(57)【要約】      （修正有）【課題】脆性材料の高品位な割断加工を可能とする方法を提供する。【解決手段】割断加工システム１は、被加工基板３０にレーザビームＬＢを照射して局部的に加熱するレーザ発振器１１と、局部加熱領域を冷却する冷却ユニット１２と、該１１及び該１２に対して被加工基板３０を相対的に移動させる加工ステージ２０とを備える。冷却ユニット１２は、本体１３から供給された冷却剤Ｃを局部加熱領域へ向けて噴射する冷却ノズル１４と、冷却剤Ｃの流れを規制するガイド部材１６とを有する。ガイド部材１６は、冷却ユニット本体１３にフランジ１５を介して固定されており、被加工基板３０に対して滑動可能に接触した状態で冷却ノズル１４とともに被加工基板３０に対して相対的に移動する。ガイド部材１６は、その被加工基板３０に沿った断面がＶ字状でかつ割断予定線３１に関して対称的な形状をなす壁部を有する。【選択図】  図１
2005247600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システムにおいて、
被加工基板を局部的に加熱する加熱装置と、
前記加熱装置により前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却する冷却装置と、
前記加熱装置及び前記冷却装置に対して前記被加工基板を相対的に移動させ、前記被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われる領域を割断予定線に沿って移動させる移動装置とを備え、
前記冷却装置は、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて流動性のある冷却剤を噴射する冷却ノズルと、前記冷却ノズルにより噴射された冷却剤が前記被加工基板上で前記割断予定線に関して対称的に流れるよう前記被加工基板上での前記冷却剤の流れを規制するガイド部材とを有することを特徴とする割断加工システム。
【請求項２】
前記ガイド部材は、前記被加工基板に対して滑動可能に接触した状態で前記冷却ノズルとともに前記被加工基板に対して相対的に移動する壁部を有し、この壁部は前記割断予定線に関して対称的な形状をなすことを特徴とする、請求項１に記載の割断加工システム。
【請求項３】
前記ガイド部材の前記壁部は前記被加工基板に沿った断面がＶ字状であることを特徴とする、請求項２に記載の割断加工システム。
【請求項４】
前記ガイド部材の前記壁部は前記被加工基板に沿った断面がＵ字状であることを特徴とする、請求項２に記載の割断加工システム。
【請求項５】
前記冷却装置の前記ガイド部材に回動可能に取り付けられたローラ部材であって、前記被加工基板の表面のうち前記割断予定線の近傍を押圧するローラ部材と、
前記被加工基板のうち前記ローラ部材により押圧される側と反対側の表面に位置する前記割断予定線に対応する部分を支持する切り離し支えであって、前記ローラ部材との協働により前記被加工基板の割断線に対応する部分に対して機械的な応力を加える切り離し支えとをさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の割断加工システム。
【請求項６】
脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工方法において、
割断加工の対象となる被加工基板を準備する工程と、
前記被加工基板を局部的に加熱及び冷却しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われる領域を割断予定線に沿って移動させる工程とを含み、
前記被加工基板を局部的に冷却する際に、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて流動性のある冷却剤を噴射するとともに、前記冷却剤が前記被加工基板上で前記割断予定線に関して対称的に流れるよう前記被加工基板上での前記冷却剤の流れを規制することを特徴とする割断加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料（硬く脆い材料）からなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力（引張応力）によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルなどに用いられるガラス基板などを割断する方法として、ガラス基板などからなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力（引張応力）によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う方法が提案されている。
【０００３】
