KR101183865B1

KR101183865B1 - 취성 재료 기판의 모따기 가공 방법 및 모따기 가공 장치

Info

Publication number: KR101183865B1
Application number: KR1020107012767A
Authority: KR
Inventors: 잇세이 쿠마타니; 토미히사 스나타; 세이지 시미즈
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2012-09-19
Also published as: JPWO2009078324A1; JP5102846B2; WO2009078324A1; KR20100087371A; EP2239085A1; TWI361741B; CN101903128B; EP2239085A4; TW200936290A; CN101903128A

Abstract

C면 혹은 R면 등의 모따기 가공면으로 할 수 있는 취성 재료 기판의 모따기 가공 방법을 제공한다. 모따기 가공을 행하는 에지라인(EL)에 대하여 기판 내를 투과하도록 레이저빔을 조사함과 아울러, 레이저빔의 광로상에 집광 부재(15)를 배치하여 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부에 레이저빔의 집광점을 형성하고, 에지라인에 교차하는 면 내에서, 모따기 가공의 가공 예정 폭에 대응하는 범위에 대하여 집광점을 주사하고, 집광점 근방의 어블레이션 처리에 의해 집광점의 주사 궤적에 따른 모따기 가공을 행한다.

Description

취성 재료 기판의 모따기 가공 방법 및 모따기 가공 장치{METHOD FOR CHAMFERING/MACHINING BRITTLE MATERIAL SUBSTRATE AND CHAMFERING/MACHINING APPARATUS}

본 발명은 취성 재료 기판의 단면에 형성되는 에지라인(능선)의 모따기 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저빔의 조사에 의해 에지라인의 R 모따기 또는 C 모따기를 행하는 모따기 가공 방법 및 모따기 가공 장치에 관한 것이다.

여기에서 가공대상이 되는 취성 재료 기판에는, 유리 기판 이외에, 석영, 단결정 실리콘, 사파이어, 반도체 웨이퍼, 세라믹 등의 기판이 포함된다.

유리 기판 등의 취성 재료 기판은 원하는 치수, 형상으로 가공함으로써 각종의 제품에 사용되고 있다. 일반적으로, 취성 재료 기판의 가공은 다이싱, 휠 스크라이브, 레이저 스크라이브 등의 기존의 가공기술에 의해 행해지는데, 이들 가공기술에 의해 분단된 기판 단면의 에지라인은 대단히 날카롭고, 미소한 충격만 가해져도 치핑이나 마이크로 크랙 등의 문제가 발생한다. 예를 들면, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판에서는, 에지가 깨짐에 의해 발생한 파편이 FPD용 기판의 표면에 상처를 내는 원인이 되어, 제품의 수율에 영향을 미친다.

그 때문에 기판을 분단한 후에 발생하는 기판의 에지 부분의 깨짐 등을 방지하기 위하여, 에지라인을 따라 모따기 가공이 행해지고 있다.

종래부터의 모따기 가공의 하나로, 다량의 물을 공급하면서 다이아몬드 지석에 의해 연마하는 습식연마법이 있다. 그렇지만, 습식연마법에 의해 형성되는 모따기 가공면에는, 미소한 크랙이 연속적으로 잔존해 있어, 모따기 가공면의 강도는 주위보다 현저하게 저하되게 되었다.

이에 대하여 모따기 가공을 행하고자 하는 에지라인을 따라 레이저빔을 주사하고, 에지라인을 따라, 레이저빔의 초점이 이동함으로써 에지 위가 가열용융됨으로써 모따기를 행하는 가열용융법이 제안되어 있다. 예를 들면, 유리 부재 전체를 상온보다 높은 온도로 유지(여열)한 상태에서, 능선부 근방을 레이저 가열하여 능선부를 연화시켜 둥글게 함으로써 모따기를 행하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).

도 8은 CO₂ 레이저광원을 사용하여 가열용융법에 의해 모따기 가공을 행할 때의 레이저 조사 상태를 도시하는 단면도이다. 미리, 도시하지 않은 히터를 사용하여 유리 기판(10) 전체를 연화온도보다 낮은 소정 온도로 서서히 가열해 두고, 계속해서 소정 온도로 유지된 유리 기판(10)의 모따기 가공을 행하는 에지라인(51)을 따라, CO₂ 레이저광원(50)으로부터의 레이저광을 집광렌즈(53)에 의해 집광하고, 초점을 가공부분 근방에 맞추어 주사한다. 그때, 레이저 출력, 주사속도를 조정함으로써, 레이저 조사된 에지 부분이 고온으로 되어 연화되도록 하고, 이것에 의해 레이저 조사된 에지 부분이 둥근 모양을 띠도록 가공한다.

