脆性材料基板的倒角加工方法及倒角加工装置 技术领域 本发明涉及在脆性材料基板端面形成的边缘线 ( 棱线 ) 的倒角加工方法， 进一步 详细而言， 涉及通过照射激光束进行边缘线的圆弧倒角或斜面倒角的倒角加工方法和倒角 加工装置。
在此， 作为加工对象的脆性材料基板除了玻璃基板以外， 还包括石英、 单结晶硅、 蓝宝石、 半导体晶片、 陶瓷等基板。
背景技术
玻璃基板等脆性材料基板通过加工成预期的尺寸、 形状而被用于各种产品。一般 而言， 脆性材料基板的加工利用切割 (dicing)、 砂轮划线 (wheel scribe)、 激光划线 (laser scribe) 等现有的加工技术进行， 然而利用这些加工技术分割的基板端面的边缘线非常锋 利， 存在仅施加微小的冲击都会产生碎屑 (chipping)、 微裂纹 (microcrack) 等不良情况。 例如， 在平板显示器 (FPD) 用玻璃基板中， 因边缘缺损而产生的碎片会导致在 FPD 用基板的 表面产生损伤， 对产品的成品合格率造成影响。
因此， 为了防止在将基板分割后产生的基板的边缘部分的缺损等， 沿边缘线进行 倒角加工。
现有的倒角加工中的一种为湿式研磨法 ： 一边供应大量的水一边利用金刚石磨石 进行研磨。然而， 在利用湿式研磨法形成的倒角加工面上， 连续残存有微小的裂纹， 使倒角 加工面的强度比周围显著降低。
相对于此， 提出有加热熔融法 ： 沿着要进行倒角加工的边缘线扫描激光束， 并沿边 缘线移动激光束的焦点而将边缘上加热熔融， 由此进行倒角。 例如公开有如下方法 ： 在将玻 璃部件整体保持比常温高的温度 ( 余热 ) 的状态下， 对棱线部附近进行激光加热， 使棱线部 软化而变圆， 由此进行倒角 ( 参考专利文献 1)。
图 8 是表示使用 CO2 激光光源通过加热熔融法进行倒角加工时的激光照射状态的 剖视图。预先使用未图示的加热器将玻璃基板 10 整体逐渐加热至比软化温度低的预定温 度， 接着沿被保持于预定温度的玻璃基板 10 的要进行倒角加工的边缘线 51， 利用聚光透镜 53 将来自 CO2 激光光源 50 的激光聚光， 将焦点对准加工部分附近进行扫描。此时， 通过调 整激光输出、 扫描速度， 使被激光照射到的边缘部分升至高温并软化， 由此加工成使激光照 射后的边缘部分带有圆度。
此时， 预热和加工后的冷却耗费时间。此外， 必须将基板整体预热， 当在基板上已 形成无法加热的器件、 传感器等的功能膜的情况下， 有时无法利用此方法实施倒角加工。 此 外， 若余热不足则会因热应力产生裂缝 ( 裂纹 )， 无法进行良好的倒角加工。 再有， 在上述的 加热熔融法的倒角加工中， 有时熔融部分会变形导致其一部分 ( 带有圆度的部分的局部 ) 相对于周围膨胀， 有损于基板端面的平面度。
作为与加热熔融法不同的、 无须预热的激光照射的倒角方法， 已公开有如下的激 光划线法 ： 通过将激光照射至边缘附近进行加热， 使玻璃基板 10 产生裂纹， 并通过使激光相对地沿边缘线方向进行扫描， 使裂纹沿边缘线成长， 将边缘附近从玻璃基板分离， 由此进 行倒角 ( 专利文献 2)。
图 9 是表示使用 CO2 激光光源通过激光划线进行倒角加工时的激光照射状态的 图。来自 CO2 激光光源 50 的激光通过聚光透镜 53 局部地照射于玻璃基板 10 的边缘线 51 附近， 以比软化温度低的温度进行加热。此时， 随着与局部热膨胀相伴的热应力产生裂纹 52。进而， 通过沿边缘线 51 扫描激光， 依次产生的裂纹 52 沿边缘线 51 成长， 包含边缘线 51 的边缘附近 ( 角部分 ) 被分离。
