JP2008044804A

JP2008044804A - 割断装置および割断方法

Info

Publication number: JP2008044804A
Application number: JP2006220022A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hayashi; 正和林
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】加圧機構で機械的応力を加えた際に被加工基板を綺麗に割断することができる適切なスクライブ速度を容易に得ることができる割断装置および割断方法を提供する。
【解決手段】本発明の割断装置は、基板ホルダ５０と、被加工基板６０に、レーザ光ＬＢを照射して局部的に加熱するレーザ加熱部３０と、被加工基板６０に、流動性のある冷却剤Ｃを噴射して局部的に冷却して被加工基板６０上に可視亀裂表面線を形成する冷却部４０とを備えている。冷却剤Ｃが噴射される被加工基板６０上の領域を撮像する観察ユニット１０が設けられている。制御部７０により、観察ユニット１０からの可視亀裂表面線に関する情報に基づいて、レーザ光ＬＢが照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび／または冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡの移動速度を可変とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、適切なスクライブ速度を容易に得ることができる割断装置、および当該割断装置を用いた割断方法に関する。

一般的に、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどのディスプレイを製造する際、ガラス基板（被加工基板）を割断する必要がある。レーザ光を用いてガラス基板を割断する方法には、スクライブ(表面割断)を行った後、機械的な応力を加えてブレイクするスクライブ＆ブレイク（Scribe＆Break）方法と、ブレイクエ程を用いない全割断（Full Body Cut）方法がある。

一般的に、レーザ光を用いて割断（レーザ割断）する際、割断速度を決定する必要があるが、割断速度を決定することは難しい。なお、割断速度は、割断プロセスの効率や、タクトタイムを決める上で極めて重要なパラメータである。

このように割断速度を決定することが難しい理由は、レーザ割断では、被加工基板の割断速度が、加熱のためのレーザ光のサイズ、レーザ光のパワー、冷却剤によって冷却される冷却領域の大きさ、レーザ光によって加熱される加熱領域と冷却剤によって冷却される冷却領域との距離などの複数のパラメータに依存した値であるためだけでなく、これら各パラメータと割断速度の関係が、線形でなく非線形になっていることなどにもよる。

このような割断速度の決定方法としては、割断速度ＶをＶ＝ｋａ（ｂ＋ｌ）／δによって決定する方法がある（特許文献１参照）。ここで、Ｖは「ビームスポットおよび材料の相対的な移動速度」、ｋは「材料の熱物理特性およびビームの出力密度に依存した比例係数」、ａは「材料表面上の加熱ビームスポットの横方向寸法」、ｂは「材料表面上の加熱ビームスポットの縦方向寸法」、１は「加熱ビームスポットの後端縁から冷却帯の前端縁までの距離」、δは「盲亀裂の深さ」である。

しかしながら、一般的に、スクライブ＆ブレイク（Scribe＆Break）方法を用いてガラス基板を割断する際、スクライブした後、ガラス表面に形成されているはずの割断線は見えない（このため、盲亀裂と呼ばれている）。これは、スクライブによってガラス基板に発生するスクライブ亀裂が浅いことや、スクライブ亀裂面の左右(オスとメス)の形状がまったく同一であり、スクライブ後密着接合していることによるものだと考えられる。

他方、ガラス基板をブレイクすると、スクライブによって発生していた亀裂（盲亀裂）において、破断面(この分野では破面という)に僅かな変化が見られる。上述した特許文献１に記載された発明は、スクライブした後に観察されるこのような盲亀裂の深さから、速度を決定するものである。
特表平８−５０９９４７号公報

しかしながら、このような割断方法においては、ガラス基板を実際にブレイクすることで初めて盲亀裂の深さを知ることができる。このため、多数のガラス基板をスクライブ＆ブレイクして特性を求め、所用の深さを得るために、ガラス基板を割断して速度を決定する必要がある。

また、ガラス基板を割断することができなかった場合に、ガラス基板をスクライブする際の割断速度が適切でなかったのか、ガラス基板のブレイクを失敗したのか、どちらの理由によるものか判断することができない。このため、適切な割断速度を正確に決定することができない。

また、同種類のガラス基板であっても、レーザ光による加熱状態はさまざまな外乱をうけて変化する。例えば、割断対象であるガラス基板の成分のわずかな違いや、ガラス表面の粗さなどによる表面レーザ吸収率変化によって、レーザ光による加熱状態が変化する。また、ガラス基板の表面に膜等が設けられている場合には、当該膜の成分、膜厚、屈折率などによってもレーザ光による加熱状態が変化する。さらに、レーザ光のパワーの短時間変化や経時変化などによって、レーザ光自体の状態が変わってしまい、レーザ光による加熱状態も変化する可能性がある。

このような要素に起因するガラス基板の加熱状態の変化は、上述した盲亀裂の深さの変化になって現れる。このため、スクライブが不十分なガラス基板は、ブレイクできなかったり、割断予定線からずれてブレイクされたりする。この結果、プレイク不良の製品が発生してしまい、歩留まりが悪くなってしまう。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、加圧機構で機械的応力を加えた際に被加工基板を綺麗に割断することができる適切なスクライブ速度を容易に得ることができる割断装置、および当該割断装置を用いた割断方法を提供することを目的とする。

