(57)【要約】【課題】加工対象物にレーザー光を照射することにより、破壊応力及び／又は曲げ強度を大きくして、高強度なレーザー加工物を提供する。【解決手段】レーザー加工物１は、集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層１ｂを有する。上記熱変質層１ｂは、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて１０％以上の範囲に形成されることが好ましい。上記熱変質層１ｂは、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて３０％以上の範囲に形成されることがより好ましい。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とするレーザー加工物。
【請求項２】
集光したレーザー光を照射することにより、加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に上記加工対象物が局所的に加熱され冷却されて、圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とするレーザー加工物。
【請求項３】
上記熱変質層が、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて１０％以上の範囲に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工物。
【請求項４】
上記熱変質層が、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて３０％以上の範囲に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工物。
【請求項５】
上記レーザー光の波長領域が２００〜２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工物。
【請求項６】
上記レーザー光の波長領域が２６６〜５３２ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工物。
【請求項７】
加工対象物がガラス材料から成ることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光の照射部位が高強度に加工されたレーザー加工物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高画質の動映像を表現するディスプレイパネル用のデバイスとして、液晶パネルや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス；Electro luminescence）パネル等のアクティブマトリクスタイプの画像表示装置の開発が進められている。
液晶パネルは、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」と略称する）等のスイッチング素子を配置した基板と、これに対向して、所定画素ごとに赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ層を配置した基板とを有し、この２つの基板がスペーサーを介して所定の間隔に保たれ、この間に液晶層が保持された構造となっている。
有機ＥＬパネルは、ＴＦＴを配置したＴＦＴ基板と、陰極と陽極との間に、有機正孔輸送層、有機電子輸送層、有機発光層等を積層した多層構造を有する有機ＥＬ基板と、カラーフィルタ層を配置した基板とが積層された構造となっている。
【０００３】
液晶パネルや有機ＥＬパネルは、生産効率を向上させるために、例えば縦６００ｍｍ×横７００ｍｍの大面積の基板上に、携帯電話等の各デバイスの画面を構成する表示要素が複数個形成され、この大面積の基板から、各デバイスの画面を構成する小型の基板に分断されて用いられる。
液晶パネルや有機ＥＬパネルに用いる、ＴＦＴやカラーフィルタ層が配置される基板の材料としては、一般的に光を透過する石英ガラスや無機ガラス等のガラス材料が用いられる。
【０００４】
大型の基板から小型の基板に分割（ブレークダウン）する方法として、例えばガラス基板等の基板表面に溝（スクライブ）を形成し、これを起点にして基板を分断（ブレーク）する方法が一般的である。
例えば、超鋼製のカッターやダイヤモンドカッター等のメカニカルな刃（工具）を利用して適当な深さのスクライブを形成し、このスクライブを起点とした垂直なクラックの形成により基板を分断する方法が挙げられる。しかし、メカニカルな方法では、基板の表面近傍に水平方向にマイクロクラックが発生し、加工物の曲げ強度が低下するという問題がある。
【０００５】
メカニカルな方法の他に、炭酸（ＣＯ２）ガスレーザー等の加熱レーザーを使用し、５００℃程度のレーザー光をガラス基板に照射して、ガラス基板を分断する方法が挙げられる。
この方法の一例を挙げると、先ず、波長が１０６０ｎｍ、集光スポット径（直径）が２〜３ｍｍの連続波又はパルス波のＣＯ２ガスレーザーのレーザー光を、予めメカニカルな刃でイニシャルクラックを形成しておいたガラス基板の加工予定ラインに照射する。ガラス基板は、ＣＯ２ガスレーザーの照射により溶融し、照射部位が熱膨張する。
次いで、冷却水等を噴霧し、ガラス基板を急激に冷却して、ガラス基板を熱収縮させ、予めメカニカルな刃で形成しておいたイニシャルクラックを進展させて、ガラス基板を分断する。
【０００６】
レーザー光を使用する方法として、Ｎｄ；ＹＡＧレーザー等を使用して、レーザービームをガラス基板に照射してガラス基板を加熱する加熱工程と、ガラス基板の切断部を急冷させてマイクロクラックを形成する冷却工程を備えたガラス基板の切断方法が開示されている（特許文献１）。
この方法は、縦長形を成す均一なエネルギ密度のレーザービームを照射することによって、エネルギ密度の違いにより生じる自然な冷却を抑制し、冷却工程における熱衝撃を大きくすることによって、ガラス基板の表面及び内部にマイクロクラックを生成させてガラス基板の切断速度を早めている。
【０００７】
