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Patent Searching and Data


Title:
LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/081621
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a laser processing apparatus wherein a cutting state of a substrate is correctly controlled in each processing step so that the substrate is surely not cut in a step of scribing by laser irradiation and the substrate is surely cut in a subsequent step of breaking by laser irradiation. The laser processing apparatus is provided with a table (40), which has a suction mechanism (MA) for sucking a substrate through a porous member (41), i.e., a member to be a substrate placing surface, and a floating mechanism (MB) for floating the substrate by blowing a gas to the substrate through the porous member; an abutting section (54) for limiting movement of the substrate in the horizontal direction by abutting to the side surface of the floated substrate; a laser light source (10); a laser beam scanning optical system (20) which makes a laser beam outputted from a laser light source perform scanning on the substrate; and a control section (80). The control section controls the substrate not to be cut, by restraining deformation of the substrate by operating the suction mechanism in the scribing step, and the control section controls to promote cutting of the substrate, by operating the floating mechanism and making the substrate freely deform in the breaking step.

Inventors:
MORITA, Hideki (LTD. 2-12-12 Minami-Kaneden, Suita-cit, Osaka 44, 5640044, JP)
森田 英毅 (〒44 大阪府吹田市南金田2丁目12番12号 三星ダイヤモンド工業株式会社内 Osaka, 5640044, JP)
Application Number:
JP2008/065514
Publication Date:
July 02, 2009
Filing Date:
August 29, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBOSHI DIAMOND INDUSTRIAL CO., LTD. (2-12-12, Minami-Kaneden Suita-cit, Osaka 44, 5640044, JP)
三星ダイヤモンド工業株式会社 (〒44 大阪府吹田市南金田2丁目12番12号 Osaka, 5640044, JP)
MORITA, Hideki (LTD. 2-12-12 Minami-Kaneden, Suita-cit, Osaka 44, 5640044, JP)
International Classes:
B23K26/10; B23K26/38; B23K26/40; B28D5/00; B28D7/04; C03B33/09
Attorney, Agent or Firm:
KASHIMA, Yoshio (409 Yuni Higashi-Umeda, 7-2 Minami Ogi-machi,Kita-ku, Osaka-city, Osaka 52, 5300052, JP)
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Claims:
脆性材料からなる基板の加工面に対し一回目のレーザビームの走査によりスクライブ加工を行い、次いで形成されたスクライブラインに沿って二回目のレーザビームの走査によりブレイク加工を行うレーザ加工装置であって、
基板載置面が多孔部材で形成され、多孔部材を介して基板を吸着する吸着機構と多孔部材を介して基板に気体を吹き付けて浮上させる浮上機構とが設けられたテーブルと、
 浮上した基板の基板側面に当接して基板の水平方向の移動を制限する当接部材と、
レーザ光源と、
レーザ光源から出射されるレーザビームを基板上で走査するレーザビーム走査光学系と、
スクライブ加工時は吸着機構を作動して基板の変形を拘束することにより基板の分断を防止し、かつ、ブレイク加工時は浮上機構を作動して基板の変形を自由に生じさせることにより基板の分断を促進するように制御する制御部とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
 脆性材料からなる基板の加工面に対し一回目のレーザビームの走査によりスクライブ加工を行い、次いで形成されたスクライブラインに沿って二回目のレーザビームの走査によりブレイク加工を行うレーザ加工装置であって、
基板載置面が多孔部材で形成され、多孔部材を介して基板を吸着する吸着機構と多孔部材を介して基板に気体を吹き付けて浮上させる浮上機構とが設けられたテーブルと、
レーザ光源と、
レーザ光源から出射されるレーザビームを基板上で走査するレーザビーム走査光学系と、
少なくとも厚板加工を行うときに実行する厚板加工モードと薄板加工を行うときに実行する薄板加工モードとが選択可能な加工モード選択部と、
厚板加工モードが選択されると、ブレイク加工時に浮上機構を作動して基板の変形を自由に生じさせることにより基板の分断を促進するよう制御し、薄板加工モードが選択されると、スクライブ加工時に吸着機構を作動して基板の変形を拘束することにより基板の分断を防止するように制御する加工モード別の制御部とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
 前記加工モード別の制御部は、さらに厚板加工モードでのスクライブ加工時には吸着機構を薄板加工モードよりも弱い吸着力で作動して基板の位置決めを行い、薄板加工モードでのブレイク加工時には浮上機構を作動して基板の変形を自由に生じさせることにより基板の分断を促進する制御を行う請求項2に記載のレーザ加工装置。
 スクライブ加工時に吸着機構を作動して基板の変形を拘束する際に、30MPa以上の力で吸引する請求項1または請求項2に記載のレーザ加工装置。
 脆性材料からなる基板の加工面に対し一回目のレーザビームの走査によりスクライブ加工を行い、次いで形成されたスクライブラインに沿って二回目のレーザビームの走査によりブレイク加工を行うレーザ加工方法であって、
スクライブ加工時は基板を基板載置面に吸着させて基板の変形を拘束することにより基板の分断を防止しながらスクライブラインを形成し、
ブレイク加工時はスクライブ加工時と同じ水平位置で基板を浮上させて基板の変形を自由に生じさせることにより基板の分断を促進することを特徴とするレーザ加工方法。
 脆性材料からなる基板の加工面に対し一回目のレーザビームの走査によりスクライブ加工を行い、次いで形成されたスクライブラインに沿って二回目のレーザビームの走査によりブレイク加工を行うレーザ加工方法であって、
基板の板厚が少なくとも0.5mm以下のときは、スクライブ加工時は基板を基板載置面に吸着させて基板の変形を拘束することにより基板の分断を防止し、
基板の板厚が少なくとも2mm以上のときは、ブレイク加工時は基板を基板載置面から浮上させて基板の変形を自由に生じさせることにより基板の分断を促進することを特徴とするレーザ加工方法。
Description:
レーザ加工装置およびレーザ加 方法

