(57)【要約】  設置スペースを小さくすることができ、固定テーブルを用いて、テーブル回転機構を用いることなく基板を回転することができるレーザ加工装置を提供する。  基板載置面が多孔質部材で形成され、多孔質部材を介して基板を吸着する吸着機構と多孔質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位置固定のテーブル４０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断面が楕円のレーザビームに整形し基板の加工面に導いて加工面上を走査するレーザビーム走査光学系２０と、テーブル上に載置された基板の位置決め、または、移動を行う際に、浮上させた基板の基板側面に当接し基板側面をテーブル面に水平な方向に押して移動させる可動当接部により基板を誘導する基板誘導機構５０とを備え、基板を浮上させて基板誘導機構で基板側面を押しながら所望の位置に移動、回転する。
2009069375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板載置面が多孔質部材で形成され、多孔質部材を介して基板を吸着する吸着機構と多孔質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位置固定のテーブルと、
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断面が楕円のレーザビームに整形し、基板の加工面に導き、基板上に照射される楕円のビームスポットの長軸方向に沿って走査するレーザビーム走査光学系と、
テーブル上に載置された基板の位置決め、または、移動を行う際に、浮上させた基板の基板側面に当接し基板側面をテーブル面に水平な方向に押して移動させる可動当接部により基板を誘導する基板誘導機構とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
基板誘導機構は複数の可動当接部が設けられるとともに、各可動当接部が互いに基板を挟むように配置される請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
各可動当接部は基板側面に当接する部位が分岐し、基板に対し２箇所で当接する請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
基板誘導機構は、可動当接部をテーブル面に水平な方向に自在に移動させるための関節部を有するアームを備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザビーム走査光学系は、レーザ光源から出射されるレーザビームを整形し、平行光束で断面が楕円のビーム、または、非平行光束で断面が楕円のビームとして出射するビーム整形部と、
ビーム整形部から出射される楕円ビームの出射方向を調整するとともに、この楕円ビームが非平行光束の場合は平行光束の楕円ビームに調整して出射する光路調整部と、
光路調整部から出射される平行光束の楕円ビームを反射しながら移動し基板上に楕円のビームスポットを走査させる走査軸移動鏡およびこの走査軸移動鏡をビームスポットの長軸方向に沿って移動させる走査軸案内機構からなる走査機構部とを備え、
レーザ光源およびビーム整形部は、走査機構部とは独立に設置し、ビームスポットを走査させる際にビーム整形部が移動しないようにした請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
走査機構部は、さらにビームスポットの長軸方向と直交する方向に移動する送り軸移動鏡およびこの送り軸移動鏡を前記ビームスポットの長軸方向と直交する方向に沿って移動させる送り軸案内機構を備え、光路調整部から出射された平行光束の楕円ビームは送り軸移動鏡、走査軸移動鏡の順に反射されて基板上にビームスポットを形成する請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
走査軸案内機構は、走査軸移動鏡をビームスポットの長軸方向に移動する案内を行う走査軸ガイドレールと、送り軸移動鏡をビームスポットの長軸方向と直交する方向に移動する案内を行う送り軸ガイドレールとを備え、走査軸ガイドレールは送り軸移動鏡と連結され一体に移動する請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
ビーム整形部は、互いに共焦点を形成するように配置された一対の放物面鏡からなるビーム変形ユニットを備え、
ビーム変形ユニットは一方の放物面鏡がレーザビームを一方向に縮小または拡大しながら他方の放物面鏡に出射し、他方の放物面鏡は入射されたレーザビームを短軸幅または長軸幅が定められた平行光束の楕円のレーザビームとして出射する請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
