脆性材料基板的劃線形成方法及劃線形成裝置的製作方法

2023-05-27 15:35:21

專利名稱：脆性材料基板的劃線形成方法及劃線形成裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對以玻璃、作為燒結材料的陶瓷、單晶矽、半導體晶片、 陶瓷基板等為主的由脆性材料構成的單片及貼合母基板進行分割時用於
在基板上形成劃線(scribe line)的方法及其裝置。
背景技術：
一般對玻璃基板等脆性材料基板進行分割時，廣泛地利用如下方法， 即，使輪刀(cutterwheel)等旋轉刀在基板表面上轉動，由此在基板上刻出 劃線，沿著該劃線在厚度方向產生裂痕，由此對基板進行分割。以輪刀 形成劃線時，要以強壓接力將輪刀緊壓在脆性基板表面並同時進行轉動 來刻出劃線，因此會產生各種缺陷。例如，在利用輪刀來形成劃線時， 除了在厚度方向會產生垂直裂痕外，有時亦會產生水平裂痕。隨著該水 平裂痕的產生，會在劃線附近產生廢碎玻璃(cullet)。在大尺寸的脆性材 料基板(母基板)上形成多條劃線來獲取多個小基板等的情況下，隨著輪刀 所形成的劃線累計長度的增大，廢碎玻璃的產生量會隨之增加。其結果， 必須頻繁地在劃線裝置或斷裂裝置(劃線形成後使用)的工作檯上進行飛 散以清掃廢碎玻璃。
此外，所產生的廢碎玻璃會進入用於對輪刀刀口的轉動進行軸支撐 的旋轉部分，從而使得軸支撐部的磨損加速，或使得軸支撐部的旋轉不 圓滑導致刀口的磨損加速，結果會縮短切割刀壽命。
為了避免上述缺陷，例如使用專利文獻1 專利文獻3所示的雷射束 (laser beam)來形成劃線的方法已進入實用化。
專利文獻l:日本特表平8 — 509947號公報
專利文獻2:日本特開2001—58281號公報
專利文獻3:日本特開2001 — 130921號公報發明內容在上述的雷射劃線的情況下，與使用輪刀來形成劃線相比，因廢碎玻璃^l限於在採用輪刀於基板端形成初期龜裂(觸發，trigger)時產生，因 此能減少廢碎玻璃的產生量。此外還能提高以斷裂裝置進行斷裂(break) 後的端面強度值。另一方面，由於脆性材料基板(加工對象)的熱加工經歷、表面狀態、 材質、單元基板情況下的單元間隙(cellgap)的內部構造等的不同，即使為 雷射劃線的方法，脆性材料基板表面附近所形成的裂痕深度亦有較淺的 情況，會造成斷裂動作不穩定，產生難以期待斷裂後的分割面品質穩定 化的問題。此外，在交叉劃線動作中，在與已形成的第1方向的第1劃 線相交叉地朝第2方向形成第2劃線時，會出現在其交點附近產生已經 形成的垂直裂痕發生中斷、使其以後形成的劃線不合格的情況。此外，若垂直裂痕的深度較淺，則在後續的斷裂步驟需要向基板施 加大負荷，從而會造成裝置規模變大、或在斷裂後的截面品質上產生問 題。在平面顯示體的用途方面，在計算機用顯示器或平面電視中，具備 大尺寸顯示面積畫面的商品越來越受歡迎，結果導致母基板大面積化的 趨勢，劃線形成時的直線性則要求更高的穩定性。此外，對於便攜電話 或遊戲機所代表的可攜式終端機(PDA)， 一方面攜帶上要求基板的薄型 化，另一方面要求端面強度具有更高的品質。為了要滿足如上述各種品 質方面的嚴格要求，僅使用公知的刀口劃線法或雷射劃線法已成為無法 對應市場要求的狀況。因此，本發明的主要目的在於提供脆性基板材料的劃線形成方法及 其裝置，該方法充分利用雷射劃線及輪刀劃線兩者的特徵，即沿劃線的 形成預定線實施雷射劃線後，利用切割刀在劃線上描線，使垂直裂痕深 度加深，由此獲得直線性良好且截面品質優異的效果。為達成上述目的，本發明採用如下的技術手段。即，本發明涉及脆 性材料基板的劃線形成方法，其特徵在於，其包含以下工序利用雷射束以低於所述脆性材料基板的軟化點的溫度沿著劃線的形 成預定線對脆性材料基板表面進行加熱的工序；
