JP2007015169A - スクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の層を積層させた多層基板に対して、切り屑を発生させることなく、かつ良好に分割することが可能な分割予定線を形成することができるスクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板を提案する。
【解決手段】 複数の層Ｐ１〜Ｐ３からなる多層基板Ｐに分割予定線Ｓを形成するスクライブ形成方法であって、多層基板Ｐの内部にレーザ光を集光すると共に多層基板Ｐとレーザ光を相対移動させて、多層基板Ｐ内に改質領域Ｓ１を形成する工程と、改質領域Ｓ２〜Ｓｎを多層基板Ｐの厚み方向に複数重ねて形成する工程と、を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複数の層を積層させた多層基板に対して分割予定線を形成するスクライブ形成方法、スクライブ形成装置に関する。

液晶装置等に広く使用されているガラス基板を複数に分割する方法として、基板の表面に溝（分割予定線，スクライブライン）を刻み、この溝に沿って基板を分割する方法が一般に用いられている（特許文献１等）。
特に、複数のガラス基板を積層させた多層基板を分割する場合には、各層のガラス基板のそれぞれに溝を形成した上で、各溝が一致するように各基板を重ねることで、多層基板の分割を可能としている。また、レーザとカッターを併用することで、多層基板に溝を形成する技術も提案されている（特許文献２）。
特開２００４−２６５３９号公報 特開２００１−６４０２９号公報

しかしながら、上述した技術では、基板に溝を形成する際に発生した切り屑が基板上に付着するため、これをクリーニング処理する工程が必要となる。そして、このクリーニング処理工程が、製造効率の低下やコスト上昇が招く原因となっている。
特に、積層される層が多くなると、切り屑の量が増えたり、或いは溝の深さが不十分となって基板の分割が困難になったりするという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複数の層を積層させた多層基板に対して、切り屑を発生させることなく、かつ良好に分割することが可能な分割予定線を形成することができるスクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板を提案することを目的とする。

本発明に係るスクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、複数の光透過層を有する多層基板に分割予定線を形成するスクライブ形成方法が、前記多層基板の内部にレーザ光を集光すると共に前記多層基板と前記レーザ光を相対移動させて、前記多層基板内に改質領域を形成する工程と、前記改質領域を前記多層基板の厚み方向に複数重ねて形成する工程と、を有するようにした。
この発明によれば、レーザ光を用いて多層基板内に分割予定線を形成するので、多層基板上に切り屑が付着せず、したがってクリーニング処理が不要となる。また、複数の光透過層のそれぞれに改質領域からなる分割予定線を形成し、更にこの分割予定線を基板の厚み方向に重ねるので、光透過層の数に関わらず、良好に多層基板を分割することが可能となる。

また、前記複数の層が光透過層であるものでは、レーザ光の損失が少なくなり、内部に良好に改質領域を形成することができる。
また、前記レーザ光として、超短パルスレーザ光を用いるものでは、焦点位置にのみ良好に改質領域を形成することができる。これにより、細い幅の分割予定線が形成されるので、基板の分割効率を向上させることができる。

第２の発明は、複数の光透過層を有する多層基板に分割予定線を形成するスクライブ形成装置が、前記多層基板を載置すると共に前記多層基板の面方向に二次元移動可能なステージと、前記多層基板に対してレーザ光を照射するレーザ投光部と、前記レーザ投光部からのレーザ光の焦点を前記多層基板の厚み方向に移動可能な焦点移動部と、を備えるようにした。
この発明によれば、レーザ光を用いて多層基板内に分割予定線を形成するので、多層
基板上に切り屑が付着せず、したがってクリーニング処理が不要となる。また、複数の光透過層のそれぞれに改質領域からなる分割予定線を形成し、更にこの分割予定線を多層基板の厚み方向に重ねることで、光透過層の数に関わらず、良好に多層基板を分割することが可能となる。

また、前記複数の層が光透過層であるものでは、レーザ光の損失が少なくなり、内部に良好に改質領域を形成することができる。
また、前記レーザ光として、超短パルスレーザ光を用いるものでは、焦点位置にのみ良好に改質領域を形成することができる。これにより、細い幅の分割予定線が形成されるので、基板の分割効率を向上させることができる。

