TWI409123B - Laser processing device - Google Patents

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TWI409123B
TWI409123B TW097137685A TW97137685A TWI409123B TW I409123 B TWI409123 B TW I409123B TW 097137685 A TW097137685 A TW 097137685A TW 97137685 A TW97137685 A TW 97137685A TW I409123 B TWI409123 B TW I409123B
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Hideki Morita
Norifumi Arima
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Description

雷射加工裝置
本發明係關於以掃描雷射光束對被加工基板進行加工之雷射加工裝置。
於本發明之雷射加工包含對玻璃基板、燒結材料之陶瓷、單結晶矽、半導體晶圓、陶瓷基板等脆性材料利用在軟化點以下之溫度雷射加熱時產生之熱應力之雷射劃線加工及對脆性材料以外之材料以熔融溫度以上加熱之雷射磨耗加工。
使對被加工基板之雷射光束之照射位置相對移動以進行加工之掃描型之雷射加工裝置已被用於例如玻璃基板等脆性材料基板之加工。
此種雷射加工裝置中，為達成減少雷射加工之加工寬度以提高加工精度或提高加熱時之加熱效率以提高掃描速度之目的，係將從雷射光源射出之剖面圓形之雷射光束(原光束)在光路上調整為橢圓形，於基板之加工面形成橢圓形之光束點。
另外，被調整之雷射光束或光束點之形狀不僅為如同文字所述之「橢圓形」，即使為長圓、其他具有長軸方向之細長形狀之光束點亦可提高加工精度或加熱效率。因此，在此稱「橢圓形」之雷射光束或光束點時，係包含長圓等具有長軸方向之細長形狀之光束點。
由從雷射光源射出之圓形剖面之原光束形成橢圓形狀之光束點之方法實用上係使用透鏡光學系統形成具有長軸之光束點之方法。例如已有揭示藉由在雷射光束之光路上配置圓柱透鏡與聚光透鏡將圓形剖面之原光束整形為橢圓形之雷射光束(參考例如專利文獻1)。
使用被照射至基板之光束點之形狀為橢圓形之雷射光束之雷射加工裝置中，會使光束點之長軸方向一致於掃描方向(設為X方向)後掃描。此時，光束點之長軸方向成為雷射加工時之掃描軸方向(X方向)，與其垂直之方向(Y方向)為使加工位置於橫方向移動時之推進軸方向。
此種雷射加工裝置中，為使雷射光束對基板移動並使光束點掃描，係採用以下驅動機構之一。
一種係固定雷射光學系統以使雷射光束之照射位置不動，將基板載置於平台，使此平台為藉由平台驅動機構在二維方向(並進方向(XY方向)、旋轉方向(θ方向))移動之可動平台，於X方向掃描雷射光束(參考例如專利文獻1)。
另一種係使受平台驅動機構驅動之可動平台可於一維方向(X方向)、旋轉方向(θ方向)移動，使雷射光束之照射位置可於與可動平台之移動方向(X方向)正交之方向(Y方向)移動，掃描雷射光束(參考專利文獻2)。
圖20為顯示掃描型雷射加工裝置之一之裂痕形成裝置500(雷射劃線裝置)之習知例之構成圖。此裝置係使雷射光束之照射位置固定不動，使平台在二維方向(XY方向)、旋轉方向(θ方向)移動。亦即，設有沿平行配置於架台501上之一對導軌503、504於圖20之紙面前後方向(設為Y方向)往復移動之滑動平台502。於兩導軌503、504之間沿前後方向配置有導螺桿505，於此導螺桿505螺合有固定於滑動平台502之支柱506，以馬達(不圖示)將導螺桿505正反轉使滑動平台502沿導軌503、504於Y方向往復移動。
於滑動平台502上配置有沿導軌508於圖20之左右方向(設為X方向)往復移動之水平之台座507。於固定於台座507之支柱510貫通螺合有藉由馬達509旋轉之導螺桿510a，導螺桿510a正反轉使台座507沿導軌508於X方向往復移動。
於台座507上設有藉由旋轉機構511旋轉之旋轉平台512，於此旋轉平台512在水平狀態下安裝玻璃基板G。旋轉機構511係使旋轉平台512繞垂直之軸旋轉，且形成為可對基準位置旋轉任意角度。又，基板G係受例如吸引夾頭固定於旋轉平台512。
於旋轉平台512之上方，相連於雷射振盪器513之光學保持具514係受支架515保持。如圖21所示，於光學保持具514設有將從雷射振盪器513發出之雷射光束以橢圓形之加熱點BS照射至基板G上之透鏡光學系統514a(例如圓柱透鏡)。又，於透鏡光學系統514a之下設有藉由將焦點位置上下移動以擴大、縮小加熱點BS之區域之調整透鏡51b。加熱點BS被擴大、縮小後，被照射至基板之面積、能量密度變化。因此，調整為例如調整透鏡514b使加熱點BS擴大時增加雷射振盪器513之輸出，使加熱點BS縮小時減少雷射振盪器513之輸出後被使用。
另外，在光學保持具514附近可設置往加熱點之後側之位置噴霧冷媒以形成冷卻點，藉由急冷促進熱應力之發生之冷卻噴嘴516。
於裂痕形成裝置500之左上方固定有一對CCD攝影機520(521)。此等係用於基板之位置檢測。亦即，於載置於旋轉平台512之玻璃基板G帶有做為加工基準點之一對標記(對準標記)，一對CCD攝影機520(521)係在旋轉平台512回到原點位置之狀態(將圖20之旋轉平台512移動至左端之狀態)下拍攝此等標記。另外，圖20中僅紙面近側之CCD攝影機520有被顯示，紙面遠側之CCD攝影機521未被顯示。
以顯示部557(後述)呈現由CCD攝影機放映出之基板G之影像並進行滑動平台502、台座507、旋轉平台512之調整，藉此進行基板G之對位。對位結束後，基板G之各點便對應於設定於裂痕形成裝置500之座標系。
於旋轉平台512之上方透過上下移動調節機構517安裝有刀輪518。刀輪518係專用於在玻璃基板G之端緣形成初期龜裂TR時使台座507從待機位置往X方向移動並使刀輪518暫時下降，返回待機位置。
其次，參考圖21說明裂痕形成裝置500之控制系統。於裂痕形成裝置500，驅動進行滑動平台502及台座507之定位之馬達(馬達509等)之平台驅動部551、為雷射光束之照射而驅動雷射振盪器513及光學保持具514之調整透鏡 514b之雷射驅動部552、在設置冷卻噴嘴516時進行冷媒之噴霧之冷卻噴嘴驅動部553、進行刀輪518之定位及對玻璃基板G之壓接力之調整之刀輪驅動部554、進行CCD攝影機520、521之拍攝之攝影機驅動部555之各驅動系統係受以電腦(CPU)構成之控制部550控制。
於控制部550連接由鍵盤、滑鼠等輸入裝置構成之輸入部556、由進行各種顯示之顯示畫面構成之顯示部557，可將必要訊息顯示於顯示畫面且必要指示或設定可輸入。
其次，說明裂痕形成裝置500之動作。玻璃基板G被載置於旋轉平台512。此時使用攝影機520、521進行定位。使裂痕形成裝置500記錄分斷預定線CL。
之後，開始裂痕形成。處理開始後，讀出被記錄之分斷預定線CL之位置資料，滑動平台502、台座507(旋轉平台512)移動以使刀輪518接近起點P0 。再在刀輪518下降之狀態下藉由台座507(旋轉平台512)被驅動以使刀輪518接近基板端，於基板端形成初期龜裂TR。
之後，滑動平台502、台座507(旋轉平台512)移動以使光束點BS來到初期裂痕TR前方近處之位置。之後，雷射振盪器513被振盪而雷射光束被照射形成光束點BS，從起點P0 至終點P1 沿分斷預定線CL掃描(視需要冷卻噴嘴516之冷卻點亦如追隨般被掃描)。
藉由實行以上之處理形成沿分斷預定線CL之裂痕。
