JP2007125582A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の集光レンズを備えながら、小型で集光レンズ相互の位置ばらつきが小さいレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】光学素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって集光されたレーザ光の集光領域を、加工対象物Ｗの厚さ方向である第１の方向に略平行な切断予定面の一部を包含するように加工対象物Ｗの内部に形成することで、切断予定面を包含する改質領域を形成するレーザ加工装置１００であって、光学素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を複数保持可能な光学素子保持枠２１と、第１の方向において、光学素子保持枠２１と加工対象物Ｗとの相対位置を調整可能な保持枠位置調整装置２２と、を備え、保持枠位置調整装置２２によって、光学素子保持枠２１とステージ１４との相対位置を調整することにより、第１の方向における加工対象物Ｗに対する集光領域の位置を調整するレーザ加工装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、特にレーザ内部スクライブ法に好適なレーザ加工装
置に関する。

従来から、基板またはウエハなどの加工対象物を任意のラインに沿って切断する技術と
して、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域を、切断予定ラインに沿って形成し
、当該改質領域を利用して切断する技術が知られている。この技術によれば、わずかな力
を加えるだけで、改質領域を起点にして加工対象物を切断することができる。この技術は
、切断屑が生じないので、微細な加工に適している。ここで、加工対象物の内部における
多光子吸収は、レーザ加工装置を用いて、レーザ光を加工対象物に照射し、改質させる部
分に当該レーザ光を集光させることによって生じさせる。

加工対象物の厚さが加工対象物の厚さ方向の改質領域の幅に比べて大きい場合には、一
つの切断予定ラインに対して、加工対象物の厚さ方向についての集光点の位置を変えなが
ら複数回の改質領域形成工程を実行し、改質領域を加工対象物の厚さ方向に積層して、加
工対象物の平面方向の改質領域の面積を増すことなく、厚さ方向全域に渉る改質領域を形
成している。あるいは、複数回の改質領域形成工程に代えて、複数の集光レンズを備える
ことで、一回の改質領域形成工程で積層した改質領域を形成できるレーザ加工装置が用い
られている。特許文献１には、集光レンズの焦点位置を二ヶ所にすることで、改質領域の
加工対象物の厚さ方向の大きさを大きくできるレーザ加工装置が開示されている。

特開２００４―３３７９０２号公報

しかしながら、特許文献１が開示するレーザ加工装置によれば、一旦形成された集光レ
ンズが対応できる加工対象物の厚さは固定であり、様々な厚さの加工対象物には対応でき
ない。従って、特許文献１が開示するレーザ加工装置であっても、加工対象物の厚さが改
質領域に比べて大きい場合には、複数回の改質領域形成工程を実行する必要があり多くの
加工時間を必要とするという課題があった。さらに、複数回の改質領域形成工程を実行す
る際には、繰返し精度によって、切断予定ラインに対して各改質領域形成工程ごとに形成
される改質領域の位置がばらつき、滑らかな切断面が得難くなるという課題があった。複
数の集光レンズを備える装置においては、各集光レンズの位置にばらつきが生ずる可能性
があり、各集光レンズの位置にばらつきが生じた装置を用いると、滑らかな切断面が得難
くなるという課題があった。さらに、加工対象物の材質や厚さによって適切な焦点距離が
異なり、適切な焦点距離の集光レンズを選択するためには、種々の焦点距離の集光レンズ
の焦点位置を適切な位置に調整できる大きな調整装置が必要であり、調整装置を含む集光
のための装置が大きくなるという課題もあった。加えて、各集光レンズに付随する調整装
置が大きくなると、集光レンズ間の距離が長くなり、集光レンズ相互の位置調整がより困
難になるという課題もあった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、複数の集光レンズを備えながら、小型で集
光レンズ相互の位置ばらつきが小さいレーザ加工装置を実現することを目的とする。

本発明によるレーザ加工装置は、加工対象物を載置するためのステージと、レーザ光を
出射するレーザ光源と、レーザ光を集光する光学素子と、ステージに載置された加工対象
物の厚さ方向である第１の方向と略直交する第２の方向について、光学素子とステージと
を相対移動させる走査機構とを備え、光学素子によって集光されたレーザ光の集光領域を
、加工対象物に想定されており第１の方向に略平行な切断予定面の一部を包含するように
加工対象物の内部に形成して、加工対象物の集光領域の部分を改質すると共に、走査機構
によって、集光領域を切断予定面に沿って移動させることで、切断予定面を包含する加工
対象物の改質領域を形成するレーザ加工装置であって、光学素子を複数保持可能な光学素
子保持枠と、第１の方向に沿って、光学素子保持枠とステージとの相対位置を調整可能な
保持枠位置調整装置と、をさらに備え、保持枠位置調整装置によって、光学素子保持枠と
ステージとの相対位置を調整することにより、第１の方向について、加工対象物に対する
集光領域の位置を調整することを特徴とする。

