以下、本発明の実施形態について図面を� ��いて説明する。以下の実施形態ではガラス� ��板の加工について説明するが、その他の脆� ��材料基板についても同様である。

 (U字状溝加工)
 まず、ガラス基板にU字状溝を加工する方法 について説明する。図1はガラス基板にU字状� ��を加工するときのレーザ、加工材料、レー� ��パワー分布形成装置の構成状態を示す図で� ��る。ガラス基板10の基板表面11に対向するよ うにレーザ光源1が配置される。ガラス基板10 を載置するステージ2は、レーザ光源1に対し� ��対的に移動できるようにしてあり、このス� ��ージ2の移動速度により、レーザビームの走 査速度が制御されるようにしてある。また、 レーザ光源1と基板10との間には、レーザビー ムのエネルギー分布や照射面積を調整するた めの光学系3が配置される。具体的には、異� �る形状の複数のレンズ群を交換可能に取り� �けてあり、レンズの交換やレーザビームの� �路上でのレンズの位置(高さ)調整により、焦 点位置やビーム形状を変化させてエネルギー 分布を変えるとともに、照射面積を調整する ようにしている。
 なお、エネルギー分布と照射面積との調整� ��段はこれ以外でもよい。例えば、ポリゴン� ��ラーを用いてレーザビームを照射領域内で� ��り返し走査するようにし、このときの走査� ��件(走査速度、走査幅)を調整することによ� �、エネルギー分布および照射面積を制御す� �ようにしてもよい。

 光学系3の調整によりエネルギー分布を変 更することにより、形成しようとするU字状� �の断面形状を調整することができる。図2は� ��ーザビームのエネルギー分布と形成される� ��形状の関係を示す模式図である。図2(a)に示 すように方形に近い溝12aを形成したいときは 、エネルギー密度の断面形状が均一なビーム に近づける。また、図2(b)に示すように半円� �近い溝を形成したいときは、両端よりも中� �部のエネルギー密度が大きい断面形状のビ� �ム形状に近づける。また、図2(c)に示すよう� ��溝の両端部が中央部よりやや深い場合には� ��レーザビームのエネルギー密度はその両端� ��が中央部より大きく、さらに、図2(d)に示す ようにガラス基板表面との溝の傾斜とがなす 角度θを小さくするためには、そのエネルギ� ��分布を中央部が大きく、その両端部を小さ� ��すればよく、場合によっては余熱であって� ��構わない。このように所望の溝形状に応じ� ��、エネルギー分布の断面形状を調整すれば� ��い。

 レーザパワーについては、走査速度との関� ��で適切なレーザパワーを設定する。図3は、 レーザパワー密度(単位面積あたりのレーザ� �力(W/mm ² )と、走査速度(mm/sec)との関係で、選択可能な レーザパワーの領域を示す概念図である。レ ーザパワー密度が大きすぎると広い範囲でア ブレーション現象が生じてしまう。一方、レ ーザパワー密度が小さすぎると基板を充分に 加熱できず、熱応力による表面剥離をするこ とができない。また、走査速度が速くなると 加熱熱量が小さくなり、走査速度が遅いと加 熱熱量は大きくなるが、加熱部と非加熱部の 温度勾配が小さくなり、表面剥離が発生しな くなる。

 図4はレーザを照射したときのガラス基板 の状態を示す模式的な断面図である。本発明 のU字状溝加工方法によれば、レーザの照射� �よりもU字状溝の溝幅Mは大きくなる。すなわ ち、レーザが照射され直接加熱される領域h� �、直接加熱される領域からの熱伝導によっ� �加熱され熱応力により剥離現象が起こり、U� ��状の溝が形成される領域Kとが離隔しており 、直接加熱領域hに照射されるレーザパワー� �強くアブレーションが発生したり、溶融し� �りあるいはマイクロクラックが発生したり� �ても、剥離が成長してU字状溝が形成される� ��域Kの外界面にはその影響が小さくなるよう に加工する。なお、jは剥離面である。

