激光加工装置的制作方法

专利名称：激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过扫描激光束对被加工基板进行加工的激光加工装置。本发明中的激光加工包括对玻璃基板、烧结材料的陶瓷、单结晶硅、半导体晶片、 陶瓷基板等脆性材料利用以软化点以下的温度进行激光加热时所产生的热应力的激光划 线加工、以及对除了脆性材料以外的材料以熔融温度以上的温度进行加热的激光消融加工。
背景技术：
使激光束相对于被加工基板的照射位置相对移动、进行加工的扫描型激光加工装 置已被用于例如玻璃基板等脆性材料基板的加工。在这种激光加工装置中，为达成减小激光加工的加工宽度以提高加工精度、并且 提高加热时的加热效率以提高扫描速度的目的，将从激光光源射出的截面形状为圆形的激 光束(原束)在光路上调整为椭圆形，从而在基板的加工面形成椭圆形的束斑。另外，被调整的激光束、束斑的形状不仅如字面为“椭圆形”，即便为长圆、其他具 有长轴方向的细长形状的束斑也能够提高加工精度、加热效率。因此，在此提到“椭圆形”的 激光束、束斑的情况下，是指包括长圆等具有长轴方向的形状的束斑。作为由从激光光源射出的圆形截面的原束形成椭圆形束斑的方法，实际应用的是 使用透镜光学系统形成具有长轴的束斑的方法。例如已公开有通过在激光束的光路上配置 圆柱透镜和聚光透镜将圆形截面的原束整形为椭圆形的激光束(例如参照专利文献1)。在使用被照射至基板上的束斑的形状为椭圆形的激光束的激光加工装置中，使束 斑的长轴方向与扫描方向(设为X方向)一致并进行扫描。在该情况下，束斑的长轴方向 成为激光加工时的扫描轴方向(X方向)，与束斑的长轴方向垂直的方向(Y方向)为使加工 位置沿横向移动时的进给轴方向。在这种激光加工装置中，为了使激光束相对于基板移动并扫描束斑，采用以下任 一种驱动机构。一种驱动机构构成为，以使激光束的照射位置不动的方式对激光光学系统进行固 定，将基板载置于工作台上，该工作台形成为利用工作台驱动机构在二维方向(平移方向 (XY方向)、旋转方向(Θ方向))移动的活动工作台，从而沿X方向扫描激光束(例如参照 专利文献1)。另一种驱动机构构成为，使受工作台驱动机构驱动的活动工作台能够沿一维方向 (X方向)、旋转方向(θ方向)移动，并且使激光束的照射位置能够沿与活动工作台的移动 方向(X方向)正交的方向(Y方向)移动，扫描激光束(参照专利文献2)。图20为示出作为扫描型激光加工装置之一的裂缝形成装置500(激光划线装置) 的现有例的结构图。该装置以激光束的照射位置不动的方式进行固定，使工作台在二维方 向(XY方向)和旋转方向(Θ方向)移动。亦即，沿平行配置于架台501上的一对导轨503、504，设有沿图20的纸面前后方向(设为Y方向)往复移动的滑动工作台502。在两导轨503、504之间沿前后方向配置有导 螺杆(入”工一本夕)505，被固定于滑动工作台502的支柱506螺合于该导螺杆505，利 用电动机(未图示)使导螺杆505正转和反转从而使滑动工作台502沿导轨503、504在Y
方向往复移动。在滑动工作台502上沿导轨508配置有沿图20的左右方向(设为X方向)往复移动的水平的基座507。通过电动机509旋转的导螺杆510a貫通并螺合在被固定于基座 507的支柱510，通过导螺杆510a正转和反转使基座507沿导轨508在X方向往复移动。在基座507上设有在旋转机构511的作用下旋转的旋转工作台512，玻璃基板G以 水平状态安装于该旋转工作台512。旋转机构511使旋转工作台512绕垂直的轴线旋转，且 形成为能够使旋转工作台512相对于基准位置旋转任意旋转角度。此外，基板G通过例如 吸附卡盘被固定于旋转工作台512。在旋转工作台512的上方，与激光器513相连的光学保持器514被保持于支架 515。如图21所示，在光学保持器514设有用于将由激光器513发出的激光束作为椭圆形 的加热点BS照射至基板G上的透镜光学系统514a(例如圆柱透镜)。此外，在透镜光学系 统514a的下方设有调整透镜514b，所述调整透镜514b通过上下移动焦点位置从而扩大、缩 小加热点BS的区域。在加热点BS被扩大、缩小后，照射至基板表面的面积、能量密度变化。 因此，进行如下调整并使用例如在利用调整透镜514b使加热点BS扩大时增加激光振荡器 513的输出，在利用调整透镜514b使加热点BS缩小时减少激光振荡器513的输出。另外，在光学保持器514附近可以设置冷却喷嘴516，所述冷却喷嘴516用于向加 热点的后侧位置喷射制冷剂以形成冷却点并通过急速冷却促进热应力的产生。在裂缝形成装置500的左上方固定有一对CXD摄像机520(521)。所述CXD摄像 机520(521)用于基板的位置检测。亦即，在载置于旋转工作台512的玻璃基板G上带有作 为加工基准点的一对标记(对准标记)，所述一对CXD摄像机520(521)在旋转工作台512 复位到原点位置的状态(将图20的旋转工作台512移动至左端的状态)下拍摄所述标记。 另外，图A中仅图示出纸面近前侧的CXD摄像机520，纸面里侧的CXD摄像机521未被图示。一边利用显示部557(后述)监控由CXD摄像机520、521映现出的基板G的影像， 一边调整滑动工作台502、基座507、旋转工作台512，由此进行基板G的对位。对位结束后， 基板G的各点便对应于在裂缝形成装置500上设定的座标系。在旋转工作台512的上方，经由上下移动调节机构517安装有刀轮518。刀轮518 专门在如下情况下使用在玻璃基板G的端缘形成初始裂纹TR时，使基座507从待机位置 沿X方向移动并使刀轮518暂时下降，然后使基座7返回待机位置。接下来，参照图B对裂缝形成装置500的控制系统进行说明。在裂缝形成装置500 中，下述各驱动系统通过由计算机(CPU)构成的控制部550进行控制工作台驱动部551， 所述工作台驱动部551驱动用于对滑动工作台502及基座507进行定位的电动机(电动机 509等)；激光驱动部552，所述激光驱动部552驱动激光器513及光学保持器514的调整 透镜514b以照射激光束；冷却喷嘴驱动部553，所述冷却喷嘴驱动部553在设置有冷却喷 嘴516的情况下喷射制冷剂；切刀驱动部554，所述切刀驱动部554对刀轮518进行定位并 调整刀轮518对玻璃基板G的压接力；以及摄像机驱动部555，所述摄像机驱动部555利用 CXD摄像机520、521进行拍摄。
在控制部550上连接有由键盘、鼠标等输入装置构成的输入部556、以及由进行各 种显示的显示屏幕构成的显示部557，从而将必要的信息显示于显示屏幕并能够输入必要 的指示、设定。以下，对裂缝形成装置500的动作进行说明。玻璃基板G载置于旋转工作台512 之上。此时使用摄像机520、521进行定位。在裂缝形成装置500中存储分割预定线CL。 接下来，开始形成裂缝。在处理开始后，读取所存储的分割预定线CL的位置数据， 以使刀轮518接近起点PO的方式移动滑动工作台502、基座507 (旋转工作台512)。进而 在刀轮518降下的状态下以使基板端接近刀轮518的方式驱动基座507 (旋转工作台512)， 从而在基板端形成初始裂纹TR。接下来，以使束斑BS到达初期裂缝TR的紧前方位置的方式移动滑动工作台502、 基座507 (旋转工作台512)。然后，激光器513振荡并照射激光束形成束斑BS，从起点PO 至终点Pl为止沿分割预定线CL进行扫描(根据需要使冷却喷嘴516的冷却点以追踪的方 式进行扫描)。通过执行以上的处理，形成沿分割预定线CL的裂缝。一般而言，具备将载置有基板的工作台与基板一起沿二维方向(XY方向)移动或 沿一维方向(X方向)移动的工作台平移机构的激光加工装置的扫描束斑的稳定性优良，能 够进行再现性良好的激光加工。然而，由于关系到需要移动工作台，因此需要从工作台的移动开始位置至移动结 束位置为止的空间，与工作台被固定的装置相比，存在装置整体的设置空间无论如何也会 增大两倍左右(一维驱动的情况)或四倍左右(二维驱动的情况)的趋势。特別是如最近在加工液晶面板用的玻璃基板的情况下那样，有作为加工对象的基 板的面积变大的趋势。因此随着基板面积变大，需要更大的设置空间。此外，由于工作台重量比基板的重量更重，因此使工作台平移移动的工作台平移 机构需要较大的驱动力，必须使用产生大驱动力的驱动机构。