JP2015112644A - 基板切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の切断面の品質を向上させ、タッチスクリーンまたは携帯端末機の表示パネルを保護する強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得る基板切断方法を提供する。
【解決手段】切断しようとする基板１０の厚さ以上の長さを有するベッセルビームＢを成形し、前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に照射し、前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる。前記ベッセルビーム成形は、陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズ１２０と、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズとを用い、前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする基板切断方法を構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、基板切断方法に関し、より詳細には、基板の切断予定線に沿ってレーザービームを照射しながら水平方向に移動させて基板を切断する基板切断方法に関する。

一般に、タッチスクリーン及び携帯電話などの携帯端末機などに適用される強化ガラスセルは、平板表示パネルの外層に該当するものであって、ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどの平板表示パネルにスクラッチが生成されることを防止したり、外部衝撃から保護する機能を担当するように装着される。このような強化ガラスセルは、タッチスクリーン及び携帯端末機の形態に応じて多様な外形を有するようになるが、このために、ガラス基板の裁断などの加工作業が必須的に行われる。

図１は、一般的な基板切断方法の一例を説明するための図で、図２は、従来の基板切断方法の基本原理及びそれによって切断されたガラス基板の断面を示す図である。

図１及び図２を参照すると、まず、基板切断方法の加工対象物になるガラス基板１０は、ガラス基板に強化層及びタッチ層が付着した強化ガラス基板であってもよく、強化層のみが付着した強化ガラス基板であってもよい。また、ガラス基板１０は、強化層やタッチ層が付着せず、化学的処理または熱処理などによって強化された強化ガラス基板であってもよい。

強化ガラスセル１２は、ガラス基板１０から切断されて携帯端末機の形状を有するものを称し、強化ガラスセル１２と強化ガラスセル１２との間に切断予定線１１が形成されている。切断予定線１１に沿ってレーザービームＬを移動させながらガラス基板１０を切断すると、多数の強化ガラスセル１２が抽出される。

しかし、従来の基板切断方法では、図２に示したように、ガラス基板１０内部の一つの位置にレーザービームの焦点ｆが形成されていた。このような状態でガラス基板１０を切断すると、ガラス基板１０の断面のうちレーザービームの焦点ｆが形成された部分から切断され始め、ガラス基板１０の断面中の残りの部分にクラックが伝播しながらガラス基板１０の全体断面が切断される。

ガラス基板１０の断面のうち焦点ｆが形成されていない部分にクラックが伝播しながら切断が行われることによって、ガラス基板１０の切断面の品質が均一にならないという問題がある。さらに、レーザービームの焦点ｆが形成された部分への過度なエネルギーの集中により断面が損傷する現象も発生し得る。

このように従来の基板切断方法では、ガラス基板の切断面の品質が均一でなく、後で切断面を滑らかに研磨する工程を追加しなければならないので、強化ガラスセルの生産収率が著しく低下するという問題がある。

前記のような問題を解決するために、ガラス基板１０の内部に形成されるレーザービームＬの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ、ＤＯＦ）を深くしてガラス基板１０を切断できるが、焦点深度を深くする場合は、焦点ｆのスポットサイズが大きくなってガラス基板１０の微細加工が不可能になるため、加工効率が低下するという問題がある。

したがって、本発明の目的は、このような従来の問題を解決するために、基板の厚さ方向全体にわたって均一なエネルギーを供給しながら基板を切断することによって、基板の切断面の品質を向上させ、タッチスクリーンまたは携帯端末機の表示パネルを保護する強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得る基板切断方法を提供することにある。

前記のような目的を達成するために、本発明の基板切断方法は、ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームを、切断しようとする基板の厚さ以上の長さを有するベッセルビームに成形するベッセルビーム成形ステップ；前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に前記ベッセルビームを照射する照射ステップ；及び前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる移動ステップ；を含み、前記ベッセルビーム成形ステップは、陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズと、前記凹アキシコンレンズと前記基板との間に配置され、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズとを用いて、前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする。

