JP5536713B2 - 脆性材料基板の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板の加工方法、特に、格子状の分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光を脆性材料基板に照射し、脆性材料基板を分断するための脆性材料基板の加工方法に関する。

液晶ディスプレイ等に用いられるガラスを加工する方法として、例えば特許文献１に示された方法がある。この特許文献１に示された方法は、パルスレーザとして紫外線領域を用い、各照射個所でのパルス数の合計が２６６７〜８０００パルス数の範囲となるようにパルスレーザを相対移動させながら照射し、ガラスの厚さの１．８〜６．３％の深さにスクライブ溝を形成するものである。

この特許文献１に示された方法によってガラスを分断することにより、交差するスクライブ溝を形成する場合にも、煩雑な作業が不要であることが示されている。

特開２００５−３１４１２７号公報

最近のタッチパネル等に用いられるガラスは、無アルカリガラスよりも線膨張係数が大きいガラスが用いられる場合が多い。このようなガラスに格子状のスクライブ溝（クロススクライブ）を形成し、分断する場合、従来の方法では欠陥が発生して良好な分断を行うことはできない。具体的には、第１方向に第１スクライブ溝を形成し、その後第１方向と直交する第２方向に第２スクライブ溝を形成する場合、第２スクライブ溝の形成時に熱が周囲に伝わろうとするが、第１スクライブ溝によって熱の伝達が遮られ、特に第１スクライブ溝と第２スクライブ溝との交点の部分に大きい内部応力が残ってしまう。この熱影響により、時間経過とともに欠陥が発生し、分断時に端面にバリや欠けが発生する。

本発明の課題は、線膨張係数が比較的大きい脆性材料基板に格子状のスクライブ溝を形成し、分断する際に、分断不良少なくすることにある。

第１発明に係る脆性材料基板の加工方法は、格子状の分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光を脆性材料基板に照射し、脆性材料基板を分断するための加工方法であって、第１工程と、第２工程と、第３工程と、を含んでいる。第１工程は、第１方向に延びる分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光を走査し、基板表面に第１スクライブ溝を形成する。第２工程は、第１スクライブ溝の形成後に、第１方向と直交する第２方向に延びる分断予定ラインに沿って、パルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光を照射し、基板表面に第２スクライブ溝を形成する。第３工程は各スクライブ溝の両側を押圧して各スクライブ溝に沿って基板を分断する。

ここでは、まず、第１方向に延びる分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光が走査されて基板表面に第１スクライブ溝が形成される。次に、第２方向に延びる分断予定ラインに沿って、パルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光が照射され、第２スクライブ溝が形成される。以上のようにして各スクライブ溝が形成された後に、各スクライブ溝の両側が押圧されて基板が分断される。

以上の加工方法では、従来の加工方法のようにパルスレーザ光をオーバーラップさせてスクライブ溝を形成する場合に比較して、基板への熱影響が抑えられる。このため、基板分断後に時間が経過しても欠陥が発生しにくい。すなわち、分断不良を少なくすることができる。

第２発明に係る脆性材料基板の加工方法は、第１発明の加工方法において、第１工程では、分断予定ラインに沿って、パルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光を照射する。

ここでは、第２スクライブ溝の形成時だけでなく、第１スクライブ溝の形成時においてもパルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光が照射される。このため、基板への熱影響がより抑えられ、分断不良をさらに小さくできる。

第３発明に係る脆性材料基板の加工方法は、第１又は第２発明の加工方法において、脆性材料基板は、無アルカリガラスに比較して線膨張係数が大きいガラス材料基板である。

線膨張係数が比較的大きいガラス材料基板では、熱影響による欠けやクラックなどの欠陥が発生する可能性が大きいので、この種のガラス基板に本発明を適用することで、分断不良を効果的に抑えることができる。

第４発明に係る脆性材料基板の加工方法は、第１から第３発明のいずれかの加工方法において、第２工程では、パルスレーザ光のオーバーラップ率が−９７％以上−４７％以下に設定され、かつレーザ強度が３．１×１０^１０［W/cm²］以上５．１×１０^１０［W/cm²］以下に設定される。

以上のような本発明では、特に、線膨張係数が比較的大きい脆性材料基板に格子状のスクライブ溝を形成し、分断する際に、分断不良少なくすることができる。

本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。 クロススクライブの実験例１のスクライブ溝及び分断結果を示す加工サンプルの写真。

［加工対象］
本発明の一実施形態による加工方法は、主に、無アルカリガラスよりも線膨張係数が大きいＤ２６３（SCHOTT製）等のガラスに対して交差するスクライブ溝（クロススクライブ）を形成する場合に適用される。

［レーザ加工装置］
図１は、本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置５の概略構成を示したものである。レーザ加工装置５は、レーザ光線発振器６ａやレーザ制御部６ｂを含むレーザ光線発振ユニット６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７と、伝送光学系７からのレーザ光を集光させるための集光レンズ８と、を有している。レーザ光線発振ユニット６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（以下、単にレーザ光と記す）が出射される。なお、ガラス基板１はテーブル９に載置されている。テーブル９は、駆動制御部２０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９に載置されたガラス基板１と集光レンズ８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、レーザ光とガラス基板１が載置されるテーブル９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６ｂ及び駆動制御部２０は、加工制御部２１によって制御されるようになっている。

