JP5064711B2 - ガラス基板の切断方法及び光学フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板の切断時に発生するクラック長を一定以下とすることにより、切断後のガラス基板の曲げ強度を従来の切断方法と比較して向上することができる薄板ガラス基板の切断方法に関する。

光学フィルタ等のガラス基板の切断方法としては、定盤などの支持台によってガラス基板を支持し、超硬製のスクライブローラによって線状のスクライブ溝を形成した後、スクライブ溝を形成した部分を反対側から押圧し、その押圧力によってスクライブ溝の底部を起点とした亀裂を厚さ方向に成長させることにより切断する、スクライブ切断法が用いられている。

その他のガラス基板の切断方法として、ダイシングブレードを用いた方法がある。この方法では、ガラス基板の切断予定線上にＶ溝（傾斜面）を形成した後、反転する。そして同様に反対面の切断予定線上に同様のＶ溝を形成した後、Ｖ溝に沿ってフルカットする。（特許文献１、特許文献２）
特開平９-１４１６４６号公報 特開２００４−１４２４２８号公報

近年のデジタルカメラ等の光学機器の小型・薄型化に伴い、これらに用いられる光学フィルタ等のガラス基板は、より薄いものが求められている。光学フィルタ等のガラス基板は、光学機器や他部材との張り合わせにより固定されて用いるため、薄板化に伴う曲げ強度の低下は特に問題とされておらず、従来の切断方法では考慮もされていなかった。しかし、ガラス基板が薄くなると、特に曲げ強度が低くなり、製造工程の搬送時や製品組み込み時のちょっとした力の作用により破損するという問題が顕在化してきた。

ガラス基板の曲げ強度を向上させる方法として、物理強化（風冷強化）や化学強化を行うことが一般的に知られている。しかし、ガラス基板の板厚が非常に薄い場合、風冷強化を行ったとしても圧縮応力層を十分に入れることができず、曲げ強度を向上させることは難しい。圧縮応力層の形成が可能な場合でも、薄板のガラス基板では表裏の応力バランスを均等にすることが難しく、反りの原因となるため光学的または機械的面精度を要求される用途には適用できない。
また、光学フィルタはそのガラス組成により特定波長の選択性等の機能を発揮している。そのため、化学強化を行うことでガラス組成が一部置換されると、光学フィルタとしての機能に影響が出ることが予想される。よって、化学強化を光学フィルタ等のガラス基板に採用することは難しい。

前述のスクライブ切断法の場合、回転自在に軸支されたスクライブローラをガラス基板に向けて圧力を加えた状態で板面方向に走行させて、スクライブ溝を形成するものである。しかし、スクライブローラの微妙な軸振れ、軸倒れなどが発生しやすく、例えばスクライブ溝からガラス基板の板面方向に伸びるクラックが発生しやすいという問題点がある。また、切断の後工程の研磨工程にて生じる端面の欠けの発生を抑制するため、研磨工程の前工程で芯取機を用いた稜線部面取加工が一般的に行われている。しかし、稜線部面取加工は４辺８稜線に対して行う必要があり、加工に多くの時間を要するという問題点がある。

特許文献に記載のダイシングブレードを用いた切断方法の場合、Ｖ溝を形成することにより、切断時のチッピングを防ぐ効果があるとされている。しかし、切断面に生じるクラックとガラス基板の曲げ強度との関係については一切開示されていない。

本件はこのような背景のもと成されたものであり、従来問題とされていなかった光学フィルタ等のガラス基板の曲げ強度について、切断方法を工夫することで向上させることを目的とする。

本発明者は、ダイシングブレードを用いたガラス基板の切断方法であって、特にＶ溝形成面に発生するクラックに着目し、そのクラックの大きさを極力小さくすることで、ガラス基板の曲げ強度を向上できると考えた。

本発明は、ガラス基板の一方面の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝を形成し面取加工された第１のＶ溝形成面を形成する工程と、一方面の反対面の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝を形成し面取加工された第２のＶ溝形成面を形成する工程と、一方面及び一方面の反対面に前記第１および第２のＶ溝形成面を形成した後、前記Ｖ溝の溝幅より薄いダイシングブレードで前記第１および第２のＶ溝形成面が稜線部として残るようにガラス基板を切断する工程とを有し、前記断面Ｖ字型ダイシングブレードは、平均砥粒径が１３μmないし２８μｍであり、かつレジンボンドブレードもしくはレジン−メタルボンドブレードもしくはメタルボンドブレードであり、前記Ｖ溝形成面のクラック長の最大値を０．０２ｍｍ以下とすることを特徴とするガラス基板の切断方法である。これにより、ガラス基板の曲げ強度低下の要因であるＶ溝形成面のクラックが小さいため、一定以上の曲げ強度を得ることができる。