이 경우, 예비가열, 가공 후의 냉각에 시간이 걸린다. 또한 기판 전체를 예비가열할 필요가 있어, 가열할 수 없는 디바이스나 센서 등의 기능막이 기판상에 이미 형성되어 있는 경우에는, 이 방법에 의한 모따기 가공을 실시할 수 없는 경우도 있다. 또한 여열이 불충분하면 열응력에 의해 갈라짐(크랙)이 발생하여, 양호한 모따기 가공을 할 수 없게 된다. 또한, 상기한 가열용융법에 의한 모따기 가공에서는, 용융부분이 변형하여 그 일부(둥근 모양을 띤 부분의 일부)가 주위보다 부풀어버려, 기판 단면의 평탄도가 손상되는 경우가 있다.

가열용융법과는 달리 예비가열의 필요가 없는 레이저 조사에 의한 모따기 방법으로서, 에지 근방에 레이저광을 조사하여 가열함으로써 유리 기판(10)에 크랙을 발생시키고, 레이저광을 상대적으로 에지라인 방향으로 주사함으로써 크랙을 에지라인을 따라 성장시켜, 유리 기판으로부터 에지 근방을 분리함으로써 모따기를 행하는 레이저 스크라이브법이 개시되어 있다(특허문헌 2).

도 9는 CO₂ 레이저광원을 사용하여 레이저 스크라이브에 의해 모따기 가공을 행할 때의 레이저 조사 상태를 도시하는 도면이다. 유리 기판(10)의 에지라인(51) 부근에 CO₂ 레이저광원(50)으로부터의 레이저광을 집광렌즈(53)에 의해 국소적으로 조사하여, 연화온도보다 낮은 온도로 가열한다. 이때 국소적 열팽창에 수반되는 열응력에 의해 크랙(52)이 발생한다. 그리고, 에지라인(51)을 따라 레이저광을 주사함으로써, 순차 발생하는 크랙(52)이 에지라인(51)을 따라 성장하고, 에지라인(51)을 포함하는 에지 근방(모서리 부분)이 분리된다.

특허문헌 2에 의하면, 레이저 스크라이브에 의한 모따기 가공을 행함으로써, 유리 기판의 정밀도를 손상시키지 않고, 높은 생산성과 세정 공정을 필요로 하지 않는 모따기 가공을 시행할 수 있는 것으로 되어 있다.

일본 특개 평2-241684호 공보 일본 특개 평9-225665호 공보

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

여기에서, 레이저 스크라이브에 의한 모따기 가공에 의해 형성되는 가공면에 대하여 설명한다. 도 10은, CO₂ 레이저를 사용한 레이저 스크라이브에 의해 모따기 가공을 행했을 때의 가공 단면의 확대도이다.

모따기 가공에 의해, 유리 기판(10)의 모서리 부분(U)이 분리(박리)되고, 유리 기판(10)의 에지라인(53)은 모서리 부분(U)과 함께 소실되는데, 새롭게 모따기 가공면(54)이 형성된다. 이 모따기 가공면(54)의 단면 형상을 관찰하면, 유리 기판(10)측으로 패인 원호 형상의 역R면을 가지고 있다. 모따기 가공면(54)이 패인 결과, 유리 기판(S)의 기판 표면(55, 56)과의 교차부분에는, 2개의 에지라인(57, 58)이 형성되게 된다. 이들 에지라인(57, 58)은 당초의 에지라인(53)과 비교하면 에지의 날카로움은 개선되어 있지만, 그래도 패임부가 커지면, 예리한 에지가 형성되어 버리게 된다. 특히 플랫 패널 디스플레이용(FPD용) 유리 기판에서는, 에지라인(57, 58)의 바로 위에 TAB 테이프가 배선되는 경우가 있어, 모따기 가공 후에, 이 부분에 예리한 에지가 남아있으면 TAB 테이프가 단선될 가능성이 높아진다.

그 때문에 모따기 가공면(54)은 패임부를 없애고, 모따기 부분이 평면인 C면, 또는, 외측을 향하여 볼록 형상으로 되는 R면으로 하는 것이 요구되고 있다.

그렇지만, 전술한 바와 같은 종래의 CO₂ 레이저를 사용한 레이저 스크라이브법에 의한 모따기 가공면(54)에서는 무슨 일이 있어도 모따기 가공면에 패임부가 발생해 버린다. 이것은 에지라인(53)에 조사하는 레이저의 조사방향을 변화시키거나 해도, 결과는 거의 동일하여, 모따기 가공면의 형상을 제어하는 것이 곤란했다.

