JP2004035315A - 脆性材料基板の分断方法および脆性材料基板分断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】工程数を低減することができ、歩留まりを向上する。
【解決手段】脆性材料基板Ｓの表裏の両面に対して、レーザースポット形成装置４からレーザビームを照射して、脆性材料基板Ｓの軟化点より低い温度で連続して加熱して、脆性材料基板Ｓの表裏に該脆性材料基板に相互に対応するように加熱領域を形成し、その加熱領域の近傍に冷却ノズル６から冷却媒体を吹き出すことにより冷却領域を形成し、脆性材料基板Ｓの表裏に予め設定されたスクライブ予定ラインに沿って、脆性材料基板Ｓの両面から脆性材料基板Ｓを貫通する垂直クラックを発生させて、脆性材料基板Ｓを分断する、
【選択図】 図１
【解決手段】脆性材料基板Ｓの表裏の両面に対して、レーザースポット形成装置４からレーザビームを照射して、脆性材料基板Ｓの軟化点より低い温度で連続して加熱して、脆性材料基板Ｓの表裏に該脆性材料基板に相互に対応するように加熱領域を形成し、その加熱領域の近傍に冷却ノズル６から冷却媒体を吹き出すことにより冷却領域を形成し、脆性材料基板Ｓの表裏に予め設定されたスクライブ予定ラインに沿って、脆性材料基板Ｓの両面から脆性材料基板Ｓを貫通する垂直クラックを発生させて、脆性材料基板Ｓを分断する、
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等の表示装置に使用されるガラス基板等の脆性材料基板の分断方法及びその分断方法を実施するために使用される分断装置に関する。
【０００２】
本明細書に記載されている脆性材料基板は、ガラス基板等を貼り合わせた貼り合わせ脆性材料基板を含む。
【０００３】
【従来の技術】
ガラス基板等に代表される脆性材料基板を分断するには、脆性材料基板上の表面から所定深さに形成された亀裂である垂直クラックを所望の方向に連続させたスクライブラインを形成するスクライブ工程と、このスクライブ工程に続いて、脆性材料基板に対して押圧力を加えることによって、スクライブ工程で形成されたスクライブラインに沿って脆性材料基板を分断させるブレイク工程とを実施することが一般的な方法となっている。
【０００４】
脆性材料基板を分断する場合に行われるスクライブ工程では、超硬合金製または焼結ダイヤモンド製のホィールカッターを用いてスクライブラインを形成する方法が知られている。しかし、このようなホィールカッターを用いる方法では、スクライブライン形成中に発生するカレットが脆性材料基板の表面に付着するおそれがあり、表示装置等に使用する場合には表示欠陥の原因となる。また、脆性材料基板を分断するブレイク工程を実施する際に、脆性材料基板の端面部分に所望でない欠けが生じ、分断後の脆性材料基板の品質が不良となるおそれもある。
【０００５】
これに対して、近年になって、レーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法が実用化されている。このレーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法では、図７に示すように、分断対象となる脆性材料基板Ｓに対して、レーザー発振装置６１からレーザービームＬＢが照射される。レーザー発振装置６１から照射されるレーザービームＬＢは、スクライブ予定ラインに沿ってレーザースポットＬＳを脆性材料基板Ｓ上に形成する。レーザー発振装置６１から照射されるレーザービームＬＢは、レーザー発振装置６１が固定された脆性材料基板Ｓに対して移動するか、または、脆性材料基板Ｓが固定されたレーザー発振装置６１に対して移動するか、または、レーザ発振装置６１及び脆性材料基板Ｓのいずれもが移動するかにより、脆性材料基板Ｓ上をレーザ発振装置６１のレーザスポットがスクライブ予定ラインに沿って移動するように設定される。
【０００６】
また、脆性材料基板Ｓの表面におけるレーザービームＬＢの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成されるように、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル６２から吹き付けられるようになっている。レーザービームＬＢが照射されるガラス基板の表面は、レーザービームＬＢによる加熱によって圧縮応力が生じた後に、冷却媒体が吹き付けられることにより、引張り応力が生じる。このように、圧縮応力が生じた領域に近接した領域に引張り応力が生じるために、両領域間に、それぞれの応力に基づく応力勾配が発生し、脆性材料基板には、脆性材料基板の端部にホィールカッター等により予め形成された切れ目からスクライブ予定ラインに沿うように連続したクラックが発生する。
【０００７】
上記のようなレーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法では、カレットの発生は極めて少なく、スクライブラインの形成に熱歪応力を利用しているので、ブレイク工程を実施する際に脆性材料端面に欠けが生じにくい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
分断対象となる脆性材料基板が１枚の板状に構成された単板である場合、脆性材料基板の片面に対して、上記のレーザービームを用いたスクライブ工程を実施した後に、スクライブラインを形成した脆性材料基板の表裏を反転して、スクライブラインが形成されていない裏面が上側になるようにした後に、スクライブラインが形成された側に対して反対側である裏面に対して、スクライブラインと対向したラインに沿って押圧力を加えるブレイク工程を行うことにより単板の脆性材料基板が分断される。
【０００９】
この場合、スクライブ工程に続くブレイク工程にて、確実に脆性材料基板を分断することができ、また、良好な分断面を得るためには、スクライブ工程にて形成されるスクライブラインの垂直クラックは、深く形成されることが好ましい。しかし、垂直クラックが深い場合には、ブレイク工程を実施する前に、脆性材料基板を搬送及び表裏を反転する際に、脆性材料基板が分断された状態になり、分断された脆性材料基板がスクライブ工程を実施する装置内に残されるおそれがあり、さらには、脆性材料基板が搬送途中で落下するおそれもある。
【００１０】
一方、分断対象となる脆性材料基板が、液晶表示装置等の用途のために一対の脆性材料基板を貼り合わせることにより構成される貼りあわせ脆性材料基板である場合、貼り合わされた一対の脆性材料基板のそれぞれに対して、スクライブ工程及びブレイク工程を実施する必要があるため、単板に比較して、分断するための工程が多工程にわたり、各工程を実施するため、脆性材料基板の搬送及び反転を繰り返し行うことが必要になる。
【００１１】
したがって、脆性材料基板の一種である貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、分断を実施するための工程が多工程にわたるという問題と共に、各工程が終了する毎に脆性材料基板を搬送及び反転させることが必要になるため、前述した搬送途中で脆性材料基板の落下等の問題が生じるおそれが、単板の場合よりも高くなる。
【００１２】
したがって、分断対象となる脆性材料基板が単板、あるいは貼り合わせ基板のいずれである場合でも、スクライブ工程後の基板の搬送途中において脆性材料基板が分断され、落下して、基板を破損してしまい、歩留まりが低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、工程数を低減することができるとともに、製品の歩留まりが向上する、脆性材料基板の分断方法及びその分断方法を実施するための分断装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板の表面および裏面における相互に対応するように形成されるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点より低い温度でそれぞれ連続して同時に加熱して、加熱領域をそれぞれ形成しつつ、各加熱領域の近傍に冷却領域をそれぞれ連続して形成することにより、脆性材料基板の表面および裏面から該脆性材料基板を貫通する垂直クラックを形成して、該脆性材料基板を分断することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の脆性材料基板分断装置は、脆性材料基板を該脆性材料基板の軟化点より低い温度で加熱して加熱領域を形成する加熱手段と、加熱領域に近傍した位置を冷却して冷却領域を形成する冷却手段とが、分断対象となる脆性材料基板の表面および裏面に、相互に対応するように、且つ、所定のスクライブ予定ライン方向に相対的に移動可能なように、それぞれ配置されて、該加熱領域と該冷却領域とによって形成される熱応力によって、該脆性材料基板の両面から該脆性材料基板を貫通して該脆性材料基板を分断する垂直クラックが形成されることを特徴とするものである。
【００１６】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記加熱領域の前方を余熱する余熱手段がさらに設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記冷却領域の後方を加熱する第二加熱手段がさらに設けられていることが好ましい。
