JP2020142964A - ガラス基板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多面取り用のガラス母材を好適に薄化しつつ分断することが可能なガラス基板製造方法を提供する。【解決手段】 本願発明に係るガラス基板製造方法は、レーザ走査ステップ、エッチングステップ、およびブレークステップを含む。レーザ走査ステップにおいては、取り出すべきガラス基板１００の形状に対応する切断予定線１２に沿ってレーザを走査することによって、切断予定線１２に沿って多面取り用ガラス母材１０にエッチングされ易い性質の改質ラインが形成される。このレーザ走査ステップにおいて、エッチングステップにおける薄化により除去される除去部１４の残存部１６に隣接する側の一部と、エッチングステップにおける薄化後も残存する残存部１６とに改質ラインが形成されるようにレーザビームの焦点が設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス基板を多面取りするための多面取り用ガラス母材を薄化しつつ、この多面取り用ガラス母材から所望形状のガラス基板を複数得るためのガラス基板製造方法に関する。

カバーガラス等のガラス基板を製造する際には、所望のガラス基板を複数含んだガラス母材に対して必要な処理を行った上で、このガラス母材を単個のガラス基板に分断するという手法（いわゆる多面取り）が広く採用されてきた。このような多面取り用ガラス母材を分断するための技術として、従来、スクライブブレーク、レーザアブレーション加工、超音波スピンドル、ウエットエッチング処理といった手法が用いられることが多かった。

これらの手法のうち、スクライブブレークを採用した場合には、丸みを持った輪郭を有するガラスパネルを形成することが困難であった。また、レーザアブレーション加工では、加工速度が遅かったり、アブレーションデブリによる汚損が生じたりするといった不具合が発生し易かった。超音波スピンドルでは、加工後のキズによって強度が低下するリスクがあり、ウエットエッチング処理では加工端面を主面に対して直角に保つことが難しかった。

そこで、従来技術の中には、多面取り用ガラス母材における切断予定線に沿って他の箇所よりもエッチングされ易い性質を有する改質ラインを形成した上でウエットエッチング処理を行う技術が採用されることがあった（例えば、特許文献１参照。）。このような技術を採用することによって、丸みを持った輪郭を有するガラスパネルを形成することが可能であり、かつ、加工端面を主面に対して直角に近づけることが可能になるとされていた。

特開２０１８−１１６２３５号公報

しかしながら、上述の従来技術においては、多面取り用のガラス母材を好適に分断することは可能であるが、多面取り用ガラス母材に対して薄化処理をする必要が生じるような状況が想定されていなかった。薄化処理を伴う場合、必然的にエッチング量が増加してしまう。そして、エッチング量が増加するとエッチングの等方性により分断に必要な溝を形成する方向のエッチングだけでなく、これに直交する方向にもエッチングが進行してしまうため、結果として、分断後に所望の形状の端面を得られなくなることがあった。

本発明の目的は、多面取り用のガラス母材を好適に薄化しつつ分断することが可能なガラス基板製造方法を提供することである。

本発明に係るガラス基板製造方法は、ガラス基板を多面取りするための多面取り用ガラス母材を薄化しつつ、この多面取り用ガラス母材から所望形状のガラス基板を複数得るためのものである。このガラス基板製造方法は、レーザ走査ステップ、エッチングステップ、およびブレークステップを少なくとも含む。

レーザ走査ステップにおいては、取り出すべきガラス基板の形状に対応する切断予定線に沿ってレーザを走査することによって、切断予定線に沿って多面取り用ガラス母材にエッチングされ易い性質の改質ラインが形成される。改質ラインは、例えば、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等のパルスレーザから照射されるレーザビームによって形成される。その結果、改質ラインは、例えば、複数の貫通孔または改質孔状部を有するミシン目状を呈することが多い。

エッチングステップにおいては、レーザ走査ステップ後に、多面取り用ガラス母材をエッチング液に接触させることによって多面取り用ガラス母材が薄化され、かつ、切断予定線に沿って切断用溝が形成される。切断用溝は、多面取り用ガラス母材の厚み方向において、この多面取り用ガラス母材を厚み方向に貫通しないように形成される。エッチングステップの代表例としては、フッ酸を用いたウエットエッチングが挙げられるが、これに限定されるものではない。