一般而言，具備將載置基板之平台與基板一起於二維方向(XY方向)移動或於一維方向(X方向)移動之平台並進機構之雷射加工裝置於光束點之掃描之安定性優良，可進行再現性良好之雷射加工。
然而，因必須使平台移動，故需要從平台之移動開始位置至移動結束位置之空間，比起平台被固定之裝置會有裝置全體之設置空間變大2倍程度(一維驅動時)或4倍程度(二維驅動時)之傾向。
特別是最近如在加工液晶面板用之玻璃基板之狀況，有加工對象之基板之面積變大之傾向。因此隨基板面積變大，便需要更大之設置空間。
又，由於平台之重量比基板之重量更重，故使平台並進移動之平台並進移動機構需要甚大之驅動力，必須使用發生大驅動力之驅動機構。
又，將玻璃基板或半導體晶圓等加工(設基板之加工方向為X方向及Y方向)為方形時，多在沿基板之X方向之第1次加工後進行沿與X方向正交之Y方向之第2次加工。此時，若使用橢圓形之光束點加工，必須將光束點之長軸方向之方向從基板之X方向至基板之Y方向改變90度，故除並進驅動基板之並進驅動機構外，還需要旋轉基板之旋轉平台機構。
若於並進驅動機構之上搭載旋轉平台機構，平台重量更加增大，必須使用發生更大驅動力之驅動機構。
針對此點，有提案於平台不設置並進機構，而於雷射光束側設有二維(XY方向)並進機構之雷射切斷裝置(雷射加工裝置)(參考專利文獻3)。
[專利文獻1]日本特開2006-289388號公報
[專利文獻2]WO2003/026861號公報
[專利文獻3]日本特開2000-61677號公報
具備使雷射光源及將雷射光束整形為橢圓之雷射光學系統全體於掃描方向移動之並進機構以取代平台之並進機構之雷射加工裝置由於能減少設置空間，故可為簡單之裝置構成。
然而，使用橢圓形之光束點將玻璃基板或半導體晶圓等加工(設基板之加工方向為X方向及Y方向)為方形時，必須將光束點之長軸方向之方向從基板之X方向改變為基板之Y方向，故必須搭載使雷射光束之長軸旋轉之任何長軸調整機構，不僅雷射光學系統變複雜，還需要以並進機構使此長軸調整機構與雷射光源或橢圓整形之雷射光學系統一起移動。
為避免此問題，可考慮設置平台旋轉機構旋轉基板側。設置平台旋轉機構時，不會使設置空間大幅增加。然而，會需要旋轉平台旋轉機構之大驅動力。
針對上述問題，本發明以提供使用不具有使並進移動、旋轉移動之驅動機構之位置固定之平台且可以橢圓雷射光束對基板進行相異之兩方向(X方向、Y方向)之加工之雷射加工裝置為目的。
此外，本發明以提供使用位置固定之平台以橢圓雷射光束加工且具有適當裝置構成之雷射加工裝置為目的。
又，本發明以提供不使用平台旋轉機構便可旋轉基板之雷射加工裝置為目的。
為解決上述問題而為之本發明之雷射加工裝置具備：基板載置面以多孔質構件形成且設有隔多孔質構件吸附基板之吸附機構與隔多孔質構件對基板吹送氣體使其浮上之浮上機構之位置固定之平台、雷射光源、將從雷射光源射出之雷射光束整形為剖面為橢圓之雷射光束並導向基板之加工面後沿被照射至基板上之橢圓之光束點之長軸方向掃描之雷射光束掃描光學系統、於進行載置於平台上之基板之定位或移動時以抵接浮上之基板之基板側面並將基板側面於平台面於水平方向推以使其移動之可動抵接部誘導基板之基板誘導機構。
利用本發明之雷射加工裝置，平台係位置固定，於平台之基板載置面之多孔質構件之上載置基板。將基板載置於平台之方法無特別限定，利用例如一般之基板搬送機構(例如機械手臂等)即可。載置於平台之基板係藉由使吸附機構動作而被固定於平台。雷射光束掃描光學系統係將從雷射光源射出之雷射光束整形為剖面為橢圓之雷射光束後導向基板之加工面，沿被照射至基板上之橢圓之光束點之長軸方向掃描加工面上。被雷射掃描之部位被局部加熱，進行加工。之後，在將基板並進移動或旋轉移動或定位於新加工位置時，停止吸附機構，作動浮上機構以使基板浮上。基板誘導機構係抵接於使可動抵接部浮上之基板之基板側面，將基板側面於平台面於水平之方向推使其移動(旋轉、並進)。藉此，平台在被固定之狀態下僅將基板誘導至所欲之位置。到達所欲之位置後，停止浮上機構，作動吸附機構使固定。之後，再次以雷射掃描光學系統掃描雷射以進行雷射加工。
利用本發明，由於使用不具有平台並進機構或平台旋轉機構且位置固定之平台，故不需要需要大驅動力之平台驅動機構。又，不必使平台移動，可減少設置空間。
此外，在旋轉基板時，於浮上之基板之基板側面抵接可動抵接部，僅以少量驅動力推即可將基板旋轉、定位。
本發明還可採取以下之態樣。
上述發明中，基板誘導機構可設置複數可動抵接部，各可動抵接部被配置為互相包夾基板。
藉此，以複數之可動抵接部包夾基板並誘導基板，故可使浮上之基板安定移動。
具體而言，基板為方形時，於對角線方向兩處(一對)配置可動抵接部較理想。基板為圓形時，夾中心於直線方向2處或每120度3處配置較理想。
此時，各可動抵接部可為抵接基板側面之部位分歧，對基板以2處抵接。
藉此，以接近之兩點與基板側面抵接，控制基板之並進方向、旋轉方向之移動較容易。特別是方形基板之狀況，夾基板之角落抵接於相鄰兩邊，可容易進行方形基板之並進移動、旋轉移動。
又，基板誘導機構可具備具有使可動抵接部於平台面於水平之方向自由移動之關節部之機械臂。
藉此，調整機械臂之關節部可使可動抵接部自由移動，在平台上使基板之位置自由並進移動、旋轉移動。
又，雷射光束掃描光學系統可具備：整形從雷射光源射出之雷射光束以平行光束且剖面為橢圓之光束或非平行光束且剖面為橢圓之光束射出之光束整形部、調整從光束整形部射出之橢圓光束之射出方向並在此橢圓光束為非平行光束時調整為平行光束之橢圓光束後射出之光路調整部、由反射從光束調整部射出之平行光束之橢圓光束並移動而於基板上使橢圓之光束點掃描之掃描軸移動鏡及使此掃描軸移動鏡沿光束點之長軸方向移動之掃描軸導引機構構成之掃描機構部，雷射光源及光束整形部係與掃描機構部獨立設置，使在使光束點掃描時光束整形部不會移動。
在此，光束整形部只要能形成剖面為橢圓之光束並射出，其整形方法並未被限定。例如，可以如揭示於前述之專利文獻1～專利文獻3之廣為人知之使用透鏡光學系統(圓柱透鏡、折射透鏡、聚焦透鏡之組合等)之方法形成橢圓光束。又，亦可使用旋轉之多邊形反射鏡與透鏡，以多邊形反射鏡使雷射光在既定區域重複反射，再以透鏡整形以形成橢圓光束。此時係以平行光束射出。
藉此，基板被載置於不具有驅動機構之平台上。從雷射光源射出之雷射光束被射入光束整形部，被整形為剖面為橢圓之雷射光束後被射出至光路調整部。光路調整部在來自光束整形部之橢圓光束為平行光束時，直接以此狀態之平行光束射出至掃描機構部，在來自光束整形部之橢圓光束為非平行光束時，調整為平行光束後向掃描機構部之掃描軸移動鏡射出。且，使平行光束之橢圓光束射入掃描機構部之掃描軸移動鏡。掃描機構部係以掃描軸移動鏡反射平行光束之橢圓光束，於基板形成橢圓之光束點。之後以掃描軸導引機構使掃描軸移動鏡往光束點之長軸方向(亦稱為掃描軸方向)移動。此時，掃描軸移動鏡係反射從光路調整部射出之平行光束之橢圓光束並移動。其結果，形成於基板上之橢圓之光束點追隨掃描軸移動鏡之動作在基板上移動。由於入射至掃描軸移動鏡之橢圓光束為平行光束，故不論掃描軸移動鏡被移動至任何位置，於基板上皆形成相同形狀、相同方向之光束點。如此，雷射光源及光束整形部係脫離掃描機構部而獨立設置，使光束點掃描時僅掃描軸移動鏡移動。
利用本發明，光束點之掃描係僅以移動移動鏡進行，故小驅動力便足夠，可縮小驅動機構，高速移動亦較容易。
此外，由於移動鏡反射之雷射光束為平行光束之橢圓光束，故僅以平面鏡形成移動鏡，不論被掃描軸導引機構移動至任何位置皆可對基板照射相同形狀、相同方向之光束點。
又，由於光束點係對基板以平行光束入射，故不論基板之板厚，形成於基板面之光束點皆為相同形狀、相同大小，不必因基板之板厚而為高度方向之位置調整。
