JP2015516352A - 強化ガラスを加工する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

基板を加工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。第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する基板を加工する方法では、第１の面から第２の面に向かって延びる第１の凹部を基板に形成し、第２の面から第１の面に向かって延びる第２の凹部を基板に形成し、基板の第１の凹部から第２の凹部まで延びる部分を除去して基板に開口を形成する。

Description

発明の背景

本発明の実施形態は、概して、ガラスの基板を加工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に特徴部（例えば、貫通孔、アパーチャ、開口など）を加工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、ガラスの基板を加工するための装置及び強化ガラスの製品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加工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、従来の手法を用いて（例えば、鋸引き、ドリリングなどにより）ガラス基板を機械的に加工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欠けたり、粉々になったりすることがある。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基板内にクラックが生じて、最終的に加工製品の強度を低くしてしまうことがある。したがって、強化ガラス基板に特徴部を加工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の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する基板を用意し、上記第１の面及び上記第２の面の少なくとも一方には圧縮応力がかかり、上記基板の内部は引っ張り状態となっており、上記第１の面から上記第２の面に向かって延びる第１の凹部を上記基板に形成し、上記第２の面から上記第１の面に向かって延びる第２の凹部を上記基板に形成し、上記基板の上記第１の凹部から上記第２の凹部まで延びる部分を除去して、上記第１の面から上記第２の面まで延びる開口を上記基板に形成す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の圧縮領域と、第２の圧縮領域と、上記第１の圧縮領域と上記第２の圧縮領域との間に配置された引っ張り領域とを備えた強化ガラス基板に開口を形成する方法として例示的に特徴付けることができる。この方法では、上記第１の圧縮領域内に配置された上記基板の第１の部分を除去し、上記第２の圧縮領域内に配置された上記基板の第２の部分を除去し、上記第１の部分及び上記第２の部分の除去後に、上記引っ張り領域内に配置された上記基板の第３の部分を除去してもよい。

本明細書において述べられるさらに他の実施形態は、強化ガラス製品であって、上記製品の表面から上記製品内の４０μｍ以上の層深さ（ＤＯＬ）まで延びる外側領域であって、６００ＭＰａ以上の圧縮応力に等しい圧縮応力がかかる外側領域と、上記製品内でかつ上記外側領域に隣接する内側領域であって、引っ張り応力がかかる内側領域と、上記外側領域及び上記内側領域を貫通する開口とを備える強化ガラス製品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の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する基板に開口を形成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、ビームウェストを有するレーザ光集束ビーム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と、強化ガラス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と、上記レーザシステム及び上記ワークピース支持システムの少なくとも一方に連結されるコントローラとを備えることができる。このコントローラは、上記第１の面から上記第２の面に向かって延びる第１の凹部を上記基板に形成し、上記第２の面から上記第１の面に向かって延びる第２の凹部を上記基板に形成し、上記基板の上記第１の凹部から上記第２の凹部まで延びる部分を除去して、上記第１の面から上記第２の面まで延びる開口を上記基板に形成するように、上記レーザシステム及び上記ワークピース支持システムの上記少なくとも一方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。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態により加工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加工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の加工領域の一実施形態を示す平面図である。 図２Ｂ及び図３〜図５は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの一実施形態を示すものである。 図２Ｂ及び図３〜図５は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの一実施形態を示すものである。 図２Ｂ及び図３〜図５は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの一実施形態を示すものである。 図２Ｂ及び図３〜図５は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの一実施形態を示すものである。 図６及び図７は、強化ガラス基板に特徴部を加工するためにレーザ光ビームを移動させ得る除去経路のいくつかの実施形態を模式的に示すものである。 図６及び図７は、強化ガラス基板に特徴部を加工するためにレーザ光ビームを移動させ得る除去経路のいくつかの実施形態を模式的に示すものである。 図８〜図１０は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの他の実施形態を示すものである。 図８〜図１０は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの他の実施形態を示すものである。 図８〜図１０は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスの他の実施形態を示すものである。 図１１及び図１２は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスのさらに他の実施形態を示すものである。 図１１及び図１２は、図２ＡのIIB-IIB線断面図であり、強化ガラス基板の特徴部を加工するプロセスのさらに他の実施形態を示すものである。 図１３は、図２Ａ〜図１２に関して例示的に述べられる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。

