(57)【要約】      （修正有）【課題】フェムト秒レーザーを用いた基板の切断時に焦点深度の異なる集光レンズを用いることで、切断面のテーパ角度を減らすようにした、フェムト秒レーザー発生装置、及びこれを用いた基板の切断方法を提供する。【解決手段】フェムト秒レーザー発振器２００で発振したフェムト秒レーザーを第１、第２フェムト秒レーザーに分割する第１ビームスプリッター２１０と、前記第１ビームスプリッターから分割された第１フェムト秒レーザーを、第１焦点深度を有するように集束させる第１集光レンズ２３０と、前記第１ビームスプリッターから分割された第２フェムト秒レーザーを受けて前記第１焦点深度と異なる第２焦点深度を有するように集束させる第２集光レンズ２５０と、前記第１、第２集光レンズで集束された第１、第２フェムト秒レーザーを受け、切断する基板１００の互いに異なる位置に照射する第２ビームスプリッター２６０とを含んでなることを特徴とする。【選択図】図６
2006130556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェムト秒レーザーを発振するフェムト秒レーザー発振器と、
前記フェムト秒レーザー発振器で発振したフェムト秒レーザーを第１、第２フェムト秒レーザーに分割する第１ビームスプリッターと、
前記第１ビームスプリッターから分割された第１フェムト秒レーザーを、第１焦点深度を有するように集束させる第１集光レンズと、
前記第１ビームスプリッターから分割された第２フェムト秒レーザーを、前記第１焦点深度と異なる第２焦点深度を有するように集束させる第２集光レンズと、
前記第１、第２集光レンズで集束された前記第１、第２フェムト秒レーザーを受け、切断する基板の互いに異なる位置に照射する第２ビームスプリッターと
を備えたフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項２】
前記第１ビームスプリッターから分割された第１フェムト秒レーザーを前記第１集光レンズに反射させる第１反射部と、
前記第１集光レンズで集束された第１フェムト秒レーザーを、前記第２ビームスプリッターに反射させる第２反射部と
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項３】
前記第１反射部と第１集光レンズとの間に、フェムト秒レーザーを用いて切断する基板の種類によって前記フェムト秒レーザーのエネルギーを異なるように調節するための光減衰器をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項４】
前記光減衰器は、回転によって減衰させる円板状である
ことを特徴とする請求項３に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項５】
前記光減衰器は、モータの駆動によって回転可能なλ／２プレート、リニアポーラライザ、及びλ／４プレートで構成される
ことを特徴とする請求項３に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項６】
前記基板の切断位置を撮影するＣＣＤカメラと、前記ＣＣＤカメラで撮影された映像をディスプレイするディスプレイ装置をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項７】
前記基板は、複数の液晶パネルが形成された母基板である
ことを特徴とする請求項１に記載のフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項８】
フェムト秒レーザーをそれぞれ発振する複数のフェムト秒レーザー発振器と、
前記各フェムト秒レーザー発振器で発生したフェムト秒レーザーを受け、互いに異なる焦点深度を有するように集束させる複数の集光レンズと、
前記各集光レンズで集束された互いに異なる焦点深度を有するフェムト秒レーザーの一部を反射させる複数の反射部と、
前記各反射部から反射されたフェムト秒レーザーと、前記集光レンズで集束されたフェムト秒レーザーを受けて分割して、切断する基板の互いに異なる位置に照射するビームスプリッターと
を備えたフェムト秒レーザー発生装置。
【請求項９】
切断する基板をステージ上に配列し、フェムト秒レーザー発振器でフェムト秒レーザーを発生する段階と、
前記フェムト秒レーザー発振器で発生したフェムト秒レーザーを複数個に分割して、互いに異なる焦点深度を有するように調節する段階と、
前記互いに異なる焦点深度を有するように分割されたフェムト秒レーザーを前記基板の互いに異なる位置に照射して、基板を切断する段階と
を備えたフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１０】
前記ステージは、移動可能なステージを用いる
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１１】