【００１８】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記第二加熱手段は、スクライブ予定ラインに沿う方向を対対称軸とするように、２つに分離して構成されていることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脆性材料基板の分断方法及びその分断方法に用いられる分断装置について、詳細に説明する。
【００２０】
本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板の表裏の両面に対して同方向に同時にレーザビームの照射及び冷却媒体の吹き付けを行うスクライブ工程を実施することを特徴としている。本発明の脆性材料基板の分断方法では、脆性材料基板の両面に対してスクライブ工程を実施することにより、１回のスクライブ工程で脆性材料基板の上下面に対して垂直クラックが貫通したフルボディカットの状態にして、脆性材料基板が完全分断された状態とし、従来方法において実施されていたスクライブ工程に続くブレイク工程を省略することができる。これにより、脆性材料基板を分断するための工程数を低減することができる。さらに、特に、脆性材料基板の一種である貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、貼り合わせ脆性材料基板の一対の脆性材料基板のそれぞれに対して実施していたスクライブ工程及びブレイク工程のうちブレイク工程を省略することができるので、これに関連して、スクライブ工程からブレイク工程への搬送及び脆性材料基板の反転を行う必要がないので、脆性材料基板の搬送及び反転途中における脆性材料基板の落下等のおそれを防止することができる。この結果、脆性材料基板の分断の歩留まりを向上させることが可能になる。
【００２１】
次に、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための具体的な分断装置について、以下の実施の形態において図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の脆性材料基板の分断方法を実施するための分断装置１を示す模式図であり、シングルビームを脆性材料基板Ｓの表裏に照射することを特徴とするものである。
【００２３】
この分断装置１は、所定の波長域のレーザービームを発振するレーザービーム発振装置２を有している。また、このレーザービーム発振装置２のレーザービーム出射側には、発振されたレーザービームの出力を分割するビームスプリッタ３が設けられている。
【００２４】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、脆性材料基板Ｓに対して対称となるように、レーザスポット形成装置４が設けられている。ビームスプリッター３と各レーザスポット形成装置４との間には、ミラー等のビーム反射手段５が各所の適切な位置に設けられており、各レーザスポット形成装置４に、ビームスプリッタ３により分離されたそれぞれのレーザビームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられたレーザスポット形成装置４は、入射されたレーザビームを所望の形状、例えば、スクライブ予定ラインに沿って長い長円形状等の形状にレーザスポットを調整する。
【００２５】
各レーザスポット形成装置４は、脆性材料基板Ｓに対して対称である関係を維持しながら、脆性材料基板Ｓに対して一定の方向に相対的に移動可能になっている。ここで、相対的に移動可能とは、レーザスポット形成装置４を固定して脆性材料基板Ｓを移動させる場合、または、脆性材料基板Ｓを固定してレーザスポット形成装置４を移動させる場合、さらには、脆性材料基板Ｓ及びレーザスポット形成装置４を共に移動させる場合がある。
【００２６】
また、脆性材料基板Ｓの表裏各面には、脆性材料基板Ｓの表裏面のそれぞれに冷却媒体を吹きつける冷却ノズル６が設けられている。各冷却ノズル６は、各レーザスポット形成装置４から照射されたレーザスポットＡに対して、レーザスポットＡの移動方向の後方側の近傍位置に、冷却媒体の吹き付けによる冷却領域Ｂが形成されるようになっている。各冷却ノズル６から吹き付けられる冷却媒体としては、使用が容易である点で冷却水が代表的であるが、冷却ＣＯ２ガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガス等の気体状の冷却媒体、冷却有機溶媒等の他の液状の冷却媒体に変更することが可能である。
【００２７】
次に、上記構成の分断装置１を用いた脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。
【００２８】
レーザービーム発振装置２を駆動すると、所定の照射エネルギーを有するレーザービームが発振される。発振されたレーザービームは、ビームスプリッター３にて２方向のレーザービームに分離され、各分離されたレーザービームは、それぞれ、各所に配置されたビーム反射手段５にて反射されて、各レーザスポット形成装置４にそれぞれ入射される。レーザスポット形成装置４では、入射されたレーザービームが、長円形状等の所定の形状に形成されて、脆性材料基板Ｓの表裏面にそれぞれ照射される。脆性材料基板Ｓの表裏各面では、照射されたレーザービームのレーザスポットＡに対応した加熱領域が形成される。
【００２９】
ここで、脆性材料基板Ｓの表裏各面に形成される加熱領域の加熱温度は、レーザービームが照射された脆性材料基板Ｓの表裏各面が溶融することを防止するため、脆性材料基板Ｓが溶融される温度より低い、すなわち、脆性材料基板Ｓの軟化点よりも低い温度とされる。
【００３０】
冷却ノズル６からは、レーザビームが照射される加熱領域のレーザスポットＡの移動方向の後方側の近傍位置に、各冷却ノズル６から冷却媒体が吹き付けられて、冷却領域Ｂが形成される。
【００３１】
また、分断対象となる脆性材料基板Ｓの表裏の各面のスクライブ予定ラインの端部位置には、図示しないカッターホィール等の機械的手段やＹＡＧレーザー等の光学的手段により切れ目が形成されている。脆性材料基板Ｓの表裏の各面に形成されたレーザビーム照射による加熱領域では、圧縮応力が発生し、冷却媒体が吹き付けられた冷却領域には、引張り応力が発生する。このようなレーザービーム照射による圧縮応力及びその後方側に形成される冷却媒体による冷却領域の引張り応力を脆性材料基板Ｓ上のスクライブ予定ライン上に形成させ、これらの加熱領域及び冷却領域をスクライブ予定ライン上に順次移動させることにより、脆性材料基板Ｓの端部に予め形成された切れ目から垂直方向のクラックが連続して形成され、所望のスクライブラインが形成される。
【００３２】
本実施の形態１では、このようなスクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板である場合は、レーザースポットＡ及び冷却スポットＢの脆性材料基板Ｓに対しての移動速度（以下、相対速度と呼ぶ）を低速にすることで、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、一回のスクライブ工程で貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。したがって、従来、このスクライブ工程に引き続いて行われてきたブレイク工程を実施することが不要であり、脆性材料基板Ｓを分断するための工程数を低減することができる。また、各工程を実施することに伴う脆性材料基板Ｓの搬送及び反転を行った場合に発生していた脆性材料基板Ｓの落下等の不具合を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための実施の形態２の分断装置１０を示す模式図であり、脆性材料基板Ｓの表裏各面にそれぞれ２つのビームスポットを形成することを特徴とするものである。
【００３４】
この分断装置１０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態２の分断装置の説明では、図１に示す分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００３５】
本実施の形態２の分断装置では、余熱ビームを発振する余熱ビーム発振装置１１を有している。この余熱ビーム発振装置１１から発振される余熱ビームは、脆性材料基板Ｓにレーザビームを照射して加熱領域を形成する前に、予め、ある程度余熱するために用いられるものであるので、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーよりも幾分低エネルギーになるように設定される。
【００３６】
この余熱ビーム発振装置１１の余熱ビーム出射側には、発振された余熱ビームの出力を分割するビームスピリッター１２が設けられている。
【００３７】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、レーザスポット形成装置４のさらに前方側になるように、余熱スポット形成装置１３が設けられている。ビームスプリッター１２と各余熱スポット形成装置１３との間には、ミラー等のビーム反射手段１４が各所の適切な位置に設けられており、各余熱スポット形成装置１３に、ビームスプリッター１２により分離されたそれぞれの成分の余熱ビームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた余熱スポット形成装置１３は、入射された余熱ビームを所望の形状、例えば、スクライブ予定ラインに沿って長い長円形状等の形状に余熱ビームスポットを調節する。さらに、この余熱ビームスポット形成装置１３により形成される余熱スポットＣは、脆性材料基板Ｓの所望の広範囲にわたって余熱を行うために、ビームスポット形成装置４によるレーザスポットＡよりも大きい領域を占めるように形成される。図２に示す例では、レーザスポット形成装置４により形成されたレーザスポットＡが、スクライブ予定ラインの方向に沿って長い長円形状に形成されており、余熱スポット形成装置１３により形成される余熱スポットＣが、この長円形状のビームスポットよりもさらに長い長円形状の形状とされている。