本発明に係るレーザ加工装置によれば、保持枠位置調整装置によって光学素子保持枠の
加工対象物に対する位置を調整することにより、光学素子保持枠に保持された複数の光学
素子の加工対象物に対する位置を一括して調整する。これにより、光学素子保持枠に保持
された複数の光学素子それぞれに個別に位置調整装置を設ける場合に比べて、光学素子間
を近接させることができると共に、位置調整装置を各光学素子毎に個別に設けることが不
要となり、レーザ加工装置を小型にすることができる。また、光学素子相互間の位置ばら
つきは、光学素子の光学素子保持枠への取付精度で定まり、位置調整装置を各光学素子毎
に個別に設けた装置に比べて、位置ばらつきの要因となる要素が少なく、光学素子相互間
の位置ばらつきを小さくすることができる。

この場合、レーザ加工装置は、光学素子保持枠に保持された複数の光学素子は、それぞ
れの光学素子の光軸が、第１の方向に略平行な同一の略平面内にあり、それぞれの光学素
子の集光位置が、第１の方向において異なるように保持されることが好ましい。

このレーザ加工装置の構成によれば、それぞれの光学素子の光軸が、第１の方向に略平
行な同一の略平面内にあることから、それぞれの集光領域も同一の略平面内に位置する。
加工対象物内に集光領域を形成した状態で光学素子と加工対象物とを相対的に第２の方向
に移動させると、集光領域が通過した軌跡が、相対移動方向に延在する改質領域となる。
当該延在する改質領域は、それぞれの光学素子の集光位置が、第１の方向において異なる
ことから、第１の方向の位置が異なり、第１の方向に重なって形成される。従って、走査
機構による一回の走査で、光学素子一個が形成できる改質領域を加工対象物の厚さ方向に
複数個重ねた改質領域を形成することができる。

この場合、レーザ加工装置は、光学素子の光学素子保持枠に対する第１の方向の位置を
調整可能な副位置調整装置をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、光学素子の光学素子保持枠に対する第１の方向の位置を調整するこ
とで、第１の方向における光学素子相互間の位置を調整して、光学素子を相互に適切な位
置に調整することができる。光学素子を相互に適切な位置に調整し、配置することで、集
光点位置を相互に適切な位置に配置することができる。光学素子を別の光学素子に代えて
も、副位置調整装置を用いて調整するだけで、代えた光学素子が相互に適切な位置に集光
できる適切な位置に、光学素子の相互の位置を調整することができる。

この場合、レーザ加工装置は、保持枠位置調整装置を駆動する調整駆動源と、当該調整
駆動源を制御する調整駆動源制御装置とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、手作業で保持枠位置調整装置を操作して位置調整を行う場合に比べ
て、迅速に且つ頻繁に、保持枠位置調整装置による位置調整を行うことができる。一つの
加工対象物を加工する中で、集光位置を変えることも容易にできる。例えば、複数の材料
が重ねられて形成された加工対象物のそれぞれの材料に個別に改質領域を形成することも
容易に行うことができる。

この場合、レーザ加工装置は、副位置調整装置を駆動する副調整駆動源と、当該副調整
駆動源を制御する副調整駆動源制御装置とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、手作業で副位置調整装置を操作して光学素子相互間の位置調整を行
う場合に比べて、迅速に且つ頻繁に、副位置調整装置による位置調整を行うことができる
。一つの加工対象物を加工する中で、集光位置の第一の方向の間隔を変えることも容易に
できる。例えば、厚さが均一でない加工対象物に、改質領域を形成する部分の厚さに合わ
せて第一の方向の大きさが適切な改質領域を形成することも容易に行うことができる。

以下、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態、及びレーザ加工装置を用いて切断す
る加工対象物の一例について図面を参照して、説明する。

（レーザ加工装置）
最初に、レーザ加工装置の一実施形態について説明する。図１は、レーザ加工装置の要
部の構成を示す模式図である。図１に示したように、レーザ加工装置１００は、レーザ光
源１０と、分割器１２と、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、レンズ保持枠２１と、Ｚ軸調
整機構２２と、Ｚ軸副調整機構２３１，２３２と、ステージ１４と、Ｘ軸スライド機構１
７と、Ｙ軸スライド機構１６と、回動機構１５と、機台１８とを備えている。また、Ｚ軸
制御部３１とＺ軸副制御部３２とを含む加工装置制御ユニット３０を備えている。方向を
明示するために、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を定める。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方
向は、互いに直交する方向であり、図１にＹ，Ｚを付記した矢印の方向を、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向と呼び、図１の紙面に直角な方向をＸ軸方向と呼ぶ。Ｚ軸方向が、第１の方向に相
当する。Ｚ軸方向と直交するＸ軸Ｙ軸平面方向が、第２の方向に相当する。