根据专利文献 2， 通过进行激光划线的倒角加工， 能够在不损及玻璃基板精度的情 况下实施高生产性且无须清洗工序的倒角加工。
专利文献 1 ： 日本特开平 2-241684 号公报
专利文献 2 ： 日本特开平 9-225665 号公报
此处， 针对通过激光划线的倒角加工形成的加工面进行说明。 图 10 是通过使用 CO2 激光的激光划线进行倒角加工时的加工剖面的放大图。
通过倒角加工， 玻璃基板 10 的角部分 U 被分离 ( 剥离 )， 玻璃基板 10 的边缘线 53 与角部分 U 一起消失， 但重新形成有倒角加工面 54。
观察该倒角加工面 54 的截面形状， 具有向玻璃基板 10 侧凹陷的圆弧状的倒圆弧 面。倒角加工面 54 凹陷的结果是， 在与玻璃基板 10 的基板表面 55、 56 交叉的部分形成两 条边缘线 57、 58。 与原来的边缘线 53 相比， 这些边缘线 57、 58 的边缘的锋利度有所改善， 不 过虽然如此， 如果凹陷变大的话， 还是会形成锋利的边缘。
特别是在平板显示器用 (FPD 用 ) 玻璃基板中， 有时会在边缘线 57、 58 正上方实施 TAB(Tape Automated Bonding ： 卷带自动结合 ) 卷带的配线， 在倒角加工之后， 如果在该部 分残留有锋利的边缘， 则 TAB 卷带断线的可能性会变高。
因此， 对于倒角加工面 54， 要求消除凹陷且将倒角部分形成为作为平面的斜面 (C 面 ) 或朝向外侧呈凸状的圆弧面 (R 面 )。
然而， 通过上述现有的使用 CO2 激光的激光划线法形成的倒角加工面 54 总是会在 倒角加工面产生凹陷。即使改变向边缘线 53 照射的激光的照射方向， 其结果还是大致相 同， 难以控制倒角加工面的形状。
近年来， 在平板显示器 (FPD) 用玻璃基板等中， 采用了比以往更大型的玻璃基板， 随着玻璃基板的大型化， 对基板的加工质量也逐渐要求比目前更高的精度、 可靠性。 针对倒 角加工面的形状， 也要求比目前更高的精度和可靠性。 发明内容 因此， 本发明的目的在于提供一种倒角加工方法及倒角加工装置， 能够使通过激 光照射形成的倒角加工面不是倒圆弧面， 而形成为斜面、 圆弧面、 或朝向外侧呈凸状的曲 面。
为了解决上述课题而做出的本发明的倒角加工方法并非从要进行倒角加工的边 缘线前方的空间照射激光束并加热该边缘线， 而是使从基板背侧穿透基板内的激光束在边 缘线附近聚光， 并且在扫描与边缘线交叉的面内的同时进行加热， 通过消融进行倒角加工。
即， 对进行脆性材料基板的倒角加工的边缘线以穿透基板内的方式照射激光束，
并且将聚光部件配置于激光束的光路上， 在边缘线附近的基板表面或基板内部形成激光束 的会聚点， 在与边缘线交叉的面内对与倒角加工的加工预定宽度对应的范围扫描会聚点， 通过会聚点附近的消融处理沿会聚点的扫描轨迹进行倒角加工。
此处， 脆性材料基板包括玻璃基板、 石英基板、 硅基板、 蓝宝石基板、 硅及其他的半 导体晶片、 陶瓷基板。
照射至脆性材料基板的激光束根据进行倒角加工的基板材料来选择适当波长的 激光。即， 采用如下的波长光 ： 在使激光束一边聚光一边向基板照射时， 在会聚点附近产生 由多光子吸收引起的消融现象， 而在会聚点附近以外的激光束所通过的光路上几乎不被吸 收。
具体而言， 例如对于玻璃基板， 能够采用波长为 193nm ～ 1064nm 的激光， 作为激光 光源能够采用 Nd-YAG 激光、 ArF 准分子激光、 KrF 准分子激光等。此外， 例如对于硅基板， 能 够采用波长为 1100nm 以上的激光。