本発明に係る基板切断方法において、前記レーザービームのパルス幅は、１フェムト秒以上、１００ピコ秒以下であってもよい。

本発明に係る基板切断方法において、前記レーザービームのパルス当たりのエネルギーは、１μＪ以上、１０ｍＪ以下であってもよい。

本発明に係る基板切断方法において、前記基板は、脆性材料の基板であってもよい。

本発明の基板切断方法によると、基板の断面全体に均一なエネルギーが供給されながら、基板断面の切断品質を向上させることができる。

また、本発明の基板切断方法によると、追加的な研磨工程が必要でないので、強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させることができる。

一般的な基板切断方法の一例を説明するための図である。 従来の基板切断方法の基本原理を示す図である。 従来の基板切断方法によって切断されたガラス基板の断面を示す図である。 本発明の基板切断方法の基本原理を概略的に示した図である。 本発明の第１の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図である。 図４の基板切断方法によって切断されたガラス基板の断面を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図である。

以下、本発明に係る基板切断方法の各実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の基板切断方法の基本原理を概略的に示した図で、図４は、本発明の第１の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図で、図５は、図４の基板切断方法によって切断されたガラス基板の断面を示す図である。

図３〜図５を参照すると、本実施例に係る基板切断方法は、基板の切断予定線に沿ってレーザービームを照射しながら水平方向に移動させて基板を切断するものであって、ベッセルビーム成形ステップ、照射ステップ、及び移動ステップを含む。

まず、本明細書において、ベッセルビームによって切断される基板がガラス基板１０である場合を例に挙げて説明する。本発明の基板は、ガラス基板に限定されるものではなく、脆性材料の基板、例えば、シリコン基板、セラミック基板などを含んでもよい。

図３に示したように、本発明の基板切断方法の基本原理は、ガラス基板１０を切断できる程度のエネルギー強度を均一に維持できるレーザービームＬの切断領域ＣＦをガラス基板１０の厚さ分だけ長く延長して形成した後、ガラス基板１０を切断することである。レーザービームＬの切断領域ＣＦ内ではエネルギー強度が実質的に均一であるので、レーザービームＬの切断領域ＣＦをガラス基板１０の厚さ分だけ延長すると、ガラス基板１０の厚さ方向全体にわたって均一なエネルギーを供給しながらガラス基板１０を切断することができる。

前記ベッセルビーム成形ステップは、ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームＬを、切断しようとするガラス基板１０の厚さ以上の長さで、スポットサイズは１０μｍ以下であるベッセルビームＢに成形する。

図４を参照すると、本実施例では、凸アキシコンレンズ１１０を用いてベッセルビームＢを成形する。凸アキシコンレンズ１１０は、全体的に円柱状に形成され、平面状に形成された入射面１１１と、入射面１１１の反対側に突出した円錐状に形成された出射面１１２とをそれぞれ備えている。

凸アキシコンレンズ１１０の入射面１１１に入射されたガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームＬは、光軸Ｃに沿って進行しながら凸アキシコンレンズ１１０の出射面１１２の突出した円錐状の頂点に向かって進行方向が屈折する。このように円錐状の頂点に向かって進行方向が屈折しながら、出射面１１２付近にベッセルビームＢが形成され得る。

凸アキシコンレンズ１１０の出射面１１２の円錐状の角度を変更すると、ベッセルビームＢの長さを変更することができる。切断しなければならないガラス基板１０の厚さが変更される場合、出射面１１２の円錐状の角度が異なる凸アキシコンレンズに取り替えることによって、変更されたガラス基板１０の厚さ以上の長さを有するベッセルビームＢを成形することができる。

本実施例において、ガラス基板１０を切断するためのベッセルビームＢのスポットサイズは１０μｍ以下であることが好ましく、ベッセルビームＢは、ガラス基板１０の厚さ以上の長さ内に１０μｍ以下のスポットサイズを維持する。

