(57)【要約】【課題】厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスでも精度の高いスクライブを確実に行なうことが可能なスクライブ方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１１のスクライブ予定ラインに沿って、ガラス基板１１の裏面にガラス基板１１の軟化点よりも低い温度のレーザスポット１４が形成されるようにレーザビーム１３を照射しつつ、ガラス基板１１に対して相対的に移動させ、レーザスポット１４のガラス基板１１に対する相対的な移動に追従して、ガラス基板１１の表面におけるレーザスポット１４の位置に対応する位置にノズル１５から冷却ミスト１６を放射して、ガラス基板１１にスクライブ線１７を形成する。レーザスポット１４により加熱されたガラス基板１１の温度がガラス基板１１の他面上に伝わるまでの時間内に冷却ミスト１６を放射することにより、スクライブ線１７の深さはガラス基板１１の他面に到達しない。【選択図】  図１
2009262408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、前記脆性材料基板の第１の主面に前記脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットが形成されるようにレーザビームを照射しつつ前記脆性材料基板の前記第１の主面上を相対的に移動させ、前記レーザスポットの前記脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、前記脆性材料基板の第２の主面における前記レーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射して前記脆性材料基板にスクライブを形成することを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項２】
レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が前記脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまでの時間内に前記冷却ミストを放射するように、前記レーザスポットによる加熱と冷却ミストの放射の時間差を制御することを特徴とする請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項３】
脆性材料基板の一方の主面にレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と、前記レーザスポットが照射された位置に対応する前記脆性材料基板の他方の主面の位置に冷媒を放射する冷却手段と、前記レーザスポット照射手段および冷却手段と前記脆性材料基板とを前記脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させる手段を有し、前記レーザスポット照射手段と前記冷却手段は前記脆性材料基板に対して所定の距離を持って挟むように配されたことを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脆性材料、特に、フラットパネルディスプレイ用ガラスや携帯電話ディスプレイ用ガラスなどに使用される厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスをスクライブするための脆性材料基板のスクライブ方法および装置に関する。以下、脆性材料としてガラスを例に説明するが、本発明はガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
最近ガラス割断において、過去１世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザ光照射による熱応力割断方法（以下レーザ割断方法と略記する）が使用されるようになってきた。
【０００３】
レーザ割断方法によれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在などが一掃できる。
【０００４】
このレーザ割断方法によれば機械割断の後工程である研磨、洗浄が不要になり、面粗さ１μｍ以下の鏡面が得られ、製品外形寸法精度は±２５μｍ以上になる。さらにガラス基板厚０．１ｍｍまでの薄さにも使用でき、今後の液晶表示器用ガラスに使用できる。
【０００５】
レーザ割断方法の原理は次の通りである。ガラスに局所的に、加熱だけが発生し、気化、溶融やクラックが発生しない程度のレーザ光照射を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、照射点を中心として圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は半径方向のものである。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比が関係した引っ張り応力が発生する。ここでは、その方向は接線方向である。この様子を図１に示す。
【０００６】
図７は、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合の、半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの変化を示したものである。半径方向応力成分σｘは終始圧縮応力（図７では負値）であるが、接線方向応力成分σｙは加熱中心（距離ｒ＝０）では圧縮応力であるが、加熱中心から離れると引っ張り応力（図７で正値）に変化する。
【０００７】
これらの応力のうち、割断に関係するのは引っ張り応力である。引っ張り応力が材料固有値である破壊靱性値を超える時には、破壊が随所に発生し制御不能である。レーザ割断方法の場合には、引張り応力をこの破壊靱性値以下に選定しておくので、破壊は発生しない。
【０００８】
ところが、引張り応力存在位置に亀裂がある場合にはこの亀裂先端では応力拡大が発生し、この応力による応力拡大係数が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、制御された割断が生じることになる。したがって、レーザ照射点を走査することで、亀裂を延長させていくことができる。このレーザ割断方法では、割断面は結晶の劈開面に類似のものになるので、マイクロクラックもカレット発生もなく、前記した機械的方法の欠点が一掃できて、ガラスの加工方法として優れた特性を有するものである。
【０００９】
このガラスのレーザ割断方法はコンドラテンコ氏によって初めて開発され、特許文献１の日本特許が成立している。
図８（ａ）に特許文献１によるレーザ割断方法の原理を示す。レーザ光としてはＣＯ２レーザ光が使用され、ＣＯ２レーザ光のビームスポット１におけるエネルギーの９９％は、ガラス基板２の深さ３．７μｍのガラス表面層において吸収され、ガラス基板２の全厚みにわたって透過しない。これは、ＣＯ2レーザ波長におけるガラスの吸収係数が著しく大きいことによる。レーザによる割断（以下スクライブと称する）の深さはガラス基板２中の熱伝導４によって助けられても、通常１００μｍ程度である。しかしながら、ガラス基板２は脆性が強く、このスクライブ線にあわせて応力を印加し機械的に割断することが容易である。この機械的応力の印加によって全割断するプロセスをブレークと称する。レーザビームは割断方向３の方向に走査される。
【００１０】
これに対して、図８（ｂ）に示すようなガラス基板２に透過して行きその一部が吸収されるようなレーザ光５を照射すると、透過光がガラス基板２の全板厚に対して割断６を発生させるので、ガラス基板２はこの工程のみで割断ができてブレークが不要になる。この割断を、レーザによるフルボディ割断（あるいは全割断）と称する（特許文献２参照）。
【００１１】
フルボディ割断の採用により、前記したレーザ割断方法の有する技術特徴に加えて、ブレークが不要になりワークの反転が不要になる、自由曲線割断が可能になる、重ねガラスの一方向からの選択的割断が可能になるなどのフルボディ割断特有のメリットが生じ、フラットパネル製造工程において図り知れない改善が実現できるようになった。
【特許文献１】特許第３０２７７６８号
【特許文献２】特開２００６−２５６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１による割断は従来方法である機械的方法に比較すれば長所があるが、ガラス基板２が０．３ｍｍ以下の薄い場合には、ガラス基板２が完全に切断されてしまったり、浅いスクライブ溝すら形成されないなど、確実にスクライブすることができないという課題があった。  
特許文献２によるフルボディ割断方法は優れた技術であるが、いわゆるサイズ効果により割断位置がワーク端部から離れていると割断速度が著しく低下したり、同端部に近いと割断面が曲がるという欠点がある。また、このサイズ効果によりスクライブ方法に比較して切断面の直線性などの精度が劣るという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はこれらの従来技術の課題を解決するもので、厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスでも精度の高いスクライブを確実に行なうことが可能なスクライブ方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、前記脆性材料基板の第１の主面に前記脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットが形成されるようにレーザビームを照射しつつ前記脆性材料基板の前記第１の主面上を相対的に移動させ、前記レーザスポットの前記脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、前記脆性材料基板の第２の主面における前記レーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射して前記脆性材料基板にスクライブを形成するものである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が前記脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまでの時間内に前記冷却ミストを放射するように、前記レーザスポットによる加熱と冷却ミストの放射の時間差を制御するものである。