図示された実施形態の詳細な説明

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態をより完全に説明する。しかしながら、本発明の実施形態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加工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の面１０２と、この第１の面とは反対側の第２の面１０４と、縁部１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂとを含んでいる。一般的に、縁部１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂは、第１の面１０２から第２の面１０４に延びている。このように、第１の面１０２及び第２の面１０４は、縁部１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂと境界を接している。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加工された基板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加工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もｄ１となり得る。

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の面１０２と第２の面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加工可能な基板１００について例示的に述べてきたが、次に基板１００を加工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、貫通孔、アパーチャ、開口など（本明細書においては、これらを総称して「開口」という）の特徴部を基板１００内に形成することができる。

図２Ａ〜図１２は、基板１００のような強化ガラス基板を加工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の第１の圧縮領域１１０ａ内の第１の部分を除去して第１の面１０２から第２の面１０４に向かって延びる第１の凹部を基板１００に形成し、基板１００の第２の圧縮領域１１０ｂ内の第２の部分を除去して第２の面１０４から第１の面１０２に向かって延びる第２の凹部を基板１００に形成し、その後、基板１００の引っ張り領域１１０ｃ内の（例えば、第１凹部から第２の凹部まで延びる）第３の部分を除去して第１の面１０２から第２の面１０４まで延びる開口を基板１００に形成する。

図２Ａを参照すると、基板１００の加工領域２００上にレーザ光ビーム２０２を照射することができる。ビーム２０２を基板１００に対して移動させて基板１００の第１の圧縮領域１１０ａ内の部分を除去することができる。図２Ｂは、ビーム２０２が第１の圧縮領域１１０ａの一部を除去した状態での基板１００を示すものである。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、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。一実施形態においては、ビーム２０２内の光は、レーザ光のパルス列として供給され、まずレーザ光ビームを生成し、次にレーザ光ビームを集束させてビームウェスト２０４を生成することによって、ビーム２０２を光路に沿って照射することができる。図示された実施形態では、ビームウェスト２０４が（第１の面１０２上に位置するように）第１の面１０２に交差し得るか、あるいは（例えば、第１の面１０２に隣接して又は第２の面１０４に隣接して）基板１００内に位置し得るか、あるいは（例えば、ビームウェスト２０４が第２の面１０４よりも第１の面１０２に近くなるように、あるいは、ビームウェスト２０４が第１の面１０２よりも第２の面１０４に近くなるように）基板１００の外側に位置し得る。ビーム２０２の焦点を合わせる方法を変更することにより、光路に沿ったビームウェスト２０４の基板１００に対する位置を修正できることは理解できよう。さらに他の実施形態においては、ビームウェスト２０４は、（第２の面１０４上に位置するように）第２の面１０４に交差し得る。

ビームウェスト２０４が基板１００の外側に位置している場合、ビームウェスト２０４を基板から（光路に沿って測定して）０．５ｍｍよりも長い距離だけ離間させてもよい。一実施形態においては、ビームウェスト２０４を基板１００から３ｍｍ未満の距離だけ離間させてもよい。一実施形態においては、ビームウェスト２０４を基板１００から１．５ｍｍの距離だけ離間させてもよい。しかしながら、ビームウェスト２０４を基板１００から３ｍｍよりも長い距離だけ又は０．５ｍｍ未満の距離だけ離間させてもよいことは理解できよう。