前記フェムト秒レーザー発振器でフェムト秒レーザーを発生する時、前記フェムト秒レーザーと同一の軸上にＣＣＤカメラによって切断位置を確認する段階をさらに備えてなる
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１２】
前記フェムト秒レーザー発振器で発生したフェムト秒レーザーの強度及び密度などを調整する段階をさらに備えてなる
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１３】
前記フェムト秒レーザー発振器は固定し、前記ステージを一方向に移動させながら前記基板を切断する
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１４】
前記ステージは固定し、前記フェムト秒レーザー発振器を一方向に移動しながら前記基板を切断する
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【請求項１５】
前記基板を切断する時、切断状況を作業者が確認できるようにモニタリングする段階をさらに備えてなる
ことを特徴とする請求項９に記載のフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の製造方法に関するもので、特に生産性を向上させるようにしたフェムト秒レーザー発生装置、及びこれを用いた基板の切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信分野の急速な発展に伴い、所望の情報を表示するディスプレイ産業の重要性が次第に増加しており、現在まで情報ディスプレイ装置のうちＣＲＴ(Cathode Ray Tube)は、多様な色相を表示することができ、画面明度も優秀であるという長所のため、今まで多く使われてきた。
【０００３】
しかし、大型、携帯用、高解像度のディスプレイに対する欲求のため、重量と体積が大きいＣＲＴの代わりに、平板ディスプレイの開発が切実に要求されている。
このような平板ディスプレイは、コンピューターモニターから航空機や宇宙船などに用いられるディスプレイに至るまでその応用分野が広くかつ多様である。
【０００４】
現在生産中、或いは既に開発された平板ディスプレイとしては、液晶表示装置(ＬＣＤ)、ＥＬディスプレイ(ＥＬＤ)、ＦＥディスプレイ(ＦＥＤ)、プラズマディスプレイ(ＰＤＰ)などがある。
【０００５】
上記のような平板ディスプレイは、一般に大規模の集積回路などの半導体チップのように、脆性基板上に多数個をマトリックス状で形成して、基板を各素子単位で切断分離する工程を経て製造される。
【０００６】
ところが、ガラス、シリコン、セラミックなどの脆性基板の切断分離に用いられる方法としては、基板を高速回転する５０〜２００μｍ程度の厚さのダイアモンドブレードで切削し、基板に切断用溝を形成するダイシングと、０．６〜２ｍｍ程度の厚さを有するダイアモンドで作ったスクライビングホイールによって基板の表面に切断溝を形成して、基板の厚さ方向にクラックを発生させるスクライビングとの２つの方法が代表的である。
【０００７】
前記ダイシングは、上記したように、スクライビングに比べて非常に薄いブレードを用いるものであるため、薄膜や表面に凸部が形成された基板を切断するにも適合である。
【０００８】
ところが、ダイシングにおいては、ブレードが切削している領域で摩擦熱が発生し、切削は、この領域に冷却水を供給しながら行われるため、金属電極層及び金属端子などの金属部分を含んでいる平板ディスプレイにおいては決して好ましい方法とは言えない。
【０００９】
即ち、ダイシングによる場合は、ダイシング後に冷却水を完全に除去するのが実際に容易ではなく、冷却水の除去が不完全で残留水分があると、平板ディスプレイの金属部分に腐食が発生するおそれがある。また、ダイシングは、スクライビングに比べて切断時間が長く、ひいては生産性がよくないという問題もある。
【００１０】
これに対し、スクライビングは、冷却水が不必要なので、ダイシングによる場合より製品の収率が良好で、また、切断時間がダイシングに比べて短いため、生産性において優秀であるという利点を有している。
【００１１】
図１は、一般的な液晶表示装置を示す断面図である。
図１に示したように、透明な第１基板１０上の一定の領域に金属のような導電性物質からなるゲート電極１１が形成されており、前記ゲート電極１１を含む第１基板１０の全面にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるゲート絶縁膜１２が形成されている。
【００１２】
次いで、前記ゲート電極１１の上部のゲート絶縁膜１２上には、非晶質シリコンからなるアクティブ層１３が形成されており、前記アクティブ層１３の両側端上に不純物がドッピングされた非晶質シリコンからなるオーミックコンタクト層１４が形成されている。
【００１３】
次いで、前記オーミックコンタクト層１４の上部には、金属のような導電物質からなるソース及びドレイン電極１５、１６が形成されているが、前記ソース及びドレイン電極１５、１６は、前記ゲート電極１１と共に薄膜トランジスターＴをなす。