請求項３に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の一方の主面にレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と、前記レーザスポットが照射された位置に対応する前記脆性材料基板の他方の主面の位置に冷媒を放射する冷却手段と、前記レーザスポット照射手段および冷却手段と前記脆性材料基板とを前記脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させる手段を有し、前記レーザスポット照射手段と前記冷却手段は前記脆性材料基板に対して所定の距離を持って挟むように配されたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料でも確実にスクライブすることが可能なスクライブ方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、脆性材料基板の第１の主面に脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットを照射しつつ脆性材料基板の第１の主面上を相対的に移動させ、レーザスポットの脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、脆性材料基板の第２の主面におけるレーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射するものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料に反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第２の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまで時間内に冷却ミストを放射するものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料に反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第３の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板を挟むようにレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と冷媒を放射する冷却手段を配置し、このレーザスポット照射手段および冷却手段と脆性材料基板とを脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させるようにしたものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料に反対側の面に達することなく確実にスクライブを形成する装置を実現することができる。
【００１７】
以下本発明を実施例をもとに図面とともに詳細に説明する。なお、以下の説明では脆性材料としてガラスを例に説明するが、ガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能であることは前記したとおりである。
【００１８】
まず本発明の原理について説明する。図１は本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の一実施例における概念的側面図である。本発明の基本構成は、レーザスクライブを形成するガラス基板１１の一方の面をＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３のレーザスポット１４で加熱し、他方の面をノズル１５から放射される水などの冷媒による冷却ミスト１６で冷却する構成を有するものである。この構成により、ガラス板１１の両面間に所定の温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成することを基本的な技術思想とするものである。
【００１９】
ガラス基板１１の厚みは特に制限されるものではないが、ガラス板１１の両面間に所定の温度差を持たせるためにはある程度薄い方が好ましく、実用的にはガラス基板１１の厚みが１ｍｍ以下、特に、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
ＣＯ２レーザ１２はたとえば出力３０Ｗの連続波レーザ光を発振するレーザで、ＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３はミラー１８で反射させてレンズ１９に入射させ、レンズ１９で集光してたとえば径が１．５ｍｍ、エネルギ密度が１２．７Ｊ／ｃｍ２のレーザスポット１４を形成する。ガラス基板１１を矢印Ａ方向にたとえば２００ｍｍ／ｓの速度で移動させながら、レーザスポット１４とガラス基板１１が相対的に移動するようにし、ガラス基板１１の下面側から、すなわち裏面にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射しながらガラス基板１１の一方の主面である裏面上を走査させる。すなわち、ＣＯ２レーザ１２、ミラー１８およびレンズ１９から構成されるレーザスポット照射手段はガラス基板１１には接触せずに所定の距離を有して配置されている。
この結果、ガラス基板１１のレーザスポット１４の照射位置においてスポット状に昇温する。このとき、レーザスポット１４により昇温する温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度になるようにレーザビーム１３のパワーを制御する。この結果、ガラス基板１１の裏面はレーザビーム１３によるレーザスポット１３により加熱されて昇温する。
【００２１】
ガラス基板１１の上面、すなわち表面側には、ガラス基板１１のレーザスポット１４が照射された位置に対応する位置に冷媒を放射する冷却手段が設けられている。冷却手段は水などの冷媒を放出するノズル１４で構成され、ガラス基板１１の表面に対して所定の距離を持って配置され、このノズル１４とレーザスポット照射手段によりガラス基板を挟むように配されている。
【００２２】
ノズル１４から放射される冷媒による冷却ミスト１５は、ガラス基板１１の上面側から、すなわち表面において、レーザスポット１３とともにガラス基板１１に対して相対的に移動させた状態で、レーザビーム１３によるレーザスポット１３の照射位置に対応する反対側の表面位置に放射され、ガラス基板１１の表面を走査させながら冷却する。なお、冷却ミスト１５の放射位置は、必ずしもレーザ光のレーザスポット１３の位置に完全に一致した反対側の表面位置である必要はなく、冷却位置がレーザ光のレーザスポット１３の位置より少し先行した位置または少し遅行した位置であってもよい。この結果、ガラス基板１１の表面は冷却ミスト１５の放射された位置において冷却される。したがって、冷却ミスト１５の径はノズル１５の口径をレーザスポット１４の径と同等またはやや小さくなるように選定し、レーザスポット１４の径が１．５ｍｍであれば１ｍｍ程度に設定する。
【００２３】
こうして、ガラス基板１１はその厚み方向に、すなわち、ガラス板１１の両面間に温度差が発生する。このとき、レーザビーム１３によるレーザスポット１４の加熱によって昇温して高温になったガラス基板１１の裏面側に圧縮応力が発生し、一方冷却ミスト１５により低温になった表面側に引張り応力が発生する。この結果、圧縮応力が生じた裏面領域の反対側の表面領域に引張り応力が生じるので、両領域間にそれぞれの応力に基づく応力勾配が発生してガラス基板１１の表面側に亀裂が生じ、この亀裂がガラス基板１１の矢印Ａ方向の移動に伴ってガラス基板１１の表面側において進行し、スクライブ線１７が図１の右側から左側に進行するように形成される。
【００２４】
レーザスポット１４はガラス基板１１を走査するように照射されているので、ガラス基板１１にはレーザビーム１３によるレーザスポット１４があたかもパルス状に照射されることになる。図２はレーザビーム１３によるレーザスポット１４がガラス基板１１上を走査したときのレーザスポット１４が通過時間型パルスとなる様子を示す概念図である。
【００２５】
図２（ａ）はガラス基板に照射されたレーザスポットの様子を示す平面図で、レーザスポット径をφ、ガラス基板１１の移動速度をｖとすると、レーザスポット１４がガラス基板１１を照射したとき、レーザスポット１４はガラス基板１１の表面をパルス状に照射するようになる。このときのレーザスポット１４の照射によるパルス時間をｔｐとすると、パルス時間ｔｐはレーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｐ＝φ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間をｔｐ、レーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図２（ｂ）のようになり、時間の経過とともに徐々に低下していく。このパルス状のレーザスポット１４がガラス基板１１の移動につれて裏面上を走査するように進行する。パルス時間ｔｐは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓであれば、７．５ｍｓになる。
【００２６】
レーザスポット１４はガラス基板１１をパルス状に照射するので、ＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成することもできる。図３はＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成してガラス基板１１にパルスレーザ光による集光ビームを照射した場合の様子を示す概念図である。
【００２７】
