JP2005081715A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物の端部に切り欠きを設けたり冷却する必要がなく、簡単に精度良くスクライブラインを形成することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】 板体状の被加工物１１にレーザ光２０を照射することにより被加工物１１にスクライブラインを形成する。対物レンズ７および対物レンズ移動機構８により、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の厚さ方向内部または外部に合わせてレーザ光２０を被加工物１１に照射する。レーザ光２０の照射により被加工物１１に局所的な蒸散を起こし、従来のような冷却あるいは外力を加える必要なく、レーザ光２０のみにより正確に精度よくスクライブラインが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス基板のような被加工物に対してレーザ光を照射してスクライブラインを形成するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

液晶表示装置のＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板や有機ＥＬ（electroluminescence）表示装置の基板として用いられるガラス基板や石英基板は、個々の表示パネルとなる一枚ずつを別個に作製する場合もあるが、近年では、余程の大型表示パネル以外は、大面積の基板（以下、これを大基板とも呼ぶ）に複数パネルを作り込み、それを切断することで個々のパネルとして分割することが一般的になって来ている。そのような大基板を分割する技術としては、大別すると下記の２種類がある。

まず第１に、機械的切削および外力印加によって分割を行うという方法がある。これは、ダイヤモンドや炭化タングステンのような硬度の極めて高い材質の工具を用いて、ガラス基板のような透明基板の表面にスクライブラインと呼ばれる刻線を形成した後、そのスクライブラインに曲げ応力または剪断応力が集中するように外力を加えることで、そのスクライブラインに沿った分割を行うというものである。

第２に、例えば特許文献１に提案されているように、レーザによる急加熱および急冷ならびに外力によって分割を行うという方法がある。

この方法は、さらに詳しくは、例えばＣＯ₂ レーザを基板に照射して急加熱したのちに液体状の冷媒等を吹き付けて急冷し、このときの熱衝撃によって生成した筋状に連なるクラックに沿って外力を与えることで、そのクラックに沿って基板を分割する、というものである。
特許第３０２７７６８号明細書 特開２００１−１７９４７３号公報

しかしながら、まず第１に、機械的切削によるスクライブラインを用いた分割方法では、スクライブライン作成時にガラスの切削粉のような塵埃が発生して基板自体や周囲を汚してしまうという問題があった。また、スクライブライン作成時に基板面にマイクロクラックが発生し、分割時にはそのマイクロクラックの部分に応力が集中して、端部の欠けや精度不良等が発生するという問題があった。更に、機械的切削を効率良くかつ正確に行うためには、硬くて鋭利で高価な工具を使用し、かつその切れ味が鈍らないように頻繁に交換する必要があり、その管理が繁雑でありまたランニングコスト等が高価につくという問題があった。

第２に、レーザによる急加熱および急冷ならびに外力によって分割を行うという方法では、基板端部のスクライブが難しく、端部にレーザおよび急冷によるクラックとは別に予め切り欠きを設けておくことなどが必要であり、プロセスが煩雑であるという問題や、スクライブラインの直交部の精度が悪くなる虞があるという問題があった。また、冷媒の液体を吹き付けるため、基板が汚れるという問題があった。

更に、張り合わせ基板を分割する場合には、その表裏２枚の基板のそれぞれに表面からレーザを照射してスクライブラインを形成するので、基板の表裏を反転させる作業が必要であり、加工装置全体が大型化しタクトも増大してしまうという問題があった。

加えて、楕円状ビームのレーザ光を照射し、かつ冷媒を吹き付けるためのノズル等も必要であるため、加工装置全体が複雑化しタクトも増大してしまうという問題があった。

なお、特許文献２には、線幅に対する長手方向の長さが２０倍から２０００倍の線状レーザ光を照射することにより基板を分断することが提案されている。しかしながら、線状ビームでは、曲線状のスクライブラインを形成する場合にスクライブラインの線幅が一定しないものとなってしまったり、直交するスクライブラインを形成する場合に基板の回転作業が必要になり、装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板端部に切り欠きを設けたり冷却する必要がなく、スクライブラインを簡単に精度良く形成することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。

