JP2015112644A - 基板切断方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の切断面の品質を向上させ、タッチスクリーンまたは携帯端末機の表示パネルを保護する強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得る基板切断方法を提供する。
【解決手段】切断しようとする基板10の厚さ以上の長さを有するベッセルビームBを成形し、前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に照射し、前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる。前記ベッセルビーム成形は、陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズ120と、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズとを用い、前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする基板切断方法を構成する。
【選択図】図6
【解決手段】切断しようとする基板10の厚さ以上の長さを有するベッセルビームBを成形し、前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に照射し、前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる。前記ベッセルビーム成形は、陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズ120と、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズとを用い、前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする基板切断方法を構成する。
【選択図】図6
Description
本発明は、基板切断方法に関し、より詳細には、基板の切断予定線に沿ってレーザービームを照射しながら水平方向に移動させて基板を切断する基板切断方法に関する。
一般に、タッチスクリーン及び携帯電話などの携帯端末機などに適用される強化ガラスセルは、平板表示パネルの外層に該当するものであって、LCD、OLEDなどの平板表示パネルにスクラッチが生成されることを防止したり、外部衝撃から保護する機能を担当するように装着される。このような強化ガラスセルは、タッチスクリーン及び携帯端末機の形態に応じて多様な外形を有するようになるが、このために、ガラス基板の裁断などの加工作業が必須的に行われる。
図1は、一般的な基板切断方法の一例を説明するための図で、図2は、従来の基板切断方法の基本原理及びそれによって切断されたガラス基板の断面を示す図である。
図1及び図2を参照すると、まず、基板切断方法の加工対象物になるガラス基板10は、ガラス基板に強化層及びタッチ層が付着した強化ガラス基板であってもよく、強化層のみが付着した強化ガラス基板であってもよい。また、ガラス基板10は、強化層やタッチ層が付着せず、化学的処理または熱処理などによって強化された強化ガラス基板であってもよい。
強化ガラスセル12は、ガラス基板10から切断されて携帯端末機の形状を有するものを称し、強化ガラスセル12と強化ガラスセル12との間に切断予定線11が形成されている。切断予定線11に沿ってレーザービームLを移動させながらガラス基板10を切断すると、多数の強化ガラスセル12が抽出される。
しかし、従来の基板切断方法では、図2に示したように、ガラス基板10内部の一つの位置にレーザービームの焦点fが形成されていた。このような状態でガラス基板10を切断すると、ガラス基板10の断面のうちレーザービームの焦点fが形成された部分から切断され始め、ガラス基板10の断面中の残りの部分にクラックが伝播しながらガラス基板10の全体断面が切断される。
ガラス基板10の断面のうち焦点fが形成されていない部分にクラックが伝播しながら切断が行われることによって、ガラス基板10の切断面の品質が均一にならないという問題がある。さらに、レーザービームの焦点fが形成された部分への過度なエネルギーの集中により断面が損傷する現象も発生し得る。
このように従来の基板切断方法では、ガラス基板の切断面の品質が均一でなく、後で切断面を滑らかに研磨する工程を追加しなければならないので、強化ガラスセルの生産収率が著しく低下するという問題がある。
前記のような問題を解決するために、ガラス基板10の内部に形成されるレーザービームLの焦点深度(Depth Of Focus、DOF)を深くしてガラス基板10を切断できるが、焦点深度を深くする場合は、焦点fのスポットサイズが大きくなってガラス基板10の微細加工が不可能になるため、加工効率が低下するという問題がある。