図３（ａ）において、パルスレーザビームによる各レーザスポットは互いに重なりあうような照射間隔で照射すると図２（ａ）の場合と実質的に同様な連続的な照射として扱うことができる。このときの照射間隔をｄｐ、ガラス基板１１の移動速度をｖ、パルスレーザビームによる各レーザスポットのパルス間隔をｔｒとすると、パルス間隔ｔｒは照射間隔ｄｐおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｒ＝ｄｐ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間ｔｐはパルスレーザのレーザパルス時間に相当し、パルスレーザビームによるレーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図３（ｂ）のようになる。すなわち、１つのパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときのガラス基板１１における温度は図２（ｂ）と同様に時間の経過とともに徐々に低下するが、次のパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときに再び上昇し、以後同様の変化を繰り返していく。
【００２８】
本発明は、ガラス基板１１の裏面からスクライブ予定線に沿ってレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の表面におけるレーザスポット１４に対応する位置に冷却ミスト１６を吹き付けることによりガラス基板１１の両面に温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成し、この温度分布に基づいて発生する熱応力を利用してスクライブを形成するものであるが、この温度分布はガラスの厚みおよび加熱時のパルス時間ｔｐ（図２参照）、すなわちパルス幅、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差などにより変化する。
【００２９】
図４はガラス基板１１の厚みが０．３ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを変化させたときの厚み方向温度分布を示す図である。
【００３０】
加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が０ｍｓの場合には、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して温度差はほとんど発生していない。したがって、この条件の場合はスクライブすることができない。
【００３１】
図４（ａ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が０．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。この場合は、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して温度差は発生するが、ガラス基板１１の裏面、すなわち、レーザビーム１３のレーザスポット１４を照射した側の温度がガラス基板１１の軟化点よりも高い温度になってしまうので、この条件の場合もスクライブすることができない。
【００３２】
図４（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。図４（ｂ）からわかるように、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝０．００５ｓの場合は、ガラス基板１１の裏面の温度がほとんど上昇せず、ガラス基板１１の両面の温度差もほとんどが発生しない。したがって、ｔ＝０．００５ｓなどの短時間ではスクライブが可能な温度差にならない。ｔ＝０．０１の場合はガラス基板１１の裏面の温度が３２５Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約３１５Ｋの温度差が発生する。ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓではガラス基板１１の裏面の温度が２９０〜２５０Ｋでガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２５０〜１９０Ｋの温度差が発生し、良好なスクライブが可能なである。ｔ＝０．０３ｓ以上では、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であるが、ガラス基板１１の両面の温度差は９５Ｋ以下と小さく、良好なスクライブが可能な温度差にならないのでスクライブ加工には適さない。
【００３３】
図４（ｃ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が７．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。これは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓである場合に相当する。図４（ｃ）からわかるように、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝０．００５ｓの場合は、ガラス基板１１の両面に温度差が発生せず、ｔ＝０．０１の場合は温度差は発生するが、温度差は１００Ｋ程度と小さい。したがって、ｔ＝０．００５ｓやｔ＝０．０１などの短時間ではスクライブが可能な温度差にならない。
【００３４】
一方、ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度が３００〜３２５Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約２７０〜２４０Ｋの温度差が発生する。また、ｔ＝０．０３〜０．０４では、ガラス基板１１の裏面の温度が２４０〜２７０Ｋでガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１７０Ｋ〜１４０の温度差が発生する。ｔ＝０．０５では、ガラス基板１１の裏面の温度が約２２０Ｋでガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、約１２０Ｋの温度差が発生する。この温度差の大きさによりスクライブの深さは変わるが、一般に１２０Ｋ〜２５０Ｋ、好ましくは２００Ｋ以上の温度差があれば、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さのスクライブが安定して形成される。ｔ＝０．０６以上ではガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００３５】
図４（ｄ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝０．００５ｓ〜０．０１の場合は、ガラス基板１１の裏面の温度が上がらず、しかも、ガラス基板１１の両面にほとんど温度差が発生しない。ｔ＝０．０１５の場合は、温度差は発生するが温度差は５０Ｋ程度と小さい。したがって、ｔ＝０．００５ｓ〜０．０１５などの短時間ではスクライブが可能な温度差にならない。ｔ＝０．０２ではガラス基板１１の裏面の温度が約３２５Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約２４０Ｋの温度差が発生する。ｔ＝０．０３〜０．０６ではガラス基板１１の裏面の温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１８０〜１００Ｋの温度差が発生するのでスクライブに適している。ｔ＝０．０７以上ではガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００３６】
以上から、ガラス板１１の厚みが０．３ｍｍの場合は、加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が７．５ｍｓにおいて、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔ＝０．０１５〜０．０５に設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓにおいて、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔをｔ＝０．０１〜０．０２ｓに設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓにおいて、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔ＝０．０２〜０．０６に設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。
【００３７】
図５はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを変化させたときの厚み方向温度分布を示す図である。
【００３８】
図５（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝０．００５ｓおよび、ｔ=０．０６以上の場合は、ガラス基板１１の両面にほとんど温度差が発生しない。また、ｔ＝０．０４〜０．０５の場合は、温度差は発生するが温度差は４０Ｋ〜２０Ｋ程度と小さい。また、ｔ=０．０３の場合は、温度差は発生するが温度差は７５Ｋ程度と小さい。したがって、ｔ＝０．００５ｓおよびｔ＝０．０３以上の場合はガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。一方、ｔ＝０．０１ではガラス基板１１の裏面の温度が約３００Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約２００Ｋの温度差が発生する。ｔ＝０．００１５〜０．０２ではガラス基板１１の裏面の温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１５０〜１２０Ｋの温度差が発生するのでスクライブに適している。
【００３９】
図５（ｂ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１０ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。時間差ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００４０】
