JP2021020834A - 基板の加工方法並びに加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光によるスクライブラインの加工の際に、チッピングやＨＡＺなどの熱影響の発生を抑制して高品質の分断端面を有する製品を得ることのできる基板加工方法並びに基板加工装置を提供する。【解決手段】透明な脆性材料からなる基板の加工方法であって、分断予定ラインＳ３、Ｓ４に沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成する工程を含み、前記レーザー光を分断予定ラインＳ３、Ｓ４に照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置でレーザー照射を止めるようにした。【選択図】図６

Description

本発明は、ガラス板等の透明な脆性材料からなる基板の加工方法並びに加工装置に関する。特に本発明は、周辺に異形部分を備えたモバイル用液晶セル基板に、レーザー光を照射してスクライブ加工を行う基板の加工方法並びに加工装置に関する。

液晶セルの単位基板は、透明なガラス板にカラーフィルタがパターン形成された第一基板（ＣＦ側基板ともいう）と、透明なガラス板に薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）がパターン形成された第二基板（ＴＦＴ側基板ともいう）とを、液晶を封入するシール材を挟んで貼り合わせて形成されている。
大判のマザー基板から個々の液晶セルの単位基板に分割する際に、格子状の分断予定ラインに沿って切り出す加工が行われる。このとき、一般的には基板の表裏両面を、カッターホイールまたはレーザー光を用いてスクライブラインを加工し、ブレイクする方法が用いられている（特許文献１、２参照）。

特開２００６−１３７６４１号公報 特開２０１５−１３７８３号公報

モバイル用の液晶セル基板等では、図４に示すように、基板周辺にあるコーナー部分にアール（円弧部）２を有し、短手方向の側辺にノッチ３と呼ばれる開口凹部が形成されることがある（本発明ではこのアールやノッチを異形部分という）。
このような異形部分の加工には、マザー基板から切り出された単位基板に対し、レーザー光を異形部分の分断予定ラインに沿って照射してスクライブする加工方法が用いられることがある。すなわち、アールやノッチの形状を構成する分断予定ラインに沿ってレーザー光を走査して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成し、次工程でブレイクバーやスチームブレイク等でブレイクすることでアールやノッチを加工する。

一般的に、レーザー光で基板に対しスクライブラインを加工する場合、レーザー光は、基板から外側に離れた位置で照射を開始し、照射した状態のまま基板端面から基板上の分断予定ライン上に入り、そのまま分断予定ライン上を移動してその終端で基板端面から抜ける手法（ここではこの手法を「外切り」と称する）で行われる。

しかし、この「外切り」の手法では、分断予定ラインの始端側及び終端側に位置する基板端にチッピングと呼ばれる小さなカケやＨＡＺ（Heat Affected Zone）と呼ばれる変色などの熱影響が生じ、商品品質が劣化して歩留まりが悪くなるといった現象がみられた。

これについて原因を検討した。フォーカスビームのレーザー光（例えば波長１０６４ｎｍのＩＲレーザー）をガラス基板の表面に照射した場合、図９（ａ）に示すように、ガラス基板の端辺（周縁）から離れた内部の位置では、基板表面から入射したレーザー光は基板内部で収束し、これによって基板が加工される。
一方、「外切り」の手法で照射されたレーザー光は、基板端上に照射されたときに、その一部が図９（ｂ）の太線で示すように、基板端面から入射し、屈折により基板の厚さ方向と直交する方向（基板端面から基板内側方向）に進んで基板の内部深くで収束する。また、レーザー光の一部は細線で示すように基板端面で反射して基板裏面に抜ける。このような基板内部まで深く拡散する屈折光や基板端面での反射光がチッピングやＨＡＺなどの熱影響の原因と考えられる。

そこで本発明は、レーザー光でスクライブラインを加工する際に、チッピングやＨＡＺなどの熱影響の発生を抑制して高品質の製品を得ることのできる基板加工方法並びに基板加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち本発明では、透明な脆性材料基板の加工方法であって、分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成する工程を含み、前記レーザー光を分断予定ラインに照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置でレーザー照射を止めるようにした。

