CN101386467B - 脆性材料基板的分割装置和分割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够以第一次激光加热、冷却、第二次激光加热的步骤可靠地分割基板的脆性材料基板的分割装置和分割方法。通过调整从一个激光光源射出的激光束光路的光路调整机构来形成第一激光点和第二激光点，在形成第一激光点时，以垂直射入基板的垂直入射光束为中心且呈大致对称的热能分布的光束形状进行照射；在形成第二激光点时，以倾斜射入基板的倾斜入射光束为中心且呈前侧比后侧大的热能分布的形状进行照射。

Description

脆性材料基板的分割装置和分割方法
技术领域
本发明涉及通过激光照射的局部加热和紧随加热的冷却以及利用第二次激光照射再加热，来分割脆性材料基板的分割装置和分割方法。
此处所谓的脆性材料基板，指的是玻璃基板、烧结材料的陶瓷、单晶硅、半导体芯片、陶瓷基板等。
背景技术
目前期望一种几乎不产生碎屑、能够得到高质量的分割面的玻璃基板等脆性材料基板的分割方法。作为能够实现这种分割的分割方法，提出有通过激光照射、制冷剂喷射、第二次激光照射的步骤分割基板的方法(参照专利文献1)。
即，沿着待分割的基板的表面上的假想线(分割预定线)进行基于第一次激光束的照射的局部加热，并在加热后立刻喷射制冷剂进行冷却，由此在基板表面形成裂纹(划线)。接着，通过沿着所形成的裂纹(划线)进行基于第二次激光束照射的再加热，使裂纹伸展至基板的深部(以后，在本说明书中当裂纹向基板的深度方向成长时都以“伸展”表示)。此时裂纹伸展至基板背面，使基板完全断裂。根据该文献，使用一台或者多台激光装置，在使用一台激光装置进行加工时，形成椭圆形状的激光点，利用相同形状的激光点反复照射来进行第一次加热和第二次加热。在使用多台激光装置时，能够使各激光装置的镜筒部的透镜系统不同，可以第一次形成一个椭圆点进行照射，第二次形成多个点进行照射。
并且，公开有通过下述方式进行划线的方法及装置：一边沿着划线预定线利用椭圆形状的第一激光点进行加热，一边利用圆形状或者长方形状的冷却点对第一激光点的附近区域进行冷却，进一步利用椭圆形状的第二激光点对第一激光点相反侧的接近冷却点的区域进行加热，由此进行划线(参照专利文献2)。根据该文献，通过利用光学系统对来自第一激光振荡器、第二激光振荡器的激光束进行加工，从而形成椭圆形状的第一激光点和第二激光点。进而通过利用第一激光点的加热和利用冷却点的冷却产生应力梯度，从而在基板上形成垂直裂纹。进一步，通过利用第二激光点对接近冷却点的区域再次加热，使垂直裂纹进一步向背面伸展(当裂纹到达板底时即被整体切割)。接着，将基板提供给分割工序，对裂纹左右施加弯曲力矩来分割基板。
进一步，在依次配置第一激光点、冷却点、第二激光点，并通过同时对基板进行扫描来切断玻璃基板那样的脆性材料基板的方法中，公开了使第一激光点的点形状相对于长轴(待分割的线的方向)左右对称、并且在长轴方向上前后不对称(前方的面积比后方的面积大)，由此使分割速度极大化的方法(参照专利文献3、图8)。根据该文献公开了下述内容，切断装置具有产生第一激光束、第二激光束的两台激光束照射装置，形成为点形状前后不对称的第一激光束是通过下述方法得到的：在使由第一激光束照射装置产生的第一激光束通过由凸透镜和凹透镜组成的透镜组时，使其通过从透镜组的焦点向一侧偏置的位置。
进一步，在依次配置第一激光点、冷却点、第二激光点并通过同时对基板进行扫描来进行脆性材料基板的划线的方法中，公开了下述方法：以使最大热能强度区域偏向接近冷却点的前端部的方式设置第二激光点，从而在第二激光点与冷却点之间产生较大的应力梯度，由此使沿着划线预定线形成的垂直裂纹向背面进一步较深地伸展(参照专利文献4)。根据该文献，搭载第一激光点用和第二激光点用的两台激光装置，分别对各激光点的热能强度分布进行调整，通过透镜系统利用衍射光栅透镜将各激光点加工成热能强度分布在一端侧最大。
【专利文献1】日本特开2001-130921号公报
【专利文献2】WO2003/026861号公报
【专利文献3】日本特开2003-117921号公报
【专利文献4】WO2003/013816号公报
如这些专利文献中所记载的那样，能够利用第一次激光加热和紧随加热的冷却在脆性材料基板上形成裂纹(划线)，进一步通过进行第二次激光加热使已经形成的裂纹较深地伸展。
然而，在利用第二次激光加热使裂纹向深部伸展时，使裂纹到达背面从而完全分割基板、还是裂纹不到达背面而是停止在基板内取决于基板的板厚、加热条件、冷却条件，特别是基板的板厚和加热条件的影响较大。
通常，虽然对于板厚较厚的基板(厚度为1mm以上)，能够通过调整加热条件等使裂纹比较容易地伸展至背面从而完全分割基板，但是随着基板的板厚变薄，利用第二次激光加热使裂纹向深度方向伸展以进行分割的控制变得困难。这是因为，为了使形成于基板表面的裂纹向基板的深度方向伸展，必须在基板内形成在深度方向上变化的应力梯度用以引起裂纹的伸展，但是在基板的板厚较薄的情况下，难以形成为了形成上述的应力梯度所必须的深度方向的温度差。即，当基板的板厚较薄时，由激光加热产生的温热、由制冷剂喷射产生的冷热直接从表面侧传递至背面侧，从而难以产生温度差。特别是当基板的板厚减薄至0.7mm以下时，该倾向更显著。
