(57)【要約】  ガラス２に発生する反りを低減させるとともに、保護材３をガラス２から剥離する際にガラス２に発生する応力を低減させることができるレーザ加工方法を得る。ガラス２の両面に保護材３を形成する保護材形成工程と、保護材形成工程の後に、保護材３とともにガラス２にレーザ１０１を照射してガラス２を加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程の後に、ガラス２から保護材３を剥離する保護材剥離工程とを備えている。
2015072259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスの両面に保護材を形成する保護材形成工程と、
前記保護材形成工程の後に、前記保護材とともに前記ガラスにレーザを照射して、前記ガラスに加工穴を形成するレーザ加工工程と、
前記レーザ加工工程の後に、前記ガラスから前記保護材を剥離する保護材剥離工程と
を備えたことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記保護材形成工程では、前記ガラスの両面における一方の面である第１面に複数の基材を有する前記保護材を形成し、前記ガラスの両面における他方の面である第２面に１枚以上の基材を有する前記保護材を形成し、
前記レーザ加工工程では、前記ガラスの前記第１面にレーザを照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第１面に形成された前記保護材の厚さ方向の寸法は、前記第２面に形成された前記保護材の厚さ方向の寸法以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記レーザは、パルスＣＯ2レーザであることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記保護材形成工程において、複数の前記基材における互いに隣り合う一対の前記基材は、貼り付け方向が互いに異なることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記保護材形成工程において、複数の前記基材における前記ガラスに最も近くに形成された前記基材である第１基材の厚さ方向の寸法は、前記第１基材よりも前記ガラスから離れて形成された前記基材の厚さ方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
複数の基材を有する前記保護材におけるそれぞれの前記基材は、互いに異なる種類の材料から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記ガラスと前記基材との間に設けられる接着剤および隣り合う前記基材の間に設けられる接着剤は、互いに異なる種類の材料から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記レーザ加工工程で形成される加工穴は、前記ガラスを貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記保護材形成工程において、前記ガラスの両面に貼り付けられる一対の前記保護材は、ロールを用いて同時に前記ガラスに貼り付けられることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
両面に保護材が形成されたガラスにおける加工予定範囲以外の部分を支持するステージ台と、
前記保護材とともに前記ガラスにパルスＣＯ2レーザを照射して前記ガラスを加工するレーザ照射装置と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気・電子機器の小型化などに伴って部品の微細化・複雑化が進んでいる。そのため、各種材料の穴あけ加工および切断加工において高精度化が求められている。ドリルや金型などによる機械加工では、工具摩耗などの理由により高精度化の要求を満たすことが難しくなりつつある。【０００３】
レーザ加工では、被加工物に対して非接触かつ微細加工が可能である。しかしながら、レーザ加工時に発生する被加工物の溶融物および飛散物が被加工物の表面に付着するので、それを除去する必要がある。したがって、後工程において、デスミアのようなエッチング処理が必要となり、工程数の増加およびコストの上昇が発生する。【０００４】
そこで、従来、被加工物へのレーザ加工時に発生する溶融物および飛散物の付着を防ぐレーザ加工方法として、被加工物の表面に保護材を貼り付けた状態で、保護材とともに被加工物にレーザを照射して、被加工物を加工するレーザ加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−７６６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザのエネルギー密度を高くする場合には、保護材の耐熱性を十分に確保するために、保護材の厚さを大きくする必要があり、保護材の厚さを大きくすることによって、保護材が貼り付けられた被加工物に大きな反りが発生したり、保護材を被加工物から剥離する際に被加工物に大きな応力が発生したりするという問題点があった。【０００７】
この発明は、被加工物に発生する反りを低減させるとともに、保護材を被加工物から剥離する際に被加工物に発生する応力を低減させることができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るレーザ加工方法は、ガラスの両面に保護材が重ねられるように保護材をガラスに形成する保護材形成工程と、保護材形成工程の後に、保護材とともにガラスにレーザを照射してガラスを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程の後に、ガラスから保護材を剥離する保護材剥離工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るレーザ加工方法によれば、ガラスの両面に保護材が形成された状態で保護材とともにガラスにレーザが照射され、その後、ガラスから保護材が剥離されるので、レーザのエネルギー密度を高くするために保護材の厚さを大きくする場合であっても、保護材をガラスに形成した場合にガラスに発生する反りを低減させるとともに、保護材をガラスから剥離する場合にガラスに発生する応力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る保護材付ガラスを示す側面図である。
