JP2016164101A - 積層基板の加工方法及びレーザ光による積層基板の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板等の脆性材料基板の表面に形成された樹脂層を、高い加工品質で、かつ低出力のレーザ光によって加工が行えるようにする。【解決手段】この加工方法は、第１工程及び第２工程を含んでいる。第１工程は、ガラス基板１１と、ガラス基板１１の表面に形成された樹脂層１２と、からなる積層基板Ｇを準備する。第２工程は、積層基板Ｇに対して、樹脂層１２にレーザ光を照射し、樹脂層１２のレーザ光照射部分を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させる。【選択図】図１

Description

本発明は、積層基板の加工方法、特に、脆性材料基板の表面に樹脂層が積層された積層基板を加工するための方法に関する。また、本発明は、レーザ光による積層基板の加工装置に関する。

薄膜太陽電池や液晶表示装置等においては、ガラス基板上に保護膜としての樹脂層が設けられる場合がある。そして、このような基板は、１枚の大型のマザー基板から複数の単位基板に分断される。

このような積層基板の分断方法が特許文献１に示されている。この特許文献１の方法では、ガラス基板表面に形成された保護用の樹脂層に対して、分断予定ラインに沿ってレーザ光が照射される。このレーザ光の照射によって樹脂層の一部が除去され、ガラス基板の一部が露出される。その後、ガラス基板がレーザ光によって分断される。

特表平１０−５０６０８７号公報

特許文献１の方法では、ガラス基板表面に形成された樹脂層の一部がレーザ光の照射によって蒸発し、除去される。このとき、除去された樹脂が飛散し、基板上に異物として付着したり、また、樹脂層の表面が酸化して加工できないといった問題が生じる場合がある。さらに、加工部周辺に変色部分が発生して加工幅が大きくなったり、高出力のレーザが必要になる等の問題もある。

本発明の課題は、ガラス基板等の脆性材料基板の表面に形成された樹脂層を、高い加工品質で、かつ低出力のレーザ光によって加工が行えるようにすることにある。

本発明の一側面に係る積層基板の加工方法は、以下の工程を含んでいる。
第１工程：脆性材料基板と、脆性材料基板の表面に形成された樹脂層と、からなる積層基板を準備する。
第２工程：積層基板に対して、樹脂層が形成された側から樹脂層にレーザ光を照射し、樹脂層のレーザ光照射部分を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させる。

この方法では、脆性材料基板の表面に樹脂層が形成された積層基板に対して、レーザ光が照射される。このレーザ光の照射によって、樹脂層のレーザ光が照射された部分は、樹脂層が除去されることなく改質される。この改質によって、樹脂層のレーザ光照射部分の脆性破壊強度が、周囲の部分に比較して低くなる。

このような方法では、レーザ光を、例えば積層基板の分断予定ラインに沿って照射することによって、分断予定ラインの樹脂層を除去することなく、後の分断工程によって樹脂層及び脆性材料基板を分断することができる。

したがって、樹脂層の飛散による加工品質の低下を抑え、かつ低い出力のレーザ光で加工を行うことができる。

本発明の別の側面に係る積層基板の加工方法は、第２工程では、レーザ光照射部分の体積を膨張又は変色させて改質を行う。

本発明のさらに別の側面に係る積層基板の加工方法は、第２工程では、レーザ光照射部分に亀裂を生じさせて改質を行う。

本発明のさらに別の側面に係る積層基板の加工方法は、第２工程では、波長が５３２ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザ光を照射する。

本発明のさらに別の側面に係る積層基板の加工方法は、第２工程では、パルス幅が５０ｐｓｅｃ〜１５ｎｓｅｃのパルスレーザ光を照射する。

本発明のさらに別の側面に係る積層基板の加工方法は、積層基板には分断予定ラインが設定されている。そして、第２工程では、樹脂層の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射し、脆性材料基板及び樹脂層を、分断予定ラインに沿って分断する第３工程をさらに含む。

本発明のさらに別の側面に係る積層基板の加工方法は、第２工程では、レーザ光照射部分からの飛散物がないようにレーザ光を照射する。

本発明の一側面に係るレーザ光による積層基板の加工装置は、脆性材料基板の表面に樹脂層が積層された積層基板を加工するための装置であって、支持手段と、レーザ光照射手段と、を備えている。支持手段は積層基板を支持する。レーザ光照射手段は、積層基板に対して、樹脂層にレーザ光を照射し、樹脂層のレーザ光照射部分を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させる。

以上のような本発明では、ガラス基板等の脆性材料基板の表面に形成された樹脂層を、高い加工品質で、かつ低出力のレーザ光によって加工を行うことができる。

積層基板の断面部分図。 実施例１による、レーザ光を照射した積層基板を、樹脂層側から視た顕微鏡写真。 実施例１による、樹脂層の改質部分を含む断面の形状を示す図。 実施例２による、レーザ光を照射した積層基板を、樹脂層側から視た顕微鏡写真。 実施例２による、亀裂が発生した部分を拡大して示す図。 比較例による加工ラインの顕微鏡写真。 本発明の一実施形態による加工装置の概略構成図。

