JP5878623B2 - 薄型ガラス基板にクラック開始傷を機械的に形成する方法 - Google Patents

薄型ガラス基板にクラック開始傷を機械的に形成する方法 Download PDF

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Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が参照することにより本書に組み込まれる、２０１１年４月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／４７５，４０９号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
本明細書は、一般に薄型ガラス基板のレーザ分離に関し、より具体的には、レーザ分離技術を用いた薄型ガラス基板の分離において使用されるクラック開始傷を、機械的に形成する方法に関する。
フラットパネルディスプレイや他の電子機器に使用されるようなガラス基板は、一般に大型のガラス基板から形成され、この大型のガラス基板を、個々の機器内に組み込まれる複数のより小さいガラス基板に分割する。レーザ切断技術を含む様々な分離技術を用いて、この大型のガラス基板を複数のより小さいガラス基板に分離することができる。レーザ切断でガラス基板を分離するために、罫書きホイールを使用して開始傷または割れ目クラックをガラス基板に最初に形成する。開始傷を形成するために、罫書きホイールをガラス基板に接触させ、次いでこの罫書きホイールを表面上で短い距離だけ移動させるときに、ガラス基板表面の法線方向の力を罫書きホイールに加えて罫書きホイールをガラス基板の表面に押し付ける。罫書きホイールに加えられる力によって、ガラス基板の厚さの一部に亘って延びる開始傷が生成される。その後、この開始傷を加熱しかつ急速冷却して、貫通する割れ目を開始傷から伝播させ、ガラス基板を分離させる。
しかしながら、罫書きホイールで傷を形成するためには大きな垂直力が必要になるため、ガラス基板の厚さが薄くなると、上述したようにガラス基板の表面に開始傷を形成したときに、一般的には、局在的な傷ではなくガラス基板の表面に一連のクラックを形成させる。単一のクラックのみが形成された状態であっても、この単一のクラックは一般にガラス基板の厚さを貫通して延びたものとなる。このようなクラックは、簡単にかつ無制御にガラス基板の幅を横切って伝播し得、レーザ分離の前にガラス基板にしばしば壊滅的な損傷をもたらす。
したがって、薄型のガラス基板にクラック開始傷を生成して、薄型ガラス基板をレーザ分離により複数の個々のガラス基板に分離するのを助ける、代替の方法および装置が必要である。
本書において説明する実施形態は、薄型ガラス基板に孔を開けたりまたは薄型ガラス基板において無制御のクラック伝播を開始させたりすることなく、薄型ガラス基板の表面にクラック開始傷を形成して、薄型ガラス基板を複数の個々の基板に分離するのを助ける方法に関する。さらに、この方法を実行する装置も開示する。
一実施の形態によれば、薄型ガラス基板に孔を開けたりまたはガラス基板において無制御のクラック伝播を開始させたりすることなく、ガラス基板を複数の基板に分離する方法は、ガラス基板を提供するステップと、研磨材料をその中に取り込んで含んでいるキャリア流体流をガラス基板の表面上に導いて、ガラス基板の表面に開始傷を形成するステップとを含む。その後、この開始傷を、レーザ光源を用いて加熱してもよく、さらに続いて、この開始傷からクラックが始まるように開始傷を冷却流体で冷却してもよい。クラックは、ガラス基板の厚さを貫通して延在しかつガラス基板を横切って伝播して、ガラス基板を複数の基板に分離する。
別の実施形態において、薄型ガラス基板に孔を開けたりまたはガラス基板において無制御のクラック伝播を開始させたりすることなく、ガラス基板を複数の個々の基板に分離する方法は、ガラス基板を提供するステップと、研磨材料を含んだ研磨用繊維でガラス基板の表面に接触するステップとを含む。その後、研磨用繊維を、研磨用繊維の研磨材料がガラス基板の表面に開始傷を形成するように、ガラス基板の表面上で移動させる。
別の実施形態において、薄型ガラス基板に孔を開けたりまたはガラス基板において無制御のクラック伝播を開始させたりすることなく、ガラス基板を複数の個々の基板に分離する方法は、ガラス基板を提供するステップと、ガラス基板を回転研磨ホイールに近接させて柔軟に支持するステップとを含む。その後、回転研磨ホイールをガラス基板の表面に接触させ、このときガラス基板の歪みを最小限に抑えるよう、回転研磨ホイールからガラス基板に加えられる力の主成分がガラス基板の表面に実質的に平行になるようにし、ここで研磨ホイールが、ガラス基板の表面に開始傷を研磨して生成する。
本発明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よう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、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、そしてその説明とともに、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する１以上の実施形態による、キャリア流体に取り込まれた研磨材料で薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成する方法を描いた概略図 図１に描いた方法を使用してガラス基板の表面に形成された複数のクラック開始傷の概略図 図２の複数のクラック開始傷の概略拡大図 本書において図示および説明する別の実施形態による、薄型ガラス基板の表面に１以上のクラック開始傷を形成するために使用される研磨装置の概略図 