CN106414352B - 光学玻璃及玻璃基板的切断方法 - Google Patents

光学玻璃及玻璃基板的切断方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够通过更简便的操作可靠地切断的玻璃基板的切断方法及通过该方法得到的具有高弯曲强度和尺寸精度的光学玻璃。所述玻璃基板的切断方法具备如下工序：改性工序，将焦点汇聚于玻璃基板的内部地照射光，在该玻璃基板的内部选择性地形成由多个改性部(RP)构成的改性区域(R)；以及切断工序，沿着该改性区域(R)，使玻璃基板的厚度方向产生开裂而制成光学玻璃，在上述改性工序中，从以改性部(RP)为起点而产生的裂纹的切断面到裂纹的前端为止的改性区域前端深度为玻璃基板的板厚的3～20％，光学玻璃(100)通过该切断方法而得到。

Description

光学玻璃及玻璃基板的切断方法
技术领域
本发明涉及光学玻璃及玻璃基板的切断方法，特别是涉及罩玻璃、与近红外线截止滤波器等的框体接合而使用的光学玻璃及该光学玻璃的制造中使用的玻璃基板的切断方法。
背景技术
具有数字静态照相机等中所使用的CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体摄像元件的半导体装置使用近红外线截止滤波器玻璃、罩玻璃等光学玻璃。近年来，根据搭载于移动电话、智能电话等便携终端的固体摄像元件模块、数字静态照相机的薄型化的要求，要求板厚薄的光学玻璃。
但是，若光学玻璃的板厚变薄，则弯曲应力作用于光学玻璃时，以存在于玻璃的棱线(玻璃的主面与侧面的边界)的缺损、微小的裂纹为起点，开裂发展，很可能最终破损。
因此，从提高玻璃的弯曲强度的观点考虑，提出了对玻璃端面进行倒角加工(参照专利文献1)。其通过利用倒角加工除去成为开裂起点的玻璃端面的伤痕来提高玻璃的弯曲强度。另外，还提出了通过蚀刻来除去玻璃板的主面的伤痕(参照专利文献2)。
然而，玻璃端面的倒角加工、除去玻璃主面的伤痕的操作使光学玻璃的生产率变差(降低)。另外，也有时因倒角加工反而在玻璃端面形成伤痕。这是因为玻璃的倒角加工是用磨削磨石对玻璃进行机械加工而引起的。即，有可能因倒角加工时的冲击等而重新形成意外的伤痕。另外，为了除去玻璃的主面的伤痕，若保持玻璃的主面进行蚀刻，则有可能在成为光学作用面的主面产生蚀刻不均，作为光学玻璃的光学特性变差(降低)。
另一方面，作为半导体基板等的切断方法，已知使透过半导体基板(例如，硅(Si))的波长的激光聚光在半导体基板内部而在半导体基板内部形成改性区域(伤痕区域)，然后，通过施加胶带扩展等外部应力，以改性区域为起点使半导体基板产生龟裂来切断半导体基板的技术(例如，参照专利文献3)。
该切断方法中，能够在不对半导体基板的主面造成损伤的情况下在半导体基板内部局部·选择性地形成改性区域。因此，能够减少在通常的刀片切割中成为问题的半导体基板的主面的碎片化(chipping)等不良情况的产生。另外，与切削加工不同，产生灰尘等问题也少。因此，近年来，不局限于半导体基板，玻璃基板的切断等也开始广泛使用上述切断方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－169166号公报
专利文献2：日本特开2010－168262号公报
专利文献3：日本特开2009－135342号公报
发明内容
本发明人在制造光学玻璃时应用基于激光的切断方法，结果确认了其切断面平滑且不易形成棱线的伤痕等。即，可知通过该切断方法制造的光学玻璃即使不进行如上所述的倒角加工、蚀刻等操作，也能够一定程度上保持强度。
进而，本发明的目的在于提供在使用该切断方法制造光学玻璃时能够通过简便的操作得到的具备更高的弯曲强度和尺寸精度的光学玻璃和玻璃基板的切断方法。
本发明人等为了解决上述课题进行了潜心研究，结果发现通过使由在激光入射于玻璃基板时产生的改性区域形成的裂纹为规定的大小，能够通过简便的操作得到具备更高的弯曲强度和尺寸精度的光学玻璃，完成了本发明。
即，本发明的光学玻璃具有沿着改性区域进行切断的切断面，所述改性区域是利用将焦点汇聚于内部地照射的光而形成的且由多个改性部构成，其特征在于，所述光学玻璃具有以所述改性区域的所述改性部为起点的裂纹，从所述切断面到所述裂纹的前端为止的改性区域前端深度为所述光学玻璃的板厚的3～20％。
另外，本发明的玻璃基板的切断方法的特征在于，具备如下工序：改性工序，将焦点汇聚于玻璃基板的内部地照射光，在所述玻璃基板的内部选择性地形成由多个改性部构成的改性区域；以及切断工序，沿着所述改性区域，使所述玻璃基板的厚度方向产生开裂而制成光学玻璃，在以所述改性工序中产生的所述改性区域的所述改性部为起点的裂纹中，从通过所述切断工序形成的切断面到所述裂纹的前端为止的改性区域前端深度为所述玻璃基板的板厚的3～20％。
