JP4619024B2 - 脆性材料の割断加工システム及びその方法 - Google Patents

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。

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、（ａ）ダイヤモンドなどの硬質材料を用いて被加工基板の表面を引っかくなどの作業を行って、被加工基板の表面に連続的でかつ微細な線状の亀裂や加工溝などを形成した後、その亀裂や加工溝などを拡げるように圧力または衝撃荷重を加えることにより被加工基板を割断する方法、（ｂ）ダイヤモンド砥石などの研削砥石を用いて被加工基板の表面にスクライビング加工を施し、その加工線に沿って被加工基板を割断する方法が知られている。このうち、後者の（ｂ）の方法は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などを製造するための製造プロセスにおいてガラス基板などを割断するために一般的に用いられている。

しかしながら、上記（ａ）の方法では、被加工基板の割断面に応力集中の原因となる不規則な微細な亀裂が残存しやすく、割断加工を行った後に端面の研磨などの仕上げ加工が必要になるなどの問題がある。

また、上記（ｂ）の方法では、スクライビング加工を施すために加工しろが必要になるという問題がある。また、硬い脆性材料からなる被加工基板ではスクライビング加工を施すこと自体が難しいという問題もある。さらに、被加工基板の割断面の表面にバリなどの不規則な面が発生しやすく、質の高い加工面を形成するのが困難であるなどの問題もある。

さらに、上記（ｂ）の方法を利用して、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイパネル、フィールドエミッションディスプレイなどに用いられるガラス基板を割断する場合には、(1)研削砥石などによってスクライビング加工を施すための刃の寿命が短くなる、(2)刃を交換する際の再調整に時間がかかり、製造プロセスを停止するための無駄な時間が必要になる、(3)被加工基板の割断面の表面に生じるバリやゴミなどを除去するための洗浄工程や仕上げのための研磨工程などが別途必要になる、(4)近年一般的になりつつある薄厚のガラス基板（例えば、０．１ｍｍ〜０．数ｍｍ程度の厚さの基板）に対しての割断が難しく、スクライビング加工中に破損やチッピングなどを生じるおそれがある、という問題がある。

このような事情の下で、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイパネル、フィールドエミッションディスプレイなどに用いられるガラス基板を割断する方法としては、（ｃ）ＣＯ_２レーザ（炭酸ガスレーザ）などの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（ｃ）の方法では、ガラス基板を割断する場合でも、(1)研削砥石などを用いないことから刃の交換などに伴う問題がなく、(2)被加工基板の割断面の表面にバリやゴミなどが生じないことから洗浄工程や研磨工程などを省略することができ、さらに、(3)薄厚のガラス基板を割断する場合でも破損やチッピングなどが生じるおそれがない、という利点がある。

しかしながら、上記（ｃ）の方法（レーザビームを用いて被加工基板を割断する方法）では、被加工基板に損傷（溶融や変形、変質など）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。具体的には例えば、１ｍｍオーダの厚さのガラス基板では、表面割断（Micro Crack Method）（ガラス基板の表面のみを割断する方法）の場合にはその速度を数百ｍｍ／秒以下程度に抑え、全割断（Full Body Crack Method）（ガラス基板の表面から裏面までを貫通した状態で割断する方法）の場合にはその速度は数十ｍｍ／秒以下程度に抑える必要があった。ここで、このような速度を越えて割断加工が行われると、表面割断及び全割断のいずれの場合でも、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。特に、全割断の場合においては、その割断加工の速度を順次高速化していくと、例えば割断速度がＶａのときに全割断が可能であっても、割断速度を（Ｖａ＋α）に高速化したときには全割断が不可能となり、被加工基板の裏面にまで割断が到達しなくなる。

このような問題点を解消するため、従来においては、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及び３参照）。ここで、被加工基板の割断予定線に沿って機械的な応力を印加する方法としては、特許文献２及び３に記載されているように、被加工基板の全体を真空排気系や治具等により湾曲させる方法が知られている。
特表平８−５０９９４７号公報 特開平７−３２３３８４号公報 特開平１０−７１４８３号公報

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品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）が悪くな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、脆性材料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、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、前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に機械的な応力を印加する加圧機構とを備え、前記加圧機構により前記被加工基板上で局部的に機械的な応力が印加された領域が、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の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成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、上述した第１の解決手段においては、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が好ましい。

また、上述した第１の解決手段においては、前記加圧機構は、前記被加工基板のうち前記割断予定線の両側に位置する部分を、前記レーザビームが照射される側の第１表面から当該第１表面の反対側の第２表面へ向けて加圧する第１加圧部と、前記被加工基板のうち前記割断予定線上に位置する部分を、前記第２表面から前記第１表面へ向けて加圧する第２加圧部とを有し、前記第１加圧部により加圧される領域及び前記第２加圧部により加圧される領域のうちの少なくともいずれか一方が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成されていることが好ましい。

ここで、前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方は、前記被加工基板を押圧することで当該被加工基板を加圧するローラ部材を有し、このローラ部材が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動することにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていることが好ましい。

また、前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方は、前記被加工基板に気体を吹き付けることで当該被加工基板を加圧する気体吹付機構を有し、この気体吹付機構が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動することにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていてもよい。

さらに、前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方は、前記被加工基板のまわりの気体を吸引することで当該被加工基板を加圧する気体吸引機構を有し、この気体吸引機構が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動することにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていてもよい。

さらに、前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方は、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体噴出口を有し、これらの各気体噴出口による気体の噴出状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていてもいお。

さらに、前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方は、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体吸引口を有し、これらの各気体吸引口による気体の吸引状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていてもよい。

本発明は、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、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、前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に機械的な応力を印加する加圧工程とを含み、前記加圧工程において、前記被加工基板上で局部的に機械的な応力が印加される領域を、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動させることを特徴とする割断加工方法を提供する。

なお、上述した第２の解決手段においては、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が好ましい。

本発明によれば、レーザビームの照射により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て進展させるとともに、このようにして当該被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に機械的な応力を印加するようにしている。またこのとき、被加工基板上で局部的に機械的な応力が印加される領域を、被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域の移動に追従するように被加工基板の割断予定線に沿って移動させるようにしている。このように、レーザビームの照射により被加工基板に亀裂を生じさせた後に当該亀裂を押し拡げるように（すなわち割断面に間隙を持たせるように）局部的に機械的な応力を印加するようにしているので、亀裂の形成時に機械的な応力が与えられることにより生じる被加工基板の割断面の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）の劣化を抑え、被加工基板の裏面まで割断面を効果的に到達させることが可能である。このため、被加工基板の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）を良好に保ちつつ、被加工基板の割断速度の高速化を図ることができる。