【００１４】
一方、図示してはいないが、前記ゲート電極１１はゲート配線と連結されており、前記ソース電極１５はデータ配線と連結されており、ゲート配線とデータ配線は互いに直交して画素領域を定義する。
【００１５】
次いで、前記ソース及びドレイン電極１５、１６を含む第１基板１０の全面には、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、又は有機絶縁膜からなる保護膜１７が形成されており、前記保護膜１７は、前記ドレイン電極１６の表面が所定の部分露出されるようにコンタクトホール１８を有している。
【００１６】
そして、前記保護膜１７の上部の画素領域には、透明な導電物質からなる画素電極１９が形成されており、前記画素電極１９は、コンタクトホール１８を介してドレイン電極１６と連結されている。
【００１７】
次いで、前記画素電極１９の上部には、ポリイミッドのような物質からなり、表面が一定の方向を有するように形成された第１配向膜２０が形成されている。
【００１８】
一方、第１基板１０の上部には、第１基板１０と一定の間隔を有して離隔し透明な第２基板３１が配置されている。
【００１９】
そして、前記第２基板３１の下部の薄膜トランジスターＴと対応する部分にはブラックマトリックス３２が形成されているが、ブラックマトリックス３２は画素電極１９の以外の部分（図示せず）も覆っている。
【００２０】
次いで、前記ブラックマトリックス３２の下部にはカラーフィルター３３が形成されており、前記カラーフィルター３３は、赤、緑、青の３つの色が順次繰り返され、一つの色が一つの画素領域に対応する。
【００２１】
次いで、前記カラーフィルター３３の下部には、透明な導電物質からなる共通電極３４が形成されており、前記共通電極３４の下部には、ポリイミッドのような物質からなって表面が一定の方向を有するように形成された第２配向膜３５が形成されている。
そして、前記第１配向膜２０と第２配向膜３５の間には液晶層４０が注入されている。
【００２２】
かかる液晶表示装置は、薄膜トランジスターと画素電極を形成するアレイ基板の製造工程と、カラーフィルターと共通電極を形成するカラーフィルター基板の製造工程、そして製造された両基板の配置と液晶物質の注入及び封止、そして偏光板の取り付けからなる液晶パネルの工程によって形成される。
【００２３】
図２は、一般的な液晶表示装置の製造工程を示す流れ図である。
図２に示したように、薄膜トランジスターを含む薄膜トランジスターアレイ基板と、カラーフィルターを含むカラーフィルター基板を用意する（Ｓ１）。
【００２４】
ここで、前記薄膜トランジスターアレイ基板は、薄膜を蒸着してパターニングする過程を複数回繰り返すことで形成されるが、薄膜のパターニング時に用いられるマスクの数が工程数を代表し、現在、マスクの数を減少させて製造費用を減らすための研究が活発に行われている。
【００２５】
一方、前記カラーフィルター基板は、画素領域以外の部分で光漏れが発生することを防止するためのブラックマトリックスと、赤、緑、青のカラーフィルター及び共通電極を順次形成することで成される。カラーフィルターは、色染め法、印刷法、顔料分散法、展着法などによって形成されるが、現在、カラーフィルターの形成に用いられる普遍的な方法は顔料分散法である。
【００２６】
次いで、各基板に液晶分子の初期配列方向を決定するための配向膜を形成する（Ｓ２）。
ここで、前記配向膜の形成は高分子薄膜を塗布し、配向膜を一定の方向に配列させる工程からなる。一般に、配向膜にはポリイミッド系列の有機物質が主に用いられ、配向膜を配列させる方法としてはラビング方法が用いられる。
【００２７】
また、前記ラビング方法は、ラビング布を用いて配向膜を一定の方向に擦るもので、配向処理が容易で大量生産に適合し、配向が安定してプレチルト角の制御が容易であるという長所がある。
【００２８】
一方、最近は偏光した光を用いて配向する光配向方法が開発され用いられている。
【００２９】
次に、両基板のうち何れかの基板にシールパターンを形成するが(Ｓ３）、シールパターンは画像が表現される領域の外郭に位置し、液晶の注入のためのギャップを形成し、注入された液晶の漏洩を防止する役割を果す。
【００３０】
ここで、前記シールパターンは、熱硬化性樹脂を一定のパターンで形成することで成され、シールパターン形成方法としては、スクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法と、ディスペンサーを用いたシールディスペンサー法がある。
【００３１】
現在、工程上便宜性の大きいスクリーン印刷法が主に用いられているが、マスクと配向膜の接触による不良誘発や、基板の大きさが大きくなることでスクリーンマスクの対応が難しいという短所があり、次第にシールディスペンサー法に変更されている。
【００３２】
次いで、薄膜トランジスターアレイ基板と、カラーフィルター基板の間の間隔を精密で均一に維持するために、両基板のうち何れかの基板に一定の大きさのスペーサーを散布する（Ｓ４）。
