(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工基板の大きさにかかわらず、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速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。【解決手段】被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って加熱冷却ユニットによる処理が順次行われ、割断予定線７１に沿って亀裂６８が進展する。そして、制御装置による制御の下で、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂの力センサ５７Ａ，５７Ｂ及び移動量センサ６０Ａ，６０Ｂによる検出結果に基づいて被加工基板６１に所望の大きさの応力が付与されるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂを制御することにより、加熱冷却ユニットの被加工基板６１上での位置に応じて被加工基板６１に印加される引張応力又は圧縮応力の大きさを制御する。【選択図】図２
2007090860.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し、その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、
被加工基板を保持する基板保持機構と、
前記基板保持機構により保持された前記被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱することにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせる割断ユニットと、
前記割断ユニットにより前記被加工基板に生じた亀裂が当該被加工基板の割断予定線に沿って進展するように、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させる移動ユニットとを備え、
前記基板保持機構は、前記被加工基板の面内方向に応力を印加する応力印加機構を有し、前記応力印加機構は、前記割断ユニットの前記被加工基板上での位置に応じて前記被加工基板に印加される応力の大きさを制御することを特徴とする割断加工システム。
【請求項２】
前記応力印加機構は、前記被加工基板に印加される応力に対応する力を外部から付与する力付与部と、この力付与部により前記被加工基板に印加される応力に対応する物理量を検出する検出器を有し、この検出器による検出結果に基づいて前記被加工基板に所望の大きさの応力が付与されるよう前記力付与部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の割断加工システム。
【請求項３】
前記応力印加機構の前記検出器は、前記被加工基板に印加される応力に対応する力を検出する力検出器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】
前記応力印加機構の前記力付与部は、前記被加工基板の面内方向に沿った微動運動により前記被加工基板に応力を印加する微動ステージを有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の割断加工システム。
【請求項５】
前記応力印加機構の前記力付与部は、前記被加工基板の面内方向に沿った微動運動により前記被加工基板に応力を印加する微動ステージを有し、
前記応力印加機構の前記検出器は、前記被加工基板に印加される応力に対応する前記微動ステージの移動量を検出する位置検出器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６】
前記応力印加機構は、前記割断ユニットが前記被加工基板上の割断始点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を印加することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の割断加工システム。
【請求項７】
前記応力印加機構は、前記割断ユニットが前記被加工基板上の割断始点と割断終点との間の中間位置にあるときに当該被加工基板に一定の大きさの引張応力を印加し、かつ、前記割断ユニットが前記被加工基板上の割断終点の位置に近づくにつれてその引張応力の大きさが徐々に減少するような形で当該被加工基板に応力を印加することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の割断加工システム。
【請求項８】
前記応力印加機構は、前記割断ユニットが前記被加工基板上の割断終点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの引張応力を所定の短い時間だけ印加することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の割断加工システム。
【請求項９】
前記割断ユニット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ユニットをさらに備え、
前記移動ユニットは、前記割断ユニット及び前記冷却ユニットにより前記被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の割断加工システム。
【請求項１０】
脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱し、その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、
割断対象となる被加工基板を準備する準備工程と、
前記被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板の割断予定線に沿って移動させることにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせるとともに当該亀裂を進展させる割断工程とを含み、
前記割断工程において、前記亀裂の先端部の前記被加工基板上での位置に応じて前記被加工基板に印加される応力の大きさを制御することを特徴とする割断加工方法。
【請求項１１】
前記割断工程において、前記亀裂の先端部が前記被加工基板上の割断始点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を印加することを特徴とする、請求項１０に記載の割断加工方法。
