(57)【要約】【課題】液晶パネル、有機ＥＬパネル等の薄型化した大型基板を、効率的かつ高強度に加工することのできるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供する。【解決手段】レーザー加工装置１は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源２と、レーザー光を集光する対物レンズ３を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ３と加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計５と、レーザー変位計５で測定した測定結果に基づいて、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、対物レンズ３を駆動して焦点距離を調節する調節手段を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源と、
上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、
上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計と、
上記レーザー変位計で測定した測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節する調節手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
上記レーザー変位計が、上記対物レンズと上記基板の上下面との距離をそれぞれ測定し、
上記調節手段が、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の上下の各表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
上記レーザー変位計を、上記対物レンズを中心とした水平方向の対称位置に設置したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
上記レーザー変位計を、加工対象物の加工予定ライン上にアレイ状に設置したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
上記調節手段がピエゾ素子であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
上記対物レンズの開口率Ｎ．Ａ．が０．０１〜０．５であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
上記レーザー光源の駆動周波数が１〜５００ＫＨｚであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源と、
上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、
上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計と、
上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、
上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、
上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項９】
上記基板が貼り合わせ基板であり、
上記照射工程は、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の下側の基板の全厚さ１００％に対して上記下側の基板の下面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第１の照射工程と、
上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の上側の基板の全厚さ１００％に対して上側の基板の上面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第２の照射工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工方法。
【請求項１０】
上記下側の基板はカラーフィルタを備え、上記上側の基板は薄膜トランジスタを備えたことを特徴とする請求項９に記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示用のディスプレイパネルを加工するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高画質の動映像を表現するディスプレイパネル用のデバイスとして、液晶パネルや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス；Electro luminescence）パネル等のアクティブマトリクスタイプの画像表示装置の開発が進められている。