本発明によるレーザ加工装置は、板体状の被加工物にレーザ光を照射することによって被加工物にスクライブラインを形成するものであって、レーザ光の焦点位置を被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせる焦点位置調節手段を備えたものである。ここで焦点位置調節手段は、レーザ光を照射しながら同時的に焦点位置の調節を行ってもよいし、予め焦点位置を調節したのちレーザ光を照射するようにしてもよい。

本発明によるレーザ加工方法は、板体状の被加工物にレーザ光を照射することによって被加工物にスクライブラインを形成するものであって、レーザ光の焦点位置を被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせて被加工物に照射するようにしたものである。ここで焦点位置は、レーザ光を照射しながら同時的に調節して合わせてもよく、予め調節したのちレーザ光を照射してもよい。

本発明によるレーザ加工装置または本発明によるレーザ加工方法では、レーザ光の焦点位置を、被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせるようにしたので、被加工物の端部に切り欠きを設けたり冷却したりしなくても、レーザ光のみにより正確なスクライブラインが形成される。

本発明のレーザ加工装置またはレーザ加工方法によれば、レーザ光の集光焦点位置を、被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせるようにしたので、被加工物の端部に切り欠きを設けたり冷却したりしなくても、レーザ光のみによりスクライブラインを簡単に精度良く形成することができる。また、被加工物自体や周囲への汚染を生じることがなく、低コストで高精度なスクライブラインを形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概要構成を表したものである。このレーザ加工装置は、板体状の被加工物１１にレーザ光２０を照射することにより被加工物１１にスクライブラインを形成するためのものである。被加工物１１は、レーザ光２０に対して透過性を有する透明基板でもよく、透過性を有しない不透明基板でもよい。透明基板としては、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板があげられ、不透明基板としては、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板があげられる。

レーザ光２０は、パルス発振レーザであることが好ましい。光ピークパワーが高くスクライブラインの形成に好適であるからである。具体的には、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザおよびガラスレーザのうちの１種類の第３高調波が好ましい。中でも、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ±１ｎｍ）あるいはＹｂ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３４３ｎｍ±１ｎｍ）、または、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第３高調波（波長３４９ｎｍ±１ｎｍ、または３５１±１ｎｍ）がより好ましい。高い光ピークパワーを被加工物１１の一部分に集中照射することによって非線形吸収を誘起し、その一部分を高温にすることにより被加工物１１を局所的に蒸散させてスクライブラインを形成することができるからである。また、特に被加工物１１が透明基板である場合には、透明基板に対する適度な透過性を有するので、後述するように被加工物１１の裏側にスクライブラインを形成することも可能であると共に、表側に意図しない溶融痕や歪みや損傷等を発生させることを防止することができるからである。レーザ光２０の照射条件としては、例えば、被加工物１１が透明基板である場合には、レーザダイオード（ＬＤ）励起ＹＡＧレーザの第３高調波、平均出力１０Ｗ、波長３５５ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、パルス幅２０ｎｓ、パルスエネルギー１ｍＪ／pulseとすることができる。

レーザ光２０は、スポット形状がほぼ円形状または楕円形状であることが好ましい。直交するスクライブラインあるいは曲線状のスクライブラインを精度良く形成することができるからである。

レーザ加工装置は、例えば、レーザ発振器１と、冷却装置２と、レーザ電源３と、コリメータ４と、アッテネータ５と、ビームエキスパンダ６と、対物レンズ７と、対物レンズ移動機構８と、駆動電源９と、位置センサ１０と、被加工物１１を載置するステージ１２と、制御用コンピュータ１３と、モニタ１４と、立ち下げミラー１６とを、その主要部として備えている。

