(57)【要約】  レーザ照射によるスクライブ加工時には確実に基板が分断されないようにし、次工程のレーザ照射によるブレイク加工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レーザ加工装置を提供する。  基板載置面となる多孔部材４１を介して基板を吸着する吸着機構ＭＡ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ＭＢとが設けられたテーブル４０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５４と、レーザ光源１０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２０と、制御部８０とを備え、制御部は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し、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。
2009081621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料基板にレーザビームを照射することにより基板が軟化する温度以下で加熱し、このレーザビームを相対移動させることにより分断加工を行うレーザ加工装置に関する。
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、単結晶シリコン、半導体ウエハ、セラミック基板等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の基板を分断（割断）する方法として、テーブル上に載置した基板にレーザビームを走査してスクライブ加工（レーザスクライブともいう）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いう）を行うレーザ加工方法が利用されている。【０００３】
ここでスクライブ加工とは、基板を完全分断する前に、分断しようとする予定ライン上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。これに対し、ブレイク加工とは、形成されたスクライブラインに沿ってレーザ照射などによりクラックを深さ方向に進展させて、完全に分断する加工をいう。【０００４】
最近では、基板の下方から基板下面に向けて気体を吹き付けて浮上させた状態で、予め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することにより分断する加工方法が開示されている（特許文献１参照）。この文献によれば、予め形成されたスクライブラインにレーザビームが照射されると、このスクライブラインを基点として基板が曲がるような力が働くようになり、その際、基板が浮上状態であれば、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の摩擦抵抗）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。
【特許文献１】特開２００７−２４６２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、第一回目のレーザ照射によりスクライブ加工を行った後、第二回目のレーザ照射によりブレイク加工を行う分断方法を実行することにより、高品質な分断面を得ることができる。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、基板をテーブル上に載置しレーザを照射しただけではブレイク加工は困難であり、通常はブレイクバーを用いた機械的な押圧等により曲げモーメン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、レーザ照射だけでも分断が可能になる。【０００６】
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、いきなり分断されてしまい、かえって問題になることがあった。すなわち、レーザ照射によるスクライブ加工の際は決して分断されないようにし、次のレーザ照射によるブレイク加工の際に始めて分断されるように、加工工程ごとに基板状態を制御しなければならない場合があった。
例えば、基板を方形に切り出す目的で、互いに直交する二方向（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方向、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の際にいきなり分断されてしまうと、ｙ方向のスクライブ加工が困難になる。
クロスカット以外でも、例えば平行なスクライブラインを複数本形成する場合に、すべてのスクライブラインを形成する以前に、先に分断されてしまうことが加工プロセス上、問題となる場合がある。【０００７】
そこで、本発明は、レーザ照射によるスクライブ加工時には確実に基板が分断されないようにし、次工程のレーザ照射によるブレイク加工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レーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明のレーザ加工装置は、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るようにしている。【０００９】
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、多孔を形成した金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、テーブルの基板載置面となる多孔部材の上に、基板が載置される。制御部は、スクライブ加工時には吸着機構を作動して基板を吸着する。このとき、レーザビームが照射されても基板に曲げモーメントが加わるような変形が基板に生じないように、強く吸着する。一般に、板厚が厚い基板に比べて板厚が薄い基板は、レーザビームで加熱されると曲がりが生じやすいので、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（クラック）を形成する。このようにして、スクライブ加工時には基板が決して分断されないようにしてスクライブラインを形成する。続いて、浮上機構によって基板下面に気体を吹き付けて基板を浮上させる。このとき当接部材によって基板が水平移動しないように制限する。そして基板を浮上させた状態で、スクラ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て板厚が厚い基板は、テーブルに吸着したままレーザビームを照射するだけでは分断が困難なため、基板を浮上させて基板の変形が自由に生じる状態でレーザビームを照射する。これにより厚い基板でも容易に分断することができるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
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）には確実に基板が分断されないようにし、次工程のブレイク加工時（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。【００１１】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記課題を解決するためになされた第二の発明のレーザ加工装置は、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るようにしている。【００１２】