一般的に、レーザ光ビーム２０２内の光は、１００ｎｍよりも長い少なくとも１つの波長を有している。一実施形態においては、レーザ光ビーム２０２内の光は、３０００ｎｍよりも短い少なくとも１つの波長を有していてもよい。例えば、レーザ光ビーム２０２内の光は、５２３ｎｍ、５３２ｎｍ、５４３ｎｍなど、又はこれらの組み合わせの波長を有していてもよい。上述したように、ビーム２０２内の光は、レーザ光のパルス列として供給される。一実施形態においては、パルスの少なくとも１つは、１０フェムト秒（ｆｓ）よりも長いパルス持続時間を有し得る。他の実施形態においては、パルスの少なくとも１つは、５００ナノ秒（ｎｓ）よりも短いパルス持続時間を有し得る。さらに他の実施形態においては、少なくとも１つのパルスが、約１０ピコ秒（ｐｓ）のパルス持続時間を有し得る。一般的に、比較的短いパルス持続時間を用いた場合は時間と費用がかかるが比較的熱的ダメージが小さくなることに対して、比較的長いパルス持続時間によりスループットが高くなるがこれにより熱的ダメージが誘因される可能性があることのバランスを取ることにより、パルス持続時間を選択することができる。さらに、光路に沿って１０Ｈｚよりも高い繰り返し率でビーム２０２を照射し得る。一実施形態においては、光路に沿って１００ＭＨｚよりも低い繰り返し率でビーム２０２を照射し得る。他の実施形態においては、約４００ｋＨｚから約２ＭＨｚの範囲内の繰り返し率でビーム２０２を照射し得る。パラメータの中でも特にビーム２０２内の光の波長とパルス持続時間に基づいてビーム２０２のパワーを選択できることは理解されよう。例えば、ビーム２０２が緑色波長（例えば、５２３ｎｍ、５３２ｎｍ、５４３ｎｍなど）と約１０ｐｓのパルス持続時間を有しているとき、ビーム２０２は、２０Ｗ（又は約２０Ｗ）のパワーを有していてもよい。他の例では、ビーム２０２がＵＶ波長（例えば３５５ｎｍなど）と約１０ｎｓより短いパルス持続時間（例えば１ｎｓ）を有しているとき、ビーム２０２は、１０Ｗ〜２０Ｗ（又は約１０Ｗ〜約２０Ｗ）の範囲にあるパワーを有していてもよい。しかしながら、ビーム２０２のパワーは、必要に応じて選択され得ることは理解できよう。

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、スポット２０６で照射される基板１００の部分をアブレートする又はスポット２０６で照射される基板１００の部分によりビーム２０２内で光の多光子吸収を誘起す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の面１０２上のスポット２０６で有するように選択され得る。しかしながら、例えば、ビーム２０２の焦点が合わされる方法を変更することにより、スポット２０６を第２の面１０４に移動させることができる。したがって、第１の面１０２上又は第２の面１０４上の基板１００の一部をスポット２０６により照射したときに、該基板１００の一部を除去することができる。一実施形態においては、スポット２０６は、１μｍよりも大きな径の円形状を有し得る。他の実施形態においては、スポット２０６の径は１００μｍ未満であり得る。さらに他の実施形態では、スポット２０６の径は約３０μｍであり得る。しかしながら、この径は１００μｍよりも大きくてもよく、あるいは１μｍより小さくてもよいことは理解できよう。また、スポット２０６は任意の形状（例えば、楕円状、線状、正方形状、台形状など、又はこれらの組み合わせ）を有し得ることも理解できよう。

一般的に、加工領域２００内でビーム２０２を１以上の除去経路に沿って走査させて基板１００の一部を除去し、第１の圧縮領域１１０ａ内に（例えば、図３において３００で示すような）第１の凹部を形成することができる。加工領域２００内でビーム２０２を走査させる走査速度や回数は、第１の凹部３００の所望の深さ、基板の組成、基板１００内で加工される開口についての所望のエッジ品質などとともに、上述したビームパラメータに基づいて選択することができることは理解できよう。

図３を参照すると、第１の凹部３００の深さｄ２は、第１の凹部３００が形成されている基板１００の物理的な表面（例えば、例示的に図示されているように第１の面１０２）から第１の凹部３００の下面３０２までの距離として定義できる。上述のビームパラメータや走査パラメータなどに応じて、ｄ２は、ｄ１よりも大きくてもよく、あるいはｄ１と等しくてもよく、あるいはｄ１よりも小さくてもよい。ｄ２がｄ１よりも大きい場合には、ｄ２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。ｄ２がｄ１より小さい場合には、ｄ２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、ｄ２が１０μｍ以上、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１０μｍよりも小さくなり得るように、上述したビームパラメータや走査パラメータなどを選択することができる。