ビーム変形ユニットを二つ備え、一方のビーム変形ユニットは互いに第一共焦点を形成するように配置された第一放物面鏡と第二放物面鏡との対からなる短軸形成用のビーム変形ユニットをなし、他方のビーム変形ユニットは互いに第二共焦点を形成するように配置された第三放物面鏡と第四放物面鏡との対からなる長軸形成用のビーム変形ユニットをなし、
短軸形成用のビーム変形ユニットは、第一放物面鏡が前記レーザ光源から出射されたレーザビームを第一の方向に縮小しながら第二放物面鏡に向けて出射し、第二放物面鏡は入射されたレーザビームを短軸幅が定められた平行光束の楕円のレーザビームに整形して長軸形成用のビーム変形ユニットに向けて出射し、
長軸形成用のビーム変形ユニットは、第三放物面鏡が第二放物面鏡から出射されたレーザビームを前記第一の方向とは直交する第二の方向に拡大しながら第四放物面鏡に向けて出射し、第四放物面鏡は入射されたレーザビームを、短軸幅と長軸幅とが定められた平行光束の楕円ビームに整形して出射する請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
ビーム変形ユニットは、光学定数が異なる放物面鏡の対が複数セット用意され、出射する平行光束の楕円ビームの断面形状を変更するときに、放物面鏡の対ごとにセットで交換する請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記ビーム変形ユニットは、対をなす放物面鏡の一方を取付位置が固定された固定焦点の放物面鏡とし、他方の放物面鏡を移動可能な可変焦点の放物面鏡とし、
可動の放物面鏡を移動させたときに、同時にその焦点を変化させて固定放物面鏡と共焦点を形成するようにした請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
可変焦点の放物面鏡は、レーザビームを反射する可堯性の放物面鏡本体と、放物面鏡本体の一端を支持し台座に固定される固定支軸と、放物面鏡本体の他端を支持するとともに固定支軸の軸方向と直交する面方向に並進移動および回転移動が可能に取り付けられる可動支軸と、可動支軸を駆動する並進駆動機構および回転駆動機構からなる請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
レーザビーム走査光学系の光路調整部は、さらにビーム整形部から出射される楕円ビームの長軸方向を第一方向に向けた第一楕円ビーム、楕円ビームの長軸方向を第一方向と直交する第二方向に向けた第二楕円ビームのいずれかを選択的に出射する長軸方向切替部を備え、
走査機構部は、長軸方向切替部から出射される第一楕円ビームまたは第二楕円ビームに基づいて、基板上に第一の楕円のビームスポットまたは第一のビームスポットとは長軸方向が直交する第二の楕円のビームスポットを形成するとともに、第一の楕円スポットまたは第二の楕円スポットの長軸方向の二方向に沿って基板上のビームスポットを移動させる請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
長軸方向切替部は、ビーム整形部から出射された楕円ビームの長軸方向が第一方向を向くように光学素子を配置した第一光路と、楕円ビームの長軸方向が第一方向に直交する第二方向に向くように光学素子を配置した第二光路と、ビーム整形部から出射された楕円ビームの進行方向を第一光路または第二光路のいずれかに選択する光路切替機構とからなる請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
光路切替機構は、光路上に配置され、反射方向を切り替える可動鏡からなる請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
長軸方向切替部は、出射側で第一光路と第二光路とが交差するとともに、交差領域に第一光路と第二光路の方向を同一方向に向ける光路整合機構が設けられ、光路整合機構は第一光路を通過した第一楕円ビーム、第二光路を通過した第二楕円ビームのいずれかを選択的に出射する請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１７】
光路整合機構は、前記交差領域に挿脱される可動鏡からなる請求項１６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１８】
第一光路、第二光路に配置される光学素子は平面鏡群からなる請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１９】
刃先が第一ビームスポットの長軸方向、第二ビームスポットの長軸方向に向けられ、それぞれの方向に初期亀裂を形成する２つのトリガ機構を独立に設けた請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項２０】
ビーム整形部は、複数のレーザ光源から出射される複数の小径の平行光束を互いに平行かつ直列に並べることにより列方向を実質的に長軸方向にして出射する請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工基板に対し、レーザビームを走査することにより加工を行うレーザ加工装置に関する。