レーザ発振器１は、被加工物１１に照射されるレーザ光２０を出力するものである。冷却装置２は、レーザ光２０の出力に伴って発熱するレーザ発振器１を冷却するためのものである。レーザ電源３は、レーザ発振器１にレーザ出力用の電源電力を供給するものである。コリメータ４は、レーザ発振器１からパルス的に出力されるレーザ光２０をさらに正確な平行光にするためのコリメート光学系である。アッテネータ５は、レーザ光２０の透過光量を調整するためのものであり、例えば１／２波長板と偏光ビームスプリッタとを有している。

ビームエキスパンダ６は、レーザ発振器１から出力されてコリメータ４、アッテネータ５を通って供給されて来るレーザ光２０のビーム径およびスポット形状の調整を行うものである。ビームエキスパンダ６は、倍率が変更できるように設定されており、集光部のＮＡ（Numerical Aperture；開口数）を調整することができるようになっている。

対物レンズ７および対物レンズ移動機構８は、レーザ光２０の焦点位置（ビームウェスト位置）を被加工物１１の厚さ方向内部または外部に合わせる焦点位置調節部である。対物レンズ７は、後述する対物レンズ移動機構８により光軸方向（ｚ軸方向）に可動であり、レーザ光２０の焦点位置を被加工物１１の厚さ方向内部または外部の任意の位置に設定することができるようになっている。対物レンズ移動機構８は、対物レンズ７の位置を被加工物１１の表面に対して垂直方向に移動させることでレーザ光２０の焦点位置の調節の制御を行うものである。駆動電源９は、対物レンズ移動機構８に駆動用電源電力を供給するものである。

位置センサ１０は、レーザ光２０の光軸方向での被加工物１１の表面の位置、すなわちｚ軸方向の位置を測定し、その測定結果の情報を対物レンズ移動機構８へとフィードバックさせることで、レーザ光２０の焦点位置の調節のフィードバック制御ループを構成するための測定装置である。

ステージ１２は、透明基板のような板体状の被加工物１１を載置して、その水平方向（いわゆるｘ，ｙ方向）の位置を移動および微調節するための移動テーブル（可動載置台）である。被加工物１１はステージ１２上に載置され、所定の移動速度で水平方向にその位置を移動できるように設定されている。

制御用コンピュータ１３は、このレーザ加工装置における主要な動作についての各種制御を行うものである。モニタ１４は、パーソナルコンピュータのような情報処理装置に付設されるモニターのように、制御用コンピュータ１３の動作状態や各種コマンドの稼働状況のモニタリング等を行うことができるように、それら各種の情報を表示出力するためのものである。

立ち下げミラー１６は、ビームエキスパンダ６からのレーザ光２０をその表面で反射させるなどして対物レンズ７へと導くものである。

このレーザ加工装置では、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２０は、コリメータ４を通して平行光とされ、アッテネータ５で光強度を調整されたのち、ビームエキスパンダ６でビーム径が調整され、対物レンズ７を通って被加工物１１に照射される。ここでは、対物レンズ７および対物レンズ移動機構８により、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の厚さ方向内部または外部に合わせるようにしたので、レーザ光２０の照射により局所的な蒸散が起こり、従来のような冷却あるいは外力を加える必要なく、レーザ光２０のみにより正確に精度良くスクライブラインが形成される。なお、このとき、レーザ発振器１の出力、集光のＮＡ、ステージ１２の移動速度および被加工物１１の表面に対するレーザ光２０の焦点位置などのパラメータを変化させることにより、被加工物１１に形成されるスクライブライン３０の最適化を図ることが望ましい。

図２は、このレーザ加工装置によるレーザ加工方法の一例を表すものである。まず、図２（Ａ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の表側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図２（Ｂ）に示したように、レーザ光２０が照射される側から見て被加工物１１の表側にスクライブライン３０を形成する。そののち、図２（Ｃ）に示したように、被加工物１１に対して上に凸に褶曲するような曲げ応力を掛けることでスクライブライン３０に沿った分割を行う。

なお、焦点位置の更に詳細な設定については、後述の実施例でその一例について更に具体的に説明するが、対物レンズ７のＮＡやレーザ発振器１からの出力パワーの大小等の各種要素に対応して異なることになるので、例えば予備実験を行って、その結果に基づいて、最も望ましい焦点位置を決定すればよい。

