JP4722054B2 - クラック形成方法およびクラック形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、サファイヤ、半導体ウエハ、セラミック基板など、主として脆性材料基板を分断するために、基板にクラックを形成するクラック形成方法およびクラック形成装置に関し、さらに詳細には、基板にレーザビームを照射してクラックを形成するクラック形成方法およびクラック形成装置に関する。

ガラス基板などの脆性材料基板の分断では、カッターホイールなどの機械的加工手段を用いて、基板表面にスクライブラインを形成し、その後、このスクライブラインからクラックが進行するように基板を撓ませることによって、基板をブレイクする方法が利用されていた。
このような機械的分断手法に替えて、近年、レーザビームを用いて、基板に垂直クラックを形成し、基板を分断する方法が実用化されている（例えば特許文献１参照）。

図８は、従来からのクラック形成装置の動作を説明する図である。レーザビームを用いたクラック形成方法では、図８に示すように、ガラス基板１０１に長円状のレーザビーム照射領域Ｂを形成するためにレーザ照射位置１０２からスポットビームを照射しながら、冷媒ノズル１０３から冷媒を噴射して、冷却スポット（冷媒噴射領域）Ｃを形成する。
そして、ガラス基板１０１を切り出す方向（図中矢印方向）に移動させ、ビームスポットＢがガラス基板１０１に対して相対的に移動するように走査させる。このとき、ビームスポットＢの長軸方向は、ガラス基板１０１の移動方向と一致するようにしてある。また冷却スポットＣは、ビームスポットＢの長軸方向の延長線上で、かつ、ビームスポットＢの後方の位置に、冷媒が噴射されるようにしてある。

長円状のビームスポットＢが、その長軸方向に沿って移動することにより、ビームスポットＢが通過する領域は、ビームスポットＢが通過する間は基板の溶融温度以下で連続的に加熱され、加熱された領域およびその周囲近傍には圧縮応力が発生する。
ビームスポットＢにより加熱された領域では、その後すぐに、冷却スポットＣが通過する。その結果、圧縮応力が発生した加熱領域の付近に、冷却領域が生じ、冷却領域には引張り応力が生じる。そして、圧縮応力と引っ張り応力との応力差に基づいて、ビームスポットＢおよび冷却スポットＣが通過したラインに沿って、基板表面から垂直に形成される垂直クラックが得られる。
特開２００１−１３０９２１号公報

レーザビームを用いたクラック形成方法では、上述したように、ビームスポットの形状を、長円形状等の一方向に延びた形状にし、ビームスポットの長軸方向が定義できる形状としている。
図９は、従来からのクラック形成装置におけるビームスポットと冷却スポットとの位置関係を説明する図である。そして、図９に示すように、基板上でビームスポットＢを移動する際に、ビームスポットＢの長軸方向と、ビームスポットＢの移動方向（ビームスポットＢの長軸の中心が移動する方向のことをビームスポットＢの移動方向という）とが一致するようにして、ビームスポットＢが通過する各点でのトータルでの照射時間を長くすることで、加熱効率を高めるようにし、ビームの移動速度をできるだけ速くした場合でも、溶融温度以下の温度で十分に加熱できるようにしている。

このように、ビームスポットＢの移動方向とビームスポットＢの長軸方向とを一致させ、さらに、ビームスポットＢの長軸方向の後方への延長線上に冷却スポットＣを配置することにより、応力差によって生じるクラックは、ビームスポットＢの長軸方向と同一の軸線下に形成されることになる。
そのため、クラックを形成しようとする基板上の方向を、正確に、ビームスポットＢの長軸と一致するように、基板をセットした上で、ビームスポットＢを走査することにより、所望の方向にクラックが形成されるようにしている。

ところで、長軸方向を有するビームスポットＢによる加熱の場合、ビームスポット内（加熱領域）での温度分布は、ビームスポットが停止している状態と、ビームスポットが移動している状態とで、最高温度到達点の位置が異なる。
図１０は、静止中のビームスポット（図１０（ａ））と移動中のビームスポット（図１０（ｂ））との最高温度到達点の位置を説明する図である。例えば、図１０（ａ）に示すように、ビームスポットＢの中心位置の温度が最も高い温度分布（ガウシアン分布）を呈するレーザビームを用いる。この場合に、ビームスポットＢを、長軸方向に沿って移動させると、熱緩和によるタイムラグの影響で、移動中のビームスポットＢによる基板における最高温度到達点Ｐは、図１０（ｂ）に示すように、ビームスポットの中心から後方にずれるようになる。
この最高温度到達点Ｐのビームスポット中心からのずれは、レーザビームのモード（分布形態）によって決定される。

例えば、モードがガウシアン分布を呈するレーザビームを用いた場合には、最高温度到達点Ｐは、熱源中心（ビームスポット中心）よりずれる。このずれ量は、レーザスクライブで利用される通常のビームスポット移動速度領域(100ｍｍ／S以上)では、ほぼ一定になると考えられている。

ビームスポットＢの長軸方向と、ビームスポットＢの移動方向とが同一方向となるように、基板をセットしていた場合は、このビームスポットの移動に伴う基板における最高温度到達点のずれの存在は、特に問題となることがなく、特に注意を払う必要性もなかった。

近年、単位基板を切り出そうとする際の素板となるマザー基板（以下、「Ｍ基板」又は単に「基板」と称する）のサイズが大型化する傾向があり、大きいサイズのガラス基板等に対し、所望の方向に沿って、直進性に優れ分断後の断面品質がよいスクライブラインを高い精度で形成することが望まれている。
しかしながら、ガラス基板が大型化するほど、Ｍ基板をスクライブテーブル上に載置する際の位置決めの為のハンドリングが困難となる。Ｍ基板の一端側でわずかな位置ずれ誤差が生じても、大型のＭ基板の他端側では、誤差が拡大してしまうため、ガラス基板の位置や方向を精度よくスクライブテーブル上にセットすることが困難になり、どうしても、Ｍ基板のセッティング精度が悪くなっていた。また、ビームスポットの長軸の方向をスクライブ方向に一致させることも困難である。そのため、従来のように、ビームスポットＢの長軸方向と、ビームスポットの移動方向とを、一致させた上で、クラックを形成することが困難になってきた。
大型のＭ基板の基板セッティングの位置精度を確保するには、さらに精度の高い位置決め機構を備えた高価な基板載置台が必要になる。

また、スクライブテーブルに一旦載置されたＭ基板を正しい位置に載置し直そうとしても、Ｍ基板の位置や方向を精度よくセットすることが困難であるために時間の浪費になるだけでなく、Ｍ基板に不要な応力を生じさせたりＭ基板を損傷させたりすることになる。

そこで、本発明は、第１の目的として、Ｍ基板が大型化して位置決め精度の確保が困難な場合でも、良好な断面品質が保証される垂直クラックを所望の方向に高い精度で形成することができるクラック形成方法およびクラック形成装置を提供することを目的とする。

また、Ｍ基板のセッティングの際に生じる位置決め誤差に応じて、これを補正するように、ビームスポットの移動方向を調整できる機構、すなわち、二次元駆動機構（ＸＹステージ）を用いた場合でも、ビームスポットＢの長軸の中心の移動方向とビームスポットＢの長軸方向（基準軸方向）とを一致させることはできない。

ビームスポットＢの長軸方向（基準軸方向）とは異なる方向に、ビームスポットＢの長軸の中心が移動すると、熱緩和によるタイムラグの影響で、ビームスポットＢの長軸の中心が移動する軌跡（ビーム走行ラインという）と、ビームスポットによる基板における最高温度到達点の軌跡とは、異なるラインを通過するようになる。