液晶パネルは、光透過性の基板等に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」と略称する）等のスイッチング素子が配置された基板と、これに対向して、所定画素ごとに赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ層が配置された対向基板を有する貼合わせ基板であり、２つの基板はスペーサーを介して所定の間隔に保たれ、この間に液晶層が保持され、一つの表示要素を構成している。
有機ＥＬパネルは、基板上にＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板と、陰極と陽極との間に、有機正孔輸送層、有機電子輸送層、有機発光層等を積層した多層構造の有機ＥＬ基板と、カラーフィルタが形成された対向基板とが積層され、一つの表示要素を構成している。
【０００３】
液晶パネルや有機ＥＬパネルは、生産効率を考慮して、例えば縦６００ｍｍ×横７００ｍｍの大面積の基板上に複数個の表示要素が形成され、この大面積の大型パネルから各表示要素を含む所定寸法の小型パネルが切り出されて、この小型パネルが携帯電話等の各デバイスのディスプレイパネルとして使用される。そのため、大面積の大型パネルから小型パネルに基板を切断する技術が重要になっている。
【０００４】
大型パネルから小型パネルに分割（ブレークダウン）する方法として、例えばガラス基板等の基板表面に溝（スクライブ）を形成し、これを起点にして基板を分断（ブレーク）する方法が一般的に用いられている。
例えば、超鋼製やダイヤモンドカッター等のメカニカルな刃（工具）を利用して適当な深さのスクライブを形成し、このスクライブを起点とした垂直なクラックの形成により基板を分断する方法が一般的である。しかし、このようなメカニカルな方法では、基板の表面近傍に水平方向の微小のクラックが発生し、曲げ強度が低下するという問題がある。
【０００５】
近年、炭酸（ＣＯ２）ガスレーザー等のレーザービームを利用して分断する方法も用いられている。例えば、割断始点又は亀裂先端から、その始点又は先端における割断加工線の接線方向の所定距離離れた位置に焦点を設定し、レーザービームを照射する方法が挙げられる（特許文献１）。この方法は、割断加工線から所定距離離れた位置に焦点を設定して、レーザービーム（熱源；８００〜８５０℃）を照射することにより、基板が熱膨張して発生する引張り力に反する圧縮応力を利用して、加工対象物を割断する。
【０００６】
レーザー光とメカニカルな刃（工具）の両方を利用した方法として、基板の一方の面にスクライビングローラで機械的にイニシャルクラック（スクライブ線）を形成した後、このスクライブ線に沿って、基板の他方の面に例えばＣＯ２ガスレーザー等の加熱レーザーを照射して、基板を割断する方法が挙げられる（特許文献２）。
この方法では、加熱レーザーの照射によってスクライブが形成される際に、加工対象物の熱膨張した部分が周囲を押し広げる力に反して発生する圧縮応力が、スクライブ（溝）底部分に働いて割断効率を低下させる点を考慮して、加熱レーザーによるスクライブに対向して、メカニカルな刃（工具）によるスクライブを形成し、板厚方向に直線的なクラックが形成されるようにしている。
【０００７】
また、ＣＯ２ガスレーザーの他に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー等を利用したレーザー加工装置も用いられている（特許文献３）。
【０００８】
【特許文献１】特公平３−１３０４０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４３５号公報
【特許文献３】特開２００６−３１５０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的にＣＯ２ガスレーザー用いる方法は、ガスレーザーの照射により熱膨張に反する圧縮応力を基板内部に発生させた後、基板に冷却水等を噴霧して急激に冷却することにより、基板内部に熱収縮に反する引張り応力を発生させて、イニシャルクラックを進展させ、基板を分断している。このように急激な熱変化により基板内に引き起こされる急激な応力変化を利用する方法は、基板の体積が大きい程、即ち、基板が厚い程、精度の良い割断が可能となり、逆に、基板の板厚が薄くなると、精度よく割断することが困難になる。
近年、携帯電話等は小型化、薄型化への傾向が強く、液晶パネル等も薄型で、曲げ強度の大きいものが望まれているため、従来のガスレーザーを用いる方法では、例えば２００μｍ程度の薄い基板の割断方法としては適さない。
【００１０】
また、基板にガスレーザーを照射して、基板を構成するガラスの軟化点以上に基板を昇温（例えば８００〜８５０℃）させた後、急冷させて割断する方法は、強度的には問題ないものの、液晶パネル等のカラーフィルタ材料や、液晶材料、封止樹脂等が熱ダメージを受けて表示素子が破壊するおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、液晶パネル、有機ＥＬパネル等の薄型化した大型基板を、効率的かつ高強度に加工することのできるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、レーザー変位計を用いて加工対象物までの距離を正確に測定し、所定の焦点深度となるようにレーザー光を照射することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
