JP2015511572A - 強化ガラスの分離のための方法及び装置並びにこれにより生成された製品 - Google Patents

Abstract

基板を分離するための方法及び装置が開示され、分離された基板から形成される製品も開示される。主面と、その内部にある引っ張り領域と、主面と引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板を分離する方法においては、基板内にガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、基板の第１の部分が修正応力ゾーン内にあるようにし、修正応力ゾーン内の基板の部分は第１の部分の初期応力とは異なる修正応力を有する。第１の主面にベントクラックも形成される。基板をガイド経路に沿って分離するようにベントクラック及び修正応力ゾーンが構成される。

Description

発明の背景

本発明の実施形態は、概して、ガラスの基板を分離するための方法に関するものであり、特に強化ガラス基板を分離するための方法に関するものである。また、本発明の実施形態は、ガラスの基板を分離するための装置及びガラスの基板から分離されたガラス片に関するものである。

化学的に強化された基板や熱的に強化された基板のような薄い強化ガラス基板は、強度及びダメージ耐性に優れているため、家庭用電子機器において幅広く応用されている。例えば、そのようなガラス基板をＬＣＤやＬＥＤディスプレイ、携帯電話に組み込まれるタッチアプリケーション、テレビやコンピュータモニタなどのディスプレイ、その他様々な電子機器のためのカバー基板として用いることができる。製造コストを下げるために、単一の大きなガラス基板上に複数の素子のために薄膜パターニングを行い、その大きなガラス基板を種々の切断技術を用いて複数の小さなガラス基板に切断又は分離することにより、家庭用電子機器において用いられるそのようなガラス基板を形成することが望まれることがある。

しかしながら、中央の引っ張り領域内に蓄積される圧縮応力及び弾性エネルギーが大きいことにより、化学的強化ガラス基板又は熱的強化ガラス基板の切断又は仕上げが難しくなることがある。圧縮応力の高い表面の層及び深い層により、従来のスクライブと曲げのプロセスと同様にガラス基板を機械的にスクライブすることが難しくなる。さらに、中央の引っ張り領域の蓄積弾性エネルギーが十分に高い場合には、圧縮応力のかかった表面層を貫通する際にガラスが爆発的に壊れることがある。その他の場合においては、弾性エネルギーが放出されることにより破損が生じて所望のガイド経路からずれてしまうことがある。したがって、強化ガラス基板を分離するための別の方法に対する需要が存在する。

本明細書において述べられる一実施形態は、第１の主面と、上記基板の内部にある引っ張り領域と、上記第１の主面と上記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板を用意し、上記基板の第１の部分は初期応力を有し、上記基板内にガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、上記基板の上記第１の部分が上記修正応力ゾーン内にあるようにし、上記修正応力ゾーン内の上記基板の上記部分は上記初期応力とは異なる修正応力を有し、上記修正応力ゾーンの形成後に、上記第１の主面にベントクラックを形成し、上記ベントクラックの形成時に上記基板が上記ガイド経路に沿って分離可能となるように上記ベントクラック及び上記修正応力ゾーンが構成される方法として例示的に特徴付けることができる。

本明細書において述べられる他の実施形態は、第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面と、上記第１の主面から上記第２の主面に延びる端面と、上記基板の内部にある引っ張り領域と、上記第１の主面と上記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板を用意し、上記基板の一部は初期応力を有し、上記基板を支持するように構成されている支持部材に上記第１の主面及び上記第２の主面の少なくとも一方を接触させ、上記第１の主面及び上記第２の主面の上記少なくとも一方の上記端面に隣接する部分が上記支持部材から離間しており、上記端面まで延びるガイド経路に揃えられたベントクラックを上記第１の主面に形成し、上記ベントクラックの形成後に、上記基板内に上記ガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、上記基板の上記一部が上記修正応力ゾーン内にあるようにし、上記修正応力ゾーン内の上記基板の上記一部は上記初期応力とは異なる修正応力を有し、上記修正応力ゾーンの形成時に上記基板が上記ガイド経路に沿って分離可能となるように上記ベントクラック及び上記修正応力ゾーンが構成される方法として例示的に特徴付けることができる。

本明細書において述べられるさらに他の実施形態は、第１の主面と、上記基板の内部にある引っ張り領域と、上記第１の主面と上記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板であって、その一部が初期応力を有する基板を分離するための装置として例示的に特徴付けることができる。この装置は、上記基板内にガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、上記基板の上記一部が上記修正応力ゾーン内にあるようにし、上記基板の上記一部が上記初期応力とは異なる修正応力を有するように構成される応力修正システムと、上記第１の主面にベントクラックを形成するように構成されるベントクラック発生システムと、上記応力修正システム及び上記ベントクラック発生システムに連結されるコントローラとを備え得る。このコントローラは、上記基板が上記ガイド経路に沿って分離可能となるように、上記ガイド経路に沿って延びる上記修正応力ゾーンを形成し、上記第１の主面に上記ベントクラックを形成するように、上記応力修正システム及び上記ベントクラック発生システムを制御するための指令を実行するように構成されるプロセッサを含むことができる。また、上記コントローラは、上記指令を格納するように構成されるメモリを含むことができる。

本明細書において述べられるさらに他の実施形態は、本明細書において述べられるいずれかの方法により生成される強化ガラス片を備えた製品として例示的に特徴付けることができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態により分離可能な強化ガラス基板を示す上面図及び断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態により分離可能な強化ガラス基板を示す上面図及び断面図である。 図２Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに関して例示的に述べられる基板内に修正応力ゾーンを形成するプロセスの一実施形態を示す平面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示される修正応力ゾーンを形成する一実施形態を示す断面図である。 図３は、基板内の図２Ａに示されるIII−III線断面における例示的な応力分布を示すグラフである。 図４は、基板内の図２Ａに示されるIV−IV線断面における例示的な応力分布を示すグラフである。 図５及び図６は、図２に示される修正応力ゾーンに沿って基板を分離するプロセスの一実施形態を示す断面図である。 図５及び図６は、図２に示される修正応力ゾーンに沿って基板を分離するプロセスの一実施形態を示す断面図である。 図７は、図２Ａ〜図６に関して例示的に述べられるプロセスを行うように構成された装置の一実施形態を模式的に示すものである。

