JP2007260749A - レーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品 - Google Patents

Abstract

【課題】割断部の加工精度を向上させたレーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品を提供する。
【解決手段】被加工物の表面近傍に第１レーザ光を集光させて初期クラックを形成し、前記初期クラックを起点として前記被加工物に割断クラックを進展させて、前記被加工物を割断することを特徴とするレーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品に関し、より詳細には、レーザ光を用いて初期クラックを導入するレーザ加工方法、レーザ加工装置及びこれら加工方法または加工装置により加工された脆性材料の加工品に関する。

テレビ、パソコン、携帯電話をはじめとする各種の家電機器や情報端末機器のディスプレイデバイスとして液晶パネルが普及しつつある。この液晶パネルには、ガラス基板が用いられている。このガラス基板を割断する加工方法としては、ブレードを用いたダイシング方法や、炭酸ガスレーザを用いた溶断方法、ぺネットと呼ばれるダイヤモンド刃を使った割断方法がある。ダイシング方法では、加工点周辺に研削割れ等が生じて品質が低下する。また、溶断方法では、局所的な蒸発によりガラス基板が損失する。それに伴い、再凝固によりガラス基板表面の平滑性が損なわれる。また、ダイヤモンド刃による割断方法では、ダイヤモンド刃を直接基板に接触させるため、表面近傍には破壊によるクラックやカレットが発生したり、これに伴いダイヤモンド刃の寿命が短くなるという問題がある。

これに対して、レーザ光をガラス基板に照射して、熱応力により割断させるレーザ割断方法が提案されている。この方法を用いると、品質の劣化を最小限に抑えつつガラス基板を割断することができる。すなわち、上述した溶断方法に比べ、加工エネルギーが小さく、しかもダイシング方法に比べ、ガラス基板の損失が少ない。また、ダイヤモンド刃に比べ表面近傍の破壊傷を小さくでき、非接触なので長寿命であるといった利点がある。

このような割断方法を用いた例としては、例えば、可視光よりも波長が短いエキシマレーザを用いて初期クラックを発生させる方法（特許文献１）や、レーザビームを少なくとも２点に同時に照射して、２点間に初期クラックを発生させる方法（特許文献２）が開示されている。

しかし、これらの割断方法では割断開始部の初期クラックの寸法が大きいため、割断精度不良が生じ、歩留まりが低下するという問題が生じる。
特開平４−１１１８００号公報 特開平７−３２８７８１号公報

本発明は、割断部の加工精度を向上させたレーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品を提供する。

本発明の一態様によれば、被加工物の表面近傍に第１レーザ光を集光させて初期クラックを形成し、前記初期クラックを起点として前記被加工物に割断クラックを進展させて、前記被加工物を割断することを特徴とするレーザ加工方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、第１レーザ光を照射する第１レーザ発振器と、被加工物を載置し、または移動させるステージと、前記第１レーザ光を、前記被加工物の表面近傍に集光するレンズと、第２レーザ光を照射する第２レーザ発振器と、前記第２レーザ光を、前記被加工物上に導く第１光学手段と、前記被加工物上を局部的に冷却する冷却器とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

また、本発明のさらに他の一態様によれば、一表面からの距離が１０マイクロメータ以上２０マイクロメータ以下の位置に初期クラックの加工点を有し、前記初期クラックを起点として前記一表面に対してほぼ垂直方向の分離面を有することを特徴とする脆性材料の加工品が提供される。

本発明によれば、被加工物の割断部の加工精度を向上させたレーザ加工方法、レーザ加工装置及び脆性材料の加工品が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかるレーザ加工方法を表すフローチャートである。

本実施形態においては、被加工物の一例として、所謂脆性材料を用いるものとする。特に、その脆性材料においては、ガラス材を例にあげて、本実施形態では、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイ用のガラス基板などを用いるものとする。
まず、ガラス基板の割断開始部の表面近傍に、レンズを用いて高ピーク出力を有し平行光である第１レーザ光を集光させて初期クラックを設ける（ステップＳ１００）。ここで、割断開始部は、ガラス基板の上面の端部に設けてもよく、ガラス基板の上面において端部から離れた内部に設けてもよい。また、初期クラックは、ひとつだけではなく、複数形成してもよい。また、第１レーザ光としては、例えば、可視領域から近赤外領域の波長帯を有するジャイアントパルスを発生可能なＹＡＧレーザ光を用いることができる。また、レンズには、例えば、ＮＡが０．４以上の高ＮＡレンズを用いる。