另一方面， 对于加工对象物来说吸收率大而几乎无法穿透基板内的激光光源， 无 法用于本发明的倒角加工。 例如对于玻璃基板来说， 由于 CO2 激光、 CO 激光 ( 波长为 5.3μm) 的吸收率大， 因此几乎无法穿透玻璃基板内， 因此在加工对象物为玻璃基板的情况下， 将 CO2 激光、 CO 激光从本发明所使用的倒角加工用激光光源中排除。 配置于激光束的光路上的聚光部件只要是能发挥聚光功能的光学元件即可。 具体 而言， 能够使用凸透镜 ( 也包括多枚的组合凸透镜 ) 或凹面镜。此外， 在使倒角加工面形成 预期的曲面 ( 然而为了聚光而形成为凸状 ) 的情况下， 调整聚光部件的光学参数 ( 折射率、 曲率半径、 曲面形状等 )， 从而通过后述的射束偏转部沿该曲面形状扫描会聚点。
具体而言， 会聚点的扫描轨迹除了球面 ( 圆弧面 ) 以外， 例如形成为抛物面或椭圆 面。此外， 通过使聚光部件形成为所谓 fθ 透镜， 也能够将倒角加工面形成为平面。
根据本发明， 相对于进行脆性材料基板的倒角加工的边缘线以穿透基板内的方式 从背侧照射激光束。 此时， 将聚光部件配置于激光束的光路上， 将激光束的会聚点形成于边 缘线附近的基板表面或基板内部。进而， 在与边缘线交叉的面内扫描会聚点。该扫描包含 与倒角加工的加工预定宽度对应的范围。 这样， 通过聚光后的激光照射产生消融现象， 使会 聚点附近局部熔融并被除去。 进而， 通过在与边缘线交叉的面内扫描该会聚点， 形成沿扫描 轨迹的形状的倒角加工面。 因此， 利用聚光部件的光学参数来调整会聚点的扫描轨迹， 以进 行圆弧面、 斜面的倒角加工。
根据本发明， 能够将通过激光照射而形成的倒角加工面形成为斜面、 圆弧面、 或朝 向外侧呈凸状的曲面。
( 其他的课题解决手段和效果 )
在上述发明中， 也可以在使会聚点沿边缘线相对移动的同时重复在与边缘线交叉 的面内的会聚点的扫描， 从而沿边缘线进行倒角加工。
由此， 就边缘线而言， 能够对整个边缘线进行倒角加工。在该情况下， 可以从边缘 线的起点至终点连续地相对移动， 但是在进行较深的倒角加工的情况下， 也可以视情况间 歇地相对移动以赋予充分的能量， 从而可靠地进行倒角加工。
在上述发明中， 也可以使会聚点在基板内的深度位置与倒角加工的加工预定深度 对应地进行倒角加工。
由此， 由于使会聚点在基板内的深度位置与倒角加工的加工预定深度对应， 因此 通过进行扫描能够一次便使倒角加工达到预定深度。
在上述发明中， 也可以重复多次所述会聚点向边缘线方向的相对移动， 随着相对 移动的移动次数增加， 会聚点的深度位置就会向基板内部侧移位。
由此， 在倒角加工的深度较深时， 能够进行最初较浅并逐渐增加深度的倒角加工。
此外， 与上述发明相关并根据其他观点完成的本发明的倒角加工装置为对脆性材 料基板进行倒角加工的倒角加工装置， 该倒角加工装置具备 ： 激光光源 ； 聚光部件， 所述聚 光部件对从激光光源放射的激光束进行聚光 ； 射束偏转部， 所述射束偏转部设于激光光源 和聚光部件之间的激光束的光路上， 并以如下方式使激光束的行进方向偏转 ： 扫描从激光 光源放射的激光束向聚光部件照射的照射位置， 并扫描从聚光部件射出的激光束所形成的 会聚点 ； 以及基板支撑部， 所述基板支撑部构成为 ： 在使所述激光束穿透基板内并进行倒 角加工的边缘线附近的基板表面或基板内部使所述会聚点在与边缘线交叉的面内进行扫 描， 并且在边缘线露出于空间中的状态下支撑所述基板。