また、本発明によれば、レーザビームの照射により被加工基板に生じた亀裂を押し拡げるように局部的に機械的な応力を印加するようにしているので、被加工基板として２枚のガラス基板がシール材を介して貼り合わされたような液晶基板が用いられる場合であっても、亀裂を押し拡げる（すなわち割断面に間隙を持たせる）ことにより粘着性の接着部材からなるシール材のあるガラス基板の部分を容易に切り離すことが可能であり、高品位な割断加工を容易に実現することができる。

さらに、本発明によれば、被加工基板に対してレーザビームを照射することにより割断加工を行っているので、被加工基板の割断面の表面にバリやゴミなどが生じず、洗浄工程や仕上げのための研磨工程なども省略することができる。また、薄厚基板を割断する場合でも破損やチッピングなどが生じるおそれもない。

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の形態について説明する。

第１の実施の形態
まず、図１により、本発明の第１の実施の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、本発明の第１の実施の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６０を局部的に加熱し、その熱応力によって被加工基板６０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６０に対して割断加工を行うための加工部ユニット５と、被加工基板６０を支持するとともに加工部ユニット５に対して被加工基板６０を相対的に移動させる移動ユニット５０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６０として、２枚のガラス基板（上基板６１及び下基板６２）がシール材（図２の符号６３参照）を介して貼り合わされた液晶基板を用いるものとする。

このうち、加工部ユニット５は、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５を含み、これらの各ユニットが被加工基板６０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（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５は、被加工基板６０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、加工部ユニット５に含まれる加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５の詳細について説明する。

加熱冷却ユニット１０の予熱ユニット２０は、被加工基板６０上にレーザビームＬＢ１を照射して被加工基板６０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を被加工基板６０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６０上で割断予定線７１に沿って所定の長さＬ１に亘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。なお、図２に示すように、線状のレーザビームＬＢ１は、割断予定線７１に沿う方向に延びる線状の照射パターン６５を有するものであり、その幅Ｗ１（割断予定線７１に直交する方向の長さ）を数ｍｍ〜数十ｍｍ程度とし、その長さＬ１（割断予定線７１に沿う方向の長さ）を数十ｍｍから被加工基板６０の全長に達する長さ程度とすることが好ましい。

加熱冷却ユニット１０の割断ユニット３０は、被加工基板６０上にレーザビームＬＢ２を照射して被加工基板６０を局部的に加熱することにより、被加工基板６０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を被加工基板６０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６０上で割断予定線７１に沿って所定の長さＬ２に亘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。なお、図２に示すように、線状のレーザビームＬＢ２は、割断予定線７１に沿う方向に延びる線状の照射パターン６６を有するものであり、その幅Ｗ２（割断予定線７１に直交する方向の長さ）を十分の数ｍｍ〜十数ｍｍ程度とし、その長さＬ２（割断予定線７１に沿う方向の長さ）を数ｍｍ〜百ｍｍ程度とすることが好ましい。

加熱冷却ユニット１０の冷却ユニット４０は、被加工基板６０に冷却剤Ｃを吹き付けて被加工基板６０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）、窒素などの気体、二酸化炭素粒子（ドライアイス）などの微粒子固体、アルコールなどの液体、霧状のアルコール、雪状のドライアイスなどの冷却剤Ｃを被加工基板６０の表面に噴射する冷却ノズル４１を有している。なお、冷却ノズル４１は、その直径（内径）が数ｍｍ以下であることが好ましい。

加圧ユニット４５は、被加工基板６０に局部的に機械的な応力を印加するためのものであり、加圧ユニット本体４６と、加圧ユニット本体４６に取り付けられたアーム４７と、アーム４７の先端部にシャフト４９を介して回動自在に装着され被加工基板６０の表面に転がり接触しながら当該被加工基板６０を押圧して加圧する、割断予定線７１を挟んで等距離に位置した２個のローラ部材４８とを有している。なお、加圧ユニット４５は、被加工基板６０上で割断予定線７１に沿って相対的に移動するようになっており、それに伴ってローラ部材４８により被加工基板６０上で加圧される領域も被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するようになっている。なお、ローラ部材４８は、上述したように被加工基板６０の表面を滑ることなく当該表面に転がり接触しながら移動する。ここで、ローラ部材４８は、その直径が数ｍｍ〜数十ｍｍであり、被加工基板６０に傷などの損傷を与えない、樹脂やゴムなどの材料で作られていることが好ましい。なお、ローラ部材４８は、単一の材料で作られている他、複数の材料で作られていてもよい。特に、本発明における割断加工では、レーザビームの照射により発生する熱応力を用いているので、比熱や熱伝導係数などの熱的挙動が重要であり、その点を考慮して適切な材料を選択する必要がある。なおここで、ローラ部材４８の被加工基板６０への接触条件としては、各種の条件（ローラ部材４８の押し付け力や、ガラス基板である被加工基板６０のたわみ量など）を選択することができる。

以上において、加工部ユニット５に含まれる加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５はいずれも移動ステージ（図示せず）により被加工基板６０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、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５がいずれも被加工基板６０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５０は、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５を含む加工部ユニット５に対して被加工基板６０を相対的に移動させるためのものであり、被加工基板６０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６０を位置決めするための位置決めピン５２と、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５３とを有している。

また、基板ホルダ５１上には、被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分を支持する基板支え５４が設けられている。ここで、基板支え５４は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、断面形状が三角形状をなしている。また、基板支え５４は、テフロン（登録商標）などのフッ素系樹脂や、ＰＥＥＫ（登録商標）などのポリアリルエーテルエーテルケトン系樹脂、アクリル、ポリイミド樹脂、軟質ガラスなどのように、被加工基板６０を傷つけない程度の硬度の材料で作られた部材からなっていることが好ましい。なお、図３（ａ）（ｂ）においては、被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分を支持する基板支えとして、図示されているような基板支え５４を一つだけ設けているが、これに限らず、図示されているような基板支え５４と平行に複数本の基板支えを設け、被加工基板６０の全面を支持するようにしてもよい。