此時，掃描機構部可進一步具備於與光束點之長軸方向正交之方向移動之推進軸移動鏡及使此推進軸移動鏡沿與前述光束點之長軸方向正交之方向移動之推進軸導引機構，從光路調整部射出之平行光束之橢圓光束依序被推進軸移動鏡、掃描軸移動鏡反射後於基板上形成光束點。
藉此，藉由掃描軸移動鏡之光束點之往長軸方向(掃描軸方向)之移動與往與其正交之方向(推進軸方向)之移動為可能。因此，可於推進軸之任意位置施行雷射加工。又，在以掃描軸移動鏡之掃描進行第一雷射加工後，在使推進軸移動鏡移動後進行以掃描軸移動鏡之掃描進行之第二雷射加工，藉此，可形成平行於第一雷射加工線之第二雷射加工線。再交互重複掃描軸移動鏡之掃描推進軸移動鏡之移動可繼續形成平行之雷射加工線。
又，掃描軸導引機構可具備進行於光束點之長軸方向移動掃描軸移動鏡之導引之掃描軸導軌與進行於與光束點之長軸方向正交之方向移動推進軸移動鏡之導引之推進軸導軌，掃描軸導軌與推進軸移動鏡連結且一體移動。
藉此，使從推進軸移動鏡往掃描軸移動鏡反射方向始終保持固定，光軸調整容易。
又，光束整形部可具備由被配置為互相形成共焦點之一對拋物面鏡構成之光束變形單元，光束變形單元係一方之拋物面鏡將雷射光束於一方向縮小或放大並對另一方之拋物面鏡射出，另一方之拋物面鏡係將入射之雷射光束以短軸大小或長軸大小固定之平行光束之橢圓之雷射光束射出。
藉此，由於能使從光束整形部射出之橢圓光束為平行光束，故不必在後段之光路調整部調整為平行光束，形成平行光束之調整作業容易。此外，在光路調整部僅使用平面鏡調整射出方向即可，可將橢圓光束以平行光束導向掃描機構部。
又，可具備2個光束變形單元，一方之光束變形單元係由配置為互相形成第一共焦點之第一拋物面鏡與第二拋物面鏡之對構成之短軸形成用之光束變形單元，另一方之光束變形單元係由配置為互相形成第二共焦點之第三拋物面鏡與第四拋物面鏡之對構成之長軸形成用之光束變形單元，短軸形成用之光束變形單元係第一拋物面鏡將從前述雷射光源射出之雷射光束於第一方向縮小並往第二拋物面鏡射出，第二拋物面鏡將入射之雷射光束整形為短軸大小固定之平行光束之橢圓之雷射光束後往長軸形成用之光束變形單元射出，長軸形成用之光束變形單元係第三拋物面鏡將從第二拋物面鏡射出之雷射光束於與前述第一方向為正交之第二方向擴大並往第四拋物面鏡射出，第四拋物面鏡將入射之雷射光束整形為短軸大小與長軸大小固定之平行光束之橢圓之雷射光束後射出。
藉此，能使從光束整形部射出之橢圓光束為平行光束，且能獨立調整長軸大小與短軸大小。又，不必在後段之光路調整部調整為平行光束，且在光路調整部僅使用平面鏡調整射出方向即可，可將橢圓光束以平行光束導向掃描機構部。
又，光束變形單元準備複數組光學常數相異之拋物面鏡之對，於變更射出之平行光束之橢圓光束之剖面形狀時，於各拋物面鏡之對以組更換。
藉此，各拋物面鏡之對以組更換可改變從光束整形部射出之橢圓光束之剖面形狀且使其以平行光束射出。
又，前述光束變形單元使成對之拋物面鏡之一方為安裝位置固定之固定焦點之拋物面鏡，使另一方之拋物面鏡為可移動之可變焦點之拋物面鏡，在使可動之拋物面鏡移動時，同時使其焦點變化以與固定拋物面鏡形成共焦點。
藉此，改變可動之拋物面鏡之安裝位置可使從光束整形部射出之橢圓光束之形狀變化，且在使橢圓光束之形狀變化時，同時使焦點變化以與固定焦點之拋物面鏡形成共焦點且使其以平行光束射出。
可變焦點之拋物面鏡可由反射雷射光束之可撓性之拋物面鏡本體、支撐拋物面鏡本體之一端並固定於台座之固定支軸、支撐拋物面鏡本體之另一端且被安裝為可於與固定支軸之軸方向正交之面方向並進移動及旋轉移動之可動支軸、驅動可動支軸之並進驅動機構及旋轉驅動機構構成。
藉此，作動驅動可動支軸之並進驅動機構及旋轉驅動機構，使拋物面鏡之反射面之形狀變形可使焦點變化。
又，雷射光束掃描光學系統之光路調整部可具備選擇性射出使從光束整形部射出之橢圓光束之長軸方向朝向第一方向之第一橢圓光束、使橢圓光束之長軸方向朝向與第一方向正交之第二方向之第二橢圓光束其中之一之長軸方向切換部，掃描機構部基於從長軸方向切換部射出之第一橢圓光束或第二橢圓光束在基板上形成第一橢圓光束點或與第一光束點為長軸方向正交之第二橢圓光束點且沿第一橢圓點或第二橢圓點之長軸方向之二方向使基板上之光束點移動。
利用本發明之雷射加工裝置，在光束整形部整形之橢圓光束往長軸方向切換部被射出。長軸方向切換部係將從光束整形部入射之平行光束之橢圓光束之長軸方向射出往第一方向之第一橢圓光束或往與第一方向正交之第二方向之第二橢圓光束。之後，基於從長軸方向切換部射出之第一橢圓光束或第二橢圓光束在基板上形成第一橢圓光束點或與第一光束點為長軸方向正交之第二橢圓光束點。
且掃描機構部基於從長軸方向切換部射出之第一橢圓光束或第二橢圓光束在基板上形成第一橢圓光束點或與第一光束點為長軸方向正交之第二橢圓光束點，沿第一橢圓點之長軸方向或第二橢圓點之長軸方向使基板上之光束點移動。
藉此，不使用平台旋轉機構便可以橢圓之光束點進行正交之兩方向之加工。
又，長軸方向切換部可由配置有使從光束整形部射出之橢圓光束之長軸方向朝向第一方向之光學元件之第一光路、配置有使橢圓光束之長軸方向朝向與第一方向正交之第二方向之光學元件之第二光路、選擇從光束整形部射出之橢圓光束之進行方向為第一光路或第二光路之一之光路切換機構構成。
藉此，可以光路切換機構使從光束整形部射出之橢圓光束選擇性通過第一光路或第二光路之一，並以設於各光路之光學元件射出長軸方向朝向第一方向或與第一方向正交之第二方向之一之橢圓光束。
又，光路切換機構可由配置於光路上以切換反射方向之可動鏡構成。在此，可動鏡之構造並未特別限定。例如可以支軸為中心使鏡旋轉以切換反射方向。又，亦可於光路上安裝出入之可動鏡，以進入光路上之狀態之反射方向、從光路上卸下之狀態之進行方向切換。
藉此，可以切換可動鏡之反射光之光路之操作簡單切換橢圓光束之長軸方向。
又，長軸方向切換部可設置第一光路與第二光路在射出側交差且於交差區域使第一光路與第二光路之方向朝向同一方向之光路整合機構，光路整合機構係選擇性射出通過第一光路之第一橢圓光束、通過第二光路之第二橢圓光束其中之一。
藉此，從長軸方向切換部射出之第一橢圓光束、第二橢圓光束係以一條光路對後段之雷射光學系統射出，故可將雷射光學系統以後以共通之光路構成。
又，光路整合機構可由插脫於前述交差區域之可動鏡構成。
藉此，插脫可動鏡可簡單將第一橢圓光束與第二橢圓光束選擇性導向雷射光學系統。
又，配置於第一光路、第二光路之光學元件可由平面鏡群構成。
由於通過第一光路、第二光路之橢圓光束為平行光束，故以平面鏡彎曲複數次可簡單形成長軸方向互相正交之兩個橢圓光束。
又，可獨立設置刃前緣朝向第一光束點之長軸方向、第二光束點之長軸方向且於各方向形成初期龜裂之2個觸發機構。
藉此，可往互相正交之兩方向形成初期龜裂，從兩方向之初期龜裂使加工往各方向進展。
又，光束整形部可將從複數雷射光源射出之複數小徑平行光束排列為平行且直列以使列方向實質上為長軸方向後射出。
藉此可使成形平行光束之橢圓光束之光學系統簡略化。
以下，主要以玻璃基板加工用之雷射劃線裝置為例，基於圖面說明本發明之實施形態。另外，本實施例之雷射劃線裝置若調整雷射照射條件亦可直接做為雷射磨耗裝置利用。
[實施形態1]
圖1為本發明之一實施形態之雷射加工裝置LM1之全體構成圖。雷射加工裝置LM1主要由雷射光源10、雷射掃描光學系統20、平台40、基板誘導機構50、觸發機構60構成。
(雷射光源)
於雷射光源10使用CO2 雷射。亦可使用CO雷射、準分子雷射以取代CO2 雷射。從雷射光源10射出剖面形狀為圓形之雷射光束(原光束L0)。另外，於雷射磨耗加工時，使用能使基板材料融化、蒸散之波長、能量密度之雷射光源。