次に、ガラス基板を移動させつつ、割断開始部の周辺に第２レーザ光を照射して加熱するとともに、第２レーザ光が照射された領域と初期クラックとの間の領域に冷却媒体を吹き付けて冷却する。（ステップＳ１１０）。これにより、割断開始部の周辺には温度差に起因した大きな引張応力が作用する。その結果として、初期クラックが起点となり割断クラックが進展してガラス基板が割断される。

この第２レーザ光としては、例えば、中赤外領域から遠赤外領域の波長帯を有する炭酸ガスレーザを用いることができる。冷却媒体には、常温以下の液体あるいは気体を用いることができる。

以上説明したレーザ加工方法において、割断開始部の加工精度は初期クラックの寸法に依存する。これに対して、本実施形態によれば、高ＮＡレンズを用いて第１レーザ光をガラス基板の表面近傍に集光させることで、初期クラックの寸法を小さくできる。これにより、割断開始部の加工精度を向上させることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の要部を表す模式断面図である。すなわち、図２（ａ）は高ＮＡのレンズを用いて第１レーザ光を照射する工程を表す模式断面図であり、図２（ｂ）は、初期クラックが設けられたガラス基板断面を表す模式断面図である。

また、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１比較例を表す模式断面図である。すなわち、図３（ａ）は低ＮＡのレンズを用いて第１レーザ光を照射する工程を表す模式断面図であり、図３（ｂ）は、初期クラックが設けられたガラス基板断面を表す模式断面図である。

まず、第１比較例から先に説明する。
図３（ａ）に表すように、第１レーザ発振器（図示せず）から照射したレーザ光Ｌを、レンズ２２を介してガラス基板１０上の割断開始部１に照射する。ここで、このレーザ光Ｌの光軸３０は、レンズ２２の主面に対して略垂直方向である。レンズ２２の開口数（ＮＡ）は、０．４より小である。そして、ガラス基板１０表面から離れた距離Ｄ２に位置するレンズ焦点位置７に集光する。この場合、焦点深度は大となる。

ここで、第１レーザ発振器としては、波長が１マイクロメータのＹＡＧレーザを用いることができる。このＹＡＧレーザは、ピーク出力がメガワット級のジャイアントパルスレーザである。また、このレーザ光Ｌのパワー密度は、例えば、１０^９ワット／平方センチメータであり、このパルス幅が２０ナノセカンドである。

この第１レーザ光は、波長が短いのでガラス基板１０を透過する。しかし、パワー密度を大とするとガラス基板１０の内部を局所的に破壊させることができる。
すなわち、図３（ｂ）に表すように、レンズ焦点位置７には、加工点４２が形成される。これと同時に、この加工点４２を起点として、その周囲には多数のマイクロクラック４７が放射状に形成される。このマイクロクラック４７は、焦点深度の大きさに依存して長くなる。また、ガラス基板１０の内部には、クラック長さが例えば、約０．２ミリメータの初期クラック５２が形成される。しかし、このように割断開始部１の初期クラック５２の寸法が大きいと、割断精度不良を起こす可能性がある。

すなわち、初期クラック５２は、加工点４２とマイクロクラック４７とをあわせたものである。従って、初期クラック５２の寸法は、加工点４２を中心として放射されたマイクロクラック４７において、最も進展したマイクロクラック長さをおよそ２倍にした値となる。本比較例の場合、初期クラック５２の寸法は、およそ０．４ミリメータにも達する。

しかし、このような初期クラックの寸法が大きいと、その後の割断工程（図１のステップＳ１１０）において、ガラス基板を進行する割断クラックの起点が、それだけばらついてしまう。つまり、割断工程においてガラス基板を進行する割断クラックは、初期クラックを起点とするが、初期クラックのどこからでも進行する可能性がある。本比較例の場合、初期クラック５２の寸法がおよそ０．４ミリメータであるということは、割断工程においてガラス基板を割断する割断クラックの位置が、最大で０．４ミリメータの範囲内で変動する可能性があるということになる。その結果として、割断されたガラス基板のサイズがばらついてしまい、歩留まりが大幅に低下するおそれがある。