図５（ｃ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。時間差ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００４１】
以上からガラス板１１の厚みが０．２ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合において、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔ＝０．０１〜０．０２に設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。
【００４２】
図６はガラス基板１１の厚みが０．１ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを変化させたときの厚み方向温度分布を示す図である。
【００４３】
図６（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１．４ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。
レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝０．５ｓ〜１．５ｍｓでは、ガラス基板１１の両面の温度はほとんど上昇せず、またほとんど温度差が発生しない。ｔ＝２ｍｓ〜５ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２２０Ｋ〜１００Ｋの温度差が発生する。したがってスクライブに適している。ｔ＝６ｍｓ以上では、ガラス基板１１の両面にほとんど温度差が発生しないか９０Ｋ以下と小さい。したがってスクライブには適さない。
【００４４】
図６（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が２ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔがｔ＝１ｓ〜２ｍｓでは、ガラス基板１１の両面の温度はほとんど上昇せず、またほとんど温度差が発生しない。ｔ＝３ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１２０Ｋの温度差が発生する。したがってスクライブに適している。ｔ＝４ｍｓ以上では、ガラス基板１１の両面にほとんど温度差が発生しないか９０Ｋ以下と小さい。したがってスクライブには適さない。
【００４５】
図６（ｃ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを種々変化させたときの厚み方向温度分布図である。時間差ｔの大きさに係わらず、ｔ＝１〜３ｍｓではガラス基板１１の裏面の温度が上がらず両面に発生する温度差も極めて小さい。また、ｔ＝４ｍｓ以上ではガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００４６】
以上からガラス板１１の厚みが０．１ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１．４ｍｓの場合において、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔ＝２ｍｓ〜５ｍｓに設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が２ｍｓの場合に、ｔ＝３ｍｓに設定すれば、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。
【００４７】
図４〜図６によれば、一般にレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔが小さいとガラス基板１１の裏面の温度が上がらず両面に発生する温度差も極めて小さい。また時間差ｔが大きいとガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が大きくならない。したがって、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブを形成するためには、レーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差をほどほどの大きさにして、加熱条件およびパルス幅に応じて加熱された裏面の温度が表面に伝わるまで時間内に冷却ミスト１６により温度差をつけるように設定する必要がある。
【００４８】
以上の説明では、ガラス基板１１の下面である裏面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の上面である表面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしているが、これを逆にして、ガラス基板１１の上面である表面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の下面である裏面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明による脆性材料基板のスクライブ方法および装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、携帯電話ディスプレイなどのディスプレイ用ガラスなどに使用される薄いガラスや石英、セラミック、半導体などの各種の薄い脆性材料を高い精度を保ちながらスクライブするスクライブ方法およびスクライブ装置に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の一実施例における概念的側面図
【図２】本発明におけるレーザスクライブ方法におけるレーザスポットが通過時間型パルスとなる様子を示す概念図で、（ａ）はガラス基板に照射されたレーザスポットの様子を示す平面図、（ｂ）はガラス基板における温度変化特性図
【図３】本発明におけるパルスレーザ型のパルスの様子を示す概念図で、（ａ）はガラス基板に照射されたパルスレーザスポットの様子を示す平面図、（ｂ）はガラス基板における温度変化特性図
【図４】本発明におけるガラス基板の厚みが０．３ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱と冷却ミストの時間差を変化させたときの厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が０．５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が７．５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｄ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図５】本発明におけるガラス基板の厚みが０．２ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱と冷却ミストの時間差を変化させたときの厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１０ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図６】本発明におけるガラス基板の厚みが０．１ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱と冷却ミストの時間差を変化させたときの厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１．４ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が２ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図７】従来のレーザ割断方法の熱応力発生原理を説明するための、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合における半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの変化を示す特性図
【図８】従来のガラスのレーザ割断方法を説明する概念的斜視図で、（ａ）は表面スクライブ、（ｂ）はフルボディ割断の場合の模式図
【符号の説明】
【００５１】
１１  ガラス基板
１２  ＣＯ２レーザ
１３  レーザビーム
１４  レーザスポット
１５  ノズル
１６  冷却ミスト
１７  スクライブ線
１８  ミラー
１９  レンズ
【図２】
2009262408.tif 000003
【図３】
2009262408.tif 000004
【図４】
2009262408.tif 000005
【図５】
2009262408.tif 000006
【図６】
2009262408.tif 000007
【図７】
2009262408.tif 000008
【図８】
2009262408.tif 000009
【図１】
2009262408.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月30日(2008.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、前記脆性材料基板の第１の主面に前記脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットが形成されるようにレーザビームを照射しつつ前記脆性材料基板の前記第１の主面上を相対的に移動させ、前記レーザスポットの前記脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、前記脆性材料基板の第２の主面における前記レーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射して前記脆性材料基板にスクライブを形成することを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項２】
レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が前記脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまでの時間内に前記冷却ミストを放射するように、前記レーザスポットによる加熱と冷却ミストの放射の時間差を制御することを特徴とする請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項３】
脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項４】
脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであることを特徴とする請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法。
【請求項５】
脆性材料基板の一方の主面にレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と、前記レーザスポットが照射された位置に対応する前記脆性材料基板の他方の主面の位置に冷媒を放射する冷却手段と、前記レーザスポット照射手段および冷却手段と前記脆性材料基板とを前記脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させる手段を有し、前記レーザスポット照射手段と前記冷却手段は前記脆性材料基板に対して所定の距離を持って挟むように配されたことを特徴とする脆性材料基板のスクライブ装置。
【請求項６】
脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したことを特徴とする請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
【請求項７】
脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであることを特徴とする請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脆性材料、特に、フラットパネルディスプレイ用ガラスや携帯電話ディスプレイ用ガラスなどに使用される厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスをスクライブするための脆性材料基板のスクライブ方法および装置に関する。以下、脆性材料としてガラスを例に説明するが、本発明はガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能である。
【背景技術】
【０００２】
最近ガラス割断において、過去１世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザ光照射による熱応力割断方法（以下レーザ割断方法と略記する）が使用されるようになってきた。
【０００３】
レーザ割断方法によれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在などが一掃できる。
【０００４】
このレーザ割断方法によれば機械割断の後工程である研磨、洗浄が不要になり、面粗さ１μｍ以下の鏡面が得られ、製品外形寸法精度は±２５μｍ以上になる。さらにガラス基板厚０．１ｍｍまでの薄さにも使用でき、今後の液晶表示器用ガラスに使用できる。
【０００５】
レーザ割断方法の原理は次の通りである。ガラスに局所的に、加熱だけが発生し、気化、溶融やクラックが発生しない程度のレーザ光照射を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、照射点を中心として圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は半径方向のものである。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比が関係した引っ張り応力が発生する。ここでは、その方向は接線方向である。この様子を図７に示す。
【０００６】
図７は、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合の、半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの変化を示したものである。半径方向応力成分σｘは終始圧縮応力（図７では負値）であるが、接線方向応力成分σｙは加熱中心（距離ｒ＝０）では圧縮応力であるが、加熱中心から離れると引っ張り応力（図７で正値）に変化する。
【０００７】
これらの応力のうち、割断に関係するのは引っ張り応力である。引っ張り応力が必要以上に大きい場合は、破壊が随所に発生し制御不能である。レーザ割断方法の場合には、引張り応力をこの不規則破壊値以下に選定しておくので、不安定な破壊は発生しない。
【０００８】
ところが、引張り応力存在位置に亀裂がある場合にはこの亀裂先端では応力拡大が発生し応力が集中する。この応力集中の度合いを表す係数である応力拡大係数が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、制御された割断が生じることになる。したがって、レーザ照射点を走査することで、亀裂を延長させていくことができる。このレーザ割断方法では、割断面は結晶の劈開面に類似のものになるので、マイクロクラックもカレット発生もなく、前記した機械的方法の欠点が一掃できて、ガラスの加工方法として優れた特性を有するものである。
【０００９】
このガラスのレーザ割断方法はコンドラテンコ氏によって初めて開発され、特許文献１の日本特許が成立している。
図８（ａ）に特許文献１によるレーザ割断方法の原理を示す。レーザ光としてはＣＯ２レーザ光が使用され、ＣＯ２レーザ光のビームスポット１におけるエネルギの９９％は、ガラス基板２の深さ３．７μｍのガラス表面層において吸収され、ガラス基板２の全厚みにわたって透過しない。これは、ＣＯ2レーザ波長におけるガラスの吸収係数が著しく大きいことによる。レーザによる割断（以下スクライブと称する）の深さはガラス基板２中の熱伝導４によって助けられても、通常１００μｍ程度である。しかしながら、ガラス基板２は脆性が強く、このスクライブ線にあわせて応力を印加し機械的に割断することが容易である。この機械的応力の印加によって全割断するプロセスをブレークと称する。レーザビームは割断方向３の方向に走査される。
【００１０】
これに対して、図８（ｂ）に示すようなガラス基板２に透過して行きその一部が吸収されるようなレーザ光５を照射すると、透過光がガラス基板２の全板厚に対して割断６を発生させるので、ガラス基板２はこの工程のみで割断ができてブレークが不要になる。この割断を、レーザによるフルボディ割断（あるいは全割断）と称する（特許文献２参照）。
【００１１】
フルボディ割断の採用により、前記したレーザ割断方法の有する技術特徴に加えて、ブレークが不要になりワークの反転が不要になる、自由曲線割断が可能になる、重ねガラスの一方向からの選択的割断が可能になるなどのフルボディ割断特有のメリットが生じ、フラットパネル製造工程において図り知れない改善が実現できるようになった。
【特許文献１】特許第３０２７７６８号
【特許文献２】特開２００６−２５６９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１による割断は従来方法である機械的方法に比較すれば長所があるが、ガラス基板２が０．３ｍｍ以下の薄い場合には、ガラス基板２が完全に切断されてしまったり、浅いスクライブ溝すら形成されないなど、確実にスクライブすることができないという課題があった。  
特許文献２によるフルボディ割断方法は優れた技術であるが、いわゆるサイズ効果により割断位置がワーク端部から離れていると割断速度が著しく低下したり、同端部に近いと割断面が曲がるという欠点がある。また、このサイズ効果によりスクライブ方法に比較して切断面の直線性などの精度が劣るという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はこれらの従来技術の課題を解決するもので、厚みが０．３ｍｍ以下の薄いガラスでも精度の高いスクライブを確実に行なうことが可能なスクライブ方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、前記脆性材料基板の第１の主面に前記脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットが形成されるようにレーザビームを照射しつつ前記脆性材料基板の前記第１の主面上を相対的に移動させ、前記レーザスポットの前記脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、前記脆性材料基板の第２の主面における前記レーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射して前記脆性材料基板にスクライブを形成するものである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が前記脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまでの時間内に前記冷却ミストを放射するように、前記レーザスポットによる加熱と冷却ミストの放射の時間差を制御するものである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したものである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の脆性材料基板のスクライブ方法において、脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであることを特徴とするものである。
請求項５に記載の本発明の脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板の一方の主面にレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と、前記レーザスポットが照射された位置に対応する前記脆性材料基板の他方の主面の位置に冷媒を放射する冷却手段と、前記レーザスポット照射手段および冷却手段と前記脆性材料基板とを前記脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させる手段を有し、前記レーザスポット照射手段と前記冷却手段は前記脆性材料基板に対して所定の距離を持って挟むように配されたものである。
