(57)【要約】【課題】基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置において、レーザ光がレーザ光源に戻ることを防止する。【解決手段】レーザ加工装置１は、貼り合わせ基板Ｗの両側から同時に加工するための装置であって、単一のレーザ発振器１５と、偏光ビームスプリッタ３７と、第１光学系５Ｂと、第２光学系５Ｃとを備えている。偏光ビームスプリッタ３７は、レーザ発振器１５からのレーザ光Ｌを、第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２とに分岐する。第１光学系５Ｂは、第１分岐光Ｌ１を基板Ｗの第１面に照射する。第２光学系５Ｃは、基板Ｗに対して第１分岐光Ｌ１と同じ偏光方向の第２分岐光Ｌ２を基板Ｗの第２面に照射する。第１光学系５Ｂは第１の１／４波長板４２を有する。第２光学系５Ｃは第２の１／４波長板５６を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置であって、
単一のレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を、第１分岐光と第２分岐光とに分岐する分岐部と、
前記第１分岐光を前記基板の第１面に照射する光学系であり、第１の１／４波長板を有している第１光学系と、
前記基板に対して前記第１分岐光と同じ偏光方向の前記第２分岐光を前記基板の第２面に照射する光学系であり、第２の１／４波長板を有している第２光学系と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記分岐部は、偏光ビームスプリッタである、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置、特に、基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板をスクライブ加工する方法として、レーザ加工が知られている。レーザ加工では、例えば、赤外線ピコ秒レーザが用いられている。この場合、レーザがパルスによる内部加工を平面方向に断続的に行って複数のレーザフィラメントを形成することで、スクライブラインを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１に示す技術では、収束レーザビームは、基板内にフィラメントを作り出すように選択されたエネルギー及びパルス持続時間を有するパルスで構成される。そして、複数のフィラメントが平面方向に並んで形成されることによって、スクライブラインが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３−５３６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
対象が貼り合わせ基板の場合は、２枚の基板のスクライブラインを同時に分断することが望まれる。貼り合わせ基板とは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成された基板と、カラーフィルタ（ＣＦ）が形成された基板とをシール材を介して貼り合わされたマザー基板である。このマザー基板が分断されることにより個々の液晶パネルが取得される。
上記の加工を行うのは、レーザ発生装置から出たレーザ光を分割して、それらを貼り合わせ基板の両面に同時に照射するレーザ加工装置である。
【０００５】
上記の構成において、分割後の一方のレーザ光の光学系を第１光学系とし、分割後の他方のレーザ光の光学系を第２光学系とする。第１光学系のレーザ光は、貼り合わせ基板がない位置に照射された場合又は貼り合わせ基板に照射されたが通過した場合、第２光学系を通ってレーザ発生装置に戻る可能性がある。また、第２光学系のレーザ光は、貼り合わせ基板がない位置に照射された場合又は貼り合わせ基板に照射されたが通過した場合、第１光学系を通ってレーザ発生装置に戻る可能性がある。上記が発生するとレーザ発生装置が故障したり、レーザ発振が不安定になったりする。
【０００６】
本発明の目的は、基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置において、レーザ光がレーザ光源に戻ることを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るレーザ加工装置は、基板の両側から同時に加工するための装置であって、単一のレーザ光源と、分岐部と、第１光学系と、第２光学系とを備えている。
分岐部は、レーザ光源からのレーザ光を、第１分岐光と第２分岐光とに分岐する。
第１光学系は、第１分岐光を基板の第１面に照射する光学系であり、第１の１／４波長板を有する。
第２光学系は、基板に対して第１分岐光と同じ偏光方向の第２分岐光を基板の第２面に照射する光学系であり、第２の１／４波長板を有する。
この装置では、第１分岐光は、第１光学系において第１の１／４波長板を通過して直線偏光から円偏光に変換されて基板の第１面に照射される。基板近傍を通った又は基板を通過した第１分岐光は、第２光学系を逆行し、第２光学系において第２の１／４波長板に入射する。この場合、逆行する第１分岐光は、第２の１／４波長板で円偏光から直線偏光に変換されるが、第２分岐光とは９０度異なる方向の偏光となるので、分岐部からレーザ光源には戻らない。第２分岐光は、第２光学系において第２の１／４波長板を通過して直線偏光から円偏光に変換されて基板の第２面に照射される。基板近傍を通った又は基板を通過した第２分岐光は、その後に第１光学系を逆行し、第１光学系において第１の１／４波長板に入射する。この場合、逆行する第２分岐光は、第１の１／４波長板で円偏光から直線偏光に変換されるが、第１分岐光とは９０度異なる方向の偏光となるので、分岐部からレーザ光源には戻らない。
