JP4666391B2 - ガラス基板の分断方法 - Google Patents

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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、セラミック基板等の脆性材料からなるマザー基板を、レーザビームを用いて溶融温度未満で加熱することにより、垂直クラックからなるスクライブラインを形成した上で分断する脆性材料基板の分断方法に関し、特に、互いに交差する二方向の垂直クラックを基板上に形成した上で、これら二方向に沿って分断するガラス基板の分断方法に関する。
従来、脆性材料基板にカッターホイール等を圧接させながら転動させてスクライブラインを形成し、形成されたスクライブラインに沿って垂直方向に押圧してブレイクすることにより、この基板を分断することが行われている。
例えば、液晶ディスプレイ等のパネル製造分野では、２枚のガラス基板を貼り合わせたマザー基板に対して、互いに直交する第１の方向および第２の方向にそれぞれ単数又は複数のスクライブラインを順次形成し（以下、クロススクライブと称する）、形成された各スクライブラインに沿ってマザー基板をブレイクすることにより、小さい寸法の単位基板が切り出されている。
ガラス基板等の脆性材料基板に対して、カッターホイールを用い、互いに直交する第１および第２のスクライブラインを、この順にそれぞれ形成する際、交点飛び（第１スクライブラインに交差する第２スクライブラインを形成する際に、交点付近にスクライブラインが形成されない「飛び」が生じる現象）の発生を防止するために、第２のスクライブラインはスクライブ圧を大きくして形成することが開示されている（特許文献１参照）。
また、近年、レーザビームを用いて基板の溶融温度未満で基板を加熱し、基板に垂直クラックを形成した上で、基板を分断する方法が実用化されている。レーザビームを用いて脆性材料基板を分断する方法では、脆性材料基板の加工始点に形成した切り欠き部分（トリガという）を、レーザビーム照射により発生する熱応力によって成長させつつ、レーザビームをスクライブ予定ラインに沿って移動させることにより、垂直クラックを加工終点まで誘導する。
通常、カッターホイールを用いて脆性材料基板のスクライブを行った場合には、カッターホイールによって脆性材料基板に付与される機械的な応力によって基板の欠陥が生じやすく、ブレイクを行った際に上記欠陥に起因する割れ等が発生する。
これに対して、レーザビームを用いて脆性材料基板のスクライブを行う場合には、熱応力を利用する為、工具を直接、基板に押さえつけることがないため、分断面は欠け等の少ない平滑な面となり、基板の強度が維持される。すなわち、レーザビームを用いた脆性材料基板のスクライブでは、非接触加工であるため、上記した潜在的欠陥の発生が抑えられ、ブレイクを行った際に脆性材料基板に発生する割れ等の損傷を抑えることができる。
レーザビームによりクロススクライブラインを形成する場合は、第１の方向に第１のスクライブラインを形成した後、第２の方向に第１のスクライブラインよりも浅い垂直クラックからなる第２のスクライブラインを形成することにより、第１方向スクライブラインと第２方向スクライブラインとの交点における異常なクラックの発生を防止することが開示されている（特許文献２参照）。
特公平５−３５６８９号公報 特許第３３７０３１０号公報
図１０は、レーザビーム照射によってマザー基板にスクライブラインを形成した後、形成されたスクライブラインに沿ってマザー基板を分断する工程の従来例を説明する図である。図１０（ａ）において、第１の方向に、速度Ｖでレーザビームを走査してマザー基板Ｇに第１のスクライブラインＳ１１、Ｓ１２を形成する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、第１のスクライブラインＳ１１、Ｓ１２と直交する第２の方向に、速度Ｖでレーザビームを走査して、第２のスクライブラインＳ２１、Ｓ２２を形成する。なお、これらのスクライブライン形成の際のレーザビームの出力は一定であり、基板端にはトリガを形成してある。
次いで、図１０（ｃ）に示すように、第２のスクライブラインＳ２１、Ｓ２２に沿って、マザー基板Ｇに負荷Ｆを与えて第１のブレイクＢ１１、Ｂ１２を行う。このとき、マザー基板Ｇは第２のスクライブラインＳ２１、Ｓ２２に沿って比較的容易に分断（分離）される。すなわち、マザー基板Ｇに形成されたスクライブラインＳ２１、Ｓ２２の片側端部に、トリガとなる切り欠きが形成されているので、小さな負荷Ｆで分断できる。
次いで、図１０（ｄ）に示すように、第１のスクライブラインＳ１１、Ｓ１２に沿って、第２のブレイクＢ２１、Ｂ２２を行う。このとき、基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のうち、基板Ｇ１には、スクライブライン形成前に基板端に形成されたトリガを有し、また基板Ｇ３には、スクライブライン形成時に基板端に自然に形成されたトリガを有する。
したがって、図１０（ｃ）に示した第１のブレイクＢ１１、Ｂ１２の場合と同様の方法で、負荷Ｆでブレイクを行っても、３つに分断された分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３のうち、少なくとも分割マザー基板Ｇ２には、トリガが存在しないため、第１のスクライブラインＳ１１、Ｓ１２に沿って容易に分断することができない。強引に、マザー基板Ｇ２を、第１のスクライブラインＳ１１、Ｓ１２に沿ってブレイクしようとすれば、荷重Ｆ以上の大きな荷重を与えて、第２のブレイクＢ２１、Ｂ２２を行わねばならない。特に基板の板厚が大きい場合（基板の材質にもよるが、例えば、板厚２ｍｍ以上の場合）には、ブレイクの際の負荷が大きい。
