JP2009056482A - 基板分割方法、及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザビーム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】ＴＦＴ素子基板等の分割対象基板４に対し、当該分割対象基板４の厚さ方向からレーザビームを照射して当該分割対象基板４を分割するにあたり、回折光学素子１３でレーザビームを回折することにより、分割対象基板４の厚さ方向全域又はほぼ全域にわたってレーザビームのエネルギーを集光し、当該集光領域に改質領域１を形成する。これにより、基板分割に適した長くて細い集光領域により十分なエネルギー密度を得て分割対象基板４の厚さ方向全域又はほぼ全域にわたる改質領域１を形成することができ、これによりレーザビームの走査回数を低減することが可能となる。
【選択図】図３

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。また、特許文献４では、収差補正手段によって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を厚さ方向に長くするようにしている。
特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−２０５１８０号公報 特開２００２−１９２３６９号公報 特開２００７−０２１５５６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、石英基板の何れか一方の端面にＴＦＴとしての機能を有するＴＦＴ膜を形成したり、そうした石英基板を貼り合わせたりしてなる基板に対し、前記各特許文献に記載されるように、この基板にレーザビームを照射して改質領域を形成し、外力を加えて基板を分割しようとする場合には、一回のレーザビームの照射では基板内に形成される改質領域の当該基板の厚さ方向の長さが短いので、レーザビームの集光領域を基板の厚さ方向にずらしながら当該レーザビームを分割線に沿って複数回走査しなければならないという問題がある。これに対し、前記特許文献４のように収差補正によって集光領域を長くすることは可能であるが、例えば前記ＴＦＴ基板の厚さ方向全域に及ぶように集光領域を長くしようとすると、集光領域の光軸直交方向の径が太くなってしまう。集光領域が長く且つ太くなると、集光領域におけるエネルギー密度が低下してしまうので、基板内に所望の改質領域を形成することができず、結局、収差補正による改質領域の長さの増大には限界がある。
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、レーザビーム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、単一の又は複数の基板からなる基板に対し、レーザ光を照射して当該基板を分割する基板分割方法であって、回折光学素子でレーザ光を回折させ、少なくとも基板の厚さ方向の所望領域の全域にわたってレーザ光を照射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、回折光学素子でレーザ光を回折させ、少なくとも基板の厚さ方向の所望領域の全域にわたってレーザ光を照射して改質領域を形成することとしたため、基板分割に適した長くて細い集光領域により、十分なエネルギー密度を維持したまま基板の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域を形成することができ、これによりレーザ光の走査回数を低減することが可能となる。

また、改質領域を形成した後、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、改質領域を形成した後、基板に外力を加えることで当該基板を分割することとしたため、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レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はＹＡＧレーザの何れか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レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はＹＡＧレーザの何れか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、基板の分割に係るレーザ光の走査回数を低減することで安価な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（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ＴＦＴ基板上に構成されている。このＴＦＴ基板上にはシール部材や液晶も載置され、それらを挟むようにして対向基板が接合されている。更に、ＴＦＴ基板及び対向基板の外側には防塵用の石英基板が接着剤層を挟んで貼り付けられており、これら全体が分割対象基板としてのＴＦＴ基板をなす。

図２には、本実施形態の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回折して集光する回折光学素子１３とを備えている。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を回折光学素子１３に対して水平面直交２軸方向、即ち図２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、回折光学素子１３の高さ方向、即ち図２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、ダイクロイックミラー１２を挟んで回折光学素子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、回折光学素子１３を透過する際に回折して集光する。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を駆動して回折光学素子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。

回折光学素子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回折光学素子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回折光学素子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。

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。

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、ピコ秒パルスレーザ（中心波長：８００ｎｍ、パルス幅：３ｐｓ、平均出力：１Ｗ）やＹＡＧ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。