【図２】厚い保護材をガラスから剥離する様子を示す側面図である。
【図３】図２の保護材が剥離されたガラスを示す平面図である。
【図４】厚い保護材をガラスに接着した様子を示す側面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法を用いてガラスに加工穴としてとまり穴を形成する様子を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法を用いてガラスに加工穴として貫通孔を形成する様子を示す図である。
【図７】保護材とガラスとの間に気泡および異物が入った状態でガラスに加工穴としてとまり穴を形成する様子を示す図である。
【図８】図７における加工穴の形成後のガラスを示す平面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置を示す斜視図である。
【図１０】反りがある状態でレーザが照射された保護材付ガラスを示す断面図である。
【図１１】図１０の保護材付ガラスから保護材が除去された場合のガラスを示す平面図である。
【図１２】図１１のガラスを示す断面図である。
【図１３】図９のステージ台に保護材付ガラスを平らに固定する方法を説明する図である。
【図１４】図９のステージ台に保護材付ガラスを平らに固定する方法を説明する図である。
【図１５】図９のステージ台に保護材付ガラスを平らに固定する方法を説明する図である。
【図１６】図９のステージ台に保護材付ガラスを平らに固定する方法を説明する図である。
【図１７】図９のステージ台に保護材付ガラスを平らに固定する方法を説明する図である。
【図１８】この発明の実施の形態４に係る保護材付ガラスを示す側面図である。
【図１９】図１８のガラスに接着剤が塗布された基材を貼り付ける様子を示す平面図である。
【図２０】図１９の基材に接着剤が塗布された基材を貼り付ける様子を示す平面図である。
【図２１】ロールを用いて一対の保護材をガラスの表面および裏面に同時に貼り付ける様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
薄板形状に形成されたガラスの微細穴あけ加工の用途としては、半導体チップとパッケージ基板とを導通接続するための中間基板用薄板貫通電極が挙げられる。電子機器の高性能化・高機能化にともなって、プリント基板の高密度化が進んでいる。基板の主な材料は樹脂であるが、代替材料として、熱膨張率が低く高絶縁性のガラスが期待されている。
【００１２】
図１はこの発明の実施の形態１に係る保護材付ガラスを示す側面図である。保護材付ガラス（保護材付被加工物）１は、薄板形状に形成されたガラス（被加工物）２と、ガラス２の表面に形成された保護材３とを備えている。保護材３は、レーザをガラス２に照射する際にガラス２から発生するガラス２の溶融物および飛散物がガラス２に付着することを防止する。
【００１３】
保護材３は、２つの基材３１、３２と、２層の接着剤３３、３４とを備えている。接着剤３３は、ガラス２の表面に塗られている。基材３１は、接着剤３３を介して、ガラス２の表面に貼り付けられている。接着剤３４は、基材３１におけるガラス２側とは反対側の面に塗られている。基材３２は、接着剤３４を介して、基材３１に貼り付けられている。言い換えれば、保護材３は、重ねられた２つの基材３１、３２がガラス２に重ねられるようにガラス２に形成されている。この例では、２つの基材３１、３２を備えた保護材３の構成について説明するが、３つ以上の基材を備えた保護材３の構成であってもよい。この場合でも、重ねられた３つ以上の基材がガラス２に重ねられるようにガラス２に形成される。
【００１４】
ガラス２の厚さは、３００μｍ以下となっている。高エネルギー密度の条件下でガラス２にレーザを照射するレーザ加工方法では、２つの基材３１、３２を備えた保護材３がガラス２に形成されることによって、耐熱性が保たれるとともに、保護材付ガラス１の反りが抑制される。また、保護材付ガラス１を平らなステージ台に載せて、保護材付ガラス１をステージ台に固定することによっても、保護材付ガラス１の反りが抑制される。また、保護材３をガラス２から剥離する際には、２つの基材３１、３２を一枚ずつ剥離することによって、ガラス２に加えられる応力が緩和され、ガラス２にクラックが発生することが低減される。その結果、ガラス２に溶融物および飛散物が付着せず、また、加工形状が均一なガラス２のレーザ加工を行うことができる。
【００１５】
保護材３の厚さは、５００μｍ以下となっている。中間基板の厚さは、約５０μｍ〜３００μｍ程度となっている。
【００１６】
保護材３の選択は、ガラス２の材料とレーザ加工条件とによって決められる。保護材３は、レーザの照射に対して、十分な耐熱性を備える必要がある。十分な耐熱性とは、保護材３をレーザ加工する場合に、基材３１、３２の変形がほとんど発生せず、保護材３がレーザの熱に耐え切れずに焼き焦げず、また、保護材３がレーザの熱によって焼失してガラス２の表面が露出しないことを意味する。
【００１７】
保護材３の耐熱性が十分に確保されていない場合には、保護材３によるガラス２の溶融物および飛散物の除去が困難となり、さらに、ガラス２に熱影響層が形成されたり、ガラス２にクラックが形成されたりする。
【００１８】
レーザ加工条件として、レーザのエネルギー密度が低エネルギー密度である場合には、厚さが小さい保護材３であっても、十分な耐熱性が得られ、溶融物および飛散物がガラス２に付着することを防止することができる。
【００１９】
