JP2007021556A

JP2007021556A - レーザ照射装置、レーザスクライブ方法

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Publication number: JP2007021556A
Application number: JP2005209550A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Kuroki; 泰宣黒木; Kazunari Umetsu; 一成梅津
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP4329741B2

Abstract

【課題】１回のレーザ照射により形成される改質領域の大きさを拡大して高い生産性で加工対象物のスクライブが可能なレーザ照射装置、このレーザ照射装置を用いたレーザスクライブ方法を提供すること。
【解決手段】レーザ照射装置１００は、レーザ光源１０１と、出射されたレーザ光を集光する集光レンズ１０３と、レーザ光の集光点の位置を調整可能なＺ軸スライド機構１０４と、基板Ｗを光軸１０１ａと略直交する平面内で移動可能なＸ軸スライド部１１０およびＹ軸スライド部１０８と、レーザ光の集光領域が基板Ｗの厚み方向の所定の位置に位置するようにＺ軸スライド機構１０４を制御するレンズ制御部１２２と、基板Ｗの切断予定位置に沿って集光領域が相対移動するようにＸ軸スライド部１１０およびＹ軸スライド部１０８を制御するステージ制御部１２３とを備え、集光レンズ１０３と基板Ｗとの間に、石英ガラス板１０６が挿入されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ照射装置、およびこのレーザ照射装置を用いた半導体等の基板のレーザスクライブ方法に関する。

半導体等の基板にレーザを照射して基板を切断あるいは分割するための分割領域を形成するレーザ照射装置としては、パルス幅が１μｓ以下のレーザ光を出射するレーザ光源と、出射されたレーザ光を集光する集光レンズとを備えたレーザ加工装置が知られている（特許文献１）。

このレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法（レーザスクライブ方法）は、加工対象物の内部に集光部を合わせてレーザ光を照射し、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を形成するものである。そして、この改質領域により構成され、加工対象物のレーザ光入射面側の表面より所定距離内側に離間した領域に切断予定ラインを形成する。その後、加工対象物に外部から応力を加えると、切断予定ラインを起点にして加工対象物が割れる。また、集光点におけるピークパワー密度が１×１０⁸（Ｗ／ｃｍ²）以上となるようにレーザ光を集光させている。

このレーザ加工方法は、加工対象物の内部に集光部を合わせて改質領域を形成するため、加工対象物のレーザ光入射面側の表面に、回路を構成する配線等が存在しても、これらの配線等に熱的なダメージを与えることなく、切断予定ラインに沿って厚み方向に加工対象物を割ることができるとしている。

また、このレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法において、加工対象物の内部に形成される改質領域あるいはこれを起点として形成されるクラック部（クラックスポット）の大きさは、集光レンズの特性と、レーザ光のピークパワー密度に依存する。例えば、上記特許文献１に示されたガラス（厚さ７００μｍ）をＹＡＧレーザを用いて切断する実施例では、集光レンズの開口数が０．５５の場合、ピークパワー密度がおよそ１×１０¹¹（Ｗ／ｃｍ²）では、クラックスポットの大きさは、およそ１００μｍである。また、ピークパワー密度がおよそ５×１０¹¹（Ｗ／ｃｍ²）では、およそ２５０μｍである。

特開２００２−１９２３７０号公報

しかしながら、加工対象物の厚みが、クラックスポットの大きさよりも相当に厚い場合は、切断予定ラインを形成した後に、加工対象物を破断面が変形することなく割ることは困難である。外部応力を加えたときに改質領域を起点としたクラックの成長方向がずれて切断予定ラインに沿って割れず外形不良が生じるという課題がある。このような課題を改善するには、加工対象物の厚みに対応して、改質領域が厚み方向に連続するように、繰り返してレーザ光を照射する方法が考えられるが、レーザ光を照射する加工時間が長くなり生産性が低下するという課題を有している。

本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、１回のレーザ照射により形成される改質領域の大きさを拡大して高い生産性で加工対象物のスクライブが可能なレーザ照射装置、このレーザ照射装置を用いたレーザスクライブ方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザ照射装置は、波長分散特性を有するパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、パルスレーザ光を集光する集光手段と、パルスレーザ光の集光点の加工対象物に対する位置を調整可能な調整手段と、集光手段に対して加工対象物をパルスレーザ光の光軸と略直交する平面内で相対的に移動可能な移動手段と、パルスレーザ光が集光された集光領域が加工対象物の厚み方向の所定の位置に配置されるように調整手段を制御すると共に、加工対象物の切断予定位置に沿って集光領域が相対的に移動するように移動手段を制御する制御部とを有し、集光手段と加工対象物との間の光軸上に、屈折率が１よりも大きい軸上色収差拡大手段を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、制御部が調整手段を制御して、パルスレーザ光の集光領域が加工対象物の厚み方向の所定の位置に配置されるように集光点の位置を調整し、加工対象物の切断予定位置に沿って集光領域が相対的に移動するように移動手段を制御すれば、集光領域において加工対象物がパルスレーザ光を多光子吸収して形成される改質領域を加工対象物の厚み方向に渡って形成することができる。集光手段と加工対象物との間の光軸上に、屈折率が１よりも大きい軸上色収差拡大手段を備えているので、集光手段によって集光されたパルスレーザ光は、集光領域において波長分散による軸上色収差が拡大された状態となる。したがって、加工対象物の厚み方向に形成された改質領域をより拡大することができる。すなわち、１回のレーザ照射により形成される改質領域の大きさを拡大して、より少ない照射回数で加工対象物の厚み方向に渡って改質領域を形成することができるため、高い生産性で加工対象物のスクライブが可能なレーザ照射装置を提供することができる。

