JP6904567B2 - スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 - Google Patents

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、基板内で自己収束を引き起こし、結果として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う場合は、一般に、レーザ光のビームウェストがガラス基板の上方又は下方に位置させられ、レーザ光が自己収束する長さは数百μｍ程度である。したがって、厚みの大きいガラス基板（例えば、厚み２．５ｍｍ以上）では、１走査のレーザ加工によってガラス基板厚み方向全体に渡るスクライブラインを加工することができない。

本発明の目的は、厚みの大きいガラス基板であっても、１走査のレーザ加工によってガラス基板の厚み方向全体に渡るスクライブラインを形成できるようにすることにある。

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。
◎レーザ光を照射すること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。
上記の工程では、レーザ光の光軸上に並んだ複数の集光点がガラス基板の内部に位置している。また、複数の集光点のうち、レーザが照射される面とは反対側の面に最も近い第１の集光点のビーム強度が、複数の他の集光点のビーム強度よりも高い。
この方法では、ガラス基板Ｇの底面に最も近い集光点のピーク強度を他の集光点のピーク強度よりも高くすることにより、ガラス基板の底面付近でも確実に加工痕を形成でき、厚みの大きいガラス基板であっても、ガラス基板の厚さ方向全体に渡る内部加工を行うことができる。

複数の他の集光点はビーム強度が均一であってもよい。
この方法では、ガラス基板の内部に光軸に沿って並んだ複数の加工痕を均等に形成できる。

第１の集光点のビーム強度が複数の他の集光点のビーム強度の１．８〜２．８倍であってもよい。

スクライブライン形成工程では、非球面レンズを用いて複数の集光点を形成してもよい。
この方法では、簡単な構造によって、上記の加工方法が実現される。

スクライブライン形成工程では、空間光変調器と集光レンズを用いて複数の集光点を形成してもよい。

本発明の他の見地に係るスクライブ加工方法は、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、厚みの大きいガラス基板であっても、１走査のレーザ加工によって厚み方向全体に渡るガラス基板にスクライブラインを形成できる。

本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 パルス加工によるスクライブライン形成工程を説明するためのガラス基板の平面図。 図２の部分拡大図。 ビームウェストからの距離に対するガラス内部のピーク強度の分布を示すグラフ。 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２．５ｍｍ以上である。

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。なお、レーザの波長は、ガラス基板Ｇを透過するように選択され、レーザパワーはガラス基板内の集光点においてレーザが非線形吸収されるように選択される。
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。
集光レンズ１９は、非球面レンズであり、レンズを通過する入射光に対して分散した焦点パターンを作り出す。つまり、集光レンズ１９は、複数の異なる焦点を作成する分散焦点レンズとして機能する。
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５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、パルス加工によるスクライブライン形成工程を説明するためのガラス基板の平面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、ビームウェストからの距離に対するガラス内部のピーク強度の分布を示すグラフである。

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Ｐ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
そこでは、図４に示すように、パルスＰのビームウェストＢＷがガラス基板の内部に位置する。
この方法では、レーザ装置３の１スキャンを平面方向の異なる位置に順番に行うことによって、比較的厚いガラス基板Ｇでもスクライブライン３１を形成できる。

図４では、光軸上に並んだ複数のピークが示されている。これらピークは複数の集光点に対応している。
この方法では、レーザ光が各集光点で非線形吸収されることによって、ガラス基板の内部に光軸に沿って並んだ複数の加工痕が形成される。
このように、光軸上に並んだ複数の集光点によって、レーザエネルギーをガラス基板Ｇの厚み方向全体にわたって吸収させることができ、各点において厚み方向全体に加工痕を形成できる。この結果、加工痕は、ガラス基板Ｇの表面間に延びている。つまり、ガラス基板Ｇにおける加工深さが長くなっており、ガラス基板Ｇの加工効率が良い。

複数の集光点は強度が均一である。したがって、ガラス基板Ｇの内部に光軸に沿って並んだ複数の加工痕を均等に形成できる。
集光点の数は特に限定されないが、ガラス基板の厚さ１００〜５００μｍ間隔で形成されていることが好ましい。なお、複数の各集光点に形成される加工痕が互いに重なる場合、ガラス基板Ｇの厚さ方向全体に渡る一様な加工痕が形成される。

図４では、ガラス基板Ｇの底面（レーザが照射される面とは反対側の面）付近にビームウェストＢＷを配置した場合のレーザ光の光軸（ガラス基板の厚み方向）に沿ったピーク強度の分布を示している。この場合、ガラス基板Ｇの底面に最も近い集光点におけるピーク強度が、ガラス基板Ｇの内部の他の集光点のピーク強度に比べて約２倍になっている。倍率の範囲は、１．８〜２．８倍であることが好ましい。なお、ここでピーク強度とは、各測定位置のビーム断面における最も高いビーム強度を示しており、少なくとも集光点では光軸上のビーム強度がピーク強度であった。
スクライブライン３１の加工条件の一例を説明する。
パルスエネルギーは、２００μＪ以上が好ましく、例えば４００μＪである。
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、１〜５μｍの範囲であり、例えば３μｍである。

ガラス基板Ｇの底面に最も近い集光点のピーク強度を他の集光点のピーク強度よりも高くすることにより、ガラス基板Ｇの底面付近でも確実に加工痕を形成でき、厚みの大きいガラス基板であっても、ガラス基板の厚さ方向全体に渡る内部加工を行うことができる。

２．第２実施形態
図５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及び集光レンズ２２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。
集光レンズ２２は、空間光変調器２１で変調されたレーザ光を集光してガラス基板Ｇに照射する。集光レンズ２２は、焦点を１つ形成するレンズであり、例えば球面レンズである。

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。
空間光変調器２１の変調パターンに応じて、空間光変調器２１と集光レンズ２２によって形成される集光点の数、位置及びビーム強度が任意に調整される。
空間光変調器２１によって、第１実施形態と同じレーザ加工が実現される。

３．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。
前記実施形態ではガラス基板Ｇにおいてスクライブライン３１は環状に形成されているが、スクライブラインは環状以外の形状でもよい。

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厚さ方向全体に渡る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
２２ ：集光レンズ
２３ ：駆動部
３１ ：スクライブライン

Claims (6)

1. ガラス基板をスクライブ加工する方法であって、
   レーザ光を照射すること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を備え、
   前記レーザ光の光軸上に並んだ複数の集光点が前記ガラス基板の内部に位置し、
   前記複数の集光点のうち、レーザが照射される面とは反対側の面に最も近い第１の集光点のビーム強度が、複数の他の集光点のビーム強度よりも高い、
   スクライブ加工方法。
2. 前記複数の他の集光点はビーム強度が均一である、請求項１に記載のスクライブ加工方法。
3. 前記第１の集光点のビーム強度が前記複数の他の集光点のビーム強度の１．８〜２．８倍である、請求項１又は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では、非球面レンズを用いて前記複数の集光点を形成する、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では、空間光変調器と集光レンズを用いて前記複数の集光点を形成する、請求項１〜３のいずれかに記載のスクライブ加工方法。
6. レーザ装置と、
   請求項１〜５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。

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