(57)【要約】【課題】  スクライブ線となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、脆性基板の表面における引張応力を高めることができ、スクライブ加工を精度よく行なうことができるスクライブ加工装置を提供するものである。【解決手段】  スクライブ加工装置１００は、脆性基板２００上において、間隔を隔てて第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２を加熱し、第２の加熱点２０２が第１の加熱点２０１による軌跡に重畳して、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段１０と、脆性基板２００上において、冷却点２０３が第２の加熱点２０２による軌跡に重畳して、冷却点２０３に向けて冷却水Ｗを噴射する冷却手段２０と、を備え、第２の加熱点２０２が第１の加熱点２０１よりも熱量が高いものである。【選択図】        図１
2010173316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性基板上にスクライブ線を形成するスクライブ加工装置であって、
脆性基板上において、間隔を隔てて一の加熱点及び他の加熱点を加熱し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳して、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却手段と、
を備え、
前記一の加熱点が他の加熱点よりも熱量が高いことを特徴とするスクライブ加工装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のスクライブ加工装置において、
前記他の加熱点が、単数の加熱点であることを特徴とするスクライブ加工装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のスクライブ加工装置において、
前記レーザ照射手段が、レーザ光となる定常波を生成するレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザ光の一部を透過するビームスプリッタと、当該ビームスプリッタを透過したレーザ光を全反射する反射ミラーとを備え、
前記ビームスプリッタにより反射されたレーザ光が、一の加熱点に照射され、
前記ビームスプリッタにより透過され、前記反射ミラーにより反射されたレーザ光が、他の加熱点に照射されることを特徴とするスクライブ加工装置。
【請求項４】
脆性基板上にスクライブ線を形成するスクライブ加工方法であって、
脆性基板上において、間隔を隔てて一の加熱点及び他の加熱点を加熱し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射工程と、
脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳して、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却工程と、
を有し、
前記一の加熱点が他の加熱点よりも熱量が高いことを特徴とするスクライブ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス、単結晶材料又は焼結セラミックス等の脆性材料を薄板状に成形した基板（以下、脆性基板と称す）に対して、スクライブ線を形成（スクライブ加工）するスクライブ加工装置及びスクライブ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、脆性基板は、産業界において、多種態様な分野で広く必要とされている。特に、フラットディスプレイ（Flat Panel Display：以下、ＦＰＤと称す）に用いられるガラス基板の普及拡大に伴い、マザーガラスから多面取りするため、脆性基板の切断方法の効率化が強く求められている。
【０００３】
これに対し、脆性基板の切断方法としては、レーザ等による溶断する方法や、研削ホイールによる切断する方法や、脆性基板の表面に亀裂（スクライブ線、ブラインドクラック又は罫書き線）加工を施した後に、機械的な曲げ応力を加えて割断する方法等の様々な切断方法が存在する。
【０００４】
このうち、亀裂加工には、レーザアブレーション、研削ホイール又はカッターホイール等を用いて脆性基板の表面にスクライブ線を形成する方法や、レーザにより発生した熱応力で脆性基板の表面にのみ亀裂を成長させる方法や、脆性基板の内部改質により脆性基板の表面にスクライブ線を形成する方法（ステルスダイシング、例えば、特許文献１参照）等がある。
【０００５】
一方、脆性基板は、近年のＦＰＤの薄型化に伴い、脆性基板の薄板化が要求されている。これに対し、脆性基板の板厚を薄くすることは、脆性基板を切断した後の端面に生じる切り欠き等により、脆性基板が割れ易いため、抗折強度を強くする必要性がある。
【０００６】
このため、脆性基板の切断面に欠陥が少なく、抗折強度の強い切断方法として、前述した、レーザにより発生した熱応力で脆性基板の表面にのみ亀裂を成長させたうえで、割断する方法が、近年、注目されている。
【０００７】
特に、この脆性基板の切断方法としては、スクライブ線（ブラインドクラック）の成長による、レーザスクライブ加工を施し（第１工程）、機械的な曲げ応力又は熱応力を加えてブレイク加工を施す（第２工程）ことで、脆性基板を切断する方法がある。また、この脆性基板の切断方法としては、レーザ熱により、亀裂を成長させて、１工程で分断する方法（熱応力分断方法、例えば、特許文献２参照）があり、注目されている。
【０００８】
なお、前述した、２工程による脆性基板の切断方法は、焦点形状が楕円であるレーザにより、脆性基板上の１点を加熱した直後に、ジェットノズルで急冷却し、急激な温度差から生じる熱応力で、亀裂の深さ方向とレーザの進行方向とに初期亀裂を誘導して、脆性基板の表面に浅い亀裂（スクライブ線、ブラインドクラック）を発生させたうえで、割断する方法がある（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。この脆性基板の切断方法は、高速かつ高精度なクロススクライブが可能であるために、ＦＰＤ用のガラス基板の切断に活用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１３０６７５公報
【特許文献２】特開２０００−２８１３７１公報
【特許文献３】特開２００７−９９５８７公報
