JP5216017B2 - 脆性材料基板の分断方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームを照射して脆性材料基板の分断を行う方法に関する。ここで脆性材料基板には、ガラス基板、サファイア基板、焼結材料のセラミックス、単結晶シリコン、半導体ウエハ、セラミック基板等が含まれる。

ガラス等の脆性材料基板に対し、基板に設定した分断予定ラインに沿ってレーザを照射してクラック（加工部分の材料が除去されない）や溝（加工部分の材料が除去される）を形成し、形成したクラックや溝に沿ってブレイク処理を行うことにより、基板を分断する方法が実用されている。

図１２は、レーザ照射により基板内に形成される溝やクラックの一例を示す模式断面図である。図１２（ａ）は、レーザアブレーション加工により形成される溝、図１２（ｂ）はレーザアブレーション加工により形成される溝およびクラック、また、図１２（ｃ）はレーザスクライブ加工により形成されるクラックを示している。

レーザアブレーション加工では、分断予定ラインに沿ってＵＶレーザ等のレーザビームを走査し、基板の溶融温度以上で加熱して蒸散させることにより、溝１０１、あるいは溝１０１とともに溝１０１の底に誘発されるクラック１０２が形成される。

また、レーザスクライブ加工では、ＣＯ_２レーザ等のレーザビームを、加工対象の基板に照射して加工面にビームスポットを形成し、このビームスポットを走査して、軟化点以下の温度で分断予定ラインに沿って加熱した後に、ビームスポットの軌跡に沿って冷却を行う。これにより、加熱部位の周囲に生じた圧縮応力と、冷却部位の周囲に生じた引張応力との間の応力差に基づいてクラック１０３が形成される（例えば特許文献１参照）。

そして、レーザアブレーション加工により形成された溝１０１（あるいは溝１０１とクラック１０２）、または、レーザスクライブ加工により形成されたクラック１０３に沿って、基板の裏面Ｒ側（溝やクラックを形成した面と反対面）から曲げモーメントＭ（ブレイク圧）を加えてブレイク処理を行うことにより、クラック１０２、１０３や溝１０１を板厚方向に進展させて基板を分断する。

一般に、脆性材料基板の分断の際に、小さな曲げモーメント（ブレイク圧）を加えるだけで簡単かつ確実にブレイク処理が行えるようにするためには、クラックや溝をできるだけ板厚方向に深く形成しておくことが好ましい。また、分断面の「欠け」の発生を減らして分断面の品質を良好にするためにも、クラックや溝を板厚方向に深く形成しておくことが好ましい。

しかしながら、レーザアブレーション加工においては、溝（あるいは溝とクラック）を深く形成することは技術的には可能であるが、溝の深さと加工時間とがほぼ比例するため、深い溝を形成しようとすれば、加工に長い時間を要することになる。ところがアブレーション加工の場合は、加工時間が長くなるほど、溝となる部位から蒸散される基板物質の量が増加し、これが周囲の基板表面を汚染することになる。そのため、溝を深く形成することは、加工時間、基板汚染の観点から実用的ではない。むしろ、浅い溝で確実に分断できるようにすることが望ましい。

一方、レーザスクライブ加工においては、基板物質が蒸散することはないので、基板汚染の問題は生じないが、そもそもクラックを深く進展させること自体が基板内部に生じる熱歪みの影響で阻害され、技術的に困難である。クラックの進展を阻害する基板内の熱歪みの影響について、以下に説明する。

図１３は、基板に対し、基板の軟化温度以下でレーザ照射するようにしてビームスポットを走査し、次いで冷却したときに、基板内に生じる熱歪みの分布を示す模式断面図である。図において、レーザビームは、紙面の奥側から紙面の手前側へ連続して移動するものとする。

図１３（ａ）に示すように、レーザビームのビームスポットにより加熱された部位１００には、図中、破線矢印で示すような方向に圧縮応力が生じる。次いで、図１３（ｂ）に示すように、ビームスポットの通過により加熱された部位１００の近傍に、冷媒の吹き付けによって冷却スポット１１０が形成されると、図中実線矢印で示すような引張応力が生じる。
この結果、これらの応力差に応じて、図１３（ｃ）に示すように、引張応力に対して直角方向である基板の板厚方向に進展したクラック１２０が形成される。

しかし、冷却スポット１１０が形成された場合でも、クラック１２０を形成するのに十分な応力差が発生する部位は基板表面部分に限られる。冷却スポット１１０から基板の板厚方向へ拡散する熱と、加熱された部位１００から基板の板厚方向へ拡散する熱との間に、クラック１２０を形成するのに十分な応力差、すなわち温度差がなくなれば、加熱された部位１００から基板内の板厚方向に拡散された余剰の熱は、圧縮応力領域１３０として基板内に残存するようになると考えられる。圧縮応力領域１３０は、基板内における相対的な熱歪みとして定義される。

圧縮応力領域１３０は、図１３（ｃ）に示すように、クラック１２０が基板の板厚方向にまっすぐ垂直に進展する作用を妨げるようになる。その結果、クラック１２０の板厚方向への進展は、レーザビームを脆性材料基板の表面で実用的な速度で走査させた場合には、板厚の２割〜４割程度の深さが限界であった。

したがって、ビームスポットをクラック形成予定ライン（図１３では紙面に垂直な方向）に沿って連続して走査した場合には、基板はラインに沿って途切れることなく連続して加熱され、基板内部に圧縮応力領域が連続的に形成されることになるので、クラック形成予定ラインの直下に深いクラックを形成することは、圧縮応力領域の存在により原理的に困難であった。

これに対し、レーザスクライブ加工において、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、この高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とをクラック形成予定ライン（分断予定ライン）に沿って交互に形成することにより、クラックを深くまっすぐ垂直に進展することができるクラック形成方法が開示されている(特許文献２参照)。

特許文献２では、クラック形成予定ラインに沿ってレーザビームを照射して脆性基板表面にクラックを形成する際に、クラック形成予定ライン上の一部の脆性基板の表面を遮光してレーザビームが照射されない領域を形成することにより、以下のような現象が生じることを見出している。
すなわち、レーザビームに対する遮光長さ（クラック形成予定ライン方向の遮光部分の長さ）が大きければ、遮光部分でクラックの進展が停止するが、少しずつ遮光長さを小さくしていくと、やがて、遮光部分においてもクラックが連続して形成されるとともに、遮光部分において形成されるクラックはその深さが深くなるという現象を発見している。

上記現象において、遮光部分を非遮光部分との相対比較において低温部分と定義し、非遮光部分を高温部分と定義する。この低温部分のクラック形成予定ライン方向の長さを適正化することにより、低温部分での熱歪みの発生を抑え、高温部分で連続して形成された垂直クラックを低温部分で途切れさせることなく、むしろ深いクラックを形成しながら、このクラックをレーザビームが照射される次の高温部分に誘導させることが可能になる。

すなわち、クラック形成予定ライン方向における低温部分の長さを適正化することにより（低温部分でクラックを途切れさせないようにしつつ低温部分の長さをできるだけ長くする）、基板内部に圧縮応力領域が存在しないか、あるいは存在してもその発生が最小限に抑えられているので、低温部分と高温部分とに、板厚方向にまっすぐで深い連続したクラックを精度よく形成することができる。これにより、脆性基板を分割するためのブレイク装置の簡略化、場合によっては省略が可能になる。
特許第３０２７７６８号公報 ＷＯ２００６／１１６０８号公報