しかしながら、レーザ加工条件として、レーザのエネルギー密度が高エネルギー密度である場合には、保護材３の材質を十分な耐熱性を備えるものに変更したり、または、保護材３が十分な耐熱性を備えるように保護材３の厚さを大きくしたりする必要がある。なぜならば、保護材３がレーザの熱に耐え切れずに、保護材３が劣化してしまい、溶融物および飛散物がガラス２に付着することを防止することができないからである。
【００２０】
図２は厚い保護材３をガラス２から剥離する様子を示す側面図、図３は図２の保護材３が剥離されたガラス２を示す平面図である。中間基板で使用される厚さ３００μｍ以下の薄いガラス２であって、硬脆性材料から構成されたガラス２をレーザ加工する場合には、保護材３の厚さの寸法が大きいと、保護材３をガラス２から剥離する際に、ガラス２に応力が加えられてしまい、ガラス２に形成された加工穴２１またはガラス２における加工穴２１の周囲の部分にクラック２２が発生する場合がある。
【００２１】
図４は厚い保護材３をガラス２に接着した様子を示す側面図である。保護材３の厚さが大きい場合には、保護材３をガラス２に接着する際に、ガラス２に反りが発生する場合がある。これは、保護材３をガラス２に接着する際にガラス２に加えられた引張応力および保護材３をガラス２に貼り付ける際にガラス２に加えられた応力が原因であると考えられる。特に、作業者が手動で、保護材３をガラス２に貼り付ける場合には、貼り付け方向に保護材３が収縮して、保護材３に反りが発生する。保護材付ガラス１における反り方向および反り量は、ガラス２の材質、ガラス２の厚さ、保護材３の材質、保護材３の厚さ、ガラス２と保護材３との間の接着力によって異なる。
【００２２】
高品位なレーザ加工条件であっても、保護材３による反りまたはクラック２２の発生で、加工品質が低下するという問題点がある。
【００２３】
保護材３が十分な耐熱性を有すること、保護材３のガラス２への接着時における保護材付ガラス１の反りを抑制すること、および、保護材３をガラス２から剥離する時におけるクラック２２の発生を抑制することのこれらの３つを両立することが難しいという課題がある。
【００２４】
本発明では、保護材３は、２つの基材３１、３２と、２層の接着剤３３、３４とを備えており、２つの基材３１、３２によって、保護材３は、耐熱性に十分な厚さを有している。また、図２および図４に示すような１つの厚さの大きい基材３５を備えた保護材３によってガラス２に発生する反り量と比較して、図１に示すような２つの基材３１、３２を備え、全体の厚さを同一にした保護材３によってガラス２に発生する反り量を低減させることができる。
【００２５】
基材３１、３２の厚さは、ガラス２の厚さ以下であることがよい。基材３１、３２は、ガラス２の表面に対して垂直に重ねることが望ましい。
【００２６】
保護材３およびガラス２を上方から見た場合に、保護材３の面積は、ガラス２の面積よりも大きくてもよい。ただし、保護材付ガラス１がステージ台よりもはるかに大きい場合には、ステージ台からはみ出した保護材３の部分に、自重によって反りが発生する。これを防ぐためには、保護材３は、ガラス２を固定するステージ台よりも少しだけ大きい程度までに限る。
【００２７】
基材３１、３２の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの高分子フィルムなどが挙げられる。
【００２８】
基材３１、３２のそれぞれの大きさは、互いに同一である必要はない。ただし、基材３１、３２を重ねた状態で基材３１、３２のそれぞれがガラス２のレーザ加工部分を必ず覆う大きさである必要がある。
【００２９】
基材３１、３２の厚さは、保護材３にレーザが照射された際に、ガラス２のレーザ加工が可能であることが前提条件である。
【００３０】
接着剤３３、３４の材質は、例えば、ゴム系、シリコーン系、アクリル系などが挙げられる。接着剤３３、３４の材質は、仮接着または剥離可能なものである。
【００３１】
ガラス２に塗られる接着剤３３の接着範囲は、ガラス２におけるレーザ加工される部分よりも大きい必要がある。
【００３２】
接着剤３３、３４の厚さは、使用する材質の粘着力によるが、２０μｍ以下であることが望ましい。接着剤３３、３４の粘着力は、ガラス２と基材３１、基材３１と基材３２との密着性がある程度の力であればよい。接着剤３３、３４の粘着力は、０．０５〜１．０Ｎ／２０ｍｍが望ましい。
【００３３】
基材３１、３２のそれぞれの材質および厚さは、互いに同一である必要はない。また、接着剤３３、３４の材質および厚さは、互いに同一である必要はない。特に、基材３１、３２の組合せは、基材３１、３２の厚さが互いに異なってもよい。基材３１、３２、接着剤３３、３４のそれぞれは、全体に渡って厚さが均一であることが望ましい。
【００３４】
次に、ガラス２に微細穴を形成するレーザ加工方法について説明する。図５はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法を用いてガラス２に加工穴２１としてとまり穴を形成する様子を示す図、図６はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法を用いてガラス２に加工穴２１として貫通孔を形成する様子を示す図である。まず、ガラス２への保護材３の接着方法について説明する。保護材３をガラス２の片面または両面に接着する（保護材形成工程）。ガラス２にとまり穴加工またはスクライブ加工を行う場合には、ガラス２の片面にのみ保護材３を接着し、ガラス２に貫通孔加工または切断加工を行う場合には、ガラス２の表面および裏面の両方に保護材３を接着する。ガラス２に貫通孔加工または切断加工を行う場合には、表面だけでなく裏面にも溶融物４や飛散物５が付着して、剥離が困難となるからである。
【００３５】
ガラス２の裏面に接着された保護材３の厚さは、ガラス２の表面に接着された保護材３の厚さ以下でよい。
【００３６】
ガラス２への保護材３の接着方法としては、予め基材３１、３２に接着剤３３、３４を付着した保護材３を手動でＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌなどでガラス２に貼り付ける方法や、上から基材３２、接着剤３４、基材３１、接着剤３３、ガラス２の順に重ねた状態で真空ラミネータによって接着する方法などが挙げられる。この場合、接着剤３３、３４として、接着シートを用いてもよい。