したがって、本発明の目的は、このような従来の問題を解決するために、基板の厚さ方向全体にわたって均一なエネルギーを供給しながら基板を切断することによって、基板の切断面の品質を向上させ、タッチスクリーンまたは携帯端末機の表示パネルを保護する強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得る基板切断方法を提供することにある。
前記のような目的を達成するために、本発明の基板切断方法は、ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームを、切断しようとする基板の厚さ以上の長さを有するベッセルビームに成形するベッセルビーム成形ステップ;前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に前記ベッセルビームを照射する照射ステップ;及び前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる移動ステップ;を含み、前記ベッセルビーム成形ステップは、陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズと、前記凹アキシコンレンズと前記基板との間に配置され、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズとを用いて、前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする。
本発明に係る基板切断方法において、前記レーザービームのパルス幅は、1フェムト秒以上、100ピコ秒以下であってもよい。
本発明に係る基板切断方法において、前記レーザービームのパルス当たりのエネルギーは、1μJ以上、10mJ以下であってもよい。
本発明に係る基板切断方法において、前記基板は、脆性材料の基板であってもよい。
本発明の基板切断方法によると、基板の断面全体に均一なエネルギーが供給されながら、基板断面の切断品質を向上させることができる。
また、本発明の基板切断方法によると、追加的な研磨工程が必要でないので、強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させることができる。
以下、本発明に係る基板切断方法の各実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
図3は、本発明の基板切断方法の基本原理を概略的に示した図で、図4は、本発明の第1の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図で、図5は、図4の基板切断方法によって切断されたガラス基板の断面を示す図である。
図3〜図5を参照すると、本実施例に係る基板切断方法は、基板の切断予定線に沿ってレーザービームを照射しながら水平方向に移動させて基板を切断するものであって、ベッセルビーム成形ステップ、照射ステップ、及び移動ステップを含む。
まず、本明細書において、ベッセルビームによって切断される基板がガラス基板10である場合を例に挙げて説明する。本発明の基板は、ガラス基板に限定されるものではなく、脆性材料の基板、例えば、シリコン基板、セラミック基板などを含んでもよい。
図3に示したように、本発明の基板切断方法の基本原理は、ガラス基板10を切断できる程度のエネルギー強度を均一に維持できるレーザービームLの切断領域CFをガラス基板10の厚さ分だけ長く延長して形成した後、ガラス基板10を切断することである。レーザービームLの切断領域CF内ではエネルギー強度が実質的に均一であるので、レーザービームLの切断領域CFをガラス基板10の厚さ分だけ延長すると、ガラス基板10の厚さ方向全体にわたって均一なエネルギーを供給しながらガラス基板10を切断することができる。
前記ベッセルビーム成形ステップは、ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームLを、切断しようとするガラス基板10の厚さ以上の長さで、スポットサイズは10μm以下であるベッセルビームBに成形する。
図4を参照すると、本実施例では、凸アキシコンレンズ110を用いてベッセルビームBを成形する。凸アキシコンレンズ110は、全体的に円柱状に形成され、平面状に形成された入射面111と、入射面111の反対側に突出した円錐状に形成された出射面112とをそれぞれ備えている。
凸アキシコンレンズ110の入射面111に入射されたガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームLは、光軸Cに沿って進行しながら凸アキシコンレンズ110の出射面112の突出した円錐状の頂点に向かって進行方向が屈折する。このように円錐状の頂点に向かって進行方向が屈折しながら、出射面112付近にベッセルビームBが形成され得る。