特許文献２に記載されるように、レーザビームの照射を強く受ける高温部分と、この高温部分よりレーザビームの照射を弱く受ける低温部分とを、クラック形成予定ライン（分断予定ライン）に沿って、適正な長さで交互に形成するようにすれば、クラックを垂直にまっすぐ深く進展させることができ、後のブレイク処理を容易に行うことができる。

しかしながら、この方法を実行するためには、予め、レーザスクライブ加工（クラック形成）のときに、高温領域と低温領域とを、適正な間隔に設定しておく必要があり、そのための設定や調整に手間を要することになる。同一規格、同一材料の基板を繰り返し加工する場合のように設定を頻繁に変更する必要がないときは、それでもかまわないが、異なる種類の基板等を次々と分断しようとする場合には、その度に設定を変更する必要があり、設定の手間を要することになる。

そこで、本発明は、レーザを照射して基板に溝やクラックを形成し、形成した溝やクラックに沿ってブレイク処理を行って基板を分断する場合に、安定して基板を分断することができ、それでいて分断に要する曲げモーメント（ブレイク圧）を低減することができる分断方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板内部に形成される圧縮応力領域の影響を受けないようにするための適正な加熱、冷却条件を意識することなく、すなわち圧縮応力領域が発生する加熱、冷却条件の下で加工を行った場合であっても、十分に小さな曲げモーメントを与えるだけで分断することができる分断方法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脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板に設定した分断予定ラインに沿って、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを相対移動させて、前記基板を軟化点以下の温度で基板表面側から加熱し、次いでノズルからの冷媒噴射により形成される冷却スポットを、前記ビームスポットを追随するように相対移動させて基板を冷却することによりクラックを形成する工程と、形成されたクラックに沿って基板裏面側から曲げモーメントを加えることにより分離するブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、クラックを形成する工程において、加熱条件又は／及び冷却条件を分断予定ラインに沿って周期的に変化させることにより、クラックの最大深さが基板内部の圧縮応力領域により制限される深さ以内に留まり、かつ、分断予定ライン方向に沿ってクラックの深さが前記加熱条件又は／及び冷却条件の周期で変化する周期クラックを形成し、前記周期クラックを形成する工程の加熱条件又は冷却条件を、以下の（１）から（６）の少なくともいずれかのパラメータを以下に示すようにして周期的に変化させるようにしている。
（１）冷却スポットを形成する冷媒噴射量を変化させ、浅いクラックは噴射量を多くし、深いクラックは噴射量を少なくする
（２）ビームスポットの走査速度を変化させ、浅いクラックは走査速度を速くし、深いクラックは走査速度を遅くする
（３）ビームスポットが通過してから冷却スポットが到達するまでの時間を変化させ、浅いクラックは時間を短くし、深いクラックは時間を長くする
（４）ビームスポットを形成するレーザビームの照射強度を変化させ、浅いクラックは照射強度を弱くし、深いクラックは照射強度を強くする
（５）ビームスポットを形成するレーザビームのパルス間隔を変化させ、浅いクラックはパルス間隔を長くし、深いクラックはパルス間隔を短くする
（６）ビームスポットの形状を、長軸を有する形状にするとともにその長軸方向をスクライブ予定ラインに沿った方向にして当該長軸方向の形状を変化させ、浅いクラックは長軸長さを長くし、深いクラックは長軸長さを短くする

本発明によれば、クラックを形成する工程で、基板に対する加熱条件又は冷却条件の少なくともいずれかを、分断予定ラインに沿って周期的に変化させ、周期的に変化する温度差を基板に与える。これにより、基板内には加熱による圧縮応力と冷却による引張応力との内部応力差が周期的に変化するようになる。その結果、応力差により生じるクラックも周期的に変化し、「周期クラック」が形成されるようになる。
（１）から（６）のパラメータはいずれも、基板の加熱の程度、冷却の程度を変化させて、基板の板厚方向における温度勾配に差を生じさせることができるパラメータであるので、いずれか一つあるいはいくつかを連動して周期的に変化させることにより、周期クラックを形成することができる。
このとき既述の理由により、基板内部には圧縮応力領域が発生し（図１３参照）、周期クラックの最大深さは圧縮応力領域で制限されることになる（最大深さは板厚の１割〜４割程度）。その一方で、周期クラックが形成された分断予定ラインに沿って、基板の裏面側から曲げモーメントを加えると、曲げモーメントが周期クラックのいずれかのクラックのピーク部分に集中する（応力集中）ようになり、たとえクラックは浅く形成されていても、比較的小さな曲げモーメントを与えるだけでブレイクされてしまうようになる。

本発明によれば、周期クラックを形成するようにし、クラック形成後のブレイク処理において周期クラックのいずれかのクラックのピーク部分に応力集中させるようにしたので、小さな曲げモーメント（ブレイク圧）を与えるだけで、応力集中点を起点にして、容易にブレイク処理を行うことができる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、周期クラックの波長が１０ｍｍ〜２００ｍｍであり、周期クラックの最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％であるようにしてもよい。

これによれば、周期クラックの波長が短すぎても（１０ｍｍ未満）、長すぎても（２００ｍｍ超）、ブレイクの際に、曲げモーメント（ブレイク圧）が集中しにくくなるので、適切な波長（１０ｍｍ〜２００ｍｍ）にすることにより、曲げモーメントが集中して加わりやすくなる。また、周期クラックの最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％となるようにすることにより、クラックのピーク部分が顕著に現れるようになり、曲げモーメントを集中させて加えることが容易になる。特に、脆性材料基板がガラス基板である場合に、この数値範囲の周期クラックを形成すれば、容易に分断することができる。

また、本発明の課題を解決するためになされた本発明の他の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板に設定した分断予定ラインに沿って、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを相対移動させて前記基板を溶融温度以上の温度で加熱して溝を形成する工程と、形成された溝に沿って基板裏面側から曲げモーメントを加えることにより分離するブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、溝を形成する工程において、加熱条件を分断予定ラインに沿って周期的に変化させることにより、分断予定ライン方向に沿って溝の深さが前記加熱条件の周期で変化する周期溝を形成し、前記周期溝を形成する工程の加熱条件を、以下の（１）から（３）の少なくともいずれかのパラメータを以下に示すようにして周期的に変化させるようにしている。
（１）レーザビームの走査速度を変化させ、浅い溝は走査速度を速くし深い溝は走査速度を遅くする
（２）レーザビームの照射強度を変化させ、浅い溝は照射強度を弱くし、深い溝は照射強度を強くする
（３）レーザビームのパルス間隔を変化させ、浅い溝はパルス間隔を長くし、深い溝はパルス間隔を短くする

本発明によれば、溝を形成する工程で、基板に対する加熱条件を分断予定ラインに沿って周期的に変化させることにより、深さの周期的に変化する「周期溝」が形成されるようになる。続いて、周期溝が形成された分断予定ラインに沿って、基板の裏面側から曲げモーメントを加えると、曲げモーメントが周期溝のいずれかの深さのピーク部分に集中する（応力集中）ようになり、たとえ溝は全体として浅く形成されていても、比較的小さな曲げモーメントを与えるだけでブレイクできるようになる。