回折光学素子１３としては、例えば本出願人が先に提案した特開２００４−１３６３５８号公報に記載のものが適用可能である。この回折光学素子１３は、例えば以下のようにして形成する。即ち、まず石英基板にレジストを塗布し、例えば周期が等しい同心円のレジストパターンに応じて、集光したレーザビームの露光量を変えながらレジストを露光し、その後、レジストを現像して凹凸形状のレジストパターンとし、このレジストパターンに、例えばＣＨＦ₃等のイオン化したガスをあてて同パターンをマスクとして利用することにより、イオンエッチングで石英基板にパターンを転写し、その後、残存するレジストを除去して石英基板上に所望の凹凸形状の回折光学素子１３を形成する。

この回折光学素子１３によれば、図３に示すように、その表面に周期が等しい同心円状の凹凸パターンが形成されているため、レーザビーム波面に位相変調を加えることができ、これにより被加工物である分割対象基板４に改質領域１を形成するのに必要な強度分布を持ったビームが得られ、このビームの強度分布によって分割対象基板４の厚さ（深さ）方向に形成される改質領域１の形状及び大きさを変えることができる。本実施形態では、この強度分布を調整することにより、図３に示すように、一回のレーザビームの照射によって分割対象基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域１を形成し、当該改質領域１を形成した後、外力を加えるだけで当該分割対象基板４を分割可能とする。
分割対象基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域１を形成するための回折光学素子１３の同心円中心からの半径ｒに応じた位相分布Φ（ｒ）は下記１式で与えられる。

Φ（ｒ）＝ｍｏｄ［２ｍπｒ／ｐ］ ……… (1)

但し、ｍｏｄ［ ］は位相分布を２πで繰り返す関数を示し、ｍは回折光学素子１３の回折次数、ｒは回折光学素子１３の半径、ｐは回折光学素子１３の同心円の周期を示す。この位相分布から得られる光軸ｚに応じた非回折ビームの強度分布Ｉ（ｚ）は下記２式で与えられる。

Ｉ（ｚ）＝Ｃ₁ｚ・ｅｘｐ（−Ｃ₂ｚ²）
Ｃ₁＝２πＩ₀ｓｉｎ²θ
Ｃ₂＝２ｓｉｎ²θ／ａ² ……… (2)

但し、入射ビームの強度分布はガウス分布でＩ（ｒ）＝Ｉ₀ｅｘｐ（−２ｒ²／ａ²）であり、その半径１／ｅ²をａとした。また、レーザ波長をλとしたとき、ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐであり、ｍ次の回折波を利用した光軸ｚ上のビーム整形であることを意味する。
更に、２式から、光軸ｚ上の強度が最大となる位置Ｚｃは、同式を微分することにより下記３式のように求まる。

Ｚｃ＝（ａ／２）（ｐ／λ）（１／ｍ） ……… (3)

この３式から、分割対象基板４に厚さ方向の所望領域の全域にわたる改質領域１を形成するための強度分布を得るためには、例えば回折光学素子１３の同心円状の凹凸パターンの周期ｐを変えたり、回折次数ｍを選んだりすればよい。光軸ｚ上の強度が最大となる位置Ｚｃにおけるビーム強度Ｉ（Ｚｃ）は下記４式で与えられる。

Ｉ（Ｚｃ）＝（πａＩ₀／ｅｘｐ（１／２））・ｍ（λ／ｐ） ……… (4)

４式から明らかなように、回折光学素子１３の同心円状の凹凸パターンの周期ｐを短くすることにより光軸ｚ上のビーム強度が高くなることが分かる。また、高次（ｍ＞１）の回折波を用いてビーム整形を行う場合にも、回折次数ｍが大きくなるほど光軸ｚ上のビーム強度が高くなる。

