专利名称：脆性材料基板的划线形成方法及划线形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对以玻璃、作为烧结材料的陶瓷、单晶硅、半导体晶片、 陶瓷基板等为主的由脆性材料构成的单片及贴合母基板进行分割时用于
在基板上形成划线(scribe line)的方法及其装置。
背景技术：
一般对玻璃基板等脆性材料基板进行分割时，广泛地利用如下方法， 即，使轮刀(cutterwheel)等旋转刀在基板表面上转动，由此在基板上刻出 划线，沿着该划线在厚度方向产生裂痕，由此对基板进行分割。以轮刀 形成划线时，要以强压接力将轮刀紧压在脆性基板表面并同时进行转动 来刻出划线，因此会产生各种缺陷。例如，在利用轮刀来形成划线时， 除了在厚度方向会产生垂直裂痕外，有时亦会产生水平裂痕。随着该水 平裂痕的产生，会在划线附近产生废碎玻璃(cullet)。在大尺寸的脆性材 料基板(母基板)上形成多条划线来获取多个小基板等的情况下，随着轮刀 所形成的划线累计长度的增大，废碎玻璃的产生量会随之增加。其结果， 必须频繁地在划线装置或断裂装置(划线形成后使用)的工作台上进行飞 散以清扫废碎玻璃。
此外，所产生的废碎玻璃会进入用于对轮刀刀口的转动进行轴支撑 的旋转部分，从而使得轴支撑部的磨损加速，或使得轴支撑部的旋转不 圆滑导致刀口的磨损加速，结果会縮短切割刀寿命。
为了避免上述缺陷，例如使用专利文献1 专利文献3所示的激光束 (laser beam)来形成划线的方法已进入实用化。
专利文献l:日本特表平8 — 509947号公报
专利文献2:日本特开2001—58281号公报
专利文献3:日本特开2001 — 130921号公报发明内容在上述的激光划线的情况下，与使用轮刀来形成划线相比，因废碎玻璃^l限于在采用轮刀于基板端形成初期龟裂(触发，trigger)时产生，因 此能减少废碎玻璃的产生量。此外还能提高以断裂装置进行断裂(break) 后的端面强度值。另一方面，由于脆性材料基板(加工对象)的热加工经历、表面状态、 材质、单元基板情况下的单元间隙(cellgap)的内部构造等的不同，即使为 激光划线的方法，脆性材料基板表面附近所形成的裂痕深度亦有较浅的 情况，会造成断裂动作不稳定，产生难以期待断裂后的分割面品质稳定 化的问题。此外，在交叉划线动作中，在与已形成的第1方向的第1划 线相交叉地朝第2方向形成第2划线时，会出现在其交点附近产生已经 形成的垂直裂痕发生中断、使其以后形成的划线不合格的情况。此外，若垂直裂痕的深度较浅，则在后续的断裂步骤需要向基板施 加大负荷，从而会造成装置规模变大、或在断裂后的截面品质上产生问 题。在平面显示体的用途方面，在计算机用显示器或平面电视中，具备 大尺寸显示面积画面的商品越来越受欢迎，结果导致母基板大面积化的 趋势，划线形成时的直线性则要求更高的稳定性。此外，对于便携电话 或游戏机所代表的可携式终端机(PDA)， 一方面携带上要求基板的薄型 化，另一方面要求端面强度具有更高的品质。为了要满足如上述各种品 质方面的严格要求，仅使用公知的刀口划线法或激光划线法已成为无法 对应市场要求的状况。因此，本发明的主要目的在于提供脆性基板材料的划线形成方法及 其装置，该方法充分利用激光划线及轮刀划线两者的特征，即沿划线的 形成预定线实施激光划线后，利用切割刀在划线上描线，使垂直裂痕深 度加深，由此获得直线性良好且截面品质优异的效果。为达成上述目的，本发明采用如下的技术手段。即，本发明涉及脆 性材料基板的划线形成方法，其特征在于，其包含以下工序利用激光束以低于所述脆性材料基板的软化点的温度沿着划线的形 成预定线对脆性材料基板表面进行加热的工序；