したがって、基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置において、基板に照射される第１分岐光と第２分岐光の偏光方向を互いに９０度異なる方向にできない場合であっても、分岐光がレーザ光源に戻らない。
分岐部は、偏光ビームスプリッタであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置において、レーザ光がレーザ光源に戻ることを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。
【図２】スクライブライン形成工程における基板の模式的断面。
【図３】スクライブライン形成工程における基板の模式的平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．第１実施形態
（１）全体構成
図１を用いて、レーザ加工装置１の全体構成を説明する。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
【００１２】
レーザ加工装置１は、貼り合わせ基板Ｗ（以下、「基板Ｗ」）にスクライブラインを形成する装置である。基板Ｗは、第１基板Ｗ１と、第２基板Ｗ２とを有している。基板Ｗは、例えば、液晶ガラス基板である。
図２に示すように、第１基板Ｗ１と第２基板Ｗ２は、シール材３０によって貼り合わされている。第１基板Ｗ１は外側面２５と内側面２６を有している。第２基板Ｗ２は外側面２７と内側面２８とを有している。内側面２６と内側面２８の間にシール材３０が配置されている。
【００１３】
レーザ加工装置１は、レーザ装置３を有している。レーザ装置３は、基板Ｗの第１基板Ｗ１に第１スクライブラインＳ１を形成し、第２基板Ｗ２に第２スクライブラインＳ２を形成するためのレーザ光を発生させる装置である。
【００１４】
レーザ装置３は、レーザ発振器１５（レーザ光源の一例）と、レーザ制御部１７とを有している。レーザ発振器１５は、例えば、波長３４０〜１１００ｎｍ間の所定の波長のピコ秒レーザを発振する。レーザ制御部１７は、レーザ発振器１５の駆動及びレーザパワーを制御できる。
レーザ加工装置１は、伝送光学系５を有している。伝送光学系５は、導出部５Ａと、第１光学系５Ｂと、第２光学系５Ｃとを有している。導出部５Ａは、レーザ発振器１５からレーザ光が導出される部分である。第１光学系５Ｂと第２光学系５Ｃは、導出部５Ａからのレーザ光Ｌが分岐されて第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２が通過する部分である。
【００１５】
導出部５Ａは、２つのビームエキスパンダ３３、３４と、波長板３５とを、レーザ発振器１５からこの順番で有している。ビームエキスパンダ３３、３４は、出射レーザ光のビーム径を所定の径へ拡大し、それを略平行光とする。波長板３５は、１／２波長板であり、回転させることで、後述する第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２の比率を調整できる。
伝送光学系５は、偏光ビームスプリッタ３７（分岐部の一例）を有している。偏光ビームスプリッタ３７は、導出部５Ａの終端に設けられている。偏光ビームスプリッタ３７は、レーザ光Ｌを第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２に分岐させる。具体的には、第１分岐光Ｌ１がｓ偏光の反射光であり、第２分岐光Ｌ２がｐ偏光の透過光である。偏光ビームスプリッタ３７は、第１分岐光Ｌ１に対して第２分岐光Ｌ２の偏光方向を所定角度回転させる。具体的には、第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２の偏光方向は互いに９０度異ならせられる。この実施形態では偏光ビームスプリッタ３７は、プリズム型であるが、平面型、ウェッジ基板型でもよい。
【００１６】
第１光学系５Ｂは、第１ミラー４１と、第１の１／４波長板４２と、第１集光レンズ４３とを、偏光ビームスプリッタ３７からこの順番で有している。第１ミラー４１は、偏光ビームスプリッタ３７からの基板Ｗの主面に平行に延びる第１分岐光Ｌ１を基板Ｗに直交するように９０度偏向する。第１の１／４波長板４２は、直線偏光の第１分岐光Ｌ１を円偏光のレーザ光に変換する。以上により、第１分岐光Ｌ１は、第１集光レンズ４３を通って基板Ｗの第１基板Ｗ１に入射される。なお、第１ミラー４１は、第１分岐光Ｌ１の偏光方向を変えないように設定されている。
【００１７】
第２光学系５Ｃは、第２ミラー５１と、第３ミラー５２と、第４ミラー５３と、第５ミラー５４と、第６ミラー５５と、第２の１／４波長板５６と、第２集光レンズ５７とを、偏光ビームスプリッタ３７から、この順番で有している。
第２ミラー５１は、偏光ビームスプリッタ３７からの基板Ｗの主面に直交するように延びる第２分岐光Ｌ２を基板Ｗの主面と平行になるように９０度偏向する。第３ミラー５２は、第２ミラー５１からの第２分岐光Ｌ２を基板Ｗに直交するように９０度偏向する。
【００１８】
第４ミラー５３は、第３ミラー５２からの第２分岐光Ｌ２を基板Ｗの主面に平行になるように９０度偏向する。第５ミラー５４は、第４ミラー５３からの第２分岐光Ｌ２を４５度偏向する。第６ミラー５５は、第５ミラー５４からの第２分岐光Ｌ２の向きを基板Ｗに直交するように４５度偏向する。なお、第６ミラー５５は、第２分岐光Ｌ２の偏光方向を９０度異ならせる。
第２の１／４波長板５６は、直線偏光の第１分岐光Ｌ１を円偏光のレーザ光に変換する。
以上により、第２分岐光Ｌ２は、第２集光レンズ５７を通って基板Ｗの第２基板Ｗ２に入射される。
