JP2009006334A - レーザ加工方法およびレーザ照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤と基板との間に気泡が発生することを防止可能なレーザ加工方法およびレーザ照射装置を提供する。
【解決手段】シール剤（接着剤）３に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に改質領域を形成するとき、つまり、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときには、他の層に改質領域（第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅ）を形成するときよりも、レーザ光のパワーを小さくするようにした。そのため、シール剤３を透過するレーザ光のエネルギー密度を低下することができ、レーザ光によるシール剤３の熱膨張によってシール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に隙間が生じること防止でき、シール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間の気泡発生を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を集光して基板に照射し、当該基板の分割予定位置に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成するレーザ加工方法およびレーザ照射装置に関する。

従来、この種の技術としては、例えば、レーザ光を集光して基板に照射し、基板の分割予定線に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成することで、基板を容易に分割できるようにする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２０５１８０号公報

しかしながら、この従来技術にあっては、加工対象物として、液晶表示パネルが区画形成されたマザー基板のように、接着剤によって貼り合わせられた基板に対してレーザ光を照射すると、レーザ光が接着剤を透過することで、接着剤がレーザ光の熱で膨張し、接着剤と基板との間に隙間が生じて、接着剤と基板との間に液晶表示パネルの画素領域まで達する気泡が発生してしまい、液晶表示パネルに表示不良を生じさせる可能性がある。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、接着剤と基板との間に気泡が発生することを防止可能なレーザ加工方法およびレーザ照射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法にあっては、接着剤で接着された基板にレーザ光を集光して照射し、当該基板の分割予定位置に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成するレーザ加工方法であって、接着剤に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に改質領域を形成するときには、他の層に改質領域を形成するときよりも、レーザ光のパワーを小さくすることを特徴とする。

また、レーザ光に逆収差補正を行うことによって、レーザ光のパワーを小さくするようにしてもよい。
さらに、接着剤に対してレーザ光照射方向直近の層に改質領域を形成するときには、改質領域のレーザ光照射方向手前側端部が接着剤の近傍に位置するように当該改質領域形成するようにしてもよい。
また、レーザ光は、フェムト秒レーザまたはピコ秒パルスレーザであってもよい。
さらに、基板は、石英または硼珪酸ガラスであってもよい。

また、本発明に係るレーザ照射装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光手段と、集光手段で集光されたレーザ光が接着剤で接着された基板の分割予定位置に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成するように、集光手段と基板との相対位置を制御する位置制御手段と、レーザ光に逆収差補正を行う逆収差補正手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、接着剤を透過するレーザ光のエネルギー密度を低下することができ、レーザ光による接着剤の熱膨張によって接着剤と基板との間に隙間が生じることを防止でき、接着剤と基板との間に気泡が発生することを防止することができる。

以下、本発明を、液晶表示パネルを製造する際に、液晶表示パネルが区画形成されたマザー基板を分割するための改質領域の形成工程に適用した実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
＜構成＞
本実施形態のレーザ照射装置の構成について説明する。
図１は、レーザ照射装置１００の構成を示す概略図である。
レーザ照射装置１００は、図１に示すように、パルスレーザ光を出射するレーザ光源１０１と、出射されたパルスレーザ光を反射するダイクロイックミラー１０２と、反射したパルスレーザ光を集光する集光レンズ１０３と、を備えている。また、加工対象物であるマザー基板Ｗを載置するステージ１０４と、ステージ１０４を集光レンズ１０３に対して水平面直交２軸方向、すなわち図１に記載のＸおよびＹ軸方向に移動させるＸ軸スライド部１０５およびＹ軸スライド部１０６と、を備えている。また、ステージ１０４上に載置されたマザー基板Ｗに対して集光レンズ１０３の高さ方向、すなわち図１に記載のＺ軸方向の位置を変えてパルスレーザ光の集光点の位置を調整するＺ軸スライド機構１０７を備えている。
ここで、レーザ光源１０１は、チタンサファイアを固体光源とするレーザ光をフェムト秒のパルス幅で出射する、いわゆるフェムト秒レーザである。

図２は、マザー基板Ｗの構成を示す断面図である。
液晶表示パネルのマザー基板Ｗは、図２に示すように、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)素子を有する石英製のＴＦＴ基板１と、対向電極を有する石英製の対向基板２と、シール剤（接着剤）３によって接着された両基板１，２の.隙間に充填された液晶と、を備えており、対向基板２側を集光レンズ１０３側に向けてステージ１０４上に載置される。

