(57)【要約】  金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが基板に付着する問題がなく、摩擦による傷の発生も生じない固体接触による冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供する。  ビームスポットを脆性材料基板に形成するレーザ照射機構と、冷却領域を形成する基板冷却機構と、ビームスポット、および、前記冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、固相冷媒を基板に接触させる押圧機構とからなる。
2009145008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを照射することにより局所的な加熱を行うビームスポットを脆性材料基板に形成するレーザ照射機構と、
前記基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構と、
前記ビームスポット、および、前記冷却領域を、前記基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構とを備え、
ビームスポットが通過した直後を冷却領域が通過することにより前記加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、
前記基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒と、前記固相冷媒を前記基板に接触させる押圧機構とからなることを特徴とする脆性材料基板用のレーザ加工装置。
【請求項２】
前記固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられる請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記基板冷却機構は、さらに前記冷媒材料を供給する冷媒供給部と、供給された冷媒材料を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却して固相冷媒にする固体化部とを備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記冷媒供給部は前記冷媒材料を噴射するノズルを備え、前記固体化部は、前記基板に対向する端面が設けられるとともに前記ノズルから噴射された前記冷媒材料が前記端面に付着するように配置される芯材と、前記芯材の前記端面を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却する芯材冷却部とからなる請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記押圧機構は、前記固相冷媒の一端面を前記基板に対向させた状態で前記固相冷媒を着脱可能に支持する支持部材を備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記基板冷却機構は、固相冷媒に対し前記基板と接触する固相冷媒の接触面を整形する整形機構をさらに備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
レーザビームの照射により形成されるビームスポットを脆性材料基板に設定した加工予定ラインに沿って走査することにより前記基板を加熱し、次いでビームスポットの通過した直後を冷却することにより前記加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板のレーザ加工方法であって、
基板の冷却は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を前記基板に接触させることにより行うことを特徴とする脆性材料基板のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられる請求項７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記固相冷媒は、界面活性剤を添加剤として含有する請求項７または請求項８のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記固相冷媒は、洗浄剤を添加剤として含有する請求項７または請求項８のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射による脆性材料基板の加工方法および加工装置に関し、さらに詳細にはレーザ照射による加熱とその直後の冷却により脆性材料基板に熱応力を与えてクラックを生じさせるレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