在加熱後立即對加熱區域進行冷卻來形成第1深度的裂痕的工序； 以及隨後
使切割刀以壓接狀態沿著劃線在基板表面上移動從而在基板內形成
比第1深度更深的第2裂痕的工序。
此外，本發明涉及脆性材料基板的劃線形成裝置，其構成中具備 雷射束掃描機構，該機構以低於該脆性材料基板的軟化點的溫度沿
著劃線的形成預定線在脆性材料基板表面進行雷射加熱同時掃描雷射
束；
第1裂痕形成機構，該機構由冷卻機構形成，在利用所述雷射束加
熱後立即對加熱區域進行冷卻；以及
切割刀壓接移動機構，在第1裂痕形成後，所述機構以壓接狀態沿 著劃線移動，在基板內形成比第l裂痕更深的裂痕。
此處，作為雷射束，可使用通常在脆性材料基板的劃線中使用的激
光束，優選使用準分子雷射、YAG雷射、二氧化碳雷射或一氧化碳雷射 等的雷射束。特別是，基於能量吸收效率及經濟性的理由，優選使用二 氧化碳雷射。
如上所述，在本發明中，在照射雷射束後進行冷卻，隨後利用切割 刀使裂痕更深，因而在進行脆性材料基板的分割時能正確地分割，可以 獲得高截面品質，並且在輕負荷下就可以容易地進行斷裂。此外，由於 進行雷射劃線後使切割刀以壓接狀態在基板表面上移動，因而具有如下 優異效果能以輕壓接負荷形成比僅通過雷射劃線所形成的裂痕深度更 深的裂痕；能抑制微細廢碎玻璃的產生從而減少各種缺陷的發生，同時 能減輕切割刀磨損從而延長使用壽命，可期待降低成本。
如上所述，通過雷射劃線動作與切割刀的壓接移動的組合來形成劃 線，由此不僅能夠抑制僅單獨進行雷射劃線動作時的缺點，同時還能發 揮出通過切割刀的壓接移動進一步增大雷射劃線動作時的優點的效果。 具體而言，以最初的雷射劃線形成直線性良好且廢碎玻璃的產生少的劃線後，通過利用切割刀在該劃線上施加負荷使得裂痕的深度能夠進一步 進展為更深的裂痕，而單獨以雷射劃線僅能形成淺的裂痕，由此可獲得 確保斷裂動作的穩定性並有助於維持其後的截面高品質化等的現有技術 中所未曾預料的特有效果。此外，由於切割刀壓接機構可兼用作用於形 成初期龜裂的機構，因此不需要為此所需的附加裝置。此外，例如在液晶面板的電極端子處理中，通常先以刀口形成劃線， 接著以斷裂機器進行所謂邊緣去除，由於邊緣寬度較小，因而有時不能 正確進行斷裂，但依本發明則能正確進行斷裂。另外，由於無需降低激 光劃線中的雷射掃描速度就能利用刀口來形成較深裂痕，因而獲得了不必改變所謂生產節拍時間(tacttime)就可生產液晶面板的效果。在上述發明中，該切割刀優選為輪刀等的以在脆性基板上轉動的旋轉刀形態形成的切割刀。由此，在脆性材料基板上使輪狀切割刀轉動，能形成更深的裂痕。 此外，在上述發明中，還可將切割刀以在脆性材料基板上滑接的非旋轉刀的形式來形成。由此，能使切割刀部分的構造由簡單機構低成本地構成。 通過將切割刀壓接移動機構兼用作用於形成初期龜裂的機構，不僅能使裝置簡化，而且即使面板規格改變致使其劃線條件大幅變更，仍能通過程序轉換來應對。


圖1為從正面觀察本發明的劃線形成裝置的概要構成圖。 圖2為用於說明圖1的裝置中的形成劃線的動作的概要立體圖，其 為表示劃線形成前的圖。圖3為與圖2同樣的概要立體圖，其為表示其動作的第1過程的圖。 圖4為與圖2同樣的概要立體圖，其為表示動作的第2過程的圖。 圖5為示意性表示在基板形成裂痕的過程的放大截面圖，圖5(a)為表 示通過雷射劃線形成細微裂痕(blind cmck)的狀態的放大截面圖，圖5(b) 為雷射劃線後以切割刀壓接狀態進行移動的階段的放大截面圖，圖5(c)為表示切割刀移動結束後劃線的最終狀態的放大截面圖。圖6為本發明其它實施方式的劃線形成裝置的構成圖。圖7(a) 圖7(d)為圖1的劃線形成裝置所形成的劃線的截面照片。 圖8(a) 圖8(d)為圖1的劃線形成裝置所形成的劃線的俯視照片。 符號說明A 玻璃基板(脆性材料基板) Ll 劃線的形成預定線 L2 劃線51 雷射光斑52 冷卻斑14 光學保持具 16 冷卻噴嘴 18 輪刀具體實施方式