 本発明は、脆性材料基板にレーザビームを 射することにより基板が軟化する温度以下 加熱し、このレーザビームを相対移動させ ことにより分断加工を行うレーザ加工装置 関する。
 本発明の加工対象となる脆性材料基板には ガラス基板、焼結材料のセラミックス、単 晶シリコン、半導体ウエハ、セラミック基 等が含まれる。

 ガラス等の基板を分断(割断)する方法と て、テーブル上に載置した基板にレーザビ ムを走査してスクライブ加工(レーザスクラ ブともいう)を行い、次いで基板に形成され たスクライブラインに沿ってレーザビームを 走査してブレイク加工(レーザブレイクとも う)を行うレーザ加工方法が利用されている

 ここでスクライブ加工とは、基板を完全 断する前に、分断しようとする予定ライン に分断時の切筋となる浅いクラック(スクラ イブラインという)を形成する加工をいう。 れに対し、ブレイク加工とは、形成された クライブラインに沿ってレーザ照射などに りクラックを深さ方向に進展させて、完全 分断する加工をいう。

 最近では、基板の下方から基板下面に向け 気体を吹き付けて浮上させた状態で、予め 成されたスクライブラインに沿ってレーザ ームを走査することにより分断する加工方 が開示されている(特許文献1参照)。この文 によれば、予め形成されたスクライブライ にレーザビームが照射されると、このスク イブラインを基点として基板が曲がるよう 力が働くようになり、その際、基板が浮上 態であれば、支持手段(例えば基板を載置す るテーブル)による拘束(例えばテーブル面と 摩擦抵抗)がないために曲がりが制限されず 、容易に分断できることが開示されている。

特開2007-246298号公報

 一般に、第一回目のレーザ照射によりスク イブ加工を行った後、第二回目のレーザ照 によりブレイク加工を行う分断方法を実行 ることにより、高品質な分断面を得ること できる。その際、特許文献1に記載されてい るように、基板を浮上させた状態でレーザ照 射によるブレイク加工を行うことにより、基 板を支持手段であるテーブル上に載置した状 態でブレイク加工した場合に比べて、基板を 容易に分断することができるようになる。
 特に、基板の板厚が厚い場合、基板をテー ル上に載置しレーザを照射しただけではブ イク加工は困難であり、通常はブレイクバ を用いた機械的な押圧等により曲げモーメ トを加えて分断を行わなければならないが 基板を浮上させることにより、レーザ照射 けでも分断が可能になる。

 ところで、板厚0.5mm以下の基板によっては レーザ照射によるスクライブ加工の際に、 きなり分断されてしまい、かえって問題に ることがあった。すなわち、レーザ照射に るスクライブ加工の際は決して分断されな ようにし、次のレーザ照射によるブレイク 工の際に始めて分断されるように、加工工 ごとに基板状態を制御しなければならない 合があった。
 例えば、基板を方形に切り出す目的で、互 に直交する二方向(x方向およびy方向とする) に分断する場合(クロスカットという)、先にx 方向のスクライブ加工を行い、続いて直交す るy方向のスクライブ加工を行い、その後にx 向、y方向のブレイク加工を行う必要がある 。この場合、最初のx方向のスクライブ加工 際にいきなり分断されてしまうと、y方向の クライブ加工が困難になる。
 クロスカット以外でも、例えば平行なスク イブラインを複数本形成する場合に、すべ のスクライブラインを形成する以前に、先 分断されてしまうことが加工プロセス上、 題となる場合がある。

 そこで、本発明は、レーザ照射によるス ライブ加工時には確実に基板が分断されな ようにし、次工程のレーザ照射によるブレ ク加工において確実に分断されるように、 工工程ごとに基板の分断状態を正確に制御 ることができるレーザ加工装置を提供する とを目的とする。

 上記課題を解決するためになされた本発 のレーザ加工装置は、脆性材料からなる基 の加工面に対し一回目のレーザビームの走 によりスクライブ加工を行い、次いで形成 れたスクライブラインに沿って二回目のレ ザビームの走査によりブレイク加工を行う ーザ加工装置であって、基板載置面が多孔 材で形成され、多孔部材を介して基板を吸 する吸着機構と多孔部材を介して基板に気 を吹き付けて浮上させる浮上機構とが設け れたテーブルと、浮上した基板の基板側面 当接して基板の水平方向の移動を制限する 接部と、レーザ光源と、レーザ光源から出 されるレーザビームを基板上で走査するレ ザビーム走査光学系と、スクライブ加工時 吸着機構を作動して基板の変形を拘束する とにより基板の分断を防止し、かつ、ブレ ク加工時は浮上機構を作動して基板の変形 自由に生じさせることにより基板の分断を 進するように制御する制御部とを備えるよ にしている。

 ここで、多孔部材には、硬質のスポンジ材 セラミック等の多孔質材、多孔を形成した 属板等を用いることができる。
 本発明のレーザ加工装置によれば、テーブ の基板載置面となる多孔部材の上に、基板 載置される。制御部は、スクライブ加工時 は吸着機構を作動して基板を吸着する。こ とき、レーザビームが照射されても基板に げモーメントが加わるような変形が基板に じないように、強く吸着する。一般に、板 が厚い基板に比べて板厚が薄い基板は、レ ザビームで加熱されると曲がりが生じやす ので、被加工基板のなかで薄い基板(通常は 厚さが0.1mmまでの基板を薄い基板とする)につ いて、曲がりが生じない程度の吸着力で吸着 する。そして基板を基板載置面に強く吸着さ せた状態で、レーザビーム走査光学系により レーザビームを走査し、スクライブライン( ラック)を形成する。このようにして、スク イブ加工時には基板が決して分断されない うにしてスクライブラインを形成する。続 て、浮上機構によって基板下面に気体を吹 付けて基板を浮上させる。このとき当接部 によって基板が水平移動しないように制限 る。そして基板を浮上させた状態で、スク イブラインに沿ってレーザビームを走査し 分断する。一般に、板厚が薄い基板に比べ 板厚が厚い基板は、テーブルに吸着したま レーザビームを照射するだけでは分断が困 なため、基板を浮上させて基板の変形が自 に生じる状態でレーザビームを照射する。 れにより厚い基板でも容易に分断すること できるようになる。

