JPWO2004041493A1 - スクライブライン形成装置及びスクライブライン形成方法 - Google Patents

Abstract

ガラスカッター５のホィールチップ５ａを、脆性材料基板Ｓの表面上に損傷を与えない程度の荷重で接触しながら移動させ、この脆性基板Ｓ上を移動するガラスカッター５に対して所定深さの垂直クラックを発生させる急俊な衝撃力を与えるアマチュアー６によって、脆性材料基板Ｓ上の所望の位置に垂直クラックを発生させる。この垂直クラックに対して、脆性材料基板Ｓ上におけるレーザ光発振器８からレーザ光が照射される照射領域に生じる圧縮応力と冷却ノズル７から放出される冷却媒体によって発生する冷却領域に生じる引張応力とにより発生する応力勾配によって、ガラスカッター５のホィールチップ５ａによって形成された垂直クラックが、スクライブ予定ラインに沿って伸展させることによってスクライブラインを形成する。

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等に使用されるガラス基板等の脆性基板を分断するためのライン状のスクライブラインを形成するスクライブライン形成装置及びスクライブライン形成方法に関する。

小型の情報端末、プロジェクションに適用可能な液晶ディスプレイは、情報処理技術の急速な進歩に伴うパソコン市場の拡大に伴って、そのニーズが幅広いものとなっており、今後の展開が期待されている。
特に、パソコン用、ＴＶ用の液晶ディスプレイにおいては、その表示画面を大型化、高精細化及び軽量化する要求が高まっており、この要求にあわせてガラス基板の大寸法化及び薄板化が進められている。そして、ガラス基板の大寸法化及び薄板化に伴って、このようなガラス基板を所望の寸法に高精細に分断する高度な基板分断技術が要求されるようになっている。
ガラス基板等の脆性基板は、ガラス基板の表面に所望の分断方向に沿ったライン状のスクライブラインを形成するスクライブ工程と、ガラス基板の表面上に形成されたスクライブラインに沿った曲げモーメントをかけることによりガラス基板をスクライブラインに沿って分断するブレーク工程とを実行することにより分断される。
ガラス基板にスクライブラインを形成するスクライブ工程では、垂直クラックのラインであるスクライブラインを、ガラス基板の表面に対して垂直下に深く浸透させて形成することができれば、後のブレーク工程において、スクライブラインに沿って分断する際の分断精度を向上させることができるので、垂直クラックを深く形成させることは重要である。
例えば、実開昭５９−８８４２９号公報に示される様な手切りカッターを用いてカッターの先端に取り付けられたホイールチップをガラス基板の表面に加圧して転動させることによって、脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成する場合がある。また、複数の脆性材料基板の表面に、数多くのスクライブラインを連続して自動的に形成させる装置として、例えば、特開昭５５−１１６６３５号公報において開示されている装置を用いることが可能である。
ポイント式のダイヤモンドを用いてガラス基板の表面を切削することによりスクライブラインを形成する方法は、ガラス基板をポイント式のダイヤモンドで切削する過程でガラスの欠片（カレット）が必ず発生するので、液晶ディスプレイに使用されるガラス基板にスクライブラインを形成する場合には適していない。
また、回転可能に支持されたホイールチップをガラス基板の表面に加圧して転動させる方法では、エアシリンダ等の昇降機構を備えて、この昇降機構を用いて基板表面に対してホイールチップを加圧させて、垂直クラックを発生させている。
しかし、このような昇降機構を用いた加圧方式では、昇降機構による押圧力を大きくしなければ、ガラス基板の表面に十分な深さの垂直クラックを容易には形成することが出来ない。また、押圧力を大きくすると、ガラス基板の端部にホイールチップを乗り上げさせる際に、ガラス基板の端部に欠け等の損傷が発生するおそれがあり、また、ガラス基板の平面部においても、ガラス基板を分断した際に、分断面及び分断面を含むガラス基板の端面部に欠けを生じさせる原因となる所望の方向でない方向にクラック（水平クラック）が発生する等の支障が生じるおそれがある。そして、この方法においても、スクライブ時にガラスカレットが発生する。
さらに、ガラス基板に「反り」がある場合には、ホィールチップがこの「反り」に起因する基板表面の凹凸に追従出来ず、ガラス基板の表面に適正な垂直クラックが得られないという問題がある。
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、ガラス基板の端部に欠けが発生する等の支障をきたすことなく、ガラス基板に十分な深さを有する垂直クラックを発生させることができるスクライブライン形成装置及びスクライブライン形成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、本発明によれば、先端に刃先を有し、押圧力を付与して刃先を脆性基板の表面に押圧し、スクライブラインの起点となる垂直クラックを形成するための垂直クラック形成部材と、
該脆性基板上の所望の位置で、所定の深さの垂直クラックを発生させるために、該垂直クラック形成部材に対して急俊な衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、
該脆性基板の軟化点よりも低い温度の領域を形成する加熱手段と、