なお、以上において、上述した加圧ユニット４５（第１加圧部）及び基板支え５４（第２加圧部）により加圧機構が構成されている。

より具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、加圧ユニット４５の２個のローラ部材４８が被加工基板６０の上方に配置され、被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分を、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が照射される側の表面（第１表面）から当該表面の反対側の裏面（第２表面）へ向けて加圧する。一方、基板支え５４は、被加工基板６０の下方に配置され、被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分を、裏面（第２表面）から表面（第１表面）へ向けて加圧する。なお、基板支え５４は、被加工基板６０の割断予定線７１に沿ってその全長に亘って延びており、このようにして延びる基板支え５４に沿ってその全長に亘ってローラ部材４８が移動するようになっている。このようにすると、加圧ユニット４５に先行して移動する加熱冷却ユニット１０により形成された亀裂６８に機械的な応力（符号６９参照）が印加され、亀裂６８がより深く入ることにより、被加工基板６０がその割断面のところで容易に切り離される。

なお、図３（ａ）（ｂ）においては、基板支え５４として、断面形状が三角形状のものを用いているが、これに限らず、図４（ａ）〜（ｆ）に示すような各種の断面形状（多角形、台形、蒲鉾形、半円形、円形、楕円形など）の基板支え５４Ａ〜５４Ｆを用いるようにしてもよい。なお、基板支え５４，５４Ａ〜５４Ｆの断面形状は、長さ方向に関して一様にする他、長さ方向に関してその大きさや形状などを場所により変えるようにしてもよい。これにより、被加工基板６０上の場所に応じて、ローラ部材４８及び基板支え５４，５４Ａ〜５４Ｆにより被加工基板６０上で局部的に印加される機械的な応力を制御することができる。

一方、図３（ａ）（ｂ）においては、加圧ユニット４５のローラ部材４８として、円筒形のものを用いているが、これに限らず、図５（ａ）〜（ｆ）に示すような各種の形状（楕円球形、球形、裁頭円錐台形、算盤玉形、鼓形など）のローラ部材４８Ａ〜４８Ｆを用いるようにしてもよい。なお、図５（ａ）〜（ｄ）においては、互いに分離した二つのローラ部材４８Ａ〜４８Ｄにより被加工基板６０を押圧する構成がとられており、図５（ｅ）（ｆ）においては、一体型のローラ部材４８Ｅ，４８Ｆにより被加工基板６０を押圧する構成がとられている。

次に、このような構成からなる本発明の第１の実施の形態の作用について説明する。

図１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６０を移動ユニット５０の移動ステージ５３上に搭載された基板ホルダ５１上に位置決めする。具体的には、被加工基板６０に付けられたアライメントマーク（図示せず）をＣＣＤ力メラ（図示せず）により撮像し、画像処理装置（図示せず）による撮像結果に基づいて被加工基板６０のアライメントマークが基板ホルダ５１上の所定の場所にくるように両者の相対的な位置関係を変化させる。これにより、被加工基板６０が基板ホルダ５１上の所定の場所に位置決めされる。なお、このようにして基板ホルダ５１上に位置決めされた被加工基板６０は位置決めピン５２により固定される。

そして、移動ユニット５０の移動ステージ５３により基板ホルダ５１を移動させ、基板ホルダ５１上に位置決めされた被加工基板６０の割断予定線７１上に加工部ユニット５を位置付ける。なお、加工部ユニット５に含まれる加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５は、被加工基板６０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５０の移動ステージ５３により、基板ホルダ５１上に位置決めされた被加工基板６０を加工部ユニット５に対して相対的に移動させ、加工部ユニット５に含まれる加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５を被加工基板６０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６０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６０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６０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６０上で割断予定線７１に沿って所定の長さＬ１に亘って繰り返し走査されることにより、照射パターン６５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６０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６０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６０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６０上で割断予定線７１に沿って所定の長さＬ２に亘って繰り返し走査されることにより、照射パターン６６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６０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６０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６０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６０の表面に所定の吹付パターン６７で吹き付けられる。

さらに、このようにして冷却ユニット４０により局部的に冷却された被加工基板６０上で割断予定線７１に沿って加圧ユニット４５が相対的に移動し、被加工基板６０の表面をローラ部材４８が転がりながら押圧することにより、被加工基板７０の裏面を支持する基板支え５４との協働により被加工基板６０に局部的に機械的な応力を印加する。より具体的には、加圧ユニット４５は、被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分を被加工基板６０の表面側から加圧し、基板支え５４は、被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分を被加工基板６０の裏面側から加圧する。

以上のようにして、被加工基板６０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６０の加熱により発生した熱応力（引張応力）と被加工基板６０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（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７０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。

具体的には、割断ユニット３０により被加工基板６０を局部的に加熱すると、被加工基板６０の加熱により発生した熱応力（引張応力）によって被加工基板６０に亀裂６８が生じる。そして、この状態で、被加工基板６０上で局部的に加熱が行われる領域（照射パターン６６に対応）を割断予定線７１に沿って移動させると、割断ユニット３０による加熱により発生した熱応力が被加工基板６０の亀裂６８の先端部に順次加えられ、この亀裂６８の先端部での応力拡大効果（破壊工学でいう「亀裂先端周りの持つ特異的効果」）によって領域６６の移動に追従する形で亀裂６８が進展する。

このとき、割断ユニット３０により被加工基板６０を局部的に加熱するのに続いて、冷却ユニット４０により、割断ユニット３０により被加工基板６０上で局部的に加熱が行われた領域（照射パターン６６に対応）よりも幅の広い円形状の領域（吹付パターン６７に対応）に冷却剤Ｃを吹き付けると、被加工基板６０の冷却により発生した引張応力が、割断ユニット３０による加熱により発生した引張応力と重ね合わされる。これにより、割断ユニット３０による加熱のみにより発生した引張応力がさらに拡大され、被加工基板６０の亀裂６８の先端部で生じる応力拡大効果がより大きくなって亀裂６８をより高速に進展させることができる。なお、このようにして被加工基板６０の加熱により発生した熱応力（引張応力）と被加工基板６０の冷却により発生した引張応力とによって亀裂６８を進展させる場合には、亀裂６８の先端部は通常、冷却ユニット４０の近傍に位置する。

なお、以上において、割断ユニット３０により被加工基板６０を局部的に加熱するのに先行して、割断ユニット３０により被加工基板６０上で局部的に加熱が行われる領域（割断ユニット３０により実際に加熱が行われる領域と同程度の大きさかそれよりも広い領域）（照射パターン６５に対応）を局部的に予熱すると、割断ユニット３０により被加工基板６０上で局部的に加熱が行われる領域の温度を予め上昇させておくことができ、割断ユニット３０により行われる割断のための加熱を効果的に補助することができる。

