JP2009066617A

JP2009066617A - 基板の製造方法及び基板

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Publication number: JP2009066617A
Application number: JP2007237546A
Authority: JP
Inventors: Takashi Uchiyama; 傑内山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】基板を切断する際にレーザーによる改質領域と機械的なスクライブラインとの組合せによって切断時の加工精度及び加工効率の向上及び制御を可能とする基板の製造方法及び基板を提供することである。
【解決手段】基板の製造方法は、レーザー照射によって、基板面に沿って延びるとともに、基板１０の一方の面から基板１０内部に向けて延び、前記基板１０の厚み方向に所定の幅Ｍを有する改質領域Ｓ1〜Ｓnを形成する工程と、基板１０のもう一方の面に、前記改質領域Ｓ1〜Ｓnの形成位置に対応するラインを中心とする所定範囲Ｌ内にスクライブライン１２を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を切断する際の加工精度及び加工効率の向上及び制御を可能とした基板の製造方法及び基板に関する。

液晶装置等に広く使用されているガラス基板を所望の外形（寸法及び形状）となるように複数に分割する方法として、基板の表面にカッターを用いて溝（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。

一方、基板の内部にレーザーを集光させ、その集光点を切断予定ラインに沿って移動させることにより、加工対象物である基板の内部に改質領域を形成して基板を切断する方法も用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９２３７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているレーザーによる基板の分割では、基板の一方の面からもう一方の反対側の面に至る基板厚さに相当する改質領域をレーザー加工によって形成すると、高い切断精度を得られるが、基板厚さに相当する分だけ改質層を重ねる必要があり、加工時間が多大になるという問題がある。

そこで、本発明はこのような問題に鑑み、基板を切断する際にレーザーによる改質領域と機械的なスクライブラインとの組合せによって、切断時の加工精度及び加工効率の向上及び制御を可能とする基板の製造方法及び基板を提供することを目的とするものである。

本発明による基板の製造方法は、レーザー照射によって、基板面に沿って延びるとともに、基板の一方の面から基板内部に向けて延び、前記基板の厚み方向に所定の幅を有する改質領域を形成する工程と、基板のもう一方の面に、前記改質領域の形成位置に対応するラインを中心とする所定範囲内にスクライブラインを形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このような方法によれば、基板に対して叩いたり、或いは折るような力を加えることにより、スクライブラインから切断が開始されたとき、基板の面方向の所定範囲内において、基板の一面側のスクライブラインから他面側の改質領域にかけて切断面の軌道が形成されるように切断がなされる。基板の厚み方向の改質領域の幅を大きくして基板の厚さに近づけるほど、切断精度を上げることができるがレーザー加工時間が長くなり製造効率がよくない。基板の厚み方向の改質領域の幅を適宜の幅とし、基板を切断する際にレーザーによる改質領域と機械的なスクライブラインとの組合せによって切断時の加工精度及び加工効率を向上させることができる。

この基板の製造方法において、レーザー照射によって基板面と平行にライン状に形成した改質層を、基板の前記一方の面から垂直に基板厚み方向に所定の幅に複数積み上げて形成することを特徴とする。
このような方法によれば、レーザーによるライン状の改質領域を複数重ねて薄板状に形成したので、帯状の改質領域を複数重ねて厚板状に形成した場合に比べて、加工時間が短くかつ切断精度を上げることができる。

この基板の製造方法において、前記改質領域の形成位置に対する前記スクライブラインの形成位置、又は、改質領域の幅の変更によって、基板切断時の切断軌道を制御可能としたことを特徴とする。
このような方法によれば、基板に要求される外形精度に応じて、改質領域の形成位置とスクライブラインの形成位置間のずれや、改質領域の基板厚み方向の幅を変更することによって、基板切断時の切断面の軌道を適切に制御することができる。

この基板の製造方法において、前記レーザーは、超短パルスレーザーであることを特徴とする。
このような方法によれば、集光点にのみ良好に改質領域を形成できるので、細い幅の分割線が形成され、基板の分割効率を向上させることができる。

