TWI413563B - Laser processing device - Google Patents

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TWI413563B
TWI413563B TW097136422A TW97136422A TWI413563B TW I413563 B TWI413563 B TW I413563B TW 097136422 A TW097136422 A TW 097136422A TW 97136422 A TW97136422 A TW 97136422A TW I413563 B TWI413563 B TW I413563B
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laser processing
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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，係關於藉由對基板之表面與背面掃描雷射光束，來進行基板之兩面加工的雷射加工裝置。具體而言，係關於使用在例如液晶面板用基板之貼合基板之兩面分割加工等的雷射加工裝置。
將對被加工基板之雷射光束之照射位置相對移動來進行加工之掃描型雷射加工裝置，係使用於玻璃基板等之脆性材料基板之加工。
最近亦有提出一種雷射加工裝置，係對如液晶面板用基板之貼合有2片玻璃基板之貼合基板，使從1個雷射光源照射之雷射光束以分光器分岐，或從2個雷射光源獨立照射雷射光束，對基板兩面同時照射雷射光束來劃線或分割(參照專利文獻1、專利文獻2)。
且於專利文獻1揭示，藉由進行掃描基板表背各側以形成第一雷射點、冷卻區域、第二雷射點，使裂痕進展更深，以1次之劃線步驟(在此期間進行2次雷射照射)斷開貼合基板。
上述之雷射加工裝置，係以使進行加工時之加工寬度狹窄以提高加工精度、或於加熱時提高加熱效率以提高掃描速度為目的，使從雷射光源射出之截面形狀為圓形之雷射光束(原光束)於光路上調整，使光束聚光於基板之加工面(專利文獻　2)，或形成藉由至基板之高度(距離)使光束點之面積變化之楕圓形之光束點(專利文獻　1)。
此外，所形成之光束點之形狀不僅有如文字所述之「楕圓形」，如長圓、其他具有長軸方向之細長形狀之光束點，亦與楕圓形同樣能提高加工精度或加熱效率。因此，在此處若稱「楕圓形」之光束點時，則包含長圓形狀等之光束點、將複數個圓形光束排列成直線狀之光束點等能定義長軸方向的光束點。
從雷射光源所射出之圓形截面之原光束形成楕圓形狀之光束點之方法，目前已實際運用的有使用透鏡光學系統形成具有長軸之光束點的方法。例如藉由於雷射光束之光路上配置圓筒透鏡與聚光透鏡，使圓形截面之原光束，整形為楕圓形之雷射光束(例如參照專利文獻3)。
圖10係表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)之習知例的構成圖。該裝置，係將雷射光束之照射位置固定成不動，而使平台移動於二維方向(XY方向)與旋轉方向(θ方向)。
即，設置有沿平行配置於架台501上之一對導軌503、504，往返移動於圖10之紙面前後方向(設為Y方向)的滑動台502。於兩導軌503、504之間沿前後方向配置導螺桿505，於該導螺桿505螺合有固定於滑動台502之支架506，藉由使導螺桿505以馬達(不圖示)正、反轉，使滑動台502沿導軌503、504往返移動於Y方向。
於滑動台502上，將水平之台座507配置成可沿導軌08往返移動於圖10之左右方向(設為X方向)。於固定在台座507之支架510，貫通螺合藉由馬達509旋轉之導螺桿510a，藉由導螺桿510a正、反轉，使台座507沿導軌508，往返移動於X方向。
於台座507上，設有藉由旋轉機構511旋轉之旋轉台512，於該旋轉台512，以水平狀態安裝玻璃基板G。旋轉機構511，使旋轉台512繞垂直之軸旋轉，以能相對基準位置成為任意之旋轉角度之方式旋轉來形成。又，基板G，例如藉由吸附夾頭固定於旋轉台512。
在旋轉台512之上方，連接雷射513之光學夾持具514保持於機架515。如圖6所示，於光學夾持具514設有透鏡光學系統514a(例如圓柱透鏡)，用以使從雷射513發射之雷射光束作為楕圓形之加熱點HS照射於基板G上。又，於透鏡光學系統514a下，設有藉由使焦點位置上下移動以使加熱點HS之區域放大、縮小之調整透鏡514b。若使加熱點HS之區域放大、縮小，照射於基板面之面積、能量密度則會變化，因此，例如藉由調整透鏡514b放大加熱點HS時使雷射振盪器513之輸出增加，要縮小加熱點HS時使雷射振盪器513之輸出減少，以調整使用。