レーザ光源１０は、例えばチタンサファイアを固体光源とし、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パルスレーザである。ここで、フェムト秒パルス
レーザとは、フェムト秒のオーダーのパルス幅を有するパルスレーザ光を射出するレーザ
である。また、レーザ光源１０が射出するレーザ光１は、波長分散特性を有している。具
体的には、レーザ光１の中心波長は８００ｎｍであり、その半値幅はおよそ１０ｎｍであ
る。また、得られるレーザ光１のパルス幅はおよそ３００ｆｓ（フェムト秒）であり、パ
ルス周波数は１ｋＨｚであり、そして、出力はおよそ７００ｍＷである。

分割器１２は、レーザ光源１０から射出されたレーザ光１を３つのレーザ光２，３，４
に分割する。分割器１２は、分割された３つのレーザ光２，３，４が、いずれも同一の仮
想面上を、Ｚ軸方向に平行に伝播するように構成されている。本実施形態では、この仮想
面は、Ｙ軸方向にも平行である。

集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、いずれも同じ光学レンズである。具体的には、これら
はいずれも、倍率が１００倍であり、開口数（ＮＡ）が０．８であり、そして、ＷＤ（Ｗ
ｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）が３ｍｍである対物レンズである。他方で、集光レン
ズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、レーザ加工装置１００において、加工対象物Ｗからそれぞれ異な
る距離の位置に設置されている。このため、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、加工対象物
Ｗ内の異なる深さの箇所にレーザ光２，３，４のそれぞれを集光する。なお、レーザ光２
，３，４が集光する箇所（集光領域）に、後述する多光子吸収による改質領域が生じるこ
とになる。集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、光学素子に相当する。

機台１８は、レーザ加工装置１００を構成する各機構などを支持する枠体である。Ｘ軸
スライド機構１７を構成するＸ軸スライド台１７ｂが機台１８に固定されており、Ｘ軸ス
ライド機構１７を構成するＸ軸スライダ１７ａが、Ｘ軸方向に摺動自在且つ固定可能にＸ
軸スライド台１７ｂと係合している。Ｙ軸スライド機構１６を構成するＹ軸スライド台１
６ｂがＸ軸スライダ１７ａに固定されており、Ｙ軸スライド機構１６を構成するＹ軸スラ
イダ１６ａが、Ｙ軸方向に摺動自在且つ固定可能にＹ軸スライド台１６ｂと係合している
。回動機構１５を構成する回動機構台１５ｂがＹ軸スライダ１６ａに固定されており、回
動機構１５を構成する回動テーブル１５ａが、Ｚ軸回りに回動自在且つ固定可能に回動機
構台１５ｂと係合している。Ｘ軸スライダ１７ａ、Ｙ軸スライダ１６ａ、回動テーブル１
５ａは、それぞれＸ軸スライド台１７ｂ、Ｙ軸スライド台１６ｂ、回動機構台１５ｂとの
間に構成されたサーボモータ（図示省略）によって駆動される。

ステージ１４は、回動テーブル１５ａに固定されており、加工対象物Ｗを載置するため
に用いられる。ステージ１４に載置された加工対象物Ｗは、ステージ１４に構成された例
えば吸引装置で吸引されて、ステージ１４に固定される。ステージ１４に固定された加工
対象物Ｗは、回動機構１５によって、Ｚ軸回りに回動可能であり、集光レンズＬ１，Ｌ２
，Ｌ３に対するＸ軸とＹ軸とに平行な平面方向の姿勢が調整される。さらに、ステージ１
４に固定された加工対象物Ｗは、Ｘ軸スライド機構１７と、Ｙ軸スライド機構１６とによ
って、Ｘ軸とＹ軸とに平行な平面方向に移動され、加工対象物Ｗの任意の部位が集光レン
ズＬ１，Ｌ２，Ｌ３に対向する位置に移動される。Ｘ軸スライド機構１７とＹ軸スライド
機構１６とが、走査機構に相当する。ステージ１４に載置され固定された加工対象物Ｗの
厚さ方向がＺ軸方向となる。