また、高長波のＹＡＧレーザー等を使用して、加工対象物の内部の所定位置に集光点を合わせるフォーカス手段と、加工対象物の割断予定ラインに沿って集光点を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザー加工装置が開示されている（特許文献２）。
このレーザー加工装置は、紫外線領域の波長のパルスレーザー光を加工対象物に照射し、加工対象物の内部に多光子吸収現象を生じさせ、加工対象物の表面近傍の内部に改質部を形成して、小さい力で割断予定ラインに沿って、加工対象物を割断する。
【０００８】
また、Ｎｄ：ＹＡＧ（波長：１０６４ｎｍ）やＴｉ：Sapphire（波長：８００ｎｍ）等の赤外波長の光源を１倍波で用い、パルス幅が１００ピコ秒以下の短パルスレーザー光をガラス表面に掃引照射することにより、ガラス表面に切断用の溝を形成する方法も開示されている（特許文献３）。
この方法は、短パルスレーザー光のパルス幅を１００ピコ秒以下とすることによって、熱振動の影響を少なくし、熱過程によるボンドの切断ではなく、ガラス分子の結合自体が熱を介さずに直接切断される過程を支配的にして、加工対象物（ガラス基板）を割断する。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２１９５２８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５０３１号公報
【特許文献３】特開２００７−３３１９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＣＯ２ガスレーザーを用いてガラス基板を切断する方法は、急激な熱変換によりガラス基板を割断しているため、ガラス基板の体積が大きい程、即ち、該基板の厚さが大きい程、精度よく割断される。
近年、携帯電話等は小型化、薄型化への傾向が強く、液晶パネル等も薄型で、曲げ強度の大きいものが望まれている。そのため、例えば２００μｍ以下の薄い基板の割断方法としては、従来のＣＯ２ガスレーザーを用いる方法は適していない。また、薄い基板をＣＯ２ガスレーザーで割断すると、急激な熱変換により割断された小型の基板に熱歪みが残留するおそれがある。
更に、ＣＯ２ガスレーザーを用いて基板を割断する方法は、急激な熱変換により、液晶パネル等のカラーフィルタ材料や、液晶材料、封止樹脂等に熱ダメージを与え、これらの表示素子が破壊するおそれもある。
【００１１】
引用文献１のガラス基板の切断方法は、レーザービームを照射してガラス基板を加熱し切断した後に、切断部を急冷させてマイクロクラックを生成させているので、このマイクロクラックの存在により切断されたガラス基板の曲げ強度が低下するという問題がある。
【００１２】
引用文献２のレーザー加工装置や引用文献３のスクライブ方法を用いると、急激な熱変換を伴わずに基板を割断することが可能であるため、割断された小型の基板に残留する熱歪みや熱的ダメージを避けることができる。しかし、急激な熱変換を伴わずに基板を分断するために、基板内部に圧縮応力が生成されず、例えば強化ガラスのように、割断された基板（特にガラス基板）の強度（例えば破壊応力、曲げ強度）を大きくすることができない。
【００１３】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、加工対象物にレーザー光を照射することにより、破壊応力及び／又は曲げ強度を大きくして、高強度なレーザー加工物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】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、加工対象物に集光したレーザー光を照射することによって、レーザー光の照射部位に、圧縮応力が生成された熱変質層を形成することができ、破壊応力及び／又は曲げ強度を大きくした高強度のレーザー加工物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を照射することにより、加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に上記加工対象物が局所的に加熱され冷却されて、圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のレーザー加工物は、加工対象物に集光したレーザー光を照射することにより、レーザー光の照射部位に圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。本発明のレーザー加工物は、圧縮応力が生成された熱変質層を有するので、破壊応力及び／又は曲げ強度が大きく、高強度なレーザー加工物を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層を有する。
ガラス基板等の加工対象物に、所定の波長領域の集光されたレーザー光を照射すると、加工対象物のレーザー光の照射部位（加工部位）、即ち、レーザースポット部分が局所的に加工対象物の軟化点以上又は融点以上の温度に昇温されて軟化又は溶融し、熱膨張する。
レーザー光の照射部位（加工部位）は局所的であるので、レーザースポット部分が均一に加熱されて軟化又は溶融し、軟化又は溶融した照射部位（加工部位）が直ぐに均一に冷却され、加工物の熱膨張した部位に略均一な圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。
本明細書において、レーザー加工物の熱変質層とは、略均一な圧縮応力が生成されている部位をいう。略均一な圧縮応力は、加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に加工対象物が加熱され、その後冷却されることによって生成される。
熱変質層を有するレーザー加工物は、メカニカルな方法により形成されたスクライブのように、単に破壊の起点となるマイクロクラックが形成されていないだけではなく、熱変質層内に圧縮応力が生成されているので、破壊応力及び／又は曲げ強度が著しく大きくなる。
