JP5795000B2 - ガラス基板のレーザスクライブおよび分離方法 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は、２００９年１１月３０日に出願された「ガラス基板のスクライブおよび分離方法（Methods for Scribing and Separating Glass Substrates）」と題する米国特許出願第１２／６２７，１７２号、および２０１０年４月９日に出願された「強化ガラス基板にスクライブベントを形成する方法（Methods of Forming Scribe Vents in Strengthened Glass Substrates）」と題する米国特許出願第６１／３２２，４７８号の、優先権を主張するものであり、これらの全体が参照により本書に組み込まれる。

本明細書は、一般に、強化ガラス基板を分離する方法に関し、より具体的には、強化ガラス基板を分離するためにスクライブベント（scribe vent）を形成する方法に関する。

薄型ガラス基板には消費者向け電子機器において様々な用途がある。例えば、携帯電話に、テレビやコンピュータモニタなどのディスプレイ機器に、また他の種々の電子機器に組み込まれる、ＬＣＤおよびＬＥＤディスプレイ用のカバーシートとしてガラス基板が使用されることがある。こういった機器に使用されるカバーシートは、大型のガラス基板を種々のレーザ切断技術を用いて複数のより小さいガラス基板に区分または分離することにより形成することができる。例えば、スクライブ・アンド・ブレイク技術を用いてガラス基板を分離してもよい。

しかしながら、イオン交換ガラスなどの強化ガラス基板を分離する際にスクライブ・アンド・ブレイク技術を用いると、スクライブラインの形成ではなく、制御し得ないフルボディ分離が生じてしまう可能性がある。制御されていない分離により生成されるエッジの特性は、スクライブ・アンド・ブレイク法によるものと比較すると一般に質の悪いものとなる。さらに、分離ラインに沿って基板のフルボディ分離が起こると、交差するベントを１つの強化ガラス基板に追加で形成することはできない。

したがって、スクライブベントを形成し、さらに強化ガラス基板を分離する、代わりの方法を求める要望がある。

一実施の形態において、圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法は、内部引張層を部分的に露出させるよう、圧縮表面層を貫通する第１傷および第２傷を形成するステップを含む。第１傷は、第１スクライブ方向に垂直でありかつ強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置しているものでもよい。第２傷は、第２スクライブ方向に垂直でありかつ強化ガラス基板の第２エッジからずれて位置しているものでもよい。この方法は、強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを第１スクライブ速度で平行移動させることにより、圧縮表面層を貫通する第１スクライブベントを第１スクライブ方向に発生させるステップをさらに含む。第１スクライブベントは、第１傷で始まり、かつ強化ガラス基板のエッジからずれている第１終端位置で終端するものでもよい。強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを、第１スクライブ速度と同様または第１スクライブ速度以上の、第２スクライブ速度で平行移動させることにより、圧縮表面層を貫通する第２スクライブベントを第２スクライブ方向に発生させてもよい。第２スクライブベントは、第２傷で始まり、かつ第１スクライブベントと交差位置で交差し、さらに強化ガラス基板のエッジからずれている第２終端位置で終端するものでもよい。

別の実施形態において、圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法は、強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、圧縮表面層を貫通する第１スクライブベントを第１スクライブ方向に発生させるステップを含む。第１スクライブベントは交差位置で融着させてもよい。この方法は、強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、圧縮表面層を貫通する第２スクライブベントを第２スクライブ方向に発生させるステップをさらに含む。この第２スクライブベントは第１スクライブベントを交差位置で横切る。

さらに別の実施形態において、圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板にスクライブベントを形成する方法は、内部引張層を部分的に露出させるよう、圧縮表面層を貫通する傷を形成するステップを含む。この傷は、スクライブ方向に垂直でありかつ強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置している。この方法は、強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、圧縮表面層を貫通するスクライブベントを、このスクライブベントが傷で始まりかつ強化ガラス基板の第２エッジからずれている終端位置で終端するように、発生させるステップをさらに含んでもよい。

本方法のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含め、本書において説明される実施形態を実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、種々の実施形態を説明したものであること、そして請求される主題の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されているものであることを理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、また本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本書において説明する種々の実施形態を示し、そしてその記述とともに、請求される主題の原理および動作の説明に役立つ。

本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、エッジからずれて位置している傷、レーザビームの楕円ビームスポット、および強化ガラス基板に入射する冷却ジェットの冷却スポットを、概略的に描いた斜視図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、エッジからずれて位置している傷、レーザビームの楕円ビームスポット、および強化ガラス基板に入射する冷却ジェットの冷却スポットを、概略的に描いた斜視図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、レーザビーム、冷却ジェット、および図１Ａまたは１Ｂの強化ガラス基板を概略的に描いた断面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、楕円ビームスポットおよび冷却スポットの相対的な位置付けを概略的に描いた図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、スクライブベントおよびベント前部を概略的に描いた断面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、完成したスクライブベントを概略的に描いた斜視図 本書において図示および説明される方法の少なくとも１つの実施形態による、強化ガラス基板表面上のレーザシールドを概略的に描いた斜視図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、複数の、エッジからずれて位置している傷と第１方向の所望の分離ラインとを概略的に描いた上面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、２つの、エッジからずれて位置している傷と、交差している第１スクライブ方向および第２スクライブ方向の所望の分離ラインとを、概略的に描いた上面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、交差位置で交差している第１スクライブベントおよび第２スクライブベントを概略的に描いた斜視図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、第１スクライブ方向に沿った第１スクライブベントを概略的に描いた側面図 第１スクライブ方向に沿った第１スクライブベントと交差している、第２スクライブ方向に沿った第２スクライブベントを概略的に描いた側面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、第１スクライブ方向に沿った第１スクライブベントと交差している、第２スクライブ方向に沿った第２スクライブベントを概略的に描いた側面図 本書において図示および説明される少なくとも１つの実施形態による、複数の、エッジからずれて位置している傷と、第１スクライブ方向および第２スクライブ方向の所望の分離ラインとを、概略的に描いた上面図

ここで、強化ガラス基板の厚さの一部に亘って延在するスクライブベントを形成する種々の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照には同じ参照数字を使用する。本書において説明するように、強化ガラス基板にスクライブベントを形成する方法は、一般に、圧縮表面層を貫通する垂直な傷を、その傷が強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置するようにして形成するステップを含む。ガラスの圧縮層下の露出された内部引張層が、レーザスクライブ工程時にベントが始まるのを助ける。レーザ光源からのビームスポットを、その後圧縮層上の所望の分離ラインに沿って導く。冷却ジェットによって生成される冷却スポットは、この冷却スポットがビームスポットの後端エッジ近傍に位置付けられるように圧縮層上に導かれる。次いで、レーザ光源および冷却ジェットを平行移動させることにより、または強化ガラス基板を平行移動させることにより、冷却スポットとビームスポットとを、ビームスポットが強化ガラス基板の第２エッジからずれた終端位置に位置付けられるまで所望の分離ラインに沿って前進させ、こうして強化ガラス基板の厚さの一部に亘って延在するベントを形成する。形成されたスクライブベントは、このずれた位置にある傷から終端位置まで延在している。交差しているスクライブベントは、第１スクライブベントを第１スクライブ速度で形成し、そしてこれに交差する第２スクライブベントを第１スクライブ速度よりも速い第２スクライブ速度で形成することによって形成してもよい。別の実施形態では、第２スクライブベントを形成する前に、第１スクライブベントを交差位置で融着させてもよい。強化ガラス基板にスクライブベントを形成する種々の実施形態の他、強化ガラス基板を複数片に分離する方法を本書においてより詳細に説明する。

