CN1739903A - 基板加工装置及基板加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可形成用以稳定地分割基板的切割线的基板加工装置及基板加工方法。从激光源(2)射出的激光经光成形光学***(3)后成为平行，且激光的功率受控制。然后，用1/2波片(4)调整偏振方向，并用聚焦光学***(5)会聚到基板(7)。通过将激光会聚在基板(7)上，使基板(7)内部发生多光子吸收，因多光子吸收而产生的离子化区域的玻璃升华。用XY工作台(8)，基板(7)与激光作相对移动，因此经升华而成为沟槽的部分成为切割线。本实施例中，控制1/2波片(4)的旋转，使激光相对基板(7)的移动方向与激光的偏振方向常时保持一定。

Description

基板加工装置及基板加工方法
技术领域
本发明涉及用于例如玻璃基板、半导体基板、压电材料基板等基板的切断的基板加工装置及基板加工方法。
背景技术
液晶显示装置或有机EL(电致发光)显示装置等，通过在以玻璃为代表的基板上形成TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)来制作。为了提高生产效率而用大型玻璃形成多个面板的显示装置，然后切断而产出面板。例如由***(730×920mm2)的玻璃基板，可制成4块19英寸面板或6块17英寸面板。玻璃基板的尺寸越大可从1块玻璃基板中取出的面板就越多，在提高生产性的同时切断工序的成品率也是重要的。
切断玻璃的工序分两个阶段，第一阶段是在玻璃上形成分格线状的划痕的工序，将该工序称为切割(scribe)。另外，将该分格线称为切割线。第二阶段是沿切割线对玻璃加力使玻璃裂开而进行切断的工序，该工序称为断裂。本发明涉及切割。
切割往往采用直接将金刚石刀压在玻璃基板上的方法。该方法中由于对玻璃基板加力过大而容易产生未预料的裂纹缺口，而调整下压刀刃时的压力或基板的搬送速度都需要一定经验。并且，金刚石刀刃也随着使用次数变钝，因此必须定期更换。由于各刀刃的上述调整情况不同，在更换刀刃后必须进行与该刀刃对应的调整，这会导致生产能力的下降。
鉴于上述情况开发了采用激光的非接触切割技术。这种光源大多具有1μm以上的波长。由于玻璃容易吸收该波段的光，受热而产生应力。其后立即吹进水等的致冷液急冷而产生玻璃厚度方向裂缝(断裂)。该方法中由于利用热应力，其位置不容易控制。而且，需要作为断裂发生基点的切口和实现急冷的致冷液，这不是完全非接触工序，因此存在产生玻璃基板污染的问题
另一方面，还提出了利用多光子吸收的切割技术(参照日本专利文献特许第3408805号)。依据该特许第3408805号，发出1微秒以下长度脉冲的激光，且会聚的照射光密度为1×108(W/cm2)以上时，会出现因多光子吸收导致的玻璃离子化而产生的改性，可以它为基点进行切断。这属于完全非接触，因此可以避免上述问题。另外，多光子吸收在对玻璃透明的紫外光区域的激光上也发生，这时，只是发生了玻璃的离子化的部分吸收紫外光区的波长，通过紧接其后的激光照射使玻璃升华而形成沟槽。这种现象在玻璃以外的非金属基板上也会发生。
发明内容
对切断而言，因多光子吸收而离子化的范围之深度越深越有利，最理想是能够离子化到玻璃基板的厚度，但实际上其限值是100μm左右。为了得到切割速度而提高玻璃基板的传输速度时，该深度急剧变浅。这时，为了得到一定深度而提升激光功率密度，则会急速加热玻璃表面并发生未预料的裂纹，可知提高切割速度的效果微薄，难以高速划出深的切割线。
另外，沿着切割的方向，会发生切割线的沟槽深度变化的现象，使碎裂条件的容许范围变窄。即，如果在切割线上出现沟槽深度的偏差，就会容易发生偏离切割线的裂纹或缺口等。
本发明鉴于上述情况构思而成，其目的在于提供可稳定地形成用以分割基板的切割线的基板加工装置及基板加工方法。
为达成上述目的，本发明的基板加工装置中设有：保持基板的工作台，以及对所述基板会聚光点而照射激光使所述工作台上保持的所述基板发生多光子吸收的激光照射部件；所述激光照射部件中设有按照所述激光相对所述基板的移动方向，控制照射到所述基板的激光的偏振方向的光学元件。
在上述的本发明的基板加工装置中，激光照射部件将会聚焦到基板的激光照射基板。从而，在基板上发生多光子吸收，引起发生多光子吸收区域的改性。
通过移动基板与激光的相对位置，形成由改性区域的轨迹构成的切割线。本发明中，按照该移动方向，控制激光的偏振方向。即，控制激光的偏振方向，使得移动方向与激光的偏振方向常时一定。从而，形成一定深度的改性区域的轨迹构成的切割线。