根据本发明的光学玻璃和玻璃基板的切断方法，能够得到具备高弯曲强度和高尺寸精度的光学玻璃。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的玻璃基板的切断装置的示意图。
图2A是使用图1的切断装置的玻璃基板的切断方法的说明图。
图2B是使用图1的切断装置的玻璃基板的切断方法的说明图。
图2C是使用图1的切断装置的玻璃基板的切断方法的说明图。
图3A是用于说明本实施方式的改性区域的玻璃基板的俯视图。
图3B是图3A的玻璃基板的A－A截面图。
图4是对图3A的玻璃基板的裂纹进行说明的俯视图。
图5是对图3A的玻璃基板的改性区域的位置关系进行说明的图。
图6是本发明的一实施方式的光学玻璃的侧视图。
图7是图6的光学玻璃的俯视图。
图8是本发明的一实施方式的半导体装置的侧截面图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式的玻璃基板的切断方法和光学玻璃详细地进行说明。
[玻璃基板的切断方法]
首先，一边参照附图一边对用于制造本实施方式的光学玻璃的玻璃基板的切断方法进行说明。
〈玻璃基板的切断装置〉
图1是本实施方式的玻璃基板的切断方法中使用的玻璃基板的切断装置500的示意图。如图1所示，切断装置500具备工作台510、驱动机构520、激光照射机构530、光学系统540、距离测定系统550和控制机构560。
工作台510是用于载置作为切断对象的玻璃基板10(将光学玻璃100切断而制造之前的玻璃板)的平台。玻璃基板10被载置在工作台510上。应予说明，工作台510在图1所示的XYZ方向可移动地构成。另外，工作台510在XY平面内、在图1所示的θ方向可旋转地构成。
驱动机构520与工作台510连接，基于来自控制机构560的指示使工作台510在水平方向(XY方向)、垂直方向(Z方向)和旋转方向(θ方向)移动。激光照射机构530是照射激光L的光源。应予说明，光源优选使用YAG激光器。这是因为YAG激光器能够得到高的激光强度，省电并且比较廉价。
在YAG激光器的情况下，输出的激光L的中心波长为1064nm，但也可以通过使用非线性光学晶体产生高次谐波而得到中心波长532nm(绿色)的激光、中心波长355nm(紫外线)的激光。本实施方式中，为了切断玻璃基板10，优选输出中心波长为532nm的激光的光源。这是因为中心波长为532nm的激光最容易透过玻璃基板10，适于切断。
应予说明，激光照射机构530优选使用能够照射脉冲激光的照射机构。另外，激光照射机构530优选使用能够根据玻璃基板10的厚度(板厚)、形成的改性区域的大小而任意地设定激光L的波长、脉冲宽度、重复频率、照射时间、能量强度等的照射机构。另外，脉冲激光的照射时间(每1脉冲的激光照射到玻璃基板的时间)优选为100皮秒～100纳秒。通过使基于脉冲激光的改性时间为上述的范围内，能够形成适合于玻璃基板10的切断的改性区域。若基于脉冲激光的照射时间小于100皮秒，则有可能即使形成改性区域也不会产生裂纹，无法切断玻璃基板10。另外，若基于脉冲激光的照射时间大于100纳秒，则有可能由改性区域产生的裂纹变得过大，玻璃基板10的切断后的弯曲强度变低。
光学系统540具备光学透镜，使来自激光照射机构530的激光收敛在玻璃基板10内部。即，光学系统540能够在玻璃基板10的内部形成聚光部P，在玻璃基板10内部形成改性区域R。距离测定系统550例如为激光测距仪，通过三角测距方式测定到玻璃基板10主面为止的距离H。距离测定系统550以规定的时间间隔(例如，每隔几毫秒)测定到玻璃基板10主面为止的距离H并输出到控制机构560。
控制机构560以沿着玻璃基板10的预定的切断线(以下为切断预定线)照射激光的方式控制驱动机构520而使工作台510移动，从激光照射机构530对玻璃基板10照射激光。另外，控制机构560基于从距离测定系统550输出的距离信息来调整工作台510的高度。应予说明、控制机构560也可以基于从距离测定系统550输出的距离信息来调整光学系统540的透镜位置。
即，控制机构560以光学系统540与玻璃基板10的距离H在一定范围内(例如，±5μm)的方式控制驱动机构520，调整玻璃基板10的高度方向(Z方向)的位置。对于改性区域R的位置而言，如此调整玻璃基板10的高度，激光的聚光部P在玻璃基板10的厚度方向成为期望的位置。
〈玻璃基板的切断〉
图2A～图2C是关于玻璃基板10的切断的说明图。以下，参照图2A～图2C进行说明。
(准备工序)
该工序中，首先，将玻璃基板10贴附于扩展用的胶带T1，载置在参照图1说明的切断装置500的工作台510上(图2A)。应予说明，图2A中，将1张玻璃基板10贴附于带T1，但贴附于胶带T1的玻璃基板10的张数也可以为多张。
