JPWO2018180417A1 - スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 - Google Patents

Abstract

レーザ加工によってガラス基板にスクライブラインを形成する際に、後の分離が容易になるように加工する。スクライブ加工方法は、ガラス基板Ｇをスクライブ加工する方法であって、下記の工程を備えている。レーザ装置３を用いたパルスによるガラス基板Ｇの内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブライン３１を形成するスクライブライン形成工程。スクライブライン形成工程後に、レーザ装置３を用いたパルスによるガラス基板Ｇの内部加工を平面方向に断続的に行うことで、スクライブライン３１に沿ってブレイクライン３３を形成するブレイクライン形成工程。

Description

本発明は、スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置、特に、レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成する方法及び装置に関する。

ガラス基板をスクライブ加工する方法として、レーザ加工が知られている。レーザ加工では、例えば、赤外線ピコ秒レーザが用いられている。この場合、レーザがパルスによる内部加工を平面方向に断続的に行って複数のレーザフィラメントを形成することで、スクライブラインを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に示す技術では、収束レーザビームは、基板内にフィラメントを作り出すように選択されたエネルギー及びパルス持続時間を有するパルスで構成される。そして、複数のフィラメントによって、基板を劈開するためのスクライブラインが形成される。

特表２０１３−５３６０８１号公報

レーザ加工のフィラメント形成によるスクライブライン加工を行った場合は、スクライブラインに沿ったガラス基板の分離に大きな力が必要になる。そのため、スクライブラインに沿った分離の際に、欠け、チッピング、割れなどが発生しやすく、そのため歩留まりが低下する。

本発明の目的は、レーザ加工によってガラス基板にスクライブラインを形成する際に、後の分離が容易になるように加工することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係るスクライブ加工方法は、ガラス基板をスクライブ加工する方法であって、下記の工程を備えている。
◎レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成するスクライブライン形成工程
◎スクライブライン形成工程後に、レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことで、スクライブラインに沿ってブレイクラインを形成するブレイクライン形成工程
この方法では、ブレイクラインが形成されるときに、ガラス基板の内部では、加工された部分の構造が崩壊し、さらにスクライブラインに対して衝撃が作用する。この衝撃によって、スクライブラインに亀裂が生じ又は進展する。この結果、スクライブラインの分離が容易になる。

ブレイクライン形成工程では、ブレイクラインはスクライブラインとは平面視で異なる位置に形成されてもよい。
この方法では、構造の崩壊がスクライブラインまで到達しないように設定することで、スクライブラインへの衝撃を十分に大きくできる。

ブレイクラインはスクライブラインと実質的に平行に形成されてもよい。
この方法では、スクライブラインに対して全体的に衝撃を与えることができる。

スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、集光状態が異なってもよい。
この方法では、ブレイクライン形成工程においてスクライブラインに十分な衝撃を与えることができるような集光状態でブレイクラインを形成できる。

スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、レンズ操作で集光状態を変更してもよい。
この方法では、１台のレーザ装置でスクライブラインとブレイクラインを加工できるので、製造コストが低くなる。

スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、空間光変調で集光状態を変更してもよい。
この方法では、１台のレーザ装置でスクライブラインとブレイクラインを加工できるので、製造コストが低くなる。

本発明の他の見地に係るスクライブ加工装置は、レーザ装置と、上記のスクライブ加工方法をレーザ装置に実行させる制御部と、を備えている。

本発明に係るスクライブ加工方法及びスクライブ加工装置では、レーザ加工によってガラス基板にスクライブラインを形成する際に、後の分離が容易になるように加工できる。

本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 第１実施形態のガラス基板の平面図。 ガラス基板の模式的断面図。 パルス加工の状態を説明するためのガラス基板の平面図。 スクライブライン形成工程におけるガラス基板の模式的平面図。 ブレイクライン形成工程におけるガラス基板の模式的断面図。 参考例のスクライブラインに沿った断面写真。 比較例のスクライブラインに沿った断面写真。 実施例のスクライブラインに沿った断面写真。 実施例のスクライブラインに沿った断面写真。 実施例のスクライブラインに沿った断面図。 第２実施形態のレーザ加工装置の模式図。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に、本発明の一実施形態によるガラス基板切断用のレーザ加工装置１の全体構成を示す。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
レーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇをフルカット加工するための装置である。
ガラス基板Ｇは、ソーダガラスであり、厚みが例えば１．８ｍｍであり、１．１〜３ｍｍの範囲にある。