因此，随着基板的板厚变薄，仅进行第二次激光照射不一定能够分割基板，因此必须如专利文献2中所记载的那样，将沿着裂纹(划线)施加弯曲力矩的断裂工序追加至下一工序，以可靠地进行分割。
并且，虽然在专利文献1中也有记载，但当基板的板厚较薄时，有时会根据加热条件、冷却条件不同而存在利用第一次激光加热和紧随加热的冷却突然被分割。这是因为基板并不是由于深度方向的应力梯度被分割，而是在基板面方向进行的分割(为了与裂纹在深度方向上伸展的情况区分，在由面方向的应力梯度导致的分割中称为“进行”而不是“伸展”)，所述在基板的面方向进行的分割是由激光束的扫描方向(基板的面方向)的应力梯度引起的、即由在被激光束照射的位置附近产生的压缩应力和在被喷射制冷剂的位置附近产生的拉伸应力之间的面方向的应力梯度引起的。将这种情况称为横裂。由横裂导致的分割与由上述的深度方向的应力梯度导致的分割(称为纵裂)在分割机理上不同，分割面的直进性和质量都比由纵裂导致的分割差，因此必须调整加热条件等，避免产生由横裂导致的分割。换句话说，即使是在基板的板厚较薄的情况下，在通过第一次激光加热和紧随加热的冷却一旦形成裂纹(划线)后，必须利用第二次激光加热使裂纹向深度方向伸展来进行分割(纵裂)。
此时，虽然比较容易找出在第一次激光加热中不产生横裂的加热条件，但是，通常即使是用第一次激光加热中使用的不产生横裂的加热条件反复进行第二次激光加热，也难以使裂纹向深度方向伸展，需要将第二次激光加热设定成与第一次的加热条件不同的加热条件(不同的热能分布等)。顺便说一下，实验已经证明，当使第二次激光照射中的激光点与第一次激光照射中的激光点的形状相同、热能分布相同时，仅产生与第一次相同的应力分布，因此裂纹几乎不会伸展。
这样，随着基板的板厚变薄，存在经过第一次激光加热、冷却、第二次激光加热的步骤一旦形成裂纹(划线)之后，难以使形成的裂纹伸展从而完全分割(纵裂)基板的倾向，其结果是，难以分割成具有高质量的分割面的多个基板。
因此，期望一种下述的分割装置和分割方法：即使是在基板的板厚较薄时，也能够可靠地在形成裂纹(划线)之后，使裂纹较深地伸展来进行分割(纵裂)。
如上述的专利文献4那样，使第一激光点和第二激光点中的激光点的形状变化，以使接近冷却点一侧的前端为最大能量强度分布的方式照射第二激光点，从而使裂纹较深地伸展，这种方法使第二次的加热条件与第一次的加热条件成为不同的加热条件，即使基板的板厚较薄时也是有效的，能够应用。
但是，在上述文献中搭载有两台激光装置，因此装置大型化。并且，当使用两台激光装置时，第一次激光照射和第二次激光照射使用不同的光学系统将激光照射至基板，因此必须对各个激光装置所形成的激光点之间的光学位置进行调整。并且，在上述文献中，各激光装置在激光束的光路上安装有特殊的衍射光栅透镜来形成不对称的热能强度分布，因此在采用一个激光装置的情况下难以变更照射的热能分布来加以利用。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供可靠地实现了为实现由纵裂产生的基板分割所必须的第一次激光加热、冷却、第二次激光加热的步骤的分割处理的分割装置和分割方法。
并且，本发明的目的在于提供对进行激光照射的光学系统进行改良、能够在短时间内简单地切换和调整第一次激光加热和第二次激光加热的分割装置和分割方法。
为了解决上述课题，本发明的脆性材料基板的分割装置具有：激光照射单元，其将点形状彼此不同的第一激光点和第二激光点选择性地照射至工作台上的脆性材料基板上；冷却单元，其在照射第一激光点时形成对第一激光点附近进行冷却的冷却点；移动单元，其使第一激光点、第二激光点、冷却点相对于所述基板相对移动；以及分割控制部，其进行下述控制：一边对所述基板照射第一激光点一边使第一激光点移动，从而以比所述基板的软化点低的温度进行加热；使冷却点以追随第一激光点的方式移动来进行冷却，从而在基板表面形成裂纹；进一步一边沿着所述裂纹照射第二激光点一边使第二激光点移动，以比基板的软化点低的温度再次加热所述基板，从而由此使所述裂纹伸展至所述基板的背面以分割所述基板，其中，所述激光照射单元利用光路调整机构形成所述第一激光点或者所述第二激光点，所述光路调整机构对从一个激光光源射出的激光束的光路进行调整，在所述激光照射单元形成第一激光点时，以垂直射入所述基板的垂直入射光束为中心且呈相对于第一激光点移动方向对称的热能分布的光束形状进行照射，在所述激光照射单元形成第二激光点时，以倾斜射入所述基板的倾斜入射光束为中心且呈第二激光点移动方向的前侧比后侧大的热能分布的形状进行照射。
此处，激光照射单元照射的激光点使用以往在脆性材料基板上进行激光划线时使用的激光光源形成即可，可以根据脆性材料基板的种类从准分子激光、YAG激光、二氧化碳激光或者一氧化碳激光中选择。例如对于玻璃基板可以使用二氧化碳激光。
并且，冷却单元只要是能够形成局部冷却第一激光点附近的冷却点即可，冷却点的形成方法没有限制。例如，可以设置从喷嘴对基板面喷吹制冷剂的制冷剂喷射机构来形成冷却点。该情况下，制冷剂可以使用水(水蒸气)、压缩空气、He气体、N2气体、CO2气体等。
并且，移动单元可以是固定第一激光点、第二激光点、冷却点的位置，并移动用于载置脆性材料基板的工作台；相反，也可以是移动第一激光点、第二激光点、冷却点的位置，并固定用于载置脆性材料基板的工作台。
