(実施形態1)
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて� ��明する。
 図1は本発明の加工方法を実施することがで きる基板加工装置LS1の全体構成図である。ま た、図2は基板加工装置LS1の一部である基板� �却機構の構成を示す部分構成図である。
 本実施形態ではガラス基板を加工する場合� ��例に説明するが、シリコン基板等の脆性材� ��基板であっても同様である。また、固相冷� ��として氷を用いる場合について説明するが� ��他の固相冷媒(固体アルコールの場合は液体 アルコールを使用、ドライアイスの場合は液 化炭酸ガスを使用)でも同様である。

 まず、基板加工装置LS1の全体構成につい� ��説明する。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、図1の紙 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� �ドレール3,4の間に、スクリューネジ5が前後� ��向に沿って配置され、このスクリューネジ5 に、スライドテーブル2に固定されたステー6� ��螺合されており、スクリューネジ5をモータ ー(図示外)によって正、逆転することにより� ��スライドテーブル2がガイドレール3,4に沿っ てY方向に往復移動するように形成されてい� �。

 スライドテーブル2上に、水平な台座7が� �イドレール8に沿って、図1の左右方向(以下X� ��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10aに、モー� �ー9によって回転するスクリューネジ10が貫� �螺合されており、スクリューネジ10aが正、� �転することにより、台座7がガイドレール8に 沿って、X方向に往復移動する。

 台座7上には、回転機構11によって回転す� ��回転テーブル12が設けられており、この回� �テーブル12の上に、ガラス基板Aが水平な状� �で取り付けられる。このガラス基板Aは、例� ��ば、小さな単位基板を切り出すためのマザ� ��基板である。回転機構11は、回転テーブル12 を、垂直な軸の周りで回転させるようになっ ており、基準位置に対して任意の角度になる ように回転できるように形成されている。ま た、ガラス基板Aは、吸引チャックによって� �転テーブル12に固定される。

 回転テーブル12の上方には、レーザ照射機� �を構成するレーザ装置13と光学ホルダ14とが� ��付フレーム15に保持されている。
 レーザ装置13は、脆性材料基板の加工用と� �て一般的なものを使用すればよく、具体的� �はエキシマレーザ、YAGレーザ、炭酸ガスレ� �ザ又は一酸化炭素レーザなどが使用される� �ガラス基板Aの加工には、ガラス材料のエネ� ��ギー吸収効率が大きい波長の光を発振する� ��酸ガスレーザを使用することが好ましい。

 レーザ装置13から出射されたレーザビー� �は、ビーム形状を調整するレンズ光学系が� �み込まれた光学ホルダ14によって、長軸を有 する形状(楕円形状、長円形状など)のビーム� ��ポットがガラス基板A上に形成される。ここ ではビームスポットの形状を楕円にすること により、スクライブ予定ラインに沿って効率 よく加熱できるようにしている。

 取付フレーム15には、光学ホルダ14に近接 して、基板冷却機構20が設けられている。図2 に示すように、基板冷却機構20は、主として� ��棒状体からなる芯材21と、常温で液体とな� �水(水蒸気)を噴射するノズル27との2つの構造 体からなる。芯材21は良熱伝導性の金属(例え ば銅、アルミ)で形成される。芯材21の下方側 の端面21aは、凹凸のない鏡面にしてある。こ の端面21aは、ノズル27から噴射される冷却媒� ��が付着するようにしてある。端面21aは半球� ��にしてあるが、他の形状でもよく、走査す� ��ビームスポットの形状や幅に合わせて適当� ��形状にすればよい。芯材21の上側にはフィ� �21bが設けてあり、フィン21bを介して芯材21を 効率よく冷却できるようにしてある。

 芯材21のフィン21bの周囲には、箱状の芯� �冷却部22が設けてあり、この中を、冷却媒体 が循環流路22a、22bを介して流入、排出される ようにしてある。使用される冷却媒体は、端 面21aの温度を所望の温度に冷却できる低温流 体が用いられる。例えばノズル27から冷媒材� ��として水を噴射させる場合は、端面21aが氷� ��(0°C)以下になればよいので、それよりも低� ��のガス(冷凍回路で低温化したフレオンガス )や液体(液化炭酸ガス、液体窒素)を用いて芯 材21を冷却する。なお、芯材冷却部22にペル� �ェ素子を用いて芯材21を冷却するようにして もよい。