図示された実施形態の詳細な説明

以下、本発明の例示の実施形態が示されている添付図面を参照しながら本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で述べる実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、完全なものですべてを含み、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。図面においては、理解しやすいように、層や領域のサイズや相対的なサイズが誇張されている場合がある。

以下の説明では、図面において示される複数の図を通して、同様の参照記号は同様の又は対応する部材を示している。本明細書において使用されているように、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに特に示す場合を除き、「上面」、「底面」、「外方」、「内方」などは、便宜上の言葉であり、限定する趣旨の用語として解釈されないことも理解できよう。加えて、あるグループが、グループ内の要素の少なくとも１つ又はその組み合わせを「備える」というときは、そのグループは、別々に又は互いの組み合わせで記載された要素を任意の数だけ備えていてもよく、その任意の数の要素から実質的に構成されていてもよく、あるいはその任意の数の要素から構成されていてもよい。同様に、あるグループが、グループ内の要素の少なくとも１つ又はその組み合わせ「から構成される」というときは、そのグループは、別々に又は互いの組み合わせで記載される任意の数の要素から構成され得る。特に示す場合を除き、記載された数値の範囲は、その間の任意のサブレンジとともに、その範囲の上限及び下限の双方を含むものである。

概して図面を参照すると、特定の実施形態を述べるために図示がなされており、本開示又は添付した特許請求の範囲を限定することを意図しているものではないことが理解できよう。図面は必ずしも縮尺が正しいとは限らず、ある特徴や図面中の図が、縮尺を誇張して示されているか、明確かつ簡潔にするために模式的に示されていることがある。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態における分離可能な強化ガラス基板を示す上面図及び断面図である。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、強化ガラス基板１００（本明細書においては単に「基板」ともいう）は、第１の主面１０２と、この第１の主面とは反対側の第２の主面１０４と、端面１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂとを含んでいる。一般的に、端面１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂは、第１の主面１０２から第２の主面１０４に延びている。平面図で見ると、基板１００は本質的に正方形であるように図示されているが、平面図で見たときに基板１００が任意の形状を有していてもよいことは理解できよう。基板１００は、これに限定されるわけではないが、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなど、又はこれらの組み合わせをはじめとするガラス組成から形成され得る。本明細書において述べられる実施形態により分離された基板１００は、イオン交換化学強化プロセス、熱焼き戻し（thermal tempering）など、又はこれらの組み合わせといった強化プロセスにより強化され得る。本明細書における実施形態は、化学強化ガラス基板について述べられるが、本明細書において例示的に述べられる実施形態によって他の種類の強化ガラス基板を分離してもよいことを理解すべきである。一般的に、基板１００は、２００μｍよりも大きく１０ｍｍよりも小さい厚さｔを有し得る。一実施形態においては、厚さｔは５００μｍから２ｍｍの範囲にあり得る。他の実施形態においては、厚さｔは６００μｍから１ｍｍの範囲にあり得る。しかしながら、厚さｔが１０ｍｍよりも大きくてもよく、あるいは２００μｍよりも小さくてもよいことは理解されよう。

図１Ｂを参照すると、基板１００の内部１１０は、圧縮領域（例えば、第１の圧縮領域１１０ａ及び第２の圧縮領域１１０ｂ）と引っ張り領域１１０ｃとを含んでいる。基板１００の圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂ内の部分は、ガラス基板１００に強度を与える圧縮応力状態に維持される。基板１００の引っ張り領域１１０ｃ内の部分には、圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂにおける圧縮応力を補償する引っ張り応力がかかっている。一般的に、内部１１０の圧縮力及び引っ張り力は互いに相殺して基板１００の最終的な応力はゼロになる。

例示的に示されるように、第１の圧縮領域１１０ａは、第１の主面１０２から第２の主面１０４に向かって距離（又は深さ）ｄ１だけ延びており、このため厚さ（又は「層深さ（ＤＯＬ）」）ｄ１を有している。一般的に、ｄ１を、基板１００の物理的な表面から応力がゼロになる内部１１０の点までの距離として定義することができる。また、第２の圧縮領域１１０ｂのＤＯＬ（例えば、図３及び図４に示されるｄ２参照）はｄ１に等しくなり得る。引っ張り領域１１０ｃの厚さ（例えば、図３及び図４に示されるｄ３参照）はｔ−（ｄ１＋ｄ２）に等しくなり得る。

基板１００の組成や基板１００を強化するために用いた化学的及び／又は熱的プロセスなどのプロセスパラメータ（これらすべては当業者に周知である）によって、ｄ１は一般的に１０μｍよりも大きくなり得る。一実施形態においては、ｄ１は２０μｍよりも大きい。一実施形態においては、ｄ１は４０μｍよりも大きい。他の実施形態においては、ｄ１は５０μｍよりも大きい。さらなる実施形態においては、ｄ１は１００μｍよりも大きくなり得る。ｄ１を１０μｍ未満とした圧縮領域を生成するために任意の方法で基板１００を用意できることは理解されよう。図示された実施形態においては、引っ張り領域１１０ｃは、端面１０６ａ及び１０６ｂ（加えて端面１０８ａ及び１０８ｂ）から延びている。しかしながら、他の実施形態においては、付加的な圧縮領域が端面１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂに沿って延びていてもよい。このように、圧縮領域が合わさって、基板１００の表面から基板１００の内部に延びる圧縮応力外側領域を形成し、引っ張り状態にある引っ張り領域１１０ｃはこの圧縮応力外側領域により囲まれることとなる。