(雷射掃描光學系統)
雷射掃描光學系統20粗分為由調整雷射光束之剖面形狀之光束整形部21、主要沿平台面(XY方向)移動(掃描)雷射光束之掃描機構22、將從光束整形部21射出之雷射光束導向掃描機構22之光路調整部23構成。另外，以平台面中X方向為掃描軸方向(進行劃線之方向)，Y方向為推進軸方向。
說明光束整形部21。光束整形部21係由將從雷射光源10射出之原光束整形為剖面形狀為橢圓形之平行光束並調整平行光束之長軸徑、短軸徑之複數光學元件構成。
圖2(a)為顯示射出橢圓形之平行光束之光束整形部21之構成例之圖。此光束整形部21係由第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2、第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4四個光學元件構成。其中第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2係配置為使其焦點一致，成為共焦點F12 。此等構成第一光束變形單元U1。又，第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4亦配置為焦點一致，成為共焦點F34 。此等構成第二光束變形單元U2。
且，將此等4個拋物面鏡立體配置為從第一拋物面鏡(凹面)M1往第二拋物面鏡(凸面)M2之雷射光束之進行方向為XY面方向，在第二拋物面鏡(凸面)M2反射之雷射光束被朝向第三拋物面鏡(凸面)M3，從第三拋物面鏡(凸面)M3往第四拋物面鏡(凹面)M4之雷射光束之進行方向為XZ面方向。
藉由上述之配置，第一拋物面鏡(凹面)M1將往X方向進行之圓形剖面之原光束L0(參考圖2(b))反射向XY面方向。此時Z方向之光束寬度依舊，Y方向之光束寬度集束並進行，入射至第二拋物面鏡(凸面)M2。第二拋物面鏡(凸面)M2因配置為共焦點F12 ，故將於Y方向集束之雷射光束反射後，再度成為平行光束L1(參考圖2(c))，往X方向進行。此平行光束L1之Z方向之光束寬度為原光束L0之寬度不變，成為Y方向之光束寬度被縮小之具有橢圓形狀之剖面之雷射光束。
此外，平行光束L1進行並在第三拋物面鏡(凸面)M3被反射後，Y方向之光束寬度保持不變，擴大X方向之光束寬度並於XZ面內進行，入射至第四拋物面鏡(凹面)M4。
第四拋物面鏡(凹面)M4因配置為共焦點F34 ，故將於X方向擴大之雷射光束反射後，再度成為平行光束L2(參考圖2(d))，往X方向進行。此平行光束L2之Z方向之光束寬度由原光束L0之寬度被擴大，成為Y方向之光束寬度由原光束L0被縮小之具有較長長軸之橢圓形狀之剖面之雷射光束。
之後，經光束整形部21整形後之剖面形狀為橢圓形之平行光束L2經過後段之光路調整部23及掃描機構22，於基板上形成橢圓形狀之光束點BS。因此，調整此等4個拋物面鏡M1～M4之光學常數可形成具有所欲之長軸大小、短軸大小之平行光束之橢圓形狀之光束點。
此時，拋物面鏡之光學常數之調整係以第一光束變形單元U1(第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2)或第二光束變形單元U2(第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4)為單位更換來進行，使更換時維持各單元之共焦關係以使平行光線射出。因此，事先準備複數組成為共焦點之拋物面鏡較理想。
另外，形成單元之成對之拋物面鏡未形成共焦點時，可於後述之光路調整部23將圓柱透鏡等配置於光路上，調整為形成平行光束。
又，上述之光束整形部21中雖使用兩個光束變形單元(U1、U2)，但亦可只使用一個。在僅使用第一光束變形單元U1時，將原光束於一方向縮小後將短軸大小固定之平行光束L1對後段射出。又，在僅使用第二光束變形單元U2時，將原光束於一方向擴大後將長軸大小固定之平行光束對後段射出。
其次說明光路調整部23。光路調整部23係如圖1所示，由兩個平面鏡M5、M6構成。平面鏡M5係折射於X方向進行之平行光束L2，形成於Z方向進行之平行光束L3。藉由調整平行光束L2之光路長(M4～M5間距離)進行與掃描機構22之間之X方向之調整。又，平面鏡M6係將於Z方向進行之平行光束L3彎向Y方向，形成於Y方向進行之平行光束L4。藉由調整平行光束L3之光路長(M5～M6間距離)進行與掃描機構22之間之高度(Z方向)調整。此外，藉由調整後述之掃描機構之平面鏡M7位於原點位置時(參考圖1)之平行光束L4之光路長(M6～M7間距離)進行與掃描機構22之間之Y方向之調整。
又，在從前段之光束整形部21射出之雷射光束非平行光束時，光路調整部23中可使平行光束形成用之透鏡加入於光路上。具體而言係使用圓柱透鏡或凹面透鏡、凸面透鏡形成平行光束。
其次說明掃描機構22。掃描機構22係由軸線朝向Y方向(推進軸方向)之導軌25、被安裝為可藉由未圖示之驅動機構沿導軌25移動之平面鏡M7(推進軸移動鏡)、一體固定於平面鏡M7且軸線朝向X方向(掃描軸方向)之導軌26、被安裝為可藉由未圖示之驅動機構沿導軌26移動之平面鏡M8(掃描軸移動鏡)、調整相對於水平方向之平面鏡M8之安裝角度(XZ面之安裝角度)之角度調整用之調節器27構成。
另外，導軌25為使導軌26安定化，可將平行之第2導軌夾平台40設於對邊側，以Y方向之兩條平行之導軌25支撐X方向之導軌26。
方便上，以導軌25之最接近平面鏡M6之位置(參考圖1)為平面鏡M7之原點位置。平面鏡M7係在原點位置折射來自平面鏡M6之平行光束L4，且角度被調整為將平行光束L5導向平面鏡M8。此時，由於平行光束L4係於Y方向進行或平面鏡M7亦沿導軌25於Y方向移動，故不論平面鏡M7移動至導軌25之任何位置平行光束L4皆會被平面鏡M7反射，導向平面鏡M8。
且，平面鏡M8係彎曲平行光束L5，於基板G之上形成光束點BS。此時平行光束L5係於X方向進行或平面鏡M8亦沿導軌26於X方向移動，故不論平面鏡M8移動至導軌26之任何位置平行光束L5皆會被平面鏡M8反射，於基板G之上形成相同形狀之光束點BS。且被形成之光束點恆為長軸朝向X方向(掃描軸方向)之橢圓形狀之光束點被形成。
且，於X方向移動平面鏡M8使橢圓形狀之光束點BS係使長軸朝向X方向且於X方向被掃描。
在沿X方向平行進行複數條之掃描時，係交互進行平面鏡M7之Y方向移動與平面鏡M8之X方向移動。
另外，上述之掃描機構22中雖進行X方向(掃描軸方向)與Y方向(推進軸方向)之移動，但在例如僅對基板之一方向雷射加工之掃描條數為1條時等，由於使於Y方向移動之必要性較少，故可使平面鏡M7為固定鏡，僅於X方向移動平面鏡M8。此時，以後述之基板誘導機構50調整基板位置即可。
其次說明調節器27之光束點BS之調整。光束點BS之形狀主要雖可以變更光束整形部21之光學元件之光學常數調整，但在改變光束點BS之長軸長度時，可維持使光束整形部21維持不變，以調節器進行。圖3為顯示調節器27之長軸長度之調整狀態之圖。以調節器27變更平面鏡M8之安裝角度，調整平行光束L5對基板之入射角，使其對基板上斜向入射。其結果，可變更光束點BS之長軸長度。因此，可將調節器27做為簡便之光束長度調整機構使用。
(平台)
其次，說明平台40。圖4為顯示平台40之剖面構造之圖。平台40係由由多孔質構件構成且載置基板G(參考圖1)之上面構件41、密著於上面構件41之周圍並形成底面且於與上面構件41之間形成空間42a之本體42、形成連通於中空空間42a之流路並連接於外部流路44之塞45、透過流路43與外部流路44將中空空間42a減壓之真空泵46、透過流路43與外部流路44對中空空間42a輸送加壓空氣之空氣源47構成。