【００３７】
ガラス２に保護材３を接着するときの注意点としては、ガラス２と保護材３との間に気泡やほこりなどのごみ（異物）が入らないようにすることが挙げられる。図７は保護材３とガラス２との間に気泡６およびごみ７が入った状態でガラス２に加工穴２１としてとまり穴を形成する様子を示す図、図８は図７における加工穴２１の形成後のガラス２を示す平面図である。気泡６やごみ７がガラス２と保護材３との間に入ると、ガラス２と保護材３との隙間に、レーザ加工時のガラス２の溶融物４および飛散物５が入ってしまい、その溶融物４および飛散物５がガラス２の表面に溶着する。この場合、保護材３がガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防止する機能が十分に果たされない。そのため、基材３１、３２に接着剤３３、３４が既に付着している保護材３を用いる場合には、接着剤３３、３４が基材３１、３２の全面に塗られたものを用いる。
【００３８】
ガラス２への保護材３の接着時におけるガラス２の反りを抑制するためには、保護材３の厚さがガラス２よりも厚くなる場合には、ガラス２に対して、基材を１つずつ接着させる。
【００３９】
次に、保護材３およびガラス２にレーザを照射するレーザ加工方法について説明する。図９はこの発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置１００を示す斜視図である。レーザ加工装置１００は、レーザ１０１を出力するレーザ発振器１０２と、レーザ発振器１０２から出力されたレーザ１０１を調整するビーム調整光学系１０３と、ビーム調整光学系１０３で調整されたレーザ１０１を反射させる導光ミラー１０４と、導光ミラー１０４で反射したレーザ１０１のプロファイルを成形するマスク１０５と、マスク１０５によって成形されたレーザ１０１を集光する集光レンズ１０６と、集光レンズ１０６で集光されたレーザ１０１が照射される保護材付ガラス１を支持するステージ台１０７と、ステージ台１０７を搬送する搬送装置（図示せず）とを備えている。レーザ発振器１０２、ビーム調整光学系１０３、導光ミラー１０４、マスク１０５および集光レンズ１０６からレーザ照射装置１０８が構成されている。
【００４０】
ビーム調整光学系１０３は、レーザ１０１のビーム径の大きさの調整およびレーザ１０１のビーム形状の成形を行う。ビーム調整光学系１０３は、凹レンズおよび凸レンズの組合せによって構成されている。楕円ビームなどのビーム成形を行う光学系には、シリンドリカルレンズ、プリズム、回折光学素子などを使用することができる。
【００４１】
マスク１０５は、銅などの材料から構成されている。マスク１０５の中心には、マスク１０５に照射するレーザ１０１のビーム径よりも小さい円または楕円などの形状の貫通孔が形成されており、レーザ１０１がマスク１０５を通過することによって、レーザ１０１が貫通孔の形状に成形される。なお、レーザ照射装置１０８は、マスク１０５を備えなくてもよい。
【００４２】
マスク１０５によって成形されたレーザ１０１を集光レンズ１０６により保護材付ガラス１のレーザ入射面に集光して、ステージ台１０７を走査することで、ガラス２に対して微細な加工穴２１を形成する（レーザ加工工程）。図９では加工穴２１としてとまり穴を形成するとまり穴加工の様子を表しているが、貫通孔加工および切断加工にも適用することができる。
【００４３】
ガラス２に照射されるレーザ１０１についてのガラス２に対する相対的な走査については、ステージ台１０７を固定し、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなどによりレーザを走査しても同様の効果が得られる。この場合、集光レンズのｆθレンズを用いて照射するのがよい。
【００４４】
レーザ１０１の集光位置は、保護材３の表面、保護材３の内部、ガラス２の表面、ガラス２の内部のいずれでもよく、形成する加工穴の大きさや深さによって調整される。
【００４５】
レーザ加工には、アシストガスを用いてもよい。アシストガスとは、レーザ加工時の溶融物４の剥離およびサンプルの冷却の他に、集光レンズ１０６への溶融物４の付着防止のために用いられる保護ガスのことである。アシストガスとしては、空気、窒素、アルゴンガスなどが挙げられる。アシストガスの流し方としては、集光レンズ１０６とガラス２との間に流す方法、ノズルを用いてレーザ１０１と同軸上に流す方法などが挙げられる。
【００４６】
ガラス２の微細穴加工用レーザとしては、ガラス２の吸収域である波長を有するレーザ１０１がよく、特に、パルスＣＯ2レーザがよい。ＣＯ2レーザは、固体レーザと比較して、ランニングコストが安く、信頼性の観点においても利点がある。また、パルスレーザは、連続発振（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）のレーザに比べて、時間的に集中してエネルギーを照射することができる。このことから、より深い加工を局所的に行うことが可能である。特に、微細穴を形成するのに適している。
【００４７】
レーザ発振器１０２には、ゲインスイッチによってパルスを発生する三軸直交型ＣＯ2レーザ発振器を用いるのがよい。三軸直交型では、ガス流路の断面積が大きくなり、低ガス圧・低ガス流速であっても高出力が得られる。また、ゲインスイッチによってパルスを発生させる方式は、励起放電を断続的に動作させ、単パルス発振後に放電電極間に残った消耗ガスを新しいレーザガスで充填し、次の励起放電で次のパルスを発生させることで、パルス発振を行い、ピーク出力が高くなる。ガラス微細穴加工用レーザとしては、ランニングコストが安く、ゲインスイッチによってパルスを発生させる高ピーク・短パルスの三軸直交型ＣＯ2レーザを用いるのが適している。
【００４８】
加工対象であるガラス２は、脆性材料であり、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、アルカリガラス、無アルカリガラスまたは合成石英などの種類がある。本発明のガラス２のレーザ微細穴加工においては、加工対象のガラス２の材質は、レーザ波長の波長域において光吸収域を有していなければ加工することができない。ガラス２としては、特に、使用するＣＯ2レーザの波長に対してレーザ１０１を吸収するガラス２が適している。