これらの関係から、ビーム強度分布Ｉ（ｚ）を計算すると、例えば回折次数ｍ＝１の回折波を用いるものとし、レーザ波長λ＝８００ｎｍ、入射ビームの半径ａ＝３．０ｍｍとしたとき、例えば回折光学素子１３の同心円状の凹凸パターンの周期ｐ＝２０．０ｍｍとすると、光軸ｚ上の強度が最大となる位置Ｚｃは３７．５ｍｍであり、分割対象基板４に改質領域１を形成する所定レベル以上の強度分布の深さは２４ｍｍとなる。また、回折光学素子１３の同心円状の凹凸パターンの周期ｐ＝１０．０ｍｍの場合には、光軸ｚ上の強度が最大となる位置Ｚｃは１８．８ｍｍであり、分割対象基板４に改質領域１を形成する所定レベル以上の強度分布の深さは１２ｍｍとなる。また、回折光学素子１３の同心円状の凹凸パターンの周期ｐ＝５．０ｍｍの場合には、光軸ｚ上の強度が最大となる位置Ｚｃは９．４ｍｍであり、分割対象基板４に改質領域１を形成する所定レベル以上の強度分布の深さは６ｍｍとなる。

本実施形態では、このようにして分割対象基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域１を形成することができるので、例えば図４のように、分割線に沿ってレーザビームを一回走査するだけで、分割線全域に帯状の改質領域１を連続して形成することができ、その後、図４の上下方向に外力を加えれば、当該分割対象基板４を容易且つ正確に分割することができる。

前記従来の基板分割方法では、例えば図２に示すように、例えば集光レンズなどによってレーザビームを集光しながら分割対象基板４に照射する。レーザビームの集光領域では、エネルギー密度が高くなるので、石英基板等の分割対象基板４内に改質領域１が形成される。但し、この改質領域１の基板厚さ方向の長さは短い。従って、図５に示すように、集光領域を基板厚さ方向にずらしながら、分割線に沿ってレーザビームを複数回走査することで、改質領域１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、曲げ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。

このレーザビームの集光、照射において、収差補正を行うと、集光領域が長くなる。また、石英基板外の空気中でレーザビームが一点に集光するようにした場合においても、レーザビームの石英基板内を通過する長さが長くなると、石英基板内では一点で集光しなくなり、集光領域が長くなることもある。このように集光領域が長くなると、改質領域１も長くなる。しかしながら、一般に、レーザビームの集光、照射において、レーザビームの集光領域が長くなると、その径も太くなる。例えば、ＴＦＴ基板を分割対象基板４として、その厚さ方向の所望領域の全域が集光領域になるように、例えば収差補正を行うと、集光領域が太くなり過ぎ、集光領域におけるエネルギー密度が低くなって改質領域１を形成することができなくなる。

これに対して、本実施形態のように、レーザビームを回折して集光する場合には、レーザ強度の高い領域が長く且つ細いので、分割対象基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域１を形成することができる。
このように、本実施形態の基板分割方法によれば、単一の又は複数の基板からなる基板４に対し、レーザ光を照射して当該基板４を分割するにあたり、回折光学素子１３でレーザ光を回折させ、少なくとも基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたってレーザ光を照射して改質領域１を形成することとしたため、基板分割に適した長くて細い集光領域により、十分なエネルギー密度を維持したまま基板４の厚さ方向の所望領域の全域にわたって改質領域１を形成することができ、これによりレーザビームの走査回数を低減することが可能となる。

また、改質領域１を形成した後、基板４に外力を加えることで当該基板４を分割することとしたため、基板４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レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はＹＡＧレーザの何れかであることとしたため、基板４の分割に適したレーザ光を用いて基板４を分割することができる。
また、本発明の基板分割方法で基板４から表示装置用基板を分割することとしたため、基板４の分割に係るレーザ光の走査回数を低減することで安価な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。 図２の回折光学素子によるレーザビーム回折の説明図である。 図２のレーザビーム照射装置で分割対象基板に形成される改質領域の説明図である。 従来の基板分割方法の説明図である。

符号の説明

１ 改質領域、４ 分割対象基板、１０ レーザビーム照射装置、１３ 回折光学素子。

Claims (4)

1. 単一の又は複数の基板からなる基板に対し、レーザ光を照射して当該基板を分割する基板分割方法であって、回折光学素子で前記レーザ光を回折させ、少なくとも前記基板の厚さ方向の所望領域の全域にわたって前記レーザ光を照射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. 前記改質領域を形成した後、前記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レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はＹＡＧレーザの何れか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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