(改性工序)
接着，使用切断装置500，沿着切断预定线，将来自激光照射机构530的激光利用光学系统540以焦点汇聚于玻璃基板10的内部的方式对玻璃基板10照射光，在玻璃基板10的内部选择性地形成改性区域R(图2B)。
切断预定线典型而言是切断而得到的光学玻璃的平面形状为正方形状或矩形形状这样的格子状的扫描线。在此，玻璃基板10的内部所形成的激光的聚光部P可以为点状，也可以为线状。使这样的聚光部P以规定的间距间隔间断地改性，形成改性区域R。
(切断工序)
切断预定线的改性结束后，接着，通过将胶带T1沿着空白箭头的方向进行扩张，对玻璃基板10施加拉伸切断应力。由此，以形成于玻璃基板10的改性区域R为起点，沿着切断预定线将玻璃基板10单片化，得到光学玻璃100(图2C)。该图2C示出以能够得到多个平面形状为正方形状的光学玻璃100的方式格子状地形成切断预定线的例子。
应予说明，以下，对作为本发明的特征的改性工序进一步详细地进行说明。
图3A和图3B是为了对形成于玻璃基板10的内部的改性区域R进行说明而简要示出玻璃基板的图，图3A是玻璃基板10的俯视图，图3B是图3A的玻璃基板10的A－A截面图。
如该图3A和图3B所示，改性区域R以多个改性部RP的集合体的形式形成。改性部RP形成为与激光的聚光部P对应的形状。通过沿着切断预定线以规定的间距间断地形成多个该改性部RP，从而形成带状的改性区域R。图3B中，以点状的阴影图案表示改性区域R(其中，用激光直接改性的改性部RP为了说明而为空白)。
此时，改性区域R的板厚方向的宽度优选相对于玻璃基板的板厚t为13～50％的长度。若改性区域R的板厚方向的宽度过小，则到基板表面为止较远，因此，有可能切断工序中伸展的裂纹未到达至基板表面而无法切断或者蛇行变大。若改性区域R的板厚方向的宽度过大，则有可能接近基板表面，因此，弯曲强度降低。
改性部RP间的间距优选为3.0～38μm的范围，更优选为7.5～20μm的范围。间距越窄，激光的扫描速度越慢，生产率下降，同时间距小于3.0μm时，有可能改性部彼此叠合而未顺利地产生裂纹，无法进行切断。另外，间距大于38μm时，有可能改性部彼此过远，产生的裂纹未顺利地连接，无法进行切断。如此，只要在上述范围内，能够有效地进行玻璃的切断，能够得到期望形状的光学玻璃。
应予说明，可知通过该改性工序用激光间断地形成改性部RP时，存在以该改性部RP为起点，在板厚的上下方向和平面这三个方向(C1、C2、C3)产生裂纹的倾向。图4是为了对玻璃基板10中从改性部RP产生的裂纹进行说明而部分放大示出的俯视图。该裂纹C1～3如图4所示，裂纹C1和C2存在以改性部RP为起点且以从切断预定线向激光的扫描方向侧左右扩展的方式产生的倾向，裂纹C3存在在与激光的扫描方向相反方向产生的倾向。此时，裂纹C3成为实际的切断线的一部分，但裂纹C1和C2会残留在切断后的玻璃内部。应予说明，C1～C3通常均形成于玻璃基板10内部。
在此，改性区域前端深度Rd是与切断预定线正交的方向的从切断预定线到裂纹C1的前端为止的距离或从切断预定线到裂纹C2的前端为止的距离，是指宽度5mm以上或在包含100点以上的改性部的测定区域中的最大值。图4示出对该改性区域前端深度Rd进行说明的图。
而且，该改性区域前端深度Rd为玻璃基板10的板厚t的3～20％的长度。若改性区域前端深度Rd小于板厚t的3％，则有可能切断工序中施加的拉伸应力无法使裂纹充分伸展，无法进行切断。另一方面，若改性区域前端深度Rd大于板厚t的20％，则有可能弯曲强度过于降低，在制成切断后的光学玻璃时的断面中，在制品制造时、使用时玻璃缺损或剥离，有时难以应用于制品。
改性区域前端深度Rd由于受到玻璃基板的种类(特别是硬度、断裂韧性值、热膨胀系数等)、改性时的激光的能量、聚光部的形状、扫描速度、照射时间等的影响，因此，只要以成为上述范围的方式适当选择条件即可。作为玻璃基板，优选0.2MPa·m1/2＜断裂韧性值K1c＜0.74MPa·m1/2的玻璃基板。
该改性工序优选使激光的聚光部P为在板厚方向延伸的纵长的形状。由此，即使减少沿着切断预定线扫描激光的次数，也能够容易且良好地进行切断。不修正聚光部P的形状地扫描激光时，难以分别控制改性区域R的宽度和改性区域前端深度Rd。两者均与激光的能量成比例地变大，因此，若以能够可靠地切断的方式使改性区域R的宽度增大至期望的范围，则存在改性区域前端深度Rd过大，切断后的光学玻璃的品质变差的倾向。另一方面，若为了提高切断后的光学玻璃的品质而使改性区域前端深度Rd减小至期望的范围，则有可能改性区域R的宽度过小，无法切断。但是，通过预先使聚光部P为在板厚方向延伸的纵长形状，能够利用与激光的能量不同的方法来扩展改性区域R的宽度，因此，容易使改性区域R的宽度增大至期望的范围，同时使改性区域前端深度Rd减小至期望的范围。因此，不修正聚光部时，必须在使该聚光部在板厚方向一边改变位置一边多次扫描而形成改性区域R才能良好地进行切断，这样的情况下，通过将聚光部修正为纵长形状的方法，即使减少激光的扫描次数也能够充分地切断，能够通过简便的操作容易地制造期望形状的光学玻璃。