根据本发明，分割控制部控制激光照射单元、冷却单元、移动单元，进行下述控制：一边对脆性材料基板照射第一激光点一边使第一激光点移动，从而以比基板的软化点低的温度进行加热，并使冷却点以追随第一激光点的方式移动来进行冷却，从而在基板表面形成裂纹(划线)。进一步还进行沿着所形成的裂纹(划线)一边照射第二激光点一边使第二激光点移动，以比基板的软化点低的温度进行再加热。在这些控制中，激光照射单元利用光路调整机构形成第一激光点和第二激光点，所述光路调整机构对从一个激光光源射出的激光束的光路进行调整。在激光照射单元形成第一激光点时，以垂直射入基板的垂直入射光束为中心且呈大致对称的热能分布的光束形状进行照射。其结果是，形成以垂直入射光束为中心的呈对称形状的第一激光点。具体而言，形成例如椭圆形状、长圆形状或者圆形等的第一激光点。在激光照射单元形成第二激光点时，以倾斜地射入基板的倾斜入射光束为中心且呈第二激光点移动方向的前侧比后侧大的热能分布的形状进行照射。其结果是，形成以倾斜入射光束为中心的不对称的激光点。具体而言，形成例如具有前侧比后侧大的热能分布的卵形形状的激光点。
这样，激光照射单元通过利用光路调整机构对激光束的相对于基板的入射方向进行切换，形成以垂直入射光束为中心的第一激光点，同时形成以倾斜入射光束为中心的第二激光点。
根据本发明，由于能够利用一个激光光源形成形状彼此不同的第一激光点和第二激光点，因此能够减少激光光源的使用台数，不需要进行使用两个激光光源时所需的激光束间的位置调整。
并且，在执行基板的分割(纵裂)所需的第一次激光加热、冷却、第二次激光加热的步骤的分割处理时，即使是在选择了第一次激光加热中不易产生横裂的加热条件(第一激光点)的情况下，在第二次激光加热时，也能够简单地切换成与第一激光点不同的第二激光点的加热条件进行照射，从而能够使裂纹伸展至背面。
在上述发明中，光路调整机构在激光束的光路上设有旋转镜，并且具有对激光束相对于旋转镜的入射位置进行调整的调整机构。
此处，旋转镜只要是能够通过将激光束照射至旋转的反射面上以使激光束在一定角度范围内进行扫描的结构即可。具体而言，通常使用多面镜，但是除此以外也可以使用椭圆反射镜(圆反射镜除外)、或者反射面做成特殊的曲面以使照射面的热能分布变化的旋转镜。
根据本发明，激光照射单元通过使从激光光源射出的激光束射入高速旋转中的旋转镜(例如多面镜)的反射面来扫描激光束，利用基于被扫描的激光束的光束形成激光点。进而由于能够通过利用调整机构来移动激光束相对于旋转镜的反射面的入射位置，从而改变激光束从旋转镜射出的射出角度，因此能够简单地形成以垂直入射光束为中心的第一激光点、或者以倾斜入射光束为中心的第二激光点。
在上述发明中，光路调整机构也可以在激光束的光路上设有反射镜，并且具有对激光束相对于反射镜的入射角进行调整的调整机构。
根据本发明，激光照射单元使从激光光源射出的激光束在反射镜的反射面上被反射后照射基板。由于能够通过改变激光束朝向反射镜的入射角来改变激光束从反射镜射出的射出角度，因此仅通过利用调整机构改变激光束相对于反射镜的入射角度，能够形成以垂直入射光束为中心的第一激光点，或者以倾斜入射光束为中心的第二激光点。
在上述发明中，光路调整机构还可以包含调整反射镜或调整透镜，所述调整反射镜或调整透镜配置在激光束的光路上，对光束形状进行调整。
此处的调整反射镜、调整透镜可以使用下述元件：激光束在被这些光学元件反射或者透过这些光学元件时激光束的光束直径或光束点会发生变化。具体而言，使用平凸透镜、凹面镜、柱面透镜等。
根据本发明，能够通过对调整反射镜或调整透镜在光路上的位置或角度进行调整，来对所形成的第一激光点、第二激光点的形状进行调整。
在上述发明中，可以利用调整反射镜或调整透镜将第二激光点调整为至少比第一激光点大。
根据本发明，在第二次激光照射时，通过利用形成为比第一激光点大的点形状的第二激光点进行再加热，能够一边以比第一次激光照射的加热区域大的面积使基板翘曲一边使裂纹伸展，促进裂纹的伸展。
在上述发明中，分割控制部使在板上移动第一激光点和冷却点以形成裂纹时的移动方向和在基板上移动第二激光点以伸展裂纹时的移动方向相反，并通过往复移动分割所述基板。
根据本发明，由于能够在往路形成裂纹、在返路使裂纹伸展而分割，因此能够高效地进行作业。
并且，根据另一个观点的本发明的脆性材料基板的分割方法，沿着设定于脆性材料基板上的分割预定线照射第一激光点并使其移动，由此利用比基板的软化点低的温度对所述基板进行加热，接着利用追随第一激光点的冷却点对所述基板进行冷却从而在基板表面形成裂纹，然后沿着所述裂纹照射第二激光点并使其移动，由此利用比基板的软化点低的温度再次加热所述基板，从而使所述裂纹伸展至所述基板的背面以进行分割，其中，通过利用光路调整机构对从一个激光光源射出的激光束的光路进行调整来形成所述第一激光点和所述第二激光点，所述第一激光点以垂直地射入所述基板的垂直入射光束为中心且呈在第一激光点的移动方向的前后对称的热能分布的形状进行照射，所述第二激光点以倾斜地射入所述基板的倾斜入射光束为中心且呈第二激光点的移动方向的前侧比后侧大的热能分布的形状进行照射。
根据本发明，由于能够利用一个激光光源形成第一激光点和第二激光点，因此能够减少激光光源的使用台数，不需要进行使用两个激光光源时所需的激光束间的位置调整。