このような従来の方法では例えば、被加工基板に対してレーザビームを照射することにより被加工基板を局部的に加熱し、この局部的に加熱が行われた領域に生じる熱応力（引張応力）によって被加工基板に亀裂を生じさせる。また、このようにして被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を割断予定線に沿って移動させることにより、被加工基板に生じた亀裂を割断予定線に沿って進展させる。この場合、被加工基板のうち局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却すると、当該領域に生じる熱応力（引張応力）をより増大させることが可能となり、亀裂の進展を促進することができる。なお、このようにして被加工基板を冷却する方法としては例えば、被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて冷却ガスを噴射する方法が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の方法では、被加工基板を冷却する方法として、被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて冷却ガスを噴射する方法を用いているので、被加工基板上で冷却ガスが接触する冷却領域のパターンを制御することが困難であり、冷却領域の最先端部の形状が割断予定線に関して非対照的なものとなりやすいという問題がある。
【０００５】
ここで、被加工基板を局部的に加熱及び冷却することにより形成される亀裂は一般的には、被加工基板上で冷却ガスが接触する冷却領域の最先端部で生じることとなるが、この冷却領域のパターンが割断予定線に関して非対称的なものとなると、冷却領域で生じる熱応力（引張応力）も非対称的なものとなる。図４は従来の方法による非加工基板の加熱時及び冷却時の熱応力（引張応力）の様子を示すものであり、符号３３はレーザビームの照射スポット、符号３４は冷却ガスの噴射スポット、符号３６はレーザービームの照射により生じる熱応力（引張応力）の分布、符号３７は冷却剤の噴射により生じる熱応力（引張応力）の分布を示す。図４に示すように、被加工基板３０上で冷却ガスが接触する冷却領域（噴射スポット３４を中心とした領域）で生じる熱応力（引張応力）は割断予定線３１に関して非対称的なものとなり（図４の符号３７参照）、その結果、冷却領域の最先端部で生じる亀裂の直進性が悪化し、必然的に割断加工の品位が低下してしまう。
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、脆性材料の高品位な割断加工を実現することができる、脆性材料の割断加工システム及びその方法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】
【０００７】
本発明は、第１の解決手段として、脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システムにおいて、被加工基板を局部的に加熱する加熱装置と、前記加熱装置により前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却する冷却装置と、前記加熱装置及び前記冷却装置に対して前記被加工基板を相対的に移動させ、前記被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われる領域を割断予定線に沿って移動させる移動装置とを備え、前記冷却装置は、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて流動性のある冷却剤を噴射する冷却ノズルと、前記冷却ノズルにより噴射された冷却剤が前記被加工基板上で前記割断予定線に関して対称的に流れるよう前記被加工基板上での前記冷却剤の流れを規制するガイド部材とを有することを特徴とする割断加工システムを提供する。
【０００８】
なお、上述した本発明の第１の解決手段において、前記ガイド部材は、前記被加工基板に対して滑動可能に接触した状態で前記冷却ノズルとともに前記被加工基板に対して相対的に移動する壁部を有し、この壁部は前記割断予定線に関して対称的な形状をなすことが好ましい。具体的には、前記ガイド部材の前記壁部は前記被加工基板に沿った断面がＶ字状またはＵ字状であることが好ましい。
【０００９】
また、上述した本発明の第１の解決手段においては、前記冷却装置の前記ガイド部材に回動可能に取り付けられたローラ部材であって、前記被加工基板の表面のうち前記割断予定線の近傍を押圧するローラ部材と、前記被加工基板のうち前記ローラ部材により押圧される側と反対側の表面に位置する前記割断予定線に対応する部分を支持する切り離し支えであって、前記ローラ部材との協働により前記被加工基板の割断線に対応する部分に対して機械的な応力を加える切り離し支えとをさらに備えることが好ましい。