【請求項１２】
前記割断工程において、前記亀裂の先端部が前記被加工基板上の割断始点と割断終点との間の中間位置にあるときに当該被加工基板に一定の大きさの引張応力を印加し、かつ、前記亀裂の先端部が前記被加工基板上の割断終点の位置に近づくにつれてその引張応力の大きさが徐々に減少するような形で当該被加工基板に引張応力を印加することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の割断加工方法。
【請求項１３】
前記割断工程において、前記亀裂の先端部が前記被加工基板上の割断終点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を所定の短い時間だけ印加することを特徴とする、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の割断加工方法。
【請求項１４】
前記割断工程において、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を冷却することを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の割断加工方法。
【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し、その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係り、とりわけ、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速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に関する。なお、本明細書において「被加工基板」とは、脆性材料からなる基板一般をいい、ガラス基板に限らず、セラミック材やシリコン、ガリュウム砒素、サファイヤ等からなる各種の板状の基板をも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来から、脆性材料からなる被加工基板に対して割断加工を行う方法として、レーザビームを用いて脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱するとともに水等により局部的に冷却し、その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する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この方法では、被加工基板に損傷（溶融や変形、変質等）を与えずに投入することが可能なレーザビームのエネルギーに制約があり、脆性材料からなる被加工基板の割断加工を高速に実現することが困難であった。
【０００４】
そこで、このような問題点を解消するための従来の代表的な方法として、レーザビームが照射される被加工基板を湾曲させること等により被加工基板の割断予定線に機械的な応力を印加し、レーザビームの照射により発生する局部的な熱応力（引張応力）に機械的な応力（引張応力）を重畳させた状態で被加工基板に亀裂を生じさせることで、被加工基板の割断加工をより高速に行う方法が提案されている（特許文献２〜５参照）。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の方法ではいずれも、被加工基板の割断予定線に機械的な応力を印加した状態で当該割断予定線にレーザビームを照射して割断加工を行っているので、機械的な応力が印加された分だけ被加工基板の割断速度が高速化するものの、被加工基板に印加される応力が被加工基板上での位置にかかわらず一定であるので、亀裂の形成及び進展時に応力が望ましくない状態で印加されてしまい、その影響により被加工基板の割断面の品位が悪くなるという問題がある。特に、被加工基板が数百ｍｍサイズと小さい場合には割断加工は比較的に容易に行われるが、被加工基板のサイズが大きくなると、被加工基板に加わる外力が大きくなり、被加工基板を精度よく割断することが困難になり、その結果、被加工基板の割断面の品位を良好に維持することができなくなる。
【０００６】
ここで、このような被加工基板の割断方法において、被加工基板に対する割断能力（割断予定長（全長）に対する割断可能長さの割合）は、（時間あたりの）照射エネルギーＰと割断予定速度Ｖとの比により規定されることが実験的に分かっている。図１２は、サイズの異なる被加工基板における具体的な割断特性を示す図である。図１２に示すように、同一の加工速度で同一の照射エネルギーであっても（すなわちＰ／Ｖが一定であっても）、被加工基板のサイズが大きい場合（図１２の△のプロット参照）には、被加工基板のサイズが小さい場合（図１２の○のプロット参照）に比べて、縦軸の割断比率が低下する。
すなわち、被加工基板のサイズが大きくなると、被加工基板を割断すること自体が困難になり、当然に被加工基板の割断面の品位を良好に維持することも困難になる。
【特許文献１】特表平８−５０９９４７号公報
【特許文献２】特開平７−３２３３８４号公報
【特許文献３】特開平１０−７１４８３号公報
【特許文献４】特開平１０−１１６８０１号公報
【特許文献５】特開２００２−２９７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被加工基板の大きさにかかわらず、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速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】
【０００８】
本発明は、その第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し、その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、被加工基板を保持する基板保持機構と、基板保持機構により保持された被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱することにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせる割断ユニットと、割断ユニットにより被加工基板に生じた亀裂が当該被加工基板の割断予定線に沿って進展するように、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させる移動ユニットとを備え、基板保持機構は、被加工基板の面内方向に応力を印加する応力印加機構を有し、応力印加機構は、割断ユニットの被加工基板上での位置に応じて被加工基板に印加される応力の大きさを制御することを特徴とする割断加工システムを提供する。