通常、ブレイクの際の負荷は、確実に分断が可能な荷重範囲で、かつ、できるだけ小さく設定することで、基板に与える衝撃を抑えるようにして、ブレイクの際に欠け等の損傷が発生するのを防止するようにしている。分割マザー基板Ｇ１〜Ｇ３に対して荷重Ｆより大きな荷重を加えてブレイクを行った場合には、衝撃が大きく加わり、マザー基板Ｇの分断面（第２方向分断面）には欠け等の損傷が発生しやすくなる。
一方、第１スクライブラインＳ１１、Ｓ１２を深いクラックで形成しようとすると、レーザビーム移動速度を低くするか又はレーザ出力を大きくすることが必要となり、実用上十分なレーザビーム移動速度が確保できなかったり、ブレイク後の分断面の品質が大幅に低下したりするという問題があった。
そこで、本発明は、ガラス基板を分断する際に、分断面に発生する欠け等の損傷を大幅に低減し、良好な基板分断面が得られるガラス基板の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、ガラス基板上の互いに交差する第１方向および第２方向に対し、基板端にトリガを形成しておくとともに、この順でそれぞれの方向にトリガの位置からレーザビームを相対移動させながら照射して溶融温度未満で加熱し、前記基板に生じる熱応力により垂直クラックからなる第１方向および第２方向のスクライブラインを順次形成した後に、これらのスクライブラインに沿って前記基板をブレイクするガラス基板の分断方法において、以下の工程を具備する。
（ａ）第１方向スクライブ工程：レーザビームの相対移動速度及び／又は出力を調整して、第一方向スクライブラインを形成する際のレーザビームのエネルギー密度［＝レーザ出力（Ｗ）÷ビーム面積（ｍｍ ２ ）÷（スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）］が０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ ３ となるようにしてレーザビームを走査し、それによって引張応力を発生させて第１方向スクライブラインを形成する。通常、第１方向スクライブラインを構成する垂直クラックは、ブラインドクラックである。
（ｂ）第２方向スクライブ工程：第１方向スクライブ工程後に、第１方向スクライブライン近傍に発生させた引張応力を利用して、第２方向スクライブライン上の第１方向スクライブラインとの交点近傍に、局所的に第２方向のブレイクの際に起点となるブレイク用トリガクラックを形成させながら第２方向スクライブラインを形成する。通常、第２方向スクライブラインのブレイク用トリガクラック部分以外の部分を構成する垂直クラックは、ブラインドクラックであり、ブレイク用トリガクラックは可視クラックである。例えば、第１方向スクライブラインを形成する際のレーザビームの相対移動速度及び／又は出力を、エネルギー密度［＝レーザ出力（Ｗ）÷ビーム面積（ｍｍ２）÷（スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）］が所定の閾値以上となるように調整することにより、局所的にブレイク用トリガクラックを形成させながら第２方向スクライブラインを形成することができる。具体的には、第１方向スクライブラインを形成する際に、スクライブラインを形成することができるエネルギー密度の範囲内で、所定の閾値よりも高い範囲のエネルギー密度で第１方向スクライブラインを形成することにより、第２方向スクライブラインを形成する際にブレイク用トリガクラックを形成させることができる。特に限定されるものではないが、脆性材料基板がソーダガラス基板等のガラス基板である場合、第１方向スクライブラインを形成する際のレーザビームのエネルギー密度［＝レーザ出力（Ｗ）÷ビーム面積（ｍｍ２）÷スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）］を、例えば、０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ３としてもよい。第２方向スクライブライン深さは、第１方向スクライブライン深さよりも浅くてもよいが、深くてもよい。従って、第２方向スクライブラインを形成する際のレーザビームのエネルギー密度を、第１方向スクライブラインを形成する際よりも、減らしてもよいが、増やしてもよい。
（ｃ）第１方向ブレイク工程：第２方向スクライブ工程後に、前記基板を第１方向スクライブラインに沿ってトリガを起点にして負荷を与えてブレイクする。
（ｄ）第２方向ブレイク工程：第１方向ブレイク工程後に、前記基板を第２方向スクライブラインに沿ってトリガまたはブレイク用トリガを起点にして、前記基板に与える負荷が、第１方向ブレイク工程の際に与える負荷と同等、または、それより小さい負荷でブレイクする。
ここで、本願発明はガラス基板に適用されるが、これ以外に、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にも適用することができる。
このような基板としては、単板あるいは貼り合わせ基板が含まれ、回路パターンや電極を形成する金属膜や樹脂膜が付いた基板も含まれる。本発明は、例えば、従来の分断方法では、スクライブ後のブレイクの際に大きな加圧力が必要な基板の分断のために有効である。一般に、ソーダガラス基板は、レーザを用いたスクライブ後のブレイクが比較的容易であるが、例えば、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）に用いられる２ｍｍ以上（例えば２〜５ｍｍ）の厚みを有するソーダガラス基板は、従来の分断方法では、ブレイクの際に大きな加圧力を必要とする。