本発明は、脆性材料からなる被加工基板を、割断予定線に沿って局部的に加熱および冷却し、その際に生じる応力によって、当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断する割断装置において、被加工基板を保持する基板ホルダと、基板ホルダに保持された被加工基板の割断予定線近傍に、レーザ光を照射して局部的に加熱するレーザ加熱部と、レーザ加熱部の下流側に配置され、基板ホルダに保持された被加工基板のうち、レーザ加熱部からのレーザ光によって加熱された割断予定線近傍に、流動性のある冷却剤を噴射して局部的に冷却して被加工基板上に可視亀裂表面線を形成する冷却部と、冷却部近傍に配置され、冷却剤が噴射される被加工基板上の領域を撮像する観察ユニットと、基板ホルダに対して、加熱部による被加工基板上の加熱領域を相対的に移動させる加熱領域駆動機構と、基板ホルダに対して、冷却部による被加工基板上の冷却領域を相対的に移動させる冷却領域駆動機構とを備え、観察ユニットからの被加工基板上に生じる可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、制御部により、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域の移動速度を調整することを特徴とする割断装置である。

このような構成により、例えば、次工程の加圧機構で機械的応力を加えた際に被加工基板を綺麗に割断することができる適切なスクライブ速度を容易に得ることができる。また、被加工基板を実際に割断することなく、適切にスクライブできたかを何度も実験することができるので、被加工基板を無駄にしないだけでなく、被加工基板をブレイクする労力を減らすこともできる。また、適切にスクライブできたかを判断することができるので、割断不良の原因がスクライブによるものか否かを正確に判断することができ、割断不良の原因を容易に解析することができる。

本発明は、加熱領域駆動機構が、レーザ加熱部を移動させる加熱部移動ユニットからなることを特徴とする割断装置である。

本発明は、冷却領域駆動機構が、冷却部を移動させる冷却部移動ユニットからなることを特徴とする割断装置である。

本発明は、加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構が、基板ホルダを移動させる基板ホルダ移動ユニットからなることを特徴とする割断装置である。

本発明は、加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構が、加熱領域駆動機構による基板ホルダに対する加熱領域の相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却領域駆動機構による基板ホルダに対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を各々、独立に変更可能とすることを特徴とする割断装置である。

このような構成により、基板ホルダに保持された被加工基板に対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を微調整することができる。

本発明は、加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構が、加熱領域駆動機構による基板ホルダに対する加熱領域の相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却領域駆動機構による基板ホルダに対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を各々、リアルタイムで変更可能とすることを特徴とする割断装置である。

このような構成により、基板ホルダに保持された被加工基板に対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を、迅速かつ確実に調整することができ、とりわけ、大きな被加工基板を割断する際に有益である。

本発明は、制御部が、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率と、予め求められた所定の割断率とに従って、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、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割断装置である。

このような構成により、割断対象となる被加工基板を、容易かつ確実に割断することができる。

本発明は、制御部が、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率が、予め求められた所定の割断率より小さい場合に、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、遅い速度で、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割断装置である。

本発明は、冷却部近傍に、被加工基板上の冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域に照明光を照射する照明部を設けたことを特徴とする割断装置である。

このような構成により、観察ユニットによって、被加工基板上に形成される可視亀裂表面線を、確実に観察することができる。

本発明は、観察ユニットが、被加工基板上の冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域に焦点を合わせる焦点調整機構を有することを特徴とする割断装置である。

このような構成により、観察ユニットによって、被加工基板上に形成される可視亀裂表面線を、鮮明な画像で観察することができる。

本発明は、観察ユニットが、ＣＣＤカメラ、撮像管またはＭＯＳセンサを有することを特徴とする割断装置である。

本発明は、観察ユニットが、二次元のＣＣＤカメラ、一次元のＣＣＤセンサ、一次元のＭＯＳセンサまたは光電子増倍管を有することを特徴とする割断装置である。

本発明は、照明部が、可視光、赤外光または紫外光を照射することを特特徴とする割断装置である。

本発明は、照明部が、インコヒーレント光またはコヒーレント光を照射することを特徴とする割断装置である。

本発明は、観察ユニットが、基板ホルダに対して冷却部側に配置されることを特徴とする割断装置である。

本発明は、基板ホルダが、冷却部側と反対側に開口部を有し、観察ユニットが、基板ホルダに対して冷却部側と反対側に配置され、開口部を介して可視亀裂表面線の有無および／または進展を観察することを特徴とする割断装置である。

本発明は、観察ユニットが、基板ホルダの側方に配置されることを特徴とする割断装置である。

本発明は、冷却部から冷却剤が噴射された被加工基板の割断予定線近傍に、局部的に機械的な応力を印加して被加工基板を割断する加圧機構をさらに備えたことを特徴とする割断装置である。

本発明は、予め得られた被加工基板上に生じた可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、制御部により、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を所定の一定速度で移動させることを特徴とする割断装置である。

本発明は、脆性材料からなる被加工基板を、割断予定線に沿って局部的に加熱および冷却し、その際に生じる応力によって、当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断する割断方法において、基板ホルダにより、被加工基板を保持する基板保持工程と、レーザ加熱部により、基板ホルダに保持された被加工基板の割断予定線近傍に、レーザ光を照射して局部的に加熱するレーザ加熱工程と、レーザ加熱部の下流側に配置された冷却部により、基板ホルダに保持された被加工基板のうち、レーザ加熱部からのレーザ光によって加熱された割断予定線近傍に、流動性のある冷却剤を噴射して局部的に冷却して被加工基板上に可視亀裂表面線を形成する冷却工程と、冷却部近傍に配置された観察ユニットにより、冷却剤が噴射される被加工基板上の領域を撮像する観察工程と、加熱領域駆動機構により、基板ホルダに対して、加熱部による基板上の加熱領域を相対的に移動させる加熱領域移動工程と、冷却領域駆動機構により、基板ホルダに対して、冷却部による基板上の冷却領域を相対的に移動させる冷却領域移動工程とを備え、制御部により、観察ユニットからの被加工基板上に生じる可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域の移動速度を制御することを特徴とする割断方法である。