并且，在执行基板的分割(纵裂)所需的第一次激光加热、冷却、第二次激光加热的步骤的分割处理时，即使是在选择了第一次激光加热中不易产生横裂的加热条件(第一激光点)的情况下，在第二次激光加热时，也能够简单地切换成与第一激光点不同的第二激光点的加热条件进行照射，通过改变激光点的形状，从而能够使裂纹可靠地伸展至背面。
附图说明
图1是作为本发明的一个实施方式的激光分割装置的概略结构图。
图2是示出图1的激光分割装置中的控制系统的结构的图。
图3是说明图1中的光路调整机构的动作的图。
图4是示出第一激光点和第二激光点的热能分布例的图。
图5是综合性地说明光路调整机构的调整动作的图。
图6是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC2中的光路调整机构的概略结构图。
图7是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC3中的光路调整机构的概略结构图。
图8是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC4中的光路调整机构的概略结构图。
图9是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC5中的光路调整机构的概略结构图。
标号说明
2：滑动工作台；7：基座；12：旋转工作台；13：激光振荡器；14：光路调整机构；14a：光路调整元件组；14b：电动机组；14c：臂组；16：冷却喷嘴；18：刀轮；31：平凸透镜；32：反射镜；33：多面镜；34～36：电动机；37～39：臂；50：控制部；52：激光驱动部；52a：激光光源驱动部；52b：光路调整机构驱动部；58：分割控制部；61、71、81、91：光路调整机构；62、72、82、92：第一反射镜；63、75、84：第二反射镜；64：平凸透镜；65、74、85、95：柱面透镜；66：可动光学体；73、83、93：凹面镜；LB0～LB4：激光束(光束)；LB3a、LB3b、LB4a、LB4b：中心光束；LS1：第一激光点；LS2：第二激光点
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是作为本发明的一个实施方式的激光分割装置LC1的概略结构图。图2是示出图1的激光分割装置LC1中的控制系统的结构的框图。
首先，基于图1对激光分割装置LC1的整体结构进行说明。
激光分割装置LC1设有滑动工作台2，该滑动工作台2沿着平行地配置在水平架台1上的一对导轨3、4在图1的纸面前后方向(以下称为Y方向)往复移动。导螺杆5沿着前后方向配置在两导轨3、4之间，在该导螺杆5上螺合有固定在所述滑动工作台2上的撑杆6，通过利用电动机(未图示)使导螺杆5正转、反转，滑动工作台2沿着导轨3、4在Y方向往复移动。
水平的基座7以沿着导轨8在图1的左右方向(以下称为X方向)往复移动的方式配置在滑动工作台2上。在固定于基座7的撑杆10上贯通螺合有被电动机9驱动而旋转的导螺杆10a，通过使导螺杆10a正转、反转，基座7沿着导轨8在X方向往复移动。
在基座7上设有被旋转机构11驱动而旋转的旋转工作台12，作为切断对象的脆性材料基板即玻璃基板G以水平状态安装在该旋转工作台12上。旋转机构11使旋转工作台12绕垂直的轴旋转，能够使其相对于基准位置旋转成任意的旋转角度。并且，作为分割对象物的玻璃基板G例如通过吸引夹具固定在旋转工作台12上。
在旋转工作台12的上方，激光振荡器13和光路调整机构14保持在安装框架15上。光路调整机构14由以下部分构成：光路调整元件组14a(平凸透镜31、反射镜32、多面镜33)，其用于对从激光振荡器13射出的激光的光路进行调整；电动机组14b(电动机34～36)，其移动光路调整元件组14a的位置；以及臂组14c(臂37～39)，其连接光路调整元件组14a和电动机组14b。平凸透镜31(弯月透镜)经由臂37与升降电动机34连接，能够调整上下方向的位置。并且，反射镜32经由臂38与升降电动机35连接，能够调整上下方向的位置。并且，多面镜33经由臂39与升降电动机36连接，能够调整上下方向的位置。
从激光振荡器13射出的激光束借助通过这些光路调整元件组14a形成具有期望的截面形状的光束，作为激光点照射到基板G上。在本实施方式中，通过射出来缩成较细的激光束，并利用多面镜33进行扫描，从而在玻璃基板G上形成椭圆形状的激光点LS(图2)。进而通过对光路调整元件组14a进行调整，切换在第一次激光照射时使用的第一激光点和在第二次激光照射时使用的第二激光点。另外，对于利用光路调整元件组14a的各元件的光路调整，在后面叙述。
在安装框架15上，接近光路调整结构14设有冷却喷嘴16。从该冷却喷嘴16向玻璃基板G喷射冷却水、He气体、二氧化碳气体等冷却介质。冷却介质被喷到照射在玻璃基板G上的椭圆形状的激光点LS附近，在玻璃基板G的表面上形成冷却点CS(图2)。
在安装框架15上经由上下移动调节机构17还安装有刀轮18。该刀轮18以烧结金刚石或者超硬合金为材料，在外周面上具有以顶点为刀尖的V字形棱线部，能够利用上下移动调整机构17对朝向玻璃基板G的压接力进行微小调整。刀轮18专用于在玻璃基板G的端缘形成初始龟裂TR(图2)时一边使基座7在X方向移动一边暂时地下降。