本発明のレーザー加工装置は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計で測定した測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、上記対物レンズを駆動して焦点距離を調節する調節手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、加工対象物までの距離を正確に測定し、該測定結果に基づいて、焦点深度が基板内部の所定範囲に含まれるように、焦点距離を調節してレーザー光を照射することによって、加工対象物にダメージを与えることなく、加工部位となる切断縁部分の強度を向上させて、優れた精度で大型の基板を小型の基板に加工することができる。
また、本発明によれば、２個以上のレーザー変位計を用いることによって、複数の加工予定ラインを有する加工対象物と対物レンズとの距離の測定時間を短縮することができる。
更に、本発明によれば、大型の基板を上下反転することなく加工することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明のレーザー加工装置の好ましい実施形態の一例を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本例のレーザー加工装置１は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源２と、レーザー光を集光する対物レンズ３を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ３と加工対象物となる大型液晶パネル４の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計５と、レーザー変位計５の測定結果に基づいて、対物レンズ３で集光されたレーザー光の焦点深度が、大型液晶パネル４の表面から大型液晶パネル４の基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ３を駆動して焦点距離を調節する調節手段（図示略）を備えている。
【００１８】
レーザー変位計５は、大型液晶パネル４の平行に複数本設定された加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄと対向するように、対物レンズ３を設置した直線状のアーム６上に等間隔のアレイ状に設置されている。
【００１９】
図１に示すように、大型液晶パネル４は、水平方向に移動可能な可動ステージ７上に固定される。
大型液晶パネル４は、ＴＦＴ（図示略）のスイッチング素子が配置された上側の基板４ａと、これに対向して、所定画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ層（図示略）が配置された下側の基板４ｂとを備えている。この上側の基板４ａと下側の基板４ｂは、スペーサー４ｃを介して所定の間隔が保たれ、この間隔に液晶層（図示略）が保持されて、スペーサー４ｃとスペーサー４ｃの間が一つの表示要素を構成している。スペーサー４ｃが配置されている部分が、加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄとなる。
図２に示すように、大型液晶パネル４上に設けられた四角枠は、一つの表示要素を示し、小型液晶パネル４ｅに分段される大きさを示している。小型液晶パネル４ｅ，４ｅの間隔が加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄとなる。
【００２０】
本例のレーザー加工装置１は、レーザー変位計５によって、大型液晶パネル４の上側又は下側のどちらか一方の基板の表面との距離を、加工予定ライン４ｄに沿って正確に測定する。本例においては、大型液晶パネル４の下側の基板４ｂの表面（下面）と、対物レンズ３との距離を測定する。
この測定結果に基づいて、レーザー光の焦点深度が、基板４ｂの全厚さ１００％に対して、基板４ｂの表面（下面）から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、調節手段（図示略）によって対物レンズ３を駆動し、焦点距離を調節する。
調節手段としては、例えばピエゾ素子を用いることができる。また、レーザー変位計としては、例えばヘテロダイン方式や三角測量方式等の非接触式のレーザー変位計を用いることができる。
焦点距離は、レーザー変位計５の測定結果に基づいてピエゾ素子への電圧をコントロールすることによって、対物レンズ３を垂直方向（Ｚ軸方向）に微動させて調節することができる。
【００２１】
レーザー光の焦点深度（Ｄ．Ｆ．；Depth of Focus）は、次の（１）式で表される数値である。（１）式中、ｋはプロセス定数であり、λはレーザー光の波長、Ｎ．Ａ．は対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．；Numerical Aperture）である。焦点深度は、光軸方向（Ｚ軸方向）の長さで表される。
±Ｄ（μｍ）＝ｋλ／（Ｎ．Ａ．）２                          ・・・（１）