下面根據

本發明的詳細情形。圖1為從正面觀察發明的一 個實施方式所示的劃線形成裝置的概要構成圖。該裝置的構成中，設置 滑臺2，使其沿平行配置於水平架臺1上的一對導軌3,4在圖1的前後方 向(以下稱為Y方向)往復移動。在兩導軌3,4間，沿前後方向配置螺旋杆 5，在該螺旋杆5上螺合有固定於所述滑臺2的撐條(stay)6，利用馬達(未 圖示)使螺旋杆5正、反轉，從而使滑臺2沿導軌3,4在Y方向往復移動。在滑臺2上配置水平臺座7，使沿著導軌8在圖1的左右方向(以下 稱為X方向)往復移動。利用馬達9旋轉的螺旋杆10貫穿螺合於固定在 臺座7上的撐條10上，通過螺旋杆10的正、反轉，使臺座7沿導軌8 在X方向往復移動。在臺座7上，設置通過旋轉機構11進行旋轉的旋轉臺12，在該旋轉 臺12上以水平狀態安裝作為分割對象物的玻璃基板等脆性材料基板 A(以下簡稱為玻璃基板)。旋轉機構11使旋轉臺12繞垂直軸周圍旋轉， 使其能相對於基準位置以任意旋轉角度進行旋轉。此外，作為分割對象物的玻璃基板A例如通過吸引夾頭被固定於旋轉臺12上。
在旋轉臺12上方，將與雷射振蕩器13連接的光學保持具14保持於 安裝架15。雷射振蕩器13所發射的雷射束通過光學保持具14以沿著既 定方向延長的橢圓形雷射光斑S1的方式照射於玻璃基板A上。
此外，在安裝架15接近光學保持具14處設置冷卻噴嘴16。由該冷 卻噴嘴16向玻璃基板噴射冷卻水、He氣體、二氧化碳氣體等冷卻介質。 該冷卻介質吹出到接近於先前從光學保持具14照射至玻璃基板A的雷射 光斑S1長徑方向的端部的位置，在玻璃基板A表面形成冷卻斑S2。
此外，在安裝架15上，通過上下移動調節機構17安裝用於在玻璃 基板A上形成更深裂痕的輪刀18。該輪刀18以燒結鑽石或超硬合金為 材料，在外周面具備以頂點為刀口的V字形稜線部，以該刀口所畫出的 旋轉軌跡沿著雷射劃線所形成的劃線進行配置。即，輪刀18的刀口的旋 轉軌跡配置於將從光學保持具14照射至玻璃基板A的雷射光斑Sl與從 冷卻噴嘴16噴射的冷卻斑S2進行連接的直線上。該輪刀18由未圖示的 包含馬達的驅動機構來驅動，對玻璃基板A的壓接力可通過上下移動調 節機構17進行細微調整。
上述滑臺2及臺座12的定位、雷射振蕩器13或冷卻噴嘴16的控制、 輪刀18的定位(對玻璃基板A的壓接力)及旋轉控制是通過未圖示的計算 機控制部來控制的。
利用上述劃線形成裝置在玻璃基板A上形成劃線時，首先輸入要分 割成既定大小的玻璃基板A的尺寸、劃線的形成位置、輪刀18對玻璃基 板A的壓接力。接著例如以吸引機構將玻璃基板A固定於旋轉臺12上。 然後，使玻璃基板A與滑臺2—起沿著劃線的形成預定線L1的方向、即 從圖1位置向右相對於安裝架15發生移動。此時，使從光學保持具14 照射的橢圓形雷射光斑的長徑方向為沿著玻璃基板A的劃線形成預定線 Ll的方向。
圖2 圖4示出了用以說明在玻璃基板A形成劃線的動作的概要立 體圖，圖2表示劃線形成前。該圖2的玻璃基板A的位置相當於圖1的 玻璃基板的位置。首先從圖2的位置將玻璃基板A的端部移動至處於輪刀18下方的位置，利用上下移動調節機構17使輪刀18下降、抵接於玻 璃基板A的端部，同時使玻璃基板A稍微朝箭頭方向移動，而在玻璃基 板A的端部形成初期龜裂。然後， 一旦玻璃基板A回至原位置(圖2的位 置)，就再次使玻璃基板A朝箭頭方向移動，由此，如圖3所示沿著劃線 的形成預定線Ll照射橢圓形雷射光斑Sl。
