JP2013249228A - ガラス基板の分断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化ガラスに対して、容易にかつ安定して分断できるようにする。
【解決手段】この分断方法は、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有するガラスを分断するための方法であって、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、基板内部の第１深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する。第２工程は、第１深さ位置と基板の一方の面との間の第２深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、基板の一方の面から他方の面に亀裂を形成して前記分断予定ラインに沿って基板を分断する。

【選択図】図３

Description

本発明は、ガラス基板の分断方法、特に、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張
応力を有する強化ガラスを分断するためのガラス基板の分断方法に関する。

ガラス基板をレーザにより分断する技術として、CO₂レーザをガラス基板に照射して熱
応力を生じさせ、分断する方法がある。表面が強化された強化ガラスを分断する場合も、
このような従来技術を用いることによって分断することが可能である。

しかし、ガラス基板の表面の強化度が増すと、以上のような従来の技術では分断できな
くなる。そこで、高強度ガラスを分断する方法として、特許文献１に示されるような分断
方法が提供されている。

この特許文献１に示された方法では、まず、ガラス基板において強化層が形成されてい
ない内部領域に、改質層としての第１ダメージラインが形成される。そして、同様に、強
化層が形成されていない内部領域において、第１ダメージラインより浅い領域に第２ダメ
ージラインが形成される。これらのダメージラインを形成することによって、分断予定ラ
インに沿って亀裂が進展し、ガラス基板は分断される。なお、この分断の際に、カッタに
よって溝を形成するメカニカルスクライブや、手動又は機械的な操作でダメージラインの
両側を押して曲げ力を作用させることが記載されている。

ＷＯ２０１０／０９６３５９Ａ１（段落００２４，００２６，００２７，００３１，００３２等）

特許文献１に記載された分断方法では、ダメージラインが基板表面から比較的浅い領域
に形成される。このため、ダメージラインを形成した時点で自然に分断される場合がある
一方で、ダメージラインの形成後に、後工程としての分断工程が必要になる場合がある。
すなわち、特許文献１に示された方法では、ダメージラインを形成した時点で、フルカッ
トになるのか、あるいはハーフカットになるのか予測ができず、分断処理に関して不安定
になる。

また、ダメージラインを形成した後に分断工程が必要な場合は、前述のように、メカニ
カルスクライブや、ダメージラインの両側に曲げ力を作用させる処理等が必要になる。こ
の場合は、基板表面に欠け等の損傷が生じ、強度の低下を招くという問題がある。

本発明の課題は、強化ガラスに対して、容易にかつ安定して分断を行えるようにすることにある。

第１発明に係るガラス基板の分断方法は、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張
応力を有するガラスを分断するための方法であって、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、基板内部の第１深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する。第２工程は、第１深さ位置と基板の一方の面との間の第２深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、基板の一方の面から他方の面に亀裂を形成して前記分断予定ラインに沿って基板を分断する。

ここでは、まず、基板内部において、分断予定ラインに沿って加工痕が形成される。次
に、分断予定ラインに沿って加工痕と基板の一方の面との間にレーザを集光してレーザが走査される。このレーザ照射によって、基板の一方の面から他方の面に亀裂が進展し、基板が分断される。

ここでは、第２工程を実行することによって基板が分断され、第１工程の終了時に意図
せずに基板が分断されるのを防止できる。すなわち、安定した分断処理を実行できる。ま
た、分断に際してメカニカルスクライブ等が不要になるので、処理が簡単になり、また基
板表面の損傷を抑えることができるので、基板の強度低下を抑えることができる。

第２発明に係るガラス基板の分断方法は、第１発明の分断方法において、第１工程にお
ける第１深さ位置は、基板の一方の面から３６５μm以上６８５μm以下である。

第１工程において形成される加工痕の深さが基板の一方の面から浅い場合は、第１工程終了時に基板が自然分断される場合があり、分断処理が不安定になる。逆に、第１工程において形成される加工痕の深さが基板の一方の面から深すぎる場合は、第２工程を実行しても基板が良好に安定して分断されない。