本書において図示および説明する別の実施形態による、薄型ガラス基板の表面に１以上のクラック開始傷を形成するために使用される研磨装置の概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による研磨装置で薄型ガラス基板の表面に形成されたクラック開始傷の概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による研磨装置で薄型ガラス基板の表面に形成されたクラック開始傷の概略図 薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成するための研磨装置の一実施の形態を示した概略図 図７の研磨装置で薄型ガラス基板の表面に形成された複数のクラック開始傷の概略図 研磨用繊維でクラック開始傷を形成する方法の別の実施形態を示した概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による、回転研磨ホイールで薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成する方法を示した概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による、回転研磨ホイールで薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成する方法を示した概略図 図１１に描いた方法を使用して薄型ガラス基板の表面に形成されたクラック開始傷の概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による、クラック開始傷からガラス基板をレーザ分離する方法を示した概略図 本書において図示および説明する１以上の実施形態による、クラック開始傷からガラス基板をレーザ分離する方法を示した概略図
ここで、薄型ガラス基板にクラック開始傷を機械的に形成する方法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同じ参照番号を使用する。ガラス基板の表面にクラック開始傷を形成する方法の一実施の形態が図１に概略的に描かれている。この方法は、概して、キャリア流体流の中に取り込まれている研磨材料をガラス基板の表面上に導いて複数の局在的なクラック開始傷を形成するステップを含む。ガラス基板にクラック開始傷を形成する方法および装置の種々の実施形態を、特に添付の図面を参照してここで説明する。
フラットパネルディスプレイ、スマートフォンなどの電子機器に使用されるカバーガラスは、厚さ０．２ｍｍ以下の薄型ガラス基板から形成することができる。こういった薄型ガラス基板は、一般にガラスの大型シートまたはリボンとして形成され、これが後にレーザ分離技術により複数の個々のガラス基板に分割される。薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成してレーザ分離を助ける従来の技術では、クラック開始傷を形成する際に使用される垂直力が大きいことに起因して、薄型ガラス基板に無制御の分離をもたらしたり、薄型ガラス基板に孔を開けたり、あるいは最悪の場合、薄型ガラス基板に壊滅的な損傷を生じさせたりする可能性があることが今では判明している。すなわち、薄型ガラス基板にクラック開始傷を形成することは、損失や高コストの元になり得る。本書において説明されるのは、上記の問題を軽減させた、ガラス基板にクラック開始傷を形成する方法および装置である。
ここで図１を参照すると、薄型ガラス基板１００（すなわち、厚さＴが約０．２ｍｍ以下のガラス基板）の表面１０２にクラック開始傷を形成する１つの方法が概略的に描かれている。クラック開始傷は、例えば圧縮空気または類似のキャリアガスガスなどの、キャリア流体流１１２の中に取り込まれた研磨材料１１４を用いて、ガラス基板の表面に形成される。代替の実施形態において、キャリア流体流１１２は、その中に研磨材料１１４が取り込まれている水などの液体でもよい。本書において説明する実施形態において、研磨材料１１４は、ノズル１１０から放出される圧縮空気流の中に取り込まれている。研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２は、ガラス基板１００の表面１０２上に導かれて、その表面のあるエリアを研磨し、それにより局在的なクラック開始傷を生成する。
本書において説明する実施形態において、クラックを伝播させるのに適したサイズのクラック開始傷を形成するための研磨材料１１４のメッシュサイズは約４００メッシュから約６００メッシュである。しかしながら、研磨材料のメッシュサイズに関するこれらの値は例示的なものであること、さらに、この方法を使用してガラス基板の表面にクラック開始傷を形成するために、より大きいまたはより小さいメッシュサイズの研磨材料を使用し得ることを理解されたい。
クラック開始傷を形成するために、キャリア流体流１１２中では種々の種類の研磨材料を利用することができる。例えば、一実施の形態において、キャリア流体流１１２の中に取り込まれている研磨材料１１４は酸化アルミニウムである。ただし、限定するものではないが、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、および類似の研磨材料を含んだ他の適切な研磨材料も、同様に使用し得ることを理解されたい。
研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２は、ガラス基板に過剰な損傷を生じさせることなく（すなわち、ガラス基板１００の厚さを貫通する孔を生じさせることなく）ガラス基板１００の表面１０２に局在的な侵食を生じさせるのに適した圧力で、ガラス基板１００の表面上に導かれる。一実施の形態において、研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２は、約６０ｐｓｉ（４１３．７ｋＰａ）以下の圧力でガラス基板の表面上に導かれる。例えば、研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２を、約３０ｐｓｉ（２０６．８５ｋＰａ）以上かつ約６０ｐｓｉ（４１３．７ｋＰａ）以下の圧力でガラス基板１００の表面１０２上に導いてもよい。キャリア流体流１１２の圧力を６０ｐｓｉ（４１３．７ｋＰａ）未満までで維持すると、貫通孔あるいは無制御のクラック伝播の形成に繋がり得る、ガラス基板１００の過剰な損傷および侵食を軽減するのを助ける。過剰な損傷を軽減するために、キャリア流体流１１２の圧力は６０ｐｓｉ（４１３．７ｋＰａ）未満までで維持することが望ましいが、約３０ｐｓｉ（２０６．８５ｋＰａ）未満または約６０ｐｓｉ（４１３．７ｋＰａ）超の圧力を、ガラス基板にクラック開始傷を形成するために使用することもできることを理解されたい。