接着，基于图2对控制系统进行说明。激光分割装置LC1具有控制部50，该控制部50通过存储在存储器中的控制参数和程序(软件)以及CPU来执行各种处理。该控制部50对下述驱动部的各驱动系统进行控制：工作台驱动部51，其驱动用于进行滑动工作台2、基座7、旋转工作台12的定位和移动的电动机(电动机9等)；激光驱动部52(包含驱动激光振荡器13的激光光源驱动部52a、驱动光路调整元件组14a用的电动机组14b的光路调整机构驱动部52b)，其用于进行激光照射；喷嘴驱动部53，其驱动用于控制冷却喷嘴16的制冷剂喷射的开闭阀(未图示)；刀驱动部54，其利用刀轮18在玻璃基板G上形成初始龟裂；以及照相机驱动部55，其利用照相机20、21拍出刻印在基板G上的定位用标记。并且，控制部50连接有由键盘、鼠标构成的输入部56以及在显示画面上进行各种显示的显示部57，在画面上显示必要的信息，同时能够输入必要的指令或设定。
并且，控制部50具有分割控制部58，所述分割控制部58综合性地控制工作台驱动部51、激光驱动部52(激光光源驱动部52a、光路调整机构驱动部52b)、喷嘴驱动部53、刀驱动部54，进行玻璃基板G的分割。利用该分割控制部58执行基于第一次激光照射、冷却、第二次激光照射的步骤的分割。
具体而言，分割控制部58首先对刀驱动部54和工作台驱动部51进行控制，在使刀轮18下降的状态下移动基板G，由此进行形成初始龟裂TR的处理。接着，对工作台驱动部51、激光驱动部52、喷嘴驱动部53进行控制，在照射激光束(第一激光点)的同时喷射制冷剂的状态下移动基板G。由此进行第一次激光照射和冷却，进行在基板上形成裂纹的处理。接着对工作台驱动部51、激光驱动部52进行控制，在照射激光束(第二激光点)的状态下移动基板G。由此进行第二次激光照射，进行使裂纹伸展的处理。
其次，对基于光路调整机构14(光路调整元件组14a、电动机组14b、臂组14c)的光路调整的动作进行说明。
图3是说明光路调整机构14的动作的图，具体而言，是说明通过反射镜32的上下移动，使照射在基板G上的激光点变化，从而使光束照射区域的热能分布变化的图。
从激光光源13射出的激光束LB0的行进方向朝向铅直下方，激光束LB0射入平凸透镜31。通过平凸透镜31的激光束LB1继续在铅直方向行进，并射入反射镜32。此时以45度的入射角度射入反射镜32的反射面、并以45度的反射角度射出的方式对反射镜32的安装角度进行调整，由反射镜32反射的激光束LB2在水平方向行进。
在水平方向行进的激光束LB2入射至多面镜33。此时，根据多面镜33的高度位置和反射镜32的高度位置之间的关系，激光束LB2向多面镜33入射的位置变化，其结果是，能够对朝向多面镜33反射面的入射角度和来自多面镜33的射出角度进行调整。即，能够在固定了多面镜33的高度位置的情况下，驱动电动机35(图1)使臂38升降来对反射镜32相对于多面镜33的高度进行调整，由此对射入多面镜33的激光束LB2的入射位置进行调整，能够对从多面镜33朝向基板G射出的激光束(光束)LB3的角度进行调整。
具体而言，在形成第一激光点时，使从反射镜32朝向多面镜33的激光束LB2以45度的角度射入多面镜33的一个反射面的中央位置(图中用点划线表示)、并以45度的反射角度从反射面射出。其结果是，激光束朝铅直下方行进，形成相对于玻璃基板G垂直入射的激光束LB3a。
通过使多面镜33的反射面高速旋转，从多面镜33射出的激光束(光束)LB3以激光束LB3a为中心进行扫描，如图4所示形成热能分布E在光束的扫描方向前后大致对称的第一激光点LS1。
并且，在形成第二激光点时，使从反射镜32朝向多面镜33的激光束LB2以比形成第一激光点时更深的入射角(例如60度)射入多面镜33的一个反射面的中央位置(图中用虚线表示)、并以较深的反射角度从多面镜33的反射面射出。其结果是，形成相对于基板G向倾斜方向行进的激光束LB3b。
通过使多面镜33的反射面高速旋转，从多面镜33射出的激光束(光束)LB3以激光束LB3b为中心进行扫描，如图4所示形成热能分布E在光束的扫描方向前后不对称的第二激光点LS2。
图5是综合性地说明基于光路调整机构14的调整动作的图。在图3中虽然已经对调整激光点的热能分布的实施例进行了说明，但是如图5(a)的箭头所示，由于平凸透镜31、反射镜32、多面镜33能够分别独立地升降，因此通过使这些的位置关系变化，除了热能分布以外，还能够对激光点形状(长度或宽度)进行调整。此处对主要的调整总括说明。
图5(b)是使激光点成为不对称热能分布时的调整。如已经说明了的那样(图3)，能够通过固定多面镜33、并使反射镜32下降(向实线箭头方向移动)，形成不对称的热能分布。另一方面，通过固定反射镜32、并使多面镜33上升(向虚线箭头方向移动)，也能够形成同样的不对称的热能分布。
图5(c)是使激光点的热能分布成为与图5(b)相反方向的不对称分布时的调整。通过固定多面镜33并使反射镜32上升(向实线箭头方向移动)，或者固定反射镜32并使多面镜33下降(向虚线箭头方向移动)，也能够形成不对称的热能分布。
图5(d)是使激光点的光束形状缩小时的调整。通过使反射镜32和多面镜33同时下降，能够缩小基板G上的激光点，能够缩小光束长度。另外，虽然省略图示，但是可以通过使反射镜32和多面镜33同时上升来扩大激光点，因此能够增大光束长度。
利用该调整，能够以比第一次激光照射的加热区域大的直径进行第二次激光照射。此时能够以较大的直径使基板翘曲，因此能够促进裂纹的伸展。