凸アキシコンレンズ110の出射面112の円錐状の角度を変更すると、ベッセルビームBの長さを変更することができる。切断しなければならないガラス基板10の厚さが変更される場合、出射面112の円錐状の角度が異なる凸アキシコンレンズに取り替えることによって、変更されたガラス基板10の厚さ以上の長さを有するベッセルビームBを成形することができる。
本実施例において、ガラス基板10を切断するためのベッセルビームBのスポットサイズは10μm以下であることが好ましく、ベッセルビームBは、ガラス基板10の厚さ以上の長さ内に10μm以下のスポットサイズを維持する。
ベッセルビームBのスポットサイズが10μmより大きい場合は、大きなスポットサイズにより、ガラス基板10を切断できる十分なエネルギー強度がガラス基板10に提供されないので、切断加工自体が不可能であり、大きなスポットサイズによって微細加工も困難になるという問題がある。
ベッセルビームBに成形されるレーザービームLとしては、フェムト秒のパルス幅またはピコ秒のパルス幅のように、パルス幅が短いレーザービームLを用いることが好ましい。一般に、ガラス基板10を形成する材質の熱拡散時間より短いパルス幅を有するレーザービームLをガラス基板10に照射し、分子間の結合を切る光化学反応を主なメカニズムとして切断すると、切断される経路の形状や長さを制御しながらガラス基板10の切断工程を効果的に行うことができる。本実施例のレーザービームLのパルス幅は、1フェムト秒以上、100ピコ秒以下であることが好ましい。
また、レーザービームLのパルス当たりのエネルギーは、1μJ以上、10mJ以下であることが好ましく、紫外線波長帯を有するレーザービームを用いることが好ましい。
前記照射ステップは、ベッセルビームBの長さ内にガラス基板10が位置するようにガラス基板10にベッセルビームBを照射する。ガラス基板10の厚さ以上の長さを有するベッセルビームB領域内にガラス基板10の厚さ全体が収容されるようにベッセルビームBとガラス基板10の相対位置を調整した後、ガラス基板10にベッセルビームBを照射する。
前記移動ステップは、ガラス基板10の切断予定線に沿ってガラス基板10またはベッセルビームBを水平方向に移動させる。
本実施例の移動ステップでは、ベッセルビームBを水平方向に移動させることが好ましい。ベッセルビームBを水平方向に移動させるためには、例えば、ベッセルビームBを成形する凸アキシコンレンズ110をX軸またはY軸方向に沿って移動させる直線移送ユニット(図示せず)を用いてもよい。直線移送ユニットは、リニアモーターなどによって具現できる。一方、ガラス基板10を支持する基板支持台に直線移送ユニットを設置し、ガラス基板10を水平方向に移動させてもよい。
移動ステップでは、切断工程が完了するまでベッセルビームB領域内にガラス基板10が入る状態を維持しながら、ガラス基板10またはベッセルビームBを水平方向に移動させることが好ましい。
上述したように構成された本実施例の基板切断方法は、レーザービームを基板の厚さ以上にベッセルビームに成形し、これを用いて基板を切断することによって、基板の切断面全体に均一なエネルギーを供給しながら基板を切断することができる。したがって、図5に示したように、ガラス基板の断面全体に均一なエネルギーが供給されながら、切断された強化ガラスセルの側面が相対的に滑らかな状態を維持することができ、切断された強化ガラスセルの加工品質が向上し得るという効果を得ることができる。
また、上述したように構成された本実施例の基板切断方法は、基板の切断面が滑らかに加工されるので、追加的な研磨工程が必要でなく、強化ガラスセルの生産収率を著しく向上させ得るという効果を得ることができる。
図6は、本発明の第2の実施例に係る基板切断方法を概略的に示した図である。本実施例のベッセルビーム成形ステップでは、凹アキシコンレンズ120を用いてベッセルビームBを成形することを特徴とする。
図6を参照すると、凹アキシコンレンズ120は、全体的に円柱状に形成され、平面状に形成された入射面121と、入射面121に向かって陥没した円錐状に形成された出射面122とをそれぞれ備えている。また、集光レンズ126は、凹アキシコンレンズ120とガラス基板10との間に配置され、凹アキシコンレンズ120を通過したレーザービームLを光軸Cに沿って収斂させる。
凹アキシコンレンズ120の入射面121に入射されたガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームLは、光軸Cに沿って進行しながら凹アキシコンレンズ120の出射面122の陥没した円錐状によって円錐状の頂点から遠ざかる方向に向かって進行方向が屈折する。屈折したレーザービームLは、円錐状の頂点から遠ざかる方向に向かって進行する途中で集光レンズ126によって光軸C側に収斂され、これにより、集光レンズ126から離隔した位置でベッセルビームBが形成され得る。