在加热后立即对加热区域进行冷却来形成第1深度的裂痕的工序； 以及随后
使切割刀以压接状态沿着划线在基板表面上移动从而在基板内形成
比第1深度更深的第2裂痕的工序。
此外，本发明涉及脆性材料基板的划线形成装置，其构成中具备 激光束扫描机构，该机构以低于该脆性材料基板的软化点的温度沿
着划线的形成预定线在脆性材料基板表面进行激光加热同时扫描激光
束；
第1裂痕形成机构，该机构由冷却机构形成，在利用所述激光束加
热后立即对加热区域进行冷却；以及
切割刀压接移动机构，在第1裂痕形成后，所述机构以压接状态沿 着划线移动，在基板内形成比第l裂痕更深的裂痕。
此处，作为激光束，可使用通常在脆性材料基板的划线中使用的激
光束，优选使用准分子激光、YAG激光、二氧化碳激光或一氧化碳激光 等的激光束。特别是，基于能量吸收效率及经济性的理由，优选使用二 氧化碳激光。
如上所述，在本发明中，在照射激光束后进行冷却，随后利用切割 刀使裂痕更深，因而在进行脆性材料基板的分割时能正确地分割，可以 获得高截面品质，并且在轻负荷下就可以容易地进行断裂。此外，由于 进行激光划线后使切割刀以压接状态在基板表面上移动，因而具有如下 优异效果能以轻压接负荷形成比仅通过激光划线所形成的裂痕深度更 深的裂痕；能抑制微细废碎玻璃的产生从而减少各种缺陷的发生，同时 能减轻切割刀磨损从而延长使用寿命，可期待降低成本。
如上所述，通过激光划线动作与切割刀的压接移动的组合来形成划 线，由此不仅能够抑制仅单独进行激光划线动作时的缺点，同时还能发 挥出通过切割刀的压接移动进一步增大激光划线动作时的优点的效果。 具体而言，以最初的激光划线形成直线性良好且废碎玻璃的产生少的划线后，通过利用切割刀在该划线上施加负荷使得裂痕的深度能够进一步 进展为更深的裂痕，而单独以激光划线仅能形成浅的裂痕，由此可获得 确保断裂动作的稳定性并有助于维持其后的截面高品质化等的现有技术 中所未曾预料的特有效果。此外，由于切割刀压接机构可兼用作用于形 成初期龟裂的机构，因此不需要为此所需的附加装置。此外，例如在液晶面板的电极端子处理中，通常先以刀口形成划线， 接着以断裂机器进行所谓边缘去除，由于边缘宽度较小，因而有时不能 正确进行断裂，但依本发明则能正确进行断裂。另外，由于无需降低激 光划线中的激光扫描速度就能利用刀口来形成较深裂痕，因而获得了不必改变所谓生产节拍时间(tacttime)就可生产液晶面板的效果。在上述发明中，该切割刀优选为轮刀等的以在脆性基板上转动的旋转刀形态形成的切割刀。由此，在脆性材料基板上使轮状切割刀转动，能形成更深的裂痕。 此外，在上述发明中，还可将切割刀以在脆性材料基板上滑接的非旋转刀的形式来形成。由此，能使切割刀部分的构造由简单机构低成本地构成。 通过将切割刀压接移动机构兼用作用于形成初期龟裂的机构，不仅能使装置简化，而且即使面板规格改变致使其划线条件大幅变更，仍能通过程序转换来应对。
图1为从正面观察本发明的划线形成装置的概要构成图。 图2为用于说明图1的装置中的形成划线的动作的概要立体图，其 为表示划线形成前的图。图3为与图2同样的概要立体图，其为表示其动作的第1过程的图。 图4为与图2同样的概要立体图，其为表示动作的第2过程的图。 图5为示意性表示在基板形成裂痕的过程的放大截面图，图5(a)为表 示通过激光划线形成细微裂痕(blind cmck)的状态的放大截面图，图5(b) 为激光划线后以切割刀压接状态进行移动的阶段的放大截面图，图5(c)为表示切割刀移动结束后划线的最终状态的放大截面图。图6为本发明其它实施方式的划线形成装置的构成图。图7(a) 图7(d)为图1的划线形成装置所形成的划线的截面照片。 图8(a) 图8(d)为图1的划线形成装置所形成的划线的俯视照片。 符号说明A 玻璃基板(脆性材料基板) Ll 划线的形成预定线 L2 划线51 激光光斑52 冷却斑14 光学保持具 16 冷却喷嘴 18 轮刀具体实施方式
