JPWO2007020835A1 - 脆性材料の割断加工システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

被加工基板の大きさにかかわらず、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速な割断加工を実現することができる、脆性材料の割断加工システムを提供する。基板ホルダ５１は、定盤５３と、この定盤５３上に設けられ被加工基板６１の割断予定線７１に沿って略平行に延びる複数の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄとを含んでいる。基板ホルダ５１に含まれる各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、当該各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄの平行状態を維持したまま、割断予定線７１に垂直でかつ被加工基板６１の面内方向（Ｘ方向）、割断予定線７１に垂直でかつ被加工基板６１の鉛直方向（Ｚ方向）及び割断予定線の周り方向（θ方向）に関して位置δｘ、高さδｚ及びチルト角δθだけ調整（任意設定）可能に構成されている。

Description

本発明は、脆性材料（硬く脆い材料）からなる被加工基板を局部的に加熱し、その熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システムに係り、とりわけ、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速な割断加工を実現することができる、脆性材料の割断加工システム及びその方法に関する。なお、本明細書において「被加工基板」とは、脆性材料からなる基板一般をいい、ガラス基板に限らず、セラミック材やシリコン、ガリュウム砒素、サファイヤ等からなる各種の板状の基板をも含むものとする。

従来から、脆性材料からなる被加工基板に対して割断加工を行う方法として、レーザビームを用いて脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱するとともに水等により局部的に冷却し、その熱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方法が提案されている（特許文献１参照）。

この方法では、被加工基板に損傷（溶融や変形、変質等）を与えずに投入することが可能なレーザビームのエネルギーに制約があり、脆性材料からなる被加工基板の割断加工を高速に実現することが困難であった。

そこで、このような問題点を解消するための従来の代表的な方法として、レーザビームが照射される被加工基板の割断予定線に機械的な応力を印加し、レーザビームの照射により発生する局部的な熱応力（引張応力）に機械的な応力（引張応力）を重畳させた状態で被加工基板に亀裂を生じさせることで、被加工基板の割断加工をより高速に行う方法が提案されている（特許文献２〜４参照）。

しかしながら、上述した従来の方法ではいずれも、被加工基板の割断予定線に機械的な応力を印加した状態で当該割断予定線にレーザビームを照射して割断加工を行っているので、機械的な応力が印加された分だけ被加工基板の割断速度が高速化するものの、亀裂の形成時に機械的な応力が与えられることによる影響により被加工基板の割断面の品位が悪くなるという問題がある。特に、被加工基板が数百ｍｍサイズと小さい場合には割断加工は比較的に容易に行われるが、被加工基板のサイズが大きくなると、被加工基板の変形状態が問題になり、被加工基板を精度よく割断することが困難になり、その結果、被加工基板の割断面の品位を良好に維持することができなくなる。

ここで、このような被加工基板の割断方法において、被加工基板の割断面の品位の良否は実用上非常に重要である。一般的に、液晶パネル等で用いられる長方形のガラス基板等において、その割断面の品位は、直線性とソゲ量とによって評価される。図１２に示すように、「直線性」とは、被加工基板６１の表面における割断線６８の直線性（割断予定線７１からの割断線６８のずれδｗ_１）をいい、「ソゲ量」とは、被加工基板６１の表面に対する割断面６８ａの厚さ方向の直角度（割断予定線７１に対応する垂直な面からの割断面６８ａのずれδｗ_２）をいう。なお、実際の製品では、これらの直線性及びソゲ量に関して上限値が決められており、具体的には、直線性に関して±数十μｍ以下（±数百μｍ以下）、ソゲ量に関して±数十μｍ以下（±数百μｍ以下）程度である。これらの数値は、メーカーや製品に応じて異なるものであるが、例えば、直線性に関して±５０μｍ以下、ソゲ量に関して±７０μｍ以下程度であることが好ましい。
特表平８−５０９９４７号公報 特開平７−３２３３８４号公報 特開平１０−７１４８３号公報 特開平１０−１１６８０１号公報

しかしながら、このような直線性及びソゲ量により評価される被加工基板の割断面の品位を向上させることは比較的難しく、現状の被加工基板の割断方法にとっての実用化の大きな障壁になっている。特に、割断対象となる被加工基板は理想的な平面形状をなしておらず、うねり等の要因により波打っている場合が多いので、このような被加工基板を適切に支持しながら高品位な割断加工を実現することが困難であるという問題がある。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、被加工基板の大きさにかかわらず、脆性材料からなる被加工基板の高品位でかつ高速な割断加工を実現することができる、脆性材料の割断加工システム及びその方法を提供することを目的とする。