すなわち溝が全体としては浅く形成されていているので、基板表面の蒸散による汚染は少なく、しかも比較的小さな曲げモーメントで確実にブレイクできる。
また、（１）から（３）のパラメータはいずれも、基板の溶融量（乃至溶融部分の深さ）に影響するので、いずれかあるいはいくつかを連動して周期的に変化させることにより、周期溝を形成することができる。

上記本発明において、溝を形成する工程において、周期溝とともに周期溝の底に周期クラックが形成される場合には、周期溝および周期クラックに曲げモーメントを加えるようにしてもよい。
これによれば、周期溝の底に周期クラックが形成される場合には、周期クラックのピークに集中して曲げモーメントを加えることになり、この場合も同様に、比較的小さな曲げモーメントを与えればブレイクされるようになる。溝は全体として浅く形成されているので、基板表面の汚染も少ない。

上記発明において、周期溝の深さの変化の波長が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、周期溝の最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％であるようにしてもよい。
これによれば、周期溝の深さの変化の波長を適切な波長（１ｍｍ〜１０ｍｍ）にすることにより、曲げモーメントが集中して加わりやすくなる。また、周期溝の最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％となるようにすることにより、溝のピーク部分が顕著に現れるようになり、曲げモーメントを集中させて加えることが容易になる。

特に、脆性材料基板がサファイア基板である場合に、この数値範囲の周期クラックを形成すれば、容易に分断することができる。

本発明の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるレーザスクライブ装置の構成図。 図１のレーザスクライブ装置の制御系の構成を示すブロック図。 図１のレーザスクライブ装置の光学系調整機構の内部構成を示す図。 レーザスクライブ加工を行ったときに基板に形成される周期クラックを示した模式図。 本発明の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるブレイク装置の概略構成図。 図５ａのブレイク装置の左側ユニット（Ａ）と右側ユニット（Ｂ）とが分離された状態を示す斜視図。 周期クラックが形成されたガラス基板のブレイク処理を説明するための模式図。 本発明の他の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるレーザアブレーション装置の構成図。 図７のレーザアブレーション装置の制御系の構成を示すブロック図。 図７のレーザアブレーション装置の光学系調整機構の内部構成を示す図。 レーザアブレーション加工を行ったときに基板に形成される周期溝を示した模式図。 レーザアブレーション加工を行ったときに基板に形成される周期溝および周期クラックを示した模式図。 レーザ照射により基板内に形成される溝やクラックの例を示す模式断面図。 ビームスポットを走査し、次いで冷却したときに、基板内に生じる熱歪みの分布を示す模式断面図。

符号の説明

１２ 回転テーブル
１３ レーザ（ＣＯ_２レーザ）
１４ 光学系調整機構
１６ 冷却ノズル
１６ａ 流量調整弁
１６ｂ ノズル位置調整機構
２３ａ，２３ｂ スライドテーブル
２５ａ，２５ｂ 製品クランプユニット
３５ レーザ（ＵＶレーザ）
３６ 光学系調整機構
５０ 制御部
５３、５５ 記憶部
ＣＳ 冷却スポット
ＨＳ ビームスポット
ＳＬ スクライブライン（クラック）
ＡＬ スクライブライン（溝）
Ｗ 周期クラックまたは周期溝の波形
Ｃｒ クラック
Ｇｒ 溝
ＬＳ レーザスクライブ装置
ＢＭ ブレイク装置
ＬＡ レーザアブレーション装置

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは一枚のガラス基板を分断する場合を例に説明するが、ガラス以外の脆性材料基板であっても、あるいはフラットパネルディスプレイ用基板のような複数の基板を貼り合せた貼り合せ基板であっても、本発明を適用することができる。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態として、レーザスクライブ加工による分断方法について説明する。この分断方法では、分断予定ラインに沿って周期クラックを形成するレーザスクライブ装置と、形成した周期クラックに沿って曲げモーメント（ブレイク圧）を加えるブレイク装置とが用いられる。

まず、レーザスクライブ装置について説明する。図１は本発明の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるレーザスクライブ装置の構成図であり、図２はその制御系のブロック図である。

図１に基づいて、レーザスクライブ装置の全体構成について説明する。レーザスクライブ装置ＬＳは、水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３，４に沿って、紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に対し、スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモータ（図示外）によって回転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に移動し、モータの回転の向きによって往復移動するように構成されている。

スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０に、モータ９によって回転するスクリューネジ１０ａが貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが回転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に移動し、モータの回転の向きによって往復移動する。

台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２の載置面上に、切断対象の脆性材料基板であるガラス基板Ｇが水平な状態で載置され、必要に応じて固定される。回転機構１１は、回転テーブル１２を、載置面に垂直な軸を回転軸として、回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度になるように回転できるように形成されている。ガラス基板Ｇは、例えば吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。

回転テーブル１２の上方には、円形断面のレーザビームを、予め設定した出力（照射強度）およびパルス間隔で発振するレーザ１３と、上記レーザビームの断面形状を光学的に変形してガラス基板Ｇの上に楕円形状のビームスポットＨＳ（図２）を形成する光学系調整機構１４とが、取付フレーム１５に固定されている。
このレーザ１３には、基板が溶融されないように基板の溶融温度未満の温度で加熱するために、比較的長波長のレーザ、例えばＣＯ_２レーザが使用される。

図３は、光学系調整機構１４の内部構成を示す図である。レーザビームの光路Ｌに沿って、上側に平凸レンズ１４ａ、下側にシリンドリカルレンズ１４ｂが取り付けられ、それぞれモータ（不図示）により上下方向（Ｚ方向）に位置調整できるようにレンズ位置調整機構１４ｃ、１４ｄにより支持するようにしてある。平凸レンズ１４ａの位置を調整することにより主として楕円形状のビームスポットを形成する際の短軸長さの調整（幅方向の調整）が行われ、シリンドリカルレンズ１４ｂの位置を調整することにより長軸長さの調整が行われる。

取付フレーム１５には、光学系調整機構１４の近傍に、冷却ノズル１６が取り付けられている。この冷却ノズル１６からは、冷却水、Ｈeガス、炭酸ガス等の冷媒がガラス基板
Ｇに噴射されるようにしてあり、ガラス基板Ｇの表面には冷却スポットＣＳ（図２）が形成される。冷媒は、冷媒供給源（不図示）から流量調整弁１６ａを介してノズル１６に送られる。この流量調整弁１６ａの開閉により、噴射開始および停止の制御が行われるとともに、開度の調整により冷媒の噴射量が制御される。

ノズル１６には、モータ（不図示）駆動によりノズル１６のＸ方向の位置を調整するノズル位置調整機構１６ｂが設けられている。ノズル位置調整機構１６ｂで冷却スポットＣＳとビームスポットＨＳとのスポット間距離を調整することにより、加熱から冷却までの時間が調整される。