应予说明，为了使聚光部P的形状为在玻璃基板10的板厚方向延伸的纵长的形状，例如可以利用全息技术进行调整。
为了利用全息技术，例如只要在激光的光路设置衍射透镜、空间光调制器等记录了能够调整为期望的聚光形状的全息图案的装置即可。例如，作为在此使用的衍射透镜，可以举出在石英玻璃基板等的表面加工凹凸形状，能够表现出全息图案的衍射透镜。在此，凹凸形状的加工例如可以举出通过光刻技术呈期望形状地雕刻槽的方法。另外，在激光的光路设置空间光调制器来显示全息图案时，作为其显示方式，可以举出使用液晶显示元件、数字微镜器件(微镜阵列结构)、磁光效应等的显示方式。
无论是哪种方法，作为制作全息图案的方法，可以举出：对将激光照射于被摄体而产生的干涉条纹直接拍摄的方法、通过计算机计算的方法(CGH)、利用积分照相(インテグラルフォトグラフィ)方式的方法。计算机合成全息图(CGH)在容易得到期望形状的方面优选。
应予说明，本实施方式中，在玻璃基板10的板厚方向改变位置而多次扫描激光时，将通过激光的扫描而形成的多个改性部的位置在板厚方向偏移的同时在扫描方向一致，由此，能够形成与聚光部P相比在板厚方向更长地延伸的改性部RP。如此，即使是在降低激光的能量的同时增加扫描次数而增大改性区域R的板厚方向的宽度的方法，也能够使改性区域R的宽度增大至期望的范围，同时使改性区域前端深度Rd减小至期望的范围。
改性区域R只要在切断工序中能够良好的切断，其形成位置就没有特别限定。图5是对图3B所示的A－A截面图中的改性区域的位置关系进行说明的图。该图5中，对于改性区域R的形成位置，将玻璃基板10的板厚方向的从一侧主面到改性区域R为止的距离设为a、从另一侧主面到改性区域R为止的距离设为b、玻璃基板10的板厚设为t、改性区域R的宽度设为k。此时，改性区域R可以通过1次扫描形成，也可以通过多次扫描形成。另外，图5中，改性区域R表示为1个带状的改性区域，但通过将激光沿着切断预定线进行多次扫描，改性区域R也可以在板厚方向以多个改性部分离的状态形成(即，也可以为带状的改性区域平行地形成2个以上这样的情况)。在板厚方向多个改性部分离而形成时，从改性区域R的一侧主面到改性区域R为止的距离a是指从一侧主面到最近的改性区域为止的距离。另外，同样地，从改性区域R的另一侧主面到改性区域R为止的距离b是指从另一侧主面到最近的改性区域为止的距离。
在此，从一侧主面到改性区域为止的距离a是指在从一侧主面向另一侧主面的方向确认切断面的峰值计数值(ピークカウント値)Pc(在与主面平行的方向测得的值)时首次大于20的点与一侧主面的距离。同样地，从另一侧主面到改性区域的距离b是指在从另一侧主面向一侧主面的方向确认切断面的峰值计数值Pc(在与主面平行的方向测得的值)时首次大于20的点与另一侧主面的距离。
在此，距离a和距离b是大于0的数值，即，这是指改性区域R需要与玻璃基板的各主面(透光面)相离地形成。另外，改性区域R优选与各主面离开一定距离以上而形成，例如，距离a和距离b分别优选为玻璃基板10的厚度t×0.1(即，板厚×10％)以上。
改性区域的宽度k与改性区域R的板厚方向的高度(纵向宽度)相同，也表示为t－(a+b)。该改性区域的宽度k如上述改性部RP的说明中记载那样，优选相对于玻璃基板的板厚t为13～50％的长度。若该改性区域的宽度k小于13％，则有可能无法切断，或即使切断、边的蛇行量也变大，若大于50％，则有可能改性区域过于接近基板表面，因此，弯曲强度降低。
另外，该改性区域k优选尽可能设置于板厚的中心位置，例如，优选设置于使|a－b|/2为0.05t以下的位置。此时，以改性部RP为起点而形成的裂纹C的前端位于改性区域的宽度k的大致正中间的位置，因此，通过|a－b|/2满足上述的关系，裂纹C1和C2的前端也设置于板厚的中心位置附近。该裂纹C1和C2的前端更优选距玻璃基板10的板厚的中心在板厚方向为±10μm的范围内。通过这样操作，可以使裂纹的偏移少，在切断时和制造时，确保光学玻璃的强度，并且不会产生不需要的缺损、剥离。
玻璃基板10的板厚没有特别限定，例如优选100μm～1mm厚度的玻璃基板，更优选100μm～500μm。随着板厚变厚，需要的改性区域R的宽度k变大，500μm以上的板厚时，即使使聚光点P在板厚方向为纵长形状，有可能也需要2次以上的扫描次数。在为用于半导体装置的罩玻璃的情况下，由于其微细化、轻量化等要求，优选100～300μm的较薄的板厚。