本発明は、その第１の解決手段として、脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱し、その熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システムにおいて、被加工基板を支持する基板ホルダと、基板ホルダにより支持された被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱することにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせる割断ユニットと、割断ユニットにより被加工基板に生じた亀裂が当該被加工基板の割断予定線に沿って進展するように、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させる移動ユニットとを備え、基板ホルダは、被加工基板の割断予定線に沿って略平行に延びる複数の保持バーを含み、各保持バーは、被加工基板のうち割断予定線の近傍の部分が凸形状をなすように、その位置、高さ及び姿勢が調整されていることを特徴とする割断加工システムを提供する。

なお、上述した本発明の第１の解決手段において、割断ユニットは、基板ホルダにより支持された被加工基板に対して上方からレーザビームを照射し、基板ホルダの各保持バーは、被加工基板のうち割断予定線の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように当該被加工基板を支持することが好ましい。

また、上述した本発明の第１の解決手段において、割断ユニットは、基板ホルダにより支持された被加工基板に対して下方からレーザビームを照射し、基板ホルダの各保持バーは、被加工基板のうち割断予定線の近傍の部分が鉛直下方に凸形状をなすように当該被加工基板を支持することが好ましい。

また、上述した本発明の第１の解決手段においては、基板ホルダの複数の保持バーのうちの少なくとも一つの保持バーにより、被加工基板のうち割断予定線を挟んで一方の側に位置する基板部分が固定されるとともに、残りの保持バーのうち、少なくとも一つの保持バーにより、被加工基板のうち割断予定線を挟んで他方の側に位置する基板部分が移動可能に支持されることが好ましい。

さらに、上述した本発明の第１の解決手段において、基板ホルダの各保持バーは、被加工基板のうち割断予定線を挟んで一方の側又は他方の側に位置する基板部分の割断加工後の姿勢又は形状を規制することが好ましい。

さらに、上述した本発明の第１の解決手段において、基板ホルダの各保持バーは、当該各保持バーの平行状態を維持したまま、割断予定線に垂直でかつ被加工基板の面内方向、割断予定線に垂直でかつ被加工基板の鉛直方向及び割断予定線の周り方向のうちの少なくとも一つの方向に関して調整可能に構成されていることが好ましい。

さらに、上述した本発明の第１の解決手段において、基板ホルダの各保持バーは、割断予定線に垂直でかつ被加工基板の面内方向、割断予定線に垂直でかつ被加工基板の鉛直方向及び割断予定線の周り方向のうちの少なくとも一つの方向を、被加工基板に形成された亀裂先端の位置に応じて、割断中に随時調整可能に構成されていることが好ましい。

さらに、上述した本発明の第１の解決手段においては、割断ユニットにより被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却する冷却ユニットをさらに備え、移動ユニットは、割断ユニット及び冷却ユニットにより被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させることが好ましい。

本発明は、その第２の解決手段として、脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱し、その熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工方法において、割断対象となる被加工基板を準備する準備工程と、被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板の割断予定線に沿って移動させることにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせるとともに当該亀裂を進展させる割断工程とを含み、準備工程において、被加工基板の割断予定線に沿って略平行に延びる複数の保持バーを含む基板ホルダにより被加工基板を支持するとともに、準備工程及び割断工程において、基板ホルダの各保持バーの位置、高さ及び姿勢を調整することにより、被加工基板のうち割断予定線の近傍の部分が凸形状をなすように当該被加工基板を支持することを特徴とする割断加工方法を提供する。

なお、上述した本発明の第２の解決手段においては、割断工程において、被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を冷却することが好ましい。

本発明によれば、被加工基板を支持する基板ホルダが、被加工基板の割断予定線に沿って略平行に延びる複数の保持バーを含み、これらの各保持バーにより被加工基板が支持されているので、被加工基板にて割断予定線の方向に関して均一な割断応力が生成される。このため、被加工基板の変形が割断予定線の方向に沿って均一に生じることとなり、被加工基板を平坦面上に単純に載置した場合に比べて、被加工基板の割断加工が割断予定線に沿って直線的に行われ、その割断面の品位（直線性及びソゲ量）を向上させることができる。

また、本発明によれば、基板ホルダの各保持バーは、被加工基板のうち割断予定線の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、その位置、高さ及び姿勢が調整されているので、割断加工が行われる被加工基板の割断予定線の近傍の部分に対して効果的な機械的な応力を印加して、高品位でかつ高速な割断加工をより容易に実現することができる。