 図5(図5a~図5i)は一例として、CO ₂ レーザ出力:230W、走査速度:430mm/sec、楕円ビー ム形状:16.0mm×2.0mm、加工対象:0.7mm、材質:ソー ダガラスの条件でU字状溝を形成した場合の� �真である。図5aは、加工対象を上面から撮影 した所謂平面図に相当するものであり、図中 (5a-1)は、基板表面と溝との境界線であり、実 物は幅のない直線が形成されているが、撮影 機器の関係で一定の幅があるように撮影され ている。(5a-2)は溝面で滑り面が形成されてい る。(5a-3)は溝の底部である。図5bは、溝縁の� ��大写真であり、当該溝縁には亀裂は発生し� ��いない。図5cは、同じく溝縁の拡大写真で� �るが、図5bの場合と違って加工条件が適合せ ず、溝縁に細かい亀裂が発生しているのがう かがえる。図5dはU字状溝の底部の拡大写真で あり、加工条件が適合せず底部に複雑に熱応 力が作用して、亀裂がアトランダムに発生し ている。図5eはガラス基板の表面から剥離し� ��ガラス(廃材)の外観写真であり、レーザの� �射条件を適切に選ぶことによって、写真に� �るように一本の連続した螺旋状のガラス(廃� ��)を剥離することができる。図5fは剥離した� ��ラス(廃材)の自由状態を示す外観写真であ� �。図5gは剥離したガラス(廃材)の拡大した断� ��写真である。図5hは剥離したガラス(廃材)の 表面の写真であり、その裏面には、U字状溝� �表面(裏面)と同様な形状が形成されている(� �凸は逆である)。図5iは剥離したガラス(廃材) の裏面の写真である。
 なお、ビームの形状は楕円である必要はな� ��。

 なお、レーザパワーP(W)と、レーザ照射面積 (S)と、走査速度(V)とを変化させて、単位面積 あたり、単位時間あたりの適切なレーザパワ ーを表す係数Kを実験的に算出しておくこと� �より、(1)式から所望の照射面積と走査速度� �加熱する場合のレーザパワーを設定し、U字� ��溝加工を再現して加工することができる。
   P=K・(S×V) ・・・(1)
ここで、Pは照射するレーザパワー(W)、Sはレ� ��ザ照射面積(mm ² )、Vは走査速度(mm/sec)であり、Kは加工対象物� ��とに設定される係数(W×sec/mm ³ )である。

(面取り加工)
 次に、ガラス基板の面取り加工について説� ��する。図6は、面取り工程の一実施例を示す 図である。本実施例では基板の片面に面取り を行う。
ガラス基板10の基板表面11に対し、上述したU� ��状溝加工方法を用いてU字状溝12を形成する( 図6(a))。すなわち、予め求めたレーザ照射条� ��下でレーザビームBを走査させることにより 、U字状溝12を形成する。

 続いて、U字状溝12の内側に仮想の分断予� ��ラインを設定し(例えば、U字状溝12の中心線 の位置)、設定した分断予定ラインがU字状溝1 2の一端と交差する位置に、初期亀裂(切り欠� ��)13を形成する(図6(b))。初期亀裂(切り欠き)13 は、カッターホイールの圧接により形成して もよいし、レーザ照射により形成してもよい 。なお、初期亀裂(切り欠き)13を必ずしも設� �る必要はない。

 続いて、初期亀裂(切り欠き)13を起点にして 、カッターホイール又はレーザでスクライブ 加工し、分断予定ラインに沿ってスクライブ ライン14を形成する(図6(c))。
 レーザスクライブはビームスポット15の形� �を楕円状や長円状に調整したスクライブ用� �レーザビームCを分断予定ラインに沿って走� ��するとともに、その直後を、冷媒Dが噴射さ れる冷却スポット16を走査するようにする。� ��れによりクラックが発生・進展し、スクラ� ��ブライン14が形成される。