該脆性基板を冷却する冷却手段と、
該加熱手段、該垂直クラック形成部材、衝撃力付与手段及び該冷却手段を、脆性基板の表面上に予め設定されたスクライブ予定ラインに沿って一定の間隔をあけた状態で、脆性基板に対して相対移動可能に配置された配置移動手段と、
衝撃力付与手段の駆動を制御する制御部とを備えていることを特徴とするスクライブライン形成装置が提供される。
制御部は、刃先が脆性基板表面に損傷を与えない程度の荷重で接触しながら移動されるよう垂直クラック形成部材および配置移動手段の駆動を制御し、刃先が脆性基板の端部近傍および予め形成されたスクライブラインを通過する通過点の近傍に位置するとき、脆性基板上に所定の深さの垂直クラックを発生させるよう衝撃力付与手段の駆動を制御する構成が好ましい。
加熱手段は、脆性基板上を移動する前記垂直クラック形成部材の上下動から該脆性基板表面の高さ変化を検出し、この検出結果に基づいて前記レーザ光発振器から照射されるレーザ光の焦点を調整するためのサーボ機構を具備してなる構成が好ましい。
冷却手段は、脆性基板上を移動する前記垂直クラック形成部材の上下動に連動して上下動するよう配置移動手段に配置されている構成が好ましい。
配置移動手段が、スクライブ予定ラインの前方側から、垂直クラック形成部材、加熱手段及び冷却手段または、加熱手段、垂直クラック形成部材及び冷却手段のいずれかの順に前記３つの部材を配置してなる構成が好ましい。
配置移動手段が、垂直クラック形成部材、加熱手段及び冷却手段を、互いの相対位置を変更できるように配置してなる構成が好ましい。
冷却手段は、冷却媒体を放出する冷却ノズルであるものが挙げられる。
冷却手段は、冷却手段の高さ位置を調整するサーボ機構を有するものが挙げられる。
垂直クラック形成部材は、ホイールチップを刃先としてこれを転動可能に支持したガラスカッターであるものが挙げられる。
加熱手段は、所定のレーザ光を照射するレーザ光発振器であるものが挙げられる。
衝撃力付与手段は、ソレノイドコイルへの通電をオンまたはオフすることによって、刃先を脆性基板表面上に押圧する移動慣性を発生させるアマチュアーであるものが挙げられる。
脆性基板の表面の高さ変化を検出するためのレーザ変位計または接触式変位計をさらに具備してなるものが挙げられる。
脆性基板は、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板および有機ＥＬディスプレイパネル用ガラス基板が挙げられる。
本発明の別の観点によれば、先端に刃先を有する垂直クラック形成部材を脆性基板上を移動させながら刃先に急俊な衝撃力を与える衝撃力付与手段によって、脆性基板上の所望の位置に所定深さの垂直クラックを発生させる工程と、
該垂直クラックに対して、基板上に設定されたスクライブ予定ラインに沿って、該脆性基板の軟化点よりも低い温度の照射領域を形成すると共に、該照射領域の後方に冷却領域を形成してスクライブラインを形成する工程と、
を包含することを特徴とするスクライブ形成方法が提供される。
本発明のスクライブライン形成方法は、刃先が脆性基板の端部近傍および予め形成されたスクライブラインと交差する点の近傍に位置したとき、衝撃力付与手段によって、脆性基板上の所望の位置に所定深さの垂直クラックを発生させる構成が好ましい。

図１は、実施の形態１のスクライブライン形成装置の概略を示す側面図である。
図２は、実施の形態１のスクライブライン形成装置の概略を示す正面図である。
図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施の形態１のスクライブライン形成装置によってスクライブラインを形成する方法を順番に説明する斜視図である。
図４は、実施の形態２のスクライブライン形成装置の概略を示す側面図である。
図５は、実施の形態２のスクライブライン形成装置の概略を示す正面図である。
図６（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施の形態２のスクライブライン形成装置によってスクライブラインを形成する方法を順番に説明する斜視図である。
図７は、実施の形態３のスクライブライン形成装置の概略を示す正面図である。

以下、本発明のスクライブライン形成装置及びスクライブライン形成方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のスクライブライン形成装置１の概略を示す側面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ線断面からのスクライブライン形成装置１の正面図を示している。
このスクライブライン形成装置１は、図１及び図２に示すように、スクライブラインを形成する脆性材料基板Ｓを水平状態に固定するテーブル１０１を有している。ここで、本明細書で記載される脆性材料基板Ｓは、具体的には、マザー基板と呼ばれる大きな寸法の基板を意味している。ガラス製、セラミック製、半導体ウェハーなどの基板があって、それらが順次所定の小さな大きさに分断されて種々の用途に用いられる。脆性材料基板Ｓが固定されるテーブル１０１の側方の側壁１０２には、水平方向（紙面と鉛直な方向）に沿ったガイドレール１０３が設けられている。このガイドレール１０３には、内部に駆動モータを備えた駆動装置１１の一端側が接続されている。駆動装置１１には、駆動モータの駆動によりガイドレール１０３が延びる方向に沿って一定方向にスライド可能になっている。