下面根据
本发明的详细情形。图1为从正面观察发明的一 个实施方式所示的划线形成装置的概要构成图。该装置的构成中，设置 滑台2，使其沿平行配置于水平架台1上的一对导轨3,4在图1的前后方 向(以下称为Y方向)往复移动。在两导轨3,4间，沿前后方向配置螺旋杆 5，在该螺旋杆5上螺合有固定于所述滑台2的撑条(stay)6，利用马达(未 图示)使螺旋杆5正、反转，从而使滑台2沿导轨3,4在Y方向往复移动。在滑台2上配置水平台座7，使沿着导轨8在图1的左右方向(以下 称为X方向)往复移动。利用马达9旋转的螺旋杆10贯穿螺合于固定在 台座7上的撑条10上，通过螺旋杆10的正、反转，使台座7沿导轨8 在X方向往复移动。在台座7上，设置通过旋转机构11进行旋转的旋转台12，在该旋转 台12上以水平状态安装作为分割对象物的玻璃基板等脆性材料基板 A(以下简称为玻璃基板)。旋转机构11使旋转台12绕垂直轴周围旋转， 使其能相对于基准位置以任意旋转角度进行旋转。此外，作为分割对象物的玻璃基板A例如通过吸引夹头被固定于旋转台12上。
在旋转台12上方，将与激光振荡器13连接的光学保持具14保持于 安装架15。激光振荡器13所发射的激光束通过光学保持具14以沿着既 定方向延长的椭圆形激光光斑S1的方式照射于玻璃基板A上。
此外，在安装架15接近光学保持具14处设置冷却喷嘴16。由该冷 却喷嘴16向玻璃基板喷射冷却水、He气体、二氧化碳气体等冷却介质。 该冷却介质吹出到接近于先前从光学保持具14照射至玻璃基板A的激光 光斑S1长径方向的端部的位置，在玻璃基板A表面形成冷却斑S2。
此外，在安装架15上，通过上下移动调节机构17安装用于在玻璃 基板A上形成更深裂痕的轮刀18。该轮刀18以烧结钻石或超硬合金为 材料，在外周面具备以顶点为刀口的V字形棱线部，以该刀口所画出的 旋转轨迹沿着激光划线所形成的划线进行配置。即，轮刀18的刀口的旋 转轨迹配置于将从光学保持具14照射至玻璃基板A的激光光斑Sl与从 冷却喷嘴16喷射的冷却斑S2进行连接的直线上。该轮刀18由未图示的 包含马达的驱动机构来驱动，对玻璃基板A的压接力可通过上下移动调 节机构17进行细微调整。
上述滑台2及台座12的定位、激光振荡器13或冷却喷嘴16的控制、 轮刀18的定位(对玻璃基板A的压接力)及旋转控制是通过未图示的计算 机控制部来控制的。
利用上述划线形成装置在玻璃基板A上形成划线时，首先输入要分 割成既定大小的玻璃基板A的尺寸、划线的形成位置、轮刀18对玻璃基 板A的压接力。接着例如以吸引机构将玻璃基板A固定于旋转台12上。 然后，使玻璃基板A与滑台2—起沿着划线的形成预定线L1的方向、即 从图1位置向右相对于安装架15发生移动。此时，使从光学保持具14 照射的椭圆形激光光斑的长径方向为沿着玻璃基板A的划线形成预定线 Ll的方向。
图2 图4示出了用以说明在玻璃基板A形成划线的动作的概要立 体图，图2表示划线形成前。该图2的玻璃基板A的位置相当于图1的 玻璃基板的位置。首先从图2的位置将玻璃基板A的端部移动至处于轮刀18下方的位置，利用上下移动调节机构17使轮刀18下降、抵接于玻 璃基板A的端部，同时使玻璃基板A稍微朝箭头方向移动，而在玻璃基 板A的端部形成初期龟裂。然后， 一旦玻璃基板A回至原位置(图2的位 置)，就再次使玻璃基板A朝箭头方向移动，由此，如图3所示沿着划线 的形成预定线Ll照射椭圆形激光光斑Sl。