このことを、図を用いて説明する。図１１は、Ｍ基板に刻印されたアライメントマークによる位置ずれ量の測定と直線補間を説明する図である。図１１に示すように、Ｍ基板上の互いに離隔した２つの位置に、位置決め用のアライメントマークＰ、Ｑが形成されており、２つのアライメントマークＰ、Ｑを結ぶ直線に沿ってクラックを形成し、分断する場合を考える。ビームスポットＢの長軸方向（基準軸方向という）は、装置のＸ軸方向に正確に設定されているものとする。

従来は、２つのアライメントマークＰ、Ｑが、ともにＸ軸上に並ぶまで、Ｍ基板の方向を調整（回転）するようにしていた。しかしながら、Ｍ基板が大型化するにつれ、Ｍ基板の位置の微調整が困難となり、正確な位置合わせが困難となったため、ビームスポットＢを、基準軸方向（Ｘ軸方向）だけではなく、これと垂直なＹ軸方向にも移動できるようにして、すなわち、ＸＹ面内で（すなわち基準軸（Ｘ軸）に対して斜め方向も含めて）、ビームスポットＢを移動できるようにして、Ｙ軸方向に直線補間をかけて、基準軸（Ｘ軸）に対し、斜めにビームスポットＢを移動させることにより、斜め方向にクラックを形成させることを試みた。

例えば、カッターホイールチップによってスクライブするガラススクラバーについては、Ｍ基板における所望のスクライブ方向が、装置の基準ラインとずれている場合に、Ｍ基板を載置するテーブルを回動する代わりに、ガラスカッターの移動方向（スクライブ方向）を、Ｍ基板における所望のスクライブ方向に一致させるようにすることが知られている（特公平６−２５９７）。
これに対し、長軸を有するビームスポットが形成されるレーザビームによってスクライブするスクライバーにおいては、Ｍ基板における所望のスクライブ方向が、装置の基準ラインとずれている場合に、その都度、ビームスポットの長軸の方向をＭ基板における所望のスクライブ方向に一致させることが困難であるため、単に、ビームスポットを所望のスクライブ開始位置に移動させるだけでは、所望の方向にクラックを形成させることができなかった。

図１２は、長軸を有するビームスポットの直線補間による移動状態を説明する図である。この場合、図１２に示すように、長円状のビームスポットＢは、斜めに平行移動することとなり、ビームスポットＢ全体では、平行四辺形の領域Ｈを通過することになる。ビームスポットＢの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインＬに対し、移動中のビームスポットＢによる最高温度到達点は、熱緩和によるタイムラグの影響で、ビームスポットＢの長軸の中心より後方にずれ、実際の最高温度到達点の軌跡Ｍは、ビーム走行ラインＬに対して、後方に、平行にシフトしてしまうこととなった。

一方、ビームスポットＢの長軸方向（基準軸方向）に沿って、後方に延長した位置にある冷却スポットＣは、ビーム走行ラインＬと平行である軌跡Ｎを通るようになる。
結局、最高温度到達点の軌跡Ｍは、ビーム走行ラインＬとも異なり、また、冷却スポットの軌跡Ｎとも異なる第３のラインを通ることになる。
この最高温度到達点の軌跡Ｍは、最も激しく加熱され、大きな熱歪を受けた跡であって、その後の冷却によってクラックが最も発生しやすいラインである（厳密には、冷却スポットの配置によってクラック形成位置は多少変化する）。したがって、その後の冷却スポットによる冷却を適切に行う限り、このライン上あるいはライン近傍にクラックを形成することができるので、最高温度到達点の軌跡Ｍ（または最高温度到達点近傍の点の軌跡）を、クラック形成予定ラインＭとする。

そして、ビーム走行ラインＬとクラック形成予定ラインＭとの距離（以下、オフセット量Ｏと呼ぶ。）は、ビームスポットの長軸方向とビーム走行ラインとのなす角である傾斜角θ、およびビームスポットと冷却スポットの距離に依存して定まることになる。

図１３は、基準軸の方向（Ｘ軸方向、ビームスポットの長軸の方向）を真横方向に向けたときの、ビーム走行ラインＬ、クラック形成予定ラインＭ、冷却スポットの軌跡Ｎの位置関係を説明する図である。このように、クラック形成予定ラインＭは、ビーム走行ラインＬから、オフセット量Ｏだけ位置がずれるとともに、冷却スポットの軌跡Ｎからも、位置ずれを起こすことになる。その結果、加熱による圧縮応力が発生する位置と冷却による引っ張り応力が発生する位置とが離れてしまい、応力差に基づいて生じるクラックは、必ずしも予定どおりに、クラック形成予定ラインＭ上に発生しなくなるため、所望の方向に垂直クラックを形成することができなくなった。

そこで、本発明は、第２の目的として、ビーム走行ラインＬの方向が、ビームスポットＢの長軸方向（基準軸方向）に対して斜めになるように、基板を相対的に移動させてクラックを形成する際に、所望の位置、方向（ビーム走行ラインＬからオフセット量だけ離れた位置）にクラックを形成することができるクラック形成方法、クラック形成装置を提供することを目的とする。

さらに、Ｍ基板の中央部と端部とでは、クラック形成の状況が相違する。すなわち、Ｍ基板の中央部においては、熱が等方的に伝播するが、基板端部、すなわち、分断の起点（入り部）や終点（抜け部）では、熱が不均等に伝播する。その上、ビームスポットＢが長軸を有しており、さらに冷却スポットＣがビームスポットＢの長軸方向に沿って後方に配置されていることから、基板中央部と、基板端部とでは、加熱、冷却による熱の出入り量が相違するようになる。

図８や図９のように、ビームスポットＢの長軸方向とビームスポットＢの移動方向（ビーム走行ラインＬ）とが一致しているときは、Ｍ基板中央部とＭ基板端部とでの熱の伝播の差異はそれほど問題とはならなかったが、ビーム走行ラインＬの方向が、ビームスポットＢの長軸（基準軸）に対して斜め方向になり、クラック形成予定ラインＭがビーム走行ラインＬから外れると、Ｍ基板中央部とＭ基板端部とでの熱伝播等の相違により、「ソゲ」と呼ばれる曲線状のクラックが発生したり、「先走り」と呼ばれる不具合が発生したりするようになる。

図１６は、基板におけるクラックの形成時に発生する「ソゲ」を説明する図である。「ソゲ」とは、例えば、図１６に示すように、ガラス基板Ｇに水平方向に形成されたスクライブラインから垂直方向に伸展したクラックＫが、ガラス基板Ｇの裏面近傍のγ位置で垂直方向から斜め方向に伸展してガラス基板Ｇの裏面に達するような現象を意味する。「ソゲ」によってガラス基板Ｇの分断面の平坦度あるいは直角度は損なわれるので、分断面の品質を低下させる。

図１７は、基板におけるクラックの形成時に発生する「先走り」を説明する図である。「先走り」とは、例えば、図１７(a)に示すように、ガラス基板Ｇ端部のスクライブ開始点付近においてレーザスポットＬＳによって加熱されたスクライブラインの先端からレーザスポットＬＳ前方の制御できない方向に水平クラックＣＲが形成されたり、図１７(ｂ)に示すように、ガラス基板Ｇ端部のスクライブ終了点付近において基板の端面からレーザスポットＬＳに向かって、すなわちレーザスポットＬＳの移動方向とは反対向きの制御できない方向に水平クラックＣＲが形成されたりする。このように、「先走り」により、スクライブ形成予定ラインからずれたガラス基板Ｇ上の位置にスクライブラインが形成されるので、スクライブラインの直進性は著しく損なわれる。

