出了本發(fā)明的激光切割裝置的另一實施方式。該圖所示的激光切割裝置與上述的實施方式的裝置的不同點在于桿狀部件12對基板50的、與保持部件13a、13b所按壓的面相同的面進行按壓來使基板50彎曲的這一點、以及從基板50的工作臺側照射激光束LB的這一點。下面，對于采用了該裝置的基板50的切割步驟，主要對與上述實施方式的裝置的不同點進行概述。首先，將基板50吸附固定于工作臺11 (圖6(a))。并且，使保持部件13a、13b移動， 并以桿狀部件12為中心利用保持部件13a、13b對基板50的兩側進行按壓固定(圖6(b))。 接下來，使桿狀部件12下降，從而使基板50彎曲(圖6(c))。作為桿狀部件12從工作臺 11的表面向下方的突出量，在此也示例性地示出了與上述同樣的范圍。接下來，如上所述，通過刀輪在基板50形成觸發(fā)裂紋。并且，從激光輸出裝置34 射出激光束LB(圖6(d))。此外，同時從冷卻噴嘴37 (如圖4所示)向激光束照射區(qū)域的后端附近噴出作為冷卻介質的水，并沿預定劃痕線51 (如圖4所示)在基板50形成垂直裂紋53。由于在本實施方式的裝置中也在基板50的激光束照射面?zhèn)仁┘佑幸蚧?0的彎曲而產生的拉伸應力，因此，垂直裂紋53比通常形成得深。下面，在本實施方式的裝置中也進行與圖3所示的處理工序同樣的處理。 本發(fā)明的激光切割裝置在將基板保持在工作臺上后使基板彎曲，因此，不用更換工作臺，且在基板厚的情況下，也能使基板彎曲成期望的形狀。并且，通過對彎曲狀態(tài)的基板照射激光束，能夠在基板形成深的垂直裂紋，因而是有用的。
權利要求
1.一種激光切割裝置，其沿脆性材料基板的預定劃痕線照射激光束，對所述脆性材料基板進行切割，其中，所述激光切割裝置具備 工作臺，其載置脆性材料基板；基板保持單元，其將載置于所述工作臺上的脆性材料基板的預定劃痕線的兩側相對于所述工作臺進行按壓，將脆性材料基板保持在所述工作臺上；按壓單元，其用于從激光束照射方向的相反側對脆性材料基板的包括所述預定劃痕線的一部分進行按壓，使基板的一部分彎曲；激光束照射單元，其沿預定劃痕線對脆性材料基板照射激光束，將脆性材料基板加熱至低于熔融溫度的溫度；以及冷卻單元，其用于對通過所述激光束照射單元加熱的脆性材料基板噴涂冷卻介質來進行冷卻，并通過脆性材料基板產生的熱應力沿預定劃痕線形成垂直裂紋。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光切割裝置，其中， 所述按壓單元具有沿所述預定劃痕線延伸的按壓部件，所述按壓部件在從所述工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)韧怀龅耐怀鑫恢谩?和從所述基板載置面向基板的激光照射面相反側沒入的沒入位置之間移動自如，所述按壓部件在向所述突出位置移動時使脆性材料基板的包括預定劃痕線的一部分彎曲。
3.根據(jù)權利要求2所述的激光切割裝置，其中， 所述工作臺具有第一載置部，其對脆性材料基板的預定劃痕線的一側進行支承；以及第二載置部，其與所述第一載置部隔開空間地配置，并對脆性材料基板的預定劃痕線的另一側進行支承，所述按壓部件配置于所述第一載置部與所述第二載置部之間的空間。
4.根據(jù)權利要求2所述的激光切割裝置，其中， 所述工作臺具有第一載置部，其對脆性材料基板的預定劃痕線的一側進行支承；以及第二載置部，其與所述第一載置部隔開空間地配置，并對脆性材料基板的預定劃痕線的另一側進行支承，所述按壓部件配置成隔著載置于所述工作臺的脆性材料基板與位于所述第一載置部與所述第二載置部之間的空間對置。
5.根據(jù)權利要求2至4中任一項所述的激光切割裝置，其中，所述按壓部件可取第一突出位置和第二突出位置，所述第一突出位置是從所述工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)葍H突出第一量的位置，所述第二突出位置是從所述工作臺的基板載置面向基板的激光照射面?zhèn)葍H突出比所述第一量大的第二量的位置。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的激光切割裝置，其中，所述激光切割裝置還具有用于將脆性材料基板固定于所述工作臺的吸附固定單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光切割裝置，不用更換工作臺，并且即使在基板厚的情況下，也能夠使基板彎曲且能夠對基板進行固定。該裝置具備工作臺(11)，其供載置基板；保持部件(13a、13b)，其將基板的預定劃痕線的兩側相對于工作臺(11)進行按壓而將基板保持在工作臺(11)上；桿狀部件(12)，其用于對基板的包括預定劃痕線的一部分進行按壓而使基板的一部分彎曲；激光束照射單元，其將基板加熱至低于熔融溫度的溫度；以及冷卻單元，其對加熱后的基板進行冷卻，并通過基板產生的熱應力沿預定劃痕線形成垂直裂紋。
文檔編號B23K26/10GK102380713SQ201110245629
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2010年8月27日
發(fā)明者今泉陽一, 音田健司 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司