次に、図２を参照しつつ本実施形態について説明する。本実施形態においては、ガラス基板１０表面近傍にレンズ焦点位置５を設け、かつＮＡを０．４以上とすることで、割断開始部１の初期クラック５０の寸法を小さくできる。すなわち、図２に表すように、例えば、ＮＡが０．４以上のレンズ２０を用いて、ガラス基板１０表面から浅い位置に、レーザ光Ｌを照射する。ここで、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置５までの距離Ｄ１は、例えば、１０〜２０マイクロメータであり、図３の比較例よりも小である（Ｄ２＞Ｄ１）。

また、この結果としてマイクロクラックの成長方向が抑制されるので、初期クラック５０の寸法をさらに小とできる。一方、高ＮＡのレンズ２０を用いているので、焦点深度が小さく、集光径φを小さくできる。この集光径φは例えば、１０マイクロメータであり、図３の比較例よりも小さい。そのため、割断開始部１には、例えば、２５マイクロメータ以下の小さい初期クラック５０が得られる。

このように初期クラック５０の寸法を小さくすることにより、その後の割断工程（図１のステップＳ１１０）において、ガラス基板を進行する割断クラックの起点を狭い範囲内に規定でき、割断されたガラス基板のサイズのばらつきを抑えることができる。つまり、本具体例の場合には、初期クラック５０の寸法は０．１ミリメータ以下であるので、割断されたガラス基板のサイズのばらつきも５０マイクロメータ以下におさえることができる。

ここで、数値例を上げて説明をする。まず、ビーム広がり角（θ）を１ミリラジアンとし、対物レンズの焦点距離（ｆ）を１０ミリメータとする。レーザ光のスポットサイズ（ｄ）は、一般的にｄ＝ｆ×θで表される。この場合、スポットサイズ（ｄ）は約１０マイクロメータとなる。また、パワー密度はエネルギー０．２ミリジュールで、１×１０^１０ワット／平方センチメータとなり、ガラスの破壊限界を超えるのでクラック加工が行える。実際にはレンズ収差などを含むので、得られるパワー密度はこれより小となるので、スポットサイズの設計値をより小とすることが必要である。

また、このビーム品質が５ミリラジアン以上であるとスポットサイズ（ｄ）が例えば、５０マイクロメータ以上になるため、所望の初期クラックの寸法が得られない。

なお、ガラス基板の表面付近に集光すると初期クラックの寸法が小さくなる理由のひとつとして、熱の放散の影響が上げられる。すなわち、ガラス基板の中に集光されたレーザ光のパワーは、ガラス基板を伝搬して周囲に放散する。しかし、図３に関して前述した比較例のような場合、ガラス基板の内部にレーザ光のパワーを集光させると、ガラスの熱伝導率が低いために熱が放散されにくく、集光点を中心としてその周囲の広い範囲の温度が上昇する。その結果として、集光点を中心とした広い範囲に熱的な衝撃などが作用し、形成される初期クラックの寸法が大きくなることが推測される。

これに対して、図２に関して前述した実施形態の場合には、ガラス基板の表面近傍に集光するために、レーザ光のパワーが表面から外部に放散されやすくなる。その結果として、集光点を中心として比較的狭い範囲のみが加熱されることとなり、形成される初期クラックの寸法を小さくできると推測される。

次に、ＮＡが０．４以上である本具体例が、ＮＡがより小であり且つ第１比較例よりも小なるエネルギーで、より微少な初期クラック５０を設けることができることを、エアブレーク限界条件により説明する。

図４は、レンズのＮＡと透過エネルギーの関係を表すグラフ図である。
ここで、市販のレンズ２０、２２にレーザ光を通過させてエアーブレーク条件を求めた。

すなわち、大気中においてガラスの破壊限界よりもさらに大なるパワー密度を通過させた場合、光軸３０上の大気中においてエアブレークを生じる。図４において、透過エネルギー（ミリジュール）、横軸はレンズ２０、２２のＮＡを表す。本図よりＮＡが０．４より小となる第１比較例において透過エネルギーは急激に高くなる。一方、ＮＡが０．４以上の本具体例においては、エアブレークはより小なる透過エネルギーで生じる。この結果、第１比較例においては初期クラック５２を０．１ミリメータ以下とすることは困難である。