本発明によれば、加工モード選択部で厚板加工モードが選択されたときには、加工モード別の制御部は、ブレイク加工時に浮上機構を作動し、脆性材料基板の変形が自由に生じる状態にして基板の分断が行われるように制御する。これにより、板厚が厚い基板であっても容易に分断加工を行うことができる。また、加工モード選択部で薄板加工モードが選択されたときには、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板の変形を拘束することにより基板の分断が防止できるように制御する。これにより板厚が薄い基板であっても、スクライブ加工時に基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、厚い基板に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断を防止することができ、板厚に応じた制御を実行することができる。【００１３】
ここで、加工モード別の制御部は、さらに厚板加工モード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ようにしてもよい。
これによれば、厚板加工モードの際は、スクライブ加工時に通常の位置固定に必要な吸着力で位置決めを行う。薄板加工モードの際は、浮上機構を作動して基板の変形を自由に生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、確実な分断加工を行うことができる。【００１４】
上記発明において、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。【００１５】
また、別の観点からなされた本発明のレーザ加工方法は、脆性材料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ようにしている。【００１６】
さらに、別の観点からなされたレーザ加工方法は、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ようにしている。【００１７】
これによれば、脆性材料からなる基板の板厚が少なくとも０．５ｍｍ以下のときは、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確実に防止し、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ようにしているので、薄板基板でも厚板基板でも、基板状態が所望の状態になるように正確に基板状態を制御しながら分断加工を行うことができる。なお、０．５ｍｍ〜２ｍｍについてはスクライブ加工時の吸着、ブレイク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れるようにするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】楕円形の平行ビームを出射するビーム整形部の構成例を示す図。
【図３】長軸方向切替部の構成を示す斜視図。
【図４】長軸方向切替部が第一の状態のときの構成および楕円レーザの進行する方向を示す図。
【図５】長軸方向切替部が第二の状態のときの構成および楕円レーザの進行する方向を示す図。
【図６】テーブルの断面構造を示す図。
【図７】基板誘導機構の構成を示す図。
【図８】図１のレーザ加工装置の制御系を示す図。
【図９】一般加工モードを実行するときのフローチャート。
【図１０】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】
【００１９】
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
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、ガラス基板用のレーザ加工装置を例にして、図面に基づいて説明する。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。【００２１】
最初に本発明のレーザ加工を実行する際に用いるレーザ加工装置の構成について説明する。
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、レーザ走査光学系２０、テーブル４０、基板誘導機構５０、トリガ機構６０から構成される。【００２２】
（レーザ光源）
レーザ光源１０には、ＣＯ２レーザが用いられる。ＣＯ２レーザの代わりにＣＯレーザ、エキシマレーザを用いてもよい。レーザ光源１０からは断面形状が円形のレーザビーム（元ビームＬ０）が出射される。【００２３】
（レーザ走査光学系）
レーザ走査光学系２０は、大別すると、レーザ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に導いて基板Ｇ上にレーザスポットＢＳを形成するレーザ光学系およびこのレーザ光学系をテーブル面（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２２、ビーム整形部２１およびビーム断面拡大部２４のいずれかから出射したレーザビームを走査機構部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とビーム断面拡大部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、テーブル面のうち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。【００２４】
ビーム整形部２１について説明する。ビーム整形部２１は、レーザ光源１０から出射された元ビームを、断面形状が楕円形である平行ビーム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らなる。【００２５】
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。このビーム整形部２１は、第一放物面鏡（凹面）Ｍ１、第二放物面鏡（凸面）Ｍ２、第三放物面鏡Ｍ３（凸面）、第四放物面鏡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と第二放物面鏡（凸面）Ｍ２とは、互いの焦点を一致させて、共焦点Ｆ１２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とについても互いの焦点が一致し、共焦点Ｆ３４となるように配置してある。【００２６】
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方向がＸＹ面方向となり、第二放物面鏡Ｍ２で反射したレーザビームは第三放物面鏡Ｍ３へ向けられ、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面となるように、これら４つの放物面鏡が立体的に配置される。【００２７】
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方向のビーム幅はそのままでありＹ方向のビーム幅は集束しながら進行するようになり、第二放物面鏡Ｍ２に入射する。第二放物面鏡Ｍ２は、共焦点Ｆ１２となるように配置してあることにより、Ｙ方向に集束するレーザビームを反射すると、再び平行ビームＬ１（図２（ｃ）参照）となって、Ｘ方向に向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の断面を有するレーザビームとなる。【００２８】