図３は、このレーザ加工装置によるレーザ加工方法の他の例を表すものである。まず、図３（Ａ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の裏側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図３（Ｂ）に示したように、レーザ光２０が照射される側から見て被加工物１１の裏側にスクライブライン３０を形成する。そののち、図３（Ｃ）に示したように、被加工物１１に対して下に凸（換言すれば凹）に褶曲するような曲げ応力を掛けることでスクライブライン３０に沿った分割を行う。

このように被加工物１１の裏側近傍に焦点位置を合わせる場合、被加工物１１は、照射するレーザ光２０に対して透過性を有する、例えばガラス基板のような透明基板であることが好ましい。そのような透明基板は、レーザ光２０が被加工物１１の表面などで吸収・減衰されてしまわず、被加工物１１の内部へと進んで裏側近傍で焦点を結び、効果的にスクライブライン３０を形成することができるからである。

図３のように被加工物１１の裏側にスクライブライン３０を形成することの利点としては、スクライブライン３０を形成した後に外力を与えることで分割を行うという分割作業を行う場合、大基板を表裏反転させる作業等を省略することができるということである。すなわち、スクライブライン３０が形成された被加工物１１を比較的柔らかい表面を有するテーブル上に置いた状態で、その上面からスクライブライン３０に沿って下方に曲げ外力を印加することで、スクライブライン３０に沿った分割（切断）を行うことができる。

図４は、このレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表すものであり、レーザ光２０の進行方向に重ねられた２枚の被加工物１１１，１１２を分割する場合を表している。この場合、被加工物１１１，１１２のうち少なくとも上側の被加工物１１２はレーザ光２０に対して透明なものである必要があるが、下側の被加工物１１１は、レーザ光２０に対して透明なものでもよいし、不透明なものでもよい。まず、１回目のレーザ照射では、図４（Ａ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、下側の被加工物１１１の表側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図４（Ｂ）に示したように、被加工物１１１の表側にスクライブライン３０を形成する。次に、２回目のレーザ照射では、図４（Ｃ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、上側の被加工物１１２の表側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図４（Ｄ）に示したように、上側の被加工物１１２の表側にもスクライブライン３０を形成する。そののち、図４（Ｅ）に示したように、機械的な曲げ応力または剪断応力を掛けるなどして、スクライブライン３０に沿った分割を行う。

図４に示したように、例えば液晶表示装置の製造プロセスなどにおいて２枚の被加工物１１１，１１２が接着剤などにより貼り合わせられている場合であっても、被加工物１１１，１１２の表側からレーザ光２０を照射するだけで、被加工物１１１，１１２の両方の表側にスクライブライン３０を形成することが可能となる。

図５は、このレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表すものであり、２枚の被加工物１１１，１１２の各々の裏側にスクライブライン３０を形成する場合を表している。この場合、被加工物１１１，１１２は、レーザ光２０に対して透明なものであることが必要である。まず、１回目のレーザ照射では、図５（Ａ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、下側の被加工物１１１の裏側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図５（Ｂ）に示したように、被加工物１１１の裏側にスクライブライン３０を形成する。次に、２回目のレーザ照射では、図５（Ｃ）に示したように、レーザ光２０の焦点位置を、上側の被加工物１１２の裏側の厚さ方向内部または外部に合わせて、図５（Ｄ）に示したように、上側の被加工物１１２の裏側にもスクライブライン３０を形成する。そののち、図５（Ｅ）に示したように、機械的な曲げ応力または剪断応力を掛けるなどして、スクライブライン３０に沿った分割を行う。

図５に示したように、例えば液晶表示装置の製造プロセスなどにおいて２枚の被加工物１１１，１１２が接着剤などにより貼り合わせられている場合であっても、被加工物１１１，１１２の表側からレーザ光を照射するだけで、被加工物１１１，１１２の両方の裏側にスクライブライン３０を形成することが可能となる。また、図３の場合と同様に、被加工物１１１，１１２を表裏反転させる作業が不要となる。