さらに、冷却ユニット４０により被加工基板６０を局部的に冷却するのに続いて、加圧ユニット４５により、加熱冷却ユニット１０に含まれる割断ユニット３０及び冷却ユニット４０により被加工基板６０上で局部的に加熱及び冷却が行われた領域の移動に追従するような態様で、被加工基板６０上で進展する亀裂６８の先端部から所定の距離だけ離間した部分を押圧すると、当該部分に局部的に機械的な応力が印加され、被加工基板６０の裏面を支持する基板支え５４との協働により被加工基板６０上で進展する亀裂６８が押し拡げられる。このようにして、加圧ユニット４５及び基板支え５４は、被加工基板６０の割断面に僅かな間隙を持たせるように作用し、被加工基板６０の表面のみが割断され又は被加工基板６０の裏面まで割断面が到達することなく非割断面が僅かに残されているような場合でも、被加工基板６０の裏面まで割断面を十分に到達させて全割断に至らしめることが可能となる。

ここで、加圧ユニット４５及び基板支え５４からなる加圧機構に関する最も重要な点は、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により被加工基板６０の割断をほぼ完了させた後に、加圧ユニット４５及び基板支え５４により被加工基板６０に対して機械的な圧力を印加することである。すなわち、加圧ユニット４５及び基板支え５４により印加される機械的な応力は、既に発生している被加工基板６０の割断面に対して作用し、当該割断面を押し拡げることで被加工基板６０をその厚さ方向に貫通させる。言い換えれば、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）により被加工基板６０の割断が行われている間は、被加工基板６０の当該部分に積極的に変形（湾曲等）を加えることはしない。

なお、従来の割断加工システムとしては、既に説明したように、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の割断を行うものが知られている。ここで、このような従来の割断加工システムにおいて、被加工基板に対して割断が行われる以前又は割断が行われている最中に被加工基板の変形などにより機械的な応力が印加されていると、割断時に亀裂の先端部に印加される引張応力は、レーザビームの照射により発生する局部的な熱応力と、変形による機械的な応力との和になる。ここで、このような変形による機械的な応力は、被加工基板の割断予定線に対して対称的にかつ均等に印加することは極めて難しい。このため、このような引張応力による割断では、変形による機械的な応力の不均一性により、レーザビームの照射による割断の均一性が乱され、その結果、被加工基板の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）の劣化をきたすことになる。

以下、このような現象の詳細につき図１６（ａ）（ｂ）により説明する。なお、図１６（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る割断加工システム１（被加工基板６０に対して割断を行った後に被加工基板６０に機械的な応力を印加するシステム）において得られた被加工基板６０の割断面の品質を示し、図１６（ｂ）は、従来の割断加工システム（被加工基板６０に対して割断を行うと同時に被加工基板６０に機械的な応力を印加するシステム）により得られた被加工基板６０の割断面の品質を示す。なお、図１６（ｃ）は、被加工基板６０が割断される様子を示す模式図であり、図１６（ｃ）に示す「うねり」及び「位置」がそれぞれ図１６（ａ）（ｂ）に示す「うねり」及び「位置」に対応している。また、符号６８、７１はそれぞれ割断線（亀裂）及び割断予定線を示している。

図１６（ａ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る割断加工システム１により得られた割断後の被加工基板６０では、割断予定線７１からの実際の割断線（亀裂）６８のうねりの幅は−０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍでその振幅は小さく、脈動の繰り返しも滑らかである。これに対し、図１６（ｂ）に示すように、従来の割断加工システムにより得られた被加工基板６０では、割断予定線７１からの実際の割断線（亀裂）６８のうねりの幅は０ｍｍ〜０．４ｍｍでその振幅はかなり大きく、脈動の繰り返しも大きい。

以上から明らかなように、本発明の第１の実施の形態のように、被加工基板６０に対して割断を行った後に被加工基板６０に対して機械的な応力を印加する場合には、従来のように、被加工基板６０に対して割断を行うと間に同時に機械的な応力を印加する場合に比べて、被加工基板６０の割断面の品質（特に割断面の真直性）が良好である。なお、データとしては示していないが、両者の場合における割断面の微小な面（例えば幅１０ｔ［ｍｍ］×厚さｔ［ｍｍ］の面）の二次元的な滑らかさを観察すると、明らかに前者の方が後者に比べて良好な結果が得られた。

このように本発明の第１の実施の形態によれば、レーザビームの照射により被加工基板６０上で局部的に加熱が行われた領域を当該被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動させることにより、当該被加工基板６０に亀裂６８を生じさせて進展させるとともに、このようにして当該被加工基板６０上で進展する亀裂６８を押し拡げるように、加圧ユニット４５及び基板支え５４により当該亀裂６８の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に機械的な応力を印加するようにしている。またこのとき、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）に対して加圧ユニット４５を連動させて移動させ、被加工基板６０上で局部的に機械的な応力が印加される領域を、被加工基板６０上で局部的に加熱が行われた領域の移動に追従するように被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動させるようにしている。このように、レーザビームの照射により被加工基板６０に亀裂６８を生じさせた後に当該亀裂６８を押し拡げるように（すなわち割断面に間隙を持たせるように）局部的に機械的な応力を印加するようにしているので、亀裂６８の形成時に機械的な応力が与えられることにより生じる被加工基板６０の割断面の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）の劣化を抑え、被加工基板６０の裏面まで割断面を効果的に到達させることが可能である。このため、被加工基板６０の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）を良好に保ちつつ、被加工基板６０の割断速度の高速化を図ることができる。

また、本発明の第１の実施の形態によれば、レーザビームの照射により被加工基板６０に生じた亀裂６８を押し拡げるように局部的に機械的な応力を印加するようにしているので、被加工基板６０として２枚のガラス基板（上基板６１及び下基板６２）がシール材６３を介して貼り合わされたような液晶基板が用いられる場合であっても、亀裂６８を押し拡げる（すなわち割断面に間隙を持たせる）ことにより粘着性の接着部材からなるシール材６３のあるガラス基板の部分を容易に切り離すことが可能であり、高品位な割断加工を容易に実現することができる。

さらに、本発明の第１の実施の形態によれば、被加工基板６０に対してレーザビームを照射することにより割断加工を行っているので、割断面の表面にバリやゴミなどが生じず、洗浄工程や仕上げのための研磨工程などを省略することができ、また、薄厚基板（例えば０．４ｍｍ以下）に対しても破損やチッピングなどが生じるおそれもない。特に、薄厚基板の場合には、レーザビームの熱が基板の裏面に伝わるまでの時間が短くなるので、レーザビームのパワーが同じであれば、より高速に割断を行うことができ、一方、レーザビームの移動速度（割断速度）が同じであれば、より小さなパワーのレーザビームにより割断を行うことができ、システムを小型でかつ安価に実現することができる。