ノズル１１０およびガラス基板１００は、研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２の接触点１１８（図３に図示）が、１インチ（２５．４ｍｍ）未満の、好適には０．７５インチ（１９ｍｍ）以下の直径Ｄを有するように互いに位置付けられ、この接触点１１８の内部に局在的なクラック開始傷１１６が形成される。接触点１１８を１インチ（２５．４ｍｍ）未満までで維持すると、無制御の分離の開始に繋がる可能性もあり得るクラック開始傷の望ましくないエリアでの形成が最小限に抑えられ、さらに損傷を含まないよう維持されるべき、ガラス基板のいわゆる「品質領域」内におけるガラス基板への損傷が軽減される。本書において説明する一実施の形態において、接触点１１８の直径Ｄは、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）以上かつ約０．７５インチ（１９ｍｍ）以下である。
ガラス基板１００は、例えばガラス基板１００がキャリア流体１１２の下でカンチレバー状であるときなど、キャリア流体の接触点１１８に対向するガラス基板のエリアが柔軟に支持されるように位置付けられ得る。このような配置が図１に示されており、ここではガラス基板１００は、ガラス基板１００の少なくとも一部が支持体１０９の端部からカンチレバー状になるように、支持体１０９上に位置付けられている。この配置では、キャリア流体流１１２および研磨材料１１４がガラス基板１００の表面１０２にぶつかるとガラス基板１００が曲がるようにガラス基板１００は柔軟に支持されて、研磨材料により生じる開始傷の深さは最小限に抑えられる。したがって、「柔軟に支持される」という表現は、ガラス基板の少なくとも一部が、クラック開始傷が形成されるときに自由に曲がる、すなわちクラック開始の機構から離れるように自由に後退することを意味することを理解されたい。
あるいは、研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２がガラス基板１００の表面１０２上に導かれるとき、ガラス基板１００を柔軟な表面上で柔軟に支持してもよい。例えば、この柔軟な表面は、キャリア流体流１１２がガラス基板１００の表面１０２上に導かれるときにガラス基板１００がその上に位置付けられる、フォームパッドまたは類似のクッション材でもよい。別の実施形態において、柔軟な表面はベルヌーイチャックまたは類似の空気浮上装置などのエアベアリングでもよく、キャリア流体流がガラス基板１００の表面１０２上に導かれるときにガラス基板１００は、その衝撃を和らげるためにこのエアベアリングの上に位置付けられる。柔軟な表面はガラス基板１００を柔軟に支持してその衝撃を和らげ、そしてこの柔軟な表面によって、キャリア流体流１１２および研磨材料１１４がガラス基板１００の表面１０２にぶつかるときに、研磨材料により生成される局在的開始傷の深さが最小限に抑えられるように、ガラス基板１００は若干後退することができる。柔軟な表面の例示的な実施形態、具体的にはエアベアリングを、図４および５に概略的に示し、本書においてさらに詳細に説明する。
ここで図２および３を参照すると、研磨材料１１４を取り込んで含んでいるキャリア流体流１１２を用いて、キャリア流体流１１２の接触点１１８の位置に対応するガラス基板１００の表面１０２上の局在的エリアに、少なくとも１つのクラック開始傷１１６を形成することができる。より具体的には、キャリア流体流１１２の中に取り込まれた研磨材料１１４は、キャリア流体流１１２の接触点１１８の内部に複数のクラック開始傷１１６を形成する。クラック開始傷１１６の表面密度（すなわち、単位面積当たりのクラック開始傷の数）は、ガラス基板１００の表面１０２上の特定位置におけるキャリア流体流１１２の滞留時間によって制御することができる。したがって、滞留時間が長くなると、クラック開始傷の表面密度はより高くなる。本書においてより詳細に説明するが、所与の接触点１１８において、この接触点１１８内に位置している複数のクラック開始傷１１６の任意の１つを利用して、レーザ分離技術を用いた分離の割れ目すなわちクラックを開始させることができる。
ここで図４を参照すると、ガラス基板１００の表面１０２に開始傷を機械的に形成する方法の別の実施形態が、概略的に描かれている。上述したように、ガラス基板の厚さＴは０．２ｍｍ以下である。この実施形態では、クラック開始傷は研磨装置１４０を用いて形成される。研磨装置１４０は、概して、ドラム部材１４１と１以上の研磨用繊維１４２とを含んでいる。ドラム部材１４１の形状は概して円筒状であり、その回転中心軸１４３はドラム部材１４１の長軸に略対応している。１以上の研磨用繊維１４２（図４では４つ描かれている）は、ドラム部材１４１を回転軸１４３に関して回転させたときに研磨用繊維１４２がドラム部材１４１とともに回転軸１４３に関して回転するように、ドラム部材１４１の表面１４６から延在している。
本書において説明する実施形態において、研磨用繊維１４２は、ドラム部材１４１の表面１４６内に形成された個々の受入ポート１４８内に据え付けられ、かつその夫々の受入ポート内にエポキシまたは他の適切な材料を用いて固定されている。研磨用繊維１４２は、研磨材料１１４で被覆されたフィラメント１４４を備えている。本書において説明する実施形態において、フィラメント１４４の直径は約０．１５ｍｍから約０．２２ｍｍであり、かつフィラメント１４４は鋼線から形成されている。ただしフィラメントを、限定するものではないが、高分子材料、炭素繊維、または金属材料を含む、他の材料から形成し得ることを理解されたい。さらに、フィラメントを約０．２２ｍｍ超または０．１５ｍｍ未満の直径で形成し得ることも理解されたい。