 本発明によれば、基板の板厚に関わらず スクライブ加工時(レーザスクライブ時)に 確実に基板が分断されないようにし、次工 のブレイク加工時(レーザブレイク時)におい て確実に分断されるように、加工工程ごとに 基板の分断状態を正確に制御することができ る。

(その他の課題を解決するための手段及び効 )
 上記課題を解決するためになされた第二の 明のレーザ加工装置は、脆性材料からなる 板の加工面に対し一回目のレーザビームの 査によりスクライブ加工を行い、次いで形 されたスクライブラインに沿って二回目の ーザビームの走査によりブレイク加工を行 レーザ加工装置であって、基板載置面が多 部材で形成され、多孔部材を介して基板を 着する吸着機構と多孔部材を介して基板に 体を吹き付けて浮上させる浮上機構とが設 られたテーブルと、レーザ光源と、レーザ 源から出射されるレーザビームを基板上で 査するレーザビーム走査光学系と、少なく も厚板加工を行うときに実行する厚板加工 ードと薄板加工を行うときに実行する薄板 工モードとが選択可能な加工モード選択部 、厚板加工モードが選択されると、ブレイ 加工時に浮上機構を作動して基板の変形を 由に生じさせることにより基板の分断を促 するよう制御し、薄板加工モードが選択さ ると、スクライブ加工時に吸着機構を作動 て基板の変形を拘束することにより基板の 断を防止するように制御する加工モード別 制御部とを備えるようにしている。

 本発明によれば、加工モード選択部で厚板 工モードが選択されたときには、加工モー 別の制御部は、ブレイク加工時に浮上機構 作動し、脆性材料基板の変形が自由に生じ 状態にして基板の分断が行われるように制 する。これにより、板厚が厚い基板であっ も容易に分断加工を行うことができる。ま 、加工モード選択部で薄板加工モードが選 されたときには、加工モード別の制御部は スクライブ加工時に吸着機構を作動して基 の変形を拘束することにより基板の分断が 止できるように制御する。これにより板厚 薄い基板であっても、スクライブ加工時に 板の分断を防止することができる。
 このように基板の板厚に応じて、厚い基板 ついてはブレイク加工時の分断を容易にし 薄い基板についてはスクライブ加工時の分 を防止することができ、板厚に応じた制御 実行することができる。

 ここで、加工モード別の制御部は、さらに 板加工モードのスクライブ加工時には吸着 構を薄板加工モードよりも弱い吸着力で作 して基板の位置決めを行い、薄板加工モー のブレイク加工時には浮上機構を作動して 板の変形を自由に生じさせることにより基 の分断を促進する制御を行うようにしても い。
 これによれば、厚板加工モードの際は、ス ライブ加工時に通常の位置固定に必要な吸 力で位置決めを行う。薄板加工モードの際 、浮上機構を作動して基板の変形を自由に じさせるようにして基板の分断を促進する
 本発明によれば、基板の板厚に応じて、確 な分断加工を行うことができる。

 上記発明において、スクライブ加工時に吸 機構を作動して基板の変形を拘束する際に 30MPa以上の力で吸引するようにしてもよい
これによれば、スクライブ加工時にこのよう な強い力で吸着機構を作動するので、加熱時 に基板の変形を確実に抑えることができる。 なお、吸引力の上限については特に示してい ないが、基板がこわれたりしない範囲の力で 吸引する。

 また、別の観点からなされた本発明のレ ザ加工方法は、脆性材料基板の加工面に対 一回目のレーザビームの走査によりスクラ ブ加工を行い、次いで形成されたスクライ ラインに沿って二回目のレーザビームの走 によりブレイク加工を行うレーザ加工方法 あって、スクライブ加工時は基板を基板載 面に吸着させて基板の変形を拘束すること より基板の分断を防止しながらスクライブ インを形成し、ブレイク加工時はスクライ 加工時と同じ水平位置で基板を浮上させて 板の変形を自由に生じさせることにより基 の分断を促進するようにしている。

 さらに、別の観点からなされたレーザ加 方法は、脆性材料からなる基板の加工面に し一回目のレーザビームの走査によりスク イブ加工を行い、次いで形成されたスクラ ブラインに沿って二回目のレーザビームの 査によりブレイク加工を行うレーザ加工方 であって、基板の板厚が少なくとも0.5mm以 のときは、スクライブ加工時は基板を基板 置面に吸着させて基板の変形を拘束するこ により基板の分断を防止し、基板の板厚が なくとも2mm以上のときは、ブレイク加工時 基板を基板載置面から浮上させて基板の変 を自由に生じさせることにより基板の分断 促進するようにしている。

 これによれば、脆性材料からなる基板の 厚が少なくとも0.5mm以下のときは、基板載 面に吸着させて基板の変形を拘束すること より基板の分断を確実に防止し、基板の板 が少なくとも2mm以上のときは、ブレイク加 時は基板を基板載置面から浮上させて基板 変形を自由に生じさせることにより基板の 断を促進するようにしているので、薄板基 でも厚板基板でも、基板状態が所望の状態 なるように正確に基板状態を制御しながら 断加工を行うことができる。なお、0.5mm~2mm ついてはスクライブ加工時の吸着、ブレイ 加工時の浮上の両方を実行するようにして ブレイク加工時になってから確実に分断さ るようにするのが好ましい。

