JP3831046B2

JP3831046B2 - マーキング方法

Info

Publication number: JP3831046B2
Application number: JP03769597A
Authority: JP
Inventors: 博敏早川; 満昭池田; 修一高波; 忠彦後藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH10230377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、プラズマディスプレイ又は半導体用の基板に使用されるガラス等の透明体又はレーザ光線透過体にレーザ光を用いてマーキングする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラスのような透明体若しくはレーザ光線透過体の面にマーキングする方法として特開平６−８６３４号公報がある。この従来技術では透明体又は半透明体の面に所望の金属色を有する金属板又は金属箔の面を合わせ、前記透明体又は半透明体を通して前記金属板または金属箔の面に文字、図形、記号等の所望のパターンで所定の波長を有するレーザ光を照射し、前記レーザ光の照射された前記金属板または金属箔の加熱溶融または蒸発した金属を前記透明体または半透明体の面に付着させる方法である。
【０００３】
図７は処理工程を断面図と斜視図で模式的に示したものである。金属板１２の上にガラス板１１を置く（ａ）。続いて、レーザー光ＬＡの焦点を金属板１２表面にあわせてレーザ光ＬＡを所定の速度で金属板１２上をスキャンする（ｂ）。金属板１２と接したガラス板１１の面１１Ａのうち、レーザ光ＬＡが走査した部分は金属板の金属ＭＥがガラス板面１１Ａに付着するものである（ｃ）。従来技術によれば、金属ＭＥは透明体または半透明体と金属板または金属箔の密着面で発生するため飛散せずに対向する透明体または半透明体に付着する。また、透明体または半透明体に所望の金属を付着にさせることができるという効果があった。
【０００４】
一方、特開平６−１５５９２０号公報にみられる従来技術では、マーキングを形成されるべきガラス等の透明体または半透明体の面に０．２〜０．５ｍｍの間隙を介してニッケル、チタン等の金属体をあてがい、前記透明体または半透明体を通して前記金属体の表面に文字、図形、記号等の所望のパターンでレーザ光線を照射し、レーザ光線が照射された金属体表面部分から放出される物質の衝撃によって前記透明体または半透明体の面を前記パターン形状に削る方法があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の従来方法では、マーキング使用とする文字、図形、記号等の所望のパターンが目視できるほどの大きさのものであれば何ら問題ないが、微細なパターンをマーキングするときにはμｍオーダの径の飛散物が多量に発生して明瞭なマーキングができないのみならず半導体または液晶の回路に飛散物が付着してショート等の発生原因になることがあった。
【０００６】
図８はその様子を示したもので、従来方法で微細パターンをマーキングした後のガラスのマーキング面を顕微鏡で観察し、スケッチしたものである。マーキング部の金属の周辺には１〜１０μｍの微小な飛散物が発生していた。この飛散物は、半導体または液晶の製造プロセスの途中に剥がれ落ち、汚れとなることがしばしばあった。また、マーキングした金属によってはエッチング液、洗浄液等によって溶解し、マークそのものが消えてなくなることがあった。
【０００７】
一方、後者の従来方法では、透明体または半透明体と金属体の間に所定の間隙を介しているため、金属体表面部分から物質が前記透明体または半透明体に到達するときには広がりを有し、その結果前記透明体または半透明体のマーキング点またはマーキングラインは太って不明瞭になることがあった。特に、微小なマーキングパターンを描くときにはマーキングラインが近傍のマーキングラインと重なり明瞭な文字、図形または記号を描くことができなかった。また、透明体または半透明体と金属の間に所定の間隙を介しているので、金属体から放出させた物質を前記透明体または半透明体に到達させるにはかなり高いエネルギのレーザー光線を金属体に照射させる必要があった。その結果、ＹＡＧロッドを励起させるためのクリプトンランプの消耗が激しく、頻繁にクリプトンランプを交換する必要があった。
【０００８】
本発明は、液晶、プラズマディスプレイ又は半導体用の微細回路パターン基板に微小なパターンを明瞭にマーキングし、マーキング時に汚れを発生させることなく、エッチング液、洗浄液等によってマーカが溶解しないマーキングを行うことができ、また、マーキングラインの太りのない明瞭なマーキングができ、しかもＹＡＧロッドを励起するためのクリンプトンランプの長寿命にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明は、マーキングが形成される透明体又はレーザ光線透過体にレーザ光の照射により溶融または昇華させる物質を接触させ、前記溶融または昇華させる物質に前記透明体又はレーザ光線透過体を通して文字、図形、記号等の所望のパターンでレーザ光を照射し、前記レーザ光に照射された前記溶融または昇華させる物質の近傍の前記透明体又はレーザ光線透過体の面に凹部を形成するマーキング方法において、前記溶融または昇華させる物質は、金属、合金、金属化合物、セラミックス若しくは有機化合物又は前記金属、合金、金属化合物、セラミックス若しくは有機化合物を少なくとも１以上含む複合物から成る板状体とし、前記レーザ光を４５Ｗ未満又は４５ｍＪ／パルス未満の低パワーとするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
（実施例１）