本発明による基板は、基板の一方の面からもう一方の面に至る基板端面の一部を構成するものであって、前記一方の面から垂直に基板厚み方向に所定の幅で平面状に形成される第１の切断面と、前記もう一方の面に、前記第１の切断面に対応するラインに沿い該ラインを中心とする所定範囲内において、前記もう一方の面から前記第１の切断面に連接するように曲面状又は斜面状に前記基板端面の残りの部分を形成する第２の切断面と、
を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、切断精度が一定レベル内に保証された基板つまり一定品質を維持した基板を提供することが可能となる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態の基板の製造方法を示す断面図である。

図１は、ガラス基板などの光透過性を有する基板１０を、目標ラインに沿って許容される範囲の精度で切断して、必要とされる外形の精度を確保した基板を製造するための製造工程を示している。ここでは、基板１０として電気光学装置用基板(例えば液晶装置用基板)を例として説明する。

基板１０の一方の面には配線層や半導体層などの回路パターン層１１が形成されている。基板１０の反対側のもう一方の面には、図１(a)に示すようにレーザー発生装置２０からのレーザー２１を集光レンズ２２で図示下方側の一方の面付近に集光し、その集光点を基板１０の基板面と平行な面方向(図示手前から奥行方向)に基板１０を横断するように移動させることにより、最初の最下層の改質層Ｓ1がライン状に形成される。ここで、集光点は焦点と同義である。そして、集光点を少なくとも一層分上方に移動した後、基板１０の基板面と平行な面方向に基板１０を横断するように移動させることにより、最下層のライン状の改質層Ｓ1の上に積み重なった状態で改質層Ｓ2がライン状に形成される。改質層Ｓ3以降についても同様に形成される。ここで、複数の改質層Ｓ1，Ｓ2，…Ｓnで形成される所定の幅Ｍを備えた領域Ｓ1〜Ｓnを改質領域と呼ぶことにする。

このようにレーザー発生装置２０の集光点を水平及び垂直方向に移動させることによって、基板１０の図示下方側の一方の面付近から反対側のもう一方の面付近に向かう基板内部の適宜の位置に渡って、ライン状の改質層Ｓ1，Ｓ2，…Ｓnが基板１０の厚み方向に所定の幅Ｍで隔壁状に積み上げられて形成される。

このレーザー２１の集光点による改質領域Ｓ1〜Ｓnは、基板面上の図示しない目標の分割線を中心として左右に範囲Ｌ／２ずつの許容範囲Ｌ内に形成されかつ基板１０の内部に非接触で形成されるので、曲がりなどを生じることがなく真っ直ぐな直線状(二次元的には平面状)に形成することができる。これにより、改質領域Ｓ1〜Ｓnは精確な位置設定が可能であることと、切断された際にその切断面が斜めになったりすることがなく、下方にある回路パターン層１１を予期せぬ方向に破損させる(例えば斜め方向に破断する)のを防ぐことが可能である。つまり、改質領域Ｓ1〜Ｓnはレーザー照射によって形成されるので、目標の分割線に沿って精確に位置設定して形成することが可能であり、下方の回路パターン層１１の半導体層や配線層が存在している領域を精確に回避して形成することが可能である。
ここで、レーザーとしては、パルス幅が１０^−１２秒以下の超短パルスレーザーとしてのフェムト秒レーザーが用いられる。フェムト秒レーザーはフェムト秒（１０^−１５秒）オーダーの短いパルス幅を有するレーザーである。フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーは、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、超短パルスレーザーを集光照射すると、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・高品質な加工が可能である。

なお、改質領域Ｓ1〜Ｓnの個数ｎは、後述するように多いほど又改質層Ｓ1，Ｓ2，…Ｓnが密であるほど切断精度を上げるのに寄与するが、この個数ｎが多いほど加工に要する時間が長くなり製造効率(言い換えれば生産性)を落とすことになるので、必要な加工精度と加工時間を勘案して決定することになる。

次に、図１(b)に示すようにスクライブ装置によるカッター（図示せず）を用いて平面的には改質領域Ｓ1〜Ｓnに一致するように溝状の切断ライン(以下、スクライブライン)１２を形成する。スクライブライン１２は、カッターを図示上側の基板表面に接触させることによって形成されるので、蛇行するなどして形成されるスクライブライン１２が下側の改質領域Ｓ1〜Ｓnに一致するとは限らないが、必要(要求)とされる切断精度を確保するためにスクライブライン１２が許容範囲L内に入るようにする。

