(57)【要約】【課題】発塵や変形などの、ガラス物体の外側への影響がないように、ガラス物体の内部の任意の範囲を改質して強化する。【解決手段】クラック修正装置１００は、超短パルスレーザ光を射出するレーザーユニット１０２と、レーザ光をガラス基板１の内部に集光する集光光学系１０４を備える。クラック修正装置１００は、レーザ光を照射すべき照射範囲２が決定すると、集光光学系１０４の焦点が照射範囲２に位置するように、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置を制御する。レーザーユニット１０２は、照射範囲２においてガラス基板１の内部が溶融するように、上記のようにして相対位置が制御された状態で、レーザ光を照射する。【選択図】図１
2010070388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いてガラス物体を加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光をレーザ光源から射出する射出手段と、
前記レーザ光源から射出された前記レーザ光を前記ガラス物体の内部に集光する集光光学系と、
前記ガラス物体の前記内部において前記レーザ光を照射すべき照射範囲を決定するための決定手段と、
前記集光光学系の焦点が、前記決定手段が決定した前記照射範囲に位置するように、前記集光光学系と前記ガラス物体との相対位置を制御する制御手段とを備え、
前記射出手段は、前記レーザ光の前記照射範囲への照射により前記照射範囲において前記ガラス物体の前記内部を溶融させるように、前記制御手段によって前記相対位置が制御された状態で前記レーザ光を前記レーザ光源から射出する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光は、パルスレーザ光であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記パルスレーザ光のパルス幅は１０ｐｓ以下であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記ガラス物体に生じたクラックまたは欠けの位置または範囲を認識する認識手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記認識手段が認識した前記クラックまたは前記欠けの前記位置または前記範囲に基づいて、１つ以上の前記照射範囲を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記照射範囲のうちの少なくとも１つは、前記クラックの先端の点を含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
１つ以上の前記照射範囲の各々は、
前記クラック上の点、
前記クラックに接するか、前記クラックを横断するか、前記クラックからは離れて前記クラックの成長する側に位置するか、前記クラックのうち少なくとも先端を含む一部を囲むか、または前記欠けを囲むかしている、直線または曲線、および
前記直線または前記曲線に沿って断続的に分布する複数の点の集合、
のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記照射範囲のうちの少なくとも１つは前記クラックを横断しており、
前記射出手段は、ガラスの溶融によって前記クラックの破断面同士を溶接するように、前記レーザ光を前記レーザ光源から射出する、
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記ガラス物体は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板であり、
前記レーザ光源と前記集光光学系は、回路パターンが形成された前記ガラス基板の表面の側と、前記表面に対向する裏面の側の一方または双方から、前記レーザ光が照射されるように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ光を用いてガラス物体を加工するレーザ加工装置が、
ユーザからの指示に基づいて、前記ガラス物体の内部において前記レーザ光を照射すべき照射範囲を決定し、
前記レーザ光を前記ガラス物体の前記内部に集光する集光光学系の焦点が、決定した前記照射範囲に位置するように、前記集光光学系と前記ガラス物体との相対位置を制御し、
前記照射範囲において前記ガラス物体の前記内部を溶融させるために前記レーザ光をレーザ光源から射出して前記照射範囲に照射する、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記照射範囲は、
前記ガラス物体に生じたクラック上の点、
前記クラックに接するか、前記クラックを横断するか、前記クラックからは離れて前記クラックの成長する側に位置するか、前記クラックのうち少なくとも先端を含む一部を囲むか、または前記ガラス物体に生じた欠けを囲むかしている、直線または曲線、および
前記直線または前記曲線に沿って断続的に分布する複数の点の集合、
のいずれかであることを特徴とする、請求項９に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いてガラス物体を加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスは広く工業製品に利用されており、ガラス物体を加工するための様々な技術も知られている。例えば、レーザ光を用いてガラス基板を割断するレーザダイシング技術が知られている。
【０００３】
しかし、レーザダイシング技術は、加熱によるクラック（ひび割れ）の発生のしやすさの証左でもある。そして、一般には、望まないクラックは各種の問題を引き起こす原因である。従来、ガラスの溶融溶接は、加熱によるクラックの発生をともなうために一般の条件下では実用不能な加工方法である、と考えられていた。
【０００４】
ところが近年、パルス幅がフェムト秒（ｆｓ）乃至ピコ秒（ｐｓ）のオーダーであるような超短パルスレーザ光を用いたガラスの溶融溶接技術が知られるようになった（例えば、非特許文献１を参照。）。超短パルスレーザを用いることで、クラックの発生をともなわずに、ガラス板同士を溶融溶接することが可能である。また、超短パルスレーザが照射された領域のガラスは、改質されて強度が増す。
【０００５】
このように、ガラスの加工技術には様々なものがあり、様々な分野でガラスを用いた製品が製造されている。しかしながら、依然として、製造工程における機械的衝撃などによってチップ（欠け）またはクラックが発生するのを完全に抑制することは難しい。また、機械的衝撃以外にも熱ストレスなどが原因でクラックが発生することは避けがたい。そして、チップが成長してクラックとなる可能性もあり、クラックが成長して製造途中の製品が完全に割れてしまう可能性もある。
【０００６】
そこで、チップまたはクラックに関して、発生を防ぎ、発生後には成長を抑制し、可能なら修正するための各種の対策が求められる。
例えば、近年では、薄板ガラスを基板として用いた薄型表示装置が広く製造されている。薄型表示装置は一般にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ；Flat Panel Display）と呼ばれる。ＦＰＤには、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ；Plasma Display Panel）、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ、表面電界ディスプレイ（ＳＥＤ；Surface-conduction Electron-emitter Display）などがある。
【０００７】
近年、ＦＰＤ用の「マザーガラス」と呼ばれるガラス基板の大型化は著しく、クラックへの対策の重要性が増している。その理由は下記のとおりである。
第１に、何らかの原因で生じたクラックが成長してガラス基板が割れてしまうと、１枚のガラス基板から製造するはずだった複数枚のディスプレイパネルのすべてを廃棄せざるを得ない。近年はガラス基板および個々のディスプレイパネルが大型化しており、それにともなって価格も高価になっている。よって、高単価の材料であるガラス基板の損失という意味からも、本来販売して利益を得るはずだった個々のディスプレイパネルの損失という意味からも、ガラス基板が割れたときの金銭的損失が大きい。
【０００８】
第２に、ガラス基板が割れるときには一般に細かい粒子が飛散するが、ＦＰＤの製造において粉塵は、表示不良をもたらす原因であり、避けねばならない。よって、１枚のガラス基板が製造途中に割れると、生産ラインを止めて、クリーンルームおよびＦＰＤ製造装置などの各種装置を清掃しなくてはならない。清掃にかかる労力は多大である。また、割れたガラス基板と同じ室内で製造中だった他のガラス基板は、飛散した粒子が付着しているので廃棄せざるを得ない。
【０００９】
第３に、クリーンルームと各種装置を清掃し、生産ラインが復旧するまでには長時間を要する。すなわち、生産ラインを止めることによって、本来製造することができたはずの製品の製造が不可能になり、機会損失も大きい。
【００１０】
第４に、上記の第１〜第３の理由から、ガラス基板が完全に割れてしまうことは可能な限り避けるべきであり、そのため、予防的にガラス基板の廃棄が行われることがある。例えば、まだ割れてはいないがクラックが生じているガラス基板は、割れる可能性が高いので、次工程に送らずに廃棄することがある。予防的に廃棄されるガラス基板についても、当然、第１の理由と同様の金銭的損失が生じる。
【００１１】
このような種々の理由から、ＦＰＤの製造過程においては、たとえクラックが発生してもガラス基板全体が割れてしまわないように、クラックを修復することが求められる。
例えば、ガラス基板の少なくとも一方の面に予め修復用金属膜を形成しておき、このガラス基板にクラックが生じた場合に、修復用金属膜を介してクラック発生部にレーザ光を照射して該クラック発生部のガラスを溶融し、クラックを修復することもできる（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１２】
また、例えば、液晶を挟んで互いに対向する一対のガラス基板を有する液晶表示装置において、一対のガラス基板の側端面に、レーザ光の照射によって熱処理を加えることができる。ガラス基板の側端面には、液晶パネルの製造過程においてクラックが生じることがあるが、熱処理によって基板側面の適所を溶解することによりそのクラックを消滅することができる（例えば、特許文献２を参照。）。
【非特許文献１】宮本勇「超短パルスレーザによるガラスの新しい溶融溶接技術」、日本機械学会誌、２００７年１１月、第１１０巻、第１０６８号、８５３〜８５５ページ
【特許文献１】特開２００６−２０６３７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１１４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、修復用金属膜の形成は、製造工程数の増加をもたらし、また、修復用金属膜の剥離による発塵を招くおそれがある。
また、側端面からのレーザ光の照射では、側端面から離れた箇所まで進行したクラックの先端付近に十分な熱処理を加えることは難しい。よって、クラックの先端が熱処理されずに残り、そこからクラックが成長するおそれがある。逆に言えば、クラックの先端付近に十分な熱処理を加えるには、高出力でレーザ光を照射する必要があり、側端面付近での熱変形などの熱による各種の影響が懸念される。
【００１４】
そこで本発明の目的は、発塵や変形などの、ガラス物体の外側への影響がないように、ガラス物体の内部の任意の範囲を改質して強化する装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によればレーザ加工装置が提供され、本発明の他の態様によれば前記レーザ加工装置が実行する方法が提供される。
