JP2009195944A - 基板分割方法、及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板端面の機能部へのダメージを回避すると共に、対向配置された二枚の基板を一度の外力で同時に分割することが可能な基板分割方法を提供する。
【解決手段】二枚の基板１，２の夫々に対し、それらの対向側と反対側から個別にレーザビームを照射して改質領域５を形成すると共に、ポリイミド膜からなる機能部６が形成されるＴＦＴ基板１の対向側の端面の近傍でレーザビームを収差補正により集光して改質領域５を形成し、そのふくらみによる内部応力で当該機能部６が形成されるＴＦＴ基板１の対向側の端面に直進性の高い亀裂を生じせしめる。機能部６が形成されるＴＦＴ基板１に対向する対向基板２の対向側と反対側の端面の近傍でレーザビームを収差補正により集光して改質領域５を形成し、そのふくらみによる内部応力で当該反対側の端面にも直進性の高い亀裂を生じせしめる
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ光を照射して基板を分割する方法、特に基板の内部に改質領域を形成することにより基板を分割する基板分割方法、及びそれにより表示装置用基板を分割する表示装置の製造方法に関するものである。

このような基板分割方法としては、例えば下記の特許文献に記載されるものがある。このうち特許文献１では、基板の内部に改質領域を形成し、この改質領域が形成されている部分に外力を加えて基板を分割することが開示されている。また、特許文献２では、基板の厚さ方向に改質領域を複数形成し、その部分に外力を加えて基板を分割することが開示されている。また、特許文献３では、レーザビームの偏光方向の長軸と走査方向を一致させることが開示されている。
特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−２０５１８０号公報 特開２００２−１９２３６９号公報

ところで、例えば液晶表示パネルに使用されるＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板として、一対の石英基板を対向配置し、そのうちＴＦＴ基板となる石英基板の対向側端面に液晶配向膜としての機能を有する機能部（ポリイミド膜）を形成する場合に、前記各特許文献に記載されるように、夫々の石英基板の対向側と反対側からレーザビームを照射して改質領域を形成し、その後、外力を加えて、一対の石英基板を分割することが考えられる。この場合、一対の石英基板の厚さ方向全域に改質領域を形成すると、外力を加えることにより一対の石英基板を同時に分割することが可能となるが、レーザビームの光エネルギーによって機能部であるポリイミド膜が小片となって飛散し、例えばその飛散した小片が配線部に付着して短絡の原因となる恐れがある。この問題を解決すべく、機能部が形成されている端面から遠い位置までしか改質領域を形成しないとすると、分割に大きな外力が必要となるばかりでなく、例えば一対の石英基板の表裏両方から個別に外力を加えないと分割できない恐れがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、対向配置されている一対の基板のうち、一方の基板の対向側端面に形成された機能部へのダメージを回避すると共に、対向配置されている一対の基板を一方向からの外力で同時に分割することが可能な基板分割方法及び表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の基板分割方法は、一対の基板を対向配置し、何れか一方の基板の対向側端面に所定の機能を有する機能部を形成し、一対の基板にレーザ光を照射して当該一対の基板を分割する基板分割方法であって、少なくとも機能部が形成された基板の対向側端面の近傍でレーザ光を収差補正により集光して改質領域を形成することを特徴とするものである。
この発明によれば、機能部が形成された基板の対向側端面の近傍で形成される改質領域のふくらみによる内部応力によって直進性の高い亀裂が形成されるものであるから、レーザ光の光エネルギーによる機能部へのダメージを回避することが可能となると共に、機能部が形成された基板の対向側端面に形成された亀裂によって一対の基板を一方向からの外力で同時に分割することが可能となる。

また、本発明の基板分割方法は、機能部が形成された基板に対向する基板の対向側端面と反対側の端面の近傍でレーザ光を収差補正により集光して改質領域を形成することを特徴とするものである。
この発明によれば、機能部が形成された基板に対向する基板の対向側端面と反対側の端面の近傍で形成される改質領域のふくらみによる内部応力によって直進性の高い亀裂が形成されるものであるから、機能部が形成された基板に対向する基板の対向側端面と反対側の端面が大きく欠損することを回避することができると共に、機能部が形成された基板に対向する基板の対向側端面と反対側の端面に形成された亀裂によって一対の基板を一方向からの外力で同時に分割することが可能となる。