上述したプロセスパラメータに応じて、第１の主面１０２と第２の主面１０４のそれぞれで、あるいはその近傍（すなわち１００μｍ以内）で、圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂ内の圧縮応力の大きさが測定され、これは６９ＭＰａよりも大きくなり得る。例えば、実施形態によっては、圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂ内の圧縮応力の大きさが１００ＭＰａよりも大きく、２００ＭＰａよりも大きく、３００ＭＰａよりも大きく、４００ＭＰａよりも大きく、５００ＭＰａよりも大きく、６００ＭＰａよりも大きく、７００ＭＰａよりも大きく、８００ＭＰａよりも大きく、９００ＭＰａよりも大きく、あるいは１ＧＰａよりも大きくなり得る。引っ張り領域１１０ｃ内の引っ張り応力の大きさは次式により得ることができる。

ここで、ＣＴは基板１００内の中央張力であり、ＣＳはＭＰａで表される圧縮領域内の最大圧縮応力であり、ｔはｍｍで表される基板１００の厚さであり、ＤＯＬはｍｍで表される圧縮領域の層の深さである。

本発明の実施形態により分離可能な基板１００について例示的に述べてきたが、次に基板１００を分離する例示的な実施形態について述べる。これらの方法を実施する際には、ガイド経路１１２のようなガイド経路に沿って基板１００を分離することができる。ガイド経路１１２は直線上を延びるように図示されているが、ガイド経路１１２の全部又は一部が曲線に沿って延びていてもよいことは理解できよう。例示的に図示されるように、ガイド経路１１２は端面１０６ａ及び１０６ｂに延びている。

図２Ａから図６は、概して、基板１００のような強化ガラス基板を分離するプロセスの一実施形態を示すものである。このプロセスでは、基板１００に１以上の修正応力ゾーン（modified stress zone）を形成した後、基板１００を修正応力ゾーンに沿って分離する。一般に、ガイド経路１１２に沿って基板１００内に延びるように修正応力ゾーンを形成することができる。修正応力ゾーン内の基板１００の一部には、修正応力ゾーンの外側にある修正応力ゾーンに隣接する基板の隣接領域とは異なる応力がかかる。このため、修正応力ゾーンが形成される前には、初期応力（例えば初期引っ張り応力又は初期圧縮応力）が基板１００の一部にかかる。しかしながら、修正応力ゾーンが形成された後には、初期応力（preliminary stress）とは異なる修正応力が修正応力ゾーン内の基板１００の一部にかかり得る。初期応力が引っ張り応力（すなわち初期引っ張り応力）である場合、修正応力は、初期引っ張り応力よりも大きな引っ張り応力（すなわち修正引っ張り応力）となり得る。同様に、初期応力が圧縮応力（すなわち初期圧縮応力）である場合、修正応力は、初期圧縮応力よりも大きな圧縮応力（すなわち、修正圧縮応力）となり得る。修正応力ゾーンの形成後、基板１００の主面にベントクラックを形成することができる。以下により詳細に述べるように、ベントクラックの形成時にガイド経路１１２に沿って基板１００が分離可能となるように、ベントクラック及び修正応力ゾーンを構成することができる。

図２Ａは修正応力ゾーンの一実施形態を示す上面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示される修正応力ゾーンを形成する一実施形態を示す断面図である。図３は、基板内の図２Ａに示されるIII−III線断面における例示的な応力分布を示すグラフであり、このIII−III線は修正応力ゾーン２００の外側に位置している。したがって、図３に示される応力分布グラフは、修正応力ゾーン２００の形成前における基板内の図２Ａに示されるIV−IV線断面における応力分布を示すものでもある。図４は、修正応力ゾーン２００が形成された後における基板内の図２Ａに示されるIV−IV線の断面における例示的な応力分布を示すグラフである。

図２Ａを参照すると、修正応力ゾーン２００のような修正応力ゾーンは、図１Ａに示されるガイド経路１１２に沿って基板１００内を延びるように形成され得る。基板１００の加熱、基板１００の冷却、基板１００への曲げモーメントの印加など、又はこれらの組み合わせにより修正応力ゾーン２００を形成することができる。図２Ａに示されるように、幅ｗ１を有するものとして修正応力ゾーンを特徴付けることができる。本明細書において使用されるように、ｗ１は、ガイド経路１１２に実質的に直交する方向に沿って測定され、ｗ１の大きさは、修正応力がある最大修正応力の閾値内にある基板内の修正応力ゾーン２００内の領域間の距離に対応するものである。ある実施形態では、この閾値は、最大修正応力の５％以上、最大修正応力の１０％以上、最大修正応力の２０％以上、最大修正応力の３０％以上、最大修正応力の４０％以上、最大修正応力の５０％以上、最大修正応力の６０％以上、あるいは最大修正応力の５％未満であり得る。ｗ１は、基板１００の加熱方法、冷却方法、曲げ方法などによる影響を受け得ることは理解されよう。

図２Ｂを参照すると、本明細書においては、修正応力ゾーン２００内に位置する圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂの部分を修正圧縮領域１１０ａ'及び１１０ｂ'とそれぞれ呼び、修正応力ゾーン２００内に位置する引っ張り領域１１０ｃの部分を修正引っ張り領域１１０ｃ'と呼ぶ。図３及び図４に示されるように、修正応力ゾーン２００を形成することにより、圧縮領域１１０ａ及び１１０ｂ内で初期圧縮応力ＣＳ（１）（図３参照）から修正圧縮応力ＣＳ（２）（図４参照）に応力の修正が生じる。同様に、修正応力ゾーン２００を形成することにより、引っ張り領域１１０ｃ内で初期引っ張り応力ＣＴ（１）（図３参照）から修正引っ張り応力ＣＴ（２）（図４参照）に応力の修正が生じる。一般に、ＣＳ（２）はＣＳ（１）よりも大きく、ＣＴ（２）はＣＴ（１）よりも大きい。ある実施形態では、ＣＳ（２）は、ＣＳ（１）よりも５％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも１０％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも２０％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも３０％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも４０％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも５０％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも１００％以上大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも５％未満だけ大きくてもよく、あるいはＣＳ（１）よりも１００％を超えて大きくてもよい。同様に、ＣＴ（２）は、ＣＴ（１）よりも５％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも１０％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも２０％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも３０％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも４０％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも５０％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも１００％以上大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも５％未満だけ大きくてもよく、あるいはＣＴ（１）よりも１００％超えて大きくてもよい。