この駆動装置１１の他端側には、サーボモータ２が設けられている。このサーボモータ２は、駆動装置１１が設けられた側とは反対側に、水平方向に所定長さに突出した回転軸３を有している。この回転軸３は、サーボモータ２により回転駆動されるようになっており、この回転軸３の先端部には、回転軸３と一体的に回転する支持フレーム４が取り付けられている。
サーボモータ２の回転軸３に取り付けられた支持フレーム４は、図１に示すように、平坦な板状に形成されたフレーム本体部４ａと、このフレーム本体部４ａの一端側から上方に所定高さに突出する突出部４ｂとを有しており、側面視で略Ｌ字状になるように形成されている。この支持フレーム４は、突出部４ｂが設けられた一端側を、ガイドレール１０３に沿った進行方向の前方側（図１中の左方）に配置して、突出部４ｂの上端が、サーボモータ２の回転軸３に取り付けられている。
支持フレーム４におけるフレーム本体部４ａの後方寄りの下面には、ガラスカッター５が取り付けられている。ガラスカッター５は、超硬合金または焼結ダイヤモンド等の超硬度を有する材質により形成されたホイールチップ５ａと、このホイールチップ５ａを回転可能に支持するホルダ５ｂとを有している。
ガラスカッター５は、ホルダ５ｂの上端が、支持フレーム４のフレーム本体部４ａの下面に取り付けられることによって、支持フレーム４の移動に伴って一体的に移動するようになっている。ホイールチップ５ａは、円形状であって幅方向の中央部が最大径になるように突出している。このホイールチップ５ａは、下面を開放したホルダ５ｂによって、軸心部が回転可能に支持されている。ホイールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓ上において、垂直クラックを発生させる位置以外でも、常時、脆性材料基板Ｓの表面上に接触しており、脆性材料基板Ｓの表面上に対して所定以上の衝撃力が加わるように押圧されると、脆性材料基板Ｓ上に垂直クラックを発生させる。
支持フレーム４のフレーム本体部４ａの上面のガラスカッター５の近傍には、衝撃力付与手段であるアマチュアー６が設けられている。このアマチュアー６の周囲には、下方に付勢するスプリング（図示せず）が装着されて、アマチュアー６は、常時、下方に付勢力が加わった状態になっている。また、アマチュアー６の内部には、所定電圧の印加により上方に持ち上げる電磁力を発生するソレノイドコイル６ａが備えられており、電圧が印加された状態では、ソレノイドコイル６ａによる上方への電磁力と、スプリングによる下方への付勢力とが平衡して、静止した状態になっている。そして、ソレノイドコイル６ａへの電圧の印加、すなわちソレノイドコイル６ａへの電流の供給が停止した場合に、ソレノイドコイル６ａによる上方への電磁力が消失して、スプリングによる下方への付勢力によって、フレーム本体部４ａの上面に、ガラスカッター５のホイールチップ５ａを脆性材料基板Ｓの表面に対して垂直クラックが発生する程度の衝撃力が付与される。そして、再び所定の電圧が印加されると、上方への電磁力が作用して、静止状態に戻るようになっている。
なお、本実施の形態１では、電圧の印加が停止した場合に、スプリングの下方への付勢力によって支持フレーム４のフレーム本体部４ａに衝撃力が加えられる機器構成とした場合について説明したが、逆に、通常の状態では、アマチュアー６がスプリングによる上方への付勢力によって静止状態に支持されていて、電圧が印加（電流が供給）された場合に、下方への電磁力が加わって、フレーム本体部４ａに衝撃力が加わる機器構成としてもよい。後者の場合のほうが、電流の印加時間が短いので電力消費が少なくて済む。
支持フレーム４のフレーム本体部４ａの後端部には、冷却媒体を放出するための冷却ノズル７が、フレーム本体部４ａと一体的に取り付けられており、支持フレーム４のフレーム本体部４ａが脆性材料基板Ｓ上の凹凸等により上下に移動しても、支持フレーム４のフレーム本体部４ａの上下動に追従して移動できるようになっている。また、この冷却ノズル７は、所定の冷却媒体が冷却状態に貯蔵された図示しない冷却媒体源に接続されている。冷却ノズル７から放出される冷却媒体としては、冷却水、冷却アルコール等の低温液体、または、液状窒素、ドライアイス等を気化させて得られる窒素、二酸化炭素等の低温気体が用いられ、ヘリウムやアルゴンなどの不活性ガス、単なるエアなども用いられる。
サーボモータ２の後部側には、支持フレーム４における本体フレーム４ａの所定位置に形成された穴部４ｃを介して脆性材料基板Ｓの表面上に所定のレーザ光を照射して、レーザ光が照射された部分を加熱するレーザ光発振器８が設けられている。なお、本実施の形態１では、レーザ光発振器８が発振するレーザ光により脆性材料基板Ｓの表面に加熱スポットを形成しているが、脆性材料基板Ｓをスポットとして加熱できるものであれば、レーザ光の他、赤外線、紫外線等を発生させる加熱源を用いてもよい。
上述のレーザ光発振器８、ガラスカッター５、冷却ノズル７は、ガイドレール１０３に沿った進行方向に沿って、この順に配置されており、レーザ発振器８から照射されるレーザ光の照射領域、ガラスカッター５のホイールチップ５ａが脆性材料基板Ｓ上に接触する接触領域、冷却ノズル７から放出される冷却媒体によって冷却される冷却領域が、脆性材料基板Ｓ上に互いに近接してこの順に形成されるようになっている。
