JP2020001081A - 基板のレーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の端面においてレーザ加工できない領域を減らす。【解決手段】基板Ｗのレーザ加工方法は、基板Ｗの第１端面３１に対して、レーザ光Ｌの光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光Ｌを照射する第１レーザ光照射ステップと、基板Ｗの第１端面３１から離れた位置に対して、レーザ光Ｌを垂直に照射する第２レーザ光照射ステップとを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、基板のレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

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、基板内で自己収束を引き起こし、結果として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によって、スクライブラインが形成される。

特表２０１３−５３６０８１号公報

基板の一方の端面から他方の端面までレーザ加工を行う場合、基板の端面では空気とガラスの屈折率が異なることに起因して、基板の端面においてレーザ光の集光点が端面の外側と内側で一致しないことがある。この場合、基板の端面付近を十分にて加工できない問題がある。
図５を用いて、従来の技術をさらに具体的に説明する。図５は、従来の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図である。この場合、レーザ光Ｌは基板Ｗの第１端面３１において集光点が基板内外で一致していない。そのため、第１端面３１において十分にレーザ加工をすることができない領域Ｎができてしまう。
本発明の目的は、基板の端面においてレーザ加工できない領域を減らすことにある。

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。

本発明一見地に係る基板のレーザ加工方法は、下記のステップを備えている。
◎基板の端面に対して、レーザ光の光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射する第１レーザ光照射ステップ
◎基板の端面から離れた位置に対して、レーザ光を垂直に照射する第２レーザ光照射ステップ
この方法では、レーザ光は傾けられた状態で基板端面に照射される。したがって、基板の端面において集光点が一致している。その結果、基板の端面及びその近傍においても所望のレーザ加工が実現される。

第１レーザ光照射ステップにおいてレーザ光の光軸を傾ける動作は、レーザ光を集光レンズに入射する位置を変更することで行われてもよい。

第１レーザ光照射ステップにおいてレーザ光の光軸を傾ける動作は、レーザ光を照射する光学系を傾けることで行われてもよい。

第１レーザ光照射ステップにおいてレーザ光の光軸を傾ける動作は、空間光位相変調によって行われてもよい。

本発明の他の見地に係る基板のレーザ加工装置は、基板が載置されるテーブルと、レーザ光を発振するレーザ装置と、レーザ装置で発振されたレーザ光を集光して基板に照射する伝送光学系と、伝送光学系から基板に照射されるレーザ光の光軸の傾きを変更する駆動機構と、テーブルを伝送光学系に対して相対移動させるテーブル駆動部と、レーザ装置、駆動機構及びテーブル駆動部を制御する制御部とを備えている。
制御部は、基板の端面に対して、レーザ光の光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射し、基板の端面から離れた位置に対して、レーザ光を垂直に照射するように制御する。
この装置では、上記と同様の効果が得られる。

本発明に係る基板のレーザ加工方法では、基板の端面においてレーザ加工できない領域が減る。

第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 第１実施形態の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図。 第２実施形態の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図。 第３実施形態のレーザ加工装置の模式図。 従来の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１を用いて、本発明の一実施形態によるガラス基板切断用のレーザ加工装置１の全体構成を説明する。図１は、第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
レーザ加工装置１は、基板Ｗをフルカット加工するための装置である。
基板Ｗは、例えば、ソーダガラスであり、厚みが例えば１．８ｍｍであり、１．１〜３ｍｍの範囲にある。

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、基板Ｗにレーザ光Ｌを照射するためのレーザ光を発振するレーザ発振器１５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のピコ秒レーザである。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、レーザ装置３で発振されたレーザ光を集光して基板Ｗに照射する伝送光学系５を有している。伝送光学系５は、例えば、集光レンズ１９、複数のミラー（図示せず）、プリズム（図示せず）等を有する。
レーザ加工装置１は、伝送光学系５全体又はその一部である光学部材（レンズ、ミラー等）の位置や姿勢を変更させることによって、基板Ｗに照射されるレーザ光の光軸の傾きを変更する駆動機構１１を有している。

レーザ加工装置１は、基板Ｗが載置される加工テーブル７を有している。加工テーブル７は、テーブル駆動部１３によって移動される。テーブル駆動部１３は、加工テーブル７をベッド（図示せず）に対して水平方向に移動させる移動装置（図示せず）を有している。移動装置は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。

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。

制御部９は、レーザ制御部１７、駆動機構１１、及びテーブル駆動部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。

（２）レーザ加工方法
図２を用いて、基板Ｗのレーザ加工方法を説明する。図２は、第１実施形態の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図である。
レーザ加工方法は、基板Ｗの内部のレーザ加工を平面方向に断続的に行い、たとえばスクライブラインを形成する。具体的には、基板Ｗの第１端面３１から第２端面３３まで、平面方向に連続してレーザ光Ｌが照射される（レーザ光照射ステップ）。

上記の動作において、第１端面３１及びその近傍の加工並びに第２端面３３及びその近傍の加工時には、レーザ光Ｌが傾けられることで、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３において集光点が一致している。その結果、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３においても所望のレーザ加工が実現される。

具体的には、集光レンズ１９に入射されるレーザ光Ｌの位置が適宜変更されることで、上記動作が実現される。レーザ光Ｌの位置を変更するために、ミラー（図示せず）等の位置が変更される。つまり、光軸傾けステップは、レーザ光Ｌを集光レンズ１９に入射する位置を変更することで行われる。
さらに、具体的には、基板Ｗの第１端面３１及びその近傍に対して、レーザ光Ｌの光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射する第１レーザ光照射ステップが行われる。
次に、基板Ｗの第１端面３１から離れた位置に対して、レーザ光Ｌを垂直に照射する第２レーザ光照射ステップが行われる。