加工制御部２１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６ｂ及び駆動制御部２０を制御して、以下のような処理を実行する。

（１）ビーム強度の調整されたレーザ光をガラス基板１に照射するとともに第１方向及びこれと直交する第２方向に延びる分断予定ラインに沿って走査し、分断予定ラインに沿って交差するスクライブ溝を形成する。すなわち、クロススクライブを行う。

（２）スクライブ溝の形成に際し、パルスレーザ光をオーバーラップさせずに、パルスレーザ光による加工痕がオーバーラップするようにレーザ光の照射条件を設定する。

［レーザ加工方法］
ガラス基板を分断する場合は、まず、レーザ加工装置５によって各分断予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する。このとき、前述のように、パルスレーザ光をオーバーラップさせずに、パルスレーザ光による加工痕がオーバーラップするようにレーザ光が照射される。

次に、スクライブ溝の両側に圧力をかける。これにより、ガラス基板はスクライブ溝に沿って分断される。

［実験例］
図２に、加工対象基板としてＤ２６３を例にとり、格子状のスクライブ溝（クロススクライブ）を形成し、分断した場合の実験例を示す。

−実験例１−
＜レーザ条件＞
波長：２６６nm
パルス幅：１８ns
集光径（基板上面の直径）：３．４μm
繰り返し周波数：６０kHz
強度：３．０８×１０¹⁰W/cm²
走査速度：３００mm/s−−−オーバーラップ率：−４７．３％
焦点位置：基板上面
走査回数：１回
＜基板＞
種類：Ｄ２６３（SCHOTT製）
厚み：０．３mm
なお、「オーバーラップ率」は、以下の式から算出される値である。

オーバーラップ率（％）
＝（１−（走査速度［mm/s］／（繰り返し周波数［Hz］×集光径［mm］）））
以上の条件で加工した結果を、図２に示している。図２（ａ）はスクライブ溝を加工した後の基板上面の様子を拡大して示したものである。この図から、パルスレーザ光による加工痕がオーバーラップしていることは明らかである。図２（ｂ）は分断後の端面を上方から見た様子を拡大して示したものである。また図２（ｃ）は分断後の分断面の様子を示したものである。これらの図２（ｂ）（ｃ）から、分断後にスクライブ溝の交点部にバリや欠け等の欠陥が発生していないことが確認できる。

−実験例２−
次に、レーザ強度及びオーバーラップ率を変化させた場合の分断評価を表１に示す。この表１では、レーザ強度を１．０〜５．１×１０¹⁰W/cm²の範囲で、またオーバーラップ率を７５．４〜−９６．８％の範囲で変化させた場合の、分断品質の結果を示している。なお、他のレーザ条件及び加工対象については、実験例１と同じである。

○：分断可能（品質：良好）
×：分断不良（品質：欠け又はクラックが発生）
以上の実験結果から、スクライブ溝の形成に際し、パルスレーザ光のオーバーラップ率が−９７％以上−４７％以下に設定され、かつレーザ強度が３．１×１０^１０W/cm²以上５．１×１０^１０W/cm²以下に設定することによって、クロススクライブを良好な分断品質で行うことができることがわかる。

［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。

例えば、前記実施形態では加工対象をＤ２６３としたが、比較的線膨張係数の大きい他の脆性材料基板においても同様に適用できる。

１ ガラス基板

Claims (4)

1. 格子状の分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光を脆性材料基板に照射し、脆性材料基板を分断するための脆性材料基板の加工方法であって、
   第１方向に延びる分断予定ラインに沿ってパルスレーザ光を走査し、基板表面に第１スクライブ溝を形成する第１工程と、
   前記第１スクライブ溝の形成後に、前記第１方向と直交する第２方向に延びる分断予定ラインに沿って、パルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光を照射し、基板表面に第２スクライブ溝を形成する第２工程と、
   前記各スクライブ溝の両側を押圧して前記各スクライブ溝に沿って基板を分断する第３工程と、
   を含む、脆性材料基板の加工方法。
2. 前記第１工程では、分断予定ラインに沿って、パルスレーザ光をオーバーラップさせずにかつパルスレーザ光による基板への加工痕がオーバーラップするようにパルスレーザ光を照射する、請求項１に記載の脆性材料基板の加工方法。
3. 前記脆性材料基板は、無アルカリガラスに比較して線膨張係数が大きいガラス材料基板である、請求項１又は２に記載の脆性材料基板の加工方法。
4. 前記第２工程では、パルスレーザ光のオーバーラップ率が−９７％以上−４７％以下に設定され、かつレーザ強度が３．１×１０^１０［W/cm²］以上５．１×１０^１０［W/cm²］以下に設定される、請求項１から３のいずれかに記載の脆性材料基板の加工方法。