应予说明，对于该改性区域R和其以外的区域而言，可以在将玻璃基板10切断而制成光学玻璃100后，通过其切断面的峰值计数值来确定。峰值计数值Pc由美国机械工学会ASME B46.1(1995年)定义，是指通过以表示测定对象的表面状态(凹凸)的曲线中的平均线为中心，在超过负标准水平(－H)后超过正标准水平(+H)时设为1个波峰的方法进行计数的评价长度中的波峰数。
本实施方式中，首先，在光学玻璃100的切断面，在与各主面平行的方向测定峰值计数值。在光学玻璃100的板厚方向改变位置进行多次该测定。然后，使用光学玻璃100的切断面的板厚方向的位置的峰值计数值，确认在从一侧主面到另一侧主面的方向测得的峰值计数值Pc，将最初超过20的测定位置与一侧主面的距离设为距离a。同样地，使用光学玻璃100的切断面的板厚方向的位置的峰值计数值，确认在从另一侧主面到一侧主面的方向测定的峰值计数值Pc，将最初超过20的测定位置与另一侧主面的距离设为距离b。
该峰值计数值的测定若基于切断面的光学显微镜照片确认改性区域R与其以外的区域的边界位置而进行，则能够有效且准确地确定距离a和距离b。另外，在板厚方向改变测定位置时，特别是改性区域R与其以外的区域的边界位置附近优选以玻璃基板10的板厚t×0.04(即，板厚×4％)以下的间隔进行。通过这样操作，能够更准确地确定地边界位置。
应予说明，对于切断面的峰值计数值而言，使用在与各主面平行的方向测得的测定波形，以平均线为中心设置不灵敏区宽度(测定波形的最大高度×0.05)，将从比不灵敏区靠下出现的点暂时出现在不灵敏区上后，再一次出现在比不灵敏区靠下为止设为1个峰值，所述峰值计数值表示其数量。
测定使用激光显微镜(Keyence公司制，形状测定激光显微镜VK－X100、解析软件：VK－H1XA)进行，评价长度(测定宽度)：725μm(倍率：200倍)，波长：628nm，解析软件未进行测定波形的修正。
如上所述，利用本实施方式的玻璃基板的切断方法，玻璃基板10在其内部形成改性区域R，能够容易地切断玻璃基板10。另外，能够较小地抑制以改性区域R的改性部Rp为起点产生的裂纹。若这样操作，则能够得到良好的弯曲强度且良好的尺寸精度的光学玻璃100。
[光学玻璃]
图6表示本发明的实施方式的光学玻璃的侧视图。该光学玻璃100的侧面是沿着上述的改性区域R进行切断的切断面本身。即，该光学玻璃100是将其切断前的玻璃基板以成为期望的形状、大小的方式在玻璃基板的内部通过激光形成改性区域R，从外部施加力，由此沿着改性区域R切断玻璃基板而得到的。因此，在该光学玻璃100的侧面，改性区域R露出，且具有沿着该改性区域R在玻璃的板厚方向切断的切断面。另外，该光学玻璃100为如上将玻璃基板10切断而得到的板状的玻璃。
该光学玻璃100是通过上述的玻璃基板的切断方法进行切断而得到的，在其切断面所具有的改性区域R中，通过激光得到的改性部RP如上所述以规定的间距间断地形成，按照以该改性部RP为起点产生的裂纹的大小为规定范围的方式调节其加工条件而形成。
另外，该改性区域R是图5所示的玻璃基板10的内部所形成的改性区域R在切断面上露出而成的，具有与通过上述的玻璃基板的切断方法而形成的改性区域R的距离a、b、改性区域R的宽度k相同的关系。
应予说明，同样地，以改性部RP为起点而形成的裂纹C1～2也与上述说明相同。图7是图6的光学玻璃100的俯视图、沿着切断预定线进行切断的切断面形成光学玻璃100的轮廓。由于该切断面沿着改性区域R进行切断，因此，以改性部RP为起点的裂纹中无助于切断的裂纹C1～2在切断的光学玻璃的两侧的每一侧残留。
即，改性区域R在切断面的位置具有与上述切断方法中说明的位置相同的关系，距离a和距离b是大于0的数值，例如，距离a和距离b分别优选为玻璃基板10的厚度t×0.1(即，板厚×10％)以上。改性区域的宽度k与改性部RP的板厚方向的高度(纵向宽度)相同，优选相对于玻璃基板的板厚t为13～50％的长度。进而，以改性部RP为起点而形成的裂纹C的前端优选距玻璃基板10的板厚的中心在板厚方向为±10μm的范围内。另外，将从切断面到裂纹C1或C2的前端为止的距离分别设为改性区域前端深度Rd。该改性区域前端深度Rd为玻璃基板10的板厚t的3～20％的长度。应予说明，在此叙述的改性区域前端深度Rd与第37段中说明的改性区域前端深度Rd实质上意义相同。
该光学玻璃100例如以覆盖框体的开口部的方式与框体接合，作为罩玻璃使用。图8示出将光学玻璃100应用于框体310的半导体装置300的截面图。在此，光学玻璃100以覆盖框体310的开口部310A的方式与框体310接合。
应予说明，在此所示的半导体装置300在框体310的内部收容半导体元件320而成，将框体310的开口部310A用本实施方式的光学玻璃100以覆盖的方式接合，进行气密封接。在此，接合利用热固化树脂、紫外线固化树脂等将光学玻璃100的一侧主面的接合区域与形成框体310的开口部310A的框体封接来进行。另外，半导体元件320只要是公知的半导体元件就可以没有特别限定地使用，例如可以举出固体摄像元件(例如，CCD、CMOS)等。特别是应用于移动式的便携用电子设备的半导体装置受到落下冲击等的可能性高而优选。