【特許文献４】特表平８−５０９９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のレーザスコアリングにおける亀裂深さの制御及び非金属材料の分割は、ビームスポットを楕円形に整形する光学系が複雑であり、特に、ガラスシート（非金属材料）の厚さに応じて亀裂の深さを調整するために、その都度、ビームスポットを楕円形に整形する光学系を交換する必要があるという課題がある。
【００１１】
すなわち、ビームスポットは、単一の楕円形であるために、原理的に、ビームエネルギー（レーザビーム出力）、加工速度（切断速度）、冷却スポット及び冷却液（冷媒）供給量等を調整して、亀裂の深さを調整することが非常に困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るスクライブ加工装置は、脆性基板上において、一の加熱点及び他の加熱点間の距離を所定の間隔に保持し、当該一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳するように、当該加熱点に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、脆性基板上において、冷却点が前記一の加熱点による軌跡に重畳するように、当該冷却点に向けて冷媒を噴射する冷却手段と、を備え、前記一の加熱点が他の加熱点よりも熱量が高いものである。
【発明の効果】
【００１３】
開示のスクライブ加工装置は、スクライブ線となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、脆性基板の表面における引張応力を高め、亀裂を成長させることができ、スクライブ加工を精度よく行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本実施形態に係るスクライブ加工装置の概略構成を示す概念図、（ｂ）は脆性基板上に照射された第１の加熱点と第２の加熱点と冷却点との位置関係を示す説明図、（ｃ）は図１（ａ）に示すレーザ照射手段の他の例を示す説明図である。
【図２】（ａ）は有限要素法による解析の解析モデルを示す断面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す解析モデルの部分拡大図、（ｃ）は第１の点の位置を説明するための説明図である。
【図３】（ａ）は二点間距離とスクライブ速度との関係を示す実験結果、（ｂ）はスクライブ線に沿って割断した面を示す断面図、図３（ｃ）は脆性基板上の蒸発痕を示す平面図である。
【図４】（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における温度の解析結果、（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における温度の解析結果である。
【図５】（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における応力の解析結果、（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における応力の解析結果である。
【図６】（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における温度の解析結果、（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における温度の解析結果である。
【図７】（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果、（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果である。
【図８】（ａ）はスクライブ深さと最大引張応力との関係を示すグラフ、（ｂ）は最大引張応力と最高到達温度との関係を示すグラフである。
【図９】スクライブ速度が６０ｍｍ／ｓの場合における冷却位置と二点間距離との関係において、スクライブ加工の成長と失敗の状況を示す実験結果である。
【図１０】（ａ）は冷却水の噴射方向によるスクライブ加工の失敗例を示す断面図、（ｂ）は図１０（ａ）に示す失敗例の平面図、（ｃ）は冷却水の噴射方向によるスクライブ加工の成功例を示す断面図、（ｄ）は図１０（ｃ）に示す成功例の平面図、（ｅ）は図１０（ｃ）に示す成功例の他の例を示す平面図である。
【図１１】二点間距離とレーザ出力との関係において、スクライブ加工の成功と失敗を示す実験結果である。
【図１２】（ａ）はスプリット比１：２の場合における温度の解析結果、（ｂ）はスプリット比２：１の場合における温度の解析結果である。
【図１３】図１に示す冷却点中心部の深さ方向の応力分布を示す解析結果である。
【図１４】第１の加熱点及び／又は第２の加熱点の加熱密度を低下させるための第１の加熱点及び第２の加熱点の形状を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）は本実施形態に係るスクライブ加工装置の概略構成を示す概念図、図１（ｂ）は脆性基板上に照射された第１の加熱点と第２の加熱点と冷却点との位置関係を示す説明図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すレーザ照射手段の他の例を示す説明図である。また、図２（ａ）は有限要素法による解析の解析モデルを示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す解析モデルの部分拡大図、図２（ｃ）は第１の点の位置を説明するための説明図である。また、図３（ａ）は二点間距離とスクライブ速度との関係を示す実験結果、図３（ｂ）はスクライブ線に沿って割断した面を示す断面図、図３（ｃ）は脆性基板上の蒸発痕を示す平面図である。
【００１６】
さらに、図４（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における温度の時間変化解析の結果である。なお、図４において、２つのピークのうち、左から１つ目は図１（ｂ）に示す第１の加熱点２０１の中心を表し、２つ目は図１（ｂ）に示す第２の加熱点２０２の中心を表す。つまり、２つのピーク間の間隔は、二点間距離５ｍｍを本解析におけるスクライブ速度６０ｍｍ／ｓで移動する場合の時間（約０．０８３秒）を示している。図４（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における同様の温度の解析結果である。また、図５（ａ）は二点間距離が５ｍｍの場合における応力の時間変化解析の結果、図５（ｂ）は二点間距離が２０ｍｍの場合における応力の時間変化解析の結果である。また、図６（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における温度の時間変化解析の結果、図６（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における温度の時間変化解析の結果である。