Ｚ軸調整機構２２を構成するＺ軸調整台２２ｂが機台１８に対して固定されており（固
定構造は図示省略）、Ｚ軸調整機構２２を構成するＺ軸スライダ２２ａが、Ｚ軸方向に摺
動自在且つ固定可能にＺ軸調整台２２ｂと係合している。Ｚ軸スライダ２２ａは、Ｚ軸駆
動モータ２２ｃによってＺ軸方向に移動される。レンズ保持枠２１は、Ｚ軸スライダ２２
ａに固定されている。例えば、Ｚ軸調整台２２ｂは軸方向がＺ軸方向と平行なボールネジ
であり、Ｚ軸スライダ２２ａはボールネジと螺合する雌ネジが形成されたブロックであり
、Ｚ軸駆動モータ２２ｃは回転軸にボールネジが固定されたサーボモータである。ボール
ネジをサーボモータで回転させることにより、Ｚ軸スライダ２２ａに固定されたレンズ保
持枠２１をＺ軸方向に移動させる。集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を集光レンズＬ１，Ｌ２
，Ｌ３とは異なる焦点距離の他の集光レンズに代えても、Ｚ軸調整機構２２によって、加
工対象物Ｗと当該集光レンズとの距離を適切に調整することが可能である。レンズ保持枠
２１が、光学素子保持枠に相当し、Ｚ軸スライダ２２ａとＺ軸調整台２２ｂとが、保持枠
位置調整装置に相当し、Ｚ軸駆動モータ２２ｃが、調整駆動源に相当する。

Ｚ軸副調整機構２３１を構成するＺ軸副調整台２３１ｂがレンズ保持枠２１に固定され
ており、Ｚ軸副調整機構２３１を構成するＺ軸副スライダ２３１ａが、Ｚ軸方向に摺動自
在且つ固定可能にＺ軸副調整台２３１ｂと係合している（図２参照）。Ｚ軸副スライダ２
３１ａは、Ｚ軸副駆動モータ２３１ｃによってＺ軸方向に移動される。集光レンズＬ１は
、Ｚ軸副スライダ２３１ａに、例えばレンズマウントを介して着脱可能に固定されている
（図２参照）。同様に、Ｚ軸副調整機構２３２を構成するＺ軸副調整台２３２ｂ（図示省
略）がレンズ保持枠２１に固定されており、Ｚ軸副調整機構２３２を構成するＺ軸副スラ
イダ２３２ａ（図示省略）が、Ｚ軸方向に摺動自在且つ固定可能にＺ軸副調整台２３２ｂ
と係合している。Ｚ軸副スライダ２３２ａは、Ｚ軸副駆動モータ２３２ｃ（図示省略）に
よってＺ軸方向に移動される。集光レンズＬ２は、Ｚ軸副スライダ２３２ａに、着脱可能
に固定されている。集光レンズＬ３は、レンズ保持枠２１に着脱可能に固定されている。
Ｚ軸副調整機構２３１，２３２は、Ｚ軸調整機構２２と同様に、例えば、軸方向がＺ軸方
向と平行なボールネジと、ボールネジと螺合する雌ネジが形成されたブロックと、回転軸
にボールネジが固定されたサーボモータとを有する機構である。Ｚ軸副スライダ２３１ａ
とＺ軸副調整台２３１ｂ、及びＺ軸副スライダ２３２ａとＺ軸副調整台２３２ｂが、副位
置調整装置に相当する。Ｚ軸副駆動モータ２３２ｃ、又はＺ軸副駆動モータ２３１ｃが、
副調整駆動源に相当する。

加工装置制御ユニット３０は、レーザ加工装置１００全体の動作を統括制御する。Ｚ軸
制御部３１は、Ｚ軸駆動モータ２２ｃの動作を制御して、レンズ保持枠２１のＺ軸方向の
位置を移動又は固定させる。Ｚ軸副制御部３２は、Ｚ軸副駆動モータ２３１ｃ，２３２ｃ
の動作を制御して、集光レンズＬ１，Ｌ２のＺ軸方向の位置を移動又は固定させる。Ｚ軸
制御部３１が、調整駆動源制御装置に相当し、Ｚ軸副制御部３２が、副調整駆動源制御装
置に相当する。

図２は、図１に矢印ａで示した方向から見た模式図である。図２に示すように、集光レ
ンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３の集光点４１ａ，４１ｂ，４１ｃ
の位置が、Ｙ軸とＺ軸とに略平行な同一の略平面内に在るように、レンズ保持枠２１上の
位置が規定されている。集光点４１ａ，４１ｂ，４１ｃが略存在する平面を平面４４と表
記する。集光点４１ａ，４１ｂ，４１ｃの周囲には、改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃが
形成されている。

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Ｗが当てられ
た光に対して透過性を有する材料からなっていても、当該材料の吸収のバンドギャップＥ
ｇ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。この吸収を多光子吸収と
言う。しかも、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Ｗ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２に示したように、改質領域４２は、集光点４１の周囲に形成される。集光点４１ａ
，４１ｂ，４１ｃを形成した状態で、加工対象物ＷをＹ軸方向に移動することにより、Ｙ
軸方向に延在する帯状の改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃが形成される。Ｚ軸方向で重な
りあった改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃは互いに連なって、平面４４を略中心とする平
板状の改質領域４２が形成される。加工対象物Ｗに、改質領域４２を挟んだ両側を互いに
分離するように力を加えることで、改質領域４２の部分が分断され、概ね平面４４を切断
面として、加工対象物Ｗが切断される。