なお、上述した第１の実施の形態においては、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５は、被加工基板６０に対して同一の相対速度で移動するように構成されているが、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット４５にそれぞれ別個の移動ステージを取り付け、被加工基板６０の割断予定線７１上の特定の部分においてそれぞれが互いに離反するように移動させること等により、所定のタイミングにおいてそれぞれの相対速度を異ならせるようにしてもよい。

また、上述した第１の実施の形態においては、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において、被加工基板６０上でレーザを走査するための光学部品としてポリゴンミラー２３，３３を用いているが、これに限らず、例えば、ガルバノミラーや円筒型反射鏡などを用いるようにしてもよい。なお、このような光学部品としては、透過型、非透過型（反射型）のいずれのものも用いることができる。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、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６０に亀裂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６０の表面に円盤などが接触した状態で割断予定線に沿って相対的に移動させることにより、被加工基板６０の表面に百分の数μｍ〜数十μｍ程度の深さの圧痕（微細なクラック）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の真直性などを向上させることができる。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、移動ユニット５０の移動ステージ５３により加工部ユニット５に対して被加工基板６０側（基板ホルダ５１側）を移動させることにより加工部ユニット５と被加工基板６０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、加工部ユニット５側を移動させることにより加工部ユニット５と被加工基板６０との相対的な移動を実現するようにしてもよい。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、割断対象となる被加工基板６０として、２枚のガラス基板（上基板６１及び下基板６２）がシール材６３を介して貼り合わされた液晶基板を用いているが、上基板６１及び下基板６２の間に液晶材が注入された状態の液晶基板に対しても同様に高品位でかつ高速な割断加工を行うことができる。具体的には例えば、このような液晶基板のうち液晶を封止するためのシール材の外側の部位（基板の面内方向で液晶端から約１ｍｍ、基板の厚さ方向で基板の厚さ分（約１ｍｍ〜０．５ｍｍ）だけ離れた部位）を割断する。ただし、この場合には、ガラス基板の表面温度がガラス歪点（熱により特性が変わる温度）を越えることがなく、かつ、ガラス基板の裏面の液晶接触部分において液晶が損傷を受けて正常な動作をしなくなる温度（約８０℃）にならないように、予熱ユニット２０及び割断ユニット３０により照射されるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のパワーや照射時間、冷却ユニット３０により吹き付けられる冷却剤Ｃの量や温度などのパラメータを設定し、予熱温度や加熱温度、冷却温度などを調整することが好ましい。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、被加工基板６０を表面側から加圧する機構として、ローラ部材４８，４８Ａ〜４８Ｆを有する加圧ユニット４８を用いているが、これに限らず、図６に示すように、被加工基板６０にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧するエアーパッド（気体吹付機構）８０Ａを用いてもよい。ここで、エアーパッド８０Ａは、被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分を加圧するように少なくとも一対設けられており、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動することにより、当該被加工基板６０上で加圧される領域が移動するように構成されている。なお、エアーパッド８０Ａは、支持体８１に支持されたエアーパッド本体８２を有しており、支持体８１に形成されたエアー通路８３及びエアーパッド本体８２に形成されたエアー噴出口８４を介して噴出されたエアーが被加工基板６０へ向けて吹き付けられるようになっている。ここで、図６に示すエアーパッド８０Ａでは、被加工基板６０の表面にエアーパッド本体８２を押し付けて加圧することとなるが、このとき、被加工基板６０とエアーパッド本体８２との間にエアーの噴出により間隙ができる。このため、被加工基板６０及びエアーパッド本体８２の両者は非接触状態となり、エアーパッド８０Ａを被加工基板６０の表面に沿って移動させた場合でも、被加工基板６０の表面に傷などが発生することがない。また、図６に示すエアーパッド８０Ａでは、被加工基板６０に吹き付けられるエアーの温度を制御して適宜高温又は低温にすることができるので、それに伴って被加工基板６０の表面の温度を制御することができる。

ここで、図６に示す構成においては、互いに分離した二つのエアーパッド８０Ａにより被加工基板６０を加圧しているが、これに限らず、図７及び図８（ａ）（ｂ）に示すように、一体型のエアーパッド８０Ｂ，８０Ｃにより被加工基板６０を加圧するようにしてもよい。このうち、エアーパッド８０Ｂは、図７に示すように、エアーパッド本体８２に一つのエアー通路８３から分岐された２系統のエアー噴出口８５が形成され、エアー通路８３から供給されたエアーを割断予定線７１の左右に振り分けることにより被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分にエアーを吹き付けて加圧するように構成されている。また、エアーパッド８０Ｃは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、エアーパッド本体８２の底面８２ａに、エアー通路８３に連結された大型の開口部８６が形成され、エアー通路８３から供給されたエアーを開口部８６を介して流すことにより被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分にエアーを吹き付けて加圧するように構成されている。

なお、図６、図７及び図８（ａ）（ｂ）に示す構成において、被加工基板６０を裏面側から加圧する基板支えとしては、図示されているような基板支え５４に代えて、図４（ａ）〜（ｆ）に示すような各種の断面形状（多角形、台形、蒲鉾形、半円形、円形、楕円形など）の基板支え５４Ａ〜５４Ｆを用いることもできる。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、被加工基板６０を裏面側から加圧する機構として、基板支え５４，５４Ａ〜５４Ｆを用いているが、これに限らず、図９に示すように、被加工基板６０の裏面にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧する基板ホルダ９１Ａを用いるようにしてもよい。ここで、基板ホルダ９１Ａは、エアーを供給するためのエアー通路９２と、エアー通路９２に接続されるとともに被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分へ向けて開口した円形開口を持つ複数のエアー噴出口９３とを有している。なお、各エアー噴出口９３は、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って複数配列されており、エアー通路９２から供給されたエアーを被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分に吹き付けて加圧するように構成されている。ここで、基板ホルダ９１Ａのエアー噴出口９３から噴出されるガスの温度は大気温度である必要はなく、被加工基板６０に損傷を与えない程度の高温（例えば７０℃程度）のガスを用いるようにしてもよい。これにより、エアー噴出口９３から噴出されるガスにより被加工基板６０を予熱しておくことが可能となり、被加工基板６０の割断速度及び割断品位をより向上させることができる。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、被加工基板６０を表面側から加圧するローラ部材４８，４８Ａ〜４８Ｆ又はエアーパッド８０Ａ〜８０Ｃを被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動させることにより、被加工基板６０上で加圧される領域を移動させるようにしているが、これに限らず、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って複数のエアー噴出口９３が配列された基板ホルダ９１Ｂにおいて、各エアー噴出口９３によるエアーの噴出状態を電動式バルブなどによって被加工基板６０の割断予定線７１に沿って順次切り替えることにより、被加工基板６０上で加圧される領域を移動させるようにしてもよい。なお、図１０（ａ）（ｂ）においては、基板ホルダ９１Ｂの載置面９１ａに形成された複数のエアー吸引口９５からエアー通路９４を介して空気などのエアーを吸引することにより被加工基板６０を加圧するようにしているが、ローラ部材やエアーパッドにより被加工基板６０を表面側から押圧して加圧するようにしてもよい。また、図１０（ａ）（ｂ）においては、基板ホルダ９１Ｂに形成された全てのエアー吸引口９５からエアー通路９４を介して同一の吸引力でエアーを吸引するようにしているが、各エアー噴出口９３によるエアーの噴出状態の切り替えに連動して、各エアー吸引口９５によるエアーの吸引状態（吸引の有無や吸引力）を被加工基板６０の割断予定線７１に沿って順次切り替えるようにしてもよい。