又，於光學夾持具514附近，亦可設置冷卻嘴516，係藉由將冷媒朝向加熱點後側之位置噴霧而形成冷卻點來急冷，以促進熱應力之產生
於裂痕形成裝置500之左上方固定有一對CCD攝影機520(521)。該等攝影機係用於基板之位置檢測。即，於載置於旋轉台512之玻璃基板G附有作為加工基準之一對標記(對準標記)，一對之CCD攝影機520(521)，以旋轉台512回歸原點位置之狀態(圖10之旋轉台512往左端移動之狀態)，拍攝此等標記。又，於圖10僅圖示紙面前側之CCD攝影機520，紙面後側之CCD攝影機521未圖示。
將藉由CCD攝影機520、521拍出之基板G之影像，藉由一邊以顯示部557(後述)監控，一邊進行滑動台502、台座507、旋轉台512之調整，來進行基板G之定位。藉由完成定位，基板G之各點則與設定於裂痕形成裝置500之座標系統相對應。
於旋轉台512之上方，透過上下移動調節機構517安裝有刀輪518。刀輪518，專用於在玻璃基板G之端緣形成初期龜裂TR時，使台座507從待機位置朝X方向移動且使刀輪518暫時下降，使之回至待機位置。
接著，參照圖11說明裂痕形成裝置500之控制系統。於裂痕形成裝置500中，以電腦(CPU)構成之控制部550控制如下之各驅動系統：平台驅動部551，係驅動用以進行滑動台502及台座507之定位之馬達(馬達509等)；雷射驅動部552，係驅動雷射513及光學夾持具514之調整透鏡514b以照射雷射光束；冷卻嘴驅動部553，在設置冷卻嘴516時進行冷媒之噴霧；刀具驅動部554，進行刀輪518之定位及對玻璃基板G之壓接力之調整；及攝影機驅動部555，進行CCD攝影機520、521之攝影。
於控制部550，連接鍵盤、滑鼠等輸入裝置所構成之輸入部556，及進行各種顯示之顯示畫面所構成之顯示部557，以能將必要之訊息顯示於顯示畫面，且輸入必要之指示或設定。
其次，說明裂痕形成裝置500之動作。將玻璃基板G載置於旋轉台512上。此時使用攝影機520、521定位。使裂痕形成裝置500儲存分割預定線CL。
接著，開始形成裂痕。開始處理後，讀出所儲存之分割預定線CL之位置資料，移動滑動台502、台座507(旋轉台512)，使刀輪518接近起點P0 。進而在刀輪518下降之狀態下，藉由驅動台座507(旋轉台512)使基板端接近刀輪518，以於基板端形成初期龜裂TR。
接著，移動滑動台502、台座507(旋轉台512)，使光束點BS來至初期龜裂TR前方近處之位置。然後，使雷射513振盪而使雷射光束照射來形成光束點BS，從起點P0 至終點P1 沿分割預定線CL掃描(視必要使冷卻噴516之冷卻點追隨來掃描)。
藉由執行以上之處理，形成沿分割預定線CL之裂痕。
一般而言，具備平台並進機構(將載置基板之平台，與基板一起朝二維方向(XY方向)移動，或朝一維方向(X方向)移動)之雷射加工裝置，其光束點掃描之穩定性較佳，能進行再現性良好之雷射加工。
然而，因需使平台移動，需要從平台之移動開始位置至移動結束位置之空間，較使平台固定之裝置，裝置整體之設備空間可能至少增加2倍程度(一維驅動之情形)，或4倍程度(二維驅動之情形)。
特別是，最近如加工液晶面板用玻璃基板之情形，加工對象之面積有增大之趨勢。因此隨著基板面積增加，需要更大之設置空間。
因此，已提案於雷射光束側設置二維(XY方向)並進機構之雷射分割裝置(雷射加工裝置)(參照專利文獻3)。
根據該文獻，係具備將能調整光束點形狀之雷射光學系統(折射透鏡、調焦透鏡群)整體朝雷射光束之掃描方向移動的驅動機構。
專利文獻1：日本特開2004-36315號公報
專利文獻2：日本特開2002-172479號公報
專利文獻3：日本特開2000-61677號公報
替代使平台移動之並進機構，具備使雷射光學系統整體朝掃描方向移動之並進機構的雷射加工裝置，因能使設置面積縮小，故能成為簡潔之裝置構成。
然而，若要將未具有平台之並進機構而使雷射光學系統移動之簡潔之裝置構成，適用於進行基板之兩面加工之雷射加工裝置時，因在基板背面側存在平台，故需要成為平台不妨礙雷射加工之光學系統之配置或平台構造。
又，專利文獻1所記載之進行兩面加工之雷射加工裝置，如上述，揭示以一次之掃描執行雷射劃線至雷射裂斷而一次斷開的方法(專利文獻1)。但是，要進行該加工則需要依被加工基板之種類、厚度等之狀況設定加工條件之調整作業，而需花費時間設定其條件或調整作業。特別是，會因依基板之厚度(因光路長度變化)不同使光束點之大小變化，因此需要配合基板之厚度進行調整。
因此，本發明之目的在於提供：能對基板等之分割加工所需要之加工條件減少限制，不必取決於基板之種類或厚度，即能進行劃線加工及裂斷加工的兩面加工用之雷射加工裝置。
又，本發明之目的在於提供：不必取決於基板之厚度，即能以1個加工裝置簡單地進行劃線加工至裂斷加工之作業的雷射加工裝置。