そこで、第１工程においては、３６５μm以上６８５μm以下の深さにレーザを集光して
加工痕を形成することが必要である。これにより、第１工程終了時に基板が意図せずに分
断されるのを防止でき、かつ第２工程において良好に基板を分断することができる。

第３発明に係るガラス基板の分断方法は、第２発明の分断方法において、第２工程にお
ける第２深さ位置は、基板の一方の面から１４０μm以上３６５μm以下の範囲内である。

ここでは、第２工程におけるレーザの集光位置を以上の範囲に設定することによって、
第１工程で形成された加工痕を含む基板の一方の面と他方の面の間に亀裂を形成することができる。

第４発明に係るガラス基板の分断方法は、第２発明の分断方法において、第１工程にお
ける第１深さ位置は、基板の厚み方向の中央位置から一方の面側に１８５μm以下、他方の面側に１３５μm以下の範囲内である。

第１工程において、基板の一方の面あるいは他方の面に偏った領域に加工痕を形成すると、第１工程終了時にあるいは第１工程の途中に基板が分断される場合があり、安定した分断を行うことができない。

そこで、第４発明では、第１工程における第１深さ位置を、基板の厚み方向の中央部分
とし、当該領域に加工痕を形成するようにしている。このため、安定した分断処理を行う
ことができる。

第５発明に係るガラス基板の分断方法は、第２発明の分断方法において、第１工程にお
ける第１深さ位置は、基板の他方の面から４１５μm以上７３５μｍ以下の範囲内である。

ここで、第１工程において、基板の他方の面から離れた領域にレーザを集光して加工痕を形成すると、第２工程の実行後に、裏面に向かって進展した亀裂が曲がってしまい、裏面における分断ラインが分断予定ラインからずれてしまう。

そこで、第５発明では、第１工程における第１深さ位置を、基板の他方の面から所定の範囲内とし、当該領域に加工痕を形成するようにしている。これにより、高い精度の分断を実行
できる。

第６発明に係るガラス基板の分断方法は、第１から第８発明の分断方法において、第１
工程において、レーザ出力は４Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は２００mm/s以上５００
mm/s以下である。

第７発明に係るガラス基板の分断方法は、第９発明の分断方法において、第２工程に
おいて、レーザ出力は６Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は３００mm/s以上５００mm/s以
下である。

以上のように、本発明では、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスに対
して、容易にかつ安定して、しかもガラス基板の強度を低下させることなく分断を行うこ
とができる。

本発明の一実施形態による分断方法が適用される強化ガラスの模式的断面図。 本発明に係る分断方法の第１工程の加工条件（レーザ出力及び走査速度）を調査するための実験結果を示す図。 本発明に係る分断方法の第２工程の加工条件を調査するための実験結果を示す図。 ２回のレーザ照射による基板の分断面の様子を示す顕微鏡写真。 本発明の一実施形態による分断方法によって分断された基板の表面及び分断面を示す顕微鏡写真。 第１工程及び第２工程におけるレーザの加工位置を変更して基板分断可能な条件を調査した実験結果を示す図。

［ガラス基板］
図１に分断対象としてのガラス基板の断面構成の一例を示している。このガラス基板は
、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有する強化ガラスである。具体的に
は、表面及び裏面の近傍において、表面及び裏面に近づくほど大きな圧縮応力（ＣＳ）を
有している。そして、表面及び裏面から所定の深さに達する基板内部では、逆に引張応力
（ＣＴ）を有している。図１において、「ＤＯＬ」は基板表面の圧縮応力を有する強化層
深さを示している。

