(57)【要約】【課題】脆性材料からなる加工対象物の、特にエッジ部の形状に起因する割れ、欠け、ひび等を防止するためのレーザによる面取り加工において、加工品質の向上、安定性、再現性、及び加工時間の短縮を同時に実現する加工方法及びその装置を提供する。【解決手段】レーザ光の集光スポットを加工対象物のエッジラインに沿って相対的に走査する。その照射方向は、加工対象物の走査方向をｘ軸、加工対象物上の被照射面をｘｙ平面としたときのｙ軸、ｘｙ平面の法線方向のｚ軸、の三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）から当該座標の原点に向かう方向であり、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］かつπ／２＜φ≦π［ｒａｄ］の範囲内である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料からなる加工対象物に対し吸収特性を有する波長にて出力制御可能なレーザ光を集光し、当該集光スポットを加工対象物のエッジラインに沿って相対的に走査することにより、当該エッジラインの角部を面取り加工する方法であって、
前記レーザ光の照射方向は、加工対象物の走査方向のｘ軸と、前記レーザ光を照射する加工対象物上の面をｘｙ平面としたときのｙ軸と、ｘｙ平面の法線方向のｚ軸と、からなる三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）から当該座標の原点に向かう方向であり、
前記θは、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］の範囲内であり、
前記φは、π／２＜φ≦π［ｒａｄ］の範囲内である、
ことを特徴とするレーザ面取り加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光は、パルスレーザ光である請求項１に記載のレーザ面取り加工方法。
【請求項３】
前記パルスレーザ光のパルス繰り返し周波数、パルス幅及び平均出力、並びに前記ｘｙ平面上における集光スポット径の各パラメータは、前記走査の高速化を優先した上で、当該集光スポット形状の一部を、隣り合うパルスにおいて互いに重ね合わさるように組み合わされている請求項２に記載のレーザ面取り加工方法。
【請求項４】
前記レーザ光は、ＣＯ２レーザ又はＣＯレーザから出射されるレーザ光である請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ面取り加工方法。
【請求項５】
脆性材料からなる加工対象物のエッジラインに沿って、集光したレーザ光を相対的に走査することにより当該エッジラインの角部を面取り加工するレーザ面取り加工装置であって、
前記脆性材料に対し吸収特性を有する波長にて発振するレーザと、
前記レーザから出射するレーザ光を集光する集光光学系と、
加工対象物を保持しながらこれを走査するための走査機構と、
集光された前記レーザ光を前記走査機構により保持された加工対象物に対し相対的に角度をつけて照射するための入射角度調整機構を含み、
前記入射角度調整機構は、前記レーザ光の照射方向を、加工対象物の走査方向のｘ軸と、前記レーザ光を照射する加工対象物上の面をｘｙ平面としたときのｙ軸と、ｘｙ平面の法線方向のｚ軸と、からなる三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）から当該座標の原点に向かう方向（方向を定めるものでありｒは非限定。）としたとき、入射角θを０＜θ＜π／２［ｒａｄ］の範囲内で、且つ、入射角φをπ／２＜φ≦π［ｒａｄ］の範囲内で、それぞれ独立して固定、又は各範囲内においてそれぞれの入射角度を任意で調整することができる機構である、
ことを特徴とするレーザ面取り加工装置。
【請求項６】
前記走査機構は、加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させる２軸ステージ、鉛直ステージ、及び、当該ｘｙ平面の法線軸周りにて回転する回転ステージ又は角度ステージ、のうち一以上を組み合わせた構成である請求項５に記載のレーザ面取り加工装置。
【請求項７】
前記入射角度調整機構は、前記走査機構を直接的若しくは間接的に保持し、その一部若しくは全部を回転させる一以上の角度ステージを用いた構成、又は、前記レーザ光用の全反射ミラーを一枚以上用いた構成である請求項５又は請求項６に記載のレーザ面取り加工装置。
【請求項８】
前記走査機構は、加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させる２軸ステージを含み、且つ、前記入射角調整機構は、入射角θの調整用として前記レーザ光用の全反射ミラーを一枚以上用い、入射角φの調整用として角度ステージを用いた構成であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ面取り装置。