如此应用于框体的光学玻璃100优选由作为其原材料的玻璃基板10的断裂韧性在0.2MPa·m1/2～0.74MPa·m1/2的范围内、热膨胀系数在75×10－7/K～150×10－7/K的范围内的玻璃而形成。
若玻璃基板10的断裂韧性大于0.74MPa·m1/2，则在利用激光在玻璃基板10形成改性区域R时，改性区域R难以产生裂纹，因此，难以进行玻璃基板10的切断。进而，在以改性区域R为起点切断玻璃基板10时，裂纹难以在板厚方向伸展，因此，会勉强地切断，光学玻璃100的切断面变得粗糙，并且尺寸精度变差。另外，即使以裂纹充分伸展的方式较大地形成在改性区域R产生的裂纹，在板厚方向以外伸展的裂纹也变大，因此，切断后的光学玻璃100的切断面变得粗糙。由此，有可能光学玻璃100的尺寸精度变差、弯曲强度变低。
另一方面，若玻璃基板10的断裂韧性小于0.2MPa·m1/2，则产生如下问题：在利用激光在玻璃基板10形成改性区域R时，过于容易产生以改性部RP为起点的裂纹，因此，形成从玻璃基板10的改性部RP到达玻璃基板10的表面的裂纹，导致所切断的光学玻璃100容易缺损或开裂。另外，即使以不会形成从改性部RP到达光学玻璃100的表面的裂纹的方式较小地形成裂纹，以改性部RP为起点裂纹也容易过度地伸展，因此，在板厚方向以外的方向裂纹也伸展，导致光学玻璃100的切断面变得粗糙。由此，有可能光学玻璃100的尺寸精度变差、弯曲强度变低。另外，若断裂韧性小于0.2MPa·m1/2，则有可能即使存在于光学玻璃100的切断面的裂纹微小，也会成为断裂原因，导致切断后的光学玻璃100的弯曲强度不满足实用。
若构成光学玻璃100的玻璃的热膨胀系数大于150×10－7/K，则在利用激光在玻璃内部形成改性区域R时，改性区域R的裂纹过大地形成，切断后的光学玻璃100的尺寸精度、弯曲强度显著降低。另一方面，若光学玻璃100的热膨胀系数小于75×10－7/K，则在利用激光在玻璃内部形成改性区域R时，在改性区域R难以产生裂纹，因此，难以切断。
玻璃基板的断裂韧性是依照JIS R1607中规定的断裂韧性测定法(IF法)由下式算出的值(K1c)。应予说明，玻璃基板的断裂韧性的测定使用维氏硬度计(Future Tech公司制，ARS9000F和解析软件：FT－026)在室温为23℃、湿度约为30％的环境条件下进行。另外，该测定中，龟裂从由压头形成的压痕伸长并随着时间经过而生长。因此，从玻璃基板撤走压头后，在30秒以内进行龟裂长度的测定。
K1c＝0.026·E1/2·P1/2·a·C3/2
上式中，E为杨氏模量，P为压入负荷，a为压痕对角线长度的平均的1/2，C为龟裂长度的平均的1/2。
玻璃基板的热膨胀系数利用JIS R3102中规定的差示式测得，是在50℃～300℃下测得的值的平均值。
光学玻璃100可以从可见波长区域透明的材料中适当选择而使用。例如，硼硅酸玻璃的加工容易，且能够抑制光学面的伤痕、异物等的产生，故优选，不含碱成分的玻璃的粘接性、耐候性等良好，故优选。
作为在此使用的玻璃，也可以使用在氟磷酸盐系玻璃、磷酸盐系玻璃中添加了CuO等的在红外波长区域具有吸收的光吸收型的玻璃。特别是添加了CuO的氟磷酸盐系玻璃或磷酸盐系玻璃对可见波长区域的光具有高透射率，并且CuO充分吸收近红外波长区域的光，因此，能够赋予良好的近红外线截止功能。
作为含有CuO的氟磷酸盐系玻璃的具体例，可以举出以阳离子％表示含有P5+20～45％、Al3+1～25％、R+1～30％(其中，R+为Li+、Na+、K+的合计量)、Cu2+1～15％、R2+1～50％(其中，R2+为Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+的合计量)，并且以阴离子％表示含有F－10～65％、O2－35～90％的玻璃。作为市售品，可以例示NF－50玻璃(AGC Techno-Glass公司制)等。
作为含有CuO的磷酸盐系玻璃的具体例，可以举出以下述氧化物换算的质量％表示为P2O5 25～74％、Al2O3 0.1～10％、B2O3 0～3％、Li2O 0～10％、Na2O 0～10％、Li2O+Na2O 3～15％、MgO 0～2％、CaO 0～2％、SrO 0～5％、BaO 0～9％、MgO+CaO+SrO+BaO 0～15％、CuO 0.5～20％的玻璃。
应予说明，对于玻璃组成，并不限于上述的组成，可以使用适当的玻璃。
光学玻璃100的厚度没有特别限定，从谋求小型化、轻量化的方面考虑，优选0.1～1mm的范围，更优选0.1～0.5mm的范围。