また、取付フレーム１５には、カッターホイール１８が上下調節機構１７を介して取り付けられている。このカッターホイール１８は、焼結ダイヤモンドまたは超硬合金を材料とし、外周面に頂点を刃先とするＶ字形の稜線部を備えたものであって、ガラス基板Ｇへの圧接力が上下調節機構１７によって調整できるようになっている。カッターホイール１８は、ガラス基板Ｇの端縁（あるいは端縁以外でもよい）に初期亀裂ＴＲを形成するときに、一時的に下降させるようにして用いる。

さらに、取付フレーム１５にはガラス基板Ｇに刻印されたアライメントマークを映し出すカメラ２０が取り付けられている。ガラス基板Ｇ上のアライメントマークの位置は予め制御系に記憶されており、アライメントマークによりガラス基板の位置決め（ガラス基板の所定位置にレーザ照射及び冷媒噴射をすること）ができるようにしてある。

続いて、制御系について説明する。図２に示すようにレーザスクライブ装置ＬＳの制御系は、ＣＰＵからなり装置全体の制御を行う制御部５０、キーボードおよびマウスからなり各種の入力操作が行われる入力部５１、液晶パネルからなり制御情報やパラメータの入力画面が表示される表示部５２、制御プログラムや制御に用いるパラメータが記憶される記憶部５３、および、制御部５０による制御下で駆動されるテーブル駆動部６１、レーザ駆動部６２、光学系駆動部６３、冷媒駆動部６４、ノズル駆動部６５、カメラ駆動部６６、カッター駆動部６７の各駆動部により構成される。

記憶部５３には、予め、加熱条件や冷却条件として利用する制御パラメータとして、冷媒噴射量、基板に対するビームスポット及び冷却スポットの相対的な走査速度、ビームスポットと冷却スポットとのスポット間距離、レーザ照射強度(レーザ出力)、レーザパルス間隔、ビームスポット形状が記憶されるようにしてある。これらの制御パラメータは、入力部５１、および、表示部５２に表示された入力画面により適宜設定できるようにしてある。

そして、制御部５０は、記憶部５３に記憶された上記制御パラメータに基づいて、周期クラックを形成するための制御信号を生成する。すなわち、加熱条件あるいは冷却条件となる制御パラメータの少なくとも一つを周期的に変化させる制御信号を発生することにより、分断予定ラインに沿ってレーザビームを走査するときに、基板Ｇに対して、周期的に変化する加熱又は冷却を行うための制御を行う。具体的な制御については、後述する。生成された制御信号は、対応する駆動部にそれぞれ送信され制御動作が実行される。

各駆動部について説明する。テーブル駆動部６１は、スライドテーブル２及び台座７、回転テーブル１２の位置決めを行うためのモータ（モータ９等）を駆動する。周期クラックを形成する際には、記憶部５３に設定された走査速度に基づいて、台座７のＸ方向への走査が行われる。

レーザ駆動部６２は、レーザ１３からレーザビームを照射する。周期クラックを形成する際には、記憶部５３に設定されたレーザ照射強度、レーザパルス間隔に基づいてレーザビームを照射する。

光学系駆動部６３は、光学系調整機構１４のレンズ位置調整機構１４ｃ、１４ｄを駆動する。周期クラックを形成する際には、記憶部５３に設定されたビームスポットの形状（長軸長さ、短軸長さ）に基づいて変形したビームスポットを照射する。

冷媒駆動部６４は、冷媒噴射量を制御する流量調整弁１６ａを駆動する。周期クラックを形成する際には、記憶部５３に設定された冷媒噴射量に基づいて冷媒を噴射する。

ノズル駆動部６５は、冷却ノズル１６の位置を調整するためのノズル位置調整機構１６ｂを駆動する。周期クラックを形成する際には、記憶部５３に設定されたスポット間距離に基づいてノズル１６の位置を調整する。なお、スポット間距離と走査速度とに基づいてビームスポットＨＳが通過してから冷却スポットＣＳが通過するまでの時間（加熱／冷却間時間という）が決定されることになる。加熱／冷却間時間が長いほどクラックの深さが深くなる。

上記各駆動部以外に、カメラ駆動部６６は、カメラ２０を駆動し、アライメントマークを映し出す。映し出されたアライメントマークにより、基板Ｇの位置決めが行われる。
また、カッター駆動部６７は、カッターホイール１８を駆動する。これにより基板Ｇに初期亀裂を形成する。

次に、周期クラックを形成するときの制御信号について具体的に説明する。周期クラックを形成するためには、記憶部５３に記憶させた制御パラメータの少なくとも一つを周期的に変化させた制御信号を生成する。以下、制御パラメータごとに説明する。

（１）冷媒噴射量
冷媒噴射量を周期変化させ、他の制御パラメータを一定に維持する制御信号の場合、冷媒噴射量が少ない部分ではクラックの深さが浅くなり、冷媒噴射量が多い部分ではクラックの深さが深くなる。すなわち冷媒が多く噴射され強く冷却された部分で基板厚み方向における温度勾配（温度差）が大きくなり、この部分の応力差が大きくなってクラックが深く進展する。

（２）走査速度
基板上でのビームスポット（及び冷却スポット）の走査速度を周期変化させ、他の制御パラメータを一定に維持する制御信号の場合、走査速度が速い部分ではクラックの深さが浅くなり、遅い部分ではクラックの深さが深くなる。すなわち走査速度が遅い部分では入熱量が増加して強く加熱され、この部分の応力差が大きくなってクラックが深く進展する。

（３）ビームスポットと冷却スポットとの間の距離（スポット間距離）
スポット間距離を周期変化させ、他の制御パラメータを一定（ビームスポットの走査速度も一定）に維持する制御信号の場合、スポット間距離を短くして加熱／冷却間時間（ビームスポットＨＳが通過してから冷却スポットＣＳが通過するまでの時間）を短くした部分ではクラックの深さが浅くなり、スポット間距離を長くして加熱冷却間時間を長くした部分ではクラックの深さが深くなる。すなわちスポット間距離を長くした部分におけるクラック形成時の圧縮応力領域（すなわちクラック進展が制限される領域）が深くなり、クラックが深く進展する。

（４）レーザ照射強度（出力）
レーザ照射強度（出力）を周期変化させ、他の制御パラメータを一定に維持する制御信号の場合、レーザビームの照射強度が弱い部分ではクラックの深さが浅くなり、照射強度が強い部分ではクラックの深さが深くなる。すなわち照射強度が強い部分では入熱量が増加して強く加熱され、この部分の応力差が大きくなってクラックが深く進展する。

（５）レーザパルス間隔
レーザのパルス間隔を周期変化させ、他の制御パラメータを一定に維持する場合、レーザのパルス間隔が長い部分ではクラックの深さが浅くなり、パルス間隔が短い部分ではクラックの深さが深くなる。すなわち、パルス間隔が短い部分では入熱量が増加して強く加熱され、この部分の応力差が大きくなってクラックが深く進展する。

（６）ビームスポット形状
レーザスクライブ加工では、楕円形状等のビームスポットの長軸方向を分断予定ライン（スクライブ予定ライン）に合わせるようにしてビームスポットの走査が行われる。このときの長軸長さを周期変化させ、他の制御パラメータを一定にする場合、長軸長さが短い部分では単位面積当りの熱量が多くなり、クラックの深さが深くなり、長軸長さが長い部分では単位面積当たりの熱量が少なくなり、クラックの深さが浅くなる傾向がある。