本発明の脆性材料基板の分断方法が適用される脆性材料基板の具体的な用途としては、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイパネル、プロジェクター用基板等のフラットパネルディスプレイ用のパネルが挙げられる。本発明において「基板の局所的な体積収縮」とは、ガラスのような非晶質材料が元来有する準安定状態から熱処理等を受けることによってその体積を収縮させる現象を意味する。局所的な体積収縮を起こした基板が表面から冷却されることにより、基板内部に引張応力が発生する。
本発明において「互いに交差する第１方向と第２方向」とは、互いに直交する２方向の場合が最も好ましいが、これに限られず、要するに、交点が形成される２方向であればよい。
レーザビームの相対移動は、レーザビーム側を移動させてもよいし、基板側を移動させてもよいし、ＸＹ二次元直交座標系でＸ方向（Ｙ方向）はレーザビーム側で移動させ、Ｙ方向（Ｘ方向）は基板側で移動させてもよい。
熱応力による垂直クラックの発生は、レーザビーム照射による加熱の後に、自然放置による自然空冷を行うことにより発生させることができるが、冷媒を吹き付けて強制冷却することにより熱応力を積極的に発生させて、より確実に発生させるようにするのが好ましい。
例えば、スクライブラインに沿って押圧して、スクライブラインを軸として曲げモーメントを加えることにより、ブレイクすることができる。押圧は、基板に対し直線的に接する圧子を有するブレイクバーを用いてスクライブラインにせん断力を与えることが好ましいが、これに限られない。例えば、ブレイクバーによる押圧とともに基板の押圧側が凹部となるように基板を撓ませるようにして、実質的に押圧するようにしてもよい。
本発明によれば、ガラス基板上の互いに交差する第１方向および第２方向に対し、予め基板端にトリガを形成しておく。まず、上記第１方向スクライブ工程（ａ）で、レーザビーム走査時の相対移動速度とレーザビーム出力との少なくともいずれかのパラメータを調整して、レーザビーム照射を行うことにより、第１スクライブラインを形成する。レーザビーム走査時の相対移動速度（スクライブ速度）は、例えば、５０〜１５０ｍｍ／ｓであってもよい。また、レーザ出力は、例えば、１００〜２００Ｗであってもよい。また、レーザビームのエネルギー密度［＝レーザ出力（Ｗ）÷ビーム面積（ｍｍ２）÷スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）］は、０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ ３ にする。このとき、第１方向スクライブライン近傍において局所的な体積収縮が生じそれによって前記部位に引張応力が発生する。この引張応力により、第１スクライブラインが形成される。このクラックは通常はブラインドクラックとして形成される。
この第１スクライブラインを形成させるためのレーザビーム照射加熱の際に、上述したレーザビーム相対移動速度やレーザビーム出力の調整により、基板表面温度が溶融温度を超えないように制御することが必要であるが、さらに、その温度範囲条件下で、加熱領域をできるだけ高温にすること、すなわち、レーザビーム照射のエネルギー密度を、スクライブが可能な範囲で、できるだけ高くすること（所定の閾値以上に調整すること）が、上記の引張応力を大きく発生させる条件として好ましい。なお、所定の閾値はガラス基板では０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ ３ である。
続いて第２方向スクライブ工程（ｂ）で、第２方向にスクライブを行い、第１方向スクライブライン近傍に生じた引張応力を利用して、後述する第２方向のブレイクを行う際にブレイクの起点となるブレイク用トリガクラックを、第２方向スクライブライン上の第１方向スクライブラインとの交点近傍に局所的に形成する。
すなわち、第２方向へのスクライブにより、第２方向スクライブラインが形成されるが、このとき第２方向スクライブラインの第１方向スクライブラインとの交点近傍領域（すなわち引張応力が存在する位置）を構成するクラックと、第２方向スクライブラインの前記交点から離れた領域（引張応力が存在しない位置）を構成するクラックとでは、クラックの性状が異なる。
第２方向スクライブライン上の第１スクライブライン近傍領域では、第２方向スクライブにより生じるクラックによって、第１スクライブライン近傍領域に存在する引張応力が開放されるため、この領域のクラックが閉じきらずに開いた状態で残り、通常は、視認可能な可視クラックとなる。
この可視クラックは、ブレイクを行う際のトリガとして機能するようになる。
一方、後者のクラックは、第１スクライブラインと同様のスクライブラインを形成するクラック（通常はブラインドクラック）である。したがって、交点近傍の第２方向スクライブラインに生じる局所的なクラック部分のみが、ブレイク用トリガクラックとなる。
続いて第１方向ブレイク工程（ｃ）で、先に第１方向スクライブラインに沿ってトリガを起点にして負荷を与えて前記基板をブレイクする。すなわち、ブレイク用トリガクラックが形成されている第２スクライブライン方向とは異なる第１方向を先にブレイクすることにより、分断後の各基板部分の端部に、それぞれブレイク用トリガクラックが残るようにする。
最後に、第２方向ブレイク工程（ｄ）で、ブレイク用トリガクラックを起点にして第２方向スクライブラインに沿って前記基板をブレイクする。
本発明の分断方法によれば、第２方向のスクライブラインに沿って、従来よりも小さい負荷で、脆性材料基板をブレイクすることができる。したがって、基板に欠け等が発生しにくく、良好な脆性材料基板の分断面が得られる。
また、本発明の分断方法によれば、第２スクライブラインを形成する工程中に、同時に第２方向ブレイク工程の際のブレイク用トリガクラックを形成することができるので、別途にブレイク用トリガクラックを形成する工程を組み込む必要がなくなり、ブレイク用トリガクラックを形成する工程を含んだ他の分断プロセスに比較して、工程を簡略化することができる。