例えば、起点（入り部）において、ビーム走行ラインＬ上の基板端に、クラックの発生場所となるトリガを形成し、常にトリガからクラックが成長するようにした場合、ビームスポットＢと冷却スポットＣが、図１３に示した位置関係で移動するようにした場合に、熱の伝播、熱の出入り量の相違に起因して、図１４に示すように、基板端部に「ソゲ」と呼ばれる曲線のクラックＵ、Ｖが発生するようになる。

そこで、本発明は、第３の目的として、ビームスポットを、Ｍ基板に対して相対的に移動させてクラックを形成する際に、ビーム走行ラインＬの方向が、ビームスポットＢの長軸（基準軸）に対して斜めになっても、ソゲや先走りのような不具合が生じることのないクラック形成方法およびクラック形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のクラック形成方法は、長軸を有するビームスポットが形成されるレーザビームを脆性材料基板に照射するとともに、冷媒が噴射される冷却スポットを形成し、レーザビームの照射による加熱と冷却スポットによる冷却とにより局所的に熱歪を生じさせて前記基板に垂直クラックを形成するクラック形成方法であって、ビームスポットの長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対し、ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインの方向が斜め方向になるようにしてビームスポットを前記基板に対して相対的に移動させ、ビーム走行ラインと移動中のビームスポットによって形成される最高温度到達点の軌跡との距離であるオフセット量だけ離れた位置にあるクラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動させることにより、クラック形成予定ラインに沿ってクラックを形成するようにしている。
なお、上記の記載において、冷却スポットを、「クラック形成予定ラインに沿って」相対的に移動させることになるが、冷却スポットの相対的な移動はクラック形成予定ライン上に限定されることなく、クラック形成予定ラインと平行に行われる形態も本発明に含まれる。冷却スポットの中心の位置は、例えば、クラック形成予定ラインから、数ｍｍ以内の範囲であれば、離れていてもよい。

この発明のクラック形成方法によれば、脆性材料基板に、長軸を有するビームスポットを形成するレーザビームを照射する。長軸を有するビームスポットとしては、長円（楕円）形状のビームスポットが好適であるが、円形のビームスポットをわずかな間隙を空けて直列に、あるいはクラック形成予定ラインを挟んでその両側に複数並べたビームスポットのように、他の方向に比べて実質的に長軸方向が定義できるビームスポットであればよい。ビームスポットの長軸は、例えば、１０〜３０ｍｍ程度である。ビームスポットの長軸方向は、ビームスポットの移動方向を定める上で、便宜上、基準軸方向として定義される。
この発明のクラックの形成とは、レーザ照射でビームスポットを形成（レーザ加熱）し、その後、冷却スポットを形成（急冷）し、それによって生じる応力差によってクラック（クラック発生後一定時間経過すると目視確認できなくなるので「ブラインドクラック」と呼ばれる）を形成し、形成されたクラックを基板の厚さ方向へ進展させ、ビームスポットおよび冷却スポットを基板上で基板に対して相対的に移動させることにより、基板の厚さ方向へ進展させたクラックを水平方向へ誘導していくことによって、スクライブラインを形成すること（完全に分断（フルボディカット）する場合を含む）を意味する。

ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡（ビーム走行ライン）が、基準軸に対し、斜めになるようにビームスポットを移動させる。すなわち、ビームスポットを基板に対して相対的にＸ軸方向（基準軸方向）に移動させながらＹ軸方向にも移動させる。これにより、熱緩和によるタイムラグの影響で、ビームスポットの移動によって形成される最高温度到達点の軌跡が、ビーム走行ラインとは異なるライン上を通過するようになる。すなわち、ビーム走行ラインから、有限の距離（オフセット量）だけ離れた位置を、ビームスポットによる最高温度到達点が通過するようになる。オフセット量は、例えば、数ｍｍ程度であってもよい。
この最高温度到達点の軌跡（クラック形成予定ライン）に沿って垂直クラックが発生する。例えば、クラック形成予定ライン上を冷却スポットが相対的に移動するようにすると、加熱により圧縮応力が発生する場所と、冷却により引っ張り応力が発生する場所とが一致する。これにより、最高温度到達点の軌跡（クラック形成予定ライン）上に、応力差によって垂直クラックを発生させることができる。

上記のクラック形成方法によれば、上述した第一の目的について解決することができる。すなわち、基板が大型化し、ビームスポットの長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対して、基板の正確な位置決めができない場合であっても、ビーム走行ラインを基準軸方向に対して斜め方向（クラック形成予定ラインと同じ方向）にすることにより、基準軸方向以外の所望の方向（ビーム走行ラインと同じ方向）に、垂直クラックを形成することができる。
また、上記のクラック形成方法によれば、上述した第二の目的について解決することができる。すなわち、ビーム走行ラインの方向が、ビームスポットの長軸方向（基準軸方向）に対して斜めになる場合でも、クラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動させることにより、クラック形成予定ラインに沿って、精確に垂直クラックを形成することができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記クラック形成方法において、レーザビーム走行時に基板表面の温度分布を（例えば、赤外線温度計にて、非接触にて）計測し、最高温度到達点の位置データを収集し、冷却スポットの位置を変化させながらレーザスクライブしてもよい。そうした連続計測による冷却スポットの位置制御が、温度測定器が高額になること等により、採用が困難な場合には、前回スクライブした際の温度測定データを利用する様にしてもよい。

また、上記クラック形成方法において、基板に対してビームスポットを相対的に移動する際に、基準軸とビーム走行ラインとの傾斜角を求め、少なくとも前記傾斜角をパラメータの一つとしてオフセット量を決定することにより、クラック形成予定ラインの位置を予め推定し、推定したクラック形成予定ライン上またはクラック形成予定ライン近傍（例えば、数ｍｍ以内）を、冷却スポットが相対的に移動するように、冷却スポットの位置を設定するようにしてもよい。
オフセット量は、基準軸とビーム走行ラインとの傾斜角に依存する。したがって、例えば、基板をセットした際に、基準軸方向とビーム走行ライン方向とを一致させることができなかった場合に、そのときの基板の傾斜角を求めることにより、傾斜角に基づいてオフセット量を求めることにより、クラック形成予定ラインを推定することができる。
したがって、推定したクラック形成予定ラインあるいはその近傍に沿って冷却スポットを移動させることにより、クラック形成予定ライン上またはその近傍（例えば、数ｍｍ以内）に、精確に垂直クラックを形成することができる。

また、上記クラック形成方法において、前記傾斜角に加えて、ビームスポットと冷却スポットとの距離をパラメータとしてもよい。ビームスポットと冷却スポットとの距離（基板上の冷却スポットが走行するライン上の距離）は、ビームスポットの長軸の長さにもよるが、例えば、０〜５０ｍｍ程度であってもよい。オフセット量は、傾斜角だけではなく、ビームスポットと冷却スポットとの距離にも依存するので（特に、ビームスポットと冷却スポットの距離を変化させてクラックを形成する場合には）、傾斜角とともに、このパラメータに基づいて、クラック形成予定ラインを推定すれば、より正確に、クラック形成予定ラインを推定することができる。
上記のビームスポットと冷却スポットとの距離は、Ｘ軸およびＹ軸移動機構を備えたスクライブテーブルを用いる場合は、基板載置面におけるＸ軸方向の距離およびＹ軸方向の距離で表される。