また、レーザ照射装置１００は、上記各構成を制御するメインコンピュータ１１０を備えており、メインコンピュータ１１０は、レーザ光源１０１の出力パワーやパルス幅、パルス周期を制御し、Ｚ軸スライド機構１０７を駆動して集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を制御する。さらに、Ｘ軸スライド部１０５とＹ軸スライド部１０６とをそれぞれレールに沿って移動させるサーボモータ（図示省略）を駆動する。
そして、メインコンピュータ１１０は、レーザ加工処理を実行し、レーザ照射装置１００の各構成を制御し、図２に示すように、マザー基板Ｗの分割予定位置に沿って厚み方向に５層（ＴＦＴ基板１の３層、対向基板２の２層）の改質領域ａ〜ｅを形成する。

具体的には、まず、サーボモータを駆動して、パルスレーザ光の光軸がマザー基板Ｗの分割予定位置の線上に位置するように集光レンズ１０３とマザー基板Ｗとを相対的に位置決めする。次に、Ｚ軸スライド機構１０７を駆動して、パルスレーザ光の集光領域がマザー基板Ｗの厚み方向（Ｚ軸方向）の最下層に位置するように、つまり、パルスレーザ光が対向基板２およびシール剤３を透過してＴＦＴ基板１の最下層に集光するように集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を調整する。次に、レーザ光源１０１およびサーボモータを駆動して、集光レンズ１０３に対してマザー基板Ｗを相対移動させながら分割予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射し、ＴＦＴ基板１の最下層に第１の改質領域ａを形成する。
そして、上記フローを繰り返し、パルスレーザ光の集光領域がＴＦＴ基板１の中間層、最上層、対向基板２の下層、上層に位置するように集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を調整し、パルスレーザ光をＴＦＴ基板１の中間層、最上層、対向基板２の下層、上層に集光させて、各層それぞれに第２〜５の改質領域ｂ〜ｅを形成する。

なお、その際、ＴＦＴ基板１の最上層、つまり、シール剤３に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に第３の改質領域ｃを形成するときには、レーザ光源１０１を制御して、他の層に第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅを形成するときよりもパルスレーザ光のパワーを小さい値に切り替え、当該パワーを改質層が形成できる閾値を僅かに超える付近まで低下させる。また、Ｚ軸スライド機構１０７を駆動して、第３改質領域ｃの上端、つまり、第３改質領域ｃのレーザ光照射方向手前側端部がシール剤３内部に位置せず、当該シール剤３の下端に接するように第３の改質領域ｃを形成する。
そして、マザー基板Ｗの分割予定位置に沿って、ＴＦＴ基板１および対向基板２の厚み方向の各層に改質領域を形成し、その後、外力を加えて改質領域で分割する。

図３は、実験により求めた、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置とパルスレーザ光の集光領域との関係を示す図である。
この図３によれば、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置と改質領域が形成されるマザー基板Ｗの厚み方向の位置とは比例関係にあり、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を調整することで、改質領域の形成位置を制御できることがわかる。
以上、本実施形態では、図１のレーザ光源１０１が特許請求の範囲に記載のレーザ光源を構成し、以下同様に、図１の集光レンズ１０３が集光手段を構成し、図１のＺ軸スライド機構１０７、メインコンピュータ１１０が位置制御手段を構成する。

＜作用・効果＞
（１）このように、本実施形態では、シール剤（接着剤）３に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に改質領域を形成するとき、つまり、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときには、他の層に改質領域（第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅ）を形成するときよりも、レーザ光のパワーを小さくするようにした。そのため、シール剤３を透過するレーザ光のエネルギー密度を低下することができ、レーザ光によるシール剤３の熱膨張によってシール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に隙間が生じることを防止でき、シール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に気泡が発生することを防止することができる。

また、他の層に改質領域（第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅ）を形成するときには、レーザ光のパワーを増大し、改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅを基板厚さ方向に長い形状とすることで、全体として改質領域の形成に要する時間を短縮できる。
ちなみに、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときに、他の層に第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅを形成するときとレーザ光のパワーを等しくする方法にあっては、レーザ光がシール剤３を透過することで、シール剤３がレーザ光の熱で膨張し、シール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に隙間が生じて、マザー基板Ｗの平面図を拡大して示す図６に示すように、シール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に液晶表示パネルの画素領域まで達する気泡が発生してしまい、完成した液晶表示パネルに表示不良を生じさせる可能性がある。

（２）さらに、シール剤３に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に改質領域を形成するとき、つまり、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときには、当該第３の改質領域ｃの上端、つまり、レーザ光照射方向手前側端部がシール剤３の近傍に位置するように当該第３改質領域ｃを形成するようにした。すなわち、第４の改質領域ｄの下端とシール剤３の上端との間の距離よりも、第３の改質領域ｃの上端とシール剤３の下端との間の距離を短くした。そのため、形成された改質領域に対して、マザー基板Ｗの上方向から下方向へ分割が進むように外部応力が作用されたときに、第３の改質領域ｃがシール剤３の下側に位置するＴＦＴ基板１の分割のきっかけとなり、マザー基板Ｗをより容易に分割することができる。