 スクライブライン14が深く形成され、裏面21 に達したときは、そのまま分断されるが、ス クライブライン14が浅く、形成されたときは� ��図示しないブレイクバーを裏面21側からス� �ライブライン14の裏側に沿うように当接し、 スクライブライン14に沿って基板10を撓ませ� �ことによりブレイクする。
 その結果、U字状溝12を半分に割ることによ� ��、形成された面取り加工面18が分断面17と基 板表面11との間に形成されることになる。
 なお、基板が薄い場合等で、U字状溝だけで スクライブラインを形成しなくとも分断でき る場合は、スクライブを省略してもよい。

 図7は、面取り加工の他の一実施例を示す図 である。前の実施例では片側に面取り加工を 行ったが、本実施例では表裏両面に面取り加 工を行う。
 ガラス基板10の基板表面11に対し、上述した U字状溝加工方法によりU字状溝12を形成する(� ��7(a))。すなわち、予め求めたレーザ照射条� �下で、レーザビームBを走査させることによ� ��、U字状溝12を形成する。

 続いて、基盤10を反転し、裏面21に対しU� �状溝22を形成する(図7(b))。すなわち、U字状� �12の裏側の位置に上述したU字状溝加工方法� �よりU字状溝22を形成する。これにより、基� �10の中央部分を挟んで両側から対向するよう にU字状溝12,22が形成される。

 続いて、U字状溝22の内側に仮想の分断予� ��ラインを設定し、(例えば、U字状溝22の中心 線の位置)、設定した分断予定ラインがU字状� ��22の一端と交差する位置に初期亀裂(切り欠� ��)23を形成する(図7(c))。なお、U字状溝22側で� ��なく、U字状溝12側に初期亀裂(切り欠き)を� �けるようにしてもよい。

 続いて、初期亀裂(切り欠き)23を起点にし て、レーザスクライブ加工により分断予定ラ インに沿ってスクライブライン24を形成する( 図7(d))。すなわち、ビームスポット15の形状� �楕円状や長円状に調整したスクライブ用の� �ーザビームCを分断予定ラインに沿って走査� ��るとともに、その直後を冷媒Dが噴射される 冷却スポット16を走査するようにする。これ� ��よりクラックが発生・進展し、スクライブ� ��イン24が形成される。

 スクライブライン24が深く形成され、裏面� �達したときはそのまま分断されるスクライ� �ライン24が浅く、形成されたときは、図示し ないブレイクバーをスクライブライン14に沿� ��ように表面11側のU字状溝12内で当接し、ス� �ライブライン24に沿って基板10を撓ませるこ� ��によりブレイクする(図7(e))。
 その結果、U字状溝12を半分に割ることによ� ��形成された面取り加工面18が、分断面17と基 板表面11との間に形成されることになる。ま� ��、U字状溝22を半分に割ることにより形成さ� ��た面取り加工面28が、分断面17と基板裏面21� ��の間に形成されることになる。
 このときも、基板が薄い場合等でU字状溝だ けでスクライブラインを形成せずに分断でき る場合は、スクライブを省略してもよい。

 図8は、面取り加工のさらに別実施例を示 す図である。これまで説明した2つの実施例� �は、先にU字状溝を形成してからレーザスク� ��イブ加工を行ったが、本実施例では先にレ� ��ザスクライブ加工又は、刃先スクライブを� ��ってからU字状溝を形成する。

 ガラス基板10の基板表面11に対し、仮想の 分断予定ラインPを設定し、設定した分断予� �ラインPが基板の一端と交差する位置に、初� ��亀裂(切り欠き)33を形成する(図8(a))。