さらに、上述した第１の実施の形態においては、被加工基板６０を表面側から加圧する機構及び被加工基板を裏面側から加圧する機構のうちのいずれか一方のみを移動又は稼働させることにより、被加工基板６０上で加圧される領域を移動させるようにしているが、これに限らず、図１１乃至図１５に示すように、被加工基板６０を表面側から加圧する機構及び被加工基板６０を裏面側から加圧する機構の両方を移動又は稼働させることにより、被加工基板６０上で加圧される領域を移動させるようにしてもよい。

具体的には例えば、図１１及び図１２に示すように、被加工基板６０の上方に、被加工基板６０にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧するエアーパッド（気体吹付機構）８０Ｄを配置し、被加工基板６０の下方に、シャフト１０３に回動自在に装着されたローラ部材１０４（１０５）を有する加圧ユニット（全体構成については省略）を配置するようにするとよい。ここで、エアーパッド８０Ｄ、及びローラ部材１０４（１０５）を有する加圧ユニットはいずれも、互いに同期した状態で被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するように構成されている。なお、エアーパッド８０Ｄは、図１１及び図１２に示すように、エアーパッド本体８２の底面８２ａ及びその底面８２ａに形成された開口部８８に連結されたエアー通路８７を有し、エアー通路８７から供給されたエアーをエアー噴出口８９を介して被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分に吹き付けて加圧するように構成されている。また、ローラ部材１０４（１０５）は、図１に示す加圧ユニット４５と同様の構成を備えた加圧ユニットに組み込まれており、全体として、基板ホルダ１０１の開口部１０２内に配置されている。

また、図１３に示すように、被加工基板６０の上方及び下方のいずれにも、被加工基板６０にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧するエアーパッド（気体吹付機構）８０Ｄ，１１３Ａを配置するようにしてもよい。ここで、エアーパッド８０Ｄ，１１３Ａはいずれも、互いに同期した状態で被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するように構成されている。なお、エアーパッド８０Ｄは、図１１及び図１２に示すエアーパッド８０Ｄと同様の構成を備えている。また、エアーパッド１１３Ａは、支持体１１４に支持されたエアーパッド本体１１５を有しており、支持体１１４に形成されたエアー通路１１６及びエアーパッド本体１１５に形成されたエアー噴出口１１７を介して噴出されたエアーが被加工基板６０へ向けて吹き付けられるようになっている。なお、エアーパッド１１３Ａは、基板ホルダ１０１の開口部１０２内に配置されている。

さらに、図１４に示すように、被加工基板６０の上方に、シャフト４９に回動自在に装着されたローラ部材４８を有する加圧ユニット（全体構成については省略）を配置し、被加工基板６０の下方に、被加工基板６０にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧するエアーパッド（気体吹付機構）１１３Ｂを配置するようにしてもよい。ここで、ローラ部材４８を有する加圧ユニット及びエアーパッド１１３Ｂはいずれも、互いに同期した状態で被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するように構成されている。なお、ローラ部材４８を有する加圧ユニットは、図１に示す加圧ユニット４５と同様の構成を備えている。また、エアーパッド１１３Ｂは、支持体１１４に支持されたエアーパッド本体１１８を有しており、支持体１１４に形成されたエアー通路１１６及びエアーパッド本体１１８に形成されたエアー噴出口１１９を介して噴出されたエアーが被加工基板６０に吹き付けられるようになっている。なお、エアーパッド１１３Ｂは、基板ホルダ１０１の開口部１０２内に配置されている。

さらに、図１５に示すように、被加工基板６０の上方及び下方のいずれにも、シャフト４９，１０３に回動自在に装着されたローラ部材４８Ｇ，１０５を有する加圧ユニット（全体構成については省略）を配置するようにしてもよい。ここで、ローラ部材４８Ｇ，１０５を有する加圧ユニットはいずれも、互いに同期した状態で被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するように構成されている。なお、ローラ部材４８Ｇは、図１に示す加圧ユニット４５と同様の構成を備えている。また、ローラ部材１０５は、図１に示す加圧ユニット４５と同様の構成を備えた加圧ユニットに組み込まれており、全体として、基板ホルダ１０１の開口部１０２内に配置されている。

第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態は、基板ホルダ５１Ａ上に配置された被加工基板６０に対して、被加工基板６０の下方に配置された加熱冷却ユニット１０により被加工基板６０の割断加工を行う点を除いて、他は上述した第１の実施の形態と略同一である。本発明の第２の実施の形態において、上述した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１７に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る割断加工システム１′は、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット１２０からなる加工部ユニット５を備えている。なお、図１７に示す割断加工システム１′においては、移動ステージ（図示せず）により、加熱冷却ユニット１０（予熱ユニット２０、割断ユニット３０及び冷却ユニット４０）及び加圧ユニット１２０からなる加工部ユニット５を被加工基板６０（基板ホルダ５１Ａ）に対して移動させることにより加工部ユニット５と被加工基板６０との相対的な移動を実現している。