本発明は、制御部が、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率が、予め求められた所定の割断率より小さい場合に、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、遅い速度で、もしくは条件によっては速い速度で、再度、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割断方法である。

本発明によれば、加圧機構で機械的応力を加えた際に被加工基板を綺麗に割断することができる適切なスクライブ速度を容易に得ることができる。また、被加工基板を実際に割断することなく、適切にスクライブできたかを何度も実験することができるので、被加工基板を無駄にしないだけでなく、被加工基板をブレイクする労力を減らすこともできる。また、適切にスクライブできたかを判断することができるので、割断不良の原因がスクライブによるものか否かを正確に判断することができ、割断不良の原因を容易に解析することができる。

実施の形態
以下、本発明に係る割断装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図６は本発明の実施の形態を示す図である。

本発明の割断装置は、脆性材料からなる被加工基板６０を、割断予定線６５に沿って局部的に加熱および冷却し、その際に生じる応力によって、当該被加工基板６０に亀裂を生じさせて割断するために用いられる（図１参照）。

図１に示すように、割断装置は、被加工基板６０を保持する基板ホルダ５０と、基板ホルダ５０に保持された被加工基板６０の割断予定線６５近傍にレーザ光ＬＢ１を照射して、被加工基板６０の割断予定線６５近傍を予熱するレーザ予熱部２０と、レーザ予熱部２０によって予熱された被加工基板６０上であって、割断予定線６５近傍に、レーザ光ＬＢ２を照射して局部的に加熱するレーザ加熱部３０と、レーザ加熱部３０の下流側に配置され、基板ホルダ５０に保持された被加工基板６０のうち、レーザ加熱部３０からのレーザ光ＬＢ２によって加熱された割断予定線６５近傍に、流動性のある冷却剤Ｃを噴射して局部的に冷却して被加工基板６０上に可視亀裂表面線Ｓ（図３参照）を形成する冷却部４０とを備えている。このうち、基板ホルダ５０は、水平方向に移動させる基板ホルダ移動ユニット５２上に配置されている。

ここで、可視亀裂表面線Ｓとは、レーザ加熱部３０からのレーザ光ＬＢ２によって加熱された被加工基板６０上の局部的な加熱領域ＨＡ（図１および図２参照）が、冷却部４０からの冷却剤Ｃによって冷却されることによって、盛り上がるように変形して地割れのように開くため、観察されるものである（図３参照）。

なお図３の断面Ｄは、被加工基板６０を割断予定線６５で切ったときの断面である。また、図３に示すように、被加工基板６０を、レーザ加熱部３０からのレーザ光ＬＢ２によって局部的に加熱した後、冷却部４０からの冷却剤Ｃによって冷却する（スクライブする）ことによって形成されたスクライブ亀裂ＣＲは、冷却領域ＣＡを基点として、割断予定線６５の直下で形成されている。

可視亀裂表面線Ｓは、被加工基板６０を加熱した後で、冷却している際にのみ観察することができ、冷却が終わった後では観察することはできない。これは、スクライブすることによって形成されるスクライブ亀裂ＣＲは深さが浅く、かつスクライブ亀裂ＣＲの左右(オスとメス)の形状がまったく同一であって、ぴったり接合しているため、加熱し、冷却するように、被加工基板６０に大きな応力が加わる際でないと観察できないためである。

なお、図１において、被加工基板６０内に延在する割断予定線６５の方向をＸ方向とし、被加工基板６０内であって、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とし、被加工基板６０の法線方向（Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向）をＺ方向とする。

また、図１に示すレーザ予熱部２０は、被加工基板６０上にレーザ光ＬＢ１を照射して被加工基板６０を局部的に予熱するためのものである。図１に示すように、レーザ予熱部２０は、２００Ｗ程度のＣＯ_２レーザ光ＬＢ１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ＬＢ１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ＬＢ１を被加工基板６０上で走査するポリゴンミラー２３とを有している。そして、レーザ発振器２１から出射したレーザ光ＬＢ１は、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６０上で割断予定線６５に沿った領域Ｌ１で、繰り返し走査される。

また、図１に示すレーザ加熱部３０は、被加工基板６０上にレーザ光ＬＢ２を照射して被加工基板６０を局部的に加熱して、被加工基板６０に亀裂を生じさせるためのものである。図１に示すように、レーザ加熱部３０は、数十Ｗ〜百数十Ｗ程度のＣＯ_２レーザ光ＬＢ２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ＬＢ２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ＬＢ２を被加工基板６０上で走査するポリゴンミラー３３とを有している。そして、レーザ発振器３１から出射したレーザ光ＬＢ２は、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６０上で割断予定線６５に沿った領域Ｌ２、で繰り返し走査される。

また、図１に示す冷却部４０は、局部的に加熱された被加工基板６０上の割断予定線６５に冷却剤Ｃを吹き付けて冷却するためのものである。このような冷却剤Ｃとしては、水や霧（水と気体との混合物）、ヘリウム、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を用いることができる。