また、上記軸上色収差拡大手段を光軸に略直交するように挿入可能な挿入手段をさらに備え、制御部は、挿入手段を制御して、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入することが好ましい。

この構成によれば、制御部は、挿入手段を制御して軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入することが可能なため、パルスレーザ光の集光領域における軸上色収差の幅を軸上色収差拡大手段の挿入によって変えることができる。集光領域の幅が変われば加工対象物がパルスレーザ光を多光子吸収して形成される改質領域の幅を変えることができる。したがって、加工対象物の厚みに応じて軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入して、集光領域の幅を変えることにより、形成される改質領域の幅を変えて生産性がより高い状態で、加工対象物のスクライブを行うことができる。

本発明のレーザスクライブ方法は、上記発明に記載のレーザ照射装置を用い、波長分散特性を有する集光されたパルスレーザ光を加工対象物に照射して、加工対象物が多光子吸収して形成される改質領域を加工対象物の切断予定位置に沿った厚み方向に形成するレーザスクライブ方法であって、パルスレーザ光の光軸が加工対象物の切断予定位置の線上に位置するように集光手段と加工対象物とを相対的に位置決めする位置決め工程と、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に配置して、パルスレーザ光の集光領域の少なくとも一部が加工対象物のパルスレーザ光の入射面と反対側の表面に掛かるように集光点の位置を調整手段によって調整する調整工程と、集光手段に対して加工対象物を相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する第１の走査工程と、調整手段によって集光領域を加工対象物の厚み方向にずらし、集光手段に対して加工対象物を相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して、第１の走査工程で形成された第１の改質領域に厚み方向において連続するように第２の改質領域を形成する第２の走査工程とを備えることを特徴とする。

この方法によれば、位置決め工程でパルスレーザ光の光軸と加工対象物の切断予定位置とが位置決めされ、調整工程では、調整手段によって、加工対象物の厚み方向においてパルスレーザ光の集光領域の少なくとも一部が加工対象物のパルスレーザ光の入射面と反対側の表面に掛かるように集光点の位置が調整される。そして、第１の走査工程では、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に配置することにより、集光領域において軸上色収差が拡大した状態でレーザ照射が行われて加工対象物の切断予定位置に沿うと共に厚み方向に第１の改質領域が形成される。第２の走査工程では、調整手段によって集光領域を加工対象物の厚み方向にずらして、第１の走査工程と同様にレーザ照射が行われて、第１の改質領域に厚み方向において連続するように第２の改質領域が形成される。したがって、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に配置しない場合に比べて、軸上色収差が拡大した集光領域では、多光子吸収して形成される改質領域が拡大するので、加工対象物の厚み方向に渡って改質領域を連続して形成するためのレーザ照射の走査回数を低減することができる。よって、高い生産性で加工対象物のスクライブが可能なレーザスクライブ方法を提供することができる。

また、本発明の他のレーザスクライブ方法は、請求項２に記載のレーザ照射装置を用い、波長分散特性を有する集光されたパルスレーザ光を加工対象物に照射して、加工対象物が多光子吸収して形成される改質領域を加工対象物の切断予定位置に沿った厚み方向に形成するレーザスクライブ方法であって、パルスレーザ光の光軸が加工対象物の切断予定位置の線上に位置するように集光手段と加工対象物とを相対的に位置決めする位置決め工程と、パルスレーザ光の集光領域の少なくとも一部が加工対象物のパルスレーザ光の入射面と反対側の表面に掛かるように集光点の位置を調整する調整工程と、集光手段に対して加工対象物を相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する第１の走査工程と、挿入手段によって軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入すると共に調整手段によって集光領域を加工対象物の厚み方向にずらし、集光手段に対して加工対象物を相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して、第１の走査工程で形成された第１の改質領域に厚み方向において連続するように第２の改質領域を形成する第２の走査工程とを備えることを特徴とする。

この方法によれば、第１の走査工程では、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入せずに、集光領域において軸上色収差が少ない状態で第１の改質領域が形成される。第２の走査工程では、軸上色収差拡大手段を集光手段と加工対象物との間に挿入した状態、すなわち第１の走査工程に比べて軸上色収差が拡大した状態で、第２の改質領域が第１の改質領域に厚み方向に連続して形成される。よって、第１の改質領域が第２の改質領域に比べ、厚み方向の幅が狭い状態すなわち改質密度が高い状態で形成されるので、外部応力を加えて加工対象物を切断予定位置で切断する際に、第１の改質領域が形成された表面側から容易に切断される。すなわち、第１の改質領域をきっかけとして第２の改質領域側に切断が進んで、破断面に外形不良が発生することを低減することができる。

