(57)【要約】【課題】安定して基板を分断するためのスクライブ線を形成することができる基板加工装置および基板加工方法を提供する。【解決手段】レーザ光源２から出射されたレーザ光は、光成形光学系３により平行化され、かつレーザ光のパワーが調整される。そして、１／２波長板４により偏光方向が調整されて、集光光学系５により基板７に集光される。基板７にレーザ光が集光されることにより、基板７の内部において多光子吸収が起こり、多光子吸収により生じたイオン化領域におけるガラスは昇華する。ＸＹステージ８により基板７は、レーザ光に対して相対移動しているので、昇華して溝となった部分がスクライブ線となる。本実施形態では、基板７に対するレーザ光の移動方向に対して、レーザ光の偏光方向が常に一定となるように、１／２波長板４の回転を制御する。【選択図】図１
2006061954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に対して多光子吸収を起こさせるように、前記基板に集光点を合わせてレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は、前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に応じて、前記基板に照射するレーザ光の偏光方向を制御する光学素子を有する
基板加工装置。
【請求項２】
前記光学素子は、前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に対して、偏光方向が平行になるように、前記レーザ光の偏光方向を制御する
請求項１記載の基板加工装置。
【請求項３】
前記光学素子の光学軸を回転させる駆動手段と、
前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に応じて、前記駆動手段の回転を制御する制御手段と
をさらに有する請求項１記載の基板加工装置。
【請求項４】
前記光学素子は、１／２波長板を含む
請求項１記載の基板加工装置。
【請求項５】
前記光学素子は、偏光板を含む
請求項１記載の基板加工装置。
【請求項６】
基板に集光点を合わせてレーザ光を照射して、前記基板に多光子吸収を起こさせて前記基板を加工する基板加工方法であって、
前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に応じて、偏光方向を制御した前記レーザ光を照射する
基板加工方法。
【請求項７】
前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に平行な前記偏光方向をもつ前記レーザ光を照射する
請求項６記載の基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガラス基板、半導体基板、圧電材料基板等の基板の切断に使用される基板加工装置および基板加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置などは、ガラスを代表とした基板上にＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を形成することにより作製されている。この生産では効率をあげるために大きなガラスで複数のパネル分の表示装置を形成し、その後分断してパネルを取り出している。例えば第４世代（７３０×９２０ｍｍ2 ）のガラス基板からは、１９インチパネルなら４枚、１７インチパネルなら６枚を作ることが可能である。ガラス基板のサイズが増すほど１枚のガラス基板からより多くのパネルを取り出すことが可能であり、生産性が上がる一方で、分断工程の歩留まりが重要になる。
【０００３】
ガラスを分断する工程は２段階あり、１つ目はガラスに罫書き線状の傷を形成する工程であり、この工程をスクライブと呼ぶ。また、その罫書き線をスクライブ線と呼ぶ。２つ目はスクライブ線に沿ってガラスが割れるようにガラスに力を加えて分断をする工程であり、この工程をブレイクと呼ぶ。本発明はスクライブに関する。
【０００４】
スクライブでは多くの場合、ガラス基板に直接ダイヤモンド刃を押し当てる方法が用いられる。この方法ではガラス基板に無理に力を加えているため予期せぬひびや欠けが生じやすく、刃を押し付ける際の圧力や基板の送り速度の調整に経験的な勘が必要とされる。また、ダイヤモンド刃も使用するに従って刃が弱っていくため、定期的な交換が必要となる。刃ごとに上記調整具合は変わってくるために、刃の交換後はその刃に対応した調整を行わなければならず、生産性の低下を招く。
【０００５】
上記事項を鑑みてレーザ光による非接触のスクライブ技術が開発されている。その光源の多くが１μｍ以上の波長である。ガラスはこの波長域の光をよく吸収するため、発生した熱による応力が生じる。この直後に水などの冷媒を吹き付けて急冷するとガラス厚み方向に割れ目（クラック）が生じる。この方法では熱応力を利用しているために位置の制御が容易ではない。さらに、クラックを発生させるための基点となる切欠や急冷の冷媒が必要であり、完全非接触工程ではないためにガラス基板の汚染が生じるという問題点がある。
【０００６】