【０００９】
なお、上述した第１の解決手段において、応力印加機構は、被加工基板に印加される応力に対応する力を外部から付与する力付与部と、この力付与部により被加工基板に印加される応力に対応する物理量を検出する検出器を有し、この検出器による検出結果に基づいて被加工基板に所望の大きさの応力が付与されるよう力付与部を制御することが好ましい。ここで、第１の態様として、応力印加機構の検出器は、被加工基板に印加される応力に対応する力を検出する力検出器であることが好ましい。なお、応力印加機構の力付与部は、被加工基板の面内方向に沿った微動運動により被加工基板に応力を印加する微動ステージを有することが好ましい。また、第２の態様として、応力印加機構の力付与部は、被加工基板の面内方向に沿った微動運動により被加工基板に応力を印加する微動ステージを有し、応力印加機構の検出器は、被加工基板に印加される応力に対応する微動ステージの移動量を検出する位置検出器であることが好ましい。
【００１０】
また、上述した第１の解決手段において、応力印加機構は、割断ユニットが被加工基板上の割断始点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を印加することが好ましい。また、応力印加機構は、割断ユニットが被加工基板上の割断始点と割断終点との間の中間位置にあるときに当該被加工基板に一定の大きさの引張応力を印加し、かつ、割断ユニットが被加工基板上の割断終点の位置に近づくにつれてその引張応力の大きさが徐々に減少するような形で当該被加工基板に応力を印加してもよい。さらに、応力印加機構は、割断ユニットが被加工基板上の割断終点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの引張応力を所定の短い時間だけ印加してもよい。
【００１１】
さらに、上述した第１の解決手段においては、割断ユニットにより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ユニットをさらに備え、移動ユニットは、割断ユニット及び冷却ユニットにより被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させることが好ましい。
【００１２】
本発明は、その第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し、その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、割断対象となる被加工基板を準備する準備工程と、被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板の割断予定線に沿って移動させることにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせるとともに当該亀裂を進展させる割断工程とを含み、割断工程において、亀裂の先端部の被加工基板上での位置に応じて被加工基板に印加される応力の大きさを制御することを特徴とする割断加工方法を提供する。
【００１３】
なお、上述した第２の解決手段においては、割断工程において、亀裂の先端部が被加工基板上の割断始点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を印加することが好ましい。また、割断工程において、亀裂の先端部が被加工基板上の割断始点と割断終点との間の中間位置にあるときに当該被加工基板に一定の大きさの引張応力を印加し、かつ、亀裂の先端部が被加工基板上の割断終点の位置に近づくにつれてその引張応力の大きさが徐々に減少するような形で当該被加工基板に引張応力を印加してもよい。
さらに、割断工程において、亀裂の先端部が被加工基板上の割断終点近傍の位置にあるときに当該被加工基板に所定の大きさの圧縮応力を所定の短い時間だけ印加してもよい。
【００１４】
また、上述した第２の解決手段においては、割断工程において、被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被加工基板を保持する基板保持機構の応力印加機構により、割断ユニットの被加工基板上での位置に応じて被加工基板に所定の大きさの応力を印加するようにしているので、小さなレーザパワーで精度よく割断を行うことができ、また、同じレーザパワーであれば、より高速に割断を行うことができる。このため、レーザパワーの低減によるコストの低減や、割断の高速化による生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
まず、図１により、本発明の一実施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。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る割断加工システム１は、脆性材料からなる被加工基板６１を局部的に加熱し、その熱応力によって被加工基板６１に亀裂を生じさせて割断加工を行うものであり、被加工基板６１を保持する基板保持機構５０と、基板保持機構５０により保持された被加工基板６１に対して割断加工を行うための加熱冷却ユニット１０と、加熱冷却ユニット１０に対して被加工基板６１を相対的に移動させる移動ユニット８１とを備えている。なおここでは、割断対象となる被加工基板６１として、液晶工程で取り扱われる素ガラス基板や膜付き基板（カラーフィルタ基板やＴＦＴ基板等）が用いられるものとする。
【００１９】
このうち、加熱冷却ユニット１０は、予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０を含み、これらの各ユニットが被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って相対的に移動するように構成されている。なお、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０は、被加工基板６１上での移動方向に関して先頭側から後尾側へ向かってこの順番で一直線状に配置されている。
【００２０】
