利用激光束切割非金属基片的方法及装置制造方法及图纸

公开了一种用于通过激光切割非金属基片的方法和装置。在该方法和装置中，用于断开非金属基片的分子键的第一激光束在形成于非金属基片上的切割路径上扫描以形成具有理想深度的裂纹的划线。然后，第二激光束沿着第一激光束的扫描路径扫描，以在基片的深度方向扩展裂纹，并完全分开非金属基片。由于切割速度可以由第一激光束的速度控制，与利用由加热操作和冷却操作造成的温度差的传统切割方法相比，切割速度可以提高，并且切割速度可以容易地加以控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于切割非金属基片的方法和装置，由诸如玻璃和硅的非金属材料形成的非金属基片通过该方法及装置被分隔成多个小片，并且本专利技术具体涉及一种用于切割非金属基片的方法和装置，其中由玻璃和硅形成的非金属基片仅仅利用划线(scribing)激光束和切断激光束来完全切割，而不需冷却装置。
技术介绍
近年来，制造高度集成和高性能半导体产品的半导体工业基于半导体薄膜加工技术的发展而稳步发展。通过半导体薄膜加工技术，半导体产品具有集成在由非金属材料之一的单晶硅制成的所谓“晶片”的高纯度基片上的几百万到几千万个半导体元件。半导体产品用作以数字形式存储数据或快速操纵被存储的数据。此外，作为半导体工业的应用之一，用于显示由数据处理单元处理成数字形式的模拟视频信号的液晶显示器(LCD)已得到快速发展。在LCD中，液晶注入于两个透明基片之间。电压施加到一定分子排列的液晶上以改变其分子排列成其他的分子排列。液晶元件的诸如双反射率、旋光能力、分光特性以及光散的光学特性被分子排列所改变。半导体产品和LCD具有的共同特征为它们形成在非金属基片上，即，高纯度硅基片和玻璃基片上。不利的是，非金属基片对于冲击很脆弱并容易破碎。然而，多个半导体芯片或LCD单元元件形成在一片晶片上或大尺寸的玻璃基片上，并然后分隔成单独的元件。在半导体产品情况下，在一片晶片上形成几个到数百个半导体芯片并通过切割工序切割成单独的芯片后，进行半导体芯片的封装过程以生产半导体产品。在LCD情况下，在称为母板的大尺寸玻璃基片上形成至少两个或多个LCD单元元件后，LCD单元元件通过分隔工序从母板分隔，并然后进行组装过程。此时，由于分隔工序属于产品加工的最后的步骤，在分隔工序中的缺陷会对产品的生产率和产量造成不利影响。尤其是，在用于LCD的母板的情况下，由于因为其玻璃特性的原因不具有晶体结构，母板的脆度低于硅晶片。在分隔工序中会在母板的边缘部分形成细小的裂纹。在母板的下一工序中沿着裂纹使应力放大。因此，很容易产生母板的一部分被不期望地切掉的问题。现有技术中，金刚石刀片中，具有适宜直径的圆形板在其四周表面上密布有精细的金刚石并以高速旋转，金刚石刀片与一“切割路径”接触以便在基片表面上沿着切割路径形成适宜深度的划线，然后，对基片施加物理冲击以便使裂纹沿着划线延伸到基片的下表面，从而将半导体芯片或LCD单元元件从晶片或玻璃母板上分离。当晶片或玻璃母板的分隔工序利用金刚石刀片进行时，切割余量、即用于切割过程的理想的表面积是必须的。因此，如果切割过程未能精确进行，每单位晶片上获得的半导体芯片的数量就会降低。尤其是，在LCD情况下，由于金刚石刀片造成的切割面粗略地形成，在切割面上形成有多处应力集中的部分。仅由外界施加的轻微冲击就会容易地使切割面的应力集中部分破裂，从而在切割面垂直生长裂缝或碎渣。此外，在利用金刚石刀片的情况下，由于产生很多玻璃颗粒，不利的是需要附加的清洗和干燥工序以去除这些玻璃颗粒。最近，为了解决上述问题，提出了利用激光束的一些方法。例如，名称为“用激光切割玻璃的方法及用该方法制成的物品”的美国专利4,467,168、名称为“激光束玻璃切割”的美国专利4,682,003以及名称为“切断玻璃片的方法”的美国专利5,622,540都公开了上述方法。由于利用激光束的切割方法为非接触类型，与用金刚石刀片摩擦的接触类型的方法相比，不会产生垂直于切割面形成的垂直裂缝。图1是用于利用激光束切割玻璃基片的传统装置。如图1所示，划线激光束13，例如是具有相对玻璃95％或更高的吸收率的CO2激光束，其沿着形成在玻璃母板10上的切割路径12扫描以快速加热母板10的切割路径12。