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、ガラス基板Ｇにレーザ光を照射するためのレーザ発振器１５と、レーザ制御部１７とを有している。レーザ発振器１５は、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍのピコ秒レーザである。レーザ制御部１７はレーザ発振器１５の駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系５を有している。伝送光学系５は、例えば、集光レンズ１９、複数のミラー（図示せず）、プリズム（図示せず）等を有する。
レーザ加工装置１は、レンズの位置を光軸方向に移動させることによって、レーザ光の集光角を変更する駆動機構１１を有している。

レーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇが載置される加工テーブル７を有している。加工テーブル７は、テーブル駆動部１３によって移動される。テーブル駆動部１３は、加工テーブル７をベッド（図示せず）に対して水平方向に移動させる移動装置（図示せず）を有している。移動装置は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。

レーザ加工装置１は、制御部９を備えている。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。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。
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。

制御部９は、レーザ制御部１７を制御できる。制御部９は、駆動機構１１を制御できる。制御部９は、テーブル駆動部１３を制御できる。

制御部９には、図示しないが、ガラス基板Ｇの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（２）スクライブ加工方法
図２〜図６を用いて、レーザ加工装置１によるスクライブ加工方法を説明する。図２は、第１実施形態のガラス基板の平面図である。図３は、ガラス基板の模式的断面図である。図４は、パルス加工の状態を説明するためのガラス基板の平面図である。図５は、スクライブライン形成工程におけるガラス基板の模式的平面図である。図６は、ブレイクライン形成工程におけるガラス基板の模式的断面図である。

（２−１）概略説明
スクライブ加工方法は、下記の工程を備えている。
◎レーザ装置３を用いたパルスＬ１によるガラス基板Ｇの内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブライン３１を形成するスクライブライン形成工程（特に、図３〜図５を参照）。
◎スクライブライン形成工程後に、レーザ装置３を用いたパルスＬ２によるガラス基板Ｇの内部加工を平面方向に断続的に行うことで、スクライブライン３１に沿ってブレイクライン３３を形成するブレイクライン形成工程（特に、図３〜４及び図６を参照）。

上記のスクライブライン形成工程では、レーザ照射部分にはガラス基板Ｇ内部に光軸に沿って長く延びる加工痕が形成される。なお、加工痕は、ガラス基板Ｇの表面間に延びている。
上記のブレイクライン形成工程では、レーザ照射部分にはガラス基板Ｇ内部に部分的な加工痕が形成される。
この方法では、ブレイクライン３３が形成されるときに、ガラス基板Ｇ内部では、加工された部分の構造が崩壊し、さらにスクライブライン３１に対して衝撃が作用する。この衝撃によって、スクライブライン３１に亀裂が生じ又は進展する。この結果、スクライブライン３１の分離が容易になる。

（２−２）詳細説明
図２では、ガラス基板Ｇにおいて、スクライブライン３１は環状に形成され、ブレイクライン３３はスクライブライン３１の外側に環状に形成されている。ただし、ブレイクラインはスクライブラインの内側に形成されていてもよい。また、スクライブライン及びブレイクラインは環状以外の形状でもよい。

図４に示すように、スクライブライン３１を構成するパルス照射位置Ｓ１のピッチＤ１は、１〜６μｍの範囲である。また、ブレイクライン３３を構成するパルス照射位置Ｓ２のピッチＤ２は、ピッチＤ１より短い。具体的には、ピッチＤ２は、０．５〜３μｍの範囲である。
具体的には、ブレイクライン形成工程では、ブレイクライン３３はスクライブライン３１とは平面視で異なる位置に形成される。そのため、構造の崩壊がスクライブライン３１まで到達しないように設定することで、ブレイクライン３３の形成によってスクライブライン３１への衝撃を十分に大きくできる。

さらに具体的には、ブレイクライン３３はスクライブライン３１と実質的に平行に形成される。そのため、ブレイクライン形成によってスクライブライン３１に対して全体的に衝撃を与えることができる。ただし、必ずしも両者は一部又は全てが平行でなくてもよい。また、ブレイクラインは、スクライブラインの全てに対応している必要がなく、スクライブラインの必要な箇所のみに対応して形成されてもよい。
ブレイクライン３３の加工によってスクライブライン３１の分離が容易になる理由は、下記の通りである。つまり、スクライブライン３１の横にブレイクライン３３を形成すると、ガラス基板Ｇ内部では、加工を行った部分の構造の崩壊とスクライブ部分への衝撃が加わる。その衝撃によって、スクライブ部分に亀裂が生じて、スクライブライン３１の分離が容易になる。