【００１７】
さらに、図７（ａ）はスクライブ速度が７０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果、図７（ｂ）はスクライブ速度が８０ｍｍ／ｓの場合における応力の解析結果である。また、図８（ａ）は二点間距離とスクライブ深さの実測値及び最大引張応力の計算値との関係を示すグラフ、図８（ｂ）は二点間距離と最大引張応力の計算値及び最高到達温度の計算値並びにスクライブ加工の成功及び失敗の実験結果との関係を示すグラフである。また、図９はスクライブ速度が６０ｍｍ／ｓの場合における冷却位置と二点間距離との関係を示す実験結果である。さらに、図１０（ａ）は冷却水の噴射方向による失敗例を示す断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す失敗例の平面図、図１０（ｃ）は冷却水の噴射方向による成功例を示す断面図、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）に示す成功例の平面図、図１０（ｅ）は図１０（ｃ）に示す成功例の他の例を示す平面図である。また、図１１は二点間距離とレーザ出力との関係を示す実験結果である。
【００１８】
また、図１２（ａ）はスプリット比１：２の場合における温度の解析結果、図１２（ｂ）はスプリット比２：１の場合における温度の解析結果である。さらに、図１３は加熱点中心部の深さ方向の応力分布を示す解析結果である。また、図１４は、第１の加熱点及び／又は第２の加熱点の加熱密度を低下させるための第１の加熱点及び第２の加熱点の形状を説明するための説明図である。
【００１９】
図１において、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００上において、間隔を隔てて一の加熱点及び他の加熱点を加熱し、一の加熱点が他の加熱点による軌跡に重畳して、一の加熱点及び他の加熱点となるレーザ光を照射するレーザ照射手段１０と、脆性基板２００上において、冷却点２０３が一の加熱点による軌跡に重畳して、冷却点２０３となる冷媒を噴射する冷却手段２０と、を備えている。
【００２０】
なお、他の加熱点は、一の加熱点（以下、第２の加熱点２０２と称す）よりも熱量が低いのであれば、複数の加熱点であってもよいが、他の加熱点を単数の加熱点（以下、第１の加熱点２０１と称す）とすることで、後述する光学系の設計が簡便にできるために好ましい。
【００２１】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００においては、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の形状を、略同一の径を有する略円形状にすることにより、後述する光学系を平行光で組み上げることができ、導光路を簡素化できるために好ましい。また、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２を略円形状にすることは、標準レンズを用いて焦点位置を調整することにより、加熱径を容易に調整できるために好ましい。
【００２２】
レーザ照射手段１０は、ＣＯ2レーザ等のレーザ光Ｌとなる定常波を生成するレーザ発振器１と、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌを一部透過するとともに、残りのレーザ光（以下、第２のレーザ光Ｌ２と称す）を反射して脆性基板２００の表面に照射するビームスプリッタ２と、ビームスプリッタ２から入射されたレーザ光（以下、第１のレーザ光Ｌ１と称す）を下方に反射して脆性基板２００の表面に照射する反射ミラー３とを備えている。すなわち、第１のレーザ光Ｌ１は、脆性基板２００上に照射されることで、第１の加熱点２０１となり、第２のレーザ光Ｌ２は、脆性基板２００上に照射されることで、第２の加熱点２０２となる。
【００２３】
なお、本実施形態に係るビームスプリッタ２は、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とのスプリット比が１対２になるようにレーザ光Ｌを分光しているが、第１の加熱点２０１よりも第２の加熱点２０２の熱量が高くなるのであれば、このスプリット比に限られるものではない。また、本実施形態に係るビームスプリッタ２は、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌを脆性基板２００に対して略垂直に反射するように、レーザ光Ｌの進行方向に対して４５度傾けて配置している。
【００２４】
また、本実施形態に係る反射ミラー３は、基材に金を蒸着して形成し、入射光を全反射して出射光とする金コートミラーであり、ビームスプリッタ２を透過した第１のレーザ光Ｌ１を脆性基板２００に対して略垂直に反射するように、第１のレーザ光Ｌ１の進行方向に対して４５度傾けて配置している。
【００２５】
また、本実施形態に係る反射ミラー３は、マイクロメータ４により、第１の加熱点２０１（反射ミラー３）及び第２の加熱点２０２（ビームスプリッタ２）間の距離を、水平方向に精密に調整できる構成である。しかしながら、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２間の距離を変更することなく、固定するのであれば、レーザ照射手段１０にマイクロメータ４を備える必要はない。
【００２６】
また、本実施形態に係るレーザ照射手段１０は、１台のレーザ発振器１からのレーザ光Ｌを、ビームスプリッタ２により、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２として、脆性基板２００上に照射しているが、図１（ｃ）に示すように、ビームスプリッタ２を用いることなく、レーザ光の出力が異なる２台のレーザ発振器１を用いて、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を、脆性基板２００上に照射してもよい。
【００２７】