また、前記断面Ｖ字型ダイシングブレードの平均砥粒径が２８μｍ以下で、かつレジンボンドブレードもしくはレジン−メタルボンドブレードもしくはメタルボンドブレードである。
これにより、ガラス基板のＶ溝形成面のクラックを小さくすることができる。また、断面Ｖ字型ダイシングブレードに固定される砥粒は樹脂もしくは金属粉末にて固定されることにより砥粒保持力が弱く、砥粒のガラス基板への当たりが柔軟であるため、Ｖ溝形成面のクラックを小さくすることができる。

また、前記ガラス基板の厚さは０．１〜１．０ｍｍである。
これにより、物理強化が難しい薄板のガラス基板の切断に対して、好適に用いることができる。

また、前記ガラス基板は光学フィルタである。
これにより、化学強化の適用が難しい光学フィルタ用途のガラス基板の切断に対して、好適に用いることができる。

本発明によれば、ガラス基板の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝（傾斜面）を形成する際、Ｖ溝形成面のクラック長の最大値を０．０２ｍｍ以下とすることにより、従来のガラス基板の切断方法と比較して、切断後のガラス基板の曲げ強度を向上させることが可能である。

図１は、本実施形態の切断方法を含むガラス基板の製造方法の一実施形態を示した流れ図である。
以下、ガラス原料からガラス製品に至る工程の流れを図１に従って簡単に説明する。まず、ガラス原料を溶融、成形して平板状のガラス板を得る（ガラス板成形工程）。このガラス板に対し研磨を行い、鏡面にまで仕上げ（研磨工程）、ガラス板を洗浄して研磨剤や研磨屑を十分に除き乾燥する（第１の洗浄・乾燥工程）。こうして得られたガラス板の研磨面に対して、必要に応じて反射防止膜や近赤外線カット膜などの成膜を行う（成膜工程）。次いで、ガラス板を所定の寸法に切断する（切断工程）。切断を行う際、ガラス基板端面の稜線部面取加工も同時に行う。そして、ガラス基板を洗浄して切断屑を十分に除き乾燥する（第２の洗浄・乾燥工程）。これによりガラス製品を得る。

ガラス板成形工程は、調合したガラス原料をガラス溶融炉で溶融し、溶融ガラスをガラス溶融炉から成形型に流出して板状のガラスに成形する。もしくはブロック状のガラスに成形したのち、板状に切断する。

研磨工程は、所定の寸法のガラス基板に切断する前の比較的大きい寸法のガラス板の状態で行うことにより、研磨工程を安定に進めることができ、良好な研磨面を得ることができる。この研磨工程はたとえば粗研磨、中研磨および鏡面仕上げの各段階に分けて行うことにより、良好な寸法精度と良好な仕上げ面とを得ることができる。

第１及び第２の洗浄・乾燥工程は、研磨に用いた研磨剤、研磨屑や切断屑を洗浄によって除去する。たとえばガラス板を１枚ずつ間隔を設けて保持する保持部を有するかごに収容して保持し、このかごを順次超音波洗浄槽に浸漬して洗浄し、最終的にはＩＰＡ洗浄し乾燥する方法を用いることができる。

成膜工程は、研磨され洗浄・乾燥されたガラス板の板面に、必要に応じて反射防止膜や近赤外線カット膜等の薄膜を成膜する工程である。固体撮像素子に用いられるカバーガラスや視感度補正フィルタなどの光学フィルタには、入射光の反射損失低減のための反射防止膜を真空蒸着装置やスパッタリング装置などにより成膜する。またカバーガラスに近赤外線カット膜を成膜し、これにより視感度補正フィルタを省略する場合もある。尚、上記のような薄膜を必要としない光学フィルタの場合、成膜工程は省略してもよい。また、成膜工程は、切断工程後のガラス基板に対して行ってもよい。