一方、多光子吸収を利用したスクライブ技術も提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に依ればレーザ光を１マイクロ秒以下の長さのパルスで発振させ、照射光密度が１×１０8 （Ｗ／ｃｍ2 ）以上となるように集光した場合、多光子吸収によるガラスのイオン化による改質が起こり、そこを基点として割断が出来るようになる。この場合は完全非接触であるために上記問題を回避できる。また、多光子吸収はガラスに対して透明な紫外領域のレーザ光でも発生し、この場合はガラスのイオン化が起こった部分のみ紫外領域の波長を吸収するようになり、その直後のレーザ照射によってガラスが昇華して溝が形成される。このような現象はガラス以外の非金属基板についても発生する。
【特許文献１】特許第３４０８８０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多光子吸収によってイオン化される範囲の深さはできるだけ深いほうが割断にとって有利であり、ガラス基板の厚さ分イオン化できることが理想であるが、実際は１００μｍ程度が限界である。スクライブ速度を得るためにガラス基板の走行速度を上げると、この深さは急激に浅くなってしまう。このとき、深さを得るためにレーザパワー密度を上げると、ガラス表面を急加熱させてしまい予期せぬ割れが生じ、スクライブ速度を上げる効果の薄いことが分かっており、高速で深いスクライブ線を描くことが困難であった。
【０００８】
また、スクライブの方向によって、スクライブ線の溝深さが変化するという現象が生じてしまい、ブレイク条件の許容範囲を狭めてしまっていた。すなわち、スクライブ線に溝深さのばらつきがあると、スクライブ線から外れた割れや、欠け等が生じやすくなる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定して基板を分断するためのスクライブ線を形成することができる基板加工装置および基板加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の基板加工装置は、基板を保持するステージと、前記ステージに保持された前記基板に対して多光子吸収を起こさせるように、前記基板に集光点を合わせてレーザ光を照射するレーザ光照射手段とを有し、前記レーザ光照射手段は、前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に応じて、前記基板に照射するレーザ光の偏光方向を制御する光学素子を有する。
【００１１】
上記の本発明の基板加工装置では、レーザ光照射手段により、基板に集光点が合わせられたレーザ光が、基板に照射される。これにより、基板では多光子吸収が起こり、多光子吸収が起こった領域の改質が起こる。
基板とレーザ光の相対位置を移動させることにより、改質領域の軌跡からなるスクライブ線が形成される。本発明では、この移動方向に応じて、レーザ光の偏光方向が制御される。すなわち、移動方向に対して、常にレーザ光の偏光方向が一定となるように、レーザ光の偏光方向が制御される。これにより、一定の深さの改質領域の軌跡からなるスクライブ線が形成される。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の基板加工方法は、基板に集光点を合わせてレーザ光を照射して、前記基板に多光子吸収を起こさせて前記基板を加工する基板加工方法であって、前記基板に対する前記レーザ光の移動方向に応じて、偏光方向を制御した前記レーザ光を照射する。
【００１３】
上記の本発明の基板加工方法では、基板に集光点を合わせたレーザ光が、基板に照射される。これにより、基板では多光子吸収が起こり、多光子吸収が起こった領域の改質が起こる。
基板とレーザ光の相対位置を移動させることにより、改質領域の軌跡からなるスクライブ線が形成される。本発明では、この移動方向に応じて、偏光方向を制御したレーザ光が照射される。すなわち、移動方向に対して、常にレーザ光の偏光方向が一定となるように、レーザ光の偏光方向が制御される。これにより、一定の深さの改質領域の軌跡からなるスクライブ線が形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定して基板を分断するためのスクライブ線を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の基板加工装置および基板加工方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る基板加工装置の構成の一例を示す図である。
【００１７】
本実施形態に係る基板加工装置１は、レーザ光源２と、光成形光学系３と、１／２波長板４と、集光光学系５と、駆動手段６と、被加工対象となる基板７と、基板７を載置するＸＹステージ８と、装置全体を制御する制御手段１０とを有する。レーザ光源２、光成形光学系３、１／２波長板４、および集光光学系５は、本発明のレーザ光照射手段に相当する。
【００１８】