前記レーザ加工装置は、レーザ光を用いてガラス物体を加工するレーザ加工装置であって、射出手段と集光光学系と決定手段と制御手段とを備える。
【００１６】
前記射出手段は、前記レーザ光をレーザ光源から射出する。
前記集光光学系は、前記レーザ光源から射出された前記レーザ光を前記ガラス物体の内部に集光する。
【００１７】
前記決定手段は、前記ガラス物体の前記内部において前記レーザ光を照射すべき照射範囲を決定するための手段である。
前記制御手段は、前記集光光学系の焦点が、前記決定手段が決定した前記照射範囲に位置するように、前記集光光学系と前記ガラス物体との相対位置を制御する。
【００１８】
そして、前記射出手段は、前記レーザ光の前記照射範囲への照射により前記照射範囲において前記ガラス物体の前記内部を溶融させるように、前記制御手段によって前記相対位置が制御された状態で前記レーザ光を前記レーザ光源から射出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガラス物体の内部に決定された照射範囲に集光光学系の焦点が位置した状態でレーザ光が照射される。よって、焦点の合っていないガラス物体の外面にレーザ光が与える影響はごくわずかである。また、本発明では、金属膜等の補助的な物質を利用していないので、発塵のおそれもない。
【００２０】
また、本発明によれば、集光光学系とガラス物体との相対位置が制御されるので、例えば側端面といった特定の箇所のみからしかレーザ光の照射が行われない場合と比較して、加工可能な範囲の自由度が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら次の順序で詳細に説明する。
まず、いくつか前提条件について述べてから、ＦＰＤ用のガラス基板に生じたクラックを修正するクラック修正装置に関する第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２２】
その後、第１実施形態のクラック修正装置の各部の配置を変形した第２実施形態について、図６を参照して説明する。さらに、第１および第２実施形態におけるレーザ照射の様々なパターンについて、図７〜図１０を参照して説明する。最後に、その他の様々な実施形態について説明する。なお、同様の構成要素には同じ参照符号を付して、適宜説明を省略する。
【００２３】
さて、第１実施形態は、ＦＰＤ用のガラス基板に生じたクラックの修正に関する実施形態である。すなわち、第１実施形態において、加工すべきガラス物体は、ＦＰＤ用のガラス基板であり、「加工」の種類は、クラックを修正するための加工である。なお、ＦＰＤは複数の工程を経て製造されるが、第１実施形態によるクラックの修正は、任意の段階で行うことができる。
【００２４】
以下では特に断らない限り、クラックの「修正」とは、クラックの一部または全部を消滅させることだけではなく、クラックがさらに成長するのを抑止するための加工も含むものとする。
【００２５】
また、以下では「ガラス基板」は、表面すなわち上面に回路パターンなどが形成されたものも、まだ回路パターンが形成されていないものも含む。説明の簡単化のため、ガラス基板は薄板状であり、回路パターンを形成すべき表面が長方形であると仮定する。そして、長方形の互いに直交する２辺の方向の座標軸をｘ軸およびｙ軸とし、ガラス基板の厚み方向の座標軸をｚ軸とする。
【００２６】
ＦＰＤには様々な種類があるが、第１実施形態におけるガラス基板は、どの種類のＦＰＤのガラス基板であってもよい。例えば、ＬＣＤ用や有機ＥＬディスプレイ用には約０．７ｍｍの厚みのガラス基板が広く使われ、ＰＤＰ用には約１．４ｍｍの厚みのガラス基板が広く使われている。また、ガラス基板の縦と横の寸法も様々である。しかし、いずれの種類のガラス基板に対しても、本実施形態のクラック修正装置１００によるクラックの修正が可能である。
【００２７】
また、以下の説明における「ユーザ」は、例えばＦＰＤ製造工場においてクラックの修正工程を担当する職員などである。
以下、第１実施形態における装置の構成および動作について詳細に説明する。
【００２８】
図１は、第１実施形態によるクラック修正装置１００の構成図である。クラック修正装置１００は、ガラス基板１を載置するステージ１０１と、ガラス基板１にレーザ光を照射するためのレーザーユニット１０２を備える。レーザーユニット１０２は、図３に示すレーザ光源１１５からレーザ光を射出する射出手段として機能し、射出のタイミングの制御や、射出するレーザ光の断面形状の制御なども行う。
【００２９】
また、クラック修正装置１００は、ステージ移動機構１０３も備えている。ステージ移動機構１０３は、ガラス基板１内部の任意の範囲にレーザ光を照射することができるようにするため、かつ、ガラス基板１の任意の位置を観察面とするための機構である。ステージ移動機構１０３は、レーザーユニット１０２からガラス基板１までレーザ光を導く光学系と、ガラス基板１との相対位置を、ｘ方向およびｙ方向に移動させる機能を有する。
【００３０】
なお、一般には、ガラス基板１、クラック修正装置１００、および後述する不図示のクラック検出装置のそれぞれを基準とした異なる３つの座標系が存在する。そして、例えばクラック検出装置とクラック修正装置１００など、異なる装置間でやり取りされる座標のデータは、ガラス基板１を基準とした座標系により表される。そして、ガラス基板１、クラック検出装置、およびクラック修正装置１００にはそれぞれ、歪み、たわみ、および反りがある。
【００３１】
そのため、一般には、座標系間での座標の変換には、何らかの補正が必要である。しかし、本実施形態では座標系変換のための任意の補正手法を利用することができるので、以下では、座標系変換の誤差の影響はないものとして説明する。
【００３２】
すなわち、図１に示したｘｙｚ座標系は、上記のとおりガラス基板１を基準として各座標軸の方向が定められている。クラック修正装置１００は、実際には、クラック修正装置１００自体を基準とした、ｘｙｚ座標系とは異なる座標系に基づいて位置の認識などを行う。しかし、適切な補正が行われるという前提のもとでは、座標系変換による誤差の影響なしに、クラック修正装置１００がｘｙｚ座標系にしたがって位置を認識し、所望の位置への相対移動を行うことができる。したがって、以下では、座標系としてｘｙｚ座標系のみを示す。
【００３３】
ここで、クラック修正装置１００の構成の説明に戻ると、クラック修正装置１００は、さらに集光光学系１０４を備える。集光光学系１０４は、レーザーユニット１０２が備える不図示のレーザ光源から射出されたレーザ光を、ガラス基板１の内部に集光する光学系であり、対物レンズおよびその他の光学素子を備える。
【００３４】
対物レンズの光軸はｚ軸に平行であり、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の相対位置は調節可能である。よって、ガラス基板１内部の任意の深さに対物レンズの焦点を設定することができる。
【００３５】
また、第１実施形態においてレーザーユニット１０２からガラス基板１までレーザ光を導く光学系は、ミラー１０５と、レーザ光をガラス基板１の内部で結像させるための結像レンズ１０６と、ビームスプリッタ１０７と、上記集光光学系１０４とを含む。
【００３６】
さらに、クラック修正装置１００は、修正すべきクラックや修正の結果などをユーザが観察するための観察系１０８も備えている。詳しくは図３とともに後述するが、観察系１０８は、例えば撮像部１２０と表示部１２１を含む。
【００３７】
以上のように構成されたクラック修正装置１００におけるクラックの修正の概要は以下のとおりである。
まず、ガラス基板１の内部においてレーザ光を照射すべき照射範囲２が決められる。照射範囲２の決定の詳細については後述するが、クラックの修正に適した範囲が照射範囲２として決められる。
【００３８】
例えば、図１は、ガラス基板１内部の照射範囲２にレーザ光を照射すべきである、と決められた例を示す。照射範囲２は、例えばレーザ光のスポット照射によって照射される範囲であってもよいし、直線状または曲線状の範囲であってもよい。
【００３９】
照射範囲２が決定されると、集光光学系１０４の対物レンズの焦点が照射範囲２に位置するように、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置が、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向にそれぞれ制御され、調整される。そして、その状態で、レーザーユニット１０２がレーザ光をレーザ光源から射出する。
【００４０】
すると、レーザーユニット１０２から射出されたレーザ光は、ミラー１０５で反射し、結像レンズ１０６を介してビームスプリッタ１０７に到達し、ビームスプリッタ１０７で反射されて集光光学系１０４に入射する。
【００４１】
ここで、集光光学系１０４は、対物レンズの焦点が照射範囲２に位置するように既に調整されているので、集光光学系１０４に入射したレーザ光は、照射範囲２に照射される。クラック修正装置１００は、図１に示したとおり、ガラス基板１の表面から、ｚ軸に平行な集光光学系１０４の光軸に沿って、レーザ光をガラス基板１の内部の照射範囲２に照射するように、各部が配置されている。
【００４２】
ガラス基板１に使われたガラスの物性などに応じて、適切な波長および波形のレーザ光を生成するレーザーユニット１０２が、適切な時間にわたってレーザ光の照射を続けると、照射範囲２においてガラス基板１は溶融する。
【００４３】
例えば、レーザ光の好適な波形として、パルス幅が１０ｐｓ以下でパルス繰り返し周波数が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度のパルス波形が挙げられる。パルス幅がｆｓ乃至ｐｓのオーダーである超短パルスレーザ光によってガラス物体を溶融することができることは、近年知られるようになってきており、上述のとおり、例えばガラス板同士の溶融溶接に利用されている。本実施形態では、超短パルスレーザ光によるガラス物体の溶融現象を、クラックの修正に利用している。
【００４４】
例えば１０ｐｓ以下といった非常に狭いパルス幅のレーザ光を使用することで、レーザ光が照射された箇所から近傍への熱の拡散の影響が非常に小さくなる。したがって、超短パルスレーザ光の使用により、照射範囲２という特定の範囲のみを選択的に加熱し溶融することが可能となる。
【００４５】
また、例えば１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚといった高いパルス繰り返し周波数でレーザ光を照射することにより、照射範囲２内のガラスに熱を効率よく伝えることが可能となる。
なお、集光光学系１０４の対物レンズは、例えば収差補正が加えられたものが好ましい。なぜなら、エネルギー密度の高い集光点のごく近傍ではガラスの温度が急激に上昇して溶融する一方で、集光点から離れた箇所では温度上昇の影響がほとんどない、といった選択的な加工における対照が、より際立つからである。
【００４６】
レーザ光の強度、パルス幅、パルス繰り返し周波数、照射時間、および波長などは、例えば実験によって調べた適切な値とすることが好ましい。
レーザ光の照射によって溶融した照射範囲２内のガラスは改質され、強化される。また、照射範囲２内にクラックによる約１０μｍ以下の幅の微小な空隙があった場合、溶融したガラスによって空隙がふさがれる。したがって、照射範囲２の溶融により、クラックの成長を抑制し、クラックの少なくとも一部を消滅させることが可能であり、換言すれば、上記で定義した意味においてクラックを「修正」することができる。
【００４７】
また、ガラス基板１の表面で反射した照明光などの光は、集光光学系１０４を介してビームスプリッタ１０７に入射し、ビームスプリッタ１０７を透過して観察系１０８に至る。ユーザは、観察系１０８を介してガラス基板１の状態を表面から観察することができる。つまり、ビームスプリッタ１０７は、レーザ光の光路と観察系１０８の光軸とを、加工対象であり観察対象でもあるガラス基板１上で一致させる。
【００４８】
続いて、修正の対象であるガラス基板１の具体例を、図２とあわせて説明する。