サーボモータ２の上部側には、駆動装置１１、レーザ発振器８、冷却ノズル７等の上記各構成の駆動をそれぞれ制御する制御装置９が設けられている。この制御装置９には、駆動装置１１によるガイドレール１０３方向に沿った、駆動装置１１、レーザ発振器８および冷却ノズル７の移動の変位量（すなわち、本体フレーム４の移動の変位量）を検出すると共に、サーボモータ２の回転軸３の変位を検出することによって脆性材料基板Ｓの表面に接触しているガラスカッター５のホイールチップ５ａの上下動の変位量を検出するエンコーダが設けられている。
すなわち、スクライブの起点となる垂直クラックを形成するために設置されるガラスカッター５のホイールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓ上の垂直クラックを形成しない部分においても、常時、脆性材料基板Ｓの表面に接触しており、脆性材料基板Ｓ上に存在する凹凸等によって、脆性材料基板Ｓの表面に接触するホイールチップ５ａに上下動が生じると、このホイールチップ５ａの上下動に伴って、ホルダ５ｂを固定している支持フレーム４のフレーム本体部４ｂにも上下動が生じ、この支持フレーム４のフレーム本体部４ｂの上下動が、サーボモータ２の回転軸３の回転移動を発生させる。制御装置９に備えられたエンコーダにより、このサーボモータ２の回転軸３の回転を検出することによって、ホイールチップ５ａの上下動が検出される。
制御装置９は、エンコーダによって、ホイールチップ５ａの変位量から脆性材料基板Ｓ表面の凹凸を検出することができ、この検出結果に基づいて、レーザ発振器８から照射されるレーザ光の焦点形成位置が調整されて、脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸に追従してレーザ光は、そのビーム形状、波長やパルス幅に応じて照射対象物の表面、表面付近又は内部の所定一定深さ位置に焦点が合うように自動制御されて基板上を相対移動させられる。
なお、本実施の形態１では、冷却ノズル７が支持フレーム４のフレーム本体部４ａの後端に一体的に取り付けられて、脆性材料基板Ｓの表面に接触するガラスカッター５の上下動に追従して移動することにより、脆性材料基板Ｓの表面に対して常に同一の高さから冷却媒体が放出されるようになっているが、上記のレーザ光発振器８と同様に、冷却ノズル７の高さ位置を、エンコーダによる検出結果に基づいて調整するようにしてもよい。
次に、本実施の形態１のスクライブライン形成装置の動作について、図３（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、ホィールチップ５ａをテーブル後方側に位置する状態として、スクライブラインの形成対象となる脆性材料基板Ｓをテーブル１０１上の所定位置に固定する。
次に、駆動装置１１および制御装置９を駆動させて、ホィールチップ５ａ、レーザ発振器８、冷却ノズル７を取り付けた支持フレーム４を、脆性材料基板Ｓの表面上を前方（図１の左方）に向けて移動させる。この状態では、ガラスカッター５のホィールチップ５ａは、その高さ位置がテーブル１０１に載置された脆性材料基板Ｓに対して、若干下方位置になるように設置されている。また、制御装置９は、脆性材料基板Ｓの表面に過度の押圧力が下方に加わらないように、サーボモータ２によりガラスカッター５を取り付けた支持フレーム４にかかるトルクが制御されている。
駆動装置１１の駆動により前進したガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓの端部の位置に到達する。このとき、ガラスカッター５には、脆性材料基板Ｓの表面に垂直クラックを発生させる押圧力が加わらないように制御されているため、脆性材料基板Ｓの表面より若干下方に設置されたホィールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓの端部に接触した後、脆性材料基板Ｓの端部に欠け等を発生させることなく、そのまま脆性材料基板Ｓの表面上に乗り上がる。この脆性材料基板Ｓ表面上への乗り上げによって、ガラスカッター５に上下動が生じ、この上下動がサーボモータ２の回転軸３の回転に伝達され、ガラスカッター５のホイールチップ５ａが脆性材料基板Ｓの表面に乗り上げられたことが、制御装置９に備えられたエンコーダによって検出される。
エンコーダによってガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓの表面上に乗り上がったことが検出されると、制御装置９は、アマチュアー６のソレノイドコイル６ａに印加されている電圧をオフにする。これにより、アマチュアー６は、スプリングの付勢力によって下方に移動し、フレーム本体部４ａの上面に衝撃力を付与する。この衝撃力の付与によって、脆性材料基板Ｓの表面に接触しているガラスカッター５のホィールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓの表面上の端部に急俊な衝撃力を与え、脆性材料基板Ｓの表面上には、図３（ｂ）に示すように、所定深さの垂直クラックＴが形成される。次いで、再びソレノイドコイル６ａに電圧が印加され、アマチュアー６を上方に押し上げる電磁力が発生して、スプリングの下方への付勢力と上方に押し上げる電磁力とがつりあった状態となって、アマチュアー６は所定高さ位置において静止状態となる。
ガラスカッター５のホィールチップ５ａによって脆性材料基板Ｓの端部にスクライブの起点となる垂直クラックＴが形成された後は、制御装置９は、脆性材料基板Ｓの表面にスクライブが形成されるほどの押圧力が加わらないように、脆性材料基板Ｓの表面への接触状態を維持する程度の微小な荷重が加えられるように、サーボモータ２を制御する。