【００３８】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００３９】
この実施の形態２では、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域のさらに前方側に余熱領域を形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域が形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板Ｓの厚み方向へより深く形成することが可能になる。このため、実施の形態１と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので１回のスクライブ工程にて垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図３は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するめの実施の形態３の分断装置２０を示す模式図であり、脆性材料基板Ｓの表裏各面に目的が異なるそれぞれ２つのビームスポットを形成することを特徴とするものである。
【００４１】
この分断装置２０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置の構成に加えて、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態３の分断装置の説明では、図１に示す分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００４２】
本実施の形態３の分断装置では、第二レーザービームを発振する第二レーザービーム発振装置２１を有している。この第二レーザービーム発振装置２１から発振される第二レーザービームは、前方側での引張り応力の発生により形成された垂直クラックに対して、さらに、冷却領域の後方側に第二の加熱領域を形成することにより、前方側にて形成された垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向にさらに深く進展させるために用いられるものである。このため、第二レーザービーム発振装置２１から発振される第二レーザービームのエネルギーは、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーと同程度とされてもよいが、分断対象となる脆性材料基板Ｓの厚さ、硬度の相違により、レーザビームのエネルギーよりも高エネルギーとするか、低エネルギーとするかは、適宜設定される。
【００４３】
この第二レーザービーム発振装置２１の第二レーザービーム出射側には、発振された第二レーザービームの出力を分割するビームスピリッター２２が設けられている。
【００４４】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、冷却ノズル６の設置位置のさらに後方側になるように、第二レーザースポット形成装置２３が設けられている。ビームスプリッター２２と各第二レーザースポット形成装置２３との間には、ミラー等のビーム反射手段２４が各所の適切な位置に設けられており、第二レーザースポット形成装置２３に、ビームスプリッター２２により分離されたそれぞれの第二レーザービームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた第二レーザースポット形成装置２３は、入射された第二レーザービームを所望の形状に調節する。さらに、この第二レーザースポット形成装置２３により形成される第二レーザースポットの形状は、既に形成された垂直クラックをさらに深く進展させることが目的であるため、任意の形状でよい。例えば、図３に示す例では、小円形状に形成されている。
【００４５】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態３では、第二レーザースポット形成装置２３により、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットＡによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域Ｂとによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、さらに、より深いクラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展させることが可能となる。
【００４７】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００４８】
（実施の形態４）
図４は、本発明の脆性材料基板Ｓの分断方法を実施するための実施の形態４の分断装置３０を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００４９】
この分断装置３０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加すると共に、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態２に詳述されており、また、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態３に詳述されている。すなわち、本実施の形態４の分断装置３０は、図１に示す分断装置１に、実施の形態２及び実施の形態３の構成を組み合わせて加えた構成となっているので、上述の図１〜図３の分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態４の分断装置３０では、実施の形態２の分断装置１０と同様に、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域Ａのさらに前方側に余熱領域Ｃを形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域Ｃが形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板の厚み方向により深く形成することが可能になる。
【００５１】
また、実施の形態３の分断装置２０と同様に、第二レーザースポット形成装置２３により、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域の後方側に第二の加熱領域Ｄを形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域Ａと冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域Ｂとによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、さらに、より深い垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展することが可能となる。
【００５２】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００５３】
したがって、本実施の形態４の分断装置では、上記の実施の形態１〜３の分断装置に比較して、さらに、分断面の品質に優れた脆性材料基板の分断を実施することが可能になる。
【００５４】
（実施の形態５）
図５は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するめの実施の形態５の分断装置４０を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００５５】
この分断装置４０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域Ｂのさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態５の分断装置の説明では、図１に示す分断装置１と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００５６】
本実施の形態５の分断装置４０では、第二レーザービームを発振する第二レーザービーム発振装置４１を有している。この第二レーザービーム発振装置４１から発振される第二レーザービームは、前方側での引張り応力の発生により形成された垂直クラックに対して、さらに、冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成することにより、その位置にも引張り応力を発生されることにより、前方側にて形成された垂直クラックを脆性材料基板の厚み方向にさらに深く形成するために用いられるものである。このため、第二レーザービーム発振装置４１から発振される第二レーザービームのエネルギーは、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーと同程度とされてもよいが、分断対象となる脆性材料基板の厚さ、硬度の相違により、レーザビームのエネルギーよりも高エネルギーとするか、低エネルギーとするかは、適宜設定される。