図４を参照すると、第１の凹部３００が形成された後、基板１００が移動され（例えばひっくり返され）、基板１００に対してビーム２０２が走査されて基板１００の第２の圧縮領域１１０ｂ内の部分を除去し、これにより第２の凹部４００を形成する。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、第２の面１０４を通過し、その後第１の面１０２を通過するように、光路に沿って基板上に照射される。第２の凹部４００を形成する際には、ビーム２０２のビームウェスト２０４は、（第２の面１０４上に位置するように）第２の面１０４に交差し得るか、あるいは（例えば、第２の面１０４に隣接して又は第１の面１０２に隣接して）基板１００内に位置し得るか、あるいは（例えば、ビームウェスト２０４が第１の面１０２よりも第２の面１０４に近くなるように、あるいは、ビームウェスト２０４が第２の面１０４よりも第２の面１０４に近くなるように）基板１００の外側に位置し得る。さらに他の実施形態においては、ビームウェスト２０４は、（第１の面１０２上に位置するように）第１の面１０２に交差し得る。ビーム２０２の他のパラメータは、第１の凹部３００の形成に関して先に述べたビームパラメータと同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

さらに図４を参照すると、第２の凹部４００の深さｄ３は、第２の凹部４００が形成されている基板１００の物理的な表面（例えば、例示的に図示されているように第２の面１０４）から第２の凹部４００の下面４０２までの距離として定義できる。上述のビームパラメータや走査パラメータなどに応じて、ｄ３は、ｄ１よりも大きくてもよく、あるいはｄ１と等しくてもよく、あるいはｄ１よりも小さくてもよい。ｄ３がｄ１よりも大きい場合には、ｄ３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。ｄ３がｄ１より小さい場合には、ｄ３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、ｄ３が１０μｍ以上、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１０μｍよりも小さくなり得るように、上述したビームパラメータや走査パラメータなどを選択することができる。

図５を参照すると、第２の凹部４００が形成された後、基板１００に対してビーム２０２が移動されて、引っ張り領域１１０ｃ内の基板１００の第２の凹部４００から第１の凹部３００まで延びる第３の部分が除去される。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、第２の面１０４を通過し、その後第１の面１０２を通過するように、光路に沿って基板上に照射される。しかしながら、他の実施形態においては、基板１００をひっくり返して、ビーム２０２が第１の面１０２を通過し、その後第２の面１０４を通過するようにしてもよい。基板に対するビームウェスト２０４の配置は、基板１００の第３の部分の所望の除去を容易にするために上述したように選択できることは理解できよう。基板１００の第３の部分を除去すると、第１の面１０２から第２の面１０４まで延びる開口５００が基板１００に形成される。一実施形態においては、第２の凹部４００が形成された直後に、基板１００の第３の部分を除去するプロセスが開始する。このため、第２の凹部４００の形成は、開口５００を形成するプロセスにおける中間ステップとして考えることができる。上記ではビーム２０２を用いて基板の第３の部分を除去するものとして述べたが、任意の好適な方法（例えば、機械的ドリリング、機械的鋸引き、化学的エッチングなど、又はこれらの組み合わせ）により第３の部分を除去できることは理解できよう。

上記で例示的に述べたようにして形成された開口５００は、第１の面１０２において縁部１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂから離間した第１の周縁を有している。同様に、開口５００は、第２の面１０４において同じく縁部１０６ａ，１０６ｂ，１０８ａ，１０８ｂから離間した第２の周縁を有している。開口５００の第１の周縁及び第２の周縁のサイズ及び形状を所望の方法により決定できることは理解できよう。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁のサイズ及び形状は、（例えば、図２Ａに示されるような）加工領域のサイズ及び／又は形状に対応し得る。