ガラス基板の製造方法の一実施形態を示した図１には記載していないが、第２の洗浄・乾燥工程後に、ガラス基板のＶ溝形成面を含む端面に被覆剤を塗布しても良い。被覆剤としては、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、エンチオール系樹脂等のＵＶ硬化樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリシラザンを含む硬化性被覆組成物などを用いることができる。塗布方法は、刷毛塗り、ロールコート、スプレーコート、ディッピングコートなどで行われる。これにより、Ｖ溝形成面のクラックに被覆剤が浸透して硬化するため、クラックの伸長を抑制し、ガラス基板の曲げ強度をより向上させることができる。

次に、本実施形態の切断工程について、図２を用いてより詳細に説明する。
図２（ａ）は、ガラス基板１の一方面（第１ダイシング加工面２）の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレード４で第１ダイシング溝６（Ｖ溝）を形成する工程（第１ダイシング工程）を示す。第１ダイシング工程では、断面Ｖ字型ダイシングブレード４を用いて、所定のカッティングラインに沿って両面に傾斜面を有する第１ダイシング溝６を形成する。この際、第１ダイシング溝６の加工深さは、ガラス基板１を切断しないようガラス基板１の厚さ未満の深さとする。また、ガラス基板１と加工テーブル１１とは、ガラス基板１に紫外線硬化型ダイシングテープ１０を貼着し、紫外線硬化型ダイシングテープ１０を加工テーブル１１に真空吸着することにより固定する。

次に、図２（ｂ）は、ガラス基板１を反転する反転工程を示す。ガラス基板１の反転工程は、一方面の反対面（第２ダイシング加工面３）が加工側となるようガラス基板１を反転する。この際、図３に示すように、第１ダイシング溝６を加工後、加工テーブル１１の真空吸着を解除し、加工テーブル１１から外したガラス基板１に紫外線を照射し、第１紫外線硬化型ダイシングテープ１０１を硬化させて粘着力を低下させる。そして、第１ダイシング加工面２に第２紫外線硬化型ダイシングテープ１０２を貼着した後、ガラス基板１を反転し、粘着力の低下した第１ダイシング加工面２の第１紫外線硬化型ダイシングテープ１０１を除去することにより、ガラス基板１の反転を行う。

次に、図２（ｃ）は、第２ダイシング加工面３に第２ダイシング溝７（Ｖ溝）を形成した後、Ｖ溝の溝幅より薄いダイシングブレード５でガラス基板１を切断する工程（第２ダイシング工程）を示す。第２ダイシング工程を行う前に、第１ダイシング加工面２の第１ダイシング溝６と第２ダイシング加工面３の第２ダイシング溝７にずれが生じないようガラス基板１の位置調整を正確に行うことが重要である。

位置調整は、ガラス基板１を反転後、第１ダイシング加工面２の第１ダイシング溝６を第２ダイシング加工面３側からＣＣＤ等で検出して行う。この際、成膜工程にて反射防止膜を形成した場合は、反射防止膜８が形成されている面を第２ダイシング加工面３とすることにより、第２ダイシング加工面での照射光の反射が少なく、第１ダイシング加工面２の第１ダイシング溝６を明瞭に認識可能となる。これにより、ＣＣＤや目視にてガラス基板１の位置決めを正確に行うことができる。尚、これらの切断工程に用いる切断装置は、スピンドルの先端にダイシングブレードを取り付け、スピンドルを高速回転することにより切断を行うダイシング装置を用いる。

第１及び第２ダイシング工程にて用いられる断面Ｖ字型ダイシングブレードは、平均砥粒径が２８μｍ（メッシュ：＃６００相当）以下であることが好ましい。これにより、ガラス基板のＶ溝形成面に発生するクラック長を小さくすることができ、ガラス基板の曲げ強度を向上することができる。これに対し、平均砥粒径が２８μｍより大きい断面Ｖ字型ダイシングブレードを用いると、ガラス基板のＶ溝形成面に発生するクラック長が大きくなり、ガラス基板の曲げ強度の低下につながる。
また、より細かい平均砥粒径の断面Ｖ字型ダイシングブレードを用いることにより、発生するクラック長をより小さくすることは可能であるが、加工速度が遅くなること及び加工面の熱の影響が大きくなるため、これらを総合的に考慮すると平均砥粒径が１３μｍ（メッシュ：＃１２００相当）までのものが好適に用いられる。尚、本発明におけるガラス基板のＶ溝形成面のクラック長とは、Ｖ溝形成面を起点としてガラス基板の表面（研磨面）や内部に伸びるクラックについて、そのクラックをガラス基板の表面に投影した場合のクラックの長さを指すものである。また、Ｖ溝形成面とは第１及び第２ダイシング工程にて、断面Ｖ字型ダイシングブレードにて形成される切断端面の傾斜面をいうものである。

