JP2021024753A - ガラス基板の切断方法及び切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を、ブレイクを必要とすることなく、曲線部分を含む切断予定ラインに沿って切断する方法及び装置の提供。【解決手段】ガラス基板の端部に前記ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成し、前記初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って、前記ガラス基板の表面にＣＯレーザ光を照射させながら走査し、前記初期亀裂から切断予定ラインに沿って前記ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させて、前記ガラス基板を切断する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板の切断方法及び切断装置、特に、ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させることによってガラス基板を切断するガラス基板の切断方法及び切断装置に関する。

ガラス基板の切断技術としては、切断予定ラインに沿ってガラス基板の表面にスクライブラインを形成し、スクライブラインに沿ってブレイクする割断技術が知られている。

スクライブラインの形成技術としては、レーザ光を照射してアブレーションによって溝を形成する方法、基板の表面に形成された初期亀裂から切断予定ラインに沿ってレーザ光を照射させながら走査して初期亀裂を誘導する方法等が知られている。レーザ光を照射して溝を形成する場合には、主にＵＶレーザが使用されている（特許文献１）。また、初期亀裂を進展させる場合には、主にＣＯ２レーザが使用されている（特許文献２）。

再公表特許２００７/０９４３４８号公報 特表平８−５０９９４７号公報

しかし、切断予定ラインが曲線部分を含む場合、スクライブラインの曲線部分に沿ってブレイクすることが難しい場合がある。

そこで、本発明者らは、レーザ光の照射のみによって、ガラス基板の全厚みにわたって溝を形成することや、ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させることを試みた。しかし、ＵＶレーザ光でガラス基板の全厚みにわたる溝を形成するためには多大なエネルギーを必要とし、切断後の切断面の状態もよくないという問題がある。また、ＣＯ２レーザ光でガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させることは、ＣＯ２レーザ光の大部分がガラス基板の表面で吸収されるため、ガラス基板の厚み等の制約が大きく、また、亀裂がガラス基板表面に垂直には形成されにくいという問題がある。

本発明の課題は、ガラス基板を、比較的容易に、ブレイク工程を必要とすることなく、良好な切断面が得られるように、切断することにある。レーザ光源は波長５μｍ〜６μｍ前後のＣＯレーザ光とする。

本発明の別の課題は、ガラス基板を、曲線部分を含む切断予定ラインに沿って、比較的容易に、切断できるようにすることにある。

本発明のガラス基板の切断方法は、ガラス基板の端部に前記ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する初期亀裂形成工程と、前記初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って、前記ガラス基板の表面にＣＯレーザ光を照射させながら走査し、前記初期亀裂から前記切断予定ラインに沿って前記ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させる亀裂進展工程と、を含む。

前記亀裂伸展工程では、前記ＣＯレーザ光を走査した後に、気体を噴射させながら走査して冷却し、前記ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させてもよい。

本発明は、前記切断予定ラインが曲線部分を含む場合に特に好適に適用できる。

本発明のガラス基板の切断装置は、ガラス基板の端部に前記ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する初期亀裂形成手段と、前記初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って、前記ガラス基板の表面にＣＯレーザ光を照射させながら走査するＣＯレーザ光照射手段と、を有する。

本発明のガラス基板の切断装置は、さらに、前記ガラス基板の表面に、気体を噴射させながら走査して冷却する気体噴射手段を有することができる。

本発明によれば、ガラス基板を、比較的容易に、ブレイク工程を必要とすることなく、良好な切断面が得られるように、切断することができる。また、本発明によれば、ガラス基板を、曲線部分を含む切断予定ラインに沿って、比較的容易に、切断できる。

本発明の一実施形態による切断装置の概略構成図。

［ガラス基板］
本発明は、特に限定なく各種のガラス基板に適用することができる。ガラス基板は、通常、亀裂が進展する特性（脆性）を有する。ガラス基板としては、アルカリガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスを例示することができる。本発明は、特に限定なく種々の厚みのガラス基板に適用することができる。本発明は、例えば、厚みが０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍのガラス基板に適用することができる。

［初期亀裂の形成］
初期亀裂の形成には、初期亀裂形成用のツールを使用することができる。初期亀裂形成用のツールとしては、ガラス基板に亀裂を形成できる硬度のツール（カッター）を使用することができる。ツールとしては、金属製や鉱物製のツールを使用することができ、いわゆるダイヤポイント等の圧子や、スクライビングホイールを使用することができる。また、レーザ照射によるアブレーション加工等のレーザ加工によって初期亀裂を形成することもできる。

本発明においては、ガラス基板端部の切断予定ラインの切断開始点にガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する。ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する場合、初期亀裂をガラス基板表面の切断予定ラインに沿って進展させることによって、ガラス基板を効率よく切断することができる。

［亀裂の進展］
本発明においては、ＣＯレーザ光を初期亀裂に照射し、ＣＯレーザ光を初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って走査することによって、初期亀裂を切断予定ラインに沿って進展させることができる。