本発明の実施形態は、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルを製造する工程において、液晶表示パネルが区画形成されたマザー基板を切断する工程で用いられるレーザ照射装置と、このレーザ照射装置を用いたレーザスクライブ方法を例に説明する。

（液晶表示パネル）
まず、液晶表示パネルについて説明する。図１は、液晶表示パネルの構造を示す概略図である。同図（ａ）は概略正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線で切った概略断面図である。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶表示パネル１０は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子３を有する素子基板１と、対向電極６を有する対向基板２と、シール材４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５とを備えている。素子基板１は対向基板２より一回り大きく額縁状に張り出した状態となっている。

素子基板１は、厚みおよそ１．２ｍｍの石英ガラス基板を用いており、その表面には画素を構成する画素電極（図示省略）と、３端子のうちの一つが画素電極に接続されたＴＦＴ素子３が形成されている。ＴＦＴ素子３の残りの２端子は、画素電極を囲んで互いに絶縁状態で格子状に配置されたデータ線（図示省略）と走査線（図示省略）とに接続されている。データ線は、Ｙ軸方向に引き出されて端子部１ａにおいてデータ線駆動回路部９に接続されている。走査線は、Ｘ軸方向に引き出され、左右の額縁領域に形成された２つの走査線駆動回路部１３，１３に個々に接続されている。各データ線駆動回路部９および走査線駆動回路部１３の入力側配線は、端子部１ａに沿って配列した実装端子１１にそれぞれ接続されている。端子部１ａとは反対側の額縁領域には、２つの走査線駆動回路部１３，１３を繋ぐ配線１２が設けられている。

対向基板２は、厚みおよそ１．０ｍｍの透明なガラス基板を用いており、共通電極としての対向電極６が設けられている。対向電極６は、対向基板２の四隅に設けられた上下導通部１４を介して素子基板１側に設けられた配線と導通しており、当該配線も端子部１ａに設けられた実装端子１１に接続されている。

液晶５に面する素子基板１の表面および対向基板２の表面には、それぞれ配向膜７，８が形成されている。

液晶表示パネル１０は、外部駆動回路と電気的に繋がる中継基板が実装端子１１に接続される。そして、外部駆動回路からの入力信号が各データ線駆動回路部９および走査線駆動回路部１３に入力されることにより、ＴＦＴ素子３が画素電極ごとにスイッチングされ、画素電極と対向電極６との間に駆動電圧が印加されて表示が行われる。

尚、図１には図示省略したが、液晶表示パネル１０の表裏面には、それぞれ入出射する光を偏向する偏光板が設けられる。

図２は、液晶表示パネルが区画形成されたマザー基板を示す概略図である。同図（ａ）は概略平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＢ−Ｂ線で切った概略断面図である。

図２（ａ）に示すように、１つの液晶表示パネル１０に相当する素子基板１がマザー基板としてのウェハ状の基板Ｗに複数区画形成されている。そして、図２（ｂ）に示すように、対向基板２が個々に区画形成された素子基板１と接着されている。１つの液晶表示パネル１０は、区画領域Ｄｘ，Ｄｙに沿った切断予定位置を切断して、基板Ｗから取り出される。この場合、基板Ｗは、厚み１．２ｍｍ、直径１２インチの石英ガラス基板であり、２００個分の液晶表示パネル１０が区画形成されている。

尚、本実施形態では、基板Ｗに個々の対向基板２を接着した形態であるが、ウェハ状の基板内に対向基板２が複数区画形成された他のマザー基板と基板Ｗとを接着し、相方のマザー基板を切断して液晶表示パネル１０を取り出すようにしてもよい。

（レーザ照射装置）
次に、本発明を適用したレーザ照射装置について説明する。図３は、レーザ照射装置の構成を示す概略図である。

図３に示すように、レーザ照射装置１００は、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手段としての集光レンズ１０３とを備えている。また、加工対象物としての基板Ｗを載置するステージ１０７と、ステージ１０７を集光レンズ１０３に対してＸ，Ｙ軸方向に移動させる移動手段としてのＸ軸スライド部１１０およびＹ軸スライド部１０８とを備えている。また、ステージ１０７に載置された基板Ｗに対して集光レンズ１０３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調整手段としてのＺ軸スライド機構１０４と、集光レンズ１０３と基板Ｗとの間の光軸１０１ａに直交するように配置される軸上色収差拡大手段としての石英ガラス板１０６とを備えている。さらには、ダイクロイックミラー１０２を挟んで集光レンズ１０３と反対側に位置する撮像装置１１２を備えている。

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１２０を備えており、メインコンピュータ１２０には、ＣＰＵや各種メモリーの他に撮像装置１１２が撮像した画像情報を処理する画像処理部１２４を有している。撮像装置１１２は、同軸落射型光源とＣＣＤ（固体撮像素子）が組み込まれたものである。同軸落射型光源から出射した可視光は、集光レンズ１０３を透過して焦点を結ぶ。