【００４９】
レーザ１０１の照射は、貫通孔加工または切断加工の場合には、ガラス２の表面および裏面の何れか一方、または、ガラスの表面および裏面の両方から照射してもよい。また、貫通孔加工または切断加工の場合には、照射される側とは反対側である裏面部分をステージ台１０７に接触させない状態にして加工を行う。これは、貫通孔加工または切断加工の際に、ガラス２の溶融物４がガラス２の表面側から裏面側に向かって加工穴２１を通過するが、ガラス２の裏面がステージ台１０７に接触している場合には、ガラス２の溶融物４が加工穴２１を通過し難い状態となり、保護材３だけでなく、ガラス２の裏面の加工穴２１の周囲に溶融物４が付着する場合があるからである。また、熱が排出され難くなり、ガラス２に熱影響層が形成されたり、クラック２２が発生したりする場合があるからである。
【００５０】
図１０は反りがある状態でレーザ１０１が照射された保護材付ガラス１を示す断面図、図１１は図１０の保護材付ガラス１から保護材３が除去された場合のガラス２を示す平面図、図１２は図１１のガラス２を示す断面図である。図１０から図１２では、加工穴２１として貫通孔を形成する場合について示している。保護材付ガラス１に反りがある場合には、ガラス２の表面に対するレーザ１０１の焦点位置が加工位置によって異なるため、加工穴２１の大きさにばらつきが発生し、また、加工穴２１の形状が真円ではなく楕円となる部分が発生する。また、加工穴２１がガラス２の表面に対して傾斜するという加工のばらつきの問題が生じる。これにより、ガラス２の表面に対して傾斜した貫通孔２１Ａが形成されてしまう。また、加工穴２１の深さのばらつきが生じて、一部の加工穴２１がガラス２の表面に対して斜めに形成されてしまい、場合によっては貫通孔が形成されずに、ガラス２の表面に対して傾斜したとまり穴２１Ｂが形成されてしまうといった問題も生じる。特に、ガラス２のレーザ加工における閾値付近でのエネルギー密度の場合に生じ易い。
【００５１】
図９に示すように、ステージ台１０７は、平面度が高く水平なものが適している。保護材３が２つ以上の複数の基材３１、３２から構成される場合でも、保護材付ガラス１が少し反る場合がある。特に、７５μｍ以下の薄板形状のガラス２では、保護材３の厚みによって反る場合がある。ただし、この場合には、保護材３をガラス２から剥離することによって、ガラス２は、割れずに平らになる。保護材付ガラス１をステージ台１０７に反りを低減した状態で固定することで、この問題が解決される。
【００５２】
保護材付ガラス１を水平に固定する方法としては、図１３に示すように、大きめの保護材３をガラス２だけでなく、ステージ台１０７にも接着する方法、または、図１４に示すように、保護材付ガラス１の周囲全部または半分以上を固定テープ８で固定する方法、または、図１５に示すように、ステージ台１０７の上にねじを用いて固定治具９を設けて、ガラス２の加工予定範囲以外の部分に対してステージ台１０７に向かって押し付けることで固定する方法などが挙げられる。なお、図１５に示す方法以外の方法によって、ガラス２の加工部分以外の部分を固定治具で数ヶ所を押し付ける方法であってもよい。例えば、図１６に示すように、ステージ台１０７に形成された吸引孔１２７から空気を吸引することによって、ステージ台１０７に加工部分以外の周囲を真空吸着して固定する方法、または、図１７に示すように、ステージ台１０７に形成された吸引孔１２７から空気を吸引することによって、加工部分と接触しないステージ台１０７の中空部分１１７を僅かに吸引して固定する方法が挙げられる。図１３から図１７には、何れも貫通孔加工を行う場合のステージ台１０７が示されている。
【００５３】
レーザ加工時に、ガラス２の溶融物４および飛散物５をガラス２の内部から外部へ排出するためには、保護材３を加工する必要がある。保護材３は、ガラス２と同時に加工するか、または、先に保護材３を加工した後に、次にガラス２を加工する。そのため、レーザ加工では、加工対象の材質がレーザ波長の波長域において光吸収域を有しなければ加工することができない。保護材３には、特に、ＣＯ2レーザの波長に対してレーザ光を吸収する材質が適している。使用するＣＯ2レーザの波長は、９．０μｍ〜１１．０μｍであることが好ましい。
【００５４】
次に、ガラス２から保護材３を剥離する方法について説明する。レーザ加工後にガラス２から保護材３を剥離することで（保護材剥離工程）、加工時に発生したガラス２の溶融物４および飛散物５が除去される。レーザ加工後のガラス２からの保護材３の剥離方法としては、作業者が手で保護材３を剥離する方法、保護材３の端をロールなどの治具を用いて剥離する方法などが挙げられる。
【００５５】
本発明では、保護材３からガラス２への過度の応力の発生を防ぐために、一度に全ての保護材３を剥離するのではなく、複数の基材３１、３２を１つずつ剥離する。この方法によって、保護材３の剥離時におけるガラス２のクラック発生が低減される。
【００５６】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法によれば、厚さが３００μｍ以下の薄いガラス２へのレーザ加工において、２つ以上の複数の基材３１、３２を有する保護材３を用いることで、反りの影響を抑制しつつ、保護材３が耐熱性を得るのに必要な厚さを維持することができ、高エネルギー密度条件下でもガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防ぐことができる。さらに、保護材付ガラス１の反りをステージ台１０７へ平らに固定することによって、より低減させることができ、均一な加工形状を得ることができる。また、基材３１、３２を１つずつ剥離するので、保護材３の剥離時に、ガラス２にクラック２２が発生することを低減させることができる。
【００５７】
実施の形態２．
この実施の形態では、高エネルギー密度の条件が２００Ｊ／ｃｍ2以上となっている。低エネルギー密度条件下では、加工穴２１の周囲に熱影響層が形成される。熱影響層を低減させるためには、高エネルギー密度のレーザ１０１を用いる必要がある。
