JP2009202190A - 基板分割方法、及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板分割線方向へのレーザ光の走査回数を低減することが可能な基板分割方法を提供する。
【解決手段】分割線に沿ってレーザビームを照射して基板１，２の厚さ方向に複数層の改質領域５を形成することにより当該基板１，２を分割するにあたり、基板１，２のレーザ照射方向手前側の端面側ではレーザビームの集光領域が長くなるようにし且つ基板１，２のレーザ照射方向先方側の端面側では集光領域が短くなるように収差補正量を調整することにより、改質領域５の層数を低減してレーザビームの走査回数を低減することができる。また、基板１，２のレーザ照射方向手前側の端面側ではレーザビームに対して一定の補正量の収差補正を行い且つ基板１，２のレーザ照射方向先方側の端面側ではレーザビームの収差補正を行わないことにより、改質領域５の層数を最も少なくすることが可能となる。
【選択図】図８

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、石英基板にレーザビームを照射して当該石英基板の厚さ方向に複数層の改質領域を形成し、その後、外力を加えて当該石英基板を分割する場合、改質領域を形成する層の数だけ、レーザビームを走査する必要があるが、前記各特許文献には、このレーザビームの走査回数を低減することに関する記述がない。
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、基板に対するレーザ光の走査回数を低減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、基板にレーザ光を照射して改質領域を形成することにより当該基板を分割する基板分割方法であって、基板のレーザ光照射方向手前側の端面側ではレーザ光の集光領域の基板厚さ方向の長さが長くなるように当該レーザ光に対して一定の補正量の収差補正を行い、且つ基板のレーザ光照射方向先方の端面側ではレーザ光の収差補正を行わないことを特徴とするものである。

この発明によれば、基板の厚さ方向に形成される改質領域の層数を低減することができるので、レーザ光の走査回数を低減することができて、基板厚さ方向全域に改質領域を形成する時間を短縮することが可能となる。
また、本発明の基板分割方法は、改質領域を基板の厚さ方向に複数層形成した後、当該基板に外力を加えることで当該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、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基板から表示装置用基板を分割することとしたため、表示装置の製造時間を低減することができる。

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。

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、つまり対向基板２及びＴＦＴ基板１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。なお、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、符号７は配線部である。

本実施形態では、図５（ａ）に示すように、基板１，２の厚さ方向両端面に及ぶように改質領域５を形成する。その際、前述したレーザビームの収差補正の補正量を調整して、基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面側ではレーザビームの集光領域の基板厚さ方向の長さを長くし、且つ基板１，２のレーザビーム照射方向先方の端面側でもレーザビームの集光領域の基板厚さ方向の長さを長くする。より具体的には、基板１，２の厚さが１．２ｍｍである場合、基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面側ではレーザビームに対して一定の補正量、この場合は２ｍｍの収差補正を行い、且つ基板１，２のレーザビーム照射方向先方の端面側ではレーザビームの収差補正を行わないこととした。図６は、集光レンズ１３をＺ軸方向、即ち基板１，２の厚さ方向に移動した移動距離と、それに伴って基板１，２内に形成される改質領域５の基板厚さ方向の長さを表したものであり、集光レンズ１３の移動距離が０であるとき、基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面に集光し、移動距離が大きいほど、基板１，２のレーザビーム照射方向先方に集光していることを意味する。本実施形態では、集光レンズ１３の移動距離が０、つまりレーザビーム照射方向手前側の端面から４００μｍまで、補正量２ｍｍの収差補正を行い、そこからレーザビーム照射方向先方の端面までは収差補正を行っていない。

収差の本来の意味は、レンズの焦点が１点にならないことであり、収差補正とは、その焦点を１点にすることを意味している。しかしながら、石英基板からなる対向基板２やＴＦＴ基板１の場合、光の屈折率が空気中の場合とは異なるため、例えば基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面では焦点が１点にまとまっても、当該基板１，２を透過したレーザビーム照射方向先方の端面では焦点が１点にまとまらない。基板１，２の厚さ方向で集光領域を評価すれば、レーザビーム照射方向手前側の端面での集光領域は短く、レーザビーム照射方向先方の端面での集光領域は長くなる。このレーザビーム照射方向先方の端面での集光領域を短くするのが、石英基板を分割する際のレーザ加工方法における収差補正であり、本来の意味からすると、逆収差補正とも言える。但し、逆収差補正を含めて、集光領域の補正を行うことを本発明では収差補正と定義する。