冷却手段２０は、水等の液体又は空気やヘリウム等の気体を冷媒として、脆性基板２００の表面に向けて噴射し、脆性基板２００の表面を冷却するのであれば、特に限定されるものではない。なお、本実施形態に係る冷却手段２０においては、水を冷媒として、冷却ノズル２０ａから冷却水Ｗを噴水している。また、冷却水Ｗは、脆性基板２００上に噴射されることで、冷却点２０３となる。特に、本実施形態に係る冷却手段２０においては、１本の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００の一の冷却点２０３に向けて冷却水Ｗを噴水しているが、複数の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００の一の冷却点２０３に向けて冷却水Ｗを噴水してもよい。
【００２８】
また、本実施形態に係る冷却手段２０は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の中心が通る直線（以下、スクライブ予定線２０５ａと称す）上であり、第２の加熱点２０２に対して第１の加熱点２０１の反対側において、冷却点２０３の中心の位置が、自由に調節できる構成である。しかしながら、第２の加熱点２０２及び冷却点２０３間の距離を変更することなく、固定するのであれば、冷却点２０３の中心の位置を自由に調節できる構成でなくてもよい。
【００２９】
特に、ＣＯ2レーザの波長は、水の吸収域であるために、冷却点２０３が第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の軌跡を追従するように、冷却手段２０を配置することで、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２による加熱の妨げにならず、引張応力の低下を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００をステージ３０上に載置して、図示しないアクチュエータにより、レーザ照射手段１０に対して水平方向に移動可能にしているが、脆性基板２００とレーザ照射手段１０とを相対的に平行移動できるのであれば、この構成に限られるものではなく、例えば、固定したステージ３０に対してレーザ照射手段１０を水平方向に移動可能にしてもよい。
【００３１】
つぎに、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００による、脆性基板２００に対するスクライブ線の形成方法（スクライブ加工方法）について説明する。なお、脆性基板２００の一端には、予め、工具を用いて形成した切欠きやレーザ光により穿孔した孔等による、スクライブ加工の開始点となる初期亀裂２０４が形成されている。
【００３２】
まず、スクライブ加工装置１００は、脆性基板２００を載置したステージ３０を、第１の加熱点２０１が初期亀裂２０４に位置するようにセットする。
【００３３】
そして、スクライブ加工装置１００は、レーザ発振器１を駆動し、レーザ発振器１から出射されたレーザ光Ｌを、ビームスプリッタ２により、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に分光する。また、スクライブ加工装置１００は、冷却手段２０を起動して、冷却ノズル２０ａから脆性基板２００に向けて冷却水Ｗを噴射する。
【００３４】
一方、スクライブ加工装置１００は、ステージ３０を平行移動させるアクチュエータを駆動して、図１（ａ）において、紙面の左側に脆性基板２００を移動させる。これにより、脆性基板２００上の同一点において、時間を異にして、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２とが順次照射され、第２のレーザ光Ｌ２による第２の加熱点２０２が、第１のレーザ光Ｌ１による第１の加熱点２０１の軌跡に沿って、脆性基板２００に対して、図１（ａ）において、紙面の右側に移動することになる。
【００３５】
また、脆性基板２００上の同一点において、時間を異にして、冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２の次に噴射され、冷却水Ｗによる冷却点２０３が、第２のレーザ光Ｌ２による第２の加熱点２０２の軌跡に沿って、脆性基板２００に対して、図１（ａ）において、紙面の右側に移動することになる。
【００３６】
そして、脆性基板２００は、スクライブ予定線２０５ａ上の任意の点において、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の通過後に冷却点２０３が通過することで、表面に急激な温度低下が生じると共に、内部に冷却の影響を受けない高温域が残存する熱分布となる。つまり、脆性基板２００の表面は、表面温度が軟化点より低く、引張応力場が存在し、脆性基板２００の内部は、内部温度が軟化点よりも高く、圧縮応力場が存在することになる。
【００３７】
このため、脆性基板２００には、スクライブ予定線２０５ａの直下の熱応力として、表面近傍で引張応力が生じ、内部で圧縮応力が生じ、この引張応力の作用により、脆性基板２００の表面にスクライブ線２０５が発生する。一方、内部で生じた圧縮応力は、表面で発生したスクライブ線２０５が裏面に達しないように抑制（閉口）する作用をして、貫通亀裂にならないようにしている。このスクライブ線２０５は、ステージ３０の移動に伴う、第１の加熱点２０１、第２の加熱点２０２及び冷却点２０３の移動によって、脆性基板２００における初期亀裂２０４が形成された一端面から当該一端面に対向する他端面に向かって進展する。
以上により、スクライブ加工装置１００は、脆性基板２００上にスクライブ線２０５を形成する。
【００３８】
なお、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断（フルカット又はブレイク加工）する方法については、既存のブレイク加工装置を用いて、機械的に曲げ応力を作用させて割断するものであり、既存のブレイク加工装置及び方法についての説明は省略する。
【００３９】
つぎに、スクライブ加工における最適な加工条件について、スクライブ加工装置１００を用いた実験と、有限要素法（例えば、株式会社計算力学研究センター製「３次元熱加工問題専用／汎用伝熱解析プログラム（Quick Therm）」）による理論解析とにより検証する。
【００４０】
なお、加工条件としては、第１の加熱点２０１の中心及び第２の加熱点２０２の中心間の距離（以下、二点間距離ｄhと称す）によるスクライブ加工の影響と、ステージ３０（第１の加熱点２０１、第２の加熱点２０２、冷却点２０３）の水平方向への移動速度（以下、スクライブ速度と称す）によるスクライブ加工の影響と、第２の加熱点２０２の中心及び冷却点２０３の中心間の距離（以下、冷却位置ｄcと称す）によるスクライブ加工の影響と、レーザ発振器１からのレーザ光Ｌの出力（以下、レーザ出力と称す）によるスクライブ加工の影響とについて、それぞれ検証した。