脆性材料基板Ｓの表面に接触しながら転動するホイールチップ５ａを有するガラスカッター５は、脆性材料基板Ｓの表面上に凹凸、反り等があると、脆性材料基板Ｓに接触するホイールチップ５ａに上下動が生じ、このホイールチップ５ａの上下動に伴って、ホルダ５ｂを固定している支持フレーム４にも上下動が生じ、この支持フレーム４の上下動によって、サーボモータ２の回転軸３に回転移動が生じる。制御装置９に備えられるエンコーダでは、このサーボモータ２の回転軸３の回転移動を検出することによって、脆性材料基板Ｓ上の凹凸、反り等を検出する。制御装置９は、このようにエンコーダによって検出された脆性材料基板Ｓ上の凹凸、反り等に基づいて、レーザ光発振器８の焦点位置の調整を行う。これにより、脆性材料基板Ｓ上に凹凸等が生じていても、脆性材料基板Ｓの表面上又は内部の一定深さ位置に焦点が合った状態でレーザ光が照射される。また、冷却媒体を供給する冷却ノズル７は、支持フレーム４のフレーム本体部４ｂの後端部に一体的に取り付けられているので、脆性材料基板Ｓの表面の凹凸によって上下動するホイールチップ５ａの動きに連動して、上下動するようになっており、冷却ノズル７は、脆性材料基板Ｓに対して、冷却ノズル７の先端と脆性材料基板Ｓとの間の距離が一定に保たれるようになっており、脆性材料基板Ｓに凹凸等があっても、常に適正に冷却媒体を供給できる位置とされる。
引き続いて、駆動装置１１および制御装置９の駆動によって、図３（ｃ）に示すように、レーザ光発振器８、ホィールチップ５ａ、冷却ノズル７のそれぞれが脆性材料基板Ｓの表面上を一定方向に移動する。このとき、走査方向の前方側では、レーザ光発振器８によって照射されたレーザ光により、脆性材料基板Ｓの表面が溶融されない温度、すなわち、ガラス軟化点よりも低い温度に加熱される。これにより、レーザ光が照射される照射領域Ｌでは、脆性材料基板Ｓの表面が溶融されることなく加熱される。
また、脆性材料基板Ｓの表面におけるレーザ光の照射領域Ｌの近傍となる後方側には、冷却ノズル７から冷却媒体が放出されて、冷却領域Ｃが形成されている。レーザ光が照射されて加熱されるレーザ光照射領域Ｌの脆性材料基板Ｓの表面には、レーザ光による加熱によって圧縮応力が生じ、冷却媒体が放出される冷却領域Ｃには、冷却媒体によるガラス表面の冷却により引張り応力が生じる。このように、圧縮応力が生じたレーザ光照射領域Ｌに近接して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Ｓには、脆性材料基板Ｓの端部に形成された垂直クラックＴを起点として、スクライブ予定ラインに沿って、ほぼ垂直クラックＴの深さで、この垂直クラックが伸展していく。このように、順次、レーザ光発振器８、冷却ノズル７が一定方向に走査されることによって、走査方向に沿ったスクライブラインが形成される。
脆性材料基板Ｓの端部においてガラスカッター５のホイールチップ５ａによって形成された垂直クラックＴを起点として、レーザ光が照射されるレーザ光照射領域Ｌと冷却媒体が放出される冷却領域Ｃとの応力勾配を利用したスクライブラインの形成は、図３（ｄ）に示すように、レーザ光照射領域Ｌと冷却領域Ｃとの間に、走査方向に交差するスクライブラインＳＬＣが既に形成されている場合には、応力勾配が交差するスクライブラインＳＬＣの部分で途切れた状態となって、交差するスクライブラインＳＬＣを超えて、スクライブラインを形成することができない場合がある。そこで、本実施の形態１のスクライブライン形成装置では、制御装置９に備えられたエンコーダによって、駆動装置１１によるガイドレール１０３に沿った本体フレーム４の移動距離が検出されており、制御装置９が、交差するスクライブラインＳＬＣが形成された位置を記憶することによって、ガラスカッター５のホイールチップ５ａが交差するスクライブラインＳＬＣを超えた位置に到達する直前に、アマチュアー６のソレノイドコイル６ａへの電圧印加（電流の供給）が停止される。この電圧のオフは、交差するスクライブラインＳＬＣに到達するのと同時ではなく、ソレノイドコイル６ａのインダクタンス成分による電気的過渡遅れによる時間分とホイールチップ５ａが該交差位置Ｚの真上で所定の高さ位置迄上昇するだけの機械的慣性分の移動時間遅れ分を合計した時間分だけ早めに電圧がオフにされる。その時間分は、コイルの電気的特性値と流す電流値（必要なトルク値）とホイールチップ５ａの基板に対する相対移動速度から求めることができる。そうして求めた時間遅れ分の値を予め制御装置９に記憶させておき、スクライブ条件が新たに設定されたり変更されたりする度に、対応する遅れ時間の値を記憶領域から読み出して使用する。そうした遅れ時間に相当する時間分だけ早めにソレノイドコイル６ａへの通電を停止させることにより、アマチュアー６は、スプリングの付勢力によって下方に移動し、支持フレーム４の上面に衝撃力を付与する。この衝撃力の付与によって、脆性材料基板Ｓの表面上の端部および図３（ｅ）に示した、該交差位置Ｚの近傍には急俊な衝撃力が与えられ、脆性材料基板Ｓの表面上の交差するスクライブラインＳＬＣを超えた位置に、スクライブライン形成の起点となる所定深さの垂直クラックＴが形成される。
これにより、スクライブラインＳＬを形成する途上に、走査方向に交差するスクライブラインＳＬＣが形成されていても、垂直クラックＴに連続したスクライブラインＳＬを確実に形成することができる。