【００５７】
この第二レーザービーム発振装置４１の第二レーザービーム出射側には、発振された第二レーザービームの出力を分割するビームスピリッター４２が設けられている。
【００５８】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、冷却ノズル６の設置位置のさらに後方側になるように、第二レーザースポット形成装置４３が設けられている。この第二レーザースポット形成装置４３は、さらに、右側レーザースポット形成装置４３ａと左側レーザースポット形成装置４３ｂとから構成されている。この右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂのそれぞれは、スクライブ予定ラインを中心軸として、スクライブ予定ラインに対して左右対称になるように設けられている。ビームスプリッター４２と、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂとの間には、第二のビームスプリッター４４がそれぞれ設けられており、ビームスプリッター４２により分離された第二レーザービームがさらに分割されるようになっている。第二ビームスプリッター４４にて分離されたそれぞれの第二レーザービームは、ミラー等のビーム反射手段４５によって、右側及び左側レーザスポット形成装置４３ａ及び４３ｂに導かれるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂは、入射された第二レーザービームを所望の形状に調節する。右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂから出射された第二レーザービームは、スクライブライン上に照射されるように調整されている。右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂによりそれぞれ形成されるレーザースポットの形状は、既に形成された垂直クラックをさらに深く形成することが目的であるため、任意の形状でよい。例えば、図５に示す例では、スクライブラインに沿って長い長円形状に形成されている。
【００５９】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置１を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００６０】
この実施の形態５では、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂにより、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域とによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、左右両側から、引張り応力を発生させて、より深い垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展させることが可能となる。
【００６１】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
（実施の形態６）
図６は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための実施の形態６の分断装置を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００６２】
この分断装置５０は、上記の図５に示す実施の形態５の分断装置４０と概略同一の構成を有するものであり、図５の分断装置４０の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加する構成を追加したものである。レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態２に詳述されている。すなわち、本実施の形態６の分断装置５０は、図５に示す分断装置４０に、実施の形態２の構成を組み合わせて加えた構成となっているので、上述の実施の形態２及び５の分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態６の分断装置５０では、実施の形態２の分断装置１０と同様に、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域Ａのさらに前方側に余熱領域Ｃを形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域Ｃが形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板Ｓの厚み方向により深く形成することが可能になる。
【００６４】
また、実施の形態５の分断装置４０と同様に、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂにより、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域とによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、左右両側から引張り応力を発生させて、垂直クラックを脆性材料基板の厚み方向に進展させることが可能となる。
【００６５】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００６６】
したがって、本実施の形態６の分断装置では、上記の実施の形態２及び５の分断装置に比較して、さらに、分断面の品質が優れた脆性材料基板の分断を実施することが可能になる。
【００６７】
なお、脆性材料基板の単板として、ガラス基板、石英、サファイヤ基板、半導体ウエハ、セラミックス等に、本発明の分断方法及び分断装置が適用され、貼り合わせ脆性材料基板として、フラットパネルディスプレイの一種である液晶表示基板、プラズマディスプレイパネル基板、有機ＥＬ基板、無機ＥＬ基板等の製造に本発明の分断方法及び分断装置が適用される。さらに、透過型プロジェクタ基板、反射型プロジェクタ基板等の製造にも本発明の分断方法及び分断装置が適用される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、脆性材料基板の表面および裏面における相互に対応するように形成されるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点より低い温度でそれぞれ連続して同時に加熱して、加熱領域をそれぞれ形成しつつ、各加熱領域の近傍に冷却領域をそれぞれ連続して形成することにより、脆性材料基板の表面および裏面から該脆性材料基板を貫通する垂直クラックを形成して、該脆性材料基板を分断することを特徴とする。本発明では、脆性材料基板の両面に対してスクライブ工程を実施することにより、１回のスクライブ工程により脆性材料基板を垂直クラックが貫通したフルボディカットして、脆性材料基板が分断された状態とすることにより、従来方法において実施されていたスクライブ工程に続くブレイク工程を省略することができる。これにより、脆性材料基板を分断するための工程数を低減することができる。さらに、特に、貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、貼り合わせ脆性材料基板の一対の脆性材料基板のそれぞれに対して行ってきたスクライブ工程及びブレイク工程のうちブレイク工程を省略することができるので、これに関連して、スクライブ工程からブレイク工程への搬送及び脆性材料基板の反転を行う必要がないので、脆性材料基板の搬送及び反転途中で脆性材料基板が落下する等のおそれを防止することができる。この結果、脆性材料基板の分断の歩留まりを向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の分断装置１を示す模式図である。
【図２】実施の形態２の分断装置１０を示す模式図である。
【図３】実施の形態３の分断装置２０を示す模式図である。
【図４】実施の形態４の分断装置３０を示す模式図である。
【図５】実施の形態５の分断装置４０を示す模式図である。
【図６】実施の形態６の分断装置５０を示す模式図である。
【図７】レーザービーム照射を用いた脆性材料基板の分断方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ 分断装置
２ レーザービーム発振装置
３ ビームスプリッター
４ レーザスポット形成装置
５ ビーム反射手段
６ 冷却ノズル
１０ 分断装置
１１ 余熱ビーム発振装置
１２ ビームスプリッター
１３ 余熱スポット形成装置
１４ ビーム反射手段
２０ 分断装置
２１ 第二レーザービーム発振装置
２２ ビームスプリッター
２３ 第二レーザスポット形成装置
３０ 分断装置
４０ 分断装置
４１ 第二レーザービーム発振装置
４２ ビームスプリッター
４３ 第二レーザースポット形成装置
４４ 第二ビームスプリッター
４５ ビーム反射手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等の表示装置に使用されるガラス基板等の脆性材料基板の分断方法及びその分断方法を実施するために使用される分断装置に関する。