ＣＯレーザ光は、ガラス基板の表面から裏面にわたってガラス基板の全厚みにわたって吸収される特性を有するため、ガラス基板の表面で大部分が吸収されてしまうＣＯ２レーザと比較して、初期亀裂、特にガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂をガラス基板の表面の切断予定ラインに沿って進展させるための加熱源として、好適である。ＣＯレーザ光は、ＣＯ２レーザ光と比較して、ガラスの種類にもよるが、一般的に、ガラスに対する吸収率が、１０％程度高い。ＣＯレーザ光は波長５．３μｍ付近に波長のピークを有する。

ＣＯレーザ光は、連続波であっても、パルス波であってもよい。パルス波の場合、パルス幅は、例えば、１ナノ秒〜１００ナノ秒とすることができる。ＣＯレーザ光の出力は、切断されるガラス基板の厚み等にもよるが、例えば、５Ｗ〜１００Ｗ程度の範囲から適宜選定することができる。ＣＯレーザ光の走査速度は、特に限定はなく、例えば、５ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の範囲から適宜選定することができる。

ＣＯレーザ光の走査手段は、ＣＯレーザ光の照射スポットと、ガラス基板とを相対的に移動させる手段であればよく、ガラス基板が載置されたテーブルを移動する手段でもよく、ＣＯレーザ光の照射スポットをガラス基板表面上で移動させる光学系であってもよく、光学系自体を移動させるようにすることもできる。ＣＯレーザ光の照射スポットをガラス基板表面上で移動させる手段としてはガルバノミラーを使用することができる。

ＣＯレーザ光のガラス基板表面での集光径は、特に限定はないが、例えば、直径１〜５ｍｍ程度とすることができる。集光径を小さくすることによって、走査速度を高くすることができる。

切断予定ラインは、直線であっても、曲線であっても、直線部分と曲線部分を含む線であってもよい。曲線部分は、例えば、Ｒ（半径）１ｍｍ以上（３〜１５ｍｍ程度）の曲線であることができる。本発明は、ガラス基板を、曲線部分を含む線に沿って切断する場合に特に好適である。

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態による切断装置の概略構成を示す図である。切断装置１は、例えば、複数の機能領域が形成されたマザーガラス基板Ｇを、機能領域毎に切断するための装置であり、貼り合わせガラス基板に使用することもできる。

切断装置１は、ＣＯレーザ光照射手段として、ＣＯレーザ光を発振するレーザ装置３及びレーザ装置３で発振されたＣＯレーザ光をガラス基板Ｇに向けて照射するための伝送光学系５を備えるとともに、ガラス基板Ｇを支持する加工テーブル７を備える。レーザ装置３は、ＣＯレーザ光を発振するためのレーザ発振器１５及びレーザ発振器１５を制御するためのレーザ制御部１７を備えている。

伝送光学系はＣＯレーザ光をガラス基板Ｇに向けて集光するための集光レンズ１９を備え、必要に応じて、その他のレンズ、ミラー、プリズム等を備えることができる。ＣＯレーザ光は大気中の水分（湿気）に吸収され、出力が減衰する場合がある。伝送光学系を密閉空間とし、乾燥手段（乾燥ガスの流通、脱湿材の配置）を設けることによって、ＣＯレーザ光の出力の減衰を抑制することができる。駆動機構１１により、ＣＯレーザ光の集光状態（光軸方向における集光位置、集光角等）を制御することができる。

加工テーブル７はテーブル駆動部１３により移動可能であり、これによって、基板に照射されたＣＯレーザ光をガラス基板Ｇと相対移動させることができ、切断予定ラインに沿って走査することができる。テーブル駆動部１３は、ガイドレール、ボールねじ、モータ等で構成することができる。

切断装置１は、レーザ制御部１７、駆動機構１１及びテーブル駆動部１３を制御するための制御部９を備える。制御部９は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムであることができる。制御部９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行うことができる。制御部９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

切断装置１は、図示しない気体噴射手段を備えることができる。気体噴射手段は、図示しない気体源から供給される冷媒としての気体を、図示しないノズル等を介して噴射してガラス基板Ｇ表面に冷却スポットを形成することにより、ＣＯレーザ光によって加熱された基板を冷却することができる。

切断装置１は、図示しない初期亀裂形成手段を備えている。初期亀裂形成手段により、ガラス基板Ｇの端部に切断の起点となる初期亀裂を形成することができる。初期亀裂形成手段としては、ダイヤポイント等の圧子やカッターホイール等の機械的ツールを使用することができるが、レーザアブレーション加工等のレーザ加工によって初期亀裂を形成することもできる。

［切断方法］
図１に示すように、初期亀裂形成手段を用いてガラス基板Ｇの端部にスクライブの起点となる初期亀裂が形成される。このとき、ガラス基板端部（端面）の全厚みにわたる初期亀裂を形成する。