최근, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용 유리 기판 등에서는, 종래보다 대형의 유리 기판이 사용되고, 유리 기판의 대형화에 따라, 기판의 가공품질에 대해서도, 지금까지 이상으로 높은 정밀도나 신뢰성이 요구되고 있다. 모따기 가공면의 형상에 대해서도, 지금까지 이상으로 높은 정밀도와 신뢰성이 요구되고 있다.

그래서, 본 발명은, 레이저 조사에 의해 형성되는 모따기 가공면을, 역R면이 아니고, C면 또는 R면, 혹은 외측을 향하여 볼록하게 되는 곡면으로 할 수 있는 모따기 가공 방법 및 모따기 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 본 발명의 모따기 가공 방법은, 모따기 가공을 행하는 에지라인을, 그 에지라인의 전방의 공간으로부터 레이저빔을 조사하여 가열하는 것이 아니고, 기판의 이면측으로부터 기판 내를 투과한 레이저빔을 에지라인 근방에서 집광시킴과 아울러, 에지라인에 교차하는 면 내를 주사하면서 가열하여, 어블레이션에 의해 모따기 가공을 행하도록 하고 있다.

즉, 취성 재료 기판의 모따기 가공을 행하는 에지라인에 대하여 기판 내를 투과하도록 레이저빔을 조사함과 아울러, 레이저빔의 광로상에 집광 부재를 배치하여 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부에 레이저빔의 집광점을 형성하고, 에지라인에 교차하는 면 내에서, 모따기 가공의 가공 예정 폭에 대응하는 범위에 대하여 집광점을 주사하고, 집광점 근방의 어블레이션 처리에 의해 집광점의 주사 궤적을 따른 모따기 가공을 행한다.

여기에서, 취성 재료 기판에는, 유리 기판, 석영 기판, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 실리콘, 그 밖의 반도체 웨이퍼, 세라믹 기판이 포함된다.

취성 재료 기판에 조사하는 레이저빔은, 모따기 가공을 행하는 기판재료에 따라 적당한 파장의 레이저광이 선택된다. 즉, 레이저빔을 집광시키면서 기판에 조사했을 때, 집광점 근방에서 다광자 흡수에 의한 어블레이션 현상이 발생하여, 집광점 근방 이외의 레이저빔이 통과하는 광로상에서는 거의 흡수되지 않는 파장광이 사용된다.

구체적으로는, 예를 들면 유리 기판에서는, 파장이 193nm로부터 1064nm의 레이저를 사용할 수 있고, 레이저광원으로서 Nd-YAG 레이저, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들면, 실리콘 기판에서는, 파장이 1100nm 이상의 레이저를 사용할 수 있다.

한편, 가공대상물에 대하여 흡수율이 커 기판 내를 거의 투과시킬 수 없는 레이저광원은 본 발명의 모따기 가공에 사용할 수 없다. 예를 들면, 유리 기판에서는, CO₂ 레이저나 CO 레이저(파장 5.3㎛)는 흡수율이 크기 때문에, 유리 기판 내를 거의 투과시킬 수 없기 때문에, 가공대상물이 유리 기판인 경우, 본 발명에서 사용하는 모따기 가공용의 레이저광원으로부터는 제외된다.

레이저빔의 광로상에 배치하는 집광 부재는 집광기능을 얻을 수 있는 광학소자이면 된다. 구체적으로는 볼록 렌즈(복수매의 조합 볼록 렌즈도 포함함), 또는 오목거울을 사용할 수 있다. 또한 모따기 가공면을 원하는 곡면(단 집광하기 위하여 볼록 형상으로 함)으로 하는 경우에는, 후술하는 빔 편향부에 의해, 그 곡면 형상을 따라 집광점이 주사되도록, 집광 부재의 광학 패러미터(굴절율, 곡률 반경, 곡면 형상 등)를 조정한다.