上記の（１）式で表される焦点深度が、基板４ｂの全厚さ１００％に対して、基板４ｂの表面（下面）から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように、焦点距離を調節する。
【００２２】
上記の（１）式で表される焦点深度が、基板４ｂの全厚さ１００％に対して、基板４ｂの表面（下面）から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、基板がレーザー光を吸収して基板内部のレーザースポットの中心部のみが局所的に基板を構成する材料の軟化点以上に昇温する。
基板には、基板内部のレーザースポット部分の局所的な昇温によりクラックが発生して、チッピング等を生じることなく、精度の高い一定幅の直線状のスクライブが形成される。
大型液晶パネルの上側の基板と下側の基板の両面にスクライブが形成されることにより、垂直方向にクラックが進展して、精密に大型パネルを小型パネルに割断することができる。
レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％に対して、基板の表面から５％未満の範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、スクライブが浅すぎて基板を分断できない場合があり、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合がある。
一方、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％に対して、基板の表面から５０％を超える範囲に含まれるように焦点距離を調節すると、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合がある。
【００２３】
上記の（１）式で表される焦点深度が上記範囲に含まれるように、焦点距離を調節して集光したレーザー光を大型液晶パネル４に照射すると、基板内部には、レーザースポット部分の局所的な昇温により、基板を破壊させようとする引張り力を打ち消す圧縮応力が発生し、この圧縮応力によって、加工部位となる切断縁部分の曲げ強度、破壊強度等の強度を向上させることができる。なお、破壊強度が大きい場合は、曲げ強度も大きくなる。
従来の加工装置では、割断された小型液晶パネルの破壊強度が２５０ＭＰａを超えるように加工することは困難であったが、本例のレーザー加工装置１を用いると、大型液晶パネルを高精度に割断して、破壊強度が２５０ＭＰａを超えるような高強度の小型液晶パネルを得ることができる。
また、基板を構成する材料の軟化点近くまで基板内部を局所的に昇温させても、大型液晶パネルを構成するＴＦＴ、液晶材料、カラーフィルタ材料には、局所的な昇温による熱的ダメージを受けず、品質を低下せずに、大型の基板を小型の基板に割断することができる。
【００２４】
レーザー光源２としては、２００〜２０００ｎｍ（０．２〜２．０μｍ）の波長領域のレーザー光を発振するものであればよく、断続的なレーザー光を発振するパルスレーザー、連続的なレーザー光を発振するＣＷ（continuous wave）レーザー、媒体が気体のエキシマレーザー、媒体が固体であり高調波を利用する固体レーザー、短波長を利用する半導体レーザー等を用いることができる。具体的には、波長が３５５ｎｍの３倍波のＹＡＧレーザー等を用いる。
【００２５】
レーザー光源２から発振されたレーザー光は、ミラー８を経由して、水平方向に長距離伝送され、ミラー９で大型液晶パネル４の方向に変換されて、対物レンズ３で集光され、大型液晶パネル４に照射される。
【００２６】
レーザー光源２から発振するレーザー光は、２００〜２０００ｎｍ（０．２〜２．０μｍ）である。
レーザー光源から発振されるレーザー光の波長が２００ｎｍ未満の短波長であると、空気中のレーザー光の透過効率が著しく低下する。
一方、レーザー光源から発振されるレーザー光の波長が２０００ｎｍ（２．０μｍ）を超えると、このような長波長のレーザー光を集光する対物レンズの材質が高コストになり、集光したレーザー光の焦点深度を、基板の全厚さ１００％に対して、基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含めるように制御することが難しくなる。
例えば、２００〜２０００ｎｍの波長のレーザー光を高効率で吸収するガラス等の透明な基板は、レーザー光の照射により基板内部のレーザースポット部分が局所的にガラスの軟化点以上に昇温され、所定範囲内の精密な深さ及び幅のスクライブを形成することができる。
【００２７】
レーザー光源２の駆動周波数は、１〜５００ＫＨｚであることが好ましい。
レーザー光源２の駆動周波数が１ＫＨｚ未満であると、加工対象物である基板の移動速度が速くなると、パルスレーザーの場合に、パルス発振の間隔が、移動速度に相対して長くなるので、連続加工が不可能となり、加工速度を速くすることができないので、生産性が低下する。
一方、レーザー光源２の駆動周波数が５００ＫＨｚを超えると、パルスレーザーの場合に、パルス出力特性が著しく低下するため、加工品の品質が著しく低下する。
【００２８】
対物レンズ３の開口率（Ｎ．Ａ．）は、０．０１〜０．５であることが好ましい。