また、本発明の基板分割方法は、改質領域を一対の基板の厚さ方向に複数層形成し、その後、当該一対の基板に外力を加えることで当該一対の基板を同時に分割することを特徴とするものである。
この発明によれば、改質領域を一対の基板の厚さ方向に複数層形成し、その後、当該一対の基板に外力を加えることで当該一対の基板を同時に分割することとしたため、一対の基板を確実に且つ精度良く分割することができる。

また、本発明の基板分割方法は、レーザ光がフェムト秒からナノ秒のいずれかのパルス幅を有するパルスレーザであることを特徴とするものである。
この発明によれば、レーザ光がフェムト秒からナノ秒のいずれかのパルス幅を有するパルスレーザであることとしたため、基板の分割に適したレーザ光を用いて一対の基板を分割することができる。
また、本発明の表示装置の製造方法は、前記本発明の基板分割方法で一対の基板から表示装置用基板を分割することを特徴とするものである。
この発明によれば、前記本発明の基板分割方法で一対の基板から表示装置用基板を分割することとしたため、機能部にダメージのない基板で表示装置を製造することができる。

次に、本発明の基板分割方法及び表示装置の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態は、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの製造工程において、当該液晶表示パネルに使用されるＴＦＴ用の基板をウエハ状の分割対象基板から切出す（分割する）ものである。ちなみに、液晶表示パネルは、周知のように、ＴＦＴを有するＴＦＴ基板、対向電極を有する対向基板、及び両基板間の隙間に充填された液晶などを備えて構成される。

図１には、分割される直前の分割対象基板の平面図を示す。この分割対象基板４は、複数の石英基板を貼り合わせてなり、図示しない絶縁層、画素電極なども形成され、これらがＴＦＴ膜として機能部を構成している。図２には、分割対象基板４をレーザ光（ビーム）で分割するレーザスクライブ方法の概念図を示す。分割対象基板４は、前述のように対向基板や防塵基板など、複数の基板が貼り合わされてなるが、同図では、ＴＦＴ基板１の上方に対向基板２を貼り合わせ、その間に機能部（図示せず）が形成されている状態を示している。そして、この分割対象基板４に、後述するレーザビーム照射装置からレーザビームを照射して集光すると、その集光領域に改質領域が形成される。この改質領域を、分割対象基板４の分割断面の厚さ方向に複数層形成し、その後、例えば図２の分割対象基板４の両端部に下向きのモーメントを外力として加えて当該分割対象基板４を分割する。なお、本実施形態では、対向基板２の上側、つまり対向側と反対側からレーザビームを照射すると共に、ＴＦＴ基板１の下側、つまり対向側と反対側からもレーザビームを照射する。即ち、後述するレーザビーム照射装置では、例えばＴＦＴ基板１の対向側と反対側からレーザビームを照射した後、分割対象基板４を反転して、対向基板２の対向側と反対側からレーザビームを照射する。

図３には、レーザビーム照射装置の概略構成を示す。このレーザビーム照射装置１０は、レーザビームを出射するレーザ光源１１と、出射されたレーザビームを反射するダイクロイックミラー１２と、反射したレーザビームを集光する集光レンズ１３とを備えている。集光レンズ１３の内部には、複数のレンズが配置されている。また、このレーザビーム照射装置１０は、前述した分割対象基板４を載置するステージ１７と、ステージ１７を集光レンズ１３に対して水平面直交２軸方向、即ち図３に記載のＸ軸及びＹ軸方向に移動させるＸ軸スライド部２０及びＹ軸スライド部２１と、ステージ１７に載置された分割対象基板４に対して、集光レンズ１３の高さ方向、即ち図３に記載のＺ軸方向の位置を変えてレーザビームの集光点の位置を調整するＺ軸スライド機構１４と、集光レンズ１３の一端に設けられ、レーザビームの収差を補正する補正環１６と、ダイクロイックミラー１２を挟んで集光レンズ１３と反対側に位置する撮像装置２２とを備えている。