本発明の一実施形態に係る割断加工システムの全体構成を示す図。 図１に示す割断加工システムで用いられる基板ホルダの詳細を示す斜視図。 図１及び図２に示す割断加工システムの基板ホルダにより支持される被加工基板の支持態様の一例を示す図。 図１及び図２に示す割断加工システムの基板ホルダにより支持される被加工基板の支持態様の他の例を示す図。 図１及び図２に示す割断加工システムの基板ホルダにより支持される被加工基板の支持態様を説明するための斜視図。 図１及び図２に示す割断加工システムにより割断加工が行われる被加工基板の変形状態を説明するための図。 図１及び図２に示す割断加工システムで行われる被加工基板の割断態様の一例を説明するための図。 図１及び図２に示す割断加工システムで行われる被加工基板の割断態様を説明するための平面図。 図１及び図２に示す割断加工システムで行われる被加工基板の割断態様の他の例を説明するための図。 図１及び図２に示す割断加工システムで行われる被加工基板の割断態様のさらに他の例を説明するための図。 図１及び図２に示す割断加工システムで用いられる基板ホルダに含まれる固定保持バーの変形例を示す図。 図１及び図２に示す割断加工システムで用いられる基板ホルダに含まれる可動保持バーの変形例を示す図。 割断加工システムにおいて実用上要求される被加工基板の割断面の品位（直線性及びソゲ量）を説明するための図。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

まず、図１により、本発明の一実施形態に係る割断加工システムの全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る割断加工システム１は、脆性材料からなる被加工基板６１を局部的に加熱し、その熱応力によって被加工基板６１に亀裂を生じさせて割断加工を行うものであり、被加工基板６１を支持する基板ホルダ５１と、基板ホルダ５１により支持された被加工基板６１に対して割断加工を行うための加熱冷却ユニット１０と、加熱冷却ユニット１０に対して被加工基板６１を相対的に移動させる移動ユニット５２とを備えている。なおここでは、割断対象となる被加工基板６１として、液晶工程で取り扱われる素ガラス基板や膜付き基板（カラーフィルタ基板やＴＦＴ基板等）のほか、液晶などを注入した貼合基板が用いられるものとする。

このうち、加熱冷却ユニット１０は、予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０を含み、これらの各ユニットが被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って相対的に移動するように構成されている。なお、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０は、被加工基板６１上での移動方向に関して先頭側から後尾側へ向かってこの順番で一直線状に配置されている。

以下、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０の詳細について説明する。

予熱ユニット２０は、被加工基板６１上にレーザビームＬＢ１を照射して被加工基板６１を局部的に予熱するためのものであり、２００Ｗ程度のＣＯ_２レーザ光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を被加工基板６１上で走査するポリゴンミラー２３とを有している。これにより、レーザ発振器２１により出射されたレーザ光が反射ミラー２２を経てポリゴンミラー２３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、線状のレーザビームＬＢ１が生成される。

割断ユニット３０は、被加工基板６１上にレーザビームＬＢ２を照射して被加工基板６１を局部的に加熱することにより、被加工基板６１に亀裂を生じさせるためのものであり、数十Ｗ〜百数十Ｗ程度のＣＯ_２レーザ光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を被加工基板６１上で走査するポリゴンミラー３３とを有している。これにより、レーザ発振器３１により出射されたレーザ光が反射ミラー３２を経てポリゴンミラー３３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、線状のレーザビームＬＢ２が生成される。

冷却ユニット４０は、被加工基板６１に冷却剤Ｃを吹き付けて被加工基板６１上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却するためのものであり、水や霧（水と気体との混合物）、窒素、ヘリウム等の気体、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の冷却剤Ｃを被加工基板６１の表面に噴射する冷却ノズル４１を有している。

以上において、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０はいずれも被加工基板６１に沿う方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動することができるようになっており、予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０がいずれも被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って適切な間隔で一直線状に配置されるようにアライメント調整を行うことができるようになっている。

一方、移動ユニット５２は、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０に対して被加工基板６１を相対的に移動させるためのものであり、被加工基板６１を支持する基板ホルダ５１を加熱冷却ユニット１０に対してＸＹ平面内で相対的に移動させる移動ステージ（図示せず）を有している。

次に、図２により、移動ユニット５２によりＸＹ平面内で移動する基板ホルダ５１の詳細について説明する。

図２に示すように、基板ホルダ５１は、定盤５３と、この定盤５３上に設けられ被加工基板６１の割断予定線７１に沿って略平行に延びる複数の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄとを含んでいる。