ベッセルビームＢのスポットサイズが１０μｍより大きい場合は、大きなスポットサイズにより、ガラス基板１０を切断できる十分なエネルギー強度がガラス基板１０に提供されないので、切断加工自体が不可能であり、大きなスポットサイズによって微細加工も困難になるという問題がある。

ベッセルビームＢに成形されるレーザービームＬとしては、フェムト秒のパルス幅またはピコ秒のパルス幅のように、パルス幅が短いレーザービームＬを用いることが好ましい。一般に、ガラス基板１０を形成する材質の熱拡散時間より短いパルス幅を有するレーザービームＬをガラス基板１０に照射し、分子間の結合を切る光化学反応を主なメカニズムとして切断すると、切断される経路の形状や長さを制御しながらガラス基板１０の切断工程を効果的に行うことができる。本実施例のレーザービームＬのパルス幅は、１フェムト秒以上、１００ピコ秒以下であることが好ましい。

また、レーザービームＬのパルス当たりのエネルギーは、１μＪ以上、１０ｍＪ以下であることが好ましく、紫外線波長帯を有するレーザービームを用いることが好ましい。

前記照射ステップは、ベッセルビームＢの長さ内にガラス基板１０が位置するようにガラス基板１０にベッセルビームＢを照射する。ガラス基板１０の厚さ以上の長さを有するベッセルビームＢ領域内にガラス基板１０の厚さ全体が収容されるようにベッセルビームＢとガラス基板１０の相対位置を調整した後、ガラス基板１０にベッセルビームＢを照射する。

前記移動ステップは、ガラス基板１０の切断予定線に沿ってガラス基板１０またはベッセルビームＢを水平方向に移動させる。

本実施例の移動ステップでは、ベッセルビームＢを水平方向に移動させることが好ましい。ベッセルビームＢを水平方向に移動させるためには、例えば、ベッセルビームＢを成形する凸アキシコンレンズ１１０をＸ軸またはＹ軸方向に沿って移動させる直線移送ユニット（図示せず）を用いてもよい。直線移送ユニットは、リニアモーターなどによって具現できる。一方、ガラス基板１０を支持する基板支持台に直線移送ユニットを設置し、ガラス基板１０を水平方向に移動させてもよい。

移動ステップでは、切断工程が完了するまでベッセルビームＢ領域内にガラス基板１０が入る状態を維持しながら、ガラス基板１０またはベッセルビームＢを水平方向に移動させることが好ましい。

上述したように構成された本実施例の基板切断方法は、レーザービームを基板の厚さ以上にベッセルビームに成形し、これを用いて基板を切断することによって、基板の切断面全体に均一なエネルギーを供給しながら基板を切断することができる。したがって、図５に示したように、ガラス基板の断面全体に均一なエネルギーが供給されながら、切断された強化ガラスセルの側面が相対的に滑らかな状態を維持することができ、切断された強化ガラスセルの加工品質が向上し得るという効果を得ることができる。

また、上述したように構成された本実施例の基板切断方法は、基板の切断面が滑らかに加工されるので、追加的な研磨工程が必要でなく、強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得るという効果を得ることができる。

図６は、本発明の第２の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図である。本実施例のベッセルビーム成形ステップでは、凹アキシコンレンズ１２０を用いてベッセルビームＢを成形することを特徴とする。

図６を参照すると、凹アキシコンレンズ１２０は、全体的に円柱状に形成され、平面状に形成された入射面１２１と、入射面１２１に向かって陥没した円錐状に形成された出射面１２２とをそれぞれ備えている。また、集光レンズ１２６は、凹アキシコンレンズ１２０とガラス基板１０との間に配置され、凹アキシコンレンズ１２０を通過したレーザービームＬを光軸Ｃに沿って収斂させる。

凹アキシコンレンズ１２０の入射面１２１に入射されたガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームＬは、光軸Ｃに沿って進行しながら凹アキシコンレンズ１２０の出射面１２２の陥没した円錐状によって円錐状の頂点から遠ざかる方向に向かって進行方向が屈折する。屈折したレーザービームＬは、円錐状の頂点から遠ざかる方向に向かって進行する途中で集光レンズ１２６によって光軸Ｃ側に収斂され、これにより、集光レンズ１２６から離隔した位置でベッセルビームＢが形成され得る。