また、図１および図２に示すように、冷却部４０近傍であって、基板ホルダ５０に対して上方（冷却部４０側）に、冷却剤Ｃが噴射される被加工基板６０上の冷却領域ＣＡを撮像する観察ユニット１０が配置されている。

また、図７に示すように、冷却部４０の下流側には、冷却部４０から冷却剤Ｃが噴射された被加工基板６０が配置される基板ホルダ５０ａと、当該被加工基板６０の割断予定線６５上に局部的に機械的な応力を印加する加圧機構４６とを有する割断ユニット７５が設けられている。なお、基板ホルダ５０ａは、基板ホルダ５０ａを水平方向に移動させる基板ホルダ移動ユニット５２ａ上に配置されている。

また、図１に示すように、レーザ予熱部２０には、レーザ予熱部２０を水平方向に移動させ、基板ホルダ５０に対してレーザ予熱部２０による被加工基板６０上の予熱領域を相対的に移動させる予熱部移動ユニット２５が設けられている。

また、図１に示すように、レーザ加熱部３０には、レーザ加熱部３０を水平方向に移動させ、基板ホルダ５０に対してレーザ加熱部３０による被加工基板６０上の加熱領域ＨＡを相対的に移動させる加熱部移動ユニット３５が設けられている。この加熱部移動ユニット３５は、加熱領域駆動機構を構成している。

また、図１に示すように、冷却部４０には、冷却部４０を水平方向に移動させ、基板ホルダ５０に対して冷却部４０による被加工基板６０上の冷却領域ＣＡを相対的に移動させる冷却部移動ユニット４５が設けられている。この冷却部移動ユニット４５は、冷却領域駆動機構を構成している。

ところで、加熱領域駆動機構は、基板ホルダ５０に対して加熱部による被加工基板６０上の加熱領域ＨＡを相対的に移動させる機構を有するものであればよい。また同様に、冷却領域駆動機構は、基板ホルダ５０に対して冷却部４０による被加工基板６０上の冷却領域ＣＡを相対的に移動させる機構を有するものであればよい。従って、上述した基板ホルダ５０を水平方向に移動させる基板ホルダ移動ユニット５２も、加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構を構成している。

加熱部移動ユニット３５による、基板ホルダ５０に対する加熱領域ＨＡの相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却部移動ユニット４５による、基板ホルダ５０に対する冷却領域ＣＡの相対的な移動速度および／または移動方向とは各々、独立に変更可能であるとともに、リアルタイムで変更可能になっている。

図１および図４に示すように、加熱部移動ユニット３５、冷却部移動ユニット４５および基板ホルダ５０の各々に、制御部７０が接続されている。この制御部７０は、観察ユニット１０からの被加工基板６０上に生じる可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展に関する情報に基づいて、加熱部移動ユニット３５、冷却部移動ユニット４５および基板ホルダ５０を制御し、スクライブ速度（レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび／または冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡの移動速度）を調整する。

また、図４に示すように、制御部７０は、観察ユニット１０に接続され、観察ユニット１０から入力される観察画像より、可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展を抽出する画像処理装置７１と、画像処理装置７１に接続され、画像処理装置７１からの可視亀裂表面線Ｓに関する情報に基づいて、加熱部移動ユニット３５、冷却部移動ユニット４５および基板ホルダ移動ユニット５２を駆動する加工コントローラ７２とを有している。

また、図１および図２に示すように、冷却部４０近傍には、被加工基板６０上の冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡに照明光を照射する照明部２が設けられている。この観察ユニット１０は、被加工基板６０上の冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡに焦点を合わせる焦点ステージ（焦点調整機構）５を有している。この焦点ステージ５のストロークは数十mmであり、精度数は数μmとなっている。

また、観察ユニット１０として、（一次元または二次元の）ＣＣＤカメラ、撮像管、（一次元の）ＭＯＳセンサ、光電子増倍管などを用いることができる。観察ユニット１０としてＣＣＤカメラを用いる場合には、電子シャッター方式の高速度（１／２０００秒〜１／１００００秒）のシャッター速度を有し、シャッター速度を自在に調整できるものが好ましい。

照明部２は、可視光だけでなく、赤外光や紫外光を照射するものであってもよい。なお、照射部が赤外光や紫外光を照射する場合には、観察ユニット１０をそれに対応させて選択する。

照明部２は、インコヒーレント光だけでなく、ＨｅＮｅレーザなどからなるコヒーレント光を照射するものであってもよい。なお、照明部２は、ハロゲンランプやＬＥＤなどからなる高輝度照明であるが好ましい。

上記では、観察ユニット１０が、基板ホルダ５０に対して上方（冷却部４０側）に配置された態様を用いて説明したが、これに限ることなく、観察ユニット１０を、基板ホルダ５０に対して下方（冷却部４０側と反対側）に配置してもよい。

この場合には、下方（冷却部４０側と反対側）に開口部を有した基板ホルダ５０を用いる必要がある。このような基板ホルダ５０を用いることによって、観察ユニット１０は、開口部を介して可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展を観察することができる。

また、被加工基板６０の幅が比較的狭く、側面から可視亀裂表面線Ｓを観察することができる場合には、被加工基板６０の側方（基板ホルダ５０の側方）に、観察ユニット１０を配置してもよい。

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述べる。

最初に、被加工基板６０に形成される可視亀裂表面線Ｓと、スクライブ速度（レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび／または冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡの移動速度）Ｖとの関係について説明する。