本書において説明する実施形態において、研磨用繊維１４２がガラス基板１００との接触を開始するときのガラス基板１００と研磨用繊維１４２との間の角度αは、繊維がガラス基板１００に接触したときに繊維がガラス基板を持ち上げることがないよう十分に小さい角度である。例えば、一実施の形態において、研磨用繊維１４２とガラス基板１００との間の角度αは約４５°以下である。最初の接触時に研磨用繊維１４２とガラス基板１００との間を所望の角度αとするのを助けるために、研磨用繊維１４２を形成しているフィラメント１４４を図４に描かれているように湾曲させてもよい。あるいは、またはさらに、図４に描かれているように、研磨用繊維が輪の表面の接線方向となるように研磨用繊維１４２をドラム部材１４１内で位置付けてもよい。
本書において説明する実施形態において、フィラメントに適用される研磨材料は、メッシュサイズ約６００以上かつ約１０００メッシュ以下のダイヤモンドである。しかしながら、限定するものではないが、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、または窒化ホウ素を含めた他の研磨材料を使用してフィラメントを被覆してもよいことを理解されたい。他のメッシュサイズも使用し得ることも理解されたい。
研磨装置１４０を可変速度電気モータなどのモータ（図示なし）に連結させて、ドラム部材１４１および研磨用繊維１４２をドラム部材の回転軸１４３に関して回転させるのを助けてもよい。本書において説明する実施形態において、研磨装置１４０でガラス基板にクラック開始傷を形成する場合の適した回転速度は、約６０ｒｐｍから約２０００ｒｐｍまでの範囲を含む。しかしながら、約６０ｒｐｍから約２０００ｒｐｍまでの範囲外の回転速度も使用し得ることを理解されたい。
さらに図４を参照すると、一実施の形態では、研磨装置１４０を用いてクラック開始傷がガラス基板に形成されるときに、ガラス基板１００は柔軟な表面１３０の上に位置付けられる。柔軟な表面１３０は、上述したようにフォーム材料を含むものでもよいし、あるいは図４に描かれているようなエアベアリングでもよい。この実施形態では、研磨装置１４０をガラス基板１００に接触させるときに、柔軟な表面１３０（すなわち、エアベアリング）がガラス基板１００をエアクッション１３２上で支持する。エアクッション１３２は、研磨用繊維１４２がガラス基板１００の表面１０２に接触するときにガラス基板１００を柔軟に支持し、ガラス基板１００の衝撃を和らげかつガラス基板１００に加えられる過剰な力を吸収し、それによりガラス基板１００の壊滅的な損傷を防ぐ。
図４はガラス基板を柔軟に支持するための１つの配置を描いたものであるが、他の配置も可能であることを理解されたい。例えば、代替の実施形態において、研磨用繊維が接触するガラス基板１００の端部が図１に示したように支持体の端部からカンチレバー状になるようにガラス基板を支持体上に位置付けることによって、ガラス基板１００を柔軟に支持してもよい。この配置では、研磨用繊維により作り出される開始傷の深さを最小限に抑えるように、研磨用繊維１４２がガラス基板１００の表面１０２にぶつかるときにガラス基板１００が曲がるようガラス基板１００は柔軟に支持される。
ガラス基板１００の表面１０２にクラック開始傷を形成するために、研磨用繊維１４２をガラス基板１００の表面１０２に接触させ、さらに、研磨用繊維１４２がドラム部材１４１の回転軸１４３に関して回転するように、つまり研磨用繊維１４２が、各研磨用繊維の長軸に実質的に垂直（すなわち、９０°±１０°）な回転軸に関して回転するように、研磨装置１４０を回転させることによって、研磨用繊維１４２を表面上で移動させる。一実施の形態において、研磨装置１４０は、ドラム部材１４１の回転軸１４３がガラス基板１００の表面１０２から間を空けて配置されるように、そして研磨用繊維を回転させたときに各研磨用繊維１４２の先端部分１４５のみがガラス基板１００の表面１０２に接触する（すなわち、研磨用繊維１４２が表面１０２と点接触する）ように、ガラス基板１００の表面１０２に近接して位置付けられる。研磨装置を回転させたときに、各研磨用繊維１４２の先端部分１４５に位置している研磨材料が、ガラス基板１００の表面１０２にクラック開始傷を研磨して生成する。各研磨用繊維１４２の先端部分１４５のみがガラス基板１００の表面１０２と点接触するように研磨装置１４０を位置付けると、ガラス基板１００の表面１０２から中に向かって研磨されるクラック開始傷の長さが最小になり、かつ得られるクラック開始傷が確実に、ガラス基板１００の厚さを貫通して延在することのないようにする。上記の技術を使用して研磨装置で形成されるクラック開始傷１１６の一実施の形態が、図６Ａに概略的に描かれている。この実施形態では、研磨用繊維の先端が最初にガラス基板の縁部に接触することなくガラス基板の表面１０２に接触するように、研磨装置１４０をガラス基板に対して位置付けることで、クラック開始傷１１６をガラス基板の縁部からずらしている。しかしながら、他の実施形態では、本書においてさらに詳細に説明するようにクラック開始傷１１６をガラス基板１００の縁部から延在させてもよいことを理解されたい。
図５を参照すると、別の実施形態では、研磨用繊維１４２が最初に基板の縁部に接触し、次いでガラス基板１００の表面１０２と単一の点接触を超えた接触（すなわち、線接触）をするように、回転研磨装置１４０、特に研磨装置１４０の回転軸１４３を、ガラス基板１００の表面１０２から間を空けて配置する。より具体的には、この実施形態では、研磨用繊維１４２を回転させたきに研磨用繊維１４２がガラス基板１００の表面１０２に対して曲がって、研磨用繊維１４２の先端部分１４５付近の研磨用繊維の長さの一部がガラス基板１００の表面１０２と線接触し、それにより研磨用繊維１４２を用いてガラス基板１００の表面１０２に形成される得られるクラック開始傷の長さを増加させるように、回転研磨装置１４０をガラス基板１００に対して位置付ける。本書において説明するいくつかの実施形態では、ガラス基板１００と線接触する研磨用繊維１４２の部分を約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）以下としてもよい。図６Ｂは、上記の技術を用いてガラス基板１００の表面１０２に形成されたクラック開始傷１１６を概略的に描いたものである。この実施形態では、研磨用繊維がガラス基板１００の表面１０２を横切って動く前に最初にガラス基板１００の縁部に接触するため、クラック開始傷１１６はガラス基板１００の縁部から延在している。