其中，中空空間42a、流路43、外部流路44、真空泵46形成使基板G吸附於上面構件41之吸附機構。又，中空空間42a、流路43、外部流路44、空氣源47形成使基板G從上面構件41浮上之吸附機構。
此平台40在將基板G載置於上面構件41之狀態下啟動真空泵46並開啟開閉閥使中空空間42a為減壓狀態，透過多孔質構件之上面構件41吸附基板G。
反之，在將基板G載置於上面構件41之狀態下開啟開閉閥並從空氣源47輸送空氣使中空空間42a為加壓狀態，透過多孔質構件之上面構件41噴出加壓空氣使基板G浮上。此時係以後述之基板誘導機構50限制基板G之移動。
(基板誘導機構)
其次說明基板誘導機構50。圖5為顯示基板誘導機構50之構成之圖。基板誘導機構50係由安裝於方形之平台40之對角48a、48b附近之一對可動抵接部51a、51b構成。各可動抵接部51a、51b具有以未圖示之驅動機構以支軸52a、52b為中心進行並進動作或旋轉動作之多關節機械臂53a、53b。於多關節機械臂53a、53b之前端安裝以未圖示之驅動機構進行旋轉動作之金屬製之抵接構件54a、54b。抵接構件54a、54b係被安裝為各前端左右分歧，與基板G接觸之部位為圓柱形。此圓柱之軸方向係朝向鉛直方向。
因此，在欲於X方向、Y方向移動或轉動基板G時，在作動空氣源47(圖4)以使基板G浮上之狀態下以抵接構件54a、54b推基板G，使基板G輕微接觸抵接構件54a、54b並往所欲之位置移動。又，在所欲位置使抵接構件54a、54b停止，停止空氣源47，作動真空泵46可使基板吸附於所欲位置。
另外，形成有對準標記之基板G之狀況，可使用相對於定義於平台40之座標系之安裝位置已測得之攝影機55a、55b拍攝對準標記，從對準標記之現在位置求取基板G之位置偏移量，算出移動量，以基板誘導機構50使移動，自動調整基板G之位置。
(觸發機構)
其次說明初期龜裂形成用之觸發機構。另外，是否安裝觸發機構為任意，在不安裝觸發機構時，可以例如雷射磨耗加工使代用。
如圖1所示，觸發機構60係由刀輪61、升降機構62、多關節機械臂63構成。多關節機械臂63係為與基板誘導機構50之多關節機械臂53a、53b相同之動作。刀輪61之刃前緣係朝向X方向。形成初期龜裂TR時，以多關節機械臂63使刀輪61來到形成初期龜裂之位置之上方近處。之後，以升降機構62使刀輪61暫時下降並壓接，形成初期龜裂TR。
(控制系統)
繼續說明雷射加工裝置LM1之控制系統。圖6為顯示雷射加工裝置LM1之控制系統之方塊圖。雷射加工裝置LM1係驅動平台40之吸附機構及浮上機構之吸附/浮上機構驅動部81、驅動基板誘導機構50之可動抵接部51a、51b之基板誘導機構驅動部82、驅動觸發機構60之升降機構61及多關節機械臂63之觸發機構驅動部83、使掃描機構22之平面鏡M7、M8移動之掃描機構驅動部84、照射雷射光之雷射驅動部85、在設置冷卻噴嘴形成追隨光束點BS之冷卻點時從冷媒噴嘴進行冷媒之噴霧之冷卻噴嘴驅動部86、進行CCD攝影機55a、55b之拍攝之攝影機驅動部87之各驅動系統受以電腦(CPU)構成之控制部80控制。
於控制部80連接由鍵盤、滑鼠等輸入裝置構成之輸入部91、由進行各種顯示之顯示畫面構成之顯示部92，可將必要訊息顯示於顯示畫面且必要指示或設定可輸入。
(動作例)
其次說明雷射加工裝置LM1之典型加工動作例。在此係說明將刻有對準標記之定型之基板G於彼此正交之第一方向與第二方向劃線之狀況。說明之方便上，以第一方向為玻璃基板之X方向，第二方向為玻璃基板之Y方向，在以對準標記進行定位時，X方向與雷射掃描光學系統之X方向一致。
玻璃基板G被載置於平台40上後，先使用基板誘導機構50進行基板G之定位。定位係以攝影機55a、55b檢測出基板G之對準標記求取位置偏移量。之後驅動可動抵接部51a、51b，使抵接構件54a、54b接近基板G之基板側面。同時使浮上機構作動，使基板G從平台面浮上。此時基板G係在與抵接構件54a、54b之接點(4處)移動被限制。之後，驅動可動抵接部51a、51b，將基板G於水平方向移動(並進、旋轉)，在位置偏移量為0之位置使其停止。之後，停止浮上機構，使吸附機構作動，將基板固定於平台面。其結果，在基板G之X方向一致於雷射掃描光學系統之X方向之狀態下定位完成。
之後，驅動觸發機構60，於玻璃基板G之劃線開始位置作成初期龜裂TR。之後，驅動掃描機構部22，調整平面鏡M7、M8之位置，使光束點BS來到基板G之劃線開始位置之外側。之後，藉由照射雷射光束並於X方向移動(掃描)平面鏡M8於玻璃基板之X方向進行劃線加工。在再次重複X方向之劃線時，交互進行平面鏡M7之Y方向移動(雷射停止)與平面鏡M8之X方向移動(掃描)(雷射照射)。
由於此時從光路調整部23射出之雷射光束為平行光束之橢圓光束，故不論平面鏡M7、平面鏡M8移動至任何位置皆可於基板G形成相同形狀之光束點BS。
玻璃基板之X方向之劃線加工結束後，停止吸附機構，使浮上機構作動以使基板G浮上。之後，驅動可動抵接部51a、51b，將基板G於水平方向旋轉移動，在基板G之Y方向一致於雷射掃描光學系統之X方向之狀態下定位完成。之後，驅動掃描機構部22，進行與X方向之劃線加工相同之掃描。
由以上之動作，於玻璃基板G完成X方向、Y方向之劃線加工。
本裝置中，由於平台40之位置固定，不必移動平台40，故裝置之設置空間僅為平台40之佔有面積、配置於其周圍之掃描機構部22等之區域，為簡單之構造。
關於驅動機構，比起重量大之平台40之移動之驅動機構，掃描機構部22或基板誘導機構50係小驅動力之驅動機構即可。
[實施形態2]
其次，說明本發明之第二實施形態。圖7為本發明之第二實施形態之雷射加工裝置LM2之全體構成圖。圖8為顯示雷射加工裝置LM2之控制系統之方塊圖。關於與已以圖1～圖6說明之構成共通部分給予相同符號，省略說明之一部。雷射加工裝置LM2在將可變焦點之拋物面鏡安裝為可移動及追加驅動此拋物面鏡之拋物面鏡驅動部88之控制部80a之點為從雷射加工裝置LM1變更之點。
圖9為顯示雷射加工裝置LM2之光束整形部21a之構成例之圖。
光束整形部21a係由第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2、第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4四個光學元件構成。
第一拋物面鏡(凹面)M1位置固定，焦點亦固定。於第二拋物面鏡(凸面)M2設有以馬達(不圖示)使對第一拋物面鏡(凹面)M1於Y方向移動之驅動機構71。此外，第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2係配置為使其焦點一致，成為共焦點F12 。此等構成第一光束變形單元U1。第二拋物面鏡(凸面)M2具有改變其焦點之焦點驅動機構72。
圖10為顯示具有焦點驅動機構72之第二拋物面鏡M2之構成之圖，圖10(a)為其立體圖，圖10(b)為其平面圖。第二拋物面鏡M2係於台座72a上立有固定支軸72b，具有可撓性之拋物面鏡本體72c之一端係以固定支軸72b支撐。拋物面鏡本體72c係以反射面被鏡面加工之金屬板(例如不銹鋼板)形成。拋物面鏡本體72c之另一端係以可動支軸72d支撐。於可動支軸72d之下積層有設於台座72a上且可於X方向移動之小型平台72e、設於小型平台72e上且可於Y方向移動之小型平台72f、設於小型平台72f上且可左右旋轉(θ旋轉)之小型平台72g，可動支軸72d係固定於小型平台72g。此等小型平台係受馬達(不圖示)驅動。且，調整此小型平台72e、72f、72g之位置可改變拋物面鏡本體72c之反射面之形狀，故事先求取小型平台之位置與焦點之關係可使第二拋物面鏡M2為所欲之拋物面形狀。