また、所定の波長領域の集光されたレーザー光が、加工対象物に局所的に照射されるため、レーザー加工物の熱歪みの発生が抑制され、レーザー加工物が受ける熱ダメージを少なくすることができる。
【００１９】
本発明のレーザー加工物は、特定の波長領域のレーザー光を高効率で吸収し、且つ、液晶パネル又は有機ＥＬパネル等のＴＦＴ基板やカラーフィルタ層の基板として用いられる、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス材料から成るものであることが好ましい。
【００２０】
加工対象物に照射するレーザー光は、加工対象物の光吸収特性に適した波長領域であり、光学レンズで容易に集光して照射できる波長領域が好ましい。そのため、レーザー光は、これらの要件を満たす２００〜２０００ｎｍ（０．２〜２．０μｍ）の波長領域であることが好ましい。
液晶パネル等の基板として用いられる透明な基板、例えばガラス材料から成る基板が加工対象物である場合は、レーザースポット部分のみを局所的に昇温させるために、正確な焦点制御が必要となる。このような正確な焦点制御を可能とするために、透明なガラスに対して透過率の高い波長領域のレーザー光を用いることが望ましい。
そのため、加工対象物がガラス材料から成る透明な基板である場合は、透過率の高い２６６〜５３２ｎｍの波長領域のレーザー光を用いることがより好ましい。
【００２１】
特定の波長領域のレーザー光を発振するレーザー光源の駆動周波数は、加工速度等よって適切な駆動周波数が選択される。加工速度を高速化する観点から、レーザー光源の駆動周波数は、１Ｈｚ〜５００ＭＨｚが好ましい。より安定した加工特性を確保するためには、レーザー光源の駆動周波数は、２０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚが好ましい。
【００２２】
レーザー光源は、２００〜２０００ｎｍ（０．２〜２．０μｍ）の波長領域のレーザー光を発振するものであればよく、断続的なレーザー光を発振するパルスレーザー、連続的なレーザー光を発振するＣＷ（continuous wave）レーザー、媒体が気体のエキシマレーザー、媒体が固体であり高調波を利用する固体レーザー、短波長を利用する半導体レーザー等を用いることができる。
【００２３】
次に、レーザー加工装置を用いて、加工対象物を加工する方法について説明する。
図１は、本例のレーザー加工物を形成するために好適に用いられるレーザー加工装置の一例を示し、レーザー加工装置１０の概略構成を説明する図である。なお、図１には、加工対象物が大型液晶パネル４である例を示している。
図１に示すように、レーザー加工装置１０は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源２と、レーザー光を集光する対物レンズ３を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ３と加工対象物となる大型液晶パネル４の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計５と、レーザー変位計５の測定結果に基づいて、対物レンズ３で集光されたレーザー光の焦点が、大型液晶パネル４を構成する基板表面から基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ３を駆動して焦点距離を調節する調節手段（図示略）を備えている。
【００２４】
レーザー変位計５は、大型液晶パネル４の平行に複数本設定された加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄと対向するように、対物レンズ３を設置した直線状のアーム６上に等間隔のアレイ状に設置されている。
【００２５】
図１に示すように、大型液晶パネル４は、水平方向に移動可能な可動ステージ７上に固定される。
大型液晶パネル４は、ＴＦＴ（図示略）のスイッチング素子が配置された上側の基板４ａと、これに対向して、所定画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層（図示略）が配置された下側の基板４ｂとを備えている。この上側の基板４ａと下側の基板４ｂは、スペーサー４ｃを介して所定の間隔が保たれ、この間隔に液晶層（図示略）が保持されて、スペーサー４ｃとスペーサー４ｃの間が一つの表示要素を構成している。スペーサー４ｃが配置されている部分が、加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄとなる。
図２は、図１に示すレーザー加工装置１０の概略構成を説明する平面図である。
図２に示すように、大型液晶パネル４上に設けられた四角枠は、一つの表示要素を示し、小型液晶パネル４ｅに分断される大きさを示している。小型液晶パネル４ｅ，４ｅの間隔が加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄとなる。
【００２６】
本例のレーザー加工装置１０は、レーザー変位計５によって、対物レンズ３と、大型液晶パネル４の上側又は下側のどちらか一方の基板表面との距離を、加工予定ライン４ｄに沿って正確に測定する。本例においては、対物レンズ３と、大型液晶パネル４の下側の基板４ｂの表面（下面）との距離を測定する。
この測定結果に基づいて、レーザー光の焦点が所定の位置となるように、調節手段（図示略）によって対物レンズ３を駆動して、基板４ｂと対物レンズ３との焦点距離を調節する。
調節手段としては、例えばピエゾ素子を用いることができる。また、レーザー変位計としては、例えばヘテロダイン方式や三角測量方式等の非接触式のレーザー変位計を用いることができる。
焦点距離は、レーザー変位計５の測定結果に基づいてピエゾ素子への電圧をコントロールすることによって、対物レンズ３を垂直方向（Ｚ軸方向）に微動させて調節することができる。
【００２７】
図１及び図２に示すように、レーザー光源２から発振されたレーザー光は、ミラー８を経由して、水平方向に長距離伝送され、ミラー９で大型液晶パネル４の方向に変換されて、対物レンズ３で集光され、大型液晶パネル４に照射される。
【００２８】