メインコンピュータ１２０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１２５とレーザ加工時の各種情報を表示する表示部１２６が接続されている。また、レーザ光源１０１の出力やパルス幅、パルス周期を制御するレーザ制御部１２１と、Ｚ軸スライド機構１０４を駆動して集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を制御するレンズ制御部１２２とが接続されている。さらに、Ｘ軸スライド部１１０とＹ軸スライド部１０８をそれぞれレール１０９，１１１に沿って移動させるサーボモータ（図示省略）を駆動するステージ制御部１２３が接続されている。

集光レンズ１０３をＺ軸方向に移動させるＺ軸スライド機構１０４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１２２は、この位置センサの出力を検出して集光レンズ１０３のＺ軸方向の位置を制御可能となっている。したがって、撮像装置１１２の同軸落射型光源から出射した可視光の焦点が基板Ｗの表面と合うように集光レンズ１０３をＺ軸方向に移動させれば、基板Ｗの厚みを計測することが可能である。

レーザ光源１０１は、例えば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。この場合、パルスレーザ光は、波長分散特性を有しており、中心波長が８００ｎｍであり、その半値幅はおよそ１０ｎｍである。またパルス幅はおよそ３００ｆｓ（フェムト秒）、パルス周期は１ｋＨｚ、出力はおよそ７００ｍＷである。

集光レンズ１０３は、この場合、倍率が１００倍、開口数（ＮＡ）が０．８、ＷＤ（Working Distance）が３ｍｍの対物レンズである。集光レンズ１０３はＺ軸スライド機構１０４から延びたスライドアーム１０４ａによって支持されている。また、Ｚ軸スライド機構１０４と共に移動するモータ１０５から延びた回転アーム１０５ａの端部に石英ガラス板１０６が支持されている。レンズ制御部１２２は、Ｚ軸スライド機構１０４を駆動すると共に、モータ１０５を駆動して回転アーム１０５ａをＺ軸を回転軸として回転させる。これにより集光レンズ１０３の開口部１０３ａの前面に石英ガラス板１０６を挿入可能となっている。

尚、本実施形態では、ステージ１０７は、Ｙ軸スライド部１０８に支持されているが、Ｘ軸スライド部１１０とＹ軸スライド部１０８との位置関係を逆転させてＸ軸スライド部１１０に支持される形態としてもよい。また、ステージ１０７をθテーブルを介してＹ軸スライド部１０８に支持することが好ましい。これによれば、基板Ｗを光軸１０１ａに対してより垂直な状態とすることが可能である。

図４は、軸上色収差の拡大状態を示す概略図である。同図（ａ）は軸上色収差拡大手段を挿入しないときのパルスレーザ光の集光状態を示し、同図（ｂ）は軸上色収差拡大手段を挿入したときのパルスレーザ光の集光状態を示すものである。軸上色収差拡大手段としての石英ガラス板１０６は、厚み２ｍｍであり、屈折率は約１．４６である。

図４（ａ）に示すように、石英ガラス板１０６を挿入していないときには、集光レンズ１０３によって集光されたパルスレーザ光１１３は、屈折率が１よりも大きい基板Ｗに入射して屈折し、短波長側のパルスレーザ光１１４から長波長側のパルスレーザ光１１５までその集光点が光軸１０１ａ上でずれた集光領域１１６に集光される。集光領域１１６は、いわゆる軸上色収差を有している。

図４（ｂ）に示すように、石英ガラス板１０６を挿入したときには、集光レンズ１０３によって集光されたパルスレーザ光は、屈折率が１よりも大きい石英ガラス板１０６を透過して屈折する。よって、短波長側のパルスレーザ光１１４と長波長側のパルスレーザ光１１５とでは、集光点がずれた状態で基板Ｗに入射する。そして、入射後さらに屈折して短波長側のパルスレーザ光１１４から長波長側のパルスレーザ光１１５までその集光点が光軸１０１ａ上でずれた集光領域１１７に集光される。すなわち、より軸上色収差が拡大した集光領域１１７となる。

ここで多光子吸収による改質領域の形成について説明する。加工対象物が透明な材料であっても、材料の吸収のバンドギャップＥｇよりも光子のエネルギーｈνが非常に大きいと吸収が生じる。これを多光子吸収と言い、レーザ光のパルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物の内部に起こさせると、多光子吸収のエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、イオン価数変化、結晶化または分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。本実施形態では、この屈折率変化領域を改質領域と呼ぶ。

図５は、多光子吸収により形成された改質領域を示す写真である。同図（ａ）は、図４（ａ）に対応する改質領域を示し、同図（ｂ）は図４（ｂ）に対応する改質領域を示すものである。いずれも基板Ｗの断面写真である。

図５（ａ）に示すように、石英ガラス板１０６を挿入せずにパルスレーザ光１１３を基板Ｗに照射した場合、パルスレーザ光１１３の集光領域１１６において形成された改質領域２０は、基板Ｗの断面から見ると、基板Ｗの厚み方向におよそ３００μｍの幅を有している。この場合の集光領域１１６におけるピークパワー密度は、８×１０¹²Ｗ／ｃｍ²である。また、集光領域１１６の位置が、パルスレーザ光１１３の入射面Ｗａに近づくにつれて、短波長側のパルスレーザ光１１４と長波長側のパルスレーザ光１１５との光路差が少なくなり、入射面Ｗａの近傍では、改質領域２０の幅は、およそ５０μｍとなる。