【請求項９】
前記走査機構は、前記ｘｙ平面の法線軸周りにて回転する回転ステージであり、且つ、前記入射角調整機構は、入射角φの調整用として加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させる２軸ステージを含む構成であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ面取り装置。
【請求項１０】
前記レーザは、ＣＯ２レーザ又はＣＯレーザである請求項５乃至請求項９のいずれかに記載のレーザ面取り加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザによる脆性材料の整形、特にそのエッジラインの加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１においては、脆性材料の一つであるガラス材のエッジラインの面取り処理において、ガラスの微細くずの発生やクラックの発生を抑えた、レーザを用いた面取り処理方法が開示されている。具体的には、ＣＯ２レーザを面取り部に集光照射しガラス材を走査するものであり、そのレーザの照射方向は、レーザビームを相対的に走査する方向を軸にガラス基板の端面とは反対側（基板の中心方向）に傾けて照射することを特徴とする。好適には、その角度を２０度から６０度の範囲で傾け、レーザビームの照射点から端面までの距離とレーザの集光スポット径との関係が、式、０．２＜２×（距離）／（集光スポット径）＜１．２の関係を満たすパラメータの組み合わせによる面取り処理方法である。しかし、この技術を用いた場合、レーザの走査速度は３０［ｍｍ／ｓ］程度であり、実用性に乏しい。
【０００３】
特許文献２においては、脆性材料からなる基板の内部に向けて斜めに入射したレーザ光（但し、ＣＯ２レーザを除く。）の吸収領域によって基板内部に温度分布を形成し、この温度分布により基板内部に生じた熱応力分布を利用して基板の端面に沿ってクラックを進展させることで、チッピングやマイクロクラックを抑えた面取り加工を実現する技術が開示されている。更には、その加工において、ガラス基板側に凹んだ円弧形状面と前記端面により形成される鋭角なエッジラインの発生を抑えた面取り加工技術を開示している。なお、この特許文献２の明細書中の図８において、基板の中央部から端部に向けて斜めに入射する様子が示されているものの、具体的な実施方法の開示はない。
【０００４】
特許文献３は、透明材料内にレーザによる連続的なフィラメントを形成するシステム及びその方法を提供するものであり、本発明の技術分野とは異なるものの、その明細書中の図１０（ｄ）乃至図１０（ｏ）には、異なる角度のレーザビーム及びフィラメントパスを制御して様々な角度の面取り又は傾斜したエッジラインを形成する概念図並びに加工された様子が開示されている。しかし、その具体的方法は、図１０（ｄ）を参考に、レーザ光（入射ビーム７７５）の入射が１２度と記載されているにすぎず、基板に対するレーザ光の入射角や方向については、それ以上の情報は開示されていない。
【０００５】
上述のほか、脆性材料からなる基板のエッジラインをレーザ照射による加熱で溶融させ、再凝固させることで、角部を除去するのではなく曲率を付ける方法がある。しかし、レーザ光に関する各種パラメータや冷却用ガスに関するパラメータ、その他最適なパラメータの組み合わせが複雑であり、且つ、結果としての加工精度とその再現性が悪い。このことは、すなわち、製品の歩留まりを悪化させる要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４１１４１号公報
【特許文献２】特開２００９−６６８５１号公報
【特許文献３】特開２０１５−０３７８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、脆性材料からなる加工対象物の、特にエッジ部の形状に起因する割れ、欠け、ひび等を防止するためのレーザによる面取り加工において、加工品質の安定性、再現性、及び加工時間の短縮を同時に実現する加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、脆性材料からなる加工対象物に対し吸収特性を有する波長にて出力制御可能なレーザ光を集光し、当該集光スポットを加工対象物のエッジラインに沿って相対的に走査することにより、当該エッジラインの角部を面取り加工する方法であって、前記レーザ光の照射方向は、加工対象物の走査方向のｘ軸と、前記レーザ光を照射する加工対象物上の面をｘｙ平面としたときのｙ軸と、ｘｙ平面の法線方向のｚ軸と、からなる三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）から当該座標の原点に向かう方向であり、前記θは、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］の範囲内であり、前記φは、π／２＜φ≦π［ｒａｄ］の範囲内である、ことを特徴とするレーザ面取り加工方法である。