雷射光斑Sl例如形成為長徑30.0mm、短徑l.Omm的細橢圓形，使 其長軸與所形成的劃線的形成預定線Ll相一致。此外，利用雷射光斑 Sl進行加熱的加熱溫度被設定為低於玻璃基板A的軟化點的溫度。由此 能夠在雷射光斑S1所照射的玻璃基板A表面不發生熔融的狀態下進行加 執。
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通過使玻璃基板A進一步朝箭頭方向滑動，冷卻介質從冷卻噴嘴16 中被噴射出。該冷卻介質被噴射在雷射光斑Sl所照射的在雷射光斑Sl 長軸方向例如間隔2.5mm的劃線形成預定線Ll上。其結果，在利用激 光光斑Sl進行加熱的區域會產生壓縮應力，在利用冷卻介質形成的冷卻 斑S2會產生拉伸應力。通過該作用沿著劃線的形成預定線Ll在玻璃基 板A上順次形成微細裂痕。
接著，通過使玻璃基板A朝箭頭方向滑動，利用沿著玻璃基板A上 的劃線進行壓接轉動的輪刀18來形成更深的裂痕。輪刀18施加至玻璃 基板A的壓接負荷優選為約3N，即使採用該程度的較輕的壓接負荷，也 能在劃線L2下部產生如圖5(c)所示的裂痕B從而能以較輕負荷進行分 割。由於採用輪刀18形成了更深的裂痕，因而在分割時從該處進行分割， 由此可獲得高截面品質。此外，在採用比3N更低的負荷作為壓接輪刀的 壓接負荷的情況下，雖然不會形成前述的裂痕，但也能夠在玻璃基板表 面形成塑性變形程度的劃線，由此，能夠由該劃線與上述同樣地分割成 直線狀。另外，在分割時，與僅以雷射束形成劃線的情形比較，也能以 較輕負荷進行分割。
(實施例)
圖7、圖8為表示在上述劃線形成裝置中通過輪刀來改變壓接條件而 形成的劃線狀態的截面照片及俯視照片。所使用的裝置為三星鑽石工業公司製造的MS500型，所使用的輪刀為三星鑽石工業公司製造的CW— T20 120° V770型。
另外，所使用的基板為康寧公司製造的尹格(eagle)2000，其厚度為 0.7mm。
圖7的截面照片中，(a)為僅使用雷射劃線的分割面，(b)為使用雷射 劃線及壓接負荷2N的輪刀的分割面，(c)為使用雷射劃線及壓接負荷4N 的輪刀的分割面，(d)為使用雷射劃線及壓接負荷ION的輪刀的分割面。
另外，圖7中xlOOO倍(右列)為將x200(左列)的表面部分進行放大所 得的照片。
從截面照片得知，在不使用輪刀的情況下(圖7(a))，在輪刀壓接負荷 為2N時(圖7(b))沒有產生裂痕，但在輪刀壓接負荷為4N時(圖7(c))、輪 刀壓接負荷為10N時(圖7(d))，則產生了裂痕。
附帶說明，若僅以輪刀劃線後就進行分割，則需要7N程度的壓接負 荷，因而相較於此本發明能以非常輕的負荷獲得裂痕、能以輕負荷進行 斷裂。此外，雖未利用照片進行圖示，但在3N附近存在開始產生裂痕的 界限。
圖8的俯視照片中，分別為在雷射劃線後(a)使用壓接負荷為2N的輪 刀的分割面，(b)使用壓接負荷為4N的輪刀的分割面，(c)使用壓接負荷 為6N的輪刀的分割面，(d)使用壓接負荷為8N的輪刀的分割面。
在該俯視照片中，在輪刀壓接負荷為2N時(圖8(a))未產生裂痕但產 生了塑性變形的痕跡。在輪刀壓接負荷為4N時(圖8(b))稍微開始產生裂 痕。在輪刀壓接負荷為6N、 8N時(圖8(c)、圖8(d))產生裂痕。
另外，由圖8可知，在雷射劃線後使輪刀發生轉動時，負荷為2N至 10N時均形成無彎曲且為直線狀的劃線。
特別是在輪刀壓接負荷為2N(圖7(b))這樣的以低負荷進行壓接轉動 的情況下，也能獲得與僅使用雷射劃線時同等程度的良好截面，並且仍 能沿劃線容易地進行分割。