割断条件が適切な場合には、可視亀裂表面線Ｓが、被加工基板６０上の始端部（割断予定線６５の始点）から終端部（割断予定線６５の終点）まで発生する。しかしながら、割断条件が適切でない場合には、可視亀裂表面線Ｓは、割断予定線６５の途中で消失してしまう。ここで、図２に示すように、被加工基板６０上の始端部から可視亀裂表面線Ｓが消滅した位置までの距離をＬｃとする。また、割断予定線６５の始点から終点までの距離をＬｔとする。

スクライブ速度（レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび／または冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡの移動速度）Ｖが十分速い場合には、可視亀裂表面線Ｓは、被加工基板６０の始端部でのみ発生する（図５参照）。

ところが、スクライブ速度Ｖを遅くすると、図５に示すように、Ｌｃは徐々に大きくなる（図５において、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３と移動する）。そして、スクライブ速度Ｖがある程度遅くなると（図５において、１／Ｖが１／Ｅａより大きくなると）、割断率Ｌｃ／Ｌｔは、後工程の加圧機構４６によって機械的応力を加えた際に、被加工基板６０を綺麗に割断することができる所定の割断率ａに達する（図５において、Ｐ４になる）。

なお、図５の横軸は、スクライブ速度Ｖの逆数１／Ｖであり、縦軸は割断率Ｌｃ／Ｌｔである。そして、このようにスクライブ速度Ｖの逆数１／Ｖと、割断率Ｌｃ／Ｌｔとの関係を示す曲線を、速度割断率曲線Ｆ（Ｖ）という。

しかしながら、スクライブ速度Ｖが遅くなりすぎると（図５において、１／Ｖが１／Ｅｄより大きくなると）、被加工基板６０の単位面積あたりに加えられるエネルギー（特にレーザ加熱部３０からのレーザ光ＬＢ２によるエネルギー）が大きくなりすぎ、被加工基板６０に不要な不規則な亀裂が発生してしまう。

本発明によれば、後述するように、図１、図２および図３において、被加工基板６０上で発生する可視亀裂表面線Ｓを観察ユニット１０で観察しつつ、制御部７０でスクライブ速度Ｖを調整することによって、後工程の加圧機構４６で機械的応力を加えた際に被加工基板６０を綺麗に割断できるスクライブ速度（Ｅａ以下）を容易に得ることができる。

また、被加工基板６０に不要な不規則な亀裂が発生しないようにスクライブ速度Ｖを調整することによって、遅すぎないスクライブ速度（Ｅｄ以上）を得ることができる。

このため、本発明によれば、後述のように、被加工基板６０に対応した、適切なスクライブ速度（Ｅｄ以上Ｅａ以下）を容易に導くことができる。これに対して、上述した特許文献１の発明によれば、単一の割断速度が導かれるだけである。

また、被加工基板６０を実際に割断することなく、適切にスクライブできたかを何度も実験することができるので、被加工基板６０を無駄にしないだけでなく、被加工基板６０をブレイクする労力を減らすこともできる。

また、被加工基板６０を適切にスクライブできたかを判断することができるので、割断不良の原因がスクライブによるものか否かを正確に判断することができ、割断不良の原因を容易に解析することができる。

次に、割断装置により、被加工基板６０を割断する方法について説明する。

まず、基板ホルダ５０により、被加工基板６０が保持される（基板保持工程８１）（図１および図６参照）。

次に、レーザ予熱部２０から照射されるレーザ光ＬＢ１により、基板ホルダ５０に保持された被加工基板６０が、割断予定線６５上で局部的に予熱される（レーザ予熱工程８２）（図１および図６参照）。このとき、ポリゴンミラー２３によって、レーザ発振器２１から出射したレーザ光ＬＢ１が、被加工基板６０の割断予定線６５上で走査される。

次に、予熱部移動ユニット２５（または基板ホルダ移動ユニット５２）により、レーザ予熱部２０による被加工基板６０上の予熱領域が、基板ホルダ５０に対して相対的に移動する（予熱領域移動工程８３）（図１および図６参照）。このことにより、被加工基板６０が割断予定線６５上で予熱される。

次に、レーザ加熱部３０から照射されるレーザ光ＬＢ２により、予熱された被加工基板６０が、割断予定線６５上で局部的に加熱される（レーザ加熱工程８４）（図１、図２および図６参照）。このとき、ポリゴンミラー３３によって、レーザ発振器から出射したレーザ光ＬＢ２が、被加工基板６０の割断予定線６５上で走査される。なお、レーザ光ＬＢ２のパワーは、冷却剤Ｃの流量に対応する最大のパワーになっている。

このとき、加熱部移動ユニット３５（または基板ホルダ移動ユニット５２）により、レーザ加熱部３０による被加工基板６０上の加熱領域ＨＡが、基板ホルダ５０に対して相対的に移動する（加熱領域移動工程８５）（図１および図６参照）。このことにより、被加工基板６０が割断予定線６５上で加熱される。

次に、レーザ加熱部３０の下流側に配置された冷却部４０により、被加工基板６０のうち、レーザ加熱部３０からのレーザ光ＬＢ２によって加熱された割断予定線６５近傍に、流動性のある冷却剤Ｃが噴射され、被加工基板６０が局部的に冷却される（冷却工程８７）（図１、図２および図６参照）。このとき、初期クラック（図示せず）が、被加工基板６０の割断予定線６５上の端部に予め形成されている。