【０００９】
ここで、脆性材料からなる加工対象物とは、ソーダライムや無アルカリガラスに代表される一般的なガラス材を含み、且つ、その形状に限定はない。例として、各種表示デバイスの表示面に用いられる矩形のガラス基板、携帯電話やスマートフォンのように角部が丸味を帯びている長方形のカバーガラスの母材の基板、さらには円形平板状等のものを含む。したがって、本発明において「エッジライン」とは、曲線部分を含むものとし、この場合の加工対象物の走査方向のｘ軸とは、当該曲線部分に接する接線方向を意味するものとする。
【００１０】
また、一般的なレーザ加工においては、ガルバノミラーなどのスキャン用ミラーを用いてレーザ光を高精度で走査する方法もあるが、本発明における前記入射角度θと入射角度φを最適値にて固定して走査することは容易ではないため、本発明における実施例においては加工対象物を走査することで集光スポットを相対的に走査した。
【００１１】
レーザ光の照射方向を、三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）からその座標の原点に向かう方向（方向を定めるものでありｒは非限定。）として表す本発明において、θが０＜θ＜π／２［ｒａｄ］の範囲内にあるとは、矩形基板を例に面取り加工の様子を例示した図１のとおり、ｚ軸から基板の中心側に傾けた軸に沿ってレーザ光を照射する状態を表す。同様に、φが、π／２＜φ≦πの範囲内にあるとは、同じく図１に例示するとおり、基板の走査方向（速度ｖ方向）に対し、基板側の斜め後方からこれを追いかけるような向きにてレーザ光を照射する状態を表す。なお、従来技術におけるレーザ光の照射方向は、図２乃至図４に例示するとおり、ｙｚ平面内のφの値を、π／２、−π／２又は０［ｒａｄ］のいずれかとし、このときのθは、概ね−π／４＜θ＜π／４の範囲とするものである。
【００１２】
ここで入射角φの作用について検討するに、図２乃至図４に示した先行技術における態様、特に図４の態様(図５において点線で示す集光スポット形状）と比較し、本発明の場合は、ｘｙ平面上における集光スポット形状が入射角θとφに応じて楕円形状となる（図５において実線で示す集光スポット形状）。そして、エッジからの距離ａの決定、すなわち図５に示す位置関係のような場合、当該楕円形状の中心付近から−ｘ軸方向の先端付近までの領域が、ステージの速度に反比例する時間分の事後的加熱（アフターヒート）として作用していると思われる。なお、パルスレーザにおいては、当該楕円形状の一部を隣り合うパルスにおいて重ね合わせた場合など、同様のアフターヒートとして作用していると思われる。また、類似した環境を、２つの集光スポットを異なる位置に照射したり、集光スポットをはじめから楕円形状に整形して照射したりすることにより再現する方法も考えられるが、その効果が同一であるか否かは定かではない。
【００１３】
一方、加工対象物が円形平板基板や円柱形状であって、面取り加工を施すエッジラインがその円周の場合は、これを保持した高速回転可能な回転ステージＲやスピンドルモーター駆動の回転機構（以下、共に「回転ステージ」という。）により当該円周の中心を軸に加工対象物を回転させる。この場合の加工の様子を図６に示す。角部が丸味を帯びている長方形の形状を有する加工対象物の走査においては、ｘｙ軸ステージのみによるほか、角度ステージＡ等とこれらの組み合わせにより行うのが機能的である。
【００１４】
レーザ光の照射位置の最適化には、面取りに要求される仕様、すなわち面取りすべき角部の体積や面取りする面積に応じてエッジからの距離ａを調整する。なお、これら面取り領域を大きくする場合は、当該距離ａを大きくし、合わせてレーザ光の出力も増加させ、面取りに寄与するクラックの発生と進展の安定化、及びマイクロクラック等の発生のないパラメータの組み合わせを模索する。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において前記レーザ光がパルスレーザ光であることを特徴とするレーザ面取り加工方法である。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において前記パルスレーザ光のパルス繰り返し周波数、パルス幅及び平均出力、並びに前記ｘｙ平面上における集光スポット径の各パラメータが、前記走査の高速化を優先した上で、当該集光スポット形状の一部を、隣り合うパルスにおいて互いに重ね合わさるように組み合わされていることを特徴とするレーザ面取り加工方法である。一例として、図７に集光スポット形状の約１／３の面積において重なり合いながら基板が走査されている様子を示す。