激光光斑Sl例如形成为长径30.0mm、短径l.Omm的细椭圆形，使 其长轴与所形成的划线的形成预定线Ll相一致。此外，利用激光光斑 Sl进行加热的加热温度被设定为低于玻璃基板A的软化点的温度。由此 能够在激光光斑S1所照射的玻璃基板A表面不发生熔融的状态下进行加 执。
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通过使玻璃基板A进一步朝箭头方向滑动，冷却介质从冷却喷嘴16 中被喷射出。该冷却介质被喷射在激光光斑Sl所照射的在激光光斑Sl 长轴方向例如间隔2.5mm的划线形成预定线Ll上。其结果，在利用激 光光斑Sl进行加热的区域会产生压縮应力，在利用冷却介质形成的冷却 斑S2会产生拉伸应力。通过该作用沿着划线的形成预定线Ll在玻璃基 板A上顺次形成微细裂痕。
接着，通过使玻璃基板A朝箭头方向滑动，利用沿着玻璃基板A上 的划线进行压接转动的轮刀18来形成更深的裂痕。轮刀18施加至玻璃 基板A的压接负荷优选为约3N，即使采用该程度的较轻的压接负荷，也 能在划线L2下部产生如图5(c)所示的裂痕B从而能以较轻负荷进行分 割。由于采用轮刀18形成了更深的裂痕，因而在分割时从该处进行分割， 由此可获得高截面品质。此外，在采用比3N更低的负荷作为压接轮刀的 压接负荷的情况下，虽然不会形成前述的裂痕，但也能够在玻璃基板表 面形成塑性变形程度的划线，由此，能够由该划线与上述同样地分割成 直线状。另外，在分割时，与仅以激光束形成划线的情形比较，也能以 较轻负荷进行分割。
(实施例)
图7、图8为表示在上述划线形成装置中通过轮刀来改变压接条件而 形成的划线状态的截面照片及俯视照片。所使用的装置为三星钻石工业公司制造的MS500型，所使用的轮刀为三星钻石工业公司制造的CW— T20 120° V770型。
另外，所使用的基板为康宁公司制造的尹格(eagle)2000，其厚度为 0.7mm。
图7的截面照片中，(a)为仅使用激光划线的分割面，(b)为使用激光 划线及压接负荷2N的轮刀的分割面，(c)为使用激光划线及压接负荷4N 的轮刀的分割面，(d)为使用激光划线及压接负荷ION的轮刀的分割面。
另外，图7中xlOOO倍(右列)为将x200(左列)的表面部分进行放大所 得的照片。
从截面照片得知，在不使用轮刀的情况下(图7(a))，在轮刀压接负荷 为2N时(图7(b))没有产生裂痕，但在轮刀压接负荷为4N时(图7(c))、轮 刀压接负荷为10N时(图7(d))，则产生了裂痕。
附带说明，若仅以轮刀划线后就进行分割，则需要7N程度的压接负 荷，因而相较于此本发明能以非常轻的负荷获得裂痕、能以轻负荷进行 断裂。此外，虽未利用照片进行图示，但在3N附近存在开始产生裂痕的 界限。
图8的俯视照片中，分别为在激光划线后(a)使用压接负荷为2N的轮 刀的分割面，(b)使用压接负荷为4N的轮刀的分割面，(c)使用压接负荷 为6N的轮刀的分割面，(d)使用压接负荷为8N的轮刀的分割面。
在该俯视照片中，在轮刀压接负荷为2N时(图8(a))未产生裂痕但产 生了塑性变形的痕迹。在轮刀压接负荷为4N时(图8(b))稍微开始产生裂 痕。在轮刀压接负荷为6N、 8N时(图8(c)、图8(d))产生裂痕。
另外，由图8可知，在激光划线后使轮刀发生转动时，负荷为2N至 10N时均形成无弯曲且为直线状的划线。
特别是在轮刀压接负荷为2N(图7(b))这样的以低负荷进行压接转动 的情况下，也能获得与仅使用激光划线时同等程度的良好截面，并且仍 能沿划线容易地进行分割。