本発明におけるレーザ加工には、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、セラミック基板等の脆性材料に対し、軟化点以下の温度でレーザ加熱したときに生じる熱応力を利用したレーザスクライブ加工、および、脆性材料その他の材料について溶融温度以上で加熱するレーザアブレーション加工が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
被加工基板に対するレーザビームの照射位置を、相対的に移動させて加工を行う走査型のレーザ加工装置は、例えばガラス基板等の脆性材料基板の加工に用いられている。【０００３】
このようなレーザ加工装置では、レーザ加工による加工幅を狭くして加工精度を高めたり、また、加熱するときに加熱効率を高めて走査速度を向上したりする目的のために、レーザ光源から出射された断面形状が円形のレーザビーム（元ビーム）を光路上で楕円形に調整し、基板の加工面に楕円形のビームスポットが形成されるようにしている。
なお、調整されるレーザビームやビームスポットの形状は文字どおりの「楕円形」だけではなく、長円、その他の長軸方向を有する細長い形状のビームスポットにするようにしても加工精度や加熱効率を高めたりすることができる。よって、ここでは「楕円形」のレーザビームやビームスポットという場合には、長円等の長軸方向を有する形状のビームスポットを含むものとする。【０００４】
レーザ光源から出射される円形断面の元ビームから楕円形状のビームスポットを形成する方法としては、レンズ光学系を用いて長軸を有するビームスポットを形成する方法が実用されている。例えばレーザビームの光路上にシリンドリカルレンズと集光レンズとを配置することにより、円形断面の元ビームを、楕円形のレーザビームに整形することが開示されている（例えば特許文献１参照）。【０００５】
基板に照射されるビームスポットの形状が楕円形であるレーザビームを使用するレーザ加工装置では、ビームスポットの長軸方向を、走査方向（Ｘ方向とする）に一致させて走査することになる。この場合、ビームスポットの長軸方向がレーザ加工時の走査軸方向（Ｘ方向）になり、これに垂直な方向（Ｙ方向）は加工位置を横方向に移動させるときの送り軸方向になる。【０００６】
このようなレーザ加工装置では、基板に対してレーザビームを移動させてビームスポットを走査させるために、次のいずれかの駆動機構が採用されている。
一つは、レーザビームの照射位置が動かないようにレーザ光学系を固定し、基板をテーブルに載置し、このテーブルをテーブル駆動機構により二次元方向（並進方向（ＸＹ方向）、回転方向（θ方向））に移動する可動テーブルとし、レーザビームはＸ方向に走査されるようにしている（例えば特許文献１参照）。
もう一つは、テーブル駆動機構により駆動される可動テーブルを、一次元方向（Ｘ方向）、回転方向（θ方向）に移動できるようにし、レーザビームの照射位置が可動テーブルの移動方向（Ｘ方向）とは直交する方向（Ｙ方向）に移動できるようにして、レーザビームが走査されるようにしている（特許文献２参照）。【０００７】
図２０は、走査型のレーザ加工装置の一つであるクラック形成装置５００（レーザスクライブ装置）の従来例を示す構成図である。この装置は、レーザビームの照射位置が動かないように固定し、テーブルが二次元方向（ＸＹ方向）と回転方向（θ方向）とに移動するようにしてある。
すなわち、架台５０１上に平行に配置された一対のガイドレール５０３、５０４に沿って、図２０の紙面前後方向（Ｙ方向とする）に往復移動するスライドテーブル５０２が設けられている。両ガイドレール５０３、５０４の間に、スクリューネジ５０５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５０５に、スライドテーブル５０２に固定されたステー５０６が螺合されており、スクリューネジ５０５をモータ（不図示）によって正、逆転することにより、スライドテーブル５０２がガイドレール５０３、５０４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。【０００８】
スライドテーブル５０２上に、水平な台座５０７がガイドレール５０８に沿って、図２０の左右方向（Ｘ方向とする）に往復移動するように配置されている。台座５０７に固定されたステー５１０に、モータ５０９によって回転するスクリューネジ５１０ａが貫通螺合されており、スクリューネジ５１０ａが正、逆転することにより、台座５０７がガイドレール５０８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。【０００９】
台座５０７上には、回転機構５１１によって回転する回転テーブル５１２が設けられており、この回転テーブル５１２に、ガラス基板Ｇが水平な状態で取り付けられる。回転機構５１１は、回転テーブル５１２を、垂直な軸の周りで回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度になるように回転できるように形成されている。また、基板Ｇは、例えば吸引チャックによって回転テーブル５１２に固定される。【００１０】