ここで脆性材料基板とは、ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、サファイア基板、セラミック基板等をいう。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等の脆性材料基板にレーザビームを照射し、基板上に形成されるビームスポットを走査してライン状に加熱し、さらに加熱直後に冷媒を吹き付けて冷却するレーザスクライブ加工を用いると、カッターホイール等による機械的な加工に比べてカレットの発生を低減させることができ、また、端面強度を向上させることができる。
そのため、フラットパネルディスプレイをはじめ、ガラス基板等を分断加工することが必要な種々の製造工程等でレーザスクライブ加工が採用されている。【０００３】
一般に、レーザスクライブ加工では、これから加工しようとする仮想線（加工予定ラインという）を設定する。そして加工予定ラインの始端となる基板端に、カッターホイール等で初期亀裂（トリガ）を形成し、レーザビームの照射によるビームスポットを始端に形成した初期亀裂の位置からスクライブ予定ラインに沿って走査する。続いて、ビームスポットが通過した直後の加工予定ラインに、冷媒を吹き付けて冷却を行う。このとき、加工予定ライン近傍に発生した温度分布（深さ方向の温度分布又は前後方向の温度分布）に基づいて応力勾配が生じる結果、有限深さのクラック（スクライブラインという）又は、基板の裏面に達して基板を完全に分断するクラック（フルカットラインという）が形成される（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。【０００４】
レーザスクライブ加工により加工予定ラインに沿って精度よくクラックを形成させるためには、加工予定ライン上に大きな熱応力を発生させる必要があり、加工予定ラインに沿って急峻な温度勾配を形成する必要がある。また、有限深さのクラック（スクライブライン）をできるだけ深く形成できる加工条件にしたり、あるいは確実に完全分断するクラック（フルカットライン）を形成できる加工条件にしたりして、レーザスクライブ加工を行うのが好ましいが、そのためにも加熱後の冷却で、できるだけ大きな温度勾配を形成する必要がある。しかしながら、これまで一般的に行われてきた冷却方法である気体（液体を含有させてもよい）を非接触状態で吹き付ける方法では、冷却が十分でないこともあった。【０００５】
そこで大きな温度勾配を発生させる冷却方法として、ビームスポットが通過した後に、冷却部材を基板面に機械的に接触するようにして行う方法が開示されている。
例えば、冷媒が循環する冷却パイプを基板に接触するようにして冷却する方法が開示されている（特許文献４参照）。【０００６】
また、ローラ状の冷却部材（固体）や球状の冷却部材（固体）や棒状の冷却部材の先端を、低温にして基板表面に接触するようにして冷却する方法が開示されている（特許文献５）。
さらに、常温で水よりも蒸気圧の高い溶剤などからなる揮発性液体をスポンジ、フェルトなどの素材からなる冷却部材に浸透させ、この冷却部材（スポンジ等）を基板に接触させることにより、揮発性液体を塗布し、揮発性液体が蒸発するときの気化熱を利用して冷却することも開示されている（特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００１−１３０９２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２５６９４４号公報
【特許文献３】ＷＯ２００３／００８３５２号公報
【特許文献４】特開２００２−１００５９０号公報
【特許文献５】特開２００２−３６２９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように冷却パイプやローラ状の冷却部材を接触したり、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を接触したりして、固体物質を基板に機械的に接触することにより冷却を行えば、加工予定ラインに沿って効率的に冷却することができるようになり、加工予定ラインに沿って精度よく、かつ、確実にクラックを形成することができる。【０００８】