図６および図７は、ほぼ円形のスポットを有するレーザ光２０によるレーザ加工方法の例を表している。レーザ光２０をほぼ円形のスポット形状とすることにより、レーザ光２０の走査方向を任意の角度や曲率で変化させてもスクライブライン３０の幅はほとんど変化しない。よって、スクライブライン３０のパターンの自由度が高くなり、例えば、図６に示したような曲線状のスクライブライン３０を容易に形成することができる。これに対して、従来提案されていた線状ビームでは、曲線状のスクライブライン３０を形成する場合に、スクライブライン３０の線幅が一定しないものとなってしまうという致命的な不都合があった。しかし本実施の形態のようなほぼ円形のスポットを有するレーザ光２０を用いることにより、どのような曲線状のスクライブライン３０でも一定の線幅で形成することができるようになる。

あるいは、図７に示したような直交するスクライブライン３０を、被加工物１１を回転させることなく連続的に形成することなども可能となり、例えば小型液晶表示パネルの分割作業などに好適である。なお、加工速度を高めるため、レーザ光２０のスポットは楕円形としてもよい。

このように本実施の形態では、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の厚さ方向内部または外部に合わせるようにしたので、レーザ光２０を照射することにより被加工物１１を局所的に蒸散させ、被加工物１１の端部に切り欠きを設けたり冷却したりしなくても、レーザ光２０のみによりスクライブライン３０を簡単に精度良く形成することができる。また、被加工物１１自体や周囲への汚染を生じることがなく、低コストで高精度なスクライブライン３０を形成することができる。

特に、被加工物１１として、レーザ光２０に対して透過性を有する透明基板を用い、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の裏側に合わせれば、スクライブライン３０を被加工物１１の裏側に形成することができ、被加工物１１を表裏反転させる作業が不要となる。

また、被加工物１１として、被加工物１１１，１１２を複数積み重ねたものを用い、レーザ光２０の焦点位置を、それらの被加工物１１１，１１２の表側または裏側に合わせれば、例えば液晶表示装置の製造プロセスなどにおいて被加工物１１１，１１２が接着剤などにより貼り合わせられている場合にも被加工物１１１，１１２の表側または裏側にスクライブライン３０を形成することができる。

更に、レーザ光を、ほぼ円形または楕円形のスポットを有するようにすれば、曲線状のスクライブライン３０あるいは直交するスクライブライン３０を容易に形成することができる。

（変形例）
図８は、図１に示したレーザ加工装置の変形例を表す平面図であり、図９は、図８に示したレーザ加工装置によりスクライブライン３０が形成された被加工物１１の一例を表す平面図である。このレーザ加工装置は、複数のレーザ発振器１Ａ，１Ｂと、これらのレーザ発振器１Ａ，１Ｂからの複数のレーザ光２０Ａ，２０Ｂの、被加工物１１の表面の面内方向における間隔Ｌを調節する集光位置間隔調整機構１５Ａ，１５Ｂとを備えていることを除いては、図１に示したレーザ加工装置と同一である。よって、図１と同様の構成要素については、レーザ発振器１Ａに付属するものには図１と同じ符号にＡを加えたものを付し、レーザ発振器１Ｂに付属するものには図１と同じ符号にＢを加えたものを付し、その説明を省略する。なお、位置センサ１０および対物レンズ移動機構８は、レーザ発振器１Ａ，１Ｂに付属する光学系の各々に対応して設けられていることが好ましい。

レーザ発振器１Ａは、レーザ光２０Ａにより図３に示した被加工物１１の左半分のスクライブライン３０Ａを形成するものである。また、レーザ発振器１Ｂは、レーザ光２０Ｂにより、被加工物１１の右半分のスクライブライン３０Ｂを形成するものである。このようにレーザ発振器１Ａ，１Ｂを設けることにより、作業時間を短縮して生産性を向上させることができる。