図５（ｂ）に示すように、石英ガラス板１０６を挿入してパルスレーザ光を基板Ｗに照射した場合、パルスレーザ光の集光領域１１７において形成された改質領域２１は、基板Ｗの断面から見ると、基板Ｗの厚み方向におよそ７００μｍの幅を有している。すなわち、波長分散特性を有するパルスレーザ光の特性を利用して、石英ガラス板１０６を挿入することにより軸上色収差を拡げ、改質領域の幅を拡大することが可能である。

このような改質領域２０，２１を形成するためのパルスレーザ光１１３の照射条件としては、加工対象物によってパルスレーザ光の出力やパルス幅、パルス周期、レーザスキャン速度等の設定が必要なことは言うまでもない。特に、レーザ光源１０１が有する出力は、ダイクロイックミラー１０２や集光レンズ１０３および石英ガラス板１０６などの光軸１０１ａ上に配置される透過性物質による吸収で減衰することを考慮する必要がある。したがって、実際の加工対象物を用いた予備試験を実施して、最適な照射条件を導くことが望ましい。

（レーザスクライブ方法）
次に本発明を適用したレーザスクライブ方法について説明する。図６は、レーザスクライブ方法を示すフローチャートである。

図６に示すように、本実施形態のレーザスクライブ方法は、レーザ照射装置１００を用い、パルスレーザ光の光軸１０１ａが基板Ｗの切断予定位置の線上に位置するように集光レンズ１０３と基板Ｗとを相対的に位置決めする位置決め工程（ステップＳ１）と、パルスレーザ光の集光領域が基板Ｗの厚み方向（Ｚ軸方向）の所定の位置に位置するように集光点の位置を調整する調整工程（ステップＳ３）とを備えている。また、集光レンズ１０３に対して基板Ｗを相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する第１の走査工程としての１次レーザスキャン（ステップＳ４）を備えている。さらに、Ｚ軸スライド機構１０４によって集光領域をＺ軸方向にずらし、集光レンズ１０３に対して基板Ｗを相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して、１次レーザスキャンで形成された第１の改質領域にＺ軸方向において連続するように第２の改質領域を形成する第２の走査工程としての２次レーザスキャン（ステップＳ５）を備えている。

図６のステップＳ１は、位置決め工程である。ステップＳ１では、図２に示した基板Ｗを対向基板２側がステージ１０７の表面に接するように載置する。そして、区画領域ＤｘがＸ軸方向に平行となるように基板Ｗを位置決めする。また、ステージ制御部１２３は、パルスレーザ光の光軸１０１ａが基板Ｗの任意の区画領域Ｄｘ，Ｄｙの切断予定位置の線上に位置するように、サーボモータを駆動しＸ軸スライド部１１０およびＹ軸スライド部１０８を移動させる。この場合、ウェハ状の基板Ｗに方向を規定するオリフラ等を形成しておけば、比較的容易に位置決めすることができる。そして、ステップＳ２へ進む。

図６のステップＳ２は、基板Ｗの厚みを測定する工程である。ステップＳ２では、オペレータは、メインコンピュータ１２０を操作して、基板Ｗの厚み測定を実施する。撮像装置１１２が捉えた映像を表示部１２６に表示させ、基板Ｗのパルスレーザ光の入射面Ｗａ（図４参照）と、もう一方の反対側の表面Ｗｂ（図４参照）とに撮像装置１１２から出射される可視光の焦点を合わせる動作を行わせることにより、メインコンピュータ１２０は、Ｚ軸スライド機構１０４の位置センサの出力から基板Ｗの厚みを演算する。演算結果は、メインコンピュータ１２０の記憶部にＺ軸方向の座標として記憶される。そして、ステップＳ３に進む。

図６のステップＳ３は、パルスレーザ光の集光点の位置を調整する調整工程である。先に述べたように石英ガラス板１０６を挿入した場合は、軸上色収差が拡がった集光領域１１７となる。撮像装置１１２が捉えた可視光の焦点と集光領域１１７とのＺ軸方向の位置関係をあらかじめレーザ照射する予備試験の結果から求めておき、データとして入力しておく。このデータとステップＳ２で求められた基板Ｗの厚みデータ（Ｚ軸方向の座標）とに基づいて、ステップＳ３では、レンズ制御部１２２は、モータ１０５を駆動して石英ガラス板１０６を集光レンズ１０３の開口部１０３ａの前面に挿入する。そして、図４（ｂ）に示すように、レンズ制御部１２２は、Ｚ軸スライド機構１０４を駆動して集光領域１１７の少なくとも一部が基板Ｗのパルスレーザ光の入射面Ｗａと反対側の表面Ｗｂに掛かるように集光レンズ１０３をＺ軸方向に移動させる。そして、ステップＳ４へ進む。