第３の発明は、複数の光透過層から形成される多層基板が、前記光透過層のそれぞれに、改質領域を前記多層基板の厚み方向に重ねた分割予定線を有するようにした。
この発明によれば、複数の光透過層のそれぞれに改質領域からなる分割予定線が形成され、更にこの分割予定線が多層基板の厚み方向に重ねられているので、光透過層の数に関わらず、良好に多層基板を分割することができる。

以下、本発明のスクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板の実施形態について図を参照して説明する。
図１は、スクライブ形成装置１０の概略構成を示す概念図である。
スクライブ形成装置１０は、レーザ光Ｌを発生するレーザ光源１１、レーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節するためにレーザ光源１１を制御するレーザ光源制御部１４、レーザ光Ｌを集光する集光用レンズ１２、集光用レンズ１２等をＺ軸方向に移動させるためのＺ軸駆動部１５、多層基板Ｐを載置する載置台１７、載置台１７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ１８、載置台１７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ１９、Ｘ軸ステージ１８及びＹ軸ステージ１９を制御するステージ制御部２０等を備える。

レーザ光源１１、集光用レンズ１２等からなるレーザ投光部１３から射出されるレーザ光Ｌには、超短パルスレーザが用いられる。例えば、パルス幅３００ｆｓ、出力１７０ｍＷ、繰り返し率１ｋＨｚ、波長８００ｎｍ、倍率１００倍（ＮＡ０．８）のフェムト秒レーザが用いられる。
フェムト秒レーザのような超短パルスレーザは、出力が小さくても、パルス幅が非常に短いため、１パルス中の瞬間的な到達出力は大きくなる。
したがって、超短パルスレーザを集光照射すると，熱伝導が起こる前に瞬時にエネルギーが注入されるため、照射部位周辺が熱的・化学的損傷をほとんど受けない高精度・高品質な加工が実現できる。そして、多光子吸収という現象を利用して、通常であれば光が通り抜けてしまうガラスやダイヤモンド等の透明材料の内部への３次元加工が可能である。

Ｚ軸駆動部１５は、レーザ投光部１３をＺ軸方向に移動させることにより、レーザ光Ｌの焦点をＺ軸方向に移動させるものである。すなわち、Ｚ軸方向は多層基板Ｐの表面Ｐｓと直交する方向であり、また集光用レンズ１２等を介して多層基板Ｐに入射するレーザ光Ｌの焦点深度の方向でもある。したがって、Ｚ軸駆動部１５によりレーザ投光部１３をＺ軸方向に移動させることにより、多層基板Ｐの内部に集光したレーザ光Ｌの焦点を、Ｚ軸方向に移動させることができる。

Ｘ軸ステージ１８、Ｙ軸ステージ１９は、多層基板ＰをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることで、多層基板Ｐ内に集光したレーザ光Ｌの焦点を多層基板Ｐ内でＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。

多層基板Ｐとしては、石英やソーダガラス等を重ね合わせたものが用いられる。また、これらの基板の間に透明な接着層等を含んでいてもよい。すなわち、光を透過する層が積層されることで、少なくとも一方の面から内部に向けてレーザ光Ｌを照射できる多層基板であればよい。

次に、本実施形態に係るスクライブ形成方法について説明する。
図２，図３は、スクライブ形成方法を示す図であって、図２は多層基板の断面図、図３は多層基板の平面図である。
また、図４は、分断予定線が形成された多層基板を示す断面図である。

まず、載置台１７上に多層基板Ｐを載置する。そして、Ｚ軸駆動部１５によりレーザ投光部１３をＺ軸方向に移動させて、多層基板Ｐの最下光透過層Ｐ３内にレーザ光Ｌの焦点が合うように位置決めする。具体的には、最下光透過層Ｐ３の最も下層、すなわち裏面Ｐｔに近接する位置にレーザ光Ｌの焦点位置を合わせる。なお、焦点位置は、多層基板Ｐの各光透過層Ｐ１〜Ｐ３の屈折率を予め求めておくことで、推測可能である。したがって、各光透過層Ｐ１〜Ｐ３の屈折率がそれぞれ異なる場合であってもよい。

次いで、レーザ投光部１３からフェムト秒レーザを照射して、最下光透過層Ｐ３内に改質領域を形成する（図２（ａ），図３（ａ）参照）。これと同時に、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸ステージ１８及びＹ軸ステージ１９を駆動して、多層基板Ｐをレーザ投光部１３に対して移動させる。なお、Ｘ軸ステージ１８、Ｙ軸ステージ１９の走査速度としては、例えば、約２０ｍｍ／ｓである。