【００４１】
また、後述する実験１〜実験５に使用する脆性基板２００としては、矩形状（形状寸法５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）のソーダ石灰ガラスを使用した。
また、後述する理論解析１〜理論解析６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す解析モデルを用い、図２（ｃ）に示す、脆性基板２００表面のスクライブ予定線２０５ａ上であり、脆性基板２００の中央にある点（以下、第１の点２００ａと称す）における、温度及び応力（引張応力、圧縮応力）の時間変化を解析した。なお、解析モデルは、スクライブ予定線２０５ａを基準として対照性があるために、脆性基板２００の表面に垂直であり、スクライブ予定線２０５ａを含む平面により分断される一方の領域に対して解析を行なった。
【００４２】
また、後述する理論解析１〜理論解析６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す解析モデルを用い、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．１０ｍｍにある点（以下、第２の点２００ｂと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．１５ｍｍにある点（以下、第３の点２００ｃと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．２０ｍｍにある点（以下、第４の点２００ｄと称す）と、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．２５ｍｍにある点（以下、第５の点２００ｅ）とにおける、温度及び応力（引張応力、圧縮応力）を解析した。
【００４３】
まず、二点間距離ｄh及びスクライブ速度によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験１により検証する。
実験１では、二点間距離ｄh及びスクライブ速度を変化させた、次表１の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により分断することにより、図３（ａ）に示す結果が得られた。
【００４４】
【表１】
2010173316.tif 000003
【００４５】
なお、図３（ａ）において、丸印は、図３（ｂ）に示すように、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断することができたこと（スクライブ加工の成功）を示し、三角印は、スクライブ加工に成功したが、図２（ｃ）に示すように、脆性基板２００の表面に蒸発痕２０６が生じたこと（蒸発痕あり）を示し、バツ印は、スクライブ線２０５に沿って脆性基板２００を割断することができなかったこと（スクライブ加工の失敗）を示している。また、後述する図８（ｂ）、図９及び図１１についても同様である。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、スクライブ速度が６０ｍｍ／ｓの場合には、二点間距離ｄhを４ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、スクライブ速度が上がるにつれて、スクライブ加工の成功する範囲が狭くなり、スクライブ速度が９０ｍｍ／ｓの場合には、二点間距離ｄhに関わらず、スクライブ加工が失敗していることがわかる。
さらに、二点間距離ｄhのみによるスクライブ加工の影響を検証するために、有限要素法による理論解析１により検証する。
【００４７】
理論解析１では、前述した実験１の実験条件２における、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）とスクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）との解析条件下（次表２）において、有限要素法による解析を行なうことにより、図４及び図５に示す結果が得られた。
【００４８】
【表２】
2010173316.tif 000004
【００４９】
なお、図４及び図５において、太い実線は第１の点２００ａにおける温度及び応力の時間変化を示し、点線は第２の点２００ｂにおける温度及び応力の時間変化を示し、細い実線は第３の点２００ｃにおける温度及び応力の時間変化を示し、破線は第４の点２００ｄにおける温度及び応力の時間変化を示し、長破線は第５の点２００ｅにおける温度及び応力の時間変化を示している。また、図５において、応力０Ｐａを境界として、上側（正の値）が引張応力であり、下側（負の値）が圧縮応力である。また、後述する図７についても同様である。
【００５０】
図４に示すように、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）の場合（図４（ａ））は、スクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）の場合（図４（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける温度の最大値（以下、最高到達温度と称す）が、高いことがわかる。
【００５１】
また、図５に示すように、スクライブ加工に成功した二点間距離ｄh（＝５ｍｍ）の場合（図５（ａ））は、スクライブ加工に失敗した二点間距離ｄh（＝２０ｍｍ）の場合（図５（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける引張応力の最大値（以下、最大引張応力と称す）が、大きいことがわかる。
さらに、スクライブ速度のみによるスクライブ加工の影響を検証するために、有限要素法による理論解析２により検証する。
【００５２】
理論解析２では、前述した実験１の実験条件２及び実験条件３（共に、二点間距離ｄhが１０ｍｍの場合）における、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）とスクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）との解析条件下（次表３）において、有限要素法による解析を行なうことにより、図６及び図７に示す結果が得られた。
【００５３】
【表３】
2010173316.tif 000005
【００５４】