以上の場合、基板Ｗの加工点に向かう直線偏光の段階ではで第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２は、偏光方向が同じになっている。
【００１９】
レーザ加工装置１は、基板Ｗを保持して駆動する駆動装置７を有している。具体的には、駆動装置７は、基板Ｗを吸着する。駆動装置７は、駆動装置操作部１３によって移動される。駆動装置操作部１３は、駆動装置７を水平方向に移動させる。
【００２０】
レーザ加工装置１は、制御部９を備えている。制御部９は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
【００２１】
制御部９は、レーザ制御部１７、及び駆動装置操作部１３を制御できる。
制御部９には、図示しないが、基板Ｗの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
【００２２】
（２）スクライブ加工方法
図２及び図３を用いて、レーザ加工装置１によるスクライブ加工方法を説明する。図２は、スクライブライン形成工程における基板の模式的断面である。図３は、スクライブライン形成工程における基板の模式的平面図である。
【００２３】
（２−１）第１分岐光照射ステップ
第１基板Ｗ１側から第１分岐光Ｌ１を照射することで、第１スクライブラインＳ１を形成する。具体的には、第１基板Ｗ１内部に光軸に沿って形成された複数の第１加工痕２１が、平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。
この実施形態では、第１スクライブラインのＳ１の平面視の１箇所では、複数の第１加工痕２１は厚み方向に同時に形成される。
【００２４】
（２−２）第２分岐光照射ステップ
第２基板Ｗ２側から第２分岐光Ｌ２を照射することで、第２スクライブラインＳ２を形成する。具体的には、第２基板Ｗ２内部に光軸に沿って形成された複数の第２加工痕２３が、第１加工痕２１に沿って平面方向に（紙面直交方向に）連続して形成される。
この実施形態では、第２スクライブラインのＳ２の平面視の１箇所では、複数の第２加工痕２３は厚み方向に同時に形成される。
【００２５】
（２−３）第１分岐光と第２分岐光の基板Ｗへの照射条件
第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２は、基板Ｗの平面視で同じ位置に同時に照射される。つまり、両者は位置及びタイミングがオフセットされていない。
また、第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２は、基板Ｗの主面に対して垂直に照射される。
【００２６】
（２−４）スクライブラインの平面視形状
図３に示すように、第１スクライブラインＳ１及び第２スクライブラインＳ２は、概ね矩形のセルＣの外周を形成する。セルＣは角部が曲線形状である。したがって、上記のように第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２が両側から同じ位置に照射されるレーザ加工装置が好ましい。
【００２７】
（２−５）逆行する分岐光の処理
この実施形態では、偏光ビームスプリッタ３７を用いた場合でも、ミラーの配置の都合上、基板Ｗの加工点で第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２の偏光方向が同じになっている。以下、上記の構造において、反対側の光学系を逆行する第１分岐光Ｌ１と第２分岐光Ｌ２がレーザ発振器１５に戻らない原理を説明する。
基板がない位置に照射された第１分岐光Ｌ１は、基板Ｗの加工点を通過すると、第２光学系５Ｃを逆行して、第２の１／４波長板５６によって直線偏光に変換される。この場合は、逆行する第１分岐光Ｌ１は、加工用の第１分岐光とは９０°異なる方向の偏光となるので、偏光ビームスプリッタ３７に戻っても、反射又は通過する。つまり、逆行する第１分岐光Ｌ１は、レーザ発振器１５に戻らない。上記の動作は、基板Ｗに照射されたが通過した第１分岐光Ｌ１の場合も同じである。
基板Ｗがない位置に照射された第２分岐光Ｌ２は、基板Ｗの加工点を通過すると、第１光学系５Ｂを逆行して、第１の１／４波長板４２によって直線偏光に変換される。この場合は、逆行する第２分岐光は、加工用の第２分岐光とは９０°異なる方向の偏光となるので、偏光ビームスプリッタ３７に戻っても、反射又は通過する。つまり、逆行する第２分岐光は、レーザ発振器１５に戻らない。上記の動作は、基板Ｗに照射されたが通過した第２分岐光Ｌ２の場合も同じである。
【００２８】
２．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施例及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
基板は、ガラス、半導体ウェハ、セラミックス等の脆性材料基板であればよく、特に限定されない。
光学系の具体的な構成、光学部品の種類や数は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、基板の両側から同時に加工するためのレーザ加工装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１      ：レーザ加工装置
３      ：レーザ装置
５      ：伝送光学系
５Ａ    ：導出部
５Ｂ    ：第１光学系
５Ｃ    ：第２光学系
１５    ：レーザ発振器
３７    ：偏光ビームスプリッタ
４１    ：第１ミラー
４２    ：第１の１／４波長板
５６    ：第２の１／４波長板
Ｗ      ：貼り合わせ基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020082155.tif 000005