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置において、脆性材料基板の厚みに依存するレーザスポットによる加熱のパルス時間を、前記基板の前記レーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、また第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度と前記第１の主面の表面温度との差が十分に得られるように、パルス時間を設定したものである。
請求項７に記載の本発明は、請求項５に記載の脆性材料基板のスクライブ装置において、脆性材料基板の第１の主面にレーザによりレーザスポットを形成する構成において、前記レーザがパルスレーザであるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、０．３ｍｍ以下の薄いガラスなどの脆性材料でも確実にスクライブすることが可能なスクライブ方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、脆性材料基板のスクライブ予定ラインに沿って、脆性材料基板の第１の主面に脆性材料基板の軟化点よりも低い温度のレーザスポットを照射しつつ脆性材料基板の第１の主面上を相対的に移動させ、レーザスポットの脆性材料基板に対する相対的な移動に追従して、脆性材料基板の第２の主面におけるレーザスポットの位置に対応する位置に冷却媒体を放射するものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第２の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットにより加熱された脆性材料基板の第１の主面上の温度が脆性材料基板の第２の主面上に伝わるまで時間内に冷却ミストを放射するものである。この構成によれば、第１の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第３の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザスポットによる加熱のパルス時間を、基板のレーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、かつ、第１の主面の表面温度が第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度との差が十分に得られるように設定したものである。この構成によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第４の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法は、第１の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ方法において、レーザをパルスレーザとしたものである。この構成によれば、脆性材料基板を照射加熱するレーザビームの持続時間であるパルス時間をレーザ発振器のパルス発振時間により任意に設定することができるので、厚みが０．３ｍｍ以下の極端に薄いガラス基板の場合でも容易にスクライブすることができる。
本発明の第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、脆性材料基板を挟むようにレーザスポットを照射するレーザスポット照射手段と冷媒を放射する冷却手段を配置し、このレーザスポット照射手段および冷却手段と脆性材料基板とを脆性材料基板の主面方向に相対的に移動させるようにしたものである。この構成によれば、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブを形成する装置を実現することができる。
本発明の第６の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置において、レーザスポットによる加熱のパルス時間を、基板のレーザスポットが照射された第１の主面の表面温度がガラスの軟化温度よりも低く、かつ、第１の主面の表面温度が第２の主面における冷却媒体放射位置の表面温度との差が十分に得られるように設定したものである。この構成によれば、第５の実施の形態と同様に、レーザによるスクライブ技術が有する高い精度を保ちながら、ガラス基板などの各種の脆性材料に対して、この脆性材料の反対側の面に達することのない深さでスクライブすることができる。特に、厚みが０．３ｍｍ以下の非常に薄いガラスでも、深さが反対側の面に達することなく確実にスクライブすることができる。
本発明の第７の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置は、第５の実施の形態による脆性材料基板のスクライブ装置において、レーザをパルスレーザとしたものである。この構成によれば、脆性材料基板を照射加熱するレーザビームの持続時間であるパルス時間をレーザ発振器のパルス発振時間により任意に設定することができるので、厚みが０．３ｍｍ以下の極端に薄いガラス基板の場合でも容易にスクライブすることができる装置を実現することができる。
【００１７】
以下本発明を実施例をもとに図面とともに詳細に説明する。なお、以下の説明では脆性材料としてガラスを例に説明するが、ガラスの他にも石英、セラミック、半導体などの脆性材料一般に適用が可能であることは前記したとおりである。
【００１８】
まず本発明の原理について説明する。図１は本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の一実施例における概念的側面図である。本発明の基本構成は、レーザスクライブを形成するガラス基板１１の一方の面をＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３のレーザスポット１４で加熱し、他方の面をノズル１５から放射される水などの冷媒による冷却ミスト１６で冷却する構成を有するものである。この構成により、ガラス板１１の両面間に所定の温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成することを基本的な技術思想とするものである。
【００１９】
ガラス基板１１の厚みは特に制限されるものではないが、ガラス板１１の両面間にスクライブに最適な所定の温度差を持たせるためには最適条件がある。すなわちガラス基板の一点から見たときにはレーザスポット１４による加熱は時間パルス的な加熱であり、このときのパルス時間がガラスの厚みに依存する特定の時間に設定がなされる場合にガラス板１１の両面間に所定の望ましい温度差が得られる。一般的にはガラス基板の厚みが薄い時には最適なパルス時間も短くなる。
【００２０】
ＣＯ２レーザ１２はたとえば出力３０Ｗの連続波レーザ光を発振するレーザで、ＣＯ２レーザ１２からのレーザビーム１３はミラー１８で反射させてレンズ１９に入射させ、レンズ１９で集光してたとえば径が１．５ｍｍ、エネルギ密度が１２．７Ｊ／ｃｍ２のレーザスポット１４を形成する。ガラス基板１１を基板移動矢印方向にたとえば２００ｍｍ／ｓの速度で移動させながら、レーザスポット１４とガラス基板１１が相対的に移動するようにし、ガラス基板１１の下面側から、すなわち裏面にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射しながらガラス基板１１の一方の主面である裏面上を走査させる。すなわち、ＣＯ２レーザ１２、ミラー１８およびレンズ１９から構成されるレーザスポット照射手段はガラス基板１１には接触せずに所定の距離を有して配置されている。
この結果、ガラス基板１１のレーザスポット１４の照射位置においてスポット状に昇温する。このとき、レーザスポット１４により昇温する温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度になるようにレーザビーム１３のパワーを制御する。この結果、ガラス基板１１の裏面はレーザビーム１３によるレーザスポット１４により加熱されて昇温する。
【００２１】
ガラス基板１１の上面、すなわち表面側には、ガラス基板１１のレーザスポット１４が照射された位置に対応する位置に冷媒を放射する冷却手段が設けられている。冷却手段は水などの冷媒を放出するノズル１５で構成され、ガラス基板１１の表面に対して所定の距離を持って配置され、このノズル１５とレーザスポット照射手段によりガラス基板を挟むように配されている。
【００２２】
ノズル１５から放射される冷媒による冷却ミスト１６は、ガラス基板１１の上面側から、すなわち表面において、レーザスポット１４とともにガラス基板１１に対して相対的に移動させた状態で、レーザビーム１３によるレーザスポット１４の照射位置に対応する反対側の表面位置に放射され、ガラス基板１１の表面を走査させながら冷却する。なお、冷却ミスト１６の放射位置は、必ずしもレーザ光のレーザスポット１４の位置に完全に一致した反対側の表面位置である必要はなく、冷却位置がレーザ光のレーザスポット１４の位置より少し先行した位置または少し遅行した位置であってもよい。この結果、ガラス基板１１の表面は冷却ミスト１６の放射された位置において冷却される。したがって、冷却ミスト１６の径はノズル１５の口径をレーザスポット１４の径と同等またはやや小さくなるように選定し、レーザスポット１４の径が１．５ｍｍであれば１ｍｍ程度に設定する。
【００２３】
こうして、ガラス基板１１はその厚み方向に、すなわち、ガラス板１１の両面間に温度差が発生する。このとき、レーザビーム１３によるレーザスポット１４の加熱によって昇温して高温になったガラス基板１１の裏面側に圧縮応力が発生し、一方冷却ミスト１６により低温になった表面側に引張り応力が発生する。この結果、圧縮応力が生じた裏面領域の反対側の表面領域に引張り応力が生じるので、両領域間にそれぞれの応力に基づく応力勾配が発生してガラス基板１１の表面側に亀裂が生じ、この亀裂がガラス基板１１の基板移動矢印方向の移動に伴ってガラス基板１１の表面側において進行し、スクライブ線１７が図１の右側から左側に進行するように形成される。