図５は、ガラス基板の表面からレンズ焦点位置までの距離と初期クラックの寸法の関係を表す微細構造写真である。
ここで、各写真は、ガラス基板１０の表面を表す。この各写真の略中央には、レーザ光を照射して設けた初期クラック５０が存在する。また、ＹＡＧレーザの照射エネルギーは、０．７ミリジュールである。レンズ２０のＮＡは０．４である。このレンズ２０の倍率は、５０倍である。

この際、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置５、７までの距離は、それぞれ（ａ）が０マイクロメータ、（ｂ）が１０マイクロメータ、（ｃ）が２０マイクロメータ、（ｄ）が３０マイクロメータ、（ｅ）が４０マイクロメータ、（ｆ）が５０マイクロメータ、（ｇ）が６０マイクロメータ、（ｈ）が１００マイクロメータである。

図５から、（ａ）０〜（ｅ）４０マイクロメータの範囲では、レンズ焦点位置５、７が表面から深くなるのに伴い、初期クラック５０、５２の寸法が大きくなることが分かる。さらに、表面から深くなると、初期クラック５０、５２の寸法は小さくなることが分かる。またさらに、表面から深くなると、初期クラック５２の加工点４２は表面から見えなくなり、マイクロクラック４７のみが確認できる。

特に、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置７までの距離を３０マイクロメータ以上にすると、初期クラック５２が０．１ミリメータよりも大きくなることが分かる。例えば、初期クラック５２の寸法は、（ｄ）が約１５０マイクロメータ、（ｅ）が約２００マイクロメータ、（ｆ）が約１５０マイクロメータ、（ｇ）が約１２０マイクロメータ、（ｈ）が約１２０マイクロメータである。

これに対して、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置５までの距離を（ｂ）１０あるいは（ｃ）２０マイクロメータと浅くすることで、初期クラック５０の寸法を、例えば、（ｂ）が約２０マイクロメータ及び（ｃ）が約４０マイクロメータと０．１ミリメータ以下にすることができる。
一方、この距離が、（ｂ）１０マイクロメータ以内であると、初期クラック５０が発生しない場合もある。

本実施形態によれば、表面近傍でレーザ光Ｌを集光させるので、初期クラック５０の寸法を小さくできる。これにより、割断開始部１の加工精度を向上させることができる。
以上、本実施形態に係るレーザ加工方法について説明した。

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図６は、本実施形態に係るレーザ加工装置を例示する模式断面図である。すなわち、図６（ａ）は、本実施形態に係るレーザ加工装置を表す模式断面図であり、図６（ｂ）は、加工部周辺を表す模式平面図である。

図６（ａ）に表すように、本実施形態の加工装置は、第２レーザ光Ｌ２を照射する第２レーザ発振器５５と、第１ミラー６０と、対物レンズ６５と、ガルバノミラー７０と、第２ミラー７５と、冷却器８０と、第１レーザ光Ｌ１を照射する第１レーザ発振器８５と、レンズ２０と、固定バー９０と、ＸＹステージ９５と、を有する。

ＸＹステージ９５の縁には、ガラス基板１０上に設定される割断予定線１００に対して平行な固定バー９０が設けられている。ＸＹステージ９５に対して略垂直方向には、第１レーザ発振器８５が設けられている。ＸＹステージ９５と第１レーザ発振器８５との間には、ＮＡが０．４以上のレンズ２０が設けられている。第１レーザ発振器８５から離れたＸＹステージ９５の上には、冷却器８０が設けられている。冷却器８０を挟んで第１レーザ発振器８５の対向方向には、第２ミラー７５が設けられている。第２ミラー７５を挟んで第１レーザ発振器８５の対向方向には、第２レーザ光Ｌ２を走査するためのガルバノミラー７０が設けられている。ガルバノミラー７０を挟んでＸＹステージ９５に対向する方向には、第１ミラー６０が設けられている。ガルバノミラー７０と第１ミラー６０の間には、対物レンズ６５が設けられている。第１ミラー６０を挟んで第２ミラー７５の対向方向には、第２レーザ発振器５５が設けられている。