また、上記クラック形成方法において、冷却スポットの位置を設定する際に、冷却スポットの位置を、ビーム走行ラインに対し、垂直な方向に変化させるようにすれば、求めたオフセット量をそのまま、位置変化させる距離として利用することができる。

また、上記クラック形成方法において、基板端においてクラック形成を開始する際に、予め、クラック形成予定ライン上の基板端に、クラックの起点となるトリガを形成した上で、基板に対しビームスポットを相対的に移動させるようにしてもよい。
これによれば、上述した第３の目的についても解決することができる。すなわち、トリガをクラック形成予定ライン端に形成することにより、クラックの発生する位置と、クラック形成予定ラインの開始点がほぼ完全に一致するので、ソゲや先走りのような不具合が生じることがなくなる。

また、上記クラック形成方法において、基準軸方向を含む平面内で基板を載置する基板載置部を用い、基板位置の指標となるアライメントマークが形成された基板を基板載置部に載置し、前記基準軸方向に関係付けられた基準載置位置に対する前記基板の前記アライメントマークの相対位置を検出し、検出されたアライメントマークの位置に基づいて基準軸に対する基板のずれ量である（直線補間値）を算出し、算出した直線補間値に基づいてビーム走行ラインの方向を決定し、決定したビーム走行ライン方向と前記基準軸方向との傾斜角を算出し、少なくとも前記傾斜角をパラメータの一つとしてオフセット量を決定することにより、ビーム走行ラインからオフセット量を隔てたクラック形成予定ラインの位置を予め推定し、推定したクラック形成予定ライン上または推定したクラック形成予定ライン近傍を、冷却スポットが相対的に移動するように冷却スポットの位置を設定するようにしてもよい。
これによれば、基板に形成されたアライメントマークを利用して、セットした基板の位置ずれ量、すなわち、直線補間値、さらには傾斜角を算出し、ビーム走行ライン方向を決定する。そして、算出した傾斜角からオフセット量を定めることにより、決定したビーム走行ラインからオフセット量を隔てた位置に、クラック形成予定ラインを推定する。さらに、推定したクラック形成予定ラインに沿って冷却スポットが移動するように冷却スポットの位置を設定する。
このようにして、基板が正確に位置決めできていない場合であっても、基板に形成されたアライメントマークから、基板の位置ずれ量を判断して、その位置ずれ量に応じて、ビーム走行ラインやオフセット量を決定することにより、推定したクラック形成予定ラインに沿って、正確に垂直クラックを形成することができる。

また、別の観点から上記課題を解決するためになされた本発明のクラック形成装置は、長軸を有するビームスポットを形成するレーザビームを照射するレーザビーム照射部と、冷却スポットを形成する冷却部と、基板載置台に載置された基板に対しビームスポットを相対的に移動するビームスポット駆動部と、基板に対し冷却スポットを相対的に移動する冷却スポット駆動部と、前記各部を制御する制御部とを備え、基板に対しビームスポットおよび冷却スポットを移動させることにより基板にクラックを形成するクラック形成装置であって、制御部は、ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインの方向が、ビームスポットの長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対して斜め方向（クラック形成予定ラインと同じ方向）になるように、ビームスポット駆動部によるビームスポットの移動を制御し、このときビーム走行ラインと移動中のビームスポットによって形成される最高温度到達点の軌跡との距離であるオフセット量だけ離れた位置にあるクラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動するように冷却スポット駆動部による冷却スポットの移動を制御するようにしている。

このクラック形成装置によれば、レーザビーム照射部により、長軸方向を有するビームスポットが脆性材料基板に照射される。このビームスポットは、制御部による制御の下で、ビームスポット駆動部により、基板上を相対的に移動できるようにしてある。また、冷却部により脆性材料基板上に冷却スポットが形成され、局所的に冷却される。この冷却スポットは、制御部による制御の下で、冷却スポット駆動部により、基板上をクラック形成予定ラインに沿って移動できるようにしてある。
制御部は、ビームスポット駆動部を制御することにより、ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインの方向が、ビームスポットの長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対して斜め方向になるように、ビームスポットを移動する。これにより、熱緩和によるタイムラグによって、移動中のビームスポットによる最高温度到達点がビーム走行ラインから外れるようになり、ビーム走行ラインから有限の距離（オフセット量）離れた位置に、加熱による最高温度到達点の軌跡（クラック形成予定ライン）が形成される。制御部は、冷却スポット駆動部を制御することにより、クラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを移動する。これにより、圧縮応力が発生したクラック形成予定ラインに沿って冷却による引っ張り応力を発生させて、応力差による垂直クラックを形成することができる。

また、上記クラック形成装置において、前記基準軸とビーム走行ラインとの間の傾斜角とオフセット量との関係を記憶するオフセット量記憶部をさらに備え、制御部は、ビームスポットを移動する際の傾斜角を少なくとも１つのパラメータとしてオフセット量記憶部を参照してオフセット量を決定し、決定したオフセット量に基づいてクラック形成予定ラインを推定し、推定したクラック形成予定ライン上または推定したクラック形成ライン近傍を、冷却スポットが基板に対して相対的に移動するように冷却スポット駆動部による冷却スポットの移動を制御するようにしてもよい。
この発明によれば、オフセット量は、基準軸方向とビーム走行ラインとの傾斜角に依存するので、予め、基準軸方向とビーム走行ライン方向との間の傾斜角とオフセット量との関係を求めて、オフセット量記憶部に記憶しておく。基板をセットしたとき、基準軸方向とビーム走行ライン方向とが一致していない場合に、基板の傾斜角に応じて、オフセット量記憶部を参照して、オフセット量を決定する。オフセット量を決定することにより、ビーム走行ラインからオフセット量の距離を隔てた位置に、クラック形成予定ラインを推定することができる。
したがって、推定したクラック形成予定ラインあるいはその近傍に沿ってビームスポット駆動部により、冷却スポットを移動させることにより、クラック形成予定ライン上またはその近傍に、精確に垂直クラックを形成することができる。

また、上記クラック形成装置において、オフセット量記憶部が、前記傾斜角に加えて、ビームスポットと冷却スポットとの距離をパラメータとしてオフセット量との関係を記憶するようにしてもよい。
オフセット量は、（傾斜角だけではなく、ビームスポットと冷却スポットの距離にも依存するので、制御部によるビームスポット駆動部および冷却スポット駆動部を制御する際に、これらを変化させてクラックを形成する場合には）傾斜角との関係とともにビームスポットと冷却スポットとの距離のパラメータとの関係を、オフセット量記憶部に記憶させておくことにより、これらのパラメータに基づいて、クラック形成予定ラインを推定すれば、より正確に、クラック形成予定ラインを推定することができる。

クラック形成予定ライン（最高温度到達点の軌跡）は、上記のように推定してもよいが、レーザスポットによる最高温度到達点の位置データを収集することにより、実測してもよい。最高温度到達点の位置データは、例えば、レーザビーム走行時に基板表面の温度分布を計測することにより、収集することができる。基板表面の温度分布は、例えば、赤外線温度計にて非接触にて計測することができる。

また、上記クラック形成装置において、ビームスポット駆動部と冷却スポット駆動部とは、ビームスポットと冷却スポットとが連動するように一体に構成され、さらに、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を調整する冷却スポット位置調整部を備え、制御部はオフセット量記憶部を参照して決定したオフセット量に応じて（又は最高温度到達点の位置データに応じて）、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を、冷却スポット位置調整部により調整するようにしてもよい。
これによれば、冷却スポット位置調整部により、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を調整した上で、一体に構成されたビームスポット駆動部および冷却スポット駆動部を動作させることにより、直線形状のクラックを容易に形成することができる。