以上説明したように、本実施の形態１のスクライブライン形成装置１は、ガラスカッター５の上方側に配置されたアマチュアー６からの衝撃力によって脆性材料基板Ｓの表面上に垂直クラックＴを発生させるため、脆性材料基板Ｓの表面上の所望の位置にのみ急俊な衝撃力を発生させて、高精細に分断するために充分な深さの垂直クラックＴを発生させることができる。
アマチュアー６からの衝撃力は、前記従来の昇降装置による加圧力に比べると極端に小さい力ですむので、装置の簡略化、小型化を図れる。
アマチュアー６から衝撃力が与えられない場合に、ガラスカッター５は、脆性材料基板Ｓの表面に必要最小限のスクライブ圧で接触してスクライブ動作を実行するので、ガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓに乗り上がる際に脆性材料基板Ｓの端部に欠け等が発生することを防止することができる。
また、脆性材料基板Ｓの表面に接触しているガラスカッター５のホィールチップ５ａは脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸等に対応して上下動を生じ、この上下動をサーボモータ２の回転軸３の回転からエンコーダが検出し、この検出結果に基づいて、レーザ発振器８の焦点位置を調整することができるので、脆性材料基板Ｓに凹凸等があっても、脆性材料基板Ｓの表面上又は所定深さの一定位置にレーザ光が適切に照射され、高精細なスクライブラインを表面又は内部に形成することができる。
さらに、ガラスカッター５のホィールチップ５ａによりスクライブラインの起点となる垂直クラックＴを形成し、この垂直クラックＴをスクライブ予定ラインに沿って伸展させる手段として、脆性材料基板Ｓにレーザ光による加熱と冷却媒体による冷却による温度勾配を形成し、形成された温度勾配に基づく脆性材料基板Ｓの熱歪みを利用しているため、カレットは起点付近にごくわずかに発生するのみとなり、従来の刃先を用いた方法と比較すると発生するカレットの量は激減する。
制御装置９は、ホィールチップ５ａが脆性基板表面に損傷を与えない程度の荷重で接触しながら移動されるよう駆動装置１１の駆動を制御し、ホィールチップ５ａが脆性基板Ｓの端部近傍および予め形成されたスクライブラインＳＬＣの交差位置Ｚの近傍に位置するとき、脆性基板上に所定の深さの垂直クラックを発生させるようアマチュアー６の駆動を制御するので、高精緻なスクライブラインＳＬを形成することができる。
（実施の形態２）
図４は、本実施の形態２のスクライブライン形成装置１’の概略を示す側面図であり、図５は、図４のＩＶ−ＩＶ線断面からのスクライブライン形成装置１’の正面図を示している。
本実施の形態２のスクライブライン形成装置１’は、図４に示すように、レーザ発振器８が、ガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓの表面に接触する部分より後方側にレーザ光を照射するように、制御装置９から後方側（図中右方）に延びた位置に設けられている。
他の構成は、前述の実施の形態１のスクライブ形成装置１と同様となっているので、詳しい説明は省略する。
このスクライブライン形成装置１’では、ホィールチップ５ａ、レーザ発振器８、冷却ノズル７が、ガイドレール１０３に沿った進行方向に沿って、この順に配置されており、ガラスカッター５のホイールチップ５ａが脆性材料基板Ｓ上に接触する接触領域、レーザ発振器８から照射されるレーザ光の照射領域、冷却ノズル７から放出される冷却媒体によって冷却される冷却領域が、脆性材料基板Ｓ上に互いに近接して形成されるようになっている。
本実施の形態２のスクライブライン形成装置１’では、脆性材料基板Ｓの表面に接触した状態で移動するガラスカッター５のホィールチップ５ａの上下動を、サーボモータ２の回転軸３の回転に基づいて、制御装置９に設けたエンコーダによって検出する。そして、この検出結果に基づいて、ガラスカッター５の後方側に配置されたレーザ発振器８のレーザ照射位置を調整する。
なお、本実施の形態２のスクライブライン形成装置１’の動作についても、前述の実施の形態１のスクライブライン形成装置１の動作と概略同一であり、この実施の形態２のスクライブライン形成装置１’の動作について説明する図６（ａ）〜（ｅ）を参照するとして、詳しい説明は省略する。
本実施の形態２のスクライブライン形成装置１’では、ガラスカッター５の上方側に配置されたアマチュアー６からの衝撃力によって脆性材料基板Ｓの表面上に垂直クラックＴを発生させるため、脆性材料基板Ｓの表面上の所望の位置にのみ急俊な衝撃力を発生させて、高精細に分断するために充分な深さの垂直クラックＴを発生させることができ、アマチュアー６から衝撃力が与えられない場合には、ガラスカッター５のホィールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓの表面に接触して所定のスクライブを発生させる軽度の荷重しか加えられていないので、ガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓに乗り上がる際に脆性材料基板Ｓの端部に欠け等が発生することを防止することができる。
また、脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸等が、脆性材料基板Ｓの表面に接触しているガラスカッター５のホィールチップ５ａの上下動をサーボモータ２の回転軸３の回転からエンコーダが検出し、この検出結果に基づいて、レーザ発振器８の焦点位置を脆性材料基板Ｓに存在する凹凸に追従して調整することができるので、脆性材料基板Ｓの凹凸等があっても、脆性材料基板Ｓの表面上又は所定の深さの位置にレーザ光が適切に照射され、高精細なスクライブラインを形成することができる。