ある実施形態においては、基板１００に形成しようとする開口５００のサイズ及び幾何学的配置、基板の組成、加工される圧縮領域のＤＯＬ、加工される圧縮領域内の圧縮応力、ビーム２０２により基板１００内に生成される熱量など、又はこれらの組み合わせに基づいてビーム２０２が走査される１以上の除去経路を構成することができる。一実施形態においては、１以上の除去経路を適切に選択することにより、基板１００内で開口５００を効率的に形成することが促進され、また、開口５００の形成中に基板１００内にクラックが形成されることを低減又は防止することができる。例えば、図６を参照すると、除去経路パターン６００は、除去経路６００ａ，６００ｂ，６００ｃ，６００ｄのような同心的な複数の除去経路を有している。他の実施形態においては、図７を参照すると、パターン７００のような除去パターンは、直線状ラスタスキャン経路７０４に重ねられた経路７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃのような同心的な複数の除去経路を有していてもよい。加工される基板が比較的薄い圧縮領域を有する場合（例えば、ＤＯＬが約１０μｍまで、約１５μｍまで、又は約２０μｍまで）及び／又は比較的弱い圧縮領域を有する場合（例えば、ＣＳが約１００ＭＰａ以下）にはパターン６００を用いてもよい。加工される基板が比較的厚い圧縮領域を有する場合（例えば、ＤＯＬが約２０μｍまで、約３０μｍまで、又は約４０μｍまで、あるいはそれを超えるもの）及び／又は比較的強い圧縮領域を有する場合（例えば、ＣＳが約６００ＭＰａ以上）にはパターン７００を用いてもよい。

図８〜図１０は、図２ＡのIIB−IIB線断面図であり、強化ガラス基板に特徴部を加工するプロセスの他の実施形態を示すものである。

図８を参照すると、（例えば図２Ａで示される）基板１００の加工領域２００上にレーザ光ビーム２０２を照射することができ、ビーム２０２を基板１００に対して移動させて基板１００の第２の圧縮領域１１０ｂ内の部分を除去することができる。図８は、ビーム２０２が第２の圧縮領域１１０ｂの一部を除去した状態での基板１００を示すものである。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、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。ビーム２０２の走査及び基板１００に対するビームウェスト２０４の配置は、基板１００の第２の部分の所望の除去を容易にするために上述したように選択できることは理解できよう。基板１００の第２の部分を除去すると、第１の面１０２から第２の面１０４まで延びる開口５００が基板１００に形成される。図９に示されるように上述した第２の凹部４００が第２の圧縮領域１１０ｂに形成される。

図９を参照すると、第２の凹部４００が形成された後、ビーム２０２のビームウェスト２０４の位置が基板１００に対して（例えば、矢印９００の方向に沿って）調整されて、第１の圧縮領域１１０ａ内の基板１００の部分が除去され、図１０に示されるように上述した第１の凹部３００を形成することができる。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、第２の面１０４を通過し、その後第１の面１０２を通過するように、光路に沿って基板上に照射される。ビームウェストの配置のようなパラメータやビーム２０２の他のパラメータは、基板１００の第１の部分の所望の除去を容易にするために上述したように選択できる。

第１の凹部３００が形成された後、第２の凹部４００から第１の凹部３００まで延びる引っ張り領域１１０ｃ内の基板１００の第３の部分を図５に関して例示的に述べたように除去してもよい。一実施形態においては、第１の凹部３００が形成された直後に、基板１００の第３の部分を除去するプロセスが開始する。このため、第１の凹部３００の形成は、開口５００を形成するプロセスにおける中間ステップとして考えることができる。