ブレークステップにおいては、エッチングステップ後に、切断用溝を貫通させることによって多面取り用ガラス母材から所望形状のガラス基板が取り出される。多面取り用ガラス母材の厚み方向の全域において切断用溝を貫通させるためには、例えば、この切断用溝に対して押圧や振動等の物理的応力やＩＲレーザ等の熱的応力が加えられる。

そして、レーザ走査ステップにおいて、多面取り用ガラス母材の厚み方向の全域ではなく、多面取り用ガラス母材におけるエッチングステップによる薄化後も残存する残存部と、エッチングステップによる薄化の際に除去されるべき除去部における残存部に隣接する側の一部と、に改質ラインが形成されるようにレーザビームの焦点が設定される。例えば、フレネルレンズ等を含む光学系ユニットを用いてビーム強度が残存部とこれに隣接する除去部の一部とにおいて高くなるようにすると良い。

ガラス基板製造方法において上述のステップを採用することにより、エッチングステップによる薄化の際に改質ラインに程良くエッチング液が浸透し切断用溝が形成される。しかも、切断用溝の側面の角度（テーパ角度）は、除去部に形成する改質ラインの量（深さ方向の量）を調整することによって、容易に制御可能となる。このため、切断予定線における多面取り用ガラス母材の厚み方向の全域にわたって改質ラインを形成する場合（後述する図７（Ａ）〜図７（Ｃ）参照。）に比較して、ウエットエッチングの等方性の影響を小さく抑えることが可能になる（後述する図６（Ａ）〜図６（Ｃ）参照。）。

エッチングによる薄化および切断の両方の処理が伴う場合において、切断予定線における多面取り用ガラス母材の厚み方向の全域にわたって改質ラインを形成していると、薄化処理の際に改質ラインを介して残存部にまでエッチング液が浸透しまうことが多い。その結果、残存部を切断する処理に移行する前に、残存部の改質ラインの周囲が既にサイドエッチングされてしまうという不都合があった。

多面取り用ガラス母材におけるエッチングステップによる薄化後も残存する残存部に改質ラインを形成するようにすることにより、薄化処理の段階において残存部にまでエッチング液が到達しにくくなり、残存部を切断する処理に移行する前に、残存部の改質ラインの周囲にまでエッチング液が到達することが防止される。これにより、エッチングによる薄化および切断の両方の処理が伴う場合において、エッチングの等方性の影響を最小限に抑制することが可能になる。

上述のガラス基板製造方法において、多面取り用ガラス母材の第１の主面に機能膜が設けられており、エッチングステップにおいて、機能膜を耐エッチング材で被覆しつつ、第１の主面の反対側の第２の主面側をエッチング液に接触させることが好ましい。その理由は、機能膜を保護しつつ片面エッチングを行う場合に、本願のガラス基板製造方法の作用効果が特に発揮されるからである。

また、多面取り用ガラス部材は、複数のガラス基板が配置される基板領域と、基板領域の周縁の周縁領域とからなっており、少なくとも前記基板領域は、非粘着性シートを介して耐エッチング材で被覆されることが好ましい。このような手法を採用することにより、多面取り用ガラス部材の基板領域における剥離帯電の発生が好適に防止される。

この発明によれば、多面取り用のガラス母材を好適に薄化しつつ分断することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る多面取り用ガラス母材の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ走査ステップの概略を示す図である。 本発明に適用されるエッチング装置の一例を示す図である。 本発明に適用されるエッチング処理のバリエーションを示す図である。 多面取り用ガラス母材の分断の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る薄化および切断により形成される端面の一例を示す図である。 比較例に係る薄化および切断により形成される端面の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る薄化および切断の概略を示す図である。

以下、図を用いて、本願発明の一実施形態を説明する。図１（Ａ）に示すように、多面取り用ガラス母材１０は、基板領域において所望形状の複数のガラス基板１００を含んでいる。複数のガラス基板１００のそれぞれの形状を画定するように、仮想上の切断予定線１２が設定される。さらに、基板領域の周縁には、額縁状の周縁部１０１（本願発明の周縁領域に相当）が設けられる。