 続いて、初期亀裂(切り欠き)33を起点にし て、レーザスクライブ加工により分断予定ラ インPに沿ってスクライブライン34を形成する (図8(b))。すなわち、ビームスポット15の形状� ��楕円状や長円状に調整したスクライブ用の� ��ーザビームCを、分断予定ラインに沿って走 査するとともに、その直後を冷媒Dが噴射さ� �る冷却スポット16を走査するようにする。こ れによりクラックが発生・進展し、スクライ ブライン34が形成される。

 続いて、上述したU字状溝加工方法を用いて U字状溝32を形成する(図8(c))。すなわち、予め 求めたレーザ照射条件下でレーザビームBを� �査させることにより、U字状溝32を形成する� �
 このとき、スクライブライン34の先端が基� �10に残るようにU字状溝32の深さを調整する。

 続いて、図示しないブレイクバーを裏面21� �からスクライブライン34の裏側に沿うように 当接し、スクライブライン34に沿って基板10� �撓ませることによりブレイクする(図8(d))。
 その結果、U字状溝32を半分に割ることによ� ��形成された面取り加工面38が、分断面17と基 板表面11との間に形成されることになる。

 図9は、面取り加工のさらに別実施例を示す 図である。まずガラス基板10の基板表面に2本 の仮想の分断予定ラインPを設定し、設定し� �分断予定ラインPに沿ってレーザスクライブ� ��る(図9(a))。そうすると、図9(b),(c)のような� �状を有するU字状溝が形成される。すなわち� ��U字状溝の上部に直線部分(P ₁ )を有し、かつ、溝幅が略平行なU字状溝が形� ��されることに特徴がある。なお、面取り工� ��は上述の工法と同じなので、説明は省略す� ��。

 このように本発明によれば、対称性が良� ��状態で形成したU字状溝には、マイクロクラ ックが発生しないので、このU字状溝を用い� �面取り加工面を形成するようにしたので、� �定した面取り加工面を形成することができ� �しかも取り残した領域が発生することもな� �。

 以上、ガラス基板についての面取り加工� ��ついて説明したが、他の脆性材料基板につ� ��ても、それぞれの基板材料に応じて、適切� ��レーザ照射条件を実験的に選択することに� ��り、U字状溝を加工することができる。そし て、U字状溝を利用して面取り加工面を形成� �ることにより、安定した面取り加工面を得� �ことができる。

 次にU字状溝を形成するにあたって開発した 溝掘り工法の他の応用例について説明する。
 まず、精密機械の加工テーブルには線膨張� ��が小さいことが注目され、脆性材料基板が� ��いられている。図10(a)は加工テーブルを構� �する下型41に非連続的に油溜め42を形成した� ��のであり、上型41と下型43を重ね合わせたも のが図10(b)であり、模式的な断面を表したも� ��である。

 同じく、精密機械に用いられる加工テーブ� ��に関するものであるが、上型51及び下型52の 表面に連続したU字状の溝53(54)を形成し(図11(a ))、上型51と下型52を重ね合わせて一つの加工 テーブルが構成される。すると、加工テーブ ルに冷却通路55が形成される(図11(b))。さらに 磁気ディスクもしくは光ディスクを製造する 際に、この溝掘り工法を採用して材料平板61� ��、溝62,63(64,65)を形成した後、くり抜き加工� ��施すと簡単に製造することができる(図12(a), (b))。
 また、加工対象物である平板基板に対し、� ��線的な溝加工を少しずつ横に移動しながら� ��列に繰り返すことにより、材料表面を略平� ��状に除去加工することもできる。例えば、� ��定の厚みを有する平板状の脆性材料から少� ��くとも一部を切り出して、ある形状を有す� ��部品71を製造する際にもこの溝掘り工法を� �用すると、所望の部品を簡単に製造するこ� �ができる(図13(a),(b))。
 また、円柱、球体、回転楕円体、円錐体等� ��回転体の加工対象物81を、回転軸(例えば円� ��軸)を中心として回転させて、外周面(側面� �は端面)の所謂除去加工する際にもこの溝掘� ��工法を採用すれば所望の回転体形状82を得� �ことができる(図14(a),(b))。