以下、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０の詳細について説明する。
【００２１】
予熱ユニット２０は、被加工基板６１上にレーザビームＬＢ１を照射して被加工基板６１を局部的に予熱するためのものであり、２００Ｗ程度のＣＯ２レーザ光を出射するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１により出射されたレーザ光を反射する反射ミラー２２と、反射ミラー２２により反射されたレーザ光を被加工基板６１上で走査するポリゴンミラー２３とを有している。これにより、レーザ発振器２１により出射されたレーザ光が反射ミラー２２を経てポリゴンミラー２３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、線状のレーザビームＬＢ１が生成される。
【００２２】
割断ユニット３０は、被加工基板６１上にレーザビームＬＢ２を照射して被加工基板６１を局部的に加熱することにより、被加工基板６１に亀裂を生じさせるためのものであり、数十Ｗ〜百数十Ｗ程度のＣＯ２レーザ光を出射するレーザ発振器３１と、レーザ発振器３１により出射されたレーザ光を反射する反射ミラー３２と、反射ミラー３２により反射されたレーザ光を被加工基板６１上で走査するポリゴンミラー３３とを有している。これにより、レーザ発振器３１により出射されたレーザ光が反射ミラー３２を経てポリゴンミラー３３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、線状のレーザビームＬＢ２が生成される。
【００２３】
冷却ユニット４０は、被加工基板６１に冷却剤Ｃを吹き付けて被加工基板６１上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却するためのものであり、水や霧（水と気体との混合物）、窒素等の気体、二酸化炭素粒子（ドライアイス）等の微粒子固体、アルコール等の液体、霧状のアルコール、雪状のドライアイス等の冷却剤Ｃを被加工基板６１の表面に噴射する冷却ノズル４１を有している。
【００２４】
以上において、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０はいずれも被加工基板６１に沿う方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動することができるようになっており、予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０がいずれも被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って適切な間隔で一直線状に配置されるようにアライメント調整を行うことができるようになっている。
【００２５】
一方、移動ユニット８１は、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０に対して被加工基板６１を相対的に移動させるためのものであり、被加工基板６１を支持する基板保持機構５０を加熱冷却ユニット１０に対してＸＹ平面内で相対的に移動させる移動ステージ（図示せず）を有している。
【００２６】
次に、図２及び図３により、移動ユニット８１によりＸＹ平面内で移動する基板保持機構５０の詳細について説明する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、基板保持機構５０は、被加工基板６１を保持する空気浮上ホルダ５１と、被加工基板６１を挟んで空気浮上ホルダ５１の上側に配置された真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂとを有している。
【００２８】
このうち、空気浮上ホルダ５１は、膜付き基板としての被加工基板６１の膜面が下側に向く状態で被加工基板６１を浮上式で支持するものである。すなわち、被加工基板６１の膜面はごみや損傷等を嫌うものであるので、その膜面が下側に向くように支持され、かつ、その膜面は空気浮上ホルダ５１に沿って平面状に延びて空気浮上ホルダ５１とは非接触の状態に保たれるようになっている。これにより、被加工基板６１は、空気浮上ホルダ５１上にて滑動可能に支持されている。なお、空気浮上ホルダ５１は、エアー供給部（図示せず）に連通した噴出孔５１ａを有しており、この噴出孔５１ａから供給されたエアーが表面から噴出するように構成されている。このような空気浮上ホルダ５１の構成部材としては、噴出孔５１ａに対応する複数の孔を有する多孔質セラミックを用いる他、ゴムや金属等からなる構成部材に、噴出孔５１ａに対応するエアー噴出用の孔を開けた構造をとるものを用いるようにしてもよい。
【００２９】
真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂは、その表面に、真空吸着部（図示せず）に連通した吸着孔５２ａを有しており、被加工基板６１の上面（ガラス面に相当）を吸着して当該被加工基板６１を固定するように構成されている。このような真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂの構成部材としては、吸着孔５２ａに対応する複数の孔を有する多孔質セラミックを用いる他、ゴムや金属等からなる構成部材に、吸着孔５２ａに対応する真空吸着用の孔を開けた構造をとるものを用いるようにしてもよい。
【００３０】
ここで、真空吸着ホルダ５２Ａは、被加工基板６１の４つの端辺６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄのうち割断予定線７１（割断予定位置７１′）に沿って延びる端辺６１ａ近傍の部分を固定するものである。なお、真空吸着ホルダ５２Ａは、図示しない制御系の下で制御されるＺステージ５３に取り付けられており、空気浮上ホルダ５１による被加工基板６１の浮上高さが吸着の前後で変化しないようになっている。
【００３１】
また、真空吸着ホルダ５２Ｂは、被加工基板６１の端辺６１ｂ（端辺６１ａに対向する端辺）近傍の部分を固定するものである。なお、真空吸着ホルダ５２Ｂには、被加工基板６１の面内方向に引張応力又は圧縮応力を印加する力制御ユニット（応力印加機構）５４Ａ，５４Ｂが取り付けられており、加熱冷却ユニット１０の被加工基板６１上での位置に応じて被加工基板６１に印加される引張応力又は圧縮応力の大きさを制御するように構成されている。ここで、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂは、真空吸着ホルダ５２Ｂの両側（被加工基板６１の端辺６１ｃ側及び端辺６１ｄ側）に設けられており、被加工基板６１の面内方向に関して旋回方向の力と並進方向の力とを印加することができるように構成されている。