ここで、基板ホルダ５１に含まれる各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、当該各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄの平行状態を維持したまま、割断予定線７１に垂直でかつ被加工基板６１の面内方向（Ｘ方向）、割断予定線７１に垂直でかつ被加工基板６１の鉛直方向（Ｚ方向）及び割断予定線の周り方向（θ方向）に関して位置δｘ、高さδｚ及びチルト角δθだけ調整（任意設定）可能に構成されている。なお、各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄによる位置δｘ、高さδｚ及びチルト角δθの調整は、モータ等の駆動機構により自動的に行う他、各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄと定盤５３との間に薄板を入れること等により手動で行ってもよい。

また、基板ホルダ５１に含まれる複数の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄのうちの少なくとも一つの保持バー５４Ａは、その表面に、真空吸着機構（図示せず）に連通した吸着部５５が設けられており、被加工基板６１のうち割断予定線７１を挟んで一方の側に位置する基板部分の裏面を吸着して当該基板部分を固定することにより、被加工基板６１が保持バー５４Ａ上を滑らないように構成されている。また、このような保持バー５４Ａとしては、金属やゴム等からなる構成部材に吸着部５５に対応する穴を開けた構造をとる他、その構成部材として、吸着部５５として機能する複数の孔を有する多孔質セラミックを用いてもよい。一方、残りの保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１のうち割断予定線７１を挟んで他方の側に位置する基板部分を摩擦滑り等の態様で移動可能に支持することにより、被加工基板６１が保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ上を滑るように構成されている。なお、被加工基板６１のうち移動可能に支持された基板部分は、複数の保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持されるように構成されているので、割断加工後の基板部分が不安定にならない。

そして、以上のような構成からなる基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、その位置、高さ及び姿勢が調整されている。より具体的には、図３Ａに示すように、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃの位置及び高さを調整することにより、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすようにすることができる。また、図３Ｂに示すように、吸着部５５が設けられた保持バー５４Ａをチルト角δθだけ回転させることにより、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすようにすることもできる。

なお、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持される被加工基板６１は、図４に示すように、ＸＺ平面内で波打っている場合がある。これは、被加工基板６１の理想的な形状は図５（ａ）に示す符号６１′のような平面形状であるが、実際の被加工基板６１では、製造工程での加工の問題や、製造後の熱処理の問題から、図５（ａ）に示す符号６１″のように、ＸＺ平面内及びＹＺ平面内のいずれにおいても波打っている（うねりや反り等がある）のが一般的である。なお、このような被加工基板６１″のうねりは、例えば約０．１μｍ／１０ｍｍ（測定長）等である。

ここで、このような被加工基板６１″を基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持すると、図４及び図５（ｂ）に示すような被加工基板６１として支持される。すなわち、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持される被加工基板６１は、ＸＺ平面内でのみ波打っており、被加工基板６１の一方の端部の位置Ｐ１、他方の端部の位置Ｐ３及び任意の部分の位置Ｐ２のいずれの位置においても、ＸＺ平面内の被加工基板６１の断面形状はほぼ同一となっている。このため、被加工基板６１が元々持つ初期応力が均質になり、被加工基板６１にて割断予定線７１の方向に関して均一な割断応力が生成される。このため、被加工基板６１の割断加工は割断予定線７１に沿って直線的に行われることとなり、その割断面の品位（直線性及びソゲ量）も向上する。なおここで、「均一な割断応力」という場合の「割断応力」とは、割断加工がＹ軸方向に行われる場合を想定すると、主にＸ軸方向に発生する応力のことをいう。

なお、基板ホルダ５１に含まれる複数の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１のうち割断予定線７１を挟んで一方の側又は他方の側に位置する基板部分の割断加工後の姿勢／形状を規制する部材としても機能する。

次に、このような構成からなる本実施形態の作用について説明する。

図１及び図２に示す割断加工システム１において、割断対象となる被加工基板６１を移動ユニット５２上に設けられた基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ上に位置決めする。

そして、移動ユニット５２により基板ホルダ５１を移動させ、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ上に位置決めされた被加工基板６１の割断予定線７１上に加熱冷却ユニット１０を位置付ける。なお、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０は、被加工基板６１の割断予定線７１上に位置付けられたときに当該割断予定線７１に沿って適切な間隔で一直線状に配置されるように予めアライメント調整が行われている。

この状態で、移動ユニット５２により、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄ上に位置決めされた被加工基板６１を加熱冷却ユニット１０に対して相対的に移動させ、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０を被加工基板６１上で割断予定線７１に沿ってこの順番で相対的に移動させる。