此外，在将玻璃基板、半导体晶片等加工(设基板的加工方向为X方向及Y方向) 为方形的情况下，大多在沿基板的X方向的第一次加工后接着进行沿与X方向正交的Y方 向的第二次加工。在该情况下，在使用椭圆形的束斑进行加工的情况下，必须将束斑的长轴 方向的朝向从基板的X方向改变90度达到基板的Y方向，因此除了需要用于使基板平移的 平移驱动机构之外，还需要使基板旋转的旋转工作台机构。若在平移驱动机构上搭载旋转工作台机构，则工作台重量进一步增大，必须使用 产生更大驱动力的驱动机构。于是，提出有不在工作台上设置平移机构而在激光束侧设置二维(XY方向)平移 机构的激光切割装置(激光加工装置)(参照专利文献3)。据此，具备使激光光源以及将束形状整形为椭圆的激光光学系统(折射透镜、聚 焦透镜组)整体沿激光束的扫描方向移动的驱动机构。专利文献1 日本特开2006-289388号公报专利文献2 :W02003/026861号公报专利文献3 日本特开2000-61677号公报取代工作台的平移机构而具备使激光光源以及将激光束整形为椭圆的激光光学系统整体沿扫描方向移动的平移机构的激光加工装置，由于能够减小设置空间，因此能够 形成紧凑的装置结构。然而，在使用椭圆形的束斑将玻璃基板、半导体晶片等加工(设基板的加工方向 为X方向及Y方向)为方形的情况下，需要将束斑的长轴方向的朝向从基板的χ方向改变 为基板的Y方向，因此必须搭载使激光束的长轴旋转的任何长轴调整机构，不仅激光光学 系统变得复杂，并且还需要利用平移机构使该长轴调整机构与激光光源、用于椭圆整形的 激光光学系统一起移动。为避免上述问题，可考虑设置工作台旋转机构以使基板侧旋转。在设置工作台旋 转机构的情况下，不会使设置空间大幅增加。然而，会需要用于使工作台旋转机构旋转的大 驱动力
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够这样的激光加工装置该激光加工装置使用不 具有使工作台平移移动、旋转移动的驱动机构且位置固定的工作台，以椭圆激光束对基板 进行不同的两方向(X方向、y方向)的加工。进而，本发明的目的在于，提供在使用位置固定的工作台以椭圆激光束进行加工 的方面具有优选的装置结构的激光加工装置。此外，本发明的目的在于，提供不使用工作台旋转机构就能够使基板旋转的激光
加工装置。为解決上述问题而完成的本发明的激光加工装置具备位置固定的工作台，所述 工作台的基板载置面由多孔部件形成，并且所述工作台设有经由多孔部件吸附基板的吸附 机构、以及经由多孔部件对基板吹送气体使基板浮起的浮起机构；激光光源；激光束扫描 光学系统，所述激光束扫描光学系统将从激光光源射出的激光束整形为截面为椭圆的激光 束并引导至基板的加工面，并沿照射至基板上的束斑的长轴方向进行扫描；以及基板引导 机构，所述基板引导机构在对载置于工作台上的基板进行定位或者使该基板移动时，通过 活动抵接部引导基板，该活动抵接部与浮起的基板的基板侧面抵接并在工作台表面沿水平 方向推压基板侧面使基板移动。根据本发明的激光加工装置，工作台的位置被固定，在工作台的作为基板载置面 的多孔部件上载置有基板。将基板载置于工作台上的方法并不特别限定，例如可以利用一 般的基板运送机构(例如机械手臂等)。载置于工作台的基板通过使吸附机构动作而被固 定于工作台。激光束扫描光学系统将从激光光源射出的激光束整形为截面为椭圆的激光 束并引导至基板的加工面，并在加工面上沿被照射至基板上的椭圆束斑的长轴方向进行扫 描。被激光扫描的部位被局部加热，进行加工。然后，在使基板平移移动、或旋转移动、或定 位于新的加工位置时，使吸附机构停止，使浮起机构工作以使基板浮起。基板引导机构使活 动抵接部与浮起的基板的基板侧面抵接，并且在工作台表面沿水平方向推压基板侧面使基 板移动(旋转、平移)。由此，在工作台被固定的状态下仅将基板引导至预期的位置。到达 预期的位置后，使浮起机构停止，使吸附机构工作以固定基板。然后，再次利用激光扫描光 学系统扫描激光束进行激光加工。根据本发明，由于使用不具有工作台平移机构也不具有工作台旋转机构且位置被固定的工作台，因此无需需要大驱动力的工作台驱动机构。此外，无需使工作台移动，能够减小设置空间。再有，在使基板旋转时，使活动抵接部与浮起的基板的基板侧面抵接，仅以少量驱 动力推压即可使基板旋转、定位。本发明还能够采取以下形态。在上述发明中，基板引导机构可设置多个活动抵接部，各活动抵接部配置成相互 夹持基板。据此，能够利用多个活动抵接部夹持基板并引导基板，所以能够使浮起的基板稳 定移动。具体而言，当基板为方形时，优选在对角线方向上的两个部位配置(一对)活动抵 接部。当基板为圆形时，优选夹着中心在直线方向上的两个部位配置或者在每隔120度的 三个部位配置。在该情况下，各活动抵接部可在与基板侧面抵接的部位分支，各活动抵接部相对 于基板在两个部位抵接。由此，通过以相接近的两点与基板侧面抵接，控制基板的平移方向、旋转方向的移 动变得容易。特別是在方形基板的情况下，所述两点与基板的夹着角部而相邻的两条边抵 接，从而能够容易地进行方形基板的平移移动、旋转移动。此外，基板引导机构可具备臂，该臂具有用于使活动抵接部在工作台表面沿水平 方向自由移动的关节部。由此，调整臂的关节部能够使活动抵接部自由移动，能够在工作台上使基板位置 自由地平移移动、旋转移动。此外，激光束扫描光学系统可具备束整形部，所述束整形部对从激光光源射出的 激光束进行整形，并以平行光束且截面为椭圆的束、或非平行光束且截面为椭圆的束射出； 光路调整部，所述光路调整部调整从束整形部射出的椭圆束的射出方向，并且在该椭圆束 为非平行光束的情况下将该椭圆束调整为平行光束的椭圆束并射出；以及扫描机构部，所 述扫描机构部由扫描轴移动镜和扫描轴导向机构构成，所述扫描轴移动镜一边反射从光路 调整部射出的平行光束的椭圆束一边移动，在基板上扫描椭圆束斑，所述扫描轴导向机构 使该扫描轴移动镜沿束斑的长轴方向移动，激光光源和束整形部相对于扫描机构部独立设 置，在扫描束斑时束整形部不移动。在此，束整形部只要能够形成截面为椭圆的束并射出，其整形方法并不作特别限 定。例如，可以利用上述的专利文献1 专利文献3等中公开那样的已公知的透镜光学系 统(圆柱透镜、折射透镜和聚焦透镜的组合等)的方法形成椭圆束。此外，也可以采用旋转 的多面镜和透镜，利用多面镜使激光束在预定区域重复反射，再利用透镜整形而形成椭圆 束(例如参照日本特开2005-288541号公报)，利用这些方法产生的椭圆束射出非平行光束 的椭圆束。也可以利用采用后述的抛物面镜组的方法形成椭圆束。在该情况下是以平行光 束射出的。由此，基板被载置于不具有驱动机构的工作台上。从激光光源射出的激光束入射 至束整形部，在被整形为截面为椭圆的激光束后被射出至光路调整部。光路调整部调整椭 圆束的射出方向并射出至后段的扫描机构部。光路调整部在来自束整形部的椭圆束为平行光束时，直接以该状态的平行光束射出至扫描机构部，在来自束整形部的椭圆束为非平行 光束时，调整为平行光束后朝向扫描机构部的扫描轴移动镜射出。进而，平行光束的椭圆束 入射至扫描机构部的扫描轴移动镜。扫描机构部用扫描轴移动镜反射平行光束的椭圆束， 并在基板上形成椭圆束斑。然后利用扫描轴导向机构使扫描轴移动镜朝向束斑的长轴方向 (也称为扫描轴方向)移动。此时，扫描轴移动镜一边反射从光路调整部射出的平行光束的 椭圆束一边移动。其结果是，在基板上形成的椭圆的束斑追随扫描轴移动镜的动作在基板 上移动。由于入射至扫描轴移动镜的椭圆束为平行光束，因此无论扫描轴移动镜移动至哪 个位置，在基板上均形成相同形状、相同朝向的束斑。这样，激光光源及束整形部离开扫描 机构部而独立设置，在扫描束斑时仅扫描轴移动镜移动。根据本发明，束斑的扫描仅通过移动移动镜进行，因此小驱动力便足够了，能够缩 小驱动机构，高速移动也较容易。此外，由于移动镜所反射的激光束为平行光束的椭圆束，因此仅由平面镜形成移 动镜，无论该移动镜被扫描轴导向机构移动至哪个位置均能够对基板照射相同形状、相同 大小的束斑。并且，由于束斑是以平行光束入射至基板而形成的，因此形成于基板表面的束斑 的形状相同、大小相同，而与基板的板厚尺寸无关，无需因基板的板厚而调整高度方向的位置。