TWI587959B - Lamination method of substrate and processing device - Google Patents

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Description

貼合基板的加工方法及加工裝置
本發明係關於一種使用雷射光束之玻璃、藍寶石等脆性材料之貼合基板的加工方法及加工裝置。
作為對玻璃基板、矽基板、藍寶石基板等脆性材料基板形成如劃線槽(切割槽)之分割起點之加工方法，已知有使用脈衝雷射之加工方法。該等加工方法於藉由利用脈衝雷射照射之能量對基板進行加熱之方面共通，但形成分割起點之機制各自存在較大差異，而具有不同之特徵。
例如，於將玻璃基板切斷時，為了於切斷預定線上形成劃線槽，而使用藉由「熱應變」之雷射劃線加工(專利文獻1)。該雷射劃線加工係如下加工：首先，沿切斷預定線照射雷射光束，藉此，於軟化溫度以下(即玻璃不會變質之溫度範圍)進行加熱，繼而，朝向剛加熱後之高溫區域進行冷媒噴射。藉由加熱及冷卻，對基板賦予局部之熱應力分佈，藉由因該熱應力而導致產生之熱應變，而於基板表面上形成沿切斷預定線之劃線槽(裂痕)。
於利用熱應變之雷射劃線加工中，可將所形成之劃線槽之端面加工地非常精美，因此，能夠進行端面強度較大之加工，被廣泛利用於玻璃基板之加工等中。
又，於對於矽基板或藍寶石基板之加工中，自先前以來，作 為使用YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔鋁石榴石)雷射等高輸出脈衝雷射(脈衝寬度10-9~10-7秒)對基板進行加工之方法，利用「雷射剝蝕(Laser Ablation)」或「多光子吸收」。即，使雷射光於基板表面附近或基板內部聚光，在基板表面附近產生剝蝕而形成劃線槽(專利文獻2)，或者藉由多光子吸收於基板內部形成加工變質部(專利文獻3)，從而將該等加工部分作為用以斷裂之分割起點。
又，近年來，揭示有使用短脈衝寬度且高輸出脈衝之雷射之新雷射加工方法(專利文獻4)。
根據上述專利文獻所記載之使用短脈衝雷射光束之加工方法，使用Nd：YAG(Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet，摻釹釔鋁石榴石)雷射(波長1064 nm)，以使具有較短之脈衝寬度(2微微秒~8毫微秒)及高功率密度(15 GW/cm2~8 TW/cm2以上)之短脈衝雷射光束於藍寶石基板之表面附近聚光之方式調整焦點而射出。此時之雷射光於聚光點附近以外不被基板材料(藍寶石)吸收，但於聚光點處引起多光子吸收，而瞬間且局部地產生熔融、昇華(局部之微小剝蝕)。而且，於自基板之表層部位至表面之範圍內形成由衝擊壓引起之微小裂痕。根據該加工方法，由於熔融痕跡被微小化，故而基板之透明性得以維持，而適合於要求光之提取率的LED之製造步驟中之藍寶石基板之加工。
進而，作為經改良之利用短脈衝雷射光束之加工方法，揭示有如下方法：使用極短之脈衝寬度即毫微微秒級之短脈衝雷射光束，對於1條分割預定線，改變掃描速度而重複進行雷射光束之掃描，藉此，在基板內部形成於切斷預定線之方向上不連續之改質部，進而在表面形成於切斷 預定線之方向上連續之槽部，從而相對於基板之深度方向於上下形成槽部及改質部(專利文獻5)。此處，所謂短脈衝雷射光束係指脈衝寬度未達10微微秒之雷射。記載有據此可進行200μm左右之藍寶石基板之加工。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特表平8-509947號公報
[專利文獻2]日本專利特開2004-009139號公報