（３）さらに、レーザ光としてフェムト秒レーザを用いる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば、ピコ秒パルスレーザを用いることもできる。
（４）さらに、ＴＦＴ基板１および対向基板２として石英製のものを用いる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば、硼珪酸ガラスを用いることもできる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、シール剤３の真下の層に改質領域を形成するとき、つまり、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときにレーザ光に逆収差補正を行う点が前記第１実施形態と異なる。

＜構成＞
すなわち、この実施形態では、図１において、集光レンズ１０３は、複数のレンズから構成され、一部のレンズを上下方向に移動させることで集光レンズ１０３全体としての収差を調整する収差調整機構（図示略）を備えている。
そして、メインコンピュータ１１０は、前記レーザ加工処理において、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときには、パルスレーザ光のパワーは第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅを形成するときと等しくし、収差調整機構を駆動して、集光レンズ１０３の集光性のみが低下するように集光レンズ１０３の収差を大きくする。つまり、集光レンズ１０３に逆収差補正を行う。また、Ｚ軸スライド機構１０７を駆動して、図４に示すように、改質領域の上端がシール剤３内部に位置せず、当該シール剤３の下端に接するように第３の改質領域ｃを形成する。

図５は、実験により求めた、マザー基板Ｗの厚み方向に１ｍｍの位置にシール剤３が配置されているときに、厚み方向に３ｍｍの位置で最も集光性が高くなるように集光レンズ１０３の収差を大きくした場合における、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置とパルスレーザ光の集光領域との関係を示す図である。
この図５によれば、シール剤３の配置位置では集光領域が拡大して集光性が低下しており、集光レンズ１０３の収差を大きくすることで、集光性を制御できることがわかる。
以上、本実施形態では、図１のレーザ光源１０１が特許請求の範囲に記載のレーザ光源を構成し、以下同様に、図１の集光レンズ１０３が集光手段及び逆収差補正手段を構成し、図１のＺ軸スライド機構１０７、メインコンピュータ１１０が位置制御手段を構成する。

＜作用・効果＞
このように、本実施形態では、シール剤（接着剤）３に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に改質領域を形成するとき、つまり、ＴＦＴ基板１の最上層に第３の改質領域ｃを形成するときには、レーザ光に逆収差補正を行うようにした。そのため、シール剤３を透過するレーザ光のエネルギー密度を低下することができ、レーザ光によるシール剤３の熱膨張によってシール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間に隙間が生じることを防止でき、シール剤３とＴＦＴ基板１および対向基板２との間の気泡が発生することを防止することができる。
また、他の層に改質領域（第１、２、４および５の改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅ）を形成するときには、レーザ光に収差補正を行い、改質領域ａ，ｂ，ｄ，ｅの形成に要する時間を短縮することで、全体として改質領域の形成に要する時間を短縮できる。

レーザ照射装置１００の構成を示す概略図である。 マザー基板Ｗの構成を示す断面図である。 実験により求めた、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置とパルスレーザ光の集光領域との関係を示す図である。 シール剤３と改質領域との位置関係を示す図である。 実験により求めた、集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置とパルスレーザ光の集光領域との関係を示す図である。 従来のレーザ加工方法によって発生する気泡を示す平面図である。

符号の説明

１ ＴＦＴ基板、２ 対向基板、３ シール剤、１００ レーザ照射装置、１０１ レーザ光源、１０２ ダイクロイックミラー、１０３ 集光レンズ、１０４ ステージ、１０５ Ｘ軸スライド部、１０６ Ｙ軸スライド部、１０７ Ｚ軸スライド機構。

Claims (6)

1. 接着剤で接着された基板にレーザ光を集光して照射し、当該基板の分割予定位置に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成するレーザ加工方法であって、
   前記接着剤に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に前記改質領域を形成するときには、他の層に前記改質領域を形成するときよりも、前記レーザ光のパワーを小さくすることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記レーザ光に逆収差補正を行うことによって、前記レーザ光のパワーを小さくすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記接着剤に対してレーザ光照射方向先方側直近の層に前記改質領域を形成するときには、前記改質領域のレーザ光照射方向手前側端部が前記接着剤の近傍に位置するように当該改質領域を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記レーザ光は、フェムト秒レーザまたはピコ秒パルスレーザであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
5. 前記基板は、石英または硼珪酸ガラスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
6. レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段で集光されたレーザ光が接着剤で接着された基板の分割予定位置に沿って改質領域を当該基板の厚み方向に複数層形成するように、前記集光手段と前記基板との相対位置を制御する位置制御手段と、前記レーザ光に逆収差補正を行う逆収差補正手段と、を備えることを特徴とするレーザ照射装置。