スクライブライン３１とブレイクライン３３の距離Ｄ３は、例えば、４５μｍである。距離Ｄ３は、５〜７０μｍの範囲であることが好ましく、３０〜６０μｍであることがさらに好ましい。距離Ｄ３は全て同じでなくてよく、つまりスクライブラインに対して複数の異なる距離の位置にブレイクラインが形成されてもよい。
上記距離が短くなりすぎると、衝撃が加わる範囲が狭くなり、構造の崩壊がスクライブライン３１まで到達するので、スクライブの一部が崩れてしまい、スクライブライン３１へ与える衝撃が小さくなる。そのため、スクライブライン３１の分離が固くなる。
上記距離が長くなりすぎると、衝撃が加わる範囲が広くなりすぎて、スクライブライン３１へ与える衝撃が小さくなる。

さらに具体的には、スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、集光状態が異なっている。この結果、ブレイクライン形成工程においてスクライブライン３１に十分な衝撃を与えることができるような集光状態でブレイクライン３３を形成できる。
例えば、スクライブライン３１の加工条件は下記の通りである。
１）パルスエネルギー：４００μＪ（２００μＪ以上が好ましい）
２）加工ピッチ：４μｍ（１〜６μｍの範囲が好ましい）
この場合、パルスＬ１のビームウェストはガラス基板Ｇの内部にある。以上の結果、ガラス基板Ｇの上面から下面に延びる加工痕が形成される。

ブレイクライン３３の加工条件は下記の通りである。
１）パルスエネルギー：１５０μＪ（１００μＪ以上が好ましい）
２）加工ピッチ：１μｍ（０．５〜３μｍの範囲が好ましい）
この場合、パルスＬ２の焦点はガラス基板Ｇの厚み方向中間になっており、スクライブライン３１の加工条件に比較すれば、パルスエネルギーは小さく、集光角は大きい。以上の結果、ガラス基板Ｇの厚み方向中間に部分的な加工痕が形成される。

上記の集光角の変更のために、スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、駆動機構１１によるレンズ操作によって集光状態を変更する。そのため、１台のレーザ装置３でスクライブライン３１とブレイクライン３３を加工することが可能なので、製造コストが低くなる。

（３）実施例
図７〜図１１用いて、複数実験例を説明する。図７は、参考例のスクライブラインに沿った断面写真である。図８及び図１１は、比較例のスクライブラインに沿った断面図である。図９〜図１１は、実施例のスクライブラインに沿った断面写真である。
図７は、参考例を示しており、スクライブラインのみを形成している例である。つまり、ブレイクラインは形成されておらず、したがって、ブレイクラインに起因する加工痕は見られない。
図８は、比較例を示しており、距離Ｄ３が０μｍである。この場合、構造の崩壊がスクライブラインまで到達しており、スクライブラインの一部が崩れてしまっている。この結果、スクライブラインの分断が難しくなっている。

図９は、第１実施例を示しており、距離Ｄ３が３５μｍである。ブレイクライン形成で生じた加工痕が切断面に表れている。複数の加工痕は、上下方向に長く延びている。
図１０は、第２実施例を示しており、距離Ｄ３が４５μｍである。ブレイクライン形成で生じた加工痕が切断面に表れている。複数の加工痕は、第１実施例に比べて、上下方向に短くなっている。
図１１は、第３実施例を示しており、距離Ｄ３が５０μｍである。この場合は、ブレイクライン形成で生じた加工痕が切断面に表れていない。

２．第２実施形態
スクライブライン形成工程とブレイクライン形成工程とでは、空間光変調で集光状態を変更してもよい。
そのような実施形態を図１２を用いて説明する。図１２は、第２実施形態のレーザ加工装置の模式図である。

レーザ加工装置１Ａは、レーザ装置３から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器２１を有している。空間光変調器２１は、例えば反射型であり、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）の空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であってもよい。空間光変調器２１は、水平方向から入射するレーザ光を変調すると共に、下方に反射する。

レーザ加工装置１Ａは、駆動部２３を有している。駆動部２３は、空間光変調器２１における各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光を空間光変調器２１で所望に変調させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、例えば、加工痕を形成しようとする位置、照射するレーザ光の波長、加工対象物の材料、及び伝送光学系５や加工対象物の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部９に記憶されている。
この方法では、１台のレーザ装置３でスクライブラインとブレイクラインを加工することが可能なので、製造コストが低くなる。