ここで、ガラス基板１０上を走査して加熱する第２レーザ光Ｌ２と、ガラス基板１０を冷却する冷却器８０と、は相対的に固定されており、ＸＹステージ９５は、第２レーザ発振器５５と第１レーザ発振器８５との間を往復運動する。しかし、割断時において、このＸＹステージ９５は、レーザ発振器５５から第１レーザ発振器８５に向かって矢印方向Ａに搬送される。ガラス基板１０はＸＹステージ９５上に載置して固定バー９０で固定する。

次に、このレーザ加工装置の動作について以下に説明する。
まず、例えば、ＹＡＧレーザからなる第１レーザ発振器８５から照射された第１レーザ光Ｌ１を、レンズ２０を介して、ガラス基板１０の割断開始部１に照射する。この割断開始部１は、ガラス基板１０上に設けられた割断予定線１００の端部に位置する。これにより、割断開始部１には、加工点４０とマイクロクラック４５からなる初期クラック５０が形成される（ステップＳ１００）。なおこの時、初期クラック５０は、ひとつのみではなく複数形成してもよい。例えば、ガラス基板を割断する方向に沿って１０マイクロメータの間隔で複数の初期クラック５０を形成してもよい。このように複数の初期クラック５０を一直線上に形成すると、割断クラックの進展方向をより正確に規定することが容易となる。

次に、ガラス基板１０を矢印方向Ａに移動させながら、例えば、炭酸ガスレーザからなる第２レーザ発振器５５からレーザ光Ｌ２を第１ミラー６０に照射する。第１ミラー６０で反射したレーザ光Ｌ２は、対物レンズ６５を介してガルバノミラー７０に入射する。ガルバノミラー７０で反射したレーザ光Ｌ２は、第２ミラー７５に入射する。第２ミラー７５で反射したレーザ光Ｌ２は、割断予定線１００上の割断開始部１の周辺に入射する。この際、ガルバノミラー７０は直線的に可動するので、レーザ光Ｌ２を割断予定線１００に沿って走査させることができる。これにより、レーザ光Ｌ２を用いて割断予定線１００上のある任意距離Ｌａを加熱することができる。

これと同時に、任意距離Ｌａと初期クラック５０の間に、冷却器８０を用いて例えば、冷却液体のような冷却媒体を吹き付けて冷却する。これにより、大きな引張応力が生じる。すると、初期クラック５０を起点として、第２レーザ光Ｌ２が照射されている任意領域Ｌａに向かってクラック進展領域９７が形成され、割断クラックが進展してガラス基板が割断される。このクラック進展領域９７ではマイクロクラック４５が合体して大きな割断クラックが形成される（ステップＳ１１０）。

これに対して、初期クラック５０、５２を設けないで、本実施形態と同様に、レーザ光による加熱及び冷媒による冷却により引張応力を発生させても、割断の起点となる初期クラック５０、５２がないので割断できない。

本実施形態のレーザ加工方法は、メカニカル方式のような摩耗工具を使用しない。そのため、半永久的な初期クラック５０の生成、およびガラス基板等の割断手法を導入できる。また、上述したように、表面近傍でレーザ光を集光させるだけで、小さい寸法の初期クラック５０を安定して導入できる。これにより、割断開始部１の加工精度を向上させることが可能となる。
次に、図６のレーザ加工装置を用いて割断したガラス加工品について以下に説明する。 図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るガラス加工品を表す模式平面図である。

ここでは、１辺が例えば、１メートルの正方形のガラス基板１０から、所望寸法に割断する。このガラス基板１０の厚みは約０．７ミリメータである。

まず、図７（ａ）に表すように、所望の板幅になるように割断予定線１００を設定する。そして、本実施形態のレーザ加工方法を用いて、割断予定線１００端部の割断開始部１からＢ方向に割断する。

次に、図７（ｂ）に表すように、同様に、割断予定線１００端部の割断開始部１から矢印方向Ｃに割断する。これにより、図７（ｃ）に表すように、所望寸法のガラス基板１０が得られる。本発明のレーザ加工方法によれば、割断開始部１の割断面には、初期クラック５０が形成されている。
もし、ガラス基板１０が複数のガラスを貼り合せることにより形成された基板である場合は、先ず始めに、表側のガラス基板を割断加工する等し、次に、裏面側のガラス基板を割断加工するという２段階の割断工程により、貼り合せ基板の分離が行える。本実施の形態のレーザ加工方法によれば、割断開始部１の割断面には、初期クラック５０が形成されている。

