专利名称：脆性材料基板的分断方法
技术领域：
本发明涉及一种分断脆性材料基板的方法，特别是涉及一种在脆性材料基板形成 由垂直裂痕构成的划线后，照射激光光束使前述垂直裂痕伸展以分断脆性材料基板的方法。
背景技术：
近年来，使用激光分断脆性材料基板的方法已实用化。此方法是对基板照射激光 光束将基板加热至熔融温度未满后，藉由以冷却媒体冷却基板使基板产生热应力，以此热 应力从基板的表面往大致垂直方向使裂痕形成，之后视需要施加外力以分断基板。此使用 激光光束的脆性材料基板的分断方法由于是利用热应力，故不会使工具直接接触基板，分 断面为缺口少的平滑面，能维持基板的强度。在这种使用激光的脆性材料基板的分断方法中，虽也有使用以一次激光光束照射 分断基板的方法，但对应于脆性材料基板的适当的激光光束照射的控制困难，分断速度也 受限制。针对此问题，通常是对基板进行多次激光光束照射，使形成于基板的垂直裂痕往基 板厚度方向阶段性伸展，最后再视需要施加外力分断基板(例如参照专利文献1)。专利文献1日本特开2004-223796号公报然而，在钠玻璃等线膨胀系数大的脆性材料基板的状况，虽可以前述多次的激光 光束照射使垂直裂痕往基板厚度方向伸展，但在无碱剥离等线膨胀系数小的脆性材料基板 的状况，即使进行多次激光光束照射垂直裂痕的伸展也几乎无法观察到。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服这种以往的脆性材料基板的分断方法存在的问题， 而提供一种新的脆性材料基板的分断方法，所要解决的技术问题是在脆性材料基板形成划 线后，照射激光光束使前述划线的垂直裂痕往基板厚度方向伸展的方法中，使即使为线膨 胀系数小的脆性材料基板也可确实使垂直裂痕往基板厚度方向伸展，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种脆性材料基板的分断方法，至少具有在脆性材料基板形成由垂直裂痕构成的划线的 第1步骤、在前述划线或前述基板的与形成有前述划线的面相反面对应于前述划线的部分 照射激光光束使前述垂直裂痕伸展的第2步骤，其中，在前述第2步骤使前述脆性材料基板 弯曲为激光光束的照射面成为凹状。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的脆性材料基板的分断方法，其中从以激光光束照射使垂直裂痕确实伸展的 观点，使前述激光光束的照射点的前述脆性材料基板的曲率半径为2000mm-4000mm的范围 较理想，使前述激光光束的照射部分为前述脆性材料基板的谷底部分较理想。前述的脆性材料基板的分断方法，其中从在基板厚度方向更深入形成垂直裂痕的 观点，在前述第1步骤使前述脆性材料基板弯曲为划线形成面侧成为凸状并形成划线较理
前述的脆性材料基板的分断方法，其中从获得少缺口等的平滑的分断面的观点， 在前述第1步骤使激光光束对前述脆性材料基板相对移动并照射，将前述基板加热至熔融 温度未满后，使冷却水对前述基板喷出以冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂直 裂痕构成的划线较理想。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明 脆性材料基板的分断方法至少具有下列优点及有益效果以本发明的分断方法，由于在使形成于脆性材料基板的垂直裂痕藉由激光光束照 射而伸展之际使脆性材料基板弯曲为激光光束的照射侧成为凹状，故即使为线膨胀系数小 的脆性材料基板也可确实使垂直裂痕往基板厚度方向伸展。若使前述激光光束的照射点的前述脆性材料基板的曲率半径为2000mm-4000mm 的范围，并使前述激光光束的照射部分为前述脆性材料基板的谷底部分，形成于脆性材料 基板的垂直裂痕会藉由激光光束照射而确实伸展。此外，若在形成前述划线之际使前述脆性材料基板弯曲为划线形成面侧成为凸 状，可在基板厚度方向形成更深的垂直裂痕。另外，若使激光光束对前述脆性材料基板相对移动并照射，将前述基板加热至熔 融温度未满后，使冷却水对前述基板喷出以冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂 直裂痕构成的前述划线，不会如以往使工具直接接触基板，可获得缺口等少的平滑分断面。综上所述，本发明是有关于一种脆性材料基板的分断方法，即使线膨胀系数小的 脆性材料基板，可藉由激光光束照射而使划线的垂直裂痕往基板厚度方向伸展。在沿形成 于脆性材料基板50的划线52照射激光光束LB之际，使脆性材料基板50弯曲为激光光束 LB的照射侧成为凹状。从以激光光束照射使垂直裂痕53确实伸展的观点，使前述激光光 束LB的照射点的脆性材料基板50的曲率半径为2000mm-4000mm的范围较理想，使前述激 光光束LB的照射部分为前述脆性材料基板50的谷底部分较理想。本发明在技术上有显著 的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是显示在本发明的分断方法使用的固定台的一例的组装图。图2是显示本发明的分断方法的一例的步骤图。图3是显示第1步骤中的使用激光光束的划线的一例的立体图。图4是显示第2步骤中的脆性材料基板的弯曲状态的概略图。图5是显示弯曲固定脆性材料基板的固定台的其他例子的概略图。1 基台2 弹性构件S:固定台11:槽部12 贯通孔13 连接管15a、15b、15c 减压室 21 吸引孔