 芯材冷却部22の上面には、断熱材23(例えば� �ラミック板)が取り付けられ、断熱材23の上� �には昇降用ロッド24が固定されている。断熱 材23は、芯材冷却部22の冷熱が昇降ロッド24に 伝達されるのを防止するために取り付けられ ている。
昇降ロッド24は、芯材21を基板Aに接触させる� ��めの押圧機構25に接続される。押圧機構25は 、コイルばねと電磁弁(不図示)とからなる昇� ��機構26により、昇降ロッド24を上下に移動す ることで芯材21を昇降する。そして芯材21が� �降して基板Aに接触しているときに、コイル� ��ねによる適度の力で端面21aが基板Aを押圧す るように調整してある。

 ノズル27は、噴射方向が芯材21に向けてあ り、開閉弁28を介して供給される水(水蒸気)� �ノズル27から噴射されて端面21aに付着するよ うにしてある。芯材21の回りに付着した水は� ��芯材21が0°C以下に冷却されているため、氷� ��なり、端面21aを覆うようになる。したがっ� ��、この状態の芯材21を下降させて基板Aに接� ��させると、端面21aに付着した氷の部分が基� ��Aに接するようになり、これにより基板Aが� �却される。

 また、取付フレーム15には、光学ホルダ14に 近接して、基板冷却機構20とは反対側にカッ� ��ーホイール18が昇降機構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、ガラス基板Aに� ��期亀裂を形成するときに、上方から一時的� ��下降するようにして用いられる。

 さらに、基板加工装置LS1には、ガラス基� ��Aに刻印されている位置決め用のアライメン トマークを検出することができるカメラ19が� ��載してある。カメラ19により検出されたア� �イメントマークの位置から、基板A上に設定� ��るスクライブ予定ラインの位置と回転テー� ��ル12との位置関係を求め、カッターホイー� �18を下降させる位置やビームスポットを照射 させる位置がスクライブ予定ライン上にくる ように、正確に位置決めできるようにしてあ る。

 次に、基板加工装置LS1の制御系について説� ��する。図3は基板加工装置LS1の制御系を示す ブロック図である。基板加工装置LS1は、レー ザ/光学系駆動部31、基板冷却機構駆動部32、� ��査機構駆動部33、トリガ機構駆動部34、カメ ラ駆動部35との各駆動系が、コンピュータ(CPU )で構成される制御部40によってコントロール される。
 制御部40には、操作ボタン、キーボード、� �ウス等の入力装置からなる入力部41、および 各種の表示を行う表示画面からなる表示部42� ��接続され、必要なメッセージが表示画面に� ��示されるとともに、必要な操作、指示、設� ��が入力できるようにしてある。

 次に制御部40がコントロールする各駆動部� �行う動作について説明する。
 レーザ/光学系駆動部31は、レーザ装置13を� �動、停止してレーザビームの照射動作や停� �動作を行う。レーザビームが照射されると� �光学ホルダ14内のレンズ光学系を介して楕円 状のビームスポットが基板A上に形成される� �

 基板冷却機構駆動部32は、まず、開閉弁28 の制御によりノズル27から冷媒を噴射する動� ��を行い、また、押圧機構25の制御により芯� �21を下降させて芯材21の端面21aに付着した氷� ��を基板Aに接触させる動作を行う。

 走査機構駆動部33は、スライドテーブル2� ��よび台座7および回転機構11を駆動して、基� ��Aを移動する動作を行う。

 トリガ機構駆動部34は、カッターホイール18 の昇降機構17を駆動して、基板Aに初期亀裂を 形成する動作を行う。
 カメラ駆動部35は、カメラ20を駆動して、基 板Aの位置を表示部42に表示する動作を行う。