多面取り用ガラス母材１０は、その厚み方向において、薄化処理の際に除去されるべき除去部１４と、エッチング処理による薄化後も残存する残存部１６とを有している。また、この実施形態では、多面取り用ガラス母材１０の残存部１６側の主面（本願発明の第１の主面に相当）に機能膜１８が設けられている。機能膜１８の例としては、センサ用の回路パターンが挙げられるが、これに限定されるものではない。

多面取り用ガラス母材１０は、エッチング処理によって除去部１４が除去されることによって薄化され、かつ、ガラス基板１００が単個に分割されて取り出される。このために、本実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、切断予定線１２に沿ってレーザビームが走査される。

レーザビームは、多面取り用ガラス母材１０における切断予定線１２に対応する位置をエッチングされ易い性質に改質できる限り、その種類および照射条件は限られない。この実施形態では、レーザヘッドから、短パルスレーザ（例えばピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ）から発振されるレーザビームが照射されているが、例えば、ＣＯ₂レーザ、ＵＶレーザ等を用いても良い。この実施形態では、レーザビームの平均レーザエネルギが、約３０μＪ〜３００μＪ程度になるように出力制御が行われている。

切断予定線１２に沿って形成される改質ラインは、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等のパルスレーザから照射されるレーザビームパルス（ビーム径は１〜５μｍ程度）によって形成される複数のフィラメント層を配列したフィラメントアレイの形状を呈し、例えば、複数の貫通孔または改質層を有するミシン目状を呈している。改質ラインは、多面取り用ガラス母材１０における他の箇所よりもエッチングされ易い性質を有している。もちろん、改質ラインの形状は、この形状には限定されるものではなく、これ以外の形状を呈するものであっても良い。

レーザビームを走査する際において、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、多面取り用ガラス母材１０の厚み方向の全域ではなく、多面取り用ガラス母材１０における残存部１６のみに改質ラインが形成されるようにレーザビームの焦点が設定される。

レーザビームは、適宜、その集光領域が調整されることが好ましい。例えば、レーザビームの集光領域が残存部１６とこれに隣接する除去部１４の一部とにしか到達しないように調整することによって、残存部１６とその隣接部分のみに改質ラインが形成されやすくなる。

上述のレーザ加工処理に続いて、図３に示すように、多面取り用ガラス母材１０は、エッチング装置５０に導入され、フッ酸および塩酸等を含むエッチング液によるエッチング処理が施される。通常、フッ酸１〜１０重量％、塩酸５〜２０重量％程度を含むエッチング液が用いられ、必要に応じて適宜、界面活性剤等が併用される。この実施形態では、後述のように、機能膜１８を耐エッチング性の部材で保護しつつエッチング処理を行っているが、保護すべき機能膜１８が存在しない場合にはこのような保護処理は不要となる。

エッチング装置５０では、搬送ローラによって多面取り用ガラス母材１０を搬送しつつ、エッチングチャンバ内で多面取り用ガラス母材１０の主面にエッチング液を接触させることによって、多面取り用ガラス母材１０に対するエッチング処理が行われる。なお、エッチング装置５０におけるエッチングチャンバの後段には、多面取り用ガラス母材１０に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバが設けられているため、多面取り用ガラス母材１０はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置１００から排出される。

多面取り用ガラス母材１０にエッチング液を接触させる手法の一例として、図４（Ａ）に示すように、エッチング装置５０の各エッチングチャンバ５２において、多面取り用ガラス母材１０に対してエッチング液をスプレイするスプレイエッチングが挙げられる。また、スプレイエッチングに代えて、図４（Ｂ）に示すように、オーバーフロー型のエッチングチャンバ５４において、オーバーフローしたエッチング液に接触しながら多面取り用ガラス母材１０が搬送される構成を採用することも可能である。

さらには、図４（Ｃ）に示すように、エッチング液が収納されたエッチング槽５６に、キャリアに収納された単数または複数の多面取り用ガラス母材１０を浸漬されるディップ式のエッチングを採用することも可能である。