しかしながら、冷却パイプやローラ状の冷却部材には、接触面を低温に冷却できる熱伝導率の高い金属（銅、アルミニウム）が用いられる。このような冷却部材が基板に機械的に接触した状態で移動すると、摩擦によって金属粉が基板上に残り、基板が汚染されてしまう。特に、冷却部材の接触面に何らかの原因で小さな傷が生じると、傷の部分から金属粉が発生しやすくなる。また、傷の部分は摩擦係数が高いので、この部分に接することにより基板に傷が付きやすくなる。【０００９】
一方、揮発液体を浸透させたスポンジ、フェルト等の冷却部材を用いる場合は、金属粉や摩擦による傷の問題は生じないが、スポンジやフェルトの一部が剥がれて、基板に付着してしまうおそれがある。また、スポンジやフェルトに、汚れが付着すると、それ以降に接触する基板に汚れを付着させてしまうことになる。【００１０】
そこで、本発明は、レーザスクライブ加工における加熱後の冷却を固体の冷却部材を機械的に接触させる場合に、冷却部材自身から金属粉が発生する問題や冷却部材に付着した汚れが他の基板に付着する問題がなく、また、摩擦による傷の発生も生じない冷却方法を用いたレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工装置は、冷却部材として基板に機械的に接触させる固体材料が備えなければならない性質を工夫することによりなされたものである。
すなわち、本発明のレーザ加工装置は、脆性材料基板用のレーザ加工装置であって、レーザビームを照射することにより局所的な加熱を行うビームスポットを基板に形成するレーザ照射機構と、基板を局所的に冷却する冷却領域を形成する基板冷却機構とを備え、さらに、レーザ照射機構により照射されるビームスポット、および、基板冷却機構により形成される冷却領域を、基板に設定した加工予定ラインに沿ってビームスポット、冷却領域の順で相対的に移動する走査機構を備える。そして、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を冷媒として用いるようにし、この固相冷媒を基板に接触させる接触機構を備えるようにする。【００１２】
ここで、ビームスポットおよび冷却領域を相対的に移動する走査機構は、レーザスポットおよび冷却領域を一定の位置にして基板を移動するようにしてもよいし、基板の位置を一定にしてレーザ照射機構によるビームスポットおよび基板冷却機構による冷却領域を基板に対し移動するようにしてもよい。
また、「常温で気体または液体となる冷媒材料」の「常温」とは、レーザスクライブ加工が行われる周囲の空間の通常状態の温度（室温）いい、具体的には５℃以上４０℃以下の温度範囲をいう。【００１３】
本発明によれば、基板冷却機構は、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を、押圧機構によって基板に接触させる。固相冷媒は、一端面が基板に接触しながら、直前に加熱された加工予定ラインに沿って走査されるようになる。これにより、基板の加工予定ラインが、固相冷媒の接触面によって効率よく、かつ、精度よく冷却され、固相冷媒は接触面が気化、液化し、消耗されていくことになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。【００１５】
上記発明において、固相冷媒として、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
固相冷媒として氷を用い、これを加熱された基板に接触すると、一部が液化して水になる。また、固相冷媒として固体状態のアルコールを用いると、一部が液体アルコールまたは気体アルコールになる。また、固相冷媒としてドライアイスを用いると、一部が気化して二酸化炭素になる。これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはない。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。
さらに、氷、アルコール、ドライアイスを固相冷媒として基板と接触させるときに、これらを冷却すればするほど、固体温度を低温化することができる。したがって、固相冷媒の温度を冷却して低温にすることにより、さらに冷却効率を高めることができ、急峻な温度勾配を形成して精度のよい加工を行うことができる。【００１６】
上記発明において、基板冷却機構は、さらに前記冷媒材料を供給する冷媒供給部と、供給された冷媒材料を前記冷媒材料が固体化する温度以下に冷却して固相冷媒にする固体化部とを備えるようにしてもよい。