在對第一拋物面鏡M1移動第二拋物面鏡M2之位置時，對應於其移動量調整拋物面形狀，調整為第一拋物面鏡(凹面)M1、第二拋物面鏡(凸面)M2為共焦點F12 。
其次，說明第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4。第三拋物面鏡(凸面)M3為焦點固定。第三拋物面鏡(凸面)M3、第四拋物面鏡(凹面)M4亦配置為焦點一致，成為共焦點F34 。此等構成第二光束變形單元U2。第二光束變形單元U2係設有藉由馬達(不圖示)使單元全體連動於第二拋物面鏡(凸面)M2之移動於Y方向移動之驅動機構73。因此，從第二拋物面鏡(凸面)M2射出之雷射光束恆射入第三拋物面鏡(凸面)M3，且對第四拋物面鏡(凹面)M4射出。又，於第四拋物面鏡(凹面)M4設有使對第三拋物面鏡(凸面)M3於Z方向移動之驅動機構74，且設有焦點驅動機構75(75a~75g)。由於焦點驅動機構75(75a~75g)之具體構成與已以圖10說明之第二拋物面鏡(凸面)M2之焦點驅動機構72(72a~72g)相同(75a~75g分別對應於72a~72g)，故省略說明。
且，將此等4個拋物面鏡立體配置為從第一拋物面鏡(凹面)M1往第二拋物面鏡(凸面)M2之雷射光束之進行方向為XY面方向，在第二拋物面鏡(凸面)M2反射之雷射光束被朝向第三拋物面鏡(凸面)M3，從第三拋物面鏡(凸面)M3往第四拋物面鏡(凹面)M4之雷射光束之進行方向為XZ面方向。
藉由上述之配置，第一拋物面鏡(凹面)M1將往X方向進行之圓形剖面之原光束L0(參考圖9(b))反射向XY面方向。此時Z方向之光束寬度依舊，Y方向之光束寬度集束並進行，入射至第二拋物面鏡(凸面)M2。第二拋物面鏡(凸面)M2因配置為共焦點F12 ，故將於Y方向集束之雷射光束反射後，再度成為平行光束L1(參考圖9(c))，往X方向進行。此平行光束L1之Z方向之光束寬度為原光束L0之寬度不變，成為Y方向之光束寬度被縮小之具有橢圓形狀之剖面之雷射光束。
此外，平行光束L1進行並在第三拋物面鏡(凸面)M3被反射後，Y方向之光束寬度保持不變，擴大X方向之光束寬度並於XZ面內進行，入射至第四拋物面鏡(凹面)M4。
第四拋物面鏡(凹面)M4因配置為共焦點F34 ，故將於X方向擴大之雷射光束反射後，再度成為平行光束L2(參考圖9(d))，往X方向進行。
其結果，平行光束L2之Z方向之光束寬度由原光束L0之寬度被第二光束變形單元U2擴大，成為Y方向之光束寬度由原光束L0被第一光束變形單元U1縮小之具有較長長軸之橢圓形狀之剖面之雷射光束。
之後，經光束整形部21a整形後之剖面形狀為橢圓形之平行光束L2經過後段之光路調整部23及掃描機構22，於基板上形成橢圓形狀之光束點BS。
如上述，利用雷射加工裝置LM2，使用可變焦點之拋物面鏡取代準備更換用之拋物面鏡組，可於較廣範圍變更光束形狀。
[實施形態3]
以下說明本發明之第三實施形態。
圖14為本發明之第三實施形態之雷射加工裝置LM3之全體構成圖。圖15為顯示圖14之雷射加工裝置LM3之控制系統之方塊圖。關於與已以圖1～圖6說明之構成共通部分給予相同符號，省略說明之一部。特別是雷射光源10、平台40、基板誘導機構50與圖1相同，省略說明。
雷射加工裝置LM3在於光路調整部23設置長軸方向切換部30及追加控制此之光路切換機構驅動部89之控制部80b之點為從雷射加工裝置LM1變更之點。
(雷射掃描光學系統)
雷射掃描光學系統20粗分為由調整雷射光束之剖面形狀之光束整形部21、主要沿平台面(XY方向)移動(掃描)雷射光束之掃描機構22、將從光束整形部21射出之雷射光束導向掃描機構22之光路調整部23構成。光束整形部21與圖1為相同構成，省略說明。
說明光路調整部23。光路調整部23係如圖14所示，由長軸方向切換部30與平面鏡M6構成，設於光束整形部21與掃描機構部22之間。光路調整部23係進行將橢圓光束導向掃描機構部22之光路調整並進行變更雷射光束之長軸方向之調整。
圖16為顯示長軸方向切換部30之構成之立體圖。圖17為顯示長軸方向切換部為第一狀態時之構成及橢圓雷射之進行方向之圖(圖17(a)為平面圖，圖17(b)為圖17(a)中之A視圖)。圖18為顯示長軸方向切換部為第二狀態時之構成及橢圓雷射之進行方向之圖(圖18(a)為平面圖，圖18(b)為圖18(a)中之A視圖)。
長軸方向切換部30係由平面鏡群M11～M16構成。平面鏡M11係以以馬達31a旋轉之支軸31b旋轉90度之可動鏡，被做為光路切換機構31使用。又，平面鏡M16係藉由滑動機構32於Y軸方向移動。平面鏡M16係被做為光路整合機構使用。平面鏡M11與平面鏡M16為連動，於圖16及圖17以實線表示之第一位置與於圖16以一點鏈線表示且於圖18以實線表示之第二位置切換。
平面鏡M11位於第一位置時，從光束整形部21往X方向進行之橢圓光束L2重複平面鏡M11之往Y方向之反射、平面鏡M12之往-Z方向之反射、平面鏡M13之往-Y方向之反射、平面鏡M16之往-Z方向之反射往平面鏡M6進行。以此時橢圓光束通過之光路為第一光路。
平面鏡M11位於第二位置時，從光束整形部21往X方向進行之橢圓光束L2重複平面鏡M11之往-Y方向之反射、平面鏡M14之往-X方向之反射、平面鏡M15之往-Z方向之反射往平面鏡M6進行。以此時橢圓光束通過之光路為第二光路。第一光路與第二光路係在平面鏡M16之位置交差，使用通過第二光路之橢圓光束時，以滑動機構32使平面鏡M16離開光路。
通過第一光路之橢圓光束與通過第二光路之橢圓光束剖面形狀相同，長軸方向偏移90度。因此，藉由在光路切換機構31之光路選擇，可選擇長軸方向互相正交之兩種橢圓光束並射出。
又，如圖14所示，長軸方向切換部30係折射於X方向進行之平行光束L2，形成於Z方向進行之平行光束L3。藉由調整平行光束L2之光路長(M4～M11間距離)進行與掃描機構22之間之X方向之調整。又，平面鏡M6係將於-Z方向進行之平行光束L3彎向-Y方向，形成於-Y方向進行之平行光束L4。藉由調整平行光束L3之光路長(M16～M6間距離)進行與掃描機構22之間之高度(Z方向)調整。此外，藉由調整後述之掃描機構之平面鏡M7位於原點位置時(參考圖14)之平行光束L4之光路長(M6～M7間距離)進行與掃描機構22之間之Y方向之調整。
其次說明掃描光束點BS之掃描機構22。掃描機構22係由軸線朝向Y方向之導軌25、被安裝為可藉由未圖示之驅動機構沿導軌25移動之平面鏡M7、一體固定於平面鏡M7且軸線朝向X方向之導軌26、被安裝為可藉由未圖示之驅動機構沿導軌26移動之平面鏡M8構成。其中平面鏡M7、平面鏡M8構成將從長軸方向切換部30射出之橢圓光束對基板照射形成光束點BS之雷射光學系統。又，導軌25、26與不圖示之驅動機構構成移動雷射光學系統之移動機構。另外，導軌25為使導軌26安定化，可將平行之第2導軌夾平台40設於對邊側，以Y方向之兩條平行之導軌25支撐X方向之導軌26。
方便上，以導軌25之最接近平面鏡M6之位置(參考圖1)為平面鏡M7之原點位置。平面鏡M7係在原點位置折射來自平面鏡M6之平行光束L4，且角度被調整為將平行光束L5導向平面鏡M8。此時，平行光束L4係於-Y方向進行。由於平面鏡M7沿導軌25於Y方向移動，故不論平面鏡M7移動至導軌25之任何位置平行光束L4皆會被平面鏡M7反射，導向平面鏡M8。
平面鏡M8係反射平行光束L5，於基板G之上形成光束點BS。此時平行光束L5係於-X方向進行。由於平面鏡M8沿導軌26於X方向移動，故不論平面鏡M8移動至導軌26之任何位置平行光束L5皆會被平面鏡M8反射，於基板G之上形成相同形狀之光束點BS。
