JP2020004890A - 貼り合わせ基板の分断方法及び分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貼り合わせ基板の分断方法及び分断装置において、スクライブラインの加工自由度を向上させる。【解決手段】貼り合わせ基板Ｗの分断方法は、第１基板Ｗ１に第１スクライブラインＳ１を形成する第１レーザ光照射ステップと、第２基板Ｗ２に第２スクライブラインＳ２を形成する第２レーザ光照射ステップとを備えている。第２レーザ光照射ステップでは、空間光位相変調によって、第１基板の第１スクライブラインと平面視で同じ第１位置と異なる第２位置とで変更される。【選択図】図３

Description

本発明は、基板の分断方法及び分断装置に関する。

ガラス基板をスクライブ加工する方法として、レーザ加工が知られている。レーザ加工では、例えば、赤外線ピコ秒レーザが用いられている。この場合、レーザがパルスによる内部加工を平面方向に断続的に行って複数のレーザフィラメントを形成することで、スクライブラインを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に示す技術では、収束レーザビームは、基板内にフィラメントを作り出すように選択されたエネルギー及びパルス持続時間を有するパルスで構成される。そして、複数のフィラメントによって、スクライブラインが形成される。

特表２０１３−５３６０８１号公報

特に、対象が貼り合わせ基板の場合は、２枚の基板をそれぞれレーザ光照射によってスクライブラインを形成する。貼り合わせ基板とは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された基板と、カラーフィルタ（ＣＦ）が形成された基板とをシール材を介して貼り合わされたマザー基板である。このマザー基板が分断されることにより個々の液晶パネルが取得される。

貼り合わせ基板の場合、スクライブラインの加工方法には、スクライブライン同士を平面視において一致させるジャストカット加工と、スクライブライン同士を平面視においてずらすオフセット加工とがある。
必要に応じてジャスト加工とオフセット加工とは切り換えることになるが、従来では、切り換えのたびに伝送光学系の位置を変更する必要があった。しかし、そのような変更は工程が増えて、煩雑になる。

本発明の目的は、貼り合わせ基板の分断方法及び分断装置において、スクライブラインの加工自由度を向上させることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る貼り合わせ基板の分断方法は、基板の第１基板と第２基板とを有する貼り合わせ基板を分断する方法であって、下記のステップを備えている。
◎第１基板に第１スクライブラインを形成する第１レーザ光照射ステップ
◎空間光位相変調によって、第１基板の第１スクライブラインと平面視で同じ第１位置または異なる第２位置に、第２基板に第２スクライブラインを形成する第２レーザ光照射ステップ
◎第２レーザ光照射ステップにおけるレーザ光照射位置を第１位置と第２位置とで変更する照射位置変更ステップ
◎第１基板と第２基板に力を加えることで、第１スクライブラインと第２スクライブラインに沿ってそれぞれ第１基板と第２基板を分断する分断ステップ
この分断方法では、空間光位相変調を用いることで、第１スクライブラインと第２スクライブラインを一致させることと、ずらすこととを容易に切り換えられる。したがって、スクライブラインを加工する自由度が向上する。

本発明の他の見地に係る貼り合わせ基板の分断装置は、レーザ装置と、基板分断装置と、を備えている。
レーザ装置は、
第１基板に第１スクライブラインを形成する第１レーザ光照射ステップと、
空間光位相変調によって、第１基板の第１スクライブラインと平面視で同じ第１位置または異なる第２位置に、第２基板に第２スクライブラインを形成する第２レーザ光照射ステップと、
第２レーザ光照射ステップにおけるレーザ光照射位置を第１位置と第２位置とで変更する照射位置変更ステップと、を実行する。
基板分断装置は、第１基板と第２基板に力を加えることで、第１スクライブラインと第２スクライブラインに沿ってそれぞれ第１基板と第２基板を分断する分断ステップを実行する。
この分断装置では、空間光位相変調を用いることで、第１スクライブラインと第２スクライブラインを一致させることと、ずらすこととを容易に切り換えられる。したがって、スクライブラインを加工する自由度が向上する。