基板１００を加熱することにより修正応力ゾーン２００を形成する場合、第１の主面１０２及び／又は第２の主面１０４（本明細書においては、それぞれを総称して基板１００の「主面」という）が基板１００のガラス転移温度よりも低い温度に加熱されるように基板１００を加熱してもよい。ある実施形態では、基板の主面は、基板１００のガラス転移温度の７０％以上の温度に、あるいは基板１００のガラス転移温度の８０％以上の温度に、あるいは基板１００のガラス転移温度の９０％以上の温度に加熱される。一実施形態においては、基板１００の主面が約６５０℃の温度に加熱される。レーザ光のビーム２０２を基板１００上に照射することにより、あるいは熱学的に基板１００の近くにヒータ（例えば、白熱電球、セラミックヒータ、石英ヒータ、石英タングステンヒータ、カーボンヒータ、ガス燃焼ヒータ、半導体ヒータ、マイクロヒータ、ヒータコアなど、又はこれらの組み合わせ）を配置することにより、あるいはこれと似た方法により、あるいはこれらの組み合わせにより基板１００を加熱してもよい。

図示された実施形態においては、１つのレーザ光ビーム２０２が基板１００上に照射される。しかしながら、他の実施形態では、２つ以上のレーザ光ビーム２０２を基板１００上に照射してもよい。例えば、レーザ光ビームのうちの２つ以上のビームを基板１００の同一の主面上に、あるいは基板１００の異なる主面上に、あるいはこれらを組み合わせて照射してもよい。２つ以上のレーザ光ビームを基板１００上に照射する場合に、ガイド経路１１２に垂直な方向、あるいはこれに対して斜めの方向、あるいはこれに平行な方向に揃えられた位置で、ビームのうちの２つ以上のビームを基板１００上に照射してもよい。

図示された実施形態においては、ガイド経路１１２に沿って（例えば、図１Ａで示される点Ａと点Ｂとの間で）少なくとも１回基板１００に対してレーザ光ビーム２０２が走査される。一般に、２点間でガイド経路１１２に沿って１ｍ／ｓ以上の走査速度でビーム２０２を走査することができる。他の実施形態では、２点間でガイド経路１１２に沿って２ｍ／ｓよりも速い走査速度でビーム２０２を走査する。しかしながら、２点間でガイド経路１１２に沿って１ｍ／ｓ未満の走査速度でビーム２０２を走査してもよいことは理解できよう。図示されているように、点Ａは、第１の主面１０２が端面１０６ｂと交わる縁部に位置しており、点Ｂは、第１の主面１０２が端面１０６ｂと交わる縁部に位置している。これらの点の一方又は双方が、図示された位置とは異なる位置にあってもよいことは理解できよう。例えば、点Ｂが縁部１０６ａに位置していてもよい。ファクターの中でも特にビーム２０２により生成される基板１００上のスポット２０４のサイズ及び形状によっては、ビーム２０２を基板１００に対して静止させてもよい。

一般的に、レーザ光ビーム２０２は、ビーム２０２が第１の面１０２を通過し、その後第２の面１０４を通過するように、光路に沿って基板上に照射される。レーザ光ビーム２０２内の光は、ガラス厚さｈを通してレーザエネルギーが強く吸収され、これにより基板１００を加熱するように強化ガラス基板１００に熱エネルギーを与えるのに好適な少なくとも１つの波長を有していてもよい。例えば、ビーム２０２内の光は２μｍよりも長い波長の赤外光を含み得る。一実施形態においては、ビーム２０２は、ＣＯ₂レーザ源により生成され、約９．４μｍから約１０．６μｍの波長を有していてもよい。あるいは、ビーム２０２は、ＣＯレーザ源により生成され、約５μｍから約６μｍの波長を有していてもよい。あるいは、ビーム２０２は、ＨＦレーザ源により生成され、約２．６μｍから約３．０μｍの波長を有していてもよい。あるいは、ビーム２０２は、エルビウムＹＡＧレーザにより生成され、約２．９μｍの波長を有していてもよい。一実施形態においては、ビーム２０２を生成するレーザ源が、連続波モードで動作されるＤＣ直流レーザ源であってもよい。他の実施形態においては、ビーム２０２を生成するレーザ源が、約５ｋＨｚから約２００ｋＨｚの範囲内においてパルスモードで動作可能なＲＦ励起レーザ源であってもよい。レーザ源が動作されるパワーは、基板１００の厚さや基板１００の表面積などに依存し得る。ビーム２０２内の光の波長によっては、数十ワットから数百又は数千ワットの範囲にあるパワーでレーザ源を動作させることがある。

一般的に、スポットサイズやスポット強度、フルエンスなど、あるいはこれらの組み合わせなどの他のパラメータに加えて、上述した波長やパルス持続時間、繰り返し率、パワーなどのビーム２０２のパラメータ（本明細書においては「ビームパラメータ」ともいう）は、（第１の主面１０２上で基板１００のアブレーション又は蒸発を引き起こす可能性のある）好ましくない基板１００の過熱を避けるのに十分なほどの強度及びフルエンスをビーム２０２が第１の主面１０２上のスポット２０４で有するように選択され得る。一実施形態においては、スポット２０４は、長軸が約５０ｍｍ、短軸が約５ｍｍの楕円形状を有していてもよい。しかしながら、スポット２０４が任意のサイズを有していてもよく、任意の形状（例えば、円形状、線状、正方形状、台形状など、又はこれらの組み合わせ）であってもよいことは理解できよう。