レーザー光の焦点は、加工対象物の厚さ１００％に対して、好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の５％以上、より好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の１０％以上、更に好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の３０％以上の位置に設定する。また、レーザー光の焦点は、加工精度を向上する観点から、加工対象物である基板の厚さ１００％に対して、基板内部の５０％以下の位置に設定することが好ましい。
【００２９】
レーザー光の焦点を上記範囲内に設定して、レーザー光を照射すると、基板がレーザー光を吸収して、基板内部のレーザースポット部分が局所的に基板を構成する材料の軟化点以上又は融点以上に昇温されて軟化又は溶融し、熱膨張する。
レーザー光の照射部位（加工部位）は局所的であるので、照射部位（加工部位）が均一に加熱されて軟化又は溶融し、軟化又は溶融した照射部位（加工部位）が直ぐに均一に冷却され、熱膨張した部位に略均一な圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。
即ち、レーザー加工物の熱変質層は、レーザー光の照射により加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に局所的に、且つ均一に加熱され冷却されることで形成される。
レーザー加工物の熱変質層は、例えばパルスレーザー光の照射により加工対象物内に多光子吸収現象を生じさせて形成した改質部のように、加熱が不均一ではなく、加熱が均一であるので、熱変質層内に水平方向のマイクロクラックが生成されない。
【００３０】
基板内部に設定された焦点と、レーザー加工後のスクライブの深さ（Depth profile）とは相関関係にあり、両者はほぼ一致する。また、スクライブ深さとレーザー加工物に形成される熱変質層の厚さもほぼ一致する。
レーザー加工物に形成される熱変質層の厚さが大きい方が、レーザー加工物の破壊応力及び曲げ強度は大きくなるので、基板内部に設定される焦点及び焦点深度は大きい方が好ましい。
しかし、基板内部に設定される焦点が大きすぎると、高精度な加工が難しくなる。
そのため、レーザー光の焦点は、加工対象物の厚さ１００％に対して、好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の５〜５０％の位置に設定する。
レーザー光の焦点が、加工対象物の厚さ１００％に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の５％未満の位置に設定されると、スクライブが浅すぎて基板を分断できない場合があり、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合があり、形成される熱変質層の厚さも小さくなるため好ましくない。
レーザー光の焦点が、加工対象物表面から加工対象物内部の５０％を超える位置に設定されると、熱変質層の厚さは大きくなるものの、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合があるので好ましくない。
【００３１】
レーザー加工物に形成される熱変質層は、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて１０％以上の範囲に形成されていることが好ましい。
図３は、加工対象物である基板１の所定の位置に焦点を設定して、レーザー光を照射し、スクライブ１ａを形成した場合に、基板１に形成される熱変質層１ｂの範囲を模式的に示す（ａ）断面図及び（ｂ）平面図である。
即ち、加工対象物が厚さ１００μｍの基板１である場合は、この基板１に形成される熱変質層１ｂは、Ｙ（垂直）方向に、スクライブ１ａの深さ１０μｍと略一致する深さ約１０μｍの範囲に形成される。また、熱変質層１ｂは、Ｘ（水平）方向に、スクライブ１ａの深さ１０μｍと同程度の幅約１０μｍの範囲に形成される。
レーザー加工物の熱変質層を、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて１０％の範囲に形成する場合には、加工対象物の材質、照射するレーザー光の波長領域にもよるが、レーザー光の焦点を、加工対象物の厚さ１００％に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の約１０％の位置に設定することが好ましい。
【００３２】
レーザー加工物に形成される熱変質層は、加工対象物の厚さ１００％に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて３０％以上の範囲に形成されていることがより好ましい。
加工対象物が厚さ１００μｍの基板である場合は、深さ３０μｍ以上のスクライブが形成されるように、レーザー光の焦点を基板の厚さ１００％に対して、基板表面から基板内部の３０％以上の位置に設定することが好ましい。
厚さ１００μｍの基板に形成されるスクライブ深さが３０μｍ以上であると、基板には、基板表面からＹ（垂直）方向に３０μｍ以上の厚さ、スクライブからＸ（水平）方向に３０μｍ以上の幅の熱変質層が形成される。
【００３３】
レーザー光の焦点深度（Ｄ．Ｆ．；Depth of  Focus）は、次の（１）式で表される数値である。（１）式中、ｋはプロセス定数であり、λはレーザー光の波長、Ｎ．Ａ．は対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．；Numerical  Aperture）である。焦点深度は、光軸方向（Ｚ軸方向）の長さで表される。
±Ｄ（μｍ）＝ｋλ／（Ｎ．Ａ．）２                        ・・・（１）
レーザー光の焦点深度は、加工対象物の厚さ１００％に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の５〜５０％の範囲に含まれるように設定することが好ましい。
【００３４】
対物レンズ３の開口率（Ｎ．Ａ．）は、０．０１〜０．５であることが好ましい。