【００２４】
レーザスポット１４はガラス基板１１を走査するように照射されているので、ガラス基板１１上の一点から見るとレーザビーム１３によるレーザスポット１４があたかも時間的にはパルス状に照射されることになる。図２はレーザビーム１３によるレーザスポット１４がガラス基板１１上を走査したときのレーザスポット１４が通過時間型パルスとなる様子を示す概念図である。
【００２５】
図２（ａ）はガラス基板に照射されたレーザスポットの様子を示す平面図で、レーザスポット径をφ、ガラス基板１１の移動速度をｖとすると、レーザスポット１４がガラス基板１１を照射したとき、レーザスポット１４はガラス基板１１の表面をパルス状に加熱照射するようになる。このときのレーザスポット１４の加熱照射によるパルス時間をｔｐとすると、パルス時間ｔｐはレーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｐ＝φ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間をｔｐ、レーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図２（ｂ）のようになり、時間の経過とともに徐々に低下していく。このパルス状のレーザスポット１４がガラス基板１１の移動につれて裏面上を走査するように進行する。パルス時間ｔｐは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓであれば、７．５ｍｓになる。
【００２６】
レーザスポット１４はガラス基板１１をパルス状に照射するので、ＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成することもできる。図３はＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとして構成してガラス基板１１にパルスレーザ光による集光ビームを照射した場合の様子を示す概念図である。
【００２７】
図３（ａ）において、パルスレーザビームによる各レーザスポットは互いに重なりあうような照射間隔で照射すると図２（ａ）の場合と実質的に同様な連続的な照射として扱うことができる。このときの照射間隔をｄｐ、ガラス基板１１の移動速度をｖ、パルスレーザビームによる各レーザスポットのパルス間隔をｔｒとすると、パルス間隔ｔｒは照射間隔ｄｐおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｒ＝ｄｐ／ｖなる関係が成立する。このときのパルス時間ｔｐはパルスレーザのレーザパルス時間に相当し、パルスレーザビームによるレーザスポット１４の加熱エネルギおよびガラス基板１１における温度変化は図３（ｂ）のようになる。すなわち、１つのパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときのガラス基板１１における温度は図２（ｂ）と同様に時間の経過とともに徐々に低下するが、次のパルスレーザビームによるレーザスポットが照射されたときに再び上昇し、以後同様の変化を繰り返していく。
【００２８】
本発明は、ガラス基板１１の裏面からスクライブ予定線に沿ってレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の表面におけるレーザスポット１４に対応する位置に冷却ミスト１６を吹き付けることによりガラス基板１１の両面に温度差をつけることによりガラス基板１１の厚み方向に温度分布を形成し、この温度分布に基づいて発生する熱応力を利用してスクライブを形成するものであるが、この温度分布はガラスの厚みおよび加熱時のパルス時間ｔｐ（図２参照）、すなわちパルス幅、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔなどにより変化する。
【００２９】
図４はガラス基板１１の厚みが０．３ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔをパラメータとしたときの厚み方向温度分布を示す図である。
【００３０】
図４（ａ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが０．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。この場合は、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して温度差は発生するが、ガラス基板１１の裏面、すなわち、レーザビーム１３のレーザスポット１４を照射した側の温度が、時間ｔ＝０．４ｍｓでガラス基板１１の軟化点よりも高い温度である約１２５０度になってしまうので、この条件の場合はスクライブすることができない。
【００３１】
図４（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。図４（ｂ）からわかるように、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１５〜０．０２ｓではガラス基板１１の裏面の温度が約２９０〜２５０Ｋでガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２５０〜１９０Ｋの表面と裏面の温度差が発生し、良好なスクライブが可能である。すなわちレーザスポット１４による加熱から経過時間ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでスクライブが進展することが分かる。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有る。
【００３２】
図４（ｃ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが７．５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。これは、レーザスポット径が１．５ｍｍ、ガラス基板１１の移動速度が２００ｍｍ／ｓである場合に相当する。加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度が約３００〜３２５Ｋでガラス基板１１の軟化点よりもやや低い温度であり、かつ約２７０〜２４０Ｋの温度差が発生する。この条件ではレーザスポット１４による加熱から経過時間ｔ＝０．０１５〜０．０２ｓでスクライブが進展することが分かる。また、この時までには冷却ミスと１６が放射されている必要が有る。この構成では図４（ｃ）の条件はほぼ最適に近い条件であると推定される。
【００３３】
図４（ｄ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５０ｍｓの場合で、ガラス基板１１の厚み方向を示す表面からの深さｘに対して、すなわち表面と裏面の温度差が発生していない。したがって、この条件の場合はスクライブすることができない。
【００３４】
以上から、ガラス板１１の厚みが０．３ｍｍの場合は、加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが７．５ｍｓにおいて、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５ｍｓにおいて、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５０ｍｓにおいては、表面と裏面の温度差がほとんど発生しないためスクライブはなされない。逆にパルス幅が短い、加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が０．５ｍｓの場合には裏面温度がガラス基板１１の軟化点よりも高い温度である１２５０度になってしまうので、この条件の場合もスクライブすることができない。即ち、ガラス板１１の厚みが０．３ｍｍの場合はパルス幅が５ｍｓから７．５ｍｓが最適なパルス幅であり、これより大幅に外れると表面温度が軟化温度を上回ったり、または表面と裏面の温度差が不足したりでスクライブができない。
【００３５】
図５はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布を示す図である。
【００３６】
図５（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔがｔ＝０．０１〜０．０２ではガラス基板１１の裏面の温度がガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１５０〜２００Ｋの温度差が発生するのでスクライブに適している。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有る。
【００３７】
図５（ｂ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが１０ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００３８】
図５（ｃ）はガラス基板１１の厚みが０．２ｍｍで、加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが１５ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、いずれの場合もガラス基板１１の裏面の温度は軟化点よりも低い温度であるが、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００３９】
以上からガラス板１１の厚みが０．２ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５ｍｓの場合において、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝０．０１〜０．０２において、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有ることは同様である。
【００４０】
図６はガラス基板１１の厚みが０．１ｍｍの場合に、加熱条件であるエネルギ密度、加熱時のパルス時間ｔｐであるパルス幅およびレーザスポット１４による加熱と冷却ミスト１６の時間差ｔを変化させたときの厚み方向温度分布を示す図である。