幅ｗ１のような修正応力ゾーンパラメータ、修正応力ゾーン内の最大修正応力、基板１００の厚さ方向に沿った最大修正応力の位置などは、１以上の加熱パラメータ、冷却パラメータ、曲げパラメータ、及び／又は上述したビームパラメータを調整することにより選択することができる。加熱パラメータの例としては、基板１００が加熱される温度、加熱される基板１００の面積、加熱との関係における冷却機構の利用など、又はこれらの組み合わせが挙げられる。

図５及び図６は、図２に示される修正応力ゾーンに沿って基板を分離するプロセスの一実施形態を示す断面図である。

一実施形態においては、基板１００が修正応力ゾーン２００に沿って自発的に分離するのを確実に防ぐように、上述したガイド溝パラメータを選択することができる。そのような実施形態では、修正応力ゾーン２００が形成された後に、１以上の付加的なプロセスを行って基板１００にベントクラックを形成することができる。ベントクラックが形成される際に基板１００がガイド経路１１２に沿って確実に分離されるようにそのようなベントクラックの幅、深さ、サイズなどが（例えば、この１以上の付加的なプロセスのパラメータに基づいて）選択及び／又は調整され得る。このように、ベントクラックの形成時にガイド経路１１２に沿って基板１００が分離可能となるように、ベントクラック及び修正応力ゾーン２００を構成することができる。ベントクラックは任意の方法で形成することができる。例えば、基板１００上へのレーザ放射により、あるいは基板１００に機械的な衝撃を与えることにより、あるいは基板１００を化学的にエッチングすることにより、あるいは基板１００を冷却することにより、あるいはこれと似た方法により、あるいはこれらの組み合わせによりベントクラックを形成することができる。

基板１００上にレーザ放射を照射することによりベントクラックを形成する際には、そのレーザ放射は、１００ｎｍよりも長い少なくとも１つの波長を有し得る。一実施形態においては、レーザ放射は、１１μｍよりも短い少なくとも１つの波長を有し得る。例えば、レーザ放射は、３０００ｎｍよりも短い少なくとも１つの波長を有し得る。他の実施形態では、レーザ放射は、２６６ｎｍ、５２３ｎｍ、５３２ｎｍ、５４３ｎｍ、７８０ｎｍ、８００ｎｍ、１０６４ｎｍ、１５５０ｎｍ、１０.６μｍなどからなる群より選択される少なくとも１つの波長を有している。一実施形態においては、修正応力ゾーン２００内に又は修正応力ゾーン２００の外側に、あるいはこれら両方にレーザ放射を照射することができる。同様に、レーザ放射を基板１００の主面の縁部に又は主面の縁部から離れた位置に照射することができる。一実施形態においては、レーザ放射は、基板１００の外側に位置するビームウェスト又は基板１００のいずれかの部分と少なくとも部分的に一致するビームウェストを有し得る。他の実施形態においては、２０１２年２月２８日に提出された「METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATION OF STRENGTHENED GLASS AND ARTICLES PRODUCED THEREBY」という表題の米国仮出願第６１／６０４，３８０号（代理人書類番号Ｅ１２９：Ｐ１）に例示的に述べられているように、ベントクラックを形成するためにレーザ放射を用いることができる。基板１００に機械的な衝撃を与えることによりベントクラックを形成する場合には、任意の好適な方法（例えば、打撃、研削、切断など、又はこれらの組み合わせ）により基板１００の一部を除去することができる。基板１００を化学的にエッチングすることによりベントクラックを形成する場合には、エッチャント（例えば、ドライエッチャント、ウェットエッチャントなど、又はこれらの組み合わせ）に接触させて基板１００の一部を除去することができる。基板１００を冷却することによりベントクラックを形成する場合には、基板１００の一部をヒートシンク（例えば、基板上に冷却材を噴出可能なノズルなど又はこれらの組み合わせ）に接触させることができる。

他の実施形態では、ベントクラックを、基板１００の一部を除去することにより形成されるものとして特徴付けることができる。図５を参照すると、基板１００の一部を除去してガイド経路１１２に沿って起点溝５００のような起点溝（initiation trench）を形成することによって一実施形態におけるベントクラックを形成することができる。このように、起点溝５００を修正応力ゾーン２００に揃えることができる。しかしながら、他の実施形態においては、起点溝５００が修正応力ゾーン２００に揃わないようにガイド経路１１２から起点溝５００を離間させることができる。そのような実施形態においては、起点溝５００は、それでもガイド経路１１２の十分に近くに位置しており、修正応力ゾーン２００に伝播し得るクラックの起点となる。起点溝５００の幅は、修正応力ゾーン２００の幅ｗ１よりも大きくても、小さくても、あるいは等しくてもよい。例示的に示されているように、（例えば、図１Ａに示されるガイド経路１１２に沿って測定される）起点溝５００の長さは、（例えば、同じくガイド経路１１２に沿って測定される）修正応力ゾーン２００の長さよりも短い。しかしながら、他の実施形態においては、起点溝５００の長さが修正応力ゾーン２００の長さ以上であってもよい。