ここで図７を参照すると、研磨装置１４０の一実施の形態が概略的に描かれている。この実施形態において研磨用繊維１４２は、ガラス基板１００の表面１０２上で既定パターンの開始傷が得られるようドラム部材１４１上に位置付けられている。特に図７は、複数の研磨用繊維１４２がドラム部材１４１の表面１４６上で軸方向に延在する列１７０を成すように配列された、研磨装置１４０の実施形態を描いたものである。各列１７０内の研磨用繊維１４２は、軸方向に距離ｓだけ間隔を空けて等間隔で配置されている。複数の列の研磨用繊維１４２は、ドラム部材１４１の表面１４６上で円周方向において等間隔に配置されている。
ここで図８を参照すると、図７の研磨装置を用いてクラック開始傷１１６のパターンが形成されたガラス基板１００が描かれている。クラック開始傷１１６の夫々は、図７の研磨装置１４０上での研磨用繊維１４２間の間隔に対応した距離Ｓだけ間が空いている。したがって研磨装置１４０は、一回研磨装置を通過させるだけでガラス基板の表面１０２に多数のクラック開始傷１１６を生成するように配列された、複数の研磨用繊維で構成し得ることを理解されたい。さらに、ガラス基板を所望の寸法を有する複数の個々のガラス基板に分割するために利用し得る所望パターンのクラック開始傷１１６がガラス基板１００の表面１０２上で得られるように、研磨用繊維１４２を研磨装置１４０のドラム部材１４１上に配列してもよい。これらの実施形態では、図８に描かれているように、複数の研磨用繊維で幅広のゾーン１１７のクラック開始傷１１６を形成することが望ましい。多数の開始傷１１６から成るゾーン１１７は、続くレーザ分離プロセス中に、レーザとゾーン内の傷の少なくとも１つとの位置合わせをより迅速なものとする助けになる。
上で説明した実施形態は回転している研磨用繊維を用いてガラス基板の表面にクラック開始傷を形成するものであるが、ガラス基板を研磨用繊維に対して動かすことによって、研磨用繊維を使用してガラス基板の表面にクラック開始傷を形成し得ることを理解されたい。例として図９を参照すると、研磨用繊維１４２を用いてガラス基板１００の表面１０２にクラック開始傷を生成する技術の別の実施形態が概略的に描かれている。この実施形態では、研磨用繊維は固定位置で保持される。ガラス基板を動かしたときに研磨用繊維１４２がガラス基板１００の表面１０２に接触するようにガラス基板１００を矢印２００で示した方向に動かすことによって、研磨用繊維１４２をガラス基板１００の表面１０２上で移動させる。上記したように、研磨用繊維１４２がガラス基板１００を持ち上げることのないよう、研磨用繊維１４２は、研磨用繊維１４２とガラス基板１００の表面との間の接触角度αが最小（すなわち、４５°以下）になるように位置付けられる。
上記に基づき、研磨用繊維は、研磨用繊維をガラス基板に対して回転させることによって、あるいは固定された研磨用繊維に対してガラス基板を動かすことによって、ガラス基板の表面上で移動させ得ることを理解されたい。
ここで図１０を参照すると、ガラス基板の表面にクラック開始傷を形成する方法の別の実施形態が概略的に描かれている。この実施形態では、回転研磨ホイール１５０を使用して、ガラス基板１００の表面にクラック開始傷を形成する。研磨ホイール１５０は概して、約１０００メッシュ未満の、例えば炭化ケイ素、酸化アルミニウム、またはダイヤモンドなどの研磨材料を含んでいる。例えばいくつかの実施形態において、研磨材料は、約３００以上または約１０００以下のメッシュのものでもよい。他の実施形態において、研磨材料は、約４００以上かつ約６００以下のメッシュのものでもよい。さらに別の実施形態において、研磨材料は、約３００から約４００までのメッシュのものでもよい。
一実施の形態では、クラック開始傷が研磨ホイール１５０を用いてガラス基板に形成されるときに、ガラス基板１００は柔軟な表面１３０の上に位置付けられる。柔軟な表面１３０は、上述したようにフォーム材料を含むものでもよいし、あるいは図１０に描かれているようなエアベアリングでもよい。エアクッション１３２は、研磨ホイール１５０がガラス基板１００の表面１０２に接触するときにガラス基板１００を柔軟に支持し、ガラス基板１００の衝撃を和らげかつガラス基板１００に加えられる過剰な力を吸収して、ガラス基板１００の損傷を防ぐ。
図１０はガラス基板を柔軟に支持するための１つの配置を描いたものであるが、他の配置も可能であることを理解されたい。例えば、代替の実施形態において、研磨ホイールが接触するガラス基板１００の端部が図１に示したように支持体の端部からカンチレバー状になるようにガラス基板を支持体上に位置付けることによって、ガラス基板１００を柔軟に支持してもよい。この配置では、研磨ホイールにより作り出される開始傷の深さを最小限に抑えるように、研磨ホイールがガラス基板１００の表面１０２に接するときにガラス基板１００が曲がるようガラス基板１００は柔軟に支持される。
回転研磨ホイール１５０をガラス基板１００に接触させて、ガラス基板１００の歪みを減少させるようなやり方でガラス基板１００の表面１０２から中に向かってクラック開始傷を研磨する。例えば図１０を特に参照すると、一実施の形態では、研磨ホイール１５０をガラス基板１００の表面１０２に平行な回転軸１５４に関して回転させる。次いで、回転研磨ホイール１５０をガラス基板１００の表面１０２に接触させる。研磨ホイール１５０は回転しているため、研磨ホイール１５０によってガラス基板１００上に加えられる力の主成分は、研磨ホイールの接線方向であり、つまりガラス基板における歪みを低減させる、ガラス基板１００の平面の方向（すなわち、ガラス基板の平面に平行）である。研磨ホイール１５０によってガラス基板１００に加えられる力の微量成分は、ガラス基板１００に垂直である。しかしながら、ガラス基板は柔軟な表面１３０上で柔軟に支持されているため、この力の微量成分はガラス基板１００に柔軟な表面上での変位をもたらし、すなわちガラス基板への損傷は最小限に抑えられ、かつ研磨ホイール１５０によってガラス基板に孔が開けられるのを防ぐ。