回転テーブル５１２の上方には、レーザ５１３に連なる光学ホルダ５１４がフレーム５１５に保持されている。図２１に示すように、光学ホルダ５１４には、レーザ５１３から発信されたレーザビームを、楕円形の加熱スポットＢＳとして基板Ｇ上に照射するためのレンズ光学系５１４ａ（例えばシリンドリカルレンズ）が設けられている。また、レンズ光学系５１４ａの下には、焦点位置を上下に移動することにより，加熱スポットＢＳの領域を拡大、縮小する調整レンズ５１４ｂが設けられている。加熱スポットＢＳが拡大、縮小されると、基板面に照射される面積、エネルギー密度が変化する。そのため、例えば調整レンズ５１４ｂにより加熱スポットＢＳを拡大するときはレーザ発振器５１３の出力を増大し、加熱スポットＢＳを縮小するときはレーザ発信器５１３の出力を減少するよう調整して用いられる。【００１１】
なお、光学ホルダ５１４の近傍には、加熱スポットの後側の位置に向けて冷媒を噴霧して冷却スポットを形成し、急冷することにより熱応力の発生を促進するための冷却ノズル５１６を設けてもよい。【００１２】
クラック形成装置５００の左上方には、一対のＣＣＤカメラ５２０（５２１）が固定されてある。これらは基板の位置検出に用いる。すなわち、回転テーブル５１２に載置されたガラス基板Ｇには加工基準点となる一対のマーカ（アラインメントマーク）が付されており、一対のＣＣＤカメラ５２０（５２１）は、回転テーブル５１２が原点位置に復帰した状態（図２０の回転テーブル５１２を左端に移動した状態）で、これらマーカを撮像する。なお、図Ａでは紙面手前側のＣＣＤカメラ５２０のみが図示され、紙面奥側のＣＣＤカメラ５２１は図示されていない。【００１３】
ＣＣＤカメラ５２０、５２１により映し出された基板Ｇの画像を、表示部５５７（後述）でモニタしながら、スライドテーブル５０２、台座５０７、回転テーブル５１２の調整を行うことにより、基板Ｇの位置合わせが行われる。位置合わせを終えることで、基板Ｇの各点がクラック形成装置５００に設定された座標系と対応付けられることになる。【００１４】
回転テーブル５１２の上方には、上下移動調節機構５１７を介してカッターホイール５１８が取り付けられている。カッターホイール５１８は、専ら、ガラス基板Ｇの端縁に初期亀裂ＴＲを形成するときに、台座５０７を待機位置からＸ方向に移動させるとともに一時的にカッターホイール５１８下降させ、待機位置へ戻すようにして用いる。【００１５】
続いて、図Ｂを参照しながらクラック形成装置５００の制御系について説明する。クラック形成装置５００において、スライドテーブル５０２および台座５０７の位置決めを行うためのモータ（モータ５０９等）を駆動するテーブル駆動部５５１、レーザビーム照射のためにレーザ５１３および光学ホルダ５１４の調整レンズ５１４ｂを駆動するレーザ駆動部５５２、冷却ノズル５１６を設ける場合は冷媒の噴霧を行う冷却ノズル駆動部５５３、カッターホイール５１８の位置決めおよびガラス基板Ｇに対する圧接力の調整を行うカッター駆動部５５４、ＣＣＤカメラ５２０、５２１による撮像を行うカメラ駆動部５５５の各駆動系が、コンピュータ（ＣＰＵ）で構成される制御部５５０によってコントロールされる。【００１６】
制御部５５０には、キーボード、マウス等の入力装置からなる入力部５５６、および各種の表示を行う表示画面からなる表示部５５７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。【００１７】
次に、クラック形成装置５００の動作について説明する。ガラス基板Ｇが回転テーブル５１２の上に載置される。このときカメラ５２０、５２１を用いて位置決めがなされる。クラック形成装置５００に分断予定ラインＣＬを記憶させる。【００１８】
続いて、クラック形成を開始する。処理がスタートすると、記憶された分断予定ラインＣＬの位置データが読み出され、起点Ｐ０にカッターホイール５１８が近づくようにスライドテーブル５０２、台座５０７（回転テーブル５１２）が移動する。さらにカッターホイール５１８が降下した状態で、基板端がカッターホイール５１８に近づくように台座５０７（回転テーブル５１２）が駆動されることにより、基板端に初期亀裂ＴＲが形成される。【００１９】
続いて、ビームスポットＢＳが初期亀裂ＴＲの直前の位置にくるように、スライドテーブル５０２、台座５０７（回転テーブル５１２）が移動する。その後、レーザ５１３が発振されてレーザビームが照射されてビームスポットＢＳが形成され、起点Ｐ０から終点Ｐ１に至るまで分断予定ラインＣＬに沿って走査される（必要に応じて冷却ノズル５１６による冷却スポットが追随するよう走査される）。
以上の処理が実行されることにより、分断予定ラインＣＬに沿ったクラックが形成される。【００２０】
一般に、基板が載置されるテーブルを、基板とともに二次元方向（ＸＹ方向）に移動したり、あるいは一次元方向（Ｘ方向）に移動したりするテーブル並進機構を備えたレーザ加工装置は、ビームスポットの走査の安定性に優れ、再現性のよいレーザ加工を行うことができる。【００２１】