在该情况下，扫描机构部还可具备进给轴移动镜和进给轴导向机构，所述进给轴 移动镜沿与束斑的长轴方向正交的方向(也称为进给轴方向)移动，所述进给轴导向机构 使该进给轴移动镜沿与所述束斑的长轴方向正交的方向移动，从光路调整部射出的平行光 束的椭圆束在依次被进给轴移动镜、扫描轴移动镜反射并在基板上形成束斑。由此，扫描轴移动镜能够向束斑的长轴方向(扫描轴方向)移动也能够向与该方 向正交的方向(进给轴方向)移动。因此，能够在进给轴方向的任意位置实施激光加工。 此外，在通过扫描轴移动镜的扫描进行第一激光加工后，使进给轴移动镜移动后利用扫描 轴移动镜的扫描进行第二激光加工，从而能够形成平行于第一激光加工线的第二激光加工 线。进而通过交替地重复扫描轴移动镜的扫描和进给轴移动镜的移动，能够依次形成平行 的激光加工线。此外，扫描轴导向机构可具备扫描轴导轨和进给轴导轨，所述扫描轴导轨引导扫 描轴移动镜沿束斑的长轴方向移动，所述进给轴导轨引导进给轴移动镜沿与束斑的长轴方 向正交的方向移动，扫描轴导轨与进给轴移动镜连结且一体移动。由此，从进给轴移动镜向扫描轴移动镜反射的方向始终保持一定，光轴调整容易。此外，束整形部可具备束变形单元，所述束变形单元由配置成彼此形成共焦点的 一对抛物面镜构成，束变形单元形成为一个抛物面镜将激光束在一个方向缩小或放大的 同时向另一抛物面镜射出，另一抛物面镜则将所入射的激光束以短轴宽度或长轴宽度确定 的平行光束的椭圆激光束射出。由此，由于能够使从束整形部射出的椭圆束形成为平行光束，因此无需利用后段 的光路调整部调整为平行光束，形成平行光束的调整作业容易。进而，光路调整部仅使用平 面镜调整射出方向即可，能够将椭圆束以平行光束引导至扫描机构部。此外，可具备两个束变形单元，一个束变形单元形成由第一抛物面镜和第二抛物面镜成对构成的短轴形成用束变形单元，所述第一抛物面镜和第二抛物面镜配置成彼此形 成第一共焦点，另一束变形单元形成由第三抛物面镜和第四抛物面镜成对构成的长轴形成 用束变形单元，所述第三抛物面镜与第四抛物面镜配置成彼此形成第二共焦点，短轴形成 用束变形单元构成为第一抛物面镜将从所述激光光源射出的激光束在第一方向缩小的同 时朝向第二抛物面镜射出，第二抛物面镜将所入射的激光束整形为短轴宽度确定的平行光 束的椭圆激光束并向长轴形成用束变形单元射出，长轴形成用束变形单元构成为第三抛 物面镜将从第二抛物面镜射出的激光束在与所述第一方向正交的第二方向扩大的同时朝 向第四抛物面镜射出，第四抛物面镜将所入射的激光束整形为短轴宽度和长轴宽度都确定 的平行光束的椭圆激光束并射出。由此，能够使从束整形部射出的椭圆束形成为平行光束，进而能够独立调整长轴 宽度和短轴宽度。此外，无需在后段的光路调整部调整为平行光束，进而在光路调整部仅使 用平面镜调整射出方向即可，能够将椭圆束以平行光束引导至扫描机构部。此外，束变形单元可以准备多组光学常数不同且成对的抛物面镜，在改变射出的 平行椭圆束的截面形状时，成组地更换每一对抛物面镜。由此，通过成组地更换每一对抛物面镜，能够改变从束整形部射出的椭圆束的截 面形状并且使该椭圆束以平行光束射出。此外，可以将束变形单元的成对的抛物面镜中的一个作为安装位置被固定的固定 焦点抛物面镜，并将另一抛物面镜作为能够移动的可变焦点抛物面镜，在使活动的抛物面 镜移动时，同时使其焦点变化并与固定抛物面镜形成共焦点。由此，通过改变活动抛物面镜的安装位置，能够改变从束整形部射出的椭圆束的 形状，且在使椭圆束的形状变化时，同时使焦点变化并与固定焦点抛物面镜形成共焦点从 而以平行光束射出。可变焦点抛物面镜可由下述部件构成具有挠性的抛物面镜主体，所述抛物面镜 主体反射激光束；固定支轴，所述固定支轴支撑抛物面镜主体的一端并被固定于基座；活 动支轴，所述活动支轴支撑抛物面镜主体的另一端，且被安装为能够在与固定支轴的轴向 正交的面方向平移移动及旋转移动；以及驱动活动支轴的平移驱动机构及旋转驱动机构。由此，通过操作驱动活动支轴的平移驱动机构及旋转驱动机构使抛物面镜的反射 面的形状变形，从而能够使焦点变化。此外，激光束扫描光学系统的光路调整部可具备长轴方向切换部，所述长轴方向 切换部选择性地射出第一椭圆束和第二椭圆束中的任意一方，该第一椭圆束为从束整形部 射出的长轴方向朝向第一方向椭圆束，该第二椭圆束为从束整形部射出的长轴方向朝向与 第一方向正交的第二方向的椭圆束，激光扫描光学系统的扫描机构部可以基于从长轴方向 切换部射出的第一椭圆束或第二椭圆束，在基板上形成第一椭圆束斑或长轴方向与第一束 斑的长轴方向正交的第二椭圆束斑，并且使基板上的束斑沿第一椭圆点的长轴方向或第二 椭圆点的长轴方向这两个方向移动。根据本发明的激光加工装置，由束整形部整形后的椭圆束朝向长轴方向切换部射 出。长轴方向切换部射出从束整形部入射的平行光束的椭圆束的长轴方向朝向第一方向的 第一椭圆束、或者从束整形部入射的平行光束的椭圆束的长轴方向朝向与第一方向正交的 第二方向的第二椭圆束。进而，基于从长轴方向切换部射出的第一椭圆束或第二椭圆束在基板上形成第一椭圆束斑或长轴方向与第一束斑的长轴方向正交的第二椭圆束斑。并且，扫描机构部基于从长轴方向切换部射出的第一椭圆束或第二椭圆束在基板 上形成第一椭圆束斑或长轴方向与第一束斑的长轴方向正交的第二椭圆束斑，并使基板上 的束斑沿第一椭圆点的长轴方向或第二椭圆点的长轴方向移动。这样，无需旋转移动工作 台即可朝向正交的两个方向进行激光加工。由此，不使用工作台旋转机构就能够利用椭圆束斑进行正交的两个方向的加工。此外，长轴方向切换部可由下述部分构成第一光路，所述第一光路将光学元件配 置为使从束整形部射出的椭圆束的长轴方向朝向第一方向；第二光路，所述第二光路将光 学元件配置为使从束整形部射出的椭圆束的长轴方向朝向与第一方向正交的第二方向；以 及光路切换机构，所述光路切换机构将从束整形部射出的椭圆束的前进方向选择为第一光 路和第二光路中的任一光路。由此，能够利用光路切换机构使从束整形部射出的椭圆束选择性地通过第一光路和第二光路中的任一光路，并能够利用设于各光路的光学元件射出长轴方向朝向第一方向 和与该第一方向正交的第二方向中的任一方向的椭圆束。此外，光路切换机构也可由配置于光路上并切换反射方向的活动镜构成。在此，活 动镜的结构并未特別限定。例如可以使镜以支轴为中心旋转从而切换反射方向。此外，也 可以安装在光路上进出的活动镜，通过进入到光路上的状态下的反射方向和从光路上移出 的状态下的前进方向进行切换。由此，通过利用活动镜切换反射光的光路的操作，能够简单地切换椭圆束的长轴 方向。此外，长轴方向切换部可设置光路整合机构，所述光路整合机构使第一光路和第 二光路在射出侧交叉，并且在交叉区域使第一光路和第二光路的方向朝向同一方向，光路 整合机构选择性地射出在第一光路通过的第一椭圆束和在第二光路通过的第二椭圆束中 的任意一方。由此，从长轴方向切换部射出的第一椭圆束和第二椭圆束以一条光路射出至后段 的激光光学系统，因此能够以共同的光路构成激光光学系统之后的结构。此外，光路整合机构也可由相对于所述交叉区域插入和脱离的活动镜构成。由此，通过使活动镜插入和脱离，能够简单地将第一椭圆束与第二椭圆束选择性 地引导至激光光学系统。此外，配置于第一光路、第二光路的光学元件可由平面镜组构成。由于在第一光路、第二光路通过的椭圆束为平行光束，因此通过平面镜转折多次 就能够简单地形成长轴方向互相正交的两条椭圆束。此外，可设置两个独立的触发机构，所述两个触发机构的刃尖分别朝向第一束斑 的长轴方向、第二束斑的长轴方向设置且在各自的方向形成初始裂纹。由此，能够朝向互相正交的两个方向形成初始裂纹，能够从两个方向的初始裂纹 使加工沿各自的方向进展。此外，束整形部可通过将从多个激光光源射出的多个小径的平行光束相互平行且 直列地排列从而使列方向实际上成为长轴方向地射出。由此，能够使成形平行光束的椭圆束的光学系统简化。