３．第３実施形態
第１実施形態の変形例として、ブレイクラインのピッチを変更した第３実施形態を説明する。それ以外の条件は第１実施形態と同じである。
この実施形態では、スクライブライン３１を構成するパルス照射位置Ｓ１のピッチＤ１は、１〜６μｍの範囲である。そして、第１実施形態とは異なり、ブレイクライン３３を構成するパルス照射位置Ｓ２のピッチＤ２は、ピッチＤ１と同じ程度である。具体的には、ピッチＤ２は、１〜６μｍの範囲である。

この実施形態では、スクライブライン３１とブレイクライン３３の距離Ｄ３は、５〜３００μｍの範囲である。上記の範囲は、例えば、３０〜６０μｍであることや、１００〜１９０μｍであることが好ましい。距離Ｄ３は全て同じでなくてよく、つまりスクライブラインに対して複数の異なる距離の位置にブレイクラインが形成されてもよい。
例えば、スクライブライン３１の加工条件は下記の通りである。
１）パルスエネルギー：６６７μＪ
２）加工ピッチ：４μｍ（加工速度が６００ｍｍ／ｓ、繰返し周波数が１５０ｋＨｚ）
この場合、パルスＬ１のビームウェストはガラス基板Ｇの内部にある。以上の結果、ガラス基板Ｇの上面から下面に延びる加工痕が形成される。

ブレイクライン３３の加工条件は下記の通りである。
１）パルスエネルギー：６６７μＪ
２）加工ピッチ：４μｍ（加工速度が６００ｍｍ／ｓ、繰り返し周波数が１５０ｋＨｚ）
この場合、パルスＬ２の焦点はガラス基板Ｇの厚み方向中間になっており、スクライブライン３１の加工条件に比較すれば、パルスエネルギーは小さく、集光角は大きい。以上の結果、ガラス基板Ｇの厚み方向中間に部分的な加工痕が形成される。
上記の実施形態でも、第１実施形態と同じ効果が得られる。

４．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施例及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

なお、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、共通のレーザ装置３を用いてスクライブラインとブレイクラインを形成することとしたが、それぞれ専用のレーザ装置を用いることとしてもよい。この場合、スクライブライン形成用にピコ秒レーザを、ブレイクライン形成用にピコ秒またはナノ秒レーザを用いることができる。
上記実施形態では、パルスレーザを照射することによりスクライブライン及びブレイクラインを形成することとしたが、これに代えて、バーストモードで発振したパルスレーザ群を照射することとしてもよい。

本発明は、レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成する方法及び装置に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
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 ：レーザ発振器
１７ ：レーザ制御部
１９ ：集光レンズ
２１ ：空間光変調器
２３ ：駆動部
３１ ：スクライブライン
３３ ：ブレイクライン

ブレイクライン３３の加工条件は下記の通りである。
１）パルスエネルギー：６６７μＪ
２）加工ピッチ：４μｍ（加工速度が６００ｍｍ／ｓ、繰り返し周波数が１５０ｋＨｚ）
この場合、パルスＬ２の焦点はガラス基板Ｇの厚み方向中間になっており、スクライブライン３１の加工条件に比較すれば、パルスエネルギーは小さく、集光角は大きい。以上の結果、ガラス基板Ｇの厚み方向中間に部分的な加工痕が形成される。
上記の実施形態でも、第１実施形態と同じ効果が得られる。

Claims (7)

1. ガラス基板をスクライブ加工する方法であって、
   レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成するスクライブライン形成工程と、
   前記スクライブライン形成工程後に、前記レーザ装置を用いたパルスによるガラス基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことで、前記スクライブラインに沿ってブレイクラインを形成するブレイクライン形成工程と、
   を備えたスクライブ加工方法。
2. 前記ブレイクライン形成工程では、前記ブレイクラインは前記スクライブラインとは平面視で異なる位置に形成される、請求項１に記載のスクライブ加工方法。
3. 前記ブレイクラインは前記スクライブラインと実質的に平行に形成される、請求項２に記載のスクライブ加工方法。
4. 前記スクライブライン形成工程と前記ブレイクライン形成工程とでは、集光状態が異なる、請求項１〜３のいずれかに記載のスクライブ加工方法。
5. 前記スクライブライン形成工程と前記ブレイクライン形成工程とでは、レンズ操作で集光状態を変更する、請求項４に記載のスクライブ加工方法。
6. 前記スクライブライン形成工程と前記ブレイクライン形成工程とでは、空間光変調で集光状態を変更する、請求項４に記載のスクライブ加工方法。
7. レーザ装置と、
   請求項１〜６のいずれかに記載のスクライブ加工方法を前記レーザ装置に実行させる制御部と、
   を備えたスクライブ加工装置。