図１は本発明のマーキング方法の過程を斜視図と断面図で示したものである。その過程は、タンタルからなる金属板２の上にガラス板１を置く（ａ）。続いて、ＹＡＧレーザ装置によって所定の条件（本実施例ではレーザパワーのエネルギが４５Ｗ未満又は４５ｍＪ／パルス未満）の下でレーザー光ＬＡの焦点を金属板２表面にあわせてレーザ光ＬＡを所定の速度で金属板２上をスキャンする（ｂ）。金属板２と接したガラス板１の面１Ａのうち、レーザ光ＬＡが走査した部分はガラス板１と金属板２の間にプラズマが発生し、このプラズマの熱、またはレーザ光ＬＡが金属に照射された時に発生する熱によってガラス板１の面１Ａが溶融または昇華する。溶融したガラス成分の一部は金属板１中に取り込まれ、また昇華したガラス成分はガス化する。これによって、ガラス板面１Ａには凹部が生じる。光学顕微鏡でマーキングしたガラス表面１Ａを観察した結果、従来技術で観察されたような１〜１０μｍの微小な飛散物はまったく観察できなかった。なお、レーザ光ＬＡのパワーが比較的高いとき（レーザパワーのエネルギが４５Ｗ以上又は４５ｍＪ／パルス以上）には、従来技術（特開平６−８６３４号公報）のように金属がガラスに付着する。
【００１２】
図２はマーキングしたガラス板面１Ａの表面の形状を表面粗さ計で測定したものである。ガラス表面には、幅が約１０μｍ、深さ０．３μｍの凹部があることが確認できた。よって、本実施例でマーキングした凹型のマーカは微小でしかも汚れを全く発生させることがないので液晶、半導体等の回路パターンにショート等の悪影響を与えることがなく、液晶製品、半導体製品等の歩留まり向上につながる。
【００１３】
（実施例２）
実施例１では金属としてタンタルを使用したが、実施例２ではクロムを使用した。クロムの金属板を用い図１の工程と同様な方法によって、ガラス面１Ａに凹型のマーキングを行うことができた。
金属にクロムを使用してＹＡＧレーザのパワーが高いときに、レーザ光を走査した周辺のガラス板面１Ａには１〜１０μｍのクロム飛散物が確認できた。図３はマーキングしたガラス板面１Ａの表面粗さを測定した結果である。レーザが走査した部分では、幅約１０μｍ、深さ約０．３μｍの凹部があることが確認でき、さらにレーザ光を走査した部分から５０μｍほど離れた周辺では飛散物による凸部が観測された。すなわち、実施例２では、比較的レーザパワーが小さい領域で飛散物を発生させることなくガラス板に凹部をマーキングすることができる。
【００１４】
一般に液晶、半導体及びプラズマディスプレイを製造する工程では、ガラス基板またはシリコン基板は再三、酸やアルカリのエッチング液、及び洗浄液にさらされる。本実施例では、さらにクロム金属を用いて高パワーのレーザ光でマーキングしたガラス基板（試料Ａ）と、低パワーのレーザ光でマーキングしたガラス基板（試料Ｂ）と、ガラスに凹部を形成せず従来技術の手法（特開平６−８６３４号公報）で金属を付着させたガラス基板（試料Ｃ）を準備し、濃硝酸、王水、濃塩酸、濃水酸化ナトリウム溶液、濃フェリシアン化カリウム−水酸化カルウム混合水溶液に順次３０分づつ浸し、表面粗さの測定を行った。図４は各液に浸す前と浸した後の表面粗さを測定した結果である。その結果から低パワーレーザ光でマーキングしたガラス基板（試料Ｂ）では、まったくその形状に変化がなかった。高パワーレーザ光でマーキングしたガラス基板（試料Ａ）では、飛散物が除去され凹部は全く変化がなかった。また、従来技術で作製したマーキングしたガラス基板（試料Ｃ）では、マークが完全になくなってしまった。すなわち、従来技術で作製したマーカはガラス面に金属が付着しているだけであるのでエッチング液によって解けてしまったものと思われる。よって本発明のマーキング方法で作製したマーカは耐エッチング液に強いマーキング方法である。
【００１５】
したがって、本発明のマーキング方法はガラス面に直接描画するのでエッチング液に対してマーカが消え落ちることはなく、安定なマーカを供与できる。
なお、実施例１および実施例２では金属としてタンタルおよびクロムを使用したが、アルミニウム、銅、金、白金、銀、鉛、錫、ニッケル、タングステン、イットリウム、ルテニウム及び鉄であっても同様にガラス面に凹型形状のマーキングできた。また、使用する金属をステンレス、ジュラルミン、ハンダ、リン青銅、パーマロイ、アンバー合金の合金を使用しても同様にガラス面に凹型形状のマーキングができた。すなわち、金属、合金であれば何でもガラス面にマーキングできることが分かった。ただし、鉛、錫、ハンダ合金等の低融点金属を使用したときにはガラス面上の飛散物が多いことが分かった。
【００１６】
（実施例３）
上記実施例では金属および合金を使用したが、実施例３では、アルミナセラミックス、ジルコニヤセラミックス、グラファイト及びフッ化カルシウム焼結体の金属化合物、並びにポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリイミド及びテフロン（登録商標）の有機化合物を金属、合金の代わりに使用し、ガラス面にマーキングできるかどうか検討した。マーキングはＹＡＧレーザを使用し、すべて同じレーザーパワーでマーキングした。なお、マーキングは各５回行った。表１はマーキング後、ガラス面の凹部の深さを表面粗さ計で計測した結果である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
金属化合物を使用したときフッ化カルシウム焼結体を除き、約０．５μｍ前後のマーキングを行うことができた。フッ化カルシウム焼結体を使用したときには約３μｍマーキングできることが分かった。一方、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリイミドの有機化合物を使用したときマーキングの深さは０．１μｍ以下であった。また、テフロン（登録商標）を使用したときには約５μｍのマーキング深さを確認できた。以上の結果から、マーキング深さに差があるものの何れの材料を使用してもマーキングできることが分かった。次にファイバ強化プラスチックを使用してガラス面にマーキングを行ってもガラス面に凹型形状のマーキングができることが分かった。
【００１９】
以上の結果からマーキングの深さに差があるもののガラス板に合わせる材料が何であってもマーキングできることが分かる。
【００２０】
（実施例４）
実施例３ではフッ化カルシウム焼結体とテフロン（登録商標）のようにフッ素を含有する化合物でマーキング深さが他の材料に比べ深いことが分かった。本実施例４では、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ランタン、フッ化リチウムを使用して実施例３と同様の試験を試みた。表２はマーキング後、ガラス面の凹部の深さを表面粗さ計で計測した結果である。
【００２１】
【表２】