図１Ａ、２、および５を参照すると、強化ガラス基板１００の厚さの一部に亘って延在する制御されたクラックすなわちスクライブベント１０９を形成するための、例示的なシステムが概略的に描かれている。このシステムは、概して、強化ガラス基板１００を所望の分離ライン１０４に沿って加熱するレーザ光源１５０と、強化ガラス基板１００の加熱表面を所望の分離ライン１０４に沿って急冷するために冷却ジェット１０５を導くノズル１６０とを備えている。ビームスポット１０２と冷却スポット１０６とを当てることで得られる強化ガラス基板の温度変化により、所望の分離ライン１０４に沿って、所望の分離ライン１０４の垂直方向に引張応力が発現し、これにより強化ガラス基板１００の厚さの一部に亘って延在するベント１０９が形成される。完成したスクライブベント１０９は所望の分離ライン１０４に沿って位置し、機械的な力を加えることで強化ガラス基板１００をこのラインで分離させることができる。以下でより詳細に説明するが、スクライブベント１０９は強化ガラス基板１００の第１エッジ１１４からずれて位置する傷１１２で始まり、そして強化ガラス基板１００の第２エッジ１１６からずれて位置する終端位置で終端する。

本書において説明する実施形態において、強化ガラス基板１００は、第１表面１３０、第２表面１３２、エッジ（例えば、第１エッジ１１４および第２エッジ１１６）、および厚さｈを有している。強化ガラス基板は、例えば円形など、他の形状を有するものでもよいことを理解されたい。強化ガラス基板は、イオン交換法により化学強化して、ある層深さ（ＤＯＬ）まで延在している圧縮表面層１１１と強化ガラス基板内部に内部引張層１１５とを生じさせたものでもよい。強化ガラス基板は種々のガラス組成で形成することができ、例えば限定するものではないが、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩、およびアルミノホウケイ酸塩ガラスが挙げられる。

強化ガラス基板１００は、機械的チャックまたは真空チャックを使用して、システム内でしっかりと保持することができる。真空チャックは、真空プラテン上に一連の真空孔をいくらか距離を空けて配置して得たものでもよい。ただし、これらの孔により生み出された応力勾配が応力場を歪ませ、強化ガラス基板のレーザスクライブ工程に十分に影響を与える可能性がある。真空吸引による応力勾配は、孔の間隔を狭くしたプレートや多孔質プレートを使用して最小にすることが可能であり、これはどちらのプレートでも、ガラスを保持するのに必要な真空の量が少なくなるためである。

レーザ光源１５０は、強化ガラス基板１００に熱エネルギーを与えるのに適した波長を有するビームを放射するよう動作可能であり、このときレーザエネルギーがガラスの厚さｈを通じて強く吸収され、こうして強化ガラス基板が加熱される。例えば、レーザ光源１５０は一般に、赤外領域の波長を有するレーザビーム１０１を放射する。適切なレーザ光源としては、波長約５μｍから約６μｍのＣＯレーザ、波長約２．６μｍから約３．０μｍのＨＦレーザ、または波長約２．９μｍのエルビウムＹＡＧレーザが挙げられる。本書において説明する実施形態において、レーザ光源は約９．４μｍから約１０．６μｍの波長を有する赤外光ビームを生成するＣＯ₂レーザである。ＣＯ₂レーザ光源は、準連続波モードで動作するＲＦ励起レーザ光源でもよい。一実施の形態においては、レーザ光源１５０のレーザビーム１０１がガウシアン強度分布を有するように、レーザ光源１５０をＴＥＭ₀₀モードの出力ビームを生成するように動作させる。あるいは、出力ビームが「Ｄ」またはフラットモードの強度分布を有するように、レーザ光源をＴＥＭ₀₁モードの出力ビームを生成するように動作させてもよい。レーザ光源の出力は、所望のスクライブ速度、スクライブするガラスの組成、および圧縮表面層の深さに応じて、約２０ワットから５００ワット超までとし得る。

強化ガラス基板１００の表面の過熱（これが強化ガラス基板表面からのガラスのアブレーションまたは蒸発や、切断エッジを弱化させる残留応力に繋がり得る）を防ぐため、レーザ光源から放射されるビーム１０１を、種々の光学素子（図示なし）を用いて、ビーム１０１が強化ガラス基板１００の表面で楕円ビームスポット１０２を有するように成形してもよい。例えば、一実施の形態において、一対のシリンドリカルレンズ（図示なし）を、レーザ光源１５０から放射されたレーザビーム１０１の経路内に配置してもよい。あるいは、レーザビームを成形して楕円ビームスポットを形成するのに使用するシリンドリカルレンズおよび／または他の光学素子を、レーザ光源１５０と一体化させる。シリンドリカルレンズは、強化ガラス基板の表面に入射するビームスポットが、図１Ａに描かれているように概して楕円の形状となるようにレーザビーム１０１を成形する。本書で説明するビームスポットの形状は楕円とされるであろうが、実施形態はこれに限られるものではなく、円形、正方形、長方形などを含む他の形状をビームスポットが有し得ることを理解されたい。

図３を参照すると、楕円ビームスポット１０２は概して幅ｂの短軸１２４と長さａの主軸１２５とを有する。短軸１２４は、図３に示されているように、楕円ビームスポット１０２の中心点を横切って延在している。一実施の形態において、短軸１２４の幅ｂは、冷却ジェットが強化ガラス基板表面と接触する位置に形成される、冷却スポット１０６の直径と略同じである。

主軸１２５は概して、楕円ビームスポット１０２の先端エッジ１２０と後端エッジ１２２との間で図３に示すように長さａを有する。楕円ビームスポット１０２の長さａは、レーザにより生成されるベントの深さを一般に制御し得る。レーザビームスポットが長くなると、ベントは深くなる。長さａが固定されている場合、スクライブ速度νが速くなると、より浅いベントが生成される。反対に、スクライブ速度νが遅くなると、生成されるベントは深くなる。強化ガラス基板のレーザスクライブでは、ベントの進展がレーザスクライブ作業を完了させることができるほど十分にゆっくりしたものとなるように、ベントの深さを制御するべきである。このことは、所与の強化ガラス基板厚に対する望ましいスクライブ速度に従って、レーザビームの長さを固定するべきであることを意味している。

レーザビーム１０１のレーザパワーに関連して、強化ガラス基板の加熱に使用し得るレーザパワーは、瞬時パワー密度と平均パワー密度によって制限され得る。瞬時パワー密度は、瞬時レーザパワーＰ_instをビームスポットの面積で割ったもので定義することができる。平均パワー密度Ｉ_averageは、レーザパワーＰを、レーザビームのスポットサイズと単位時間毎のレーザビームの通過面積との和で割ったもので定義することができる。

Ｉ_average＝Ｐ／（π・ａ・ｂ÷４＋ｂ・ν） 方程式（１）
応力緩和を生じさせることなく強化ガラス基板を加熱するための最大許容レーザパワー密度は、例えば熱容量、熱拡散率やそのレーザ波長での光吸収、ガラス軟化点など、ガラスの性質に依存する。Ｉ_averageをＩ_maxに等しいものと設定すると、以下の式が得られる。

ｂ＝（Ｐ／Ｉ_max）・１／｛（π／４）・ａ＋ν｝ 方程式（２）
これにより、所望のベント深さを得るために、長さａが固定され得るときには、楕円ビームスポットの幅ｂを制御して所望の平均パワー密度を達成することができる。より具体的には、方程式（２）は、１）固定のレーザパワーおよび最大許容レーザパワー密度が与えられるとき、レーザスクライブ速度の減少に伴って楕円ビームスポットの幅ｂを増加させるべきである、２）層深さの増加に伴ってレーザのスクライブ速度は減少するので、これに応じてレーザビーム幅ｂを増加させるべきである、そして３）レーザスクライブ速度が一定速度で保たれている場合には、レーザパワーの増加はレーザビーム幅ｂの増加を必要とする、ということを示している。ガラス厚および層深さが増加すると、加熱を必要とするガラスの容積の量もまた増加する。パワー密度は特定値に限定されるため、レーザパワーを増加させるには、楕円ビームスポットの幅ｂを増加させるべきである。

