JP2021024754A - ガラス基板の面取り方法及び面取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で、かつガラス基板の両面のエッジに対して同時に面取りを行う。【解決手段】ガラス基板にレーザ光を照射する基板端部の面取りであって、ガラス基板端部の第１主面側からＣＯパルスレーザ光を第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光（デフォーカス）するように照射しながらガラス基板端部に沿って走査し、ガラス基板端部の第１主面側及び第１主面と逆の第２主面側のエッジを同時に溶融面取りする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板の面取り方法及び面取り装置に関する。

ガラス基板の搬送時や、加工のための位置決め時に、外力（衝撃）によってガラス基板端部に割れや欠けが発生する場合がある。ガラス基板端部の強度（端面強度）を向上する目的で、ガラス基板端部のエッジを面取りすることが行われている。ガラス基板の面取り方法としては、研磨による方法が最も一般的であるが、レーザ光による方法も知られている（特許文献１参照）。

特許文献１には、ガラス基板の表面及び裏面の両方又は片方からレーザ光を照射するとともに、ガラス基板の端面に対して直交する方向からレーザ光を照射し、ガラス基板端部を溶融させてエッジの面取りを行うことが記載されている。

特開２００９−３５４３３号公報

特許文献１では、レーザ光として、波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザ光が好ましいとされている。特許文献１では、ＣＯ２レーザ光を、ガラス基板の表面及び／又は裏面に照射するとともに端面に対しても照射し、端部を加熱溶融して面取りを行っている。

特許文献１では、少なくとも２方向からレーザ光を照射しなければならない。また、ガラス基板の端面に対してほぼ直交する方向からレーザ光を照射しなければならない。このため、特許文献１記載の方法を実施するためには構成が複雑な装置が必要となる。

本発明は、ガラス基板端部両面のエッジを同時に面取りすることが可能で且つ簡単な方法及び装置を提供するものである。レーザ光源は波長５μｍ〜６μｍ前後のＣＯレーザ光とする。

本発明のガラス基板の面取り方法は、ガラス基板にレーザ光を照射して基板端部の面取りを行う方法であって、第１工程と第２工程とを備えている。第１工程は、ワークテーブルに載置されたガラス基板のワークテーブルから突き出た端部の第１主面側からＣＯパルスレーザ光を第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光するように照射する。第２工程は、レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板端部の第１主面側及び第１主面と逆の第２主面側のエッジを同時に面取りする。

ＣＯパルスレーザ光は、照射面（ガラス基板のレーザ光が照射される面）である第１主面にのみ吸収されるのではなく、基板内部や裏面である第２主面（照射面とは逆の主面）にも到達し、基板端部における厚み方向の全体が加熱される。その結果、基板端部の両面のエッジが軟化し、面取りされる。このため、ガラス基板をテーブルに載置した状態で、テーブルから突き出たガラス基板端部の第１主面側からレーザ光を照射するだけで第１主面側のエッジに対してだけではなく第２主面側のエッジに対しても同時に面取りを行うことができる。すなわち、ＣＯパルスレーザ光を使用することによって第１主面側からの照射という簡単な構成によって表裏両面のエッジを同時に面取りすることができる。この際、ＣＯパルスレーザ光を、第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光（デフォーカス）するように照射することによって、ガラス基板の端部に割れを発生させることなく面取りを行うことができ、また、面取り後の端部の残留応力が低減され、端面強度が向上する。

本発明では、ＣＯパルスレーザ光がガラス基板に対して照射される。ＣＯパルスレーザ光は、ガラス基板の内部まで浸透しながら吸収されるために、ガラス基板の第１主面から内部及び第２主面にわたって、熱分布の偏りが少なくなる。このため、ガラス基板の端面が全体にわたって加熱され、レーザ光を表面側から照射するだけで、表面側及び裏面側のエッジを同時に面取りすることができる。

本発明では、第１及び第２工程において、ＣＯパルスレーザ光はガラス基板端部の照射面側のエッジが照射範囲に含まれるように照射されることが好ましい。照射面側のエッジが照射範囲に含まれないと、レーザ光による熱が端部まで伝わりにくくなり、端部を十分に加熱するためにレーザ光の出力を大きくすることが必要となる。

本発明のレーザ加工装置は、ガラス基板にレーザ光を照射して基板端部の面取りを行う装置であって、ワークテーブルと、レーザ発振器と、レーザ光照射機構と、を備えている。ワークテーブルはガラス基板が載置される。レーザ発振器はＣＯパルスレーザ光を発振する。ＣＯパルスレーザ光はガラス基板のレーザ光照射面である第１主面及び内部で吸収される。レーザ光照射機構は、ワークテーブルから突き出たガラス基板端部の第１主面側から前記レーザ発振器からのＣＯパルスレーザ光を第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光するように照射するとともに、前記レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板端部の第１主面側及び第１主面と逆の第２主面側のエッジを同時に面取りする。

本発明によれば、簡単な方法及び装置で、ガラス基板両面のエッジを同時に面取りすることができる。

本発明のレーザ加工装置の一実施形態の概略構成図。 実施例によって面取りされたガラス基板端部の断面写真。 デフォーカスを変えた場合の面取り後のガラス基板端部のリタデーションの測定結果を示すグラフ。

［面取り装置］
図１に本発明のレーザ加工装置の一実施形態の概略構成を示す。このレーザ加工装置は、ガラス基板Ｇが載置されるワークテーブル１と、レーザ発振器２と、光学系３と、走査機構としてのテーブル移動機構４と、を備えている。光学系３及びテーブル移動機構４によって、レーザ光照射機構が構成されている。