为达到上述目的，本发明的基板加工方法是照射聚焦到基板的激光，使得所述基板上发生多光子吸收而加工所述基板的基板加工方法，其中，照射其偏振方向按照所述激光相对所述基板的移动方向受控制的所述激光。
在上述的本发明的基板加工方法中，聚焦到基板的激光照射基板。从而，在基板上发生多光子吸收，引起发生多光子吸收的区域的改性。
通过移动基板与激光的相对位置，形成由改性区域的轨迹构成的切割线。本发明中，照射其偏振方向按照该移动方向受控制的激光。即，控制激光的偏振方向，使得相对于移动方向激光的偏振方向常时一定。从而，形成由一定深度的改性区域的轨迹构成的切割线。
依据本发明，可稳定地形成用以分割基板的切割线。
附图说明
图1是实施例1的基板加工装置结构的一例示图。
图2是激光的偏振方向和切割方向的角度与切割线深度之间的关系的示图。
图3是实施例2的基板加工装置结构的一例示图。
(符号说明)
1基板加工装置，2激光源，3光成形光学***，4 1/2波片(光学元件)，5聚焦光学***，6驱动部件，7基板，8 XY工作台，9θ工作台，10控制部件。
具体实施方式
以下，参照附图，就本发明的基板加工装置及基板加工方法的
实施方式进行说明。
(实施例1)
图1是本实施例的基板加工装置结构的一例示图。
本实施例的基板加工装置1中设有：激光源2、光成形光学***3、1/2波片4、聚焦光学***5、驱动部件6、作为被加工对象的基板7、放置基板7的XY工作台8、控制整个装置的控制部件10。激光源2、光成形光学***3、1/2波片4及聚焦光学***5相当于本发明的激光照射部件。
激光源2发出例如YAG的三次谐波(波长355nm)的激光脉冲。脉冲重复频率例如为30kHz。由激光源2出射的激光例如为线偏振光。另外，激光源2对照基板7的材料进行选择。本实施例中，例如设基板7为玻璃基板。用以切断玻璃基板的Si-O键的能量需要355nm波长2倍左右的光，因此能够通过多光子吸收(这时为2光子吸收)切断Si-O键。因此，根据基板7的材料，可采用YAG的二次谐波(波长532nm)作为激光源2。
光成形光学***3例如使激光源2出射的激光平行。另外，光成形光学***3具备控制激光功率的光衰减器。从而，由光成形光学***3出射例如激光功率为7W的激光。
1/2波片4相当于本发明的光学元件。由光成形光学***3出射的激光的偏振方向在对1/2波片4的光学轴以θ角度入射时，光的偏振方向仅旋转2×θ。因而，通过控制1/2波片4的光学轴，可得到具有任意偏振方向的激光。
聚焦光学***5将从1/2波片4出射的激光会聚到基板7。聚焦光学***5对激光进行会聚，以使其能量密度达到基板7的内部发生多光子吸收的程度，例如达到1kJ/cm2。
多光子吸收指的是同时吸收2个或以上的光子，要供给激励他们所要的合计能量。为了提高多光子吸收的概率，可调整激光的功率或聚光点处的能量。因多光子吸收而例如在基板7上形成改性区域。当基板7为玻璃基板时，改性区域例如为离子化区域。如果对该离子化区域再照射激光，则该区域的玻璃升华而形成沟槽。另外，即便未形成沟槽，基板7也在其后的断裂中通过对该离子化区域加压力，以离子化区域为基点切断。
驱动部件6是保持1/2波片4的旋转工作台，根据来自控制部件10的控制信号，旋转1/2波片4。从而，调整相对激光的偏振方向的1/2波片4的光学轴角度。驱动部件6通过控制部件10控制其旋转角度。
基板7例如为玻璃基板。但是，对材料并没有限定，只要是能够引起足够的用于加工的多光子吸收的材料就行。作为基板7，也可以是半导体基板或压电材料基板。
XY工作台8搭载成为被加工对象的基板7，构成为可沿X方向及Y方向移动。XY工作台8的动作由控制部件10控制。本实施例中，固定激光，通过用XY工作台8移动基板7，使激光在基板7上移动，但可以固定XY工作台8使激光扫描。通过用XY工作台8移动基板7，形成沟槽状的切割线。
控制部件10控制整个装置的动作。控制部件10按照XY工作台8的X方向动作及Y方向动作，控制用驱动部件6形成的1/2波片4的旋转角度。例如，控制驱动部件6，使得激光的偏振方向常时与因XY工作台8动作而激光相对基板7的移动方向一定。最好，控制驱动部件6使激光的偏振方向常时与激光相对基板7的移动方向平行。
以下，就上述结构的本实施例的基板加工装置1的动作进行说明。
由激光源2出射的激光由光成形光学***3平行化，且激光的功率也被调整。然后，用1/2波片4调整偏振方向，由聚焦光学***5会聚到基板7上。通过将激光会聚到基板7上，在基板7内部引起多光子吸收，因多光子吸收而产生的离子化区域的玻璃升华。