【００３３】
ここで、前記スペーサーの散布方式は、アルコールなどにスペーサーを混合して噴射する湿式散布法と、スペーサーのみを散布する乾式散布法とに分けることができ、乾式散布は、静電気を用いる静電散布法と、気体の圧力を用いる除電散布法とに分けられるが、液晶表示装置は静電気に弱い構造を有するので、除電散布法が主に用いられる。
【００３４】
次に、液晶表示装置の両基板、つまり薄膜トランジスターアレイ基板とカラーフィルター基板を配置し、シールパターンを加圧硬化して貼り合わせる（Ｓ５）。この際、各基板の配向膜が互いに向き合い、画素電極とカラーフィルターとが一対一に対応するように配置する。
【００３５】
次に、両基板をそれぞれの液晶パネルで切断して分離する（Ｓ６）。
【００３６】
一般に、液晶表示装置は、一枚の基板上に一つの液晶表示装置となる液晶パネルを複数個形成し、各液晶パネルに分離することで、製造効率を向上させ、製造費用を減少させることができる。
【００３７】
ここで、前記液晶パネルの切断工程は、ガラス基板より硬度の高いダイアモンド材質のスクライビングホイールによって基板の表面にクラックを形成するスクライブ工程と、前記クラックが形成された部分にブレーキバーを位置させた後、所定の圧力を加えてクラックが形成された方向に基板を分離するブレーキ工程とからなる。
【００３８】
次いで、両基板の配向膜の間に液晶を注入する（Ｓ７）。液晶の注入は液晶パネルの内外の圧力差を用いた真空注入法が主に用いられる。ここで、液晶パネルの内部に液晶が注入された時、液晶中の微細な空気滴によって液晶パネルの内部で気泡が形成され、不良が発生することがある。したがって、これを防止するために、液晶を長時間真空に放置して、気泡を除去する脱泡過程が必要である。
【００３９】
液晶の注入が完了すると、液晶パネルの注入口から液晶が流れ出ないように注入口をシーリングする。通常、ディスペンサーを用いて注入口に紫外線の硬化樹脂を塗布した後、紫外線を照射して硬化させることで注入口をシーリングする。
【００４０】
次に、このような方法で形成された液晶パネルの外側にそれぞれ偏光板を取り付けた後、駆動回路を連結すると液晶表示装置が完成する（Ｓ８）。
【００４１】
以下、添付の図面を参照にして、従来技術に係る基板の切断装置、及びこれを用いた基板の切断方法を説明する。
【００４２】
図３は、従来技術に係るスクライブ装置を示した概略的な構成図である。
図３に示したように、載置された基板Ｇを真空吸着手段によって固定する水平回転可能なテーブル５１と、前記テーブル５１をＹ方向（地面と直交する方向）に移動可能にピボット支持する、平行した一対の案内レール５２と、前記案内レール５２に沿ってテーブル５１を移動させるボールスクリュー５３と、Ｘ方向（左右方向）に沿って前記テーブル５１の上方に架設されるガイドバー５４と、前記ガイドバー５４にＸ方向にスライディング可能に設けられるスクライブヘッド５５と、前記スクライブヘッド５５をスライディングさせるモータ５６と、前記スクライブヘッド５５の下部に昇降移動が可能であると同時に、回転可能なように設置されるティップホルダー５７と、前記ティップホルダー５７の下端に回転可能に装着されるスクライビングフィール１とを含んで構成されている。
【００４３】
したがって、従来技術に係る基板の切断方法は、スクライビングフィール１の回転によって切断する基板に所定の深さのクラックを形成した後、ブレーキ装置に移送して、ブレーキバーで基板の表面に所定の深さで形成されたクラックに沿って加圧することで基板を切断している。
【００４４】
即ち、図４及び図５は、従来技術に係るスクライブ工程とブレーキ工程を概略的に示す図面である。
図４に示したように、スクライビングフィール８２を基板８１の表面に接触し、約２．４０ｋｇｆ／ｃｍ３の圧力で回転させる。したがって、前記基板８１の表面のうち前記スクライビングフィール８２が通った所には所定の深さでクラック８３が発生する。
【００４５】
次に、前記基板８１の表面に所定の深さで発生したクラック８３に図５のブレーキ工程を経て基板８１を切断する。
即ち、図５に示したように、前記スクライブ工程で基板８１の表面にクラック８３が形成された基板８１上にブレーキバー８４を位置させる。
【００４６】
次いで、前記ブレーキバー８４のうち、基板８１の表面と直接接触する部分Ａは、ウレタンゴムのように堅いが基板８１の表面にはスクラッチを与えない材質で形成される。
【００４７】
そして、前記ブレーキバー８４を基板８１に形成されたクラック８３に合わせ、瞬間的な圧力を加えると、前記クラック８３が拡張して、基板８１が切断される。
また、上記のようにスクライブ及びブレーキ作業で基板の切断面及び角部を一定のメッシュを有した研磨砥石を用いてグラインディングする。
【００４８】
したがって、従来技術に係る基板の切断方法は、上述したように、スクライブ及びブレーキ段階を用いて基板に形成された複数個の液晶パネルを切断して、個々の液晶パネルに分離している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４９】