スクライブ工程中には、熱拡散による熱損失もまた存在するであろうことに留意されたい。熱拡散は、レーザ加熱により与えられた局所的なガラス温度を減少させる。熱損失は局所的な温度勾配に比例するため、伝播しているベント前部で必要な引張応力を生じさせるためには、急冷前および急冷中の、ベント前部位置での温度勾配を減少させることが必要となり得る。これは、より幅広の楕円ビームスポットを使用して、強化ガラス基板のベント前部に隣接する容積を加熱することで達成することができる。あるいは、一実施の形態においては、短軸に沿った強度プロファイルの分布が均一であるレーザビームを使用して、ベント前部での温度勾配を減少させかつその温度を増加させてもよい。一般に、強化ガラス基板がより厚くなると、ベントがより深く、かつレーザビームが幅ｂに沿ってより幅広になる。

図２および図３を参照すると、冷却ジェット１０５は概して、ノズル１６０から放射されて強化ガラス基板１００の表面上に導かれる加圧流体流を含む。加圧流体は、例えば、水、エタノール、液体窒素、および／または化学冷却剤などの、液体を含むものでもよい。あるいは冷却ジェット１０５は、例えば、圧縮空気、圧縮窒素、圧縮ヘリウム、または類似の圧縮ガスなどの、圧縮ガスを含むものでもよい。また冷却ジェットは、液体と圧縮ガスとの混合物（すなわち、圧縮された脱イオン水と空気または窒素とを含んだミストジェット）を含むものでもよい。本書において説明する実施形態において、冷却ジェットは脱イオン水である。一般に、固体流の水ジェットは、小さい面積を集中して冷却するため浅いベントの生成に効果的となり得、一方ミストジェットは、より深いベントを生成しかつ広いプロセスウインドウを有し得る。ミストジェットはより大きな面積に適用することができ、かつ強化ガラス基板表面上の熱の多くを除去することができる。

冷却ジェット１０５は、ノズル端部のオリフィス（図示なし）から放射される。冷却ジェットが強化ガラス基板の表面に入射する位置に形成される冷却スポット１０６は、ノズル１６０のオリフィスよりも大きい直径ｄ_jを有している。ノズル１６０は、スクライブ方向１１０（すなわち、切断軸）に対してレーザ光源１５０の後方に位置付けられる。本書において説明する実施形態において、ノズル１６０は強化ガラス基板１００の表面１３０に対し、冷却ジェット１０５が強化ガラス基板表面に、強化ガラス基板表面に関して９０度未満の角度αで入射するような角度で配向される。一実施の形態においては、冷却ジェット１０５を、平行移動しているビームスポット１０２と調整して平行移動させてもよい。別の実施形態においては、強化ガラス基板１００をビーム１０１および冷却ジェット１０５の下で平行移動させることができる移動台に、強化ガラス基板１００をマウントしてもよい。冷却ジェット１０５は、強化ガラス基板１００の表面上の、楕円ビームスポットに隣接するエリアに導いてもよい。

図１Ａ〜５を参照すると、強化ガラス基板１００の厚さｈの一部に亘って延在するベントを含むスクライブベントを形成する方法は、最初に強化ガラス基板１００の第１表面１３０（すなわち、圧縮表面層１１１の表面）上に傷１１２を導入してスクライブベント開始点を形成するステップを含んでもよい。傷１１２は、強化ガラス基板の第１エッジ１１４から、傷の位置ずれ距離ｄ_defだけずらして設ける。傷１１２は、例えば機械的にまたはレーザアブレーションによって形成されたクラック開始点でもよい。位置ずれ距離ｄ_defは、所望のスクライブ速度、スクライブするガラスの組成、および圧縮表面層１１１の深さに依存し得る。一実施の形態において、位置ずれ距離ｄ_defは略６ｍｍである。他の実施形態において、位置ずれ距離は約３ｍｍから約１０ｍｍの範囲内でもよい。以下でより詳細に説明するが、ベントは傷から始まり、レーザビームおよび冷却ジェットに対する強化ガラス基板１００の相対運動に沿って伝播する。

傷１１２は、スクライブ方向および所望の分離ラインに垂直なクラック開始点でもよい。傷１１２を垂直配向とすれば、スクライブ方向に平行な傷よりも優れた機械的再現性をもたらし得る。例えば、垂直配向の傷１１２によれば、スクライブ工程中にフルボディベントを形成させないようにすることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、分離される強化ガラス基板の組成や物理的なクラックのメカニズムに応じて、図１Ｂに示したようなスクライブ方向に平行な傷１１２´を提供することが望ましいこともある。

傷１１２は、ダイヤモンドスクライバを適用して機械的に形成することが好ましいであろうが、機械的罫書きホイール、砥石車、カーバイドチップ、彫刻機など、他の機械装置を利用してもよい。傷１１２の深さは、内部引張層が露出されるよう、層深さと同じかあるいはこれより若干深いものとするべきである。傷の形成時には、傷が内部引張層内に深く延び過ぎないことを確実にするよう注意するべきである。そのため、機械装置はそれほど鋭利なものとするべきではないし、また加える力は、得られる傷が強化ガラス基板のバルク内で深くなり過ぎるような過度に大きいものとするべきではない。鋭利な機械装置を適用することで生成される深いメディアンクラックは、内部引張層内に過度に深く入り込んで、レーザスクライブ工程中にフルボディクラックを生じさせる可能性がある。多くの横クラックおよび放射状クラックや内部引張層を部分的にのみ露出させる浅いメディアンクラックを含む傷は、鋭くない機械装置を使用することによって得ることができる。選択される機械装置の種類は、ガラスの強度など、強化ガラス基板の特性に依存し得る。円錐状のダイヤモンドチップを強化ガラス基板の表面上で引きずると、一般に横クラックがより多く生成され、かつ生成されるメディアンクラックは少なくなる。罫書きホイールは、レーザスクライブ工程中に強化ガラス基板を完全に分離させる可能性があるような、深いメディアンクラックを生成し得る。

一例であって限定するものではないが、空気駆動シリンダを使用して、３０μｍ、７６０ＭＰａの圧縮応力層と２１ＭＰａの内部引張層とを有する１．１ｍｍ厚のイオン交換強化ガラス基板の表面に円錐状のダイヤモンドスクライバを当てた。この強化ガラス基板は、６９．１７モル％のＳｉＯ₂、８．５３モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０モル％のＢ₂Ｏ₃、１３．９４モル％のＮａ₂Ｏ、１．１７モル％のＫ₂Ｏ、６．４５モル％のＭｇＯ、０．５４モル％のＣａＯ、および０．１９モル％のＳｎＯ₂を含む、アルミノケイ酸ガラスであった。円錐状ダイヤモンドチップの角度は約１０５°であった。空気駆動シリンダによりダイヤモンドチップを強化ガラス基板の表面に当接させ、このときの力が約９Ｎ、罫書き速度が約５ｍｍ／ｓ、そして引きずり角度が約１２°であった。この工程により、内部引張層を部分的に露出させる垂直な傷が生成された。ダイヤモンドチップの性質と罫書き工程は、強化ガラス基板の性質（例えば、ガラス基板の厚さ、圧縮応力層の厚さおよび圧縮応力など）に依存し得る。強化ガラス基板の性質に応じて、約９０°から１３０°の範囲内の角度を有する円錐状ダイヤモンドチップを利用してもよく、また加える力を約５から約２０Ｎの間としてもよい。別の例として、限定するものではないが、円錐状ダイヤモンドチップを１２０°の円錐角を有するものとしてもよく、かつこの円錐状ダイヤモンドチップを強化ガラス基板に、引きずり角度５°、速度３ｍｍ／ｓ、そして加える力１３Ｎで当接させてもよい。