【００４１】
図６（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが１．４ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図である。レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝２ｍｓ〜５ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約２２０Ｋ〜１００Ｋの温度差が発生する。したがって、ガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さの良好なスクライブが安定して形成される。また、この時までには冷却ミスト１６が放射されている必要が有ることは同様である。
【００４２】
図６（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが２ｍｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する温度分布図である。レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔ＝３ｍｓでは、ガラス基板１１の裏面の温度はガラス基板１１の軟化点よりも低い温度であり、かつ約１２０Ｋの温度差が発生する。したがって、なんとかスクライブが形成される。
【００４３】
図６（ｃ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅ｔｐが５mｓの場合に、レーザスポット１４による加熱からの経過時間ｔに対する温度分布図である。加熱からの経過時間ｔの大きさに係わらず、両面に発生する温度差が小さいためスクライブには適さない。
【００４４】
以上からガラス板１１の厚みが０．１ｍｍの場合は、加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅がｔ＝１．４ｍｓ〜２ｍｓの場合においてガラス基板１１が軟化せずに、ガラス基板１１の裏面にまで達しない深さのスクライブが形成される。
【００４５】
図４〜図６によれば、一般にレーザスポット１４のパルス時間ｔｐであるパルス幅が長すぎるとガラス基板１１の裏面の温度が上がらず、両面に発生する温度差が大きくならない。また、逆にパルス幅ｔｐが極端に短い場合には裏面温度がガラス基板１１の軟化点よりも高い温度になってしまうので、この条件の場合もスクライブすることができない。即ち、ガラス板１１の厚みが０．１ｍｍの場合はパルス幅ｔｐが１．４ｍｓから２ｍｓが適当なパルス幅であり、これより大幅に外れると表面温度が軟化温度を上回ったり、または表面と裏面の温度差が不足したりでスクライブができない。一般的にガラス基板の厚みが薄い時ほど最適なパルス時間も短くなる。  
【００４６】
これよりパルス時間あるいはパルス幅ｔｐはガラス基板の厚さに大きく依存して最適な設定が必要であることがわかる。パルス時間ｔｐは図１の構成では図２（ｂ）で前述したように、レーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｐ＝φ／ｖなる関係が成立する。ここでガラス基板の厚さが極めて薄くなると最適なパルス時間ｔｐは極端に短くなる。例えば基板厚み０．１ｍｍではパルス幅ｔｐが１．４ｍｓが最適であり、レーザスポット径φを極端に小さくするか、移動速度ｖを極端に早くする必要がある。このような極端な条件設定は装置化が難しくなる。そこでレーザスポット径φおよびガラス基板１１の移動速度ｖに依存しないでパルス時間ｔｐが設定されることが望ましい。
【００４７】
上記の様な要求を充たす、本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の第二実施例は、図１に示すＣＯ２レーザ１２をパルスレーザとすることである。多くのＣＯ２レーザは電源のスイッチングにより、パルス発振時間ｔｐ＞０．１ｍｓのパルス運転が容易に可能である。この場合は、パルス時間ｔｐは実質的にレーザのパルス発振時間となるため最適な値に設定が可能である。また、図３（ｂ）で前述したように照射間隔をｄｐ、ガラス基板１１の移動速度をｖ、パルスレーザビームによる各レーザスポットのパルス間隔をｔｒとすると、パルス間隔ｔｒは照射間隔ｄｐおよびガラス基板１１の移動速度ｖとの間にｔｒ＝ｄｐ／ｖなる関係が成立する。すなわち、パルスレーザビームによる各レーザスポットは互いに重なりあうような照射間隔で照射すると実質的には連続照射と同様なスクライブが可能であって、かつパルス時間ｔｐはレーザのパルス発振時間で任意に設定が可能になり、上述した問題点が解消される。この結果、第二実施例の構成により極端に薄いガラス基板も容易に装置化することが可能となる。
【００４８】
なお、実施例の数値は液晶パネルディスプレイ装置などで使用されている一般的な無アルカリガラスの熱伝導率、比熱、密度などより計算した数値であり、アルカリガラスなど材料が変化すれば最適な数値は変化することは当然である。
【００４９】
なお、以上の説明では、本特許は薄いガラス基板を中心に説明してきたが厚いガラス基板でも基板厚さに合ったパルス時間ｔｐを設定することにより本発明の実施例が適用可能であることは当然である。
【００５０】
以上の説明では、ガラス基板１１の下面である裏面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の上面である表面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしているが、これを逆にして、ガラス基板１１の上面である表面側にレーザビーム１３によるレーザスポット１４を照射し、ガラス基板１１の下面である裏面側に冷却ミスト１６を吹き付けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明による脆性材料基板のスクライブ方法および装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、携帯電話ディスプレイなどのディスプレイ用ガラスなどに使用される薄いガラスや石英、セラミック、半導体などの各種の薄い脆性材料を高い精度を保ちながらスクライブするスクライブ方法およびスクライブ装置に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるレーザスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の一実施例における概念的側面図
【図２】本発明におけるレーザスクライブ方法におけるレーザスポットが通過時間型パルスとなる様子を示す概念図で、（ａ）はガラス基板に照射されたレーザスポットの様子を示す平面図、（ｂ）はガラス基板における温度変化特性図
【図３】本発明におけるパルスレーザ型のパルスの様子を示す概念図で、（ａ）はガラス基板に照射されたパルスレーザスポットの様子を示す平面図、（ｂ）はガラス基板における温度変化特性図
【図４】本発明におけるガラス基板の厚みが０．３ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が０．５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が１２．７Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が７．５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｄ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５０ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図５】本発明におけるガラス基板の厚みが０．２ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１０ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が４０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図６】本発明におけるガラス基板の厚みが０．１ｍｍの場合に、エネルギ密度、パルス幅およびレーザスポットによる加熱からの経過時間ｔに対する厚み方向温度分布図で、（ａ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が１．４ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｂ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が２ｍｓの場合の厚み方向温度分布図、（ｃ）は加熱条件が１０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅が５ｍｓの場合の厚み方向温度分布図
【図７】従来のレーザ割断方法の熱応力発生原理を説明するための、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合における半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの変化を示す特性図
【図８】従来のガラスのレーザ割断方法を説明する概念的斜視図で、（ａ）は表面スクライブ、（ｂ）はフルボディ割断の場合の模式図
【符号の説明】
【００５３】
１１  ガラス基板
１２  ＣＯ２レーザ
１３  レーザビーム
１４  レーザスポット
１５  ノズル
１６  冷却ミスト
１７  スクライブ線
１８  ミラー
１９  レンズ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009262408.tif 000011
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009262408.tif 000012
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2009262408.tif 000013