【００５８】
また、穴あけ加工においては、エネルギー密度の高い方が加工穴２１のテーパは高くなる。そのため、ガラス２のレーザ加工においては、高エネルギー密度のレーザ１０１による加工が望ましい。
【００５９】
パルスＣＯ2レーザにより、厚さが１００μｍのホウ珪酸ガラスに対して、直径約７０μｍの微細穴を加工する例について説明する。レーザ１０１の照射条件は、エネルギー密度が５００Ｊ／ｃｍ2である。基材３１、３２は、ポリエチレンテレフタレートから構成されている。
【００６０】
基材３１、３２の厚みは、保護材３にレーザを照射した際に、ガラス２を加工可能であることを前提条件として、基材３１、３２の厚みを１００μｍ未満にするのが望ましい。
【００６１】
保護材付ガラス１の反り防止対策方法としては、ステージ台１０７にガラス２の加工部分以外の部分を真空吸着することで固定した。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６２】
従来のように、厚さ１００μｍの１つの基材からなる保護材３を用いて、ガラス２へ接着した後に加工穴２１として貫通孔を形成した場合には、ガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防止することができた。しかしながら、ガラス２から保護材３を剥離する際に、加工穴２１の周囲およびガラス２に対して、クラック２２が発生した。
【００６３】
これに対して、それぞれの基材３１、３２の厚さを５０μｍとし、２つの基材３１、３２からなる厚さ１００μｍの保護材３を用いて、厚さ１００μｍのガラス２に用いた場合には、従来の場合と同様に、ガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防止することができた。また、基材３１、３２を１つずつ剥離したため、ガラス２には、クラック２２が発生しなかった。
【００６４】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るレーザ加工方法によれば、２００Ｊ／ｃｍ2以上の高エネルギー密度加工条件下において、保護材３の剥離時におけるクラックの発生を抑制でき、かつ、ガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防止することができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態２では、それぞれの厚さが同一の基材３１、３２を有する保護材３の構成について説明したが、それぞれの厚さが互いに異なる基材３１、３２を有する保護材３の構成であってもよい。例えば、厚さが４０μｍの基材３１と、厚さが６０μｍの基材３２とを有する保護材３であってもよい。
【００６６】
また、上記実施の形態２では、それぞれの基材３１、３２の厚さの合計値が１００μｍである保護材３の構成について説明したが、それぞれの基材３１、３２の厚さの合計値が１００μｍ以外であってもよい。例えば、厚さが５０μｍの基材３１と、厚さが７５μｍの基材３２とを有する保護材３の構成であってもよい。この場合でも、保護材３を剥離する時にガラス２にクラックが発生することが抑制され、かつ、ガラス２への溶融物４および飛散物５の付着を防止することができ、ガラス２の均一な加工が可能となる。
【００６７】
また、上記実施の形態２では、２つの基材３１、３２を有する保護材３の構成について説明したが、３枚以上の基材を有する保護材３の構成であってもよい。例えば、厚さが３０μｍの基材を３枚有する保護材３の構成であってもよい。
【００６８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３では、接着剤３３、３４が水溶性である点で、実施の形態１に記載の発明と相違する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６９】
ガラス２に付着される接着剤３３は、ガラス２と基材３１とを十分に接着する必要がある。接着剤３３が水溶性である場合であっても、気泡６およびガラス２の溶融物４がガラス２と基材３１との間に入らないように十分な密着性があればよい。
【００７０】
接着剤３３、３４が水溶性であるので、基材３１、３２は、水洗いによってガラス２から剥離される。これにより、基材３１、３２をガラス２から剥離する際に、ガラス２にクラック２２が発生することが抑制される。また、保護材付ガラス１がレーザ加工可能であれば、基材３１、３２および接着剤３３、３４を含めた保護材３の厚さは、特に限定されない。接着剤３３、３４が水溶性であるので、基材の枚数が１枚である保護材３の構成であってもよい。この場合、基材の形状が板形状であってもよい。
【００７１】
水溶性の接着剤３３、３４としては、ポリビニルアルコールまたはメチルセルロースなどが挙げられる。
【００７２】
なお、接着剤３３、３４だけでなく、保護材３全体が水溶性であってもよい。保護材３が水溶性である場合でも、水洗いによってガラス２から保護材３を除去する際に、ガラス２にクラック２２が発生することを抑制することができる。この場合のガラス２への保護材形成方法としては、スピンコートなどが挙げられる。加工されるガラス２の面に予め保護材３を成膜し、加工後に保護材付ガラス１を洗浄することで、溶融物４ごと膜をガラス２から剥離される。保護材３が水溶性であることによって、成膜の簡易性と環境面とにおいて望ましい。
【００７３】
また、全ての接着剤３３、３４が水溶性でなくてもよい。例えば、接着剤３３（図１）のみが水溶性であってもよい。この場合であっても、保護材付ガラス１を洗浄することによって、基材３１と基材３２とをまとめてガラス２から剥離することができる。また、例えば、接着剤３４（図１）のみが水溶性であってもよい。この場合には、保護材付ガラス１を洗浄することによって、基材３２が基材３１から剥離され、その後、基材３１をガラス２から剥離する。