本発明の一実施形態であるレーザ加工 置LM1の全体構成図。 楕円形の平行ビームを出射するビーム 形部の構成例を示す図。 長軸方向切替部の構成を示す斜視図。 長軸方向切替部が第一の状態のときの 成および楕円レーザの進行する方向を示す 。 長軸方向切替部が第二の状態のときの 成および楕円レーザの進行する方向を示す 。 テーブルの断面構造を示す図。 基板誘導機構の構成を示す図。 図1のレーザ加工装置の制御系を示す図 。 一般加工モードを実行するときのフロ チャート。 厚板加工モードまたは薄板加工モード を実行するときのフローチャート。

符号の説明

 10 レーザ光源
 20 レーザ走査光学系
 21 ビーム整形部
 22 走査機構部
 23 光路調整部
 24 ビーム断面拡大部
 30 長軸方向切替部
 40 テーブル
 41 上部部材(多孔部材)
 46 真空ポンプ
 47 エアー源
 50 基板誘導機構
 51a,51b 可動当接部
 53a,53b 多関節アーム
 54a,54b 当接部材
 MA 吸着機構
 MB 浮上機構

 以下、本発明の実施形態を、ガラス基板 のレーザ加工装置を例にして、図面に基づ て説明する。ここではガラス基板を二方向( x方向およびy方向)にクロスカットする場合の 例について説明する。

 最初に本発明のレーザ加工を実行する際に いるレーザ加工装置の構成について説明す 。
 図1は本発明の一実施形態であるレーザ加工 装置LM1の全体構成図である。レーザ加工装置 LM1は、主に、レーザ光源10、レーザ走査光学 20、テーブル40、基板誘導機構50、トリガ機 60から構成される。

(レーザ光源)
 レーザ光源10には、CO 2 レーザが用いられる。CO 2 レーザの代わりにCOレーザ、エキシマレーザ 用いてもよい。レーザ光源10からは断面形 が円形のレーザビーム(元ビームL0)が出射さ る。

(レーザ走査光学系)
 レーザ走査光学系20は、大別すると、レー ビームの断面形状を調整するビーム整形部21 、レーザビームのビーム径を拡大して出射す るビーム断面拡大部24、レーザビームを基板 導いて基板G上にレーザスポットBSを形成す レーザ光学系およびこのレーザ光学系をテ ブル面(XY方向)に沿って移動する移動機構に よりビームスポットBSを走査する走査機構部2 2、ビーム整形部21およびビーム断面拡大部24 いずれかから出射したレーザビームを走査 構部22に導く光路調整部23と、レーザビーム (元ビーム)の光路をビーム整形部21とビーム 面拡大部24との間で切り替えるビーム断面切 替機構29とからなる。なお、テーブル面のう X方向を走査軸方向(スクライブを行う方向) Y方向を送り軸方向とする。

 ビーム整形部21について説明する。ビー 整形部21は、レーザ光源10から出射された元 ームを、断面形状が楕円形である平行ビー に整形するとともに、平行ビームの長軸径 短軸径を調整するための複数の光学素子か なる。

 図2(a)は楕円形の平行ビームを出射するビー ム整形部21の構成例を示す図である。このビ ム整形部21は、第一放物面鏡(凹面)M1、第二 物面鏡(凸面)M2、第三放物面鏡M3(凸面)、第 放物面鏡M4(凹面)の4つの光学素子からなる。 このうち第一放物面鏡(凹面)M1と第二放物面 (凸面)M2とは、互いの焦点を一致させて、共 点F 12 となるように配置してある。また、第三放物 面鏡(凸面)M3と第四放物面鏡(凹面)M4とについ も互いの焦点が一致し、共焦点F 34 となるように配置してある。

 そして、第一放物面鏡(凹面)M1から第二放 物面鏡(凸面)M2へ向かうレーザビームの進行 向がXY面方向となり、第二放物面鏡M2で反射 たレーザビームは第三放物面鏡M3へ向けら 、第三放物面鏡(凸面)M3から第四放物面鏡(凹 面)M4へ向かうレーザビームの進行方向がXZ面 なるように、これら4つの放物面鏡が立体的 に配置される。

 このような配置により、第一放物面鏡M1は X方向に進行する円形断面の元ビームL0(図2(b) 参照)を、XY面方向に反射する。そのときZ方 のビーム幅はそのままでありY方向のビーム は集束しながら進行するようになり、第二 物面鏡M2に入射する。第二放物面鏡M2は、共 焦点F 12 となるように配置してあることにより、Y方 に集束するレーザビームを反射すると、再 平行ビームL1(図2(c)参照)となって、X方向に けて進行するようになる。この平行ビームL1 のZ方向のビーム幅は、元ビームL0のままであ り、Y方向のビーム幅が縮小された楕円形状 断面を有するレーザビームとなる。

 さらに、平行ビームL1が進行して第三放 面鏡M3で反射されると、Y方向のビーム幅は のままでありX方向のビーム幅を拡大しなが XZ面内を進行するようになり、第四放物面 M4に入射する。

 第四放物面鏡M4は、共焦点F 34 となるように配置してあることにより、X方 に拡大するレーザビームを反射すると、再 平行ビームL2(図2(d)参照)になって、X方向に けて進行するようになる。この平行ビームL2 のZ方向のビーム幅は、元ビームL0より拡大さ れ、Y方向のビーム幅は元ビームより縮小さ た長い長軸の楕円形状の断面を有するレー ビームとなる。