しかしながら、上記のような従来技術に係る基板の切断方法には次のような問題があった。
【００５０】
即ち、基板を切断するためのスクライブ工程時に用いられるスクライビングフィールは、高価で寿命が短いので、周期的に交換しなければならず、製造費用が上昇する。
【００５１】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、フェムト秒レーザーを用いた基板の切断時に焦点深度の異なる集光レンズを用いることで、切断面のテーパ角度を減らすようにした、フェムト秒レーザー発生装置、及びこれを用いた基板の切断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５２】
上記目的を達成するために、本発明に係るフェムト秒レーザー発生装置は、フェムト秒レーザーを発振するフェムト秒レーザー発振器と、前記フェムト秒レーザーで発振したフェムト秒レーザーを第１、第２フェムト秒レーザーに分割する第１ビームスプリッターと、前記第１ビームスプリッターから分割された第１フェムト秒レーザーを、第１焦点深度を有するように集束させる第１集光レンズと、前記第１ビームスプリッターから分割された第２フェムト秒レーザーを受けて前記第１焦点深度と異なる第２焦点深度を有するように集束させる第２集光レンズと、前記第１、第２集光レンズで集束された第１、第２フェムト秒レーザーを受け、切断する基板の互いに異なる位置に照射する第２ビームスプリッターとを備える。
【００５３】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るフェムト秒レーザー発生装置は、フェムト秒レーザーをそれぞれ発振する複数のフェムト秒レーザー発振器と、前記各フェムト秒レーザー発振器で発生したフェムト秒レーザーを受け、互いに異なる焦点深度を有するように集束させる複数の集光レンズと、前記各集光レンズで集束された互いに異なる焦点深度を有するフェムト秒レーザーの一部を反射させる複数の反射部と、前記各反射部から反射されたフェムト秒レーザーと、前記集光レンズで集束されたフェムト秒レーザーを受けて分割して、切断する基板の互いに異なる位置に照射するビームスプリッターとを備える。
【００５４】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法は、切断する基板をステージ上に配列し、フェムト秒レーザー発振器でフェムト秒レーザーを発生する段階と、前記フェムト秒レーザー発振器で発生したフェムト秒レーザーを複数個に分割して、互いに異なる焦点深度を有するように調節する段階と、前記互いに異なる焦点深度を有するように分割されたフェムト秒レーザーを前記基板の互いに異なる位置に照射して、基板を切断する段階とを備える。
【発明の効果】
【００５５】
本発明に係るフェムト秒レーザー発生装置、及びこれを用いた基板の切断方法によれば、互いに異なる焦点深度を有する複数のフェムト秒レーザーを用いて、切断する基板の互いに異なる位置に照射して切断することで、切断後に生成されるテーパの角度を最小限に減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
一般に、レーザーを用いた融削は、高精度の精密部品の製作のために多用されており、速いパルスを用いると、周囲に与える熱的損傷が少ないという長所を有しており、ナノ秒、つまり１０−９ｍ／ｓ単位のパルスを有するＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどを用いたレーザー加工機が提供されており、これを一般的にナノ秒レーザー加工機と呼ぶ。
【００５７】
この中、酸化アルミニウムを人工的に結晶体に作り、レーザーを発生させるＹＡＧレーザーを用いた加工機の場合、加工された側壁が粗くなる傾向があり、赤外線系のＣＯ２レーザーは、加工部位にクレーターが生じる短所を有しているため、マイクロメータ単位以上の精密度を要求する微細加工においては使用上の制約を受けている。
【００５８】
即ち、前記加工は、光エネルギーを熱エネルギーに変形して行うレーザー熱加工といえ、結果的に加工された形状は崩壊されやすく、精密加工が容易ではない。
【００５９】
反面、エキシマレーザーの場合、炭素原子の共有結合を切る光化学的な反応による昇華エッチングによって精密な加工が可能となるが、これはエキシマレーザー光が加工物の表面に放射される時、その部分がプラズマ放射及び衝撃ノイズと共に分散され、分解されるように融削光分解加工が実施されることで、吸熱蒸発加工になるからである。
【００６０】
しかし、前記エキシマレーザーのエネルギーは、原子の共有結合を切るために全部用いられるものではなく、一部は熱エネルギーに変換するが、高いエネルギー密度を有するため、その熱影響も相当であって、高い熱伝達率を有する金属、セラミック、シリコンのような鉱物と、低い光吸収率を有する石英、及びガラスを加工することが難しく、電子に比べて相対的に少ない熱エネルギーでも、熱的変形は加工された製品の耐久性に影響を及ぼす。