傷１１２が形成されると、ビームが傷１１２の位置で所望の分離ライン１０４上に入射するよう、レーザ光源１５０からのビーム１０１を強化ガラス基板１００の表面上に導く。ビームは最初、傷１１２がビーム１０１の楕円ビームスポット１０２内に位置付けられ、かつ楕円ビームスポット１０２の主軸１２５が所望の分離ライン１０４と実質的に同一線上となるように、基板上に導かれる。レーザ光源１５０のビームが強化ガラス基板１００の表面１３０上に位置付けられたとき、ビームが圧縮表面層１１１に放射熱エネルギーを与え、これにより強化ガラス基板を所望の分離ライン１０４に沿って加熱する。ガラス表面が加熱される最大温度Ｔ_maxは、加熱中の応力緩和と、冷却ジェットによる急冷に続いて望ましくない残留応力が発現することとを防ぐよう、一般にガラスの歪点Ｔ_g未満である。強化ガラス基板の温度は、例えば、レーザ光源のパワーや、レーザビームを上述したように所望の分離ラインに沿って強化ガラス基板の表面上で前進させる際のスクライブ速度νなど、種々のパラメータを調整することによって制御することができる。ビーム１０１が最初に所望の分離ライン１０４上に位置付けられると、その後楕円ビームスポット１０２を第２エッジ１１６からずれた位置にある終端位置１１３に到達するまで、強化ガラス基板１００の表面１３０に沿って所望の分離ライン１０４上にスクライブ速度νで前進させ、こうして強化ガラス基板の表面を所望の分離ライン１０４に沿って、傷１１２と終端位置１１３との間で加熱する。楕円ビームスポットは、レーザ光源１５０を強化ガラス基板１００に対して動かすことにより、表面上で平行移動させてもよい。あるいは、強化ガラス基板１００をレーザ光源１５０およびノズル１６０に対して動かすことにより、楕円ビームスポットを平行移動させてもよい。

強化ガラス基板の表面１３０にスクライブベント１０９を形成するため、ノズル１６０から放射された冷却ジェット１０５で強化ガラス基板の加熱表面を冷却または急冷する。急冷による温度変化により、強化ガラス基板の表面の所望の分離ライン１０４に垂直な方向に引張応力が発現する。図４を参照すると、こういった引張応力が、ベント前部１４０を強化ガラス基板の表面下で所望の分離ライン１０４に沿ってスクライブ方向１１０へと伝播させ、そして第２エッジ１１６手前の終端位置１１３近傍で停止させる。終端位置１１３は第２エッジ１１６から終端距離ｄ_termだけずれたものでもよい。本書において説明する実施形態において、ベント１０９は、強化ガラス基板の厚さｈの半分未満の深さｄまで、基板の表面から下に延びているものでもよい。一実施の形態において、この厚さｄは強化ガラス基板の厚さｈの略１５％である。ベント１０９を強化ガラス基板の表面沿いで開始させかつ伝播させるには、ベントを開始かつ伝播させるのに十分な引張応力を生成するよう、強化ガラス基板の表面を加熱しさらに続いて冷却して、温度変化閾値ΔＴ_THを上回らせなければならない。

より具体的には、強化ガラス基板をレーザ光源１５０で加熱し、さらに強化ガラス基板の加熱表面を冷却ジェット１０５で急冷すると、強化ガラス基板の表面で所望の分離ライン１０４に垂直に引張応力が生成される。引張応力が強化ガラス基板１００を形成している材料の引張応力閾値σ_THを上回ると、既に存在しているクラックまたはベント１０９が強化ガラス基板内で伝播し得る。加熱および冷却サイクルによるレーザ生成引張応力は、以下の式で見積ることができる。

σ_TH＝（１／２）α・Ｅ・ΔＴ 方程式（３）
ここで、αは熱膨張係数、Ｅはヤング率、そしてΔＴはレーザビームと冷却ジェットの急冷サイクルによる温度降下である。方程式（３）を使用すると、レーザ加熱と冷却ジェットの急冷サイクル中に生成され得る最大引張応力は、いかなるガラス種類に対しても約１００から約２００ＭＰａを超え得ない。この値は、イオン交換法で生成される表面圧縮応力（例えば＞５００ＭＰａ）よりも著しく小さい。そのため、レーザスクライブ工程では、圧縮層内に完全に包み込まれているスクライブベントを伝播させるほどの引張応力は生成されない。むしろ、強化ガラス基板上でのスクライブ工程は間接的な工程である。

図４を参照すると、上述した引張応力により、ベント前部１４０は強化ガラス基板の表面１３０に沿って所望の分離ライン上をスクライブ方向１１０に伝播する。図４に示したように、ベント前部１４０は強化ガラス基板１００の表面１３０下を進む。ガラス表面下でベント１０９が開口することにより、表面の圧縮応力が解放されて、ベント前部が強化ガラス基板内を伝播するときに、ベント前部１４０の後でベント１０９がガラス表面を突破る。

ベント前部１４０が表面１３０の下方の圧縮表面層１１１内を進むとき、スクライブベント１０９を圧縮表面層１１１でまたはこの層付近で伝播させるように引張応力を生成するには、効率的かつ持続的な急冷が必要となり得る。冷却効率は、冷却ジェット１０５の衝撃速度、ノズル１６０により供給される冷却ジェット１０５の体積流量、そして加熱された強化ガラス基板１００に対する冷却ジェット１０５の温度勾配に依存し得る。一実施の形態において、冷却ジェット１０５（水など）の温度は、摂氏０℃をちょうど上回る安定した温度まで冷却される。冷却ジェット１０５の温度および流量は、適切なスクライブベント深さを得るために、作業を通じて安定した状態で維持されるべきである。

理想的なシステムにおいては、定性的に、強化ガラス基板表面上での冷却ジェットの特徴的な固有の冷却時間はｄ_j／νに等しく、ここでｄ_jは冷却ジェットコアの直径であり、またνはスクライブ速度である。冷却ジェットコア１０７は、冷却ジェットが強化ガラス基板の表面とぶつかる位置の、冷却スポット１０６の中心領域である。ベント前部が強化ガラス基板内の層深さｌに位置していると仮定すると、急冷効果が層深さの値ｌに達するのに必要な時間は、１次元熱伝導モデルを使用して見積もることができる。このモデルによれば特性時間はｌ／４Ｄであると予測され、ここでＤは強化ガラス基板の熱拡散率である。したがって、冷却ジェットの直径ｄ_jは定性的に以下のように見積ることができる。

ｄ_j≒（ｌ²／４Ｄ）・ν 方程式（４）
上記方程式は、冷却ジェットの直径ｄ_jと強化ガラス基板の層深さとの相関を示している。層深さの増加に対応して、冷却時間を増加させるべきである。