구체적으로는 집광점의 주사 궤적을 구면(R면) 이외에, 예를 들면, 포물면으로 하거나, 타원면으로 하거나 한다. 또한, 집광 부재를 소위 fθ 렌즈로 함으로써 모따기 가공면을 평면으로 할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 취성 재료 기판의 모따기 가공을 행하는 에지라인에 대하여, 기판 내를 투과하도록, 이면측으로부터 레이저빔을 조사한다. 이때 레이저빔의 광로상에 집광 부재를 배치하고, 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부에 레이저빔의 집광점을 형성한다. 그리고, 에지라인에 교차하는 면 내에서 집광점을 주사한다. 이 주사는, 모따기 가공의 가공 예정 폭에 대응하는 범위를 포함하도록 한다. 이렇게 하여, 집광시킨 레이저 조사에 의해 어블레이션 현상을 발생시켜, 집광점 근방을 국소적으로 용융, 제거한다. 그리고, 이 집광점을, 에지라인에 교차하는 면 내에서 주사함으로써, 주사 궤적을 따른 형상의 모따기 가공면이 형성된다. 따라서, 집광 부재의 광학 패러미터에 의해 집광점의 주사 궤적을 조정하도록 하여, R면이나 C면의 모따기 가공을 하도록 하다.

본 발명에 의하면, 레이저 조사에 의해 형성되는 모따기 가공면을, C면, 또는 R면, 혹은 외측을 향하여 볼록하게 되는 곡면으로 할 수 있다.

(그 밖의 과제 해결 수단 및 효과)

상기 발명에 있어서, 에지라인을 따라 집광점을 상대이동시키면서, 에지라인에 교차하는 면 내에서의 집광점의 주사를 반복함으로써, 에지라인을 따라 모따기 가공을 행하도록 해도 된다.

이것에 의하면, 에지라인이 에지라인 전체에 모따기 가공을 행할 수 있다. 이 경우, 에지라인의 기점으로부터 종점까지 연속적으로 상대이동시키면 되지만, 깊은 모따기 가공을 행하는 것과 같은 경우에, 경우에 따라 간헐적으로 상대이동시켜 충분한 에너지를 줌으로써, 확실하게 모따기 가공을 행하도록 해도 된다.

상기 발명에서, 집광점의 기판 내의 깊이 위치를, 모따기 가공의 가공 예정 깊이에 맞추어지게 하여 모따기 가공을 행하도록 해도 된다.

이것에 의하면, 집광점의 기판 내의 깊이 위치가, 모따기 가공의 가공 예정 깊이에 맞추어져 있으므로, 주사를 행함으로써, 예정 깊이까지 일거에 모따기 가공을 행할 수 있다.

상기 발명에서, 에지라인의 방향으로의 상기 집광점의 상대이동을 복수회 반복하고, 상대이동의 이동회수가 늘어날 때마다 집광점의 깊이 위치를 기판 내부측으로 시프트 하도록 해도 된다.

이것에 의하면, 모따기 가공의 깊이가 깊을 때에, 처음에는 얕고, 서서히 깊이를 증가시킨 모따기 가공을 행할 수 있다.

또, 상기 발명과 관련하여 다른 관점에서 행해진 본 발명의 모따기 가공 장치는, 취성 재료 기판의 모따기 가공을 행하는 모따기 가공 장치로서, 레이저광원과, 레이저광원으로부터 방사된 레이저빔을 집광하는 집광 부재와, 레이저광원과 집광 부재 사이의 레이저빔의 광로에 설치되고, 레이저광원으로부터 방사된 레이저빔의 집광 부재로의 조사 위치를 주사하여 집광 부재로부터 출사하는 레이저빔에 의해 형성되는 집광점이 주사되도록 레이저빔의 진행방향을 편향하는 빔 편향부와, 기판 내를 상기 레이저빔이 투과하여 모따기 가공을 행하는 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부이고 상기 집광점이 에지라인과 교차하는 면 내에서 주사되도록 함과 아울러, 에지라인이 공간에 개방된 상태에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부를 구비하도록 하고 있다.

이것에 의하면, 레이저광원과 집광 부재 사이의 레이저빔의 광로상에 설치된 빔 편향부는, 레이저광원으로부터 방사된 레이저빔의 집광 부재로의 조사 위치를 주사한다. 집광 부재는 레이저빔의 조사 위치에 따라 레이저빔의 출사 방향을 편향한다. 그 결과, 집광 부재로부터 출사되는 레이저빔에 의해 형성되는 집광점이, 에지라인 근방에서 에지라인과 교차하는 면 내에서 주사되게 되어, 집광점의 주사 궤적을 따라 어블레이션에 의한 모따기 가공면이 형성된다. 이 때의 집광점의 주사 궤적은 집광 부재의 광학 패러미터에 의해 정해진다. 일반적으로 집광 부재에서 형성되는 주사 궤적은 레이저빔의 진행방향을 향하여 볼록 형상으로 되므로(예를 들면, 집광 부재가 볼록 렌즈나 오목거울의 경우의 주사 궤적은 볼록하게 되는 호가 됨), 집광소자의 광학 패러미터로 정해지는 볼록 형상의 주사 궤적에 따른 모따기 가공면이 형성된다.