しかしながら、テーブルを移動させる必要がある関係上、テーブルの移動開始位置から移動終了位置までのスペースが必要となり、テーブルが固定された装置に比べると、装置全体の設置スペースがどうしても２倍程度（一次元駆動の場合）、あるいは４倍（二次元駆動の場合）程度大きくなる傾向がある。
特に、最近は液晶パネル用のガラス基板を加工する場合のように、加工対象の基板の面積が大きくなる傾向がある。それゆえ基板面積が大きくなるにつれて、さらに大きな設置スペースが必要になる。【００２２】
また、基板の重量に比べるとテーブル重量が重いことから、テーブルを並進移動させるテーブル併進機構は大きな駆動力が必要になり、大きな駆動力を発生する駆動機構を用いなければならない。【００２３】
また、ガラス基板や半導体ウエハ等を方形に加工（基板の加工方向をｘ方向およびｙ方向とする）する場合には、基板のｘ方向に沿った第一回目加工に次いで、ｘ方向と直交するｙ方向に沿った第二回目加工を行うことが多い。その場合、楕円形のビームスポットを用いて加工する場合には、ビームスポットの長軸方向の向きを基板のｘ方向から基板のｙ方向まで９０度変える必要上、基板を並進移動するための並進駆動機構の他に、基板を回転する回転テーブル機構が必要になる。
並進駆動機構の上に回転テーブル機構を搭載するとなると、ますますテーブル重量が増大することになり、さらに大きな駆動力を発生する駆動機構を用いなければならなくなる。【００２４】
そこで、テーブルには並進機構を設けずに、レーザビーム側に二次元（ＸＹ方向）並進機構を設けたレーザ切断装置（レーザ加工装置）が提案されている（特許文献３参照）。
これによれば、レーザ光源、ビーム形状を楕円に整形するレーザ光学系（屈折レンズ、フォーカシングレンズ群）全体を、レーザビームの走査方向に移動する駆動機構を備えるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２８９３８８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００３／０２６８６１号公報
【特許文献３】特開２０００−６１６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
テーブルの並進機構に代えて、レーザ光源およびレーザビームを楕円に整形するレーザ光学系全体を走査方向に移動させる並進機構を備えたレーザ加工装置は、設置スペースを小さくすることができるので、コンパクトな装置構成にすることができる。【００２６】
しかしながら、楕円形のビームスポットを用いてガラス基板や半導体ウエハ等を方形に加工（基板の加工方向をｘ方向およびｙ方向とする）する場合には、ビームスポットの長軸方向の向きを基板のｘ方向から基板のｙ方向に変える必要上、レーザビームの長軸を回転させる何らかの長軸調整機構を搭載しなければならず、レーザ光学系が複雑になるとともに、この長軸調整機構をレーザ光源や楕円整形のためのレーザ光学系とともに並進機構で移動させることが必要になる。
これを避けるために、テーブル回転機構を設けて基板側を回転することが考えられる。テーブル回転機構を設けた場合、設置スペースを大きく増大させることはない。しかしながら、テーブル回転機構を回転するための大きな駆動力を要することになる。【００２７】
そこで、本発明は、並進移動、回転移動させる駆動機構を持たない位置固定のテーブルを用いて、楕円レーザビームで基板に対し異なる二方向(ｘ方向、ｙ方向)の加工を行う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。
さらに、本発明は、位置固定のテーブルを用いて楕円レーザビームで加工する上で、好適な装置構成を有するレーザ加工装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、テーブル回転機構を用いることなく、基板を回転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】
【００２８】
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、基板載置面が多孔質部材で形成され、多孔質部材を介して基板を吸着する吸着機構と多孔質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位置固定のテーブルと、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断面が楕円のレーザビームに整形し、基板の加工面に導き、基板上に照射されるビームスポットの長軸方向に沿って走査するレーザビーム走査光学系と、テーブル上に載置された基板の位置決め、または、移動を行う際に、浮上させた基板の基板側面に当接し基板側面をテーブル面に水平な方向に押して移動させる可動当接部により基板を誘導する基板誘導機構とを備えるようにしている。【００２９】