【００１０】
本発明は、第２の解決手段として、脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工方法において、割断加工の対象となる被加工基板を準備する工程と、前記被加工基板を局部的に加熱及び冷却しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われる領域を割断予定線に沿って移動させる工程とを含み、前記被加工基板を局部的に冷却する際に、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて流動性のある冷却剤を噴射するとともに、前記冷却剤が前記被加工基板上で前記割断予定線に関して対称的に流れるよう前記被加工基板上での前記冷却剤の流れを規制することを特徴とする割断加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却装置の冷却ノズルにより噴射された冷却剤が被加工基板上で割断予定線に関して対称的に流れるようガイド部材により被加工基板上での冷却剤の流れを規制するようにしているので、被加工基板上で冷却剤が接触する冷却領域の最先端部の形状を、割断予定線に関して対称的なものとし、これによって冷却領域の最先端部で生じる熱応力（引張応力）も割断予定線に関して対称的なものとすることができる。このため、冷却領域の最先端部で生じる亀裂の直進性を向上させて、割断加工の品位を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、ガイド部材により被加工基板上での冷却剤の流れ（特に被加工基板上で冷却剤が接触する冷却領域の最先端部での流れ）を規制するようにしているので、冷却ノズルによる冷却剤の噴出位置や噴出角度などを割断予定線に対して厳密に位置決めしなくとも十分に対称的な冷却分布及び応力分布を得ることができ、このため、冷却領域の最先端部で生じる亀裂の直進性を容易に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
まず、図１により、本発明の一実施の形態に係る割断加工システムの全体構成について
説明する。
【００１５】
図１に示すように、割断加工システム１は、ガラスなどの脆性材料からなる被加工基板３０を局部的に加熱及び冷却し、その際に生じる熱応力（引張応力）によって被加工基板３０に亀裂３２を生じさせて割断加工を行うものであり、被加工基板３０にレーザビームＬＢを照射して被加工基板３０を局部的に加熱するレーザ発振器（加熱装置）１１と、レーザ発振器１１により被加工基板３０上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて流動性のある冷却剤Ｃを噴射して当該領域を局部的に冷却する冷却ユニット（冷却装置）１２と、レーザ発振器１１及び冷却ユニット１２に対して被加工基板３０を相対的に移動させる加工ステージ（移動装置）２０とを備えている。
【００１６】
このうち、冷却ユニット１２は、レーザ発振器１１から所定の距離（例えば数１０ｍｍ程度）だけ離間した位置に配置されており、冷却ユニット本体１３と、冷却ユニット本体１３から供給された冷却剤Ｃを被加工基板３０上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて噴射する冷却ノズル１４と、冷却ノズル１４により噴射された冷却剤Ｃの流れを規制するガイド部材１６とを有している。なお、冷却ノズル１４により噴射される冷却剤Ｃは、流動性のあるものであれば液体でも気体でも固体の集合物でもよく、例えば水やアルコールなどの液体（霧状のものを含む）、水蒸気などの気体、二酸化炭素粒子などの微粒子固体の集合物を用いることができる。
【００１７】
ここで、ガイド部材１６は、冷却ユニット本体１３にフランジ１５を介して固定されており、被加工基板３０に対して滑動可能に接触した状態で冷却ノズル１４とともに被加工基板３０に対して相対的に移動するようになっている。また、ガイド部材１６は、図２(a)に示すように、その被加工基板３０に沿った断面がＶ字状でかつ割断予定線３１に関して対称的な形状をなす壁部１６ａを有しており、冷却ノズル１４により噴射された冷却剤Ｃが被加工基板３０上で割断予定線３１に関して対称的に流れるよう被加工基板３０上での冷却剤Ｃの流れ（特に被加工基板３０上で冷却剤Ｃが接触する冷却領域の最先端部での流れ）を規制するようになっている。なお、図２において、符号３４は冷却剤Ｃの噴射スポット、符号３５は冷却剤Ｃの流れを規制するガイド部材１６の壁部１６ａの内部領域を示す。なお、ガイド部材１６の材料としては、ガラスなどの脆性材料からなる被加工基板３０を傷つけない程度に柔らかく、かつ、ガイド部材１６の形が崩れない程度の強度を有する材料を用いることが好ましく、例えばテフロン（登録商標）などの樹脂などを用いることができる。