 そして、ビーム整形部21により整形され 断面形状が楕円形の平行ビームL2は、後段の 光路調整部23および走査機構22を経て、基板G に楕円形状のビームスポットBSを形成する うになる。したがって、これら4つの放物面 M1~M4の光学定数を調整することにより、長 、短軸を独立に調整した所望の楕円のビー スポットを形成することができる。

 次にビーム断面拡大部24について説明す 。ビーム断面拡大部24は、レーザ光源からの 元ビームL0のビーム径を拡大するとともに平 光束にして出射する組み合わせレンズ28か なる。例えば凹レンズと凸レンズとの組み わせにより拡大平行光束にすることができ 。なお、拡大したビーム断面の断面積は、 ーム整形部21で形成される楕円ビームより大 きくなるように調整してある。これは、一般 にレーザスクライブ後に行うレーザブレイク の際に、広い範囲で加熱する方がブレイクし やすいためである。ただし、スクライブ加工 時と同じビームスポット形状でブレイク加工 を行うようにしてもよい。その場合はビーム 断面拡大部24を設ける必要はない。

 次にビーム断面切替機構29について説明す 。ビーム断面切替機構29は、2つの反射鏡M21 M22からなり、図示しない駆動機構により、 ーザビームの光路に出入りできるようにし ある。2つの反射鏡M21、M22を光路上に入れた 態にすると、ビーム整形部21に向かうレー ビームの光路はビーム断面拡大部24に向かう ように切り替わり、組み合わせレンズ28によ て拡大された並行光束の円形ビームが光路 整部23に進むようにしてある。
 したがって、レーザビームの光路がビーム 形部21に向かうか、ビーム断面拡大部24に向 かうかによって、楕円ビームの平行光束また は拡大された円形ビームの平行光束のいずれ かが光路調整部23に入射するようにしてある

 次に光路調整部23について説明する。光 調整部23は、図1に示すように長軸方向切替 30と平面鏡M6とからなり、ビーム整形部21と 査機構部22との間に設けられる。光路調整部 23は、走査機構部22へ楕円ビーム(拡大円形ビ ム)を導く光路調整を行うとともに、レーザ ビームの長軸方向を変更する調整を行う。

 図3は長軸方向切替部30の構成を示す斜視 である。図4は長軸方向切替部30が第一状態 ときの構成およびレーザビームの進行する 向を示す図(図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)に おけるA視)である。また、図5は長軸方向切替 部30が第二状態のときの構成およびレーザビ ムの進行する方向を示す図(図5(a)は平面図 図5(b)は図5(a)におけるA視)である。

 長軸方向切替部30は、平面鏡群(M11~M16)から る。平面鏡M11は、モータ31aで回転する支軸31 bにより90度回転する可動鏡にしてあり、光路 切替機構31として用いられる。
 また、平面鏡M16はスライド機構32によりY軸 向に移動するようにしてある。平面鏡M11と 面鏡M16とは連動し、図3および図4において 線で示す第一の位置と、図3において一点鎖 で示すとともに図5において実線で示す第二 の位置とが切り替わるようにしてある。

 平面鏡M11が第一の位置にあるとき、ビー 整形部21からX方向に向けて進行する楕円ビ ムL2は、平面鏡M11によるY方向への反射、平 鏡M12による-Z方向への反射、平面鏡M13によ -Y方向への反射、平面鏡M16による-Z方向への 射を繰り返して、平面鏡M6に進行するよう してある。このときにレーザビームが通過 る光路を第一光路とする。

 平面鏡M11が第二の位置にあるとき、ビー 整形部21からX方向に向けて進行するレーザ ームL2は、平面鏡M11による-Y方向への反射、 平面鏡M14による-X方向への反射、平面鏡M15に る-Z方向への反射を繰り返して平面鏡M6に進 行するようにしてある。このときにレーザビ ームが通過する光路を第二光路とする。第一 光路と第二光路とは平面鏡M16の位置で交差す るようにしてあり、第二光路を通過したレー ザビームを使用するときは、平面鏡M16をスラ イド機構32により光路から外すようにしてあ 。

 第一光路を通過したレーザビーム(楕円ビ ーム)と第二光路を通過したレーザビーム(楕 ビーム)とは、断面の形状は同じで、長軸方 向が90度ずれている。したがって、光路切替 構31での光路選択により、互いに長軸方向 直交する2種類の楕円ビームを選択して出射 ることができる。

 また、図1に示すように、長軸方向切替部 30は、X方向に進行する平行ビームL2を屈曲し Z方向に進行する平行ビームL3を形成するこ になる。平行ビームL2の光路長(M4~M11間距離) を調整することにより、走査機構部22との間 X方向の位置調整が行われる。また、平面鏡 M6は-Z方向に進行する平行ビームL3を-Y方向に 曲し、-Y方向に進行する平行ビームL4を形成 する。平行ビームL3の光路長(M16~M6間距離)を 整することにより、走査機構22部との間の高 さ(Z方向)調整が行われる。さらに後述する走 査機構の平面鏡M7が最もM6に近い位置にある きの平行ビームL4の光路長(M6~M7間距離)を調 することにより、走査機構部22との間のY方 の位置調整が行われる。

 次に、ビームスポットBSを走査する走査 構部22(レーザ光学系、移動機構)について説 する。走査機構部22は、軸線がY方向に向け れたガイドレール25と、図示しない駆動機 によりガイドレール25に沿って移動可能に取 り付けられる平面鏡M7と、平面鏡M7に一体に 定され、軸線がX方向に向けられたガイドレ ル26と、図示しない駆動機構によりガイド ール26に沿って移動可能に取り付けられる平 面鏡M8とからなる。このうち平面鏡M7および 面鏡M8は、長軸方向切替部30から出射された 円ビームを基板に照射してビームスポットB Sを形成するレーザ光学系を構成する。また ガイドレール25、26と図示しない駆動機構と レーザ光学系を移動するための移動機構を 成する。なお、テーブル40を挟んで2本のガ ドレール25を平行に設けるようにして、ガ ドレール26を両側から移動可能に支えるよう にしてもよい。