［分断方法］
以上のような強化ガラス（以下、単に「基板」と記す場合もある）を分断する場合は、
以下のような２つの工程を実行する。

＜第１工程＞
基板内部の引張応力を有する領域にレーザを集光し、分断予定ラインに沿ってレーザを
走査する。これにより、分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する。なお、加
工痕は、レーザによって基板が一旦軟化または溶融し、再度固化した状態の領域である。

＜第２工程＞
第１工程終了後に、第１工程で形成された加工痕と基板表面との間にレーザを集光し、
かつ基板端面（基板表面上のレーザ走査開始端）から所定の範囲にわたって分断予定ライ
ンに沿ってレーザを走査する。このときの、レーザの強度は、加工痕及び基板表面に亀裂
が進展可能であって、かつ形成された亀裂が分断予定ラインの全体に沿って進展可能な強
度にする。

実験例

以下に、各工程の条件設定のための実験結果を示す。なお、各実験において、分断対象
は、すべて厚みが１．１mmの高強化ガラス（断面構成は図１参照）である。また、レーザ
照射は基板の表面側から行った。なお、ここでは基板にレーザを照射した面を「表面」、
「表面」と反対の面を「裏面」と呼ぶ。

［実験１：第１工程の条件設定］
図２に第１工程におけるレーザ照射条件を設定するための実験結果を示している。図２
に示す表は、１回のレーザ照射の加工結果を示すものであり、表中の各記号の意味は以下
の通りである。

「○」 ：２回のレーザ照射で分断可能
「△」 ：１回のレーザ照射で分断
「△×」：分断予定ラインから逸れた分断
「××」：２回のレーザ照射で分断不可能（１回のレーザ照射で加工痕有り）
「−」 ：２回のレーザ照射で分断不可能（１回のレーザ照射で加工痕無し）
また、レーザ照射条件は以下の通りである。

・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：２．０〜８．０W
・走査速度：５０〜５００mm/s
・加工位置（集光位置）：基板の表面から５３５μm
以上の実験１の結果から、第１工程の加工条件としては、レーザ出力を４Wとし、走査
速度を２００〜３００mm/sの範囲に設定することが好ましいことがわかる。

［実験２：第２工程の条件設定］
図３は、第１工程のレーザ照射条件を以下のように設定し、第２工程におけるレーザ照
射条件（走査速度、加工位置）を種々変更して分断可能な条件を調査した実験結果を示し
ている。なお、この実験２では、第２工程において、分断予定ラインの全部にわたってレーザを走査した。

＜第１工程＞
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：４．０W
・走査速度：３００mm/s
・加工位置（焦点位置）：基板の表面から５３５μm
なお、図３の表中の各記号の意味は以下の通りである。

「○」：分断可能(レーザ照射後、ラインに沿った分断)
「△」：分断可能(レーザ照射数分後、ラインに沿った分断)
「□」：分断可能(ラインから逸れた分断)
「×」：加工痕有 (分断不可能)
この実験２の結果から、第１工程でのレーザ照射条件を以上のように設定し、加工位置
を５３５μmに設定した場合、第２工程では以下の条件で加工すれば、確実に分断が可能
であることがわかる。

＜第２工程＞
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：８．０W
・走査速度：５００mm/s
・加工位置（焦点位置）：基板の表面から１４０〜３６５μm
［実験３］
図４は基板の分断工程（第２工程）において、分断予定ラインの一部にのみレーザを照
射した実験結果を示している。図４（ａ）は第１工程のレーザ走査開始端部から２０mm離
れた位置の分断予定ラインに沿ってレーザを照射した場合の分断面の様子を示している。
図４（ｂ）は第１工程のレーザ走査終了端部から２０mm離れた位置の分断予定ラインに沿
ってレーザを照射した場合の分断面の様子を示している。図４（ｃ）は第１工程のレーザ
走査開始端部から２０mmの範囲に、分断予定ラインに沿ってレーザを走査した場合の分断
面の様子を示している。加工条件は、実験２で得られた各条件と同じである。第２工程の
レーザ照射位置を基板の中央部や第1工程でのレーザ走査終了端部に変えても分断が可能
であった。