フェムト秒レーザを用いたスクライブ形成方法では、多層基板Ｐにレーザ光Ｌを透過させ、多層基板Ｐの内部に多光子吸収を発生させることで、微細なクラック等を有する改質領域を形成するものである。
すなわち、多層基板Ｐがレーザ光Ｌを吸収することにより多層基板Ｐを発熱・溶融させるのではない。このため、多層基板Ｐの焦点以外の部位、例えば表面Ｐｓではレーザ光Ｌがほとんど吸収されず、溶融等を発生することはない。

このようにして、図２（ａ），図３（ｂ）に示すように、最下光透過層Ｐ３内にライン状の改質領域Ｓ１が多層基板Ｐを横断するように形成される。このライン状の改質領域Ｓ１は、周辺領域に比べて脆弱な領域であり、したがって、改質領域Ｓ１に沿って多層基板Ｐを複数に分割することが可能となる。

ところで、多層基板Ｐの最下光透過層Ｐ３内に改質領域Ｓ１を形成したのみでは、多層基板Ｐの分割は殆ど不可能である。多層基板Ｐの厚みに対する改質領域Ｓ１のＺ軸方向の距離（厚み）が小さいからである。
そこで、図２（ｂ）に示すように、改質領域Ｓ１の上部（＋Ｚ方向）に、更に改質領域を重ねて形成することで、改質領域のＺ軸方向の距離（厚み）を大きくする。具体的には、Ｚ軸駆動部１５によりレーザ投光部１３を＋Ｚ軸方向に移動させて、レーザ光Ｌの焦点位置を最下光透過層Ｐ３内の中間部等に移動させる。そして、改質領域Ｓ１に沿って、改質領域Ｓ１の上部に重ねて改質領域Ｓ２を形成する（図３参照）。

そして、レーザ光Ｌの焦点位置をＺ方向に移動させつつ、改質領域を重ねて形成する工程を複数回繰り返すことで、各光透過層Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれに、ライン状の改質領域Ｓ１〜Ｓｎを形成する。
このようにして、図４に示すように、Ｚ方向に重ねて配置された複数のライン状の改質領域Ｓ１〜Ｓｎからなる分割予定線Ｓを形成する。そして、分割予定線Ｓ（改質領域Ｓ１〜Ｓｎ）の多層基板Ｐの厚みに対するのＺ軸方向の距離（厚み）は十分に大きくなっているので、容易に多層基板Ｐをこの分割予定線Ｓに沿って分割することが可能となる。

なお、多層基板Ｐの分割は、多層基板Ｐに比較的小さな力を加えること行われる。すなわち、分割予定線Ｓに沿って亀裂が発生、進行して、多層基板Ｐが分割（分断）される。また、分割予定線Ｓに沿って亀裂が発生するので、多層基板Ｐに不必要な割れを発生させることなく、良好に分割することができる。

なお、多層基板Ｐに力を加える方法としては、例えば、分割予定線Ｓに沿って多層基板Ｐに曲げ応力やせん断応力を加えたり、多層基板Ｐに温度差を与えて熱応力を発生させたりする。

上述した実施形態においては、説明を分かりやすくするために、ライン（直線）状の分割予定線Ｓを１本だけ形成する場合について説明したが、これに限らない。複数の分割予定線を平行に形成する場合であってもよい。また、曲線状や格子状の分割予定線を形成してもよい。このような場合であっても、改質領域をＺ軸方に重ねて形成する必要があることは言うまでもない。

また、改質領域Ｓ１〜Ｓｎは、必ずしもＺ方向に密着させて配置する必要はない。Ｚ方向に多少の間隔が開く場合であってもよい。
また、全ての改質領域Ｓ１〜Ｓｎをライン状に形成する必要はない。例えば、破線状の改質領域を形成してもよいし、ライン状と破線状の改質領域をＺ軸方向に重ねて形成してもよい。複数の層内に、複数の改質領域を積層させて形成することで、全体として、Ｚ軸方向に十分な厚みのある改質領域からなる分割予定線Ｓが形成されればよい。