图5(e)是增大激光点的光束形状时的调整。通过使平凸透镜31下降来扩大激光点，能够增大光束长度。另外，虽然省略图示，但是可以通过使平凸透镜31上升来缩小激光点，因此能够以与图5(d)不同的方法缩小光束长度。
通过使光路调整机构14的各元件分别升降或者复合地升降，能够调整激光点的形状或热能分布。
另外，在本实施方式中，通过利用多面镜33扫描激光束来形成激光点，但是也可以代替多面镜而使用椭圆镜、或者其他的旋转镜进行扫描，能够形成形状彼此不同的第一激光点和第二激光点。
进而，通过分割控制部58控制激光控制部52的光路调整机构驱动部52b，从而能够将反射镜32的位置调整成在执行第一次激光照射时形成第一激光点LS1、在执行第二次激光照射时形成第二激光点LS2。
并且，在分割控制部58执行基于第一次激光照射、冷却、第二次激光照射的步骤的分割动作时，对工作台驱动部51进行控制从而使基板G移动，但是通过使第一次激光照射时的移动方向和第二次激光照射的移动方向相反，利用往复动作完成分割，从而也能够减少用于移动的损耗时间。
(实施方式2)
图6是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC2中的光路调整机构的概略结构图，图6(a)是形成第一激光点时的状态，图6(b)是形成第二激光点时的状态。在激光分割装置LC2中，不使用旋转镜(多面镜等)，通过组合了光学透镜和光学反射镜的光学系统来形成第一激光点、第二激光点。
另外，对于本实施方式的激光分割装置LC2和在实施方式1中说明了的激光分割装置LC1，除了光路调整机构14(14a～14c)以外的结构基本相同，因此省略对光路调整机构以外的部分的说明。
光路调整机构61由以下部件构成：成为固定侧的第一反射镜62、成为可动侧的第二反射镜63、平凸透镜64和圆柱透镜65。在这些光学元件组中，第二反射镜63、平凸透镜64、圆柱透镜65作为可动光学体66保持成一体，并以能够以第二反射镜63的反射面附近为支点P倾斜动作的方式与电动机(未图示)连接。
激光振荡器13调整成向铅直下方射出由小径光束形成的激光束LB0，激光束LB0射入第一反射镜62。以使激光束LB0以45度的入射角度射入反射面并以45度的反射角度射出的方式对第一反射镜62的安装角度进行调整，从第一反射镜62射出的激光束LB1在水平方向行进。
在水平方向行进的激光束LB1射入第二反射镜63。此时，根据激光束LB1射入第二反射镜63的反射面的入射角度不同，从第二反射镜63的反射面射出的射出角度也变化。
在形成第一激光点时，调整成使激光束LB1以45度的入射角度射入第二反射镜63的反射面，并相对于反射面以45度的反射角度射出，如图6(a)所示，激光束LB2向铅直下方行进。激光束LB2的光束直径被平凸透镜64缩小，并被圆柱透镜65在一个轴方向上扩大，从而形成截面呈椭圆形状的光束。进而，在激光束LB2的光束中通过平凸透镜64、圆柱透镜65的透镜光轴的激光束(中心光束)直进，形成垂直射入玻璃基板G的激光束LB3a。并且，激光束LB2的光束中的其他激光束(中心光束以外)成为绕激光束LB3a扩大的椭圆形状激光束(光束)LB3，从而在基板G上形成椭圆形状的第一激光点LS1。此时第一激光点LS1具有在长轴方向上对称的热能分布。
并且，在形成第二激光点时，调整成使激光束LB1以比45度大的入射角度(例如60度)射入第二反射镜63的反射面，并与形成第一激光点时相比相对于反射面以更大的反射角度射出，从而如图6(b)所示，形成相对于基板G在倾斜方向行进的激光束LB2。
激光束LB2的光束直径被平凸透镜64缩小，并被圆柱透镜65在一个轴方向上扩大，从而形成截面呈椭圆形状的光束。进而，在激光束LB2的光束中的通过平凸透镜64、圆柱透镜65的透镜光轴的激光束(中心光束)直进，形成倾斜射入玻璃基板G的激光束LB3b。并且，激光束LB2的光束中的其他的激光束(中心光束以外)成为绕激光束LB3b扩大的椭圆形状的激光束(光束)LB3，该光束倾斜射入基板G的结果是形成热能分布在椭圆形状的长轴方向上不对称的第二激光点LS2。
进而，利用分割控制部58，在执行第一次激光照射时对可动光学体66的位置进行调节以形成第一激光点LS1，在执行第二次激光照射时对可动光学体66的位置进行调节以形成第二激光点LS2。
(实施方式3)
图7是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC3中的光路调整机构的概略结构图，图7(a)是形成第一激光点时的状态，图7(b)是形成第二激光点时的状态。在激光分割装置LC3中，以使用了多个光学反射镜的光学系统来形成第一激光点和第二激光点。
另外，对于本实施方式的激光分割装置LC3，其与实施方式1的激光分割装置LC1中的光路调整机构14(14a～14c)以外的结构部分是基本上相同的结构，因此省略对光路调整机构以外的部分的说明。
光路调整机构71由下述的光学元件组构成：第一反射镜72、凹面镜73、圆柱反射镜74和第二反射镜75。其中，最终级的第二反射镜75以能够以反射面附近为支点P倾斜动作的方式与电动机(未图示)连接。
激光振荡器13调整成向铅直下方射出由小径光束形成的激光束LB0，激光束LB0射入第一反射镜72。以使激光束LB0以45度的入射角度射入并以45度的反射角度射出的方式对第一反射镜72的安装角度进行调整，从第一反射镜72射出的激光束LB1在水平方向行进。