【００１８】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００１９】
まず、割断加工の対象となる被加工基板３０を加工ステージ２０上に位置決めする。
【００２０】
次に、加工ステージ２０により被加工基板３０を移動させ、被加工基板３０の割断予定線３１の上方にレーザ発振器１１及び冷却ユニット１２を位置付ける。なお、レーザ発振器１１及び冷却ユニット１２は、被加工基板３０の割断予定線３１の上方に位置付けられたときに割断予定線３１に沿って適切な間隔で配置されるように予めアライメント調整が行われている。
【００２１】
この状態で、加工ステージ２０によりレーザ発振器１１及び冷却ユニット１２に対して被加工基板３０を相対的に移動させると、レーザ発振器１１から出射されたレーザビームＬＢにより被加工基板３０上で局部的に加熱が行われる領域（レーザビームＬＢの照射スポット３３に対応する領域）及び冷却ユニット１２から噴射された冷却剤Ｃにより被加工基板３０上で局部的に冷却が行われる領域（冷却剤Ｃの噴射スポット３４を中心とした、被加工基板３０上で冷却剤Ｃが接触する冷却領域）が割断予定線３１に沿ってこの順番で相対的に移動する。
【００２２】
具体的には、まず、被加工基板３０上で割断予定線３１に沿ってレーザ発振器１１が相対的に移動し、レーザ発振器１１から出射されたレーザビームＬＢにより被加工基板３０を局部的に加熱する。これにより、被加工基板３０のうちレーザビームＬＢの照射スポット３３に対応する領域に熱応力（引張応力）が順次加えられる。
【００２３】
次に、レーザ発振器１１に続いて被加工基板３０上で割断予定線３１に沿って冷却ユニット１２が相対的に移動し、レーザ発振器１１により被加工基板３０上で局部的に加熱が行われた領域へ向けて冷却剤Ｃを噴射して当該領域を局部的に冷却する。これにより、被加工基板３０のうち冷却剤Ｃが接触する冷却領域に熱応力（引張応力）が加えられ、レーザ発振器１１による加熱により発生した引張応力と重ね合わされる。このとき、冷却ユニット１２においては、冷却ノズル１４から噴射された冷却剤Ｃが被加工基板３０の噴射スポット３４上に吹き付けられ、このような冷却剤Ｃが加工ステージ２０の移動に伴ってガイド部材１６の壁部１６ａで掻き集められる。これにより、被加工基板３０上での冷却剤Ｃの流れがガイド部材１６の壁部１６ａの内部領域３５に合わせて規制され、被加工基板３０上で冷却剤Ｃが接触する冷却領域の最先端部の形状が、割断予定線３１に関して対称的なものとなる。
【００２４】
以上のようにして、被加工基板３０上で割断予定線３１に沿ってレーザ発振器１１による加熱及び冷却ユニット１２による冷却が順次行われると、被加工基板３０に対する加熱により発生した熱応力（引張応力）と被加工基板３０に対する冷却により発生した熱応力（引張応力）とによって亀裂３２が形成され、かつ、レーザ発振器１１及び冷却ユニット１２が被加工基板３０上で割断予定線３１に沿って相対的に移動することに伴って割断予定線３１に沿って亀裂３２が進展する。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、冷却ユニット１２の冷却ノズル１４により噴射された冷却剤Ｃが被加工基板３０上で割断予定線３１に関して対称的に流れるようガイド部材１６により被加工基板３０上での冷却剤Ｃの流れを規制するようにしているので、被加工基板３０上で冷却剤Ｃが接触する冷却領域の最先端部の形状を、割断予定線３１に関して対称的なものとし、これによって冷却領域の最先端部で生じる熱応力（引張応力）も割断予定線３１に関して対称的なものとすることができる。このため、冷却領域の最先端部で生じる亀裂３２の直進性を向上させて、割断加工の品位を向上させることができる。
【００２６】
また、本実施の形態によれば、ガイド部材１６により被加工基板３０上での冷却剤Ｃの流れ（特に被加工基板３０上で冷却剤Ｃが接触する冷却領域の最先端部での流れ）を規制するようにしているので、冷却ノズル１４による冷却剤Ｃの噴出位置や噴出角度などを割断予定線３１に対して厳密に位置決めしなくとも十分に対称的な冷却分布及び応力分布を得ることができ、このため、冷却領域の最先端部で生じる亀裂３２の直進性を容易に向上させることができる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態においては、冷却ユニット１２の冷却ノズル１４により噴射された冷却剤Ｃの流れを規制するガイド部材として、断面がＶ字状である壁部１６ａを有するガイド部材１６を用いているが、割断予定線３１に関して対称的な形状をなす壁部であれば任意の形状のものを用いることが可能であり、例えば図２(b)に示すように、断面がＵ字状である壁部１６ａ′を有するガイド部材１６′を用いるようにしてもよい。なお、図２(b)に示すガイド部材１６′の場合には、壁部１６ａ′の内壁面が円弧状となっているので、図２(a)に示すガイド部材１６の場合に比べて、壁部１６ａ′の中心部と割断予定線３１との間に生じた位置ずれが冷却領域の最先端部の形状に与える影響が少ないという利点がある。