另外，作为本实施方式的光学玻璃，也可以在光学玻璃100的主面根据需要形成光学薄膜。作为光学薄膜，例如可以举出红外线截止滤波器、防反射膜等，例如可以举出MgF2的单层膜、Al2O3·TiO2与ZrO2的混合物膜·层叠了MgF2的多层膜、SiO2·TiO2的交替多层膜等。这些单层·多层膜通过真空蒸镀、溅射等成膜方法形成在光学玻璃100的主面。该光学薄膜的物理膜厚优选为0.2μm～8μm。
另外，作为光学薄膜，也可以举出截止紫外线(UV)和红外线(IR)的UVIR截止滤波器，例如由层叠了SiO2·TiO2等折射率不同的电介质膜的多层膜或含有紫外线吸收剂、红外线吸收剂的树脂膜等构成。这些多层膜可以通过真空蒸镀、溅射等成膜方法形成在光学玻璃100的主面，树脂膜可以通过涂布分散或溶解于溶剂的树脂并使其干燥的公知的成膜方法形成在光学玻璃100的主面。另外，该光学薄膜的物理膜厚优选为0.2μm～8μm。
实施例
以下，基于实施例和比较例对本发明详细地进行说明，但本发明并不仅限定于这些实施例。
(例1～例21)
以下的说明中，例1、2、4～7、9～17、19～21为实施例，例3、8、18为比较例。
作为玻璃基板，准备2种厚度的板状的氟磷酸玻璃(AGC Techno-Glass公司制，NF－50，板厚150μm、300μm、尺寸100mm×100mm)。该玻璃基板是第69段中记载的组成范围内的含有CuO的氟磷酸盐系玻璃。该玻璃基板的热膨胀系数为129×10－7/K，断裂韧性为0.44MPa·m1/2。
通过以下所示的切断条件将该玻璃基板切断成5mm×5mm的正方形状，制造在侧面具有包含改性区域的切断面而成的光学玻璃。
在玻璃基板的内部选择性地形成改性区域的工序中，使用以下的条件。作为激光源，使用YAG激光器(中心波长1064nm)，对其进行调制，使中心波长532nm的激光入射于玻璃基板。另外，对于激光输出功率，选择适当的输出功率以使改性区域为不会到达玻璃基板主面的程度，每1脉冲的平均激光能量为3～20μJ。激光在玻璃基板的板厚方向从一侧主面侧入射，以形成规定焦点的方式进行调整。
应予说明，此时，对由激光得到的聚光形状进行调整以在板厚方向形成纵长至由玻璃的折射率产生的像差(収差)以上以能够得到表中记载的改性区域。通过该聚光形状，在玻璃基板内部以规定的间距沿着切断预定线间断地形成改性部RP，形成改性区域。
接着，将形成了改性区域的玻璃基板贴合于具有延伸性的树脂膜，将该树脂膜在玻璃基板的平面方向拉伸，使形成于玻璃基板的改性区域的裂纹伸展至玻璃基板的主面。由此，使玻璃基板的厚度方向产生开裂，沿着改性区域将玻璃基板切断，得到光学玻璃。
将此时的加工条件、得到的光学玻璃的切断面的改性区域的位置关系的参数(图5中的t、a、b、k)、改性区域前端深度Rd、光学玻璃的4点弯曲强度(将例3的强度设为1.0时的相对比)、边的蛇行量汇总示于表1～4。应予说明，改性区域的位置、边的蛇行量按照每个条件各测定8张，示出其平均值。
[表1]
Figure BDA0001162066820000161
[表2]
Figure BDA0001162066820000171
[表3]
Figure BDA0001162066820000172
[表4]
Figure BDA0001162066820000173
应予说明，对于改性区域前端深度Rd，在将切断面抛光规定量后，进行蚀刻处理的操作直至无法确认到裂纹为止。具体而言，在与得到的光学玻璃的切断面正交的方向抛光5μm后，在5质量％盐酸中浸渍15分钟后，用光学显微镜(倍率100倍)进行观察，确认在5mm的长度之间有无明显的潜在伤痕。有潜在伤痕时，将在相同条件下切断的另一单片抛光10μm后，同样地确认有无潜在伤痕，以后，对15μm、20μm…这样的每隔5μm增加抛光量的样品进行观察(注意各抛光量的样品是在相同条件下切断的另一单片这一点)。将通过上述的方法在5mm的长度之间没有能够确认的潜在伤痕的抛光量作为改性区域前端深度Rd。
另外，4点弯曲强度参考JIS R 1601(2008年)中规定的“4点弯曲强度试验”进行测定。在此，试验片为5mm×5mm的正方形状的尺寸，使支点间距为3mm，使负荷点间距为1mm，使支撑件中成为支点和负荷点的前端的曲率半径为0.25mm。另外，弯曲强度对1个条件测定16张，计算它们的平均值。测量装置使用岛津制作所制的AGS－J。应予说明，4点弯曲强度的“比”一项分别记载了将例3的4点弯曲强度设为1.0时的相对比。
边的蛇行量定义为玻璃基板(5mm见方)的各棱线的蛇行的最大振幅，振幅利用测长显微镜(倍率50倍)进行观察·测定。最大振幅是指在考虑5mm×5mm的假想的正方形时，实际的光学玻璃的各棱线相对于从对应的假想正方形的边最突出的点与最凹陷的点之间的假想正方形的边的垂直距离。