形成於基板上之光束點長軸方向在以長軸方向切換部30選擇第一光路時朝向Y方向。又選擇第二光路時朝向X方向。因此，於X方向移動(掃描)平面鏡M8時，選擇第二光路可使掃描方向與長軸方向一致。又，於Y方向移動(掃描)平面鏡M8時，選擇第一光路可使掃描方向與長軸方向一致。
(觸發機構)
本實施形態之觸發機構60與圖1為相同構成，省略說明。
本實施形態中，除安裝於平台40之左邊之觸發機構60外，還將使刃前緣朝向Y方向之第二觸發機構65設於圖14之近邊或遠邊，藉此於X方向、Y方向連續雷射加工時可有效進行加工。
(控制系統)
繼續說明雷射加工裝置LM3之控制系統。圖15為顯示雷射加工裝置LM3之控制系統之方塊圖。雷射加工裝置LM3係驅動平台40之吸附機構及浮上機構之吸附/浮上機構驅動部81、驅動基板誘導機構50之可動抵接部51a、51b之基板誘導機構驅動部82、驅動觸發機構60之升降機構61及多關節機械臂63之觸發機構驅動部83、使掃描機構22之平面鏡M7、M8移動之掃描機構驅動部84、照射雷射光之雷射驅動部85、在設置冷卻噴嘴形成追隨光束點BS之冷卻點時從冷媒噴嘴進行冷媒之噴霧之冷卻噴嘴驅動部86、進行CCD攝影機55a、55b之拍攝之攝影機驅動部87、驅動長軸方向切換部30之光路切換機構31及連動於此之光路整合機構32之光路切換機構驅動部89之各驅動系統受以電腦(CPU)構成之控制部80控制。
於控制部80連接由鍵盤、滑鼠等輸入裝置構成之輸入部91、由進行各種顯示之顯示畫面構成之顯示部92，可將必要訊息顯示於顯示畫面且必要指示或設定可輸入。
(動作例)
其次說明雷射加工裝置LM3之典型加工動作例。在此係說明將刻有對準標記之定型之基板G於彼此正交之第一方向與第二方向劃線之狀況。說明之方便上，以第一方向為玻璃基板之X方向，第二方向為玻璃基板之Y方向，在以對準標記進行定位時，X方向與雷射掃描光學系統之X方向一致。
玻璃基板G被載置於平台40上後，先使用基板誘導機構50進行基板G之定位。定位係以攝影機55a、55b檢測出基板G之對準標記求取位置偏移量。之後驅動可動抵接部51a、51b，使抵接構件54a、54b接近基板G之基板側面。同時使浮上機構作動，使基板G從平台面浮上。此時基板G係在與抵接構件54a、54b之接點(4處)移動被限制。之後，驅動可動抵接部51a、51b，將基板G於水平方向移動(並進、旋轉)，在位置偏移量為0之位置使其停止。之後，停止浮上機構，使吸附機構作動，將基板固定於平台面。其結果，在基板G之X方向一致於雷射掃描光學系統之X方向之狀態下定位完成。
之後，驅動觸發機構60、65，於玻璃基板G之劃線開始位置作成初期龜裂TR。之後，為先進行X方向之掃描，驅動長軸方向切換部30選擇第二光路以使光束點BS之長軸朝向X方向。之後，驅動掃描機構部22，調整平面鏡M7、M8之位置，使光束點BS來到基板G之劃線開始位置之外側。之後，藉由照射雷射光束並於X方向移動(掃描) 平面鏡M8於玻璃基板之X方向進行劃線加工。在再次重複X方向之劃線時，交互進行平面鏡M7之Y方向移動(雷射停止)與平面鏡M8之X方向移動(掃描)(雷射照射)。
在結束玻璃基板之X方向之劃線加工後，為進行Y方向之掃描，驅動長軸方向切換部30選擇第一光路以使光束點BS之長軸朝向Y方向。之後，驅動掃描機構部22，調整平面鏡M7、M8之位置，使光束點BS來到基板G之劃線開始位置之外側。之後，藉由照射雷射光束並於Y方向移動(掃描)平面鏡M8於玻璃基板之Y方向進行劃線加工。在再次重複Y方向之劃線時，交互進行平面鏡M7之X方向移動(雷射停止)與平面鏡M8之Y方向移動(掃描)(雷射照射)。
由以上之動作，於玻璃基板G完成X方向、Y方向之劃線加工。
因此，本裝置中，由於並無旋轉移動或並進移動平台40之驅動機構，故完全不需要大驅動力之驅動機構。
又，裝置之設置空間僅為平台40之佔有面積、配置於其周圍之掃描機構部22等之區域，為簡單之構造。
又，不必移動基板便可連續進行X方向之劃線與Y方向之劃線。
(變形實施形態)
在實施例3雖係將從一個雷射光源10射出之圓形光束(原光束)以使用4個拋物面鏡之光束整形部21整形為平行光束之橢圓光束，但亦可使用從2個以上之雷射光源之小徑之圓形光束取代雷射加工裝置LM3之雷射光源10，以簡單方法形成實質上被視為平行光束之橢圓光束之光束。亦即，並排照射2個以上之光束可實質構成橢圓光束之長軸方向與短軸方向。
圖19為顯示以從2個光源10a、10b射出之2個小徑之圓形光束為實質橢圓光束照射之雷射加工裝置LM3之變形實施例中橢圓光束之光路之立體圖。在此，連結2個圓形光束之方向為實質長軸方向。另外，並列3個雷射光束時3個圓形光束排列為直列狀，直列方向為長軸。此時，雷射光源10a、10b之安裝位置之調整機構實質上發揮光束整形部21之作用。
方便上，若以白圈表示來自光源10a之圓形光束，以黑圈表示來自光源10b之圓形光束，以圖19所示之光路在基板上形成光束點。
以此實施例可使整形平行光束之橢圓光束之光學系統簡略化。
本發明可利用於以雷射照射進行劃線加工或磨耗加工之雷射加工裝置。
10．．．雷射光源
20．．．雷射掃描光學系統
21、21a．．．光束整形部
22．．．掃描機構部
23．．．光路調整部
25、26．．．導軌
27．．．調節器
40．．．平台
41．．．上部構件(多孔質構件)
46．．．真空泵
47．．．空氣源
50．．．基板誘導機構
60、65．．．觸發機構
71．．．M2並進驅動機構
72．．．M2焦點驅動機構
72a．．．台座
72b．．．固定支軸
72c．．．拋物面鏡本體
72d．．．可動支軸
72e．．．小型平台(X移動用)
72f．．．小型平台(Y移動用)
72g．．．小型平台(旋轉用)
73．．．U2單元驅動機構
74．．．M4並進驅動機構
75．．．M4焦點驅動機構
88．．．拋物面鏡驅動部
U1、U2．．．光束變形單元
M1～M4．．．拋物面鏡
M5、M6．．．平面鏡
M7、M8．．．移動鏡(平面鏡)
M7、M8．．．平面移動鏡(雷射光束光學系統)
M11．．．平面可動鏡(光路切換機構)
M12、M13．．．平面鏡(第一光路)
M14、M15．．．平面鏡(第二光路)
M16．．．平面可動鏡(光路整合機構)
F12 、F34 ‧‧‧共焦點
圖1為本發明之一實施形態之雷射加工裝置LM1之全體構成圖。
圖2為顯示射出橢圓形之平行光束之光束整形部之構成例之圖。
圖3為顯示橢圓系之光束點之長軸長度之調整方法之圖。
圖4為顯示平台之剖面構造之圖。
圖5為顯示基板誘導機構之構成之圖。
圖6為顯示圖1之雷射加工裝置LM1之控制系統之方塊圖。
圖7為本發明之另一實施形態之雷射加工裝置LM2之全體構成圖。
圖8為顯示圖7之雷射加工裝置LM2之控制系統之方塊圖。
圖9為顯示射出橢圓形之平行光束之光束整形部之構成例之圖。
圖10為顯示具有焦點驅動機構之第二拋物面鏡之構成之圖。
圖11為顯示第二拋物面鏡M2及第四拋物面鏡M4變更位置及焦點時射出之雷射光束之形狀之圖。
圖12為顯示第二拋物面鏡M2及第四拋物面鏡M4變更位置及焦點時射出之雷射光束之形狀之圖。
圖13為顯示第二拋物面鏡M2及第四拋物面鏡M4變更位置及焦點時射出之雷射光束之形狀之圖。
圖14為本發明之一實施形態之雷射加工裝置LM3之全體構成圖。
圖15為顯示圖14之雷射加工裝置LM3之控制系統之方塊圖。
圖16為顯示長軸方向切換部之構成之立體圖。
圖17為顯示長軸方向切換部為第一狀態時之構成及橢圓雷射之進行方向之圖。
圖18為顯示長軸方向切換部為第二狀態時之構成及橢圓雷射之進行方向之圖。
圖19為從圖14之雷射加工裝置LM3被照射至基板之實質橢圓光束。
圖20為顯示以往之雷射加工裝置(裂痕形成裝置)之一例之圖。