なお、ガラス基板１０の割断方法としては、「ハーフカット」や「フルカット」がある。ハーフカットとは、ガラス基板１０の下部を残して上部割断する方法である。そのため、割断を高速で行うことができる。これに対して、フルカットは、割断により完全に分離する方式であり、ハーフカットよりも割断速度は遅いが１回で割断できる。そして、本発明のレーザ加工方法は、両方の割断方法にも用いることができる。

次に、実施例及び比較例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに、詳細に説明する、
図８は、本発明の実施例に係るレーザ加工方法により形成された初期クラックを表す微細構造写真である。
また、図９は、本発明の第１比較例により形成された初期クラックを表す微細構造写真である。
また、図１０は、本発明の第２比較例により形成された初期クラックを表す微微構造写真である。
まず、本実施例に対する比較例から先に説明する。
（比較例１）
図９に表す微細構造写真は、ガラス基板１０の表面を表す。各写真の略中央には、レーザ光を照射して導入された初期クラック５２が存在する。本比較例の各写真は、以下の同一条件で導入した初期クラック５２である。すなわち、ＹＡＧレーザの照射エネルギーは、１．０ミリジュールであり、ＮＡが０．３のレンズ２２を用いてガラス基板１０に照射した。この際、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置７までの距離は、３０マイクロメータとした。

このように、加工点４２が深いと、初期クラック５２の寸法が、例えば、約１２０マイクロメータと大きくなる。そのため、割断開始部１の加工精度が低下し、割断精度不良が生じる。一方、ＹＡＧレーザを用いて導入した初期クラック５２は、いずれも同程度の寸法であり、再現性のあることが分かる。
（比較例２）
図１０に表す微細構造写真は、図９と同様に、ガラス基板１０の表面を表す。このときの初期クラック５２の形成条件は、以下のとおりである。すなわち、ＹＡＧレーザの照射エネルギーは０．３ミリジュールであり、ＮＡが０．４のレンズ２２を使用してガラス基板１０に照射した。このレンズ２２は、倍率が５０倍の赤外レンズである。この際、ガラス基板１０の表面からレンズ焦点位置７までの距離は、図９と同様に３０マイクロメータである。この結果、レンズ２２のＮＡが大であるにも拘わらず、加工点４２が深いため、初期クラック５２の寸法が、例えば、約２００マイクロメータと大きくなることが分かる。したがって、割断開始部１の加工精度が低下し、割断精度不良が生じる。

これに対して、本実施例によれば、表面近傍でレーザ光を集光させるので、初期クラック５０の寸法を小さくできる。
（実施例）
すなわち、図８に表すように、本実施例では、０．７ミリジュールの照射エネルギーを有するＹＡＧレーザを用いて、ガラス基板１０の端部にレーザ光を照射した。ここで、ＮＡが０．９のレンズ２０を用いた。ガラス基板１０表面からレンズ焦点位置５の距離は、１０マイクロメータである。この際、矢印方向Ｂに１０マイクロメータの間隔でレーザ光を５ショット照射した。このように、ＮＡを大とし、加工点４０を浅くすることで、約５０マイクロメータ以下の初期クラック５０が導入できた。また、初期クラック５０を等間隔に設けることで、より正確な方向に割断できることが分かった。

以上、本実施形態によれば、表面近傍に小さな初期クラック５０を導入することで、初期クラック５０の寸法を小さくでき、割断開始部１の加工精度を向上させることができる。

本実施形態のレーザ加工方法によるガラス加工品は、例えば、図１１に表すようなＬＣＤ（液晶表示装置）１２０や、図示しない携帯電話あるいはノートパソコンなどに搭載される。ここで、ガラス加工品とは、本実施の形態等のレーザ加工方法を用いて加工された脆性材料の加工品の一例である。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、本実施形態のレーザ加工方法はＬＣＤ用のガラス基板を用いて説明したが、これには限定せず、ＰＤＰ（Plasma Display Panel)用のガラス基板を用いても同様の効果が得られる。すなわち、このＰＤＰ用のガラス基板は、ＬＣＤよりも、熱膨張率が高い。そのため、初期クラックが大きくなりやすい。しかし、ＮＡを大としレンズ焦点位置等を浅くすることで、小さい初期クラックを安定的に形成できる。