対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）が０．０１未満であると、焦点距離が長くなり、工学系の加工機に搭載するには実用的でなく、更にレーザースポット径を５０μｍ以下にすることが難しくなる。
一方、対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）が０．５を超えると、焦点距離が短くなり、レーザー光を照射して基板を加工する際に、飛散した被加工物が対物レンズに付着してレンズの光透過性を著しく低下させる。
対物レンズの開口率（Ｎ．Ａ．）は、次の（２）式で表される数値である。（２）式中、ｎは対物レンズと加工対象物の間の媒質が有する屈折率であり、媒質が空気の場合は、ｎ＝１．０になる。また、（２）式中、θは、対物レンズの一番外側を通る光線と対物レンズの中心（光軸）との成す角度である。
Ｎ．Ａ．＝ｎ・ｓｉｎθ                                  ・・・（２）
【００２９】
図３〜図６は、図１及び図２に示すレーザー加工装置で、大型液晶パネル４を加工する一工程を示す説明図であり、図３〜６中、矢印は、大型液晶パネル４を固定した可動ステージ７を動かす方向を示している。
図３〜６に基づき、レーザー加工装置１を用いて大型液晶パネル４を加工する場合の一例を説明する。
図３に示すように、大型液晶パネル４を固定した可動ステージ７をＹ方向（図３中矢印方向）に移動して、大型液晶パネル４の加工予定ライン（切り出しピッチ）４ｄに対応して、アーム６上にアレイ状に設置されたレーザー変位計５（図１及び図２参照）で、同じアーム６上に設置された対物レンズ３と大型液晶パネル４の表面の距離を正確に測定する。
レーザー変位計５で測定した測定結果（焦点距離）は、加工予定ライン４ｄの加工順序、即ち、可動ステージ７をＹ方向に往復移動する移動経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品（図示略）にストレージする。
本例のレーザー加工装置１は、大型液晶パネル４の加工予定ライン４ｄに対応してアレイ状に設置された複数のレーザー変位計５を備えているため、可動ステージを１方向に１回移動させるだけで、対物レンズ３と大型液晶パネル４との距離情報を得ることができ、計測時間を大幅に短縮することができる。
【００３０】
次に、図４に示すように、対物レンズ３（図示略）と、大型液晶パネル４の１つの加工予定ライン４ｄとの位置を合わせる。
そして、加工予定ライン４ｄに沿って可動ステージ７が最短距離で移動するように、可動ステージ７をＹ方向に移動し、次に、分断する小型液晶パネル４ａの間隔だけＸ方向に可動ステージ７を移動した後、可動ステージ７を再びＹ方向に往復移動する。
可動ステージ７のＹ方向の往復移動に伴って、電子制御部品にストレージした焦点距離のシーケンシャルデータに基づいて、対物レンズ３の焦点距離をピエゾ素子等の調節手段で調節しつつ、可動ステージ７をＹ方向に往復移動して、大型液晶パネル４にレーザー光を照射する。
【００３１】
次に、可動ステージ７を９０°回転する。そして、図５に示すように、可動ステージ７をＹ方向（図８中矢印方向）に１回移動して、既にレーザー光が照射された加工予定ライン４ｄと直交する加工予定ライン４ｄに対応してアーム６上にアレイ状に設置されたレーザー変位計５で、対物レンズ３と大型液晶パネル４の表面の距離を正確に測定する。
【００３２】
その後、図６に示すように、対物レンズ３と加工予定ライン４ｄとの位置を合わせ、加工予定ライン４ｄに沿って、可動ステージ７が最短距離で移動するように、可動ステージ７をＹ方向に移動した後、割断する小型液晶パネル４ａの間隔だけＸ方向に可動ステージ７を移動し、次いで、再び可動ステージ７をＹ方向に往復移動する。可動ステージ７の移動と同時に、シーケンシャルデータとしてストレージされたレーザー変位計５の測定結果に基づいて、対物レンズの焦点距離を調節し、大型液晶パネル４にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、基板内部のレーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン４ｄに沿ってスクライブが形成される。
【００３３】
加工対象物が、図１〜６に示す大型液晶パネルのように、上側と下側の２枚の基板を貼り合わせた、貼り合わせ基板である場合は、下側の基板に、図３〜図６に示す順序でレーザー光を照射した後、上側の基板に、同様に図３〜図６に示す順序でレーザー光を照射することが好ましい。
先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、このレーザー光の照射により上側の基板の表面にスクライブが形成され、その後に、下側の基板にレーザー光を照射しても、上側の基板に形成されたスクライブによりレーザー光を正確に集光することが難しくなり、加工の信頼性が低下する。
【００３４】
本例のレーザー加工装置を用いた場合は、先ず、大型液晶パネルの下側の基板にレーザー光を照射することによって、レーザースポット部分が局所的に昇温されて、下側の基板にスクライブが形成される。次いで、大型液晶パネルの上側の基板にレーザー光を照射することによって、レーザースポット部分の局所的な昇温により上側の基板にスクライブが形成され、このスクライブの底部からクラックが垂直方向に進展して、大型液晶パネルをチッピング等を生じることなく、精度よく小型液晶パネルに割断することができる。