この実験３の結果から、第２工程において、分断予定ラインの一部のみにレーザを照射
するだけで第１工程で形成した加工痕に沿って亀裂が進展し、基板の分断が可能であるこ
とがわかる。

なお、ここでは示していないが、第２工程のレーザ照射領域は、分断予定ラインに沿っ
て１mmの範囲にレーザを照射しただけでも分断が可能であった。

［実験４：実施例］
実験３で加工を行った基板の分断面の状態を確認した。その結果を図５に示している。
図５（ａ）は第２工程でレーザを照射した部分の基板表面の顕微鏡写真（同図左）と、そ
の分断面の顕微鏡写真（同図右）である。また、図５（ｂ）は基板中央部（第２工程でレ
ーザを照射していない部分）の基板表面の顕微鏡写真（同図左）と、その分断面の顕微鏡
写真（同図右）である。ここでの各工程での加工条件は以下の通りである。

第１工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：４．０W
・走査速度：３００mm/s
・加工位置（焦点位置）：基板の表面から５３５μm
第２工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：８．０W
・走査速度：５００mm/s
・加工位置（焦点位置）：基板の表面から２１３μm
・レーザ照射部分：走査開始端部（切入部）１０mmの範囲（それ以外は遮蔽）
この実験４の結果から、第２工程のレーザを照射した部分は、基板表面に２００μm程
度のサイズの欠けが発生しているが、第２工程のレーザを照射していない部分は基板表面
に欠けが発生していないことがわかる。第２工程のレーザを照射ていない部分の基板の表
面における亀裂の直進性（分断予定ラインからのズレ）は、第２工程のレーザを照射した
部分と比較して良好であった。

以上から、第２工程においてレーザを照射する領域は、最終製品になった場合には廃棄
されるような領域（例えば基板端部）とするのが好ましいことがわかる。

［実験５：加工位置の特定］
第１工程におけるレーザの加工位置を３６５〜９９８μmの範囲で変更し、第２工程に
おけるレーザ加工位置を変更して基板分断可能な条件を調査した実験結果を図６に示して
いる。ここでの各加工条件は以下の通りである。

第１工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：４．０W
・走査速度：３００mm/s
・加工位置（集光位置）：基板の表面から３６５〜９９８μm
第２工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：８．０W
・走査速度：５００mm/s
・加工位置（集光位置）：基板の表面から１４０〜９９８μm
図６の表中における各記号の意味は以下の通りである。

「○」：分断可能(レーザ照射後、ラインに沿った分断)
「□」：ラインから逸れた分断
「×」：加工痕有 (分断不可能)
この実験結果から、第１工程での加工位置を３６５〜８５７μmにした場合、第２工程
の加工位置を、第１工程での加工位置より２２５〜４７２μmだけ表面側に移動させる必
要があることがわかる。

なお、第１工程での加工位置は、基板の厚み中央位置（表面から５５０μm）から表面
側に１８５μm以下、裏面側に３０７μm以下であることが好ましい。基板の表面あるいは
裏面に偏った領域に加工痕を形成すると、第１工程終了時にあるいは第１工程の途中に基
板が分断される場合があり、安定した分断を行うことができないからである。

また、第１工程での加工位置は、また、基板の裏面から４１５〜７３５μｍの範囲内で
あることが好ましい。第１工程において、基板の裏面から離れた領域にレーザを集光して
加工痕を形成すると、第２工程の実行後に、裏面に向かって進展した亀裂が曲がってしま
い、裏面における分断ラインが分断予定ラインからずれてしまうからである。

［実験例のまとめ］
＜加工方法＞
第１工程では、基板内部の引張応力が存在している部分に加工位置（レーザ集光位置）
を設定し、分断予定ラインの全域にわたってレーザを照射する。これにより、基板内部に
加工痕を形成する。