また、本実施形態に用いた冷却媒体には冷却液体を用いたが、これには限定せず、冷媒ガスを用いても同様の効果が得られる。
また、本発明のレーザ加工方法において、初期クラックの形成方法、レーザ光の走査方法、レーザ加工装置を構成する各要素などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。

本発明の実施形態であるレーザ加工方法を表すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の要部を表す模式断面図である。 第１比較例を表す模式断面図である。 レンズのＮＡと透過エネルギーの関係を表すグラフ図である。 ガラス基板の表面からレンズ焦点位置までの距離と初期クラックの寸法の関係を表す微細構造写真である。 本実施形態に係るレーザ加工装置を例示する模式断面図である。 本実施形態に係るガラス加工品を表す模式平面図である。 本発明の実施例に係るレーザ加工方法による初期クラックを表す微細構造写真である。 本発明の第２比較例による初期クラックを表す微細構造写真である。 本発明の第３比較例に係るレーザ加工方法による初期クラックを表す微細構造写真である。 図７のガラス加工品を搭載する液晶表示装置を表す模式図である。

符号の説明

１割断開始部、５、７ レンズ焦点位置、１０ ガラス基板、２０、２２ レンズ、３０ 光軸、４０、４２ 加工点、４５、４７ マイクロクラック、５０、５２ 初期クラック、５５ 第２レーザ発振器、６０ 第１ミラー、６５ 対物レンズ、７０ ガルバノミラー、７５ 第２ミラー、８０ 冷却器、８５ 第１レーザ発振器、９０ 固定バー、９５ ＸＹステージ、９７ クラック進展領域、１００ 割断予定線、１２０ 液晶表示装置

Claims (13)

1. 被加工物の表面近傍に第１レーザ光を集光させて初期クラックを形成し、
   前記初期クラックを起点として前記被加工物に割断クラックを進展させて、前記被加工物を割断することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記初期クラックおよびその周辺に第２レーザ光を照射して加熱し、しかる後に前記第２レーザ光の照射位置を移動させつつ前記第２レーザ光が照射された領域に冷却媒体を吹き付けて冷却することにより前記初期クラックを起点として前記被加工物に前記割断クラックを進展させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記第１レーザ光は、レンズを用いて集光され、前記第１レーザ光を集光する前記レンズの焦点位置は、前記被加工物の表面から１０マイクロメータ以上２０マイクロメータ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記第１レーザ光は、レンズを用いて集光され、このレンズの開口数は、０．４以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
5. 前記第１レーザ光は、可視領域から近赤外領域の波長を有し、パルス幅が２０ナノメータ以下であり、ビーム品質が５ミリラジアン以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
6. 前記被加工物は、脆性材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
7. 第１レーザ光を照射する第１レーザ発振器と、
   被加工物を載置し、または移動させるステージと、
   前記第１レーザ光を、前記被加工物の表面近傍に集光するレンズと、
   第２レーザ光を照射する第２レーザ発振器と、
   前記第２レーザ光を、前記被加工物上に導く第１光学手段と、
   前記被加工物上を局部的に冷却する冷却器と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
8. 前記レンズの開口数は、０．４以上であることを特徴とする請求項７記載のレーザ加工装置。
9. 前記第１レーザ光可視領域から近赤外領域の波長を有し、パルス幅が２０ナノメータ以下であり、ビーム品質が５ミリラジアン以下であることを特徴とする請求項７または８に記載のレーザ加工装置。
10. 前記第１レーザ光を集光する前記レンズの焦点位置は、前記被加工物の表面から１０マイクロメータ以上２０マイクロメータ以下であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
11. 前記ステージは、前記レンズ、前記第１光学手段及び前記冷却器に対して移動可能とされたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
12. 一表面からの距離が１０マイクロメータ以上２０マイクロメータ以下の位置に初期クラックの加工点を有し、前記初期クラックを起点として前記一表面に対してほぼ垂直方向の分離面を有することを特徴とする脆性材料の加工品。
13. 前記初期クラックの前記加工点は、ほぼ直線状に配置された複数個からなり、
    前記分離面は複数個の前記初期クラックを含むことを特徴とする請求項１２記載の脆性材料の加工品。