また、このレーザビーム照射装置１０は、前記各構成を制御するメインコンピュータ３０を備えており、メインコンピュータ３０にはＣＰＵや各種メモリの他に、撮像装置２２で撮像した画像情報を処理する画像処理部３４を備えている。撮像装置２２は、同軸落射型光源とＣＣＤ（固体撮像素子）とが組み込まれており、同軸落射型光源から出射した可視光は、集光レンズ１３を透過して焦点を結ぶ。また、このメインコンピュータ３０には、レーザ加工の際に用いられる各種加工条件のデータを入力する入力部３５と、レーザ加工時の各種情報を表示する表示部３６とが接続されている。また、レーザ光源１１の出力やパルス幅、パルス周期を制御するレーザ制御部３１と、Ｚ軸スライド機構１４を駆動して集光レンズ１３のＺ軸方向の位置を制御するレンズ制御部３２と、Ｘ軸スライド部２０とＹ軸スライド部２１を夫々レール１８，１９に沿って移動させるサーボモータ（不図示）を駆動するステージ制御部３３とが接続されている。

集光レンズ１３をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライド機構１４には、移動距離を検出可能な位置センサが内蔵されており、レンズ制御部３２は、この位置センサの出力を検出して集光レンズ１３のＺ軸方向の位置を制御可能となっている。従って、撮像装置２２の同軸落射型光源から出射した可視光の焦点が分割対象基板４の表面に一致するように集光レンズ１３をＺ軸方向に移動させれば、分割対象基板４の厚さを計測することが可能である。

レーザ光源１１としては、例えばチタンサファイヤを固体光源とするレーザビームをフェムト秒のパルス幅で出射する、所謂フェムト秒レーザが用いられる。この場合、パルスレーザビームは、波長分散特性を有しており、中心波長が８００ｎｍ、パルス幅は凡そ３００ｆｓ（フェムト秒）、パルス周期は５ｋＨｚ、出力は凡そ１０００ｍＷである。レーザ光源１１には、これに代えて、ピコ秒レーザ（中心波長：８００ｎｍ、パルス幅：３ｐｓ、平均出力：１Ｗ）やナノ秒レーザ（波長：３５５ｎｍ、パルス幅：３５ｎｓ、平均出力：１０Ｗ）を用いることも可能である。

集光レンズ１３は、例えば倍率１００倍、開口数（ＮＡ）０．８、ＷＤ（Working Distance）３ｍｍの対物レンズである。特に、集光レンズの開口数は０．１以上であればよく、上記に限定されるものではない。集光レンズ１３は、Ｚ軸スライド機構１４から延設されたスタンドアーム１４ａによって支持されている。また、Ｚ軸スライド機構１４と共に移動するモータ１５には回転アーム１５ａが延設され、この回転アーム１５ａの端部に補正環１６が取付けられている。従って、レンズ制御部３２は、Ｚ軸スライド機構１４を駆動すると共に、モータ１５を駆動して回転アーム１５ａをＺ軸回りに回転させることにより、集光レンズ１３の補正環１６が回転し、集光レンズ１３の内部に配置された複数のレンズを移動させて収差を補正することが可能となっている。

また、本実施形態のレーザビーム照射装置１０には、レーザビームを用いた反射型距離計測装置９が搭載されている。この反射型距離計測装置９は、例えば複数の石英基板を積層した分割対象基板４であっても、各石英基板の上下面までの距離を計測することにより、各石英基板の厚さを検出することができる。図４には、この反射型距離計測装置９の計測原理を示す。この反射型距離計測装置９では、例えば一枚の石英基板であるＴＦＴ基板１の上下面（両表面）からのレーザビームの反射光の光スポットをＣＣＤなどの位置検出素子で捉え、これを分割面に沿って走査したときの光スポットの位置変化量からＴＦＴ基板１の反射面、即ち上下面の高さ変動を求め、それを予め検出したＴＦＴ基板１の上下面高さに加減算してＴＦＴ基板１の上下面の位置、即ち厚さを検出する。対向基板２についても、同様にして厚さを検出することができる。