図６のステップＳ４は、１次レーザスキャン工程である。ステップＳ４では、集光レンズ１０３に対して基板Ｗを相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する。この場合、図２に示すように基板Ｗには複数（２００個）の液晶表示パネル１０が区画形成されており、区画領域Ｄｘに対応してＸ軸方向に基板Ｗを横断するレーザスキャンを１９回行う。また、続いて区画領域Ｄｙに対応してＹ軸方向に基板Ｗを横断するレーザスキャンを１５回行う。当然、液晶表示パネル１０の基板Ｗにおける区画配置に対応して所定のピッチでＸ軸またはＹ軸方向にずらしながら各レーザスキャンを行う。切断予定位置は、あらかじめデータとして入力されているので、メインコンピュータ１２０は、このデータに基づいた制御信号をステージ制御部１２３に送る。ステージ制御部１２３は、制御信号に基づいてＸ軸スライド部１１０とＹ軸スライド部１０８とを移動させることにより、基板Ｗを集光レンズ１０３に対して相対移動させる。この場合、パルスレーザ光の照射に対応して基板Ｗを移動させる速度すなわちレーザースキャン速度は、およそ２０ｍｍ／秒である。したがって、Ｘ軸方向へ１９回およびＹ軸方向へ１５回のレーザスキャンに要する時間は、基板Ｗのウェハサイズが１２インチ（３００ｍｍ）のため、およそ９分である。そして、ステップＳ５へ進む。

図６のステップＳ５は２次レーザスキャン工程である。ステップＳ５では、レンズ制御部１２２は、Ｚ軸スライド機構１０４を駆動して集光領域１１７をＺ軸方向にずらす。そして、集光レンズ１０３に対して基板Ｗを相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して、１次レーザスキャンで形成された第１の改質領域にＺ軸方向において連続するように第２の改質領域を形成する。レーザスキャンの方法は、ステップＳ４と同じである。この場合、集光領域１１７において形成される改質領域２１の幅は、およそ７００μｍであるため、集光領域１１７の位置をＺ軸方向におよそ５００μｍずらせば、基板Ｗの厚み１．２ｍｍの幅内に改質領域２１が連続して形成される。尚、基板Ｗの厚みが７００μｍ未満ならば、ステップＳ４の１次レーザスキャンのみでよい。また、基板Ｗの厚みが７００μｍ以上ならば、その厚みに応じて集光領域１１７をＺ軸方向にずらしたレーザスキャンを繰り返せばよい。そして、ステップＳ６へ進む。

図６のステップＳ６は、形成された改質領域に沿って基板Ｗを分割（ブレイク）する工程である。図７は、ブレイク方法を示す概略断面図である。同図（ａ）は外部応力の与え方を示す断面図、同図（ｂ）はブレイク後の断面図である。ステップＳ６では、例えば図７（ａ）に示すように、ステップＳ４およびステップＳ５によって、基板Ｗの厚み方向に連続して形成された改質領域Ｒｃに対して、ＣまたはＤ方向に外部応力を加える。これにより基板Ｗは、図７（ｂ）に示すように、改質領域Ｒｃで分断される。図８は、分断後の基板の断面写真である。図８に示すように、改質領域Ｒｃが、基板Ｗの厚み方向の全域に渡って形成されている。この場合の改質領域Ｒｃの幅（Ｚ軸方向に直交する方向の幅）は、およそ１０〜２０μｍである。

以上のレーザスクライブ方法によれば、改質領域Ｒｃが基板Ｗの厚み方向に連続して形成されているため、精度よくかつ容易に切断することが可能である。また、破断面に外形不良等が生じにくい。また、石英ガラス板１０６を挿入せずに、基板Ｗの厚み方向に連続した改質領域Ｒｃを形成する場合、パルスレーザ光１１３の集光領域１１６は、入射面Ｗａに近づくに従って軸上色収差が少なくなる。その結果改質領域２０の幅が小さくなるため、厚み１．２ｍｍの基板Ｗの厚み方向に連続した改質領域Ｒｃを形成するには、およそ１０回（約９０分）のレーザスキャン工程が必要になる。本実施形態のレーザスクライブ方法では、２回（約１８分）のレーザスキャン工程で済むため、レーザ加工の所要時間を大幅に短縮することが可能となる。

上記実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）上記実施形態のレーザ照射装置１００は、集光レンズ１０３の開口部１０３ａの前面に石英ガラス板１０６を挿入することが可能な構成となっているため、集光レンズ１０３を透過したパルスレーザ光を屈折させて、軸上色収差が拡がった集光領域１１７にパルスレーザ光を集光させることができる。したがって、このような波長分散特性を有するパルスレーザ光を石英ガラス基板からなる基板Ｗの内部に集光点を結ぶように照射すれば、集光領域１１７において多光子吸収されて形成される改質領域２１を、石英ガラス板１０６を挿入しないで形成される改質領域２０に比べて拡大することができる。ゆえに、１回のレーザ照射により形成される改質領域の大きさを拡大して高い生産性で基板Ｗのスクライブが可能なレーザ照射装置１００を提供することができる。