図６に示すように、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）の場合（図６（ａ））は、スクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）の場合（図６（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最高到達温度が、高いことがわかる。
【００５５】
また、図７に示すように、スクライブ加工に成功したスクライブ速度（＝７０ｍｍ／ｓ）の場合（図７（ａ））は、スクライブ加工に失敗したスクライブ速度（＝８０ｍｍ／ｓ）の場合（図７（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最大引張応力が、大きいことがわかる。
【００５６】
さらに、二点間距離ｄh及び／又はスクライブ速度によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験２と、有限要素法による理論解析３及び理論解析４とにより比較検証する。
【００５７】
実験２では、二点間距離ｄhを変化させた、次表４の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行なうことにより、スクライブ線２０５の深さについて、図８（ａ）に示す結果（丸印で示す実験値）が得られた。
【００５８】
また、理論解析３では、二点間距離ｄhを変化させた、次表４の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、第１の点２００ａにおける最大引張応力について、図８（ａ）に示す結果（四角印で示す理論計算値）が得られた。
【００５９】
【表４】
2010173316.tif 000006
【００６０】
図８（ａ）に示すように、スクライブ線２０５の深さは、二点間距離ｄhに比例して、浅くなっていることがわかる。
また、理論解析４では、二点間距離ｄh及びスクライブ速度を変化させた、次表５の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、第１の点２００ａにおける最大引張応力及び最高到達温度について、図８（ｂ）に示す結果が得られた。
【００６１】
【表５】
2010173316.tif 000007
【００６２】
なお、図８（ｂ）に示す最大引張応力については、実験１で得られた結果（スクライブ加工の成功：丸印、スクライブ加工の失敗：バツ印）を追記している。
図８（ｂ）に示すように、二点間距離ｄhが狭まるにつれて、最大引張応力は大きくなるが、最高到達温度が上昇するために、図３（ａ）に示すように、蒸発痕２０６が残る場合があることがわかる。また、図８（ｂ）に示すように、二点間距離ｄhが広がるにつれて、最大引張応力は小さくなり、やがてスクライブ加工に失敗することになることがわかる。また、図８（ｂ）に示すように、スクライブ速度が上がるにつれて、最大引張応力は小さくなるため、スクライブ加工に成功する範囲が狭くなっていることがわかる。
【００６３】
つぎに、冷却位置ｄcによるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験３により検証する。
実験３では、冷却位置ｄcを変化させた、次表６の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により割断することにより、図９に示す結果が得られた。
【００６４】
【表６】
2010173316.tif 000008
【００６５】
図９に示すように、冷却位置ｄcが２ｍｍの場合には、二点間距離ｄhを４ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、冷却位置ｄcが３ｍｍ及び４ｍｍの場合には、スクライブ線２０５が全く形成できず、二点間距離ｄhに関わらず、スクライブ加工が失敗していることがわかる。
【００６６】
すなわち、レーザ光Ｌが総出力５０Ｗであり、スプリット比が１：２である場合に、スクライブ加工における最適な加工条件としては、冷却位置ｄcを３ｍｍ未満の間隔に設定することが好ましく、冷却位置ｄcを２ｍｍに設定することがより好ましいことがわかる。
【００６７】
これは、冷却位置ｄcが２ｍｍより広い場合には、冷却点２０３が第２の加熱点２０２の軌跡に重畳する前に、第２の加熱点２０２による熱が空気中に放熱してしまうために、脆性基板２００に対する加熱が不足し、スクライブ予定線２０５ａにおける引張応力が不足して、スクライブ線２０５が形成できないためと考えられる。
【００６８】
また、冷却位置ｄcが２ｍｍより狭い場合には、第２のレーザ光Ｌ２が冷却水Ｗに接触し、冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２を吸収するために、脆性基板２００に対する加熱が不足し、スクライブ予定線２０５ａにおける引張応力が不足して、スクライブ線２０５が形成できないためと考えられる。
【００６９】
特に、冷却水Ｗの噴射方向は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第２のレーザ光Ｌ２に及んでしまうと、スクライブ加工に失敗したために、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に及ばないように、設定することが好ましい。また、図１０（ｅ）に示すように、飛散した冷却水Ｗが第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２に及ばないように、冷却水Ｗの噴射方向を設定し、２本の冷却ノズル２０ａから脆性基板２００に向けて冷却水Ｗを噴水してもよい。
【００７０】
つぎに、レーザ光Ｌの出力によるスクライブ加工の影響について、スクライブ加工装置１００を用いた実験４により検証する。
実験４では、レーザ光Ｌの出力を変化させた、次表７の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行ない、曲げ応力により割断することにより、図１１に示す結果が得られた。
【００７１】
【表７】
2010173316.tif 000009
【００７２】
図１１に示すように、第２のレーザ光Ｌ２の出力が３３Ｗの場合には、二点間距離ｄhを３ｍｍ〜２３ｍｍとする広い範囲でスクライブ加工が成功しているが、第２のレーザ光Ｌ２の出力を下げるにつれて、スクライブ加工の成功する範囲が狭くなることがわかる。逆に、第２のレーザ光Ｌ２の出力を高くする（３３Ｗの場合）と、場合（二点間距離ｄhが２ｍｍ）によっては、蒸発痕２０６が生じていることがわかる。
【００７３】
