JP4886620B2 - レーザ割断装置及び基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ割断装置及び基板の製造方法に関し、特に、ガラス板等の脆性材料の被加工物に対してレーザビームを照射することにより被加工物を割断するレーザ割断装置、及び、このレーザ割断装置を用いて被加工物を割断することにより基板を製造する基板の製造方法に関する。

下記特許文献１に記載されているように、脆性材料のガラス板等の被加工物に対してレーザビームを照射し、被加工物を割断する方法が知られている。このレーザビームを用いた割断方法によれば、まず、被加工物にレーザビームを照射することにより照射部分を局所的に加熱し、加熱された部分及びその周辺に圧縮応力を発生させる。ついで、この加熱された部分を冷却することにより冷却された部分に引張応力を発生させ、この引張応力の作用により被加工物に亀裂を発生させる。そして、被加工物上に設定した割断目標線沿ってレーザビームの照射位置及び冷却位置を移動させることにより割断目標線上に沿って亀裂を形成し、亀裂が形成された後にその亀裂に沿って割断する向きに外力を加え、被加工物を割断している。

また、レーザビームを用いた被加工物の割断方法において、下記特許文献２に記載されているように、レーザビームの照射を二回行う方法が知られている。この割断方法によれば、一回目のレーザビームの照射と冷却とにより被加工物に割断目標線上に沿った亀裂を形成し、二回目のレーザビームの照射により被加工物を亀裂に沿って割断している。

このように、レーザビームの照射を二回行って割断することにより、被加工物が割断される際に発生するカレット（屑）の発生量が少なくなり、及び、被加工物を割断目標線に沿って精度良く割断することができる。
特開２００７−７６９３７号公報 特開２００７−９９５８７号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載された割断方法においては、以下の点について配慮がなされていない。

一回目のレーザビームの照射と冷却とにより被加工物の表面に亀裂を形成した場合、この亀裂はしばらくすると閉じる。

このため、二回目のレーザビームの照射を行う場合には、一旦開いた後に閉じた亀裂を再度開ける必要がある。これにより、二回目のレーザビームの照射に伴う被加工物の割断方向への歪み量が大きくなり、それに応じてレーザビームのパワーを高めなければならない。また、二回目に照射するレーザビームのパワーが高くなり、及び、レーザビームの照射に伴う被加工物の歪み量が大きくなると、それに伴って割断面が粗くなり、カレットが発生する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、一回目のレーザビームの照射により被加工物の表面に亀裂を形成し、二回目のレーザビームの照射によりその亀裂に沿って被加工物を割断する場合、二回目に照射するレーザビームのパワーを抑えることができ、かつ、割断面を滑らかにすることができるレーザ割断装置及び基板の製造方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、レーザ割断装置において、被加工物に対してレーザビームを照射するレーザ照射部と、前記被加工物に対して冷却材を供給する冷却材供給部と、前記被加工物に対して固体の微粒子を供給する微粒子供給部と、を備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、レーザビームの照射による加熱と冷却とを行って被加工物を割断することにより基板を製造する基板の製造方法において、前記被加工物に対して割断目標線に沿ってレーザビームを照射し、前記被加工物を局所的に加熱して圧縮応力を発生させる工程と、前記被加工物の加熱された領域を冷却して引張応力を作用させ、この引張応力の作用により前記被加工物に前記割断目標線に沿った亀裂を発生させる工程と、前記亀裂内に固体の微粒子を入り込ませる工程と、前記亀裂に沿って二回目のレーザビームを照射することにより前記被加工物を前記亀裂に沿って割断する工程と、を備えることである。

本発明によれば、レーザビームのパワーを抑えることができ、かつ、割断面を滑らかにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るレーザ割断装置１は、図１に示すように、レーザ照射部２と、冷却材供給部３と、微粒子供給部４と、被加工物５であるガラス板等の脆性材料を保持するテーブル６とを備えている。

レーザ照射部２は、レーザ発振機７と、反射ミラー８と、ポリゴンミラー９とを備えている。レーザ発振機７は、レーザビーム７ａを照射する。反射ミラー８は、レーザ発振機７から照射されたレーザビーム７ａをポリゴンミラー９に向けて反射する。ポリゴンミラー９は中心軸（図示せず）の回りに回転可能に保持されており、中心軸にはポリゴンミラー９を中心軸の回りに回転させるモータ（図示せず）が連結されている。反射ミラー８で反射されたレーザビーム７ａは中心軸の回りに回転するポリゴンミラー９に当たって再び反射され、ポリゴンミラー９で反射されたレーザビーム７ａは被加工物５に照射され、被加工物５上を走査する。

テーブル６は、ポリゴンミラー９の回転に伴なうレーザビーム７ａの走査方向、及び、この走査方向と直交する方向に移動可能に設けられている。テーブル６の移動は、テーブル６に連結された移動用のモータ（図示せず）を駆動することにより行われる。

冷却材供給部３は、被加工物５に向けて冷却材１０を吹き付ける。冷却材１０の例としては、水や霧（水と気体との混合物）、窒素などの気体、アルコールなどの気体、霧状のアルコールなどを挙げることができる。