この場合、冷却スポット位置調整部は、冷却スポットをビーム走行ラインに対し垂直な方向に位置変化させるようにすれば、オフセット量をそのまま冷却スポット位置調整部の位置変化量として利用することができる。

また、上記クラック形成装置において、クラック形成の起点となるトリガを形成するトリガ形成部とトリガ形成部の位置を調整するトリガ位置調整部とをさらに備え、制御部は、基板端においてクラック形成を開始する際に、予め、推定したクラック形成予定ライン上の基板端に、トリガ形成部の位置を設定するようにしてもよい。
これによれば、基板端部において、推定したクラック形成予定ライン上にトリガが形成されるので、確実に、クラック形成予定ライン上にクラックを形成することができる。

本発明の一実施形態であるクラック形成装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態であるクラック形成装置の制御部を機能ごとに説明する機能ブロック図である。 本発明の他の一実施形態であるクラック形成装置に用いるオフセット量記憶部に記憶された内容を説明する図である。 本発明の一実施形態であるクラック形成装置の動作フローを説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態であるクラック形成装置のクラック形成動作中の各工程（状態（Ａ）〜（Ｄ））での動作状態を説明する図である。 本発明の一実施形態であるクラック形成装置の状態（Ｂ）での基板に対するトリガ、ビームスポット、冷却スポットの位置関係を説明する図である。 本発明の一実施形態であるクラック形成装置の状態（Ｃ）での基板に対するビームスポット、冷却スポットの位置関係を説明する図である。 従来からのクラック形成装置の動作を説明する図である。 従来からのクラック形成装置におけるビームスポットと冷却スポットとの位置関係を説明する図である。 静止中のビームスポットと移動中のビームスポットとの加熱ピーク位置を説明する図である。 基板に刻印されたアライメントマークによる位置ずれ量の測定と直線補間を説明する図である。 長軸を有するビームスポットの直線補間による移動状態を説明する図である。 長軸を有するビームスポットの場合のビーム走行ラインとクラック形成予定ラインとの関係および長軸方向（基準軸方向）との関係を説明する図。 従来のクラック形成装置を用いて基板に形成されるクラックの状態を説明する図である。 本発明のさらに別の実施形態であるクラック形成装置の構成を説明する図である。 基板におけるクラックの形成時に発生する「ソゲ」を説明する図である。 基板におけるクラックの形成時に発生する「先走り」を説明する図である。

符号の説明

１１：架台
１２：スライドテーブル
１３：ボールネジ
１４、１５：ガイドレール
１６：ボールナット
１９：台座
２１：ガイドレール
２２：ボールネジ
２３：モータ
２４：ボールナット
２６：テーブル
３１：スクライブヘッド
３３：光学ホルダ
３４：レーザ発振器
３５：レンズ光学系
３８、３９：ＣＣＤカメラ
４０：冷却部
４２：ノズル
４３：ノズルＸ軸方向駆動機構
４４：ノズルＹ軸方向駆動機構
４５：トリガ形成部（カッターホイール）
４６：トリガ調整機構
５０：制御部
５１：レーザ照射制御部
５２：冷媒噴射制御部
５３：基板位置読取制御部
５４：ビームスポット・冷却スポット駆動制御部
５５：冷却スポット位置調整制御部
５７：オフセット量決定部
５８：クラック形成予定ライン推定部
５９：トリガ位置調整制御部
６０：スクライブヘッド昇降制御部
６２：オフセット量記憶部

（装置構成）
以下、本発明のクラック形成方法およびクラック形成装置について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるクラック形成装置１０の概略構成を示す図である。このクラック形成装置は、例えば、マザーガラス基板（Ｍ基板）を、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に使用される複数のガラス基板に分断するための装置として用いられるものである。

本装置は、水平なＸＹ平面を有する架台１１上で、Ｙ軸方向に沿って往復移動するスライドテーブル１２を有している。このスライドテーブル１２は、架台１１の上面にＹ軸方向に沿って、平行に配置された一対のガイドレール１４、１５に、水平な状態で各ガイドレール１４、１５に沿ってスライド可能に支持されている。両ガイドレール１４、１５の中間部には、各ガイドレール１４、１５と平行に、ボールネジ１３が、図示しないモータによって回転するようにしてある。ボールネジ１３は、正転、逆転可能になっており、このボールネジ１３にボールナット１６が螺合する状態で取り付けられている。

ボールナット１６は、スライドテーブル１２に回転しない状態で一体に取り付けられており、ボールネジ１３の正転および逆転によって、ボールネジ１３に沿って、正逆の両方向にスライドする。これにより、ボールナット１６と一体的に取り付けられたスライドテーブル１２が、ガイドレール１４、１５に沿って、Ｙ軸方向にスライドする。したがって、これら各部によりＹ軸駆動機構が構成される。

スライドテーブル１２上には、台座１９が水平な状態で配置されている。台座１９は、スライドテーブル１２上に平行に配置された一対のガイドレール２１（図示されたガイドレール２１以外に紙面奥側に同形状のガイドレールがある）に、スライド可能に支持されている。各ガイドレール２１は、スライドテーブル１２がスライドする方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って配置されている。また、各ガイドレール２１の中間部には、各ガイドレール２１と平行にボールネジ２２が配置されており、ボールネジ２２がモータ２３によって正転、逆転されるようにしてある。

ボールネジ２２には、ボールナット２４が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット２４は、台座１９に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ２２の正転、逆転によって、ボールネジ２２に沿って、正逆の両方向に移動する。これにより、台座１９が、各ガイドレール２１に沿ったＸ軸方向にスライドする。したがって、これら各部により、Ｘ軸駆動機構が構成される。

台座１９上には、分断対象であるＭ基板Ｇが載置されるテーブル２６が水平な状態で設けられている。テーブル２６上には、Ｍ基板Ｇが、例えば、吸引チャックによって固定される。
テーブル２６には、Ｘ軸方向と関係付けられた図示しない基準載置位置が定めてあり、基準載置位置に正確に載置されたＭ基板Ｇは、上記のスライド機構（Ｘ軸方向駆動機構、Ｙ軸方向駆動機構）により、Ｘ軸方向やＹ軸方向に沿って、正確に移動させることができるようにしてある。

テーブル２６の上方には、テーブル２６表面から適当な間隔をあけて、スクライブヘッド３１が配置されている。スクライブヘッド３１は、垂直状態で配置された光学ホルダ３３の下端部に、水平な状態で、図示しない昇降機構によって昇降可能に支持されている。光学ホルダ３３の上端部は、架台１１上に設けられた取付台３２の下面に取り付けられている。取付台３２上には、レーザビームを発振するレーザ発振器３４（例えば，ＣＯ_２レーザ、半導体レーザ（ＹＡＧレーザ等））が設けられており、レーザ発振器３４から発振されるレーザビームが、光学ホルダ３３内で支持されたレンズ光学系３５を介して基板Ｇに照射される。

レンズ光学系３５には、例えばシリンドリカルレンズを用いており、長軸方向を有する長円状のレーザスポットが、Ｍ基板Ｇ上に照射される。
このとき形成されるレーザスポットの長軸方向は、Ｘ軸方向、すなわち、台座１９がボールネジ２２、モータ２３、ボールナット２４によって移動される方向に合わせてある。
そのため、テーブル２６の基準載置位置に正確に載置されたＭ基板Ｇでは、Ｍ基板Ｇの分断方向（クラックの形成方向）がレーザスポットの長軸方向（基準軸）に向くように設定してある。