これによれば、固相冷媒の一部が気化または液化して消耗すると、冷媒供給部から冷媒材料を供給して固体化温度まで冷却して固相冷媒にすることで、消耗した固相冷媒を追加することができるようになり、連続して冷却を行うことができる。また、固相冷媒に傷が付いても修復することができる。【００１７】
ここで、冷媒供給部は前記冷媒材料を噴射するノズルを備え、固体化部は、基板に対向する端面が設けられるとともにノズルから噴射された冷媒材料が端面に付着するように配置される芯材と、芯材の端面を冷媒材料が固体化する温度以下に冷却する芯材冷却部とからなるようにしてもよい。
これによれば、芯材冷却部によって冷却された芯材（例えば先端面を丸めた銅製の棒体）の端面にノズルから冷媒材料を噴射することにより、芯材端面に付着した冷媒材料が固体化温度以下に冷却されて固体化し、芯材端面に付着するようになり、芯材端面を覆う固相冷媒を形成することができる。
そして芯材端面に付着した固相冷媒を、基板に機械的に接触させることにより、基板を効率よく冷却させることができる。このとき芯材自身は基板と直接接触することはないので、芯材の一部が剥離して金属粉等が残ることもない。【００１８】
また、上記発明において、押圧機構は、前記固相冷媒の一端面を前記基板に対向させた状態で前記固相冷媒を着脱可能に支持する支持部材を備えるようにしてもよい。
これによれば、支持部材によって着脱可能に取り付けられた固相冷媒は、押圧機構によって基板に押し付けられる。そして、基板との接触により固相冷媒が消耗されてくると、使用していた固相冷媒を取り外し、新しい固相冷媒に交換する。これにより、引き続いて固相冷媒による冷却することができる。【００１９】
また、上記発明において、基板冷却機構は、固相冷媒に対し前記基板と接触する固相冷媒の接触面を整形する整形機構をさらに備えてもよい。
ここで、整形機構が整形する形状は、特に限定されない。具体的には、先端を半球状に整形してもよいし、角状に整形してもよい。また、加工予定ライン方向に合わせやすくするために楕円状に整形してもよい。【００２０】
また、上記課題を解決するために、別の観点からなされた本発明のレーザ加工方法は、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを脆性材料基板に設定した加工予定ラインに沿って走査することにより基板を加熱し、次いでビームスポットの通過した直後を冷却することにより、加工予定ラインに沿って熱応力によるクラックを形成する脆性材料基板のレーザ加工方法であって、基板の冷却を、常温で気体又は液体となる冷媒材料を冷却して固体化した固相冷媒を基板に接触させることにより行うようにしている。【００２１】
本発明によれば、固相冷媒との接触面で効率的な冷却ができ、摩擦によって固相冷媒に傷が付くこともないので基板に傷が付きにくくなる。また、冷却の際に接触面が気化または液化して消耗することになるので、同じ固相冷媒で次々と基板を冷却しても、固相冷媒の接触面に付着した汚れが次の基板に付着されていくこともなくなる。【００２２】
また、上記方法において、固相冷媒に、氷、固体状態のアルコール、ドライアイスのいずれかが用いられるようにしてもよい。
これら材料は、いずれも金属粉やスポンジのような固形物質を含まないので、基板上に固形物として残って基板を傷つけたり汚したりすることはなく、加工することができる。また、常温で自然に蒸発する材料であるため、除去する必要がないか、また、蒸発していない液体状態で付着していても簡単に純水洗浄により除去することができる。【００２３】
ここで、固相冷媒は、界面活性剤または洗浄剤を添加剤として含有するようにしてもよい。
界面活性剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに界面活性剤が加工予定ラインに沿って形成されたクラックに塗布されるようになり、その結果、クラックの表面同士が固着することを防止できる。また、洗浄剤を含有させることにより、固相冷媒で冷却したときに洗浄剤が加工予定ラインに塗布されるようになり、その結果洗浄が簡単かつ効率的に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態である基板加工装置の全体構成図。
【図２】図１の基板加工装置の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図。
【図３】図１の基板加工装置の制御系を示すブロック図。
【図４】図１の基板加工装置による加工動作手順を示す図。