[專利文獻3]日本專利特開2004-268309號公報
[專利文獻4]日本專利特開2005-271563號公報
[專利文獻5]日本專利特開2008-098465號公報
於液晶面板之製造步驟中，包括將貼合玻璃基板切斷而加工成各個單位制品之步驟。
於藉由雷射加工將貼合玻璃基板切斷之情形時，以往一直進行如上述專利文獻1所記載之利用「熱應變」之雷射劃線加工。
於雷射劃線加工中，使用YAG雷射等，但為了於貼合基板之正背兩面進行劃線，而於對單側面進行雷射照射之後，將基板反轉，對相反側之面進行雷射照射，從而必需2次雷射劃線加工。
因此，本發明之目的在於提供一種於對貼合基板進行加工之情形時，能夠藉由自單側之1次雷射光束之掃描，而於上側之基板及下側之基板上加工成為分割起點之劃線槽的貼合基板之加工方法及加工裝置。
為了達成上述目的而完成之本發明之基板加工方法係對載置於平台上之貼合基板照射雷射光束而進行劃線槽之加工者，且自雷射光源射出脈衝寬度為10-10秒以下之短脈衝雷射光束而使該雷射光束分支為2束，使該等2束雷射光束分別以不同之發散角透過焦點形成用透鏡而形成焦點位置不同之2個焦點，使一雷射光束之焦點到達至貼合基板之上側基板，使另一雷射光束之焦點到達至貼合基板之下側基板，藉由該等2個雷射光束之焦點而同時對上述上側基板與上述下側基板進行加工。
此處，於貼合基板中主要使用玻璃基板，但只要根據材料利用透過基板之波長之光源，則亦可應用於Si基板、藍寶石基板、及SiC基板等。
又，本發明係一種貼合基板之加工裝置，其係對載置於平台上之貼合基板照射雷射光束而進行加工者，其特徵在於包括：雷射光源，其輸出脈衝寬度為10-10秒以下之短脈衝雷射；光路分支部，其使自上述雷射光源射出之短脈衝雷射光束分支為第一光路側之雷射光束與第二光路側之雷射光束；雙焦點作成部，其合成該等2束雷射光束，並使其等分別以不同之發散角透過焦點形成用透鏡而形成焦點位置不同之2個焦點；以及使載置有上述貼合基板之平台相對於自上述雙焦點作成部照射之合成雷射光束相對移動之機構；且上述雙焦點作成部以如下方式形成：能以使一雷射光束之焦點到達至上述貼合基板之上側基板，且使另一雷射光束之焦點到達至貼合基板之下側基板之方式調整各個焦點。
根據本發明，藉由使2束雷射光束分別以不同之發散角透過焦點形成用透鏡而形成焦點位置不同之2個焦點，該一雷射光束之焦點達到至貼合基板之上側基板，並且使另一雷射光束之焦點到達至貼合基板之下側基板，因此，於各個焦點位置上同時形成能量集中之雷射點。於各雷射點處瞬間且局部地產生熔融、昇華(局部之微小剝蝕)，從而可於貼合基板之上側基板與下側基板上同時形成成為分割起點之劃線槽。藉此，可同時對上下玻璃基板進行加工，而可減少雷射光束之掃描次數，並且亦無需使基板反轉，從而可謀求加工時間之縮短。
於上述發明中，較佳為使輸出調整部介於上述被分支為2束之雷射光束之至少任一束之光路途中，而調整各個雷射光束之照射能量。
藉此，可根據所加工之貼合基板之材料之特性或厚度將各雷射光束之照射能量調整為最佳狀態。
於上述發明中，較佳為沿劃線預定線間歇性地照射對貼合基板照射之雷射光束，藉此，斷續地形成於上述2個焦點位置上產生之雷射光束點。此時，鄰接之雷射點彼此係以藉由因雷射點形成時之衝擊而產生之微小裂痕而連接的間隔形成。
藉此，可於貼合基板之上側基板與下側基板上同時且確實地形成連續之劃線槽。
A‧‧‧基板加工裝置
K‧‧‧雷射點
L1‧‧‧第一光路側之雷射光束
L2‧‧‧第二光路側之雷射光束
P'‧‧‧第一光路側之雷射光束之焦點
S'‧‧‧第二光路側之雷射光束之焦點
W‧‧‧貼合基板
W1‧‧‧上側基板
W2‧‧‧下側基板
12‧‧‧平台
20‧‧‧雷射光源
21‧‧‧雷射光學系統
22‧‧‧旋轉式遮光器
23‧‧‧1/2波長板