対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）が０．０１未満であると、焦点距離が長くなり、工学系の加工機に搭載するには実用的でなく、更にレーザースポット径を５０μｍ以下にすることが難しく、高精度な加工ができない場合がある。
一方、対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）が０．５を超えると、焦点距離が短くなり、レーザー光を照射して基板を加工する際に、飛散した被加工物が対物レンズに付着してレンズの光透過性を著しく低下させる。
対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）は、次の（２）式で表される数値である。（２）式中、ｎは対物レンズと加工対象物の間の媒質が有する屈折率であり、媒質が空気の場合は、ｎ＝１．０になる。また、（２）式中、θは、対物レンズの一番外側を通る光線と対物レンズの中心（光軸）との成す角度である。
Ｎ．Ａ．＝ｎ・ｓｉｎθ                                  ・・・（２）
【００３５】
図１及び図２に示すレーザー加工装置で、加工対象物である大型液晶パネル４を加工する方法を次に説明する。
図２に示すように、可動ステージ７に固定された大型液晶パネル４をW方向に移動させて、大型液晶パネル４の加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って、アレイ状に設置されたレーザー変位計５で、対物レンズ３と大型液晶パネル４の下側の基板４ｂの表面（大型液晶パネル４の下面）との距離を正確に測定する。この測定結果を対物レンズ３の移動経路、即ち、加工予定経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品（図示略）にストレージする。
なお、図１及び図２に示すレーザー加工装置１は、大型液晶パネル４の加工予定ライン４ｄに対応してアレイ状に設置された複数のレーザー変位計５を備えている。そのため、可動ステージを一方向に一回移動させるだけで、対物レンズ３と大型液晶パネル４との距離情報を得ることができ、計測時間を大幅に短縮することができるという利点を有する。
【００３６】
次に、シーケンシャルデータに従って、調節手段（例えばピエゾ素子）で対物レンズ３の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル４の下側の基板４ｂの表面（大型液晶パネル４の下面）から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、基板（下側の基板）４ｂは、レーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って、スクライブが形成される。
このスクライブの形成と共に、基板（下側の基板）４ｂのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板４ｂ内部の所定領域に熱変質層が形成される。
【００３７】
次に、大型液晶パネル４の上下面を反転することなく、再び、レーザー変位計５で、対物レンズ３と大型液晶パネル４の上側の基板４ａの表面（大型液晶パネル４の上面）との距離を正確に測定する。この測定結果を対物レンズ３の移動経路、即ち、加工予定経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品（図示略）にストレージする。
【００３８】
そして、シーケンシャルデータに従って、調節手段（例えばピエゾ素子）で対物レンズ３の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル４の上側の基板４ａの表面（大型液晶パネル４の上面）から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、上側の基板４ａは、レーザースポット部分が局所的に昇温されてスクライブが形成され、このスクライブの底部から下側の基板４ｂのスクライブまでクラックが進展して、大型液晶パネル４が加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って分断される。
大型液晶パネル４の分断と共に、上側の基板４ａのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板４ａ内部の所定領域に熱変質層が形成される。
【００３９】
本例の大型液晶パネル４のように、加工対象物が上側と下側の２枚の基板を貼り合わせた基板である場合は、先に下側の基板を加工し、次に上側の基板を加工することが好ましい。先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に形成されたスクライブにより、下側の基板にレーザー光を正確に集光することが難しくなり、加工の信頼性が低下する。
なお、加工対象物が上側と下側の２枚の基板を貼り合わせた基板である場合は、先に下側と下側の両方の基板の表面と対物レンズの距離を測定し、下側の基板の測定結果と上側の基板の測定結果をこの順序でストレージして、ストレージした順序に従って、下側の基板にレーザー光を照射し、次いで、上側の基板にレーザー光を照射してもよい。
【００４０】
図４は、本例のレーザー加工物を形成するために好適に用いられるレーザー加工装置の他の例を示し、レーザー加工装置１０の概略構成を説明する図である。図５は、図４に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。なお、図４及び図５において、図１及び図２と同様の部材には、同一の符号を付した。
【００４１】
図４及び図５に示すように、本例のレーザー加工装置１は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源２と、対物レンズ３を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ３と加工対象物となる大型液晶パネル４の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計５と、レーザー変位計５の測定結果に基づいて、対物レンズ３で集光されたレーザー光の焦点及び焦点深度が、大型液晶パネル４の基板表面から基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ３を駆動して焦点距離を調節する調節手段（例えば、ピエゾ素子、図示略）を備えている。
