JP5437333B2 - ガラス基板のスクライブ方法及び加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板のスクライブ方法、特に、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスを、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブするガラス基板のスクライブ方法に関する。また、強化ガラスをスクライブする加工装置に関する。

ガラス基板を分断するためにスクライブ溝を形成する方法として、レーザ光を用いてスクライブ溝を形成する方法がある。この場合は、スクライブ予定ラインに沿ってレーザ光が照射され、基板の一部が溶解、蒸発させられてスクライブ溝が形成される。ただ、この方法では、溶解、蒸発された基板の一部が基板表面に付着し、品質の劣化を伴う場合がある。また、溶解、蒸発された部分で形成された疵痕は基板端面強度が低下する原因になる。

そこで、スクライブ溝を形成する他の方法として、特許文献１又は２に示されたような方法がある。ここでは、ガラス基板のスクライブ溝の起点となる場所に初期亀裂が形成され、この初期亀裂にレーザ光が照射される。これにより、レーザ照射部分に熱応力が生じ、亀裂が進展してスクライブ溝が形成される。

また、レーザ光を照射してスクライブ溝を形成する方法では、ガラス基板の周縁部においてスクライブ溝の亀裂が深くなる傾向にある。この状態で、ガラス基板をスクライブ溝に沿って分断すると、分断面の品質が低下するという問題や、スクライブ溝がまっすぐに形成されないという問題が発生する。

そこで、特許文献３には、スクライブ予定ラインの終端部に、スクライブ溝を形成しない領域を形成するようにしたレーザスクライブ方法が示されている。この方法によれば、ガラス基板の終端部における分断後の断面の品質を、複雑な制御をすることなく向上させることができると記載されている。

特開平３−４８９号公報 特開平９−１３７０号公報 再公表特許 WO２００７／０９４３４８号公報

ところで、最近のFPD（フラットパネルディスプレイ）業界では、基板端面の強度が重要視されるために、ガラス基板として、表面に強化層が形成された化学強化ガラスが主に用いられている。この化学強化ガラスは、イオン交換処理によって表面に圧縮応力を持たせた層（強化層）を有し、内部には引張応力が存在している。このような化学強化ガラスは、最近では、特に端面強度が要求されるタッチパネル等のカバーガラスに用いられている。

本件発明者は、このような強化ガラスのなかで、最近開発された、特に表面が高強度の強化ガラスにレーザスクライブ方法によってスクライブ溝を形成した場合、主にスクライブ溝の終端部からスクライブ溝に沿って深い亀裂が進展し、自然分断されることを実験により見出した。ここで、自然分断とは、スクライブ溝を形成した後に、分断工程を実施することなくスクライブ溝に沿ってガラス基板が分断される現象である。

自然分断は、ガラス基板の周縁部においてスクライブ溝の亀裂が深くなることに起因していると考えられ、この深い亀裂がスクライブ溝に沿って進展し、生じると考えられる。そして、ガラス基板の周縁部においてスクライブ溝の亀裂が深くなるのは、以下の理由が考えられる。

・スクライブ溝が形成されたガラス基板の終端部では、端面が拘束されないので、スクライブ溝の両側が開きやすくなる。

・スクライブ溝が形成されたガラス基板の終端部では、そこから先に熱の逃げる場所がなく、終端部に熱がこもる。

以上のような原因によって自然分断が生じると、後工程の処理が困難になる。

そこで、スクライブ溝がガラス基板の周縁部に形成されないように、スクライブ予定ラインの終端部にアルミテープを貼ってレーザ光を遮蔽することが考えられる。しかし、この方法では、生産性の観点から実用的ではない。

また、レーザ光の照射を制御することによって、ガラス基板の周縁部に加熱処理及び冷却処理が実施されないようにすることで、スクライブ溝がスクライブ予定ラインの終端まで達しないようにすることが考えられる。しかし、この方法では、所望の位置でスクライブ溝を止めることが困難であり、安定性がない。

本発明の課題は、強化ガラスに対して、容易にかつ安定して所望のスクライブ溝を形成し、自然分断を防止することにある。

第１発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有するガラスを、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿ってスクライブする方法であって、以下の工程を有している。

第１工程：基板保持用の複数の吸着孔を有するテーブルにガラスを載置するとともに、ガラスの全外周端部を他の領域に比較して強い吸着圧で吸着する。

第２工程：ガラスの表面に初期亀裂を形成する。

第３工程：ガラスの表面にレーザ光を照射して加熱するとともに、加熱された領域を冷却し、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿って亀裂を進展させてスクライブ溝を形成する。