 便宜上、ガイドレール25の最も平面鏡M6に 近い位置を平面鏡M7の原点位置とする。平面 M7は、原点位置で平面鏡M6からの平行ビーム L4を反射し、平行ビームL5を平面鏡M8に導くよ うに角度が調整してある。このとき平行ビー ムL4は-Y方向に進行する。平面鏡M7はガイドレ ール25に沿ってY方向に移動するので、平面鏡 M7がガイドレール25上のどの位置に移動して 、平行ビームL4は平面鏡M7により反射され、 面鏡M8に導かれるようになる。

 平面鏡M8は平行ビームL5を反射し、基板G 上にビームスポットBSを形成する。このとき 平行ビームL5は-X方向に進行する。平面鏡M8は ガイドレール26に沿ってX方向に移動するので 、平面鏡M8がガイドレール26上のどの位置に 動しても、平行ビームL5は平面鏡M8により反 され、基板Gの上に同一形状のビームスポッ トBSが形成される。

 基板上に形成されるビームスポットBSの長 方向は、長軸方向切替部30で、第一光路を選 択しているときはY方向を向く。また、第二 路を選択しているときはX方向を向く。した って、平面鏡M8をX方向に移動(走査)すると は、第二光路を選択することで走査方向と 軸方向とを一致させることができる。また 平面鏡M8をY方向に移動(走査)するときは、第 一光路を選択することで、走査方向と長軸方 向とを一致させることができる。
 また、第一光路、第二光路のいずれを選択 ている場合も、ビームスポットBSは平行光 で基板に照射されることになるので、基板 後述するテーブル面に載置されている場合 も、基板がテーブル面から浮上されている 合でも同じビームスポットで照射されるこ になる。

(テーブル)
 次に、テーブル40について説明する。図6は ーブル40の断面構造を示す図である。テー ル40は、多孔部材(例えば多孔質セラミック) らなり基板G(図1参照)が載置される上面部材 41と、上面部材41の周囲に密着し、さらに底 が形成され、上面部材41との間に中空空間42a が形成されるボディ42と、中空空間42aに繋が 流路43が形成され、外部流路44に接続される プラグ45と、流路43、外部流路44、開度調節弁 46aを介して中空空間42aを減圧する真空ポンプ 46と、流路43、外部流路44、圧力調整弁47aを介 して中空空間42aに加圧空気を送るエアー源47 からなる。

 これらのうち、中空空間42a、流路43、外部 路44、開度調節弁46a、真空ポンプ46により、 板Gを上面部材41に吸着させる吸着機構MAが 成される。吸着機構MAは、開度調節弁46aによ り、強い吸着状態(吸着力が30MPa以上程度)と 普
通の吸着状態(吸着力が0.03MPa~0.3MPa程度)との 段階で、吸着力を調整することができるよ にしてある。前者の吸着状態の場合は、レ ザビームを照射してもガラス基板の曲がり 発生しないように強く吸着される。一方、 者の吸着状態の場合、吸着機構の一般的な 的である位置を固定し基板の移動を防ぐこ ができる程度に吸着される。

 また、中空空間42a、流路43、外部流路44、 開閉弁47a、エアー源47により、基板Gを上面部 材41の上に浮上させる浮上機構MBが形成され 。浮上機構MBは、基板のブレイク加工の際に 後述する基板誘導機構50とともに用いられる また、基板の水平方向の位置を調整する際 も、基板誘導機構50とともに用いられる。

(基板誘導機構)
 次に、基板誘導機構50について説明する。 板誘導機構50は、テーブル40上での基板の位 決めや微調整に用いられる。
 図7は基板誘導機構50の構造を示す図である 基板誘導機構50は、方形のテーブル40の対角 コーナー48a、48bの近傍に取り付けられる一対 の可動当接部51a、51bにより構成される。各可 動当接部51a、51bは、図示しない駆動機構によ って、支軸52a、52bを中心に並進動作や旋回動 作が行われる多関節アーム53a、53bを有する。 多関節アーム53a、53bの先端部分には、図示し ない駆動機構により旋回動作が行われる金属 製の当接部材54a、54bが取り付けられる。当接 部材54a、54bは、それぞれ先端が左右に分岐す るように取り付けられ、基板Gと接する部位 円柱形にしてある。この円柱の軸方向は鉛 方向に向けられている。

 したがって、基板Gを位置決めしたり微調 整したりするときに、エアー源47(図6)を作動 て基板Gを浮上させた状態で、基板Gを当接 材54a、54bで押すことにより、基板Gが当接部 54a、54bに軽く接しながら、所望の位置に移 するようになる。また、当接部材54a、54bの 置を所望位置で停止させると、浮上状態で 置を固定することができる。その後、エア 源47を停止し、真空ポンプ46を作動すること により、基板Gを同じ位置で吸着させること できる。

 なお、アライメントマークが形成されて る基板Gの場合は、テーブル40に定義される 標系に対する取り付け位置が予め計測され いるカメラ55a、55bを用いて、アライメント ークを撮影することにより、アライメント ークの現在位置から基板Gの位置ずれ量を求 め、移動量を算出し、基板誘導機構50により 動させることで、基板Gの位置を自動調整す ることもできる。