【００６１】
これに、パルス放射時間が１０−１５ｍ／ｓ帯のフェムト秒レーザーの場合、上記のような問題点を解決できる優れた特性を有しているが、これは１ピコ秒、つまり１×１０−１２ｍ／ｓ以下の極超短のパルス放射時間に発振するレーザーを用いると、レーザーエネルギーの発振密度は非常に大きいからである。
【００６２】
一般に、１ｍＪの光エネルギーを有して１００フェムト秒以下のパルス放射時間を有すると、レーザーのエネルギー密度は大略１０ギガワットの水準に至り、如何なる材質の加工も可能となる。
【００６３】
また、フェムト秒レーザーのように極超短のパルスレーザーを加工物に放射すると、材料の構成格子にマルチポーテント(multi portent)現象が発生し、これによる原子の励起現象が起こる間、光子が周囲の構成格子に熱を伝達する時間より入射パルスが短いので、加工物が加工される間、熱拡散による加工精密度の低下や、材質の物理、化学的な変化、加工物の加工部位が一部分溶融される問題点などが解決され、高精密度の加工行程が可能となる。
【００６４】
そればかりでなく、フェムト秒レーザー加工時に加工による粒子の積層やクレーターなどの副産物がほとんど生じなく、従来要求されていた超音波洗浄などの副産物の除去段階が必要ない。
【００６５】
また、高い熱伝達階数を有したり、少ない光吸収率を有する物質の加工が可能であり、また、２種類以上の相異した材料の加工や、多層に積層された複合材質を単一工程で加工することが可能となる。
【００６６】
以下、添付の図面を参照して、本発明に係るフェムト秒レーザー発生装置、及びこれを用いた基板の切断方法をより詳細に説明する。
【００６７】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係るフェムト秒レーザー発生装置を概略的な示した構成図である。
図６に示したように、フェムト秒レーザー２０１を発振するフェムト秒レーザー発振器２００と、前記フェムト秒レーザー発振器２００で発生したフェムト秒レーザー２０１を、第１、第２フェムト秒レーザー２０１ａ、２０１ｂに分割する第１ビームススプリッター２１０と、前記第１ビームスプリッター２１０を介して分割された第１フェムト秒レーザー２０１ａを反射させる第１ミラー２２０と、前記第１ミラー２２０から反射された第１フェムト秒レーザー２０１ａを受けて、第１焦点深度ｆ１を有するように集束させる第１集光レンズ２３０と、前記第１ビームスプリッター２１０から分割された第２フェムト秒レーザー２０１ｂを、前記第１焦点深度ｆ１と異なる第２焦点深度ｆ２を有するように集束させる第２集光レンズ２５０と、前記第１集光レンズ２３０を介して集束された第１フェムト秒レーザー２０１ａを反射させる第２ミラー２４０と、前記第２ミラー２４０から反射された第１フェムト秒レーザー２０１ａと、前記第２集光レンズ２５０で集束された第２フェムト秒レーザー２０１ｂを受けて分割して、切断する基板１００の互いに異なる位置に照射する第２ビームスプリッター２６０とを含んで構成されている。
【００６８】
ここで、前記第１ビームスプリッター２１０を用いて、前記フェムト秒レーザー発振器２００で発振したフェムト秒レーザーを、二つのフェムト秒レーザー、つまり第１、第２フェムト秒レーザーに分割しているが、三つ以上のフェムト秒レーザーに分割して、焦点深度が異なるように複数個の集光レンズを用いて、切断する基板の他の位置に照射することもできる。
【００６９】
一方、前記第１ミラー２２０と第１集光レンズ２３０との間に、フェムト秒レーザーを用いて、切断する基板の種類（例えば、材質、厚さなど）によって前記フェムト秒レーザーのエネルギーを異なるように調節するための光減衰器（図示せず）を設置して使用することもできる。
【００７０】
ここで、前記光減衰器は円板状で、回転によって減衰させる方法もあるが、ビーム直径が大きいとビームの断面上で各部位別の減衰量が相異するので、モータ駆動により回転可能なλ／２プレート、リニアポーラライザ、及びλ／４プレートで構成して、最大９９％までビームの強度を減衰できるようにする。
【００７１】
また、前記第１、第２ミラー２２０、２４０は、フェムト秒レーザーの波長帯の大部分が一定の角度で反射するようにコーティングされており、その一部は透過され、制御部（図示せず）によってフェムト秒レーザーのエネルギーを測定できるフォトダイオード（図示せず）を通過するように構成して、測定されたフェムト秒レーザーの強度によって前記光減衰器を調節して、その正確度を高めるようにすることもできる。
【００７２】
ここで、前記フェムト秒レーザー発振器２００からフェムト秒レーザー２０１を発生する時、前記フェムト秒レーザー２０１と同一の軸上にＣＣＤカメラ２７０によって切断位置を確認し、基板１００の形状をディスプレイ装置２８０を用いてディスプレイして、切断したい部分を正確に切断する。
【００７３】