このとき、冷却部移動ユニット４５（または基板ホルダ移動ユニット５２）により、冷却部４０による被加工基板６０上の冷却領域ＣＡが、基板ホルダ５０に対して相対的に移動する（冷却領域移動工程８８）（図１および図６参照）。このことにより、被加工基板６０が割断予定線６５上で冷却され、被加工基板６０の割断予定線６５上に、可視亀裂表面線Ｓが形成される。

なお、上述したレーザ加熱工程８４、加熱領域移動工程８５、冷却工程８７および冷却領域移動工程８８によって、被加工基板はスクライブされる（スクライブ工程９０）（図６参照）。

このようなスクライブ工程９０において、加熱部移動ユニット３５および冷却部移動ユニット４５は、加熱部移動ユニット３５による基板ホルダ５０に対する加熱領域ＨＡの相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却部移動ユニット４５による基板ホルダ５０に対する冷却領域ＣＡの相対的な移動速度および／または移動方向とを各々、独立に変更することができる。

このため、基板ホルダ５０に保持された被加工基板６０に対する冷却領域ＣＡの相対的な移動速度および／または移動方向を微調整することができる。

また、加熱部移動ユニット３５および冷却部移動ユニット４５は、加熱部移動ユニット３５による基板ホルダ５０に対する加熱領域ＨＡの相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却部移動ユニット４５による基板ホルダ５０に対する冷却領域ＣＡの相対的な移動速度および／または移動方向とを各々、リアルタイムで変更することができる。

このため、基板ホルダ５０に保持された被加工基板６０に対する冷却領域ＣＡの相対的な移動速度および／または移動方向を、迅速かつ確実に調整することができ、とりわけ、大きな被加工基板６０を割断する際に有益である。

また、冷却部４０からの冷却剤Ｃによって被加工基板６０が冷却されるとともに、被加工基板６０上の冷却領域ＣＡが移動する間（冷却工程８７および冷却領域移動工程８８の間）、冷却部４０近傍に配置された観察ユニット１０により、冷却剤Ｃが噴射される被加工基板６０上の領域が撮像され、被加工基板６０に発生する可視亀裂表面線Ｓが撮像される（観察工程９１）（図１、図２、図４および図６参照）。

このとき、冷却部４０近傍に設けられた照明部２によって、被加工基板６０上の冷却領域ＣＡに、上方から照明光が照射される（図１、図２および図４参照）。このため、観察ユニット１０によって、被加工基板上６０に形成される可視亀裂表面線Ｓを、確実に観察することができる。

また、焦点ステージ５によって、観察ユニット１０の被加工基板６０上の冷却領域ＣＡに対する焦点が合わせられる（図２および図４参照）。このため、観察ユニット１０によって、被加工基板６０上に形成される可視亀裂表面線Ｓを、鮮明な画像で観察することができる。

このような観察工程９１において、画像処理装置７１は、観察ユニット１０から入力される観察画像より、可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展を抽出する。次に、加工コントローラ７２が、画像処理装置７１からの可視亀裂表面線Ｓに関する情報に基づいて、被加工基板６０の割断率Ｌｃ／Ｌｔを計算する。そして、この割断率Ｌｃ／Ｌｔが、予め求められた所定の割断率ａより大きい場合には、後述する加圧工程９８を行う（図６参照）。

他方、割断率Ｌｃ／Ｌｔが、予め求められた所定の割断率ａより小さい場合には、拭取部（図示せず）により、被加工基板６０から冷却剤Ｃを拭き取った後、加熱部移動ユニット３５と冷却部移動ユニット４５、および／または基板ホルダ移動ユニット５２によって、レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡを、割断を開始する初期位置に移動する（初期位置配置工程９３）。

次に、制御部７０により、観察ユニット１０からの被加工基板６０上に生じる可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展に関する情報に基づいて、スクライブ速度が、所定量だけ遅くなるよう調整される（速度調整工程９４）

次に、このように遅くしたスクライブ速度で、上述した方法で、被加工基板６０をスクライブする（スクライブ工程９０）。

後は、割断率Ｌｃ／Ｌｔが、予め求められた所定の割断率ａより大きくなるまで、上述の工程を繰り返し行う（図６参照）。

具体的には、比較的速いスクライブ速度Ｅ３で被加工基板６０をスクライブすると、被加工基板６０は位置Ｐ３までスクライブされ、Ｌｃ＝Ｌ３となる（図８（ａ）（ｂ）参照）。このとき、Ｌ３／Ｌｔ＜ａとなっているためスクライブが不十分である（図５参照）。このため、次に、スクライブ速度を遅くしてスクライブ速度Ｅａで被加工基板６０をスクライブする。このとき、被加工基板６０は位置Ｐａまでスクライブされ、Ｌｃ＝Ｌａとなり、Ｌａ／Ｌｔ＝ａとなる（図５および図８（ａ）（ｂ）参照）。

なお、スクライブを十分確実に行うため、さらにスクライブ速度を遅くしてスクライブ速度Ｅ５で被加工基板６０をスクライブすることもできる。このとき、被加工基板６０は位置Ｐ５までスクライブされてＬｃ＝Ｌ５となり、Ｌ５／Ｌｔ＞ａとなる（図５および図８（ａ）（ｂ）参照）。

また、このように、最初の被加工基板６０（または、テストのために予め用いられるテスト基板）から好ましいスクライブ速度が導き出されると、次の被加工基板６０からは、このように導き出されたスクライブ速度を用いてスクライブしてもよい。