图1为作为本发明的一个实施方式的激光加工装置LM1的整体结构图。图2为示出射出椭圆形的平行束的束整形部的结构例的图。图3为示出椭圆类的束斑的长轴长度的调整方法的图。图4为示出工作台的剖面结构的图。图5为示出基板引导机构的结构的图。图6为示出图1的激光加工装置LM1的控制系统的框图。图7为作为本发明的另一实施方式的激光加工装置LM2的整体结构图。图8为示出图7的激光加工装置LM2的控制系统的框图。图9为示出射出椭圆形的平行束的束整形部的结构例的图。图10为示出具有焦点驱动机构的第二抛物面镜的结构的图。图11为示出第二抛物面镜M2及第四抛物面镜M4在位置和焦点变更后射出的激 光束的形状的图。图12为示出第二抛物面镜M2及第四抛物面镜M4在位置和焦点变更后射出的激 光束的形状的图。图13为示出第二抛物面镜M2及第四抛物面镜M4在位置和焦点变更后射出的激 光束的形状的图。图14为作为本发明的一个实施方式的激光加工装置LM3的整体结构图。图15为示出图14的激光加工装置LM3的控制系统的框图。图16为示出长轴方向切换部的结构的立体图。图17为示出长轴方向切换部处于第一状态下的结构及椭圆激光的前进方向的 图。图18为示出长轴方向切换部处于第二状态下的结构及椭圆激光的前进方向的 图。图19为由图11的激光加工装置LM3照射至基板上的实际椭圆束。图20为示出现有的激光加工装置(裂缝形成装置)的一例的图。图21为示出图14的激光加工装置的控制系统的图。标号说明10 激光光源；20 激光扫描光学系统；21、21a 束整形部；22 扫描机构部；23 光 路调整部；25、26 导轨；27 调节器；40 工作台；41 上部部件(多孔部件)；46 真空泵； 47 空气源；50 基板引导机构；60、65 触发机构；71 -M2平移驱动机构；72 :M2焦点驱动机 构；72a 基座；72b 固定支轴；72c 抛物面镜主体；72d 活动支轴；72e 小型工作台(X方 向移动用)；72f 小型工作台(Y方向移动用)；72g 小型工作台(旋转用)；73 :U2单元驱 动机构；74 :M4平移驱动机构；75 :M4焦点驱动机构；88 抛物面镜驱动部；Ul、U2 束变形 单元；Ml M4 抛物面镜；M5、M6 平面镜M7、M8 移动镜(平面镜)；M7、M8 平面移动镜(激 光束光学系统)；Mil 平面活动镜(光路切换机构)；M12、M13:平面镜(第一光路)；M14、 M15:平面镜(第二光路)；M16:平面活动镜(光路整合机构)；F12、F34:共焦点。
具体实施例方式以下，主要以玻璃基板加工用激光划线装置为例，基于

本发明的实施方 式。另外，如果调整激光照射条件，本实施例的激光划线装置也能够直接用作激光消融 (laser ablation)装置。[第一实施方式]图1为作为本发明的一个实施方式的激光加工装置LM1的整体结构图。激光加 工装置LM1主要由激光光源10、激光扫描光学系统20、工作台40、基板引导机构50、触发 (trigger)机构60构成。(激光光源)激光光源10采用C02激光。也可以代替C02激光而采用CO激光、准分子激光。从 激光光源10射出截面形状为圆形的激光束(原束L0)。另外，在激光消融加工的情况下，采 用能够使基板材料熔融、蒸发的波长、能量密度的激光光源。(激光扫描光学系统)激光扫描光学系统20大致由以下部分构成调整激光束的截面形状的束整形部 21 ；主要使激光束沿工作台表面(XY方向)移动(扫描)的扫描机构22 ；以及将从束整形 部21射出的激光束引导至扫描机构22的光路调整部23。另外，以工作台表面中的X方向 为扫描轴方向(进行划线的方向)，Y方向为进给轴方向。对束整形部21进行说明。束整形部21由多个光学元件构成，所述光学元件用于将 从激光光源10射出的原束整形为截面形状为椭圆形的平行束(束(beam)是光束的集合) 并且调整平行束的长轴径、短轴径。图2(a)为表示射出椭圆形的平行束的束整形部21的结构例的图。该束整形部21 由第一抛物面镜(凹面)M1、第二抛物面镜(凸面)M2、第三抛物面镜(凸面)M3、第四抛物 面镜(凹面)M4这四个光学元件构成。其中，第一抛物面镜(凹面)M1和第二抛物面镜(凸 面)M2被配置成彼此的焦点一致并形成共焦点F12。所述第一抛物面镜(凹面)M1和第二 抛物面镜(凸面)M2构成第一束变形单元U1。此外，第三抛物面镜(凸面)M3和第四抛物 面镜(凹面)M4也被配置为彼此的焦点一致并形成共焦点F34。所述第三抛物面镜(凸面) M3和第四抛物面镜(凹面)M4构成第二束变形单元U2。并且，将所述四个抛物面镜立体地配置为从第一抛物面镜(凹面)M1朝向第二抛 物面镜(凸面)M2的激光束的前进方向为XY面方向，被第二抛物面镜M2反射的激光束朝 向第三抛物面镜M3，从第三抛物面镜(凸面)M3朝向第四抛物面镜(凹面)M4的激光束的 前进方向为XZ面方向。通过上述配置，第一抛物面镜Ml将沿X方向前进的圆形截面的原束L0(参照图 2(b))向XY面方向反射。此时，在Z方向的束宽保持不变而Y方向的束宽聚焦的同时前进， 并入射至第二抛物面镜M2。第二抛物面镜M2以形成共焦点F12的方式配置，因此在向Y方 向聚焦的激光束被反射后，再次成为平行束L1 (参照图2(c))，朝向X方向前进。该平行束 L1的Z方向的束宽保持原束L0的宽度不变、Y方向的束宽被缩小的椭圆形截面的激光束就 形成了。进而，平行束L1前进并被第三抛物面镜M3反射后，在Y方向的束宽保持不变而X 方向的束宽扩大的同时在XZ面内前进，并入射至第四抛物面镜M4。
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第四抛物面镜M4以形成共焦点F34的方式配置，因此对在X方向扩大的激光束被 反射后，再次成为平行束L2 (参照图2 (d))，并朝向X方向前进。该平行束L2的Z方向的束 宽从原束L0被扩大、Y方向的束宽从原束L0被缩小的长轴较长的椭圆形截面的激光束就 形成了。然后，经束整形部21整形后的截面形状为椭圆形的平行束L2经由后段的光路调 整部23及扫描机构22，在基板G上形成椭圆形状的束斑BS。因此，通过调整所述四个抛物 面镜Ml M4的光学常数，能够形成平行光束的具有预期的长轴宽度、短轴宽度的椭圆形状 的束斑。在该情况下，抛物面镜的光学常数的调整是以分别更换第一束变形单元U1 (第一 抛物面镜Ml、第二抛物面镜M2)或第二束变形单元U2(第三抛物面镜M3、第四抛物面镜M4) 的方式进行的，并且在更换时维持每个单元的共焦点关系来射出平行束。因此，优选预先准 备多组形成共焦点的成对抛物面镜。另外，在形成单元的成对的抛物面镜未形成共焦点的情况下，还能够在后述的光 路调整部23中将圆柱透镜等配置于光路上进行调整以形成平行光束。此外，上述的束整形部21使用了两个束变形单元(Ul、U2)，然而也能够只使用一 个。在仅使用第一束变形单元U1的情况下，将原束在一个方向上缩小而确定了短轴宽度的 平行束L1向后段射出。此外，在仅使用第二束变形单元U2的情况下，将原束在一个方向上 扩大而确定了长轴宽度的平行束向后段射出。接下来，对光路调整部23进行说明。如图1所示，光路调整部23由两个平面镜 M5、M6构成。平面镜M5使沿X方向前进的平行束L2转折并形成沿Z方向前进的平行束L3。 通过调整平行束L2的光路长(M4 M5之间的距离)进行束整形部21与扫描机构22之间 的X方向调整。此外，平面镜M6将沿Z方向前进的平行束L3向Y方向转折，形成沿Y方向 前进的平行束L4。通过调整平行束L3的光路长(M5 M6之间的距离)进行束整形部21 与扫描机构22之间的高度(Z方向)调整。进而，通过调整在后述的扫描机构的平面镜M7 位于原点位置时(参照图1)平行束L4的光路长(M6 M7之间的距离)进行束整形部21 与扫描机构22之间的Y方向调整。此外，在从前面的束整形部21射出的激光束不是平行光束的情况下，光路调整部 23可以将平行光束形成用透镜夹设于光路上。具体而言是使用圆柱透镜、凹透镜、凸透镜形 成平行光束。接下来，对扫描机构22进行说明。扫描机构22由如下部件构成轴线朝向Y方向 (进给轴方向)的导轨25 ；被安装成能够利用未图示的驱动机构沿导轨25移动的平面镜 M7(进给轴移动镜)；一体固定于平面镜M7且轴线朝向X方向(扫描轴方向)的导轨26; 被安装为能够利用未图示的驱动机构沿导轨26移动的平面镜M8 (扫描轴移动镜)；以及调 整平面镜M8相对于水平方向的安装角度(XZ面的安装角度)的角度调整用调节器27。另外，为使导轨26稳定化，可将与导轨25平行的第二导轨隔着工作台40地设于 对边侧，以Y方向的两条平行的导轨25支撑X方向的导轨26。为了方便，将导轨25的最接近平面镜M6的位置(参照图1)设为平面镜M7的原 点位置。平面镜M7在原点位置使来自平面镜M6的平行束L4转折，并将角度调整为把平行 束L5引导至平面镜M8。此时，由于平行束L4沿Y方向前进，并且平面镜M7也沿导轨25在Y方向移动，因此无论平面镜M7移动至导轨25的任何位置，平行束L4都会被平面镜M7反 射，并被引导至平面镜M8。并且，平面镜M8使平行束L5转折，在基板G上形成束斑BS。此时，由于平行束L5 沿X方向前进，并且平面镜M8也沿导轨26在X方向移动，因此无论平面镜M8移动至导轨 26的任何位置，平行束L5都会被平面镜M8反射，在基板G上形成相同形状的束斑BS。而 且，所形成的束斑形成长轴始终朝向X方向(扫描轴方向)的椭圆形状束斑。进而，通过沿X方向移动平面镜M8，使椭圆形状的束斑BS的长轴朝向X方向的同 时沿X方向进行扫描。