【図５】本発明の第二実施形態である基板加工装置の全体構成図。
【図６】図５における加熱ブロックの構成を示す図。
【図７】図５の基板加工装置における整形機構の動作手順を示す図。
【図８】本発明の第三実施形態である基板加工装置の全体構成図。
【図９】図８の基板加工装置の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図。
【符号の説明】
【００２５】
２  スライドテーブル
７  台座（走査機構）
１２  回転テーブル
１３  レーザ装置（レーザ照射機構）
１４  光学ホルダ（レーザ照射機構）
２０、２０ａ  基板冷却機構
２１  芯材（固体化部）
２１ａ  端面
２２  芯材冷却部
２４  昇降ロッド
２５  押圧機構
２６  昇降機構
２７  ノズル（冷媒供給部）
５０  整形機構
５１  加熱ブロック
５２  移動機構
６１  支持部材
Ａ  ガラス基板（脆性材料基板）
Ｃｒ  クラック
ＣＬ  固相冷媒
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の加工方法を実施することができる基板加工装置ＬＳ１の全体構成図である。また、図２は基板加工装置ＬＳ１の一部である基板冷却機構の構成を示す部分構成図である。
本実施形態ではガラス基板を加工する場合を例に説明するが、シリコン基板等の脆性材料基板であっても同様である。また、固相冷媒として氷を用いる場合について説明するが、他の固相冷媒（固体アルコールの場合は液体アルコールを使用、ドライアイスの場合は液化炭酸ガスを使用）でも同様である。【００２７】
まず、基板加工装置ＬＳ１の全体構成について説明する。水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３、４に沿って、図１の紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモーター（図示外）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。【００２８】
スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０ａに、モーター９によって回転するスクリューネジ１０が貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。【００２９】
台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２の上に、ガラス基板Ａが水平な状態で取り付けられる。このガラス基板Ａは、例えば、小さな単位基板を切り出すためのマザー基板である。回転機構１１は、回転テーブル１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の角度になるように回転できるように形成されている。また、ガラス基板Ａは、吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。【００３０】
回転テーブル１２の上方には、レーザ照射機構を構成するレーザ装置１３と光学ホルダ１４とが取付フレーム１５に保持されている。
レーザ装置１３は、脆性材料基板の加工用として一般的なものを使用すればよく、具体的にはエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ又は一酸化炭素レーザなどが使用される。ガラス基板Ａの加工には、ガラス材料のエネルギー吸収効率が大きい波長の光を発振する炭酸ガスレーザを使用することが好ましい。【００３１】
レーザ装置１３から出射されたレーザビームは、ビーム形状を調整するレンズ光学系が組み込まれた光学ホルダ１４によって、長軸を有する形状（楕円形状、長円形状など）のビームスポットがガラス基板Ａ上に形成される。ここではビームスポットの形状を楕円にすることにより、スクライブ予定ラインに沿って効率よく加熱できるようにしている。【００３２】
取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、基板冷却機構２０が設けられている。図２に示すように、基板冷却機構２０は、主として、棒状体からなる芯材２１と、常温で液体となる水（水蒸気）を噴射するノズル２７との２つの構造体からなる。芯材２１は良熱伝導性の金属（例えば銅、アルミ）で形成される。芯材２１の下方側の端面２１ａは、凹凸のない鏡面にしてある。この端面２１ａは、ノズル２７から噴射される冷却媒体が付着するようにしてある。端面２１ａは半球状にしてあるが、他の形状でもよく、走査するビームスポットの形状や幅に合わせて適当な形状にすればよい。芯材２１の上側にはフィン２１ｂが設けてあり、フィン２１ｂを介して芯材２１を効率よく冷却できるようにしてある。【００３３】