スクライブヘッド３１の一端には、冷却部４０が取り付けてある。冷却部４０は、冷媒源４１から供給される冷媒（ヘリウムガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガスなど）を噴射して冷却スポットＣを形成するためのノズル４２と、ノズル４２の位置をＸ軸方向に移動するためのノズルＸ軸調整機構４３と、ノズルの位置をＹ軸方向に移動するためのノズルＹ軸調整機構４４とからなる。このノズルＸ軸調整機構４３、ノズルＹ軸調整機構４４とにより、ビームスポットに対する冷却スポットの相対的な位置をＸＹ面内で調整可能にしてある。ただし、Ｘ軸方向は固定で、Ｙ軸方向に調整ができるようにしてもよい。

又、冷却部４０が取り付けられた側とは反対側のスクライブヘッド３１の一端には、基板端にトリガを形成するトリガ形成部４５（例えばカッターホイール）と、トリガ形成部４５の位置を移動するためのトリガ調整機構４６とが取り付けられている。このトリガ調整機構４６についても、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに調整できるようにすることが望ましいが、少なくともＹ軸方向に調整ができるようにしてあればよい。

なお、ノズルＸ軸調整機構４３、ノズルＹ軸調整機構４４、トリガ調整機構４６の詳細構造については説明を省略するが、ステッピングモータを用いた市販の簡単な駆動機構を用いればよい。

上記構成により、スライドテーブル１２、ボールネジ１３、ボールネジ１３を回転する図示しないモータ２３ａ、ボールナット１６からなるＹ軸方向駆動機構、および、台座１９、ボールネジ２２、モータ２３、ボールナット２４からなるＸ軸方向駆動機構は、スクライブヘッド３１からＭ基板Ｇに照射されるビームスポットを、Ｘ、Ｙ面内で任意の方向に移動させるビームスポット駆動部として機能する。

また、スライドテーブル１２、ボールネジ１３、ボールネジ１３を回転する図示しないモータ２３ａ、ボールナット１６からなるＹ軸方向駆動機構、および、台座１９、ボールネジ２２、モータ２３、ボールナット２４からなるＸ軸方向駆動機構は、スクライブヘッド３１に取り付けたノズル４２からＭ基板Ｇに噴射された冷媒により形成される冷却スポットを、Ｘ、Ｙ面内で任意の方向に移動させる冷却スポット駆動部としても機能する。

このように、ビームスポット駆動部、冷却スポット駆動部として機能する駆動機構が、同一の駆動機構で構成されるため、この駆動機構を動作させることにより、ビームスポットと冷却スポットとが、連動して動くことになる。

さらに、スクライブヘッド３１に設けられるノズルＸ軸調整機構４３およびノズルＹ軸調整機構４４は、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を調整する冷却スポット位置調整部として機能する。ノズルＸ軸調整機構４３とノズルＹ軸調整機構４４との協働により、ノズル４２は、ＸＹ面内で任意の方向に駆動できる。したがって、ビーム走行ラインに垂直方向にノズル４２を駆動すれば、後述するオフセット量をそのままノズル４２の位置調整距離として利用することができるようになる。

光学ホルダ３３の横には、ＣＣＤカメラ３８、３９からなる位置読取機構が設けられ、Ｍ基板Ｇに刻印されたアライメントマークを撮影して、いわゆる画像認識手法により、アライメントマークの位置が認識できるようにしてある。この位置読取部により、テーブル２６上に載置されたＭ基板Ｇの位置ずれ量を求めることができる。
なお、ＣＣＤカメラ３８、３９により撮影された画像は、モニタ４８、４９により、目視によっても位置ずれ量を確認できるようにしてある。

（制御系）
次に、クラック形成装置１０の動作の制御を行う制御系について説明する。制御部５０およびオフセット量記憶部６２は、ＣＰＵ、メモリであり、制御用のコンピュータシステムの一部を構成する。このコンピュータシステムは、クラック形成用のアプリケーションソフト、および、入力した設定パラメータにより、本装置全体の各種の動作の制御を行う。
図２は、制御部５０およびオフセット量記憶部６２による制御動作を機能ごとに分けて、詳細に説明するための機能ブロック図である。
制御部５０は、レーザ照射制御部５１、冷媒噴射制御部５２、基板位置読取制御部５３、ビームスポット・冷却スポット駆動制御部５４、冷却スポット位置調整制御部５５、オフセット量決定部５７、冷却スポット位置調整量決定部（クラック形成予定ライン推定部）５８、トリガ位置調整制御部５９、スクライブヘッド昇降制御部６０とからなる。

レーザ照射制御部５１は、Ｍ基板Ｇを加熱する際に、レーザ発振器３４を駆動してビームスポットＢを形成し、Ｍ基板Ｇに照射するための動作の制御を行う。
冷媒噴射制御部５２は、Ｍ基板Ｇを冷却する際に、冷媒源４１から冷媒を噴射して、Ｍ基板Ｇ上に冷却スポットＣを形成するための動作の制御を行う。
基板位置読取制御部５３は、位置読取機構により、画像認識手法を用いてＭ基板Ｇに刻印されたアライメントマークを読み取り、Ｍ基板Ｇの位置ずれを検出するための制御を行う。

ビームスポット・冷却スポット駆動制御部５４は、ボールネジ１３を回転する図示しないモータ２３ａ、ボールネジ２２を回転するモータ２３を駆動して、ビームスポットＢや冷却スポットＣを、Ｍ基板Ｇ上でビームスポットＢの長軸（基準軸）方向であるＸ軸方向を基準にして、任意の方向に相対的に移動させるための動作の制御を行う。

冷却スポット位置調整制御部５５は、ノズルＸ軸調整機構４３、および、ノズルＹ軸調整機構４４を駆動して、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を移動するための動作の制御を行う。
このとき、ノズルＸ軸調整機構４３とノズルＹ軸調整機構４４との協働により、ビーム走行ライン方向に対し、垂直な方向に冷却スポットの位置を変化させるようにノズル４２の位置を調整するようにすることで、後述するオフセット量決定部により決定したオフセット量を、そのまま冷却スポットの位置調整量として用いることができる。

オフセット量決定部５７は、基板Ｇをセットした後に、Ｙ軸方向の位置ずれ量に応じて、オフセット量記憶部６２を参照して、オフセット量を決定する。すなわち、基板位置読取制御部５３がこの位置ずれ量を検出し、そのときに残っている位置ずれ量に基づいてオフセット量を決定する。
このときにオフセット量決定部５７が参照するオフセット量記憶部６２には、図３に示すように、傾斜角θ（ビーム走行ラインとビームスポットの長軸（基準軸、Ｘ軸）とのなす角）、ビームスポットと冷却スポットとの間の距離の２つのパラメータとオフセット量との関係が、データベース化されて記憶されている。