（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記分断方法において、第１方向のスクライブラインおよび第２方向のスクライブライン（ブレイク用トリガクラック以外の部分）を構成する垂直クラックはブラインドクラックであり、ブレイク用トリガクラックは可視クラックであるようにしてもよい。これにより、第２方向のブレイクは小さい負荷で容易に行うことができ、しかも、トリガ形成の有無（可視クラックの有無）を目視で確認できるので、トリガ形成の有無のチェックが容易となる。
以下、本発明における基板の分断方法、および、この分断方法を実施する基板分断システムについて図面を用いて説明する。
〔装置構成〕
図１は、本発明の一実施形態である分断方法を実施する際に用いられる基板分断システム１００の概略構成を示すブロック図である。この基板分断システム１００は、スクライブライン形成部２００と、ブレイク部３００と、これら全体を制御する制御部４００とから構成される。スクライブライン形成部２００とブレイク部３００とは、一体構造にすることもできるが、本実施例では、分離した構造にしている。そのため、周知のロボットハンドからなる基板搬送部５００を両者の間に介在させるようにして制御部４００にて制御することにより、スクライブライン形成部２００からブレイク部３００へ基板を搬送し、反転させるようにしている。
スクライブライン形成部２００は、制御部４００による制御下で、一連の動作を実行する。これらの動作を実行するスクライブライン形成部２００の装置構成を、機能ブロックごとに分けて説明すると、レーザビーム照射部２０１と、レーザビーム走査部２０２と、レーザビーム走査方向変更部２０３とにより構成される。
このうちレーザビーム照射部２０１は、図示しない入力機器（例えばキーボード）によって、予め設定した出力値のレーザビームを照射する。
レーザビーム走査部２０２は、図示しない入力機器により予め設定した移動速度で、レーザビーム照射部２０１をマザー基板Ｇに対し相対的に移動することにより、マザー基板Ｇを局所的に加熱する。レーザビーム走査方向変更部２０３は、マザー基板Ｇに対するレーザビーム走査部２０２の走査方向を変更する。
次に上述したスクライブライン形成部２００の各機能ブロックを、具体的な装置構成により説明する。図２は、本発明の一実施形態であるスクライブライン形成部２００（スクライブ装置）の具体的構造を示す。
このスクライブ装置２００は、水平なＸＹ平面を有する架台１１上で、Ｙ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により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２１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、マザー基板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、マザー基板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マザー基板Ｇは、上記のスライド機構（Ｘ軸駆動機構）により、Ｘ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。さらに、モータ２３の回転速度が調整できるようにしてあり、回転速度を変更することにより、テーブル２６のＸ軸方向の移動速度が調整できるようにしてある。
また、台座１９上には、図示しないモータによって駆動される回転機構２５が設けられており、この回転機構２５により、テーブル２６上に載置されたマザー基板Ｇの方向を、変更することができるようにしてある。本実施形態では、基準載置位置に載置したマザー基板Ｇを９０度ずつ回転す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の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上に支持された取付台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ＣＯ２レーザ）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を介してマザー基板Ｇに照射される。
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（ヘリウムガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガスなど）と、冷媒源４１から供給される冷媒ガスを噴射するノズル４２とからなり、レーザビーム照射により加熱されたマザー基板Ｇを局所的に急冷することで、熱応力を生じさせ、クラックの発生を促している。
スクライブヘッド３１の冷却部４０が取り付けられた側とは反対側の一端には、マザー基板Ｇの端部に、クラックの起点となるトリガを機械的に形成するトリガ形成部４５（例えばカッターホイール）が取り付けられている。このトリガ形成部４５は、マザー基板Ｇの端部が真下にあるときに、一時的にスクライブヘッド３１を降下させて圧接することにより、マザー基板Ｇの端部にトリガ（切り欠き）を形成する。
スクライブライン形成部２００は、このような具体的構成を有しているので、先に説明した機能ブロック構成とは以下の関係となる。
すなわち、光学ホルダ３３、レーザ発振器３４、レンズ光学系３５は、レーザビーム照射部２０１に対応する。また、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方向駆動機構は、スクライブヘッド３１から基板Ｇに照射されるレーザビームを走査するレーザビーム走査部２０２に対応する。また、回転機構２５は、マザー基板Ｇを回転することにより、マザー基板Ｇに対するレーザビーム走査方向を変更することができるので、レーザビーム走査方向変更部２０３に対応する。