（２）上記実施形態のレーザ照射装置１００は、レンズ制御部１２２は、挿入手段としてのモータ１０５を駆動して石英ガラス板１０６を集光レンズ１０３と基板Ｗとの間に挿入することができる。したがって、パルスレーザ光の集光領域における軸上色収差の幅を石英ガラス板１０６の挿入によって変えることができる。集光領域の幅が変われば基板Ｗがパルスレーザ光を多光子吸収して形成される改質領域の幅を変えることができる。したがって、基板Ｗの厚みに応じて石英ガラス板１０６を集光レンズ１０３と基板Ｗとの間に挿入して、集光領域の幅を変えることにより、形成される改質領域の幅を変えて生産性がより高い状態で、加工対象物のスクライブを行うことができる。

（３）上記実施形態のレーザスクライブ方法は、レーザ照射装置１００を用い、石英ガラス板１０６を挿入した状態で、パルスレーザ光の集光領域１１７の少なくとも一部がパルスレーザ光の入射面Ｗａと反対側の表面Ｗｂに掛かるように集光点の位置を調整する調整工程を備えている。また、集光レンズ１０３に対して基板Ｗを相対移動させながら切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する１次レーザスキャン工程を備えている。さらに、Ｚ軸スライド機構１０４を駆動して集光レンズ１０３をＺ軸方向に移動させることにより集光領域１１７をＺ軸方向にずらし、再び切断予定位置に沿ってパルスレーザ光を照射して、１次レーザスキャン工程で形成された第１の改質領域にＺ軸方向において連続するように第２の改質領域を形成する２次レーザスキャン工程を備えている。したがって、基板Ｗの厚み方向に沿って連続した改質領域Ｒｃを形成することができ、この改質領域Ｒｃを分断する外部応力を加えれば、破断面に外形不良が発生することを低減して、基板Ｗを精度よくかつ容易に切断することができる。また、１回のレーザ照射により形成される改質領域２１の大きさが、石英ガラス板１０６を挿入しない場合に比べて拡大されているので、より少ないレーザスキャン工程の回数で基板Ｗの厚み方向に沿って連続した改質領域Ｒｃを形成することができる。すなわち、高い生産性を有するレーザスクライブ方法を提供することができる。

上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。
（変形例１）上記実施形態のレーザ照射装置１００において、石英ガラス板１０６を挿入可能な挿入手段としてのモータ１０５を備えているが、これに限定されない。石英ガラス板１０６を集光レンズ１０３の開口部１０３ａ側に固定して配置してもよい。

（変形例２）上記実施形態のレーザ照射装置１００において、軸上色収差拡大手段は、石英ガラス板１０６に限定されない。例えば、回折格子や回折レンズ等の屈折率を調整可能な部材を用いても同様な効果を奏する。また、集光レンズ１０３の屈折率を軸上色収差が拡がるように、屈折率調整材料を表面にコーティグする等の手法を用いてもよい。さらには、石英ガラス板１０６のような固体に限らず、屈折率が１よりも大きな液体をレーザ光を透過する容器に充填したものでもよい。

（変形例３）上記実施形態のレーザ照射装置１００において、パルスレーザ光の集光点の位置の調整を行う調整手段や基板Ｗを集光レンズ１０３に対して相対的に移動させる移動手段の構造は、これに限定されない。例えば、集光レンズ１０３を固定し、基板Ｗ側がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な構成としてもよい。また、基板Ｗ側を固定し、レーザ光源１０１とダイクロイックミラー１０２および集光レンズ１０３とが一体となってＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能な構成としてもよい。

（変形例４）上記実施形態のレーザスクライブ方法は、これに限定されない。例えば、１次レーザスキャン工程では、石英ガラス板１０６を挿入しない状態でレーザスキャンを実施して幅が狭い第１の改質領域（図５（ａ）の改質領域２０に相当）を形成する。続いて２次レーザスキャン工程で、石英ガラス板１０６を挿入して幅の広い第２の改質領域（図５（ｂ）の改質領域２１に相当）を第１の改質領域に連続するように形成してもよい。これによれば、第１の改質領域は、軸上色収差が少なく集光領域においてより電界強度あるいはピークパワー密度が高い状態すなわち改質密度が高い状態で形成されるため、分割（ブレイク）工程において、外部応力を加えた時に、この第１の改質領域をきっかけとして第２の改質領域が形成された方向に切断を進めることができる。ゆえに、基板Ｗの厚み方向に連続した改質領域Ｒｃをより容易に切断可能な状態に形成することができる。

（変形例５）上記実施形態のレーザスクライブ方法において、加工対象物は石英ガラスからなる基板Ｗに限定されない。レーザ光に対して透明な加工対象物であれば本発明のレーザスクライブ方法を適用することが可能であり、例えば、低アルカリガラスやソーダガラス、あるいはシリコン等からなる半導体ウェハのスクライブにも用いることができる。