ここでは、まず、加工すべきガラスがテーブルに載置される。テーブルには、複数の吸着用の孔が設けられており、この吸着用孔を介してガラスが吸引されてテーブルの所定位置に保持される。このとき、スクライブ予定ラインの終端側のガラス端部が、他の領域に比較してより強い力で吸引されて保持される。そして、初期亀裂が形成された後、ガラス表面にレーザ光が照射されて加熱され、さらに加熱された領域が冷却される。この加熱及び冷却処理によって、初期亀裂はスクライブ予定ラインに沿って進展し、スクライブ溝が形成される。

この方法では、スクライブ予定ラインの終端側のガラス端部が、より強い吸着力でテーブル上に保持される。したがって、ガラス端部は、加熱及び冷却処理を実施した場合に、変形しにくくなる。このため、ガラス端部では亀裂が開きにくくなり、深い亀裂が形成されるのを抑えることができ、自然分断を避けることができる。また、アルミテープを貼る等の煩雑な作業は不要であり、しかも安定してスクライブ溝の形成を所望の位置で止めることができる。

第２発明に係るガラス基板の加工装置は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有するガラスを、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブする装置であり、テーブルと、照射部と、冷却部と、移動手段と、吸着圧制御部と、を備えている。テーブルは、複数の吸着孔を有し、表面に載置されたガラスを吸着して保持する。照射部はレーザビームをガラスに照射する。冷却部は照射部によって加熱された領域を冷却する。移動手段は、照射部及び冷却部を、ガラスに設定されたスクライブ予定ラインに沿って相対移動させる。吸着圧制御部は、テーブルにおける吸着圧を、ガラスの少なくともスクライブ予定ラインの終端側の端部が中央部に比較して強くなるように制御する。

第３発明に係るガラス基板の加工装置は、第２発明の加工装置において、吸着圧制御部は、前記テーブルにおける吸着圧を、ガラスのスクライブ予定ラインの開始端側の端部および終端側の端部が中央部に比較して強くなるように制御する。

例えば初期亀裂の溝深さが深い場合には、スクライブ溝の形成工程において、初期亀裂から加熱及び冷却の走査方向とは逆方向に向かって、すなわちガラス端部に向かって深い亀裂が進展し、自然分断を生じることがある。

そこで、この第３発明では、スクライブ予定ラインの終端側の端部に加えて開始端側の端部を強い吸着力で保持するようにしている。これにより、スクライブ溝の形成時におけるガラス端部での変形が抑えられ、スクライブ予定ラインの開始端側に向かって亀裂が進展することも抑えることができる。このため、開始端側からの自然分断を避けることができる。

第４発明に係るガラス基板の加工装置は、第２発明の加工装置において、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成するものである。そして、吸着圧制御部は、ガラスの全外周端部を他の領域に比較して強くなるように制御する。

ここでは、クロススクライブを行う場合に、前記同様に、ガラス端部において深い亀裂が形成されるのを抑えることができ、自然分断を避けることができる。

以上のように、本発明では、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有するガラスに対して、容易にかつ安定してスクライブ予定ラインの終端部手前で亀裂の進展を止めることができる。したがって、ガラスにスクライブ溝を形成した時点でガラスが自然分断するのを防止できる。

本発明の一実施形態によるスクライブ方法を実施するための装置の概略構成図。 テーブルへの基板吸着圧とスクライブ処理との関係を示す図。

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態による方法を実施するためのスクライブ装置の概略構成を示す図である。スクライブ装置１は、例えば、マザーガラス基板を、FPD（フラットパネルディスプレイ）に使用される複数の単位基板に分断するための装置である。ここでのガラス基板は、表面に強化層が形成された化学強化ガラスが主に用いられている。前述のように、この化学強化ガラスは、イオン交換処理によって表面に圧縮応力を持たせた強化層を有している。

スクライブ装置１は、ガラス基板Gが載置されるテーブル２と、カッターホイール３と、レーザ照射部４と、冷却部５と、駆動機構６と、２つの吸引ポンプ７ａ，７ｂと、制御部８と、を備えている。

テーブル２には、上部がテーブル表面に解放された複数の貫通孔１０が形成されている。複数の貫通孔１０のうちのガラス基板Ｇの外周端部に対応する位置に形成された貫通孔１０ａは、実線で示す第１通路１１を介して第１吸引ポンプ７ａに接続されている。また、貫通孔１０ａ以外の複数の貫通孔１０ｂは一点鎖線で示す第２通路１２を介して第２吸引ポンプ７ｂに接続されている。