在沿X方向平行地进行多条扫描时，交替地进行平面镜M7的Y方向移动和平面镜 M8的X方向移动(扫描)。另外，上述的扫描机构22虽然可进行X方向(扫描轴方向)移动和Y方向(进给 轴方向)移动，然而例如在基板的一个方向进行激光加工的扫描条数为一条等的情况下， 由于不太需要在Y方向移动，因此也可使平面镜M7形成为固定镜且仅使平面镜M8沿X方 向移动。在该情况下，可以利用后述的基板引导机构50调整基板位置。接下来，说明调节器27对束斑BS的调整。束斑BS的形状主要能够通过改变束整 形部21的光学元件的光学常数来调整，但在改变束斑BS的长轴长度的情况下，可维持束整 形部21不变，利用调节器27就能够进行改变。图3为示出利用调节器27调整长轴长度的 调整状态的图。利用调节器27改变平面镜M8的安装角度，调整平行束L5向基板入射的入 射角，从而在基板上斜着入射。其结果是，能够改变束斑BS的长轴长度。因此，能够将调节 器27用作简便的束长调整机构。(工作台)接下来，对工作台40进行说明。图4为示出工作台40的剖面结构的图。工作台 40具有上表面部件41，所述上表面部件41由多孔部件构成并载置有基板G(参照图1)； 主体42，所述主体42与上表面部件41的周围紧密接触进而形成有底面，且在该主体42与 上表面部件41之间形成有中空空间42a ；插销45，所述插销45形成有与中空空间42a相连 的流路43，流路43与外部流路44连通；真空泵46，所述真空泵46经由流路43、外部流路 44对中空空间42a减压；以及空气源47，所述空气源47经由流路43、外部流路44向中空 空间42a输送加压空气。其中，由中空空间42a、流路43、外部流路44、真空泵46形成使基板G吸附于上表 面部件41的吸附机构。此外，由中空空间42a、流路43、外部流路44、空气源47形成使基板 G从上表面部件41浮起的浮起机构。该工作台40在将基板G载置于上表面部件41上的状态下起动真空泵46并开启 开闭阀，使得中空空间42a成为减压状态，经由多孔部件的上表面部件41吸附基板G。另一方面，在基板G载置于上表面部件41上的状态下开启开闭阀并从空气源47 输送空气，使得中空空间42a成为加压状态，经由多孔部件的上表面部件41喷出加压空气 使基板G浮起。另外，此时通过后述的基板引导机构50限制基板G移动。(基板引导机构)接下来，对基板引导机构50进行说明。图5为示出基板引导机构50的结构的图。 基板引导机构50由安装于方形的工作台40的对角角部48a、48b附近的一对活动抵接部51a,51b 构成。各活动抵接部5la、5Ib具有通过未图示的驱动机构以支轴52a、52b为中心进行平 移动作、回转动作的多关节臂53a、53b。在多关节臂53a、53b的前端部分安装有通过未图示 的驱动机构进行回转动作的金属制成的抵接部件54a、54b。抵接部件54a、54b被安装成各 前端向左右分支，与基板G接触的部位为圆柱形。该圆柱的轴向朝向铅直方向。因此，在要使基板G沿X方向、Y方向移动或旋转移动时，在使空气源47 (图4)工 作使得基板G浮起的状态下，利用抵接部件54a、54b推压基板G，基板G轻轻接触抵接部件 54a,54b并向预期位置移动。此外，使抵接部件54a、54b的位置停止在预期位置，使空气源 47停止，使真空泵46工作，从而能够将基板G吸附于预期位置。另外，在形成有对准标记的基板G的情况下，也可使用预先测好相对于在工作台 40上所定义的座标系的安装位置的摄像机55a、55b来拍摄对准标记，从而根据对准标记的 当前位置求取基板G的位置偏移量，算出移动量，通过基板弓I导机构50使基板G移动，从而 自动调整基板G的位置。(触发机构)接下来，对初始裂纹形成用的触发机构进行说明。另外，是否安装触发机构是任意的，在不安装触发机构时，例如也能够通过激光消融加工来代替。如图1所示，触发机构60由刀轮61、升降机构62、多关节臂63构成。多关节臂63 进行与基板引导机构50的多关节臂53a、53b相同的动作。刀轮61的刃尖朝向X方向。在形成初始裂纹TR时，利用多关节臂63使刀轮61到达要形成初始裂纹的位置的 正上方。然后，利用升降机构62使刀轮61暂时下降并压接，从而形成初始裂纹TR。(控制系统)接下来，对激光加工装置LMl的控制系统进行说明。图6为示出激光加工装置LMl 的控制系统的框图。激光加工装置LMl通过由计算机(CPU)构成的控制部80控制下述各 驱动系统吸附/浮起机构驱动部81，所述吸附/浮起机构驱动部81驱动工作台40的吸 附机构和浮起机构；基板引导机构驱动部82，所述基板引导机构驱动部82驱动基板引导机 构50的活动抵接部51a、51b ；触发机构驱动部83，所述触发机构驱动部83驱动触发机构 60的升降机构61和多关节臂63 ；扫描机构驱动部84，所述扫描机构驱动部84使扫描机构 22的平面镜M7、M8移动；激光驱动部85，所述激光驱动部85照射激光束；冷却喷嘴驱动部 86，所述冷却喷嘴驱动部86设置有冷却喷嘴，并在形成有追踪束斑BS的冷却点时从冷却喷 嘴喷射制冷剂；以及摄像机驱动部87，所述摄像机驱动部87通过CXD摄像机55a、55b进行 拍摄。在控制部50连接有由键盘、鼠标等输入装置构成的输入部91、以及由进行各种显 示的显示屏幕构成的显示部92，能够将必要信息显示于显示屏幕并且能够输入必要的指 示、设定。(动作例)接下来，对激光加工装置LMl的典型加工动作例进行说明。在此说明对刻有对准 标记的定型的玻璃基板G沿彼此正交的第一方向和第二方向划线的情况。为了方便说明， 设第一方向为玻璃基板的χ方向，第二方向为玻璃基板的y方向，在利用对准标记进行定位 后，χ方向与激光扫描光学系统的X方向一致。
在将玻璃基板G载置于工作台40上后，首先使用基板引导机构50进行基板G的 定位。定位是利用摄像机55a、55b检测出基板G的对准标记并求取位置偏移量。接下来 驱动活动抵接部51a、51b，使抵接部件54a、54b接近基板G的基板侧面。同时使浮起机构 工作，使基板G从工作台表面浮起。此时，玻璃基板G在与抵接部件54a、54b接触的接触点 (四处)被限制移动。然后，驱动活动抵接部51a、51b，使基板G沿水平方向移动(平移、旋 转)，在位置偏移量为0的位置使基板G停止。然后，使浮起机构停止，使吸附机构工作，从 而将基板G固定于工作台表面。其结果是，在基板G的x方向与激光扫描光学系统的X方 向一致的状态下完成定位。接下来，驱动触发机构60，在玻璃基板G的划线开始位置形成初始裂纹TR。接着， 驱动扫描机构部22，调整平面镜M7、M8的位置，使束斑BS到达基板G的划线开始位置的外 侧。然后，一边照射激光束一边使平面镜M8沿X方向移动(扫描)，从而沿玻璃基板的x方 向进行划线加工。在再次重复x方向的划线时，交替进行平面镜M7的Y方向移动(激光停 止)和平面镜M8的X方向移动(扫描)(激光照射)。由于此时从光路调整部23射出的激光束为平行光束的椭圆束，因此无论平面镜 M7、平面镜M8移动至任何位置都能够在基板G上形成相同形状的束斑BS。在结束玻璃基板的x方向的划线加工后，使吸附机构停止，使浮起机构工作以使 基板G浮起。接着，驱动活动抵接部51a、51b，使基板G沿水平方向旋转移动，在基板的y方 向与激光扫描光学系统的X方向一致的状态下完成定位。