第１及び第２ダイシング工程にて用いられる断面Ｖ字型ダイシングブレードは、レジンボンドブレードもしくはレジン−メタルボンドもしくはメタルボンドブレードであることが好ましい。レジンボンドブレードとは、砥粒を結合するバインダが樹脂剤よりなるブレードである。また、メタルボンドブレードとは、砥粒と金属粉末とを焼結してなるブレードである。レジン−メタルボンドブレードとは両方を兼ね備えたブレードである。これらのブレードは砥粒保持力が弱く、加工時のガラス基板への当たりが柔軟であるため、Ｖ溝形成面に発生するクラックを小さくすることができる。これに対し、砥粒が電着固定である電着ブレードの場合、台金と砥粒保持力が強く、加工時のガラス基板への当たりが強いため、Ｖ溝形成面に発生するクラックが大きくなるので好ましくない。レジンボンドブレードとメタルボンドブレードを比較すると、レジンボンドブレードの方が砥粒保持力が劣る分、クラック長は小さくなるが、ブレードの寿命は短い。逆に、メタルボンドブレードは砥粒保持力が勝る分、クラック長は大きくなるが、ブレードの寿命は長い。よって、ガラス基板の硝材により、適宜の種類のボンドを選択して用いることができる。尚、砥粒はダイヤモンド等の適宜のものを使用することができる。

本発明で規定するクラックとチッピングの違いについて、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、ガラス基板の端面に発生したチッピングを模式的に示した図である。チッピングは、ガラス基板の切断時もしくはＶ溝形成時に発生する稜線部の面状の欠けをいうものである。チッピングは、ガラス基板の搬送時や製品に組み込まれて使用される際、振動や他部材との接触により、ガラス粉や欠けの問題を生じるものである。図面では、説明の関係で１つのチッピングを示したが、実際は、このようなチッピングが稜線部に多数発生する。
図４（ｂ）は、ガラス基板の端面に発生したクラックを模式的に示した図である。クラックは、ガラス基板の切断時もしくはＶ溝形成時に発生する稜線部の亀裂をいうものである。クラックは、振動や他部材との接触では欠け等の問題を生じるものではないが、ガラス基板に曲げ応力が作用すると、このクラックが伸長することにより、ガラス基板が破断することになる。これに対し、チッピングのみが稜線部に発生したガラス基板に曲げ応力が作用した場合、チッピングからは欠けは発生するものの、ガラス基板を破断に至らしめるような亀裂の伸長は見られない。これは、チッピングはガラス基板の稜線部と平行な方向に発生するものであり、ガラス基板中心方向に欠けが伸長するのは極僅かであるためと考えられる。クラックは、ガラス基板中心方向への亀裂の発生頻度が多く、クラック長はガラス基板の曲げ強度を決定する要因である。

以下の実施例及び各比較例では、ガラス基板として、大きさ３３．７ｍｍ×５０．８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの赤外線カットフィルタガラス（フツリン酸系ガラス）を適用した。ガラス基板の製造工程は、図１に示す流れ図に沿って行われ（但し、成膜工程はなし）、切断工程のみを本発明の切断方法（実施例）及び従来の切断方法（各比較例）にて実施し、切断したガラス基板について曲げ強度を測定した。また、実施例及び各比較例に示す拡大写真は、ガラス基板の表面（研磨面）とＶ溝形成面との境界部分を撮影したものである。

（実施例）
実施例の切断方法は、東京精密製ダイサー装置（A-WD-200T）を用いて、全稜線部を面取加工及び切断加工した。尚、面取加工に用いた断面Ｖ字型ダイシングブレードは、レジン−メタルボンドブレード・＃６００（平均砥粒径：２８μｍ、砥粒種類：ダイヤモンド）を用いた。ガラス基板のＶ溝形成面を顕微鏡で確認したところ、チッピングの発生は確認されたものの、クラックの発生は見られなかった。図５にＶ溝形成面の拡大写真（×５００）を示す。