図２は、クラックとチップの発生したガラス基板の例を示す上面図である。すなわち、図２において垂直方向の軸がｘ軸、水平方向の軸がｙ軸、紙面を貫く軸がｚ軸である。
【００４９】
図２のガラス基板１は、４枚のパネルを製造するためのもので、図２は各パネルに対応した４つのパネル領域４ａ〜４ｄの長方形を含む。図２では、図示の都合上、クラックおよびチップを大きく表現している。
【００５０】
例えば、ガラス基板１をステージ１０１上に位置決めする際の機械的な衝撃や、ガラス基板１をステージ１０１上で保持するためにクランプで挟むことなどが原因で、ガラス基板１にはチップ５ａや５ｂなどが生じることがある。そして、チップ５ｂから延びているクラック３ａとして図示したように、一旦生じたチップからは、クラックが成長することがある。もちろん、チップの発生以外の要因によってクラックが生じることもある。
【００５１】
例えば、クラック３ｂのように、どのパネル領域４ａ〜４ｄとも重ならないクラックは、今すぐ直接にＦＰＤ製品の品質劣化を引き起こすものではない。しかし、クラック３ｂは、成長して例えばパネル領域４ｂに至ってパネルの不良の原因となる可能性もあり、最悪の場合はガラス基板１が割れる原因となる可能性もある。したがって、クラックの発生が検出されたら、発生場所や大きさによらず修正することが望ましい。
【００５２】
また、検出のタイミングによっては、既にパネル領域４ｂにまで進行した状態でクラック３ｃが検出されることもある。この場合も、クラック３ｃの修正は決して手遅れではない。
【００５３】
つまり、クラック３ｃによってパネル領域４ｂは損傷されているが、パネル領域４ａ、４ｃおよび４ｄはまだ損傷されていない。そこで、ガラス基板１から３枚のパネルだけでも製造すれば、金銭的損失を最小限に食い止めることができる。そのためには、ガラス基板１が割れてしまうことを防ぐ必要があり、具体的にはクラック３ｃを修正し、クラック３ｃの進行を阻止することが必要である。すなわち、クラックの進行の度合いによらず、検出したクラックを修正することが、歩留まり向上に寄与する。
【００５４】
このように、第１実施形態は、様々な状態のクラックの修正を対象としている。以下では、クラック修正装置１００のより詳細な機能と動作について説明する。
図３は、第１実施形態によるクラック修正装置１００の機能ブロック図であり、図１をより詳細に表した図である。図３には、図１と同様にガラス基板１、ステージ１０１、レーザーユニット１０２、ステージ移動機構１０３、集光光学系１０４、ミラー１０５、結像レンズ１０６、ビームスプリッタ１０７、および観察系１０８が示されている。
【００５５】
また、図３では、レーザーユニット１０２からガラス基板１へ至る光路上の光学系が、機能に応じてレーザ光学系１０９、観察光学系１１０、集光光学系１０４、と分類されている。レーザー光学系１０９は、図１にも示したミラー１０５および結像レンズ１０６を含む。
【００５６】
また、クラック修正装置１００は、各部を制御する制御部１１１を備える。制御部１１１は、汎用的なコンピュータにより実現することもでき、専用のハードウェア回路により実現することもできる。
【００５７】
例えば、制御部１１１を実現するコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムなどを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、作業領域として使われるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスク装置などの外部記憶装置とを備え、これらの要素はバスで互いに接続されている。コンピュータはさらに、コンピュータ読み取り可能な可搬型記憶媒体の駆動装置を備えていてもよい。ＲＯＭ、ハードディスク装置、または駆動装置にセットされた可搬型記憶媒体に格納されたプログラムを、ＣＰＵがＲＡＭにロードして実行することにより、後述の制御部１１１内の各部の機能が実現される。
【００５８】
図３に示すように、クラック修正装置１００はさらに、ユーザからのデータ入力を受け付けるためのデータ入力部１１２、および外部の装置との通信を行うための通信部１１３を備える。例えば、コンピュータが制御部１１１を実現する場合、データ入力部１１２は、コンピュータが備える、マウスまたはタッチパネルなどのポインティングデバイス、キーボード、マイクなどの１種以上の入力装置であってもよい。また、通信部１１３は、制御部１１１を実現するコンピュータが備える、有線または無線による通信インターフェイスであってもよい。
【００５９】
さらに、クラック修正装置１００は、クラック修正装置１００におけるワークであるガラス基板１の搬入および搬出を行うワーク入れ替え部１１４を備える。ワーク入れ替え部１１４は、例えば、先端に把持用のクランプを有するアームを備えた機構であってもよい。あるいは、ステージ１０１が、空気の噴出によりガラス基板１を浮上させる浮上式ステージである場合は、ワーク入れ替え部１１４は、空気の噴出を制御することで、ガラス基板１を特定の方向に動かし、ガラス基板１の入れ替えを行う機構であってもよい。
【００６０】
また、図１におけるレーザーユニット１０２は、図３に示すように、レーザ光源１１５、レーザ発振制御部１１６、ガイド照明光源１１７、ビームスプリッタ１１８、および加工形状設定部１１９を備える。
【００６１】
レーザ光源１１５はレーザ光を射出し、レーザ発振制御部１１６はレーザ光源１１５におけるレーザ発振を制御する。例えば、レーザ発振制御部１１６は照射時間および照射タイミングを制御する。レーザ光の強度、パルス幅、パルス繰り返し周波数などは固定されていてもよいが、レーザ発振制御部１１６が制御してもよい。レーザ光源１１５の出力は、例えば数ｍＪ程度でもよい。
【００６２】
ガイド照明光源１１７は可視光レーザ光源であり、ユーザが視認しやすいように色味を帯びたガイド照明光を射出する。
ビームスプリッタ１１８は、レーザ光源１１５から射出されたレーザ光と、ガイド照明光源１１７から射出されたガイド照明光との光路を揃えるためのものである。すなわち、レーザ光源１１５から射出されてビームスプリッタ１１８を透過したレーザ光と、ガイド照明光源１１７から射出されてビームスプリッタ１１８で反射されたガイド照明光は、以後、同一の光路上を進む。
【００６３】
ビームスプリッタ１１８により光路が揃えられたレーザ光とガイド照明光は、加工形状設定部１１９に入射する。加工形状設定部１１９は、入射したレーザ光およびガイド照明光のビーム断面形状を設定する。加工形状設定部１１９によってビーム断面形状が設定されたレーザ光とガイド照明光は、レーザーユニット１０２から射出され、ミラー１０５に入射する。
【００６４】
例えば、加工形状設定部１１９は、スリットなどの開口を有する部品と、開口の大きさや形状を制御する制御部を含んでもよい。あるいは、加工形状設定部１１９は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの空間光変調器と、空間光変調器の制御部とを含んでもよい。
【００６５】
また、図１における観察系１０８は、図３に示すように、撮像部１２０と表示部１２１を備える。
撮像部１２０は、ビームスプリッタ１０７を透過した光を受光素子で受けて画像データに変換し、画像データを出力する画像センサである。撮像部１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）画像センサでもよく、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）画像センサでもよい。また、撮像部１２０は、モノクロームの輝度画像を撮像するものでも、カラー画像を撮像するものでもよい。撮像部１２０の受光面は、集光光学系１０４の光軸に対して垂直である。
【００６６】
表示部１２１は、撮像部１２０から出力された画像データを表示するモニタディスプレイである。例えば、制御部１１１がコンピュータにより実現される場合、表示部１２１はコンピュータが備えるモニタディスプレイであってもよい。
【００６７】
また、観察光学系１１０は、ビームスプリッタ１０７と集光光学系１０４の間に位置し、照明光学系１２２、ビームスプリッタ１２３、ＡＦ（AutoFocus）ミラー１２４、焦点補正光学系１２５、および光学系制御部１２６を備える。
【００６８】
照明光学系１２２は、観察系１０８による観察を可能とするための照明光をガラス基板１に当てる。クラック修正装置１００の周囲が十分に明るい環境においては、照明光学系１２２を省略することもできる。
【００６９】
ビームスプリッタ１２３は、照明光学系１２２から照射される照明光を反射して集光光学系１０４に導く。また、ビームスプリッタ１２３は、集光光学系１０４を通過してきたガラス基板１からの光を透過させ、ビームスプリッタ１０７へと導く。
【００７０】
ＡＦミラー１２４は、ガラス基板１の表面と集光光学系１０４の対物レンズとのｚ方向の相対位置を決めるためのＡＦ動作において利用される。また、図３のＡＦミラー１２４は、ビームスプリッタ１２３と１０７を結ぶ光路上に位置しているため、ビームスプリッタ１２３を透過した光がビームスプリッタ１０７に到達可能なように、例えば次のように構成されている。
【００７１】
例えば、ＡＦミラー１２４は、ビームスプリッタ１２３とビームスプリッタ１０７を結ぶ光路上から退避可能な可動式のミラーであってもよい。あるいは、ＡＦミラー１２４は、ビームスプリッタ１２３からの入射光の一部を透過させるミラーであってもよく、ＡＦ用に特定の波長の光を用いる場合には、ダイクロイックミラーであってもよい。
【００７２】
ＡＦ動作は次のように行われる。すなわち、集光光学系１０４を通過してきたガラス基板１からの光は、ＡＦミラー１２４で反射されると、焦点補正光学系１２５が備える不図示の検出器で検出される。そして、検出器による検出結果に応じて、焦点補正光学系１２５は、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を移動させることにより、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の相対位置を移動させる。
【００７３】
また、焦点補正光学系１２５は、ＡＦミラー１２４を用いたＡＦ動作のほかに、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の相対位置を外部からの指定にしたがって移動させる動作も行う。
【００７４】
光学系制御部１２６は、照明光学系１２２および焦点補正光学系１２５を制御する。例えば、光学系制御部１２６は、照明光の光量、照明角度などを照明光学系１２２に対して指定してもよい。また、光学系制御部１２６は、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を変化させるための相対移動の量を、焦点補正光学系１２５に対して指定してもよい。
【００７５】
制御部１１１は、処理部１２７、画像処理部１２８、レーザ制御部１２９、光学系制御指示部１３０、およびステージ制御部１３１を備える。
処理部１２７は、様々なデータを受け取り、受け取ったデータに基づいて制御部１１１内の各部を制御する。例えば、処理部１２７は、データ入力部１１２からデータを受け取り、通信部１１３を介して外部の装置からデータを受け取り、画像処理部１２８から処理結果を受け取る。
【００７６】
画像処理部１２８は、撮像部１２０が出力した画像データを受け取り、画像データに対して画像認識処理を行い、画像認識処理の結果を処理部１２７に出力する。
レーザ制御部１２９は、処理部１２７による制御に基づいて、レーザーユニット１０２内の各部を制御する。例えば、レーザ制御部１２９は、レーザ発振制御部１１６にレーザ光の照射タイミングなどを指示し、ガイド照明光源１１７にガイド照明光の照射タイミングなどを指示し、加工形状設定部１１９にビーム断面形状を指示する。
【００７７】
光学系制御指示部１３０は、処理部１２７による制御に基づいて、観察光学系１１０を制御する。具体的には、光学系制御指示部１３０は、観察光学系１１０内の光学系制御部１２６に指示を与えることで、間接的に照明光学系１２２と焦点補正光学系１２５を制御する。