図３のパラメータとオフセット量との関係を示す例は、基板Ｇが厚さ０．７ｍｍ、縦横寸法３６０×４６０ｍｍの無アルカリガラスを材料とする貼り合せ基板を、軸寸法２×６０ｍｍのビームスポットを用いてスクライブラインを形成する際に適用されるデータを示す。
したがって、上記の条件が異なる場合には、適用されるデータも異なるものとなる。
このデータは、予め、実験的に、各パラメータを変化させて求めたものである。そして、位置ずれ量から三角関数を用いた簡単な演算により算出された傾斜角と、予め設定したビームスポット・冷却スポット間距離とにより、このオフセット量記憶部のデータを参照して、オフセット量が決定される。
なおビームスポットと冷却スポットとの間の距離を変化させない場合は、傾斜角の値だけをパラメータとして記憶させておけばよい。逆に、ビームスポットと冷却スポットとの間の距離以外のパラメータを、必要に応じて、さらに追加したい場合は、記憶させておけばよい。

冷却スポット位置調整量決定部（クラック形成予定ライン推定部）５８は、ビーム走行ラインに対して、オフセット量決定部５７により決定したオフセット量の距離をシフトした位置に引いたラインを、冷却スポットを移動させるクラック形成予定ラインとして推定する。

トリガ位置調整制御部５９は、トリガ調整機構４６を駆動して、トリガ形成部４５をクラック形成予定ライン上に位置させるための移動動作の制御を行う。

スクライブヘッド昇降制御部６０は、スクライブヘッド３１を昇降して、トリガ形成部４５を昇降する制御を行う。すなわち、スクライブヘッド３１を降ろした状態で、トリガ形成部４５をＭ基板Ｇの端部に接近させて、基板端にトリガを形成し、その後、すぐにトリガ形成部４５を上昇させて、Ｍ基板Ｇから離れた状態にすることで、基板端のみにトリガを形成するための制御を行う。

（動作例）
次に、このクラック形成装置を直線補間動作に適用させた場合の動作例について説明する。
図４は、アライメントマークが刻印された基板を分断する場合の本装置による制御動作の一実施例を説明するフローチャートである。図５は、各工程（状態（Ａ）〜（Ｄ））での動作状態を説明する図である。

まず、図５の状態（Ａ）で、位置読取機構により、基板Ｇのアライメントマークを読み取る（ｓ１０１）。そして、Ｙ軸方向の位置ずれ量（図１１の直線補間値）を読み取る。

読み取った位置ずれ量（直線補間値）に基づいて、アライメントマークＰ、Ｑを結ぶ直線方向を、ビーム走行ラインＬの方向として決定し、そのときのビーム走行ラインＬとビームスポットの長軸（基準軸、Ｘ軸）とがなす角度（傾斜角θ）を求める（ｓ１０２）。

求めた傾斜角θをパラメータとして（あるいは、ビームスポット・冷却スポット間距離とともにパラメータとして）、オフセット量記憶部６２を参照して、オフセット量Ｏを決定する（ｓ１０３）。そして、ビーム走行ラインＬからオフセット量Ｏだけシフトした位置を、クラック形成予定ラインＭと推定する（ｓ１０４）。
続いて、推定したクラック形成予定ラインＭに沿って、冷却スポットＣが移動するように、冷却部４０の位置をノズルＸ軸調整機構４３、ノズルＹ軸調整機構４４により調整する。このときビーム走行ラインに垂直に移動させるのが好ましい(図６参照)。更に、推定したクラック形成ラインＭ上の位置に、トリガ形成部４５がくるように、トリガ調整機構４６により調整する（ｓ１０５）。

続いて、状態（Ｂ）では、スクライブヘッド昇降制御部６０により、スクライブヘッド３１を降ろしてトリガ形成部４５を基板Ｇに接触させ、基板端にトリガを形成する（ｓ１０６）。
図６は、状態（Ｂ）のときのＭ基板Ｇに対するビームスポットＢ、冷却スポットＣ、トリガ形成部４５の位置関係を示す図である。ビームスポットＢの長軸の中心が通過する軌跡であるビーム走行ラインＬから、オフセット量Ｏを隔てた位置に、推定したクラック形成予定ラインＭがあり、クラック形成予定ラインＭが通過する基板端の位置に、トリガ形成部４５がきている。さらに、クラック形成予定ラインＭの延長線上に冷却スポットＣがくるようにしてある。

続いて、状態（Ｃ）では、基板端にトリガＴを形成した後、スクライブヘッド昇降部６０がスクライブヘッド３１を上昇させ、その状態で、ビーム走行ラインＬに沿ってビームスポットＢがＭ基板Ｇを横断し、推定したクラック形成予定ラインＭに沿って、冷却スポットＣが基板Ｇを横断するように、ボールネジ１３を回転する図示しないモータ２３ａ、ボールネジ２２を回転するモータ２３を駆動する（ｓ１０７）。これによって、冷却スポットＣが移動したクラック形成予定ラインＭ下に垂直クラックが形成される。
図７は、状態（Ｃ）のときのＭ基板Ｇ中央部分を移動する際のビームスポットＢ、冷却スポットＣの位置関係を示す図である。
図６と同様に、冷却スポットＣは、ビーム走行ラインＬから、オフセット量Ｏを隔てた位置（クラック形成予定ラインＭ上の位置）に配置され、ビームスポットの長軸（Ｘ軸）の延長線上からも外れる。そして冷却スポットＣは、クラック形成予定ラインＭに沿って基板Ｇを横断する。

続いて、状態（Ｄ）では、ビームスポットおよび冷却スポットが基板Ｇを完全に通過し、一連の動作を終了する。
以上の動作により、クラックの起点となるトリガＴが、推定したクラック形成予定ラインＭ上に形成され、さらに、冷却スポットＣがこのラインに沿って移動することにより、Ｍ基板全体にわたって、まっすぐな垂直クラックが形成される。

上記動作例では、ビームスポットＢがＭ基板Ｇの中央部分を移動する際、冷却スポットＣをクラック形成予定ラインＭ上に配置したが、ビームスポットＢがＭ基板Ｇの端部を移動する際にはビームスポットＢの長軸の中心の位置がクラックの形成する位置に対して支配的となるため、必ずしも冷却スポットＣの位置をクラック形成予定ラインＭ上の位置に配置しなくてもよい。

（変形動作例）
上記動作例では、アライメントマーク間に、直線的にクラックを形成するようにしたが、ビームスポットＢの移動中に、ビームスポットの長軸（基準軸）に対するビーム走行ラインＬの角度（傾斜角θ）を逐次変化させることにより、曲線形状に沿ってクラックを形成させてもよい。この場合、傾斜角θが変動することになるので、傾斜角θに合わせてオフセット量Ｏを逐次求めて、クラック形成予定ラインを推定する。そして、冷却スポットＣをクラック形成予定ラインに沿って移動させる。これによれば、所望の曲線形状に沿って垂直クラックを形成することができる。

上記の実施の形態では、Ｍ基板Ｇが載置されるテーブル２６をＸ軸およびＹ軸の二方向へ駆動させる駆動機構を設けたが、取付台３２に取り付けられたスクライブヘッド３１をＸ軸方向へ駆動させ、基板Ｇが載置されるテーブル２６をＹ軸方向へ駆動させる駆動機構を設けてもよい。