例示的に図示されるように、下面４０２が修正引っ張り領域１１０ｃ'まで延びるように、起点溝５００は深さｄ４まで延びている。しかしながら、他の実施形態においては、起点溝５００が、ほとんど修正引っ張り領域１１０ｃ'まで延びていてもよく、あるいは修正圧縮領域１１０ａ'と修正引っ張り領域１１０ｃ'との間の境界まで延びていてもよい。深さｄ１と同様に、起点溝５００の深さｄ４は、起点溝５００が形成される基板１００の物理的な表面（例えば、例示的に示されるように第１の主面１０２）から起点溝５００の下面５０２までの距離として定義することができる。ｄ４がｄ１よりも大きい場合には、ｄ４はｄ１よりも５％（又は５％未満）から１００％（又は１００％を超える）だけ大きい範囲にあり得る。ｄ４がｄ１より小さい場合には、ｄ４はｄ１よりも１％（又は１％未満）から９０％（又は９０％を超える）だけ小さい範囲にあり得る。一実施形態においては、ｄ４が、２０μｍ以上、３０μｍ以上、４０μｍ以上、５０μｍ以上、あるいは５０μｍよりも大きく、あるいは２０μｍよりも小さくなどといったように、上述したビームパラメータ、走査パラメータ、ビームウェストの配置パラメータなど、又はこれらの組み合わせを選択することができる。他の実施形態においては、ｄ４は約４０μｍ又は約５０μｍであり得る。起点溝５００は任意の方法により形成することができる。例えば、基板１００上へのレーザ放射により、（例えば、切断、研削などにより）基板１００に機械的な衝撃を与えることにより、基板１００を化学的にエッチングすることにより、又はこれと似た方法により、あるいはこれらの組み合わせにより起点溝５００を形成することができる。

ベントクラックを形成する際に、ベントクラックが修正応力ゾーン２００に沿って自発的に伝播して、ガイド経路１１２に沿って基板１００を分離する。例えば、図６を参照すると、ベントクラックの前縁６００は、矢印６０２により示される方向に修正応力ゾーン２００に沿って伝播し得る。参照符号６０４は、ガイド経路１１２に沿って分離された基板１００の部分の新しい端面を特定するものである。クラック６００が修正応力ゾーン２００の長さに沿って伝播した後、基板１００が強化ガラス製品（本明細書においては「製品」ともいう）に完全に分離される。基板１００がそのガラス転移温度よりも低い温度に加熱されているので、生成された製品における表面ダメージがない。したがって、製品の強度を少なくとも実質的に維持することができる。

上述したプロセスは、修正応力ゾーン２００の形成後にベントクラックを形成する例について述べているが、プロセスを逆にすることができ、ベントクラック形成後に修正応力ゾーン２００を形成することができることは理解できよう。そのような実施形態においては、ベントクラックを形成して、修正応力ゾーン２００が形成されるまで基板１００が自発的に分離するのを防止することができる。

本明細書において例示的に述べられるプロセスにより生成される強化ガラス製品は、電話や音楽プレーヤ、ビデオプレーヤなどの携帯通信娯楽装置などの表示タッチスクリーン用途のための保護カバープレート（本明細書において用いられるように、「カバープレート」という用語は窓などを含むものである）として、情報関連端末（ＩＴ）装置（例えば、携帯コンピュータ、ラップトップコンピュータなど）用のディスプレイスクリーンとして、そしてその他の用途において用いることができるが、これに限られるものではない。先に例示的に述べた製品は所望の装置を用いて形成し得ることは理解できよう。図７は、図２Ａ〜図６に関して例示的に述べたプロセスを実施するように構成された装置の一実施形態を模式的に示すものである。

図７を参照すると、装置７００のような装置は、基板１００のような強化ガラス基板を分離することができる。装置７００は、ワークピース位置決めシステムと応力修正システムとを含み得る。

一般的に、ワークピース支持システムは、第１の面１０２が応力修正システムに向き、図２Ｂに関して先に例示的に述べたように、応力修正システムにより生成されたレーザビーム２０２を基板１００上に照射できるように、基板１００を支持するように構成される。例示的に示されるように、ワークピース支持システムは、基板１００を支持するように構成されたチャック７０２のような支持部材と、チャック７０２を移動させるように構成された可動ステージ７０４とを含み得る。ガイド経路１１２が延びている端面がチャック７０２から離れている場合（すなわち、端面１０６ａ及び１０６ｂに隣接する第２の主面１０４の一部がチャック７０２から離間している場合）には、クラック６００がよりガイド経路１１２の近くに形成されることがあることを本発明者等は発見した。このため、チャック７０２が、（例えば図示されるように）基板１００の第２の主面１０４の一部のみと接触するように構成されていてもよい。例えば、端面１０６ａ及び１０６ｂに隣接する第１の主面１０２及び第２の主面１０４の部分（すなわち、ガイド経路が延びている端面）がチャック７０２から離間するように、チャック７０２が基板１００を支持することができる。しかしながら、他の実施形態においては、チャック７０２が第２の主面１０４の全体に接触していてもよい。一般的に、可動ステージ７０４は、応力修正システムに対してチャック７０２を横方向に移動させるように構成されている。このように、レーザビーム２０２により生成された基板１００上のスポット（例えば上述したスポット２０４）が基板１００に対して走査されるように可動ステージ７０４を動作させることができる。

図示された実施形態では、応力修正システムは、レーザ光ビーム２０２を光路に沿って照射するように構成されるレーザシステムを含んでいる。例示的に示されているように、レーザシステムは、レーザ光ビーム７０２ａを生成するように構成されたレーザ７０６と、ビーム７０２ａの焦点を合わせて（基板１００の外側に位置させることができる）ビームウェストを生成するように構成されたオプションの光学アセンブリ７０８とを含み得る。光学アセンブリ７０８は、レンズを含んでいてもよく、基板１００に対するビーム２０２のビームウェストの（例えばＺ軸に沿った）位置を変えるために矢印７０８ａにより示される方向に沿って移動可能であってもよい。レーザシステムは、ビーム２０２のビームウェストを基板１００及びワークピース支持システムに対して横方向に移動させるように構成されたビーム修正システム７１０をさらに含んでいてもよい。一実施形態においては、ビーム修正システム７１０は、ガルバノメータ、ファーストステアリングミラー、音響光学偏向器、電気光学偏向器、多角形走査ミラーなど、又はこれらの組み合わせを含み得る。このように、先に図２Ｂに関して述べたように基板１００に対してビーム２０２が走査されるようにビーム修正システム７１０を動作させることができる。加えて、あるいはこれに代えて、ビーム修正システム７１０が、線形状ビーム、楕円形状ビームなど、又はこれらの組み合わせにビーム７０２ａを整形するように構成された１以上のレンズを含んでいてもよい。