【００７８】
ステージ制御部１３１は、処理部１２７による制御に基づいて、ステージ移動機構１０３を制御する。すなわち、ステージ制御部１３１は、集光光学系１０４とガラス基板１とのｘ方向およびｙ方向の相対位置を変化させるための制御を行う。ステージ制御部１３１は、例えば上述のような、ガラス基板１とクラック修正装置１００をそれぞれ基準とする２つの座標系間の座標変換なども行う。
【００７９】
ガラス基板１はステージ１０１に保持されているので、集光光学系１０４とステージ１０１とのｘ方向およびｙ方向の相対位置の変化により、集光光学系１０４とガラス基板１とのｘ方向およびｙ方向の相対位置が変化する。このように、制御部１１１、光学系制御部１２６、および焦点補正光学系１２５は、集光光学系１０４の焦点が照射範囲２に位置するように集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置を制御する制御手段として機能している。
【００８０】
なお、集光光学系１０４とステージ１０１との相対位置を可変とするために、クラック修正装置１００は、例えば以下の（１）、（２）または（３）のように構成されている。
（１）ステージ１０１は床に対して固定されている。クラック修正装置１００は不図示のガントリーを備える。ガントリーは、ステージ１０１の上方に架かった水平な梁と、ステージ１０１を挟んで梁を支える２本の支柱を有する。ガントリーはｘ軸に平行に移動可能であり、梁はｙ軸に平行である。
【００８１】
また、図３の集光光学系１０４、観察光学系１１０、ビームスプリッタ１０７、観察系１０８、レーザー光学系１０９、レーザーユニット１０２からなる部分が、１つの光学ユニットにまとめられている。光学ユニットは、梁に沿ってｙ方向に移動可能なように、ガントリーの梁に取り付けられている。
【００８２】
ステージ制御部１３１による制御にしたがって、ステージ移動機構１０３がガントリーをｘ方向に移動させ、光学ユニットをｙ方向に移動させることにより、集光光学系１０４とステージ１０１との相対位置が変化する。その結果、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置も変化する。
（２）ステージ１０１は、ｘ方向に関してのみ、床に対して移動可能である。そして、床に対して固定されている点のみが（１）と異なるガントリーを、クラック修正装置１００は備えている。また、（１）と同様の光学ユニットが、梁に沿ってｙ方向に移動可能なように、ガントリーの梁に取り付けられている。
【００８３】
ステージ制御部１３１による制御にしたがって、ステージ移動機構１０３がステージ１０１をｘ方向に移動させ、光学ユニットをｙ方向に移動させることにより、集光光学系１０４とステージ１０１との相対位置が変化する。その結果、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置も変化する。
（３）ｘ方向およびｙ方向に関して、集光光学系１０４が床に対して固定されており、ステージ１０１はｘ方向およびｙ方向に移動可能である。
【００８４】
ステージ制御部１３１による制御にしたがって、ステージ移動機構１０３がステージ１０１をｘ方向およびｙ方向に移動させることにより、集光光学系１０４とステージ１０１との相対位置が変化する。その結果、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置も変化する。
【００８５】
以上、クラック修正装置１００の構成について説明した。
続いてクラック修正装置１００の動作について説明する。
図４は、第１実施形態におけるクラック修正装置１００の動作を示すフローチャートである。図４は１枚のガラス基板１に関するフローチャートである。
【００８６】
ステップＳ１０１において、例えば、データ入力部１１２がユーザから指示を受け取り、指示の受け取りを契機として、ワーク入れ替え部１１４にガラス基板１の搬入開始を通知する。搬入開始の契機は、実施形態に応じて、例えば通信部１１３を介して指示を外部から受け取ることであってもよい。
【００８７】
搬入開始が通知されると、ワーク入れ替え部１１４は、新たなガラス基板１の搬入を開始する。すなわち、ワーク入れ替え部１１４は、例えばクランプで挟んだり吸着ヘッドで吸着したりすることによりガラス基板１を把持しながら、ステージ１０１上の予め決められた基準位置の上までガラス基板１を移動させ、ガラス基板１をステージ１０１に降ろす。
【００８８】
また、ステップＳ１０１では、こうしてステージ１０１上に載置されたガラス基板１に対し位置合わせが行われる。位置合わせは一般に、機械的な位置合わせによる粗調整と、ガラス基板１を撮像した画像を用いた微調整とを含む。また、微調整においては各種の補正が行われる。例えば、上記で説明した座標系変換の誤差を補正するための補正が、この微調整においてなされてもよい。
【００８９】
本実施形態では、位置合わせの手法は任意であり、利用可能な任意の補正を利用することができる。よって、以下では位置合わせの誤差の影響はないものとして説明する。
ステップＳ１０１ではさらに、不図示のクラック検出装置から、通信部１１３を介して処理部１２７が、クラックの疑いがある箇所のデータを受け取る。このデータを以下「入力データ」という。
【００９０】
クラック検出装置は、例えば、ガラス基板１を上からラインセンサでスキャンしながら撮像し、ガラス基板１の表面全体の画像を取得する。クラック検出装置は、同様にしてガラス基板１の裏面すなわち下面全体の画像を取得してもよい。
【００９１】
クラック検出装置は、取得した表面、裏面、または表裏両面の画像に対して画像処理を行うことにより、クラックの疑いのある箇所を検出する。クラック検出装置は、検出したクラックの座標と形状を組にして記憶している。
【００９２】
クラックを検出するための画像処理は、例えば、エッジ検出処理を含んでもよい。あるいは、クラック検出装置は、クラックのない理想的なガラス基板を表す基準画像と、クラックを検出する対象であるガラス基板１を撮像した画像との差分画像を取得することでクラックを検出してもよい。
【００９３】
本実施形態のステップＳ１０１においてクラック修正装置１００が受け取る入力データは、クラック検出装置が上記のようにしてガラス基板１に対して検出して記憶した、１つ以上のクラックそれぞれについての、座標と形状の組からなるデータである。また、本実施形態では、入力データにおけるクラックの座標は、ｘ座標とｙ座標の組によって２次元的に表現されている。
【００９４】
また、クラックの座標は、実施形態によって、クラックの中心、起点、先端など、クラックを代表して表す１つ以上の点の座標であってよい。本実施形態では、クラックの起点の座標を入力データが含むものとする。また、クラックは一般に、ガラス基板１の表面または裏面において、側面と接する辺上の点を起点として発生する。換言すれば、クラックの起点の座標は、ガラス基板１の表面または裏面をなす長方形の４辺のいずれかの上にある。
【００９５】
さらに、実施形態によって、クラック検出装置が記憶する項目および入力データを構成する項目は様々であってよい。例えば、入力データは、クラックの座標のみからなっていてもよく、あるいは、クラックの識別子や種別など、他の項目をさらに含んでいてもよい。
【００９６】
ステップＳ１０１では続いて、処理部１２７が、受け取った入力データのうち１つのクラックについてのデータを選択する。そして、処理部１２７は、選択したクラックの座標が観察系１０８による観察視野に入るように、ｘ方向およびｙ方向の相対移動を行うよう、ステージ制御部１３１に指示する。
【００９７】
例えば、上記のとおり本実施形態では入力データがクラックの起点の座標を含む。そこで、処理部１２７は、選択したクラックの起点が観察視野の中心となるよう、ステージ制御部１３１に指示する。
【００９８】
ステージ制御部１３１は、処理部１２７からの指示にしたがって、例えばステージ移動機構１０３に指定するためのモータやアクチュエータの駆動量を計算し、ステージ移動機構１０３を制御する。ステージ制御部１３１は、例えば、ステージ移動機構１０３の基準位置と現在の位置との差、および、処理部１２７から指示されたクラックの座標に基づいて、モータやアクチュエータの駆動量を計算する。
【００９９】
その結果、ガラス基板１を載置したステージ１０１と、集光光学系１０４とのｘ方向およびｙ方向の相対位置が変化し、処理部１２７が選択したクラックの座標が観察視野に入る。
【０１００】
すると、次のステップＳ１０２では、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を変化させる制御を処理部１２７が行いながら、撮像部１２０が集光光学系１０４を介してガラス基板１を撮像する。そして、撮像した画像に基づいてガラス基板１の表面または裏面が検出される。
【０１０１】
処理部１２７によるｚ方向の相対位置の制御は、例えば、次のように行われてもよい。
すなわち、データ入力部１１２がユーザからの入力を受け取って処理部１２７に出力する。そして、処理部１２７は、データ入力部１１２からの入力に基づいて、集光光学系１０４とステージ１０１との間のｚ方向の相対位置を変化させるよう、光学系制御指示部１３０に指示する。
【０１０２】
その結果、光学系制御指示部１３０、光学系制御部１２６、および焦点補正光学系１２５を介して、データ入力部１１２が受け取った入力に基づいて、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置が変化する。したがって、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の相対位置も変化する。
【０１０３】
あるいは、処理部１２７によるｚ方向の相対位置の制御は、光学系制御指示部１３０、光学系制御部１２６、および焦点補正光学系１２５を介して、次のように行われてもよい。
【０１０４】
ガラス基板１の品種により、ガラス基板１の厚みは既知である。そこで、処理部１２７は、既知の厚みｔを不図示の記憶装置から読み出す。処理部１２７は、読み出したガラス基板１の厚みｔに、適宜マージンｍを加えた値（ｔ＋ｍ）を初期値として設定する。
【０１０５】
そして、ステージ１０１上のガラス基板１の載置面よりも、設定した初期値（ｔ＋ｍ）だけ高い位置に、集光光学系１０４の対物レンズの焦点が位置するよう、処理部１２７は、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を制御する。その後、処理部１２７は、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の距離を徐々に縮めるように、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を制御する。
【０１０６】
いずれにしろ、処理部１２７による制御にしたがって集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置が変化している状態で、撮像部１２０がガラス基板１を撮像する。なお、ｚ方向の相対位置を変化させるべき範囲を、ガラス基板１の既知の厚みｔに基づいて限定するよう、処理部１２７が制御することが好ましい。
【０１０７】
ここで、上記のとおり、クラックの起点が観察視野に入るように集光光学系１０４とガラス基板１とのｘ方向およびｙ方向の相対位置がステップＳ１０１で調整済みである。また、上記のとおり一般に、クラックの起点は、ガラス基板１の表面または裏面が、側面となす辺上にある。したがって、ガラス基板１と外部との境界が観察視野内に入っている。
【０１０８】
一般に、ガラスのように透明な物体は、観察系１０８を用いた観察によって認識することが難しく、焦点補正光学系１２５がＡＦ動作によって透明な物体の表面に焦点を合わせることも難しい。しかし、境界は認識が容易である。よって、集光光学系１０４とガラス基板１とのｚ方向の相対位置が連続的あるいは断続的に変化している状態で撮像部１２０が撮像した複数の画像における境界の鮮明さに基づいて、ガラス基板１の表面または裏面の検出が可能である。
【０１０９】