 次に、上記基板加工装置LS1による加工動� ��について説明する。図4は基板加工装置LS1に よるレーザスクライブ加工の加工動作手順を 示す図である。

 まず、図4(a)に示すように、ガラス基板Aが� �転テーブル12の上に載置され、吸引チャック によって固定される。カメラ20(図1)によって� ��ラス基板Aに刻印されてあるアライメントマ ーク(不図示)が検出され、その検出結果に基� ��いて、加工予定ラインと、回転テーブル12� �スライドテーブル2、台座7との位置が関係付 けられる。そして回転テーブル12およびスラ� ��ドテーブル2を作動し、カッターホイール18� ��刃先方向が加工予定ラインの方向に並ぶよ� ��に位置が調整される。さらに昇降機構17を� �動してカッターホイール18を下降させた状態 で、台座7を作動し、回転テーブル12上の基板 Aの端部にカッターホイール18を当接させて、 初期亀裂を形成するようにする。初期亀裂を 形成した後は、昇降機構17を作動してカッタ� ��ホイール18が基板Aに当たらないように上方� ��回避させておく。
 以上の動作を行う間に、同時並行して、ノ� ��ル27から水(水蒸気)を噴射して低温の芯材21� ��端面21aに付着させることにより、端面21aを� ��う氷の層を形成しておく。

 続いて、図4(b)に示すように、回転テーブ ル12(台座7)を一旦元の位置に移動してからレ� ��ザ光源13を作動してレーザビームを照射さ� �る。そしてノズル27からの水(水蒸気)の噴射� ��停止する。この状態で、台座7を駆動して回 転テーブル12の移動を開始する。

 続いて、図4(c)に示すように、回転テーブ ル12(台座7)の移動により基板Aがレーザビーム の真下を通過するようにする。このとき基板 A上にビームスポットが形成され、加熱され� �。さらに、加熱直後の位置に芯材21の端面21a に付着している氷が接触することにより、効 率よく冷却される。このとき氷の一部が融解 するが、水になるだけであり、基板に傷がつ く原因となる金属粉等は発生しない。それゆ え、基板Aに傷が形成されることもない。そ� �て、固相冷媒の接触によって大きな温度差� �形成されることにより、加工予定ライン(す� ��わちビームスポットおよび氷が移動したラ� ��ン)に沿ってクラックが形成される。

 そして、図4(d)に示すように、基板Aの加� �予定ライン上をビームスポットおよび氷が� �動した結果、基板Aの加工予定ライン上に、� ��ラックCrが形成される。なお、クラックCrは 加熱条件、冷却条件、基板の板厚によって、 有限深さのクラックからなるスクライブライ ンにもなり、基板を完全分断するクラックか らなるフルカットラインにもなる。

(実施形態2)
 図5は、本発明の第二実施形態である基板加 工装置LS2の全体構成図である。図において基 板加工装置LS1(図1)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を省略する。基 板加工装置LS2では、芯材21の端面21aに形成さ� ��る氷の大きさや形状を調整するための整形� ��構50を備えている点が第一実施形態と異な� �、それ以外の構成は、第一実施形態と同様� �ある。制御系については、基板冷却機構駆� �部32が整形機構50の昇降移動、回転移動につ� ��ても駆動するようになった点が異なる。そ� ��以外の制御は基板加工装置LS1と同様である� ��

 整形機構50は、加熱ブロック51と、加熱ブロ ック51が回転テーブル12と衝突することを回� �するため加熱ブロック51を上下移動および回 転移動させる移動機構56とからなる。
 図6に示すように、加熱ブロック51には、芯� ��21の先端部分を挿入して整形するための型� �52、排出孔53が形成され、埋め込みヒータ54� �取り付けられている。この埋め込みヒータ54 に通電することにより、加熱ブロック51は加� ��されるようになる。

 図7は基板加工装置LS2による整形動作例を示 す図である。
 まず、図7(a)に示すように、ガラス基板Aが� �置された回転テーブル12が基板冷却機構20か� ��離れた加工開始位置にある状態のときに、� ��動機構56を作動して加熱ブロック51を芯材21� ��真下にくるようにする。

 続いて、図7(b)に示すように、加熱ブロッ ク51を上昇し、型穴52に芯材21が挿入されるよ うにする。このとき芯材21の周囲に付着して� ��る氷の層は一部が溶けて排出孔53から排出� �れる。その結果、芯材表面に付着する氷の� �は型穴52の底面形状である半球状に整形され る。なお、型穴52の底面形状は半球以外であ� ��てもよい。例えば、接触面の面積をできる� ��け小さくしたい場合には角状に尖らせても� ��い(この場合でも氷であるため基板A上を滑� �かに移動するため基板Aを傷つけることはな� ��)。一方、接触面の面積を広げたい場合は平 坦な底面にしてもよい。