芯材２１のフィン２１ｂの周囲には、箱状の芯材冷却部２２が設けてあり、この中を、冷却媒体が循環流路２２ａ、２２ｂを介して流入、排出されるようにしてある。使用される冷却媒体は、端面２１ａの温度を所望の温度に冷却できる低温流体が用いられる。例えばノズル２７から冷媒材料として水を噴射させる場合は、端面２１ａが氷点（０°Ｃ）以下になればよいので、それよりも低温のガス（冷凍回路で低温化したフレオンガス）や液体（液化炭酸ガス、液体窒素）を用いて芯材２１を冷却する。なお、芯材冷却部２２にペルチェ素子を用いて芯材２１を冷却するようにしてもよい。【００３４】
芯材冷却部２２の上面には、断熱材２３（例えばセラミック板）が取り付けられ、断熱材２３の上面には昇降用ロッド２４が固定されている。断熱材２３は、芯材冷却部２２の冷熱が昇降ロッド２４に伝達されるのを防止するために取り付けられている。
昇降ロッド２４は、芯材２１を基板Ａに接触させるための押圧機構２５に接続される。押圧機構２５は、コイルばねと電磁弁（不図示）とからなる昇降機構２６により、昇降ロッド２４を上下に移動することで芯材２１を昇降する。そして芯材２１が下降して基板Ａに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で端面２１ａが基板Ａを押圧するように調整してある。【００３５】
ノズル２７は、噴射方向が芯材２１に向けてあり、開閉弁２８を介して供給される水（水蒸気）がノズル２７から噴射されて端面２１ａに付着するようにしてある。芯材２１の回りに付着した水は、芯材２１が０°Ｃ以下に冷却されているため、氷となり、端面２１ａを覆うようになる。したがって、この状態の芯材２１を下降させて基板Ａに接触させると、端面２１ａに付着した氷の部分が基板Ａに接するようになり、これにより基板Ａが冷却される。【００３６】
また、取付フレーム１５には、光学ホルダ１４に近接して、基板冷却機構２０とは反対側にカッターホイール１８が昇降機構１７を介して取り付けられている。
このカッターホイール１８は、ガラス基板Ａに初期亀裂を形成するときに、上方から一時的に下降するようにして用いられる。【００３７】
さらに、基板加工装置ＬＳ１には、ガラス基板Ａに刻印されている位置決め用のアライメントマークを検出することができるカメラ１９が搭載してある。カメラ１９により検出されたアライメントマークの位置から、基板Ａ上に設定するスクライブ予定ラインの位置と回転テーブル１２との位置関係を求め、カッターホイール１８を下降させる位置やビームスポットを照射させる位置がスクライブ予定ライン上にくるように、正確に位置決めできるようにしてある。【００３８】
次に、基板加工装置ＬＳ１の制御系について説明する。図３は基板加工装置ＬＳ１の制御系を示すブロック図である。基板加工装置ＬＳ１は、レーザ／光学系駆動部３１、基板冷却機構駆動部３２、走査機構駆動部３３、トリガ機構駆動部３４、カメラ駆動部３５との各駆動系が、コンピュータ（ＣＰＵ）で構成される制御部４０によってコントロールされる。
制御部４０には、操作ボタン、キーボード、マウス等の入力装置からなる入力部４１、および各種の表示を行う表示画面からなる表示部４２が接続され、必要なメッセージが表示画面に表示されるとともに、必要な操作、指示、設定が入力できるようにしてある。【００３９】
次に制御部４０がコントロールする各駆動部が行う動作について説明する。
レーザ／光学系駆動部３１は、レーザ装置１３を作動、停止してレーザビームの照射動作や停止動作を行う。レーザビームが照射されると、光学ホルダ１４内のレンズ光学系を介して楕円状のビームスポットが基板Ａ上に形成される。【００４０】
基板冷却機構駆動部３２は、まず、開閉弁２８の制御によりノズル２７から冷媒を噴射する動作を行い、また、押圧機構２５の制御により芯材２１を下降させて芯材２１の端面２１ａに付着した氷層を基板Ａに接触させる動作を行う。【００４１】
走査機構駆動部３３は、スライドテーブル２および台座７および回転機構１１を駆動して、基板Ａを移動する動作を行う。【００４２】
トリガ機構駆動部３４は、カッターホイール１８の昇降機構１７を駆動して、基板Ａに初期亀裂を形成する動作を行う。
カメラ駆動部３５は、カメラ２０を駆動して、基板Ａの位置を表示部４２に表示する動作を行う。【００４３】