此外還研究了利用輪刀劃線後進行雷射劃線的情形(即順序相反的步 驟)。若與上述實施例(先雷射、後輪刀)相比較，則與單獨以輪刀進行劃線的情況同樣地有會產生廢碎玻璃的問題。此外，使用刀口進行劃線動 作時會產生劃線的直線性問題，並且裂痕深度為作為加工對象物的脆性 材料基板的10 15%左右，作為斷裂後的截面品質評價用指標的端面強 度的數值劣於單獨利用雷射形成劃線時的數值。 (其它實施方式)
在上述實施方式中，形成劃線L2的切割刀為輪狀的旋轉刀，但如圖 6所示，該切割刀亦能以在所設定的位置滑接於玻璃基板A上的非旋轉 刀18a的方式來形成。
此外，上述實施方式所示的裝置中，玻璃基板A相對於光學保持具 14、冷卻噴嘴16、輪刀18發生滑動，反過來按照使光學保持具14、冷 卻噴嘴16、輪刀18相對於玻璃基板A發生移動的方式進行構成亦可。
產業上的可利用性
本發明的劃線形成方法及其裝置除能適用於玻璃、作為燒結材料的 陶瓷、單晶矽、半導體晶片、陶瓷基板的劃線的形成外，還能適用於將 玻璃基板彼此貼合而成的液晶顯示基板、透射型液晶顯示基板、有機EL 元件基板、PDP(等離子體顯示板)基板、將玻璃基板與矽基板貼合而成的 反射型液晶顯示基板等的劃線的形成。
權利要求
1.一種脆性材料基板的劃線形成方法，該形成方法的特徵在於，其包含以下工序利用雷射束以低於所述脆性材料基板的軟化點的溫度沿著劃線的形成預定線對脆性材料基板表面進行加熱的工序；在加熱後立即對加熱區域進行冷卻來形成第1深度的第1裂痕的工序；以及隨後使切割刀以壓接狀態沿著劃線在基板表面上移動從而在基板內沿著該劃線形成比第1深度更深的第2裂痕的工序。
2. 如權利要求1所述的脆性材料基板的劃線形成方法，其中，所述 切割刀為在脆性材料基板表面上轉動的旋轉刀。
3. 如權利要求1所述的脆性材料基板的劃線形成方法，其中，所述 切割刀為在脆性材料基板表面上滑接的非旋轉刀。
4. 一種脆性材料基板的劃線形成裝置，該形成裝置的特徵在於，其 具備雷射束產生機構，該機構以低於該脆性材料基板的軟化點的溫度沿 著劃線的形成預定線在載置於工作檯的脆性材料基板表面進行雷射加熱 同時產生雷射束；第1裂痕形成機構，該機構由冷卻機構形成，在利用所述雷射束加 熱後立即對加熱區域進行冷卻；以及切割刀壓接機構，在第1裂痕形成後，所述機構以壓接狀態沿著劃 線移動，在所述基板內形成比所述第1裂痕形成機構所形成的第1裂痕 更深的裂痕，其中，所述第1裂痕形成機構與所述切割刀壓接機構相對於脆性材 料基板發生相對移動。
5. 如權利要求4所述的脆性材料基板的劃線形成裝置，其中，所述 切割刀為在脆性材料基板表面上轉動的旋轉刀。
6. 如權利要求4所述的脆性材料基板的劃線形成裝置，其中，所述切割刀為在脆性材料基板表面上滑接的非旋轉刀。
7. 如權利要求4所述的劃線形成裝置，其中，該形成裝置具備安裝 架，使所述雷射束產生機構、冷卻機構及切割刀壓接機構依序配設在一 條直線上進行掃描。
8. 如權利要求7所述的劃線形成裝置，其中，所述切割刀壓接移動機構兼用作用於形成初期龜裂的機構。
全文摘要
本發明涉及脆性材料基板的劃線形成方法及劃線形成裝置，所述形成方法及形成裝置能夠沿著劃線直線性良好地對脆性材料基板進行分割。利用雷射束以低於脆性材料基板的軟化點的溫度沿著劃線的形成預定線對脆性材料基板表面進行加熱，並且在加熱後立即對加熱區域進行冷卻來形成第1裂痕，然後，使切割刀以壓接狀態沿著劃線在基板表面上移動，由此在基板內形成比第1裂痕的深度更深的裂痕。
文檔編號C03B33/02GK101296787SQ20068003991
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月26日 優先權日2005年10月28日
發明者曾山正信 申請人:三星鑽石工業股份有限公司