ここで図１１を参照すると、別の実施形態では、研磨ホイール１５０がガラス基板に接触したときに研磨ホイール１５０からガラス基板１００に加えられる垂直力を最小にするために、研磨ホイール１５０をガラス基板１００の表面１０２に平行でない回転軸１５４に関して回転させる。例えば一実施の形態では、研磨ホイール１５０の回転軸１５４とガラス基板の表面１０２との間の内角（すなわち、最小の角度）は、研磨ホイール１５０によってガラス基板１００上に加えられる力が主に、ガラス基板１００の平面に垂直ではなくガラス基板１００の平面に水平になるように、４５°超かつ９０°未満である。より具体的には、図１１の矢印１６０は、研磨ホイール１５０によってガラス基板に加えられる力の、ガラス基板１００の平面に平行な方向における成分の大きさを示し、一方矢印１６２は、ガラス基板に加えられる力の、ガラス基板１００の平面に垂直な方向における成分の大きさを示している。
図示のように、研磨ホイール１５０をガラス基板１００の表面１０２に平行でない、特に約４５°超かつ９０°未満の角度の回転軸１５４に関して回転させると、ガラス基板１００に加えられる力の主成分（すなわち、力の最大の大きさの成分）は、ガラス基板１００の表面１０２に垂直ではなく、ガラス基板１００の平面内（すなわち、ガラス基板の平面に平行）となる。これは、研磨によってクラック開始傷を形成するよう研磨ホイール１５０とガラス基板１００とを接触させるときに、回転研磨ホイール１５０との接触によるガラス基板１００における歪みの量を最小限に抑える。
前述の実施形態のいずれにおいても、研磨ホイール１５０によってガラス基板１００の表面１０２に対して加えられる垂直力（すなわち、矢印１６２で示される力）は、一般に約０．１Ｎ以上かつ約２４Ｎ以下である。一実施の形態において、研磨ホイールによって加えられる垂直力は、約１Ｎ以上かつ約１０Ｎ以下である。
いくつかの実施形態では、研磨ホイール１５０によってガラス基板１００の表面１０２に対して加えられる垂直力は、研磨ホイール１５０の研磨グリットのメッシュに依存する。例えば、約１０００のメッシュを垂直力約０．１Ｎから約１０Ｎまでと併せて使用してもよい。しかしながら、メッシュが４００以上かつ６００以下の範囲内であるとき、研磨ホイール１５０によってガラス基板１００の表面１０２に対して加えられる垂直力は、約１Ｎから約２４Ｎまでである。
研磨ホイール１５０は、クラック開始傷を形成するために、種々の回転速度で回転させることができる。一般に、研磨ホイール１５０の回転速度は、約２００ｒｐｍから約４０，０００ｒｐｍまでの範囲内とし得る。
別の実施形態では、研磨ホイール１５０を、ガラス基板の表面１０２に平行な向きからガラス基板１００の表面１０２に平行でない向きまで変動する回転軸１５４に関して、またはガラス基板の表面１０２に平行でない向きからガラス基板１００の表面１０２に平行な向きまで変動する回転軸１５４に関して、あるいはガラス基板の表面１０２に平行でない向きからガラス基板１００の表面１０２に平行でない別の向きまで変動する回転軸１５４に関して、回転させる。回転軸１５４を繰返し変動させてもよく、このとき回転軸１５４は繰り返される変化をもたらす。この変動の効果は、ガラス基板１００に対する研磨ホイール１５０の平面の向きを変動させ、さらにそれにより回転軸１５４に垂直な方向における研磨ホイールとガラス基板との間の接触位置を変動させることであり、またガラス基板の表面上に、より幅広の傷領域を作り出すことである。言い換えれば、研磨ホイールの平面の法線の向きが変動する。この研磨ホイール１５０を、揺れると言う。
このように揺れるものは、他の手法で達成することもできる。例えば代替の実施形態では、研磨ホイール１５０を、研磨ホイール１５０の平面が心棒と垂直にならないような向きで心棒に取り付けてもよい。すなわち、回転軸１５４は変動しないが、研磨ホイール１５０の平面の向きはガラス基板１００に対して変動し、かつ研磨ホイール１５０とガラス基板１００との間の接触位置は、回転軸に垂直（例えば、心棒に垂直）な方向において変動し、この場合もより幅広の傷の領域を生成する。言い換えれば、研磨ホイールの平面の法線の向きが変動する。したがって揺れとは、研磨ホイールが回転するときの、ガラス基板１００に対する研磨ホイール１５０の平面の変動である。
図１２を参照すると、研磨ホイール１５０によって形成されたクラック開始傷１１６が概略的に描かれている。クラック開始傷１１６はガラス基板１００の厚さを貫通して延在するものではない。しかしながら、クラック開始傷１１６の深さはガラス基板の厚さに依存し得る。例えば、いくつかの実施形態において、開始傷の深さは０．１×Ｔであり、ここでＴはガラス基板１００の厚さである。クラック開始傷１１６の長さは、８ｍｍ以下としてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、クラック開始傷の長さは約２ｍｍ以上かつ約８ｍｍ以下である。他の実施形態において、クラック開始傷の公称長さは約５ｍｍである。
ここで図１３Ａおよび１３Ｂを参照すると、本書において説明した方法を使用して形成されたクラック開始傷を利用して、貫通割れ目（すなわち、クラック）をガラス基板内で所望の分離ラインに沿ってレーザ分離技術を用いて形成しかつ伝播させて、薄型ガラス基板を複数の基板に分離することができる。例えば、本書において説明した方法のうちの１つを使用してガラス基板１００の表面１０２にクラック開始傷を形成した後、レーザ光源１８０を使用してレーザ光源１８０のビーム１８２をガラス基板１００の表面１０２上に導いて、クラック開始傷１１６と、クラック開始傷１１６を包囲しているガラスの容積とを加熱する。図１３Ａおよび１３Ｂに示した実施形態において、レーザ光源１８０のビーム１８２の、ガラス基板１００の表面１０２上でのビームスポット１９０の寸法は、クラック開始傷１１６を包含するのに十分な大きさである。ビームスポット１９０は、傷を加熱するようクラック開始傷１１６上に位置付けられる。