次に、上記基板加工装置ＬＳ１による加工動作について説明する。図４は基板加工装置ＬＳ１によるレーザスクライブ加工の加工動作手順を示す図である。【００４４】
まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板Ａが回転テーブル１２の上に載置され、吸引チャックによって固定される。カメラ２０（図１）によってガラス基板Ａに刻印されてあるアライメントマーク（不図示）が検出され、その検出結果に基づいて、加工予定ラインと、回転テーブル１２、スライドテーブル２、台座７との位置が関係付けられる。そして回転テーブル１２およびスライドテーブル２を作動し、カッターホイール１８の刃先方向が加工予定ラインの方向に並ぶように位置が調整される。さらに昇降機構１７を作動してカッターホイール１８を下降させた状態で、台座７を作動し、回転テーブル１２上の基板Ａの端部にカッターホイール１８を当接させて、初期亀裂を形成するようにする。初期亀裂を形成した後は、昇降機構１７を作動してカッターホイール１８が基板Ａに当たらないように上方に回避させておく。
以上の動作を行う間に、同時並行して、ノズル２７から水（水蒸気）を噴射して低温の芯材２１の端面２１ａに付着させることにより、端面２１ａを覆う氷の層を形成しておく。【００４５】
続いて、図４（ｂ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）を一旦元の位置に移動してからレーザ光源１３を作動してレーザビームを照射させる。そしてノズル２７からの水（水蒸気）の噴射を停止する。この状態で、台座７を駆動して回転テーブル１２の移動を開始する。【００４６】
続いて、図４（ｃ）に示すように、回転テーブル１２（台座７）の移動により基板Ａがレーザビームの真下を通過するようにする。このとき基板Ａ上にビームスポットが形成され、加熱される。さらに、加熱直後の位置に芯材２１の端面２１ａに付着している氷が接触することにより、効率よく冷却される。このとき氷の一部が融解するが、水になるだけであり、基板に傷がつく原因となる金属粉等は発生しない。それゆえ、基板Ａに傷が形成されることもない。そして、固相冷媒の接触によって大きな温度差が形成されることにより、加工予定ライン（すなわちビームスポットおよび氷が移動したライン）に沿ってクラックが形成される。【００４７】
そして、図４（ｄ）に示すように、基板Ａの加工予定ライン上をビームスポットおよび氷が移動した結果、基板Ａの加工予定ライン上に、クラックＣｒが形成される。なお、クラックＣｒは加熱条件、冷却条件、基板の板厚によって、有限深さのクラックからなるスクライブラインにもなり、基板を完全分断するクラックからなるフルカットラインにもなる。【００４８】
（実施形態２）
図５は、本発明の第二実施形態である基板加工装置ＬＳ２の全体構成図である。図において基板加工装置ＬＳ１（図１）と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。基板加工装置ＬＳ２では、芯材２１の端面２１ａに形成される氷の大きさや形状を調整するための整形機構５０を備えている点が第一実施形態と異なり、それ以外の構成は、第一実施形態と同様である。制御系については、基板冷却機構駆動部３２が整形機構５０の昇降移動、回転移動についても駆動するようになった点が異なる。それ以外の制御は基板加工装置ＬＳ１と同様である。【００４９】
整形機構５０は、加熱ブロック５１と、加熱ブロック５１が回転テーブル１２と衝突することを回避するため加熱ブロック５１を上下移動および回転移動させる移動機構５６とからなる。
図６に示すように、加熱ブロック５１には、芯材２１の先端部分を挿入して整形するための型穴５２、排出孔５３が形成され、埋め込みヒータ５４が取り付けられている。この埋め込みヒータ５４に通電することにより、加熱ブロック５１は加熱されるようになる。【００５０】
図７は基板加工装置ＬＳ２による整形動作例を示す図である。
まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板Ａが載置された回転テーブル１２が基板冷却機構２０から離れた加工開始位置にある状態のときに、移動機構５６を作動して加熱ブロック５１を芯材２１の真下にくるようにする。【００５１】