50 脆性材料基板52 划线53 垂直裂痕LB 激光光束Va、Vb、Vc:调整阀
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的脆性材料基板的分断方法其具体实施方式
、方法、 步骤、特征及其功效，详细说明如后。在图1显示的是吸附固定脆性材料基板并使其变形的固定台S的一例的组装立体 图。在此图显示的固定台S粗分为基台1与弹性构件2的2个构件。在基台1形成有3个 槽部11，在各槽部11的底面形成有贯通孔12。在此贯通孔12安装一端连接于真空泵(未 图示)的连接管13 (于图2图示)的另一端。另外，在弹性构件2以特定间隔形成有在厚 度方向贯通的多个吸引孔21。另外，槽部11并不限定于3个。如图2所示，弹性构件2安装于基台1后，形成在基台1的3个槽部11的开放面 被弹性构件2密封而成为气密的3个减压室15a-15c。此外，藉由各减压室15a_15c的空气 被未图示的真空泵通过连接管13排出，减压室15a-15c减压，空气从吸引孔21吸入。藉由 调整减压室15a_15c的减压程度，在各减压室15a_15c连通的吸引孔21群各自吸引压力改 变，可使吸引固定于弹性构件2的脆性材料基板50变化为所希望的形状。减压室15a-15c 的数目并无限定，数目越多越能使脆性材料基板50的形状变化为各种。另外，欲使脆性材 料基板50变形为凹形状或凸形状至少需要3个减压室。另外，弹性构件2的吸引孔21的孔径、形状、间隔只要对应于弹性构件2的弹性率 或脆性材料基板50的材料、形状、厚度等适当设定为满足脆性材料基板50的所希望的曲率 半径的条件即可。在图2显示的是使用图1显示的固定台S的本发明的脆性材料基板的分断方法的 一实施形态的步骤图。在固定台S的弹性构件2的表面载置脆性材料基板50。之后，使未 图示的真空泵起动(图2(a))。真空泵虽可分别设置于各减压室15a_15c，但从避免设备大 型化、重量化的观点，设置1台真空泵并使其往各减压室15a_15c的连接管13分歧较为理 想。从各减压室15a_15c的吸引量是以设置于连接管13的途中的调整阀Va、Vb、Vc调整。藉由使调整阀Va与调整阀Vc的开度大、使调整阀Vb的开度小，从减压室15a与 减压室15c的吸引量比从减压室15b的吸引量多，连通于减压室15a与减压室15c的吸引 孔21的吸引力比连通于减压室15b的吸引孔21的吸引力大。藉此，弹性构件2上的脆性 材料基板50中央部向上弯曲为凸状。其次，在弯曲后的脆性材料基板50的大致中央部的最突出的部分(棱线部分)对 基板表面大致垂直照射激光光束LB(同图2(b))。又同时如图3所示，在激光光束照射区 域的后端附近使做为冷却媒体的水从喷嘴37喷出。藉由对脆性材料基板50照射激光光束 LB，脆性材料基板50在厚度方向以熔融温度未满加热，脆性材料基板50欲热膨胀，但因局 部加热而无法膨胀，产生将照射点往中心压缩的应力。之后，藉由脆性材料基板50的表面 在加热后立即以水冷却，脆性材料基板50收缩产生拉伸应力。藉由此拉伸应力的作用，以 未图示的起点裂痕为开始点沿分断预定线51在脆性材料基板50形成垂直裂痕53。此外，藉由脆性材料基板50弯曲为划线形成面侧成为凸状，在脆性材料基板50的划线形成面产 生拉伸应力，故垂直裂痕53更容易形成。之后藉由使激光光束LB及冷却喷嘴37依分断预定线51相对移动，垂直裂痕53 伸展并在脆性材料基板50形成划线52。在此实施形态的状况，是在激光光束LB与冷却喷 嘴37固定于特定位置的状态下，藉由使固定台S移动而使脆性材料基板50移动。当然，在 固定脆性材料基板50的状态下使激光光束LB与冷却喷嘴37移动也无妨。或使脆性材料 基板50及激光光束LB与冷却喷嘴37双方移动也无妨。形成划线时的弯曲后的脆性材料基板50的激光光束照射点的曲率半径为 2000mm-4000mm的范围较理想，更理想是2500mm-3500mm的范围。在此使用的激光光束LB并无特别限定，由脆性材料基板50的材料或厚度、欲形成 的垂直裂痕的深度等适当决定即可。