在水平方向行进的激光束LB1射入凹面镜73，在此处反射的激光束LB2的光束直径一边被缩小一边射入圆柱反射镜74。利用圆柱反射镜74反射的激光束LB3在一个轴方向上被扩大而成为截面为椭圆形状的激光束(光束)LB3，并射入第二反射镜75的反射面。第二反射镜75通过调整反射面的角度使射出角度变化。
在形成第一激光点时，对第二反射镜75的角度进行调整，以使从圆柱反射镜74射出的激光束LB3的光束中成为中心的中心光束LB3a如图7(a)所示那样作为朝向铅直下方的激光束LB4a行进。激光束LB3的光束中的中心光束LB3a以外的光束成为绕激光束LB3a扩大的激光束(光束)LB3并在第二反射镜75反射，从而在基板G上形成椭圆形状的第一激光点LS1。此时第一激光点LS1具有在长轴方向上对称的热能分布。
并且，在形成第二激光点时，对于从圆柱反射镜74射出的激光束LB3的光束中的成为中心的中心光束LB3b，以使激光束LB3b相对于第二反射镜75的反射面的入射角度比形成第一激光点时的反射角度小的方式进行调整，从第二反射镜75的反射面以较小的反射角度射出，如图7(b)所示，形成在相对于基板G倾斜的方向上行进的激光束LB4b。激光束LB3的光束中的中心光束LB3b以外的光束成为绕激光束LB3b扩大的激光束(光束)LB3并在第二反射镜75反射，形成绕激光束LB4b扩大的激光束(光束)LB4并倾斜地射入基板G，其结果是，形成热能分布在椭圆形状的长轴方向上不对称的第二激光点LS2。
进而，利用分割控制部58，在执行第一次激光照射时对第二反射镜75的角度进行调节以形成第一激光点LS1，在执行第二次激光照射时对第二反射镜75的位置进行调节以形成第二激光点LS2。
(实施方式4)
图8是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC4中的光路调整机构的概略结构图，图8(a)是形成第一激光点时的状态，图8(b)是形成第二激光点时的状态。激光分割装置LC4仅对实施方式3中说明了的分割装置LC3的光路调整机构71(图7)中的圆柱反射镜74和第二反射镜75的配置进行互换，其他结构都相同。
即，光路调整机构81由下述的光学元件组构成：第一反射镜82、凹面镜83、第二反射镜84和圆柱反射镜85。其中，第二反射镜84以能够以反射面附近为支点P倾斜动作的方式与电动机(未图示)连接。
激光振荡器13调整成向铅直下方射出由小径光束形成的激光束LB0，激光束LB0射入第一反射镜82。以使激光束LB0以45度的入射角度射入并以45度的反射角度射出的方式对第一反射镜82的安装角度进行调整，射出的激光束LB1在水平方向行进。
在水平方向行进的激光束LB1射入凹面镜83，在凹面镜83反射的激光束LB2的光束直径一边被缩小一边射入第二反射镜84。第二反射镜84能够通过调整反射面的角度来调整射出角度。
在形成第一激光点时，对第二反射镜84的角度进行调整，以使从第二反射镜84射出的激光束LB3的光束中成为中心的中心光束LB3a如图8(a)所示那样反射至圆柱反射镜85的反射面，并且从该反射面射出的中心光束LB4a向铅直下方行进。激光束LB3的光束中的中心光束LB3a以外的光束成为绕激光束LB3a扩大的激光束(光束)LB3并在第二反射镜85反射，形成在一个轴方向上被扩大的截面呈椭圆形状的激光束(光束)LB4，在基板G上形成椭圆形状的第一激光点LS1。此时第一激光点LS1具有在长轴方向上对称的热能分布。
并且，在形成第二激光点时，对第二反射镜84的角度进行调整，以使从第二反射镜84射出的激光束LB3的光束中的中心光束LB3b如图8(b)所示那样反射至圆柱反射镜85的反射面，并且从该反射面射出的中心光束LB4b向相对于基板G倾斜的方向行进。激光束LB3的光束中的中心光束LB3b以外的光束成为绕激光束LB3b扩大的激光束(光束)LB3并被圆柱反射镜85反射，形成在一个轴方向上被扩大的截面呈椭圆形状的激光束(光束)LB4。该激光束LB4倾斜地射入基板G，其结果是形成热能分布在长轴方向上不对称的第二激光点LS2。
进而，利用分割控制部58，在执行第一次激光照射时对第二反射镜84的角度进行调节以形成第一激光点LS1，在执行第二次激光照射时对第二反射镜84的位置进行调节以形成第二激光点LS2。
(实施方式5)
图9是作为本发明的另一个实施方式的激光分割装置LC5中的光路调整机构的概略结构图，图9(a)是形成第一激光点时的状态，图9(b)是形成第二激光点时的状态。对于在实施方式4中说明了的分割装置LC4和激光分割装置LC5，仅在光路调整机构81(图8)中的圆柱透镜85能够升降这点与第二反射镜84固定成不能移动这点上不同，其他结构相同。
即，光路调整机构91由下述的光学元件组构成：第一反射镜92、凹面镜93、第二反射镜94和圆柱反射镜95。其中，圆柱反射镜95能够通过臂(未图示)和电动机(未图示)上下移动。
激光振荡器13调整成由小径光束形成的激光束LB0向铅直下方射出，激光束LB0射入第一反射镜92。以使激光束LB0以45度的入射角度射入并以45度的反射角度射出的方式对第一反射镜92的安装角度进行调整，射出的激光束LB1在水平方向行进。