（変形例６）上記実施形態のレーザスクライブ方法において、工順は、これに限定されない。例えば、１次レーザスキャン工程が終わったところで、基板Ｗを反転してステージ１０７に載置し、再び基板Ｗの位置決め工程と調整工程で、集光点の位置を調整する。そして、２次レーザスキャン工程を実施する。このようにすれば、１次と２次レーザスキャン工程における集光領域の厚み方向における幅をほぼ同等として改質領域を形成することができる。すなわち、基板Ｗの表裏面から内部に向けて形成される改質領域を表裏面からの距離に寄らずほぼ同等な密度で形成することができる。

液晶表示パネルの構造を示す概略図。液晶表示パネルが区画形成されたマザー基板を示す概略図。レーザ照射装置の構成を示す概略図。軸上色収差の拡大状態を示す概略図。多光子吸収により形成された改質領域を示す写真。レーザスクライブ方法を示すフローチャート。ブレイク方法を示す概略断面図。分断後の基板の断面写真。

符号の説明

２０…改質領域、２１…拡大された改質領域、１００…レーザ照射装置、１０１…レーザ光源、１０１ａ…光軸、１０３…集光手段としての集光レンズ、１０４…調整手段としてのＺ軸スライド機構、１０５…挿入手段としてのモータ、１０６…軸上色収差拡大手段としての石英ガラス板、１０８…移動手段としてのＸ軸スライド部、１１０…移動手段としてのＹ軸スライド部、１１３…パルスレーザ光、１１６，１１７…集光領域、１２０…制御部としてのメインコンピュータ、Ｗ…加工対象物としての基板、Ｗａ…パルスレーザ光の入射面、Ｗｂ…パルスレーザ光の入射面と反対側の表面。

Claims

波長分散特性を有するパルスレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記パルスレーザ光を集光する集光手段と、
前記パルスレーザ光の集光点の加工対象物に対する位置を調整可能な調整手段と、
前記集光手段に対して前記加工対象物を前記パルスレーザ光の光軸と略直交する平面内で相対的に移動可能な移動手段と、
前記パルスレーザ光が集光された集光領域が前記加工対象物の厚み方向の所定の位置に配置されるように前記調整手段を制御すると共に、前記加工対象物の切断予定位置に沿って前記集光領域が相対的に移動するように前記移動手段を制御する制御部とを有し、
前記集光手段と前記加工対象物との間の前記光軸上に、屈折率が１よりも大きい軸上色収差拡大手段を備えていることを特徴とするレーザ照射装置。
前記軸上色収差拡大手段を前記光軸に略直交するように挿入可能な挿入手段をさらに備え、
前記制御部は、前記挿入手段を制御して、前記軸上色収差拡大手段を前記集光手段と前記加工対象物との間に挿入することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
請求項１または２に記載のレーザ照射装置を用い、波長分散特性を有する集光されたパルスレーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物が多光子吸収して形成される改質領域を前記加工対象物の切断予定位置に沿った厚み方向に形成するレーザスクライブ方法であって、
前記パルスレーザ光の光軸が前記加工対象物の前記切断予定位置の線上に位置するように前記集光手段と前記加工対象物とを相対的に位置決めする位置決め工程と、
前記軸上色収差拡大手段を前記集光手段と前記加工対象物との間に配置して、前記パルスレーザ光の集光領域の少なくとも一部が前記加工対象物の前記パルスレーザ光の入射面と反対側の表面に掛かるように集光点の位置を前記調整手段によって調整する調整工程と、
前記集光手段に対して前記加工対象物を相対移動させながら前記切断予定位置に沿って前記パルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する第１の走査工程と、
前記調整手段によって前記集光領域を前記加工対象物の厚み方向にずらし、前記集光手段に対して前記加工対象物を相対移動させながら前記切断予定位置に沿って前記パルスレーザ光を照射して、前記第１の走査工程で形成された前記第１の改質領域に前記厚み方向において連続するように第２の改質領域を形成する第２の走査工程とを備えることを特徴とするレーザスクライブ方法。
請求項２に記載のレーザ照射装置を用い、波長分散特性を有する集光されたパルスレーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物が多光子吸収して形成される改質領域を前記加工対象物の切断予定位置に沿った厚み方向に形成するレーザスクライブ方法であって、
前記パルスレーザ光の光軸が前記加工対象物の前記切断予定位置の線上に位置するように前記集光手段と前記加工対象物とを相対的に位置決めする位置決め工程と、
前記パルスレーザ光の集光領域の少なくとも一部が前記加工対象物の前記パルスレーザ光の入射面と反対側の表面に掛かるように集光点の位置を調整する調整工程と、
前記集光手段に対して前記加工対象物を相対移動させながら前記切断予定位置に沿って前記パルスレーザ光を照射して第１の改質領域を形成する第１の走査工程と、
前記挿入手段によって前記軸上色収差拡大手段を前記集光手段と前記加工対象物との間に挿入すると共に前記調整手段によって前記集光領域を前記加工対象物の厚み方向にずらし、前記集光手段に対して前記加工対象物を相対移動させながら前記切断予定位置に沿って前記パルスレーザ光を照射して、前記第１の走査工程で形成された前記第１の改質領域に前記厚み方向において連続するように第２の改質領域を形成する第２の走査工程とを備えることを特徴とするレーザスクライブ方法。