為解決上述課題而完成之本發明之雷射加工裝置，係能在將待進行兩面加工之基板載置於平台之狀態對兩面同時進行劃線加工，其後以使基板懸浮之狀態就各側逐一進行裂斷加工。
即，本發明之雷射加工裝置，係對由脆性材料構成之基板之表背兩面掃描雷射光束以進行加工，其特徵在於具備：第一光束掃描光學系統，係將從雷射光源射出之雷射光束整形為平行光束所構成之第一光束，並導至基板表面側以掃描；第二光束掃描光學系統，係將從雷射光源射出之雷射光束整形為平行光束所構成之第二光束，並導至基板背面側以掃描；及平台，具有基板載置面，該基板載置面係被用以將該第二光束導至基板背面之光路之槽分割；於基板載置面，設置以多孔質構件形成、透過多孔質構件將氣體吹至基板以使之懸浮之懸浮機構；進一步地設有抵接部，係抵接於懸浮之基板之基板側面以限制基板之水平方向之移動。
此處之脆性材料基板，雖主要使用於玻璃之貼合基板，但不限於此，亦可係矽基板、藍寶石基板、其他之半導體基板、陶瓷基板等之貼合基板。
又，用以將雷射光束導至基板背面之光路之槽，可1條或複數條，可藉由基板形狀、欲分割加工之基板上之位置，加工條數，決定平台之槽之位置、條數。
又，抵接部，若基板係定型時可固定於基板載置面上。若基板係非定型時較佳為能移動之可動抵接部。
根據本發明，基板係載置於平台上。當基板懸浮機構作動時，藉由將氣體吹至基板使基板懸浮。此時，抵接部係限制基板之水平方向之移動。另一方面，照射於基板表面側之第一光束及第二光束係整形為平行光束後導至基板表面、基板背面。又，平台，係於基板載置面形成用以將第二光束導至基板背面之光路之槽，透過該槽將第二光束照射於基板背面。因此，以將基板載置於平台之狀態將第1次之雷射光束照射於兩面以進行劃線加工，接著，以使基板懸浮之狀態對任一單側基板面照射第2次之雷射光束以進行單側面之裂斷加工。此時，由於雷射光束係以平行光束照射，因此會因載置於平台上之狀態之基板與懸浮狀態之基板的高度之差異使光束之照射位置關係不會變化，而不需要進行光學系統之調整。接著，以使基板懸浮之狀態，將第2次雷射光束照射於相反側基板面而進行另一基板面之裂斷加工。此時亦同樣地，由於雷射光束係平行光束照射，因此會因載置於平台上之狀態之基板與懸浮狀態之基板的高度之差異，使雷射光束之照射位置或光束點之形狀不變化，不必調整光學系統。如上述，因先進行劃線加工後，能就各單側面分別進行裂斷加工，並且以懸浮狀態(自由支撐狀態)照射雷射進行裂斷，故相較於以接觸於平台之基板載置面之狀態進行裂斷之情形，能簡單且確實地分割。
根據本發明，在使基板載置於基板載置面上之狀態與使基板懸浮之狀態，因能將基板之水平方向之位置限制成相同，且使雷射光束為平行光束，故即使於基板載置面進行劃線加工且以懸浮狀態進行裂斷加工，仍能在不進行基板之高度方向之差距所需之光學系統之位置調整之情況下進行加工。又，因以懸浮狀態進行裂斷加工，故相較於以載置於平台之狀態進行裂斷加工之情形，能簡單地分割。
又，本發明，不需取決於基板之厚度即能以1個加工裝置簡單地進行劃線加工至裂斷加工之作業。
上述發明中，亦可於平台進一步設置透過多孔質構件吸附基板之吸附機構。
藉此，因於劃線加工時能吸附基板劃線，故能作正確且再現性良好之劃線加工。特別是，於基板之板厚較薄時之劃線，雖在進行交叉分割時需要將劃線之深度正確地控制，但藉由以吸附機構進行劃線加工，而能於劃線加工時作精度良好之深度控制。
上述發明中，第一光束掃描光學系統與第二光束掃描光學系統亦可分別具備光束截面切換機構，該光束截面切換機構係將光束截面切換為截面係楕圓之劃線用平行光束、或截面積較該劃線用平行光束大之裂斷用平行光束的任一種光束。
藉此，因於劃線加工時使用楕圓光束，於裂斷加工時使用較劃線用平行光束截面積大之光束，故能以適合於各加工之光束點形狀加工。
上述發明中，亦可設有藉由使該抵接部水平移動以將基板側面朝水平方向推壓而誘導基板之基板誘導機構。
藉此，能於平台上進行基板位置之微調整，或基板之旋轉移動。
上述發明中，亦可具備調整槽寬之槽寬調整機構。
藉此，能依照分割預定線之位置或條數調整槽寬。例如有相接近之2條分割預定線之情形，即能將該等2條分割預定線調整為能加工之槽寬。又，若分割預定線之條數較少時，能將不要之槽封閉。
以下，主要以玻璃基板加工用之雷射加工裝置為例，根據圖式說明本發明之實施形態。
圖1係本發明之一實施形態之雷射加工裝置LM1的整體構成圖。圖2係表示雷射加工裝置LM1之截面構成的示意圖。雷射加工裝置LM1，主要由上下一對之雷射光源10(10a、10b)、上下一對之雷射掃描光學系統20(20a、20b)(但因20b隔著平台40位於與20a對稱之位置之故，在圖1未圖示)、平台40、基板誘導機構50、及起始機構60構成。
於以下之說明，若同一構件形成一對於上下時，於上側加a，於下側加b來分別，但對上下同一構件之說明，為避免說明過於冗長，對一部分之說明省略a、b之記載來說明。