【００２８】
また、上述した実施の形態においては、レーザ発振器１１及び冷却ユニット１２のみにより被加工基板３０の割断加工を行う場合を例に挙げて説明したが、この場合には、被加工基板３０の表面のみが割断され、被加工基板３０の表面から裏面まで割断面が到達しないこともあり得る。このため、本発明の他の実施の形態として、図３に示すような構成を備えた割断加エシステム１を用いるようにしてもよい。すなわち、冷却ユニット１２のガイド部材１６に支持部材１７を介して回動可能にローラ部材１８を取り付け、被加工基板３０の表面のうち割断予定線３１の近傍を押圧するようにする。また、加工ステージ２０上には、被加工基板３０を支持する載置ブロック２１，２２と、被加工基板３０のうちローラ部材１８により押圧される側と反対側の表面に位置する割断予定線３１に対応する部分を支持する断面が三角形状の切り離し支え２３とを設ける。これにより、ローラ部材１８と切り離し支え２３との協働により被加工基板３０の割断予定線３１に対応する部分に
対して機械的な応力が加えられ、被加工基板３０が表面から裏面まで割断されるように促される。
【００２９】
さらに、上述した実施の形態においては、加工ステージ２０によりレーザ発振器１１及び冷却ユニット１２に対して被加工基板３０側を移動させることによりレーザ発振器１１及び冷却ユニット１２と被加工基板３０との間の相対的な移動を実現するようにしているが、これに限らず、レーザ発振器１１及び冷却ユニット１２側を移動させることによりレーザ発振器１１及び冷却ユニット１２と被加工基板３０との間の相対的な移動を実現するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、上述した実施の形態においては、冷却ユニット１２のガイド部材１６が被加工基板３０に対して滑動可能に接触した状態で被加工基板３０に対して相対的に移動するようにしているが、これに限らず、ガイド部材１６が被加工基板３０に対してわずかに隙間をあけた状態で被加工基板３０に対して相対的に移動するようにしてもよい。
【００３１】
さらに、上述した実施の形態においては、レーザ発振器１１により被加工基板３０にレーザビームＬＢを照射して被加工基板３０を局部的に加熱するようにしているが、被加工基板３０を加熱するものであれば、これに限らず、温風加熱手段などの任意の加熱手段を用いることができる。
【００３２】
さらにまた、上述した実施の形態においては、冷却ユニット１２の冷却ノズル１４から噴射された冷却剤Ｃを被加工基板３０上に直接吹き付けるようにしているが、これに限らず、冷却ノズル１４から噴射された冷却剤Ｃをガイド部材１６の壁部１６ａ上に吹き付け、壁部１６ａに沿わせた上で被加工基板３０上に流すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る割断加工システムの全体構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す割断加工システムで用いられるガイド部材を説明するための図。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る割断加工システムの全体構成を示す斜視図。
【図４】従来の方法による被加工基板の加熱時及び冷却時の熱応力（引張応力）の様子を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１  割断加工システム
１１  レーザ発振器（加熱装置）
１２  冷却ユニット（冷却装置）
１３  冷却ユニット本体
１４  冷却ノズル
１５  フランジ
１６，１６′  ガイド部材
１７  支持部材
１８  ローラ部材
２０  加工ステージ（移動装置）
２１，２２  載置ブロック
２３  切り離し支え
３０  被加工基板
３１  割断予定線
３２  亀裂
３３  レーザビームの照射スポット
３４  冷却剤の噴射スポット
３５，３５′  壁部の内部領域
３６  レーザビームの照射により生じる熱応力（引張応力）の分布
３７  冷却剤の噴射により生じる熱応力（引張応力）の分布
ＬＢ  レーザビーム
Ｃ  冷却剤
【図１】
2005247600.tif 000003
【図２】
2005247600.tif 000004
【図３】
2005247600.tif 000005
【図４】
2005247600.tif 000006