本発明において、複数個の液晶パネルが形成された母基板で単位液晶パネルを得るために前記母基板の切断時に用いられるフェムト秒レーザーは、短いパルス幅（約１５０ｆｓ）とパルス当たり高い尖頭出力を有しており、基板の切断時に切断部の周辺に熱膨張及び衝撃波が全く発生しない。
【００７４】
一方、前記フェムト秒レーザーは、一般的なレーザーとは異なる特徴がある。
即ち、レーザーの特徴の一つの“単色性”は、フェムト秒レーザーでは成立されず、逆にそのスペクトルは相当な拡張性を有する
【００７５】
また、前記焦点深度を異なるように集束させる集光レンズを介して増幅したフェムト秒レーザーは、ピークパワーが今までのレーザーに比べて非常に高く、テラ（１０１２）ワットから最近はペタ（１０１５）ワットのピークパワーを有している。
【００７６】
また、Ｔ３レーザーと称するもので、レンズに集光のみすれば光の密度を非常に高くすることができるので、実に一瞬間に焦点の付近に載せられた物質を高温のプラズマ状態に変える。
ここで、前記フェムト秒レーザーにおいて、特別なものを除いては、１パルス当たりパルスエネルギーはマイクロジュール（μＪ）程度が主に用いられ、強くは場合に応じてミリジュール（ｍＪ）程度、平均出力としては１ワット程度を用いる。
【００７７】
そして、一般的なレーザーにより発生するプラズマも、レーザー自身と作用してレーザーを吸収したり、物質を加熱したりするので、熱影響の拡大や加工の不安定性、効率低下など、多様な現象を引き起こす。
【００７８】
しかし、フェムト秒レーザーの場合にはこの周辺の事情が変わる。
通常、レーザーのエネルギーを物質側で受け取るものは電子である。金属などの場合は、伝導帯にある自由電子、或いは光によって伝導帯に励起される電子である。この電子（電子界）がレーザーの振動電場によってエネルギーを受け取り、これが格子にある原子やイオン（格子界）と衝突して運動エネルギーを与え（温度が上昇して）、物質の状態が変わり（溶解したり蒸発したりする）、その結果加工される。
【００７９】
このように電子界から格子界にエネルギーが移動するのにかかる時間がフェムト秒の単位であるので、フェムト秒レーザー加工では、レーザーエネルギーの吸収やその後の物質変化（加工）が時間的に分離される。
【００８０】
例えば、照射された物質を構成している原子がイオン化され、プラズマが発生する時間規模はパルス幅よりも長いので、このプラズマはレーザーとは相互作用しない。そして、照射部から熱がその周囲へ拡散する時間よりもパルス幅が短いため、レーザーのエネルギーは照射領域に局所存在して、その領域でのみ物質の状態変化を起こす。
【００８１】
したがって、本発明でフェムト秒レーザーを用いて基板を切断する時、切断しようとする部分の周辺には熱影響部が存在しない。
即ち、本発明に係るフェムト秒レーザーを用いた基板の切断方法をより詳細に説明する。
【００８２】
まず、複数の液晶パネルが形成された母基板を単位液晶パネルに分離するために、切断する基板１００を移動可能なステージ（図示せず）上に位置させ、前記フェムト秒レーザー発振器２００からフェムト秒レーザー２０１を発生する。
【００８３】
ここで、前記フェムト秒レーザー発振器２００からフェムト秒レーザー２０１を発生する時、前記フェムト秒レーザーと同一の軸上にＣＣＤカメラ（図示せず）によって切断位置を確認し、基板１００の形状をディスプレイして、切断したい部分を正確に切断する。
【００８４】
次いで、前記フェムト秒レーザー発振器２００で発生したフェムト秒レーザー２０１の強度及び密度などを調整する。
【００８５】
次いで、前記調整されたフェムト秒レーザー２０１を、第１ビームスプリッター２１０を介して第１フェムト秒レーザー２０１ａと、第２フェムト秒レーザー２０１ｂとに分割し、前記第１ビームスプリッター２１０から分割された第１フェムト秒レーザー２０１ａを、第１ミラー２２０を用いて反射させる。
【００８６】
そして、前記第１ミラー２２０から反射された第１フェムト秒レーザー２０１ａを、第１焦点深度ｆ１を有する第１集光レンズ２３０によって集束させ出射する。
【００８７】
次いで、前記第１集光レンズ２３０を介して第１焦点深度ｆ１を有するように集束された第１フェムト秒レーザー２０１ａを、第２ミラー２４０を用いて反射させる。
【００８８】
次いで、前記第１ビームスプリッター２１０から分割された第２フェムト秒レーザー２０１ｂを、前記第１焦点深度ｆ１と異なる第２焦点深度ｆ２を有する第２集光レンズ２５０によって集束させ、出射する。
【００８９】
そして、前記第２ミラー２４０を介して反射された第１焦点深度ｆ１を有する第１フェムト秒レーザー２０１ａと、前記第２集光レンズ２５０を介して集束された第２焦点深度ｆ２を有する第２フェムト秒レーザー２０１ｂを、第２ビームスプリッター２６０から受けて分割し、切断する基板１００の互いに異なる位置に照射して、前記ステージを一方向に移動しながら基板１００を切断する。
【００９０】
ここで、前記ステージを移動せず、前記ステージは固定された状態でフェムト秒レーザー発振器２００を一方向に移動しながら前記基板を切断することもできる。
【００９１】