多層基板ＰをＸ軸ステージ及びＹ軸ステージによりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、またレーザ投光部１３をＺ軸駆動部によりＺ軸方向に移動させる場合について説明したが、これに限らない。
レーザ投光部１３を固定して、多層基板ＰをＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させてもよい。逆に、多層基板Ｐを固定して、レーザ投光部１３をＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させてもよい。

また、多層基板Ｐとしては、液晶装置や有機ＥＬ装置等のディスプレイ等が挙げられる。主に、多層基板Ｐの裏面Ｐｔに、電子デバイスや配線パターン等が形成されたＴＦＴ基板がある。そして、このような多層基板Ｐに分割予定線Ｓを形成した場合には、分割予定線Ｓ以外の部分での割れが殆どなくなるので、多層基板Ｐの分割に伴う電子デバイスや配線パターンの損傷が防止される。
また、多層基板Ｐとしては、ＴＦＴ基板等に限らず、内部にマイクロレンズを形成した透明基板であってもよい。

また、説明を分かりやすくするために、多層基板Ｐが３つの光透過層を有する場合について説明したが、層の数は複数であればよい。同様に、改質領域の数も複数であればよい。
なお、必ずしも全ての光透過層に改質領域を形成する必要はなく、例えば他の光透過層に比べて厚みが小さい薄膜層の場合には改質領域の形成を省略する等、適宜、改質領域の形成を調整してもよい。

また、多層基板が光透過層のみを有する場合について説明したが、多層基板の一部に光を透過しない層があってもよい。例えば、最下光透過層Ｐ３が光を透過しない層の場合には、光透過層Ｐ２，Ｐ１にのみ改質領域を形成すればよい。また、例えば、中間光透過層Ｐ２が光を透過しない層の場合には、光透過層Ｐ３，Ｐ１にのみ改質領域を形成すればよい。この場合には、多層基板Ｐの表面Ｐｓ及び裏面Ｐｔの両側から多層基板Ｐ内にレーザ光Ｌを投光することで分割予定線を形成することができる。

また、多層基板がガラス基板等の光透過層を有する場合について説明したが、レーザ光Ｌが透過するものであれば、半透明又は不透明な材料からなる多層基板であってもよい。

本実施形態のスクライブ形成装置の概略構成を示す概念図である。 本実施形態のスクライブ形成方法を示す断面図である。 本実施形態のスクライブ形成方法を示す平面図である。 本実施形態の分断予定線が形成された多層基板を示す断面図である。

符号の説明

１０…スクライブ形成装置、 １１…レーザ光源、 １３…レーザ投光部、
１５…Ｚ軸駆動部（焦点移動部）、 １８…Ｘ軸ステージ、 １９…Ｙ軸ステージ、
Ｌ…レーザ光、 Ｐ…多層基板、 Ｐ１〜Ｐ３…光透過層、 Ｓ…分割予定線、
Ｓ１〜Ｓｎ…改質領域

Claims (7)

1. 複数の層からなる多層基板に分割予定線を形成するスクライブ形成方法であって、
   前記多層基板の内部にレーザ光を集光すると共に前記多層基板と前記レーザ光を相対移動させて、前記多層基板内に改質領域を形成する工程と、
   前記改質領域を前記多層基板の厚み方向に複数重ねて形成する工程と、
   を有することを特徴とするスクライブ形成方法。
2. 前記複数の層が光透過層であることを特徴とする請求項１に記載のスクライブ形成方法。
3. 前記レーザ光として、超短パルスレーザ光を用いることを特徴する請求項１又は請求項２に記載のスクライブ形成方法。
4. 複数の層からなる多層基板に分割予定線を形成するスクライブ形成装置であって、
   前記多層基板を載置すると共に前記多層基板の面方向に二次元移動可能なステージと、
   前記多層基板に対してレーザ光を照射するレーザ投光部と、
   前記レーザ投光部からのレーザ光の焦点を前記多層基板の厚み方向に移動可能な焦点移動部と、
   を備えることを特徴とするスクライブ形成装置。
5. 前記複数の層が光透過層であることを特徴とする請求項４に記載のスクライブ形成装置。
6. 前記レーザ光として、超短パルスレーザ光を用いることを特徴する請求項４又は請求項５に記載のスクライブ形成装置。
7. 複数の光透過層から形成される多層基板であって、
   前記光透過層のそれぞれに、改質領域を前記多層基板の厚み方向に重ねた分割予定線を有することを特徴とする多層基板。
   
   
   
   

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