レーザ光源２は、例えば、ＹＡＧの３次高調波（波長３５５ｎｍ）のレーザ光をパルス発振する。パルス繰り返し周波数は、例えば、３０ｋＨｚである。レーザ光源２から出射されるレーザ光は、例えば直線偏光である。なお、レーザ光源２は、基板７の材質に合わせて選択される。本実施形態では、例えば基板７がガラス基板の場合を想定したものである。ガラス基板のＳｉ−O結合を切断するために必要なエネルギーは、３５５ｎｍの波長の光の２倍程度必要であることから、多光子吸収（この場合２光子吸収）により、Ｓｉ−O結合を切ることができる。そのため、基板７の材質により、レーザ光源２として、ＹＡＧの２次高調波（波長５３２ｎｍ）を用いることもできる。
【００１９】
光成形光学系３は、例えば、レーザ光源２から出射されたレーザ光を平行化する。また、光成形光学系３は、レーザ光のパワーを制御する光アッテネータを備える。これにより、光成形光学系３からは、例えば、レーザパワーが７Ｗのレーザ光が出射される。
【００２０】
１／２波長板４は、本発明の光学素子に相当する。光成形光学系３から出射したレーザ光の偏光方向が、１／２波長板４の光学軸に対してθの角度で入射したときに、光の偏光方向が２×θだけ回転される。したがって、１／２波長板４の光学軸を制御することにより、任意の偏光方向をもつレーザ光が得られる。
【００２１】
集光光学系５は、１／２波長板４から出射されたレーザ光を基板７に集光させる。集光光学系５は、基板７の内部で多光子吸収を起こさせるために必要な程度、例えば、レーザ光のエネルギーが１ｋＪ／ｃｍ2 となるように集光する。
【００２２】
多光子吸収とは、２個またはそれ以上の光子を同時に吸収し、合計して励起に必要なエネルギーが供給されることをいう。多光子吸収の確率を上げるため、レーザ光のパワーや、集光点におけるエネルギーが調整される。多光子吸収により、例えば、基板７に改質領域が形成される。基板７がガラス基板の場合には、改質領域は例えばイオン化領域である。このイオン化領域にさらにレーザ光が照射されると、この領域におけるガラスが昇華して溝が形成される。なお、溝が形成されなくても、後のブレイクにおいてこのイオン化領域に力を加えることにより、イオン化領域を基点として、基板７が切断される。
【００２３】
駆動手段６は、１／２波長板４を保持する回転ステージであり、制御手段１０からの制御信号に応じて、１／２波長板４を回転させる。これにより、レーザ光の偏光方向に対する１／２波長板４の光学軸の角度が調整される。駆動手段６は、制御手段１０によってその回転角度が制御される。
【００２４】
基板７は、例えば、ガラス基板である。ただし、加工をするに足るだけの多光子吸収が起こる材料であれば、材料に限定はない。基板７として、その他に、半導体基板や圧電材料基板を採用することができる。
【００２５】
ＸＹステージ８は、被加工対象となる基板７を搭載し、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。ＸＹステージ８の動作は、制御手段１０により制御される。本実施形態では、レーザ光を固定して、ＸＹステージ８により基板７を移動させることにより、レーザ光が基板７上を移動するように構成しているが、ＸＹステージ８を固定してレーザ光を走査するように構成してもよい。ＸＹステージ８により基板７を移動させることにより、溝状のスクライブ線が形成される。
【００２６】
制御手段１０は、装置全体の動作を制御する。制御手段１０は、ＸＹステージ８のＸ方向動作およびＹ方向動作に応じて、駆動手段６による１／２波長板４の回転角度を制御する。例えば、ＸＹステージ８を動作させることによる、基板７に対するレーザ光の移動方向に対して、常にレーザ光の偏光方向が一定になるように、駆動手段６を制御する。より好適には、基板７に対するレーザ光の移動方向に対して、常にレーザ光の偏光方向が平行になるように、駆動手段６を制御する。
【００２７】
次に、上記構成の本実施形態に係る基板加工装置１の動作について説明する。
【００２８】
レーザ光源２から出射されたレーザ光は、光成形光学系３により平行化され、かつレーザ光のパワーが調整される。そして、１／２波長板４により偏光方向が調整されて、集光光学系５により基板７に集光される。基板７にレーザ光が集光されることにより、基板７の内部において多光子吸収が起こり、多光子吸収により生じたイオン化領域におけるガラスは昇華する。
【００２９】
ＸＹステージ８により、基板７はレーザ光に対して相対移動しているので、昇華して溝となった部分がスクライブ線となる。本実施形態では、基板７に対するレーザ光の移動方向に対して、レーザ光の偏光方向が常に一定となるように、１／２波長板４の回転を制御する。
【００３０】
スクライブ線が形成された後には、後のブレイク工程において、スクライブ線に沿って基板７が割れるように基板７に力が加えられる。これにより、基板７は、スクライブ線によって囲まれた個々の小基板に分断される。
【００３１】
上記構成の本実施形態に係る基板加工装置１では、基板７に対するレーザ光の移動方向に応じて、基板７に照射するレーザ光の偏光方向を制御している。この理由について説明する。
【００３２】
基板７に対してレーザ光を移動（スクライブと称する）させた場合に、レーザ光の偏光方向とスクライブ方向のなす角度と、形成されるスクライブ線の溝の深さとの関係について調べた。図２に、当該実験結果を示す。本実験では、基板７としてガラス基板を用いた。
【００３３】