冷却スポット１０６は、楕円ビームスポット１０２の後端エッジ１２２に近接して位置付けてもよい。図１Ａ〜３を参照すると、本書において説明する一実施の形態においては、冷却スポット１０６が強化ガラス基板１００の表面１３０の所望の分離ライン１０４上に、かつ楕円ビームスポット１０２内に位置付けられるように、ノズル１６０が配向される。より具体的には、図３に示すように、冷却スポット１０６が後端エッジ１２２から距離ｚだけ間隔を空けた状態で楕円ビームスポット１０２内の楕円ビームスポット中心と後端エッジとの間に位置するように、図示の実施形態のノズル１６０は配向されている。この位置で冷却スポット１０６は、レーザ光源での加熱による、強化ガラス基板表面上の最大温度の位置またはその近傍に位置している。したがって、強化ガラス基板は最大温度または最大温度近傍で冷却ジェットにより急冷されるため、得られる温度変化ΔＴ（ガラス表面は歪点温度Ｔ_g直下まで加熱されると仮定する）は温度変化閾値ΔＴ_THを上回り、こうして傷１１２から最初に伝播するベント１０９の形成が促進される。図示の冷却スポットは、楕円ビームスポットから距離ｚ隔てた状態で楕円ビームスポット内に位置しているが、冷却スポットを、直接後端エッジ１２２上に位置させてもよいし、または部分的に後端エッジ近傍の楕円ビームスポット外に位置させてもよく、あるいは楕円ビームスポットの数ミリ後方に遅れるようにしてもよい。例えば、より厚い強化ガラス基板では、冷却スポットを楕円ビームスポットにより近づけるか、あるいは楕円ビームスポット内に位置付けてもよい。より薄い強化ガラス基板では、冷却スポットは楕円ビームスポット内に位置付けてもよい。一般に、強化ガラス基板が薄くなるほど、冷却ジェットからＴ_maxの位置までの距離は短い。

図１Ａ、２、および５を参照すると、冷却ジェット１０５および冷却スポット１０６を楕円ビームスポット１０２に対して適切に配向した後、冷却ジェットおよびレーザ光源を、強化ガラス基板１００の表面１３０に沿って、傷１１２の位置から始まり終端位置１１３で終端する所望の分離ライン１０４上でスクライブ方向１１０に前進させる。強化ガラス基板の表面が最大温度まで加熱され、かつ最大温度または最大温度近傍で急冷されると、スクライブベント１０９が傷１１２から終端位置１１３まで所望の分離ライン１０４に沿って伝播する。冷却ジェット／レーザ光源と強化ガラス基板１００は互いに対してスクライブ速度νで前進し、この速度νが所望の分離ライン１０４に沿ったベントの伝播速度となる。スクライブ速度νは一般に、強化ガラス基板表面の過熱を防ぐと同時に、さらに強化ガラス基板表面をガラスの歪点温度直下まで加熱できるように選択される。スクライブベント１０９を確実に傷と終端位置との間で延びるものとし、第１エッジから第２エッジまで延びることのないようにすることによって、制御し得ないフルボディベントが伝播して強化ガラス基板１００を破壊するのを防ぐ。スクライブベント１０９の形成に続き、ベントの片側または両側で強化ガラス基板１００に曲げモーメントを（手などで）加え、強化ガラス基板をスクライブベント１０９に沿って機械的に分離してもよい。

一実施の形態においては、ビームスポットが第１エッジの手前から出発して第２エッジを過ぎるまで所望の分離ラインに沿って前進するようにこのシステムを動作させ、ビームスポットが第１エッジおよび第２エッジの両方を横切るようにしてもよい。スクライブベントを、傷と終端点の間のみに位置付けられるようにし、第１エッジから第２エッジまで延在しないようにして発生させるためには、レーザビームで生成したビームスポットが、傷の手前や終端位置を過ぎてから強化ガラス基板に入射するときには、冷却ジェットを「オフ」モードで動作させ、さらにビームスポットが傷の位置や傷と終端位置との間で強化ガラス基板に入射するときには、冷却ジェットを「オン」モードで動作させてもよい。そのため冷却スポットは、強化ガラス基板表面上の傷から終端位置の間のみで提供される。冷却ジェットをこのように動作させることで、強化ガラス基板を傷の手前や終端位置を過ぎてから急冷することを防ぎ、これによりベントがこれらの位置で開口するのを防ぐとともに、傷から終端位置まで延在するスクライブベントが得られる。

別の実施形態においては、冷却スポットが第１エッジから第２エッジまで強化ガラス基板の表面上に提供されるように、冷却ジェットを連続的にオンモードで動作させてもよい。この実施形態では、レーザビームが傷の手前や終端位置を過ぎてから強化ガラス基板に入射するときにはレーザ光源を低パワーレベルで動作させ、そしてレーザビームが傷と終端位置との間で強化ガラス基板に入射するときにはレーザ光源を高パワーレベルで動作させてもよい。この低パワーレベルとは、オフモード（すなわちゼロ放射）でもよいし、あるいはレーザビームがベントを開口させるほどの温度まで強化ガラス基板を加熱することのない程度の、十分に低いいくらかのパワーレベルでもよい。ここでの高パワーレベルとは、本書において上述したような、ベントを開口させるよう動作可能なパワーレベルでもよい。レーザ光源をこのように動作させると、傷と終端位置との間で伝播しかつ強化ガラス基板のエッジでは伝播されない、制御されたベントの伝播が実現する。

終端位置近傍でレーザ光源のパワーレベルを増加させて、ベントの伝播が強化ガラス基板の並進速度を追い越すようにレーザ光源を動作させることによっても、ベントが終端位置を超えて第２エッジへと延びるのを防ぐことができるであろう。レーザスクライブ作業において、レーザ生成ベントは、典型的には強化ガラス基板に対するレーザビームおよび冷却ジェットの相対運動と同じ速度で伝播し得る。しかしながら、レーザ光源の発振パワーを増加させると、ベントは強化ガラス基板の並進速度を追い越して、レーザビームスポットにより提供されたレーザ加熱領域内へと伝播し得る。ベント前部１４０がレーザ加熱領域に入ると、パワーが増加されたレーザ光源と冷却ジェットとの関連でベント前部１４０は抑えられた状態となり、そして前進を完全に停止させる。こうして、レーザ光源のパワーを終端位置近傍で増加させることにより、ベントの伝播は制御可能に停止させることができる。

レーザビームが第１エッジと傷との間および終端位置と第２エッジとの間に位置しているときに強化ガラス基板を高速で平行移動させ、さらにレーザビームが傷と終端位置との間に位置しているときに強化ガラス基板を低速で平行移動させることによっても、第１エッジと傷との間および終端位置と第２エッジとの間でベントの開口を防ぐことができるであろう。これは、強化ガラス基板とレーザビームとの間の相対運度の速度プロファイルで説明できる。この高速でのガラスの並進速度は、ベントの開口を十分に回避できる速度でなければならないし、一方低速でのガラスの並進速度は、ベントを開口させてスクライブベントを形成することができる速度（すなわち、スクライブ速度ν）でなければならない。傷の手前や終端点後にガラスの平行移動を加速させることにより、スクライブベントを傷と終端位置との間のみに形成することができる。

図６を参照すると、本書において説明する方法の実施形態は、レーザシールド１４１、１４２をさらに利用して、強化ガラス基板表面の被遮蔽領域にビームスポットおよび冷却スポットが及ぶのを防いでもよい。ここで被遮蔽領域は、ガラス基板のエッジと夫々傷および終端位置との間の、強化ガラス基板の周囲部分に位置している。例えば、被遮蔽領域は、傷１１２から第１エッジ１１４まで、また終端位置１１３から第２エッジ１１６まで、延在しているものでもよい。レーザシールド１４１、１４２は、例えば、レーザ放射が強化ガラス基板の被遮蔽領域に入って加熱するのを防ぐことができるような、金属材料などの材料を含んでもよい。図６に示した実施形態において、第１レーザシールド１４１は、第１遮蔽表面１４１が第１被遮蔽領域を覆うようにして、強化ガラス基板１００の第１エッジ１１４に当てられるよう構成される。同様に、第２レーザシールド１４２は、第２遮蔽表面１４３が第２被遮蔽領域を覆うようにして、強化ガラス基板１００の第２エッジ１１６に当てられるよう構成される。他のレーザシールドの構造も使用し得ることを理解されたい。例えば、レーザシールドを、強化ガラス基板１００に取り付けられる平坦な金属板として構成してもよい（例えば、強化ガラス基板の第１エッジおよび第２エッジで上表面のみを遮蔽する）。強化ガラス基板をビームスポットおよび冷却ジェットに対して平行移動させるとき、第１および第２被遮蔽領域内でのベントの開口はレーザシールド１４１、１４２により回避され、これによりスクライブベントを傷から終端点まで延在するものとすることができる。

