專利名稱：脆性材料基板的割斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于脆性材料基板的割斷方法，更詳細(xì)地是關(guān)于使用激光的脆性材料基 板的割斷方法。
背景技術(shù)：
以往，做為玻璃基板或陶瓷基板等脆性材料基板的割斷方法，是廣泛使用使刀輪 等壓接于脆性材料基板的表面并同時轉(zhuǎn)動，形成對脆性材料基板的表面大致垂直方向的龜 裂(以下稱為「垂直龜裂」)，之后，對基板施加機械性的按壓力，使垂直龜裂往基板厚度方 向進展以割斷基板的方法。然而，通常在使用刀輪形成脆性材料基板的垂直龜裂的場合，會產(chǎn)生被稱為玻璃 屑(cullet)的小破片，可能因此玻璃屑而于脆性材料基板的表面產(chǎn)生傷痕。此外，于割斷 后的脆性材料基板的端部容易產(chǎn)生微裂痕(micro crack)，可能以此微裂痕為起因而產(chǎn)生 脆性材料基板的斷裂。因此，通常是在割斷后研磨、洗凈脆性材料基板的端部以去除微裂痕 或玻璃屑等。另一方面，近年來，使用二氧化碳激光以熔融溫度未滿的溫度加熱脆性材料基板， 據(jù)此由于脆性材料基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力使拉伸應(yīng)力局部性產(chǎn)生以形成垂直龜裂，以此割斷脆 性材料基板的方法已有各種檢討、開發(fā)。由于此使用激光束的割斷方法是非接觸加工，故可 抑制上述玻璃屑或微裂痕等潛在性缺陷的產(chǎn)生。但由于在此使用激光束的割斷方法中，如圖4 (a)所示，有垂直龜裂L2的進展于割 斷預(yù)定線Ll的終端(基板端部)附近中斷的問題。若在于割斷預(yù)定線Ll的終端未形成垂 直龜裂的狀態(tài)下對基板G施加按壓力以割斷，會如同圖4(b)所示割斷線的終端部分L3從 割斷預(yù)定線Ll偏離，無法獲得充分的尺寸精度。因此，以往關(guān)于割斷預(yù)定線Ll的終端的未 形成垂直龜裂L2的部分，可能需要使刀輪壓接轉(zhuǎn)動重新形成垂直龜裂的作業(yè)。針對此點，例如在專利文獻1(日本特開平8-175837號公報)有提案在于割斷預(yù) 定線的始點形成初期龜裂后，對割斷預(yù)定線的周圍施加彎曲力矩并同時局部加熱，使垂直 龜裂沿割斷預(yù)定線進行至終端的技術(shù)。然而，在前述提案技術(shù)中，要在割斷預(yù)定線的周圍正確形成彎曲力矩，必須將楔正 確配置于基板背面的對應(yīng)于割斷預(yù)定線的位置，需要嚴(yán)密的作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脆性材料基板的割斷方法，以比較簡單的作業(yè)使垂直 龜裂確實進展至前述割斷預(yù)定線的終端。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的脆性材料基板的割斷方法具有于脆性材料基板 的一面的割斷預(yù)定線的割斷開始端形成初期龜裂的步驟；以及從前述初期龜裂沿前述割斷 預(yù)定線使激光束相對移動并同時照射，以熔融溫度未滿的溫度加熱前述基板，之后立刻以 冷卻媒體冷卻，以此使基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線進展，形成到達前述基板的背面的垂直龜裂的步驟，其特征在于在使前述初期龜裂進展的步驟的途中 使前述激光束的加熱條件及冷卻媒體的冷卻條件的至少一方變化，形成不到達前述基板的 背面的垂直龜裂。在此，從使垂直龜裂確實進展至前述割斷預(yù)定線的終端的觀點，于前述割斷預(yù)定 線的終端附近使前述加熱條件及冷卻條件的至少一方往于前述基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力變小的 方向變化較理想。前述變化的加熱條件是激光束的相對移動速度、照射點形狀、照射輸出中至少一 個較理想。前述變化的冷卻條件是冷卻媒體的吹送點位置較理想。此外，從使垂直龜裂確實進展至前述割斷預(yù)定線的終端的觀點，可進一步設(shè)在使 前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線進展后，于進展后的龜裂的周圍施加彎曲力矩的步驟。