【００７４】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るレーザ加工方法によれば、接着剤３３、３４が水溶性であるので、水洗いによって保護材３をガラス２から剥離することができる。その結果、保護材３をガラス２から剥離する際に、ガラス２に加えられる応力が低減され、レーザ加工時および保護材３の剥離時にガラス２にクラック２２が発生することを防止することができる。
【００７５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４では、複数の基材を有する保護材３のガラス２への形成方法であって、各基材のガラス２への形成方向が異なることを特徴とする保護材３のガラス２への形成方法について説明する。
【００７６】
レーザ加工によってガラス２を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程では、ガラス２の表面だけでなく裏面からも溶融物４および飛散物５が発生するため、必ずガラス２の両面に保護材３を貼り付ける。保護材３は、レーザ加工時に発生する熱影響層およびクラック２２を低減する効果もある。
【００７７】
図１８はこの発明の実施の形態４に係る保護材付ガラスを示す側面図である。図６に示すようにガラス２の両面のそれぞれに２つの基材を有する保護材３を形成してもよいが、図１８に示すように、この実施の形態４では、ガラス２の裏面（第２面）２３に形成された保護材３が１つの基材３１を有する。
【００７８】
この実施の形態４では、ガラス２の裏面２３側からレーザを直接照射してガラス２を加工しないので、ガラス２の裏面２３に形成される保護材３は、ガラス２の表面（第１面）２４に形成される保護材３ほどの耐熱性は要求されない。そのため、ガラス２の裏面２３に形成される保護材３は、１つの基材３１を有する構成としてもよい。
【００７９】
ガラス２の両面に保護材３を形成することは、ガラス２への汚れの付着または傷の発生を防止することができるので、ガラス２の強度を損なわない効果もある。
【００８０】
ガラス２は、同じ脆性材料であるシリコーンに比べてヤング率が半分以下の値である。そのため、保護材３の膜厚が大きい場合、ガラス２への保護材形成時にガラス２が保護材３に引っ張られて反りやすい。そのため、図１、図５、図６、図１８に示すように、複数の基材から構成された保護材３を形成する際には、基材を一枚ずつ貼り付けるのが望ましい。
【００８１】
例えば、同じ厚さの保護材３で、一枚の基材から構成された保護材３と、複数の基材から構成された保護材３とを比較した場合、複数の基材を一枚ずつ貼り付けてガラス２に形成した保護材３の方が、隣り合う基材と基材との間にある接着剤層において応力を緩和することができる。そのため、保護材３が形成されたガラス２の反りを抑制することができる。
【００８２】
図１９は図１８のガラス２に接着剤が塗布された基材３１を貼り付ける様子を示す平面図、図２０は図１９の基材３１に接着剤が塗布された基材３２を貼り付ける様子を示す平面図である。以上の説明では、厚さが大きい１つの基材から構成された保護材３を複数の基材から構成された保護材３に置き換えることによって、保護材３によってガラス２に加えられる応力が緩和する方法について記載したが、さらに、保護材３の構成以外に、ガラス２への保護材３の形成方法によっても、ガラス２に加えられる応力を緩和することができる。
【００８３】
２枚の基材３１、３２から構成された保護材３をガラス２に形成する場合、ガラス２に形成した１枚目の基材３１の形成方向Ａと、次に形成する基材３２の形成方向Ｂとが異なるように保護材３をガラス２に貼り付ける。この例で、基材の形成方向とは、基材の貼り付け方向である。
【００８４】
１枚目の基材３１の形成方向と２枚目の基材３２の形成方向とができるだけ互いに直交するように基材を貼り付けることが望ましい。
【００８５】
ガラス２に基材３１を形成する場合、ガラス２と基材３１との間に気泡が発生しないようにするため、基材３１またはガラス２へ接着剤３３を塗布した状態で、ガラス２に基材３１を押し付ける。特に、手動でガラス２に基材３１を形成する場合、基材３１が引っ張られて形成されることがあり、ガラス２への応力が発生する。この応力を緩和するために、１枚目の基材３１の形成方向と２枚目の基材３２の形成方向とができるだけ直交するように基材を貼り付ける。
【００８６】
接着剤３３、３４および基材３１、３２のそれぞれは、厚さ方向の寸法が全体に渡って均一なものが用いられる。接着剤３４は、基材３２における基材３１側の面または基材３１における基材３２側の面に塗られる。接着剤３４は、加工時に基材３２が基材３１から剥離しない程度の粘着力のあるものでよく、応力緩和のためには粘着力がそれほど強くなくてもよい。ただし、基材３１と基材３２とが同時に剥がれないようにするために、接着剤３３の粘着力よりも接着剤３４の粘着力が強くなってはいけない。
【００８７】
接着剤３３の粘着力が弱い場合、気泡または埃などの異物が基材３１とガラス２との間に入らないようにガラス２に保護材３を接着しても、レーザ加工時に保護材３がガラス２から剥がれてしまい、保護材３とガラス２との間の隙間に溶融物４または飛散物５が入り込むため、接着剤３３の粘着力は、０．０５〜１．０Ｎ／２０ｍｍが望ましい。
【００８８】
接着剤３３および接着剤３４は、互いに異なる種類の材料から構成されている。
【００８９】
ガラス２に接着される基材３１（第１基材）の厚さ方向の寸法は、基材３１に付着される基材３２の厚さ方向の寸法よりも小さい方がよい。基材３１がガラス２に接着されるので、ガラス２に与える応力が大きい。ガラス２に与える応力を緩和するためには、基材３１の厚さ方向の寸法を基材３２の厚さ方向の寸法よりも小さくする方がよい。また、貫通孔または切断加工を行う場合には、ガラス２の裏面２３に形成される保護材３の基材３１も、ガラス２に接着されるので、厚さ方向の寸法を小さくする方がよい。また、同じ理由で、基材３２の剛性を基材３１の剛性よりも弱くしてもよい。なお、３個以上の基材が重ねられた保護材３の場合、ガラス２に最も近くに形成された基材３１の厚さ方向の寸法は、基材３１よりもガラス２から離れて形成された基材の厚さ方向の寸法よりも小さくする。