続いて、図７（ｂ）に示すように、加熱ブロック５１を上昇し、型穴５２に芯材２１が挿入されるようにする。このとき芯材２１の周囲に付着している氷の層は一部が溶けて排出孔５３から排出される。その結果、芯材表面に付着する氷の層は型穴５２の底面形状である半球状に整形される。なお、型穴５２の底面形状は半球以外であってもよい。例えば、接触面の面積をできるだけ小さくしたい場合には角状に尖らせてもよい（この場合でも氷であるため基板Ａ上を滑らかに移動するため基板Ａを傷つけることはない）。一方、接触面の面積を広げたい場合は平坦な底面にしてもよい。【００５２】
整形を終えると、図７（ｃ）に示すように、加熱ブロック５１は下降し、芯材２１から離れる。その後、加熱ブロック５１は回転テーブル１２と衝突しない回避位置（図７（ａ）の位置）に戻される。
以上の整形動作をレーザスクライブ加工時に組み込む（図４（ａ）の後に組み込む）ことにより、常に一定形状の氷の層が形成された端面２１ａが基板Ａに接するようになるので、さらに加工精度を向上させることができる。【００５３】
（実施形態３）
図８は、本発明の第三実施形態である基板加工装置ＬＳ３の全体構成図である。また、図９は基板加工装置ＬＳ３における基板冷却機構２０ａを示す部分構成図である。図８、図９において、基板加工装置ＬＳ１（図１）と同じ構成部分については同符号を付すことにより説明を省略する。【００５４】
実施形態１の基板加工装置ＬＳ１および実施形態２の基板加工装置ＬＳ２では、基板冷却機構２０においてノズル２７から噴射した冷却媒体を冷却することにより固体化して固相冷媒を形成するようにしていた。これに対し、基板加工装置ＬＳ３では、交換用の固相冷媒を別途に準備しておき、使用中の固相冷媒が消耗した時点で新しい固相冷媒に交換する。具体的には、別置の冷凍装置で円柱状の氷を形成して準備しておき、必要時に交換するようにしている。【００５５】
そのため、基板加工装置ＬＳ３では、固相冷媒ＣＬを着脱することができる支持部材６１を備えた基板冷却機構２０ａを備えている。
支持部材６１について説明する。支持部材６１は、円筒状のハウジング６２と、予め円柱状に整形された氷（固相冷媒ＣＬ）の下端を基板Ａに対向させた状態で、氷（固相冷媒ＣＬ）の上端を、図示しないクリップで固定する把持部６３と、把持部６３をハウジング６２内で昇降する把持部用の昇降機構６４と、氷（固相冷媒ＣＬ）を鉛直下方に向けるためのガイド６５とからなる。氷（固相冷媒ＣＬ）は、ハウジングの下方からガイド６５に沿って挿入することにより把持部６３のクリップで固定される。そして把持部用の昇降機構６４は氷の消耗量に応じて少しずつ下降し、常に氷（固相冷媒ＣＬ）の下側端面がハウジング６２の外側に露出するようにしてある。昇降機構６４の昇降動作は、基板Ａの冷却回数をカウントしてこれに連動して行うようにしてもよい。【００５６】
ハウジング６２の上面は、昇降用ロッド２４が固定されている。昇降ロッド２４は、支持部材６１を基板Ａに接触させるための押圧機構２５に接続される。押圧機構２５は、コイルばねと電磁弁（不図示）とからなる昇降機構２６により、昇降ロッド２４を上下に移動することで支持部材６１を昇降する。そして支持部材６１が下降し氷（固相冷媒ＣＬ）が基板Ａに接触しているときに、コイルばねによる適度の力で固相冷媒ＣＬが基板Ａを押圧するように調整してある。
基板加工装置ＬＳ３の制御系については、基板冷却機構駆動部３２が把持部用の昇降機構６４の昇降動作を駆動する。それ以外の制御は基板加工装置ＬＳ１と同様である。なお、氷（固相冷媒ＣＬ）の交換をロボットハンドによって自動化することもできるが、その場合はロボットハンドによる交換動作も基板冷却機構駆動部３２が制御する。【００５７】
基板加工装置ＬＳ３による加工動作について説明する。最初の氷（固相冷媒ＣＬ）を支持部材６１に取り付け、実施形態１と同様に、ビームスポットの走査および氷（固相冷媒ＣＬ）の走査を実行することにより、加工予定ラインに沿って急峻な温度差によるクラックを基板に形成する。最初の氷（固相冷媒ＣＬ）が消耗するにつれて、把持部昇降機構６４を作動して氷（固相冷媒ＣＬ）を下降させる。やがて、最初の氷（固相冷媒ＣＬ）がほとんどなくなると、残りを抜き出して、新しい氷（固相冷媒ＣＬ）に交換する。このようにしてレーザスクライブ加工を続けて行うようにする。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に対し、精度よく加工予定ラインに沿ってクラックを形成することができるレーザ加工装置に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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