(雷射光源)
雷射光源10(10a、10b)係使用CO2 雷射。亦可使用CO雷射、準分子雷射替代CO2 雷射。從雷射光源10射出截面形狀係圓形之雷射光束(原光束L0)。
(雷射掃瞄光學系統)
雷射掃描光學系統20(20a、20b)，可大分為由下列構件構成，即：光束整形部21(21a、21b)，將雷射光束(原光束)之截面形狀調整為平行光束之楕圓光束；光束截面放大部24(24a、24b)，使雷射光束(原光束)之截面形狀保持圓形光束放大成平行光束之圓形光束射出；掃描機構22(22a、22b)，使雷射光束沿平台面(XY方向)移動(掃描)；光路調整部23(23a、23b)，使從光束整形部21及光束截面放大部24射出之雷射光束導引至掃描機構22；及光束截面切換機構29(29a、29b)，使雷射光束(原光束)之光路在光束整形部21與光束截面放大部24之間切換。又，將平台面中之X方向設為掃描軸方向(進行掃描加工或裂斷加工之方向)，將Y方向設為進給軸方向。
說明光束整形部21(21a、21b)。光束整形部21，係由用以將從雷射光源10射出之原光束整形為截面形狀為楕圓形之平行光束，且調整平行光束之長軸徑、短軸徑的複數個光學元件構成。
圖3(a)係表示射出楕圓形之平行光束之光束整形部21(21a、21b)之構成例的圖。該光束整形部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M3(凸面)、第四拋物面鏡M4(凹面)之4個光學元件構成。其中，第一拋物面鏡(凹面)M1與第二拋物面鏡(凸面)M2，以使彼此之焦點一致而成為共焦點F12 之方式配置。又，第三拋物面鏡(凸面)M3與第四拋物面鏡(凹面)M4，亦以使彼此之焦點一致而成為共焦點F34 之方式配置。
並且，將該等4個拋物面鏡配置為立體，以使從第一拋物面鏡(凹面)M1射向第二拋物面鏡(凸面)M2之雷射光束之行進方向成為XY方向，使在第二拋物面鏡M2反射之雷射光束射向第三拋物面鏡M3，使從第三拋物面鏡(凸面)M3射向第四拋物面鏡(凹面)M4之雷射光束之行進方向成為XZ面。
藉由如上述之配置，第一拋物面鏡M1，使朝X方向行進之圓形截面之原光束L0(參照圖3(b))，反射於XY方向。此時，Z方向之光束寬度係保持不變，Y方向之光束寬度一邊縮小一邊行進，而射入於第二拋物面鏡M2。由於使第二拋物面鏡M2配置成共焦點F12 ，當反射聚光於Y方向之雷射光束時，即再成為平行光束L1(參照圖3(c))朝向X方向進行。該平行光束L1之Z方向之光束寬度，係保持原光束L0之光束寬度，而成為具有縮小Y方向之光束寬度之楕圓形狀截面的雷射光束。
再者，當平行光束L1行進而在第三拋物面鏡M3反射時，Y方向之光束寬度保持不變而一邊放大X方向之光束寬度一邊行進於XZ面內，射入於第四拋物面鏡M4。
第四拋物面鏡M4，藉由配置成共焦點F34 ，當反射放大於X方向之雷射光束時，即再變成平行光束L2(參照圖3(d))朝向X方向前進。該平行光束L2之Z方向之光束寬度較原光束L0放大，Y方向之光束寬度成為具有較原光束縮小之較長長軸之楕圓形狀截面的雷射光束。
並且，藉由光束整形部21整形之截面形狀係楕圓形之平行光束L2，經過後段之光路調整部23及掃描機構22，於基板G上形成楕圓形狀之光束點BS。因此，藉由調整該等4個拋物面鏡M1(M1a、M1b)~M4(M4a、M4b)之光學常數，即能形成所欲之楕圓形狀之光束點。
其次，說明光路調整部23(23a、23b)。光路調整部23，如圖1所示，由2個平面鏡M5(M5a、M5b)、M6(M6a、M6b)構成。平面鏡M5係使朝X方向行進之平行光束L2彎折，形成朝Z方向行進之平行光束L3。藉由調整平行光束L2之光路長度(M4~M5間距離)，來進行與掃描機構22間之X方向之調整。又，平面鏡M6係使朝Z方向行進之平行光束L3彎折於Y方向，而形成朝Y方向行進之平行光束L4。藉由調整平行光束L3之光路長度(M5~M6間距離)，進行與掃描機構22間之高度(Z方向)調整。進一步藉由調整後述之掃描機構之平面鏡M7(M7a、M7b)位於原點位置(最接近M6之位置)時之平行光束L4之光路長度(M6~M7間距離)，進行與掃描機構22間之Y方向之調整。
接著說明光束截面放大部24(24a、24b)。光束截面放大部24，係由使原光束之光束徑放大且使之成為平行光束射出之組合透鏡28構成。能藉由例如凹透鏡與凸透鏡之組合使之成為經放大之平行光束。又，所放大之光束截面之截面積，係調整為使之較光束整形部21所形成之楕圓光束大。其理由係一般於雷射劃線加工後進行之雷射裂斷加工時，以廣泛範圍加熱較容易使之裂斷。不過，亦可以與劃線加工時相同之光束點形狀進行裂斷加工。