また本発明は、透明な脆性材料からなり、かつ、周辺に異形部分を備えたセル基板を大判のマザー基板から切り出す基板加工方法であって、マザー基板に格子状のスクライブラインを加工するとともにこのスクライブラインに沿ってマザー基板を分断して個々の単位基板を切り出すスクライブ／ブレイク工程と、切り出された単位基板にレーザー光を用いて異形部分を加工する異形部加工工程とからなり、前記異形部加工工程は、前記異形部分を区分する分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成する工程を含み、前記レーザー光を分断予定ラインに照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置でレーザー照射を止めるようにした基板加工方法を特徴とする。

ここで前記レーザー光の照射開始位置並びに停止位置は、基板端から３０〜２００μm離れた位置で行うようにするのがよい。

また別の観点からの発明で、周辺に異形部分を備えたセル基板を大判のマザー基板から切り出す基板加工装置であって、マザー基板に格子状のスクライブラインを加工するとともにこのスクライブラインに沿ってマザー基板を分断して個々の単位基板を切り出すスクライブ／ブレイク手段と、切り出された単位基板に対し、前記異形部分を区分する分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を形成する異形部加工手段とを備え、更に、前記レーザー光が、前記分断予定ラインに沿って照射される際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置で照射を停止するように制御する制御部を備えた基板加工装置も特徴とする。

本発明によれば、レーザー光を分断予定ラインに沿って照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側位置でレーザー照射を止めるようにしたので、「外切り」の手法のように、レーザー光の一部が基板端面から入射して屈折により基板厚み方向に直交する方向に沿って内部深くまで浸透したり、上面から入射したレーザー光の一部が基板端面で反射して基板裏面に抜けるような現象を解消し、これによりチッピングやＨＡＺなどの熱影響の発生を抑制して高品位の製品を得ることができる。

本発明にかかるセル基板を切り出すためのマザー基板を示す平面図並びの正面図。 マザー基板から切り出された短冊状基板を示す平面図。 短冊状基板から切り出された単位基板を示す平面図。 単位基板にアール並びにノッチを加工したセル基板を示す平面図。 本発明にかかる基板加工装置の概略的な正面図。 セル基板のアールの加工を説明するための平面図。 セル基板のノッチの加工を説明するための平面図。 本発明に用いられるレーザー光の別例を示す説明図。 レーザー光照射による熱影響の原因を説明するための図。

以下、本発明方法の詳細を図に示した実施形態に基づき説明する。ここでは、大判のマザー基板Ｍから、図４に示すようなコーナー部分にアール２を有し、短手方向の側辺に凹状に開口するノッチ３を有する矩形状のモバイル用セル基板１を切り出して加工する場合について説明する。セル基板１の平面からみた各部の寸法は、長辺が１５０mmであり、短辺が７０mmであり、アールが７mmＲであり、ノッチの深さＷ１が５mmであり、ノッチの幅Ｗ２が４０mmである。
また、マザー基板Ｍは、先に述べたように、ガラス板にカラーフィルタがパターン形成された第一基板（ＣＦ側基板）と、ガラス板にＴＦＴがパターン形成された第二基板（ＴＦＴ側基板）とを、液晶を封入するシール材を挟んで貼り合わせて形成されている。

図１〜図３は、マザー基板Ｍからセル基板の元となる単位基板Ｍ２を切り出す工程の一例を示すものである。図１はマザー基板Ｍから八つの単位基板Ｍ２を切り出す場合を示す。
先ず、図１並びに図５に示すように、カッターホイール６を用いてマザー基板Ｍの上面に、Ｘ方向の分断予定ラインに沿ってカッターホイールを圧接してスクライブすることによりスクライブラインＳ１を刻む。次いで、基板を反転させて前記スクライブラインの対称位置に同様のスクライブラインを刻む。この場合、基板の上下にカッターホイールを配置して基板の上下両面を同時にスクライブ加工するようにしてもよい。スクライブラインは基板の厚み方向にクラック（溝）ができる程度の切り込みで形成して、後工程でブレイクバーを押しつけて基板を撓ませることによりスクライブラインに沿って分断するのであるが、板厚全部にクラックを浸透させて完全分断（フルカット）するようにしてもよい（本発明では、このようなスクライブラインの加工と分断とを同時に行って単位基板を切り出す加工についても本発明でいうスクライブ／ブレイク工程に含まれるものとする）。スクライブラインＳ１から分断されたマザー基板は、図２に示すように、それぞれ四つの単位基板領域を含む短冊状基板Ｍ１となる。