カッターホイール３は、ガラス基板Gの端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成するためのツールである。このカッターホイール３は主に、ホルダと、ホルダに支持されたスクライビングホイールとを有している。

レーザ照射部４は、レーザビームを照射するレーザ発振器（例えば、CO_２レーザ）を有し、このレーザビームを、光学系を介してガラス基板G上にビームスポットとして照射する。また、冷却部５は、図示しない冷媒源から供給される冷媒（例えば、水と空気、ヘリウムガス等）を、ノズルを介して噴射して冷却スポットを形成する。

駆動機構６は、カッターホイール３、レーザ照射部４、及び冷却部５を、レール１４に沿って移動させる機構である。この駆動機構６によって、カッターホイール３、レーザ照射部４、及び冷却部５が、ガラス基板Gに設定されたスクライブ予定ラインに沿って移動させられる。

制御部８は、カッターホイール３、レーザ照射部４、冷却部５、駆動機構６、及び２つの吸引ポンプ７ａ，７ｂを制御する。具体的には、制御部８によって、カッターホイール３のガラス基板Gへの押圧力、レーザ出力、冷媒の噴射量、駆動速度（走査速度）、吸引ポンプ７ａ，７ｂの回転数（吸着圧）が制御される。

［基板吸着圧とスクライブとの関係］
レーザ出力と走査速度とを変えて、それぞれの条件で吸着圧を変えた場合のスクライブ結果を以下に示す。各実験例のまとめを図２に示している。

＜実験例１＞
ガラス基板Gのテーブル２への吸着圧（kPa）：５，１０，２０
レーザ出力：１４０Ｗ
走査速度：１９０mm/s
この実験例１では、低い吸着圧５kPaではスクライブが可能（図２において「○」で示している）であったが、高い吸着圧１０及び２０kPaではスクライブすることができなかった（図中「×」で示している）。

＜実験例２＞
ガラス基板Gのテーブル２への吸着圧（kPa）：５，１０，２０
レーザ出力：１６０Ｗ
走査速度：２３０mm/s
この実験例２では、吸着圧５及び１０kPaではスクライブが可能であったが、吸着圧２０kPaではスクライブすることができなかった。

＜実験例３＞
ガラス基板Gのテーブル２への吸着圧（kPa）：５，１０，２０
レーザ出力：１７０Ｗ
走査速度：２５０mm/s
この実験例３では、吸着圧５及び１０kPaではスクライブが可能であったが、吸着圧２０kPaではスクライブすることができなかった。

＜実験例４＞
ガラス基板Gのテーブル２への吸着圧（kPa）：５，１０，２０
レーザ出力：１８０Ｗ
走査速度：２６０mm/s
この実験例４では、吸着圧５及び１０kPaではスクライブが可能であったが、吸着圧２０kPaではスクライブすることができなかった。

以上の実験例から明らかなように、吸着圧を高めると、すなわち吸引力を強くして、スクライブ溝の形成時にガラス基板の変形を抑えると、亀裂の進展が止まることがわかる。

［スクライブ方法］
以上の知見に基づいて、本実施形態では、以下のようなスクライブ方法によってスクライブ溝が形成される。

まず、加工対象となるガラス基板Gをテーブル２上に載置する。そして、第１吸引ポンプ７ａ及び第２吸引ポンプ７ｂを駆動して、ガラス基板Gをテーブル２上に吸着する。このとき、制御部８によって各吸引ポンプ７ａ，７ｂの回転数を制御し、第１吸引ポンプ７ａによる吸着圧が２０kPa以上になるように制御し、第２吸引ポンプ７ｂによる吸着圧が１０kPa以下になるように制御する。

次に、カッターホイール３を用いてガラス基板Gの端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成する。

次に、ガラス基板Gに対して、レーザ照射部４からレーザビームが照射される。このレーザビームはビームスポットとしてガラス基板G上に照射される。そして、レーザ照射部４から出射されるレーザビームが、スクライブ予定ラインに沿って走査される。ガラス基板Gはビームスポットによってガラス基板Gの軟化点よりも低い温度に加熱される。また、冷却スポットをビームスポットの移動方向後方において追従させる。

以上のようにして、レーザビームの照射によって加熱されたビームスポットの近傍には圧縮応力が生じるが、その直後に冷媒の噴射によって冷却スポットが形成されるので、垂直クラックの形成に有効な引張応力が生じる。この引張応力により、ガラス基板Gの端部に形成された初期亀裂を起点としてスクライブ予定ラインに沿った垂直クラックが形成され、所望のスクライブ溝が形成される。