例えば、撮像部１２０は撮像した画像を表示部１２１に出力し、表示部１２１は出力された画像を表示する。データ入力部１１２は、境界が最も鮮明に写っていると判断したところでユーザが行う入力を受け取る。すなわち、データ入力部１１２は、表面または裏面の検出を通知する入力を受け取り、処理部１２７に出力する。
【０１１０】
あるいは、撮像部１２０は、撮像した画像を表示部１２１だけではなく、さらに画像処理部１２８に出力してもよい。そして、画像処理部１２８は、例えばエッジ抽出処理により、ガラス基板１の境界を示す線を画像から抽出し、抽出した線の輪郭のコントラストを算出してもよい。そして、画像処理部１２８は、コントラストが高いほど画像の合焦度が高いと判断し、最も合焦度が高い画像を、ガラス基板１の表面または裏面を撮像した画像として検出し、画像処理部１２８に通知してもよい。
【０１１１】
上記のとおり、処理部１２７は、撮像が行われている間、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を変化させるための制御をしている。よって、処理部１２７は、データ入力部１１２または画像処理部１２８からの通知がなされたときに表示部１２１が表示していた画像を撮像部１２０が撮像したときの、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を認識することができる。
【０１１２】
処理部１２７が認識した相対位置は、ガラス基板１の表面または裏面に集光光学系１０４の対物レンズの焦点が位置するときの、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置である。例えば、既知のガラス基板１の厚みに基づいて、処理部１２７は、認識した相対位置が、ガラス基板１の表面と裏面のどちらに対応するのかを判断してもよい。
【０１１３】
あるいは、ガラス基板１の表面または裏面の一方を検出した後、さらに集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を変化させて他方の面も検出するように、処理部１２７が制御を行ってもよい。
【０１１４】
以下では説明の簡単化のため、クラックの起点はガラス基板１の表面が側面となす辺上にあり、ステップＳ１０２においてガラス基板１の表面が検出されたものとする。
続いてステップＳ１０３〜Ｓ１０５において、クラックの先端をレーザ光の加工対象点に位置させるための、微調整が行われる。ここで、微調整の動作について説明する前に、クラックの具体例について図５とともに説明する。
【０１１５】
図５は、第１実施形態におけるクラックおよびレーザ光の照射範囲の例を示す斜視図である。
図５（ａ）に示すように、ガラス基板１に生じたクラック３を修正するため、本実施形態では、クラック３の先端を含む範囲がレーザ光の照射範囲２として決定される。レーザ光が照射されると、照射範囲２内部のガラスは溶融し、その結果として改質され、強化される。したがって、照射範囲２の強化により、クラック３がこれ以上進行することを防ぐことができる。
【０１１６】
また、クラック３は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にそれぞれ任意に進行しうる。例えば、図５（ｂ）のクラック３は、ガラス基板１の表面と側面がなす辺上の点を起点とする。図示したように、クラック３は、ガラス基板１の表面および側面に微小な開口を生じさせるだけではなく、進行にしたがってクラック３による空隙はガラス基板１の内部に潜ってゆく。したがってクラック３の先端は、ガラス基板１の外面上にはない。
【０１１７】
クラック３を修正するには、ガラス基板１の表面または側面に生じた開口をふさぐことも有益であるが、クラック３の先端を含む領域を強化することも有益である。よって、本実施形態では、図５（ｃ）のように、たとえクラック３の先端がガラス基板１の表面または裏面上になくても、クラック３の先端の位置を特定し、クラック３の先端を含む領域を照射範囲２として決定する。
【０１１８】
また、図５（ｃ）に示すように、本実施形態における照射範囲２は、点状（つまりスポット状）の範囲ではなく、線状の範囲である。なお、線状の範囲は、直線状でも曲線状でもよい。
【０１１９】
線状にレーザ光を照射するには、例えば、加工形状設定部１１９が、レーザ光を線状のスリットに通すことで、線状に形成してもよい。加工形状設定部１１９は、スリットの代わりに、線状に光を空間変調するよう設定した空間光変調器を利用することもできる。あるいは、レーザーユニット１０２が不図示のガルバノスキャナなどのスキャニング機構をさらに備え、レーザ制御部１２９がレーザマーキングの要領で線状にレーザ光をスキャニングさせるよう制御してもよい。あるいは、ｘ方向、ｙ方向、またはｘｙ両方向に、ステージ１０１と集光光学系１０４との相対位置を移動させながらレーザ光の照射を行うよう、処理部１２７が、レーザ制御部１２９とステージ制御部１３１とを制御してもよい。
【０１２０】
また、点状ではなく線状にレーザ光を照射する理由は、第１に、レーザ光の照射位置を設定する精度が少々低い場合に、点状よりも線状の照射範囲２の方が、より確実に１回の照射でクラック３の先端を含む範囲にレーザ光を照射することが可能であるためである。また、第２に、点状よりも線状の範囲の方が広いため、強化される範囲が広く、より確実にクラック３の進行を防ぐことができるためである。
【０１２１】
ここで図４の説明に戻ると、集光光学系１０４とステージ１０１との相対位置が、ステップＳ１０３においてｘ方向およびｙ方向に微調整され、ステップＳ１０４においてｚ方向に微調整される。そして、ステップＳ１０５で照射位置が決定したか否かが判断され、照射位置が決定するまでステップＳ１０３とＳ１０４の微調整が繰り返される。なお、「照射位置」とは照射範囲を代表して表す点の位置であるとする。例えば、図５（ｃ）の照射範囲２は、クラック３の先端の位置により代表される。
【０１２２】
すなわち、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の繰り返しは、クラック３の起点から先端まで徐々にたどっていき、先端の位置を特定する処理である。ステップＳ１０３〜Ｓ１０５は、具体的には、例えば、常に撮像部１２０がガラス基板１を撮像し、撮像された画像を表示部１２１が表示している状態で、以下のように行われる。
【０１２３】
ステップＳ１０３において、データ入力部１１２は、表示部１２１を見ながらクラック３を確認しているユーザから、ｘ方向およびｙ方向の相対移動量に関する指示を受け取り、処理部１２７に出力する。ステップＳ１０３における指示は、現在表示部１２１が表示しているクラック３の部分から見て、よりクラック３の先端の近くに集光光学系１０４が位置するようにするための相対移動についての指示である。
【０１２４】
例えば、処理部１２７は表示部１２１にポインタを表示させ、データ入力部１１２はポインタの移動量を入力として受け取り、処理部１２７に出力してもよい。この場合、処理部１２７は、ポインタの移動量から、ステージ１０１と集光光学系１０４とのｘ方向およびｙ方向の相対移動量を算出する。
【０１２５】
続いて、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３によるｘ方向およびｙ方向の相対移動の後に観察視野に写っている部分のクラック３に集光光学系１０４の焦点を合わせるための、ｚ方向の相対移動が行われる。
【０１２６】
例えば、データ入力部１１２がユーザから、ｚ方向の相対移動に関する指示を受け取り、処理部１２７に出力する。そして、処理部１２７は、データ入力部１１２から入力された指示にしたがい、光学系制御指示部１３０、光学系制御部１２６、および焦点補正光学系１２５を介して、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を制御する。
【０１２７】
ステップＳ１０４は試行錯誤的に行われてもよい。すなわち、上記のようにしてｚ方向の相対位置が制御された後に撮像部１２０が撮像した画像に基づく指示を、再度データ入力部１１２がユーザから受け取り、処理部１２７が再度ｚ方向の相対位置の制御を行ってもよい。そして、適宜以上の動作を繰り返してもよい。
【０１２８】
例えば、ユーザは、試行錯誤的に、ｚ方向の相対移動に関する指示をデータ入力部１１２に入力しながら、表示部１２１を確認し、クラック３が鮮明に見えるような、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を探索する。
【０１２９】
あるいは、クラック３がある程度鮮明な線として撮像されていれば、データ入力部１１２からの入力によらず、焦点補正光学系１２５がＡＦ動作によって、ステップＳ１０４のｚ方向の相対移動を実現することもできる。
【０１３０】
続いてステップＳ１０５において、データ入力部１１２は、クラック３の先端に到達したか否かの入力をユーザから受け付ける。クラック３の先端に到達していなければ、処理はステップＳ１０３に戻る。
【０１３１】
もしクラック３の先端に到達していれば、先端を照射位置として決定し、すなわち先端を含む範囲を照射範囲として決定することができる。例えば、データ入力部１１２がユーザから照射範囲を決定するための入力を受け取って処理部１２７に出力し、処理部１２７がデータ入力部１１２からの入力に応じて照射範囲を決定してもよい。
【０１３２】
例えば、データ入力部１１２は、表示部１２１が表示している画像上で図５（ｂ）のクラック３の先端を示す点の座標と、照射範囲を規定する直線の傾きとを、入力として受け取ってもよい。あるいは、データ入力部１１２は、直線状の照射範囲の両端点の座標を受け取ってもよい。処理部１２７は、データ入力部１１２からの入力に応じて、例えば画像内の座標を、ガラス基板１を基準としたｘｙ座標系に変換するなどの処理を行い、図５（ｃ）の照射範囲２を決定する。
【０１３３】
あるいは、画像処理部１２８が、撮像部１２０から出力された画像に対してエッジ抽出などの処理を行ってクラック３の先端の座標および先端付近での傾きを検出し、検出結果に応じた傾きの直線で規定される照射範囲２を決定し、処理部１２７に通知してもよい。
【０１３４】
このように、例えばデータ入力部１１２と処理部１２７の組み合わせ、あるいは撮像部１２０と画像処理部１２８と処理部１２７の組み合わせが、クラック３の位置または範囲を認識する認識手段として機能している。
【０１３５】
また、撮像部１２０、表示部１２１、データ入力部１１２、および処理部１２７は、ガラス物体であるガラス基板１の内部においてレーザ光を照射すべき照射範囲２を決定するための決定手段として機能する。また、場合によっては、画像処理部１２８も決定手段の一部として機能する。そして、決定手段として機能する各部は、クラック３の位置に基づいて照射範囲２を決定している。
【０１３６】
照射範囲２の決定後、処理はステップＳ１０６に移行する。
ステップＳ１０６において、処理部１２７は、決定した照射範囲２をレーザ制御部１２９に通知する。すると、レーザ制御部１２９は、ガイド照明光を射出するようガイド照明光源１１７を制御する。また、レーザ制御部１２９は、照射範囲２に合わせてガイド照明光のビーム断面形状を加工するよう、加工形状設定部１１９を制御する。
【０１３７】
その結果、ステップＳ１０６において、ガイド照明光源１１７が射出したガイド照明光はビームスプリッタ１１８で反射され、加工形状設定部１１９でビーム断面形状が加工され、レーザー光学系１０９、観察光学系１１０、および集光光学系１０４を介してガラス基板１へと照射される。ガイド照明光の照射が行われる間、撮像部１２０はガラス基板１を撮像し、撮像した画像を表示部１２１に出力する。よってユーザは、表示部１２１を見て、ガイド照明光が正しく照射範囲２に照射されたか否かを確認することができる。
【０１３８】
例えば、不図示のガルバノスキャナなどを用いてレーザ光のスキャニングを行うことによって線状の照射範囲２へのレーザ光の照射を行うようクラック修正装置１００が構成されている場合には、ステップＳ１０６においてもスキャニングが行われる。よって、ユーザは、表示部１２１を見て、スキャニングの軌跡を確認することができる。