【００３２】
より具体的には、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂは、真空吸着ホルダ５２Ｂに連結部５５Ａ，５５Ｂ及び弾性部５６Ａ，５６Ｂを介して連結された力センサ（力検出器）５７Ａ，５７Ｂと、力センサ５７Ａ，５７Ｂにそれぞれ連結されたＺステージ５８Ａ，５８Ｂと、Ｚステージ５８Ａ，５８Ｂにそれぞれ連結された微動ステージ（力付与部）５９Ａ，５９Ｂとを有している。なお、弾性部５６Ａ，５６Ｂは、樹脂やリン青銅等から構成されている。
【００３３】
このうち、力センサ５７Ａ，５７Ｂは、被加工基板６１に印加される応力に対応する力を検出するものである。
【００３４】
Ｚステージ５８Ａ，５８Ｂは、図示しない制御系の下で真空吸着ホルダ５２Ｂの高さを制御するものであり、空気浮上ホルダ５１による被加工基板６１の浮上高さが吸着の前後で変化しないように構成されている。
【００３５】
微動ステージ５９Ａ，５９Ｂは、被加工基板６１がその面内方向でかつ割断予定線７１に垂直な方向に沿って微動運動するものであり、被加工基板６１に印加される応力に対応する力を外部から付与することができるように構成されている。なお、微動ステージ５９Ａ，５９Ｂには、被加工基板６１に印加される応力に対応する微動ステージ５９Ａ，５９Ｂの移動量を検出する移動量センサ（位置検出器）６０Ａ，６０Ｂが取り付けられている。
【００３６】
ここで、力センサ５７Ａ，５７Ｂ、移動量センサ６０Ａ，６０Ｂ及び微動ステージ５９Ａ，５９Ｂには制御装置６５が接続されており、力センサ５７Ａ，５７Ｂ及び移動量センサ６０Ａ，６０Ｂによる検出結果に基づいて被加工基板６１に所望の大きさの応力が付与されるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂを制御するように構成されている。なお、制御装置６５は、図４に示すように、所定の制御パターン（図５に示すような応力のパターン）を保持する記憶パターン保持部６７と、記憶パターン保持部６７に保持された制御パターンと力センサ５７Ａ，５７Ｂからの出力とに基づいて微動ステージ５９Ａ，５９Ｂへの指示を出力する演算器６６とを有している。
【００３７】
次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００３８】
図１乃至図３に示す割断加工システム１において、割断対象となる被加工基板６１を移動ユニット８１上に設けられた基板保持機構５０の空気浮上ホルダ５１上に位置決めし、真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂによりその上面を吸着して固定する。
【００３９】
そして、移動ユニット８１により基板保持機構５０を移動させ、基板保持機構５０により位置決めされた被加工基板６１の割断予定線７１上に加熱冷却ユニット１０を位置付ける。なお、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０は、被加工基板６１の割断予定線７１上に位置付けられたときに当該割断予定線７１に沿って適切な間隔で一直線状に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。
【００４０】
この状態で、移動ユニット８１により、基板保持機構５０により位置決めされた被加工基板６１を加熱冷却ユニット１０に対して相対的に移動させ、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０を被加工基板６１上で割断予定線７１に沿ってこの順番で相対的に移動させる。
【００４１】
これにより、図１及び図２に示すように、まず、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０が相対的に移動し、被加工基板６１上に線状のレーザビームＬＢ１を照射することにより、被加工基板６１を所定の温度（３０℃〜２００℃程度）で局部的に予熱する。なおこのとき、予熱ユニット２０においては、レーザ発振器２１により出射されたレーザ光が反射ミラー２２を経てポリゴンミラー２３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、照射パターン６２を有する線状のレーザビームＬＢ１が生成される。
【００４２】
そして、このようにして予熱ユニット２０により局部的に予熱された被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って割断ユニット３０が相対的に移動し、予熱ユニット２０により被加工基板６１上で局部的に予熱が行われた領域よりも幅の狭い線状の領域に線状のレーザビームＬＢ２を照射することにより、被加工基板６１を所定の温度（１００℃〜４００℃程度）で局部的に加熱する。なおこのとき、割断ユニット３０においては、レーザ発振器３１により出射されたレーザ光が反射ミラー３２を経てポリゴンミラー３３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、照射パターン６３を有する線状のレーザビームＬＢ２が生成される。
【００４３】
その後、このようにして割断ユニット３０により局部的に加熱された被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って冷却ユニット４０が相対的に移動し、割断ユニット３０により被加工基板６１上で局部的に加熱が行われた領域よりも幅の広い円形状の領域に冷却剤Ｃを吹き付けることにより、被加工基板６１を局部的に冷却する。なおこのとき、冷却ユニット４０においては、冷却ノズル４１から噴射された冷却剤Ｃが被加工基板６１の表面に所定の吹付パターン６４で吹き付けられる。
【００４４】
以上のようにして、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って加熱冷却ユニット１０による処理（予熱ユニット２０による予熱、割断ユニット３０による加熱及び冷却ユニット４０による冷却）が順次行われると、主として被加工基板６１の加熱により発生した熱応力（引張応力）と被加工基板６１の冷却により発生した引張応力とによって亀裂６８が形成され、かつ、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０が被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って相対的に移動することに伴って割断予定線７１に沿って亀裂６８が進展する。