一方、前記基板１００を切断する時、切断状況を作業者が確認できるように、ＣＣＤカメラ２７０を用いて撮影して、モニタリング装置２８０を介してディスプレイすることもできるようにする。
【００９２】
図７は、本発明において互いに異なる焦点深度を有するフェムト秒レーザーを用いて基板を切断した時、図６の“Ａ”部分を拡大した図面である。
図７に示したように、複数の液晶パネルが形成された母基板を単位液晶パネルに分離するために切断する時、互いに異なる焦点深度ｆ１、ｆ２を有するフェムト秒レーザーを用いて、前記基板１００の互いに異なる位置に照射して切断する。
【００９３】
したがって、前記基板１００を約４０μｍの幅で切断する時、切断部の周辺に熱膨張及び衝撃波が全く発生しないため、切断する方向に沿って基板を均一に切断できる。
【００９４】
即ち、互いに異なる焦点深度を有する複数個のフェムト秒レーザーを互いに異なる位置に照射して基板を切断することで生成されるテーパの角度を最小限に減らすことができるので、切断する切断部の周縁と側面モードのパディング、堆積などがなく、きれいに切断が行われる。
【００９５】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るフェムト秒レーザー発生装置を概略的に示した構成図である。
図８に示したように、それぞれ第１、第２フェムト秒レーザー３０１、４０１を発振する第１、第２フェムト秒レーザー発振器３００、４００と、前記第１、第２フェムト秒レーザー発振器３００、４００で発生した第１、第２フェムト秒レーザー３０１、４０１を受けて、互いに異なる焦点深度ｆ１、ｆ２を有するように集束させる第１、第２集光レンズ３１０、４１０と、前記第１集光レンズ３１０で集束された第１フェムト秒レーザー３０１を反射させるミラー３２０と、前記ミラー３２０から反射された第１フェムト秒レーザー３０１と、前記第２集光レンズ４１０で集束された第２フェムト秒レーザー４０１を受けて分割し、切断する基板５００の互いに異なる位置に照射するビームスプリッター４２０とを含んで構成されている。
【００９６】
上記では二つのフェムト秒レーザー発振器３００、４００を使用しているが、三つ以上のフェムト秒レーザー発振器を使用して三つ以上の焦点深度を有するフェムト秒レーザーを使用して基板を切断することもできる。
【００９７】
一方、前記三つ以上の焦点深度を有するフェムト秒レーザー発振器を使用する時に必要なミラーの個数は、フェムト秒レーザー発振器の数より一個少なく構成される。
【００９８】
以上で説明した本発明は、上述した実施の形態及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明の技術的な思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形、及び変更が可能なことは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者には明白である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】一般的な液晶表示装置を示した断面図である。
【図２】一般的な液晶表示装置の製造工程を示した流れ図である。
【図３】従来技術に係るスクライブ装置を示した概略的な構成図である。
【図４】従来技術に係る基板の切断方法を説明するためのスクライブ工程とブレーキ工程を示した図面である。
【図５】従来技術に係る基板の切断方法を説明するためのスクライブ工程とブレーキ工程を示した図面である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るフェムト秒レーザー発生装置を示した概略的な構成図である。
【図７】本発明において互いに異なる焦点深度を有するフェムト秒レーザーを用いて基板を切断した時、図６の“Ａ”部分を拡大した図面である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るフェムト秒レーザー発生装置を示した概略的な構成図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００  基板
２００  フェムト秒レーザー発振器
２０１  フェムト秒レーザー
２１０  第１ビームスプリッター
２２０  第１ミラー
２３０  第１集光レンズ
２４０  第２ミラー
２５０  第２集光レンズ
２６０  第２ビームスプリッター
２７０  ＣＣＤカメラ
２８０  ディスプレイ装置
【図１】
2006130556.tif 000003
【図２】
2006130556.tif 000004
【図３】
2006130556.tif 000005
【図４】
2006130556.tif 000006
【図５】
2006130556.tif 000007
【図６】
2006130556.tif 000008
【図７】
2006130556.tif 000009
【図８】
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