［加工対象］
図１は、本発明の一実施形態による方法によって分断される積層基板の断面を示している。この積層基板Ｇは、ガラス基板１１の表面に、保護層としてのポリエステルフィルム（以下、単に「樹脂層」と記す）１２を積層して形成されている。また、ここでは、積層基板Ｇは１枚の大型のマザー基板であり、このマザー基板には、例えばＸ，Ｙ方向に分断予定ラインが設定されている。そして、この分断予定ラインに沿ってマザー基板が複数の単位基板に分断される。

なお、図１は模式図であって、ガラス基板１１及び樹脂層１２の厚み等は模式化して示している。また、図における一点鎖線ｄは、分断予定ラインが設定された位置を示している。

［加工（分断）方法］
積層基板Ｇを分断する場合は、まず、分断予定ラインに沿って、樹脂層１２が形成された側からレーザ光を照射する。照射するレーザ光の条件としては、樹脂層１２が改質される程度のレーザ光とする。ここで、「改質」とは、レーザ光が照射された部分（図１の符号Ｒで示す領域）が、以下のような物理的変化を起こし、周囲の部分に比較して脆性破壊強度がより低下することを意味する。
・レーザ光が照射された部分の体積が膨張する
・レーザ光が照射された部分が変色する
・レーザ光が照射された部分に亀裂が発生する

以上のような改質によって、レーザ光が照射された部分は、他の部分に比較してもろくなる。

次に、ガラス基板１１の裏面（樹脂層２が形成されていない面）に、分断予定ラインに沿ってカッターホイール等によって分断溝を形成する。その後、分断溝の両側を押圧することによって、分断予定ライン（分断溝）に沿って、ガラス基板１１を樹脂層１２とともに同時に分断する。

［実施例１］
図２及び図３に、レーザ光を照射して樹脂層に改質部分を形成した例を示している。図２は、レーザ光を分断予定ラインに沿って照射した積層基板を、樹脂層側から視た顕微鏡写真である。図３は、樹脂層の改質部分を含む断面の形状（高さの変化）を示したものである。

図２から明らかなように、レーザ光が照射された部分は変色している。また、図３から明らかなように、変色した部分（改質された部分＝図３の領域Ｒで示す部分）は、体積が膨張し、樹脂層の表面が盛り上がっていることがわかる。
この実施例１の加工条件は、以下の通りである。
樹脂層：ポリエステル
ガラス基板：強化ガラス
レーザ光：
波長：５３２ｎｍ
レーザ出力：０．１２Ｗ
走査速度：５０ｍｍ／ｓ
ビーム径：３１．４μｍ
パルス幅：１５ｎｓｅｃ

［実施例２］
図４及び図５に、レーザ光を照射して樹脂層に改質部分を形成した別の例を示している。図４は、レーザ光を分断予定ラインに沿って照射した積層基板を、樹脂層側から視た顕微鏡写真である。なお、図４では、亀裂が発生した部分がわかりやすいように、亀裂を強調して白線で示している。また、図５は、図４の亀裂の部分をより拡大して示したものである。

これらの図から明らかなように、レーザ光が照射されて改質された部分は変色し、この改質部分のほぼ中央部に、分断予定ラインに沿って亀裂が発生している。
この実施例２の加工条件は、以下の通りである。
樹脂層：ポリエステル
ガラス基板：強化ガラス
レーザ光：
波長：５３２ｎｍ
レーザ出力：０．４Ｗ
走査速度：２００ｍｍ／ｓ
ビーム径：２０μｍ
パルス幅：０．５ｎｓｅｃ

［比較例］
図６に従来の加工方法によって樹脂層を除去した場合の例を示している。すなわち、この比較例では、比較的大きな出力のレーザ光を樹脂層に照射し、樹脂層を溶融させて物理的に飛ばすことによって、分断予定ラインの樹脂層を除去している。図６に示すように、従来の加工方法では、加工ライン（分断予定ライン）の両側の樹脂層の表面に、加工中に飛散した樹脂が無数の点として観察される。
この比較例の加工条件は、以下の通りである。
樹脂層：ポリエステル
ガラス基板：強化ガラス
レーザ光：
波長：５３２ｎｍ
レーザ出力：１３．０Ｗ
走査速度：１００ｍｍ／ｓ
ビーム径：１００μｍ
パルス幅：９〜１１ｎｓｅｃ