さらに、平行ビームＬ１が進行して第三放物面鏡Ｍ３で反射されると、Ｙ方向のビーム幅はそのままでありＸ方向のビーム幅を拡大しながらＸＺ面内を進行するようになり、第四放物面鏡Ｍ４に入射する。【００２９】
第四放物面鏡Ｍ４は、共焦点Ｆ３４となるように配置してあることにより、Ｘ方向に拡大するレーザビームを反射すると、再び平行ビームＬ２（図２（ｄ）参照）になって、Ｘ方向に向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れた長い長軸の楕円形状の断面を有するレーザビームとなる。【００３０】
そして、ビーム整形部２１により整形された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上に楕円形状のビームスポットＢＳを形成するようになる。したがって、これら４つの放物面鏡Ｍ１〜Ｍ４の光学定数を調整することにより、長軸、短軸を独立に調整した所望の楕円のビームスポットを形成することができる。【００３１】
次にビーム断面拡大部２４について説明する。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行光束にして出射する組み合わせレンズ２８からなる。例えば凹レンズと凸レンズとの組み合わせにより拡大平行光束にすることができる。なお、拡大したビーム断面の断面積は、ビーム整形部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。【００３２】
次にビーム断面切替機構２９について説明する。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、レーザビームの光路に出入りできるようにしてある。２つの反射鏡Ｍ２１、Ｍ２２を光路上に入れた状態にすると、ビーム整形部２１に向かうレーザ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によって拡大された並行光束の円形ビームが光路調整部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整形部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。【００３３】
次に光路調整部２３について説明する。光路調整部２３は、図１に示すように長軸方向切替部３０と平面鏡Ｍ６とからなり、ビーム整形部２１と走査機構部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（拡大円形ビーム）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。【００３４】
図３は長軸方向切替部３０の構成を示す斜視図である。図４は長軸方向切替部３０が第一状態のときの構成およびレーザビームの進行する方向を示す図（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ー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。【００３５】
長軸方向切替部３０は、平面鏡群（Ｍ１１〜Ｍ１６）からなる。平面鏡Ｍ１１は、モータ３１ａで回転する支軸３１ｂ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軸方向に移動するようにしてある。平面鏡Ｍ１１と平面鏡Ｍ１６とは連動し、図３および図４において実線で示す第一の位置と、図３において一点鎖線で示すとともに図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。【００３６】
平面鏡Ｍ１１が第一の位置にあるとき、ビーム整形部２１からＸ方向に向けて進行する楕円ビームＬ２は、平面鏡Ｍ１１によるＹ方向への反射、平面鏡Ｍ１２による−Ｚ方向への反射、平面鏡Ｍ１３による−Ｙ方向への反射、平面鏡Ｍ１６による−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一光路とする。【００３７】
平面鏡Ｍ１１が第二の位置にあるとき、ビーム整形部２１からＸ方向に向けて進行するレーザビーム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による−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る。【００３８】
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（楕円ビーム）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、光路切替機構３１での光路選択により、互いに長軸方向が直交する２種類の楕円ビームを選択して出射することができる。【００３９】
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を形成することになる。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との間の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方向に屈曲し、−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）を調整することにより、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に近い位置にあるときの平行ビームＬ４の光路長（Ｍ６〜Ｍ７間距離）を調整することにより、走査機構部２２との間のＹ方向の位置調整が行われる。【００４０】
次に、ビームスポットＢＳを走査する走査機構部２２（レーザ光学系、移動機構）について説明する。走査機構部２２は、軸線がＹ方向に向けられたガイドレール２５と、図示しない駆動機構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に一体に固定され、軸線がＸ方向に向けられたガイドレール２６と、図示しない駆動機構によりガイドレール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および平面鏡Ｍ８は、長軸方向切替部３０から出射された楕円ビームを基板に照射してビームスポットＢＳ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はレーザ光学系を移動するための移動機構を構成する。なお、テーブル４０を挟んで２本のガイドレール２５を平行に設けるようにして、ガイドレール２６を両側から移動可能に支えるようにしてもよい。【００４１】
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。平面鏡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も、平行ビームＬ４は平面鏡Ｍ７により反射され、平面鏡Ｍ８に導かれるようになる。【００４２】
平面鏡Ｍ８は平行ビームＬ５を反射し、基板Ｇの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上のどの位置に移動しても、平行ビームＬ５は平面鏡Ｍ８により反射され、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。【００４３】