また、上述した（１）から（６）の制御パラメータについて、複数の制御パラメータを同時に周期変化させるようにしてもよい。例えば、冷媒噴射量とレーザ照射強度とを同時に変化させて基板に生じる温度差を大きくしてもよい。

次に、スクライブ動作について説明する。上記レーザスクライブ装置ＬＳでは、従来のスクライブ動作に比べ、制御パラメータの一部が周期的に変化する制御信号によって駆動部を動作させる点が異なるが、それ以外は同じである。
すなわち、分断予定ラインの端に、カッターホイール１８により初期亀裂ＴＲを形成し、ついでビームスポットＨＳおよび冷却スポットＣＳを分断予定ラインに沿って走査させる。このときに、制御パラメータの一部が周期的に変化する制御信号により各駆動部が制御されるようにする。これにより、基板Ｇに周期クラックが形成されるようになる。

図４は、制御パラメータを周期的に変化させながらレーザスクライブ加工を行ったときに基板Ｇに形成される周期クラックを示した模式図であり、図４（ａ）は基板Ｇの斜視図、図４（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図、図４（ｄ）はＣ−Ｃ’断面図である。
初期亀裂ＴＲから直線状にビームスポットＨＳおよび冷却スポットＣＳが走査されることにより、図４（ａ）に示すようにクラックＣｒが形成され、基板表面には直線状のスクライブラインＳＬが形成される。
このとき、図４（ａ）（ｂ）に示すように、板厚方向に進展するクラックＣｒの先端部分は、制御パラメータが変動する周期と同周期の波形Ｗとなり、周期クラックが形成される。

形成される周期クラックの波長は、制御パラメータの変動周期（すなわち波長）に対応して変化する。周期クラックの波長を適切な波長にすれば、後述するブレイク装置を用いて基板Ｇに対し曲げモーメントを加えたときに、曲げモーメント（ブレイク圧）が周期クラックのピーク（山部分）に集中して加えられることになるので、加えられる曲げモーメントが小さくても容易に分断できるようになる。

曲げモーメント（ブレイク圧）が周期クラックのピーク（山部分）に集中しやすい周期クラックの波長は、ガラスのような基板では、経験的に１０ｍｍ〜２００ｍｍであることが判明している。そのため、この波長範囲になるように、走査速度との関係で制御パラメータの周期を調整する。
また、周期クラックの最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％となるようにすれば、周期クラックの山と谷とのピーク部分が顕著に現れるようになり、ブレイク装置において、曲げモーメントを集中して加えることが容易になる。
基板Ｇの板厚にもよるが、例えば基板の板厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度であれば、５μｍ〜５０μｍの範囲にすればよい。

なお、形成される周期クラックの先端（最深部）は、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、クラック形成時に基板内に生じている圧縮応力領域の影響で進展が止まる結果、通常は板厚の１０％〜４０％の深さとなり、これ以上は進展しない。

次に、ブレイク装置について説明する。図５（ａ）は本発明の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるブレイク装置の概略構成図である。図１と同じ構成については同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。

ここで説明の都合上、空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）を用い、ブレイク装置１０の設置床面と平行なテーブル基準面を（ｘ，ｙ，ｚ_０）とし、設置床面と鉛直な方向をｚ軸とし、基板Ｇの分断方向（ブレイク方向）をｙ軸とする。ブレイク装置ＢＭは−ｘ軸方向にスライド可能なスライドテーブル２３ａと、ｙ軸と平行な回転軸を中心に傾動可能であり、且つ、＋ｘ軸方向にスライド調整可能な傾動テーブル２３ｂを有している。

図５ｂはブレイク装置ＢＭの左側ユニットＢＭ（Ａ）と右側ユニットＢＭ（Ｂ）とが分離された状態を示す斜視図である。ブレイク装置ＢＭ全体が図５ａの架台１に取り付けられるものとすると、左側ユニットＢＭ（Ａ）は図５ａに示したような基板Ｇにおいて、スクライブラインＳＬより左側（−ｘ軸方向）に設置される機構部を指し、右側ユニットＢＭ（Ｂ）は基板ＧのスクライブラインＳＬより右側（＋ｘ軸方向）に設置される機構部を指す。

また切断すべき基板Ｇを載置して保持するために、第１の製品テーブル２４ａがスライドテーブル２３ａに固定され、第２の製品テーブル２４ｂが傾動テーブル２３ｂに固定されている。また第１の製品テーブル２４ａの上部に第１の製品クランプユニット２５ａが取り付けられ、第２の製品テーブル２４ｂの上部に第２の製品クランプユニット２５ｂが取り付けられる。基板ＧのスクライブラインＳＬをｙ軸と平行にし、スクライブラインＳＬを中心に基板の−ｘ軸側（左側）の領域を基板左部ＧＬと呼び、＋ｘ軸側（右側）の領域を基板右部ＧＲと呼ぶ。第１の製品クランプユニット２５ａは基板左部ＧＬの右端部を強固に押圧して基板を固定し、第２の製品クランプユニット２５ｂは基板右部ＧＲの左端部を強固に押圧して基板を固定するものである。

左側ユニットＢＭ（Ａ）にはスライド機構２６が設けられる。スライド機構２６はスライドテーブル２３ａを−ｘ軸方向に付勢するもので、付勢力を与える弾性部材、例えばエアシリンダ、バネ等が設けられる。これに加えてスライド機構２６にはスライド範囲を規制するストッパや、スライド速度を規制するダンパ等が設けられる（図示せず）。

右側ユニットＢＭ（Ｂ）は支柱である一対の水平保持ブロック上部２７ａと一対の水平保持ブロック２７ｂとにより保持される。水平保持ブロック下部２７ｂは架台１に固定され、水平保持ブロック上部２７ａは傾動テーブル２３ｂを回動自在に保持する。水平保持ブロック上部２７ａと水平保持ブロック下部２７ｂとの間に図示しないスライドユニットが設けられ、水平保持ブロック上部２７ａがｘ軸方向にスライド調整できるようになっている。そして＋ｙ軸側、及び−ｙ軸側の水平保持ブロック上部２７ａには傾動軸２８が設けられ、傾動テーブル２３ｂ、第２の製品テーブル２４ｂ、及び第２の製品クランプユニット２５ｂが傾動軸２８を回転軸として傾斜可能なように保持されている。傾動軸２８は例えば水平ブロック上部２７ａに軸受ハウジングを設け、このハウジングに圧入されたボールベアリングで保持される。ここで水平保持ブロック上部２７ａ及び傾動軸２８を傾動機構という。

第１の製品クランプユニット２５ａは、基板左部ＧＬを固定し、基板のスクライブラインＳＬに剪断応力及び曲げ応力を集中させるものである。第１の製品クランプユニット２５ａには、基板ＧのスクライブラインＳＬ付近を押圧する第１のクランプバー２９ａが設けられている。この第１のクランプバー２９ａの先端は第１の製品テーブル２４ａの右側
エッジに位置し、ｚ軸方向に微動可能である。同様に第２の製品クランプユニット２５ｂは、基板右部ＧＲを固定し、基板のスクライブラインＳＬに剪断応力及び曲げ応力を集中させるものである。第２の製品クランプユニット２５ｂには、基板ＧのスクライブラインＳＬ付近を押圧する第２のクランプバー２９ｂが設けられている。第２のクランプバー２９ｂの先端は第２の製品テーブル２４ｂの左側エッジに位置し、ｚ軸方向に微動可能である。