別の実施形態においては、薄い熱伝導コーティングをレーザシールドとして強化ガラス基板１００のエッジ上に堆積させてもよい。例えば、薄い熱伝導コーティングは、タッチセンサー式スクリーンで接点を形成するために典型的に使用される金属電極材料でもよい。熱伝導コーティングはマスクを用いて強化ガラス基板１００に適用してもよい。この材料は、上述した熱遮蔽効果をさらに提供するものでもよい。

ここに上述した方法を使用して、強化ガラス基板を複数のより小さな片に分離するスクライブ・アンド・ブレイク技術の使用を助ける１以上のベントを、強化ガラス基板に形成することができる。例えば、図７〜１１は、本書において説明したベント形成方法を使用して強化ガラス基板１００を複数片に分離する方法を図で表したものである。

図７を参照すると、上方表面すなわち第１表面１３０を備えている、強化ガラス基板１００が描かれている。強化ガラス基板１００は、第１垂直傷１１２ａを強化ガラス基板１００の第１表面１３０上に、上述したように第１エッジ１１４からずらして導入することにより、複数片に分離される。第１垂直傷１１２ａは、ダイヤモンドチップやカーバイドポイントまたはホイールなどの機械的スクライブを用いて、あるいはレーザアブレーションによって、強化ガラス基板１００の表面に形成してもよい。第２垂直傷１１２ｂおよび第３垂直傷１１２ｃなどの複数のさらなる垂直傷を、スクライブベントをさらに発生させるために第１表面１３０に加えてもよく、こうすることで強化ガラス基板１００を複数片に分離することが可能になる。任意の数のさらなる傷を第１表面１３０に導入してもよい。

その後、本書において上述したような１以上のベント形成技術を用いて、第１垂直傷１１２ａから第１終端位置１１３ａまで延在する第１の所望の分離ライン１０４ａに沿って、ベントを強化ガラス基板１００内に開口させることができる。例えば、一実施の形態において、ＣＯ₂レーザの楕円ビームスポットが、この楕円ビームスポットの主軸が第１の所望の分離ライン１０４ａに実質的に位置合わせされるようにして、第１垂直傷１１２ａ上に導かれる。冷却ジェットもさらに、冷却ジェットの冷却スポットがビームスポットの後端エッジに近接して位置付けられるように、強化ガラス基板上に導かれる。

楕円ビームスポットおよび冷却スポットは、その後強化ガラス基板の表面上で第１の所望の分離ライン１０４ａに沿って導かれ、これにより上述したように、強化ガラス基板の厚さの一部に亘って延在しかつ第１スクライブベントを形成する、第１ベントを強化ガラス基板内で開口させる。一般に、強化ガラス基板１００内の第１ベントは、概して強化ガラス基板の厚さｈの４分の１未満に亘って延在する。

同様に、第１スクライブベントの形成に関連して上述したように、第２スクライブベントを、第２垂直傷１１２ｂから出発して第２終端位置１１３ｂで終端する第２の所望の分離ライン１０４ｂに沿って形成してもよく、さらに第３スクライブベントを、第３垂直傷１１２ｃから出発して第３終端位置１１３ｃで終端する第３の所望の分離ライン１０４ｃに沿って形成してもよい。

第１、第２、および第３スクライブベントが強化ガラス基板１００内に形成されると、これに曲げモーメントを加えることで強化ガラス基板をスクライブベントに沿って複数片に機械的に分離することができる。例えば、曲げモーメントを強化ガラス基板１００の第１スクライブベント周りに加えることで、強化ガラス基板を第１スクライブベントに沿って分離した後、第２スクライブベントおよび第３スクライブベント周りに曲げモーメントを加えて、得られた片をより小さな片にさらに分離してもよい。この手法で、強化ガラス基板１００を４つの個別片に分割することができる。より多くの、またはより少ないスクライブベントを形成して、強化ガラス基板を、より多くの、またはより少ない個別片に分離してもよいことを理解されたい。

本書において説明されたスクライブベント形成方法を使用して、強化ガラス基板をクロススクライブしてもよい。強化ガラス基板をクロススクライブするため、２つの交差しているスクライブベントを強化ガラス基板のバルクに形成してもよい。レーザクロススクライブは、ある方向にレーザスクライブを行い、続いて第２の方向にレーザスクライブを行うものである。

図８を参照すると、第１垂直傷１１２ａを第１エッジ１１４に近接させて導入し、さらに第２垂直傷１１２ｂを第３エッジ１１７に近接させて導入してもよい。第１垂直傷１１２ａおよび第２垂直傷１１２ｂは、夫々第１の所望の分離ライン１０４ａおよび第２の所望の分離ライン１０４ｂ上に位置付けられる。第１の所望の分離ライン１０４ａおよび第２の所望の分離ライン１０４ｂは、交差位置１７０で互いに交差している。上述したように、レーザビームおよび冷却ジェットを強化ガラス基板１００の表面上で平行移動させ、図９に示したように、夫々第１終端位置１１３ａおよび第２終端位置１１３ｂで終端するスクライブベント１０９ａおよび１０９ｂを開口させることができる。第１終端位置１１３ａおよび第２終端位置１１３ｂは、夫々第２エッジ１１６および第４エッジ１１９に近接している。強化ガラス基板１００は正方形の形状を有するものとして図示されているが、例えば円形など、他の形状も可能である。円形では、例えば、第１、第２、第３、および第４のエッジなどの、個別のエッジは存在しないであろう。本書においては、限定するものではなく議論を簡単にするため、エッジを第１、第２、第３、および第４のエッジと表現する。

図９を参照すると、ガラス基板のクロススクライブでは、第２レーザスクライブの通過時に、第２スクライブベント１０９ｂが第１スクライブベント１０９ａを交差位置１７０で横切ることが必要となる。第１スクライブの通過時に形成された第１スクライブベント１０９ａでの不連続性のため、交差位置１７０での局所的なガラス基板温度は、第２スクライブ通過時の第２の所望の分離ライン１０４ｂに沿った他の領域よりも高くなる。交差位置１７０での温度がより高いため、第２ベント１０９ｂは交差位置で第１スクライブベント１０９ａの下を、内部引張層内へとより深く進むことになる。これが、ベント前部１４０（図４）でのより高い引張力に繋がる。ベント前部１４０での温度がより高いことと、局所的な熱膨張とにより、ベントの進展は交差位置１７０近傍で、第２の所望の分離ライン１０４ｂ沿いの他の領域よりも深いものとなり得る。

一例であって限定するものではないが、図１０Ａは、イオン交換法により化学強化された１．１ｍｍ厚のアルミノケイ酸ガラス基板に形成された、第１スクライブベント１０９ａの断面図を概略的に示したものである。圧縮応力層の深さは約３４μｍであり、そしてその圧縮応力は約６２０ＭＰａであった。内部引張層内の中心引張応力は約２１ＭＰａであった。図１０Ａに示されている第１スクライブベント１０９ａは、周波数２０ｋＨｚ、１８％のデューティサイクル、および出力パワー１８２Ｗで動作する、ＣＯ₂レーザビームを当てて生成された。レーザビームおよび冷却ジェットは、スクライブ速度１６２ｍｍ／sで平行移動させた。ＣＯ₂レーザビームが生成した楕円ビームスポットの長さａは４２ｍｍ、かつ幅ｂは２．５ｍｍであった。冷却ジェットは、流量１６ｓｃｃｍ（２．７０４×１０^-2Ｐａ・ｍ³／ｓ）の水であった。得られた第１スクライブベント１０９ａのベント深さｄ_iは約１５５μｍであった。