ここで、１本のスクライブライン３０を形成するために割り当てるレーザ光２０の照射時間を短くすることによっても作業時間の短縮は可能であるが、実際には、照射時間を短縮して有効なスクライブライン３０を形成するためには、レーザ光２０の光強度を極めて高くしなければならないので、被加工物１１の表面のスクライブライン３０付近に歪みや形状不良などが発生しやすいという不都合がある。このため、図８に示したように複数のレーザ発振器１Ａ，１Ｂを設けた構成が、より有効で望ましい。

集光位置間隔調整機構１５Ａは、ビームエキスパンダ６Ａ，立ち下げミラー１６Ａ，対物レンズ７Ａ，対物レンズ移動機構８Ａおよび位置センサ１０Ａを矢印Ａ方向に移動可能となっている。また、集光位置間隔調整機構１５Ｂは、ビームエキスパンダ６Ａ，立ち下げミラー１６Ａ，対物レンズ７Ａ，対物レンズ移動機構８Ａおよび位置センサ１０Ｂを矢印Ａ方向に移動可能となっている。これにより、集光位置間隔調整機構１５Ａ，１５Ｂは、レーザ光２０Ａ，２０Ｂの間隔Ｌを、形成するパネル１７のサイズＷに応じて、例えばパネル１７のサイズＷの整数倍（Ｌ＝ｎＷ（ｎ＝１，２，３…））になるように調整できるようになっている。

このように本変形例では、複数のレーザ発振器１Ａ，１Ｂと、これらのレーザ発振器１Ａ，１Ｂからの複数のレーザ光２０Ａ，２０Ｂの、被加工物１１の表面の面内方向における間隔Ｌを調節する集光位置間隔調整機構１５Ａ，１５Ｂとを備えるようにしたので、形成するパネル１７のサイズＷに応じてレーザ光２０Ａ，２０Ｂの間隔Ｌを調整し、生産性を向上させることができる。

次に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。

（実施例１−１）
図１に示したレーザ加工装置を用いて、被加工物１１にスクライブライン３０を形成した。その際、被加工物１１としては、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、レーザ発振器１の出力、集光のＮＡ、ステージ１２の移動速度およびレーザ光２０の焦点位置などのパラメータを変化させながら被加工物１１に発生するスクライブライン３０の最適化を図った。このときの条件としては、レーザ出力：３Ｗ，ＮＡ：０．０４６、走査速度：６ｍｍ／ｓ、焦点位置：被加工物１１の厚さ方向内部に０．１５ｍｍの深さとした。得られたスクライブライン３０の写真を図１０および図１１に示す。この被加工物１１に外力を加えたところ、スクライブライン３０に沿って容易に分断することができた。

図１０および図１１から分かるように、形状不良や破損等がなく、被加工物１１の表面から垂直な方向に深い正確なスクライブライン３０を形成することができた。

（実施例１−２）
焦点位置を被加工物１１の厚さ方向内部に０．２５ｍｍの深さに合わせたことを除き、実施例１−１と同様にしてスクライブライン３０を形成した。得られたスクライブライン３０の写真を図１２（Ｂ）に示す。なお、図１２（Ａ）は、図１０と同じものを対比のために示した。

（比較例）
焦点位置を被加工物１１の厚さ方向内部に０．０ｍｍ、すなわち被加工物１１の表面に合わせたことを除き、実施例１−１と同様にしてスクライブラインを形成した。得られたスクライブラインの写真を図１２（Ｃ）に示す。

実施例１−１および実施例１−２ではいずれも、比較例に比べて、破損あるいは形状不良が少なく、精度良好なスクライブライン３０を形成することができた。これに対して、焦点位置を被加工物１１の表面に合わせた比較例では、破損や形状不良が多発した。すなわち、上述の照射パラメータによる本実施例および比較例においては、レーザ光２０の焦点位置を、被加工物１１の表面でなく厚さ方向内部に合わせることにより、精度良いスクライブライン３０を形成できることが分かった。

この他にも、ＮＡやレーザ光の出力パワーを種々に変更した実験を行ったところ、上記実施例と同様に、焦点位置が被加工物１１の厚さ方向において深過ぎても浅過ぎても破損や形状不良が発生するという結果が得られた。