本發(fā)明的效果在本發(fā)明的脆性材料基板的割斷方法中，以使前述激光束的加熱條件及冷卻媒體 的冷卻條件的至少一方在前述相對移動的途中變化的比較簡單的作業(yè)即可使垂直龜裂進 展至前述割斷預(yù)定線的終端。由此，于割斷預(yù)定線的后端部分端面質(zhì)量提升。若于前述割斷預(yù)定線的終端附近使前述加熱條件及冷卻條件的至少一方往于前 述基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力變小的方向變化，例如，從激光束的照射開始至條件變更是于基板厚 度方向形成涵蓋全體的貫通垂直龜裂，條件變更后是于基板厚度方向形成既定深度的垂直 龜裂。若使前述變化的加熱條件為激光束的相對移動速度、照射點形狀、照射輸出中至 少一個，并使前述變化的冷卻條件為冷卻媒體的吹送量、吹送點位置、冷媒溫度中至少一 個，容易控制于基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力，可控制沿割斷預(yù)定線進展的垂直龜裂的深度。此外，若進一步設(shè)在使前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線進展后，于進展后的龜裂 的周圍施加彎曲力矩的步驟，可確實割斷脆性材料基板。


圖1顯示實施本發(fā)明的割斷方法的割斷裝置的實施例的構(gòu)成圖。圖2顯示本發(fā)明的割斷方法中的激光加熱及冷卻的概略立體圖。圖3顯示在垂直龜裂的進展的途中，使加熱條件及/或冷卻條件變化的場合的垂 直龜裂形成狀態(tài)的玻璃基板的俯視圖。圖4是說明于公知的割斷方法中，垂直龜裂在割斷預(yù)定線的后端附近中斷場合的 問題。附圖中主要組件符號說明3激光照射手段；4冷卻手段；G玻璃基板(脆性材料基板)；19馬達旋轉(zhuǎn)速度控 制；33激光輸出控制；43冷卻點位置控制；Ll割斷預(yù)定線；L2割斷線；Sl激光照射點；S2冷 卻點；CRl垂直龜裂(涵蓋基板厚度全體的龜裂)；CR2垂直龜裂(比基板厚度淺的龜裂)。
具體實施例方式以下雖針對本發(fā)明的脆性材料基板的割斷方法更詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此 等實施型態(tài)。
于圖1顯示可實施本發(fā)明的割斷方法的割斷裝置的一例概說圖。在圖1的割斷裝 置中，于水平的架臺11上隔既定距離平行設(shè)有一對導(dǎo)軌13a、13b。此外，設(shè)有在此一對導(dǎo)軌 13a、13b上于紙面垂直方向移動的滑動臺12。從滑動臺12的下面往下方垂設(shè)有支柱15。 與導(dǎo)軌13a、13b平行地配置于導(dǎo)軌13a、13b之間的導(dǎo)螺桿14螺合于此支柱15，由導(dǎo)螺桿 14由未圖示的馬達正逆轉(zhuǎn)，滑動臺12沿導(dǎo)軌13a、13b移動。于滑動臺12的上設(shè)有載置玻璃基板G的保持臺2。保持臺2具有被配置為可沿一 對導(dǎo)軌13c(13d)于圖的左右方向移動的臺座21、設(shè)于此臺座21上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)22、旋轉(zhuǎn)臺 23。旋轉(zhuǎn)臺23設(shè)為可由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)22自由旋轉(zhuǎn)，于其上玻璃基板G以被未圖示的真空吸引 手段固定。于保持臺2的上方的安裝架50設(shè)有激光照射手段3、接近此激光照射手段3的冷 卻手段4。激光照射手段3具有光學(xué)保持具31與激光振蕩器32，從激光振蕩器32發(fā)射的 激光束由光學(xué)保持具31成為往既定方向延伸的長圓形的激光點被照射至玻璃基板上。冷卻手段4具有噴嘴41、使噴嘴41移動的電磁線圈42。從噴嘴41向玻璃基板G 吹送水、氦氣、二氧化碳等冷卻媒體。如后述，由以電磁線圈42使噴嘴41移動，可改變激光 束照射點與冷卻點的距離。另外，在于此圖顯示的割斷裝置是固定激光照射手段3及冷卻手段4并使玻璃基 板G與保持臺2 —起移動，但亦可使激光照射手段3及冷卻手段4移動并固定玻璃基板G， 或使激光照射手段3及冷卻手段4、玻璃基板G雙方移動。