さらに、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、ボールナット１６からなるＹ方向駆動機構は、マザー基板ＧをＹ方向にスライドさせて、Ｘ方向に沿って平行に複数回のスクライブを行う際に駆動される。すなわち、一つの方向に沿って一度だけ走査するのではなく、同一方向に２度以上走査し、マザー基板Ｇを３分割あるいはそれ以上にスクライブする際に、レーザビーム走査部２０２の位置を、Ｙ方向にシフトするために用いられる。
また、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、マザー基板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。この位置読取機構により、テーブル２６上に載置されたマザー基板Ｇの位置を求めることができる。すなわち位置読取機構による基板位置データを用いて、上述したＸ方向駆動機構、Ｙ方向駆動機構、回転機構により位置調整を行えば、マザー基板Ｇを自動で位置決めすることができる。なお、ＣＣＤカメラ３８、３９により撮影された画像は、モニタ４８、４９により確認できるようにしてあり、手動操作によってもマザー基板Ｇの位置決めを行うこともできる。
次に、ブレイク部３００について説明する。
図１に示すように、ブレイク部（ブレイク装置）３００は、スクライブ形成部２００と同様、制御部４００による制御下で、一連の動作を実行する。これらの動作を実行するブレイク部３００の装置構成を、機能ブロックごとに分けて説明すると、ブレイクバー位置調整部３０１およびブレイクバー駆動部３０２により構成される。
このうち、ブレイクバー位置調整部３０１は、ブレイクバー７１の圧子７２（後述する図３参照）が、マザー基板Ｇのスクライブラインが形成された面とは反対側の面の前記スクライブラインに対応する直線上または直線近傍に沿うように、ブレイクバー７１の相対位置を調整する（複数のスクライブラインがあるときは順次沿うように移動する）。
ブレイクバー駆動部３０２は、ブレイクバー７１を駆動することによりブレイクバー７１の圧子７２をマザー基板Ｇに当接させ、マザー基板Ｇに対し負荷を与える。
次に、上述したブレイク部３００の各機能ブロックを、具体的な装置構成により説明する。図３は、本発明の一実施形態であるブレイク部３００（ブレイク装置）の具体的構造を示す。
架台５１上のテーブル５２上には、台座５９が水平な状態で配置されている。台座５９は、テーブル５２上に平行に配置された一対のガイドレール６１（図示されたガイドレール６１以外に紙面奥側に同形状のガイドレール６１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６１は、Ｘ方向（左右方向）に沿って配置されている。また、各ガイドレール６１の中間部には、各ガイドレール６１と平行にボールネジ６２が配置されており、ボールネジ６２がモータ６３によって正転、逆転されるようにしてある。
ボールネジ６２には、ボールナット６４が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット６４は、台座５９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６２の正転、逆転によって、ボールネジ６２に沿って、正逆の両方向に移動する。これにより、台座５９が各ガイドレール６１に沿ったＸ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５９上には、マザー基板Ｇが載置されるテーブル６６が水平な状態で設けられている。テーブル６６上には、マザー基板Ｇが、例えば、吸引チャックによって固定される。テーブル６６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マザー基板Ｇは、上記のスライド機構（Ｘ軸駆動機構）により、Ｘ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。
また、台座５９上には、図示しないモータにより駆動される回転機構６５が設けられており、この回転機構６５によりテーブル６６上に載置されたマザー基板Ｇの方向を変更することができるようにしてある。本実施形態では、マザー基板Ｇを９０度ずつ回転することができるようにしてある。
テーブル６６の上方には、テーブル６６の表面から適当な間隔をあけて、ブレイクバー７１が配置されている。ブレイクバー７１は、長手方向を有するロッド部材で構成される。このブレイクバー７１は、フレーム７３に支持された昇降機構７４のピストンロッド先端に取り付けられ、昇降機構７４が駆動されることにより上下方向に移動する。ブレイクバー７１の下端部分は、先鋭化された刃状の圧子７２を形成している。そして、昇降機構７４が作動して圧子７２が下降すると、テーブル６６上に載置されたマザー基板Ｇを押圧するようにしてある。
ブレイクバー７１の横には、ＣＣＤカメラ７８、７９からなる位置読取機構８０が設けられ、マザー基板Ｇに刻印されたアライメントマークおよびスクライブライン形成の際に端部に形成されたトリガを撮影して、いわゆる画像認識手法により、アライメントマークやトリガの位置が認識できるようにしてある。この位置読取機構８０により、テーブル６６上に載置されたマザー基板Ｇの位置を求めることができる。また、位置読取機構８０により撮影された画像に基づいてＸ軸駆動機構を駆動させることにより、圧子７２を、マザー基板Ｇのスクライブラインに沿うようにすることができる。