接著說明光束截面切換機構29。光束截面切換機構29(29a、29b)，係由2個反射鏡M11(M11a、M11b)、M12(M12a、M12b)構成，藉由未圖示之驅動機構，使之能進出於雷射光束之光路。當成為進入光路上之狀態時，射向光束整形部21之雷射光束之光路即切換為射向光束截面放大部24，使藉由組合透鏡28放大之並行光束之圓形光束前進至光路調整部23。
因此，藉由使雷射光束之光路射向光束整形部21或射向光束截面放大部24，楕圓光束之平行光束或已放大之圓形光束之平行光束中之任一個光束即射入於光路調整部23。
其次，說明掃描機構22(22a、22b)。掃描機構22，具備：軸線朝向Y方向之導軌25(25a、25b)；平面鏡M7(M7a、M7b)，安裝成可藉由未圖示驅動機構沿導軌25移動；導軌26(26a、26b)，一體固定於平面鏡M7，軸線朝向X方向；平面鏡M8(M8a、M8b)，安裝成可藉由未圖示驅動機構沿導軌26移動；及角度調整用調整具27(27a、27b)，用以調整平面鏡M8相對水平方向之安裝角度(XZ面之安裝角度)。
為了說明方便，將導軌25之最接近平面鏡M6之位置設為平面鏡M7之原點位置。平面鏡M7，其角度調整為可在原點位置使來自平面鏡M6之平行光束L4彎折，以將平行光束L5導引至平面鏡M8。此時因平行光束L4係朝Y方向行進且平面鏡M7亦沿導軌25移動於Y方向，故不論平面鏡M7移動至導軌25上之任一位置，平行光束L4均會被平面鏡M7反射而導引至平面鏡M8。
於平面鏡M8之前面，在平面鏡M8a與平面鏡M8b之間會產生因平台之有無所導致之差距。上側之平面鏡M8a，係使平行光束L5彎折，而於基板G之面形成光束點BS。此時，由於平行光束L5朝X方向前進且因平面鏡M8亦沿導軌26移動於X方向，因此即使平面鏡M8移動至導軌26上之任一位置，平行光束L5均會再平面鏡M8a反射，而於基板G上形成同一形狀之光束點BS。並且所形成之光束點，係形成為長軸經常朝向X方向之楕圓形狀之光束點。
另一方面，下側之平面鏡M8b，在使平面鏡M7b移動至與後述之平台40之槽49面對之位置，在平面鏡M8b反射之平行光束之雷射光束通過槽49而能到達基板背面時，係於基板G之背面上形成光束點BS。
接著，藉由使平面鏡M8朝X方向移動，楕圓形狀之光束點BS即使長軸一邊朝X方向一邊掃描於X方向。
其次說明使用調整具27調整光束點BS。光束點BS之形狀，主要係能藉由變更光束整形部21之光學元件之光學常數來調整，但當改變光束點BS之長軸長度時，係能保持光束整形部21不變，而藉由調整具27來進行。圖4係表示使用調整具27對長軸長度之調整狀態。藉由調整具27變更平面鏡M8之安裝角度，以調整平行光束L5對基板之射入角，藉此使之傾斜射入至基板上。其結果，能變更光束點BS之長軸長度。因此，能將調整具27當作簡便之光束長度之調整機構利用。
(平台)
其次，說明平台40。如圖1所示平台40以槽49分割為2個部分平台40a、40b。圖5(a)係表示部分平台40a(40b亦同)之截面構造的圖。平台40a，係由下列構件構成，即：上面構件41(基板載置面)，由多孔構件構成且載置基板G(參照圖1)；本體42，緊貼於上面構件41之周圍，進一步形成底面，於與上面構件41之間形成中間空間42a；插栓45，形成連接於中間空間42a之流路43，連接於外部流路44；真空泵46，透過流路43、外部流路44始中間空間42a減壓；及空氣源47，透過流路43、外部流路44送加壓空氣至中間空間42a。
該等構件中，藉由中間空間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，藉由中間空間42a、流路43、外部流路44、空氣源47，形成使基板G懸浮於上面構件41上之懸浮機構。
該平台40a(40b)，藉由以將基板G載置於上面構件41上之狀態，啟動真空泵46而打開開閉閥，使中間空間42a成為減壓狀態，透過多孔質構件之上面構件41吸附基板G。
另一方面，藉由以將基板G載置於上面構件41上之狀態，打開開閉閥從空氣源47吹送空氣，使中間空間42a成為加壓狀態，透過多孔質構件之上面構件41噴出加壓空氣使基板G懸浮。又，此時藉由後述之基板誘導機構50，限制基板G之移動。
又，於另一平台40b，安裝用以調整槽49之間隔之槽寬調整機構90(圖1)。槽寬調整機構90，藉由馬達驅動使平台40b滑動於與槽49正交之方向。藉由驅動槽寬調整機構90，使之能設定於所欲之槽寬。
又，平台不限於2分割，只要適當設定即可。亦可如圖5(b)縱橫4分割。進一步亦可6分割、8分割。
又，如圖5(b)所示沿Y方向進行劃線加工時，需要將楕圓光束之長軸方向切換為Y方向。雖省略詳細說明，但例如可於光路調整部M5(M5a、M5b)之位置，以能切換之方式安裝組合有平面反射鏡之光學廻路，以使長軸方向旋轉。
(基板誘導機構)
其次，說明基板誘導機構50。圖6係表示基板誘導機構50之構造的圖。基板誘導機構50，由安裝於方形平台40a、40b之對角角落48a、48b附近之一對可動抵接部51a、51b構成。