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態３のスクライブライン形成装置１”の概略を示す側面図である。
本実施の形態３は、支持フレーム４の本体フレーム４ａの下面において、ガラスカッター５の前方になる位置に、脆性材料基板Ｓの凹凸、反り等の変動をレーザ光の照射によって検出するレーザ変位計１０が設けられている。他の構成は、前述の実施形態１のスクライブライン形成装置１と同様であり、詳しい説明は省略する。
また、本実施の形態３のスクライブライン形成装置１”の動作についても、脆性材料基板Ｓの表面の凹凸をレーザ変位計１０を用いて検出する点以外は、前述の実施の形態１のスクライブライン形成装置の動作と概略同一であり、詳しい説明は省略する。
本実施の形態３のスクライブライン形成装置１”は、ガラスカッター５の上方側に配置されたアマチュアー６からの衝撃力によって脆性材料基板Ｓの表面上に垂直クラックを発生させるため、脆性材料基板Ｓの表面上の所望の位置にのみ急俊な衝撃力を発生させて、高精細に分断するために充分な深さの垂直クラックＴを発生させることができ、アマチュアー６から衝撃力が与えられない場合には、ガラスカッター５のホィールチップ５ａは、脆性材料基板Ｓの表面に接触して所定のスクライブを発生させる軽度の荷重しか加えられていないので、ガラスカッター５のホィールチップ５ａが脆性材料基板Ｓに乗り上がる際に脆性材料基板Ｓの端部に欠け等が発生することを防止することができる。
また、脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸等が、脆性材料基板Ｓの表面に接触しているガラスカッター５の前方側に設けられたレーザ変位計１０によって検出され、この検出結果に基づいて、レーザ発振器８の焦点位置を脆性材料基板Ｓに存在する凹凸に追従して調整することができるので、脆性材料基板Ｓに凹凸等があっても、脆性材料基板Ｓの表面上又は内部の一定深さ位置に常に焦点が合った状態で照射され、高精細なスクライブを形成することができる。
なお、脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸等は、上記のレーザ変位計１０のほかに、接触式変位計を設けることによっても検出することができる。
上記の実施の形態１〜３でそれぞれ説明したスクライブライン形成装置は、ガラスカッター５、冷却ノズル７およびレーザ光発振器８を固定して配置したが、スクライブライン形成条件に応じ、これらを互いの相対位置を変更できるように公知の技術を用いて支持フレーム４上に配置する構成としてもよい。これにより、スクライブライン形成条件に応じた適正なスクライブラインを形成することができる。なお、スクライブライン形成における諸条件とこれらの互いの相対位置との関係は日本国特許第３０２７７６８号の公報を参照されたい。
上記の実施の形態１〜３でそれぞれ説明したスクライブライン形成装置は、脆性材料基板Ｓにスクライブラインの起点となる垂直クラックＴを発生させるガラスカッター５のホィールチップ５ａを、脆性材料基板Ｓの表面上の凹凸、反りを検出するようにしたので、装置構成を安価でコンパクトなものとすることができる。
本発明の特徴の一つとして、基板Ｓの端部または交差位置Ｚを予めレーザ光によって加熱後、スクライブラインの起点となる垂直クラックＴを形成させる事が可能なので、基板Ｓの端部または交差位置Ｚにおける制御不能なクラックの発生を抑えることができる。
垂直クラックＴの形成を進行方向において、端部をわずかに越えた基板内の位置で行い（内切りの開始）あるいはスクライブラインの形成を進行方向末端のわずか手前で終了する（内切りの終了）様に制御装置９を駆動することにより、上記の制御不能なクラックの発生を抑えることができる。

以上説明したように、本発明は、ガラスカッターのホィールチップを、脆性基板の表面上に損傷を与えない程度の荷重で接触しながら移動させ、この脆性基板上を移動するガラスカッターに対して所定深さの垂直クラックを発生させる急俊な衝撃力を与える衝撃力付与手段によって、脆性基板上の所望の位置に垂直クラックを発生させる。そして、形成された垂直クラックに対して、スクライブ予定ラインに沿って、脆性基板の軟化点よりも低い温度の照射領域が形成されるレーザ光を照射するレーザ光発振器と、脆性基板を冷却するための冷却媒体を放出する冷却ノズルとを配置し、脆性基板上におけるレーザ光発振器からレーザ光が照射される照射領域に生じる圧縮応力と該冷却ノズルから放出される冷却領域に生じる引張応力とにより発生する応力勾配によって、ガラスカッターによって形成された垂直クラックが、スクライブ予定ラインに沿って伸展させることによってスクライブラインを形成する。
したがって、本発明では、脆性基板の表面上に垂直クラックを発生させる所望の位置以外では、脆性基板に接触する程度の荷重がかかっており、過度の押圧力が脆性基板に付加することがないので、ガラスカッターのホィールチップが脆性基板上に乗り上がる場合等に脆性基板に欠け等の損傷を生じることを防止することができる。
また、脆性基板の表面に凹凸があったり、脆性基板に反りがある場合でも、脆性基板表面の高さに応じた適正なスクライブ条件を採り得るので、常に安定したスクライブラインを形成することができる。