然后，驱动扫描机构部22，进行与 x方向的划线加工相同的扫描。通过以上的动作，在玻璃基板G上完成x方向、y方向的划线加工。在本装置中，由于工作台40的位置被固定，无需移动工作台40，因此装置的设置 空间仅为工作台40的占有面积以及配置于工作台40周围的扫描机构22等区域，因此成为 紧凑的结构。对于驱动机构，与移动重量大的工作台40的驱动机构相比，以小驱动力的驱动机 构即可驱动扫描机构部22、基板引导机构50。[第二实施方式]接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。图7为作为本发明的第二实施方式 的激光加工装置LM2的整体结构图，图8为示出激光加工装置LM2的控制系统的框图。对 于与利用图1 图6说明的结构共同的部分，标以相同符号，并省略说明这部分。激光加工 装置LM2相对于激光加工装置LM1的变更之处为将可变焦点的抛物面镜安装为能够移动、 以及构成追加了驱动该抛物面镜的抛物面镜驱动部88的控制部80a。图9为示出激光加工装置LM2的束整形部21a的结构例的图。束整形部21a由第一抛物面镜(凹面)M1、第二抛物面镜(凸面)M2、第三抛物面 镜(凸面)M3、第四抛物面镜(凹面)M4这四个光学元件构成。第一抛物面镜(凹面)M1的位置被固定，焦点也一定。在第二抛物面镜(凸面)M2 上设有驱动机构71，所述驱动机构71利用电动机(未图示)使该第二抛物面镜M2相对于 第一抛物面镜Ml沿Y方向移动。这样，第一抛物面镜Ml和第二抛物面镜M2配置为彼此的 焦点一致并形成共焦点F12。所述第一抛物面镜Ml和第二抛物面镜M2构成第一束变形单 元U1。第二抛物面镜M2具有改变其焦点的焦点驱动机构72。
图10为示出具有焦点驱动机构72的第二抛物面镜M2的结构的图，图10(a)为该 结构的立体图，图10(b)为该结构的俯视图。第二抛物面镜M2在基座72a上立设有固定支 轴72b，具有挠性的抛物面镜主体72c的一端由固定支轴72b支撑。抛物面镜主体72c由 反射面被镜面加工的金属板(例如不锈钢板)形成。抛物面镜主体72c的另一端由活动支 轴72d支撑。在活动支轴72d下方层叠有如下部件设于基座72a上且能够沿X方向移动 的小型工作台72e、设于小型工作台72e上且能够沿Y方向移动的小型工作台72f、以及设 于小型工作台72f上且能够左右旋转(0旋转)的小型工作台72g，活动支轴72d被固定于 小型工作台72g上。这些小型工作台由电动机(未图示)驱动。并且，通过调整所述小型 工作台72e、72f、72g的位置能够改变抛物面镜主体72c的反射面的形状，因此通过预先求 取小型工作台的位置与焦点之间的关系，从而能够使第二抛物面镜M2形成为预期的抛物 面形状。在使第二抛物面镜M2的位置相对于第一抛物面镜Ml移动时，对应第二抛物面镜 M2的移动量调整抛物面形状，以调整成这两个抛物面镜M1、M2彼此形成共焦点F12。接下来，对第三抛物面镜M3和第四抛物面镜M4进行说明。第三抛物面镜M3的焦 点一定。第三抛物面镜(凸面)M3和第四抛物面镜(凹面)M4也配置为彼此的焦点一致并 形成共焦点F34。所述第三抛物面镜M3和第四抛物面镜M4构成第二束变形单元U2。第二 束变形单元U2设有驱动机构73，所述驱动机构73利用电动机(未图示)使单元整体与第 二抛物面镜M2的移动连动地沿Y方向移动。因此，从第二抛物面镜M2射出的激光束始终入 射到第三抛物面镜M3中，进而向第四抛物面镜M4射出。此外，在第四抛物面镜M4上设有 驱动机构74，所述驱动机构74使第四抛物面镜M4相对于第三抛物面镜M3向Z方向移动， 在第四抛物面镜M4上还设有焦点驱动机构75 (75a 75g)。由于焦点驱动机构75 (75a 75g)的具体结构与利用图10说明的第二抛物面镜的焦点驱动机构72相同(75a 75g分 別对应于72a 72g)，因此省略说明。并且，将所述四个抛物面镜立体地配置为从第一抛物面镜(凹面)M1朝向第二抛 物面镜(凸面)M2的激光束的前进方向为XY面方向，被第二抛物面镜M2反射的激光束朝 向第三抛物面镜M3，从第三抛物面镜(凸面)M3朝向第四抛物面镜(凹面)M4的激光束的 前进方向为XZ面方向。通过上述的配置，第一抛物面镜Ml将沿X方向前进的圆形截面的原束L0 (参照图 9(b))向XY面方向反射。此时，在Z方向的束宽不变而Y方向的束宽聚焦的同时前进，并入 射至第二抛物面镜M2。第二抛物面镜M2以形成共焦点F12的方式进行配置，因此在对沿Y 方向聚焦的激光束进行反射后，再次形成平行束Ll(参照图9(c))并朝向X方向前进。该 平行束L1的Z方向的束宽保持原束L0的宽度不变、Y方向的束宽被缩小的椭圆形截面的 激光束就形成了。此外，平行束L1前进并被第三抛物面镜M3反射后，在Y方向的束宽保持不变而X 方向的束宽扩大的同时在XZ面内前进，并入射至第四抛物面镜M4。第四抛物面镜M4以形成共焦点F34的方式进行配置，因此对在X方向扩大的激光 束被反射后，再次形成平行束L2 (参照图9 (d))，并朝向X方向前进。 其结果是，平行束L2的Z方向的束宽从原束L0被第二束变形单元U2扩大而Y方 向的束宽从原束被第一束变形单元U1缩小的长轴较长的椭圆形截面的激光束就形成了。
然后，由束整形部21a整形后的截面形状为椭圆形的平行束L2经过后段的光路调 整部23及扫描机构22，在基板G上形成椭圆形状的束斑BS。
这样，根据激光加工装置LM2，使用可变焦点的抛物面镜来取代预先准备更换用的 抛物面镜组，所以能够在较广范围改变束形。图11 图13为示出在分别改变第二抛物面镜M2及第四抛物面镜M4的位置和焦 点时射出的激光束的形状的图。通过调整第二抛物面镜M2的位置和焦点，使Y方向的宽度以缩小的方式变化。此 外，通过调整第四抛物面镜M4的位置和焦点，使Z方向的宽度以扩大的方式变化。[第三实施方式]接着，对本发明的第三实施方式进行说明。图14为作为本发明的第三实施方式的激光加工装置LM3的整体结构图。图15为 示出激光加工装置LM3的控制系统的框图。对于与利用图1 图6说明的结构共同的部分 标以相同符号，省略说明这一部分。特別是激光光源10、工作台40、基板引导机构50与图1相同，因此省略说明。激光加工装置LM3相对于激光加工装置LM1的变更之处为在光路调整部23设置 长轴方向切换部30，并且形成追加了控制该长轴方向切换部30的光路切换机构驱动部89 的控制部80b。(激光扫描光学系统)激光扫描光学系统20大致由以下部件构成调整激光束的截面形状的束整形部 21 ；主要使激光束沿工作台表面(XY方向)移动的扫描机构22 ；以及将从束整形部21射出 的激光束引导至扫描机构部22的光路调整部23。束整形部21与图1为相同结构，因此省 略说明。对光路调整部23进行说明。如图14所示，光路调整部23由长轴方向切换部30 和平面镜M6构成，并设于束整形部21与扫描机构22之间。光路调整部23进行将椭圆束 导向扫描机构22的光路调整，并进行将激光束的长轴方向变更的调整。图16为示出长轴方向切换部30的结构的立体图。图17为示出长轴方向切换部30 处于第一状态下的结构及椭圆束的前进方向的图(图17(a)为俯视图，图17(b)为图17(a) 的A视图)。图18为示出长轴方向切换部30处于第二状态下的结构及椭圆激光的前进方 向的图(图18(a)为俯视图，图18(b)为图18(a)的A视图)。长轴方向切换部30由平面镜组(Mil M16)构成。平面镜Mil是通过利用电动 机31a旋转的支轴31b旋转90度的活动镜，被用作光路切换机构31。此外，平面镜M16利用滑动机构32沿Y轴方向移动。平面镜M16被用作光路整合 机构。平面镜Mil与平面镜M16连动，并切换在图16及图17中以实线表示的第一位置和 在图16中以点划线表示、在图18中以实线表示的第二位置。在平面镜Mil位于第一位置时，从束整形部21朝向X方向前进的椭圆束L2重复 被平面镜Mil向Y方向反射、被平面镜M12向-Z方向反射、被平面镜M13向-Y方向反射、 被平面镜M16向-Z方向反射后，向平面镜M6前进。设此时椭圆束所通过的光路为第一光 路。在平面镜Mil位于第二位置时，从束整形部21朝向X方向前进的椭圆束L2重复被平面镜Mil向-Y方向反射、被平面镜M14向-X方向反射、被平面镜M15向-Z方向反射 后，向平面镜M6前进。