（比較例１）
比較例１の切断方法は、切断工程をスクライブ切断法にて切断及び芯取機にて稜線部面取加工の２段階で行った。尚、芯取機で用いた研削工具は＃６００の電着ダイヤモンドホイールである。ガラス基板のＶ溝形成面を顕微鏡で確認したところ、チッピング及びクラックの発生が見られた。クラック長の最大値を確認したところ０．０６ｍｍであった。図６にＶ溝形成面の拡大写真（×５００）を示す。

（比較例２）
比較例２の切断方法は、比較例１と同様の切断工程を行った後、更に紙ヤスリ（＃１０００）にて全稜線部をＲ形状に手研磨した。ガラス基板のＶ溝形成面を顕微鏡で確認したところ、チッピングは見られなかったものの、芯取機の稜線部面取加工にて発生したと思われるクラックは完全に除去されていなかった。クラック長の最大値を確認したところ０．０３ｍｍであった。図７にＶ溝形成面の拡大写真（×５００）を示す。

実施例及び各比較例について、ＪＩＳ Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に記載の３点曲げ強さ試験方法を用いて、試験片が破断したときの最大荷重を測定した。表１に試験結果を示す。尚、サンプル数は各１０枚である。

試験結果より、実施例が各比較例に比べて高い曲げ強度を有していることが確認された。比較例２はチッピングは見られなかったが、結果は実施例より劣っていた。これは、Ｖ溝形成面のクラックが破断の起点となったためと考えられる。これに対し、実施例にはチッピングは存在するものの、各比較例よりも破断したときの最大荷重が高かったことから、チッピングの存在が曲げ強度を低くする要因とはならないことが確認された。

本発明によれば、ガラス基板の切断時において、特にガラス基板の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝（傾斜面）を形成する際、Ｖ溝形成面のクラック長の最大値を０．０２μｍ以下とすることにより、従来のガラス基板の切断方法と比較して、切断後のガラス基板の曲げ強度を向上させることができる。

ガラス基板の製造方法の一実施形態を示した流れ図である。 本発明の切断工程を示した流れ図である。 本発明の切断工程における反転工程を示す流れ図である。 ガラス基板の端面に発生したチッピング及びクラックを模式的に示した図である。 実施例に記載の切断方法で切断したガラス基板のＶ溝形成面の拡大写真である。 比較例１に記載の切断方法で切断したガラス基板のＶ溝形成面の拡大写真である。 比較例２に記載の切断方法で切断したガラス基板のＶ溝形成面の拡大写真である。

符号の説明

１…ガラス基板、２…第１ダイシング加工面、３…第２ダイシング加工面、４…断面Ｖ字型ダイシングブレード、５…ダイシングブレード、６…第１ダイシング溝、７…第２ダイシング溝、８…反射防止膜、１０…ダイシングテープ、１１…加工ステージ、２１…チッピング、２２…クラック、２３…Ｖ溝形成面、２４…ガラス基板の表面（研磨面）とＶ溝形成面との境界、１０１…第１紫外線硬化型ダイシングテープ、１０２…第２紫外線硬化型ダイシングテープ。

Claims (4)

1. ガラス基板の一方面の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝を形成し面取加工された第１のＶ溝形成面を形成する工程と、一方面の反対面の切断予定線上に断面Ｖ字型ダイシングブレードでＶ溝を形成し面取加工された第２のＶ溝形成面を形成する工程と、一方面及び一方面の反対面に前記第１および第２のＶ溝形成面を形成した後、前記Ｖ溝の溝幅より薄いダイシングブレードで前記第１および第２のＶ溝形成面が稜線部として残るようにガラス基板を切断する工程とを有し、前記断面Ｖ字型ダイシングブレードは、平均砥粒径が１３μmないし２８μｍであり、かつレジンボンドブレードもしくはレジン−メタルボンドブレードもしくはメタルボンドブレードであり、前記Ｖ溝形成面のクラック長の最大値を０．０２ｍｍ以下とすることを特徴とするガラス基板の切断方法。
2. 前記ガラス基板の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２のガラス基板の切断方法。
3. 前記ガラス基板は、光学フィルタであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガラス基板の切断方法。
4. 請求項１のガラス基板の切断方法にて切断された光学フィルタであって、稜線部のクラック長の最大値が０．０２ｍｍ以下であり、かつ板厚が０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする光学フィルタ。