さらに、スクライブラインの起点となる垂直クラックを刃先で形成する以外は、その垂直クラックを脆性基板に生じる熱歪みを利用してスクライブ予定ラインに沿って伸展させてスクライブラインを形成するため、カレットは起点付近にごくわずかに発生するのみとなり、従来の刃先を用いた方法と比較すると激減する。

Claims (15)

1. 先端に刃先を有し、押圧力を付与して刃先を脆性基板の表面に押圧し、スクライブラインの起点となる垂直クラックを形成するための垂直クラック形成部材と、
   該脆性基板上の所望の位置で、所定の深さの垂直クラックを発生させるために、該垂直クラック形成部材に対して急俊な衝撃力を付与する衝撃力付与手段と、
   該脆性基板の軟化点よりも低い温度の領域を形成する加熱手段と、
   該脆性基板を冷却する冷却手段と、
   該加熱手段、該垂直クラック形成部材、衝撃力付与手段及び該冷却手段を、脆性基板の表面上に予め設定されたスクライブ予定ラインに沿って一定の間隔をあけた状態で、脆性基板に対して相対移動可能に配置された配置移動手段と、
   衝撃力付与手段の駆動を制御する制御部とを備えたスクライブライン形成装置。
2. 制御部は、刃先が脆性基板表面に損傷を与えない程度の荷重で接触しながら移動されるよう垂直クラック形成部材および配置移動手段の駆動を制御し、刃先が脆性基板の端部近傍および予め形成されたスクライブラインを通過する通過点の近傍に位置するとき、脆性基板上に所定の深さの垂直クラックを発生させるよう衝撃力付与手段の駆動を制御する請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
3. 加熱手段は、脆性基板上を移動する前記垂直クラック形成部材の上下動から該脆性基板表面の高さ変化を検出し、この検出結果に基づいて前記レーザ光発振器から照射されるレーザ光の焦点を調整するためのサーボ機構を具備してなる請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
4. 冷却手段は、脆性基板上を移動する前記垂直クラック形成部材の上下動に連動して上下動するよう配置移動手段に配置された請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
5. 配置移動手段が、スクライブ予定ラインの前方側から、垂直クラック形成部材、加熱手段及び冷却手段または、加熱手段、垂直クラック形成部材及び冷却手段のいずれかの順に前記３つの部材を配置してなる請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
6. 配置移動手段が、垂直クラック形成部材、加熱手段及び冷却手段を、互いの相対位置を変更できるように配置してなる請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
7. 冷却手段は、冷却手段の高さ位置を調整するサーボ機構を有する請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
8. 垂直クラック形成部材は、ホイールチップを刃先としてこれを転動可能に支持したガラスカッターである請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
9. 加熱手段が、所定のレーザ光を照射するレーザ光発振器である、請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
10. 冷却手段が、冷却媒体を放出する冷却ノズルである、請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
11. 衝撃力付与手段は、ソレノイドコイルへの通電をオンまたはオフすることによって、刃先を脆性基板表面上に押圧する移動慣性を発生させるアマチュアーである、請求の範囲第１項に記載のスクライブライン形成装置。
12. 脆性基板の表面の高さ変化を検出するためのレーザ変位計および接触式変位計のいずれか１つをさらに具備してなる請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか１つに記載のスクライブライン形成装置。
13. 脆性基板が、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板および有機ＥＬディスプレイパネル用ガラス基板の中から選択された１つである請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１つに記載のスクライブライン形成装置。
14. 先端に刃先を有する垂直クラック形成部材を脆性基板上を移動させながら刃先に急俊な衝撃力を与える衝撃力付与手段によって、脆性基板上の所望の位置に所定深さの垂直クラックを発生させる工程と、
    該垂直クラックに対して、基板上に設定されたスクライブ予定ラインに沿って、該脆性基板の軟化点よりも低い温度の照射領域を形成すると共に、該照射領域の後方に冷却領域を形成してスクライブラインを形成する工程と、
    を包含することを特徴とするスクライブ形成方法。
15. 刃先が脆性基板の端部近傍および予め形成されたスクライブラインと交差する交差位置の近傍に位置するとき、衝撃力付与手段によって、脆性基板上の所望の位置に所定深さの垂直クラックを発生させる請求の範囲第１４項に記載のスクライブライン形成方法。

Images