상기 모따기 가공 장치에서, 집광점이 에지라인을 따라 상대이동하도록 기판측 또는 레이저빔측을 이동시키는 이송기구를 구비하도록 해도 된다.

이것에 의하면, 에지라인이 에지라인 전체에 모따기 가공을 행할 수 있다.

상기 모따기 가공 장치에서, 기판 지지부는 기판을 수평으로 재치하는 테이블로 이루어지고, 집광 부재 및 빔 편향부는 기판에 대하여 레이저빔이 비스듬히 입사하도록 배치되게 해도 된다.

이것에 의하면, 기판을 수평한 테이블 위에 안정하게 재치한 채 모따기 가공을 행할 수 있다.

이 경우에, 집광 부재 및 편향부는 기판에 대하여 레이저빔이 상방으로부터 비스듬히 입사하도록 배치되어, 모따기 가공을 행하는 에지라인이 테이블면의 외측으로 떨어진 위치에서 하방을 향하여 개방된 상태에서 지지되도록 해도 된다.

이것에 의하면, 모따기 가공이 행해지는 에지라인이 하방으로 향해져 있으므로, 어블레이션에 의해 제거된 기판재료의 잔사가 하방으로 확산함으로써 기판으로의 부착량이 저감된다.

상기 모따기 장치에서, 빔 편향부는 갈바노 미러 또는 폴리곤 미러에 의해 구성되도록 해도 된다.

갈바노 미러의 경우에는 반사경의 요동운동에 의해, 또한 폴리곤 미러의 경우에는 반사경의 회전운동에 의해, 집광 부재를 향하는 레이저빔을 편향시킬 수 있다.

상기 모따기 장치에서, 집광 부재가 볼록 렌즈 또는 실질적으로 볼록 렌즈와 등가인 집광점을 형성하는 오목거울로 이루어지도록 해도 된다.

이것에 의하면, 집광점의 주사 궤적에 의해 형성되는 모따기 가공면을 R면으로 할 수 있다.

상기 모따기 장치에서, 집광 부재가, fθ 렌즈 또는 실질적으로 fθ 렌즈와 등가인 집광점을 형성하는 비구면 거울로 이루어지도록 해도 된다.

이것에 의하면, 집광점의 주사 궤적에 의해 형성되는 모따기 가공면을 C면으로 할 수 있다.

상기 모따기 장치에서, 집광 부재는, 빔 편향부에 의해 레이저빔의 집광 부재로의 조사 위치가 주사되었을 때에 집광 부재로부터 출사하는 레이저빔에 의해 형성되는 집광점의 궤적이 볼록 형상의 자유곡선을 그리도록 광학 패러미터가 정해진 비구면 렌즈 또는 비구면 거울로 이루어지도록 해도 된다.

이것에 의하면, 집광점의 주사 궤적에 의해 형성되는 모따기 가공면을 원하는 볼록 형상 곡면으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태인 취성 재료 기판의 모따기 가공 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 주사 광학계의 확대도.
도 3은 도 1의 모따기 가공 장치의 제어계의 블럭도.
도 4는 모따기 가공면을 깊게 형성하는 경우의 수순을 나타내는 도면.
도 5는 주사 광학계의 변형예의 확대도.
도 6은 주사 광학계의 변형예의 확대도.
도 7은 주사 광학계의 변형예의 확대도.
도 8은 CO₂ 레이저광원을 사용하여 가열용융법에 의해 모따기 가공을 행할 때의 레이저 조사 상태를 도시하는 단면도.
도 9는 CO₂ 레이저광원을 사용하여 레이저 스크라이브법에 의해 모따기 가공을 행할 때의 레이저 조사 상태를 도시하는 도면.
도 10은 CO₂ 레이저를 사용한 레이저 스크라이브법에 의해 모따기 가공을 행했을 때의 가공 단면의 확대도.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 여기에서는, 유리 기판에 대한 모따기 가공에 대하여 설명한다.

또한, 본 발명은, 이하에 설명하는 것과 같은 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 태양이 포함되는 것은 말할 필요도 없다.

도 1은 본 발명의 1실시형태인 취성 재료 기판의 모따기 가공 장치(LM)를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 주사 광학계를 도시하는 확대도이다.