上述のエッチング処理によって、多面取り用ガラス母材１０の薄化および切断溝形成を同時に行うことが可能となる。また、この実施形態においては、エッチング処理中に、切断予定線１２が厚み方向に貫通して、多面取り用ガラス母材１０が分断してしまわないようにしている。

このように、エッチング処理によって完全には分断してしまわないため、エッチング中に分離された液晶パネル１００端面どうしが衝突して破損するといった不具合の発生が防止される。また、エッチング処理後の不完全に切断された状態の多面取り用ガラス母材１０のまま（大判の状態のまま）、運搬することも可能になる。さらに、エッチング液が機能膜１８に到達することがないため、機能膜１８の汚損が防止される。

図５（Ａ）は、エッチング処理後の多面取り用ガラス母材１０の状態を示している。エッチング処理後には、切断予定線１２に沿って形成された切断用溝を貫通させることによって多面取り用ガラス母材１０からガラス基板１００を取り出すためのブレーク処理が行われる。この実施形態では、多面取り用ガラス母材１０に対して、物理的応力または熱的応力を加えることにより、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように、容易に多面取り用ガラス母材１０から単個に分断されたガラス基板１００を得ることができている。

本実施形態においては、ブレーク処理によって貫通する最後の部分がレーザビームによって改質されているため、ブレーク処理が行い易い。しかも、ブレーク処理によって貫通する最後の部分以外はエッチング処理が施されているため、レーザ加工や機械加工のみで切断を行った場合に比較して、得られたガラス基板１００の端面のキズが少なく、ガラス基板１００の強度（例えば、曲げ強度）が高くなっている。

続いて、図６および図７を用いて、多面取り用ガラス母材１０における残存部１６および除去部の一部のみに改質ラインが形成された場合と、厚み方向の全域、すなわち除去部１４の全部および残存部１６の全部に改質ラインが形成された場合と、におけるガラス基板１００の端面の形状の比較を行う。

図６（Ａ）は、多面取り用ガラス母材１０における残存部１６のみに改質ラインが形成されるようにレーザビームの集光領域が調整されている状態を示している。エッチング処理を行う際には、図６（Ｂ）に示すように、機能膜１８がマスキング材２２によって被覆されている。この状態で、機能膜１８とは反対側の主面（本願発明の第２の主面に相当）がエッチング液に接触することによって、除去部１４が除去されて多面取り用ガラス母材１０が薄化される。

マスキング材２２の例としては、耐エッチング性を備えた耐エッチングフィルムや耐エッチングレジスト等が挙げられるがこれらには限定されない。ここでは、マスキング材２２として、厚みが５０〜７５μｍのポリエチレンフィルムを採用している。ポリエチレンフィルム以外にも、例えば、ポリプロピレンやポリ塩化ビニルやオレフィン系樹脂等のように、ガラスをエッチングするエッチング液に対する耐性を備えたものであれば適宜選択して採用することができる。

除去部１４が除去されて多面取り用ガラス母材１０が薄化される際に改質ラインを通じて、残存部１６にも適度にエッチング液が到達する。つまり、エッチング処理において、改質ラインが他の箇所よりも速くエッチング液が浸透する結果、図６（Ｂ）に示すように、薄化の際に改質ラインに沿って多面取り用ガラス母材１０が溶解されるため、薄化を行いつつ適度の深さの切断用溝が形成される。

続いて、ブレーク処理によって、図６（Ｃ）に示すように、切断予定線１２に沿って形成された切断用溝が貫通しガラス基板１００が取り出し可能になる。ここで、多面取り用ガラス母材１０における少なくとも基板領域は、マスキング材２２との間に非粘着性シート２０が介在している。このため、多面取り用ガラス母材１０における周縁部１０１を取り外せば、ガラス基板１００からマスキング材２２を容易に剥がすことが可能になり、剥離帯電の発生を防止することが可能になる。