次いで、短冊状基板Ｍ１を９０度回転させたあと、分断予定ラインに沿って上記と同じようにカッターホイールで基板Ｍ１の上下両面にスクライブラインＳ２を刻み、上記同様に当該スクライブラインＳ２に沿って分断して、図３に示すように、コーナー部分のアールやノッチが未加工の矩形状の単位基板Ｍ２を切り出す。

次いで、レーザー光照射ノズル７からのレーザー光を単位基板Ｍ２のアール２やノッチ３を区分する分断予定ラインＳ３、Ｓ４に沿って照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを加工する。レーザー光の移動軌跡は、後述する基板載置用のテーブル８とレーザー光照射ノズル７のスクライブヘッド１１を同時にＸ−Ｙ方向に移動させることにより、曲線などの任意の軌跡を描くことができる。なお、レーザー光は、波長１μｍ前後のピコ秒ＩＲレーザーを用いるのが好ましいが、波長１２００ｎｍ以下の範囲で選択することができる。

このレーザー光をアール２並びにノッチ３のそれぞれの分断予定ラインＳ３、Ｓ４に照射する際、本発明では基板端から少し内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ラインの終端近傍位置まで移動したときにレーザー照射を停止するようにする。即ち、レーザー照射ノズル７が基板外部から分断予定ラインＳ３、Ｓ４上を通って反対側の基板端に抜ける際に、図６、図７に示すように、基板端からＬ１だけ入り込んだＰ１の位置でレーサー照射を開始し、分断予定ライン終端近傍で基板端からＬ２だけ離れたＰ２の位置で照射をやめるようにする（ここでは、この手法を「内切り」と称する）。上記Ｌ１並びにＬ２は３０〜２００μmの範囲から選択され、特に５０〜１００μmとするのがよい。このレーザー光の照射、停止の制御は後記する制御部で予めプログラミングすることにより行うことができる。

次いで、ブレイクバー、スチームブレイクなどを用いて端材を分断予定ラインから分断除去することでアールやノッチを加工する。

図５は本発明方法を実施するための基板加工装置Ａの概略的な構成を示すものである。カッターホイール６は作業ステージとなるテーブル８の上方に配置されたスクライブヘッド９に昇降可能に取り付けられ、スクライブヘッド９は装置の機枠に設けられたガイド１０に沿ってヘッド移動機構（図示外）により水平なＸ方向に移動できるように組み込まれている。また、レーザー照射ノズル７は、上部のガイド１０に沿って移動可能なスクライブヘッド１１に支持されている。

また、基板Ｗを載置するテーブル８は、Ｘ方向及びこれに直交するＹ方向に移動させるテーブル移動機構１２を備えている。このテーブル移動機構１２は、例えばネジ軸をモータで回動させることによりレールに沿って移動するようにした公知の機構が用いられる。

更に、基板加工装置Ａは、各スクライブヘッド９、１１やテーブル８の移動、レーザー光発信器１３などの制御を行う制御部１４を備えている。制御部１４は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部と、各種インターフェースとを有するコンピュータシステムである。制御部１４は、記憶部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。

上記のようにして、レーザー光を基板端からＬ１だけ入り込んだ位置で照射を開始し、分断予定ライン終端近傍で基板端からＬ２だけ離れた位置で照射をやめるようにすることにより、アール２並びにノッチ３の加工時にチッピングやＨＡＺなどの熱影響を抑制することが可能となる。なお、分断予定ラインの両端に残ったレーザー光の非照射部分Ｌ１、Ｌ２は強制的に引きちぎられることになるが、その部分は３０〜２００μmで非常に短く、引きちぎりによって発生するバリがごく僅かであるので品質上問題はない。