なお、本実施形態では、ステージ１７は、Ｙ軸スライド部２１に支持されているが、Ｘ軸スライド部２０とＹ軸スライド部２１との位置関係を逆転させてＸ軸スライド部２０にステージ１７が支持される形態としてもよい。また、θテーブルを介してステージ１７をＹ軸スライド部２１に支持することが好ましい。これによれば、分割対象基板４を光軸に対してより垂直な状態とすることが可能となる。

このレーザビーム照射装置１０では、前述したように、分割対象基板４の主として石英基板部分にレーザビームを照射し、その集光部分に改質領域５を形成し、該改質領域５を、図５（ａ）に示すように、所定断面の厚さ方向に複数層形成した後、図５（ｂ）のように外力を加えて分割する。改質領域５を分割対象基板４の厚さ方向に複数層形成する場合には、例えば前記特許文献２に記載されるように、レーザビームの照射方向先方から順に改質領域５の層を形成する。また、その際、収差補正手段としての石英ガラス板を用い、例えば特開２００７−０２１５５６号公報に記載されるように、レーザビームの集光領域を長くして、つまりエネルギー密度の高い領域を長くして改質領域５を厚さ方向に長くするようにしてもよいし、石英ガラス板の代わりに収差補正機能を有した集光レンズ１３を用いても良い。

図５（ａ）の符号６は、液晶配向膜として機能するポリイミド膜からなる機能部である。また、隣接する符号７は配線部である。本実施形態では、ポリイミド膜からなる機能部６の部分で分割対象基板４を分割する必要がある。そこで、図３のレーザビーム照射装置１０を用いる場合、先にＴＦＴ基板１の対向側と反対側からレーザビームを照射して当該ＴＦＴ基板１の厚さ方向に複数層の改質領域５を形成し、次いで分割対象基板４を反転し、対向基板２の対向側と反対側からレーザビームを照射して当該対向基板２の厚さ方向に複数層の改質領域５を形成する。そして、特に、ポリイミド膜からなる機能部６の近傍に改質領域５を形成する場合には、前記補正環１６を回転させることによる収差補正機能を用いて、図６に示すように、レーザビームの集光領域が機能部６、つまりＴＦＴ基板１の対向側端面に及ばないようにしながら、当該機能部６の近傍の改質領域５のふくらみによる内部応力でＴＦＴ基板１の対向側端面に直進性の高い亀裂８が形成されるようにする。

また、同様の収差補正機能を用い、対向基板２の対向側端面と反対側の端面の近傍に改質領域５を形成する際にも、当該改質領域５のふくらみによる内部応力で当該対向基板２の対向側端面と反対側の端面に直進性の高い亀裂８が形成されるようにする。このようにＴＦＴ基板１の対向側端面及び対向基板２の対向側端面と反対側の端面に亀裂８を生じせしめることにより、図５（ｂ）に示すように、小さな外力で一対の基板１，２を同時に分割することができる。また、レーザビームの光エネルギーがポリイミド膜からなる機能部６に及ばないので、図７に示すようにポリイミド膜が小片となって飛散することを回避することができる。

これに対し、図８（ａ）に示すように、対向基板２の対向側端面に及ぶまで改質領域５を形成すると共に、ＴＦＴ基板１の対向側端面、即ちポリイミド膜からなる機能部６に及ぶまで改質領域５を形成すると、比較的小さな外力で一対の基板１，２を同時に分割することができるが、レーザビームの光エネルギーがポリイミド膜からなる機能部６に及んでしまうので、図８（ｂ）に示すように、ポリイミド膜が小片となって飛散する。この飛散した小片が配線部７に付着すると短絡の原因となる。

一方、図９（ａ）に示すように、対向基板２の対向側端面に及ばないように改質領域５を形成すると共に、単にＴＦＴ基板１の対向側端面、即ちポリイミド膜からなる機能部６に及ばないように改質領域５を形成するだけなら、図９（ｂ）に示すように、ポリイミド膜が小片となって飛散することを回避することができる。しかしながら、この場合には、一方向からの外力で一対の基板１，２を同時に分割することができず、例えば図９（ａ）のような下向きのモーメントを加えて対向基板２を分割した後、上向きのモーメントを加えてＴＦＴ基板１を分割するといったような分割工程が必要となり、分割が面倒になる。