このように、本例のレーザー加工装置を用いた場合、大型液晶パネルのような貼り合わせ基板を上下反転させることなく、大型液晶パネルを小型液晶パネルに割断することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
本例のレーザー加工装置は、レーザー光の照射により、基板内部のレーザースポット部分を局所的に昇温するが、昇温される部分が小さいので、冷却水等を噴霧しなくても、昇温された部分が急冷される。そのため、急激な温度変化に伴う熱的ダメージを低減して、加工品の品質を向上させることができる。
【００３６】
本例のレーザー加工装置１において、加工条件の好ましい一例は以下の通りである。
レーザー光源の波長が２００〜２０００ｎｍ、レーザーパワーが、好ましくは１〜３０Ｗ、駆動周波数が、好ましくは１０〜５００ＫＨｚ、対物レンズの加工率（Ｎ．Ａ．）が、好ましくは０．０１〜０．５、可動ステージの移動速度が、好ましくは１０〜５００ｍｍ／ｓｅｃ（ｍｍ／秒）であると、例えば、基板の厚さが５００μｍ以下の薄い基板であっても、加工品の品質精度を向上させて、良好な加工を行うことができる。
【００３７】
レーザー光源の波長は、加工対象物の光吸収特性によって適切な波長であることが好ましく、加工対象物が透明なガラス基板である場合は、レーザー光源として、ガラスの透過率の高い２６６〜５３２ｎｍの波長のものを用いることがより好ましい。
また、レーザー光源の駆動周波数は加工速度、即ち、可動ステージ７の移動速度によって、より適切な駆動周波数を選択することができる。加工速度の高速化の観点から、レーザー光源の駆動周波数は、より好ましくは２０〜２００ＫＨｚである。
【００３８】
次に、本発明のレーザー加工装置の好ましい実施形態の他の例について説明する。
図７は、本例のレーザー加工装置１の好ましい実施形態の他の例を模式的に示す平面図であり、図８は、図７に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。なお、図７及び図８において、図１及び図２と同様の部材には、同一の符号を付した。
【００３９】
図７及び図８に示すように、本例のレーザー加工装置１は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源２と、対物レンズ３を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ３と加工対象物となる大型液晶パネル４の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計５と、レーザー変位計５の測定結果に基づいて、対物レンズ３で集光されたレーザー光の焦点深度が、大型液晶パネル４の表面から大型液晶パネル４の基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ３を駆動して焦点距離を調節する調節手段（例えば、ピエゾ素子、図示略）を備えている。
【００４０】
図９は、本例のレーザー加工装置１に設置したレーザー変位計５を示す平面図である。
レーザー変位計５は、対物レンズ３を備えたレーザー加工手段を中心として、水平方向の対称位置に設置している。本例のレーザー加工装置１においては、対物レンズ３を中心として、Ｘ軸及びＹ軸上の対称位置に４つのレーザー変位計５を、対物レンズ３を設置した共通アーム６上に設置している。
【００４１】
本例のレーザー加工装置１は、対物レンズ３を中心としてＸ軸及びＹ軸上の対称位置に設置された４つのレーザー変位計５によって、大型液晶パネル４の上側又は下側のどちらか一方の基板の表面と、対物レンズ３との距離を、大型液晶パネル４の加工予定ライン４ｄに沿って正確に測定する。
本例のレーザー加工装置１は、対物レンズ３を中心としてＸ軸及びＹ軸上の対称位置に設置した４つのレーザー変位計５で、可動ステージ７の移動に合わせて、対物レンズ３と大型液晶パネル４との距離を正確に測定するとともに、この測定結果に基づいて、ピエゾ素子で対物レンズ３をＺ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が、基板４ｂの全厚さ１００％に対して、基板４ｂの表面（下面）から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように焦点距離を調節する。
本例のレーザー加工装置１は、可動ステージ７の移動と共に、対物レンズ３と大型液晶パネル４との距離を測定しつつ、この測定結果に基づいて、可動ステージ７の移動に合わせてリアルタイムで、焦点距離を調節して、レーザー光を照射することができるので、加工時間を著しく短縮することができる。
また、本例のレーザー変位計５は、対物レンズ３を中心としてＸ軸及びＹ軸上の対称位置に設置されているので、基板の表面と対物レンズ３の間隔を正確に測定することができる。
【００４２】
図１０及び図１１は、図７〜９に示すレーザー加工装置１で、大型液晶パネル４を加工する際に、大型液晶パネル４を固定した可動ステージ７を動かす方向の一例を矢印で示した説明図である。