図１１及び図１２は、図２ＡのIIB−IIB線断面図であり、強化ガラス基板に特徴部を加工するプロセスのさらに他の実施形態を示すものである。

図１１を参照すると、（例えば図２Ａで示される）基板１００の加工領域２００上にレーザ光ビーム２０２を照射することができ、ビーム２０２を基板１００に対して移動させて基板１００の第１の圧縮領域１１０ａ及び第２の圧縮領域１１０ｂ内の部分を除去することができる。図１１は、ビーム２０２が第２の圧縮領域１１０ｂの一部を除去した状態での基板１００を示すものである。一般的に、レーザ光ビーム２０２は、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。ビーム２０２の走査及び基板１００に対するビームウェスト２０４の配置は、基板１００の第１及び第２の部分の所望の除去を容易にするために上述したように選択できることは理解できよう。基板１００の第１及び第２の部分を除去すると、第１の凹部３００が形成されるとともに、第２の凹部４００が形成される。一実施形態においては、図１２に示されるように、第１の凹部３００及び第２の凹部４００が同時に形成される。

第１の凹部３００及び第２の凹部４００が形成された後、第２の凹部４００から第１の凹部３００まで延びる基板１００の引っ張り領域１１０ｃ内の第３の部分を図５に関して例示的に述べたように除去して、図５に示される開口５００を形成してもよい。

上述したように、開口５００は、第１の面１０２に規定される第１の周縁と、第２の面１０４に規定される第２の周縁とを有している。本明細書において例示的に述べられたプロセスは、従来の手法では形成し難かった開口を強化ガラス基板の加工により形成可能とするものであることは理解できよう。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁により囲まれる面積は０．７ｍｍ²よりも大きい。他の実施形態では、第１の周縁及び／又は第２の周縁により囲まれる面積は５０ｍｍ²よりも小さい。例えば、第１の周縁及び／又は第２の周縁により囲まれる面積は、２８ｍｍ²よりも小さくてもよく、あるいは１２ｍｍ²よりも小さくてもよく、あるいは３ｍｍ²よりも小さくてもよい。本発明の実施形態を実施して、第１の周縁及び／又は第２の周縁により囲まれる面積が５０ｍｍ²よりも大きくなり得る開口を形成してもよいことは理解できよう。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁は、０.２５ｍｍ^-1よりも大きな曲率半径を有する湾曲部を含み得る。他の実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁は、２ｍｍ^-1よりも小さな曲率半径を有する湾曲部を含み得る。例えば、曲率半径は、１ｍｍ^-1よりも小さくてもよく、あるいは０．５ｍｍ^-1よりも小さくてもよく、あるいは０．３ｍｍ^-1よりも小さくてもよい。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁は、第１の直線領域と該第１の直線領域から０．５ｍｍよりも大きな最小離間距離だけ離れた第２の直線領域とを含み得る。他の実施形態においては、この最小離間距離が８ｍｍよりも小さくてもよい。例えば、最小離間距離は、６ｍｍよりも小さくてもよく、あるいは４ｍｍよりも小さくてもよく、あるいは２ｍｍよりも小さくてもよく、あるいは１ｍｍよりも小さくてもよい。本発明の実施形態を実施して、第１の直線領域と第２の直線領域とが互いに８ｍｍよりも大きな最小離間距離だけ離れている開口を形成してもよいことは理解できよう。上述した第１の直線領域は、第２の直線領域に対して平行であってもよく、垂直であってもよく、あるいは斜行していてもよい。さらに、第１の直線領域及び／又は第２の直線領域の長さは１ｍｍよりも長くてもよい。一実施形態においては、この長さは、２０ｍｍよりも短くてもよく、あるいは１５ｍｍよりも短くてもよく、あるいは１０ｍｍよりも短くてもよい。本発明の実施形態を実施して、この長さを２０ｍｍよりも長くしてもよいことは理解できよう。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁は、１以下、０．５未満、０．１未満、０．０８未満、又は０．０５未満のアスペクト比（最大半径に直交する最大半径に対する最小半径の比として計算される）を有する少なくとも１つの長細い領域を有する形状を規定し得る。一実施形態においては、第１の周縁及び／又は第２の周縁は、１以下、０．７未満、０．５未満、０．２未満、又は０．０５よりも大きい真円度（周縁の長さ（Ｌ）と周縁により規定される面積（Ａ）の関数として計算される。すなわち、４πＡ／Ｌ²）を有する少なくとも１つの長細い領域を有する形状を規定し得る。