第２工程では、分断予定ラインの一部領域にのみレーザを照射して、加工痕と基板表面
とに達する亀裂を進展させ、かつその亀裂を分断予定ラインに沿って進展させる。これに
より、分断予定ラインに沿って基板を自然分断させる。なお、２回目のレーザ照射によっ
て基板表面に欠け等が生じ、強度低下を招くおそれがある。したがって、第２工程におい
てレーザを照射する領域は、最終製品状態では廃棄される部分（例えば基板端部）である
ことが望ましい。

＜レーザ照射条件＞
レーザ照射条件について、各工程では、以下の条件であれば、本発明の方法で分断が可
能である。

第１工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：４．０W（好ましくは４Ｗ以上８Ｗ以下）
・走査速度：２００〜３００mm/s（好ましくは２００mm/s以上５００mm/s以下）
第２工程：
・繰り返し周波数：３MHz
・レーザ出力：８．０W（好ましくは６W以上８Ｗ以下）
・走査速度：５００mm/s（好ましくは３００mm/s以上５００mm/s以下）
＜加工位置＞
加工位置について、各工程では、以下の条件であれば、本発明の方法で分断が可能であ
る。

第１工程：基板表面から３６５〜６８５μmの範囲。

基板中央位置から表面側に１８５以上、裏面側に１３５μm以下の範囲。

基板の裏面から４１５以上７３５μｍ以下の範囲。

第２工程：基板表面から１４０〜３６５μｍの範囲であって、かつ第１工程の加工位置
（加工痕が形成された位置でもある）から２２５〜４７２μmだけ基板表面側の位置。

［特徴］
（１）第２工程において、基板にレーザを照射することによって基板を分断することができる。したがって、意図せずに基板が自然分断されるのを防止でき、安定した分断処理を実行できる。

（２）分断に際してメカニカルスクライブ等が不要になるので、処理が簡単になり、前
記同様に、基板の強度低下を抑えることができる。

（３）第１工程及び第２工程の加工位置を適切に設定することによって、安定した分断
処理を行うことができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱するこ
となく種々の変形又は修正が可能である。

また、前記実施形態では、第２工程においてレーザを集光する第２深さ位置を加工痕を形成した第１深さ位置と基板表面の間としたが、第１深さ位置と基板裏面の間にしてもよい。

Claims (7)

1. 表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有するガラスを分断するための
   ガラス基板の分断方法であって、
   基板内部の第１深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査するこ
   とによって、前記分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する第１工程と、
   前記第１深さ位置と基板の一方の面との間の第２深さ位置にレーザを集光し前記分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、基板の一方の面から他方の面に亀裂を形成して前記分断予定ラインに沿って基板を分断する第２工程と、
   を含むガラス基板の分断方法。
2. 前記第１工程における第１深さ位置は、基板の一方の面から３６５μm以上６８５μm以下である、請求項１に記載のガラス基板の分断方法。
3. 前記第２工程における第２深さ位置は、基板一方の面から１４０μm以上３６５μm以下の範囲内で、かつ前記第１工程で形成された加工痕から２２５μm以上４７２μm以下の範囲内に集光する、請求項２に記載のガラス基板の分断方法。
4. 前記第１工程における第１深さ位置は、前記基板の厚み方向の中央位置から一方の面側に１８５μm以下、他方の面側に１３５μm以下の範囲内である、請求項２に記載のガラス基板の分
   断方法。
5. 前記第１工程における第１深さ位置は、前記基板の他方の面から４１５μm以上７３５μｍ以下の範囲内である、請求項２に記載のガラス基板の分断方法。
6. 前記第１工程において、レーザ出力は４Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は２００mm/s
   以上５００mm/s以下である、請求項１から８のいずれかに記載のガラス基板の分断方法。
7. 前記第２工程において、レーザ出力は６Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は３００mm/s
   以上５００mm/s以下である、請求項９に記載のガラス基板の分断方法。