【０１３９】
続いてステップＳ１０７とステップＳ１０８において、必要に応じて微調整が行われる。
ステップＳ１０６において、照射範囲２がｘ方向、ｙ方向、またはｘｙ両方向にずれているとユーザが判断した場合、ステップＳ１０７の処理は次のとおりである。
【０１４０】
すなわち、データ入力部１１２は、ｘ方向、ｙ方向、またはｘｙ両方向の、集光光学系１０４とステージ１０１との相対移動の量に関する指示をユーザから受け取る。そして、データ入力部１１２は受け取った指示を処理部１２７に出力する。処理部１２７は、ステージ制御部１３１を介して、集光光学系１０４とステージ１０１とのｘ方向、ｙ方向、またはｘｙ両方向の相対位置を制御し、微調整する。このように、ステップＳ１０６はステップＳ１０３と類似のステップである。
【０１４１】
また、ステップＳ１０６において、照射範囲２がｚ方向にずれているとユーザが判断した場合、次のステップＳ１０８では次のような処理が行われる。
すなわち、データ入力部１１２は、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対移動の量に関する指示をユーザから受け取る。そして、データ入力部１１２は受け取った指示を処理部１２７に出力する。処理部１２７は、光学系制御指示部１３０、光学系制御部１２６、および焦点補正光学系１２５を介して、集光光学系１０４とステージ１０１とのｚ方向の相対位置を制御する。このように、ステップＳ１０８はステップＳ１０４と類似のステップである。
【０１４２】
以上のようにして、ステップＳ１０６のガイド照明光の照射の結果、何らかの誤差が残っていた場合には、ステップＳ１０７およびＳ１０８において適宜微調整が行われる。
なお、ステップＳ１０７およびＳ１０８が実行されている間は、ガイド照明光源１１７がガイド照明光を射出し続け、撮像部１２０がガラス基板１を撮像し続け、表示部１２１が画像を表示し続けることが好ましい。また、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８は、試行錯誤的に繰り返されてもよい。
【０１４３】
そして、続くステップＳ１０９において、処理部１２７はレーザ制御部１２９にレーザ光の照射を指示する。
すると、レーザ制御部１２９は、ガラス基板１の修正に適したパルス幅、パルス繰り返し周波数、および照射時間で、レーザ光源１１５からレーザ光を射出するための制御をレーザ発振制御部１１６に行わせる。なお、データ入力部１１２が加工条件として、ユーザから、パルス幅、パルス繰り返し周波数、および照射時間などのデータを受け取り、処理部１２７を介してレーザ制御部１２９に通知してもよい。また、加工形状設定部１１９は、既に照射範囲２に合わせてビームの断面形状を設定している。
【０１４４】
したがって、ステップＳ１０９では、レーザ光源１１５から射出されたレーザ光が加工形状設定部１１９により整形され、レーザー光学系１０９、観察光学系１１０、および集光光学系１０４を介してガラス基板１の内部の照射範囲２に照射される。
【０１４５】
また、本実施形態ではスキャニングによって線状の照射範囲２へのレーザ光の照射を実現するものとすると、次のステップＳ１１０において、レーザ光のスキャニングが行われる。レーザ制御部１２９は、例えばスキャン速度の制御も行う。
【０１４６】
以上のようにして照射範囲２へのレーザ光の照射がなされると、ステップＳ１１１においてレーザ制御部１２９はガイド照明光源１１７に消灯を指示する。つまり、ステップＳ１０９とＳ１１０における実際のレーザ光の照射は、ガイド照明光がともに照射された状態で行われている。
【０１４７】
そして、次のステップＳ１１２において、撮像部１２０がガラス基板１を撮像し、表示部１２１に撮像した画像を出力する。超短パルスレーザ光が適切に照射されると、照射範囲２においてガラスが改質されるため、照射範囲２外とは屈折率などに差が生じる。そのため、表示部１２１に表示された画像において、レーザ光が照射された範囲の輪郭は視認可能である。ステップＳ１１２において照明光学系１２２は、例えばステップＳ１０２とは異なる角度からガラス基板１に照明光を当ててもよい。
【０１４８】
ステップＳ１１２において、例えば、データ入力部１１２が、ステップＳ１０９〜Ｓ１１０による照射範囲２へのレーザ光の照射が適切であったか否かに関するユーザからの入力を受け付けて処理部１２７に出力する。その結果、処理部１２７は、ステップＳ１０９〜Ｓ１１０による照射範囲２へのレーザ光の照射が適切であったか否かを判断することができる。
【０１４９】
レーザ光の照射が適切であれば、処理はステップＳ１１３に移行し、不適切であれば処理はステップＳ１０６に戻る。例えば、実際にレーザ光が照射された範囲が所望の照射範囲と異なる場合や、照射が不十分なために照射範囲２内のガラスの改質が認められない場合などには、処理はステップＳ１０６に戻る。
【０１５０】
ステップＳ１１３では、ステップＳ１０１で受け付けた入力データに、未処理の次の欠陥すなわちクラックについてのデータが残っているか否かを、処理部１２７が判断する。未処理のクラックが残っている場合、処理はステップＳ１１４に進み、入力データ中のすべての欠陥について修正済みであれば、処理はステップＳ１１５に進む。
【０１５１】
ステップＳ１１４では、処理部１２７が、ステップＳ１０１で受け付けた入力データのうち未処理のクラックを１つ選択する。そして、処理部１２７は、ステップＳ１０１と同様にして、選択したクラックの座標が観察系１０８による観察視野に入るように、ｘ方向およびｙ方向の相対移動を行うよう、ステージ制御部１３１に指示する。そして、処理はステップＳ１０２に戻る。
【０１５２】
ステップＳ１１５では、ステップＳ１０１で受け付けた入力データ中のすべてのクラックについて修正済みなので、ガラス基板１のクラック修正装置１００からの払い出し作業をワーク入れ替え部１１４が行う。そして、図４の処理が終了する。クラック修正装置１００は、図４の処理が終了すると、次のガラス基板１に関して再び図４の処理を実行する。
【０１５３】
なお、図４のフローチャートでは簡単のため、クラック検出装置が検出したすべてのクラックをクラック修正装置１００が修正するものとして説明した。しかし、例えばステップＳ１０３〜Ｓ１０５によって詳細にガラス基板１を観察する過程で、例えば糸状のごみなど実際にはクラックではないものが誤ってクラックとして検出されたと判明することもある。その場合には、例えば、データ入力部１１２がユーザから「クラックではないので修正が不要である」と示す入力を受け取ることにより、クラック修正装置１００はステップＳ１０６〜Ｓ１１２を省略することができる。
【０１５４】
また、実施形態によっては、図３においてガイド照明光源１１７を省略し、図４においてガイド照明光源１１７からのガイドパターンの印加を省略してもよい。すなわち、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８におけるガイド照明光に基づく微調整を省略し、ステップＳ１０９とＳ１１０ではレーザ光のみが照射されるようにし、ステップＳ１１１を省略する実施形態も可能である。
【０１５５】
以上説明したように、第１実施形態によれば、ガラス基板１の内部において加工すべき範囲である照射範囲２に集光光学系１０４の焦点が位置している状態で、超短パルスレーザ光がレーザーユニット１０２から射出される。超短パルスレーザ光によるガラス物質の加工に関しては、開発の歴史が浅く、第１実施形態のような利用法は知られていないようである。
【０１５６】
第１実施形態によれば、任意の位置においてクラック３の修正が可能となり、ガラス基板１の割れを防ぐことができ、金銭的損失、清掃のための多大な労力、生産ライン復旧までの機会損失といった種々の問題を回避することができる。
【０１５７】
また、第１実施形態は次のような利点を有する。
第１に、ガラス基板の外面に修復用金属膜を形成し、金属膜にレーザ光を照射することで間接的にガラス基板を加熱して溶融させる方法と比較して、成膜の工程が不要である。また、クラックの修正後に残った不要な金属膜を除去する工程も不要である。
【０１５８】
第２に、金属膜はわずかな衝撃でも剥離しやすいが、第１実施形態は修復用金属膜を利用しないので、一旦形成した金属膜が剥離して発塵の原因となる、といった懸念がない。したがって、第１実施形態は、クリーンルーム内で製造し、検査し、修正すべき各種ＦＰＤ用のガラス基板１におけるクラックの修正に好適である。
【０１５９】
第３に、第１実施形態は、ガラス基板１内の任意の範囲にレーザ光を照射することができる。
ガラス基板の側端面など、特定の箇所からレーザ光を照射する場合は、ガラス基板の中央付近に十分な強度でレーザ光を照射することができない可能性がある。換言すれば、ガラス基板の中央付近に十分な強度でレーザ光を照射しようとすると、高出力の照射が必要となり、側端面付近でのガラス基板の変形などの影響が懸念される。よって、変形などの影響がないように強度を抑制すると、レーザ光の照射による加工可能範囲が限られてしまう。
【０１６０】
例えば、湾曲しながらガラス基板の中央付近まで進行したクラックがあったとすると、クラックの先端は修正可能な範囲の外に位置する可能性がある。このように、修正可能な範囲が限定されると、修正可能な範囲外にあるクラックが進行し、最終的にはガラス基板が割れてしまうおそれがある。
【０１６１】
しかし、第１実施形態では、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向のいずれに関しても、集光光学系１０４とガラス基板１との相対位置を任意に変更することができる。すなわち、第１実施形態によれば、ガラス基板１内の任意の範囲に焦点を合わせてレーザ光を照射することができ、任意の範囲の加工が可能である。
【０１６２】
第４に、第１実施形態では、ガラス基板１内部の照射範囲２に焦点を合わせて超短パルスレーザ光を照射するので、例えばガラス基板１の外面など、焦点の合っていない部分に対するレーザ光の影響はごくわずかである。
【０１６３】
例えば１０ｐｓ以下といったパルス幅の超短パルスレーザ光によるガラス物質の溶融は、熱変形が小さいという特長を持つことが知られている。ＦＰＤの製造工程では、レーザ光を用いてガラス基板の表面に付着した異物を除去するレーザリペア装置が利用されているが、レーザリペア装置で利用されるレーザ光のパルス幅は、例えば数ｎｓである。パルス幅によって、レーザ光が起こす反応プロセスは異なり、超短パルスレーザ光を用いることで、ガラス基板１をほとんど変形させずに加工することができる。
【０１６４】
したがって、第１実施形態によれば、レーザ光の照射によってガラス基板１の外形が歪むといった悪影響はほとんどなく、無視することができる。
例えば、ガラス基板の外面に修復用金属膜を形成する方法では、修正すべきクラックが金属膜によって隠されてしまう。よって、実際の照射時にクラックの正確な位置を外観から確認することができない。また、金属膜へのレーザ光の照射によって実際にクラックが意図どおりに修正されたか否かを外観から判断することもできない。
【０１６５】
よって、修正用金属膜を利用する方法において確実にクラックを修正するには、出力を高めに設定したレーザ光を、広めに設定した照射範囲に照射する必要が生じるであろう。しかしながら、結果的には不必要に高出力かつ広範囲にレーザ光が照射され、ガラス基板が盛り上がるといった変形や、回路パターンあるいはその上層に設けられたカラーフィルタなどを構成する物質の変質などを招く可能性がある。
【０１６６】
他方、第１実施形態では、上記のとおり、焦点の合っていない部分に対するレーザ光の影響はごくわずかである。そして、ガラス基板の外形を歪ませることなくクラックの修正が可能であることは、例えばＬＣＤ用のガラス基板の製造において非常に有益である。
【０１６７】