【００４５】
ところで、以上のような割断加工の過程で、被加工基板６１は、基板保持機構５０の空気浮上ホルダ５１上にて支持されており、真空吸着ホルダ５２Ａにより被加工基板６１の一側端辺６１ａが保持される一方で、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂが取り付けられた真空吸着ホルダ５２Ｂにより被加工基板６１の他側端辺６１ｂが保持されている。
【００４６】
そして、制御装置６５による制御の下で、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂの力センサ５７Ａ，５７Ｂ及び移動量センサ６０Ａ，６０Ｂによる検出結果に基づいて被加工基板６１に所望の大きさの応力が付与されるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂを制御することにより、加熱冷却ユニット１０の被加工基板６１上での位置に応じて被加工基板６１に印加される引張応力又は圧縮応力の大きさを制御する。
【００４７】
図５は、図２及び図３に示す基板保持機構５０により被加工基板６１に印加される応力のパターン（被加工基板６１上での位置と応力との関係）の一例を示す図である。なお、図５に示すパターンは、制御装置６５の制御パターンとして、図４に示す制御装置６５の記憶パターン保持部６７に保持されており、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂの力センサ５７Ａ，５７Ｂがこの値となるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂが制御される。図５において、横軸は加熱冷却ユニット１０の被加工基板６１上での位置を示し、縦軸は被加工基板６１に印加される応力（引張応力又は圧縮応力）の大きさを示している。なお、図５の横軸は、加熱冷却ユニット１０の走査速度が一定であれば時間軸に等しい。
【００４８】
以下、図５に示す制御パターンについて具体的に説明する。なお、以下では、力センサ５７Ａ，５７Ｂによる検出結果に基づいて被加工基板６１に所望の大きさの応力が付与されるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂが制御される場合を例に挙げて説明するが、微動ステージ５９Ａ，５９Ｂに取り付けられている移動量センサ６０Ａ，６０Ｂによる検出結果に基づいて被加工基板６１に所望の大きさの応力が付与されるように微動ステージ５９Ａ，５９Ｂが制御される場合にも同様の制御パターンを用いることができる。
【００４９】
図５に示すように、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１の割断始点近傍の位置（割断始点側端辺である端辺６１ｃに到達する少し前の位置Ｐ１から位置Ｐ２まで）にあるときには、力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂのうち被加工基板６１の割断始点側端辺である端辺６１ｃの側に設けられた力制御ユニット５４Ａの微動ステージ５９Ａを被加工基板６１に近づく方向に移動させ、被加工基板６１に所定の大きさの圧縮応力を印加する。一般に、被加工基板６１のうちレーザ光が入射される端辺部分では、境界条件の関係で被加工基板６１の当該部分の温度が高くなり、割れやすくなるという特性がある。しかしながら、上述したようにして加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１の割断始点近傍の位置（位置Ｐ１，Ｐ２の間）にあるときに被加工基板６１に所定の大きさの圧縮応力を印加するようにすれば、このような割れを効果的に抑制することができる。
【００５０】
そして、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１上の割断始点と割断終点との間の中間位置（例えば位置Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の間）にあるときには、力制御ユニット５４Ａの微動ステージ５９Ａにより被加工基板６１に一定の大きさの引張応力を印加する。これは、この位置であれば、被加工基板６１の割断条件が安定しているからである。また、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１上の割断終点の位置に近づくにつれて（例えば位置Ｐ４，Ｐ５の間）、力制御ユニット５４Ａの微動ステージ５９Ａによりその引張応力の大きさが徐々に減少するような形で被加工基板６１に引張応力を印加する。これは、亀裂６８が割断終点に近づくと、被加工基板６１の割断残り長さが短くなり、割断応力が小さくても被加工基板６１が割れやすくなるからである。
【００５１】
その後、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１上の割断終点近傍の位置（例えば位置Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の間）にあるときには、力制御ユニット５４Ａの微動ステージ５９Ａは、被加工基板６１に応力を印加しないようにする一方で、被加工基板６１の割断終点側端辺である端辺６１ｄの側に設けられた力制御ユニット５４Ｂの微動ステージ５９Ｂを被加工基板６１に近づく方向に移動させ、被加工基板６１に所定の大きさの引張応力を所定の短い時間だけ印加する。これにより、加熱冷却ユニット１０による処理により発生する局部的な熱応力（引張応力）を補うことが可能となり、被加工基板６１の割断終点近傍の非割断部分において亀裂６８が停止することなく進展させることができる。
【００５２】