基板Ｇの保持方法として、真空吸着、その他の手段により製品テーブルに固定することができる。基板がガラスであり、その表面に樹脂が成膜されている場合は、静電吸着によっても固定することができる。

続いて傾動テーブル２３ｂの傾動機構について説明する。図５ａ，ｂに示すように、水平保持ブロック上部２７ａの傾動軸２８は、これを回転軸として水平保持ブロック下部２７ｂを除く右側ユニットＢＭ（Ｂ）全体を図６ａ中のＣＷ方向又はＣＣＷ方向に回動可能にする。図６ａは傾動軸２８の取付位置を示すブレイク装置の要部断面図である。傾動機構を介して傾動テーブル２３ｂを回動させるために、回動制御部３０が設けられる。回動制御部３０はモータの回転力又は流体シリンダを用いて傾動テーブル２３ｂを所定角だけ回動するものであってもよく、アームやリンクを介して手動で傾動テーブル２３ｂを回動するものであってもよい。また傾動テーブル２３ｂは回動を開始するのと同時に＋ｘ軸方向に移動するようになっている。

ブレイク装置の初期設定で、第１の製品テーブル２４ａと第２の製品テーブル２４ｂとが、１枚の基板Ｇに対して同一の載置面を持つよう位置決めされているとする。傾動軸２８は、テーブルに載置された基板Ｇの上面及び下面から見て、中央の位置にくるよう高さが調整される。

基板Ｇの厚みを２ｄ_０とする。第１の製品テーブル２４ａの載置面は（ｘ，ｙ，−ｄ_０）となり、傾動軸２８の位置は（０，ｙ，−ｄ_０〜＋ｄ_０）となる。傾動軸２８の位置は基板Ｇの厚みや材料に応じて調整可能である。また第１の製品テーブル２４ａの右エッジと、第２の製品テーブル２４ｂの左エッジとの間隔を２ｇとすると、第１のクランプバー２９ａの基板Ｇに対する押圧位置と、第２のクランプバー２９ｂの基板Ｇに対する押圧位置との間隔は２ｇと同程度が望ましい。なお、傾動軸２８は基板ＧのスクライブラインＳＬと平行で、基板の厚み範囲内に位置することが望ましい。

図６（ｂ）はスクライブラインＳＬを中心とするブレイク装置の部分拡大断面図である。ここでは基板Ｇの分断後の位置を実線を用いて示している。傾動軸２８の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を（０，ｙ，０）とする。分割後の基板右部ＧＲにおいて、スクライブラインＳＬの終点をＰＲとする。また基板右部ＧＲが第２の製品テーブル２４ｂの左エッジと接するラインの終点をＰＲ’とする。なお、基板Ｇが分割切断される前では、ＰＲはＰＬ（分割後の基板左部ＧＬにおけるスクライブラインＳＬの終点）と一致する。

図６（ｂ）に示すように第２の製品テーブル２４ｂをＣＣＷ方向に角度θだけ傾斜させると、点ＰＲ’の位置は（０，ｙ，０）から（ｘ_２，ｙ，ｚ_２）に移動する。ここで各座標値は以下のようになる。
ｘ_１＝０
ｚ_１＝−ｄ_０
ｘ_２＝ｄ_０ｓｉｎθ
ｚ_２＝ｄ_０（１−ｃｏｓθ）−ｄ_０

第２のクランプバー２９ｂの押圧力により、基板右部ＧＲの点ＰＲ’（ｘ_２，ｙ，ｚ_２）の部分が第２の製品テーブル２４ｂに対する不動点になるとすると、基板右部ＧＲの点ＰＲに位置するブレイク部分に対して前記の不動点ＰＲ’から剪断力と引張力（曲げモーメント）が加わり、基板Ｇが分断される。基板Ｇの切断時にはスライド機構２６により基板左部ＧＬに対して−ｘ軸方向の付勢力が作用し、また傾動テーブル２３ｂが回動を開始すると同時に＋ｘ軸方向に移動すると共に、基板左部ＧＬの切断面である右エッジ部が−ｘ軸方向に後退し、基板右部ＧＲの左エッジ部と接触しなくなる。このためガラス基板の分断面に傷が付かず、滑らかな分断面が得られる。
この場合の水平移動量ｘ_２−ｘ_１を計算すると、θ＝３°の場合、０．０３９ｍｍとなる。

スクライブラインＳＬで左右に分割された基板ＧＲ，ＧＬは、第１のクランプバー２９ａ、第２のクランプバー２９ｂを基板Ｇから解除することにより、基板ＧＲ，ＧＬを製品テーブルから外すことができる。ｘ軸方向に帯状となる１枚の基板を多数個に分割する場合、基板Ｇの所定箇所にスクライブラインＳＬをそれぞれ設ける。そして基板Ｇをｘ方向に所定ピッチだけ搬送し、製品クランプユニット２５ａ，２５ｂをセットし、その都度傾動テーブル２３ｂを傾斜させる。このような操作を繰り返すことにより、１枚のマザー基板から複数枚の基板を製造することができる。

第２の製品テーブルが傾斜すると、基板の断面がスクライブライン形成位置を中心にＶ字を形成するように曲げモーメント（曲げ応力）が加えられることになる。そして、Ｖ字を形成するように曲げモーメントが加えられる場合、クラックは基板下面（製品テーブルに接する面）から押し広げられるようになるので、曲げモーメントは、より下面側に近いクラック先端部分（周期クラックの山ピーク）に集中することになる。このとき、周期クラックの谷ピークでは、紙面に対して前後の部分でクラック先端が浅くしか進展していないので、分断が開始するのに大きな曲げモーメントを必要とする。これに対し、周期クラックの山ピークでは、紙面に対して前後の部分でクラック先端が更に深く進展しているので、分断が開始するのに大きな曲げモーメントを必要としない。そのため、周期クラックの山ピークが起点となって分断されやすくなる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態として、レーザアブレーション加工による分断方法について説明する。ここでは１枚のサファイア基板を分断する場合を例に説明する。この分断方法では、分断予定ラインに沿って周期溝を形成するレーザアブレーション装置と、形成した周期溝に沿って曲げモーメント（ブレイク圧）を加えるブレイク装置とが用いられる。このうち、ブレイク装置は第一実施形態で説明したブレイク装置と同じであるので説明を省略する。

レーザアブレーション装置について説明する。図７は本発明の一実施形態である脆性基板の分断方法において用いられるレーザアブレーション装置の構成図であり、図８はその制御系のブロック図である。なお、図１、図２のレーザスクライブ装置ＬＳと同じ構成部分については、同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。このレーザアブレーション装置ＬＡでは、レーザスクライブ装置に比べて、基板を溶融させやすい短波長のレーザを用いる。また、加熱後の強制的な冷却は必ずしも必要でないので、冷却機構は用いないようにしている。

レーザアブレーション装置ＬＡの全体構成について説明する。サファイア基板Ｇの位置をＸＹ方向および回転方向に移動させるためのスライドテーブル２、台座７、回転テーブル１２についてはレーザスクライブ装置ＬＳと同じである。