なお、ＣＣＤカメラ７８、７９により撮影された画像は、モニタ９８、９９により、目視によっても位置を確認できるようにしてある。
ブレイク部３００は、このような具体的構成を有しているので、先に説明した機能ブロック構成とは以下の関係となる。すなわち、台座５９、ボールネジ６２、モータ６３、ボールナット６４からなるＸ方向駆動機構と、回転機構６５と、ＣＣＤカメラ７８、７９からなる位置読取機構８０とが、圧子７２をスクライブラインに沿うように位置調整するブレイクバー位置調整部３０１に対応する。
また、昇降機構７４は、マザー基板Ｇに対し、ブレイクバー７１を押圧させるブレイクバー駆動部３０２に対応する。
次に、制御部４００について説明する。制御部４００は、ＣＰＵ、メモリ等からなるコンピュータシステムで構成され、メモリに記憶されたアプリケーションソフトを実行することにより、上述したスクライブライン形成部２００およびブレイク部３００の各部を制御し、本発明の分断方法の動作（図４のフローチャートを用いて後述する）を実行する。
また、本実施形態では、スクライブライン形成部２００からブレイク部３００へ基板を反転して搬送するための基板搬送部５００を使用しており、制御部４００が、この基板搬送部５００の制御を行うことにより、マザー基板Ｇを、スクライブライン形成部２００の基準載置位置からブレイク部３００の基準載置位置へ反転して搬送している。
〔動作例〕
次に、上記構成の基板分断システムによる基板分断動作について、図４のフローチャート図、および、図５の工程説明図を用いて説明する。
予め、レーザビーム照射部２０１のレーザ出力と、レーザビーム走査部２０２の移動速度とのパラメータを設定しておく。この設定は、レーザビームが照射される領域のマザー基板Ｇの最高到達温度が、できるだけ高温となる条件（すなわち、レーザビーム照射のエネルギー密度ができるだけ高くなる条件）で、かつ、マザー基板Ｇの溶融温度未満（スクライブ可能な範囲）となるような条件を、実験的に求めて設定する。ここでレーザビームの相対移動速度及び／又はレーザビーム出力は、後述する第１方向スクライブラインＳ１１、Ｓ１２を形成する際に第１方向スクライブラインＳ１１、Ｓ１２近傍において局所的な体積収縮を生じさせそれによって前記部位に引張応力を発生させるように設定される。
レーザビームのパラメータ設定が終了した状態で、分断しようとするマザー基板Ｇをスクライブライン形成部２００の基準載置位置に置き、レーザビーム照射部２０１によってレーザビームを照射しながら、レーザビーム走査部２０２により、図５（ａ）に示すように、ガラス基板Ｇ上で第１の方向に走査して、第１方向スクライブラインＳ１１、Ｓ１２を形成する（ｓ１０１）。このときスクライブラインＳ１１、Ｓ１２に沿ってブラインドクラックが形成されるとともに、その近傍に、図６に示すように引張応力が残った領域Ｈが形成される。なお、レーザビームの走査の際に、走査開始側のマザー基板Ｇの端部には、図２のトリガ形成部４５によってトリガＴｒ１１、Ｔｒ１２も形成されている。
その後、回転機構２５の駆動によってマザー基板Ｇをテーブル２６とともに９０度右回転して、第１方向と直交する第２方向へのスクライブ工程の準備をする。
続いて、第1方向へスクライブしたときと全く同様の手順で、レーザビームを第２方向へ走査することにより、図５（ｂ）に示すように、第２方向スクライブラインＳ２１、Ｓ２２を形成する（ｓ１０２）。これにより、スクライブラインＳ２１、Ｓ２２に沿ってブラインドクラックが形成されるとともに、マザー基板Ｇの端部にはトリガＴｒ２１、Ｔｒ２２が形成される。さらに、図５とともに図６にも示すように、スクライブラインＳ１１、Ｓ１２、スクライブラインＳ２１、Ｓ２２が互いに直交する交点近傍の引張応力が残った領域Ｈ内には、トリガとして機能する可視クラックＶＣが形成される。
その後、スクライブラインＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２が形成されたマザー基板Ｇを基板搬送部５００によってブレイク部３００の基準載置位置に搬送し、ブレイク工程の準備をする。
続いて、ブレイクバー位置調整部３０１によって、ブレイクバー７１の圧子７２（図３参照）の真下位置に、マザー基板Ｇの第１方向スクライブラインＳ１１が位置するように圧子７２の位置を調整した後、ブレイクバー駆動部３０２を作動させてマザー基板Ｇを押圧し、ブレイクを行う（ｓ１０３）。マザー基板Ｇは、負荷が与えられることにより、第１方向のブレイクラインＢ１１に沿って分断される。マザー基板Ｇの端部には、スクライブラインＳ１１形成の際に必要なＴｒ１１を形成してあるので、これが起点となってブレイクが進行することになり、小さい負荷で容易かつ簡単に分断することができる。続いて、ブレイクバー位置調整部３０１によってマザー基板ＧをＸ軸方向にシフトし、第１方向スクライブラインＳ１２に対しても同様にブレイクすることにより、マザー基板ＧをブレイクラインＢ１２に沿って分断する。この結果、マザー基板Ｇは、部分的に分断された短冊状の分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３となる。
その後、ブレイクバー位置調整部３０１により分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を９０度右回転して、第１方向と直交する第２方向へのブレイク工程の準備をする。