このように、本実施形態の基板分割方法によれば、一対の基板１，２を対向配置し、何れか一方のＴＦＴ基板１の対向側端面に所定の機能を有する機能部６を形成し、一対の基板１，２にレーザビームを照射して当該一対の基板１，２を分割するにあたり、機能部６が形成されたＴＦＴ基板１の対向側端面の近傍でレーザビームを収差補正により集光して改質領域５を形成することにより、レーザビームの光エネルギーによる機能部６へのダメージを回避することが可能となると共に、機能部６が形成されたＴＦＴ基板１の対向側端面に形成された亀裂８によって一対の基板１，２を一方向からの外力で同時に分割することが可能となる。

また、機能部６が形成されたＴＦＴ基板１に対向する対向基板２の対向側端面と反対側の端面の近傍でレーザビームを収差補正により集光して改質領域５を形成することにより、機能部６が形成されたＴＦＴ基板１に対向する対向基板２の対向側端面と反対側の端面が大きく欠損することを回避することができると共に、機能部６が形成されたＴＦＴ基板１に対向する対向基板２の対向側端面と反対側の端面に形成された亀裂８によって一対の基板１，２を一方向からの外力で同時に分割することが可能となる。

また、改質領域５を一対の基板１，２の厚さ方向に複数層形成し、その後、当該一対の基板１，２に外力を加えることで当該一対の基板１，２を同時に分割することとしたため、一対の基板１，２を確実に且つ精度良く分割することができる。
また、レーザ光がフェムト秒からナノ秒のいずれかのパルス幅を有するパルスレーザであることとしたため、基板の分割に適したレーザ光を用いて一対の基板を分割することができる。
また、本実施形態の基板分割方法で分割対象基板４から表示装置用基板を分割することとしたため、機能部６にダメージのない基板で表示装置を製造することができる。

本発明を適用した分割対象基板の平面図である。 図１の分割対象基板に対する基板分割方法の説明図である。 図２の基板分割方法に用いられるレーザビーム照射装置の概略構成図である。 レーザビーム反射型距離計測装置の説明図である。 図２の基板分割方法で分割対象基板を分割する説明図である。 図５のＴＦＴ基板の対向側端面の近傍に改質領域を形成する際の収差補正の説明図である。 図５の基板分割方法によるＴＦＴ基板の状態の説明図である。 （ａ）はＴＦＴ基板の対向側端面まで及ぶ改質領域を形成する際の説明図、（ｂ）は、その基板分割方法によるＴＦＴ基板の状態の説明図である。 （ａ）はＴＦＴ基板の対向側端面まで及ばない改質領域を形成する際の説明図、（ｂ）は、その基板分割方法によるＴＦＴ基板の状態の説明図である。

符号の説明

１ ＴＦＴ基板、２ 対向基板、４ 分割対象基板、５ 改質領域、６ 機能部、７ 配線部、８ 亀裂 ９ 反射型距離計測装置、１０ レーザビーム照射装置。

Claims (5)

1. 一対の基板を対向配置し、何れか一方の基板の対向側端面に所定の機能を有する機能部を形成し、前記一対の基板にレーザ光を照射して当該一対の基板を分割する基板分割方法であって、少なくとも前記機能部が形成された基板の前記対向側端面の近傍で前記レーザ光を収差補正により集光して改質領域を形成することを特徴とする基板分割方法。
2. 前記機能部が形成された基板に対向する基板の前記対向側端面と反対側の端面の近傍で前記レーザ光を収差補正により集光して改質領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板分割方法。
3. 前記改質領域を前記一対の基板の厚さ方向に複数層形成し、その後、当該一対の基板に外力を加えることで当該一対の基板を同時に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板分割方法。
4. 前記レーザ光がフェムト秒からナノ秒のいずれかのパルス幅を有するパルスレーザであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の基板分割方法。
5. 前記請求項１乃至４の何れかに記載の基板分割方法で前記一対の基板から表示装置用基板を分割することを特徴とする表示装置の製造方法。