先ず、図１０に示すように、対物レンズ３（図示略）と、大型液晶パネル４の１つの加工予定ライン４ｄとの位置を合わせる。加工予定ライン４ｄに沿って可動ステージ７が最短距離で移動するように、可動ステージ７をＹ方向に移動し、次に、分断する小型液晶パネル４ａの間隔だけＸ方向に可動ステージ７を移動した後、可動ステージ７を再びＹ方向に往復移動する。
この可動ステージ７の往復移動に伴って、上記の４つのレーザー変位計５によって、大型液晶パネル４の上側又は下側のどちらか一方の基板（本例では下側の基板４ｂ）の表面（下面）と、対物レンズ３との距離を正確に測定する。この測定結果に基づいて、可動ステージ７を往復移動させながら、ピエゾ素子等の調節手段で対物レンズ３をＺ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が、基板４ｂの全厚さ１００％に対して、基板４ｂの表面（下面）から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように焦点距離を調節し、レーザー光を照射し、下側の基板４ｂにスクライブを形成する。
大型液晶パネル４は、下側の基板を先に加工することが好ましい。先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に先に形成されたスクライブにより、下側の基板内部の所定部分にレーザー光を正確に照射することが難しくなり、加工の信頼性が低下するからである。
【００４３】
次に、可動ステージ７を９０°回転する。図１１に示すように、加工予定ライン４ｄに沿って、可動ステージ７が最短距離で移動するように、分断する小型液晶パネル４ａの間隔だけＸ方向に可動ステージ７を移動しつつ、可動ステージ７をＹ方向に往復移動する。
そして、可動ステージ７を移動しながら、レーザー変位計５によって、上側の基板４ａの表面（上面）と対物レンズ３との距離を正確に測定し、この測定結果に基づいて、対物レンズ３をＺ軸方向に駆動して、レーザー光の焦点深度が所定範囲に含まれるように焦点距離を調節し、レーザー光を照射して、上側の基板４ａにスクライブを形成する。
上側の基板４ａにスクライブを形成した際に、下側の基板４ｂのスクライブの方向（垂直方向）にクラックが進展して、大型液晶パネル４を、精度よく小型パネルに分断することができる。
【００４４】
次に、本発明のレーザー加工方法の好ましい実施形態の一例について説明する。
本例のレーザー加工方法は、波長領域が２００〜２０００ｎｍのレーザー光を発振するレーザー光源と、上記レーザー光を集光する対物レンズを備えたレーザー加工手段と、上記対物レンズと加工対象物である基板の表面との距離を測定する２個以上のレーザー変位計と、上記レーザー変位計の測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、基板の表面から基板内部の所定の範囲に含まれるように上記対物レンズを駆動し、焦点距離を調節する調節手段を備えたレーザー加工装置を用いて、大型の基板を小型の基板に加工するレーザー加工方法であって、上記レーザー変位計で、上記対物レンズと上記大型の基板の表面との距離を測定する工程と、上記測定結果に基づいて、上記レーザー光の焦点深度が、上記基板の全厚さ１００％に対して上記基板の表面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する照射工程とを行う。
【００４５】
また、本例のレーザー加工方法は、加工対象物である基板が大型液晶パネルのような貼り合わせ基板の場合は、上記照射工程として、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の下側の基板の全厚さ１００％に対して上記下側の基板の下面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第１の照射工程と、上記レーザー光の焦点深度が、上記貼り合わせ基板の上側の基板の全厚さ１００％に対して上側の基板の上面から基板内部の５〜５０％の範囲に含まれるように対物レンズを駆動し焦点距離を調節して、レーザー光を照射する第２の照射工程を含む。
また、本例のレーザー加工方法は、加工対象物が大型有機ＥＬパネルや大型液晶パネルのような貼り合わせ基板の場合に、下側の基板にカラーフィルタを備え、上側の基板にＴＦＴを備えたものを加工するのに好適である。
先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に先に形成されたスクライブにより、下側の基板内部の所定部分にレーザー光を正確に照射することが難しくなり、加工の信頼性が低下するからである。
【００４６】
本発明のレーザー加工装置及びレーザー加工方法によれば、パネルを構成する材料にダメージを与えることなく、加工部位となる切断縁部分の強度を向上させて、大型の基板を小型の基板に加工することができるので、大型液晶パネルや大型有機ＥＬパネルを各デバイスの大きさに小さく分断する装置及び方法として好適である。