【０００２】
本明細書に記載されている脆性材料基板は、ガラス基板等を貼り合わせた貼り合わせ脆性材料基板を含む。
【０００３】
【従来の技術】
ガラス基板等に代表される脆性材料基板を分断するには、脆性材料基板上の表面から所定深さに形成された亀裂である垂直クラックを所望の方向に連続させたスクライブラインを形成するスクライブ工程と、このスクライブ工程に続いて、脆性材料基板に対して押圧力を加えることによって、スクライブ工程で形成されたスクライブラインに沿って脆性材料基板を分断させるブレイク工程とを実施することが一般的な方法となっている。
【０００４】
脆性材料基板を分断する場合に行われるスクライブ工程では、超硬合金製または焼結ダイヤモンド製のホィールカッターを用いてスクライブラインを形成する方法が知られている。しかし、このようなホィールカッターを用いる方法では、スクライブライン形成中に発生するカレットが脆性材料基板の表面に付着するおそれがあり、表示装置等に使用する場合には表示欠陥の原因となる。また、脆性材料基板を分断するブレイク工程を実施する際に、脆性材料基板の端面部分に所望でない欠けが生じ、分断後の脆性材料基板の品質が不良となるおそれもある。
【０００５】
これに対して、近年になって、レーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法が実用化されている。このレーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法では、図７に示すように、分断対象となる脆性材料基板Ｓに対して、レーザー発振装置６１からレーザービームＬＢが照射される。レーザー発振装置６１から照射されるレーザービームＬＢは、スクライブ予定ラインに沿ってレーザースポットＬＳを脆性材料基板Ｓ上に形成する。レーザー発振装置６１から照射されるレーザービームＬＢは、レーザー発振装置６１が固定された脆性材料基板Ｓに対して移動するか、または、脆性材料基板Ｓが固定されたレーザー発振装置６１に対して移動するか、または、レーザ発振装置６１及び脆性材料基板Ｓのいずれもが移動するかにより、脆性材料基板Ｓ上をレーザ発振装置６１のレーザスポットがスクライブ予定ラインに沿って移動するように設定される。
【０００６】
また、脆性材料基板Ｓの表面におけるレーザービームＬＢの照射領域の近傍には、スクライブラインが形成されるように、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル６２から吹き付けられるようになっている。レーザービームＬＢが照射されるガラス基板の表面は、レーザービームＬＢによる加熱によって圧縮応力が生じた後に、冷却媒体が吹き付けられることにより、引張り応力が生じる。このように、圧縮応力が生じた領域に近接した領域に引張り応力が生じるために、両領域間に、それぞれの応力に基づく応力勾配が発生し、脆性材料基板には、脆性材料基板の端部にホィールカッター等により予め形成された切れ目からスクライブ予定ラインに沿うように連続したクラックが発生する。
【０００７】
上記のようなレーザービームを使用してスクライブラインを形成する方法では、カレットの発生は極めて少なく、スクライブラインの形成に熱歪応力を利用しているので、ブレイク工程を実施する際に脆性材料端面に欠けが生じにくい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
分断対象となる脆性材料基板が１枚の板状に構成された単板である場合、脆性材料基板の片面に対して、上記のレーザービームを用いたスクライブ工程を実施した後に、スクライブラインを形成した脆性材料基板の表裏を反転して、スクライブラインが形成されていない裏面が上側になるようにした後に、スクライブラインが形成された側に対して反対側である裏面に対して、スクライブラインと対向したラインに沿って押圧力を加えるブレイク工程を行うことにより単板の脆性材料基板が分断される。
【０００９】
この場合、スクライブ工程に続くブレイク工程にて、確実に脆性材料基板を分断することができ、また、良好な分断面を得るためには、スクライブ工程にて形成されるスクライブラインの垂直クラックは、深く形成されることが好ましい。しかし、垂直クラックが深い場合には、ブレイク工程を実施する前に、脆性材料基板を搬送及び表裏を反転する際に、脆性材料基板が分断された状態になり、分断された脆性材料基板がスクライブ工程を実施する装置内に残されるおそれがあり、さらには、脆性材料基板が搬送途中で落下するおそれもある。
【００１０】
一方、分断対象となる脆性材料基板が、液晶表示装置等の用途のために一対の脆性材料基板を貼り合わせることにより構成される貼りあわせ脆性材料基板である場合、貼り合わされた一対の脆性材料基板のそれぞれに対して、スクライブ工程及びブレイク工程を実施する必要があるため、単板に比較して、分断するための工程が多工程にわたり、各工程を実施するため、脆性材料基板の搬送及び反転を繰り返し行うことが必要になる。
【００１１】
したがって、脆性材料基板の一種である貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、分断を実施するための工程が多工程にわたるという問題と共に、各工程が終了する毎に脆性材料基板を搬送及び反転させることが必要になるため、前述した搬送途中で脆性材料基板の落下等の問題が生じるおそれが、単板の場合よりも高くなる。
【００１２】
したがって、分断対象となる脆性材料基板が単板、あるいは貼り合わせ基板のいずれである場合でも、スクライブ工程後の基板の搬送途中において脆性材料基板が分断され、落下して、基板を破損してしまい、歩留まりが低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、工程数を低減することができるとともに、製品の歩留まりが向上する、脆性材料基板の分断方法及びその分断方法を実施するための分断装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板の表面および裏面における相互に対応するように形成されるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点より低い温度でそれぞれ連続して同時に加熱して、加熱領域をそれぞれ形成しつつ、各加熱領域の近傍に冷却領域をそれぞれ連続して形成することにより、脆性材料基板の表面および裏面から該脆性材料基板を貫通する垂直クラックを形成して、該脆性材料基板を分断することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の脆性材料基板分断装置は、脆性材料基板を該脆性材料基板の軟化点より低い温度で加熱して加熱領域を形成する加熱手段と、加熱領域に近傍した位置を冷却して冷却領域を形成する冷却手段とが、分断対象となる脆性材料基板の表面および裏面に、相互に対応するように、且つ、所定のスクライブ予定ライン方向に相対的に移動可能なように、それぞれ配置されて、該加熱領域と該冷却領域とによって形成される熱応力によって、該脆性材料基板の両面から該脆性材料基板を貫通して該脆性材料基板を分断する垂直クラックが形成されることを特徴とするものである。
【００１６】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記加熱領域の前方を余熱する余熱手段がさらに設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記冷却領域の後方を加熱する第二加熱手段がさらに設けられていることが好ましい。
【００１８】
上記本発明の脆性材料基板分断装置において、前記第二加熱手段は、スクライブ予定ラインに沿う方向を対対称軸とするように、２つに分離して構成されていることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脆性材料基板の分断方法及びその分断方法に用いられる分断装置について、詳細に説明する。
【００２０】
本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板の表裏の両面に対して同方向に同時にレーザビームの照射及び冷却媒体の吹き付けを行うスクライブ工程を実施することを特徴としている。本発明の脆性材料基板の分断方法では、脆性材料基板の両面に対してスクライブ工程を実施することにより、１回のスクライブ工程で脆性材料基板の上下面に対して垂直クラックが貫通したフルボディカットの状態にして、脆性材料基板が完全分断された状態とし、従来方法において実施されていたスクライブ工程に続くブレイク工程を省略することができる。これにより、脆性材料基板を分断するための工程数を低減することができる。さらに、特に、脆性材料基板の一種である貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、貼り合わせ脆性材料基板の一対の脆性材料基板のそれぞれに対して実施していたスクライブ工程及びブレイク工程のうちブレイク工程を省略することができるので、これに関連して、スクライブ工程からブレイク工程への搬送及び脆性材料基板の反転を行う必要がないので、脆性材料基板の搬送及び反転途中における脆性材料基板の落下等のおそれを防止することができる。この結果、脆性材料基板の分断の歩留まりを向上させることが可能になる。
【００２１】