【００４２】
図６は、本例のレーザー加工装置１に設置したレーザー変位計５を示す平面図である。
レーザー変位計５は、対物レンズ３を備えたレーザー加工手段を中心として、水平方向の対称位置に設置している。本例のレーザー加工装置１においては、対物レンズ３を中心として、Ｘ軸及びＹ軸上の対称位置に４つのレーザー変位計５を設置している。
本例のレーザー変位計５は、対物レンズ３を中心としてＸ軸及びＹ軸上の対称位置に設置されているので、基板表面と対物レンズ３の間隔を正確に測定することができる。
【００４３】
図４〜６に示すレーザー加工装置１０で、加工対象物である大型液晶パネル４を加工する工程を次に説明する。
図５に示すように、可動ステージ７に固定された大型液晶パネル４をW方向に移動させて、大型液晶パネル４の加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って、４つのレーザー変位計５で大型液晶パネル４の下側の基板４ｂの表面（大型液晶パネル４の下面）と対物レンズ３との距離を正確に測定する。
この測定結果に基づいて、調節手段（例えばピエゾ素子）で対物レンズ３の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル４の下側の基板４ａの表面（大型液晶パネル４の下面）から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、下側の基板４ｂは、レーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って、スクライブが形成される。
このスクライブの形成と共に、下側の基板４ｂのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板４ｂ内部の所定領域に熱変質層が形成される。
【００４４】
次に、可動ステージ７に固定された大型液晶パネル４を上下反転させることなく、可動ステージを移動させて、大型液晶パネル４の加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って、レーザー変位計５によって、大型液晶パネル４の上側の基板４ａの表面（大型液晶パネル４の上面）と対物レンズ３との距離を正確に測定する。
この測定結果に基づいて、調節手段（例えばピエゾ素子）で対物レンズ３の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル４の上側の基板４ａの表面（大型液晶パネル４の上面）から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、上側の基板４ａは、レーザースポット部分が局所的に昇温されてスクライブが形成され、このスクライブの底部から下側の基板４ｂのスクライブまでクラックが進展して、大型液晶パネル４が加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに沿って分断される。
大型液晶パネル４の分断と共に、基板（上側の基板）４ａのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板４ａ内部の所定領域に熱変質層が形成される。
【００４５】
図４〜６に示すレーザー加工装置１０は、可動ステージ７の移動と共に、レーザー変位計５により対物レンズ３と大型液晶パネル４との距離を測定しつつ、この測定結果に基づいて、可動ステージ７の移動に合わせてリアルタイムで、焦点距離を調節して、レーザー光を照射することができるので、加工時間を著しく短縮することができる。
【００４６】
本発明のレーザー加工物は、レーザー光の照射部位（加工部位）に圧縮応力が生成された熱変質層を有するものであり、この熱変質層を有するレーザー加工物は、破壊応力及び／又は曲げ強度が大きくなる。
例えば大型の液晶パネルにレーザー光を照射することにより分断された小型の液晶パネルは、レーザー光の照射部位（加工部位）に圧縮応力が生成された熱変質層を有するため、高強度であり、携帯電話等のデバイスの画面を構成する表示要素として好適に用いることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すレーザー加工装置で、縦３００ｍｍ×横３５０ｍｍ、厚さが２００μｍの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源として、波長が３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が５．０Ｗ、駆動周波数が４０ＫＨｚである。また、対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）は０．１である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ１００％（２００μｍ）に対して、基板表面から基板内部の１５％（３０μｍ）の位置に設定した。
レーザー光の焦点深度は、基板の厚さ１００％（２００μｍ）に対して、基板表面から基板内部の５〜２５％（３０μｍ±２０μｍ）の範囲に含まれる位置に設定した。
レーザー変位計の測定結果に基づいて、対物レンズの位置を調節し、集光したレーザー光を、速度５０ｍｍ／ｓｅｃ（ｍｍ／秒）、レーザースポット直径２．３μｍで、加工予定ライン（切り出しピッチの幅１５μｍ）に沿って基板に照射し、基板を縦３５ｍｍ×横５０ｍｍの１２個の小型基板（レーザー加工物）に分断した。
図７に分断した小型基板のレーザー照射部位（加工部位）の光学顕微鏡写真（ａ：平面図、ｂ：断面図）を示す。