また、本発明によれば、２個以上のレーザー変位計を用いることによって、複数の加工予定ラインを有する加工対象物と対物レンズとの距離の測定時間を短縮することができ、しかも、大型の基板を上下反転することなく加工することができるので、生産効率を大幅に向上させることができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すレーザー加工装置で、厚さが１００μｍの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源２として、波長が３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧレーザーを用いた。このレーザー光源２は、レーザーパワーが５Ｗ、駆動周波数が５０ＫＨｚである。対物レンズ３の開口率（Ｎ．Ａ．）は０．１であり、可動ステージ７の移動速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ（ｍｍ／秒）である。
レーザー光の焦点を基板の表面から基板内部の３０μｍの位置に設定し、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％（１００μｍ）に対して、基板の表面から基板内部の５０％（５０μｍ）の範囲に含まれるように、対物レンズ３の焦点距離を調節し、レーザー光を照射した。
【００４８】
図１２は、実施例のレーザー加工装置及び加工方法で加工したガラス基板の光学顕微鏡写真を示し、ガラス基板の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
図１２に示すように、実施例のレーザー加工装置及び加工方法で加工したガラス基板は、チッピンング等を発生することなく、深さが４４．１μｍ、幅が１７．６μｍの精度のよい細い直線状のスクライブが形成された。また、スクライブの形成によりガラス基板の表面から基板内部の７０μｍの深さまで垂直なクラックが進展していた。
また、スクライブが形成された部位（加工部位）である切断縁部分は、破壊応力が２５０ＭＰａを超えており、曲げ強度が３０Ｎを超えていた。破壊応力は、４点曲げ強度評価法で測定した。
この結果から、ガラス基板にはレーザースポット部分の局所的な昇温により、ガラス基板を破壊させようとする引張り力を打ち消す圧縮応力が発生して熱変質層が形成され、加工品の加工部位（切断縁部分）の破壊応力が向上されていることが確認できた。また、本例のレーザー加工装置及び加工方法によれば、優れた精度で、加工品の品質を向上させて、大型の基板を小型の基板に加工できた。
【００４９】
（比較例）
レーザー光の焦点をガラス基板の表面から基板内部の７０μｍの位置に設定し、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％（１００μｍ）に対して、基板の表面から基板内部の７０％（７０μｍ）の位置を含むように、対物レンズ３の焦点距離を調節してレーザー光を照射したこと以外は、実施例と同様にして、ガラス基板を加工した。
【００５０】
図１３は、比較例１のガラス基板の光学顕微鏡写真を示し、（ａ）平面図及び（ｂ）断面図である。図１３に示すように、レーザー光の焦点深度が、基板の全厚さ１００％に対して、基板の表面から基板内の５〜５０％の範囲外（具体的には７０％）に含まれるように焦点距離を調節すると、加工部分にチッピングが発生し、精度のよい加工はできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のレーザー加工装置の一例を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
【図３】図１及び図２のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図４】図１及び図２のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図５】図１及び図２のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図６】図１及び図２のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図７】本発明のレーザー加工装置の他の例を模式的に示す平面図である。
【図８】図７に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。
【図９】図７及び図８のレーザー加工装置の対物レンズとレーザー変位計の概略構成を示す平面図である。
【図１０】図７及び図８のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図１１】図７及び図８のレーザー加工装置を用いた加工工程を示す説明図である。
【図１２】本発明のレーザー加工装置及びレーザー加工方法により加工したガラス基板の（ａ）平面図及び（ｂ）断面図である。
【図１３】比較例のレーザー加工装置及びレーザー加工方法により加工したガラス基板の（ａ）平面図及び（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…レーザー加工装置、２…レーザー光源、３…対物レンズ、４…大型液晶パネル、４ａ…上側の基板、４ｂ…下側の基板、４ｃ…スペーサー，４ｄ…加工予定ライン（切り出しピッチ），４ｅ…小型液晶パネル、５…レーザー変位計、６…アーム、７…可動ステージ、８，９…ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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