모따기 가공 장치(LM)는, 수평한 가대(1) 위에 평행하게 배치된 1쌍의 가이드 레일(3, 4)을 따라, 도 1의 지면 전후방향(이하 Y방향이라고 함)으로 왕복이동하는 슬라이드 테이블(2)이 설치되어 있다. 양쪽 가이드 레일(3, 4) 사이에, 스크루 나사(5)가 전후 방향을 따라 배치되고, 이 스크루 나사(5)에, 상기 슬라이드 테이블(2)에 고정된 스테이(6)가 나사결합되어 있고, 스크루 나사(5)를 모터(도시 생략)에 의해 정, 역회전함으로써, 슬라이드 테이블(2)이 가이드 레일(3, 4)을 따라 Y방향으로 왕복이동하도록 형성되어 있다.

슬라이드 테이블(2) 위에는, 수평한 대좌(7)가 가이드 레일(8)을 따라, 도 1의 좌우방향(이하 X방향이라고 함)으로 왕복이동하도록 배치되어 있다. 대좌(7)에 고정된 스테이(10a)에, 모터(9)에 의해 회전하는 스크루 나사(10)가 관통 나사결합되어 있고, 스크루 나사(10)가 정, 역회전함으로써, 대좌(7)가 가이드 레일(8)을 따라, X방향으로 왕복이동한다.

대좌(7) 위에는, 높이 방향(이하 Z방향이라고 함)의 조정을 행하는 승강 테이블(11)과, 흡인척를 탑재한 흡착 테이블(12)이 설치되어 있고, 이 흡착 테이블(12) 위에, 유리 기판(G)이 수평한 상태로 세팅된다. 이때 유리 기판(G)은, 모따기 가공을 행하는 에지라인을 포함한 기판의 일부가, 흡착 테이블(12)의 외측으로 튀어나온 상태에서 흡착된다. 따라서, 모따기 가공을 행하는 에지라인(EL)은 하방을 향하여 개방된 상태에서 지지된다.

또한, 유리 기판(G)은 카메라(20) 및 기판에 형성된 얼라인먼트 마크(도시하지 않음)를 이용하여 위치 결정을 행하고, 에지라인(EL)을 Y방향을 향하도록 한다. 기판(G)이 일정한 경우에는, 흡착 테이블(12)의 표면에 위치 결정용의 가이드를 설치해 두고, 기판의 일부를 가이드에 맞닿도록 하여 위치 결정을 행해도 된다.

유리 기판(G)의 상방에는, 레이저광원(13)과, 갈바노 미러(14)(빔 편향부)와, 볼록 렌즈(15)(집광 부재)가 부착되어 있다. 갈바노 미러(14)와 볼록 렌즈(15)는 주사 광학계(16)를 구성한다.

레이저광원(13)에는 Nd-YAG 레이저광원이 사용된다. 레이저광원(13)은 XZ면 내에서 출사방향이 좌측 비스듬히 하방 45도를 향해져 있다.

갈바노 미러(14)는, 레이저광원(13)으로부터 출사되는 레이저빔의 광로상에 반사경이 배치되어 있고, 레이저빔을 우측 비스듬히 하방으로 출사함과 아울러, 반사경의 요동운동에 의해, 빔의 출사방향을 XZ면 내에서 편향한다. 이 때의 갈바노 미러(14)의 요동운동의 범위는, 가공대상물의 모따기 가공을 행하는 각도 범위에 따라 조정한다.

볼록 렌즈(15)는 갈바노 미러(14)로부터 출사되는 레이저빔을 집광하고, 집광점을 형성한다. 또한 레이저빔의 강도 등은, 가공대상물에 형성된 집광점에서 다광자 흡수가 생기도록 설정된다. 또, 갈바노 미러(14)에 의해 출사방향이 편향되어, 레이저빔의 볼록 렌즈(15)로의 입사위치가 주사되는 결과, 볼록 렌즈(15)로부터 출사되는 레이저빔에 의한 집광점은, XZ면 내(즉 에지라인(EL)에 직교하는 면 내)에서 주사되어, 주사 궤적이 빔의 진행방향을 향하여 볼록 형상으로 된다.

예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 갈바노 미러(14)의 요동운동에 의해 집광점의 주사 궤적은 F0, F1, F2를 연결하는 호(R0)가 된다.

갈바노 미러(14)와 볼록 렌즈(15)에 의해 형성되는 집광점의 위치 및 집광점의 주사 궤적은, 일정한 위치 및 궤적으로 되므로, 미리, 집광점의 좌표(F0, F1, F2의 좌표)나 궤적(호(R0))을 나타내는 함수를 기하학적 계산에 의해(또는 실측으로) 구해 둘 수 있다.