次に、レーザ加工装置１００を用いて切断する加工対象物Ｗの一例である、液晶表示パ
ネルが区画形成されたマザー基板、及びレーザ加工装置１００を用いたレーザスクライブ
方法によって当該マザー基板を切断して個々の液晶表示パネルに分離する工程について説
明する。

（液晶表示パネル）
最初に、液晶表示パネルについて説明する。図３は、液晶表示パネルの構造を示す概略
図である。同図（ａ）は、液晶表示パネルについて、各構成要素とともに対向基板側から
見た平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。なお、
以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさと
するため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、液晶表示パネル６０は、ＴＦＴ（Thin Film
Transistor）素子６３を有する素子基板６１と、対向電極６６を有する対向基板６２と、
シール材６４によって接着された素子基板６１と対向基板６２との隙間に充填された液晶
６５とを備えている。素子基板６１は対向基板６２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６１は、厚さおよそ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Ｔ
ＦＴ素子６３が形成されている。ＴＦＴ素子６３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７０においてデータ線駆動回路
部６９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７３，７３に個々に接続されている。各データ線駆動回路部６
９および走査線駆動回路部７３の入力側配線は、端子部７０に沿って配列した実装端子７
１にそれぞれ接続されている。端子部７０とは反対側の額縁領域には、２つの走査線駆動
回路部７３，７３を繋ぐ配線７２が設けられている。

対向基板６２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６６が設けられている。対向電極６６は、対向基板６２の四隅に設けられ
た上下導通部７４を介して素子基板６１側に設けられた配線と導通しており、当該配線も
端子部７０に設けられた実装端子７１に接続されている。

液晶６５に面する素子基板６１の表面および対向基板６２の表面には、それぞれ配向膜
６７，６８が形成されている。

液晶表示パネル６０は、外部駆動回路と電気的に繋がる中継基板が実装端子７１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６９および走査線
駆動回路部７３に入力されることにより、ＴＦＴ素子６３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６６との間に駆動電圧が印加されて表示が行われる。

尚、図３では図示省略したが、液晶表示パネル６０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。

（液晶表示パネルマザー基板）
次に、液晶表示パネル６０が区画形成されたマザー基板８０について説明する。図４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、対向
基板側から見た平面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図
である。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、マザー基板８０は、素子マザー基板８１と対向マ
ザー基板８２とが接着されている。素子マザー基板８１には、１つの液晶表示パネル６０
の素子基板６１に相当する素子基板区画６１ａが複数区画形成されている。対向マザー基
板８２には、１つの液晶表示パネル６０の対向基板６２に相当する対向基板区画６２ａが
複数区画形成されている。素子マザー基板８１と対向マザー基板８２とは、素子基板区画
６１ａと対向基板区画６２ａとの位置関係が、液晶表示パネル６０における素子基板６１
と対向基板６２との位置関係となるように、シール材６４によって貼り合わされている。
シール材６４によって囲まれた素子マザー基板８１と対向マザー基板８２との隙間には、
液晶６５が充填されている。

マザー基板８０から液晶表示パネル６０を切出すための切断面をそれぞれ、Ｈ素子切断
面８４、Ｖ素子切断面８６、Ｈ対向切断面８７、Ｖ対向切断面８８と表記する。Ｈ素子切
断面８４は、二点鎖線で示した素子マザー基板８１の切断面であり、図４（ａ）のＸ軸方
向に延在する切断面である。Ｖ素子切断面８６は、二点鎖線で示した素子マザー基板８１
の切断面であり、図４（ａ）のＹ軸方向に延在する切断面である。Ｈ対向切断面８７は、
一点鎖線で示した対向マザー基板８２の切断面であり、図４（ａ）のＸ軸方向に延在する
切断面である。Ｖ対向切断面８８は、一点鎖線で示した対向マザー基板８２の切断面であ
り、図４（ａ）のＹ軸方向に延在する切断面である。図４に示した、８４ａ，８４ｂ，８
４ｃは、それぞれＨ素子切断面８４であり、８６ａ，８６ｂ，８６ｃは、それぞれＶ素子
切断面８６であり、８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ，８７ｅは、それぞれＨ対向切断面
８７であり、８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅは、それぞれＶ対向切断面８８で
ある。