これにより、図１及び図２に示すように、まず、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０が相対的に移動し、被加工基板６１上に線状のレーザビームＬＢ１を照射することにより、被加工基板６１を所定の温度（３０℃〜２００℃程度）で局部的に予熱する。なおこのとき、予熱ユニット２０においては、レーザ発振器２１により出射されたレーザ光が反射ミラー２２を経てポリゴンミラー２３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、照射パターン６２を有する線状のレーザビームＬＢ１が生成される。

そして、このようにして予熱ユニット２０により局部的に予熱された被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って割断ユニット３０が相対的に移動し、予熱ユニット２０により被加工基板６１上で局部的に予熱が行われた領域よりも幅の狭い線状の領域に線状のレーザビームＬＢ２を照射することにより、被加工基板６１を所定の温度（１００℃〜４００℃程度）で局部的に加熱する。なおこのとき、割断ユニット３０においては、レーザ発振器３１により出射されたレーザ光が反射ミラー３２を経てポリゴンミラー３３で反射され、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って繰り返し走査されることにより、照射パターン６３を有する線状のレーザビームＬＢ２が生成される。

その後、このようにして割断ユニット３０により局部的に加熱された被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って冷却ユニット４０が相対的に移動し、割断ユニット３０により被加工基板６１上で局部的に加熱が行われた領域よりも幅の広い円形状の領域に冷却剤Ｃを吹き付けることにより、被加工基板６１を局部的に冷却する。なおこのとき、冷却ユニット４０においては、冷却ノズル４１から噴射された冷却剤Ｃが被加工基板６１の表面に所定の吹付パターン６４で吹き付けられる。

以上のようにして、被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って加熱冷却ユニット１０による処理（予熱ユニット２０による予熱、割断ユニット３０による加熱及び冷却ユニット４０による冷却）が順次行われると、主として被加工基板６１の加熱により発生した熱応力（引張応力）と被加工基板６１の冷却により発生した引張応力とによって亀裂６８が形成され、かつ、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０が被加工基板６１上で割断予定線７１に沿って相対的に移動することに伴って割断予定線７１に沿って亀裂６８が進展する。

ところで、以上のような割断加工の過程で、被加工基板６１は、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持されており、これらの各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄの位置、高さ及び姿勢が調整されることにより被加工基板６１の姿勢／形状が調整されている。

ここで、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄの位置、高さ及び姿勢についての具体的な調整の仕方を説明するため、第１の例として、被加工基板６１が図６（ａ）に示すような態様で支持されている場合について説明する。この場合、被加工基板６１は、保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持されており、保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄとの接触部分以外は、被加工基板６１の自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化している。なお、保持バー５４Ｂは被加工基板６１に接触していない。また、各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、その位置及び高さが調整されている。

この状態で、被加工基板６１が割断予定線７１（割断予定位置７１′）で割断されると、被加工基板６１は、基板部分６１Ａと基板部分６１Ｂとに分断される（図６（ｂ））。

このとき、割断加工後の基板部分６１Ａは、吸着部５５が設けられた保持バー５４Ａにより支持された状態で、自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化し、新たな姿勢／形状になる。一方、割断加工後の基板部分６１Ｂは、保持バー５４Ｃ，５４Ｄにより支持された状態で、やはり、その自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化し、新たな姿勢／形状になる。このとき、図６（ｂ）に示すように、割断加工後の被加工基板６１の割断線（割断面６８ａ）の位置は、基板部分６１Ａと基板部分６１Ｂとで大きく異なる。これは、被加工基板６１の割断予定線７１の近傍に位置する保持バー５４Ｂの高さが低いので、被加工基板６１の自重によるたわみにより引き起こされる基板部分６１Ｂの姿勢／形状の変化を何ら規制していないためである。

これに対し、図６（ｃ）に示すように、被加工基板６１の割断予定線７１の近傍に位置する保持バー５４Ｂの高さを適切に調整すれば、割断加工後の被加工基板６１の割断線（割断面６８ａ）の位置を、基板部分６１Ａと基板部分６１Ｂとで同等することができる。すなわち、保持バー５４Ｂが割断加工後の被加工基板６１の基板部分６１Ｂの支持に寄与するように保持バー５４Ｂの高さを調整すれば、被加工基板６１の自重によるたわみにより引き起こされる基板部分６１Ｂの姿勢／形状の変化を適切に規制することができる。