设此时椭圆束所通过的光路为第二光路。第一光路与第二光路在平 面镜M16的位置交叉，当使用在第二光路通过的椭圆束时，利用滑动机构32使平面镜M16 罔开光路。在第一光路通过的椭圆束与在第二光路通过的椭圆束的截面形状相同，长轴方向 错开90度。因此，通过利用光路切换机构31选择光路，能够在长轴方向相互正交的两种椭 圆束中进行选择而射出。此外，如图14所示，长轴方向切换部30使沿X方向前进的平行束L2转折，形成 沿Z方向前进的平行束L3。通过调整平行束L2的光路长(M4 Mil之间的距离)进行束 整形部21与扫描机构22之间的X方向的位置调整。此外，平面镜M6使沿-Z方向前进的 平行束L3向-Y方向转折，形成沿-Y方向前进的平行束L4。通过调整平行束L3的光路长 (M16 M6之间的距离)进行束整形部21与扫描机构部22之间的高度(Z方向)调整。此 外，通过调整后述的扫描机构的平面镜M7位于原点位置时(参照图14)平行束L4的光路 长(M6 M7之间的距离)进行束整形部21与扫描机构22之间的Y方向的位置调整。接下来，对扫描束斑BS的扫描机构22进行说明。扫描机构22由如下部件构成 轴线朝向Y方向的导轨25 ；被安装为能够利用未图示的驱动机构沿导轨25移动的平面镜 M7 ；一体固定于平面镜M7且轴线朝向X方向的导轨26 ；以及被安装为能够利用未图示的驱 动机构沿导轨26移动的平面镜M8。其中平面镜M7和平面镜M8构成将从长轴方向切换部 30射出的椭圆束照射至基板并形成束斑BS的激光光学系统。此外，导轨25、26与未图示的 驱动机构构成用于移动激光光学系统的移动机构。另外，还可以隔着工作台40而平行地设 置两条导轨25，从而以能够移动的方式从两侧支撑导轨26。为了方便，将导轨25的最接近平面镜M6的位置(参照图1)设为平面镜M7的原 点位置。平面镜M7在原点位置对来自平面镜M6的平行束L4进行反射，并将角度调整为把 平行束L5引导至平面镜M8。此时，平行束L4沿-Y方向前进。由于平面镜M7沿导轨25在 Y方向移动，因此无论平面镜M7移动至导轨25上的任何位置，平行束L4都会被平面镜M7 反射并引导至平面镜M8。平面镜M8反射平行束L5，并在基板G上形成束斑BS。此时平行束L5沿-X方向 前进。由于平面镜M8沿导轨26在X方向移动，因此无论平面镜M8移动至导轨26上的任 何位置，平行束L5都会被平面镜M8反射，并在基板G上形成相同形状的束斑BS。在利用长轴方向切换部30选择了第一光路时，在基板上形成的束斑的长轴方向 朝向Y方向。此外，在利用长轴方向切换部30选择了第二光路时，在基板上形成的束斑的 长轴方向朝向X方向。因此，在使平面镜M8沿X方向移动(扫描)时，通过选择第二光路 能够使扫描方向与长轴方向一致。此外，在使平面镜M8沿Y方向移动(扫描)时，通过选 择第一光路也能够使扫描方向与长轴方向一致。(触发机构)本实施方式的触发机构60与图1为相同结构，因此省略对该结构的说明。在本实施方式中，除了安装于工作台40左边的触发机构60外，还将刃尖朝向Y方 向的第二触发机构65设于图14的近前侧的边或里侧的边，由此在沿X方向、Y方向这两个 方向连续进行激光加工时能够有效地进行加工。
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(控制系统)接下来，对激光加工装置LM3的控制系统进行说明。图15为示出激光加工装置 LM3的控制系统的框图。激光加工装置LM1通过由计算机(CPU)构成的控制部80控制下述 各驱动系统吸附/浮起机构驱动部81，所述吸附/浮起机构驱动部81驱动工作台40的 吸附机构及浮起机构；基板引导机构驱动部82，所述基板弓|导机构驱动部82驱动基板弓|导 机构50的活动抵接部51a、51b ；触发机构驱动部83，所述触发机构驱动部83驱动触发机构 60的升降机构61及多关节臂63 ；扫描机构驱动部84，所述扫描机构驱动部84使扫描机构 22的平面镜M7、M8移动；激光驱动部85，所述激光驱动部85照射激光束；冷却喷嘴驱动部 86，所述冷却喷嘴驱动部86设置有冷却喷嘴，并且在形成有追踪束斑BS的冷却点时从冷却 喷嘴喷射制冷剂；摄像机驱动部87，所述摄像机驱动部87进行CCD摄像机55a、55b的拍摄； 光路切换机构驱动部88，所述光路切换机构驱动部88驱动长轴方向切换部30的光路切换 机构31及与光路切换机构31连动的光路整合机构32。在控制部50连接有由键盘、鼠标等输入装置构成的输入部91、以及由进行各种显 示的显示屏幕构成的显示部92，能够将必要信息显示于显示屏幕且能够输入必要的指示、 设定。(动作例)接下来，对激光加工装置LM3的典型加工动作例进行说明。在此说明对刻有对准 标记的定型的基板G沿彼此正交的第一方向和第二方向划线的情况。为了说明方便，设第 一方向为玻璃基板的x方向，第二方向为玻璃基板的y方向，在利用对准标记进行定位后， x方向与激光扫描光学系统的X方向一致。在将玻璃基板G载置于工作台40上后，首先使用基板引导机构50进行基板G的 定位。定位是利用摄像机55a、55b检测出基板G的对准标记并求取位置偏移量。接下来 驱动活动抵接部51a、51b，使抵接部件54a、54b接近基板G的基板侧面。同时使浮起机构 工作，使基板G从工作台表面浮起。此时，玻璃基板G在与抵接构件54a、54b接触的接触点 (四处)被限制移动。然后，驱动活动抵接部51a、51b，使基板G沿水平方向移动(平移、旋 转)，在位置偏移量为0的位置使基板G停止。然后，使浮起机构停止，使吸附机构工作，从 而将基板G固定于工作台表面。其结果是，在基板G的x方向与激光扫描光学系统的X方 向一致的状态下完成定位。接下来，驱动触发机构60、65，在玻璃基板G的划线开始位置形成初始裂纹TR。接 着，首先，为了进行X方向的扫描，驱动长轴方向切换部30选择第二光路以使束斑BS的长 轴朝向X方向。然后，驱动扫描机构部22，调整平面镜M7、M8的位置，使得束斑BS到达基板 G的划线开始位置的外侧。然后，一边照射激光束BS—边使平面镜M8沿X方向移动(扫 描)，从而沿玻璃基板的x方向进行划线加工。在再次重复x方向的划线时，交替进行平面 镜M7的Y方向移动(激光停止)和平面镜M8的X方向移动(扫描)(激光照射)。在玻璃基板的x方向的划线加工结束后，为了进行Y方向的扫描，驱动长轴方向切 换部30选择第一光路以使束斑BS的长轴朝向Y方向。接着，驱动扫描机构部22，调整平面 镜M7、M8的位置，使束斑BS到达基板G的划线开始位置的外侧。然后，通过一边照射激光 束BS—边使平面镜M8沿Y方向移动(扫描)，从而沿玻璃基板的y方向进行划线加工。在 再次重复y方向的划线时，交替进行平面镜M7的X方向移动(激光停止)和平面镜M8的
2Y方向移动(扫描)(激光照射)。通过以上的动作，在玻璃基板G上完成x方向、y方向的划线加工。因此，本装置中，由于不存在使工作台40旋转移动的驱动机构也不存在使工作台 40平移移动的驱动机构，因此完全不需要大驱动力的驱动机构。此外，装置的设置空间仅为工作台40的占有面积和配置于工作台40周围的扫描 机构22等区域，因此成为紧凑的结构。此外，在不移动基板的情况下就能够连续地进行x方向的划线与y方向的划线。(变形实施方式)在第三实施方式中，虽是通过使用四个抛物面镜的束整形部21将从一个激光光 源10射出的圆形束(原束)整形为平行光束的椭圆束，然而也可以代替激光加工装置LM3 的激光光源10而使用从两个以上的激光光源射出的小径的圆形束，以更简易的方法形成 实际上被视为平行光束的椭圆束斑的束。亦即，通过并排照射两个以上的束，能够实际构成 椭圆束的长轴方向和短轴方向。图19为示出以从两个光源10a、10b射出的两个小径的圆形束作为实际的椭圆束 进行照射的激光加工装置LM3的变形实施例中的椭圆束的光路的立体图。在此，连结两个 圆形束的方向成为实际的长轴方向。另外，在并列三个激光束的情况下，三个圆形束排列为 直列状，直列方向成为长轴。在该情况下，激光光源10a、10b的安装位置的调整机构实际上 作为束整形部21发挥作用。为了方便，在以白圈表示来自光源10a的圆形束，以黑点表示来自光源10b的圆形 束时，以图19所示的光路在基板上形成束斑。在本实施例中，能够将对平行光束的椭圆束进行整形的光学系统简化。产业上的可利用性本发明能够应用于利用激光照射进行划线加工、消融加工的激光加工装置。