脆性材料基板为玻璃基板的场合，适合使用在玻璃基 板表面的吸收大的波长9-11 ym的激光光束。这种激光光束可举出二氧化碳激光。激光光 束对基板的照射形状是在激光光束的相对移动方向细长的椭圆形状较理想，相对移动方向 的照射长度L为10-60mm的范围，照射宽度W为l_5mm的范围较理想。从冷却喷嘴37喷出的冷却媒体可举出水或酒精等。此外，在使用分断后的脆性材 料基板50不会产生不良影响的范围，添加有介面活性剂也无妨。冷却媒体的吹送量通常为 l-2ml/min的范围。以冷却媒体进行的基板的冷却，从急冷以激光光束加热的基板的观点， 使水与气体(通常为空气)喷射的所谓水注(water jet)方式较为理想。以冷却媒体冷却 的区域以长径l_5mm程度的圆形状或椭圆形状较佳。此外，冷却区域以形成在激光光束加 热区域的相对移动方向后方，冷却区域与加热区域的中心点间距离为5-30mm程度较佳。激光光束LB及冷却喷嘴37的相对移动速度并无特别限定，由欲获得的垂直裂痕 53的深度等适当决定即可。一般使相对速度越慢，形成的垂直裂痕53便越深。通常，相对 移动速度为数百mm/sec程度。另外，划线52的形成并不限定于利用激光光束LB的照射，使用划线刀形成划线52 当然也无妨。但如后述，在本发明的分断方法是在次一步骤以激光光束LB的照射使划线52 的垂直裂痕53伸展，故将在次一步骤使用的激光光束LB也用于划线形成可图分断装置的 简化而比较理想。此外，不使脆性材料基板50弯曲，划线52在平面状态下形成当然也无妨。如以上做法，在脆性材料基板50形成划线52后(图2(c))，其次，增大调整阀Vb 的开度，减少调整阀Va与调整阀Vc的开度。藉此，从减压室15b的吸引量比从减压室15a 与减压室15c的吸引量多，连通于减压室15b的吸引孔21的吸引力比连通于减压室15a与 减压室15c的吸引孔21的吸引力大，弹性构件2上的脆性材料基板50中央部弯曲为凹状 (同图 2(d))。之后，沿弯曲后的脆性材料基板50的划线52再度照射激光光束LB。如图4(a)所 示，在使脆性材料基板50弯曲为激光光束LB的照射侧成为凹状的状态下，藉由沿划线52 照射激光光束LB，使激光光束LB的照射侧与相反侧面产生拉伸应力，故即使为线膨胀系数 小的脆性材料基板50也可确实使垂直裂痕53往基板厚度方向伸展。只要垂直裂痕53伸 展至脆性材料基板50的相反侧面或接近相反侧面，脆性材料基板50便藉此分断。反之，垂 直裂痕53未到达脆性材料基板50的相反侧面时，沿划线52重复照射激光光束LB，使垂直 裂痕53伸展即可。此外，也可视需要对脆性材料基板50施加外部应力加以分断。
在使垂直裂痕53伸展时的弯曲后的脆性材料基板50在激光光束LB照射点的曲 率半径为2000mm-4000mm的范围较理想，更理想是2500mm-3500mm的范围。此外，从使垂直 裂痕53有效伸展的观点，激光光束LB的照射部分为脆性材料基板50的谷底部分较理想。另外，如图4 (b)所示，在脆性材料基板50形成划线52后，藉由使脆性材料基板50 的正反面反转使划线形成面为下侧，在与划线形成面相反面的对应于划线52的部分照射 激光光束LB，也可使划线52的垂直裂痕53伸展。但，必须在以图2显示的方法增加使脆性 材料基板50反转的步骤，故从生产效率的观点等看如图4 (a)所示的沿划线52照射激光光 束LB较理想。本发明的分断方法可用于玻璃基板或陶瓷基板、单结晶硅基板、蓝宝石基板等以 往公知的脆性材料基板的分断，适合使用于例如液晶显示器等面板制造领域。在图5显示的是可用于本发明的分断方法的固定台的其他实施形态。其中，图 5(a)是显示使脆性材料基板的激光光束的照射面侧为凸的固定台，图5(b)是显示使脆性 材料基板的激光光束的照射面侧为凹的固定台。即，在此使用的固定台与在前述实施形态 显示的固定台不同，不使用弹性构件而是使固定台的固定脆性材料基板的面本身的形状为 凸状或凹状。在图5(a)显示的固定台6具有基台61、形成于基台61的上面的向上弯曲为凸形 状的载置部62、形成于基台61内部的减压室63、连通载置部62的表面与减压室63的多个 吸引孔64、形成于减压室63的吸引空气的贯通孔65。在贯通孔65连接有连接于未图示的 真空泵的连接管66，在连接管66的途中设有调整阀V。以此调整阀V的开度调整空气吸引量。另一方面，在图5(b)显示的固定台7是与固定台6同样具有基台71、形成于基台 71的上面的载置部72、形成于基台71内部的减压室73、连通载置部72的表面与减压室73 的多个吸引孔74、贯通孔75、连接管76、调整阀V，只有载置部72弯曲为凹状这点不同。在图5(a)及图5(b)中，在基台的载置部载置脆性材料基板后，起动真空泵，通过 连接管吸引减压室的空气。藉此，在吸引孔产生吸引力，脆性材料基板被吸于凸状或凹状的 载置部而弯曲为凸状或凹状。