そして、基板１０に叩く又は折るようなに力を加えることにより、図１(c)に示すように基板内部において、スクライブライン１２のＶ字状の溝→改質領域Ｓ1〜Ｓnの端部Ｓｎ→改質領域Ｓn-1〜Ｓ1→回路パターン層１１というように切断の軌道が走り、図１(d)に示すように切断される。

なお、図１では、改質領域Ｓ1〜Ｓnに対してスクライブライン１２が若干ずれている場合の切断軌道を例として説明したが、改質領域Ｓ1〜Ｓnに対してスクライブライン１２が全く一致している場合は基板１０は上下に直線状に切断され切断面は平面状に形成されることは勿論である。

図２は図１の製造方法を説明する断面図である。
図２(a)は図１(a)のレーザー２１を基板１０内部の起点に照射した状態を示している。基板１０にレーザー２１を透過させ、基板１０の内部の集光点に多光子吸収を発生させることで、改質領域を形成する。即ち、基板１０がレーザー２１を吸収することにより基板１０内部の集光点部分を溶融させその部分で密度が変わり分子レベルの構造変化が起きて、脆弱な領域を形成させる。基板１０の集光点以外の部位、例えば表面ではレーザー２１がほとんど吸収されず、溶融等を発生することはない。

図２(b)は図１(a)のようにライン状の改質領域をＳ1，Ｓ2，…Ｓnと隔壁状に積み上げた後に、図１(b)のように改質領域Ｓ1〜Ｓnを含む許容範囲Ｌ内にスクライブライン１２を形成した状態を示している。図２(b)は図１(b)に対応している。前述したように許容範囲Ｌは、切断された基板１０が使用される電気光学装置(例えば液晶装置)に対して要求される外形の精度によって規定されるものである。

図３は基板の精度及び外形を示す平面図である。
図３(a)は液晶装置で必要とされる基板１０の外形精度が基板長手方向の端部で粗くてもよい場合を示し、図３(b)は高い外形精度が要求される基板１０を示している。
図４は基板を切断したときの切断軌道を示す側面図である。
図４(a)は従来のカッターによる機械的なスクライブのみによる切断軌道を示している。図示左側の湾曲した部分が切断軌道であり、削げ軌道と呼ばれており、好ましい切断状態ではない。図４(b)及び(c)は、本発明の実施形態によるものであり、レーザーによる改質領域の形成と、機械的なスクライブラインの形成とを組み合わせた場合の切断軌道を示している。

図４(b)はレーザー改質領域の基板厚み方向の幅Mが大きい場合の切断軌道を示し、図４(c)はレーザー改質領域の基板厚み方向の幅Mが小さい場合の切断軌道を示している。図４(b)及び図４(c)とも、図４(a)の削げ軌道を修正する機能を有しているが、図４(b)の方が図４(c)よりも削げ軌道に対する修正機能が大きいと言える。

図５及び図６は本発明の実施形態の基板の製造方法を液晶装置の製造に応用した例を示している。
図５は液晶装置の概略断面図、図６は大型基板にチップ状の対向基板が貼り合わされた状態の斜視図である。
先ず、図５を参照して液晶装置の全体構成について簡単に説明する。図５には駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置が示されている。

図５の符号１００は、電気光学装置としての液晶装置であり、石英ガラス基板等からなる第１の基板としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）基板３０と、これに対向配置される石英ガラス基板等からなる第２の基板としての対向基板４０とがシール材５２を介して貼り合わされて液晶パネルが形成されており、シール材５２によって形成された両基板３０，４０の対向面間に、電気光学物質としての液晶５０が封入されている。

ＴＦＴ基板３０上には画素を構成する画素電極（ＩＴＯ）９ａ等がマトリクス状に配置され、又、対向基板４０上には全面に対向電極（ＩＴＯ）４１が設けられている。更に、ＴＦＴ基板３０の画素電極９ａ上、及び対向基板４０上の全面に渡って、ラビング処理が施された配向膜１６，４２が各々形成されている。なお、各配向膜１６，４２は、ポリイミド膜等の透明な有機膜で構成されている。