より具体的には、図７に示すように、被加工基板６１をその端部（基板位置Ｐ３）から割断加工していく場合、被加工基板６１のうち既に割断された基板部分（図７の符号７０）は、その自重により垂れ下がり又は跳ね上がり、そのバランスの違いにより発生したねじれ応力（亀裂先端Ｔに発生したねじれモーメント）や引張応力（図７の符号６９）がクラックに作用し、割断面の精度又は品位の劣化を発生させることになる。このため、基板ホルダ５１の保持バー５４Ｂ及びその他の保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄを調整する際には、割断加工後（被加工基板６１が途中まで切れている時点（亀裂先端Ｔが被加工基板６１中にある時点）を含む）の被加工基板６１の姿勢／形状の変化を考慮し、クラックに作用するねじれ応力と引張応力とのアンバランス量とが最小となるように、その位置（δｘ）や高さ（δｚ）、チルト角（δθ）等を調整する。

これにより、被加工基板６１に発生するねじれ応力（亀裂先端Ｔに発生したねじれモーメント）や引張応力（図７の符号６９）を適切に制御して、割断面の品位（直線性及びソゲ量）を向上させることができる。

なお、これらの位置（δｘ）、高さ（δｚ）、チルト角（δθ）等が、割断加工中のクラックの位置、すなわち被加工基板に形成された亀裂先端Ｔの位置に応じて割断中に随時変化するよう、基板ホルダ５１の保持バー５４Ｂ及びその他の保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄを制御することもできる。

次に、第２の例として、被加工基板６１が図８（ａ）に示すような態様で支持されている場合について説明する。この場合、被加工基板６１は、保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄにより支持されており、保持バー５４Ａ，５４Ｃ，５４Ｄとの接触部分以外は、被加工基板６１の自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化している。なお、保持バー５４Ｂは被加工基板６１に接触していない。また、吸着部５５が設けられた保持バー５４Ａは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、チルト角δθ_１だけ回転している。

この状態で、被加工基板６１が割断予定線７１（割断予定位置７１′）で割断されると、被加工基板６１は、基板部分６１Ａと基板部分６１Ｂとに分断される（図８（ｂ））。

このとき、割断加工後の基板部分６１Ａは、吸着部５５が設けられた保持バー５４Ａにより支持された状態で跳ね上がり、新たな姿勢／形状になる。一方、割断加工後の基板部分６１Ｂは、保持バー５４Ｃ，５４Ｄにより支持された状態で、その自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化し、新たな姿勢／形状になる。このとき、被加工基板６１の割断予定線７１の近傍に位置する保持バー５４Ｂの高さが十分に低いか又は存在しない場合には、図８（ｂ）に示すように、基板部分６１Ｂの割断線（割断面６８ａ）の位置は、大きく垂れ下がることになる（変位δｚ′）。なお、図８（ｂ）において、符号６１は割断加工後の被加工基板、符号６１′は割断加工前の被加工基板を示す。

これに対し、被加工基板６１の割断予定線７１の近傍に位置する保持バー５４Ｂの高さが適切に調整されている場合には、図８（ｃ）に示すように、基板部分６１Ｂの割断線（割断面６８ａ）の位置の垂れ下がり量（変位δｚ″）は、図８（ｂ）の場合よりも小さくなる（δｚ″＜δｚ′）。なお、図８（ｂ）において、符号６１は割断加工後の被加工基板、符号６１′は割断加工前の被加工基板、符号６１″は図８（ｂ）に示す態様で割断された被加工基板を示す。

これにより、被加工基板６１に発生するねじれ応力や引張応力を適切に制御して、割断面の品位（直線性及びソゲ量）を向上させることができる。

次に、第３の例として、被加工基板６１が図９（ａ）に示すような態様で支持されている場合について説明する。この場合、被加工基板６１は、保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃにより支持されており、保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃとの接触部分以外は、被加工基板６１の自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化している。なお、各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、その位置及び高さが調整されている。

この状態で、被加工基板６１が割断予定線７１（割断予定位置７１′）で割断されると、被加工基板６１は、基板部分６１Ａと基板部分６１Ｂとに分断される（図９（ｂ））。

このとき、割断加工後の基板部分６１Ａは、吸着部５５が設けられた保持バー５４Ａにより支持された状態で、自重によるたわみにより、その姿勢／形状が変化し、新たな姿勢／形状になる。一方、割断加工後の基板部分６１Ｂは、自重により、その姿勢／形状が変化し、新たな姿勢／形状になる。このとき、被加工基板６１の割断予定線７１から遠い側の部分を支持する保持バーがない場合には、図９（ｂ）に示すように、保持バー５４Ｂ，５４Ｃにより支持された状態で被加工基板６１の割断予定線７１側の部分が跳ね上がるとともに割断予定線７１から遠い側の部分が垂れ下がることになる。なお、図９（ｂ）において、符号６１は割断加工後の被加工基板、符号６１′は割断加工前の被加工基板を示す。