（改質領域の形成）
次に、Ｈ素子切断面８４、Ｖ素子切断面８６、Ｈ対向切断面８７、Ｖ対向切断面８８の
位置に改質領域を形成する手順の一例を説明する。図２に示した改質領域４２のＺ軸方向
の幅は３００から４００μｍであり、厚さおよそ１．２ｍｍの素子マザー基板８１及び厚
さおよそ１．０ｍｍの対向マザー基板８２を切断可能な改質領域は、図１及び図２に示し
たレーザ加工装置１００と同様に改質領域４２を３段重ねることで形成できる。集光レン
ズＬ１，Ｌ２の集光レンズＬ３に対するＺ軸方向の位置を、Ｚ軸副調整機構２３１，２３
２で調整して、改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃのＺ軸方向の総幅がおよそ１．０ｍｍと
なるように予め調整する。

最初に、マザー基板８０をステージ１４に固定する。次に、回動機構１５によってステ
ージ１４をＺ軸回りに回動させて、マザー基板８０のＨ素子切断面８４又はＶ素子切断面
８６の延在方向の一方、例えばＨ素子切断面８４の延在方向を、図１のＹ軸方向と一致さ
せる。

次に、図２に示した平面４４のＺ軸方向の位置が、ステージ１４に固定されたマザー基
板８０の図４（ｂ）に示したＨ対向切断面８７ａのＺ軸方向の位置となるように、Ｚ軸調
整機構２２によって、レンズ保持枠２１のＺ軸方向の位置、即ち集光レンズＬ１，Ｌ２，
Ｌ３のＺ軸方向の位置を調整する。次に、平面４４のＸ軸方向の位置が、Ｈ対向切断面８
７ａのＸ軸方向の位置となるように、Ｘ軸スライド機構１７によって、ステージ１４のＸ
軸方向の位置、即ちマザー基板８０のＸ軸方向の位置を位置合わせする。次に、改質領域
４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、Ｈ対向切断面８７ａの一端から他端まで連続して形成される
ように、レーザ光を照射しながら、Ｙ軸スライド機構１６によって、ステージ１４、即ち
マザー基板８０をＹ軸方向に移動して、Ｈ対向切断面８７ａに沿う改質領域が形成される
。同様にして、Ｈ対向切断面８７ｂなどの全てのＨ対向切断面８７に沿う改質領域が形成
される。

次に、集光レンズＬ１，Ｌ２の集光レンズＬ３に対するＺ軸方向の位置を、Ｚ軸副調整
機構２３１，２３２で調整して、改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃのＺ方向の総幅がおよ
そ１．２ｍｍとなるように調整する。次に、図２に示した平面４４のＺ軸方向の位置が、
ステージ１４に固定されたマザー基板８０の図４（ｂ）に示したＨ素子切断面８４のＺ軸
方向の位置となるように、Ｚ軸調整機構２２によって、レンズ保持枠２１のＺ軸方向の位
置、即ち集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３のＺ軸方向の位置を調整する。次に、Ｈ対向切断面
８７の場合と同様にして、全てのＨ素子切断面８４に沿う改質領域を形成する。

次に、回動機構１５によってステージ１４をＺ軸回りに９０°回動させて、マザー基板
８０のＶ素子切断面８６の延在方向を、図１のＹ軸方向と一致させる。以降、上記したＨ
対向切断面８７又はＨ素子切断面８４に沿う改質領域を形成する手順と同様にして、Ｖ素
子切断面８６、又はＶ対向切断面８８に沿う改質領域を形成する。全てのＨ対向切断面８
７、Ｈ素子切断面８４、Ｖ素子切断面８６、Ｖ対向切断面８８について当該切断面に沿う
改質領域が形成されたマザー基板８０は、わずかな力を加えるだけで、改質領域を起点に
して容易に分割され、各液晶表示パネル６０が形成される。

以下、実施形態の効果を記載する。
（１）集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を保持するレンズ保持枠２１のＺ軸方向の位置を調
整可能なＺ軸調整機構２２を設けたことにより、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を集光レン
ズＬ１，Ｌ２，Ｌ３とは異なる焦点距離の他の集光レンズに代えても、Ｚ軸調整機構２２
によって、加工対象物Ｗと当該集光レンズとの距離を適切に調整することが可能である。
これにより、加工対象物Ｗの特性に合わせて、適切な焦点距離などの特性を持つ集光レン
ズを選び、加工対象物Ｗに合わせて集光レンズを交換し、加工対象物Ｗと集光レンズとの
距離を適切に調整することを容易に実行することができる。

（２）集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を保持するレンズ保持枠２１のＺ軸方向の位置を調
整可能なＺ軸調整機構２２を設けたことにより、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３のＺ軸方向
の位置は一緒に調整される。集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれにＺ軸方向の位置調整
装置を設けることが不要となり、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３と位置調整装置とを含む装
置を小型にすることができる。また、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を個別に位置調整しな
いため、位置調整の集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３ごとのばらつきを抑制することができる
。