図１０Ｂは、第１スクライブベント１０９ａと同じスクライブ工程で生成された第２スクライブベント１０９ｂ´の断面図を示したものである。第１スクライブベント１０９ａの位置を、符号１０９ａを付した矢印で示す。この概略図は、最初に第２スクライブベント１０９ｂ´に沿って機械的に分断した強化ガラス基板を示してる。そのため、第１スクライブベント１０９ａは、紙面に出入りする方向のものとして示されている。第２スクライブベント１０９ｂ´のベント深さｄ₂´は、交差位置１７０´以外の領域では約１５８μｍである。ただし、第２スクライブベント１０９ｂ´は交差位置１７０´で第１スクライブベント１０９ａの下を進み、そのベント深さｄ_ai´は約１７５μｍである。

一実施の形態において、第２スクライブ通過時のスクライブ速度が第１スクライブ通過時のスクライブ速度よりも速くなるよう、第２スクライブ通過時のスクライブ速度を速めることにより、交差位置１７０でのベント深さｄ_2iを最小にしてもよい。第２スクライブベント１０９ｂが第１スクライブベント１０９ａと交差位置１７０で交わるとき、第２スクライブベント１０９ｂの交差位置１７０でのベント深さｄ_aiを第１スクライブベント１０９ａのベント深さｄ₁と同様とすることができる。

図１０Ｃは交差しているスクライブベント１０９ａおよび１０９ｂの一例を示したものであり、ここで第２スクライブ通過時のスクライブ速度は第１スクライブ通過時よりも速いものであった。第１スクライブベント１０９ａは上述したように生成されたものであり、またその位置を、符号１０９ａを付した矢印で示す。この例において、第２スクライブ通過時のスクライブ速度は約１７２ｍｍ／ｓであった。スクライブ速度が増加したため、交差位置１７０以外の領域での第２スクライブベント１０９ｂのベント深さｄ₂は約１４３μｍであった。図１０Ｃに示したように、第２スクライブベント１０９ｂの交差位置１７０でのベント深さｄ_aiは約１５４μｍであり、これは第１スクライブベント１０９ａのベント深さｄ_iの１５５μｍより浅い。このため、第２スクライブベント１０９ｂのベント深さｄ_aiが交差位置１７０でより浅いものとなるため、交差位置１７０での制御し得ないフルボディ分離を防ぐことができる。

別の実施形態において、第２スクライブベント１０９ｂを生成する前に第１スクライブベント１０９ａを交差位置１７０で最初に融着させることにより、第２スクライブベント１０９ｂの交差位置１７０でのベント深さｄ_aiを最小にしてもよい。第１スクライブベント１０９ａを融着させることによって、第２スクライブの通過時に交差位置１７０で第２ベント１０９ｂが受ける摂動をより小さくすることができる。

第１スクライブベント１０９ａは、レーザビームおよび冷却ジェットをベントの前処理用に通過させる時、ベント前処理用ラインを発生させることによって交差位置１７０で融着させてもよい。ベント前処理用ラインは、第２スクライブベント１０９ｂを形成するときにレーザビームおよび冷却ジェットが同じ経路を辿るよう、第２の所望の分離ライン１０４ｂ（図８）と位置合わせしてもよい。ベント前処理用通過時のレーザビームおよび冷却ジェットの並進速度は、第１および第２スクライブ通過時のスクライブ速度よりも速いものである。例えば、一実施の形態において、ベント前処理用通過時の並進速度を、第１および第２スクライブ通過時よりも１０％以上速いものとしてもよい。

第１スクライブベント１０９ａにより生み出された交差位置１７０での不連続性により、ベント前処理用の通過時に交差位置１７０でガラス材料が過熱し、その結果ガラス材料の軟化または溶融が生じる。このようにして、第１スクライブベント１０９ａを交差位置１７０で融着させることができる。レーザビームおよび冷却ジェットは、ベント前処理用の通過の際、交差位置のみで動作させてもよいし、あるいは第２の所望の分離ライン１０４ｂに沿って連続して動作させてもよい。ベント前処理用の通過は、第１スクライブベントおよび／または第２スクライブベントを生成するレーザビームを用いて行ってもよいし、あるいは別のレーザビームを使用して行ってもよい。

ベント前処理用の通過を終えた後、第１スクライブベント１０９ａを形成する際に用いたものと同じレーザスクライブ工程を使用して、第２スクライブベント１０９ｂを形成してもよい。第２スクライブベント１０９ｂは、交差位置１７０で融着され、すなわち塞がれている、第１スクライブベント１０９ａを横切る。ベント前処理用の通過によって第２スクライブベント１０９ｂの交差位置でのベント深さｄ_2iを最小にすることができるため、フルボディ分離の発生を減少させることができる。

一例であって限定するものではないが、深さ３６μｍの圧縮応力層（層深さ）内での圧縮応力が約６２５ＭＰａであり、かつ中心引張応力が約２１ＭＰａである化学強化アルミノケイ酸ガラス基板を、上述のベント前処理用通過方法を用いて分離した。強化ガラス基板のサイズは３７０ｍｍ×４７０ｍｍであった。ＣＯ₂レーザを、１８％のデューティサイクルおよび１８１Ｗの出力パワーで、２０ｋＨｚで動作させた。レーザビームは、長さａが４１ｍｍおよび幅ｂが２．５ｍｍの楕円ビームスポットを生成するよう構成された。冷却ジェットは、オリフィスが１５０μｍかつ流量が１４ｓｃｃｍ（２．３６６×１０^-2Ｐａ・ｍ³／ｓ）であるノズルにより生成された水ジェットであった。第１スクライブ通過時のスクライブ速度は１６２ｍｍ／ｓであった。ベント前処理用の通過を実行し、第２スクライブの通過の前にベント前処理用ラインを生成した。ベント前処理用通過時のレーザビームおよび冷却ジェットの並進速度は１８０ｍｍ／ｓであった。ベント前処理用の通過の後、第２スクライブ通過時に第２スクライブベントが生成され、この第２スクライブ通過時のスクライブ速度は１６２ｍｍ／ｓであった。この強化ガラス基板のクロススクライブは成功した。

ここで図１１を参照し、多数の交差しているスクライブベントを強化ガラス基板に形成することもできる。垂直な、エッジからずれて位置する傷（１１２ｄ〜１１２ｆ）を強化ガラス基板の第３エッジ１１７に形成し、上述の第１、第２、および第３スクライブベントを含む第１組のスクライブベントと夫々交差地点１７０ａ〜１７０ｉで交差する、第２組のスクライブベントを形成してもよい。第１組および第２組のスクライブベントは、任意の数のスクライブベントを含んでもよいことを理解されたい。第４の傷１１２ｄ、第５の傷１１２ｅ、および第６の傷１１２ｆを、第３エッジ１１７からずらすようにして形成してもよい。上述したものと同様に、これらの傷を、例えば機械的スクライブまたはレーザアブレーションによって形成してもよい。傷１１２ｄ〜１１２ｆは、第１、第２、および第３の所望の分離ライン１０４ａ〜ｃと夫々交差位置１７０ａ〜ｉで交差する第４、第５、および第６の所望の分離ライン１０４ｄ〜ｆ上に、これらの分離ライン１０４ｄ〜ｆに垂直に位置付けてもよい。第４、第５、および第６の所望の分離ライン１０４ｄ〜ｆは、第１、第２、および第３の所望の分離ライン１０４ａ〜ｃに垂直なものとして示されているが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、所望の分離ラインを傾斜したものや湾曲したものとし、所望形状の分離ガラス片を生成することもできる。第４、第５、および第６のスクライブベントは、第４、第５、および第６の傷１１２ｄ〜ｆと、第４、第５、および第６の終端位置１１３ｄ〜ｆとの間で夫々発生され得る。