表1是聚光形状未修正(按照由玻璃的折射率产生的像差量在板厚方向成为纵长)、使改性区域的宽度k大致相同、改变激光能量和照射间距的实验结果。激光能量越大，改性区域前端深度Rd变得越大。另外，改性区域前端深度Rd大于板厚的20％超时，4点弯曲强度、边的蛇行量均大幅变差。例3的玻璃基板的改性区域前端深度Rd相对于板厚t的比例大于20％，4点弯曲强度低。
表2是激光能量和照射间距未改变、仅调整聚光形状而改变改性区域的板厚方向的宽度k的实验结果。改性区域的板厚方向的宽度k越大，改性区域前端深度Rd变得越小。此时，改性区域前端深度Rd变得越小，越发现4点弯曲强度、边的蛇行量均改善的倾向。应予说明，为了参考，也一并示出例3的数据。
表3是照射间距未改变、改变激光能量·扫描次数·聚光形状的组合、改变改性区域的板厚方向的宽度k的实验结果。例2、11、13～16是扫描次数1次、使改性区域前端深度Rd大致相同、仅增大改性区域的宽度k的结果。随着改性区域的板厚方向的宽度k变大，4点弯曲强度虽然没有大的不同，但发现边的蛇行量改善的倾向。应予说明，为了参考，也一并示出例2、11的数据。
表3的例17是增加扫描次数，改性区域的板厚方向的宽度k变大，另一方面，进一步减小改性区域前端深度Rd的例子。2次扫描时，4点弯曲强度·蛇行量均良好。应予说明，虽然表中没有记载，但3次扫描时，改性区域的板厚方向的宽度k为板厚的53％，边的蛇行量为7μm，良好，但4点弯曲强度之比(将例3的4点弯曲强度设为1.0时的相对比)低至0.80。另外，例18虽然进行2次扫描，但无法切断。作为理由，能够容易地想到例18与例17相比，激光能量低，改性区域前端深度Rd(相对于板厚t的比例)小于3％。
表4是玻璃基板的板厚为150μm时的实验结果。为了即使板厚变薄，改性区域的板厚方向的宽度k相对于板厚的比例也不论板厚地同等而能够切断，可以实质上减小宽度k。其结果，也能够减小改性区域前端深度Rd，4点弯曲强度与玻璃基板的板厚为300μm的情况相比，能够变得相当高。
产业上的可利用性
本发明的光学玻璃适合用于内置在电子设备中的半导体装置(例如，具有固体摄像元件(CCD、CMOS等)的装置)的罩玻璃、近红外线截止滤波器等。
符号说明
10…玻璃基板、100…光学玻璃、300…半导体装置、310…框体、320…半导体元件、500…玻璃基板的切断装置、510…工作台、520…驱动机构、530…激光照射机构、540…光学系统、550…距离测定系统、560…控制机构、T1…胶带、L…激光、R…改性区域、RP…改性部、C…裂纹、Rd…改性区域前端深度。

Claims (8)

1.一种光学玻璃，其特征在于，具有沿着改性区域切断而成的切断面，所述改性区域是利用将焦点汇聚于内部地照射的光而形成的且由多个改性部构成，
所述光学玻璃具有以所述改性区域的所述改性部为起点的裂纹，从所述切断面到所述裂纹的前端为止的改性区域前端深度为所述光学玻璃的板厚的3～20％，
所述改性区域为在板厚方向延伸的纵长形状，且板厚方向的宽度为所述光学玻璃的板厚的13～50％。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述改性区域与所述光学玻璃的主面相离地形成。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，所述多个改性部以3.0～38μm的间隔形成。
4.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的断裂韧性为0.2～0.74MPa·m1/2。
5.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的热膨胀系数为75～150×10－7/K。
6.一种玻璃基板的切断方法，其特征在于，具备如下工序：改性工序，将焦点汇聚于玻璃基板的内部地照射光，在所述玻璃基板的内部选择性地形成由多个改性部构成的改性区域；以及切断工序，沿着所述改性区域，使所述玻璃基板的厚度方向产生开裂而制成光学玻璃，
所述改性工序中，将焦点汇聚于所述玻璃基板的内部的光的形状为在所述玻璃基板的板厚方向延伸的纵长的形状，
在以所述改性工序中产生的所述改性区域的所述改性部为起点的裂纹中，从通过所述切断工序形成的切断面到所述裂纹的前端为止的改性区域前端深度为所述玻璃基板的板厚的3～20％，
通过所述光而形成的改性区域的板厚方向的宽度为所述光学玻璃的板厚的13～50％。
7.根据权利要求6所述的玻璃基板的切断方法，其特征在于，所述光的每单位脉冲的照射时间为100皮秒～100纳秒。
8.根据权利要求6所述的玻璃基板的切断方法，其特征在于，所述光的中心波长为532nm。
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