【００１７】
より具体的には、基板の走査速度ｖ、ひいてはマイクロクラックの発生のない面取り加工速度の高速化を優先した上で、前記ｘｙ平面上の集光スポット形状の一部が重なるように組み合わされた各パラメータ群として、例えば次の組み合わせが想定可能である。すなわち、レーザ光の集光スポット径ｄを１００［μｍ］、レーザパルスの繰り返し周波数を３[ｋＨｚ]、ｙｚ平面における入射角θをπ／４［ｒａｄ］、及びｘｙ平面における入射角φを（本発明の技術的範囲内ではないが、便宜上）π／２［ｒａｄ］と組み合わせた場合においては、基板の走査速度ｖが、３００［ｍｍ／ｓ］未満であればｘｙ平面上の集光スポット形状の一部が隣り合うパルス同士で互いに重なり合うこととなり、同じくφをπ［ｒａｄ］とした場合は、約４２０［ｍｍ／ｓ］（３００［ｍｍ／ｓ］の約１．４倍）未満とすればよい。すなわち、集光スポット径ｄを約１００［μｍ］とする場合、加工の実用的なタクトタイム内で面取り加工をするためには、レーザパルスの繰り返し周波数が数［ｋＨｚ］であることが必要である。
【００１８】
なお、いくつかのパラメータの組み合わせを次表１に示す。ここで、「ＰＲＲ」はレーザ光のパルス繰り返し周波数を、「ＰＷＲ」はレーザの平均出力を、「Ｔ」はパルス幅を、「λ」はレーザの発振波長を、「ＯＬ」はｘｙ平面上の集光スポット形状の一部が隣り合うパルス同士で互いに重なり合うおよその率を表す。（表３及び表５において同じ。）
【００１９】
【表１】
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【００２０】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記レーザ光がＣＯ２レーザ又はＣＯレーザから出射されるレーザ光であることを特徴とするレーザ面取り加工方法である。発振波長としては、１０．６［μｍ］、１０．２［μｍ］、９．６［μｍ］、９．３［μｍ］又は５．５［μｍ］であり、これらに限定されない。なお、ソーダライムガラスに対する波長吸収率は、２．５［μｍ］以上において、５０％を超える。
【００２１】
第５の発明は、
脆性材料からなる加工対象物のエッジラインに沿って、集光したレーザ光を相対的に走査することにより当該エッジラインの角部を面取り加工するレーザ面取り加工装置であって、前記脆性材料に対し吸収特性を有する波長にて発振するレーザと、前記レーザから出射するレーザ光を集光する集光光学系と、加工対象物を保持しながらこれを走査するための走査機構と、集光された前記レーザ光を前記走査機構により保持された加工対象物に対し相対的に角度をつけて照射するための入射角度調整機構を含み、前記入射角度調整機構は、前記レーザ光の照射方向を、加工対象物の走査方向のｘ軸と、前記レーザ光を照射する加工対象物上の面をｘｙ平面としたときのｙ軸と、ｘｙ平面の法線方向のｚ軸と、からなる三次元極座標上の点Ｐ（ｒ，θ，φ）から当該座標の原点に向かう方向（方向を定めるものでありｒは非限定。）としたとき、入射角θを０＜θ＜π／２［ｒａｄ］の範囲内で、且つ、入射角φをπ／２＜φ≦π［ｒａｄ］の範囲内で、それぞれ独立して固定、又は各範囲内においてそれぞれの入射角度を任意で調整することができる機構であることを特徴とするレーザ面取り加工装置である。
【００２２】
ここで、「それぞれ独立して固定、又は各範囲内においてそれぞれの入射角度を任意で調整することができる機構」とは、集光光学系の再調整によりそれぞれの入射角度を調整し、その後固定する機構のほか、それぞれの範囲内から選択された一の入射角θ及び一の入射角φにそれぞれ固定された機構を含む。
【００２３】
第６の発明は、第５の発明において前記走査機構が、加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させるＸＹ２軸ステージ、鉛直ステージＥ、及び、当該ｘｙ平面の法線軸周りにて回転する回転ステージＲ又は角度ステージＡ、のうち一以上を組み合わせた構成であることを特徴とするレーザ面取り加工装置である。ここでの２軸ステージの各Ｘ軸とＹ軸は、ｘ軸とｙ軸に限らない。また、前記回転ステージＲの回転軸は、前記ｚ軸と平行である。ここで角度ステージＡとは、複数回回転させることを目的としない回転角度の調整が可能なステージをいい、ゴニオステージもこれに含まれる。
【００２４】
第７の発明は、第５又は第６の発明において前記入射角度調整機構が、前記走査機構を直接的若しくは間接的に保持し、その一部若しくは全部を回転させる一以上の角度ステージＡを用いた構成、又は、前記レーザ光用の全反射ミラーＭを一枚以上用いた構成であることを特徴とするレーザ面取り加工装置である。
【００２５】