また、分断した１２個の小型基板の各々について、図１３に示す４点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図８に示す。なお、図１３中、１は加工対象物である基板であり、１１は支点である。
【００４８】
（比較例１）
ホイール形状の超鋼製のメカニカルな刃を用いて、実施例１と同様の無アルカリガラスの基板を、切り出しピッチの幅５０μｍで、縦３５ｍｍ×横５０ｍｍの１２個の小型基板に分断した。
図９に分断した小型基板の加工部位の光学顕微鏡写真（平面図）を示す。
また、分断した１２個の小型基板の各々について、実施例１と同様に図１３に示４点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図１０に示す。
【００４９】
（比較例２）
ＣＯ２ガスレーザーを用いて、実施例１と同様の無アルカリガラスの基板に、次の条件でレーザー光を照射して、基板を縦３５ｍｍ×横５０ｍｍの１２個の小型基板に分断した。
レーザー光源として、波長１０６０ｎｍ（１０．６μｍ）のＣＯ２ガスレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が１２０Ｗ、駆動周波数１０ＫＨｚである。
レーザー光を速度５０ｍｍ／ｓｅｃ（ｍｍ／秒）、レーザースポット直径２〜３ｍｍで、加工予定ライン（切り出しピッチの幅５０μｍ）に沿って基板に照射し、基板を縦３５ｍｍ×横５０ｍｍの１２個の小型基板に分断した。
図１１に、分断した小型基板のレーザー照射部位（加工部位）の光学顕微鏡写真（平面図）を示す。
また、分断した１２個の小型基板の各々について、実施例１と同様に図１３に示す４点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図１２に示す。
【００５０】
図７（ａ：平面図、表面観察像）に示すように、実施例１の小型基板（レーザー加工物）は、加工部位はチッピング等を生じることなく、直線状に精度よく加工されていた。また、図７(ａ)及び（ｂ）に示すように、実施例１の小型基板（レーザー加工物）には、レーザー光の照射部位（加工部位）に明らかに干渉色が異なる部位が認められ、圧縮応力が生成された熱変質層が形成されていることが確認できた。
また、図７（ａ）及び（ｂ）により、小型基板に形成されたスクライブの深さと、熱変質層の厚さはほぼ一致していることが確認できた。
また、図８に示すように、加工された１２個の小型基板のうち、５個以上の基板の破壊応力が２５０ＭＰａ以上であり、小型基板（レーザー加工物）の強度が向上されていることが確認できた。
【００５１】
一方、図９に示すように、メカニカルな刃を用いて分断した比較例１の小型基板は、加工部位にチッピングが生じていた。また、図１０に示すように、加工された１２個の小型基板は、全て破壊応力が５０ＭＰａと小さかった。
また、図１１に示すように、ＣＯ２ガスレーザーによって分断した比較例２の小型基板は、加工部位にややチッピングが生じていた。また、図１２に示すように、加工された１２個の小型基板は、全て破壊応力が１５０ＭＰａ以下と小さかった。ＣＯ２ガスレーザーのレーザースポット部分は、ガラスの軟化点（約７００〜８００℃）以下の温度（５００℃程度）までしか昇温されず、加工された小型基板の破壊応力も１５０ＭＰａ以下と低いことから、比較例２の加工物には圧縮応力がほとんど生成されておらず、圧縮応力が生成された熱変質層を有していないことが推測できた。
【００５２】
（実施例２〜５）
レーザー光の焦点を基板表面から基板内部の（Ａ）約５５μｍ（実施例２）、（Ｂ）約６５μｍ（実施例３）、（Ｃ）約７０μｍ（実施例４）、（Ｄ）約７５μｍ（実施例５）の４つの位置に設定し、各焦点（Ａ〜Ｄ）ごとに実施例１と同様の１枚の無アルカリガラスの基板から、実施例１と同様にして１２個の小型基板に分断した。
各レーザー光の焦点は、基板の厚さ１００％（２００μｍ）に対して、基板表面から基板内部の（Ａ）約２８％、（Ｂ）約３３％、（Ｃ）約３５％、（Ｄ）約３８％の位置である。
各レーザー光の焦点深度は、基板の厚さ１００％に対して、（Ａ）約２３〜３３％、（Ｂ）２８〜３８％、（Ｃ）３２〜３８％、（Ｄ）３５〜４１％の範囲に含まれる位置である。
各焦点（Ａ〜Ｄ）に設定されたレーザー光の照射によって、分断された１２個の小型基板（合計４８個）は、基板表面から基板内部の焦点の距離と、基板に形成されたスクライブ深さと、熱変質層の厚さとがほぼ一致していた。
各焦点（Ａ〜Ｄ）で分断された１２個の小型基板について、図１３に示す４点曲げ強度評価方法により、曲げ強度を測定し、各スクライブ深さ（Depth Profile）ごとに１２個の小型基板の平均値を算出した。結果を図１４に示す。
【００５３】
図１４に示すように、レーザー加工物は、スクライブの深さ、即ち、焦点を基板表面から基板内部の３０％近傍の位置に設定した場合（Ａ，Ｂ）と、３５％以上の位置に設定した場合（Ｃ，Ｄ）とでは、曲げ強度の平均値が異なる。スクライブ深さ、即ち、焦点を基板表面から基板内部の３５％以上の位置に設定（Ｃ，Ｄ）すると、レーザー加工物（基板）の曲げ強度が急激に大きくなった。
焦点を基板内部の３５％以上の位置に設定すると、熱変質層が厚くなり、これに伴い曲げ強度も大きくなることから、熱変質層の存在がガラス基板の曲げ強度の向上に明らかに寄与していることが分かった。
【００５４】
（実施例６）
レーザー加工物（ガラス基板）に形成された熱変質層の内部応力を昇温、溶融、昇華、冷却、クリープの各効果を考慮して、次の条件で有限要素法によりシュミレーションした。
縦３００ｍｍ×横３５０ｍｍ、厚さが２００μｍの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。ガラス基板のガラス密度２．５１ｇ／ｃｍ３、比熱８３７Ｊ／Ｋｇ・Ｋ、熱伝導率１．０８９Ｗ／ｍ・℃、熱膨張係数３．８×１０−６０Ｃ−１、熱拡散係数１．２１×１０−６ｍ２／ｓ、ヤング率６．７５×１０４Ｎ／ｍｍ２、ポアソン比０．２２、溶融温度９５０℃に設定した。
レーザー光源として、波長が３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が５．０Ｗ、駆動周波数が４０ＫＨｚ、レーザースポット直径２．３μｍである。また、対物レンズ３の開口率（Ｎ．Ａ．）は０．１５である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ１００％（２００μｍ）に対して、基板表面から基板内部の１５％（３０μｍ）の位置に設定した。