由此， 在激光光源与聚光部件之间的激光束的光路上设置的射束偏转部扫描从激 光光源放射的激光束向聚光部件照射的照射位置。 聚光部件根据激光束的照射位置使激光 束的射出方向偏转。其结果是， 从聚光部件射出的激光束所形成的会聚点在边缘线附近且 在与边缘线交叉的面内进行扫描， 沿会聚点的扫描轨迹形成通过消融产生的倒角加工面。 此时的会聚点的扫描轨迹由聚光部件的光学参数确定。一般而言， 由于利用聚光部件形成 的扫描轨迹朝向激光束的行进方向呈凸状 ( 例如在聚光部件为凸透镜、 凹面镜的情况下的 扫描轨迹为呈凸状的弧 )， 因此形成了与由聚光部件的光学参数所确定的凸状扫描轨迹对 应的倒角加工面。 在上述倒角加工装置中， 也可以具备进给机构， 所述进给机构使基板侧或激光束 侧移动， 以使会聚点沿边缘线相对移动。
由此， 就边缘线而言， 能够对整个边缘线进行倒角加工。
在上述倒角加工装置中， 基板支撑部也可以由水平地载置基板的工作台构成， 并 且聚光部件和射束偏转部被配置成使激光束相对于基板倾斜入射。
由此， 能够在将基板稳定地载置于水平的工作台上的状态下进行倒角加工。
在该情况下， 也可以构成为， 聚光部件和射束偏转部被配置成使激光束相对于基 板从上方倾斜入射， 在进行倒角加工的边缘线在从工作台面的外侧离开的位置朝向下方露 出的状态下被支撑。
由此， 由于进行倒角加工的边缘线朝向下方， 因此利用消融除去的基板材料的残 渣向下方扩散， 由此可减少附着在基板上的附着量。
在上述倒角加工装置中， 射束偏转部也可以由电流镜 (Galvanomirror) 或多面镜 (polygon mirror) 构成。
在电流镜的情况下通过反射镜的摆动运动， 而在多面镜的情况下则通过反射镜的 旋转运动， 都能够使朝向聚光部件的激光束偏转。
在上述倒角加工装置中， 聚光部件也可以由凸透镜或形成实质上与凸透镜等效的 会聚点的凹面镜构成。
由此， 能够使由会聚点的扫描轨迹形成的倒角加工面形成为圆弧面。
在上述倒角加工装置中， 聚光部件也可以由 fθ 透镜或形成实质上与 fθ 透镜等 效的会聚点的非球面镜构成。
由此， 能够使由会聚点的扫描轨迹形成的倒角加工面形成为斜面。
在上述倒角加工装置中， 也可以构成为， 聚光部件由如下这样确定光学参数的非 球面透镜或非球面镜构成 ： 在通过射束偏转部扫描激光束向聚光部件照射的照射位置时， 使从聚光部件射出的激光束所形成的会聚点的轨迹描绘出凸状的自由曲线。
由此， 能够使由会聚点的扫描轨迹形成的倒角加工面形成为预期的凸状曲面。 附图说明
图 1 是表示作为本发明的一个实施方式的脆性材料基板的倒角加工装置的结构 图 2 是图 1 的扫描光学系统的放大图。 图 3 是图 1 的倒角加工装置的控制系统的框图。 图 4 是表示形成较深的倒角加工面的情况下的步骤的图。 图 5 是扫描光学系统的变形例的放大图。的图。
图 6 是扫描光学系统的变形例的放大图。
图 7 是扫描光学系统的变形例的放大图。
图 8 是表示使用 CO2 激光光源通过加热熔融法进行倒角加工时的激光照射状态的 剖视图。
图 9 是表示使用 CO2 激光光源通过激光划线法进行倒角加工时的激光照射状态的 图。
图 10 是通过利用 CO2 激光的激光划线法进行倒角加工时的加工剖面的放大图。
标号说明
2： 滑动工作台 ； 7： 基座 ； 11 ： 升降工作台 ； 12 ： 吸附工作台 ； 13 ： 激光光源 ； 14 ： 电 流镜 ( 射束偏转部 ) ； 14a ： 多面镜 ； 15 ： 凸透镜 ( 聚光部件 ) ； 15a ： fθ 透镜 ； 15b ： 凹面镜 ； 16 ： 扫描光学系统。 具体实施方式