然后，比母板10被加热的温度显著低的冷却流体束14施加到被快速加热的路径12上，于是，在玻璃母板10快速冷却的同时，在母板10的表面上产生理想深度的裂纹，以形成划线15。此时，冷却流体束14可以定位成与划线激光束13分隔理想的距离或与划线激光束13相邻。或者冷却流体束14可以定位在划线激光束13的内部。随后，诸如CO2激光束的切断激光束沿着划线15线性扫描，以快速加热划线。从而，在划线15产生强烈的张力，从而母板沿着划线15被完全切开。此时，切断激光束相对划线15对称施加，以快速加热划线15的两侧。如上所述，传统的激光切割装置主要包括激光束产生部分和冷却部分，以便利用激光束加热诸如具有低热传导率的玻璃的非金属基片，并然后快速冷却非金属基片的被加热的部分。因此，热应力向热传导方向(heat movingdirection)扩散，从而切开基片。然而，在传统的切割装置中，由于在被划线激光扫描后基片必须利用气态或液态冷却物质加以快速冷却，以便产生温度突然变化，限制了基片切割速度的提高。为了切开诸如硼硅酸盐玻璃(BSG)的玻璃，该种玻璃具有0.26kcal/mh℃的热传导率(金属的热传导率为57 kcal/mh℃)激光束必须被汇聚(condense)。然而，由于施加到每个单位表面积上的激光束能量与切割速度成反比，切割速度的增加导致施加到每单位表面积上的激光束能量下降，即使激光束很集中。因此，基片不能完全切割。于是，利用激光束的切割方法与通过增加机械速度来控制切割速度的传统机械切割方法相比，切割速度较低。此外，由于热应力扩散的方法必须在切割过程的最初阶段产生微小的裂纹，初始裂纹除了诸如CO2激光束的划线激光束外还通过物理外力或基于冲击能量的激光束如YAG，产生在初始切割点处。因此，由于切割装置设置有总共三个激光产生部分，诸如用于产生初始裂纹的激光的部分、用于产生划线激光的部分和用于产生切断激光的部分，制作成本增加了。此外，如果激光头通过切割设备的反复操纵而移动，初始裂纹就会与划线不一致。因此，切割过程具有在基片初始部分切割线形成不规则的问题。另外，在利用激光束的传统切割方法中，由于诸如水、干冰、氦气等的致冷物质是必须的，可能会产生冷却副产品造成的污染问题，即，在其切割片被用于LCD的玻璃母板的情况下，在切割操作后，剩余的冷却物质被导入液晶注入口，从而，在液晶注入工序中产生缺陷。因此，必须有进一步工序以在切割操作完成后完全去除冷却物质。如果气体被用作冷却物质，由于气体比液体物质密度低，为了增加冷却效率，气体必须具有比液体冷却物质低的温度。然而，如果气体的温度低于环境温度，在切割过程中环境温度会快速下降，由此，环境中的潮湿成份会被冷凝，从而在切割操作完成后在环境中产生潮湿成份，因此在切割过程中产生缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种切割由玻璃或硅制成的非金属基片的方法，其中非金属基片仅通过使用划线激光束和切断激光束而完全切开，而不需冷却装置。本专利技术的另一目的是提供一种用于切割非金属基片的装置，其适于执行所述切割方法。为了获得上述本专利技术的目的，提供了一种切割非金属基片的方法，其包括以下步骤在形成在非金属基片上的切割路径上扫描用于断开非金属基片材料的分子间的键的第一激光束以形成具有理想深度的裂纹的划线，并沿着第一激光束的扫描路径扫描第二激光束，以在基片的深度方向扩展裂纹，并完全分离非金属基片。为了获得上述本专利技术的另一目的，提供了一种用于切割非金属基片的装置，其包括产生用于断开非金属基片材料的分子间的键的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切割非金属基片的方法，包括以下步骤： 在形成在非金属基片上的切割路径上扫描用于断开非金属基片材料的分子键的第一激光束，以形成具有理想深度的裂纹的划线；以及 沿第一激光束的扫描路径扫描第二激光束，以在基片的深度方向扩展裂纹，并完全分开非金属基片。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋大镐，全栢均，南亨佑，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]