又、ＴＦＴ基板３０のシール材５２が形成された領域の外側の一辺に、データ線駆動回路１０１、及び外部接続端子１０２が形成されている。なお、図示しないが、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路が設けられ、更に、残る一辺に、走査線駆動回路間をつなぐ配線パターンが形成されている。

ＴＦＴ基板３０と対向基板４０とは、異なる工程を経て個別に製造された後、貼り合わされる。図６に示すように、貼り合わせに際しては、多数のＴＦＴ基板３０が形成されている大型基板１１０に対して、チップ状に形成された対向基板４０を貼り合わせ、その後、ＴＦＴ基板３０の部分と対向基板４０との間に液晶を注入し、封入する。

大型基板１１０の対向基板４０が貼り合わせている面に大型基板１１０の図示裏面側よりレーザーを照射して改質領域３１を形成し、大型基板１１０の図示裏面に機械的なスクライブラインを形成して大型基板１１０を分割し、チップ状の液晶装置１００を切り出す。このとき大型基板１１０が、チップ状のＴＦＴ基板３０に切り出される。

このような製造方法によれば、分割予定線以外の部分での割れが殆どなくなるので、大型基板１１０の分割に伴うＴＦＴ基板３０の半導体層や配線パターンの損傷が防止される。

このように電気光学装置の製造における大型基板を切断する際に、本発明による基板の製造方法を利用することが可能である。

以上述べた本発明の実施形態によれば、レーザー加工による改質領域と機械的に形成されるスクライブラインとを組み合わせることによって切断面を制御でき、必要に応じて形成する改質領域の位置と基板厚み方向の幅を変えることによって、加工精度及び加工効率を適切に制御することが可能になる。

本発明において、電気光学装置は、ＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置以外に、パッシブマトリックス型の液晶装置、ＴＦＤ（薄型ダイオード）をスイッチング素子として備えた液晶装置であっても良く、更に、液晶装置に限らず、エレクトロルミネッセンス装置、有機エレクトロルミネッセンス装置、プラズマディスプレイ装置、電気泳動ディスプレイ装置、電子放出素子を用いた装置（Field Emission Dispiay、及びSurface-Conductin Electron-Emitter Display）、更には、ＤＬＰ（Digital Light Processing）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の各種の電気光学装置に、本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態の基板の製造方法を示す断面図。図１の製造方法を説明する平面図。基板の精度及び外形を示す平面図。基板を切断したときの切断軌道を示す側面図。電気光学装置としての液晶装置を示す断面図、大型基板にチップ状の対向基板が貼り合わされた状態の斜視図。

符号の説明

１０…基板、１２…スクライブライン、２０…レーザー発生装置、２１…レーザー、２２…集光レンズ、Ｓ1，Ｓ2，…Ｓn…改質層、Ｓ1〜Ｓn…改質領域、Ｍ…改質領域の基板厚み方向の幅、Ｌ…許容範囲。

Claims

レーザー照射によって、基板面に沿って延びるとともに、基板の一方の面から基板内部に向けて延び、前記基板の厚み方向に所定の幅を有する改質領域を形成する工程と、
基板のもう一方の面に、前記改質領域の形成位置に対応するラインを中心とする所定範囲内にスクライブラインを形成する工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。
前記改質領域は、レーザー照射によって基板面と平行にライン状に形成した改質層を、基板の前記一方の面から垂直に基板厚み方向に所定の幅に複数積み上げて形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
前記改質領域の形成位置に対する前記スクライブラインの形成位置、又は、改質領域の幅の変更によって、基板切断時の切断軌道を制御可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の製造方法。
前記レーザーは、超短パルスレーザーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の基板の製造方法。
基板の一方の面からもう一方の面に至る基板端面の一部を構成するものであって、前記一方の面から垂直に基板厚み方向に所定の幅で平面状に形成される第１の切断面と、
前記もう一方の面に、前記第１の切断面に対応するラインに沿い該ラインを中心とする所定範囲内において、前記もう一方の面から前記第１の切断面に連接するように曲面状又は斜面状に前記基板端面の残りの部分を形成する第２の切断面と、
を備えることを特徴とする基板。