따라서, 유리 기판(G)을 세팅한 후, 슬라이드 테이블(2) 및 대좌(7) 및 승강 테이블(11)에 의한 XYZ방향의 위치조정을 행함으로써, 집광점(F0)을 에지라인(EL) 위, 또는 에지라인(EL) 근방에 설정한 가공 예정면의 위치에 맞추도록 한다.

계속해서, 모따기 가공 장치(LM)의 제어계에 대하여 설명한다. 도 3은 제어계의 블럭도이다. 모따기 가공 장치(LM)는 각종 제어 데이터, 설정 패러미터 및 프로그램(소프트웨어)을 기억하는 메모리, 연산처리를 실행하는 CPU로 이루어지는 제어부(50)를 구비하고 있다.

이 제어부(50)는 슬라이드 테이블(2), 대좌(7)의 위치 결정이나 이동을 행하기 위한 모터(모터(9) 등)를 구동하는 테이블 구동부(51), 흡착 테이블(12)의 흡인척을 구동하는 흡착기구 구동부(52), 갈바노 미러(14)를 구동하는 빔 편향부 구동부(53), 레이저 조사를 행하는 레이저 구동부(54)의 각 구동계를 제어한다. 또, 제어부(50)는 키보드, 마우스 등으로 이루어지는 입력부(56), 및, 표시화면 위에 각종 표시를 행하는 표시부(57)가 접속되어, 필요한 정보를 화면에 표시함과 아울러, 필요한 지령이나 설정을 입력할 수 있게 되어 있다.

다음에 모따기 가공 장치(LM)에 의한 모따기 동작에 대하여 설명한다. 기판(G)을 흡착 테이블(12)에 올려놓고, 카메라(20)를 사용하여 위치조정을 행한다. 그리고 에지라인(EL)을 Y방향을 향함과 아울러, 집광점(F0)의 좌표가 에지라인(EL) 위 또는 이 근방의 가공 예정면의 깊이에 오도록 슬라이드 테이블(2), 대좌(7), 승강 테이블(11)에 의해 위치조정 한다. 계속해서, 갈바노 미러(14) 및 레이저광원(13)을 구동하여 레이저빔을 에지라인 근방에서 주사한다. 그 결과, 집광점에서는 어블레이션에 의해 기판재료가 용융 제거되어, 모따기 가공면이 형성된다.

또한, 에지라인(EL)의 전체 길이에 걸쳐 모따기를 행할 때는, 슬라이드 테이블(2)을 일정 속도로 보내고, 레이저빔의 주사면(XZ면)에 대하여 기판(G)을 Y방향으로 이동한다. 이때, 슬라이드 테이블(2)을 간헐적으로 보내고, 동일한 가공위치에 대하여 복수회 레이저빔이 주사되도록 해도 된다.

또, 모따기 가공면을 깊게 형성하는 경우에는, 복수회로 나누어 모따기 가공을 행한다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 첫회의 모따기 가공은 에지라인(EL)에 가까운 깊이 위치에 집광점을 설정하여 Y방향으로 이동하면서 가공을 행하고, 2회째 이행은 집광점의 위치를 기판 내부측으로 조금씩 시프트시켜 동일한 가공을 반복하도록 한다.

다음에 변형 실시예에 대하여 설명한다.

도 5는 집광 부재를 볼록 렌즈(15)로부터 fθ 렌즈(15a)로 바꾸었을 때의 주사 광학계의 확대도이다. 이 경우에는, 집광점의 주사 궤적이 XZ면에서 직선 형상으로 되므로 C면의 모따기 가공을 행할 수 있다.

또, 렌즈의 곡면 형상, 곡률 반경, 굴절율 등의 광학 패러미터를 적당하게 설계하면, 원하는 주사 궤적을 그릴 수 있는 자유곡면 렌즈를 작성할 수 있으므로, 이 자유곡면 렌즈를 사용하여, 모따기 가공면을 포물면으로 하거나, 타원면으로 하거나, 임의의 자유곡면으로 할 수도 있다. 또한 렌즈에 의한 주사 궤적과 같은 궤적을 렌즈 대신 반사경을 사용하여 그리게 할 수도 있다.

도 6은 빔 편향부를 갈바노 미러(14)로부터 폴리곤 미러(14a)로 바꾸었을 때의 주사 광학계의 확대도이다. 도 7은 집광 부재를 렌즈로부터 오목거울(15b)로 바꾸었을 때의 주사 광학계의 확대도이다. 이들 주사 광학계를 사용한 경우도 도 2와 동일한 모따기 가공을 행할 수 있다.