基板上に形成されるビームスポットＢＳの長軸方向は、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、第二光路を選択しているときはＸ方向を向く。したがって、平面鏡Ｍ８をＸ方向に移動（走査）するときは、第二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、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している場合も、ビームスポットＢＳは平行光束で基板に照射されることになるので、基板が後述するテーブル面に載置されている場合でも、基板がテーブル面から浮上されている場合でも同じビームスポットで照射されることになる。【００４４】
（テーブル）
次に、テーブル４０について説明する。図６はテーブル４０の断面構造を示す図である。テーブル４０は、多孔部材（例えば多孔質セラミック）からなり基板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、さらに底面が形成され、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に繋がる流路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とからなる。【００４５】
これらのうち、中空空間４２ａ、流路４３、外部流路４４、開度調節弁４６ａ、真空ポンプ４６により、基板Ｇを上面部材４１に吸着させる吸着機構ＭＡが形成される。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）との二段階で、吸着力を調整することができるようにしてある。前者の吸着状態の場合は、レーザビームを照射してもガラス基板の曲がりが発生しないように強く吸着される。一方、後者の吸着状態の場合、吸着機構の一般的な目的である位置を固定し基板の移動を防ぐことができる程度に吸着される。【００４６】
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が形成される。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にも、基板誘導機構５０とともに用いられる。【００４７】
（基板誘導機構）
次に、基板誘導機構５０について説明する。基板誘導機構５０は、テーブル４０上での基板の位置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と接する部位が円柱形にしてある。この円柱の軸方向は鉛直方向に向けられている。【００４８】
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）を作動して基板Ｇを浮上させた状態で、基板Ｇを当接部材５４ａ、５４ｂで押すことにより、基板Ｇが当接部材５４ａ、５４ｂに軽く接しながら、所望の位置に移動するようになる。また、当接部材５４ａ、５４ｂの位置を所望位置で停止させると、浮上状態で位置を固定することができる。その後、エアー源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ができる。【００４９】
なお、アライメントマークが形成されている基板Ｇの場合は、テーブル４０に定義される座標系に対する取り付け位置が予め計測されているカメラ５５ａ、５５ｂを用いて、アライメントマークを撮影することにより、アライメントマ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により移動させることで、基板Ｇの位置を自動調整することもできる。【００５０】
（トリガ機構）
次に初期亀裂形成用のトリガ機構について説明する。図１に示すように、トリガ機構６０はカッターホイール６１と、昇降機構６２と、支軸６３と、多関節アーム６４とからなる。多関節アーム６４は、基板誘導機構５０の多関節アーム５３ａ、５３ｂと同様の動きをする。カッターホール６１の刃先はＸ方向に向けてある。
初期亀裂ＴＲを形成するときは、多関節アーム６４により、カッターホイール６１が初期亀裂を形成する位置の直上にくるようにする。そして、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。【００５１】
また、テーブル４０の左辺に取り付けたトリガ機構６０の他に、刃先をＹ方向に向けた第二のトリガ機構６５を、図１の手前の辺または奥の辺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、基板誘導機構５０を作動し、基板Ｇを９０度回転させて隣接する辺に初期亀裂を形成するようにすることもできる。【００５２】
(制御系)
続いて、レーザ加工装置ＬＭ１の制御系について説明する。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を駆動する基板誘導機構駆動部８２、トリガ機構６０の昇降機構６１および多関節アーム６４を駆動するトリガ機構駆動部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レーザ駆動部８５、冷却ノズルを設けてビームスポット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による撮像を行うカメラ駆動部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機構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機構駆動部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される。【００５３】
制御部８０には、キーボード、マウス等の入力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、必要なメッセージが表示画面に表示されるとともに、必要な指示や設定が入力できるようにしてある。また、モード情報記憶部９３が設けられ、一般加工モード、厚板加工モード、薄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）に設けられる。各加工モード情報には、それぞれ異なるシーケンスプログラムが記憶されており、いずれかが選択されると、その加工モードのプログラムが制御部により実行される。モードの選択を行うモード入力は、入力部９１により行われる。
制御部８０は、特にモード入力が行われていない場合、あるいは一般加工モードが選択された場合に一般加工モードが実行される。一方、厚板加工モード、薄板加工モードが選択されると、選択された加工モードが実行される。【００５４】
一般加工モードは、基板の板厚が薄い場合に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を強く吸着するとともに、ブレイク加工時に浮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に用いる。基板の板厚が厚い場合は、スクライブ加工時には誤って分断されてしまう問題はほとんど発生しないが、ブレイク加工時に基板が分断されない問題が生じる。したがって、ブレイク時に浮上機構を用いて基板を浮上する。スクライブ時には、位置決め用に吸着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に用いる。基板の板厚が薄い場合はブレイク加工時に分断することが困難になる問題はほとんど発生しないが、スクライブ加工時に基板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して曲げモーメントの発生を抑えるようにする。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。【００５５】