その理由は次のとおりである。ＬＣＤパネルは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されたガラス基板と対向電極側のガラス基板との間に液晶層を挟んだ構成であるが、近年では液晶層の厚み（すなわちセルギャップ）は２〜５μｍ程度にまで縮んでいる。そして、セルギャップを精密に管理することがＬＣＤパネルの製造工程では要求されている。すなわち、近年では、液晶層に接するガラス基板の表面に生じたわずかな凹凸が、セルギャップの制御を困難にし、表示不良に直結する度合いが高まっている。よって、ガラス基板の変形という副作用のない第１実施形態は有益である。
【０１６８】
以上、第１実施形態について説明したので、続いて、図６を参照して第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態によるクラック修正装置２００の構成図である。クラック修正装置２００は、ガラス基板１の裏面、すなわちトランジスタや配線などの回路パターンの形成されない面の側からレーザ光の照射を行うように構成されている点で、第１実施形態のクラック修正装置１００と異なる。このような構成は、次の点に鑑みてなされたものである。
【０１６９】
すなわち、超短パルスレーザ光の照射により溶融するガラス物質は、瞬間的に数千度に達するが、ガラス基板１上に形成される回路パターンに用いられる金属やその他の物質の融点は、場合によっては数百度である。あるいは、融点まで達しなくても、高温にさらされることが好ましくない場合もある。
【０１７０】
焦点の合っていないガラス基板１の表面におけるレーザ光の影響は、第１実施形態では無視していたが、無視すべきでない場合もありうる。そこで、第２実施形態では、レーザ光の光路上に、回路パターンを構成する金属やその他の物質が存在しないように、回路パターンの形成されていない裏面からレーザ光が照射するよう、クラック修正装置２００が構成されている。
【０１７１】
具体的には、クラック修正装置２００は、ガラス基板１を両側で保持する中抜き構造のステージ１０１を備え、さらに、第１実施形態とは配置が異なるものの機能は同様の、レーザーユニット１０２、ステージ移動機構１０３、集光光学系１０４、ミラー１０５、結像レンズ１０６、ビームスプリッタ１０７、観察系１０８、および制御部１１１を備える。
【０１７２】
また、図６には、観察系１０８およびレーザーユニット１０２を載置する台１３２も図示してある。例えば、台１３２はｙ軸と平行な搬送軸にそって動くことができる台でもよい。その場合、図３と同様に制御部１１１が備える不図示のステージ制御部１３１が、台１３２の搬送軸に沿った動きを制御する。それにより、ステージ１０１と集光光学系１０４とのｙ方向の相対移動が実現される。
【０１７３】
クラック修正装置２００は、ステージ１０１ｂの中抜き部分に集光光学系１０４の光軸が位置するよう、各部が配置されている。また、ステージ移動機構１０３は、ｘｙ座標で指定されたガラス基板１内の位置が、ステージ１０１ｂの中抜き部分の上に位置するように調整しながら、ステージ１０１と集光光学系１０４との相対位置をｘ方向およびｙ方向に移動させる。
【０１７４】
ステージ１０１と同様に、ステージ１０１ｂも浮上式ステージでもよい。また、図６に示したステージ１０１ｂは、ｘ方向に２つに分かれた部分の中間に中抜き部分の空間があるが、中抜き部分の空間の形状は任意である。例えば、ステージ１０１ｂが四角形の枠状であり、四角形の空間が中抜きにされていてもよい。
【０１７５】
また、ガラス基板１の端を中抜き部分の上に位置させる際に、バランスを崩さずにガラス基板１を保持するため、不図示のクランプまたは吸着パッドなどをステージ１０１ｂが備えていてもよい。
【０１７６】
クラック修正装置２００においてレーザ光は、以下の光路をたどる。すなわち、レーザ光は、まずレーザーユニット１０２から射出され、ミラー１０５で反射し、結像レンズ１０６を介してビームスプリッタ１０７に到達する。そして、レーザ光は、ビームスプリッタ１０７で反射して集光光学系１０４に入射し、集光光学系１０４を介してガラス基板１内の照射範囲２に照射される。
【０１７７】
この光路は、集光光学系１０４がガラス基板１の裏面側に配置されており、それにともなって他の要素もガラス基板１の裏面側に配置されているという以外は、第１実施形態と同様である。
【０１７８】
また、第２実施形態においては、ガラス基板１の表面側からの透過光およびガラス基板１の裏面における反射光は、集光光学系１０４を介してビームスプリッタ１０７に到達しし、ビームスプリッタ１０７を透過して、集光光学系１０４の光軸上に設けられた不図示の撮像部１２０を含む観察系１０８において観察される。つまり、ガラス基板１から観察系１０８に至る光路も、ガラス基板１の裏面側であるという点以外は、第１実施形態と同様である。
【０１７９】
このように、第２実施形態は、レーザ光の照射される方向以外は第１実施形態と同様であるので、動作などの詳しい説明は省略する。なお、クラック修正装置２００は、図６に示した観察系１０８に加えて、さらに、ガラス基板１を上方から観察するための第２の観察系をさらに有していてもよい。
【０１８０】
以上説明した第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに次の効果を有する。
すなわち、裏面からレーザ光が照射されるので、第２実施形態は、集光光学系１０４の焦点が合っていない箇所においてレーザ光がガラス以外の物質に対して与える影響を無視することができない場合にも好適である。つまり、第２実施形態によれば、表面に形成される、配線、導電膜、絶縁膜などからなる回路パターンを構成する物質によらず、回路パターンへのダメージを避けつつ、クラックのみを選択的に修正をすることが可能である。
【０１８１】
以上、第１および第２実施形態について詳細に説明したが、いずれの実施形態においても、照射範囲２のパターンは図５に例示した第１のパターンに限らず、様々なパターンが可能である。そこで以下では、第１および第２実施形態の双方に適用可能な、レーザ照射の様々なパターンについて、図７〜図１０を参照して説明する。
【０１８２】
図７は、レーザ光の照射範囲の第２の例を示す斜視図である。図７（ａ）は、ガラス基板１に生じた線状のクラック３に沿って、複数箇所を照射範囲とするパターンを示す。
図７（ａ）のように、クラック３に沿った複数箇所にレーザ光を照射する場合、そのうちの１箇所はクラック３の先端を含むことが望ましい。なぜなら、クラック３の先端は、今後クラック３が成長する起点となるため、クラック３の先端を修正することが、より確実なクラック３の修正につながるからである。
【０１８３】
また、特にクラック３が既にある程度成長している場合などは、図７（ａ）のように、複数箇所を照射範囲とすることで、より確実にクラック３の成長を防ぐことができる。
図７（ａ）の例では、クラック３の先端を含む照射範囲２ａに加えて、照射範囲２ｂと２ｃにレーザ光が照射される。照射範囲２ａ〜２ｃはそれぞれ直線状の範囲であるが、曲線状の範囲であってもよい。クラック修正装置１００または２００は、これらの照射範囲２ａ〜２ｃ内のガラスを溶融させて改質強化することで、クラック３を修正する。
【０１８４】
クラック３に沿った複数箇所を照射範囲とする場合、照射の順序は任意である。例えば、図７（ｂ）は、クラック３の途中でクラック３を横断する照射範囲２に、先にレーザ光を照射する例を示す。
【０１８５】
クラック修正装置１００または２００は、このようにクラック３の途中でクラック３を横断する照射範囲２に先にレーザ光を照射した後、クラック３の先端を含む不図示の照射範囲にレーザ光を照射してもよい。あるいは、照射の順番は逆でもよい。
【０１８６】
ところで、図７（ａ）では、ｘ座標あるいはｙ座標の範囲が異なる複数の照射範囲を例示したが、クラック修正装置１００または２００は、図８に示すように、ｚ座標が異なる複数の照射範囲にレーザ光を照射することにより、クラック３を修正してもよい。
【０１８７】
図８は、レーザ光の照射範囲の第３の例を示す断面図である。すなわち、図８は、ｚ軸に平行な平面によるガラス基板１の断面図である。
図８には、Ｖ字型のクラック３の断面が示されている。クラック３による空隙は、図８のようにガラス基板１の表面に開口を有する場合もあるし、ガラス基板１の裏面に開口を有する場合もある。
【０１８８】
クラック３により生じた空隙は、肉眼では認識できないこともある。しかし、ミクロレベルでは、図８のように、互いに向き合う破断面６ａおよび６ｂに挟まれた狭い空隙が存在する。
【０１８９】
クラック修正装置１００または２００は、ガラス基板１の厚み方向であるｚ方向に関しても、クラック３の先端を含む範囲にレーザ光を照射することが好ましい。そこで、図８の例では、クラック３のｚ方向における先端を含む照射範囲２ｂに、レーザ光が照射される。
【０１９０】
さらに、図８の例では、より確実にクラック３を修正するために、照射範囲２ｂよりも浅い領域、すなわちガラス基板１の表面により近い領域に、もう１つの照射範囲２ａが設定されており、照射範囲２ａにもレーザ光が照射される。照射範囲２ａは、破断面６ａと６ｂの間のクラック３の空隙を横断する範囲である。
【０１９１】
もし空隙の幅が十分に狭ければ、照射範囲２ａへのレーザ光の照射によって溶融したガラスにより、照射範囲２ａの深さにおいて、破断面６ａと６ｂは溶接され、クラック３の空隙はふさがれる。つまり、レーザマーキングの要領で連続的になされるレーザ光の照射により、照射範囲２ａにおいては連続した溶融面が形成され、溶融したガラスが破断面６ａと６ｂを横断してつなぐ。例えば、空隙の幅が約１０μｍ程度であれば、空隙がふさがれるであろう。
【０１９２】
空隙がふさがれることは、少なくともクラック３の一部が消滅することを意味する。つまり、空隙をふさぐことで、クラック３はより確実に修正される。よって、空隙の幅が約１０μｍ以下となる深さに照射範囲を設定することが好ましい。
【０１９３】
図８の例によれば、ガラスの溶融強化層が深さ方向に２層、形成されるので、例えば照射範囲２ｂにのみレーザ光を照射する場合と比べて、破断面６ａと６ｂの溶接強度が上がる。したがって、図８の例によれば、溶接強度が上がった分、より確実に、クラック３の成長を阻害することができ、ガラス基板１全体が割れてしまうことを防ぐことができる。
【０１９４】
なお、図８の照射範囲２ａと２ｂは、ｚ軸に垂直な直線状の範囲であるが、ｚ軸に垂直な平面上の曲線に沿った範囲が照射範囲であってもよい。また、ｚ軸に垂直な平面上の直線または曲線に沿った照射範囲へのレーザ光の照射は、ｘ方向およびｙ方向の一方または双方にレーザ光をスキャンさせることで行ってもよいが、レーザ光はスキャンさせなくてもよい。すなわち、後者の場合であっても、加工形状設定部１１９が直線状または曲線状にビーム断面形状を設定することで、ｚ軸に垂直な平面上の直線または曲線に沿った照射範囲にレーザ光が照射される。
【０１９５】
続いて、連続的に何度もクラック３を横断するようにレーザ光を照射するパターンについて説明する。
図９は、レーザ光の照射範囲の第４の例を示す斜視図および断面図である。図７および図８は、互いに離れた複数の照射範囲にレーザ光が照射される例である。しかし、クラック修正装置１００または２００は、クラック３に沿ってジグザグ状かつ連続的にレーザ光を照射することで、より確実にクラック３を修正してもよい。
【０１９６】
例えば、図９（ａ）には、ｘｙ平面に平行な平面上で、ジグザグ状の線に沿ってレーザ光を照射する例を示した。すなわち、図９（ａ）における照射範囲２は、一部がクラック３の先端を横断しており、かつ、クラック３に沿ってジグザグに進む線に沿った範囲である。
【０１９７】
図９（ａ）のような照射範囲２にレーザ光を照射する場合は、図４の処理を次のように変形してもよい。すなわち、図４の処理は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の繰り返しによってクラック３の先端を探した後にステップＳ１０６〜Ｓ１１２による照射を行うという処理である。図４における処理順を変えて、クラック修正装置１００または２００は、クラック３をたどりながら直線状のレーザ光の照射を行うことを繰り返してもよい。繰り返しの結果として、照射範囲２は、複数の直線状の範囲が連結された、全体としてはジグザグ状の範囲となる。
【０１９８】