尚、発明者等が、ＴＦＴ側基板の厚みが１５０μm、ＣＦ側基板の厚みが１５０μmの基板に対し、波長１０６４nmで、パルス幅１５ピコ秒、パルスエネルギー８０μJ、パルス間隔１．５μmのピコ秒ＩＲレーザーを用いて、上記した手法でアール並びにノッチの加工を行った結果、分断端面でのチッピングは全くなく、ＨＡＺも殆ど見られなかった。

本発明において、上記レーザー光は、図８に示すような焦点が分散した収差レーザー光を用いることができる。この収差レーザー光は、レーザー光発振器１３から発振されたパルスレーザー光を、光変調器１５で分割されたバースト列の集合として出射させて平凸レンズ１６ａからなる収差生成部材１６に送り、平凸レンズ１６ａの凸面側から出射させることにより収差レーザー光とすることができる。この収差レーザー光は、レーザーエネルギーを各焦点部で蓄積させた狭くて長い高エネルギー分布領域（レーザーフィラメント）Ｆを形成することができ、基板内部で長く浸透した脆弱な改質層を加工することができる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでない。例えば、上記実施例において、レーザー光による「内切り」の手法を、異形部分の加工にのみ用いたが、マザー基板Ｍから単位基板Ｍ２を切り出す際の直線状のスクライブラインの加工にも、カッターホイールにかえて用いることができる。また、アール２は真円の円弧の他に、Ｃ状の場合もあり、ノッチ３の形態も凹状の他にＶ字形やＵ字形などの異形で形成される場合もある。また、ブレイク対象となる基板は液晶表示パネルに限らず、２枚のガラス板を貼り合わせた貼り合わせ基板や、或いは一枚のガラス板であってもよい。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することができる。

本発明は、セル基板のコーナーや周辺にレーザー光を用いてアールや凹部を加工するのに適用される。

Ａ 加工装置
Ｍ マザー基板
Ｍ２ 単位基板
Ｓ１ スクライブライン
Ｓ２ スクライブライン
Ｓ３ アールの分断予定ライン
Ｓ４ ノッチの分断予定ライン
１ セル基板
２ アール
３ ノッチ
４ 第１基板
５ 第２基板
６ カッターホイール
７ レーザー照射ノズル
１３ レーザー光発振器
１４ 制御部

Claims (6)

1. 透明な脆性材料からなる基板の加工方法であって、
   分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成する工程を含み、前記レーザー光を分断予定ラインに沿って照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置でレーザー照射を止めるようにした基板加工方法。
2. 透明な脆性材料からなり、かつ、周辺に異形部分を備えたセル基板を大判のマザー基板から切り出す基板加工方法であって、
   マザー基板に格子状のスクライブラインを加工するとともにこのスクライブラインに沿ってマザー基板を分断して個々の単位基板を切り出すスクライブ／ブレイク工程と、
   切り出された単位基板の周辺にレーザー光を用いて前記異形部分を加工する異形部加工工程とからなり、
   前記異形部加工工程は、前記異形部分を区分する分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を有するスクライブラインを形成する工程を含み、前記レーザー光を分断予定ラインに沿って照射する際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置でレーザー照射を止めるようにした基板加工方法。
3. 前記異形部分は、加工される基板のコーナー部に形成されるアールと、周辺の一部に形成されるノッチの少なくともいずれかを含む請求項１または請求項２に記載の基板加工方法。
4. 前記レーザー光は、波長１２００ｎｍ以下のピコ秒ＩＲレーザーである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の基板加工方法。
5. 前記レーザー光の照射開始位置並びに停止位置は基板端から３０〜２００μm離れた位置で行うようにした請求項１〜請求項４のいずれかに記載の基板加工方法。
6. 透明な脆性材料からなる基板の加工装置であって、
   基板の分断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して基板内部に脆弱となった改質層を形成するレーザー光照射部と、
   前記レーザー光が前記分断予定ラインに沿って照射される際に基板端近傍で内側に入り込んだ位置から照射を開始し、分断予定ライン終端近傍の基板内側に入り込んだ位置で照射を停止するように制御する制御部とを備えた基板加工装置。

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