回転テーブル１２の上方には、レーザビーム（元ビーム）を、予め設定した出力およびパルス間隔で発振するレーザ３５と、元ビームを集光してガラス基板Ｇの表面上あるいは表面近傍にビームスポットＨＳ(図８)を形成する光学系調整機構３６とが、取付フレーム１５に固定されている。
レーザ３５には、基板材料が溶融されるように溶融温度以上で加熱するために、比較的短波長のレーザが使用され、例えばＵＶレーザが使用される。

図９は、光学系調整機構３６の内部構成を示す図である。レーザビームの光路Ｌに沿って凸レンズ３６ａが取り付けられ、モータ（不図示）により駆動されるレンズ位置調整機構３６ｂにより位置調整できるようにしてある。この凸レンズ３６ａの焦点の位置を変えることで、ビームスポットＨＳの形状が定められるとともに基板を溶融するときの深さ位置が調整される。

続いて、制御系について説明する。図８に示すようにレーザアブレーション装置ＬＡの制御系は、制御部５０、入力部５１、表示部５２、記憶部５５、および、制御部５０による制御下で駆動されるテーブル駆動部６１、レーザ駆動部６２、カメラ駆動部６６、光学系駆動部６８の各駆動部により構成される。

記憶部５５には、予め、制御パラメータとして、基板の走査速度、レーザビームの焦点深さ、レーザ照射強度（レーザ出力）、レーザパルス間隔が記憶されるようにしてある。これらの制御パラメータは、入力部５１、および、表示部５２に表示された入力画面により適宜設定できるようにしてある。

そして、制御部５０は、記憶部５５に記憶された上記制御パラメータに基づいて、周期溝を形成するための制御信号を生成する。すなわち、制御パラメータの少なくとも一つを周期的に変化させる制御信号を発生することにより、分断予定ラインに沿って周期的に変化する溶融状態を基板Ｇに発生する制御を行う。具体的な制御については、後述する。生成された制御信号は、対応する駆動部にそれぞれ送信され制御動作が実行される。

各駆動部について説明する。テーブル駆動部６１は、スライドテーブル２及び台座７、回転テーブル１２の位置決めを行うためのモータ（モータ９等）を駆動する。周期溝を形成する際には、記憶部５５に設定された走査速度に基づいて、台座７のＸ方向への走査が行われる。

レーザ駆動部６２は、レーザ３５からレーザビームを照射する。周期溝を形成する際には、記憶部５５に設定されたレーザ照射強度（出力）、レーザパルス間隔に基づいてレーザビームを照射する。

光学系駆動部６３は、光学系調整機構３６のレンズ位置調整機構３６ｂを駆動する。周期溝を形成する際には、記憶部５５に設定された焦点深さに基づいてレーザビームの焦点位置を調整する。

続いて、周期溝を形成するときの制御信号について具体的に説明する。周期溝を形成するためには、上述した制御パラメータの少なくとも一つが周期的に変化する制御信号を生成する。以下、制御パラメータごとに説明する。

（２）走査速度
走査速度を周期変化させ、他の条件を一定に維持する制御信号の場合、走査速度が速い部分では溝の深さが浅くなり、遅い部分では溝の深さが深くなる。すなわち走査速度が遅い部分での入熱量が増加して強く溶融され、この部分の溝が深く形成される。

（３）焦点深さ
レーザビームの焦点深さを周期変化させ、他の条件を一定（走査速度も一定）に維持する制御信号の場合、焦点深さを基板表面または浅い位置にした部分では溝深さが浅くなり、焦点深さを深い位置にした部分では溝深さが深くなる。すなわち焦点深さを深くした部分では深くまで強く溶融される結果、溝が深く進展する。

（４）レーザ照射強度
レーザ照射強度を周期変化させ、他の条件を一定に維持する制御信号の場合、レーザビームの照射強度が弱い部分では溝深さが浅くなり、照射強度が強い部分では溝深さが深くなる。すなわち照射強度が強い部分は入熱量が増加して強く溶融され、この部分の溝が深く形成される。

（５）レーザパルス間隔
レーザのパルス間隔を周期変化させ、他の条件を一定に維持する場合、レーザのパルス間隔が長い部分では溝深さが浅くなり、パルス間隔が短い部分では溝深さが深くなる。すなわち、パルス間隔が短い部分は入熱量が増加して強く溶融され、この部分の溝が深く形成される。

また、上述した（１）から（５）の制御パラメータについて、複数の制御パラメータを同時に周期変化させるようにしてもよい。例えば、走査速度と焦点深さとを同時に変化させたりしてもよい。

次に、アブレーション動作について説明する。上記レーザアブレーション装置ＬＡでは、従来のアブレーション動作に比べ、制御パラメータの一部が周期的に変化する制御信号によって駆動部を動作させる点が異なるが、それ以外は同じである。
すなわち、分断予定ラインに沿って、ビームスポットＨＳを走査させ、基板Ｇを溶融させる。このときに、制御パラメータの一部が周期的に変化する制御信号により各駆動部が制御されるようにする。これにより、基板Ｇに周期溝が形成されるようになる。

図１０は、制御パラメータを周期的に変化させながらレーザアブレーション加工を行ったときに基板Ｇに形成される周期溝を示した模式図であり、図１０（ａ）は基板Ｇの斜視図、図１０（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図１０（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図、図１０（ｄ）はＣ−Ｃ’断面図である。
直線状にビームスポットＨＳが走査されることにより、図１０（ａ）に示すように溝Ｇｒが形成され、基板表面には直線状のスクライブラインＡＬが形成される。
このとき、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、板厚方向に進展する溝Ｇｒの先端部分は、制御パラメータが変動する周期と同周期の波形Ｗとなり、周期溝が形成される。

形成される周期溝の波長は、制御パラメータの変動周期（すなわち波長）に対応して変化する。周期溝の波長を適切な波長にすれば、ブレイク装置ＢＭを用いて基板Ｇに対し曲げモーメントを加えたときに、曲げモーメント（ブレイク圧）が周期溝のピーク（山部分）に集中して加えることができ、小さな曲げモーメントを加えるだけで容易かつ安定して分断できるようになる。

曲げモーメント（ブレイク圧）を集中して加えることができる周期溝の波長は、サファイアのような基板では経験的に１ｍｍ〜１０ｍｍであることが判明している。そのため、この波長範囲になるように、走査速度との関係で制御パラメータの周期を調整する。
また、周期溝の最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％となるようにすれば、周期溝の山と谷とのピーク部分が顕著に現れるようになり、ブレイク装置において、曲げモーメントを集中して加えることが容易になる。

なお、形成される周期溝は、レーザアブレーションによる加工時間を長くすれば深くすることもできるが、できるだけ加工時間を短くして、浅い周期溝の状態でブレイク動作を行うようにする。周期溝の深さが浅い場合でも、周期溝のピーク部分に集中的に曲げモーメントが加わることで、比較的小さな曲げモーメントで分断することができ、しかもアブレーション加工で生じる基板表面の汚染を低減することができる。