通过XY工作台8，基板7相对激光移动，因此升华后成为沟槽的部分形成切割线。本实施例中，通过控制1/2波片4的旋转，使激光相对基板7的移动方向与激光的偏振方向常时保持一定。
在形成了切割线后，后续的断裂工序中，对基板7加力，使得基板7沿切割线断开。从而，基板7被切断成由切割线围成的各个小基板。
上述结构的本实施例的基板加工装置1中，按照激光相对基板7的移动方向，控制照射到基板7的激光的偏振方向。以下对该理由进行说明。
调查了使激光相对基板7移动(称为切割)时，激光偏振方向和切割方向之间的角度与所形成的切割线沟槽的深度之关系。图2中示出了有关实验结果。本实验中基板7采用玻璃基板。
由图2所示可知，在激光相对基板7的移动方向上旋转激光的偏振方向时，形成的切割线的沟槽深度变化。这时，沟槽深度成为极大是因为偏振方向与切割方向成为平行状态。因而，可以说离子化区域的深度在偏振方向与切割方向平行的状态时成为最大。另外可知，图2的沟槽深度的极小a与极大b的关系为b＝1.2a。
根据上述实验结果，维持激光偏振方向相对切割方向平行的状态进行切割，能够在任意轨迹上最大限地满足激光照射条件的形成离子化区域的深度。另外，即使不平行时，通过维持激光偏光方向相对切割方向保持一定的状态，就能够在任意轨迹上使离子化区域的深度保持一定。
例如，设脉冲重复频率为30kHz、激光功率为7W、XY工作台8的移动速度为60mm/s，若控制1/2波片4的旋转角，使激光偏振方向与切割方向正交，则切割线的沟槽深度约为55μm。相反，在相同条件下，控制1/2波片4的旋转角，使激光的偏振方向与切割方向平行，则切割线的沟槽深度约为70μm。
如上所述，通过使激光相对基板7的移动方向与偏振方向角度常时一定，所形成的切割线的深度就成为一定。因此，可稳定进行断裂。
最好，通过使激光相对基板7的移动方向与偏振方向的角度平行，在激光照射条件一定的情况下，可形成最深的切割线。因此，可高速形成深的切割线。由于可形成较深的切割线，使后续的断裂容易。
(实施例2)
图3是本实施例的基板加工装置的结构的一例示图。另外，在与实施例1相同的构成要素上采用同一符号，省略其重复说明。
本实施例中，在实施例1的基板加工装置1上增加了θ工作台9。θ工作台9使搭载了基板7的XY工作台8旋转。通过XY工作台8和θ工作台9的动作，基板7在平面内的移动及旋转受控制。θ工作台9的动作由控制部件10控制。
控制部件10基于XY工作台8和θ工作台9的移动数据，实时地计算激光相对基板7的行进方向，并算出该行进方向和与激光偏振方向一致的1/2波片4的角度，控制驱动部件6以满足该角度。或者，控制驱动部件6，使激光的行进方向和激光偏振方向之间的角度常时一定。
依据本实施例，不仅可以形成直线，而且还可形成任意曲线的切割线。这种情况下，与实施例1同样，可使切割线的沟槽深度一定。
本发明并不限于上述实施例的说明。
例如，本实施例中，作为本发明的光学元件的例子就采用1/2波片4的例子进行了说明，但可以采用偏振片。例如，从激光源2射出的激光不是线偏振光时，通过偏振片的激光的偏振方向会沿偏振片的透射轴(光学轴)。因而，通过偏振片的旋转，可向基板7照射偏振方向受控的激光。
例如，在本实施例中，对XY工作台8及θ工作台9的例子进行了说明，但可以再增加z工作台。从而，能够在基板7的深度方向上控制激光聚焦点。
另外，在不超出本发明要点的范围内可作各种变更。

Claims (7)

1.一种基板加工装置，其中设有：
保持基板的工作台，以及
对所述基板聚焦而照射激光，使所述工作台上保持的所述基板发生多光子吸收的激光照射部件；
所述激光照射部件中设有按照所述激光相对所述基板的移动方向，控制照射到所述基板的激光的偏振方向的光学元件。
2.如权利要求1所述的基板加工装置，其特征在于：所述光学元件控制所述激光的偏振方向，使所述激光相对所述基板的移动方向与偏振方向平行。
3.如权利要求1所述的基板加工装置，其特征在于还设有：
旋转所述光学元件的光学轴的驱动部件；以及
按照所述激光相对所述基板的移动方向控制所述驱动部件的旋转的控制部件。
4.如权利要求1所述的基板加工装置，其特征在于：所述光学元件包含1/2波片。
5.如权利要求1所述的基板加工装置，其特征在于：所述光学元件包含偏振片。
6.一种基板加工方法，该方法中：
会聚光点到基板照射激光，使得所述基板发生多光子吸收而加工所述基板；
照射其偏振方向按照所述激光相对所述基板的移动方向受控制的所述激光。
7.如权利要求6所述的基板加工方法，其特征在于：照射具有与所述激光相对所述基板的移动方向平行的所述偏振方向的所述激光。
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