(トリガ機構)
 次に初期亀裂形成用のトリガ機構について 明する。図1に示すように、トリガ機構60は ッターホイール61と、昇降機構62と、支軸63 、多関節アーム64とからなる。多関節アー 64は、基板誘導機構50の多関節アーム53a、53b 同様の動きをする。カッターホール61の刃 はX方向に向けてある。
 初期亀裂TRを形成するときは、多関節アー 64により、カッターホイール61が初期亀裂を 成する位置の直上にくるようにする。そし 、昇降機構62により、カッターホイール61を 一時的に下降させて圧接することにより初期 亀裂TRを形成する。

 また、テーブル40の左辺に取り付けたト ガ機構60の他に、刃先をY方向に向けた第二 トリガ機構65を、図1の手前の辺または奥の に設けることにより、X方向、Y方向の二方向 に沿って続けてレーザ加工するときに、効率 的な加工を行うことができるようにしてある 。なお、トリガ機構65を設ける代わりに、基 誘導機構50を作動し、基板Gを90度回転させ 隣接する辺に初期亀裂を形成するようにす こともできる。

(制御系)
 続いて、レーザ加工装置LM1の制御系につい 説明する。図8はレーザ加工装置LM1の制御系 を示すブロック図である。レーザ加工装置LM1 は、テーブル40の吸着機構MAおよび浮上機構MB を駆動する吸着/浮上機構駆動部81、基板誘導 機構50の可動当接部51a、51bを駆動する基板誘 機構駆動部82、トリガ機構60の昇降機構61お び多関節アーム64を駆動するトリガ機構駆 部83、走査機構22の平面鏡M7、M8を移動させる 走査機構駆動部84、レーザビームを照射する ーザ駆動部85、冷却ノズルを設けてビーム ポットBSに追随する冷却スポットを形成する ときは冷媒ノズルから冷媒の噴霧を行う冷却 ノズル駆動部86、CCDカメラ55a、55bによる撮像 行うカメラ駆動部87、長軸方向切替部30の光 路切替機構31およびこれに連動するスライド 構32を駆動する光路切替機構駆動部88、ビー ム断面切替機構29を駆動するビーム断面切替 構駆動部89の各駆動系が、コンピュータ(CPU) で構成される制御部80によってコントロール れる。

 制御部80には、キーボード、マウス等の入 装置からなる入力部91、および各種の表示を 行う表示画面からなる表示部92が接続され、 要なメッセージが表示画面に表示されると もに、必要な指示や設定が入力できるよう してある。また、モード情報記憶部93が設 られ、一般加工モード、厚板加工モード、 板加工モードの情報が記憶してある。なお モード情報記憶部93はメモリ装置(HDD等)に設 られる。各加工モード情報には、それぞれ なるシーケンスプログラムが記憶されてお 、いずれかが選択されると、その加工モー のプログラムが制御部により実行される。 ードの選択を行うモード入力は、入力部91 より行われる。
 制御部80は、特にモード入力が行われてい い場合、あるいは一般加工モードが選択さ た場合に一般加工モードが実行される。一 、厚板加工モード、薄板加工モードが選択 れると、選択された加工モードが実行され 。

 一般加工モードは、基板の板厚が薄い場合 も厚い場合にも使用できるようにするため スクライブ加工時に吸着機構を用いて基板 強く吸着するとともに、ブレイク加工時に 上機構を用いて基板を浮上する。
 厚板加工モードは、基板の板厚が厚い場合 用いる。基板の板厚が厚い場合は、スクラ ブ加工時には誤って分断されてしまう問題 ほとんど発生しないが、ブレイク加工時に 板が分断されない問題が生じる。したがっ 、ブレイク時に浮上機構を用いて基板を浮 する。スクライブ時には、位置決め用に吸 機構を普通の吸着状態で使用する。
 薄板加工モードは、基板の板厚が薄い場合 用いる。基板の板厚が薄い場合はブレイク 工時に分断することが困難になる問題はほ んど発生しないが、スクライブ加工時に基 がいきなり分断されてしまう問題が生じる したがってスクライブ時に基板を強く吸着 て曲げモーメントの発生を抑えるようにす 。なおブレイク時は基板Gを浮上するまでも なく分断されるが、より確実に分断できるよ うにするために、浮上機構により基板を浮上 する。

 厚板加工モードは少なくとも2mm以上の板 の基板において利用する。これ以上の板厚 なると、基板を浮上させないと分断が困難 なるからである。一方、薄板加工モードは なくとも0.5mm以下の板厚の基板において利 する。これ以上の薄さになると、基板の曲 を積極的に抑えないとスクライブ時に分断 れてしまうからである。中間の0.5mm~2mmの板 の基板ではスクライブ時には吸着し、ブレ ク時には浮上させるようにするのが好まし 。

 また、閾値(例えば板厚1mm)を設定して、 れより厚いときは厚板加工モード、薄いと は薄板加工モードにするようにしてもよい 閾値を設定して加工モードを閾値に基づい 切り替える場合、入力部から基板の板厚の 値を入力することにより、モード選択を行 ようにしてもよい。

 また、詳細説明は省略するが、基板の板 を計測する機構を設けるようにして、計測 果に基づいて、自動的に加工モードが選択 れるようにしてもよい。

(動作例1)
 次に、レーザ加工装置LM1による典型的な動 例について説明する。ここではアライメン マークが刻まれた定型のガラス基板Gを、互 いに直交する第一方向と第二方向とにスクラ イブする場合について説明する。説明の便宜 上、第一方向をガラス基板のx方向、第二方 をガラス基板のy方向とし、アライメントマ クで位置決めを行ったときに、x方向がレー ザ走査光学系のX方向に一致するものとする