一旦ガラス基板１００がレーザ加熱によって必要な温度に達すると、水、空気、または他の適切な冷却流体などの、冷却流体の冷却ジェット１８６を冷却ノズル１８４でクラック開始傷１１６上に発射する。冷却ジェット１８６は一般に、ガラス基板１００の表面１０２上で、クラック開始傷１１６を包含するのに十分な寸法を有する冷却スポット１９２を形成する。クラック開始傷１１６を包囲しているガラスを急速冷却することによって、クラック開始傷からクラックが生じてガラス基板１００の厚さＴを貫通して伝播する。クラックをクラック伝播方向１９４に所望の分離ライン１９６に亘って伝播させるために、冷却ジェット１８６およびレーザ光源１８０のビーム１８２に対して、ガラス基板を矢印１８８で示した方向に動かしてもよい。あるいは、クラックが所望の分離ラインに沿って伝播し、最終的には薄型ガラス基板１００を複数のより小さいガラス基板に分離するよう、冷却ジェット１８６およびビームスポットを、ガラス基板の表面１０２上で所望の分離ライン１９６の線に沿って移動させてもよい。
ここで、本書において説明する方法および装置を使用すると、薄型ガラス基板に機械的にクラック開始傷を形成して、ガラス基板を複数の個々のガラス基板へとレーザ分離するのを助けることができることを理解されたい。本書において説明されるクラック開始傷を形成する技術は、ガラス基板に加えられる比較的低い量の垂直力でクラック開始傷を形成するのを助け、つまりこの技術は、特にガラス基板の厚さが約０．２ｍｍ未満であるときに、ガラス基板に無制御にクラックを生じさせたり孔を開けたりするのを回避する。しかしながら、本書において説明した技術は、約０．２ｍｍを超える厚さを有する基板にクラック開始傷を形成するためにも効果的に使用し得ることも理解されたい。
したがって、例示的な限定するものではない実施形態を以下に挙げる。
Ｃ１．ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、前記ガラス基板を提供するステップ、研磨材料をその中に取り込んで含んでいるキャリア流体流を前記ガラス基板の表面上に導いて、前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を形成するステップ、前記開始傷をレーザ光源を用いて加熱するステップ、および、前記開始傷からクラックが始まるように前記開始傷を冷却流体で冷却するステップであって、該クラックが、前記ガラス基板の厚さを貫通して延在しかつ前記ガラス基板を横切って伝播して、前記ガラス基板が前記複数の基板に分離されるステップ、を含むことを特徴とする方法。
Ｃ２．前記キャリア流体流が圧縮空気を含み、かつ前記研磨材料のメッシュサイズが４００から６００であることを特徴とするＣ１記載の方法。
Ｃ３．前記開始傷が複数の開始傷を含み、かつ、該複数の開始傷が、前記ガラス基板の前記表面上における前記キャリア流体流の接触点の直径範囲内に位置していることを特徴とするＣ１またはＣ２記載の方法。
Ｃ４．前記接触点の前記直径が、前記ガラス基板の前記表面上で約０．７５インチ（１９ｍｍ）未満であることを特徴とするＣ３記載の方法。
Ｃ５．ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、前記ガラス基板を提供するステップ、研磨材料を含んだ研磨用繊維で前記ガラス基板の表面に接触するステップ、および、前記研磨用繊維を、該研磨用繊維の前記研磨材料が前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を形成するように、前記ガラス基板の前記表面上で移動させるステップ、を含むことを特徴とする方法。
Ｃ６．前記研磨用繊維が、前記ガラス基板の前記表面に点接触することを特徴とするＣ５記載の方法。
Ｃ７．前記研磨用繊維が、前記ガラス基板の前記表面に線接触することを特徴とするＣ５記載の方法。
Ｃ８．前記研磨用繊維と前記ガラス基板の前記表面との間の接触角度が、４５°以下であることを特徴とするＣ５からＣ７いずれか１項記載の方法。
Ｃ９．前記研磨用繊維が前記ガラス基板の前記表面に接触しているときに前記ガラス基板を前記研磨用繊維に対して動かすことによって、前記研磨用繊維を前記ガラス基板の前記表面上で移動させることを特徴とするＣ５記載の方法。
Ｃ１０．前記研磨用繊維の長軸に実質的に垂直な回転軸に関して前記研磨用繊維を回転させることによって、前記研磨用繊維を前記ガラス基板の前記表面上で移動させることを特徴とするＣ５記載の方法。
Ｃ１１．前記研磨用繊維が前記ガラス基板の前記表面に接触しているときに前記ガラス基板を柔軟に支持するステップをさらに含むことを特徴とするＣ５からＣ１０いずれか１項記載の方法。
Ｃ１２．前記ガラス基板がエアベアリング上で柔軟に支持されていることを特徴とするＣ５からＣ１１いずれか１項記載の方法。
Ｃ１３．ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、前記ガラス基板を提供するステップ、前記ガラス基板を回転研磨ホイールに近接させて柔軟に支持するステップ、および、前記回転研磨ホイールを前記ガラス基板の表面に接触させるステップであって、このとき前記ガラス基板の歪みを最小限に抑えるよう、前記回転研磨ホイールから前記ガラス基板に加えられる力の主成分が前記ガラス基板の前記表面に平行になるようにし、ここで前記研磨ホイールが、前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を研磨して生成するステップ、を含むことを特徴とする方法。
Ｃ１４．前記回転研磨ホイールの回転軸が前記ガラス基板の前記表面に平行であることを特徴とするＣ１３記載の方法。
Ｃ１５．前記回転研磨ホイールの回転軸が前記ガラス基板の前記表面に平行でないことを特徴とするＣ１３記載の方法。