続いて、さらにブレイクバー位置調整部３０１によって、ブレイクバーの圧子７２の真下位置に、分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の第２方向スクライブラインＳ２１がくるように位置調整した後、ブレイクバー駆動部３０２を作動させて分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を押圧し、ブレイクを行う（ｓ１０４）。分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、負荷が与えられることにより、第２方向のブレイクラインＢ２１に沿って分断される。このとき、分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の端部にはブレイク用のトリガとなる可視クラックＶＣが形成されているので、３つの分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、いずれも、基板端にトリガとなるクラックが存在する。したがって、小さい負荷で容易かつ簡単に分断することができる。
続いて、ブレイクバー位置調整部３０１によって分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３をＸ軸方向にシフトし、第２方向スクライブラインＳ２２に対しても同様にブレイクすることにより、分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３をブレイクラインＢ２２に沿って分断する。分割マザー基板Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の端部にはブレイク用のトリガとなる可視クラックＶＣが形成されているので、やはり小さい負荷で容易かつ簡単に分断することができる。
以上の工程により、基板の分断面に大きな荷重をかけることなく、分断することができるので、作製された９個の単位基板は、端面に欠け等の損傷がほとんど発生しない。
上述したように、本発明の分断方法を実施する場合には、スクライブ工程の際に、マザー基板にブレイク用トリガクラックが形成されることが必要である。このブレイク用トリガクラックの発生の有無について、実験データに基づいて説明する。
図７は、第１方向へのスクライブ工程（第１スクライブ）の際のレーザビーム移動速度（図７の行方向データ）、第２方向へのスクライブ工程（第２スクライブ）の際のレーザビーム移動速度（図７の列方向データ）を、それぞれ変化させた場合の可視クラック発生範囲を示すデータである。レーザビーム移動速度は第１スクライブ、第２スクライブともに、９０〜１６０ｍｍ／ｓの範囲で変化させている。
このとき使用した基板の材質はソーダガラスで、肉厚が２．８ｍｍである。レーザ出力は１７０Ｗに固定している。なお、いずれの設定条件の場合も、決して最高到達温度が基板溶融温度には達しない範囲にしてある。
図において、「○」は可視クラックが発生した場合、「×」はブラインドクラックが発生した場合である。図から明らかなように、第１スクライブの際のレーザビーム速度が９０ｍｍ／ｓ、１００ｍｍ／ｓの場合、すなわち、レーザ照射領域の温度が、基板溶融温度未満であって、最高到達温度が高い場合には、第２スクライブの際のレーザビーム移動速度に影響されず、常に可視クラックが発生している。このことから、基本的に、基板が高温に加熱され、残留応力が大きい場合には、第２スクライブの際にクラックが発生し、このクラックによって残留応力が開放されるため、クラックが閉じずに開いたままの状態で残るものと考えられる。
なお、第１スクライブのレーザビーム移動速度が１１０ｍｍ／ｓの場合は、たまたま、第２方向移動速度が１４０ｍｍ／ｓ、１５０ｍｍ／ｓ、１６０ｍｍ／ｓの３点でのみ可視クラックが発生しているが、これは第２方向の移動速度を、１６０ｍｍ／ｓから測定し、続いて１５０ｍｍ／ｓ、１４０ｍｍ／ｓの降順で測定した場合にこのようになったものである。第２方向の移動速度を９０ｍｍ／ｓから測定し、続いて１００ｍｍ／ｓ、１１０ｍｍ／ｓの昇順で測定した場合には、９０ｍｍ／ｓ、１００ｍｍ／ｓ、１１０ｍｍ／ｓの３点で可視クラックが発生するようになった。
これは、測定の際に、第１スクライブが１１０ｍｍ／ｓの場合のデータは、すべて１本の長い第１スクライブラインに、順次、第２スクライブ（第１スクライブラインを横断するスクライブ）を行うことによってデータを得ていることに起因する。すなわち、１本のスクライブラインに対する第２スクライブの回数が増すことによって、１本の第１スクライブラインに残る引張応力が次第に緩和され小さくなっていくことになり、本実施例では４回目以降の第２スクライブ後は、上記の引張応力が小さくなって可視クラックを形成することができなくなったものと考えられる。
図８は、ガラス基板上に発生した可視クラックを示す写真である。そして、このような可視クラックが発生した条件でスクライブされた基板は、ブレイクの際に、小さな負荷を与えるだけで、簡単に分断できることが確認された。すなわち、第１方向のブレイク工程の際に与える負荷と同等、場合によっては、これより小さい負荷で第２方向のブレイクを行えることが確認された。
比較のために、第１スクライブの際の移動速度が１５０ｍｍ／ｓのときの基板について第１方向のブレイクと、第２方向のブレイクとを同じ負荷にして分断を行ったが、トリガとなる可視クラックが形成されていないため、第１方向の分断が可能な標準的な負荷を与えるだけでは、第２方向の分断はできなかった。
また、図７における第１スクライブが１１０Ｗの場合は、可視クラックが発生するか否かの境界領域であるが、この場合は、可視クラックが観察されない場合でも、分断に必要な負荷は、小さくなっている。このことから、可視クラックが目視確認できないだけで、実質的にブレイク用トリガクラックが発生していると考えられる。
すなわち、ブレイク用トリガクラックは、可視クラックがあれば確実に形成されていると言えるが、可視クラックが目視確認できない場合であっても、第１方向ブレイクと第２方向ブレイクとの負荷が同じ程度で、第２方向の分断ができる場合は、本発明によるブレイク用トリガクラックは形成されているものと判断することができる。