以下， 参照附图对本发明的实施方式进行说明。 此处， 对玻璃基板的倒角加工进行 说明。
另外， 本发明当然并不限于以下说明的实施方式， 在不超出本发明的主旨的范围 内包含各种形态。
图 1 是表示作为本发明的一个实施方式的脆性材料基板的倒角加工装置 LM 的图。 图 2 是表示图 1 的扫描光学系统的放大图。
倒角加工装置 LM 设有滑动工作台 2， 该滑动工作台 2 沿平行配置于水平的架台 1 上的一对导轨 3、 4 在图 1 的纸面前后方向 ( 以下称为 Y 方向 ) 往复移动。在两导轨 3、 4之 间， 导螺杆 5 沿前后方向进行配置， 固定于所述滑动工作台 2 的支柱 6 螺合于该导螺杆 5， 通 过电动机 ( 未图示 ) 使导螺杆 5 正转和反转， 从而使滑动工作台 2 沿导轨 3、 4 在 Y 方向往 复移动。在滑动工作台 2 上， 水平的基座 7 被配置成沿导轨 8 在图 1 的左右方向 ( 以下称 为 X 方向 ) 往复移动。在固定于基座 7 的支柱 10a 中贯通螺合有通过电动机 9 进行旋转的 导螺杆 10， 通过导螺杆 10 正转和反转， 基座 7 沿导轨 8 在 X 方向往复移动。
在基座 7 上， 设有进行高度方向 ( 以下称为 Z 方向 ) 的调整的升降工作台 11、 及 搭载有吸引卡盘的吸附工作台 12， 玻璃基板 G 以水平的状态被设置于该吸附工作台 12 上。 此时， 玻璃基板 G 以包含进行倒角加工的边缘线的基板的那一部分突出于吸附工作台 12 的 外侧的状态被吸附。因此， 以进行倒角加工的边缘线 EL 朝向下方露出的状态进行支撑。
此外， 玻璃基板 G 利用摄像机 20 和在基板上形成的对准标记 ( 未图示 ) 进行定位， 并使边缘线 EL 朝向 Y 方向。在基板 G 一定的情况下， 也可以预先将定位用的引导件设于吸 附工作台 12 表面， 以使基板的一部分与引导件抵接的方式进行定位。
在玻璃基板 G 的上方安装有激光光源 13、 电流镜 14( 射束偏转部 )、 以及凸透镜 15( 聚光部件 )。电流镜 14 与凸透镜 15 构成扫描光学系统 16。
激光光源 13 采用 Nd-YAG 激光光源。激光光源 13 在 XZ 面内， 且射出方向为向左 下方倾斜 45 度。
电流镜 14 将反射镜配置于从激光光源 13 射出的激光束的光路上， 使激光束向右 下方倾斜射出， 并通过反射镜的摆动运动， 使射束的射出方向在 XZ 面内偏转。此时的电流 镜 14 的摆动运动的范围依据对加工对象物进行倒角加工的角度范围来调整。
凸透镜 15 将从电流镜 14 射出的激光束聚光， 形成会聚点。另外， 激光束的强度等 被设定成在形成于加工对象物的会聚点处产生多光子吸收。此外， 通过电流镜 14 使射出方 向偏转， 并扫描激光束向凸透镜 15 入射的入射位置， 其结果是， 从凸透镜 15 射出的激光束 的会聚点在 XZ 面内 ( 亦即， 与边缘线 EL 正交的面内 ) 被扫描到， 扫描轨迹朝向光束的行进 方向呈凸状。
例如， 如图 2 所示， 通过电流镜 14 的摆动运动， 会聚点的扫描轨迹形成为连结 F0、 F1、 F2 的弧 R0。
由于通过电流镜 14 和凸透镜 15 形成的会聚点的位置和会聚点的扫描轨迹为一定 的位置及轨迹， 因此可预先通过几何计算 ( 或实测 ) 求出表示会聚点的坐标 (F0， F1， F2 的 坐标 )、 轨迹 ( 弧 R0) 的函数。
因此， 在设置好玻璃基板 G 之后， 通过对滑动工作台 2、 基座 7 以及升降工作台 11 进行 XYZ 方向的位置调整， 使会聚点 F0 对准在边缘线 EL 上或边缘线 EL 附近设定的加工预 定面的位置。