これらの結果から、破損や形状不良等を発生することなく正確なスクライブラインを形成するためには、適切な焦点位置の制御が重要であり、その焦点位置としては、深過ぎても浅過ぎても良くなく、レーザ光２０の波長や光強度と被加工物１１の材質との兼ね合いで適切な焦点位置を、本実施例で行ったような予備実験等によって捜し当てることができることが分かった。

また、大基板の全面に亘って確実に正確なスクライブライン３０を形成するためには、被加工物１１の厚さのむらや平坦度の誤差、ステージ１２の平面性から生じるＺ方向のフォーカスずれ等を、補正する機能が必要となる。本実施例では、対物レンズ７の近隣に位置センサ１０を設置して、この位置センサ１０から得られる被加工物１１の表面の位置信号に基づいて対物レンズ７のｚ軸方向の位置を、対物レンズ移動機構８によって微調整した。このときの調整範囲は、上記の実験結果から判断して、±０．１ｍｍ程度でよく、この方法で十分な制御精度が得られた。また、ＮＡを大きくした場合は焦点深度が浅くなる傾向にあるので、より高い制御精度が必要とされるが、その場合でも本実施例で用いたレーザ加工装置は十分に対応可能であった。

（実施例２）
被加工物１１として、レーザ光２０に対して非透過性の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用い、実施例１と同様のレーザ加工装置によりスクライブライン３０を形成した。照射条件は、レーザ出力：３Ｗ、ＮＡ：０．０２３、走査速度：６ｍｍ／ｓ、焦点位置は、ＧａＮ基板の厚さ方向外部に０．６ｍｍの位置に合わせた。得られたスクライブライン３０の写真を図１３および図１４に示す。この被加工物１１に外力を加えたところ、スクライブライン３０に沿って容易に分断することができた。

図１３および図１４に示したように、形状不良や破損等がなく、被加工物１１の表面から垂直な方向に深い鋭角なスクライブライン３０を、正確に形成することができた。すなわち、被加工物１１がレーザ光２０に対して透過性を有しない場合であっても、集光焦点位置を、被加工物１１の厚さ方向外部に合わせることにより、精度良いスクライブライン３０を形成できることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および上記実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および上記実施例では、レーザ加工装置の構成を具体的に挙げて説明したが、上記実施の形態および上記実施例において説明した全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。

また、例えば上記実施の形態および上記実施例では、レーザ光としてＹＡＧレーザ等の第３高調波を用いる場合について説明したが、２倍波または４倍波を用いることも可能である。

本発明は、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などのガラス基板を用いた製造プロセス、または、半導体デバイス、電子デバイスなどの単結晶基板を用いた製造プロセスに適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概要構成を表す側面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の一例を表す断面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の他の例を表す断面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表す断面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表す断面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表す平面図である。 図１に示したレーザ加工装置によるレーザ加工方法の更に他の例を表す平面図である。 本発明の変形例に係るレーザ加工装置の概要構成を表す平面図である。 図８に示したレーザ加工装置により加工された被加工物の一例を表す平面図である。 本発明の実施例１で得られたスクライブラインの平面形状を表す写真である。 図１０に示したスクライブラインの断面を表す写真である。 本発明の実施例１で得られた他のスクライブラインの平面形状を表す写真である。 本発明の実施例２で得られたスクライブラインの平面形状を表す写真である。 図１３に示したスクライブラインの断面を表す写真である。

符号の説明

１…レーザ発振器、２…冷却装置、３…レーザ電源、４…コリメータ、５…アッテネータ、６…ビームエキスパンダ、７…対物レンズ、８…対物レンズ移動機構、９…駆動電源、１０…位置センサ、１１…被加工物、１２…ステージ、１３…制御用コンピュータ、１４…モニタ、１６…立ち下げミラー、２０…レーザ光、３０…スクライブライン

Claims (24)