于此種構(gòu)成的割斷裝置中，激光振蕩器32的輸出或照射點形狀、從噴嘴41的冷卻 媒體的吹送量、冷卻點位置、馬達17的旋轉(zhuǎn)速度等的控制是以被計算機控制進行。在此圖 是做為控制手段的一例顯示激光振蕩器的輸出控制33、冷卻點位置的控制手段43、馬達17 的旋轉(zhuǎn)速度控制手段19。針對使用前述割斷裝置割斷玻璃基板的場合各步驟于以下說明。首先，將玻璃基 板G載置于旋轉(zhuǎn)臺23并以未圖示的真空吸引手段固定。之后，調(diào)整為由光學(xué)保持具31產(chǎn) 生的激光照射點Sl (于圖2所示)、由噴嘴41產(chǎn)生的冷卻點S2 (于圖2所示)對相對移動 方向以此順序位于割斷預(yù)定線Ll (于圖2所示)的在線。其次，于玻璃基板G的割斷預(yù)定 線Ll的割斷開始端形成初期龜裂。之后，使激光振蕩器32起動以對玻璃基板G照射激光束并從噴嘴41噴射冷卻媒 體，同時使馬達17驅(qū)動以使導(dǎo)螺桿16旋轉(zhuǎn)，使保持臺2往圖1的左方向移動。如圖2所示， 由此，激光照射點Sl與冷卻點S2沿割斷預(yù)定線Ll相對移動。在被照射激光束的激光照射 點Si，玻璃基板G被加熱而產(chǎn)生局部壓縮應(yīng)力，在被噴霧冷卻媒體的冷卻點S2，玻璃基板G 被冷卻而產(chǎn)生局部拉伸應(yīng)力。于是，垂直龜裂L2由被形成的熱應(yīng)力分布而從初期龜裂沿割 斷預(yù)定線Ll進展。進展的垂直龜裂L2的深度會因使加熱條件及冷卻條件的至少一方變化而受控 制。顯示本發(fā)明所進行的實驗結(jié)果的一例。使用二氧化碳激光、使激光束的照射輸出為120-500W、相對移動速度為IOOmm/ sec以下，激光照射點的長度為20-50mm、寬度為4_6mm，使用水做為冷卻媒體、使從激光照 射點至冷卻點的距離為10-20mm，使噴霧量為0. 6-1. 5cm7min，對厚度0. 7mm的無堿玻璃基 板進行割斷處理的結(jié)果，形成于前述玻璃基板的垂直龜裂到達玻璃基板的背面的龜裂。
另外，使用二氧化碳激光、使激光束的照射輸出為50-500W、相對移動速度為 50-1000mm/sec，激光照射點的長度為30-100mm、寬度為0. 8_4mm，使用水做為冷卻媒體、使 從激光照射點至冷卻點的距離為未滿10mm，使噴霧量為0. 6-1. 5cm7min，對相同厚度的無 堿玻璃基板進行割斷處理的結(jié)果，形成于前述玻璃基板的垂直龜裂是相對于玻璃基板的厚 度10-20%程度的龜裂。欲有效率地進行玻璃基板G的割斷，于割斷預(yù)定線Ll的全域形成到達基板的背面 的垂直龜裂雖最理想，但若如以往固定激光的加熱條件及冷卻媒體的冷卻條件進行基板的 割斷，會產(chǎn)生垂直龜裂的進展于割斷預(yù)定線的基板端部附近中斷的現(xiàn)象。垂直龜裂的進展 中斷的位置雖因基板的厚度或材質(zhì)而異，但一般為離終端數(shù)mm 十?dāng)?shù)mm程度。針對此問題，在本發(fā)明是于垂直龜裂的進展中斷的位置或即將中斷的位置使加熱 條件及冷卻條件的至少一方變化，以使垂直龜裂不會中斷而繼續(xù)進展。具體系如圖3(a)所 示，如前述調(diào)整加熱條件及冷卻條件，使到達玻璃基板G的背面的垂直龜裂CRl從割斷預(yù)定 線Ll的開始端進展。之后，在離割斷預(yù)定線的終端IOmm程度的位置使加熱條件及冷卻條 件的至少一方往于前述基板G產(chǎn)生的熱應(yīng)力變小的方向變化。如此一來，被形成的垂直龜 裂雖成為相對于玻璃基板G的厚度10-20%程度的垂直龜裂CR2，但不會中斷而會進展至割 斷預(yù)定線Ll的終端(基板端部)。同圖3(b)是使加熱條件及/或冷卻條件變化的時點更 提早的場合，即使在此種場合，從開始端至條件變更前形成垂直龜裂CR1，條件變更后垂直 龜裂CR2進展至割斷預(yù)定線的終端。通常，使加熱條件及冷卻條件為相同條件進行割斷的 場合的垂直龜裂的進展中斷的位置會有誤差，故使加熱條件及冷卻條件變化的位置選擇離 終端20mm以上的位置在實際使用上較理想。前述變化的加熱條件是激光束的相對移動速度、照射點形狀、波長、照射輸出的中 至少1個較理想。