開口５００のような開口を形成すると、基板を強化ガラス製品（本明細書において「製品」ともいう）として特徴付けることができる。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。上記で例示的に述べた強化ガラス製品は、所望の装置を用いて形成し得ることは理解できよう。図１３は、図２Ａ〜図１２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１３を参照すると、装置１３００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１３００は、ワークピース位置決めシステムとレーザ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がレーザシステムに向き、例えば図２Ｂに関して先に述べたように、ビームウェスト２０４が基板１００と相対的に位置することが可能なように、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１３０２のようなチャックと、チャック１３０２を移動させるように構成された可動ステージ１３０４とを含み得る。チャック１３０２は、（図示されるように）基板１００の第２の面１０４の一部のみと接触するように構成されていてもよく、あるいは、第２の面１０４の全面に接触していてもよい。一般的に、可動ステージ１３０４は、レーザシステムに対してチャック１３０２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、基板１００に対してビームウェストが走査されるように可動ステージ１３０４を動作させることができる。

一般的に、レーザシステムは、上述したビーム２０２のようなビームを光路に沿って照射するように構成される（ビーム２０２は、ビームウェスト２０４に関して先に例示的に述べたようにビームウェストを有している）。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１３０２ａを生成するように構成されたレーザ１３０６と、ビーム１３０２ａの焦点を合わせてビームウェスト２０４を生成するように構成された光学アセンブリ１３０８とを含み得る。光学アセンブリ１３０８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１３０８ａ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ステアリングシステム１３１０をさらに含んでいてもよい。一実施形態においては、ビームステアリングシステム１３１０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、電気光学偏向器など、又はこれらの組み合わせを含み得る。このように、基板１００に対してビームウェストが走査されるようにビームステアリングシステム１３１０を動作させることができる。

装置１３００は、レーザシステムの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１３１２をさらに含み得る。コントローラは、プロセッサ１３１４とメモリ１３１６を含み得る。プロセッサ１３１４は、図１から図１２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１３１６に格納された指令を実行してレーザシステム、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１３１４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１３１４は、動作ロジックに従ってメモリ１３１６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１３１６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１３１６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１３１６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１３００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。