24‧‧‧分支用偏振分光鏡
26、33‧‧‧輸出調整部
30‧‧‧雙焦點作成部
37‧‧‧焦點形成用凸透鏡
40‧‧‧合成用偏振分光鏡
圖1係表示用以實施本發明之基板加工方法之基板加工裝置之整體構成之圖。
圖2係表示本發明中之雷射光學系統之方塊圖。
圖3係表示圖2中之雙焦點作成部之放大圖。
圖4係表示於基板上形成光束點之狀態之模式圖。
以下，使用圖式對本發明之貼合基板之加工方法進行說明。於本實施例中，對貼合玻璃基板之加工進行說明。
圖1係表示用以實施本發明之加工方法之基板加工裝置之一例之圖。
基板加工裝置A設置有移動台2，該移動台2沿著平行配置於水平之架台1上之一對導軌3、4，於圖1之前後方向(以下稱為Y方向)上往返移動。基板加工裝置A係以如下方式構成：於兩導軌3、4之間沿Y方向配置有螺釘5，相對於該螺釘5螺合有固定於移動台2上之撐條6，且藉由馬達(未圖示)使螺釘5旋轉，藉此，使移動台2沿著導軌3、4於Y方向上移動。
於移動台2上，以沿著導軌8於圖1之左右方向(以下稱為X方向)上往返移動之方式配置有水平之基座7。在固定於基座7上之撐條10a上貫通螺合有藉由馬達9而旋轉之螺釘10，藉由螺釘10進行旋轉，而使基座7沿著導軌8於X方向上移動，且藉由馬達之正、反旋轉而使其往返移動。
於基座7上設置有藉由旋轉機構11而旋轉之平台12，於該平台12之載置面上呈水平狀態載置成為加工對象之貼合基板W。貼合基板W可藉由設置於平台12上之吸引夾盤機構(未圖示)而保持。旋轉機構11 係以如下方式形成：可使平台12以垂直於載置面之軸作為旋轉軸而旋轉，且可旋轉為任意之旋轉角度。
於平台12之上方，於定位貼合基板W時使用之位置檢測用相機13、以及用以朝向貼合基板W照射直線偏光之短脈衝雷射光束之雷射光源20及雷射光學系統21(參照圖2)固定於框架14上。
對於雷射光源20，選擇可射出能夠進行利用微小剝蝕之加工之脈衝寬度為10-10秒以下之短脈衝雷射光束者。雷射之種類係只要為雷射光可於某種程度上透過玻璃基板、且可進入內部之波長即可，具體而言，可使用UV(ultraviolet，紫外線)雷射、綠光(Green)雷射、IR(infrared，紅外線)雷射。再者，自先前以來用於對玻璃基板之雷射劃線之YAG雷射或CO2雷射僅於上側玻璃基板之表面附近即被吸收，而不會到達至下側基板，故而於本發明中無法應用。
圖2係表示雷射光學系統21之方塊圖。
自雷射光源20射出之直線偏光之短脈衝雷射光束L0經由旋轉式遮光器(rotary shutter)22而通過1/2波長板23。旋轉式遮光器22係用以間歇性地阻斷雷射光束L0、或完全開口而使雷射光束L0連續地透過者，且於選擇間歇性地照射雷射光束而進行加工之情形、及連續地照射雷射光束而進行加工之情形時使用。
1/2波長板23係使入射光源產生1/2波長之相位差者，且若入射之直線偏光之振動方向相對於1/2波長板23之光軸方向以角度θ(例如45度)入射，則作為振動方向旋轉2 θ(90度)之直線偏光而射出。藉由改變該1/2波長板之上述角度θ，而可控制射出之直線偏光之照射能量 (輸出功率)。
通過1/2波長板23之雷射光束L0藉由作為光路分支部之分支用偏振分光鏡24而分支為第一光路側之雷射光束(P波)L1與第二光路側之雷射光束(S波)L2。
第一光路側之雷射光束L1藉由半鏡面25而折射並通過輸出調整部26。輸出調整部26係調整第一光路側雷射光束L1之照射能量(輸出功率)者，具體而言由1/2波長板27與偏振分光鏡28構成。藉由調整1/2波長板27相對於偏振分光鏡28之相位角，而使利用偏光而通過之雷射光束L1之照射能量(輸出功率)衰減。因此，可藉由輸出調整部26調整第一光路側雷射光束L1之照射能量。再者，輸出調整部26之偏振分光鏡28使雷射光束L1沿光軸前進方向透過。