厚板加工モードは少なくとも２ｍｍ以上の板厚の基板において利用する。これ以上の板厚になると、基板を浮上させないと分断が困難になるからである。一方、薄板加工モードは少なくとも０．５ｍｍ以下の板厚の基板において利用する。これ以上の薄さになると、基板の曲げを積極的に抑えないとスクライブ時に分断されてしまうからである。中間の０．５ｍｍ〜２ｍｍの板厚の基板ではスクライブ時には吸着し、ブレイク時には浮上させるようにするのが好ましい。【００５６】
また、閾値（例えば板厚１ｍｍ）を設定して、それより厚いときは厚板加工モード、薄いとき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て切り替える場合、入力部から基板の板厚の数値を入力することにより、モード選択を行うようにしてもよい。【００５７】
また、詳細説明は省略するが、基板の板厚を計測する機構を設けるようにして、計測結果に基づいて、自動的に加工モードが選択されるようにしてもよい。【００５８】
（動作例１）
次に、レーザ加工装置ＬＭ１による典型的な動作例について説明する。ここではアライメント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、第二方向をガラス基板のｙ方向とし、アライメントマー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。【００５９】
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の上に載置されると、まず、基板誘導機構５０を用いて基板Ｇの位置決めを行う（Ｓ１０１）。位置決めは、カメラ５５ａ、５５ｂ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の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せる。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方向に一致した状態で位置決めが完了する。そして浮上機構ＭＢを停止し、吸着機構ＭＡを作動させることにより、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。【００６０】
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）。【００６１】
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を駆動して第二光路を選択する。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方向にスクライブ加工を行う。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には曲げモーメントがほとんど生じていないため、いきなり分断されることはない。ｘ方向のスクライブを複数回繰り返すときは、平面鏡Ｍ７による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）とを交互に行う。【００６２】
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を選択する。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、レーザビームを照射しながら平面鏡Ｍ７をＹ方向に移動（走査）することにより、ガラス基板のｙ方向にスクライブ加工を行う。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には曲げモーメントがほとんど生じていないため、分断されることはない。以上の加工により、ｘ方向およびｙ方向のスクライブ加工が完了する。【００６３】
続いて、ｙ方向、ｘ方向のレーザブレイクを行う（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ブレイクを行うようにしてもよい。このとき基板Ｇは浮上機構ＭＢにより浮上状態にする。ビーム断面切替機構２９を駆動してレーザ光源１０からのレーザ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。これにより基板Ｇには拡大された円形ビームが照射されることになり、円形ビームによるレーザブレイクが行われる。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方向へのレーザブレイクが行われ、基板Ｇは方形に分断される。【００６４】
（動作例２）
次に、レーザ加工装置ＬＭ１による第二の動作例について説明する。
図１０はレーザ加工装置ＬＭ１による動作の第二の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は薄板加工モードが選択される場合の動作を示す。【００６５】
ガラス基板Ｇがテーブル４０の上に載置されると、まず、基板誘導機構５０を用いて基板Ｇの位置決めを行う（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を作成する（Ｓ２０２）。以上の工程はＳ１０１，Ｓ１０２と同じである。【００６６】
続いて、モード入力の結果を判定する（Ｓ２０３）。一般加工モードが選択されたときは上述した動作例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。薄板加工モードが選択されたときはＳ２０４に進み、厚板加工モードが選択されたときはＳ２１０に進む。【００６７】
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方向のレーザスクライブを行う（Ｓ２０５）。このときの手順はＳ１０３，Ｓ１０４と同様である。すなわち、基板Ｇを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がいきなり分断されることがないようにする。【００６８】
続いて、ｙ方向、ｘ方向のレーザブレイクを行う（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。ビーム断面切替機構２９を駆動してレーザ光源からのレーザ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方向へのレーザブレイクが行われ、基板Ｇは方形に分断される。【００６９】
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方向のレーザスクライブを行う（Ｓ２１１）。基板Ｇは十分に厚いため、強い吸着を行わずとも、分断されることはないので、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（位置決め用）で吸着させておく。【００７０】
続いて、ｙ方向、ｘ方向のレーザブレイクを行う（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。ビーム断面切替機構２９を駆動してレーザ光源からのレーザ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。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を行うことにより、基板Ｇは方形に分断される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ガラス基板等の分断加工を行うレーザ加工装置に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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