ここで、図１７及び図１８に示すように、被加工基板６０が載置される基板ホルダ５１Ａには開口部５５が形成されており、この開口部５５を通して加熱冷却ユニット１０からのレーザ光や冷却剤が被加工基板６０に対して照射されたり吹き付けられたりするようになっている。（なお、図１８においては、本実施の形態の特徴部分の構成を分かりやすく示すため、基板ホルダ５１Ａの開口部５５内に配置される加熱冷却ユニット１０については省略している。）
また、被加工基板６０が載置される基板ホルダ５１Ａの上方には、加圧ユニット１２０が配置されている。ここで、加圧ユニット１２０は、被加工基板６０に局部的に機械的な応力を印加するためのものであり、加圧ユニット本体１２１と、加圧ユニット本体１２１に取り付けられたアーム１２２と、アーム１２２の先端部にシャフト１２４を介して回動自在に装着され被加工基板６０の表面に転がり接触しながら当該被加工基板６０を押圧して加圧するローラ部材１２３とを有している。なお、加圧ユニット１２０は、被加工基板６０上で割断予定線７１に沿って相対的に移動するようになっており、それに伴ってローラ部材１２３により被加工基板６０上で加圧される領域も被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動するようになっている。なお、ローラ部材１２３は、上述したように被加工基板６０の表面を滑ることなく当該表面に転がり接触しながら移動する。ここで、加圧ユニット１２０は、一つのローラ部材１２３により被加工基板６０を押圧する点を除いて、他の基本的な構成は加圧ユニット４５と同一である。

なお、上述した加圧ユニット１２０（第２加圧部）及び基板ホルダ５１Ａ（第１加圧部）により加圧機構が構成されている。

より具体的には、図１８に示すように、加圧ユニット１２０のローラ部材１２３が被加工基板６０の上方に配置され、被加工基板６０のうち割断予定線７１上に位置する部分を、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が照射される表面（第１表面）とは反対側の裏面（第２表面）から当該表面（第１表面）へ向けて加圧する。このとき、被加工基板６０を支持する基板ホルダ５１Ａは、当該基板ホルダ５１Ａに形成された開口部５５の両側に位置する部分により、加圧ユニット１２０のローラ部材１２３により印加される圧力に対する反作用として、被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分を、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が照射される側の表面（第１表面）から裏面（第２表面）へ向けて加圧する。このようにすると、加圧ユニット１２０に先行して移動する加熱冷却ユニット１０により形成された亀裂６８に機械的な応力（符号６９参照）が印加され、亀裂６８がより深く入ることにより、被加工基板６０がその割断面のところで容易に切り離される。

このように本発明の第２の実施の形態によれば、レーザビームの照射により被加工基板６０に亀裂６８を生じさせた後に当該亀裂６８を押し拡げるように（すなわち割断面に間隙を持たせるように）局部的に機械的な応力を印加するようにしているので、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、亀裂６８の形成時に機械的な応力が与えられることにより生じる被加工基板６０の割断面の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）の劣化を抑え、被加工基板６０の裏面まで割断面を効果的に到達させることが可能である。このため、被加工基板６０の品質（割断面の表面粗さや、真直性、割断面のガラス表面に対する直角度）を良好に保ちつつ、被加工基板６０の割断速度の高速化を図ることができる。

なお、上述した第２の実施の形態においては、加圧ユニット１２０のローラ部材１２３により印加される圧力に対する反作用を利用して、基板ホルダ５１Ａにより被加工基板６０のうち割断予定線７１の両側に位置する部分を加圧するようにしているが、これに限らず、図１９に示すように、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って複数のエアー通路５６が配列された基板ホルダ５１Ｂにおいて、被加工基板６０が載置される載置面５１ａに形成された複数のエアー吸引口５７からエアー通路５６を介してエアーを吸引することにより被加工基板６０を加圧するようにしてもよい。なおこのとき、各エアー吸引口５７によるエアーの吸引状態を電動式バルブなどによって被加工基板６０の割断予定線７１に沿って順次切り替えることにより、被加工基板６０上で加圧される領域を移動させるようにしてもよい。ここで、このようにして各エアー吸引口５７によるエアーの吸引状態を電動式バルブなどによって被加工基板６０の割断予定線７１に沿って順次切り替える場合には、図２０に示すように、加圧ユニット１２０自体を省略することもできる。

また、上述した第２の実施の形態においては、被加工基板６０を裏面側から加圧する機構として、ローラ部材１２３を有する加圧ユニット１２０を用いているが、これに限らず、図２１に示すように、被加工基板６０にエアー（空気やその他のガス（窒素や酸素などを含む）などの気体）を吹き付けて加圧するエアーパッド（気体吹付機構）１３０を用いてもよい。ここで、エアーパッド１３０は、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動することにより、当該被加工基板６０上で加圧される領域が移動するように構成されている。なお、エアーパッド１３０は、支持体１３１に支持されたエアーパッド本体１３２を有しており、支持体１３１に形成されたエアー通路１３３及びエアーパッド本体１３２に形成されたエアー噴出口１３４を介して噴出されたエアーが被加工基板６０に吹き付けられるようになっている。

さらに、上述した第２の実施の形態においては、被加工基板６０を裏面側から加圧する機構として、被加工基板６０の上方に配置された、ローラ部材１２３を有する加圧ユニット１２０を用いているが、これに限らず、図２２に示すように、被加工基板６０の下方に配置された、空気などのエアーを吸引して加圧するエアーパッド（気体吸引機構）１４０を用いるようにしてもよい。ここで、エアーパッド１４０は、被加工基板６０の割断予定線７１に沿って移動することにより、当該被加工基板６０上で加圧される領域を移動させることができるように構成されている。なお、エアーパッド１４０は、支持体１４１に支持されたエアーパッド本体１４２を有しており、支持体１４１に形成されたエアー通路１４３及びエアーパッド本体１４２に形成されたエアー吸引口１４４を介してエアーを吸引することにより被加工基板６０を加圧するようになっている。なおこのとき、図２３に示すように、被加工基板６０の下方に配置されたエアーパッド１４０とともに、被加工基板６０の上方に配置された、ローラ部材１２３を有する加圧ユニット１２０を用いるようにしてもよい。