本発明に係る貼り合わせ基板の分断方法及び分断装置では、スクライブライン加工の自由度が向上する。

第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 空間光位相変調器の模式的動作説明図。 スクライブライン形成工程における基板の模式的断面。 スクライブライン形成工程における基板の模式的断面。 基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図。 基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１及び図２を用いて、レーザ加工装置１の全体構成を説明する。図１は、第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。図２は、空間光位相変調器の模式的動作説明図である。

レーザ加工装置１は、貼り合わせ基板Ｗ（以下、「基板Ｗ」）にスクライブラインを形成する装置である。基板Ｗは、第１基板Ｗ１と、第２基板Ｗ２とを有している。基板Ｗは、例えば、液晶ガラス基板である。
図２に示すように、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２は、シール材４０によって貼り合わされている。第１基板Ｗ１は外側面３５と内側面３６を有している。第２基板Ｗ２は外側面３７と内側面３８とを有している。内側面３６と内側面３８の間にシール材４０が配置されている。

レーザ加工装置１は、第１レーザ装置３Ａを有している。第１レーザ装置３Ａは、第１基板Ｗ１に第１スクライブラインＳ１（図３、図４）を形成する装置である。

第１レーザ装置３Ａは、第１レーザ発振器１５Ａと、第１レーザ制御部１７Ａとを有している。第１レーザ発振器１５Ａは、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍのピコ秒レーザである。第１レーザ制御部１７Ａは、第１レーザ発振器１５Ａの駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ加工装置１は、第１伝送光学系５Ａを有している。第１伝送光学系５Ａは、第１レーザ装置３Ａから出射されたレーザ光を変調する第１空間光位相変調器２１Ａを有している。第１空間光位相変調器２１Ａは、例えば透過型であり、透過型の空間光移送変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であってもよい。また透過型の空間光移送変調器に代えて反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）の空間光位相変調器などの反射型の空間光移送変調器を使用してもよい。第１空間光位相変調器２１Ａは、レーザ光を変調すると共に、下方に第１レーザ光Ｌ１を照射する。第１伝送光学系５Ａは、第１空間光位相変調器２１Ａの下方に、第１集光レンズ２３Ａを有している。

レーザ加工装置１は、第２レーザ装置３Ｂを備えている。第２レーザ装置３Ｂは、第２基板Ｗ２に第２スクライブラインＳ２（図３、図４）を形成する装置である。
第２レーザ装置３Ｂは、第２レーザ発振器１５Ｂと、第２レーザ制御部１７Ｂとを有している。第２レーザ発振器１５Ｂは、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍのピコ秒レーザである。第２レーザ制御部１７Ｂは第２レーザ発振器１５Ｂの駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ加工装置１は、第２伝送光学系５Ｂを有している。第２伝送光学系５Ｂは、第２レーザ装置３Ｂから出射されたレーザ光を変調する第２空間光位相変調器２１Ｂを有している。第２空間光位相変調器２１Ｂは、第１空間光位相変調器２１Ａと同じく、ＳＬＭであってもよい。第２空間光位相変調器２１Ｂは、レーザ光を変調すると共に、上方に第２レーザ光Ｌ２を照射する。第２伝送光学系５Ｂは、第２空間光位相変調器２１Ｂの上方に、第２集光レンズ２３Ｂを有している。

レーザ加工装置１は、駆動部２５を有している。駆動部２５は、第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂにおける各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光を第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂで所望に変調させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、例えば、加工痕を形成しようとする位置、照射するレーザ光の波長、加工対象物の材料、及び第１伝送光学系５Ａ及び第２伝送光学系５Ｂや加工対象物の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部９に記憶されている。
この結果、図２に示すように、第１空間光位相変調器２１Ａ及び第２空間光位相変調器２１Ｂは、任意の多数のビームを形成することができ、多数のビームによる同時加工が可能になる。

レーザ加工装置１は、基板Ｗを保持して駆動する駆動装置７を有している。駆動装置７は、駆動装置操作部１３によって移動される。駆動装置操作部１３は、駆動装置７を水平方向に移動させる。

レーザ加工装置１は、制御部９を備えている。制御部９は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

制御部９は、第１レーザ制御部１７Ａ及び第２レーザ制御部１７Ｂを制御できる。制御部９は、駆動部２５を制御できる。制御部９は、駆動装置操作部１３を制御できる。
制御部９には、図示しないが、基板Ｗの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