［まとめ］
以上のように、ガラス基板及び樹脂層からなる積層基板に対して、樹脂層が形成された側から以下の条件で樹脂層にレーザ光を照射することによって、分断予定ラインの樹脂層を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させることができる。そして、その後の分断工程によって、ガラス基板とその表面の樹脂層とを同時に分断することができる。
波長：５３２〜１０８０ｎｍ
レーザ出力：０．２〜０．４Ｗ
走査速度：１００〜２００ｍｍ／ｓ
ビーム径：２０〜３０μｍ
パルス幅：５０ｐｓｅｃ〜１５ｎｓｅｃ

［加工装置］
図７に、以上のような加工方法を実施するための加工装置に概略構成を示している。この加工装置２５は、レーザ光線発振器２６ａやレーザ制御部２６ｂを含むレーザ光線発振ユニット２６と、レーザ光を所定の方向に導くための複数のミラーを含む伝送光学系２７と、伝送光学系２７からのレーザ光を集光させるための集光レンズ２８と、を有している。レーザ光線発振ユニット２６からは、ビーム強度等の照射条件が制御されたパルスレーザ光が出射される。レーザ光線発振ユニット２６、伝送光学系２７、及び集光レンズ２８により、積層基板にレーザ光を照射するレーザ光照射手段が構成されている。

例えば、レーザ光線発振器２６ａとして、発振するレーザ光の周波数やパルス幅の切り替え機構を有する発振器を使用することによって、積層基板の樹脂層の吸収率を変更することができる。レーザ光の波長は、樹脂層で吸収される波長であれば特に限定されないが、例えば、１０３０〜１０８０ｎｍ（基本波）、基本波の２倍波、６００〜９８０ｎｍの波長を有するレーザ光が使用できる。

積層基板Ｇはテーブル２９に載置されている。テーブル２９は、駆動制御部３０によって駆動制御され、水平面内で移動が可能である。すなわち、テーブル２９に載置された積層基板Ｇと集光レンズ２８から照射されるレーザ光線とは水平面内で相対移動が可能である。また、レーザ光と積層基板Ｇが載置されるテーブル２９とは、相対的に上下方向に移動が可能である。レーザ制御部２６ｂ及び駆動制御部３０は、加工制御部２１によって制御されるようになっている。

なお、加工制御部３１は、マイクロコンピュータで構成されており、レーザ制御部２６ｂ及び駆動制御部３０を制御して、前述のような加工を実行する。

［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。

（ａ）前記実施形態では、ガラス基板の表面に樹脂層が形成された積層基板を例にとって説明したが、脆性材料基板の表面に樹脂層が形成された積層基板であれば、本発明を同様に適用することができる。また、樹脂層は、複数の樹脂層が積層された多層膜であってもよい。

（ｂ）また、前記実施形態では、積層基板の樹脂層が形成された側から樹脂層にレーザ光を照射することとしたが、脆性材料基板を透過し樹脂層で吸収されるレーザ照射条件であれば、脆性材料基板側から樹脂層にレーザ光を照射することとしてもよい。

（ｃ）前記実施形態では、積層基板を分断する際に本発明を適用したが、他の加工にも本発明を同様に適用することができる。

１１ ガラス基板
１２ ポリエステルフィルム（樹脂層）
Ｇ 積層基板

Claims (8)

1. 脆性材料基板と、前記脆性材料基板の表面に形成された樹脂層と、からなる積層基板を準備する第１工程と、
   前記積層基板に対して、前記樹脂層にレーザ光を照射し、前記樹脂層のレーザ光照射部分を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させる第２工程と、
   を含む積層基板の加工方法。
2. 前記第２工程では、レーザ光照射部分の体積を膨張又は変色させて改質を行う、請求項１に記載の積層基板の加工方法。
3. 前記第２工程では、レーザ光照射部分に亀裂を生じさせて改質を行う、請求項１に記載の積層基板の加工方法。
4. 前記第２工程では、波長が５３２〜１０８０ｎｍのレーザ光を照射する、請求項１から３のいずれかに記載の積層基板の加工方法。
5. 前記第２工程では、パルス幅が５０ｐｓｅｃ〜１５ｎｓｅｃのパルスレーザ光を照射する、請求項１から４のいずれかに記載の積層基板の加工方法。
6. 前記積層基板には分断予定ラインが設定されており、
   前記第２工程では、前記樹脂層の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射し、
   前記脆性材料基板及び前記樹脂層を、分断予定ラインに沿って分断する第３工程をさらに含む、
   請求項１から５のいずれかに記載の積層基板の加工方法。
7. 前記第２工程では、レーザ光照射部分からの飛散物がないようにレーザ光を照射する、請求項１から６のいずれかに記載の積層基板の分断方法。
8. 脆性材料基板の表面に樹脂層が積層された積層基板を加工するための装置であって、
   前記積層基板を支持する支持手段と、
   前記積層基板に対して、前記樹脂層にレーザ光を照射し、前記樹脂層のレーザ光照射部分を改質して脆性破壊強度を周囲のそれよりも低下させるレーザ光照射手段と、
   を備えたレーザ光による積層基板の加工装置。