また、上述したレーザアブレーション加工では溝Ｇｒが形成される場合を説明したが、基板材料の種類や加熱条件によっては、図１１に示すように、溝Ｇｒが形成されるだけでなく、溝Ｇｒの底にクラックＣｒが形成され、波形Ｗが周期溝と周期クラックとにより形成される場合がある。
この場合も、図１０で説明した周期溝が形成された場合と同様であり、できるだけ浅い周期溝および周期クラックの状態でブレイク動作を行うようにすれば、比較的小さな曲げモーメントで分断することができ、しかもアブレーション加工で生じる基板表面の汚染を低減することができる。

次に、本発明の実施形態についての具体例を説明する。
（実施例１） 冷媒噴射量の変動による周期クラックの形成
初期亀裂ＴＲを形成した無アルカリガラス基板（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）に、ＣＯ_２レーザ（出力１２０Ｗ）を走査してスクライブラインを形成し、そのとき冷媒噴射量を変動させて周期クラックを形成した。ビームスポット及び冷却スポットの走査速度を１５０ｍｍ／秒、冷媒噴射量の変動周期（切替間隔）を１秒とし、冷却水量の設定を０．８ｃｃ／分、１ｃｃ／分、０．８ｃｃ／分の順で切り替えた。結果を表１に示す。
他の条件を一定に設定すると、単位時間当たりの冷却水量が多い位置（端部から１５０ｍｍ）でクラックが深く形成された。浸透深さの変動幅は１３μｍ〜１５μｍであり、基板板厚（０．７ｍｍ）の１．８％〜２．１％であった。

（実施例２） 走査速度の変動による周期クラックの形成
初期亀裂ＴＲを形成した無アルカリガラス基板（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）に、ＣＯ_２レーザ（出力１５０Ｗ）を走査してスクライブラインを形成し、そのとき走査速度を変動させて周期クラックを形成した。
レーザビーム及び冷却スポットの走査速度を、２２０ｍｍ／秒と３００ｍｍ／秒との２つの速度で変動させた。結果を表２に示す。
他の条件を一定にして走査速度を変えると、走査速度が遅い位置で深いクラックが形成された。

（実施例３） レーザ照射強度（出力）の変動による周期クラックの形成
初期亀裂ＴＲを形成した無アルカリガラス基板（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）に、ＣＯ_２レーザを使用してスクライブラインを形成し、そのとき照射強度を変動させて周期クラックを形成した。
レーザビーム及び冷却スポットの走査速度を２２０ｍｍ／秒で一定にし、レーザ照射強度（出力）は、１５０Ｗと１１０Ｗとの２つの出力で変動させた。結果を表３に示す。
他の条件を一定にすると、照射強度（出力）が大きい位置で深いクラックが形成された。

（実施例４） ビーム形状の変動による周期クラックの形成
初期亀裂ＴＲを形成した無アルカリガラス基板（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）に、ＣＯ_２レーザ(出力１５０Ｗ)を使用してスクライブラインを形成し、そのとき楕円形状のビームスポットの長軸および短軸の長さを変動させて周期クラックを形成した。
レーザビーム及び冷却スポットの走査速度を２２０ｍｍ／秒で一定にし、長軸と短軸は（４０ｍｍ×１．５ｍｍ）と、（２７ｍｍ×１．９ｍｍ）の２つの形状で変動させた。結果を表４に示す。
他の条件を一定にすると、ビームスポットの長軸が長い位置で浅いクラックが形成された。

本発明は、レーザビームを照射してガラス基板等の脆性材料基板の分断を行う方法に利用することができる。

Claims (7)

1. 脆性材料基板に設定した分断予定ラインに沿って、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを相対移動させて、前記基板を軟化点以下の温度で基板表面側から加熱し、次いでノズルからの冷媒噴射により形成される冷却スポットを、前記ビームスポットを追随するように相対移動させて基板を冷却することによりクラックを形成する工程と、形成されたクラックに沿って基板裏面側から曲げモーメントを加えることにより分離するブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、
   クラックを形成する工程において、加熱条件又は／及び冷却条件を分断予定ラインに沿って周期的に変化させることにより、クラックの最大深さが基板内部の圧縮応力領域により制限される深さ以内に留まり、かつ、分断予定ライン方向に沿ってクラックの深さが前記加熱条件又は／及び冷却条件の周期で変化する周期クラックを形成し、
   前記周期クラックを形成する工程の加熱条件又は冷却条件を、以下の（１）から（６）の少なくともいずれかのパラメータを以下に示すようにして周期的に変化させることを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
   （１）冷却スポットを形成する冷媒噴射量を変化させ、浅いクラックは噴射量を多くし、深いクラックは噴射量を少なくする
   （２）ビームスポットの走査速度を変化させ、浅いクラックは走査速度を速くし、深いクラックは走査速度を遅くする
   （３）ビームスポットが通過してから冷却スポットが到達するまでの時間を変化させ、浅いクラックは時間を短くし、深いクラックは時間を長くする
   （４）ビームスポットを形成するレーザビームの照射強度を変化させ、浅いクラックは照射強度を弱くし、深いクラックは照射強度を強くする
   （５）ビームスポットを形成するレーザビームのパルス間隔を変化させ、浅いクラックはパルス間隔を長くし、深いクラックはパルス間隔を短くする
   （６）ビームスポットの形状を、長軸を有する形状にするとともにその長軸方向をスクライブ予定ラインに沿った方向にして当該長軸方向の形状を変化させ、浅いクラックは長軸長さを長くし、深いクラックは長軸長さを短くする
2. 前記周期クラックの波長が１０ｍｍ〜２００ｍｍであり、周期クラックの最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％である請求項１に記載の脆性材料基板の分断方法。
3. 脆性材料基板がガラス基板である請求項１に記載の脆性材料基板の分断方法。
4. 脆性材料基板に設定した分断予定ラインに沿って、レーザビームの照射により形成されるビームスポットを相対移動させて前記基板を溶融温度以上の温度で加熱して溝を形成する工程と、形成された溝に沿って基板裏面側から曲げモーメントを加えることにより分離するブレイク工程とからなる脆性材料基板の分断方法であって、
   溝を形成する工程において、加熱条件を分断予定ラインに沿って周期的に変化させることにより、分断予定ライン方向に沿って溝の深さが前記加熱条件の周期で変化する周期溝を形成し、
   前記周期溝を形成する工程の加熱条件を、以下の（１）から（３）の少なくともいずれかのパラメータを以下に示すようにして周期的に変化させることを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
   （１）レーザビームの走査速度を変化させ、浅い溝は走査速度を速くし深い溝は走査速度を遅くする
   （２）レーザビームの照射強度を変化させ、浅い溝は照射強度を弱くし、深い溝は照射強度を強くする
   （３）レーザビームのパルス間隔を変化させ、浅い溝はパルス間隔を長くし、深い溝はパルス間隔を短くする
5. 前記周期溝を形成する工程において、周期溝とともに周期溝の底に周期クラックが形成され、周期溝及び周期クラックに曲げモーメントを加える請求項４に記載の脆性材料基板の分断方法。
6. 前記周期溝の波長が１ｍｍ〜１０ｍｍであり、周期溝の最大深さと最小深さとの深さの差が基板の板厚の１％〜５％である請求項４に記載の脆性材料基板の分断方法。
7. 脆性材料基板がサファイア基板である請求項４に記載の脆性材料基板の分断方法。

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