各可動抵接部51a、51b，具有可藉由未圖示驅動機構以支軸52a、52b為中心進行並進動作或旋轉動作之多關節臂53a、53b。於多關節臂53a、53b之前端部分，安裝可藉由未圖示驅動機構進行旋轉動作之金屬製抵接構件54a、54b。抵接構件54a、54b，分別以前端分開於左右之方式安裝，與基板G接觸之部位為圓柱形。該圓柱之軸方向係朝垂直方向。
因此，欲將基板G移動於X方向、Y方向或旋轉移動時，係在使空氣源47(圖5)作動以使基板G懸浮之狀態下，藉由以抵接構件54a、54b推壓基板G，使基板G一邊輕微接觸於抵接構件54a、54b，一邊移動至所欲之位置。進一步進行裂斷處理時，能限制懸浮狀態之基板G之水平移動。又，若使抵接構件54a、54b停止於所欲位置並停止空氣源47，再使真空泵46動作，即能將基板G吸附於所欲位置。
此外，當所加工之基板之形狀係定型之情形，因只要能將基板安裝於定位置即可，故可使未移動之位置固定之抵接構件當作基板之定位用導件安裝於平台上。
又，在形成有對準標記之基板G之情形，係使用攝影機55a、55b(已預先測量了相對就平台40所定義之座標系統之安裝位置)，藉由拍攝對準標記，從對準標記之現在位置求出基板G之偏移量，算出移動量，並以基板誘導機構50使之移動，而亦能自動調整基板G之位置。
(起始機構)
其次說明初期龜裂形成用之起始機構。又，是否要安裝起始機構係可任意，若不安裝起始機構時，例如，能以雷射剝蝕加工代用。
如圖1所示，起始機構60由刀輪61、升降機構62、及多關節臂63構成。多關節臂63，進行與基板誘導機構50之多關節臂53a、53b同樣之動作。刀輪61之刀尖朝向X方向。
當形成初期龜裂TR時，係藉由多關節臂63，使刀輪61來至形成初期龜裂之位置之正上方。接著，藉由升降機構62，使刀輪61暫時下降而壓接來形成初期龜裂T
(控制系統)
接著，說明雷射加工裝置LM1之控制系統。圖7係表示雷射加工裝置LM1之控制系統的方塊圖。雷射加工裝置LM1，係將下列各驅動系統藉由以電腦(CPU)所構成之控制部80控制，即：吸附/懸浮機構驅動部81，驅動平台40之吸附機構及懸浮機構；基板誘導機構驅動部82，驅動基板誘導機構50之可動抵接部51a、51b；起始機構驅動部83，驅動起始機構60之升降機構61及多關節臂64；掃描機構驅動部84，使掃描機構22之平面鏡M7、M8移動；雷射驅動部85，照射雷射光束；冷卻嘴驅動部86，當設置冷卻嘴形成追隨光束點BS之冷卻點時從冷媒嘴進行冷媒之噴霧；攝影機驅動部87，進行CCD攝影機55a、55b之攝影；光束截面切換機構驅動部88，係使光路切換；及槽寬調整機構驅動部89，係調整槽49之寬度。
於控制部80，連接鍵盤、滑鼠等輸入裝置所構成之輸入部91，及進行各種顯示之顯示畫面所構成之顯示部92，使必要之訊息顯示於顯示畫面，且能輸入必要之指示或設定。
(動作例1)
其次，說明雷達加工裝置LM1之典型的加工動作例。在此處說明對刻有對準標記之貼合玻璃基板G兩面同時進行劃線加工，其後就各單面逐一進行雷射照射之裂斷加工之情形。
為了使說明易於理解，設分割方向為玻璃基板之x方向，於以對準標記進行定位時，x方向係一致於雷射掃描光學系統之X方向。
圖8係表示動作例之流程圖。
將玻璃基板G載置於平台40上後，首先，使用基板誘導機構50進行基板G之定位(S101)。定位係藉由攝影機55a、55b檢測出基板G之對準標記，以求出位置偏移量。接著，驅動可動抵接部51a、51b，使抵接構件54a、54b接近於基板G之基板側面。同時使懸浮機構作動，使基板G從平台面懸浮。此時玻璃基板G係於與抵接構件54a、54b之接點(4處)被限制移動。接著，驅動可動抵接部51a、51b，使基板G移動(並進、旋轉)於水平方向，於位置偏移量為零之位置使之停止。然後藉由停止懸浮機構，使吸附機構作動，固定基板G於平台面。其結果，以基板G之x方向一致於雷射掃描光學系統之X方向之狀態結束定位。
接著，驅動起始機構60，於基板G之劃線開始位置作成初期龜裂TR(S102)。
接著，驅動掃描機構部22調整平面鏡M7(M7a、M7b)、M8(M8a、M8b)之位置，使光束點BS來至基板G之劃線開始位置之外側。然後藉由光束整形部21一邊照射經整形之楕圓形之雷射光束一邊使平面鏡M8(M8a、M8b)朝X方向移動(掃描)，以於玻璃基板之x方向進行劃線加工(S103)。
(當使用形成有複數個X方向之槽之平台之情形，在重複劃線複數次時，係交替進行平面鏡M7(M7a、M7b)之Y方向之移動(雷射停止)，與平面鏡M8(M8a、M8b)之X方向之移動(掃描)(雷射照射)。
結束劃線加工後，使吸附機構停止，使懸浮機構動作而使基板G懸浮(S104)。此時藉由可動抵接部51a、51b限制基板G之水平方向之移動。