例えば、図７に示すように、改質領域５同士の間が２０μｍになるようにして、レーザビームの収差補正量を種々に変更して、レーザビーム照射方向手前側の端面からレーザビーム照射方向先方の端面まで改質領域５を形成した。図８には、形成される改質領域５の長さを示す。収差補正量は、基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面でのレーザビームの集光領域（図８の改質領域と同等）の基板厚さ方向の長さが最も短い状態（レーザビームの集光性が最も高い状態）を当該レーザビームの収差補正の補正量が０と定義する。従って、収差補正量を１．２ｍｍとすると、レーザビーム照射方向先方の端面でのレーザビームの集光領域（改質領域）の基板厚さ方向の長さが最も短くなる。本実施形態で改質領域５の長さを長くできる組合せは、レーザビーム照射方向手前側の端面側で収差補正量を２ｍｍとし、レーザビーム照射方向先方の端面側で収差補正量を０ｍｍ、つまり収差補正を行わない場合である。

前記図７に示すように、改質領域５同士の間が２０μｍになるようにして、レーザビーム照射方向手前側の端面からレーザビーム照射方向先方の端面まで改質領域５を形成する際、収差補正量が一定であれば、何れの収差補正量でも、改質領域５の層を１４層にしなければならない。つまりレーザビームの走査回数が１４回必要になる。しかしながら、レーザビーム照射方向手前側の端面から４００μｍまではレーザビームの収差補正量を２ｍｍとし、そこからレーザビーム照射方向先方の端面までレーザビームの収差補正を行わない場合には、改質領域５の層は１３層でよい。つまりレーザビームの走査回数が１３回で済む。

このように、本実施形態の基板分割方法によれば、基板１，２にレーザビームを照射して改質領域５を形成することにより当該基板１，２を分割するにあたり、基板１，２のレーザビーム照射方向手前側の端面側ではレーザビームの集光領域の基板厚さ方向の長さが長くなるようにレーザビームに対して一定の補正量の収差補正を行い、且つ基板１，２のレーザビーム照射方向先方の端面側ではレーザビームの収差補正を行わないことにより、基板１，２の厚さ方向に形成される改質領域５の層数を低減することができるので、レーザビームの走査回数を低減することができて、基板厚さ方向全域に改質領域５を形成する時間を短縮することが可能となる。

また、改質領域５を基板１，２の厚さ方向に複数層形成した後、当該基板１，２に外力を加えることで当該基板１，２を分割することとしたため、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基板１，２を分割することができる。
また、前記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、表示装置の製造時間を低減することができる。

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。 レーザビームの走査回数を最も低減できるレーザビーム収差補正の説明図である。 基板内に形成される改質領域の説明図である。 収差補正の補正量が異なる場合の集光レンズ移動距離と改質領域長さの関係を示す説明図である。

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 ポリイミド膜、７ 配線部、９ 反射型距離計測装置、１０ レーザビーム照射装置。

Claims (4)

1. 基板にレーザ光を照射して改質領域を形成することにより当該基板を分割する基板分割方法であって、前記基板のレーザ光照射方向手前側の端面側では前記レーザ光の集光領域の基板厚さ方向の長さが長くなるように当該レーザ光に対して一定の補正量の収差補正を行い、且つ前記基板のレーザ光照射方向先方の端面側では前記レーザ光の収差補正を行わないことを特徴とする基板分割方法。
2. 前記改質領域を前記基板の厚さ方向に複数層形成した後、当該基板に外力を加えることで当該基板を分割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又は２に記載の基板分割方法。
4. 前記請求項１乃至３の何れかに記載の基板分割方法で前記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。

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