Ｃ１６．前記回転研磨ホイールの前記回転軸と前記ガラス基板の前記表面との間の角度が、４５°超かつ９０°未満であることを特徴とするＣ１５記載の方法。
Ｃ１７．前記開始傷の深さが０．１×Ｔであり、ここでＴは前記ガラス基板の厚さであることを特徴とするＣ１３からＣ１６いずれか１項記載の方法。
Ｃ１８．前記回転研磨ホイールによって前記ガラス基板に加えられる前記力が、約０．１Ｎ以上かつ約１０Ｎ以下であり、さらに前記回転研磨ホイールが、約１０００メッシュの材料で被覆されていることを特徴とするＣ１３からＣ１７いずれか１項記載の方法。
Ｃ１９．前記回転研磨ホイールによって前記ガラス基板に加えられる前記力が、約１Ｎ以上かつ約２４Ｎ以下であり、さらに前記回転研磨ホイールが、約４００メッシュ以上かつ約６００メッシュ以下の材料で被覆されていることを特徴とするＣ１３からＣ１７いずれか１項記載の方法。
Ｃ２０．前記ガラス基板がエアベアリング上で柔軟に支持されていることを特徴とするＣ１３からＣ１９いずれか１項記載の方法。
Ｃ２１．前記回転研磨ホイールが揺れるものであることを特徴とするＣ１３からＣ２０いずれか１項記載の方法。
Ｃ２２．前記回転研磨ホイールの回転軸が変動することを特徴とするＣ２１記載の方法。
Ｃ２３．前記回転研磨ホイールの回転軸が変動しないことを特徴とするＣ２１記載の方法。
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る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、本書において説明される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 ガラス基板
１０２ 表面
１０９ 支持体
１１０ ノズル
１１２ キャリア流体流
１１４ 研磨材料
１１６ クラック開始傷
１１８ 接触点
１３０ 柔軟な表面
１３２ エアクッション
１４０ 研磨装置
１４１ ドラム部材
１４２ 研磨用繊維
１４３ 回転中心軸
１５０ 回転研磨ホイール
１５４ 回転軸
１８０ レーザ光源
１８２ ビーム
１８４ 冷却ノズル
１８６ 冷却ジェット
１９０ ビームスポット
１９２ 冷却スポット
１９６ 分離ライン

Claims (10)

  1. ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、
    前記ガラス基板を提供するステップ、
    研磨材料をその中に取り込んで含んでいるキャリア流体流を前記ガラス基板の表面上に導いて、前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を形成するステップ、
    前記開始傷を、レーザ光源を用いて加熱するステップ、および、
    前記開始傷からクラックが始まるように前記開始傷を冷却流体で冷却するステップであって、該クラックが、前記ガラス基板の厚さを貫通して延在しかつ前記ガラス基板を横切って伝播して、前記ガラス基板が前記複数の基板に分離されるステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記キャリア流体流が圧縮空気を含み、かつ前記研磨材料のメッシュサイズが４００から６００であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記開始傷が複数の開始傷を含み、かつ、
    該複数の開始傷が、前記ガラス基板の前記表面上における前記キャリア流体流の接触点の直径範囲内に位置していることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、
    前記ガラス基板を提供するステップ、
    研磨材料を含んだ研磨用繊維で前記ガラス基板の表面に接触するステップ、および、
    前記研磨用繊維を、該研磨用繊維の前記研磨材料が前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を形成するように、前記ガラス基板の前記表面上で移動させるステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  5. 前記研磨用繊維と前記ガラス基板の前記表面との間の接触角度が、４５°以下であることを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 前記研磨用繊維が前記ガラス基板の前記表面に接触しているときに前記ガラス基板を柔軟に支持するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４または５記載の方法。
  7. ガラス基板に開始傷を形成して、前記ガラス基板を複数の基板に分離するのを助ける方法において、
    前記ガラス基板を提供するステップ、
    前記ガラス基板を回転研磨ホイールに近接させて柔軟に支持するステップ、および、
    前記回転研磨ホイールを前記ガラス基板の表面に接触させるステップであって、このとき前記ガラス基板の歪みを最小限に抑えるよう、前記回転研磨ホイールから前記ガラス基板に加えられる力の主成分が前記ガラス基板の前記表面に平行になるようにし、ここで前記研磨ホイールが、前記ガラス基板の前記表面に前記開始傷を研磨して生成するステップ、
    を含むことを特徴とする方法。
  8. 前記開始傷の深さが０．１×Ｔであり、ここでＴは前記ガラス基板の厚さであることを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 前記回転研磨ホイールによって前記ガラス基板に加えられる前記力が、１Ｎ以上かつ２４Ｎ以下であり、さらに前記回転研磨ホイールが、４００メッシュ以上かつ６００メッシュ以下の材料で被覆されていることを特徴とする請求項７または８記載の方法。
  10. 前記回転研磨ホイールが揺れるように作られていることを特徴とする請求項７から９いずれか１項記載の方法。
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