1. 板体状の被加工物にレーザ光を照射することによって前記被加工物にスクライブラインを形成するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光の焦点位置を前記被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせる集光焦点位置調節手段を備えた
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザ光が、パルス発振レーザである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記レーザ光が、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザおよびガラスレーザのうちの１種類の第３高調波である
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 前記レーザ光が、波長３５５±１ｎｍあるいは波長３４３±１ｎｍのＹＡＧレーザ、または波長３４９±１ｎｍあるいは波長３５１±１ｎｍのＹＬＦレーザである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
5. 前記被加工物が、前記レーザ光に対して透過性を有する透明基板である
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ光は、前記透明基板の一方の側から照射され、
   前記焦点位置調節手段は、前記焦点位置を、前記透明基板における前記レーザ光が照射される側から見て裏側に合わせる
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ加工装置。
7. 前記被加工物が、前記透明基板を前記レーザ光の進行方向に複数積み重ねたものであり、
   前記レーザ光は、前記複数の透明基板の一方の側から照射され、
   前記焦点位置調節手段は、前記焦点位置を、前記複数の透明基板の各々における前記レーザ光が照射される側から見て表側または裏側に合わせる
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ加工装置。
8. 前記レーザ光は、略円形または楕円形のスポットを有する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
9. 前記レーザ光の光源に対する前記被加工物の表面の距離を測定する位置センサを備え、
   前記焦点位置調節手段は、前記位置センサによって測定された距離に対応して前記焦点位置を調節する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
10. 前記被加工物を載置する移動テーブルを備え、
    前記移動テーブルが前記被加工物を前記レーザ光に対して相対的に前記被加工物の表面の面内方向に移動させる
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
11. 前記レーザ光を前記被加工物に対して相対的に前記被加工物の表面の面内方向に移動しながら照射する
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
12. 複数のレーザ光源と、
    これらの複数のレーザ光源からの複数のレーザ光の、前記被加工物の表面の面内方向における間隔を調節する集光位置間隔調節手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
13. 板体状の被加工物にレーザ光を照射することによって前記被加工物にスクライブラインを形成するレーザ加工方法であって、
    前記レーザ光の焦点位置を前記被加工物の厚さ方向内部または外部に合わせて前記被加工物に照射する
    ことを特徴とするレーザ加工方法。
14. 前記レーザ光は、パルス発振レーザである
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
15. 前記レーザ光が、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ガラスレーザのうちの１種類の第３高調波である
    ことを特徴とする請求項１４記載のレーザ加工方法。
16. 前記レーザ光が、波長３５５±１ｎｍあるいは波長３４３±１ｎｍのＹＡＧレーザ、または波長３４９±１ｎｍあるいは波長３５１±１ｎｍのＹＬＦレーザである
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
17. 前記被加工物が、前記レーザ光に対して透過性を有する透明基板である
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
18. 前記焦点位置を、前記透明基板における前記レーザ光が照射される側から見て裏側に合わせる
    ことを特徴とする請求項１７記載のレーザ加工方法。
19. 前記被加工物が、前記透明基板を前記レーザ光の進行方向に複数重ねたものであり、
    前記焦点位置を、前記複数の透明基板の各々における前記レーザ光が照射される側から見て表側または裏側に合わせる
    ことを特徴とする請求項１７記載のレーザ加工方法。
20. 前記レーザ光は、略円形または楕円形のスポットを有する
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
21. 前記レーザ光の光源に対する前記被加工物の表面の距離を測定し、測定された距離に対応して前記焦点位置を調節する
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
22. 前記被加工物を移動テーブルに載置し、前記移動テーブルを前記レーザ光に対して相対的に前記被加工物の表面の面内方向に移動させる
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
23. 前記レーザ光を前記被加工物に対して相対的に前記被加工物の表面の面内方向に移動させながら照射する
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
24. 複数のレーザ光を、前記被加工物の表面の面内方向における間隔を調節して同時に照射することにより、複数本のスクライブラインを同時に形成する
    ことを特徴とする請求項１３記載のレーザ加工方法。
    
    

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