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の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する基板を用意し、
   前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方には圧縮応力がかかり、前記基板の内部は引っ張り状態となっており、
   前記第１の面から前記第２の面に向かって延びる第１の凹部を前記基板に形成し、
   前記第２の面から前記第１の面に向かって延びる第２の凹部を前記基板に形成し、
   前記基板の前記第１の凹部から前記第２の凹部まで延びる部分を除去して、前記第１の面から前記第２の面まで延びる開口を前記基板に形成する、
   方法。
2. 前記基板は、前記第１の面及び前記第２の面の前記少なくとも一方から前記基板の内部に延びる少なくとも１つの圧縮領域を含み、該少なくとも１つの圧縮領域内の応力が６００ＭＰａよりも大きい、請求項１の方法。
3. 前記第１の凹部、前記第２の凹部、及び前記開口からなる群から選択される少なくとも１つを形成する際に、
   レーザ光源を用意し、
   前記レーザ光源を用いてレーザ光ビームを生成し、
   前記レーザ光ビームを光路に沿って前記基板上に照射し、
   前記照射されたレーザ光ビームを用いて前記基板の部分を除去する、
   請求項１の方法。
4. 前記レーザ光ビームを照射する際に、１０フェムト秒（ｆｓ）よりも長いパルス持続時間を有するレーザ光の少なくとも１つのパルスを照射する、請求項３の方法。
5. 前記レーザ光ビームを照射する際に、１００ナノ秒（ｎｓ）よりも短いパルス持続時間を有するレーザ光の少なくとも１つのパルスを照射する、請求項３の方法。
6. 前記レーザ光ビームを照射する際に、前記レーザ光ビームの焦点を合わせて前記基板の外側に又は前記第１の面上に又は前記第２の面上に位置するビームウェストを生成する、請求項３の方法。
7. 前記照射されるレーザ光ビームを用いて前記基板の部分を除去する際に、前記基板の部分をアブレートする、請求項３の方法。
8. 前記照射されるレーザ光ビームを用いて前記基板の部分を除去する際に、前記基板の部分での光の多光子吸収を誘起する、請求項３の方法。
9. さらに、
   前記基板の加工領域内で複数の除去経路に沿って前記光路を移動させ、
   前記光路の移動に基づいて前記加工領域内で前記基板の部分を除去する、
   請求項３の方法。
10. 前記複数の除去経路のうちの少なくとも１つの除去経路が前記複数の除去経路のうちの他の除去経路と同心的である、請求項９の方法。
11. 前記複数の除去経路のうちの少なくとも１つの除去経路が前記複数の除去経路のうちの他の除去経路と平行である、請求項９の方法。
12. 前記第１の凹部を形成する際に、前記レーザ光ビームを前記第１の面を通過させ、該第１の面の通過後に前記第２の面を通過させるように照射する、請求項３の方法。
13. 前記第２の凹部を形成する際に、前記レーザ光ビームを前記第１の面を通過させ、該第１の面の通過後に前記第２の面を通過させるように照射する、請求項３の方法。
14. さらに、前記第１の凹部の形成と前記第２の凹部の形成との間で、前記基板に対する前記ビームウェストの位置を光軸に沿って変化させる、請求項３の方法。
15. 前記第１の凹部から前記第２の凹部まで延びる前記基板の部分を除去する際に、前記レーザ光ビームを前記第１の凹部を通過させ、該第１の凹部の通過後に前記第２の凹部を通過させるように照射する、請求項３の方法。
16. 前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方は縁部と境界を接しており、前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方に形成された前記開口の周縁は前記縁部から離間している、請求項１の方法。
17. 前記周縁により囲まれる面積は０.７ｍｍ²よりも大きく５０ｍｍ²よりも小さい、請求項１６の方法。
18. 前記周縁は、０.２５ｍｍ^-1よりも大きく２ｍｍ^-1よりも小さい曲率半径を有する湾曲部を有する、請求項１６の方法。
19. 前記周縁は、第１の直線領域と第２の直線領域とを有し、前記第２の直線領域は、前記第１の直線領域から０．５ｍｍよりも大きく８ｍｍよりも小さい最小離間距離だけ離れている、請求項１６の方法。
20. 第１の圧縮領域と、第２の圧縮領域と、前記第１の圧縮領域と前記第２の圧縮領域との間に配置された引っ張り領域とを備えた強化ガラス基板に開口を形成する方法であって、
    前記第１の圧縮領域内に配置された前記基板の第１の部分を除去し、
    前記第２の圧縮領域内に配置された前記基板の第２の部分を除去し、
    前記第１の部分及び前記第２の部分の除去後に、前記引っ張り領域内に配置された前記基板の第３の部分を除去する、
    方法。
21. 強化ガラス製品であって、
    前記製品の表面から前記製品内の４０μｍ以上の層深さ（ＤＯＬ）まで延びる外側領域であって、６００ＭＰａ以上の圧縮応力に等しい圧縮応力がかかる外側領域と、
    前記製品内でかつ前記外側領域に隣接する内側領域であって、引っ張り応力がかかる内側領域と、
    前記外側領域及び前記内側領域を貫通する開口と、
    を備える、強化ガラス製品。
22. 第１の面と該第１の面とは反対側の第２の面とを有する基板に開口を形成するための装置であって、
    ビームウェストを有するレーザ光集束ビーム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と、
    強化ガラス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と、
    前記レーザシステム及び前記ワークピース支持システムの少なくとも一方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、
    前記第１の面から前記第２の面に向かって延びる第１の凹部を前記基板に形成し、
    前記第２の面から前記第１の面に向かって延びる第２の凹部を前記基板に形成し、
    前記基板の前記第１の凹部から前記第２の凹部まで延びる部分を除去して、前記第１の面から前記第２の面まで延びる開口を前記基板に形成するように、
    前記レーザシステム及び前記ワークピース支持システムの前記少なくとも一方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。

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