圖21為顯示圖20之雷射加工裝置之控制系統之圖。
10．．．雷射光源
20．．．雷射掃描光學系統
21．．．光束整形部
22．．．掃描機構部
23．．．光路調整部
25、26．．．導軌
27．．．調節器
40．．．平台
46．．．真空泵
47．．．空氣源
50．．．基板誘導機構
51a．．．可動抵接部
51b．．．可動抵接部
55a．．．CCD攝影機
55b．．．CCD攝影機
60．．．觸發機構
61．．．刀輪
62．．．升降機構
63．．．多關節機械臂
U1、U2．．．光束變形單元
M1～M4．．．拋物面鏡
M5、M6．．．平面鏡
M7、M8．．．移動鏡(平面鏡)
F12 、F34 ．．．共焦點
LM1．．．雷射加工裝置
BS．．．光束點
G．．．玻璃基板
L0．．．原光束
L2．．．平行光束
L3．．．平行光束
L4．．．平行光束
L5．．．平行光束

Claims (19)

  1. 一種雷射加工裝置，具備：位置固定之平台，其基板載置面以多孔質構件形成且設有隔多孔質構件吸附基板之吸附機構、與隔多孔質構件對基板吹送氣體使其浮起之浮起機構；雷射光源；雷射光束掃描光學系統，將從雷射光源射出之雷射光束整形為剖面為橢圓之雷射光束並導向基板之加工面後，沿被照射至基板上之橢圓之光束點之長軸方向掃描；以及基板誘導機構，藉由前述浮起機構而抵接於浮起之基板之基板側面並將該基板側面於平台面於水平之方向推而使移動之可移動之可動抵接部以互相夾該基板之方式複數配置，於進行前述基板之定位或移動時，以前述複數之可動抵接部誘導基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，各可動抵接部抵接基板側面之部位分歧，對基板以2處抵接。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，基板誘導機構具備機械臂，此機械臂具有使可動抵接部於水平之方向自由移動於平台面之關節部。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，雷射光束掃描光學系統，具備：光束整形部，將從雷射光源射出之雷射光束加以整形而射出平行光束且剖面為橢圓之光束、或非平行光束且剖面為橢圓之光束； 光路調整部，調整從光束整形部射出之橢圓光束之射出方向，並在此橢圓光束為非平行光束時調整為平行光束之橢圓光束後射出；以及掃描機構部，係由一邊反射從光束調整部射出之平行光束之橢圓光束一邊移動於基板上使橢圓之光束點掃描之掃描軸移動鏡、及使此掃描軸移動鏡沿光束點之長軸方向移動之掃描軸導引機構構成；雷射光源及光束整形部係與掃描機構部分開獨立設置，以使光束點之掃描時光束整形部不會移動。
  5. 如申請專利範圍第4項之雷射加工裝置，其中，掃描機構部進一步具備在與光束點長軸方向正交之方向移動之推進軸移動鏡、及使此推進軸移動鏡沿與前述光束點之長軸方向正交之方向移動之推進軸導引機構，從光路調整部射出之平行光束之橢圓光束依序被推進軸移動鏡、掃描軸移動鏡反射後於基板上形成光束點。
  6. 如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，掃描軸導引機構具備導引掃描軸移動鏡於光束點之長軸方向移動之掃描軸導軌、與導引推進軸移動鏡在與光束點之長軸方向正交之方向移動之推進軸導軌，掃描軸導軌與推進軸移動鏡連結且一體移動。
  7. 如申請專利範圍第4項之雷射加工裝置，其中，光束整形部具備由被配置彼此形成共焦點之一對拋物面鏡構成之光束變形單元；光束變形單元，係一方之拋物面鏡一邊將雷射光束於 一方向縮小或放大一邊對另一方之拋物面鏡射出，另一方之拋物面鏡則將入射之雷射光束以短軸寬或長軸寬固定之平行光束之橢圓雷射光束射出。
  8. 如申請專利範圍第7項之雷射加工裝置，其具備2個光束變形單元，一方之光束變形單元係由配置為彼此形成第一共焦點之第一拋物面鏡與第二拋物面鏡之對所構成之短軸形成用之光束變形單元，另一方之光束變形單元係由配置為彼此形成第二共焦點之第三拋物面鏡與第四拋物面鏡之對所構成之長軸形成用之光束變形單元；短軸形成用之光束變形單元，係第一拋物面鏡一邊將從前述雷射光源射出之雷射光束於第一方向縮小一邊往第二拋物面鏡射出，第二拋物面鏡將入射之雷射光束整形為短軸寬固定之平行光束之橢圓之雷射光束後，往長軸形成用之光束變形單元射出；長軸形成用之光束變形單元，係第三拋物面鏡一邊將從第二拋物面鏡射出之雷射光束在與前述第一方向為正交之第二方向擴大一邊往第四拋物面鏡射出，第四拋物面鏡將入射之雷射光束整形為短軸寬與長軸寬固定之平行光束之橢圓之雷射光束後射出。
  9. 如申請專利範圍第7項之雷射加工裝置，其中，光束變形單元，係準備複數組光學常數相異之拋物面鏡之對，於變更射出之平行光束之橢圓光束之剖面形狀時，整組更換各拋物面鏡之對。
  10. 如申請專利範圍第7項之雷射加工裝置，其中， 前述光束變形單元，使成對之拋物面鏡之一方為安裝位置固定之固定焦點之拋物面鏡，使另一方之拋物面鏡為可移動之可變焦點之拋物面鏡；在使可動之拋物面鏡移動時，同時使其焦點變化以與固定拋物面鏡形成共焦點。
  11. 如申請專利範圍第10項之雷射加工裝置，其中，可變焦點之拋物面鏡係由反射雷射光束之可撓性之拋物面鏡本體、支撐拋物面鏡本體之一端並固定於台座之固定支軸、支撐拋物面鏡本體之另一端且被安裝為可在與固定支軸之軸方向正交之面方向並進移動及旋轉移動之可動支軸、驅動可動支軸之並進驅動機構及旋轉驅動機構構成。
  12. 如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，雷射光束掃描光學系統之光路調整部另具備長軸方向切換部，以選擇性射出使從光束整形部射出之橢圓光束之長軸方向朝向第一方向之第一橢圓光束、使橢圓光束之長軸方向朝向與第一方向正交之第二方向之第二橢圓光束其中之一；掃描機構部，根據從長軸方向切換部射出之第一橢圓光束或第二橢圓光束，在基板上形成第一橢圓光束點或與第一光束點為長軸方向正交之第二橢圓光束點，且沿第一橢圓點或第二橢圓點之長軸方向之二方向使基板上之光束點移動。
  13. 如申請專利範圍第12項之雷射加工裝置，其中，長軸方向切換部，係由配置有使從光束整形部射出之橢圓 光束之長軸方向朝向第一方向之光學元件之第一光路、配置有使橢圓光束之長軸方向朝向與第一方向正交之第二方向之光學元件之第二光路、選擇從光束整形部射出之橢圓光束之進行方向為第一光路或第二光路之一之光路切換機構構成。
  14. 如申請專利範圍第13項之雷射加工裝置，其中，光路切換機構係由配置於光路上、切換反射方向之可動鏡構成。
  15. 如申請專利範圍第13項之雷射加工裝置，其中，長軸方向切換部設有第一光路與第二光路在射出側交差、且於交差區域使第一光路與第二光路之方向朝向同一方向之光路整合機構，光路整合機構係選擇性射出通過第一光路之第一橢圓光束、通過第二光路之第二橢圓光束其中之一。
  16. 如申請專利範圍第15項之雷射加工裝置，其中，光路整合機構係由插脫於前述交差區域之可動鏡構成。
  17. 如申請專利範圍第13項之雷射加工裝置，其中，配置於第一光路、第二光路之光學元件係由平面鏡群構成。
  18. 如申請專利範圍第12項之雷射加工裝置，其中，獨立設有刃前緣朝向第一光束點之長軸方向、第二光束點之長軸方向且於各方向形成初期龜裂之2個觸發機構。
  19. 如申請專利範圍第12項之雷射加工裝置，其中，光束整形部係將從複數個雷射光源射出之複數小徑平行光束排列為平行且直列，以使列方向實質上為長軸方向後射 出。
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