このように本実施形態によれば、被加工基板６１を保持する基板保持機構５０の力制御ユニット５４Ａ，５４Ｂにより、加熱冷却ユニット１０の被加工基板６１上での位置に応じて被加工基板６１に所定の大きさの応力を印加するようにしているので、小さなレーザパワーで精度よく割断を行うことができ、また、同じレーザパワーであれば、より高速に割断を行うことができる。このため、レーザパワーの低減によるコストの低減や、割断の高速化による生産性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１の割断始点近傍の位置（割断始点側端辺である端辺６１ｃに到達する少し前の位置Ｐ１から位置Ｐ２まで）にあるときに、被加工基板６１の割断始点側端辺である端辺６１ｃの側に設けられた力制御ユニット５４Ａにより、被加工基板６１に所定の大きさの圧縮応力を印加するようにしているので、被加工基板６１の亀裂６８における割断面の性状を割断始点側と中央部分側とで一致させることができ、このため、被加工基板６１の亀裂６８の全長に亘って均質な割断面を得ることができる。また、加熱冷却ユニット１０が被加工基板６１上の割断終点近傍の位置（例えば位置Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の間）にあるときに、被加工基板６１の割断終点側端辺である端辺６１ｄの側に設けられた力制御ユニット５４Ｂにより、被加工基板６１に所定の大きさの引張応力を所定の短い時間だけ印加するようにしているので、被加工基板６１の割断終点近傍の非割断部分において亀裂６８が停止することなく進展させることができ、このため、被加工基板６１の亀裂６８の全長に亘って割断残りのない割断が可能となり、かつ、被加工基板６１の亀裂６８の全長に亘って均質な割断面を得ることができる。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０及び割断ユニット３０により被加工基板６１に亀裂６８を直接生じさせているが、加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０に先行して移動する割断線リードユニットをさらに設け、被加工基板６１の表面に円盤等が接触した状態で割断予定線７１に沿って相対的に移動させることにより、被加工基板６１の表面に百分の数μｍ〜数十μｍ程度の深さの圧痕（微細な表面クラック）を形成するようにしてもよい。これにより、加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０及び割断ユニット３０により形成される亀裂６８の真直性等をさらに向上させることができる。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、移動ユニット８１により加熱冷却ユニット１０に対して被加工基板６１側（基板保持機構５０側）を移動させることにより加熱冷却ユニット１０と被加工基板６１と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、加熱冷却ユニット１０側を移動させることにより加熱冷却ユニット１０と被加工基板６１との相対的な移動を実現するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、上述した実施形態においては、基板保持機構５０の空気浮上ホルダ５１により、膜付き基板としての被加工基板６１の膜面が下側に向く状態で被加工基板６１を浮上式で支持しているが、膜付き基板としての被加工基板６１の膜面が上側に向く状態で支持する場合には、図６に示す基板保持機構５０′のように、空気浮上ホルダ５１を用いることなく、真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂにより被加工基板６１の下面（ガラス面に相当）を直接吸着して支持することもできる。なお、図６に示す基板保持機構５０′において、真空吸着ホルダ５２Ａは支持ステージ５３′により支持されている。また、力制御ユニット５４Ａ′，５４Ｂ′には、図示のとおり、Ｚステージがなく、力センサ５７Ａ，５７Ｂが直接微動ステージ５９Ａ，５９Ｂに連結されている。
【００５７】
さらに、上述した実施形態において、基板保持機構５０の真空吸着ホルダ５２Ａは、その表面に設けられた吸着孔５２ａにより被加工基板６１の上面を吸着して当該被加工基板６１を固定するように構成されているが、これに限らず、図７に示す基板保持機構５０″のように、メカクランプ機構８３を用いてクランプホルダ８２及びクランプ部材８４により被加工基板６１をその表裏両側から機械的に挟んで固定するように構成されていてもよい。なお、このような構成は、真空吸着ホルダ５２Ａの代わりに用いる他、真空吸着ホルダ５２Ｂの代わりに用いてもよいし、また、真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂの両方の代わりに用いてもよい。
【００５８】
さらに、上述した実施形態においては、力制御ユニット５４Ａ′，５４Ｂ′が被加工基板６１の一方の側（図では被加工基板６１の右側端辺６１ｂ側）に配置されて一方の真空吸着ホルダ５２Ｂに対して応力を印加する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、被加工基板６１の他方の側（図では被加工基板６１の左側端辺６１ａ側）に配置されて他方の吸着ホルダ５２Ａに対して応力を印加する場合にも同様にして適用することができる。また、力制御ユニット５４Ａ′，５４Ｂ′は、被加工基板６１の片方の側に配置されるだけでなく、両方の真空吸着ホルダ５２Ａ，５２Ｂに対して応力を印加するように被加工基板６１の両側に配置されてもよい。
【００５９】
さらに、上述した実施形態においては、被加工基板６１の一方の側に配置される力制御ユニットが力制御ユニット５４Ａ′，５４Ｂ′の２つである場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、力制御ユニットを３つ以上設けてもよいし、また逆に、１つだけ設けてもよい。なお、力制御ユニットを１つだけ設ける場合には、被加工基板６１の割断始点側又は割断終点側のみに設けたりする他、被加工基板６１の中央部分（割断始点と割断終点との間）に設けてもよい。
【００６０】
さらに、上述した実施形態においては、被加工基板６１として素ガラス基板や膜付き基板が用いられる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、被加工基板６１として、二枚のガラス基板がシール材（図示せず）等により貼り合わされた貼合基板を用い、このような貼合基板に対して図８乃至図１１に示す態様で割断加工を行うようにしてもよい。なお、図８乃至図１１においては、貼合基板としての被加工基板６１として、二枚のガラス基板９１，９２が液晶層９３を介して貼り合わされた液晶基板が用いられる場合が示されているが、このような液晶基板としては、図８乃至図１１に示すような液晶基板（二枚のガラス基板９１，９２間に液晶が注入されて液晶層９３が形成された液晶基板）に限らず、二枚のガラス基板９１，９２間に液晶が注入される前の液晶基板を用いることも可能である。