接著，僅使上側之雷射光源10a振盪，使光束截面切換機構29a作動，以使光束截面放大部24a所形成之放大光束掃描於基板之上面側(表面側)，藉以對上面側進行裂斷加工(S105)。此時因以使基板懸浮之狀態進行裂斷加工，故貼合基板之上面側可簡單地被分割。
接著，僅使下側之雷射光源10b振盪，使光束截面切換機構29b作動，以使光束截面放大部24b所形成之放大光束掃描於基板之下面側(背面側)，藉以對下面側進行裂斷加工(S106)。此時亦因以使基板懸浮之狀態進行裂斷加工，故貼合基板之下面側可簡單地被斷開。藉由以上之動作，完成玻璃基板G之x方向之分割加工。
(動作例2)
其次，說明將方形之貼合玻璃基板G，朝彼此正交之x方向與y方向之二方向加工(交叉分割)時之雷達加工裝置LM1之典型的加工動作例。在此情形藉由使用基板誘導機構50使基板旋轉90度，進行二方向之加工。圖9係表示動作例的流程圖。
此處，說明先進行複數條數之x方向之兩面同時雷射劃線加工，及複數條數之y方向之兩面同時雷射劃線加工，其後，對y方向各單面分別進行雷射照射之裂斷加工之情形。又，因藉由y方向之裂斷加工會使玻璃基板G變成帶狀，故對其後要進行之x方向之裂斷加工，係藉由本裝置以外之裂斷裝置進行裂斷加工。又，為了說明之方便，設最初劃線加工之方向為玻璃基板G之x方向。又，於雷射加工裝置LM1之控制部80，設定x方向之加工條數，與y方向之加工條數，依各次加工計算加工條數。
將基板G固定於平台40之加工區域上(S201)。使用基板G之對準標記、攝影機55a、55b、與基板誘導機構50，進行基板G之x方向與平台40之X方向之方向調整。
沿x方向之劃線預定線進行兩面劃線加工(S202)。進行定位使最初之加工位置來至槽49上後，吸附基板G。使起始機構60作動以形成初期龜裂TR，接著驅動掃描機構部22，調整平面鏡M7(M7a、M7b)、M8(M8a、M8b)之位置，使光束點BS位於基板G之劃線開始位置外側。然後，一邊藉由光束整形部21照射己整形為楕圓形之雷射光束，一邊使平面鏡M8(M8a、M8b)朝X方向移動(掃描)，藉以於基板G之x方向進行兩面劃線加工。
接著，判定x方向之複數條數之兩面劃線加工是否全部結束(S203)。若尚未全部結束時即進至S204，若全部結束時則為了要移至y方向之劃線加工，而進至S206。
S203中，若尚未完成x方向之兩面劃線加工時，係使基板懸浮(S204)，且使用基板誘導機構50將基板G之位置朝平台40之Y方向位移，以使下一加工位置來至槽49上(S205)。然後回到S202，對下一加工位置，重複同樣之兩面劃線加工。以後，重複同樣之加工直到對所有之x方向之加工完成為止。
S203中，若x方向之兩面劃線加工已全部完成時，即使基板懸浮(S206)，並使用基板誘導機構50旋轉90度，使基板G之y方向朝向槽49。藉此使基板G之y方向固定於平台40之加工區域上(S207)。使用基板G之對準標記、攝影機55a、55b、與基板誘導機構50，進行基板G之y方向與平台40之X方向之方向調整。
接著，沿基板G之y方向之劃線預定線，進行兩面劃線加工(S208)。進行定位使y方向之最初之加工位置來至槽49上後，吸附基板G。使起始機構60作動以形成初期龜裂，接著驅動掃描機構部22，調整平面鏡M7(M7a、M7b)、M8(M8a、M8b)之位置，使光束點BS位於基板G之劃線開始位置外側。然後，一邊藉由以光束整形部21照射已整形為楕圓形之雷射光束，一邊使平面鏡M8(M8a、M8b)朝X方向移動(掃描)，藉以於基板G之y方向進行兩面劃線加工。
判定y方向之複數條之兩面劃線加工是否全部完成(S209)。若y方向之全劃線尚未結束時即進至S210，若全劃線結束時則為了要移至y方向之裂斷加工，而進至S212。
S209中，若y方向之兩面劃線加工尚未完成時，係使基板懸浮(S210)，且使用基板誘導機構50將基板G之位置朝平台之Y方向位移，以使下一加工位置來至槽49上(S211)。然後回到S208，對下一加工位置，重複同樣之兩面劃線加工。以後，重複同樣之加工直到完成全部之y方向加工。
S209中，若y方向之全部之兩面劃線加工已完成時，即使基板懸浮(S212)，並使用基板誘導機構50，形成於基板G之複數條劃線中，將最近進行裂斷加工之位置，朝向平台40之槽49之方向，定位(S213)。
接著，僅使上側之雷射光源10a振盪，使光束截面切換機構29a作動，以使光束截面放大部24a所形成之放大光束掃描於基板之上面側(表面側)，藉以對上面側進行裂斷加工(S214)。此時因以使基板懸浮之狀態進行裂斷加工，故貼合基板之上面側可簡單地被斷開。
接著，僅使下側之雷射光源10b振盪，使光束截面切換機構29b作動，以使光束截面放大部24b所形成之放大光束，掃描於基板之下面側(背面側)，藉以對下面側進行裂斷加工(S215)。此時亦因以使基板懸浮之狀態進行裂斷加工，故貼合基板之下面側可簡單地被斷開。