 整形を終えると、図7(c)に示すように、加熱 ブロック51は下降し、芯材21から離れる。そ� �後、加熱ブロック51は回転テーブル12と衝突� ��ない回避位置(図7(a)の位置)に戻される。
 以上の整形動作をレーザスクライブ加工時� ��組み込む(図4(a)の後に組み込む)ことにより� ��常に一定形状の氷の層が形成された端面21a� ��基板Aに接するようになるので、さらに加工 精度を向上させることができる。

(実施形態3)
 図8は、本発明の第三実施形態である基板加 工装置LS3の全体構成図である。また、図9は� �板加工装置LS3における基板冷却機構20aを示� �部分構成図である。図8、図9において、基板 加工装置LS1(図1)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を省略する。

 実施形態1の基板加工装置LS1および実施形 態2の基板加工装置LS2では、基板冷却機構20に おいてノズル27から噴射した冷却媒体を冷却� ��ることにより固体化して固相冷媒を形成す� ��ようにしていた。これに対し、基板加工装� ��LS3では、交換用の固相冷媒を別途に準備し� ��おき、使用中の固相冷媒が消耗した時点で� ��しい固相冷媒に交換する。具体的には、別� ��の冷凍装置で円柱状の氷を形成して準備し� ��おき、必要時に交換するようにしている。

 そのため、基板加工装置LS3では、固相冷媒C Lを着脱することができる支持部材61を備えた 基板冷却機構20aを備えている。
 支持部材61について説明する。支持部材61は 、円筒状のハウジング62と、予め円柱状に整� ��された氷(固相冷媒CL)の下端を基板Aに対向� �せた状態で、氷(固相冷媒CL)の上端を、図示� ��ないクリップで固定する把持部63と、把持� �63をハウジング62内で昇降する把持部用の昇� ��機構64と、氷(固相冷媒CL)を鉛直下方に向け� ��ためのガイド65とからなる。氷(固相冷媒CL)� ��、ハウジングの下方からガイド65に沿って� �入することにより把持部63のクリップで固定 される。そして把持部用の昇降機構64は氷の� ��耗量に応じて少しずつ下降し、常に氷(固相 冷媒CL)の下側端面がハウジング62の外側に露� ��するようにしてある。昇降機構64の昇降動� �は、基板Aの冷却回数をカウントしてこれに� ��動して行うようにしてもよい。

 ハウジング62の上面は、昇降用ロッド24が固 定されている。昇降ロッド24は、支持部材61� �基板Aに接触させるための押圧機構25に接続� �れる。押圧機構25は、コイルばねと電磁弁(� �図示)とからなる昇降機構26により、昇降ロ� �ド24を上下に移動することで支持部材61を昇� ��する。そして支持部材61が下降し氷(固相冷� ��CL)が基板Aに接触しているときに、コイルば ねによる適度の力で固相冷媒CLが基板Aを押圧 するように調整してある。
 基板加工装置LS3の制御系については、基板� ��却機構駆動部32が把持部用の昇降機構64の昇 降動作を駆動する。それ以外の制御は基板加 工装置LS1と同様である。なお、氷(固相冷媒CL )の交換をロボットハンドによって自動化す� �こともできるが、その場合はロボットハン� �による交換動作も基板冷却機構駆動部32が制 御する。

 基板加工装置LS3による加工動作について� ��明する。最初の氷(固相冷媒CL)を支持部材61� ��取り付け、実施形態1と同様に、ビームスポ ットの走査および氷(固相冷媒CL)の走査を実� �することにより、加工予定ラインに沿って� �峻な温度差によるクラックを基板に形成す� �。最初の氷(固相冷媒CL)が消耗するにつれて� ��把持部昇降機構64を作動して氷(固相冷媒CL)� ��下降させる。やがて、最初の氷(固相冷媒CL) がほとんどなくなると、残りを抜き出して、 新しい氷(固相冷媒CL)に交換する。このよう� �してレーザスクライブ加工を続けて行うよ� �にする。