（２）スクライブ加工方法
図３及び図４を用いて、レーザ加工装置１によるスクライブ加工方法を説明する。図３及び図４は、スクライブライン形成工程における基板の模式的断面である。

（２−１）ジャストカット加工
（ａ）第１レーザ光照射ステップ
第１基板Ｗ１側から第１レーザ光Ｌ１を照射することで、第１スクライブラインＳ１を形成する。具体的には、第１基板Ｗ１内部に光軸に沿って形成された複数の第１加工痕３１が、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。第１加工痕３１の厚み方向の形成位置は、第１基板Ｗ１の外側面３５と内側面３６との間である。
この実施形態では、第１スクライブラインのＳ１の平面視の１箇所では、複数の第１加工痕３１は厚み方向に同時に形成される。

（ｂ）第２レーザ光照射ステップ
第２基板Ｗ２側から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、第２スクライブラインＳ２を形成する。具体的には、図３に示すように、第２基板Ｗ２内部に光軸に沿って形成された複数の第２加工痕３３が、第１加工痕３１と一致する位置になるように、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。第２加工痕３３の厚み方向の形成位置は、第２基板Ｗ２の内側面３８と外側面３７との間である。
この実施形態では、第２スクライブラインのＳ２の平面視の１箇所では、複数の第２加工痕３３は厚み方向に同時に形成される。

（２−２）オフセットカット加工
（ａ）第１レーザ光照射ステップ
第１基板Ｗ１側から第１レーザ光Ｌ１を照射することで、第１スクライブラインＳ１を形成する。具体的には、第１基板Ｗ１内部に光軸に沿って形成された複数の第１加工痕３１が、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。第１加工痕３１の厚み方向の形成位置は、第１基板Ｗ１の外側面３５と内側面３６との間である。

（ｂ）第２レーザ光照射ステップ
第２基板Ｗ２側から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、第２スクライブラインＳ２を形成する。具体的には、図４に示すように、第２基板Ｗ２内部に光軸に沿って形成された複数の第２加工痕３３が、第１加工痕３１からずれた位置で平行になるように、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。第２加工痕３３の厚み方向の形成位置は、第２基板Ｗ２の内側面３８と外側面３７との間である。

上記に説明したジャストカット加工とオフセット加工とを切り換えるときに、第２レーザ光照射ステップにおけるレーザ光照射位置がジャスト位置とオフセット位置とで変更される。具体的には、駆動部２５が第２空間光位相変調器２１Ｂを制御して、レーザ光照射位置を変更する。
この分断方法では、空間光位相変調を用いることで、第１スクライブラインＳ１と第２スクライブラインＳ２を一致させることと、ずらすこととを容易に切り換えられる。したがって、スクライブラインを加工する自由度が向上する。

（３）基板分断装置
図５及び図６を用いて、基板分断装置２０１を説明する。図５及び図６は、基板分断装置の構成及び動作を説明する模式図である。なお、基板分断装置２０１は、レーザ加工装置１の制御部９によって制御されてもよいし、他の制御部によって制御されてもよい。
基板分断装置２０１は、スクライブラインが形成された基板から端材を分割除去することで製品を切り出す装置である。

基板分断装置２０１は、保持テーブル２０３を有している。保持テーブル２０３は、水平な吸着面２０３ａを有しており、そこには加工対象となる基板Ｗが載置される。保持テーブル２０３の吸着面２０３ａには、基板Ｗを安定保持する多数のエア吸着孔（図示せず）が設けられている。
保持テーブル２０３は、特に、基板Ｗの製品部分を吸着固定する吸着台である。第２スクライブラインＳ２が保持テーブル２０３の縁部に一致するように、基板Ｗは保持テーブル２０３に置かれる。

基板分断装置２０１は、チャック機構２１１を有している。チャック機構２１１は、保持テーブル２０３の吸着面２０３ａからはみ出した基板Ｗの一端である端材Ｗ３を掴むように把持する装置である。
チャック機構２１１は、チャック部材２１３を有している。チャック部材２１３は、開閉自在に構成されている。
チャック機構２１１は、チャック部材２１３を駆動するための把持動作機構（図示せず）を有している。
基板分断装置２０１は、基板Ｗの製品部分（第１及び第２スクライブラインＳ１、Ｓ２を挟んで端材Ｗ３と反対側の部分）を上側から押さえて固定するための押圧機構２１５をさらに有している。