応力修正システムが上述したレーザシステムを含んでいるものとして述べてきたが、応力修正システムが、レーザシステムに対して追加となる他の要素又はこれに代わる他の要素を含んでいてもよいことは理解できよう。例えば、応力修正システムは、基板１００を押圧して基板１００内に曲げモーメントを発生させることが可能な付勢部材（図示せず）を含んでいてもよい。この付勢部材は、例えば、棒、梁、ピンなど、又はこれらの組み合わせを含み得る。他の例では、応力修正システムは、基板１００の一部を加熱可能な熱源を含み得る。この熱源は、例えば、白熱電球、セラミックヒータ、石英ヒータ、石英タングステンヒータ、カーボンヒータ、ガス燃焼ヒータ、半導体ヒータ、マイクロヒータ、ヒータコアなど、又はこれらの組み合わせを含み得る。

装置７００は、応力修正システムの１以上の構成要素、ワークピース支持システムの１以上の構成要素、又はこれらの組み合わせと通信可能に連結されるコントローラ７１２をさらに含み得る。コントローラは、プロセッサ７１４とメモリ７１６を含み得る。プロセッサ７１４は、図１から図６に関して先に例示的に述べた実施形態を実現できるように、メモリ７１６に格納された指令を実行して応力修正システム、ワークピース支持システム、又はこれらの組み合わせの少なくとも１つの構成要素の動作を制御するように構成されていてもよい。

一般的に、プロセッサ７１４は、様々な制御機能を規定する動作ロジック（図示せず）を含むことができ、ハードウェアによって組み込まれた装置、プログラミング命令を実行するプロセッサのような専用ハードウェアの形式、及び／又は、当業者が考え得るその他の形式をとってもよい。動作ロジックは、デジタル回路、アナログ回路、ソフトウェア、又はこれらのいずれかのタイプを組み合わせたものを含んでいてもよい。一実施形態では、プロセッサ７１４は、動作ロジックに従ってメモリ７１６に格納された指令を実行するように構成された１以上の処理ユニットを含み得るプログラム可能なマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又は他のプロセッサを含んでいる。メモリ７１６は、半導体、磁気的、及び／又は光学的な種類のうち、１以上の種類であってもよく、加えて／あるいは、揮発性及び／又は不揮発性のものであってもよい。一実施形態において、メモリ７１６は動作ロジックによって実行可能な指令を格納する。これに代えて、あるいはこれに追加して、メモリ７１６は動作ロジックによって操作されるデータを格納してもよい。ある構成では、動作ロジックとメモリは、装置７００のいずれかの構成要素の動作面を管理及び制御する動作ロジックであるコントローラ／プロセッサの形態に含まれるが、別の構成では、上記コントローラとプロセッサが分離されてもよい。

一実施形態においては、コントローラ７１２が、応力修正システムとワークピース位置決めシステムの一方又は双方の動作を制御して、レーザ７０６を用いて起点溝５００を形成してもよい。他の実施形態においては、コントローラ７１２が、応力修正システム、ワークピース位置決めシステム、及びベントクラック発生システムの少なくとも１つの動作を制御して起点溝５００を形成してもよい。

一実施形態においては、ベントクラック発生システム７１８のようなベントクラック発生システムが装置７００内に含まれていてもよい。ベントクラック発生システム７１８は、上述した起点溝４００を形成可能なベントクラック発生デバイス７２０を含み得る。ベントクラック発生デバイス７２０は、ベントクラック発生デバイス７２０を（例えば、矢印７１８ａ及び７１８ｂの一方又は双方で示される方向に沿って）移動するように構成された位置決めアセンブリ７２２（例えば２軸ロボット）に連結されていてもよい。ベントクラック発生デバイス７２０は、砥石車、切断刃、レーザ源、エッチャントノズル、ヒートシンクなど、又はこれらの組み合わせを含み得る。一実施形態において、ヒートシンクは、（例えば、熱を空気中に放散することにより基板１００を冷却する）受動型ヒートシンク又は（例えば、液体及び／又は気体の冷却材を吐出口又はノズルなどから基板１００上に噴出可能な）能動型ヒートシンクであってもよい。基板１００上に噴出可能な液体又は気体の例としては、空気、ヘリウム、窒素など、又はこれらの組み合わせが挙げられる。ヒートシンクを用いて欠陥が既に生じている領域において基板１００を冷却することによってベントクラックを形成することができる。そのような欠陥はどのような方法によって形成されていてもよく、一実施形態においては切断刃を用いて形成され得る。

他の実施形態において、他のベントクラック発生システムは、光ビームを生成し、光ビームを上述したレーザシステム内に照射して起点溝５００の形成を容易にできるレーザ７２４のようなレーザを含んでいてもよい。さらに他の実施形態においては、他のベントクラック発生システムは、先に例示的に述べられた起点溝５００を形成するのに十分なレーザ光ビーム７２６を生成するように構成された補助レーザシステムを含み得る。したがって、補助レーザシステムは、光ビーム７２８ａを生成可能なレーザ７２８と、ビーム７２８ａの焦点を合わせて集束ビーム７２６を基板１００に照射するように構成された光学アセンブリ７３０（例えばレンズ）とを含み得る。

上記は本発明の実施形態を説明するものであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。本発明のいくつかの例示的な実施形態について述べたが、本発明の新規な教示及び効果から実質的に逸脱することなくそれらの例示の実施形態の中で多くの改変が可能であることは、当業者であれば容易に理解できよう。したがって、それらすべての改変は、特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲に含まれることを意図されているものである。その結果、上記は、本発明を説明するものであって、開示された本発明の特定の例示の実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、開示された例示の実施形態及び他の実施形態に対する改変は、添付した特許請求の範囲に含まれることを意図されているものであることは理解されよう。本発明は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるであろう均等物により画定される。