此外还研究了利用轮刀划线后进行激光划线的情形(即顺序相反的步 骤)。若与上述实施例(先激光、后轮刀)相比较，则与单独以轮刀进行划线的情况同样地有会产生废碎玻璃的问题。此外，使用刀口进行划线动 作时会产生划线的直线性问题，并且裂痕深度为作为加工对象物的脆性 材料基板的10 15%左右，作为断裂后的截面品质评价用指标的端面强 度的数值劣于单独利用激光形成划线时的数值。 (其它实施方式)
在上述实施方式中，形成划线L2的切割刀为轮状的旋转刀，但如图 6所示，该切割刀亦能以在所设定的位置滑接于玻璃基板A上的非旋转 刀18a的方式来形成。
此外，上述实施方式所示的装置中，玻璃基板A相对于光学保持具 14、冷却喷嘴16、轮刀18发生滑动，反过来按照使光学保持具14、冷 却喷嘴16、轮刀18相对于玻璃基板A发生移动的方式进行构成亦可。
产业上的可利用性
本发明的划线形成方法及其装置除能适用于玻璃、作为烧结材料的 陶瓷、单晶硅、半导体晶片、陶瓷基板的划线的形成外，还能适用于将 玻璃基板彼此贴合而成的液晶显示基板、透射型液晶显示基板、有机EL 元件基板、PDP(等离子体显示板)基板、将玻璃基板与硅基板贴合而成的 反射型液晶显示基板等的划线的形成。
权利要求
1.一种脆性材料基板的划线形成方法，该形成方法的特征在于，其包含以下工序利用激光束以低于所述脆性材料基板的软化点的温度沿着划线的形成预定线对脆性材料基板表面进行加热的工序；在加热后立即对加热区域进行冷却来形成第1深度的第1裂痕的工序；以及随后使切割刀以压接状态沿着划线在基板表面上移动从而在基板内沿着该划线形成比第1深度更深的第2裂痕的工序。
2. 如权利要求1所述的脆性材料基板的划线形成方法，其中，所述 切割刀为在脆性材料基板表面上转动的旋转刀。
3. 如权利要求1所述的脆性材料基板的划线形成方法，其中，所述 切割刀为在脆性材料基板表面上滑接的非旋转刀。
4. 一种脆性材料基板的划线形成装置，该形成装置的特征在于，其 具备激光束产生机构，该机构以低于该脆性材料基板的软化点的温度沿 着划线的形成预定线在载置于工作台的脆性材料基板表面进行激光加热 同时产生激光束；第1裂痕形成机构，该机构由冷却机构形成，在利用所述激光束加 热后立即对加热区域进行冷却；以及切割刀压接机构，在第1裂痕形成后，所述机构以压接状态沿着划 线移动，在所述基板内形成比所述第1裂痕形成机构所形成的第1裂痕 更深的裂痕，其中，所述第1裂痕形成机构与所述切割刀压接机构相对于脆性材 料基板发生相对移动。
5. 如权利要求4所述的脆性材料基板的划线形成装置，其中，所述 切割刀为在脆性材料基板表面上转动的旋转刀。
6. 如权利要求4所述的脆性材料基板的划线形成装置，其中，所述切割刀为在脆性材料基板表面上滑接的非旋转刀。
7. 如权利要求4所述的划线形成装置，其中，该形成装置具备安装 架，使所述激光束产生机构、冷却机构及切割刀压接机构依序配设在一 条直线上进行扫描。
8. 如权利要求7所述的划线形成装置，其中，所述切割刀压接移动机构兼用作用于形成初期龟裂的机构。
全文摘要
本发明涉及脆性材料基板的划线形成方法及划线形成装置，所述形成方法及形成装置能够沿着划线直线性良好地对脆性材料基板进行分割。利用激光束以低于脆性材料基板的软化点的温度沿着划线的形成预定线对脆性材料基板表面进行加热，并且在加热后立即对加热区域进行冷却来形成第1裂痕，然后，使切割刀以压接状态沿着划线在基板表面上移动，由此在基板内形成比第1裂痕的深度更深的裂痕。
文档编号C03B33/02GK101296787SQ20068003991
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月26日 优先权日2005年10月28日
发明者曾山正信 申请人:三星钻石工业股份有限公司