すなわち、最初の被加工基板６０（または、テストのために予め用いられるテスト基板）から得られた被加工基板６０上に生じた可視亀裂表面線Ｓの有無および／または進展に関する情報に基づいて、制御部７０により、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび／または冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡを所定の速度で移動させてもよい。

例えば、図８（ｂ）に示すように、被加工基板６０上の始端部からの距離がＬ３となるまでは、スクライブ速度Ｅ３でスクライブし、被加工基板６０上の始端部からの距離がＬ３を超えてＬａとなるまでは、スクライブ速度Ｅａでスクライブし、被加工基板６０上の始端部からの距離がＬａ以上になった後は、スクライブ速度Ｅ５でスクライブすることができる。

また、上記のようにスクライブ位置に応じてスクライブ速度をステップ状に変化させるのではなく、図８（ｂ）に示したＥsmoothのように、スクライブ位置に応じてスクライブ速度を滑らかに変化させてもよい。

さらに、上記のようにスクライブ速度をスクライブ位置に応じて変化させるのではなく、最初の被加工基板６０（または、テストのために予め用いられるテスト基板）から導き出された、好ましい一定のスクライブ速度（例えば、図８（ｂ）のスクライブ速度Ｅ５）で、被加工基板６０をスクライブすることもできる。

次に、冷却部４０の下流側（すなわち、次工程を行う位置）に配置された基板ホルダ５０ａ上に被加工基板６０を配置する。その後、加圧機構４６により、当該被加工基板６０の割断予定線６５上に局部的に機械的な応力が印加され、被加工基板６０が割断予定線６５に沿って割断される（加圧工程９８）（図６参照）。このとき、基板ホルダ移動ユニット５２ａによって、基板ホルダ５０ａおよび基板ホルダ５０ａ上の被加工基板６０が水平方向に移動する。

このように、観察ユニット１０によって可視亀裂表面線Ｓを観察し、被加工基板６０を加圧機構４６によって割断する前に、再度、被加工基板６０をスクライブすることができるので、歩留まりの低下を防止することができる。

また、割断対象となっている被加工基板６０の割断率Ｌｃ／Ｌｔを、予め求められた所定の割断率ａと比較して、スクライブを確実に行えたかを確かめることができるので、被加工基板６０を、容易かつ確実に割断することができる。

また、図１、図２および図３において、被加工基板６０上で発生する可視亀裂表面線Ｓを観察ユニット１０で観察しつつ、制御部７０でスクライブ速度Ｖを調整することによって、加圧機構４６で機械的応力を加えた際に被加工基板６０を綺麗に割断できるスクライブ速度（Ｅａ以下）を容易に得ることができる。

また、被加工基板６０に不要な不規則な亀裂が発生してしないようにスクライブ速度Ｖを調整することによって、遅すぎないスクライブ速度（Ｅｄ以上）を得ることができる。

このため、本発明によれば、被加工基板６０に対応した、適切なスクライブ速度（Ｅｄ以上Ｅａ以下）を容易に導くことができる。

なお、上述の実施の形態では、割断率Ｌｃ／Ｌｔが予め求められた所定の割断率ａよりも小さい場合には、レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡを、割断を開始する初期位置に移動させる態様を用いて説明したが、これに限ることなく、レーザ光ＬＢ２が照射されて局部的に加熱される加熱領域ＨＡおよび冷却剤Ｃが噴射されて冷却される冷却領域ＣＡを、可視亀裂表面線Ｓが消滅した位置の少し前（上流側）に移動させてもよい。

また、上記では、割断率Ｌｃ／Ｌｔが、予め求められた所定の割断率ａより大きくなるまで、スクライブ速度を遅くする態様を用いて説明したが、これに限ることなく、レ−ザ予熱部２０から照射されるレーザ光ＬＢ１のパワー、レーザ加熱部３０から照射されるレーザ光ＬＢ２のパワーまたは冷却部４０による冷却能力（冷却剤Ｃの噴霧流量、温度など）を適宜調整する態様を用いてもよい。当然、これら各々を組み合わせることもできる。

本発明の実施の形態による割断装置を示す側方図。本発明の実施の形態による割断装置の観察ユニット、照明部および焦点ステージを示す斜視図。本発明の実施の形態による割断装置の観察ユニットによって観察される可視亀裂表面線を示す斜視図。本発明の実施の形態による割断装置の制御部の構成を示す概略図。スクライブ速度Ｖの逆数１／Ｖと、割断率Ｌｃ／Ｌｔとの関係を示す速度割断率曲線Ｆ（Ｖ）を示すグラフ図。本発明の実施の形態による割断方法を示すフロー図。本発明の実施の形態による割断ユニットを示す側方図。本発明の実施の形態による割断方法において、好ましいスクライブ速度を説明するための概略図。

符号の説明

２照明部
５焦点ステージ（焦点調整機構）
１０観察ユニット
３０レーザ加熱部
３５加熱部移動ユニット
４０冷却部
４５冷却部移動ユニット
４６加圧機構
５０基板ホルダ
５２基板ホルダ移動ユニット
６０被加工基板
６５割断予定線
７０制御部
８１基板保持工程
８２レーザ予熱工程
８４レーザ加熱工程
８５加熱領域移動工程
８７冷却工程
８８冷却領域移動工程
９１観察工程
９８加圧工程
Ｃ冷却剤
ＣＡ冷却領域
ＨＡ加熱領域
ＬＢ１，ＬＢ２レーザ光
Ｓ可視亀裂表面線