第１組および第２組のスクライブベントは、上述したクロススクライブ方法にしたがって形成してもよい。例えば、第１組のスクライブベント（すなわち、第１、第２、および第３のスクライブベント）を上述したように形成してもよい。第１組のスクライブベントの形成に続き、第１スクライブ通過のスクライブ速度よりも速いスクライブ速度の第２スクライブ通過で、第２組のスクライブベント（すなわち、第４、第５、および第６のスクライブベント）を形成してもよい。別の実施形態において、第２組のスクライブベントを形成する前に、ベント前処理用の通過を用いてもよい。単一のレーザビームおよび冷却ジェットを各スクライブベントの形成に使用してもよいし、あるいは複数のレーザビームおよび冷却ジェットを使用してもよい。例えば、レーザビームおよび冷却ジェットの数を所望のスクライブベントの数と等しいものとし、各スクライブベントを対応するレーザビームおよび冷却ジェットで形成するようにしてもよい。

ここで、本書において説明した方法は、ホウケイ酸ガラスから作製された強化ガラス基板の他、イオン交換により強化されたアルミノケイ酸ガラスを含む、アルミノケイ酸ガラスから形成された強化ガラス基板などの強化ガラス基板を分離するために使用し得ることを理解されたい。本書において説明した方法は、強化ガラス基板をスクライブ・アンド・ブレイク工程により分離することを可能にするものであり、ここでスクライブベントは、ガラス基板表面上のガラス基板のエッジに接していない部分に形成される。本書において説明したようにスクライブベントを形成して有している強化ガラス基板は、このスクライブベントに沿ってガラス基板に力を加えることにより分離することができる。本書において説明した方法は、強化ガラス基板に交差しているスクライブベントを形成してクロススクライブすることをさらに可能にしたものである。

請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本書において説明された実施形態の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本書において説明した種々の実施形態の改変および変形が、添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本明細書はこのような改変および変形を含むと意図されている。

１００ 強化ガラス基板
１０１ レーザビーム
１０２ 楕円ビームスポット
１０４ 所望の分離ライン
１０５ 冷却ジェット
１０６ 冷却スポット
１０９ ベント
１１１ 圧縮表面層
１１２ 傷
１１３ 終端位置
１１４ 第１エッジ
１１５ 内部引張層
１１６ 第２エッジ
１１７ 第３エッジ
１１９ 第４エッジ
１４０ ベント前部
１５０ レーザ光源
１６０ ノズル
１７０ 交差位置

Claims (9)

1. 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法であって、
   前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する第１垂直傷であって、第１スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置している第１垂直傷を、前記強化ガラス基板の表面上に形成するステップ、
   前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する第２垂直傷であって、第２スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第２エッジからずれて位置している第２垂直傷を、前記強化ガラス基板の表面上に形成するステップ、
   前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを第１スクライブ速度で平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第１スクライブベントであって、前記第１垂直傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第１終端位置で終端する第１スクライブベントを前記第１スクライブ方向に発生させるステップ、および、
   前記強化ガラス基板の表面上で前記レーザビームと前記冷却ジェットとを、前記第１スクライブ速度以上の第２スクライブ速度で平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第２スクライブベントであって、前記第２垂直傷で始まり、かつ前記第１スクライブベントと交差位置で交差し、さらに前記強化ガラス基板のエッジからずれている第２終端位置で終端する第２スクライブベントを前記第２スクライブ方向に発生させるステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第２スクライブ速度が、前記第２スクライブベントの前記強化ガラス基板内での深さが前記第１スクライブベントの前記交差位置以外の領域での深さよりも浅くなるような速度であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法であって、
   前記圧縮表面層を貫通する第１垂直傷を、前記内部引張層を部分的に露出させるように形成するステップであって、前記第１垂直傷は、第１スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置しているものであるステップ、
   前記圧縮表面層を貫通する第２垂直傷を、前記内部引張層を部分的に露出させるように形成するステップであって、前記第２垂直傷は、第２スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第２エッジからずれて位置しているものであるステップ、
   前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第１スクライブベントを前記第１スクライブ方向に発生させるステップであって、前記第１スクライブベントは、前記第１垂直傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第１終端位置で終端するものであるステップ、
   前記第１スクライブベントを交差位置で融着させるステップ、および、
   前記強化ガラス基板の表面上で前記レーザビームと前記冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第２スクライブベントであって、前記第１スクライブベントを前記交差位置で横切る第２スクライブベントを前記第２スクライブ方向に発生させるステップであって、前記第２スクライブベントは、前記第２垂直傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第２終端位置で終端するものであるステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
4. 前記エッジと、前記第１垂直傷、前記第２垂直傷、前記第１終端位置、および前記第２終端位置の夫々との間の前記強化ガラス基板の周囲部分に沿って位置する該強化ガラス基板の被遮蔽領域に、１以上のレーザシールドを適用するステップをさらに含み、このとき前記レーザビームおよび前記冷却ジェットが前記強化ガラス基板の該被遮蔽領域の表面に入射することを、該レーザシールドが防ぐことを特徴とする請求項１または３記載の方法。
5. 前記レーザビームが、前記強化ガラス基板の前記表面に楕円ビームスポットを照射し、
   前記冷却ジェットが、前記レーザビームおよび前記冷却ジェットを前記強化ガラス基板の前記表面上で平行移動させるときに、冷却スポットを前記楕円ビームスポット内に生成し、さらに、
   前記第１スクライブベントおよび前記第２スクライブベントの発生時、前記楕円ビームスポットにより生成される熱と、前記冷却スポットにより提供される急冷とにより、前記強化ガラス基板の前記圧縮表面層内で前記表面下を伝播するベント前部が生み出されることを特徴とする請求項１または３記載の方法。
6. 前記楕円ビームスポットが前記圧縮表面層上で主軸と短軸とを有し、このとき該主軸がスクライブ方向と位置合わせされ、かつ、
   前記楕円ビームスポットの前記短軸の幅ｂが、
   ｂ＝（Ｐ／Ｉ_max）・１／｛（π／４）・ａ＋ν｝
   で規定され、ここで、
   ａは前記楕円ビームスポットの前記主軸の長さ、
   Ｐは前記レーザビームのパワー、
   Ｉ_maxは最大許容レーザパワー密度、および、
   νは、前記レーザビームおよび前記冷却ジェットの、前記強化ガラス基板の前記表面上でのスクライブ速度、
   であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記第１垂直傷および第２垂直傷を形成するステップが、９０°から１３０°までの範囲の角度を有する円錐状のダイヤモンド製スクライブチップを、前記強化ガラス基板の前記表面に当てるステップを含むことを特徴とする請求項１または３記載の方法。
8. 前記円錐状のダイヤモンド製スクライブチップを前記強化ガラス基板の前記表面に当てる際の力が５から２０Ｎの間であり、かつ引きずる際の角度が１°から２０°までの範囲内であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板にスクライブベントを形成する方法であって、
   前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する垂直傷であって、スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第１エッジからずれて位置している垂直傷を形成するステップ、および、
   前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通するスクライブベントであって、前記垂直傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板の第２エッジからずれている終端位置で終端するスクライブベントを発生させるステップ、
   を含むことを特徴とする方法。

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