【００２２】
いずれも３μｍ以上の深さでガラス面にマーキングができことがわかった。これはレーザが照射されることによってフッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ランタン、フッ化リチウム中のフッ素が分解し、フッ素とガラスが化学反応を起こして主にフッ化珪素が生成して気化したものと推測できる。以上のように本実施例によればフッ化物を使用することによりガラス面に容易に深いマーキングできる。
【００２３】
（実施例５）
本実施例５では、本発明の方法により図５に示すような寸法の微小なバーコードをマーキングした。図６はバーコードのＡ−Ｂ点間のマーキングした表面形状を表面粗さ計で測定した結果を示すものである。本発明の方法で作製したマーキング（ａ）はバーコードが密な部分でも凹凸が明瞭で、バーコードリーダで十分に読みとることができた。すなわち、本発明のマーキング方法は微小なパターン形成に有効な手法であることが分かった。一方、従来技術（特開平６−１５５９２０号公報）の方法で作製したマーキング（ｂ）は、バーコードが密な部分では凹凸が不明瞭になり本来凸部であるはずの部分もかなり削られ、バーコードリーダで読みとることができなかった。
【００２４】
しかも、クリプトンランプの寿命は本発明では４８６〜５１７時間であるのに対し、従来技術では１９６〜２３５時間であった。これは、本発明でマーキングするときのレーザパワーが従来技術でマーキングするときのレーザパワーの約２分の１で済むためであると考えられる。
よって、本発明のマーキング方法では、微小で明瞭なマーキングができるとともにクリプトンランプを長寿命にできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のマーキング方法では、ガラス面に凹型形状のマーキングを行うので微細パターンの形成が可能で、飛散物の発生がなく、しかもエッチング液に対する安定性が高いマーキングを供与できる。また、ガラス面に合わせる材料にフッ素を含有する化合物を使用することで彫りの深いマーキングを得ることができる。しかも、ＹＡＧロッドを励起するクリプトンランプを長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す工程における断面図と斜視図
【図２】本発明の実施例でマーキングしたガラス表面の形状
【図３】本発明の別の実施例でマーキングしたガラス表面の形状
【図４】本発明の実施例及び従来技術でマーキングしたガラス表面の形状と薬品処理後の形状
【図５】マーキングするバーコードの寸法
【図６】本発明と従来技術でマーキングしたガラス表面のバーコードの表面形状
【図７】従来技術の工程における断面図と斜視図
【図８】従来技術でマーキングしたガラス面の表面スケッチ
【符号の説明】
１、１１ガラス（透明、半透明体）
１Ａ、１１Ａ表面
２、１２金属板

Claims

マーキングが形成される透明体又はレーザ光線透過体にレーザ光の照射により溶融または昇華させる物質を接触させ、前記溶融または昇華させる物質に前記透明体又はレーザ光線透過体を通して文字、図形、記号等の所望のパターンでレーザ光を照射し、前記レーザ光に照射された前記溶融又は昇華させる物質の近傍の前記透明体またはレーザ光線透過体の面に凹部を形成するマーキング方法において、
前記溶融または昇華させる物質を、金属、合金、金属化合物、セラミックス若しくは有機化合物又は前記金属、合金、金属化合物、セラミックス若しくは有機化合物を少なくとも１以上含む複合物から成る板状体とし、前記レーザ光を４５Ｗ未満又は４５ｍＪ／パルス未満の低パワーとすることを特徴とするマーキング方法。