Claims

脆性材料からなる被加工基板を、割断予定線に沿って局部的に加熱および冷却し、その際に生じる応力によって、当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断する割断装置において、
被加工基板を保持する基板ホルダと、
基板ホルダに保持された被加工基板の割断予定線近傍に、レーザ光を照射して局部的に加熱するレーザ加熱部と、
レーザ加熱部の下流側に配置され、基板ホルダに保持された被加工基板のうち、レーザ加熱部からのレーザ光によって加熱された割断予定線近傍に、流動性のある冷却剤を噴射して局部的に冷却して被加工基板上に可視亀裂表面線を形成する冷却部と、
冷却部近傍に配置され、冷却剤が噴射される被加工基板上の領域を撮像する観察ユニットと、
基板ホルダに対して、加熱部による被加工基板上の加熱領域を相対的に移動させる加熱領域駆動機構と、
基板ホルダに対して、冷却部による被加工基板上の冷却領域を相対的に移動させる冷却領域駆動機構とを備え、
観察ユニットからの被加工基板上に生じる可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、制御部により、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域の移動速度を調整することを特徴とする割断装置。
加熱領域駆動機構は、レーザ加熱部を移動させる加熱部移動ユニットからなることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
冷却領域駆動機構は、冷却部を移動させる冷却部移動ユニットからなることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構は、基板ホルダを移動させる基板ホルダ移動ユニットからなることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構は、加熱領域駆動機構による基板ホルダに対する加熱領域の相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却領域駆動機構による基板ホルダに対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を各々、独立に変更可能とすることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
加熱領域駆動機構および冷却領域駆動機構は、加熱領域駆動機構による基板ホルダに対する加熱領域の相対的な移動速度および／または移動方向と、冷却領域駆動機構による基板ホルダに対する冷却領域の相対的な移動速度および／または移動方向を各々、リアルタイムで変更可能とすることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
制御部は、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率と、予め求められた所定の割断率とに従って、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、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記載の割断装置。
制御部は、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率が、予め求められた所定の割断率より小さい場合に、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、遅い速度で、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記載の割断装置。
冷却部近傍に、被加工基板上の冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域に照明光を照射する照明部を設けたことを特徴とする請求項１記載の割断装置。
観察ユニットは、被加工基板上の冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域に焦点を合わせる焦点調整機構を有することを特徴とする請求項１記載の割断装置。
観察ユニットは、ＣＣＤカメラ、撮像管またはＭＯＳセンサを有することを特徴とする請求項１記載の割断装置。
観察ユニットは、二次元のＣＣＤカメラ、一次元のＣＣＤセンサ、一次元のＭＯＳセンサまたは光電子増倍管を有することを特徴とする請求項１記載の割断装置。
照明部は、可視光、赤外光または紫外光を照射することを特徴とする請求項９記載の割断装置。
照明部は、インコヒーレント光またはコヒーレント光を照射することを特徴とする請求項９記載の割断装置。
観察ユニットは、基板ホルダに対して冷却部側に配置されることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
基板ホルダは、冷却部側と反対側に開口部を有し、
観察ユニットは、基板ホルダに対して冷却部側と反対側に配置され、開口部を介して可視亀裂表面線の有無および／または進展を観察することを特徴とする請求項１記載の割断装置。
観察ユニットは、基板ホルダの側方に配置されることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
冷却部から冷却剤が噴射された被加工基板の割断予定線近傍に、局部的に機械的な応力を印加して被加工基板を割断する加圧機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の割断装置。
予め得られた被加工基板上に生じた可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、制御部により、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を所定の一定速度で移動させることを特徴とする請求項１記載の割断装置。
脆性材料からなる被加工基板を、割断予定線に沿って局部的に加熱および冷却し、その際に生じる応力によって、当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断する割断方法において、
基板ホルダにより、被加工基板を保持する基板保持工程と、
レーザ加熱部により、基板ホルダに保持された被加工基板の割断予定線近傍に、レーザ光を照射して局部的に加熱するレーザ加熱工程と、
レーザ加熱部の下流側に配置された冷却部により、基板ホルダに保持された被加工基板のうち、レーザ加熱部からのレーザ光によって加熱された割断予定線近傍に、流動性のある冷却剤を噴射して局部的に冷却して被加工基板上に可視亀裂表面線を形成する冷却工程と、
冷却部近傍に配置された観察ユニットにより、冷却剤が噴射される被加工基板上の領域を撮像する観察工程と、
加熱領域駆動機構により、基板ホルダに対して、加熱部による基板上の加熱領域を相対的に移動させる加熱領域移動工程と、
冷却領域駆動機構により、基板ホルダに対して、冷却部による基板上の冷却領域を相対的に移動させる冷却領域移動工程とを備え、
制御部により、観察ユニットからの被加工基板上に生じる可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域の移動速度を制御することを特徴とする割断方法。
制御部は、観察ユニットからの前記可視亀裂表面線の有無および／または進展に関する情報に基づいて得られた被加工基板の割断率が、予め求められた所定の割断率より小さい場合に、加熱領域駆動機構および／または冷却領域駆動機構を制御して、レーザ光が照射されて局部的に加熱される加熱領域および／または冷却剤が噴射されて冷却される冷却領域を、遅い速度で、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１８記載の割断方法。