従って、二点間距離ｄhが狭すぎる場合には、脆性基板２００表面の急激な温度上昇のため蒸発痕２０６が発生し、二点間距離ｄhが広すぎる場合には、脆性基板２００表面の引張応力が不足する。このため、速度条件によって、最適な二点間距離ｄhを設定する必要がある。
【００７４】
つぎに、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）よりも熱量（レーザ出力）が高いことによる作用効果について、スクライブ加工装置１００を用いた実験５と、有限要素法による理論解析５及び理論解析６とにより検証する。
【００７５】
なお、実験５では、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）が第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）よりも熱量（レーザ出力）が高い場合（特許文献２に相当、以下、比較例１と称す）について検証する。
【００７６】
また、理論解析５では、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）よりも熱量（レーザ出力）が高い場合（本発明に相当、以下、実施例１と称す）と、比較例１とについて検証する。
また、理論解析６では、実施例１と、比較例１と、加熱点が１点の場合（以下、比較例２と称す）とについて検証する。
実験５では、二点間距離ｄhを変化させた、次表８の実験条件下において、脆性基板２００に対してスクライブ加工を行なった。
【００７７】
【表８】
2010173316.tif 000010
【００７８】
実験５の実験結果としては、図８（ｂ）に示すように、スクライブ加工が失敗した場合と、スクライブ線２０５が脆性基板２００の裏面にまで達する割断（フルカット）した場合とに分かれ、スクライブ加工が成功する場合はなかった。
【００７９】
また、理論解析５では、次表９の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、図１２に示す結果が得られた。
【００８０】
【表９】
2010173316.tif 000011
【００８１】
なお、図１２において、細い実線は第１の点２００ａにおける温度の時間変化を示し、中太の実線は第２の点２００ｂにおける温度の時間変化を示し、太い実線は第３の点２００ｃにおける温度の時間変化を示し、細い破線は第４の点２００ｄにおける温度の時間変化を示し、太い破線は第５の点２００ｅにおける温度の時間変化を示している。
【００８２】
図１２に示すように、実施例１（図１２（ａ））は、比較例１（図１２（ｂ））と比較して、第１の点２００ａにおける最高到達温度が高いことがわかる。
また、理論解析６では、二点間距離ｄhを変化させた、前表９の解析条件下において、有限要素法による解析を行なうことにより、図１３に示す結果が得られた。
【００８３】
図１３に示すように、実施例１（図１３の太い実線）は、比較例１（図１３の破線）及び比較例２（図１３の細い実線）と比較して、第１の点２００ａから脆性基板２００表面に対して鉛直直下（深さ）０．３ｍｍ近傍において、最大引張応力が小さいことがわかる。
【００８４】
すなわち、比較例１及び比較例２では、脆性基板２００表面から深さ０．３ｍｍ近傍にかけて最大引張応力が大きくなるために、スクライブ線２０５となる亀裂が圧縮応力の部分を回避して反るように進展し、その後、脆性基板２００表面に掛かる引張応力により、フルカットになり易いものと考えられる。
【００８５】
また、第１の加熱点２０１（比較例２では１点の加熱点）の軌跡に冷却点２０３が重畳するまでに、第１の加熱点２０１の熱量が脆性基板２００の深さ方向に浸透し、浸透した地点に圧縮応力場が生じ、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を制止するストッパーとなる。このため、比較例１及び比較例２では、第１の加熱点２０１（比較例２では１点の加熱点）の熱量が高いために、熱が深くまで浸透し、スクライブ線２０５となる亀裂が深くなり、脆性基板２００をフルカットしたものと考えられる。
【００８６】
これに対し、実施例１では、第１の加熱点２０１の熱量を低くすることで、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、第２の加熱点２０２の熱量を高くすることで、冷却点２０３との急激な温度差により、脆性基板２００の表面における引張応力を高めることができる。
【００８７】
すなわち、第１の加熱点２０１は、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を制止するという役割を有し、第２の加熱点２０２は、スクライブ線２０５となる亀裂を面方向に成長（開口）させるという役割を有する。
【００８８】
従って、脆性基板２００の表面における充分な引張応力を確保しつつ、脆性基板２００の内部における引張応力を抑制するためには、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くする必要がある。
【００８９】
以上のように、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、複雑な光学系を用いてレーザ光による加熱点を楕円形状にする必要がなく、２点の加熱点における二点間距離ｄh及び各レーザ出力を調整するという比較的簡単な方法により、様々な加工条件に対してスクライブ加工が成立するように、柔軟に対応することができるという作用効果を奏する。
【００９０】
特に、レーザ光による加熱点を楕円形状にする場合には、加熱点の形状やレーザ光の出力分布を変更することが困難であるのに対して、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、複雑な光学系を用いることなく、装置の簡素化によるコストの削減や、スクライブ加工の高速化による作業時間の短縮に繋げることができるという作用効果を奏する。
【００９１】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、二点間距離ｄhを調整することにより、スクライブ線２０５の深さの制御が可能であり、従来から使用されている板厚の厚いガラス基板のみならず、テレビや携帯電話等に使用される薄いガラス基板に対しても、簡便に適用することができるという作用効果を奏する。
【００９２】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）が、スクライブ線２０５となる亀裂の深さ方向への成長を抑制すると共に、第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）が、冷却点２０３に近いために、脆性基板２００の表面における引張応力を高め、亀裂を成長させることができるという作用効果を奏する。なお、この引張応力は、亀裂を開口（成長）させる作用を有する。