（３）集光レンズＬ３に対する集光レンズＬ１，Ｌ２のＺ軸方向の位置を調整できるＺ
軸副調整機構２３１，２３２を設けたことにより、改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃのＺ
軸方向の総幅を調整することができる。これにより、加工対象物Ｗの厚さ即ちＺ軸方向の
幅に応じて、切断予定面に沿う改質領域の幅を適切な大きさに調整することができる。

（４）Ｚ軸調整機構２２を駆動するＺ軸駆動モータ２２ｃを設けたことにより、加工対
象物Ｗに対するレンズ保持枠２１のＺ軸方向の位置、即ち集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３の
Ｚ軸方向の位置の調整の迅速化がなされた。これにより、レーザ加工装置１００が稼動し
ている合間に、加工対象物Ｗに対する改質領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃが形成される位置
の変更が可能となり、レーザ加工装置１００の一連の作業の中で、積層された加工対象物
Ｗ毎に、異なる切断予定面に沿った改質領域４２を形成することができる。

（５）Ｚ軸副調整機構２３１，２３２を駆動するＺ軸副駆動モータ２３１ｃ，２３２ｃ
を設けたことにより、集光レンズＬ３に対する集光レンズＬ１，Ｌ２のＺ軸方向の位置の
調整の迅速化がなされた。これにより、レーザ加工装置１００が稼動している合間に集光
レンズＬ３に対する集光レンズＬ１，Ｌ２のＺ軸方向の位置を調整する作業を実行するこ
とが可能となり、レーザ加工装置１００の一連の作業の中で異なる厚さの加工対象物Ｗに
対応して、加工対象物Ｗの厚さに適したＺ軸方向の幅を持つ改質領域４２を形成すること
ができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発
明の実施形態は、前記実施形態に限らない。本発明は、前記実施形態に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり
、以下のように実施することもできる。

（変形例１）前記実施形態においては、加工対象物Ｗに対する集光点４１のＺ軸方向の
位置調整は、Ｚ軸調整機構２２によって集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を保持するレンズ保
持枠２１を移動することでおこなっていたが、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を移動するこ
とは必須ではない。加工対象物Ｗに対する集光点４１のＺ軸方向の位置調整は、ステージ
をＺ軸方向に移動して調整してもよい。レーザ光源１０や集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３を
含む光学系が調整装置を持たなくてすみ、光学系が調整装置を持つ場合に比べて光学系全
体を軽量小型にすることができる。

（変形例２）前記実施形態においては、Ｚ軸副調整機構２３１，２３２を設け、集光レ
ンズ相互のＺ軸方向の位置を調整可能にしていたが、集光レンズ相互のＺ軸方向の位置を
調整することは必須ではない。特定の加工対象物Ｗに合わせて、集光レンズ相互のＺ軸方
向の位置は固定であってもよい。Ｚ軸副調整機構２３１，２３２を設けないことで、集光
レンズ回りをより軽量化小型化することができる。

（変形例３）前記実施形態においては、Ｚ軸調整機構２２やＺ軸副調整機構２３１，２
３２は、機構を駆動するための駆動源として、Ｚ軸駆動モータ２２ｃやＺ軸副駆動モータ
２３１ｃ，２３２ｃを設けていたが、駆動源を設けることは必須ではない。Ｚ軸調整機構
２２やＺ軸副調整機構２３１，２３２は、手作業で調整を行う構成であってもよい。

（変形例４）前記実施形態においては、分割器１２を設け、レーザ光源１０から射出さ
れたレーザ光１を３つのレーザ光２，３，４に分割していたが、複数の集光点を構成する
ためにレーザ光を分割することは必須ではない。一個のレーザ光源１０からのレーザ光を
一個の集光レンズで集光する構成であってもよい。ただし、焦点位置間のＹ軸方向の距離
は、レーザ光源１０と集光レンズのどちらか大きい方で規制される距離より小さくできな
いため、それぞれレーザ光の屈曲器を設け、レーザ光源１０の大きさが焦点位置間のＹ軸
方向の距離に影響しないようにすることが好ましい。

（変形例５）前記実施形態においては、３つのレーザ光２，３，４は互いに平行であっ
たが、複数の集光点を構成するためレーザ光が互いに平行であることは必須ではない。Ｘ
軸に略直交する平面内で傾け、集光点４１ａ，４１ｂ，４１ｃのＹ軸方向の距離を小さく
することで、一つの切断面のための改質領域４２を形成するためのＹ軸方向の相対移動距
離を小さくすることができる。例えば、集光点４１ａ，４１ｂ，４１ｃがＺ軸方向でも略
直線状に位置するように構成することで、Ｚ軸方向に長い線状の改質領域を形成し、集光
点を移動して当該線状の改質領域を連続させて形成することで、Ｚ軸に略直交する平面に
おいて直線ではない切断線に沿って、加工対象物を切断することができる。