接着， 对倒角加工装置 LM 的控制系统进行说明。图 3 是控制系统的框图。倒角加 工装置 LM 具备控制部 50， 该控制部 50 由用于存储各种控制数据、 设定参数及程序 ( 软件 ) 的存储器及用于执行运算处理的 CPU 构成。
该控制部 50 控制以下各驱动系统 ： 工作台驱动部 51， 所述工作台驱动部 51 驱动 用于进行滑动工作台 2、 基座 7 的定位、 移动的电动机 ( 电动机 9 等 ) ； 吸附机构驱动部 52， 所述吸附机构驱动部 52 驱动吸附工作台 12 的吸引卡盘 ； 射束偏转部驱动部 53， 所述射束 偏转部驱动部 53 驱动电流镜 14 ； 以及激光驱动部 54， 所述激光驱动部 54 进行激光照射。 此外， 控制部 50 连接有由键盘、 鼠标等构成的输入部 56、 以及在显示屏幕上进行各种显示 的显示部 57， 并形成为能够在屏幕上显示必要的信息， 且能够输入必要的指令、 设定。接下来， 对倒角加工装置 LM 的倒角动作进行说明。将基板 G 装载于吸附工作台 12， 并使用摄像机 20 进行位置调整。接着， 使边缘线 EL 朝向 Y 方向， 并且利用滑动工作台 2、 基座 7、 升降工作台 11 进行位置调整， 以使会聚点 F0 的坐标到达边缘线 EL 上或边缘线 EL 附近的加工预定面的深度。
接着， 驱动电流镜 14 和激光光源 13， 使激光束在边缘线附近扫描。 其结果是， 会聚 点通过消融来熔融除去基板材料， 形成倒角加工面。
另外， 在边缘线 EL 的全长范围内进行倒角时， 以一定速度移送滑动工作台 2， 使基 板 G 相对于激光束的扫描面 (XZ 面 ) 向 Y 方向移动。此时， 也可以间歇地移送滑动工作台 2， 以使激光束对同一加工位置进行多次扫描。
此外， 在形成较深的倒角加工面的情况下， 分成多次进行倒角加工。亦即， 如图 4 所示， 第一次的倒角加工将会聚点设定于接近边缘线 EL 的较浅位置， 并在向 Y 方向移动的 同时进行加工， 第二次以后的倒角加工则使会聚点的位置逐渐向基板内部侧移位， 并重复 进行同样的加工。
接下来， 对变形实施例进行说明。
图 5 是以 fθ 透镜 15a 取代凸透镜 15 作为聚光部件时的扫描光学系统的放大图。 在该情况下， 由于会聚点的扫描轨迹在 XZ 面呈直线状， 因此能够进行斜面的倒角加工。 此外， 如果适当地设计透镜的曲面形状、 曲率半径、 折射率等光学参数， 能够制作 出可描绘预期的扫描轨迹的自由曲面透镜， 因此利用该自由曲面透镜， 也能够将倒角加工 面形成为抛物面、 椭圆面、 或任意的自由曲面。再有， 采用反射镜取代透镜也能够描绘与透 镜的扫描轨迹相同的轨迹。
图 6 是以多面镜 14a 取代电流镜 14 作为射束偏转部时的扫描光学系统的放大图。 图 7 是以凹面镜 15b 来取代透镜作为聚光部件时的扫描光学系统的放大图。在使用这些扫 描光学系统的情况下， 也能够进行与图 2 相同的倒角加工。
此外， 在沿边缘线 EL 进行倒角加工时， 在图 2 的倒角加工装置 LM 中， 虽是移动了 装载基板 G 的滑动工作台 2， 不过也可以移动扫描光学系统 ( 电流镜 14、 凸透镜 15) 侧。
以上， 虽然对玻璃基板的倒角加工作了说明， 不过对于其它脆性材料基板， 通过根 据各种脆性材料基板的基板材料的吸收特性选择可使用的激光光源， 也能够实现相同的倒 角加工。
产业上的可利用性
本发明可用于玻璃基板等脆性材料基板的倒角加工。