これに対し、被加工基板６１の割断予定線７１から遠い側の部分を支持する保持バー５４Ｄが設けられている場合には、図９（ｃ）に示すように、被加工基板６１の割断予定線７１側の部分が跳ね上がりが最小限に抑えられる。なお、図９（ｃ）において、符号６１は割断加工後の被加工基板、符号６１′は割断加工前の被加工基板を示す。

これにより、被加工基板６１に発生するねじれ応力や引張応力を適切に制御して、割断面の品位（直線性及びソゲ量）を向上させることができる。

このように本実施形態によれば、被加工基板６１を支持する基板ホルダ５１が、被加工基板６１の割断予定線７１に沿って略平行に延びる複数の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄを含み、これらの各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄにより被加工基板６１が支持されているので、被加工基板６１にて割断予定線７１の方向に関して均一な割断応力が生成される。このため、被加工基板６１の変形が割断予定線７１の方向に沿って均一に生じることとなり、被加工基板６１を平坦面上に単純に載置した場合に比べて、被加工基板６１の割断加工が割断予定線７１に沿って直線的に行われ、その割断面の品位（直線性及びソゲ量）を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、基板ホルダ５１の各保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように、その位置、高さ及び姿勢が調整されているので、割断加工が行われる被加工基板６１の割断予定線７１の近傍の部分に対して効果的な機械的な応力を印加して、高品位でかつ高速な割断加工をより容易に実現することができる。

なお、上述した実施形態においては、加熱冷却ユニット１０に含まれる予熱ユニット２０及び割断ユニット３０により被加工基板６１に亀裂６８を直接生じさせているが、加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０に先行して移動する割断線リードユニットをさらに設け、被加工基板６１の表面に円盤等が接触した状態で割断予定線７１に沿って相対的に移動させることにより、被加工基板６１の表面に百分の数μｍ〜数十μｍ程度の深さの圧痕（微細な初期クラック）を形成するようにしてもよい。これにより、加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０及び割断ユニット３０により形成される亀裂６８の真直性等をさらに向上させることができる。

また、上述した実施形態においては、移動ユニット５２により加熱冷却ユニット１０に対して被加工基板６１側（基板ホルダ５１側）を移動させることにより加熱冷却ユニット１０と被加工基板６１との相対的な移動を実現するようにしているが、これに限らず、加熱冷却ユニット１０側を移動させることにより加熱冷却ユニット１０と被加工基板６１との相対的な移動を実現するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、基板ホルダ５１により支持された被加工基板６１に対して上方からレーザビームＬＢ１，ＬＢ２を照射しているが、これに限らず、基板ホルダ５１により支持された被加工基板６１に対して下方からレーザビームＬＢ１，ＬＢ２を照射する場合にも同様にして本発明を適用することができる。ただし、この場合には、被加工基板６１を支持する基板ホルダ５１の保持バー５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１のうち割断予定線７１の近傍の部分が鉛直下方に凸形状をなすように当該被加工基板６１を支持する必要がある。

さらに、上述した実施形態において、基板ホルダ５１の保持バー５４Ａは、その表面に設けられた吸着部５５により被加工基板６１の裏面を吸着して当該被加工基板６１を固定するように構成されているが、これに限らず、図１０に示す固定保持バー５７のように、下部クランプ部５７ａ及び上部クランプ部５７ｂにより被加工基板６１をその表裏両側から機械的に挟んで固定するように構成されていてもよい。なお、被加工基板６１を固定する方法としては、これらに限らず、静電吸着等の他の任意の方法を用いることができる。また、被加工基板６１の自重のために保持バー５４Ａ上で被加工基板６１が移動しない場合には、保持バー５４Ａにより被加工基板５１を強制的に固定する必要は必ずしもなく、保持バー５４Ａ上に被加工基板６１を単純に載置するだけでもよい。

さらに、上述した実施形態においては、基板ホルダ５１の保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１を摩擦滑り等の態様で移動可能に支持しているが、これに限らず、図１１に示す可動保持バー５８のように、その表面に設けられた吹出部５８ａから空気等を吹き出すことによりエアー浮上方式で移動可能に支持してもよい。この場合には、割断加工後の被加工基板６１は非常に移動しやすくなるので、被加工基板６１の割断速度の高速化に寄与することができる。なお、このような可動保持バー５８としては、金属やゴム等からなる構成部材に吹出部５８ａに対応する穴を開けた構造をとる他、その構成部材として、吹出部５８ａとして機能する複数の孔を有する多孔質セラミックを用いてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、基板ホルダ５１の保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄは、被加工基板６１を摩擦滑り等の態様で移動可能に支持しているが、保持バー５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄの一部に吸着孔を設け、弱い吸引等を行って被加工基板６１を可動の状態ではなく半可動の状態で支持することも可能である。