通過輸出調整部26之雷射光束L1藉由半鏡面29而折射後被送至下述雙焦點作成部30。
又，第二光路側之雷射光束L2經由半鏡面31、32而入射至輸出調整部33。輸出調整部33與上述第一光路側之輸出調整部26相同，由1/2波長板34與偏振分光鏡35構成，且與上述輸出調整部26同樣地，調整第二光路側雷射光束L2之照射能量(輸出功率)。通過輸出調整部26之雷射光束L2被送至雙焦點作成部30。
雙焦點作成部30係由透鏡群(36、37、38、39)及合成用偏振分光鏡40所構成，合成第一光路側雷射光束L1與第二光路側雷射光束L2，而生成將該等重合而成之合成雷射光束。於該合成雷射光束中，第一光路側之雷射光束L1之焦點P'與第二光路側之雷射光束L2之焦點S'分別在不 同之位置上連結，即，形成2個焦點。具體而言，如圖4所示，於使第二光路側之雷射光束L2之焦點S'到達至貼合基板W之上側之基板W1的表面附近時，使第一光路側之雷射光束L1之焦點P'到達至下側之基板W2之表面附近、或下表面附近。
如圖3中詳細表示般，通過第一光路側之凹透鏡36之雷射光束L1成為向放射方向擴散之發散光(將其稱為正發散光)並透過合成用偏振分光鏡40而被送至焦點形成用凸透鏡37。
另一方面，通過第二光路側之凹透鏡38而成為正發散光之雷射光束L2成為藉由凸透鏡39而朝向焦點聚光之光(將其稱為負發散光)後被送至合成用偏振分光鏡40，藉由分光鏡40之反射面40a產生折射而與第一光路側之雷射光束L1合成，並被送至焦點形成用凸透鏡37。此時，來自第一光路側之雷射光束L1與來自第二光路側之雷射光束L2入射至凸透鏡37時之發散角不同，即，第一光路側之雷射光束L1成為向放射方向擴散之正發散光，第二光路側之雷射光束L2成為朝向一點聚光之負發散光，因此，通過凸透鏡37之第一光路側之雷射光束L1之焦點距離變得較第二光路側之雷射光束L2之焦點距離長，結果，形成2個焦點。
其次，對利用基板加工裝置A所進行之加工動作進行說明。於開始加工之前，預先設定加工條件。具體而言，預先根據所加工之貼合基板W之厚度或材料之特性調整利用1/2波長板23之雷射光束L1之輸出功率、及利用輸出調整部26、33之調整之第一光路側與第二光路側之雷射光束L1、L2之輸出功率之比。
同時，如圖4(a)所示，以使第二光路側雷射光束L2之焦 點S'達到至貼合基板W之上側基板W1之上表面附近、且使第一光路側雷射光束L1之焦點P'到達至下側基板W2之上表面附近之方式，預先調整焦點形成用凸透鏡37或凹透鏡36、38之位置。再者，上述焦點位置於基板W之內部可調整為任意之位置，例如，如圖4(b)所示，亦可以使第一光路側雷射光束L1之焦點P'到達至下側基板W2之下表面附近之方式進行調整。
又，藉由旋轉式遮光器22間歇性地阻斷來自雷射光源20之雷射光束L0，並且調節載置有基板之平台12之移動速度而使雷射光束留出特定之間隔照射至基板W上。藉此，於基板W上留出特定之間隔而沿著劃線預定線呈直線形成有雷射照射點S。上述所謂「特定之間隔」係指如鄰接之雷射點彼此藉由因雷射點形成時之衝擊而產生之微小裂痕而連接之距離。
於進行上述設定之後，將貼合基板W載置於平台12上，並以相機13進行加工位置之定位，其後使來自光源20之雷射光束振動，而沿X方向掃描平台12。藉此，於貼合基板W上留出特定之間隔而形成雷射照射點K。此時，如圖4(a)所示，使第一光路側雷射光束L1之焦點P'與第二光路側雷射光束L2之焦點S'到達至基板W之上側基板W1與下側基板W2之上表面附近，因此，雷射點K於各個焦點位置上同時形成於2個部位。
雷射點K中，於焦點處瞬間且局部地產生熔融、昇華(局部之微小剝蝕)。而且，鄰接之雷射點彼此藉由因加工時之衝擊而產生之微少裂痕而連接，藉此，可於上側基板W1與下側基板W2上同時形成連續之劃線槽。