次に、ガラス基板Ｇに対して、ＣＯレーザ照射手段を構成する伝送光学系５からＣＯレーザ光ＬＢが照射される。ＣＯレーザ光はビームスポットとしてガラス基板Ｇ上に照射される。そして、伝送光学系５から出射されるＣＯレーザ光が、切断予定ラインに沿ってガラス基板Ｇと相対的に移動させられる。ガラス基板Ｇはビームスポットによってガラス基板Ｇの軟化点よりも低い温度に加熱される。また、冷却スポットをビームスポットの移動方向後方において追従させる。

以上のようにして、ＣＯレーザ光の照射によって加熱されたビームスポットの近傍には圧縮応力が生じるが、その通過後には、冷却され、初期亀裂の進展に有効な引張応力が生じるものと考えられる。ＣＯレーザ光による照射直後に、冷媒としての気体を噴射させて冷却スポットを形成することによって、初期亀裂の誘導に有効な引張応力を発生させることができる。引張応力により、ガラス基板Ｇの端部に形成された初期亀裂が切断予定ラインに沿って誘導され、ガラス基板が切断される。

［実施例］
厚み０．２ｍｍの無アルカリガラス（ＯＡ−１０Ｇ（製品名）日本電気硝子株式会社製）製のガラス基板から、長さ１００ｍｍ×幅５０ｍｍで、一方の短辺の両角部がＲ５ｍｍで曲線加工され、短辺の中央部にＲ１０ｍｍで両肩部がＲ２ｍｍの曲線状の窪み形状（ノッチ）が形成されたサンプル基板を切り出した。

ガラス基板の短辺を形成する基板端部（端面）にカッターホイール（カッターホイールの切込量０．１ｍｍ、荷重２０Ｎ）により全厚みにわたる初期亀裂を形成した。初期亀裂が形成されたマザー基板の端部にＣＯレーザ光（出力２０Ｗ、周波数３ｋＨｚ）をマザー基板の表面側から照射し、サンプル基板の長辺を形成することとなる直線に沿って走査し、角部（１）はＲ５ｍｍの曲線に沿って走査し、その後、短辺に沿って走査し、途中、Ｒ１０ｍｍで曲線状のノッチ（両肩部のＲ２ｍｍ）を形成し、さらに短辺に沿って走査し、角部（２）はＲ５ｍｍの曲線に沿って走査し、その後、もう一方の長辺を形成することとなる直線に沿ってマザー基板の端部まで走査した。その結果、前記形状のサンプル基板を切り出すことができた。ＣＯレーザ光の走査速度は１８ｍｍ／秒とした。

得られたサンプル基板の形状を精密に測定したところ、短辺の角部（１）のＲは４．７８ｍｍ、ノッチの最初の肩部のＲは２．１４ｍｍ、ノッチのＲは９．２０ｍｍ、ノッチの後の肩部のＲは２．２７ｍｍ、短辺の角部（２）のＲは６．２８ｍｍであり、許容範囲にあった。また、端面のリタデーションを測定したところ、直線部分も曲線部分もいずれも７〜１０ｎｍの範囲（実用に耐える範囲内）にあった。

ＣＯレーザ光の照射条件を以下の範囲内で変えて前記と同様に実験を行ったところ、各照射条件の上限〜下限にわたって、他の照射条件を選択することによって、前記と同様に切断できることを確認できた。ビーム径は焦点位置を基板上面側にデフォーカスする距離（＋４ｍｍ〜＋８ｍｍ）を制御することによって調整した。
出力：６．１Ｗ（パルス幅：５０μ秒）〜出力３１．１Ｗ（パルス幅：１９０μ秒）
ビーム径：１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ
走査速度：９ｍｍ／秒〜３６ｍｍ／秒。

１ スクライブ装置
３ レーザ装置
５ 伝送光学系
７ 加工テーブル
９ 制御部
１１ 駆動機構
１３ テーブル駆動部
１５ ＣＯレーザ発振器
１７ レーザ制御部
１９ 集光レンズ
Ｇ ガラス基板

Claims (5)

1. ガラス基板の端部に前記ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する初期亀裂形成工程と、
   前記初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って、前記ガラス基板の表面にＣＯレーザ光を照射させながら走査し、前記初期亀裂から前記切断予定ラインに沿って前記ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させる亀裂進展工程と、
   を含むガラス基板の切断方法。
2. 前記亀裂進展工程では、前記ＣＯレーザ光を走査した後に、気体を噴射させながら走査して冷却し、前記ガラス基板の全厚みにわたる亀裂を進展させる、請求項１に記載のガラス基板の切断方法。
3. 前記スクライブ予定ラインが曲線部分を含む、請求項１又は２のいずれかに記載のガラス基板の切断方法。
4. ガラス基板の端部に前記ガラス基板の全厚みにわたる初期亀裂を形成する初期亀裂形成手段と、
   前記初期亀裂からのびる切断予定ラインに沿って、前記ガラス基板の表面にＣＯレーザ光を照射させながら走査するＣＯレーザ光照射手段と、
   を有するガラス基板の切断装置。
5. さらに、前記ガラス基板の表面に気体を噴射させながら走査して冷却する気体噴射手段を有する、請求項４に記載のガラス基板の切断装置。