【００６１】
以下、図８乃至図１１に示す割断加工の態様について説明する。なお、図８乃至図１１に示す基板保持機構５０の基本的な構成は図２及び図３に示すものと同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６２】
図８に示す態様では、被加工基板６１の片側から被加工基板６１の一方の基板（ガラス基板９１）を割断したり、両方の基板（ガラス基板９１，９２）を同時に割断する様子が示されている。
【００６３】
図９に示す態様では、被加工基板６１の表裏両側の基板（ガラス基板９１，９２）が別々に割断される様子が示されている。より具体的には、図９では、１回目の割断加工により被加工基板６１のガラス基板９２に割断線９４が形成された後、被加工基板６１を反転させて２回目の割断加工によりガラス基板９１に割断線が形成される様子が示されている。なお、図９においては、被加工基板６１の表裏両側の基板（ガラス基板９１，９２）に形成される割断線の位置が一致しない場合が示されているが、このような割断線の位置が一致する場合にも同様にして適用することができる。
【００６４】
図１０に示す態様では、被加工基板６１の片側（特に鉛直下方側）から被加工基板６１の一方の基板（ガラス基板９１）を割断したり、両方の基板（ガラス基板９１，９２）を同時に割断する様子が示されている。なお、図１０に示すように、被加工基板６１を保持する空気浮上ホルダ５１′に割断加工用孔５１ｂが形成されており、この割断加工用孔５１ｂを介してレーザビームＬＢ１，ＬＢ２が被加工基板６１の裏面へ向けて照射され、又は冷却剤Ｃが被加工基板６１の裏面へ向けて吹き付けられるようになっている。
【００６５】
図１１に示す態様では、被加工基板６１の両側（鉛直上方側及び鉛直下方側）から被加工基板６１の両方の基板（ガラス基板９１，９２）を同時に割断する様子が示されている。なお、図１１に示す空気浮上ホルダ５１′には、図１０に示す空気浮上ホルダ５１′と同様に割断加工用孔５１ｂが形成されている。なお、図１１においては、被加工基板６１の表裏両側の基板（ガラス基板９１，９２）に形成される割断線の位置が一致しない場合が示されているが、このような割断線の位置が一致する場合にも同様にして適用することができる。
【００６６】
なお、図８乃至図１１に示す割断加工では、図２及び図３に示す基板保持機構５０が用いられる場合を例に挙げて説明したが、図６に示す基板保持機構５０′や図７に示す基板保持機構５０″が用いられる場合にも同様にして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る割断加工システムの全体構成を示す図。
【図２】図１に示す割断加工システムで用いられる基板保持機構の詳細を示す斜視図。
【図３】図２に示す基板保持機構を示す正面図。
【図４】図２及び図３に示す基板保持機構により被加工基板に印加される応力の大きさを制御する制御装置の一例を示す図。
【図５】図２及び図３に示す基板保持機構により被加工基板に印加される応力のパターン（被加工基板上での位置と応力との関係）の一例を示す図。
【図６】図１に示す割断加工システムで用いられる基板保持機構の一変形例を示す正面図。
【図７】図１に示す割断加工システムで用いられる基板保持機構の他の変形例を示す正面図。
【図８】図１に示す割断加工システムにより被加工基板としての貼合基板を割断する態様の一例を示す図。
【図９】図１に示す割断加工システムにより被加工基板としての貼合基板を割断する態様の一変形例を示す図。
【図１０】図１に示す割断加工システムにより被加工基板としての貼合基板を割断する態様の他の変形例を示す図。
【図１１】図１に示す割断加工システムにより被加工基板としての貼合基板を割断する態様のさらに他の変形例を示す図。
【図１２】一般的な割断加工システムにおける同一の加工速度下での照射エネルギーと割断比率との関係を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１  割断加工システム
１０  加熱冷却ユニット
２０  予熱ユニット
２１  レーザ発振器
２２  反射ミラー
２３  ポリゴンミラー
３０  割断ユニット
３１  レーザ発振器
３２  反射ミラー
３３  ポリゴンミラー
４０  冷却ユニット
４１  冷却ノズル
５０，５０′，５０″  基板保持機構
５１，５１′  空気浮上ホルダ
５１ａ  噴出孔
５１ｂ  割断加工用孔
５２Ａ，５２Ｂ  真空吸着ホルダ
５２ａ  吸着孔
５３  Ｚステージ
５３′  支持ステージ
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ａ′，５４Ｂ′  力制御ユニット
５５Ａ，５５Ｂ  連結部
５６Ａ，５６Ｂ  弾性部
５７Ａ，５７Ｂ  力センサ（力検出器）
５８Ａ，５８Ｂ  Ｚステージ
５９Ａ，５９Ｂ  微動ステージ
６０Ａ，６０Ｂ  移動量センサ（位置検出器）
６１  被加工基板
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ  被加工基板の端辺
６２，６３  レーザビームの照射パターン
６４  冷却剤の吹付パターン
６５  制御装置
６６  演算器
６７  記憶パターン保持部
６８  亀裂（割断線）
７１  割断予定線
７１′  割断予定位置
８１  移動ユニット
８２  クランプホルダ
８３  メカクランプ機構
８４  クランプ部材
９１，９２  ガラス基板
９３  液晶層
９４  割断線
ＬＢ１，ＬＢ２  レーザビーム
Ｃ  冷却剤
【図１】
2007090860.tif 000003
【図２】
2007090860.tif 000004
【図３】
2007090860.tif 000005
【図４】
2007090860.tif 000006
【図５】
2007090860.tif 000007
【図６】
2007090860.tif 000008
【図７】
2007090860.tif 000009
【図８】
2007090860.tif 000010
【図９】
2007090860.tif 000011
【図１０】
2007090860.tif 000012
【図１１】
2007090860.tif 000013
【図１２】
2007090860.tif 000014