なお、上述した第２の実施の形態においては、移動ステージ（図示せず）により被加工基板６０（基板ホルダ５１Ａ）に対して加工部ユニット５側を移動させることにより加工部ユニット５と被加工基板６０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、被加工基板６０側（基板ホルダ５１Ａ側）を移動させることにより加工部ユニット５と被加工基板６０との相対的な移動を実現するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の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行われる被加工基板の割断加工の様子を説明するための図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の詳細を説明するための図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構に含まれる基板支えの変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構に含まれる加圧ユニットのローラ部材の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第１の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第２の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第３の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第４の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第５の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第６の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第７の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第８の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第９の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムの加圧機構の第１０の変形例を示す図。 図１に示す割断加工システムにより得られた被加工基板の割断面の品質を説明するための図。 本発明の第２の実施の形態に係る割断加工システムの全体構成を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第１の変形例を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第２の変形例を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第３の変形例を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第４の変形例を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第５の変形例を示す図。 図１７に示す割断加工システムの加圧機構の第６の変形例を示す図。

符号の説明

１，１′ 割断加工システム
５ 加工部ユニット
１０ 加熱冷却ユニット
２０ 予熱ユニット
２１ レーザ発振器
２２ 反射ミラー
２３ ポリゴンミラー
３０ 割断ユニット
３１ レーザ発振器
３２ 反射ミラー
３３ ポリゴンミラー
４０ 冷却ユニット
４１ 冷却ノズル
４５ 加圧ユニット
４６ 加圧ユニット本体
４７ アーム
４８，４８Ａ〜４８Ｆ，４８Ｇ ローラ部材
４９ シャフト
５０ 移動ユニット
５１，５１Ａ，５１Ｂ 基板ホルダ
５１ａ 載置面
５２ 位置決めピン
５３ 移動ステージ
５４，５４Ａ〜５４Ｆ 基板支え
５５ 開口部
５６ エアー通路
５７ エアー吸引口
６０ 被加工基板
６１ 上基板
６２ 下基板
６３ シール材
６５，６６ レーザビームの照射パターン
６７ 冷却剤の吹付パターン
６８ 亀裂（割断線）
６９ 応力
７１ 割断予定線
８０Ａ〜８０Ｄ エアーパッド
８１ 支持体
８２ エアーパッド本体
８２ａ 底面
８３，８７ エアー通路
８４，８５，８９ エアー噴出口
８６，８８ 開口部
９１Ａ，９１Ｂ 基板ホルダ
９１ａ 載置面
９２，９４ エアー通路
９３ エアー噴出口
９５ エアー吸引口
１０１ 基板ホルダ
１０２ 開口部
１０３ シャフト
１０４，１０５ ローラ部材
１１３Ａ，１１３Ｂ エアーパッド
１１４ 支持体
１１５，１１８ エアーパッド本体
１１６ エアー通路
１１７，１１９ エアー噴出口
１２０ 加圧ユニット
１２１ 加圧ユニット本体
１２２ アーム
１２３ ローラ部材
１２４ シャフト
１３０，１４０ エアーパッド
１３１，１４１ 支持体
１３２，１４２ エアーパッド本体
１３３，１４３ エアー通路
１３４ エアー噴出口
１４４ エアー吸引口
ＬＢ１，ＬＢ２ レーザビーム
Ｃ 冷却剤

Claims (6)

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、
   前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に応力を印加する加圧機構とを備え、
   前記加圧機構により前記被加工基板上で局部的に応力が印加された領域が、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の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成され、
   前記加圧機構は、
   前記被加工基板のうち前記割断予定線の両側に位置する部分を、前記レーザビームが照射される側の第１表面と反対側の第２表面側へ加圧する第１加圧部と、
   前記被加工基板のうち前記割断予定線上に位置する部分を、前記第１表面側へ向けて加圧する第２加圧部とを有し、
   前記第１加圧部により加圧される領域及び前記第２加圧部により加圧される領域のうちの少なくともいずれか一方が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成され、
   前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方が、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体噴出口を有し、これらの各気体噴出口による気体の噴出状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていることを特徴とする割断加工システム。
2. 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、
   前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に応力を印加する加圧機構とを備え、
   前記加圧機構により前記被加工基板上で局部的に応力が印加された領域が、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の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成され、
   前記加圧機構は、
   前記被加工基板のうち前記割断予定線の両側に位置する部分を、前記レーザビームが照射される側の第１表面と反対側の第２表面側へ向けて加圧する第１加圧部と、
   前記被加工基板のうち前記割断予定線上に位置する部分を、前記第１表面側へ向けて加圧する第２加圧部とを有し、
   前記第１加圧部により加圧される領域及び前記第２加圧部により加圧される領域のうちの少なくともいずれか一方が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動するように構成され、
   前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方が、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体吸引口を有し、これらの各気体吸引口による気体の吸引状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動するように構成されていることを特徴とする割断加工システム。
3. 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または２のいずれかに記載の割断加工システム。
4. 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、
   前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に応力を印加する加圧工程とを含み、
   前記加圧工程において、前記被加工基板上で局部的に応力が印加される領域を、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動させ、第１加圧部によって前記被加工基板のうち前記割断予定線の両側に位置する部分が、前記レーザビームが照射される側の第１表面と反対側の第２表面側へ加圧され、第２加圧部によって前記被加工基板のうち前記割断予定線上に位置する部分が、前記第１表面側へ向けて加圧され、前記第１加圧部により加圧される領域及び前記第２加圧部により加圧される領域のうちの少なくともいずれか一方が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動し、
   前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方が、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体噴出口を有し、これらの各気体噴出口による気体の噴出状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動することを特徴とする割断加工方法。
5. 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、
   前記被加工基板上で進展する亀裂を押し拡げるように、当該亀裂の先端部から所定の距離だけ離間した部分に局部的に応力を印加する加圧工程とを含み、
   前記加圧工程において、前記被加工基板上で局部的に応力が印加される領域を、前記被加工基板上で局部的に加熱が行われた領域の移動に追従するように前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動させ、第１加圧部によって前記被加工基板のうち前記割断予定線の両側に位置する部分が、前記レーザビームが照射される側の第１表面と反対側の第２表面側へ加圧され、第２加圧部によって前記被加工基板のうち前記割断予定線上に位置する部分が、前記第１表面側へ向けて加圧され、前記第１加圧部により加圧される領域及び前記第２加圧部により加圧される領域のうちの少なくともいずれか一方が前記被加工基板の前記割断予定線に沿って移動し、
   前記第１加圧部及び前記第２加圧部のうちの少なくともいずれか一方が、前記被加工基板の前記割断予定線に沿って配列された複数の気体吸引口を有し、これらの各気体吸引口による気体の吸引状態を前記被加工基板の前記割断予定線に沿って順次切り替えることにより、当該被加工基板上で加圧される領域が移動することを特徴とする割断加工方法。
6. 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４または５のいずれかに記載の割断加工方法。

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