또, 에지라인(EL)을 따라 모따기 가공을 행할 때에, 도 2의 모따기 가공 장치(LM)에서는 기판(G)을 올려놓은 슬라이드 테이블(2)을 이동했지만, 주사 광학계(갈바노 미러(14), 볼록 렌즈(15))측을 이동할 수도 있다.

이상, 유리 기판에 대한 모따기 가공에 대하여 설명했는데, 다른 취성 재료 기판에 대해서도, 각각의 기판재료의 흡수특성에 따라 사용 가능한 레이저광원을 선택함으로써, 동일한 모따기 가공을 실현할 수 있다.

(산업상의 이용가능성)

본 발명은 유리 기판 등의 취성 재료 기판의 모따기 가공에 이용된다.

2 슬라이드 테이블 7 대좌
11 승강 테이블 12 흡착 테이블
13 레이저광원 14 갈바노 미러(빔 편향부)
14a 폴리곤 미러 15 볼록 렌즈(집광 부재)
15a fθ 렌즈 15b 오목거울
16 주사 광학계

Claims

취성 재료 기판의 모따기 가공을 행하는 에지라인에 대하여 기판 내를 투과하도록 레이저빔을 조사함과 아울러, 레이저빔의 광로상에 집광 부재를 배치하여 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부에 레이저빔의 집광점을 형성하고,
상기 에지라인에 교차하는 면 내에서, 모따기 가공의 가공 예정 폭에 대응하는 범위에 대하여 상기 집광점을 주사하고,
상기 집광점 근방의 어블레이션 처리에 의해 집광점의 주사 궤적을 따른 모따기 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 취성 재료 기판의 모따기 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 에지라인을 따라 상기 집광점을 상대이동시키면서, 상기 에지라인에 교차하는 면 내에서의 상기 집광점의 주사를 반복함으로써 에지라인을 따라 모따기 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 집광점의 기판 내의 깊이 위치를, 모따기 가공의 가공 예정 깊이에 맞추어 모따기 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 에지라인의 방향으로의 상기 집광점의 상대이동을 복수회 반복하고, 상대이동의 이동회수가 늘어날 때마다 집광점의 깊이 위치를 기판 내부측으로 시프트 하는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 방법.
취성 재료 기판의 모따기 가공을 행하는 모따기 가공 장치로서,
레이저광원과,
상기 레이저광원으로부터 방사된 레이저빔을 집광하는 집광 부재와,
상기 레이저광원과 상기 집광 부재 사이의 레이저빔의 광로에 설치되고, 레이저광원으로부터 방사된 레이저빔의 집광 부재로의 조사 위치를 주사하여 집광 부재로부터 출사하는 레이저빔에 의해 형성되는 집광점이 주사되도록 레이저빔의 진행방향을 편향하는 빔 편향부와,
에지라인이 공간으로 개방된 상태에서 상기 기판을 지지하는 기판 지지부를 구비하고,
상기 빔 편향부가, 상기 기판 내를 상기 레이저빔이 투과하여 모따기 가공을 행하는 에지라인 근방의 기판 표면 또는 기판 내부에서 상기 집광점이 에지라인과 교차하는 면 내에서 주사되도록 설치된 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 집광점이 상기 에지라인을 따라 상대이동하도록 기판측 또는 레이저빔측을 이동시키는 이송기구를 구비한 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 기판 지지부는 기판을 수평으로 재치하는 테이블로 이루어지고, 상기 집광 부재 및 빔 편향부는 기판에 대하여 레이저빔이 비스듬히 입사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 집광 부재 및 빔 편향부는 기판에 대하여 레이저빔이 상방으로부터 비스듬히 입사하도록 배치되고, 모따기 가공을 행하는 에지라인이 테이블면의 외측으로 떨어진 위치에서 하방을 향하여 개방된 상태에서 지지되는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 빔 편향부는 갈바노 미러 또는 폴리곤 미러에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 집광 부재가 볼록 렌즈 또는 실질적으로 볼록 렌즈와 등가인 집광점을 형성하는 오목거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 집광 부재가 fθ 렌즈 또는 실질적으로 fθ 렌즈와 등가인 집광점을 형성하는 비구면 거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.
제 5 항에 있어서, 집광 부재는 빔 편향부에 의해 레이저빔의 집광 부재로의 조사 위치가 주사되었을 때에 집광 부재로부터 출사하는 레이저빔에 의해 형성되는 집광점의 궤적이 볼록 형상의 자유곡선을 그리도록 광학 패러미터가 정해진 비구면 렌즈 또는 비구면 거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모따기 가공 장치.