また、図９（ｂ）には、ｚ軸に平行な平面上で、ジグザグ状の線に沿ってレーザ光を照射する例、すなわち、深さ方向に何度もクラック３を横断するようにレーザ光を照射する例を示した。図９（ｂ）のようなジグザグ状の照射は、例えば下記のように複数回に分けて実行してもよい。
【０１９９】
・クラック３のｚ方向の先端を含む、直線状の照射範囲２ａへのレーザ光の照射
・照射範囲２ａに連結している直線状の照射範囲２ｂへのレーザ光の照射
・照射範囲２ｂに連結している直線状の照射範囲２ｃへのレーザ光の照射
また、照射範囲を規定するジグザグ状の線は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のいずれにも平行ではない平面上にあってもよい。
【０２００】
あるいは、クラック修正装置１００は、３次元的な広がりを有するジグザグ状の線に沿った照射範囲に、レーザ光を照射してもよい。この場合、例えば、ステージ移動機構１０３によるｘ方向およびｙ方向の相対移動と、光学系制御部１２６を介しての集光光学系１０４とステージ１０１との間のｚ方向の相対移動とを、同時に行うよう、処理部１２７がクラック修正装置１００全体を制御する。
【０２０１】
続いて、クラック３を周囲から連続的に囲うことでクラック３の進行を抑制するパターンについて説明する。
図１０は、レーザ光の照射範囲の第５の例を示す斜視図および断面図である。図１０に示すパターンは、幅が例えば約１０μｍ以下といった、ごく細いクラック３の修正に適している。
【０２０２】
図１０（ａ）には、ｘｙ平面に平行な平面上で、またはクラック３の深さに合わせてｚ座標を変えながら、クラック３を起点から先端までレーザマーキングの要領で囲うように、曲線状の照射範囲２にレーザ光を照射する例を示す。照射範囲２にレーザ光を照射することで、クラック３の周辺は強化されたガラスで囲われることになり、クラック３の伸張を防ぐことができる。
【０２０３】
また、図１０（ｂ）は、ｚ方向に複数の層にわたって、クラック３を囲って曲線状にレーザ光を照射するパターンを表す。すなわち、図１０（ｂ）は、ガラス基板１の表面に近い側から順に次の３層に照射範囲がそれぞれ設定された例である。
【０２０４】
・断面が照射範囲２ａと２ｄにより表され、クラック３を囲う曲線に沿った照射範囲
・断面が照射範囲２ｂと２ｅにより表され、クラック３を囲う曲線に沿った照射範囲
・断面が照射範囲２ｃと２ｆにより表され、クラック３を囲う曲線に沿った照射範囲
図１０（ｂ）は、複数の溶融層を形成するように、複数の照射範囲へレーザ光を照射することで、クラック３をより確実に修正するという点において、図７（ａ）および図８と同様である。
【０２０５】
以上、図７〜図１０を参照して様々な照射パターンを説明したが、図５および図７〜図１０に示したいずれの照射パターンも以下の特徴がある。すなわち、ガラス基板１の外面の盛り上がりなどの変形を避けるため、照射範囲２および２ａ〜２ｆは、ガラス基板１の表面と裏面のいずれにも接しないように設定されている。したがって、ガラス基板１がＬＣＤ用のものであった場合に、クラック３を修正した後のガラス基板１においても精密なセルギャップ制御が可能である。
【０２０６】
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、様々に変形可能である。以下にその例をいくつか述べる。
変形の第１の観点は、レーザ光を照射する対象物である。
【０２０７】
第１および第２実施形態では、ＦＰＤ用のガラス基板に発生したクラックを修正するクラック修正装置１００および２００を例示した。しかし、ＦＰＤ用のガラス基板以外の、任意の形状および大きさのガラス物体を対象としてクラックの修正を行うように、第１または第２実施形態を変形してもよい。例えば、ガラス物体を載置するステージの大きさや、ｚ軸方向の相対移動の可動範囲などは、修正対象のガラス物体の形状や大きさに応じ、実施形態によって適宜定めることができる。
【０２０８】
変形の第２の観点は、レーザ光を照射する目的である。すなわち、既に生じてしまったクラックに対する修正以外の用途に、上記のクラック修正装置１００または２００を利用することもできる。
【０２０９】
例えば、図２に示したように、何らかの原因でチップ５ａまたは５ｂが発生すると、クラックに成長する可能性が高い。そこで、チップが発生した場合は、例えばクラック修正装置１００または２００が、図１０と同様にしてチップの周りにレーザ光を照射してもよい。
【０２１０】
すると、チップの周辺のガラスが強化されるので、チップがクラックに成長するのを防ぐことが可能である。このように、第１および第２実施形態は、クラックの修正以外にクラックの予防の用途にも利用することができる。
【０２１１】
また、クラックとは関係なく、ガラス物体内部の一部分を改質するためのレーザ加工装置として、クラック修正装置１００または２００を利用することもできる。すなわち、上記実施形態によれば、クラックの修正、クラックの発生の予防、ガラス物体内部の改質強化、ガラス物体内部の屈折率の変化などの、ガラス物体内部に対する種々の加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法が提供される。
【０２１２】
変形の第３の観点は、レーザ光の照射範囲である。照射範囲は、上記に例示したパターンに限らず、例示したパターンの任意の組み合わせでもよい。また、その他種々のパターンでの照射も可能である。
【０２１３】
すなわち、クラックの修正に有効であれば、どのような直線または曲線に沿った照射範囲であってもよい。例えば、直線状または曲線状の照射範囲は、クラックに接していてもよく、クラックを横断してもよく、クラックから離れていてもよい。例えば、図９（ａ）は、クラック３から離れてクラック３の成長する側に位置する照射範囲２を示している。図９（ａ）では、レーザ光の照射によって照射範囲２に作られた溶融層が、クラックの進行に対する障壁となっている。
【０２１４】
一般にクラックは、先端からさらに進行する可能性があるので、クラックの先端から見て起点と逆側は、クラックの成長する側である。また、一般にクラックは、クラックによってガラス基板の表面、裏面、または側面上に生じた微細な開口の幅がさらに広がるという進行をたどる可能性もある。よって、例えば図９（ａ）においてクラック３の左右を囲む照射範囲２も、クラックの成長する側に位置していると言える。
【０２１５】
上述した以外のレーザ光の照射パターンとしては、例えば、以下のような例が挙げられる。
クラック修正装置１００または２００は、図９（ａ）のジグザグ状の照射範囲２を、図１０（ｂ）と類似の仕方でｚ方向の複数の層に設定し、レーザ光を照射してもよい。
【０２１６】
また、図１０（ａ）では、照射範囲２がクラック３の起点から先端までを囲う曲線状であるが、照射範囲２は、クラック３の先端付近の一部を囲う曲線状の範囲であってもよい。円、楕円、または多角形のように閉じた線状の照射範囲がクラック３の先端付近を囲う実施形態も可能である。
【０２１７】
なお、図示した照射範囲はいずれも、直線状または曲線状に連続した範囲であるが、照射範囲は、断続的に直線状または曲線状に連なる複数の点からなる集合であってもよい。
以上のように照射範囲の形状は様々であるが、例えば、処理部１２７は、クラック３の形状に合わせて、クラック３を囲う図１０（ａ）のような照射範囲２を設定することもでき、クラック３を何度も横断する図９（ａ）のような照射範囲２を設定することもできる。例えば、画像処理部１２８がエッジ抽出処理を行ったり、データ入力部１１２がユーザから入力を受け付けたりすることにより、処理部１２７はクラック３の形状を認識することができる。よって、処理部１２７は、認識した形状に合わせて照射範囲２を決定してもよい。
【０２１８】
また、例えば、予め用意された複数の照射パターンの中から適用すべき照射パターンを指定する入力を、データ入力部１１２がユーザから受け取って処理部１２７に出力してもよい。処理部１２７は、必要ならクラック３の形状を認識して、指定された照射パターンにしたがったレーザ光の照射を制御することができる。
【０２１９】
変形の第４の観点は、クラック修正装置１００、２００、またはその他の上記変形例によるレーザ加工装置における光学素子の配置である。例えば、クラック修正装置１００において下記の（１）および（２）のような変形が可能である。もちろん、クラック修正装置２００やその他のレーザ加工装置において類似の変形が可能である。また、（１）と（２）以外の変形も可能であり、例えば、ガラス基板１の表面と裏面の双方からレーザ光を照射することが可能なように、クラック修正装置を構成することもできる。
（１）図１のクラック修正装置１００において、観察系１０８と加工用のレーザーユニット１０２との位置が逆であってもよい。
【０２２０】
すなわち、レーザーユニット１０２が射出したレーザ光が、ビームスプリッタ１０７を透過して集光光学系１０４を介して照射範囲２に照射されるよう、レーザーユニット１０２が集光光学系１０４の光軸上に配置されていてもよい。
【０２２１】
（１）の場合、結像レンズ１０６は、例えばレーザーユニット１０２とビームスプリッタ１０７の間に配置されてもよい。また、ガラス基板１から集光光学系１０４を介してビームスプリッタ１０７に到達した光は、ビームスプリッタ１０７で反射し、ミラー１０５で再度反射して観察系１０８に入射する。
（２）図１のクラック修正装置１００において、ミラー１０５を省略してもよい。
【０２２２】
図１においてミラー１０５を省略し、レーザーユニット１０２からのレーザ光の射出光路が結像レンズ１０６の光軸に一致するように、レーザーユニット１０２の位置を変えてもよい。
【０２２３】
また、（１）の場合において（２）と同様にミラー１０５を省略し、ビームスプリッタ１０７からの反射光の光路に観察系１０８の不図示の撮像部１２０の光軸が一致するように、観察系１０８を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２２４】
【図１】第１実施形態によるクラック修正装置の構成図である。
【図２】クラックとチップの発生したガラス基板の例を示す上面図である。
【図３】第１実施形態によるクラック修正装置１００の機能ブロック図である。
【図４】第１実施形態におけるクラック修正装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるクラックおよびレーザ光の照射範囲の例を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態によるクラック修正装置の構成図である。
【図７】レーザ光の照射範囲の第２の例を示す斜視図である。
【図８】レーザ光の照射範囲の第３の例を示す断面図である。
【図９】レーザ光の照射範囲の第４の例を示す斜視図および断面図である。
【図１０】レーザ光の照射範囲の第５の例を示す斜視図および断面図である。
【符号の説明】
【０２２５】
１  ガラス基板
２、２ａ〜２ｆ  照射範囲
３  クラック
４ａ〜４ｄ  パネル領域
５ａ、５ｂ  チップ
６ａ、６ｂ  破断面
１００、２００  クラック修正装置
１０１、１０１ｂ  ステージ
１０２  レーザーユニット
１０３  ステージ移動機構
１０４  集光光学系
１０５  ミラー
１０６  結像レンズ
１０７  ビームスプリッタ
１０８  観察系
１０９  レーザ光学系
１１０  観察光学系
１１１  制御部
１１２  データ入力部
１１３  通信部
１１４  ワーク入れ替え部
１１５  レーザ光源
１１６  レーザ発振制御部
１１７  ガイド照明光源
１１８  ビームスプリッタ
１１９  加工形状設定部
１２０  撮像部
１２１  表示部
１２２  照明光学系
１２３  ビームスプリッタ
１２４  ＡＦミラー
１２５  焦点補正光学系
１２６  光学系制御部
１２７  処理部
１２８  画像処理部
１２９  レーザ制御部
１３０  光学系制御指示部
１３１  ステージ制御部
１３２  台
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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