図９は、厚み２．８ｍｍのソーダガラスを、クロススクライブしたときの第１スクライブについて、スクライブが可能なレーザビームの照射エネルギーの密度［スクライブ可能エネルギー密度（Ｊ／ｍｍ３）＝レーザ出力（Ｗ）÷（スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）×ビームスポットの面積（ｍｍ２））］と、第２スクライブの際にブレイク用トリガクラック（可視クラック）が形成されるために必要な第１スクライブのレーザビームの照射エネルギーの密度（クロススクライブ可能エネルギー密度）との関係を示す。図９から読み取れるように、少なくともレーザ出力が１５０〜２１０Ｗの範囲では、スクライブするためには、レーザビームの照射エネルギー密度が０．０１２〜０．０２２Ｊ／ｍｍ３であることが必要であった。一方、第２スクライブ時にブレイク用トリガクラック（可視クラック）を発生させるためには、第１スクライブ時のレーザビームの照射エネルギー密度が０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ３であることが必要であった。
本発明は、脆性材料基板に欠け等の損傷を発生させることなく、良好な基板分断面が得られる分断を行う際に利用することができる。
本発明の一実施形態である基板分断システムの構成を示すブロック図。 図１の基板分断システムにおけるスクライブライン形成部の構成を示す図。 図１の基板分断システムにおけるブレイク部の構成を示す図。 本発明の一実施形態である脆性材料基板の分断方法を実行するフローチャート。 本発明の一実施形態である脆性材料基板の分断方法の工程を説明する図。 スクライブ工程での可視クラックの発生状態を説明する図。 スクライブ工程の際のレーザビーム移動速度をパラメータとしたときの可視クラックが発生する範囲を説明する図。 可視クラックの発生状態を示す写真。 スクライブ可能エネルギー密度と、クロススクライブ可能エネルギー密度との関係を示す図。 従来からの脆性材料基板の分断方法の工程を説明する図。
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
２５ 回転機構
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
３７ 位置読取機構
３８、３９ ＣＣＤカメラ
４０ 冷却部
４１ 冷媒源
４２ ノズル
４５ トリガ形成部（カッターホイール）
５２ テーブル
５９ 台座
６１ ガイドレール
６２ ボールネジ
６３ モータ
６４ ボールナット
６５ 回転機構
６６ テーブル
７１ ブレイクバー
７２ 圧子
７４ 昇降機構
７８、７９ ＣＣＤカメラ
８０ 位置読取機構
１００ 基板分断システム
２００ スクライブライン形成部
２０１ レーザビーム照射部
２０２ レーザビーム走査部
２０５ レーザビーム走査方向変更部
３００ ブレイク部
３０１ ブレイクバー位置調整部
３０２ ブレイクバー駆動部
４００ 制御部
５００ 基板搬送部

Claims (4)

  1. ガラス基板上の互いに交差する第１方向および第２方向に対し、基板端にトリガを形成しておくとともに、この順でそれぞれの方向にトリガの位置からレーザビームを相対移動させながら照射して溶融温度未満で加熱し、前記基板に生じる熱応力により垂直クラックからなる第１方向および第２方向のスクライブラインを順次形成した後に、これらのスクライブラインに沿って前記基板をブレイクするガラス基板の分断方法であって、
    （ａ）レーザビームの相対移動速度及び／又は出力を調整して、第１方向スクライブラインを形成する際のレーザビームのエネルギー密度［＝レーザ出力（Ｗ）÷ビーム面積（ｍｍ ２ ）÷スクライブ速度（ｍｍ／ｓ）］が０．０１６〜０．０２２Ｊ／ｍｍ ３ となるようにしてレーザビームを走査し、それによって引張応力を発生させて第１方向スクライブラインを形成する第１方向スクライブ工程、
    （ｂ）第１方向スクライブ工程後に、第１方向スクライブライン近傍に発生させた引張応力を利用して、第２方向スクライブライン上の第１方向スクライブラインとの交点近傍に、第２方向のブレイクの際に起点となるブレイク用トリガクラックを局所的に形成させながら第２方向スクライブラインを形成する第２方向スクライブ工程、
    （ｃ）第２方向スクライブ工程後に、前記基板を第１方向スクライブラインに沿ってトリガを起点にして負荷を与えてブレイクする第１方向ブレイク工程、及び、
    （ｄ）第１方向ブレイク工程後に、前記基板を第２方向スクライブラインに沿ってトリガまたはブレイク用トリガを起点にして、前記基板に与える負荷が、第１方向ブレイク工程の際に与える負荷と同等、または、それより小さい負荷でブレイクする第２方向ブレイク工程を具備することを特徴とするガラス基板の分断方法。
  2. 第１方向スクライブラインを構成する垂直クラックおよび第２方向スクライブラインのブレイク用トリガクラック部分以外の部分を構成する垂直クラックがブラインドクラックであり、ブレイク用トリガクラックが可視クラックであることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の分断方法。
  3. 第１方向スクライブライン深さよりも第２方向スクライブライン深さを深くすることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の分断方法。
  4. 第２方向スクライブラインを形成する際のレーザビームのエネルギー密度を、第１方向スクライブラインを形成する際に比べて、増やすことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の分断方法。
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