図８Ａに、第６の発明の加工対象物用走査機構及び第７の発明の入射角度調整機構を含む、想定可能な入射角度調整機構と走査機構を例示する。ここでは、回転中心が同一になるように２台のゴニオステージＧ１及びＧ２を選定し、これらを２段で直交に組み合わせ、その上に走査機構を担うｘｙステージ及び角度ステージＡを載置する。ゴニオステージＧ１とＧ２の角度の組み合わせにより、入射角θとφの組み合わせを実現する。また、これらのステージ群は鉛直ステージＥ上に載置し、基板の厚みに対応させる。図８Ｂは、ゴニオステージＧ１とＧ２を回転させた状態を示す。なお、これ以外にも様々なステージの組み合わせが可能である。
【００２６】
第８の発明は、第５の発明において前記走査機構が、加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させるＸＹ２軸ステージを含み、且つ  前記入射角調整機構は、入射角θの調整用として前記レーザ光用の全反射ミラーを一枚以上用い、入射角φの調整用として角度ステージＡを用いた構成であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ面取り装置である。なお、具体的な構成は、後述する実施例１において図１０Ａとして例示した。
【００２７】
第９の発明は、第５の発明において前記走査機構が、前記ｘｙ平面の法線軸周りにて回転する回転ステージＲであり、且つ、前記入射角調整機構が、入射角φの調整用として加工対象物を前記ｘｙ平面上にて移動させるＸＹ２軸ステージを含む構成であることを特徴とするレーザ面取り装置である。なお、具体的な構成は、後述する実施例３において図１０Ｂとして例示した。
【００２８】
第１０の発明は、第５乃至第９の発明において前記レーザが、ＣＯ２レーザ又はＣＯレーザであることを特徴とする。発振波長としては、１０．６［μｍ］、１０．２［μｍ］、９．６［μｍ］、９．３［μｍ］又は５．５［μｍ］であり、これらに限定されない。さらにパルス発振であるか否かを問わない。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るレーザ面取り加工方法及び装置は、複雑な加工条件の組み合わせを模索することなく、広いプロセスウィンドーにおいて、高速で加工対象物のエッジラインの面取り加工を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】矩形基板に対する本発明の実施態様であって、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］、且つπ／２＜φ≦π［ｒａｄ］の場合を示す。
【図２】矩形基板に対する先行技術の実施態様であって、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］且つφがπ／２の場合を示す。
【図３】矩形基板に対する先行技術の実施態様であって、−π／２＜θ＜０［ｒａｄ］且つφが−π／２の場合を示す。
【図４】矩形基板に対する先行技術の実施態様であって、θとφがともに０［ｒａｄ］の場合を示す。
【図５】本発明の実施態様において、ｘｙ平面上に照射された集光スポット形状の様子を示す。
【図６】円形平板基板に対する本発明の実施態様であって、０＜θ＜π／２［ｒａｄ］、且つπ／２＜φ≦π［ｒａｄ］の場合を示す。
【図７】本発明の実施態様において、集光スポット形状の約１／３の面積において重なり合いながら基板が走査されている様子を示す。
【図８Ａ】本発明における加工対象物を保持する走査機構と入射角度調整機構の構成の例を示す。
【図８Ｂ】図８ＡのゴニオステージＧ１とＧ２を回転させた様子を示す。
【図９】ＣＯ２レーザにおけるパルス幅と平均出力の関係を示す。
【図１０Ａ】実施例１におけるレーザ光の入射角度調整機構及びサンプル基板Ｓ１用走査ステージ群を略図にて示す。
【図１０Ｂ】実施例３におけるサンプル基板を円形平板基板とした場合の入射角度調整機及び走査機構用ステージ群を略図にて示す。
【図１１】実施例１における良好な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１２】実施例１における不良な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１３】ＣＯレーザにおけるパルス幅と平均出力の関係を示す。
【図１４】実施例２における良好な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１５】実施例２におけるやや不良な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１６】実施例２における不良な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１７】実施例２における良好な面取り加工面の顕微鏡写真を示す。