在水平方向行进的激光束LB1射入凹面镜93，被凹面镜93反射的激光束LB2的光束直径一边被缩小一边射入第二反射镜94。被第二反射镜94反射的激光束LB3射入圆柱反射镜95。通过使圆柱反射镜95的位置上下移动，能够使反射角度变化，以调整射出角度。
在形成第一激光点时，对圆柱反射镜95的位置进行调整，以使从第二反射镜94射出的激光束LB3的光束中成为中心的中心光束LB3a如图9(a)所示那样反射至圆柱反射镜95的反射面，并且从该反射面射出的中心光束LB4a向铅直下方行进。激光束LB3的光束中的中心光束LB3a以外的光束成为绕激光束LB3a扩大的激光束(光束)LB3并被圆柱反射镜95反射，形成在一个轴方向上被扩大的截面呈椭圆形状的激光束(光束)LB4，在基板G上形成椭圆形状的第一激光点LS1。此时第一激光点LS1具有在长轴方向上对称的热能分布。
并且，在形成第二激光点时，对圆柱反射镜95的位置进行调整，以使从第二反射镜94射出的激光束LB3的光束中的中心光束LB3b如图9(b)所示那样反射至圆柱反射镜95的反射面，并且从该反射面射出的中心光束LB4b向相对于基板G倾斜的方向行进。激光束LB3的光束中的中心光束LB3b以外的光束成为绕激光束LB3b扩大的激光束(光束)LB3并在圆柱反射镜95被反射，形成在一个轴方向上被扩大的截面呈椭圆形状的激光束(光束)LB4。该激光束LB4倾斜地射入基板G，其结果是形成热能分布在长轴方向上不对称的第二激光点LS2。
进而，利用分割控制部58，在执行第一次激光照射时对圆柱反射镜95的位置进行调节以形成第一激光点LS1，在执行第二次激光照射时对圆柱反射镜95的位置进行调节以形成第二激光点LS2。
以上，对使用了光学透镜或光学反射镜的几个实施方式进行了说明，但是并不限于此处说明了的实施方式，即使稍微变更光学透镜或光学反射镜的组合或配置，也能够实现与上述实施方式相同的光路调整。
产业上的可利用性
本发明能够利用于基于激光照射的局部加热和紧随加热的冷却、以及基于第二次激光照射的再加热来分割脆性材料基板的分割装置。

Claims (7)

1.一种脆性材料基板的分割装置，该脆性材料基板分割装置具有：
激光照射单元，其将点形状彼此不同的第一激光点和第二激光点选择性地照射至工作台上的脆性材料基板上；
冷却单元，其在照射第一激光点时形成对第一激光点附近进行冷却的冷却点；
移动单元，其使第一激光点、第二激光点、冷却点相对于所述基板移动；以及
分割控制部，其进行下述控制：一边对所述基板照射第一激光点一边使第一激光点移动，从而以比所述基板的软化点低的温度进行加热；使冷却点以追随第一激光点的方式移动来进行冷却，从而在基板表面形成裂纹；进一步一边沿着所述裂纹照射第二激光点一边使第二激光点移动，以比所述基板的软化点低的温度再次加热所述基板，从而使所述裂纹伸展至所述基板的背面以分割所述基板，
其特征在于，
所述激光照射单元利用光路调整机构形成所述第一激光点或者所述第二激光点，所述光路调整机构对从一个激光光源射出的激光束的光路进行调整，
在所述激光照射单元形成第一激光点时，以垂直射入所述基板的垂直入射光束为中心并呈大致对称的热能量分布的光束形状进行照射，
在所述激光照射单元形成第二激光点时，以倾斜射入所述基板的倾斜入射光束为中心且呈第二激光点移动方向的前侧比后侧大的热能分布的光束形状进行照射。
2.根据权利要求1所述的脆性材料基板的分割装置，其特征在于，
所述光路调整机构在所述激光束的光路上设有旋转镜，并且具有对所述激光束相对于旋转镜的入射位置进行调整的调整机构。
3.根据权利要求1所述的脆性材料基板的分割装置，其特征在于，
所述光路调整机构在所述激光束的光路上设有反射镜，并且具有对所述激光束相对于反射镜的入射角进行调整的调整机构。
4.根据权利要求2或3所述的脆性材料基板的分割装置，其特征在于，
所述光路调整机构还包含调整反射镜或调整透镜，所述调整反射镜或调整透镜配置在所述激光束的光路上，对光束形状进行调整。
5.根据权利要求4所述的脆性材料基板的分割装置，其特征在于，
利用调整反射镜或调整透镜将第二激光点调整为至少比第一激光点大。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的脆性材料基板的分割装置，其特征在于，
所述分割控制部使在所述基板上移动第一激光点和冷却点以形成裂纹时的移动方向和在所述基板上移动第二激光点以伸展裂纹时的移动方向相反，并通过往复移动分割所述基板。
7.一种脆性材料基板的分割方法，该脆性材料基板的分割方法沿着设定于脆性材料基板上的分割预定线照射第一激光点并使其移动，由此利用比基板的软化点低的温度对所述基板进行加热，接着利用追随第一激光点的冷却点对所述基板进行冷却从而在基板表面形成裂纹，然后沿着所述裂纹照射第二激光点并使其移动，由此利用比基板的软化点低的温度再次加热所述基板，从而使所述裂纹伸展至所述基板的背面以进行分割，其特征在于，
通过利用光路调整机构对从一个激光光源射出的激光束的光路进行调整来形成所述第一激光点和所述第二激光点，
所述第一激光点以垂直射入所述基板的垂直入射光束为中心且呈在第一激光点的移动方向的前后对称的热能分布的形状进行照射，
所述第二激光点以倾斜射入所述基板的倾斜入射光束为中心且呈第二激光点的移动方向的前侧比后侧大的热能分布的形状进行照射。
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