次に、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための具体的な分断装置について、以下の実施の形態において図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の脆性材料基板の分断方法を実施するための分断装置１を示す模式図であり、シングルビームを脆性材料基板Ｓの表裏に照射することを特徴とするものである。
【００２３】
この分断装置１は、所定の波長域のレーザービームを発振するレーザービーム発振装置２を有している。また、このレーザービーム発振装置２のレーザービーム出射側には、発振されたレーザービームの出力を分割するビームスプリッタ３が設けられている。
【００２４】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、脆性材料基板Ｓに対して対称となるように、レーザスポット形成装置４が設けられている。ビームスプリッター３と各レーザスポット形成装置４との間には、ミラー等のビーム反射手段５が各所の適切な位置に設けられており、各レーザスポット形成装置４に、ビームスプリッタ３により分離されたそれぞれのレーザビームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられたレーザスポット形成装置４は、入射されたレーザビームを所望の形状、例えば、スクライブ予定ラインに沿って長い長円形状等の形状にレーザスポットを調整する。
【００２５】
各レーザスポット形成装置４は、脆性材料基板Ｓに対して対称である関係を維持しながら、脆性材料基板Ｓに対して一定の方向に相対的に移動可能になっている。ここで、相対的に移動可能とは、レーザスポット形成装置４を固定して脆性材料基板Ｓを移動させる場合、または、脆性材料基板Ｓを固定してレーザスポット形成装置４を移動させる場合、さらには、脆性材料基板Ｓ及びレーザスポット形成装置４を共に移動させる場合がある。
【００２６】
また、脆性材料基板Ｓの表裏各面には、脆性材料基板Ｓの表裏面のそれぞれに冷却媒体を吹きつける冷却ノズル６が設けられている。各冷却ノズル６は、各レーザスポット形成装置４から照射されたレーザスポットＡに対して、レーザスポットＡの移動方向の後方側の近傍位置に、冷却媒体の吹き付けによる冷却領域Ｂが形成されるようになっている。各冷却ノズル６から吹き付けられる冷却媒体としては、使用が容易である点で冷却水が代表的であるが、冷却ＣＯ２ガス、Ｎ２ガス、Ｈｅガス等の気体状の冷却媒体、冷却有機溶媒等の他の液状の冷却媒体に変更することが可能である。
【００２７】
次に、上記構成の分断装置１を用いた脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。
【００２８】
レーザービーム発振装置２を駆動すると、所定の照射エネルギーを有するレーザービームが発振される。発振されたレーザービームは、ビームスプリッター３にて２方向のレーザービームに分離され、各分離されたレーザービームは、それぞれ、各所に配置されたビーム反射手段５にて反射されて、各レーザスポット形成装置４にそれぞれ入射される。レーザスポット形成装置４では、入射されたレーザービームが、長円形状等の所定の形状に形成されて、脆性材料基板Ｓの表裏面にそれぞれ照射される。脆性材料基板Ｓの表裏各面では、照射されたレーザービームのレーザスポットＡに対応した加熱領域が形成される。
【００２９】
ここで、脆性材料基板Ｓの表裏各面に形成される加熱領域の加熱温度は、レーザービームが照射された脆性材料基板Ｓの表裏各面が溶融することを防止するため、脆性材料基板Ｓが溶融される温度より低い、すなわち、脆性材料基板Ｓの軟化点よりも低い温度とされる。
【００３０】
冷却ノズル６からは、レーザビームが照射される加熱領域のレーザスポットＡの移動方向の後方側の近傍位置に、各冷却ノズル６から冷却媒体が吹き付けられて、冷却領域Ｂが形成される。
【００３１】
また、分断対象となる脆性材料基板Ｓの表裏の各面のスクライブ予定ラインの端部位置には、図示しないカッターホィール等の機械的手段やＹＡＧレーザー等の光学的手段により切れ目が形成されている。脆性材料基板Ｓの表裏の各面に形成されたレーザビーム照射による加熱領域では、圧縮応力が発生し、冷却媒体が吹き付けられた冷却領域には、引張り応力が発生する。このようなレーザービーム照射による圧縮応力及びその後方側に形成される冷却媒体による冷却領域の引張り応力を脆性材料基板Ｓ上のスクライブ予定ライン上に形成させ、これらの加熱領域及び冷却領域をスクライブ予定ライン上に順次移動させることにより、脆性材料基板Ｓの端部に予め形成された切れ目から垂直方向のクラックが連続して形成され、所望のスクライブラインが形成される。
【００３２】
本実施の形態１では、このようなスクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板である場合は、レーザースポットＡ及び冷却スポットＢの脆性材料基板Ｓに対しての移動速度（以下、相対速度と呼ぶ）を低速にすることで、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、一回のスクライブ工程で貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。したがって、従来、このスクライブ工程に引き続いて行われてきたブレイク工程を実施することが不要であり、脆性材料基板Ｓを分断するための工程数を低減することができる。また、各工程を実施することに伴う脆性材料基板Ｓの搬送及び反転を行った場合に発生していた脆性材料基板Ｓの落下等の不具合を回避することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための実施の形態２の分断装置１０を示す模式図であり、脆性材料基板Ｓの表裏各面にそれぞれ２つのビームスポットを形成することを特徴とするものである。
【００３４】
この分断装置１０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態２の分断装置の説明では、図１に示す分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００３５】
本実施の形態２の分断装置では、余熱ビームを発振する余熱ビーム発振装置１１を有している。この余熱ビーム発振装置１１から発振される余熱ビームは、脆性材料基板Ｓにレーザビームを照射して加熱領域を形成する前に、予め、ある程度余熱するために用いられるものであるので、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーよりも幾分低エネルギーになるように設定される。
【００３６】
この余熱ビーム発振装置１１の余熱ビーム出射側には、発振された余熱ビームの出力を分割するビームスピリッター１２が設けられている。
【００３７】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、レーザスポット形成装置４のさらに前方側になるように、余熱スポット形成装置１３が設けられている。ビームスプリッター１２と各余熱スポット形成装置１３との間には、ミラー等のビーム反射手段１４が各所の適切な位置に設けられており、各余熱スポット形成装置１３に、ビームスプリッター１２により分離されたそれぞれの成分の余熱ビームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた余熱スポット形成装置１３は、入射された余熱ビームを所望の形状、例えば、スクライブ予定ラインに沿って長い長円形状等の形状に余熱ビームスポットを調節する。さらに、この余熱ビームスポット形成装置１３により形成される余熱スポットＣは、脆性材料基板Ｓの所望の広範囲にわたって余熱を行うために、ビームスポット形成装置４によるレーザスポットＡよりも大きい領域を占めるように形成される。図２に示す例では、レーザスポット形成装置４により形成されたレーザスポットＡが、スクライブ予定ラインの方向に沿って長い長円形状に形成されており、余熱スポット形成装置１３により形成される余熱スポットＣが、この長円形状のビームスポットよりもさらに長い長円形状の形状とされている。
【００３８】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００３９】
この実施の形態２では、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域のさらに前方側に余熱領域を形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域が形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板Ｓの厚み方向へより深く形成することが可能になる。このため、実施の形態１と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので１回のスクライブ工程にて垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図３は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するめの実施の形態３の分断装置２０を示す模式図であり、脆性材料基板Ｓの表裏各面に目的が異なるそれぞれ２つのビームスポットを形成することを特徴とするものである。
【００４１】