上述のレーザビームの走査の後には、多面取り用ガラス母材１０をエッチング液に接触させることによって多面取り用ガラス母材１０を薄化しつつ切断予定線１２に沿って切断用溝を形成するエッチング処理が行われる。図６（Ｃ）に示すように、多面取り用ガラス母材１０における残存部１６および除去部１４の一部のみに改質ラインが形成された場合には、薄化が伴う場合においても、ウエットエッチングの等方性の影響を最小限に抑制することが可能になっている。

一方で、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、多面取り用ガラス母材１０における除去部１４および残存部１６の両方の全域にわたって改質ラインが形成された場合には、切断予定線１２に沿って形成される切断用溝の側面に傾斜面が形成されてしまう。その理由は、除去部１４の除去が終わる前にエッチング液が残存部１６に到達してしまい、残存部１６の切断用溝周辺にサイドエッチングの影響が出るからだと考えられている。

以上のように、多面取り用ガラス母材１０における残存部１６および除去部１４の一部のみに改質ラインを形成することによって、エッチング処理による薄化が伴う場合であっても、サイドエッチングの影響を最小減に抑え、ガラス基板１００の端面を主面に対してより直角に近い状態に維持することが可能になる。

上述の実施形態では、機能膜１８を有する多面取り用ガラス母材１０に対する薄化および個片化の例を説明したが、機能膜１８等を有しない多面取り用ガラス母材１０に対して、両方の主面側からエッチング処理を行う場合においても、この実施形態の手法を用いることが可能である。

その場合、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、厚み方向の中央部に位置する残存部１６のみレーザビームの焦点が来るように設定すれば良い。その上で、両主面側にそれぞれ位置する除去部１４をエッチング処理によって除去することになる。

また、多面取り用ガラス母材１０を分断して複数のガラス基板１００を得る場合だけでなく、ガラス母材を薄化しつつ穿孔処理を行う場合であっても本願発明を適用することが可能である。例えば、ガラス母材を薄化しつつガラスインターポーザ用の貫通孔を形成する場合でも本発明を好適に適用できる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−多面取り用ガラス母材
１２−切断予定線
１４−除去部
１６−残存部
１８−機能膜
２０−非粘着性シート
２２−マスキング材
５０−エッチング装置
５２，５４−エッチングチャンバ
５６−エッチング槽
１００−ガラス基板
１０１−周縁部

Claims (3)

1. ガラス基板を多面取りするための多面取り用ガラス母材を薄化しつつ、この多面取り用ガラス母材から所望形状のガラス基板を複数得るためのガラス基板製造方法であって、
   取り出すべきガラス基板の形状に対応する切断予定線に沿ってレーザを走査することによって、前記切断予定線に沿って前記多面取り用ガラス母材にエッチングされ易い性質の改質ラインを形成するレーザ走査ステップと、
   前記レーザ走査ステップ後に、前記多面取り用ガラス母材をエッチング液に接触させることによって前記多面取り用ガラス母材を薄化しつつ前記切断予定線に沿って切断用溝を形成するエッチングステップと、
   前記エッチングステップ後に、前記切断用溝を貫通させることによって前記多面取り用ガラス母材から所望形状のガラス基板を取り出すブレークステップと、
   を含み、
   前記レーザ走査ステップにおいて、前記多面取り用ガラス母材の厚み方向の全域ではなく、前記多面取り用ガラス母材における前記エッチングステップによる薄化後も残存する残存部と前記エッチングステップによる薄化の際に除去されるべき除去部の前記残存部に隣接する側の一部とに改質ラインが形成されるようにレーザビームの焦点が設定されることを特徴とするガラス基板製造方法。
2. 前記多面取り用ガラス母材の第１の主面に機能膜が設けられており、
   前記エッチングステップにおいて、前記機能膜を耐エッチング材で被覆しつつ、第１の主面の反対側の第２の主面側をエッチング液に接触させることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板製造方法。
3. 前記多面取り用ガラス部材は、前記複数のガラス基板が配置される基板領域と、前記基板領域の周縁の周縁領域とからなっており、
   少なくとも前記基板領域は、非粘着性シートを介して前記耐エッチング材で被覆されることを特徴とする請求項２に記載のガラス基板製造方法。

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