ここで、スクライブ溝の形成工程において、スクライブ予定ラインの開始端部及び終端部、すなわちガラス基板Gの端部は強い吸着圧（吸引力）で保持されている。したがって、加熱及び冷却処理によるガラス基板Gの変形が抑えられ、亀裂の進展を抑えることができる。このため、ガラス基板Gの端部において深い亀裂が形成されるのを抑えることができ、基板が自然に分断されるのを防止することができる。

［特徴］
この実施形態では、ガラス基板の端部を強い力でテーブル上に保持し、加工中の変形を抑えるようにしたので、ガラス基板端部に深い亀裂が形成されるのを抑えることができる。このため、基板の自然分断を避けることができる。

また、ガラス基板端部における亀裂進展を停止させるための手段として、テーブルへの基板の吸着圧を制御により実現しているので、簡単な方法で基板の自然分断を避けることができる。

［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。

（ａ）前記実施形態では、ガラス基板におけるスクライブ予定ラインの開始側の端部及び終端側の端部の両方を強い力でテーブルに保持するようにしたが、スクライブ予定ラインの終端側の端部のみを強い力で保持するようにしてもよい。また、開始側の端部を強い力で保持すると、初期亀裂の進展が抑えられ、スクライブ溝が形成されない場合があるので、開始側の端部は、終端側の端部に比較して弱く、かつ中央部に比較して強く保持するようにしてもよい。

（ｂ）前記実施形態では、テーブルを固定し、レーザ照射部等を移動させるようにしたが、レーザ照射部等を固定し、テーブルを移動させるようにしてもよい。

（ｃ）前記実施形態では、初期亀裂を形成するためのカッターホイールをレーザ照射部等とともに同じ装置に設けたが、カッターホイールをレーザ照射部等とは別の装置に設けてもよい。この場合は、まず初期亀裂を形成した後に、ガラス基板がテーブル上に吸着されることになる。すなわち、初期亀裂形成工程（第２工程）と、ガラス基板のテーブルへの載置工程（第１工程）とが、前記実施形態とは順序が逆になる。

（ｄ）前記実施形態では、初期亀裂を形成するためにカッターホイールを用いたが、レーザーアブレーションや、改質などのレーザ加工を用いて初期亀裂を形成することとしてもよい。この場合は、初期亀裂形成用にUVレーザやグリーンレーザなどを光源とするレーザ照射機構を設ける。

１ スクライブ装置
２ テーブル
３ カッターホイール
４ レーザ照射部
５ 冷却部
６ 駆動機構
７ａ，７ｂ 吸引ポンプ
８ 制御部
１０ 貫通孔
G ガラス基板

Claims (4)

1. 圧縮応力を持たせた強化層を表面に有するガラスを、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿ってスクライブするガラス基板のスクライブ方法であって、
   基板保持用の複数の吸着孔を有するテーブルにガラスを載置するとともに、ガラスの全外周端部を他の領域に比較して強い吸着圧で吸着する第１工程と、
   ガラスの表面に初期亀裂を形成する第２工程と、
   ガラスの表面にレーザ光を照射して加熱するとともに、加熱された領域を冷却し、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿って亀裂を進展させてスクライブ溝を形成する第３工程と、
   を含むガラス基板のスクライブ方法。
2. 圧縮応力を持たせた強化層を表面に有するガラスを、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブするガラス基板の加工装置であって、
   複数の吸着孔を有し、表面に載置されたガラスを吸着して保持するテーブルと、
   レーザビームをガラスに照射する照射部と、
   前記照射部によって加熱された領域を冷却する冷却部と、
   前記照射部及び冷却部を、ガラスに設定されたスクライブ予定ラインに沿って相対移動させる移動手段と、
   前記テーブルにおける吸着圧を、ガラスの少なくともスクライブ予定ラインの終端側の端部が中央部に比較して強くなるように制御する吸着圧制御部と、
   を備えたガラス基板の加工装置。
3. 前記吸着圧制御部は、前記テーブルにおける吸着圧を、ガラスのスクライブ予定ラインの開始端側の端部および終端側の端部が中央部に比較して強くなるように制御する、請求項２に記載のガラス基板の加工装置。
4. 前記ガラス基板の加工装置は、互いに直交する複数のスクライブ予定ラインに沿ってスクライブするガラス基板の加工装置であり、
   前記吸着圧制御部は、前記テーブルにおける吸着圧を、ガラスの全外周端部を他の領域に比較して強くなるように制御する、請求項２に記載のガラス基板の加工装置。
   

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