冷却材供給部３の姿勢は、テーブル６と共に被加工物５が移動した場合、被加工物５におけるレーザビーム７ａの照射によって加熱された部分に冷却材１０を吹き付けるように調整されている。

微粒子供給部４は、被加工物５に向けて固体の微粒子１１を吹き付ける。微粒子１１の例としては、セラミックス等の絶縁体の粒子を挙げることができる。微粒子１１は、被加工物５に形成される後述する亀裂１２の幅寸法より小さい直径の固形物であることが必要であり、例えば、その直径は１μｍ程度が好適である。

図２は、被加工物５に対するレーザビーム７ａの照射位置Ｂと、被加工物５に対して冷却材供給部３の冷却材吹出口が対向する冷却点Ｃと、被加工物５に対して微粒子供給部４の微粒子吹出口が対向する吹出点Ｄとの位置関係を示す平面図である。照射位置Ｂと冷却点Ｃと吹出点Ｄとは、直線上に位置している。尚、矢印Ａは、テーブル６及び被加工物５の移動方向である。

このレーザ割断装置１を用いて被加工物５を割断し、液晶表示装置で使用するＴＦＴ用の基板や、カラーフィルタ用の基板を製造する手順について図２ないし図４に基づいて説明する。

まず、テーブル６上に被加工物５をセットし、被加工物５をセットしたテーブル６を被加工物５と共に図２に示す矢印Ａ方向へ移動させる（Ｓ１）。

そして、テーブル６の移動開始と前後するタイミングで、レーザ照射部２からのレーザビーム７ａの照射と、冷却材供給部３からの冷却材１０の吹き付けと、微粒子供給部４からの微粒子１１の吹き付けとを開始する。

テーブル６と共に移動する被加工物５がレーザビーム７ａの照射位置Ｂに達することにより、被加工物５に対して一回目のレーザビーム７ａの照射が行われる（Ｓ２）。このレーザビーム７ａの照射により、被加工物５におけるレーザビーム７ａが照射された部分及びその周辺が加熱される。この加熱により、被加工物５は熱膨張しようとするが、局所的な加熱であるために膨張できず、被加工物５におけるレーザビーム７ａが照射された部分及びその周辺に圧縮応力が発生する。この圧縮応力が発生した部分は、テーブル６の移動に伴ってテーブル６と共に矢印Ａ方向（冷却点Ｃの方向）へ移動する。

被加工物５が矢印Ａ方向へ移動することにより、被加工物５に対するレーザビーム７ａの照射位置が被加工物５上の割断目標線Ｅ上に沿って移動する。被加工物５の移動に伴い、被加工物５における加熱されて圧縮応力が発生した部分が冷却点Ｃの位置に達すると、冷却材供給部３から吹き出す冷却材１０が被加工物５の加熱された部分に吹き付けられ、被加工物５が冷却される（Ｓ３）。この冷却により、被加工物５における冷却された部分に引張応力が発生し、この引張応力の作用により被加工物１０の表面に亀裂１２が形成される。この亀裂１２の深さ寸法は、レーザビーム７ａのパワーにより変化させることができ、例えば、亀裂１２の深さ寸法が１００〜１５０μｍとなるようにレーザビーム７ａのパワーを調節する。この場合の亀裂１２の幅寸法は、数μｍとなる。

なお、被加工物５に亀裂１２を形成する場合には、被加工物５の端部に、亀裂１２の始点となる初期亀裂（図示せず）を予め形成しておく必要がある。この初期亀裂は、工具を用いて形成した切欠きや、レーザビームを照射して形成した孔を利用することができ、亀裂１２はこの初期亀裂を始点として形成される。

被加工物５が引き続き矢印Ａ方向へ移動し、被加工物５における亀裂１２が形成された部分が吹出点Ｄの位置に達すると、微粒子供給部４から吹き出した微粒子１１が図４に示すように亀裂１２内に入り込む（Ｓ４）。微粒子１１の直径は約１μｍであり、亀裂１２の幅寸法（数μｍ）に比べて十分に小さく、微粒子１１は亀裂１２内に入り込み易い。微粒子１１が亀裂１２内に入り込むことにより、亀裂１２が形成されて時間が経過した後でも、亀裂１２が閉じるということが防止される。

被加工物５の移動方向の全範囲において亀裂１２を形成し、亀裂１２内へ微粒子１１を入り込ませた後、亀裂１２に沿って二回目のレーザビーム７ａの照射を行う（Ｓ５）。この二回目のレーザビーム７ａの照射を行うことにより、図５に示すように、レーザビーム７ａが照射された領域は加熱されて圧縮応力が作用し、その周囲では引張応力が作用する。この引張応力は亀裂１２の部分に集中するので、亀裂１２に引張応力が集中することにより被加工物５が亀裂１２に沿って割断される。なお、二回目のレーザビーム７ａの照射時には、レーザビーム７ａのパワーを一回目のレーザビーム７ａの照射時よりアップさせる。