Claims (10)

1. 脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱し、その熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工システムにおいて、
   被加工基板を支持する基板ホルダと、
   前記基板ホルダにより支持された前記被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱することにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせる割断ユニットと、
   前記割断ユニットにより前記被加工基板に生じた亀裂が当該被加工基板の割断予定線に沿って進展するように、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板に対して相対的に移動させる移動ユニットとを備え、
   前記基板ホルダは、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って略平行に延びる複数の保持バーを含み、前記各保持バーは、前記被加工基板のうち前記割断予定線の近傍の部分が凸形状をなすように、その位置、高さ及び姿勢が調整されていることを特徴とする割断加工システム。
2. 前記割断ユニットは、前記基板ホルダにより支持された前記被加工基板に対して上方からレーザビームを照射し、前記基板ホルダの前記各保持バーは、前記被加工基板のうち前記割断予定線の近傍の部分が鉛直上方に凸形状をなすように当該被加工基板を支持することを特徴とする、請求項１に記載の割断加工システム。
3. 前記割断ユニットは、前記基板ホルダにより支持された前記被加工基板に対して下方からレーザビームを照射し、前記基板ホルダの前記各保持バーは、前記被加工基板のうち前記割断予定線の近傍の部分が鉛直下方に凸形状をなすように当該被加工基板を支持することを特徴とする、請求項１又は２に記載の割断加工システム。
4. 前記基板ホルダの前記複数の保持バーのうちの少なくとも一つの保持バーにより、前記被加工基板のうち前記割断予定線を挟んで一方の側に位置する基板部分が固定されるとともに、残りの保持バーのうち、少なくとも一つの保持バーにより、前記被加工基板のうち前記割断予定線を挟んで他方の側に位置する基板部分が移動可能に支持されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の割断加工システム。
5. 前記基板ホルダの前記各保持バーは、前記被加工基板のうち前記割断予定線を挟んで一方の側又は他方の側に位置する基板部分の割断加工後の姿勢又は形状を規制することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の割断加工システム。
6. 前記基板ホルダの前記各保持バーは、当該各保持バーの平行状態を維持したまま、前記割断予定線に垂直でかつ前記被加工基板の面内方向、前記割断予定線に垂直でかつ前記被加工基板の鉛直方向及び前記割断予定線の周り方向のうちの少なくとも一つの方向に関して調整可能に構成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の割断加工システム。
7. 前記基板ホルダの前記各保持バーは、前記割断予定線に垂直でかつ前記被加工基板の面内方向、前記割断予定線に垂直でかつ前記被加工基板の鉛直方向及び前記割断予定線の周り方向のうちの少なくとも一つの方向を、被加工基板に形成された亀裂先端の位置に応じて、割断中に随時調整可能に構成されていることを特徴とする、請求項６記載の割断加工システム。
8. 前記割断ユニットにより前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を局部的に冷却する冷却ユニットをさらに備え、
   前記移動ユニットは、前記割断ユニット及び前記冷却ユニットにより前記被加工基板上で局部的に加熱及び冷却が行われた領域を当該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乃至７のいずれか一項に記載の割断加工システム。
9. 脆性材料からなる被加工基板を局部的に加熱し、その熱応力によって当該被加工基板に亀裂を生じさせて割断加工を行う割断加工方法において、
   割断対象となる被加工基板を準備する準備工程と、
   前記被加工基板上にレーザビームを照射して当該被加工基板を局部的に加熱しつつ、当該被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板の割断予定線に沿って移動させることにより、当該被加工基板に亀裂を生じさせるとともに当該亀裂を進展させる割断工程とを含み、
   前記準備工程において、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って略平行に延びる複数の保持バーを含む基板ホルダにより前記被加工基板を支持するとともに、前記準備工程及び前記割断工程において、前記基板ホルダの前記各保持バーの位置、高さ及び姿勢を調整することにより、前記被加工基板のうち前記割断予定線の近傍の部分が凸形状をなすように当該被加工基板を支持することを特徴とする割断加工方法。
10. 前記割断工程において、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域を冷却することを特徴とする、請求項９に記載の割断加工方法。

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