【図１８】円形平板基板のレーザ光の入射位置と入射角φの関係を示す。
【図１９】実施例３における良好な面取り加工により生じた、面取りされた脆性材料の一部の写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明に係るレーザ面取り加工方法及びその装置の一態様を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本発明の実施態様の一例を表す。ここで、図示されている矩形基板は、ソーダライム製の脆性材料基板（サンプル基板Ｓ１）である。サイズは１００×１００［ｍｍ］でありその厚みは０．５５［ｍｍ］である。なお、図１において図示した当該基板は実寸法を反映していない。また、図１においてはパルスレーザ光源を図示してはいないが、光源に用いたレーザは、波長が１０．６［μｍ］のＲＦ励起ＣＯ２レーザであり、主な仕様は次表２のとおりである。なお、パルス繰り返し周波数を固定したまま平均出力を変動させるために、Ｄｕｔｙサイクルを調整しパルス幅を変えることで、これを行った。一例として、１［ｋＨｚ］の場合のパルス幅と平均出力の関係を図９にて示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
このＣＯ２レーザから出射したレーザ光の径３．８［ｍｍ］を、テレスコープ光学系により７．５［ｍｍ］に整形し、焦点距離が１００．８［ｍｍ］の集光レンズによりこれをサンプル基板Ｓ１に向けて集光した。サンプル基板Ｓ１上の集光スポットサイズ径ｄは、１００［μｍ］とした。なお、光路ガイドとして可視光レーザを用いた。さらに、サンプル基板Ｓ１上のレーザ照射点にドライエアによる吹付を行った。その流量は約５［リットル／分］である。
【００３５】
レーザ光のサンプル基板Ｓ１への入射角度調整は、９０度全反射ミラーＭ１、Ｍ２及びＭ３の組み合わせにより行った。図１０Ａにその概略を示す。レーザから出射したレーザ光は、前記テレスコープを経てミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、レンズＬの順に伝搬する。ミラーＭ３からレンズＬを通りサンプル基板Ｓ１に伝搬する方向は、図１に示す三次元極座標における点Ｐから原点へと向かう方向である。本実施例１においては、レーザ光のサンプル基板Ｓ１への入射角度であるθを変える都度、光学系とサンプル基板Ｓ１との位置調整が必要となるが、サンプル基板Ｓ１の保持にゴニオステージ等を用いることにより調整は不要となる。なお、レーザ光はサンプル基板Ｓ１の走査に同期してオン／オフする。なお、図１０Ａ中に記載するステージのＸ軸及びＹ軸は、入射角φによって、ｘ軸及びｙ軸とは異なる向きを持つこととなる軸である。
【００３６】
本実施例１による加工結果を次表３に示す。
【００３７】
【表３】
2018183797.tif 000005
【００３８】
表３中の行番号「４」のデータに相当する加工の状態を顕微鏡により観察した様子を図１１に、同じく行番号「５」のデータに相当するものを図１２に示す。いずれも微分干渉フィルタを入れての観察であり、面取り加工された面の法線軸上からの観察である。行番号「４」の面取り加工表面（図１１）は極めてフラット且つマイクロクラックや材料の微細くずは見られず、良好な加工結果であると言える。また、その加工速度は、２００［ｍｍ／ｓ］であった。他方、行番号「５」の面取り加工表面（図１２）は、若干のマイクロクラックと微細くずが観察された。なお、産業応用の場面においては、サンプル基板Ｓ１のローダー／アンローダー装置と組み合わせて、一定処理数量に対するタクトタイムの短縮を図ることが可能である。
【実施例２】
【００３９】
本実施例２の実施態様は、前述の実施例１と同様の図１に示すとおりである。ここで、図示されている矩形基板は、実施例１と同じソーダライム製の脆性材料基板（サンプル基板Ｓ２）である。サイズは１００×１００［ｍｍ］でありその厚みは０．５５［ｍｍ］である。なお、図１において図示した当該基板は実寸法を反映していない。
【００４０】
本実施例２にて用いたパルスレーザ光源は、波長が５．５［μｍ］のＲＦ励起ＣＯレーザであり、主な仕様は次表４のとおりである。なお、パルス繰り返し周波数を固定したまま平均出力を変動させるために、Ｄｕｔｙサイクルを調整しパルス幅を変えることでこれを行った。一例として、１［ｋＨｚ］の場合のパルス幅と平均出力の関係を図１３にて示す。
【００４１】
【表４】
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【００４２】
このＣＯレーザから出射したレーザ光の径４［ｍｍ］を、テレスコープ光学系により７．５［ｍｍ］に整形し、焦点距離が１００．８［ｍｍ］又は６２．５［ｍｍ］の集光レンズ、によりこれをサンプル基板Ｓ２に向けて集光した。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００４３】