另外，与前述实施形态不同，在由吸引孔产生的吸引力无部分 差异。由吸引孔产生的吸引力只要为能将脆性材料基板紧密吸于载置部的力即可，可由脆 性材料基板的材料或厚度、大小等适当决定。使用同图5(a)的固定台6在脆性材料基板50形成划线52，使用同图5(b)的固定 台7对脆性材料基板50照射激光光束LB，使划线52的垂直裂痕53伸展。具体条件与在前 述实施形态相同。另外，在固定台6及固定台7，使具有连续气孔的烧结金属等多孔质构件位于载置 部62及载置部72与脆性材料基板50之间也可。在本发明，使脆性材料基板弯曲为凸状或凹状并固定的手段或装置并无特别限定。根据本发明的脆性材料基板的分断方法，即使为线膨胀系数小的脆性材料基板也 可确实使垂直裂痕往基板厚度方向伸展，故非常适于实用。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
7员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种脆性材料基板的分断方法，至少具有在脆性材料基板形成由垂直裂痕构成的划线的第1步骤、在前述划线或前述基板的与形成有前述划线的面相反面对应于前述划线的部分照射激光光束使前述垂直裂痕伸展的第2步骤，其特征在于在前述第2步骤使前述脆性材料基板弯曲为激光光束的照射面成为凹状。
2.根据权利要求1所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，使前述脆性材 料基板在前述激光光束照射点的曲率半径为2000mm-4000mm的范围。
3.根据权利要求1或2所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中所述的激光 光束的照射部分是前述脆性材料基板的谷底部分。
4.根据权利要求1或2所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1 步骤使前述脆性材料基板弯曲为划线形成面侧成为凸状后形成划线。
5.根据权利要求3所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1步骤 使前述脆性材料基板弯曲为划线形成面侧成为凸状后形成划线。
6.根据权利要求1或2所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1 步骤在使激光光束相对前述脆性材料基板移动的同时进行照射，将前述基板加热至未达熔 融温度后，对前述基板喷出冷却水以进行冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂直 裂痕构成的划线。
7.根据权利要求3所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1步骤 在使激光光束相对前述脆性材料基板移动的同时进行照射，将前述基板加热至未达熔融温 度后，对前述基板喷出冷却水以进行冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂直裂痕 构成的划线。
8.根据权利要求4所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1步骤 在使激光光束相对前述脆性材料基板移动的同时进行照射，将前述基板加热至未达熔融温 度后，对前述基板喷出冷却水以进行冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂直裂痕 构成的划线。
9.根据权利要求5所述的脆性材料基板的分断方法，其特征在于其中，在前述第1步骤 在使激光光束相对前述脆性材料基板移动的同时进行照射，将前述基板加热至未达熔融温 度后，对前述基板喷出冷却水以进行冷却，藉由在前述基板产生的热应力形成由垂直裂痕 构成的划线。
全文摘要
本发明是有关于一种脆性材料基板的分断方法，即使线膨胀系数小的脆性材料基板，可藉由激光光束照射而使划线的垂直裂痕往基板厚度方向伸展。在沿形成于脆性材料基板50的划线52照射激光光束LB之际，使脆性材料基板50弯曲为激光光束LB的照射侧成为凹状。从以激光光束照射使垂直裂痕53确实伸展的观点，使前述激光光束LB的照射点的脆性材料基板50的曲率半径为2000mm-4000mm的范围较理想，使前述激光光束LB的照射部分为前述脆性材料基板50的谷底部分较理想。
文档编号C03B33/09GK101851061SQ20101014926
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者在间则文, 山本幸司, 畑强之 申请人:三星钻石工业股份有限公司