図１５は、この発明のクラック形成装置の他の実施の形態を示す。

図１５において、クラック形成装置７０は、図示しない架台に固定されたレール６１に沿って図中Ｙ軸方向へ移動可能なブリッジ６６と、ブリッジ６６の本体部６３に沿って図中Ｘ軸方向へ移動可能なスクライブヘッド６４とを有する。スクライブヘッド６４の下方には、ガラス基板Ｇを図中Ｙ軸方向へ移動可能なテーブル６５が配置される。
クラック形成装置７０は、前記したクラック形成装置１０と同様に制御部５０およびオフセット量記憶部６２を具備する。
テーブル６５がガラス基板Ｇを図中Ｙ軸方向へ移動させるとき、ブリッジ６６がレール６１に沿って図中Ｙ軸方向へ移動する速度およびスクライブヘッド６４がブリッジ６６の本体部６３に沿って図中Ｘ軸方向へ移動する速度を制御しながら、ガラス基板Ｇを所定の長さに分断する。
このとき、クラック形成装置７０では、制御部５０によってスクライブヘッド６４が前記のクラック形成装置１０と同様の直線補間動作を行う。すなわち、クラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動させながら、ビーム走行ラインがビームスポットの長軸（基準軸）に対して斜めになるように、ビームスポットとガラス基板Ｇとを相対的に移動させてクラックを形成する。それによってガラス基板Ｇを、例えば、四隅が直角を呈し、かつ四辺が直線からなる矩形形状に分断することができる。また、トリガをクラック形成予定ライン上に形成することにより、クラックの発生する位置と、クラック形成予定ラインが一致するので、スクライブの開始点および終点の近傍であるガラス基板Ｇの端部におけるソゲや先割れのような不具合の発生が防止される。

本発明は、脆性材料基板に、精度よくクラックを形成するクラック形成装置の製造に利用することができる。具体的な用途としては、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等のフラットディスプレイパネル、あるいは、セラミックコンデンサ、半導体チップなどの脆性材料基板加工用に用いられる。

Claims (15)

1. 長軸を有するビームスポットが形成されるレーザビームを脆性材料基板に照射するとともに、冷媒が噴射される冷却スポットを形成し、レーザビームの照射による加熱と冷媒の噴射による冷却とにより局所的に熱歪を生じさせて前記基板に垂直クラックを形成するクラック形成方法であって、
   ビームスポットの長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対し、ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインの方向が斜め方向になるようにしてビームスポットを前記基板に対して相対的に移動させることにより、ビーム走行ラインと移動中のビームスポットによって形成される最高温度到達点の軌跡との距離であるオフセット量だけ離れた位置にあるクラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動させることを特徴とするクラック形成方法。
2. クラック形成予定ラインに沿って垂直クラックを形成することを特徴とする請求項１に記載のクラック形成方法。
3. レーザビーム走行時に基板表面の温度分布を非接触にて赤外線温度計にて計測し、最高温度到達点の位置データを収集しながらレーザスクライブすることを特徴とする請求項１に記載のクラック形成方法。
4. 基板に対してビームスポットを相対的に移動する際に、前記基準軸とビーム走行ラインとの傾斜角を求め、少なくとも前記傾斜角をパラメータの一つとしてオフセット量を決定することによりクラック形成予定ラインの位置を予め推定し、推定したクラック形成予定ライン上またはクラック形成予定ライン近傍を、冷却スポットが相対的に移動するように冷却スポットの位置を設定することを特徴とする請求項１に記載のクラック形成方法。
5. 前記傾斜角に加えて、ビームスポットと冷却スポットとの距離をパラメータとしてオフセット量を決定することを特徴とする請求項４に記載のクラック形成方法。
6. 冷却スポットの位置を設定する際に、冷却スポットをビーム走行ラインに対し垂直な方向に位置を変化させることを特徴とする請求項４に記載のクラック形成方法。
7. 基板端においてクラック形成を開始する際に、予め、クラック形成予定ライン上の基板端に、クラックの起点となるトリガを形成した上で、基板に対しビームスポットを相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載のクラック形成方法。
8. 前記基準軸を含む平面内で基板を載置する基板載置部を用い、基板位置の指標となるアライメントマークが形成された基板を基板載置部に載置し、前記基準軸方向に関係付けられた基準載置位置に対する前記アライメントマークの相対位置を検出し、検出されたアライメントマークの位置に基づいて基準軸に対する基板のずれ量である直線補間値を算出し、算出した直線補間値に基づいてビーム走行ラインの方向を決定し、決定したビーム走行ラインと前記基準軸との傾斜角を算出し、少なくとも前記傾斜角をパラメータの一つとしてオフセット量を決定することにより、ビーム走行ラインからオフセット量を隔てたクラック形成予定ラインの位置を予め推定し、推定したクラック形成予定ライン上または推定したクラック形成予定ライン近傍を、冷却スポットが相対的に移動するように冷却スポットの位置を設定することを特徴とする請求項４に記載のクラック形成方法。
9. 長軸を有するビームスポットを形成するレーザビームを照射するレーザビーム照射部と、冷却スポットを形成する冷却部と、基板載置台に載置される脆性材料基板に対しビームスポットを相対的に移動するビームスポット駆動部と、前記基板に対し冷却スポットを相対的に移動する冷却スポット駆動部と、前記各部を制御する制御部とを備え、基板に対しビームスポットおよび冷却スポットを移動させることで加熱と冷却による局所的な熱歪を生じさせることにより、脆性材料基板にクラックを形成するクラック形成装置であって、制御部は、ビームスポットの長軸の中心が移動する軌跡であるビーム走行ラインの方向が、ビームスポットの実質的な長軸方向と一致するように定められる基準軸方向に対して斜め方向になるように、ビームスポット駆動部によるビームスポットの移動を制御し、このときビーム走行ラインと移動中のビームスポットによって形成される最高温度到達点の軌跡との距離であるオフセット量だけ離れた位置にあるクラック形成予定ラインに沿って冷却スポットを相対的に移動するように冷却スポット駆動部による冷却スポットの移動を制御することを特徴とするクラック形成装置。
10. さらに、レーザビーム走行時に基板表面の温度分布を非接触にて計測する赤外線温度計を備え、制御部が赤外線温度計により計測された基板表面の温度分布から最高温度到達点の位置データを収集し、該位置データから前記オフセット量を算出する請求項９に記載のクラック形成装置。
11. 前記基準軸とビーム走行ラインとの間の傾斜角とオフセット量との関係を記憶するオフセット量記憶部をさらに備え、
    制御部は、ビームスポットを移動する際の傾斜角を少なくとも１つのパラメータとしてオフセット量記憶部を参照してオフセット量を決定し、決定したオフセット量に基づいてクラック形成予定ラインを推定し、推定したクラック形成予定ライン上または推定したクラック形成ライン近傍を、冷却スポットが相対的に移動するように冷却スポット駆動部による冷却スポットの移動を制御することを特徴とする請求項９に記載のクラック形成装置。
12. オフセット量記憶部が、前記傾斜角に加えて、ビームスポットと冷却スポットとの距離をパラメータとしてオフセット量との関係を記憶することを特徴とする請求項１１に記載のクラック形成装置。
13. ビームスポット駆動部と冷却スポット駆動部とは、ビームスポットと冷却スポットとが連動するように一体に構成され、さらに、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を調整する冷却スポット位置調整部を備え、制御部はオフセット量記憶部を参照して決定したオフセット量に応じて、ビームスポットに対する冷却スポットの位置を、冷却スポット位置調整部により調整することを特徴とする請求項１１に記載のクラック形成装置。
14. 冷却スポット位置調整部は、冷却スポットをビーム走行ラインに対し垂直な方向に位置変化させることを特徴とする請求項１３に記載のクラック形成装置。
15. クラック形成の起点となるトリガを形成するトリガ形成部とトリガ形成部の位置を調整するトリガ位置調整部とをさらに備え、
    制御部は、基板端においてクラック形成を開始する際に、予め、推定したクラック形成予定ライン上の基板端に、トリガ形成部の位置を設定することを特徴とする請求項１１に記載のクラック形成装置。

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