权利要求
一种激光加工装置，该激光加工装置具备位置固定的工作台，所述工作台的基板载置面由多孔部件形成，并且所述工作台设有经由多孔部件吸附基板的吸附机构、以及经由多孔部件对基板吹送气体使基板浮起的浮起机构；激光光源；激光束扫描光学系统，所述激光束扫描光学系统将从激光光源射出的激光束整形为截面为椭圆的激光束并引导至基板的加工面，并沿被照射至基板上的椭圆束斑的长轴方向进行扫描；以及基板引导机构，所述基板引导机构在对载置于工作台上的基板进行定位或者使该基板移动时，通过活动抵接部引导基板，该活动抵接部与浮起的基板的基板侧面抵接并在工作台表面沿水平方向推压基板侧面使基板移动。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，基板引导机构设有多个活动抵接部，并且各活动抵接部配置成相互夹持基板。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，各活动抵接部的与基板侧面抵接的部位分支，各活动抵接部相对于基板在两个部位抵接。
4.根据权利要求1所述的激光加工装置，基板引导机构具备臂，所述臂具有用于使活动抵接部在工作台表面沿水平方向自由移 动的关节部。
5.根据权利要求1所述的激光加工装置， 激光束扫描光学系统具备束整形部，所述束整形部对从激光光源射出的激光束进行整形，并以平行光束且截面 为椭圆的束、或者非平行光束且截面为椭圆的束射出；光路调整部，所述光路调整部调整从束整形部射出的椭圆束的射出方向，并在该椭圆 束为非平行光束的情况下将该椭圆束调整为平行光束的椭圆束并射出；以及扫描机构部，所述扫描机构部由扫描轴移动镜和扫描轴导向机构构成，所述扫描轴移 动镜一边反射从光路调整部射出的平行光束的椭圆束一边移动，在基板上扫描椭圆束斑， 所述扫描轴导向机构使该扫描轴移动镜沿束斑的长轴方向移动，激光光源和束整形部相对于扫描机构部独立设置，并且在使束斑扫描时束整形部不移动。
6.根据权利要求5所述的激光加工装置，扫描机构部还具备进给轴移动镜和进给轴导向机构，所述进给轴移动镜在与束斑的长 轴方向正交的方向移动，所述进给轴导向机构使该进给轴移动镜沿与所述束斑的长轴方向 正交的方向移动，从光路调整部射出的平行光束的椭圆束依次被进给轴移动镜、扫描轴移 动镜反射并在基板上形成束斑。
7.根据权利要求6所述的激光加工装置，扫描轴导向机构具备扫描轴导轨和进给轴导轨，所述扫描轴导轨引导扫描轴移动镜沿 束斑的长轴方向移动，所述进给轴导轨引导进给轴移动镜沿与束斑的长轴方向正交的方向移动，扫描轴导轨与进给轴移动镜连结且一体移动。
8.根据权利要求5所述的激光加工装置，束整形部具备束变形单元，所述束变形单元由配置成彼此形成共焦点的一对抛物面镜 构成，束变形单元构成为一个抛物面镜将激光束在一个方向缩小或放大的同时向另一抛物 面镜射出，另一抛物面镜将所入射的激光束以短轴宽度或长轴宽度确定的平行光束的椭圆 激光束射出。
9.根据权利要求8所述的激光加工装置，该激光加工装置具备两个束变形单元，一个束变形单元形成由第一抛物面镜和第二抛 物面镜成对地构成的短轴形成用束变形单元，所述第一抛物面镜和第二抛物面镜配置成彼 此形成第一共焦点，另一束变形单元形成由第三抛物面镜和第四抛物面镜成对地构成的长 轴形成用束变形单元，所述第三抛物面镜和第四抛物面镜配置成彼此形成第二共焦点，短轴形成用束变形单元构成为第一抛物面镜将从所述激光光源射出的激光束在第一 方向缩小的同时朝向第二抛物面镜射出，第二抛物面镜将所入射的激光束整形为短轴宽度 确定的平行光束的椭圆激光束并朝向长轴形成用束变形单元射出，长轴形成用束变形单元构成为第三抛物面镜将从第二抛物面镜射出的激光束在与所 述第一方向正交的第二方向扩大的同时朝向第四抛物面镜射出，第四抛物面镜将所入射的 激光束整形为短轴宽度和长轴宽度都确定的平行光束的椭圆激光束并射出。
10.根据权利要求8所述的激光加工装置，束变形单元准备有多组光学常数不同且成对的抛物面镜，在改变所射出的平行光束的 椭圆束的截面形状时，成组地更换每一对抛物面镜。
11.根据权利要求8所述的激光加工装置，所述束变形单元将成对的抛物面镜中的一个作为安装位置被固定的固定焦点抛物面 镜，并将另一抛物面镜作为能够移动的可变焦点抛物面镜，在使活动抛物面镜移动时，同时使其焦点变化并与固定抛物面镜形成共焦点。
12.根据权利要求11所述的激光加工装置，可变焦点抛物面镜由下述部件构成具有挠性的抛物面镜主体，所述抛物面镜主体反 射激光束；固定支轴，所述固定支轴支撑抛物面镜主体的一端并被固定于基座；活动支轴， 所述活动支轴支撑抛物面镜主体的另一端，并且被安装为能够在与固定支轴的轴向正交的 面方向平移移动及旋转移动；以及驱动活动支轴的平移驱动机构及旋转驱动机构。
13.根据权利要求6所述的激光加工装置，激光束扫描光学系统的光路调整部还具备长轴方向切换部，所述长轴方向切换部选择 性地射出第一椭圆束和第二椭圆束中的任意一方，该第一椭圆束为从束整形部射出的长轴 方向朝向第一方向的椭圆束，该第二椭圆光束为从束整形部射出的长轴方向朝向与第一方 向正交的第二方向的椭圆束，扫描机构部基于从长轴方向切换部射出的第一椭圆束或第二椭圆束，在基板上形成第 一椭圆束斑或长轴方向与第一束斑的长轴方向正交的第二椭圆束斑，并且使基板上的束斑 沿第一椭圆点的长轴方向或第二椭圆点的长轴方向这两个方向移动。
14.根据权利要求13所述的激光加工装置，长轴方向切换部由如下部分构成第一光路，所述第一光路将光学元件配置为使从束 整形部射出的椭圆束的长轴方向朝向第一方向；第二光路，所述第二光路将光学元件配置 为使从束整形部射出的椭圆束的长轴方向朝向与第一方向正交的第二方向；以及光路切换 机构，所述光路切换机构将从束整形部射出的椭圆束的前进方向选择为第一光路和第二光 路中的任一光路。
15.根据权利要求14所述的激光加工装置，光路切换机构由配置于光路上并切换反射方向的活动镜构成。
16.根据权利要求14所述的激光加工装置，长轴方向切换部设有光路整合机构，所述光路整合机构使第一光路和第二光路在射出 侧交叉，并且在交叉区域使第一光路和第二光路的方向朝向同一方向，光路整合机构选择 性地射出在第一光路通过的第一椭圆束和在第二光路通过的第二椭圆束中的任意一方。
17.根据权利要求16所述的激光加工装置，光路整合机构由相对于所述交叉区域插入和脱离的活动镜构成。
18.根据权利要求14所述的激光加工装置，配置于第一光路、第二光路的光学元件由平面镜组构成。
19.根据权利要求13所述的激光加工装置，所述激光加工装置设有两个独立的触发机构，这两个触发机构的刃尖分别朝向第一束斑的长轴方向和第二束斑的长轴方向且在各自的方向形成初始裂纹。
20.根据权利要求13所述的激光加工装置，束整形部将从多个激光光源射出的多个小径的平行光束相互平行且直列地排列，使列 方向实际上成为长轴方向地射出。
全文摘要
提供一种激光加工装置，能减小设置空间，并能不使用工作台旋转机构而使用固定工作台使基板旋转。该激光加工装置具备位置固定的工作台(40)，所述工作台的基板载置面由多孔部件形成，并设有经由多孔部件吸附基板的吸附机构以及经由多孔部件对基板吹送气体使基板浮起的浮起机构；激光光源(10)；激光束扫描光学系统(20)，所述激光束扫描光学系统将从激光光源射出的激光束整形为截面为椭圆的激光束并引导至基板的加工面，在加工面上进行扫描；以及基板引导机构(50)，所述基板引导机构在对载置于工作台上的基板进行定位或者使该基板移动时，通过活动抵接部引导基板，该活动抵接部与浮起的基板的基板侧面抵接并在工作台表面沿水平方向推压基板侧面使基板移动，使基板浮起并利用基板引导机构推压基板侧面使基板向预期位置移动、旋转。
文档编号B23K26/073GK101878088SQ20088011809
公开日2010年11月3日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年11月27日
发明者在间则文, 森田英毅 申请人:三星钻石工业股份有限公司