以上，使用短脈衝雷射，於上述實施例中，藉由旋轉式遮光 器22間歇性地阻斷來自雷射光源20之雷射光束L0，而留出固定之間隔形成雷射照射點K，但亦可使旋轉式遮光器22完全開口而連續地將雷射光束照射至基板W上。
於上述實施形態中，對適合於玻璃貼合基板之加工的加工方法進行了說明，但只要根據加工對象之基板材料，選擇僅於基板表面不會被吸收而能夠進入至基板內部之雷射之種類，則可進行相同之加工。例如，於加工對象為藍寶石基板之情形時，作為可使雷射光入射至基板內部之雷射，例如可利用Nd：YAG雷射等。
以上，對本發明之代表性實施例進行了說明，但本發明未必特定為上述實施形態，可於達成本發明之目的且不脫離申請專利範圍之範圍內適當進行修正、變更。
例如，亦可使輸出調整部26、33僅位於任一單側，而藉由載置基板G之平台12進行調整。
[產業上之可利用性]
本發明之基板加工方法利用於由玻璃基板等脆性材料構成之貼合基板之劃線加工。
12‧‧‧平台
20‧‧‧雷射光源
21‧‧‧雷射光學系統
22‧‧‧旋轉式遮光器
23、27、34‧‧‧1/2波長板
24‧‧‧分支用偏振分光鏡
25、31、32‧‧‧半鏡面
26、33‧‧‧輸出調整部
28、35‧‧‧偏振分光鏡
30‧‧‧雙焦點作成部
36‧‧‧第一光路側之凹透鏡
37‧‧‧焦點形成用凸透鏡
38‧‧‧第二光路側之凹透鏡
39‧‧‧凸透鏡
40‧‧‧合成用偏振分光鏡
L0‧‧‧雷射光束
L1‧‧‧第一光路側之雷射光束
L2‧‧‧第二光路側之雷射光束
W‧‧‧貼合基板

Claims (5)

  1. 一種貼合基板的加工方法，其係對載置於平台上之貼合基板照射雷射光束而進行劃線槽之加工者；且自雷射光源射出脈衝寬度為10-10秒以下之短脈衝雷射光束並使該雷射光束分支為2束；使該等2束雷射光束分別以不同之發散角透過焦點形成用透鏡而形成焦點位置不同之2個焦點；使一雷射光束之焦點到達至貼合基板之上側基板，使另一雷射光束之焦點到達至貼合基板之下側基板，而藉由該等2個雷射光束之焦點同時對上述上側基板與上述下側基板進行加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之貼合基板的加工方法，其中使輸出調整部介於上述被分支為2束之雷射光束之至少其中一束之光路途中，而調整各個雷射光束之照射能量。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之貼合基板的加工方法，其中沿劃線預定線間歇性地照射對貼合基板所照射之雷射光束，藉此，斷續地形成於上述2個焦點位置產生之雷射光束點。
  4. 一種貼合基板的加工裝置，其係對載置於平台上之貼合基板照射雷射光束而進行加工者；且包括：雷射光源，其輸出脈衝寬度為10-10秒以下之短脈衝雷射；光路分支部，其將自上述雷射光源射出之短脈衝雷射光束分支為第一光路側之雷射光束與第二光路側之雷射光束；雙焦點作成部，其合成該等2束雷射光束並使其等分別以不同之發 散角透過焦點形成用透鏡，從而形成焦點位置不同之2個焦點；以及使載置有上述貼合基板之平台相對於自上述雙焦點作成部照射之合成雷射光束相對移動的機構；且上述雙焦點作成部以如下方式形成：能以使一雷射光束之焦點到達至上述貼合基板之上側基板，且使另一雷射光束之焦點到達至貼合基板之下側基板之方式調整各個焦點。
  5. 如申請專利範圍第4項之貼合基板的加工裝置，其係使調整雷射光束之照射能量之輸出調整部介於上述被分支為2束之雷射光束之至少其中一束之光路途中而成。
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