この分断装置２０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置の構成に加えて、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態３の分断装置の説明では、図１に示す分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００４２】
本実施の形態３の分断装置では、第二レーザービームを発振する第二レーザービーム発振装置２１を有している。この第二レーザービーム発振装置２１から発振される第二レーザービームは、前方側での引張り応力の発生により形成された垂直クラックに対して、さらに、冷却領域の後方側に第二の加熱領域を形成することにより、前方側にて形成された垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向にさらに深く進展させるために用いられるものである。このため、第二レーザービーム発振装置２１から発振される第二レーザービームのエネルギーは、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーと同程度とされてもよいが、分断対象となる脆性材料基板Ｓの厚さ、硬度の相違により、レーザビームのエネルギーよりも高エネルギーとするか、低エネルギーとするかは、適宜設定される。
【００４３】
この第二レーザービーム発振装置２１の第二レーザービーム出射側には、発振された第二レーザービームの出力を分割するビームスピリッター２２が設けられている。
【００４４】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、冷却ノズル６の設置位置のさらに後方側になるように、第二レーザースポット形成装置２３が設けられている。ビームスプリッター２２と各第二レーザースポット形成装置２３との間には、ミラー等のビーム反射手段２４が各所の適切な位置に設けられており、第二レーザースポット形成装置２３に、ビームスプリッター２２により分離されたそれぞれの第二レーザービームが入射されるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた第二レーザースポット形成装置２３は、入射された第二レーザービームを所望の形状に調節する。さらに、この第二レーザースポット形成装置２３により形成される第二レーザースポットの形状は、既に形成された垂直クラックをさらに深く進展させることが目的であるため、任意の形状でよい。例えば、図３に示す例では、小円形状に形成されている。
【００４５】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態３では、第二レーザースポット形成装置２３により、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットＡによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域Ｂとによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、さらに、より深いクラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展させることが可能となる。
【００４７】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００４８】
（実施の形態４）
図４は、本発明の脆性材料基板Ｓの分断方法を実施するための実施の形態４の分断装置３０を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００４９】
この分断装置３０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加すると共に、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態２に詳述されており、また、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域のさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態３に詳述されている。すなわち、本実施の形態４の分断装置３０は、図１に示す分断装置１に、実施の形態２及び実施の形態３の構成を組み合わせて加えた構成となっているので、上述の図１〜図３の分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態４の分断装置３０では、実施の形態２の分断装置１０と同様に、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域Ａのさらに前方側に余熱領域Ｃを形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域Ｃが形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板の厚み方向により深く形成することが可能になる。
【００５１】
また、実施の形態３の分断装置２０と同様に、第二レーザースポット形成装置２３により、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域の後方側に第二の加熱領域Ｄを形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域Ａと冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域Ｂとによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、さらに、より深い垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展することが可能となる。
【００５２】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００５３】
したがって、本実施の形態４の分断装置では、上記の実施の形態１〜３の分断装置に比較して、さらに、分断面の品質に優れた脆性材料基板の分断を実施することが可能になる。
【００５４】
（実施の形態５）
図５は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するめの実施の形態５の分断装置４０を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００５５】
この分断装置４０は、上記の図１に示す実施の形態１の分断装置１と概略同一の構成を有するものであり、図１の分断装置１の構成に加えて、冷却ノズル６から冷却媒体を吹き付けることによる冷却領域Ｂのさらに後方に、第二加熱領域を形成するための構成を追加したものである。したがって、以下の実施の形態５の分断装置の説明では、図１に示す分断装置１と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
【００５６】
本実施の形態５の分断装置４０では、第二レーザービームを発振する第二レーザービーム発振装置４１を有している。この第二レーザービーム発振装置４１から発振される第二レーザービームは、前方側での引張り応力の発生により形成された垂直クラックに対して、さらに、冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成することにより、その位置にも引張り応力を発生されることにより、前方側にて形成された垂直クラックを脆性材料基板の厚み方向にさらに深く形成するために用いられるものである。このため、第二レーザービーム発振装置４１から発振される第二レーザービームのエネルギーは、レーザビーム発振装置２から発振されるレーザビームのエネルギーと同程度とされてもよいが、分断対象となる脆性材料基板の厚さ、硬度の相違により、レーザビームのエネルギーよりも高エネルギーとするか、低エネルギーとするかは、適宜設定される。
【００５７】
この第二レーザービーム発振装置４１の第二レーザービーム出射側には、発振された第二レーザービームの出力を分割するビームスピリッター４２が設けられている。
【００５８】
脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側には、冷却ノズル６の設置位置のさらに後方側になるように、第二レーザースポット形成装置４３が設けられている。この第二レーザースポット形成装置４３は、さらに、右側レーザースポット形成装置４３ａと左側レーザースポット形成装置４３ｂとから構成されている。この右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂのそれぞれは、スクライブ予定ラインを中心軸として、スクライブ予定ラインに対して左右対称になるように設けられている。ビームスプリッター４２と、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂとの間には、第二のビームスプリッター４４がそれぞれ設けられており、ビームスプリッター４２により分離された第二レーザービームがさらに分割されるようになっている。第二ビームスプリッター４４にて分離されたそれぞれの第二レーザービームは、ミラー等のビーム反射手段４５によって、右側及び左側レーザスポット形成装置４３ａ及び４３ｂに導かれるようになっている。脆性材料基板Ｓの表裏のそれぞれの側に設けられた右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂは、入射された第二レーザービームを所望の形状に調節する。右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂから出射された第二レーザービームは、スクライブライン上に照射されるように調整されている。右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂによりそれぞれ形成されるレーザースポットの形状は、既に形成された垂直クラックをさらに深く形成することが目的であるため、任意の形状でよい。例えば、図５に示す例では、スクライブラインに沿って長い長円形状に形成されている。