ベッセルビームBを用いた基板切断装備において、ベッセルビーム成形光学系とガラス基板10を支持する基板支持台(図示せず)との間には、一定程度の空間が形成されていることが好ましい。ベッセルビーム成形光学系と基板支持台との間にほとんど空間が設けられていない場合は、ガラス基板10を切断するためにガラス基板10を基板切断装備にローディングする過程や、ガラス基板10の切断が完了した後、ガラス基板10を基板切断装備からアンローディングする過程で、ガラス基板10とベッセルビーム成形光学系とが衝突する危険がある。ガラス基板10とベッセルビーム成形光学系とが衝突する場合、ガラス基板10とベッセルビーム成形光学系に損傷が発生することはもちろん、ベッセルビーム成形光学系のアラインが崩れながら、ベッセルビーム成形光学系のアラインを再び合わせるための整備時間によって装備を使用できなくなるという問題がある。
凸アキシコンレンズ110を含むベッセルビーム成形光学系を用いる場合、ベッセルビームBは、凸アキシコンレンズ110の出射面112に隣接して形成される。ベッセルビームBが形成された領域にガラス基板10を載せた後、切断工程を行わなければならないので、凸アキシコンレンズ110と基板支持台との間の空間はかなり狭小にならざるを得ない。このような状況でガラス基板10をローディングまたはアンローディングすると、上述したように、ガラス基板10とベッセルビーム成形光学系との衝突危険性は高くならざるを得なく、これにより、ガラス基板10及びベッセルビーム成形光学系の全てに問題が発生し得る。
本実施例の凹アキシコンレンズ120及び集光レンズ126で構成されたベッセルビーム成形光学系から離隔した位置にベッセルビームBを形成できるので、ベッセルビーム成形光学系と基板支持台との間の空間を十分に確保することができる。したがって、ベッセルビームBを用いた基板切断装備でガラス基板10をローディングまたはアンローディングする過程でガラス基板10がベッセルビーム成形光学系に衝突する危険はほとんどなく、それによって装備を安定的に運転することができ、ガラス基板10またはベッセルビーム成形光学系の損傷を防止できるという効果を得ることができる。
一方、凹アキシコンレンズ120の出射面122の円錐状の角度を変更すると、ベッセルビームBの長さを変更することができる。切断しなければならないガラス基板10の厚さが変更される場合、出射面122の円錐状の角度が異なる凹アキシコンレンズに取り替えることによって、変更されたガラス基板10の厚さ以上の長さを有するベッセルビームBを成形することができる。
本発明の権利範囲は、上述した実施例及び変形例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内で多様な形態の実施例に具現され得る。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者なら誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の特許請求範囲に記載の範囲内のものと見なす。
10:ガラス基板
11:切断予定線
110:凸アキシコンレンズ
120:凹アキシコンレンズ
B:ベッセルビーム
11:切断予定線
110:凸アキシコンレンズ
120:凹アキシコンレンズ
B:ベッセルビーム
Claims (4)
- ガウシアン形態のエネルギー分布を有するレーザービームを、切断しようとする基板の厚さ以上の長さを有するベッセルビームに成形するベッセルビーム成形ステップ;
前記ベッセルビームの長さ内に前記基板が位置するように前記基板に前記ベッセルビームを照射する照射ステップ;及び
前記基板の切断予定線に沿って前記基板または前記ベッセルビームを水平方向に移動させる移動ステップ;を含み、
前記ベッセルビーム成形ステップは、
陥没した円錐状の出射面を有する凹アキシコンレンズと、前記凹アキシコンレンズと前記基板との間に配置され、前記凹アキシコンレンズを通過したレーザービームを収斂させる集光レンズと、を用い、
前記凹アキシコンレンズの入射面に入射されたレーザービームが前記凹アキシコンレンズの出射面から出射され、前記集光レンズによって収斂されながら前記集光レンズから離隔した位置でベッセルビームに成形されることを特徴とする基板切断方法。 - 前記レーザービームのパルス幅は、1フェムト秒以上、100ピコ秒以下であることを特徴とする、請求項1に記載の基板切断方法。
- 前記レーザービームのパルス当たりのエネルギーは、1μJ以上、10mJ以下であることを特徴とする、請求項2に記載の基板切断方法。
- 前記基板は、脆性材料の基板であることを特徴とする、請求項1に記載の基板切断方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151117 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160517 |