【００９３】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１（第１のレーザ光Ｌ１）と第２の加熱点２０２（第２のレーザ光Ｌ２）との距離を制御することにより、スクライブ加工の深さを制御することができるという作用効果を奏する。すなわち、薄い板厚の脆性基板２００に対しては、脆性基板が分断しない（フルカットとならない）ように、亀裂（スクライブ線２０５）の深さを浅くし、厚い板厚の脆性基板２００に対しては、亀裂（スクライブ線２０５）の深さを浅くすることができる。
【００９４】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くし、最適な加工条件を設定することで、スクライブ加工の開始端（初期亀裂２０４がある端面）における、不規則な割れを防止することができるという作用効果を奏する。
【００９５】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第２の加熱点２０２の熱量を第１の加熱点２０１の熱量よりも高くし、最適な加工条件を設定することで、スクライブ加工の終了端における欠けや曲がりを防止することができるという作用効果を奏する。
【００９６】
特に、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の直径、二点間距離ｄh及びレーザ出力を調整することで、スクライブ線２０５を構成する深さ方向の面（スクライブ面）の曲がりを防止することができるという作用効果を奏する。
【００９７】
また、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、割断面にパーティクルの発生が少ないことや、ガラスエッジの強度が向上すること等の、熱応力を利用したスクライブ加工方法の利点も兼ね備えているものである。
【００９８】
なお、前述した実験１〜実験５に使用したレーザ光Ｌは、５０Ｗの総出力を有するＣＯ2レーザであるが、レーザ光Ｌの出力を上げることで、更なる高速化が可能である。
また、スクライブ加工を行なうにあたり、脆性基板２００の表面の温度が高すぎる場合は、レーザ光Ｌの総出力は変えず、第１の加熱点２０１及び／又は第２の加熱点２０２の加熱密度を低下させることで、脆性基板２００の表面温度を調整することができる。
【００９９】
例えば、図１４に示すように、実施例１における第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の形状に対して、第１の加熱点２０１又は第２の加熱点２０２のいずれかの半径を広げること（変形例１、実施例２）や、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の両方の半径を広げること（変形例３）や、第１の加熱点２０１又は第２の加熱点２０２のいずれかを真円ではなく矩形又は加熱点の進行方向を長軸とする楕円にすること（変形例４、実施例５）や、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点２０２の両方を真円ではなく矩形又は加熱点の進行方向を長軸とすること（変形例６）、のいずれかで調整することができる。
【０１００】
この場合に、冷却点２０３の形状は、第１の加熱点２０１及び第２の加熱点のうち、最長の直径又は短辺の長さ以上を有する、円、矩形、又は冷却点２０３の進行方向を短軸とする楕円にすることが好ましい。
【０１０１】
また、スクライブ加工を行なうにあたり、脆性基板２００の表面温度が低すぎる場合は、上記変形例１〜変形例５と逆に、半径を小さくするか進行方向を短軸とする楕円にするかのいずれかで調整することができる。
【０１０２】
なお、以上の説明においては、本実施形態に係るスクライブ加工装置１００は、脆性基板２００の表面にスクライブ線２０５を形成するまでであり、脆性基板２００を割断するには、既存のブレイク加工装置を用いる必要があることを説明したが、スクライブ加工とブレイク加工とを１工程（走査）で行なうことも考えられる。
【０１０３】
この場合には、第１の加熱点２０１と第２の加熱点２０２とが重なるように第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２を脆性基板２００の表面に照射し、１点の加熱点（二点間距離ｄhを０ｍｍ）とする。すなわち、この場合には、１点加熱の状態になるように、第１のレーザ光Ｌ１及び第２のレーザ光Ｌ２の焦点を制御することで、図１３の比較例２（細い実線）に示すように、脆性基板２００内部の引張応力が増加するため、脆性基板２００の裏面まで亀裂が進展しやすい状態となり、脆性基板２００の割断（フルカット）となる。
【符号の説明】
【０１０４】
１      レーザ発振器
２      ビームスプリッタ
３      反射ミラー
４      マイクロメータ
１０    レーザ照射手段
２０    冷却手段
２０ａ  冷却ノズル
３０    ステージ
１００  スクライブ加工装置
２００  脆性基板
２００ａ  第１の点
２００ｂ  第２の点
２００ｃ  第３の点
２００ｄ  第４の点
２００ｅ  第５の点
２０１  第１の加熱点
２０２  第２の加熱点
２０３  冷却点
２０４  初期亀裂
２０５  スクライブ線
２０５ａ  スクライブ予定線
２０６  蒸発痕
Ｌ      レーザ光
Ｌ１    第１のレーザ光
Ｌ２    第２のレーザ光
Ｗ      冷却水
ｄｃ    冷却位置
ｄｈ    二点間距離
【図１】
2010173316.tif 000012
【図２】
2010173316.tif 000013
【図４】
2010173316.tif 000014
【図５】
2010173316.tif 000015
【図６】
2010173316.tif 000016
【図７】
2010173316.tif 000017
【図８】
2010173316.tif 000018
【図９】
2010173316.tif 000019
【図１１】
2010173316.tif 000020
【図１２】
2010173316.tif 000021
【図１３】
2010173316.tif 000022
【図１４】
2010173316.tif 000023
【図３】
2010173316.tif 000024
【図１０】
2010173316.tif 000025