【００５５】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、有限要素法による計算の結果から、レーザー加工物の熱変質層内には、Ｘ（水平）方向成分の圧縮応力と、Ｙ（垂直）方向成分の圧縮応力が生成されており、この圧縮応力が強化ガラスと同様の原理により、大きな破壊応力及び曲げ強度を示す要因であることが判明した。
内部応力のＹ（垂直）方向成分の計算結果に関しては、最表面部分は、引っ張り応力を示しているが、この部分は体積成分に換算しても熱変質層全体の５％以下であった。
以上のシュミレーションの結果から、特定の波長領域のレーザー光を照射し、加工対象物の軟化点以上又は融点以上の温度まで、レーザースポット部分を局所的に昇温し、冷却することによって、圧縮応力が生成された熱変質層を形成することができ、破壊応力及び／又は曲げ強度が著しく大きいレーザー加工物が得られることが確認できた。
【００５６】
（実施例７）
図１に示すレーザー加工装置で、縦３００ｍｍ×横３５０ｍｍ、厚さが１００μｍの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源２として、波長が３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。このレーザー光源２は、レーザー出力が３．０Ｗ、駆動周波数が４０ＫＨｚである。また、対物レンズ３の開口率（Ｎ．Ａ．）は０．１である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ１００％（１００μｍ）に対して、基板表面から基板内部の１５％（３０μｍ）の位置に設定した。
レーザー変位計の測定結果に基づいて、対物レンズの位置を調節し、集光したレーザー光を、速度５０ｍｍ／ｓｅｃ（ｍｍ／秒）、レーザースポット直径２．３μｍで、加工予定ライン（切り出しピッチの幅１０μｍ）に沿って基板に照射し、該基板を縦２５０μｍ×２５０μｍの正方形の小型基板（レーザー加工物）に分断した。図１６に分断した小型基板（実施例７）の光学顕微鏡写真（平面図）を示す。
【００５７】
（実施例８）
実施例７と同様にして、無アルカリガラスの基板に１００μの間隔を空けて、レーザー光を照射し、２本のスクライブを形成した。図１７に１００μｍの間隔で２本のスクライブを形成した基板（実施例８）の光学顕微鏡写真（平面図）を示す。
【００５８】
図１６及び図１７に示すように、圧縮応力が生成された熱変質層を有する小型基板（実施例７）又は基板（実施例８）は、２５０μｍ×２５０μｍや１００μｍの微小な部位でも精度よく、且つ、再現性良く加工された。
このように、圧縮応力が生成された熱変質層を有するレーザー加工物は、従来のレーザービーム直径が２〜３ｍｍのＣＯ２ガスレーザーで加工された加工物よりも高精度であり、かつ、強度も向上されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】レーザー加工装置の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
【図３】本発明のレーザー加工物を模式的に示す（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。
【図４】レーザー加工装置の他の例を模式的に示す説明図である。
【図５】図４に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
【図６】図４及び図５のレーザー加工装置の対物レンズとレーザー変位計の概略構成を示す説明図である。
【図７】本発明のレーザー加工物（小型基板）の光学顕微鏡写真を示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図である。
【図８】本発明（実施例１）のレーザー加工物（小型基板）の破壊応力を示すグラフである。
【図９】比較例１（メカニカルな刃）の加工物の光学顕微鏡写真を示す平面図である。
【図１０】比較例１の加工物の破壊応力を示すグラフである。
【図１１】比較例２（ＣＯ２ガスレーザー）の加工物の光学顕微鏡写真を示す平面図である。
【図１２】比較例２の加工物の破壊応力を示すグラフである。
【図１３】４点曲げ強度評価方法の説明図である。
【図１４】各焦点（Ａ〜Ｄ）、即ち、各スクライブ深さ（Depth Profile）と、各スクライブ深さ（Depth Profile）で加工された１２個の小型基板の曲げ強度の平均値を示すグラフである。
【図１５】有限要素法でシュミレーションしたレーザー加工物の熱変質層内の内部応力の状態（ａ：Ｘ（水平）方向、ｂ：Ｙ（垂直）方向）を示す説明図である。
【図１６】本発明のレーザー加工物（２５０μｍ×２５０μｍの小型基板）の光学顕微鏡写真を示す平面図である。
【図１７】本発明のレーザー加工物（間隔１００μｍの２本のスクライブを形成した基板）の光学顕微鏡写真を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…レーザー加工物、１ａ…スクライブ、１ｂ…熱変質層、２…レーザー光源、３…対物レンズ、４…大型液晶パネル、４ａ…上側の基板、４ｂ…下側の基板、４ｃ…スペーサー，４ｄ…加工予定ライン（切り出しピッチ），４ｅ…小型液晶パネル、５…レーザー変位計、５ａ…レーザー変位計の検出位置、６…アーム、７…可動ステージ、８，９…ミラー、１０…レーザー加工装置、１１…支点
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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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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