図２に示すように、基板７に対してレーザ光が移動する方向に対して、レーザ光の偏光方向を回転させていくと、形成されるスクライブ線の溝深さが変化することがわかる。このとき、溝深さが極大となっているのは、偏光方向がスクライブ方向に対して平行な状態である。従って、イオン化領域の深さは、偏光方向がスクライブ方向に対して平行な状態のときに最大となるといえる。また、図２の溝深さの極小ａと、極大ｂとの関係は、ｂ＝１．２aであることがわかった。
【００３４】
上記実験結果により、レーザ光の偏光方向がスクライブ方向に対して平行な状態を維持してスクライブを行えば、任意の軌跡に対してイオン化領域の深さをそのレーザ照射条件を最大限に生かしたものにすることができる。また、平行でなくとも、レーザ光の偏光方向がスクライブ方向に対して一定な状態を維持することにより、任意の軌跡に対してイオン化領域の深さを一定にすることができる。
【００３５】
例えば、パルス繰り返し周波数が３０ｋＨｚで、レーザパワーが７Ｗ、ＸＹステージ８の移動速度を６０ｍｍ／ｓとした場合、レーザ光の偏光方向がスクライブ方向に対して直交するように１／２波長板４の回転角を制御した場合には、スクライブ線の溝深さが約５５μｍとなる。これに対して、同じ条件で、レーザ光の偏光方向がスクライブ方向に対して平行となるように１／２波長板４の回転角を制御した場合には、スクライブ線の溝深さが約７０μｍになる。
【００３６】
以上説明したように、基板７に対するレーザ光の移動方向に対する偏光方向の角度を常に一定にすることにより、形成されるスクライブ線の深さが一定となる。このため、安定したブレイクが可能になる。
【００３７】
さらに好適には、基板７に対するレーザ光の移動方向に対して、偏光方向の角度を平行にすることにより、レーザ照射条件を一定とした場合には、最も深いスクライブ線を形成することができる。このため、高速で深いスクライブ線の形成が可能となる。深いスクライブ線を形成することができることにより、後のブレイクが容易になる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３は、本実施形態に係る基板加工装置の構成の一例を示す図である。なお、第１実施気形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してあり、その重複説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、第１実施形態に係る基板加工装置１にθステージ９が追加されている。θステージ９は、基板７を搭載したＸＹステージ８を回転させる。ＸＹステージ８とθステージ９の動作により、基板７の平面内での移動および回転が制御される。θステージ９の動作は、制御手段１０により制御される。
【００４０】
制御手段１０は、ＸＹステージ８と、θステージ９の移動データを元に、実時間で基板７に対するレーザ光の進行方向を計算し、当該進行方向とレーザ光の偏光方向とが一致するような１／２波長板４の角度を算出して、その角度を満たすように駆動手段６を制御する。あるいは、レーザ光の進行方向と、レーザ光の偏光方向とのなす角度が、常に一定となるように、駆動手段６を制御する。
【００４１】
本実施形態によれば、直線だけでなく、任意の曲線からなるスクライブ線を形成することができる。この場合においても、第１実施形態と同様に、スクライブ線の溝深さを一定にすることができる。
【００４２】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、本発明の光学素子の例として１／２波長板４を用いる例について説明したが、偏光板を採用することもできる。例えば、レーザ光源２から出射されるレーザ光が直線偏光でない場合には、偏光板を通過したレーザ光の偏光方向は、偏光板の透過軸（光学軸）に沿ったものとなる。従って、偏光板の回転を制御することにより、偏光方向が制御されたレーザ光を基板７に照射することができる。
【００４３】
例えば、本実施形態では、ＸＹステージ８およびθステージ９の例について説明したが、ｚステージをさらに追加してもよい。これにより、レーザ光の集光点を基板７の深さ方向において制御することができる。
その他、本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。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態に係る基板加工装置の構成の一例を示す図である。
【図２】レーザ光の偏光方向とスクライブ方向とのなす角度と、スクライブ線の深さの関係を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る基板加工装置の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…基板加工装置、２…レーザ光源、３…光成形光学系、４…１／２波長板（光学素子）、５…集光光学系、６…駆動手段、７…基板、８…ＸＹステージ、９…θステージ、１０…制御手段
【図１】
2006061954.tif 000003
【図２】
2006061954.tif 000004
【図３】
2006061954.tif 000005