本実施例２による加工結果を次表５に示す。
【００４４】
【表５】
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【００４５】
表５中の行番号「１」のデータに相当する加工の状態を顕微鏡により観察した様子を図１４に、同じく行番号「５」のデータに相当するものを図１５に示す、同じく行番号「８」のデータに相当するものを図１６、同じく行番号「９」のデータに相当するものを図１７に示す。いずれも微分干渉フィルタを入れての観察であり、面取り加工された面の法線軸上からの観察である。
【００４６】
行番号「１」の面取り加工表面（図１４）は極めてフラット且つマイクロクラックや材料の微細くずは見られず、良好な加工結果であるが、加工速度が５０［ｍｍ／ｓ］と遅く、タクトタイムを重視する産業応用としては、適しているパラメータとは言えない。また、行番号「５」の面取り加工表面（図１５）は、加工による微細くずは見られないものの、若干のマイクロクラックが観察され、破損を忌避する産業応用においては採用できないパラメータ群である。
【００４７】
また、行番号「８」の面取り加工表面（図１６）は、集光レンズの焦点距離を１００．８［ｍｍ］から６２．５［ｍｍ］に変更して行った様子である。その際、照射パワーが大き過ぎたためにクラックが安定して進展せず、加工が完了するまでには至らなかった。そして、行番号「９」の面取り加工表面（図１７）は、同様に集光レンズの焦点距離が６２．５［ｍｍ］の場合の様子である。ここでは、微細くずは見られず、マイクロクラックも観察されず、極めて良好な加工結果と言える。そして、加工速度も３３０［ｍｍ］と、十分産業応用可能な速度と言える。なお、焦点距離の変更により集光スポット径ｄが７０［μｍ］へ変更され、ｘｙ平面上の集光スポット形状の一部を隣り合うパルス同士で互いに重なり合わせることなく加工できた。
【実施例３】
【００４８】
本実施例３においては、実施例１と同じＣＯ２レーザを光源に用い、その実施態様は図６に示す様子と同じである。なお、ここで図示されている円形平板基板は、アルミノシリケートガラス製の脆性材料基板（サンプル基板Ｓ３）である。サイズは直径３．５［インチ］、厚みは０．５［ｍｍ］である。また、なお、図６において図示した当該基板は実寸法を反映していない。レーザ光のサンプル基板Ｓ３の走査機能と入射角度調整機構は、図１０Ｂにその概略図を示す。サンプル基板Ｓ３の回転は回転ステージＲにて行った。なお、入射角φの調整は、Ｘ軸ステージとＹ軸ステージにて行うことができる。
【００４９】
このＣＯ２レーザから出射したレーザ光の径３．８［ｍｍ］を、テレスコープ光学系により７．５［ｍｍ］に整形し、焦点距離が１００．８［ｍｍ］の集光レンズによりこれをサンプル基板Ｓ３に向けて集光した。サンプル基板Ｓ３上の集光スポットサイズ径ｄは、１００［μｍ］とした。
【００５０】
最適な入射角φを模索するため、図１０Ｂに図示されたＸ軸ステージとＹ軸ステージにより、サンプル基板Ｓ３上のレーザ光の入射位置（図１８中の１乃至８）を変え、当該位置ごとの面取り加工結果を入射角φと共に次表６にまとめた。このとき、入射角θは固定（π／４［ｒａｄ］）した。そして、図１９に、前記位置６における良好な面取り加工により生じた、面取りされたサンプル基板Ｓ３の一部の写真を示す。
【００５１】
【表６】
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【産業上の利用可能性】
【００５２】
ガラス基板などの脆性材料からなる基板のエッジラインの面取り加工に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１〜８      レーザ光の照射位置
ａ          エッジからの距離
Ａ          角度ステージ
ｄ          集光スポット径
Ｅ          鉛直ステージ
Ｌ          集光レンズ
ＬＡ        レーザ光
Ｍ１〜Ｍ３  全反射ミラー
Ｐ          三次元極座標上の点（ｒ，θ，φ）
Ｒ          回転ステージ
Ｓ、Ｓ１〜Ｓ３    サンプル基板
ｖ          加工対象物の走査速度
ｘ          三次元極座標のｘ軸
ｙ          三次元極座標のｙ軸
Ｘ          Ｘ軸ステージ
Ｙ          Ｙ軸ステージ
ｚ          三次元極座標のｚ軸
ω          角速度
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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