[发明专利]用激光束切割非金属衬底的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用以将非金属材料制成的平面型非金属衬底精确地切割为若干片的方法和装置，非金属衬底比如是玻璃或硅。更具体地说，本发明涉及一种用来切割非金属衬底的方法和装置，其中，在一个切割路线内产生一个切割激光束，切割激光束沿着激光束划线切割由如玻璃或硅的非金属材料制成的非金属衬底，以便沿着预定的切割路线精确地切割非金属衬底。

最近，随着半导体薄膜制造技术的发展，用来制造高集成和高性能半导体产品的半导体工业不断前进。在半导体产品中，好几万个半导体器件通过薄膜制造程序被集成在一个高纯度的衬底上。与晶片有关的衬底由单晶体硅制成，单晶体硅是一种非金属材料。半导体产品储存数字信号形式的数据，并且在瞬间用算术处理储存的数据。

另外，作为半导体工业的一个应用，液晶显示(LCD)技术迅速发展起来，该技术是通过在一个数据处理单元将被处理的模拟信号转换为一个数字信号来显示一个图像。在液晶显示装置中，液晶分子充满两个透明衬底之间。液晶显示装置通过将一电场加在液晶分子上将液晶分子的排列变为某一特定的排列。通过改变液晶分子的排列，液晶元件的光学特性比如双折射、拱极化(circumpolarization)、二色性和光散射等特性被改变，从而以不同方式显示图像。

半导体装置和液晶显示装置通常形成在非金属衬底上，比如高纯度的硅衬底或玻璃衬底上。虽然非金属衬底防止外部撞击的能力较差，但是非金属衬底有以下优点：形成于晶片或玻璃衬底上的若干半导体小片或若干晶体单元可以容易地切成单个半导体小片或晶体单元。

在半导体器件的情形下，好几百个半导体小片同时在一个晶片上形成。然后，由切割程序单独切割半导体小片。之后，根据半导体小片完成包装过程从而形成半导体产品。

在液晶显示装置的情形下，在用做母板的玻璃衬底上同时形成至少两个LCD晶体单元。然后，由切割程序从母板上切割LCD晶体单元后，再执行一个装配过程。

这时，由于切割程序几乎是制造工序中的最终步骤，因此，如果失误即切割错误发生在切割程序中，产品的成品率就会下降。具体地说，用在液晶显示装置中的母板由玻璃制成，所以母板没有晶体结构。因而，母板比硅晶片脆。为了这个原因，如果切割过程中在母板的边缘部位形成一个细小裂纹，应力就会沿细小裂纹增大，从而当进行后面的切割过程时就会切割母板的不希望的部分。

通常，金刚石刀片与切割路线接触以便沿切割路线在衬底上形成预定深度的划痕线，在金刚石刀片中，将精细的金刚石固定在盘的周边部分上并且使金刚石刀片高速旋转。然后，从外部冲击衬底，以便沿划痕线出现一个裂纹。从而从晶片或玻璃母板上切割出半导体小片或LCD晶体单元。

当用金刚石刀片执行切割程序时，在晶片或玻璃母板上要留出预定的切割边缘，所以如果不是精确执行切割程序，则从晶片上得到的半导体小片的数量受到限制。

在液晶显示装置的情形下，对由金刚石刀片切割的切割平面进行粗加工，以便应力集中在切割平面上。因此，当从外部冲击切割平面时，就会在切割平面内形成裂纹和碎片部分。

另外，金刚石刀片产生许多玻璃颗粒，所以需要单独的清洁和干燥程序以清除这些玻璃颗粒。

为了解决上述问题，已经开发了各种采用激光束的切割方法和装置。例如，美国专利号4467168公开了一种用激光的切割方法和一种用激光制造物品的方法。另外，美国专利号4682003公开了一种用激光束切割玻璃的方法，美国专利号5622540公开了一种切割玻璃衬底的方法。

图1示出一种传统的用激光束切割玻璃衬底的装置。

参考图1，激光束1沿玻璃母板2的切割路线3发射，以便迅速加热切割路线3。然后，温度大大低于被加热玻璃母板2的温度的冷流体束4沿切割路线3发射，以便利用玻璃母板2的迅速膨胀和收缩而引起的张力沿切割路线3切割玻璃母板2。

图1所示的切割装置可以立即切割较薄的玻璃母板。近来，要求液晶显示装置有大的尺寸，这样也就增加了玻璃母板的表面积和厚度。具体地说，现有玻璃母板的厚度超过0.5mm。因此，为了立即切割厚度超过0.5mm的玻璃母板，就要求激光束1有非常高的能量值。

当发射在玻璃母板2上的激光束1的能量值增加时，玻璃母板2的切割路线3与切割路线3周围部分之间的温差大大增加。因此，在冷流体束4冷却切割路线2之前，在玻璃母板2的局部产生裂纹，在该局部母板中的温差大大增加，这样可以切割到玻璃母板2的不希望的部分。

为了解决上述问题，已经开发出一种不用高能量激光束切割玻璃衬底的装置。该切割装置如图2所示。