前述變化的冷卻條件是冷卻媒體的吹送量、吹送點位置、冷媒溫度的中至 少1個較理想。此外，于此等條件使變化的方向是于基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力變小的方向較理想。在圖1顯示的割斷預(yù)定線是使馬達17的旋轉(zhuǎn)速度變化，以使激光照射手段3及冷 卻手段4的對玻璃基板G的相對移動速度變化。具體前述的相對移動速度于割斷預(yù)定線的 終端附近變快。且同時使激光照射點與冷卻點的距離變化。具體是于割斷預(yù)定線的終端附 近對電磁線圈42通電使噴嘴41往接近光學(xué)保持具31的方向移動。此外，由降低激光輸出 或使激光照射點的形狀變長或使寬度變窄而成為更細(xì)長的長圓形來使于基板產(chǎn)生的熱應(yīng) 力變小亦無妨。如以上的做法，在將垂直龜裂CR1、CR2形成至割斷預(yù)定線Ll的終端后，于垂直方 向?qū)錑施加按壓力。由此，對割斷預(yù)定線Ll的后端部分的未達基板背面的垂直龜裂 CR2的周圍施加彎曲力矩，使垂直龜裂CR2進展至基板背面?zhèn)?。?dāng)然，在垂直龜裂CR2因基 板G的自重等而進展至基板背面?zhèn)鹊膱龊媳銦o施加上述按壓力的必要。以本發(fā)明的脆性材料基板的割斷方法可使垂直龜裂進展至割斷預(yù)定線的終端，于 割斷預(yù)定線的后端部分端面質(zhì)量提升，甚為有用。
權(quán)利要求
一種脆性材料基板的割斷方法，具有于脆性材料基板的一面的割斷預(yù)定線的割斷開始端形成初期龜裂的步驟；以及從前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線使激光束相對移動并同時照射，以熔融溫度未滿的溫度加熱前述基板，之后立刻以冷卻媒體冷卻，使基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線進展，形成到達前述基板背面垂直龜裂的步驟，其特征在于在使前述初期龜裂進展的步驟途中使前述激光束的加熱條件及冷卻媒體冷卻條件的至少一方變化，形成不到達前述基板的背面的垂直龜裂。
2.如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的割斷方法，其中，于前述割斷預(yù)定線的終端附 近使前述加熱條件及冷卻條件的至少一方往于前述基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力變小的方向變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的脆性材料基板的割斷方法，其中，前述變化的加熱條件是激 光束的相對移動速度、照射點形狀、照射輸出中至少一個，前述變化的冷卻條件是冷卻媒體 的吹送點位置。
4.如權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的割斷方法，其中，具有在使前述初期龜裂沿前 述割斷預(yù)定線進展后，于進展后的龜裂周圍施加彎曲力矩的步驟。
全文摘要
于使用激光的脆性材料基板的割斷方法中，使垂直龜裂確實進展至割斷預(yù)定線的終端。具有于脆性材料基板的一面的割斷預(yù)定線的割斷開始端形成初期龜裂的步驟；以及從前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線使激光束相對移動并同時照射，以熔融溫度未滿的溫度加熱前述基板，之后立刻以冷卻媒體冷卻，以此使基板產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使前述初期龜裂沿前述割斷預(yù)定線進展，形成到達前述基板的背面的垂直龜裂的步驟。此外，在使前述初期龜裂進展的步驟途中使前述激光束的加熱條件及冷卻媒體的冷卻條件的至少一方變化，形成不到達前述基板背面的垂直龜裂。
文檔編號C03B33/09GK101934427SQ201010219668
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者在間則文, 山本幸司, 清水政二 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司