基板分断装置２０１は、回動機構（図示せず）を有している。回動機構は、チャック部材２１３が紙面直交方向に延びる軸を支点として所定角度だけ回動できるように、チャック部材２１３を保持している。回動機構は、例えば、回転モータを有している。
基板分断装置２０１は、昇降機構（図示せず）を有している。昇降機構は、チャック部材２１３及び回動機構を昇降させるための装置である。昇降機構は、例えば、圧力シリンダを有している。

基板分断装置２０１は、図５に示すように、チャック部材２１３によって端材Ｗ３を把持する。
次に、基板分断装置２０１は、図６に示すように、チャック部材２１３を傾けることで、端材Ｗ３を製品から切り離す。このとき、押圧機構２１５は、基板Ｗの製品部分を保持テーブル２０３との間で挟むことで、その部分を保持テーブル２０３から浮かないようにしている。
この結果、第１基板Ｗ１の第１スクライブラインＳ１と第２基板Ｗ２の第２スクライブラインＳ２に沿って、分断が行われる。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
基板は、ガラス、半導体ウェハ、セラミックス等の脆性材料基板であればよく、特に限定されない。
前記実施形態では基板分断装置は基板の端材を除去する装置であったが、他の基板分断装置であってもよい。

本発明は、レーザ装置を用いたパルスによる基板の内部加工を平面方向に断続的に行うことでスクライブラインを形成する方法及び装置に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３Ａ ：第１レーザ装置
３Ｂ ：第２レーザ装置
５Ａ ：第１伝送光学系
５Ｂ ：第２伝送光学系
７ ：駆動装置
９ ：制御部
１３ ：駆動装置操作部
１５Ａ ：第１レーザ発振器
１５Ｂ ：第２レーザ発振器
１７Ａ ：第１レーザ制御部
１７Ｂ ：第２レーザ制御部
２１Ａ ：第１空間光位相変調器
２１Ｂ ：第２空間光位相変調器
２５ ：駆動部
Ｓ１ ：第１スクライブライン
Ｓ２ ：第２スクライブライン
Ｗ ：貼り合わせ基板
Ｗ１ ：第１基板
Ｗ２ ：第２基板
Ｗ３ ：端材

Claims (2)

1. 第１基板と第２基板とを有する貼り合わせ基板の分断方法であって、
   前記第１基板に第１スクライブラインを形成する第１レーザ光照射ステップと、
   空間光位相変調によって、前記第１基板の前記第１スクライブラインと平面視で同じ第１位置または異なる第２位置に、前記第２基板に第２スクライブラインを形成する第２レーザ光照射ステップと、
   前記第２レーザ光照射ステップにおけるレーザ光照射位置を前記第１位置と前記第２位置とで変更する照射位置変更ステップと、
   前記第１基板と前記第２基板に力を加えることで、前記第１スクライブラインと前記第２スクライブラインに沿ってそれぞれ前記第１基板と前記第２基板を分断する分断ステップと、
   を備えている、貼り合わせ基板の分断方法。
2. 第１基板と第２基板とを有する貼り合わせ基板の分断装置であって、
   前記第１基板に第１スクライブラインを形成する第１レーザ光照射ステップと；空間光位相変調によって、前記第１基板の前記第１スクライブラインと平面視で同じ第１位置または異なる第２位置に、前記第２基板に第２スクライブラインを形成する第２レーザ光照射ステップと；前記第２レーザ光照射ステップにおけるレーザ光照射位置を前記第１位置と前記第２位置とで変更する照射位置変更ステップと；を実行するレーザ装置と、
   前記第１基板と前記第２基板に力を加えることで、前記第１スクライブラインと前記第２スクライブラインに沿ってそれぞれ前記第１基板と前記第２基板を分断する分断ステップを実行する基板分断装置と、
   を備えた貼り合わせ基板の分断装置。

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