【００９０】
基材３２の材質は、基材３１の材質よりも耐熱温度が高いものが用いられる。基材３２にはレーザが照射されるので、基材３２は基材３１よりも多く消失される。そのため、保護材３の耐熱性を良くするためにも基材３２は耐熱性が高いものが用いられる。基材３１および基材３２は、互いに異なる種類の材料から構成されている。
【００９１】
保護材３の大きさは、基材３１、３２の剥離のし易さに影響する。例えば、図１に示すようにガラス２の表面に二つの基材３１、３２を有する保護材３が形成されている場合、基材３２の大きさが基材３１の大きさよりも小さい方が望ましい。ここで、保護材３の大きさとは、保護材３を上方から視た場合の面積である。基材３２が基材３１よりも大きい場合、基材３２の剥離時に基材３１が基材３２に接着したまま一緒にガラス２から剥離される可能性がある。この場合、一枚の厚い保護材３を剥離することと同じことになるので、ガラス２に接着されている基材３１よりも基材３１に接着されている基材３２の方を小さくする。
【００９２】
また、複数の基材を有する保護材３は、各基材を剥離し易くするために基材の端部に折り目を設けたり、基材の端部に接着剤のない部分を設けたりしてもよい。
【００９３】
なお、基材および接着剤は、上述したような保護材の形成方法に限定されず、その他の方法であってもよい。
【００９４】
また、保護材形成工程において、図２１に示すように、ガラス２の表面２４および裏面２３に貼り付けられる一対の保護材３は、ロールを用いて同時にガラスに貼り付けられてもよい。図２１では、保護材３が取り付けられたシート２０１、シート２０１を巻き取るロール２０２、シート２０１を送り出すロール２０３およびシート２０１を案内する複数のロール２０４を有する保護材貼付装置を一対備え、互いに対向するシート２０１の部分の間にガラス２を挿入し、互いに対向するシート２０１の部分の送り出し方向とガラス２の移動方向Ｃとを一致させて、ガラス２の表面２４および裏面２３に保護材３を貼り付ける。
【００９５】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係るレーザ加工方法によれば、ガラス２への各基材の形成方向を変えることでガラス２に加えられる応力を緩和することができるので、ガラス２のクラックまたは割れの発生が低減され、均一に加工穴をガラス２に形成することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月8日(2015.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るレーザ加工方法は、ガラスの両面に保護材が重ねられるように保護材をガラスに形成する保護材形成工程と、保護材形成工程の後に、保護材とともにガラスにレーザを照射してガラスを加工するレーザ加工工程と、レーザ加工工程の後に、ガラスから保護材を剥離する保護材剥離工程とを備え、保護材形成工程では、ガラスの両面における一方の面である第１面に形成された保護材の厚さ方向の寸法が、ガラスの両面における他方の面である第２面に形成された保護材の厚さ方向の寸法以上である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスの両面に保護材を形成する保護材形成工程と、
前記保護材形成工程の後に、前記保護材とともに前記ガラスにレーザを照射して、前記ガラスに加工穴を形成するレーザ加工工程と、
前記レーザ加工工程の後に、前記ガラスから前記保護材を剥離する保護材剥離工程と
を備え、
前記保護材形成工程では、前記ガラスの両面における一方の面である第１面に形成された前記保護材の厚さ方向の寸法が、前記ガラスの両面における他方の面である第２面に形成された前記保護材の厚さ方向の寸法以上であることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記保護材形成工程では、前記第１面に複数の基材を有する前記保護材を形成し、前記第２面に１枚以上の基材を有する前記保護材を形成し、
前記レーザ加工工程では、前記ガラスの前記第１面にレーザを照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザは、パルスＣＯ２レーザであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記保護材形成工程において、複数の前記基材における互いに隣り合う一対の前記基材は、貼り付け方向が互いに異なることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記保護材形成工程において、複数の前記基材における前記ガラスに最も近くに形成された前記基材である第１基材の厚さ方向の寸法は、前記第１基材よりも前記ガラスから離れて形成された前記基材の厚さ方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
複数の基材を有する前記保護材におけるそれぞれの前記基材は、互いに異なる種類の材料から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記ガラスと前記基材との間に設けられる接着剤および隣り合う前記基材の間に設けられる接着剤は、互いに異なる種類の材料から構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記レーザ加工工程で形成される加工穴は、前記ガラスを貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記保護材形成工程において、前記ガラスの両面に貼り付けられる一対の前記保護材は、ロールを用いて同時に前記ガラスに貼り付けられることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のレーザ加工方法。
【国際調査報告】
2015072259.tif 000024
2015072259.tif 000025
2015072259.tif 000026
2015072259.tif 000027