最後に、基板Ｗの第２端面３３及びその近傍に対して、レーザ光Ｌの光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射する第３レーザ光照射ステップが行われる。
この方法では、レーザ光Ｌは傾けられた状態で基板Ｗの第１端面３１又は第２端面３３に照射されるので、基板Ｗの第１端面３１又は第２端面３３において集光点が基板内外で一致している。その結果、基板Ｗの第１端面３１又は第２端面３３においても所望のレーザ加工が実現される。

２．第２実施形態
前記実施形態ではレーザ光を傾けるために集光レンズに対するレーザ光入射角度を変更したが、光軸傾けは他の手段によって実現してもよい。たとえば、光軸傾けステップは、レーザ光を照射する光学系を傾けることで行われてもよい。
図３を用いて、そのような実施形態を第２実施形態として説明する。図３は、第２実施形態の基板をレーザ加工する動作を示す基板の模式的断面図である。

レーザ加工方法は、具体的には、レーザ光Ｌによる基板Ｗの内部加工を平面方向に断続的に行うことで、スクライブラインを形成する。具体的には、基板Ｗの第１端面３１から第２端面３３まで、平面方向に連続してレーザ光Ｌが照射される（レーザ光照射ステップ）。
上記の動作において、第１端面３１及びその近傍の加工並びに第２端面３３及びその近傍の加工時には、レーザ光Ｌが傾けられることで、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３において基板内外で集光点が一致している。その結果、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３においても所望のレーザ加工が実現される。

具体的には、集光レンズ１９及びそこに入射されるレーザ光Ｌの角度が適宜変更されることで、上記動作が実現される。上記の変更をするために、集光レンズ１９及びミラー（図示せず）等の光学系又は伝送光学系５全体の位置又は姿勢が変更される。

３．第３実施形態
光軸傾けステップは、空間光位相変調によって行われてもよい。図４を用いて、そのような実施形態を説明する。図４は、第３実施形態のレーザ加工装置の模式図である。

レーザ加工装置１Ａは、レーザ装置３から出射されたレーザ光を変調する空間光位相変調器２１を有している。空間光位相変調器２１は、例えば反射型であり、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）の空間光位相変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であってもよい。空間光位相変調器２１は、水平方向から入射するレーザ光を変調すると共に、下方に反射する。

レーザ加工装置１Ａは、駆動部２３を有している。駆動部２３は、空間光位相変調器２１における各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターンを表示させ、これにより、レーザ光を空間光位相変調器２１で変調させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、例えば、加工痕を形成しようとする位置、照射するレーザ光の波長、加工対象物の材料、及び伝送光学系５や加工対象物の屈折率等に基づいて予め導出され、制御部９に記憶されている。

レーザ加工方法は、具体的には、レーザ光Ｌによる基板Ｗの内部加工を平面方向に断続的に行うことで、スクライブラインを形成する。具体的には、図示しないが、基板Ｗの第１端面３１から第２端面３３まで、平面方向に連続してレーザ光Ｌが照射される（レーザ光照射ステップ）。
上記の動作において、第１端面３１及びその近傍の加工並びに第２端面３３及びその近傍の加工時には、レーザ光Ｌが傾けられることで、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３において集光点が一致している。その結果、基板Ｗの第１端面３１及び第２端面３３においても所望のレーザ加工が実現される。

４．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形態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。

本発明は、基板のレーザ加工方法に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３ ：レーザ装置
５ ：伝送光学系
７ ：加工テーブル
９ ：制御部
１１ ：駆動機構
１３ ：テーブル駆動部
１５ ：レーザ発振器
１７ ：レーザ制御部
１９ ：集光レンズ
２１ ：空間光位相変調器
２３ ：駆動部
３１ ：第１端面
３３ ：第２端面
Ｗ ：基板

Claims (5)

1. 基板のレーザ加工方法であって、
   前記基板の端面に対して、レーザ光の光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射する第１レーザ光照射ステップと、
   前記基板の端面から離れた位置に対してレーザ光を垂直に照射する第２レーザ光照射ステップと、
   を備えた基板のレーザ加工方法。
2. 前記第１レーザ光照射ステップにおいて前記レーザ光の光軸を傾ける動作は、レーザ光を集光レンズに入射する位置を変更することで行われる、請求項１に記載の基板のレーザ加工方法。
3. 前記第１レーザ光照射ステップにおいて前記レーザ光の光軸を傾ける動作は、前記レーザ光を照射する光学系を傾けることで行われる、請求項１に記載の基板のレーザ加工方法。
4. 前記第１レーザ光照射ステップにおいて前記レーザ光の光軸を傾ける動作は、空間光位相変調によって行われる、請求項１に記載の基板のレーザ加工方法。
5. 基板のレーザ加工装置であって、
   基板が載置されるテーブルと、
   レーザ光を発振するレーザ装置と、
   前記レーザ装置で発振されたレーザ光を集光して前記基板に照射する伝送光学系と、
   前記伝送光学系から前記基板に照射されるレーザ光の光軸の傾きを変更する駆動機構と、
   前記テーブルを前記伝送光学系に対して相対移動させるテーブル駆動部と、
   前記レーザ装置、前記駆動機構及び前記テーブル駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記基板の端面に対して、レーザ光の光軸を基板内側から基板外側に向くように傾けた状態でレーザ光を照射し、前記基板の端面から離れた位置に対してレーザ光を垂直に照射するように制御する、
   レーザ加工装置。
   

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