 図9はレーザ加工装置LM1による動作の第一の 例を示すフローチャートである。この例は、 一般加工モードが実行されるときの動作であ る。
 ガラス基板Gがテーブル40の上に載置される 、まず、基板誘導機構50を用いて基板Gの位 決めを行う(S101)。位置決めは、カメラ55a、5 5bにより、基板Gのアライメントマークを検出 し、位置ずれ量を求める。続いて、可動当接 部51a、51bを駆動し、当接部材54a、54bを基板G 基板側面に接近させる。同時に浮上機構MBを 作動させて、基板Gをテーブル面から浮上さ る。このときガラス基板Gは当接部材54a,54bと の接点(4箇所)で水平方向の移動が制限される 。続いて、可動当接部51a、51bを駆動して、基 板Gを水平方向に移動(並進、回転)し、位置ず れ量が0になる位置で停止させる。その結果 基板Gのx方向がレーザ走査光学系のX方向に 致した状態で位置決めが完了する。そして 上機構MBを停止し、吸着機構MAを作動させる とにより、基板Gをテーブル面に固定する。 このとき開度調節弁46aは強く吸着される状態 に設定される。

 続いて、トリガ機構60、65を駆動して、ガ ラス基板GのX方向およびY方向のスクライブ開 始位置に初期亀裂TRを作成する(S102)。

 続いて、x方向のレーザスクライブ加工を 行う(S103)。ビームスポットBSの長軸がX方向に 向くように長軸方向切替部30を駆動して第二 路を選択する。そして走査機構部22を駆動 て、平面鏡M7、M8の位置を調整し、レーザビ ムを照射しながら平面鏡M8をX方向に移動(走 査)することにより、ガラス基板のx方向にス ライブ加工を行う。このとき基板Gはテーブ ル面に強く吸着されており、基板Gには曲げ ーメントがほとんど生じていないため、い なり分断されることはない。x方向のスクラ ブを複数回繰り返すときは、平面鏡M7によ Y方向の移動(レーザ停止)と、平面鏡M8による X方向の移動(走査)(レーザ照射)とを交互に行 。

 続いて、y方向のレーザスクライブを行う (S104)。ビームスポットBSの長軸がY方向に向く ように長軸方向切替部30を駆動して第一光路 選択する。そして走査機構部22を駆動して 平面鏡M7、M8の位置を調整し、レーザビーム 照射しながら平面鏡M7をY方向に移動(走査) ることにより、ガラス基板のy方向にスクラ ブ加工を行う。このときも基板Gはテーブル 面に強く吸着されており、基板Gには曲げモ メントがほとんど生じていないため、分断 れることはない。以上の加工により、x方向 よびy方向のスクライブ加工が完了する。

 続いて、y方向、x方向のレーザブレイクを う(S105、S106)。y方向から先にレーザブレイク を行えばよいが、x方向に戻してからレーザ レイクを行うようにしてもよい。このとき 板Gは浮上機構MBにより浮上状態にする。ビ ム断面切替機構29を駆動してレーザ光源10か のレーザビームがビーム断面拡大部28に向 うように切り替えておく。これにより基板G は拡大された円形ビームが照射されること なり、円形ビームによるレーザブレイクが われる。続いて、レーザスクライブ時と同 にレーザビームを走査する。
 以上の動作により、x方向およびy方向への ーザブレイクが行われ、基板Gは方形に分断 れる。

(動作例2)
 次に、レーザ加工装置LM1による第二の動作 について説明する。
 図10はレーザ加工装置LM1による動作の第二 例を示すフローチャートである。この例は モード選択が行われ、厚板加工モードまた 薄板加工モードが選択される場合の動作を す。

 ガラス基板Gがテーブル40の上に載置され と、まず、基板誘導機構50を用いて基板Gの 置決めを行う(S201)。続いて、トリガ機構60 65を駆動して、ガラス基板GのX方向およびY方 向のスクライブ開始位置に初期亀裂TRを作成 る(S202)。以上の工程はS101,S102と同じである

 続いて、モード入力の結果を判定する(S20 3)。一般加工モードが選択されたときは上述 た動作例1のS103に進み、レーザスクライブ レーザブレイクが行われる。薄板加工モー が選択されたときはS204に進み、厚板加工モ ドが選択されたときはS210に進む。

 薄板加工モードが選択されると、x方向の レーザスクライブを行い(S204)、続いてy方向 レーザスクライブを行う(S205)。このときの 順はS103,S104と同様である。すなわち、基板G テーブル面に強く吸着させ、基板Gには曲げ モーメントがほとんど生じないようにしてレ ーザ照射を行う。これにより、基板Gがいき り分断されることがないようにする。

 続いて、y方向、x方向のレーザブレイク 行う(S206、S207)。このとき基板Gは、一応、浮 上機構MBにより浮上状態にする。ビーム断面 替機構29を駆動してレーザ光源からのレー ビームがビーム断面拡大部28に向かうように 切り替えておく。続いて、レーザスクライブ 時と同様にレーザビームを走査する。以上の 動作により、x方向およびy方向へのレーザブ イクが行われ、基板Gは方形に分断される。

 厚板加工モードが選択されると、x方向の レーザスクライブを行い(S210)、続いてy方向 レーザスクライブを行う(S211)。基板Gは十分 厚いため、強い吸着を行わずとも、分断さ ることはないので、基板Gが水平移動しない ように、基板Gをテーブル面に普通の強さ(位 決め用)で吸着させておく。

 続いて、y方向、x方向のレーザブレイク 行う(S212、S213)。このとき基板Gは、必ず浮上 機構MBにより浮上状態にする。ビーム断面切 機構29を駆動してレーザ光源からのレーザ ームがビーム断面拡大部28に向かうように切 り替えておく。この状態でレーザビームを走 査し、x方向およびy方向へのレーザブレイク 行うことにより、基板Gは方形に分断される 。

 本発明は、ガラス基板等の分断加工を行 レーザ加工装置に利用することができる。