Claims (22)

1. 第１の主面と、前記基板の内部にある引っ張り領域と、前記第１の主面と前記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板を用意し、前記基板の第１の部分は初期応力を有し、
   前記基板内にガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、前記基板の前記第１の部分が前記修正応力ゾーン内にあるようにし、前記修正応力ゾーン内の前記基板の前記部分は前記初期応力とは異なる修正応力を有し、
   前記修正応力ゾーンの形成後に、前記第１の主面にベントクラックを形成し、
   前記ベントクラックの形成時に前記基板が前記ガイド経路に沿って分離可能となるように前記ベントクラック及び前記修正応力ゾーンが構成される、
   方法。
2. 前記基板の前記部分は前記引っ張り領域内に配置される、請求項１の方法。
3. 前記基板の前記部分は前記圧縮領域内に配置される、請求項１の方法。
4. 前記初期応力は引っ張り応力である、請求項１の方法。
5. 前記修正応力は、前記初期引っ張り応力よりも大きい引っ張り応力である、請求項４の方法。
6. 前記基板は、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面から前記第２の主面に延びる端面とを備え、前記ガイド経路は前記端面に延び、
   前記ベントクラックを形成する際に、
   前記基板を支持するように構成されている支持部材に前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方を接触させ、前記第１の主面及び前記第２の主面の前記少なくとも一方の前記端面に隣接する部分が前記支持部材から離間しており、
   前記支持部材により支持された前記基板内に前記ベントクラックを形成する、
   請求項１の方法。
7. 前記基板が強化ガラス基板である、請求項１の方法。
8. 前記基板の厚さは２００μｍよりも大きい、請求項１の方法。
9. 前記強化ガラス基板の厚さは１０ｍｍよりも小さい、請求項１の方法。
10. 前記修正応力ゾーンを形成する際に、前記基板を加熱する、請求項１の方法。
11. 前記基板が強化ガラス基板であり、前記基板を加熱する際に、前記基板の前記第１の主面を前記基板のガラス転移温度よりも低い温度に加熱する、請求項１０の方法。
12. 前記基板が強化ガラス基板であり、前記基板を加熱する際に、前記第１の主面とは反対側の前記基板の第２の主面を前記基板のガラス転移温度よりも低い温度に加熱する、請求項１０の方法。
13. 前記基板が強化ガラス基板であり、前記基板を加熱する際に、前記基板を前記基板のガラス転移温度の７０％よりも高い温度に加熱する、請求項１０の方法。
14. 前記基板を加熱する際に、少なくとも１つのレーザ光ビームを前記基板上に照射する、請求項１０の方法。
15. 前記少なくとも１つのレーザ光ビームを前記基板上に照射する際に、前記少なくとも１つのレーザ光ビームを前記ガイド経路に沿って走査する、請求項１４の方法。
16. 前記ガイド経路の少なくとも一部が直線状に延びている、請求項１の方法。
17. 前記ガイド経路の少なくとも一部が曲線状に延びている、請求項１の方法。
18. 前記ベントクラックを形成する際に、前記基板上へのレーザ放射の照射、前記基板への機械的衝撃の付与、及び前記基板の冷却からなる群から選択される少なくとも１つを行う、請求項１の方法。
19. 第１の主面と、該第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面から前記第２の主面に延びる端面と、前記基板の内部にある引っ張り領域と、前記第１の主面と前記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板を用意し、前記基板の一部は初期応力を有し、
    前記基板を支持するように構成されている支持部材に前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方を接触させ、前記第１の主面及び前記第２の主面の前記少なくとも一方の前記端面に隣接する部分が前記支持部材から離間しており、
    前記端面まで延びるガイド経路に揃えられたベントクラックを前記第１の主面に形成し、
    前記ベントクラックの形成後に、前記基板内に前記ガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、前記基板の前記一部が前記修正応力ゾーン内にあるようにし、前記修正応力ゾーン内の前記基板の前記一部は前記初期応力とは異なる修正応力を有し、
    前記修正応力ゾーンの形成時に前記基板が前記ガイド経路に沿って分離可能となるように前記ベントクラック及び前記修正応力ゾーンが構成される、
    方法。
20. 第１の主面と、前記基板の内部にある引っ張り領域と、前記第１の主面と前記引っ張り領域との間にある圧縮領域とを有する基板であって、その一部が初期応力を有する基板を分離するための装置であって、
    前記基板内にガイド経路に沿って延びる修正応力ゾーンを形成して、前記基板の前記一部が前記修正応力ゾーン内にあるようにし、前記基板の前記一部が前記初期応力とは異なる修正応力を有するように構成される応力修正システムと、
    前記第１の主面にベントクラックを形成するように構成されるベントクラック発生システムと、
    前記応力修正システム及び前記ベントクラック発生システムに連結されるコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記基板が前記ガイド経路に沿って分離可能となるように、前記ガイド経路に沿って延びる前記修正応力ゾーンを形成し、前記第１の主面に前記ベントクラックを形成するように、
    前記応力修正システム及び前記ベントクラック発生システムを制御するための指令を実行するように構成されるプロセッサと、
    前記指令を格納するように構成されるメモリと、
    を備える、
    装置。
21. 前記基板は、前記第１の主面とは反対側の第２の主面と、前記第１の主面から前記第２の主面に延びる端面とをさらに備え、
    前記基板を支持するように構成されるワークピース支持システムであって、前記第１の主面及び前記第２の主面の少なくとも一方を接触させるように構成された支持部材を備えるワークピース支持システムをさらに備え、前記第１の主面及び前記第２の主面の前記少なくとも一方の前記端面に隣接する部分を前記支持部材から離間させた、
    請求項２０の装置。
22. 請求項１の方法によりガラス基板を分離することにより生成された強化ガラス片を備えた製品。

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