藉由以上之動作，完成玻璃基板G之y方向之最初1條裂斷加工。
接著，判定y方向之複數條之裂斷加工是否全部完成(S216)。當y方向之全裂斷尚未完成時使基板懸浮(S217)，並使用基板誘導機構50將基板G之位置朝平台之Y方向位移，以使下一加工位置來至槽49上(S218)。然後，回到S213，對下一加工位置，以同樣之步驟重複上面裂斷加工、下面兩面裂斷加工。以後，重複同樣之加工直到完成全部之y方向裂斷加工。
於S216，當判定y方向之全裂斷已完成時，即結束本裝置之裂斷加工。
其結果，可獲得斷開成帶狀之基板，藉由使該等帶狀之基板移動至另外之裂斷裝置，藉由適當分割，完成裂斷。
自上述可知，能簡單地進行劃線加工至裂斷加工為止之作業，且藉由懸浮狀態之裂斷加工能實現更確實之分割。
本發明，能利用於藉由雷射照射進行劃線加工或裂斷加工之雷射加工裝置。
10a、10b．．．雷射光源
20a、20b．．．雷射掃描光學系統
21a、21b．．．光束整形部
22a、22b．．．掃描機構部
23a、23b．．．光路調整部
24a、24b．．．光束截面放大部
29a、29b．．．光束截面切換機構
40．．．平台
40a、40b．．．部分平台
41．．．上部構件(多孔質構件)
46．．．真空泵
47．．．空氣源
49．．．槽
50．．．基板誘導機構
51a、51b．．．可動抵接部
54a、54b．．．抵接構件
55a、55b．．．攝影機
圖1係本發明之一實施形態之雷射加工裝置LM1的整體構成圖。
圖2係表示圖1之雷射加工裝置LM1之截面構成的示意圖。
圖3係表示射出楕圓形之平行光束之光束整形部之構成例的圖。
圖4係表示楕圓形之光束點之長軸長度之調整方法的圖。
圖5係表示平台之截面構造的圖。
圖6係表示基板誘導機構之構成的圖。
圖7係表示圖1之雷射加工裝置LM1之控制系統的方塊圖。
圖8係表示圖1之雷射加工裝置LM1之動作例的流程圖。
圖9係表示圖1之雷射加工裝置LM1之另一動作例的流程圖。
圖10係表示習知雷射加工裝置(裂痕形成裝置)之一例的圖。
圖11係表示圖10之雷射加工裝置之控制系統的圖。
10a、10b．．．雷射光源
20a、20b．．．雷射掃描光學系統
21a、21b．．．光束整形部
22a、22b．．．掃描機構部
23a、23b．．．光路調整部
24a、24b．．．束截面放大部
25a、25b、26a、26b．．．導軌
28．．．組合透鏡
29a、29b．．．束截面切換機構
40．．．平台
40a、40b．．．部分平台
41．．．上部構件(多孔質構件)
46．．．真空泵
47．．．空氣源
49．．．槽
50．．．基板誘導機構
51a、51b．．．可動抵接部
54a、54b．．．抵接構件
55a、55b．．．攝影機
60．．．起始機構
61．．．刀輪
62．．．升降機構
63．．．多關節臂
90．．．槽寬調整機構
F12 、F34 ．．．共焦點
G．．．基板
LM1．．．雷射加工裝置

Claims (5)

  1. 一種雷射加工裝置，係對由脆性材料構成之基板之表背兩面掃描雷射光束以進行加工，其特徵在於具備：第一光束掃描光學系統，係將從雷射光源射出之雷射光束整形為平行光束所構成之第一光束，並照射於基板表面側加以掃描；第二光束掃描光學系統，係將從雷射光源射出之雷射光束整形為平行光束所構成之第二光束，並照射於基板背面側加以掃描；及平台，具有基板載置面，該基板載置面被用以將該第二光束照射於基板背面之光路之槽分割；於該基板載置面，設有以多孔質構件形成、透過多孔質構件將氣體噴吹至基板以使之懸浮之懸浮機構；進一步地設有抵接部，其抵接於懸浮之基板之基板側面以限制基板水平方向之移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，於該平台進一步設有透過該多孔質構件吸附基板之吸附機構。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，第一光束掃描光學系統與第二光束掃描光學系統分別具備光束截面切換機構，該光束截面切換機構係將光束截面切換為截面為楕圓之劃線用平行光束、或截面積較該劃線用平行光束大之裂斷用平行光束的任一種光束。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其設有藉由使該抵接部水平移動以將基板側面推壓向水平方向以誘導 基板之基板誘導機構。
  5. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，具備調整該槽之寬度之槽寬調整機構。
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