二回目のレーザビーム７ａの照射は、一回目のレーザビーム７ａの照射により亀裂１２が形成された被加工物５をテーブル６から取り外さず、亀裂１２が形成された被加工物５を保持したテーブル６を矢印Ａ方向、又は、その逆方向に移動させて行うことができる。或いは、一回目のレーザビーム７ａの照射により被加工物５に亀裂１２を形成する作業を連続して行い、その後に、亀裂１２が形成された被加工物５をテーブル６にセットして二回目のレーザビーム７ａの照射を行うようにしてもよい。

このような構成において、レーザ割断装置１により被加工物５を割断して基板を製造する場合には、一回目のレーザビーム７ａの照射と冷却材１０の吹き付けとにより被加工物５に割断目標線Ｅに沿った亀裂１２を形成し、亀裂１２内に微粒子１１を入り込ませ、亀裂１２に沿って二回目のレーザビーム７ａの照射を行う。そして、二回目のレーザビーム７ａの照射により亀裂１２を被加工物５の板厚方向に成長させ、被加工物５を割断目標線Ｅに沿って割断する。

二回目のレーザビーム７ａの照射により被加工物５を割断する場合には、被加工物５に割断方向への歪みが発生する。しかし、一回目のレーザビーム７ａの照射により形成された亀裂１２が、この亀裂１２内に入り込んだ微粒子１１により開いた状態を維持されているため、二回目のレーザビーム７ａの照射により被加工物５を割断する場合における被加工物５の割断方向への歪み量が小さくなる。これにより、二回目のレーザビーム７ａの照射時のレーザビーム７ａのパワーを低く抑えることができ、消費電力の低減を図ることができ、また、レーザ発振機７の小型化を図ることができる。さらに、被加工物５の割断時における被加工物５の歪み量が小さくなるということは、被加工物５を割断するために被加工物５に作用する力が小さくなることであり、小さい力で被加工物５を割断できるために被加工物５の割断面を滑らかにすることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るレーザ割断装置を図６に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

本発明の第２の実施の形態に係るレーザ割断装置１Ａは、基本的な構造は第１の実施の形態に係るレーザ割断装置１と同じである。第２の実施の形態に係るレーザ割断装置１Ａと第１の実施の形態に係るレーザ割断装置１との相違する部分は、レーザ割断装置１Ａでは、レーザ割断装置１において別個に設けられていた冷却材供給部３と微粒子供給部４とを一体化した冷却材・微粒子供給部１３を設けた点である。冷却材・微粒子供給部１３からは、被加工物５に向けて、微粒子１１を含む冷却材１０が吹き付けられる。

したがって、第２の実施の形態に係るレーザ割断装置１Ａによれば、一回目のレーザビーム７ａの照射により加熱されて圧縮応力が発生している部分に微粒子１１を含む冷却材１０が吹き付けられる。これにより、冷却材１０の吹き付けによる亀裂１２の形成と、形成された亀裂１２内への微粒子１１の入り込みとが連続して行われる。

このような構成において、冷却材１０を供給する機構と微粒子１１を供給する機構とが一体化されたことにより、レーザ割断装置１Ａの小型化を図ることができる。さらに、冷却材１０と微粒子１１との供給タイミングの制御を容易に行えるようになる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザ割断装置を示す概略図である。 テーブルと被加工物とを示す平面図である。 基板の製造工程を説明するフローチャートである。 亀裂内に微粒子が入り込んだ状態を示す平面図である。 二回目のレーザビームの照射により被加工物が割断される工程を説明する平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザ割断装置を示す概略図である。

符号の説明

２…レーザ照射部、３…冷却材供給部、４…微粒子供給部、５…被加工物、７ａ…レーザビーム、１０…冷却材、１１…微粒子、１２…亀裂、Ｅ…割断目標線

Claims (3)

1. 被加工物に対してレーザビームを照射するレーザ照射部と、
   前記被加工物に対して冷却材を供給する冷却材供給部と、
   前記被加工物に対して固体の微粒子を供給する微粒子供給部と、
   を備えることを特徴とするレーザ割断装置。
2. 前記冷却材供給部と前記微粒子供給部とが一体化され、前記冷却材の中に前記微粒子が含まれていることを特徴とする請求項１記載のレーザ割断装置。
3. レーザビームの照射による加熱と冷却とを行って被加工物を割断することにより基板を製造する基板の製造方法において、
   前記被加工物に対して割断目標線に沿ってレーザビームを照射し、前記被加工物を局所的に加熱して圧縮応力を発生させる工程と、
   前記被加工物の加熱された領域を冷却して引張応力を作用させ、この引張応力の作用により前記被加工物に前記割断目標線に沿った亀裂を発生させる工程と、
   前記亀裂内に固体の微粒子を入り込ませる工程と、
   前記亀裂に沿って二回目のレーザビームを照射することにより前記被加工物を前記亀裂に沿って割断する工程と、
   を備えることを特徴とする基板の製造方法。

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