（変形例６）前記実施形態においては、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３に対してステージ
１４をＺ軸に直交する方向に移動することで、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３と加工対象物
Ｗとを相対移動させていたが、ステージ１４側を移動させることは必須ではない。集光レ
ンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３側を移動することで、集光レンズＬ１，Ｌ２，Ｌ３と加工対象物Ｗ
との相対移動をおこなってもよい。

（変形例７）前記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、３個の集光レンズを
備えていたが、レーザ加工装置が備える集光レンズはいくつであってもよい。より多数の
集光レンズを備えることで、一回の走査でより厚い加工対象物に適切な改質領域を形成す
ることができる。

上述した実施形態においては、加工対象物の一例として、液晶表示パネルが形成された
マザー基板について説明したが、本発明による加工装置は様々な加工対象物の加工装置と
して利用できる。例えば、液晶表示パネルと同様にガラス基板の切断に用いられるガラス
基板分割装置、水晶発振器などの水晶基板の切断に用いられる水晶基板分割装置、集積回
路などのシリコン基板分割装置、ピエゾ素子などの圧電素子分割装置、フィルム分割装置
、プラスチック板分割装置などとして、利用することができる。

本発明のレーザ加工装置の要部の構成を示す模式図。 図１に矢印ａで示した方向から見たレーザ加工装置の要部の模式図。 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。

符号の説明

１，２，３，４…レーザ光、１０…レーザ光源、１４…ステージ、１５…回動機構、１
６…Ｙ軸スライド機構、１７…Ｘ軸スライド機構、２１…レンズ保持枠、２２…Ｚ軸調整
機構、２２ａ…Ｚ軸スライダ、２２ｂ…Ｚ軸調整台、２２ｃ…Ｚ軸駆動モータ、３１…Ｚ
軸制御部、３２…Ｚ軸副制御部、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…集光点、４２，４２ａ
，４２ｂ，４２ｃ…改質領域、４４…平面、６０…液晶表示パネル、８０…マザー基板、
８１…素子マザー基板、８２…対向マザー基板、８４…Ｈ素子切断面、８６…Ｖ素子切断
面、８７，８７ａ，８７ｂ…Ｈ対向切断面、８８…Ｖ対向切断面、１００…レーザ加工装
置、２３１，２３２…Ｚ軸副調整機構、２３１ａ…Ｚ軸副スライダ、２３１ｂ…Ｚ軸副調
整台、２３１ｃ…Ｚ軸副駆動モータ、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…集光レンズ。

Claims (5)

1. 加工対象物を載置するためのステージと、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レー
   ザ光を集光する光学素子と、前記ステージに載置された前記加工対象物の厚さ方向である
   第１の方向と略直交する第２の方向について、前記光学素子と前記ステージとを相対移動
   させる走査機構とを備え、前記光学素子によって集光された前記レーザ光の集光領域を、
   前記加工対象物に想定されており前記第１の方向に略平行な切断予定面の一部を包含する
   ように前記加工対象物の内部に形成して、前記加工対象物の前記集光領域の部分を改質す
   ると共に、前記走査機構によって、前記集光領域を前記切断予定面に沿って移動させるこ
   とで、前記切断予定面を包含する前記加工対象物の改質領域を形成するレーザ加工装置で
   あって、
   前記光学素子を複数保持可能な光学素子保持枠と、
   前記第１の方向に沿って、前記光学素子保持枠と前記ステージとの相対位置を調整可能
   な保持枠位置調整装置と、をさらに備え、
   前記保持枠位置調整装置によって、前記光学素子保持枠と前記ステージとの相対位置を
   調整することにより、前記第１の方向について、前記加工対象物に対する前記集光領域の
   位置を調整することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記光学素子保持枠に保持された複数の前記光学素子は、それぞれの前記光学素子の光
   軸が、前記第１の方向に略平行な同一の略平面内にあり、それぞれの前記光学素子の集光
   位置が、前記第１の方向において異なるように保持されることを特徴とする、請求項１に
   記載のレーザ加工装置。
3. 前記光学素子の前記光学素子保持枠に対する前記第１の方向の位置を調整可能な副位置
   調整装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記保持枠位置調整装置を駆動する調整駆動源と、
   当該調整駆動源を制御する調整駆動源制御装置とをさらに備えることを特徴とする、請
   求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記副位置調整装置を駆動する副調整駆動源と、
   当該副調整駆動源を制御する副調整駆動源制御装置とをさらに備えることを特徴とする
   、請求項３又は４に記載のレーザ加工装置。
   
   

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