レーザ発振器２は、ＣＯパルスレーザ光を発振する。

光学系３は、複数の反射ミラー６ａ，６ｂ，６ｃ及び集光レンズ７を含んでいる。集光レンズ７は、レーザ光をガラス基板Ｇのレーザ照射面である第１主面から法線方向外側に所定距離（例えば、２〜２０ｍｍ）離れた位置に集光（デフォーカス）するように設定されている。デフォーカスによって、ガラス基板の照射面におけるＣＯパルスレーザ光の照射範囲（例えば、直径０．１〜５ｍｍ）を調節することができる。

テーブル移動機構４は、互いに直交するＸ及びＹ方向にワークテーブル１を移動させるための機構である。このテーブル移動機構４によって、照射位置をガラス基板端部に沿って走査することができる。

［面取り方法］
前記面取り装置を用いて、ガラス基板Ｇの端部の表裏両面を同時に面取りする場合は、以下の工程によって行われる。

ガラス基板Ｇをワークテーブル１上にセットする。ワークテーブル１上から突き出たガラス基板Ｇの端部に対して、ＣＯパルスレーザ光を、ガラス基板Ｇの第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光（デフォーカス）させて照射し、基板端部に沿って走査する。ガラス基板Ｇの第１主面側のエッジがＣＯパルスレーザ光の第１主面上の照射範囲位置に含まれるようにセットする。

以上のようなレーザ光の照射及び走査によって、ガラス基板の端部が加熱される。ＣＯパルスレーザ光を照射することによって、レーザ光はガラス基板の内部まで透過しながら吸収される。そのため、ガラス基板の端部は、レーザ光の照射面である表面（第１主面）側のみではなく、基板内部及び裏面（第２主面）側の全体にわたって均一に加熱される。その結果、ガラス基板の端面は基板厚みの中央部が外側に膨らむように変形し、表面側及び裏面側のエッジが同時に面取りされる。ガラス基板Ｇの表面（第１主面）側のエッジがＣＯパルスレーザ光の照射位置に含まれないと、表面側も、裏面側も、エッジの面取りが不十分になりやすい傾向がある。ガラス基板Ｇの端部がワークテーブル１上にあり、突き出ていない場合、ガラス基板Ｇの裏面からテーブル１への伝熱等により、裏面側のエッジの面取りが阻害される場合がある。

［実験例１］
図２に、ガラス基板にＣＯパルスレーザ光によって面取りされたガラス基板端部の断面写真を示す。図２はレーザ光を照射した加工後の断面写真である。本実験におけるガラス基板及びレーザ照射条件は以下の通りである。

（１）ガラス基板：無アルカリガラス（ＯＡ１０＝製品名：日本電気硝子株式会社製）、厚み＝０．２ｍｍ
（２）レーザ光：ＣＯパルスレーザ光、出力４Ｗ、走査速度３ｍｍ／ｓ、デフォーカス１３．５ｍｍ（照射面上の照射半径０．５ｍｍ）、パルス幅２００μ秒、繰返し周波数３ｋＨｚ
（３）照射位置：レーザ光照射面の基板端面から基板内側に向かって３０μｍの位置にレーザ光の照射範囲の中心点が位置

レーザ光を基板端部に沿って走査した結果、図２に示すように、基板端部が端面の厚み方向の中央部分から表面側及び裏面側に丸みを帯びた面取り部が形成された。

［実験例２］
実験例１とデフォーカスを変えた場合（１．８ｍｍ、２１．８ｍｍ）の面取り後のガラス基板端部のリタデーションの測定結果を図３に示す。横軸は基板端面（０ｍｍ）から基板内部（マイナス）方向への距離を示す。本来リタデーションは常に正の値をとるが、引張応力に対応するものを正、圧縮応力に対応するものを負として表示する。デフォーカスを大きくすることによって、応力の発生する範囲が広くなり、応力の大きさ（絶対値の最大値）は小さくなることがわかる。この傾向は、基板端部の割れにくさ、欠けにくさ、端面強度の向上に寄与するものと考えられる。

［特徴］
（１）ＣＯパルスレーザ光をガラス基板端部の表面（第１主面）側に照射するだけで、表面側及び裏面側（第２主面）の面取りを同時に行うことができる。

（２）ＣＯパルスレーザ光をレーザ照射面である第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光するように照射することによって、面取り時のガラス基板端部の割れや欠けを抑制することができ、また、面取り後の基板端部の残留応力を低減することができる。

１ ワークテーブル
２ レーザ発振器
３ 光学系
４ テーブル移動機構
Ｇ ガラス基板

Claims (2)

1. ガラス基板にレーザ光を照射して基板端部の面取りを行う方法であって、
   ワークテーブルに載置されたガラス基板のワークテーブルから突き出たガラス基板端部の第１主面側からＣＯパルスレーザ光を第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光するように照射する第１工程と、
   前記レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板端部の前記第１主面側及び前記第１主面と逆の第２主面側のエッジを同時に面取りする第２工程と、
   を備えたガラス基板の面取り方法。
2. ガラス基板にレーザ光を照射して基板端部の面取りを行う装置であって、
   ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
   ＣＯパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記ワークテーブルから突き出たガラス基板端部の第１主面側から前記レーザ発振器からのＣＯパルスレーザ光を第１主面から法線方向外側に所定距離離れた位置に集光するように照射するとともに、前記レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板端部の前記第１主面側及び前記第１主面と逆の第２主面側のエッジを同時に面取りするレーザ光照射機構と、
   を備えたガラス基板の面取り装置。