ベッセルビームＢを用いた基板切断装備において、ベッセルビーム成形光学系とガラス基板１０を支持する基板支持台（図示せず）との間には、一定程度の空間が形成されていることが好ましい。ベッセルビーム成形光学系と基板支持台との間にほとんど空間が設けられていない場合は、ガラス基板１０を切断するためにガラス基板１０を基板切断装備にローディングする過程や、ガラス基板１０の切断が完了した後、ガラス基板１０を基板切断装備からアンローディングする過程で、ガラス基板１０とベッセルビーム成形光学系とが衝突する危険がある。ガラス基板１０とベッセルビーム成形光学系とが衝突する場合、ガラス基板１０とベッセルビーム成形光学系に損傷が発生することはもちろん、ベッセルビーム成形光学系のアラインが崩れながら、ベッセルビーム成形光学系のアラインを再び合わせるための整備時間によって装備を使用できなくなるという問題がある。

凸アキシコンレンズ１１０を含むベッセルビーム成形光学系を用いる場合、ベッセルビームＢは、凸アキシコンレンズ１１０の出射面１１２に隣接して形成される。ベッセルビームＢが形成された領域にガラス基板１０を載せた後、切断工程を行わなければならないので、凸アキシコンレンズ１１０と基板支持台との間の空間はかなり狭小にならざるを得ない。このような状況でガラス基板１０をローディングまたはアンローディングすると、上述したように、ガラス基板１０とベッセルビーム成形光学系との衝突危険性は高くならざるを得なく、これにより、ガラス基板１０及びベッセルビーム成形光学系の全てに問題が発生し得る。

本実施例の凹アキシコンレンズ１２０及び集光レンズ１２６で構成されたベッセルビーム成形光学系から離隔した位置にベッセルビームＢを形成できるので、ベッセルビーム成形光学系と基板支持台との間の空間を十分に確保することができる。したがって、ベッセルビームＢを用いた基板切断装備でガラス基板１０をローディングまたはアンローディングする過程でガラス基板１０がベッセルビーム成形光学系に衝突する危険はほとんどなく、それによって装備を安定的に運転することができ、ガラス基板１０またはベッセルビーム成形光学系の損傷を防止できるという効果を得ることができる。

一方、凹アキシコンレンズ１２０の出射面１２２の円錐状の角度を変更すると、ベッセルビームＢの長さを変更することができる。切断しなければならないガラス基板１０の厚さが変更される場合、出射面１２２の円錐状の角度が異なる凹アキシコンレンズに取り替えることによって、変更されたガラス基板１０の厚さ以上の長さを有するベッセルビームＢを成形することができる。

本発明の権利範囲は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で多様な形態の実施例に具現され得る。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者なら誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の特許請求範囲に記載の範囲内のものと見なす。

１０：ガラス基板
１１：切断予定線
１１０：凸アキシコンレンズ
１２０：凹アキシコンレンズ
Ｂ：ベッセルビーム

Claims (4)

1. ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームを、切断しようとする基板の厚さ以上の長さを有するベッセルビームに成形するベッセルビーム成形ステップ；
   前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に前記ベッセルビームを照射する照射ステップ；及び
   前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる移動ステップ；を含み、
   前記ベッセルビーム成形ステップは、
   陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズと、前記凹アキシコンレンズと前記基板との間に配置され、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズと、を用い、
   前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする基板切断方法。
2. 前記レーザービームのパルス幅は、１フェムト秒以上、１００ピコ秒以下であることを特徴とする、請求項１に記載の基板切断方法。
3. 前記レーザービームのパルス当たりのエネルギーは、１μＪ以上、１０ｍＪ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の基板切断方法。
4. 前記基板は、脆性材料の基板であることを特徴とする、請求項１に記載の基板切断方法。