【００５９】
次いで、脆性材料基板Ｓの分断方法について説明する。この分断方法についても、図１に示す分断装置１を用いた方法と概略同様であるので共通する方法については詳しい説明は省略する。
【００６０】
この実施の形態５では、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂにより、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域とによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、左右両側から、引張り応力を発生させて、より深い垂直クラックを脆性材料基板Ｓの厚み方向に進展させることが可能となる。
【００６１】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
（実施の形態６）
図６は、本発明の脆性材料基板の分断方法を実施するための実施の形態６の分断装置を示す模式図であり、３点以上の多点ビームを脆性材料基板の表裏に照射することを特徴とするものである。
【００６２】
この分断装置５０は、上記の図５に示す実施の形態５の分断装置４０と概略同一の構成を有するものであり、図５の分断装置４０の構成に加えて、レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成を追加する構成を追加したものである。レーザービームを照射することによる加熱領域のさらに前方に、余熱領域を形成するための構成は、上述の実施の形態２に詳述されている。すなわち、本実施の形態６の分断装置５０は、図５に示す分断装置４０に、実施の形態２の構成を組み合わせて加えた構成となっているので、上述の実施の形態２及び５の分断装置と同一の構成については、同一の参照符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態６の分断装置５０では、実施の形態２の分断装置１０と同様に、余熱スポット形成装置１３により、レーザスポット形成装置４により形成される加熱領域Ａのさらに前方側に余熱領域Ｃを形成する。これにより、レーザスポット形成装置４からレーザービームが照射されても、予め、余熱領域Ｃが形成されているので、脆性材料基板Ｓが急激に温度上昇することを避けることができ、所望でない方向のクラックが発生することを避けることができる。また、レーザビームによる加熱を円滑に行うことができるので、レーザビームによる加熱領域を、脆性材料基板Ｓの厚み方向により深く形成することが可能になる。
【００６４】
また、実施の形態５の分断装置４０と同様に、右側及び左側レーザースポット形成装置４３ａ及び４３ｂにより、冷却ノズル６から吹き出されることにより形成された冷却領域Ｂの後方側に第二の加熱領域を形成する。これにより、前方のレーザースポットによる加熱領域と冷却媒体吹き付けにより形成された冷却領域とによる熱応力により既に形成されたスクライブラインに沿う垂直クラックに対して、左右両側から引張り応力を発生させて、垂直クラックを脆性材料基板の厚み方向に進展させることが可能となる。
【００６５】
このため、実施の形態２と比較して、相対速度を速くしてスクライブラインを形成させることができ、スクライブラインの形成を脆性材料基板Ｓの両面から実施するので、１回のスクライブ工程にて、垂直クラックが脆性材料基板Ｓの表裏を貫通した状態とすることができる。脆性材料基板が貼り合わせ脆性材料基板の場合は、上下の脆性材料基板を貫通する垂直クラックを得ることができ、１回のスクライブ工程にて貼り合わせ脆性材料基板を分断することができる。
【００６６】
したがって、本実施の形態６の分断装置では、上記の実施の形態２及び５の分断装置に比較して、さらに、分断面の品質が優れた脆性材料基板の分断を実施することが可能になる。
【００６７】
なお、脆性材料基板の単板として、ガラス基板、石英、サファイヤ基板、半導体ウエハ、セラミックス等に、本発明の分断方法及び分断装置が適用され、貼り合わせ脆性材料基板として、フラットパネルディスプレイの一種である液晶表示基板、プラズマディスプレイパネル基板、有機ＥＬ基板、無機ＥＬ基板等の製造に本発明の分断方法及び分断装置が適用される。さらに、透過型プロジェクタ基板、反射型プロジェクタ基板等の製造にも本発明の分断方法及び分断装置が適用される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、脆性材料基板の表面および裏面における相互に対応するように形成されるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点より低い温度でそれぞれ連続して同時に加熱して、加熱領域をそれぞれ形成しつつ、各加熱領域の近傍に冷却領域をそれぞれ連続して形成することにより、脆性材料基板の表面および裏面から該脆性材料基板を貫通する垂直クラックを形成して、該脆性材料基板を分断することを特徴とする。本発明では、脆性材料基板の両面に対してスクライブ工程を実施することにより、１回のスクライブ工程により脆性材料基板を垂直クラックが貫通したフルボディカットして、脆性材料基板が分断された状態とすることにより、従来方法において実施されていたスクライブ工程に続くブレイク工程を省略することができる。これにより、脆性材料基板を分断するための工程数を低減することができる。さらに、特に、貼り合わせ脆性材料基板を分断する場合には、貼り合わせ脆性材料基板の一対の脆性材料基板のそれぞれに対して行ってきたスクライブ工程及びブレイク工程のうちブレイク工程を省略することができるので、これに関連して、スクライブ工程からブレイク工程への搬送及び脆性材料基板の反転を行う必要がないので、脆性材料基板の搬送及び反転途中で脆性材料基板が落下する等のおそれを防止することができる。この結果、脆性材料基板の分断の歩留まりを向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の分断装置１を示す模式図である。
【図２】実施の形態２の分断装置１０を示す模式図である。
【図３】実施の形態３の分断装置２０を示す模式図である。
【図４】実施の形態４の分断装置３０を示す模式図である。
【図５】実施の形態５の分断装置４０を示す模式図である。
【図６】実施の形態６の分断装置５０を示す模式図である。
【図７】レーザービーム照射を用いた脆性材料基板の分断方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ 分断装置
２ レーザービーム発振装置
３ ビームスプリッター
４ レーザスポット形成装置
５ ビーム反射手段
６ 冷却ノズル
１０ 分断装置
１１ 余熱ビーム発振装置
１２ ビームスプリッター
１３ 余熱スポット形成装置
１４ ビーム反射手段
２０ 分断装置
２１ 第二レーザービーム発振装置
２２ ビームスプリッター
２３ 第二レーザスポット形成装置
３０ 分断装置
４０ 分断装置
４１ 第二レーザービーム発振装置
４２ ビームスプリッター
４３ 第二レーザースポット形成装置
４４ 第二ビームスプリッター
４５ ビーム反射手段
Claims (5)
- 脆性材料基板の表面および裏面における相互に対応するように形成されるスクライブ予定ラインに沿って、該脆性材料基板の軟化点より低い温度でそれぞれ連続して同時に加熱して、加熱領域をそれぞれ形成しつつ、各加熱領域の近傍に冷却領域をそれぞれ連続して形成することにより、脆性材料基板の表面および裏面から該脆性材料基板を貫通する垂直クラックを形成して、該脆性材料基板を分断することを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
- 脆性材料基板を該脆性材料基板の軟化点より低い温度で加熱して加熱領域を形成する加熱手段と、加熱領域に近傍した位置を冷却して冷却領域を形成する冷却手段とが、分断対象となる脆性材料基板の表面および裏面に、相互に対応するように、且つ、所定のスクライブ予定ライン方向に相対的に移動可能なように、それぞれ配置されて、該加熱領域と該冷却領域とによって形成される熱応力によって、該脆性材料基板の両面から該脆性材料基板を貫通して該脆性材料基板を分断する垂直クラックが形成されることを特徴とする脆性材料基板分断装置。
- 前記加熱領域の前方を余熱する余熱手段がさらに設けられている、請求項２に記載の脆性材料基板分断装置。
- 前記冷却領域の後方を加熱する第二加熱手段がさらに設けられている、請求項２または３に記載の脆性材料基板分断装置。
- 前記第二加熱手段は、スクライブ予定ラインに沿う方向を対対称軸とするように、２つに分離して構成されている、請求項４に記載の脆性材料基板分断装置。
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