本発明のレーザ加工装置によれば、テーブルは位置が固定され、テーブルの基板載置面となる多孔質部材の上に、基板が載置されるようにしてある。基板をテーブルに載置する方法については特に限定されないが、例えば一般的な基板搬送機構（例えばロボットアーム等）を利用すればよい。テーブルに載置された基板は、吸着機構を作動させることによりテーブルに固定される。レーザビーム走査光学系は、レーザ光源から出射されるレーザビームを、断面が楕円のレーザビームに整形し基板の加工面に導き、基板上に照射される楕円のビームスポットの長軸方向に沿って加工面上を走査する。レーザが走査された部位は局所的に加熱され、加工が行われる。続いて、基板を並進移動したり、回転移動したり、新しい加工場所に位置決めしたりする際に、吸着機構を停止し、浮上機構を作動して基板を浮上させる。基板誘導機構は、可動当接部を浮上させた基板の基板側面に当接し、基板側面をテーブル面に水平な方向に押して移動（回転、並進）させる。これによりテーブルは固定された状態で、基板だけを所望の位置に誘導する。所望の位置に達すると、浮上機構を停止し、吸着機構を作動して固着させる。そして、再びレーザ走査光学系によりレーザビームを走査してレーザ加工を行う。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、テーブル並進機構もテーブル回転機構も持たず、位置が固定されたテーブルを用いるので、大きな駆動力が必要なテーブル駆動機構が不要になる。また、テーブルを移動させる必要がなくなり、設置スペースを小さくすることができる。
さらに基板を回転する際には、浮上した基板の基板側面に可動当接部を当接し、わずかな駆動力で押すだけで基板を回転し、位置決めすることができる。【００３１】
本発明はさらに以下の態様をとることができる。
上記発明において、基板誘導機構には複数の可動当接部が設けられるとともに、各可動当接部が互いに基板を挟むように配置されるようにしてもよい。
これによれば、複数の可動当接部で基板を挟むようにして、基板を誘導することができるので、浮上された基板を安定して移動させることができる。
具体的には、基板が方形のときは、可動当接部を対角線方向に２箇所（一対）配置するのが好ましい。基板が円形のときは、中心を挟んで直線方向に２箇所、あるいは、１２０度ずつ３箇所配置するのが好ましい。【００３２】
この場合、各可動当接部は基板側面に当接する部位が分岐し、基板に対し２箇所で当接するようにしてもよい。
これによれば、近接する２点で基板側面と当接することで、基板の並進方向、回転方向の移動を制御することが容易になる。特に、方形基板の場合は、基板のコーナーを挟んで隣り合う２つの辺に当接することにより、方形基板の並進移動、回転移動を容易に行うことができる。【００３３】
また、基板誘導機構は、可動当接部をテーブル面に水平な方向に自在に移動させるための関節部を有するアームを備えるようにしてもよい。
これによれば、アームの関節部を調整することにより、可動当接部を自在に移動させることができ、テーブル上で基板の位置を自在に並進移動、回転移動させることができる。【００３４】
また、レーザビーム走査光学系は、レーザ光源から出射されるレーザビームを整形し、平行光束で断面が楕円のビーム、または、非平行光束で断面が楕円のビームとして出射するビーム整形部と、ビーム整形部から出射される楕円ビームの出射方向を調整するとともに、この楕円ビームが非平行光束の場合は平行光束の楕円ビームに調整して出射する光路調整部と、光路調整部から出射される平行光束の楕円ビームを反射しながら移動し基板上に楕円のビームスポットを走査させる走査軸移動鏡およびこの走査軸移動鏡をビームスポットの長軸方向に沿って移動させる走査軸案内機構からなる走査機構部とを備え、レーザ光源およびビーム整形部は、走査機構部とは独立に設置し、ビームスポットを走査させる際にビーム整形部が移動しないようにしてもよい。【００３５】
ここで、ビーム整形部は、断面が楕円のビームを形成して出射することができる限り、その整形方法については特に限定されない。例えば、前述した特許文献１〜特許文献３等に開示されているような、広く知られたレンズ光学系（シリンドリカルレンズ、屈折レンズおよびフォーカシングレンズの組み合わせ等）による方法で楕円ビームを形成してもよい。また、回転するポリゴンミラーとレンズとを用いて、レーザビームをポリゴンミラーにより所定領域で繰り返し反射させ、さらにレンズで整形することにより楕円ビームを形成してもよい（例えば特開２００５−２８８５４１号公報参照）。これらの方法による楕円ビームは、非平行光束の楕円ビームが出射される。後述する放物面鏡群を用いた方法で楕円ビームを形成してもよい。この場合は平行光束として出射される。【００３６】
これによれば、駆動機構を持たないテーブル上に基板が載置される。レーザ光源から出射されるレーザビームは、ビーム整形部に入射され、断面が楕円のレーザビームに整形されて光路調整部に出射される。光路調整部は、楕円ビームの出射方向を調整して後段の走査機構部に出射する。光路調整部は、ビーム整形部からの楕円ビームが平行光束であるときは、そのままの平行光束で走査機構部に出射し、ビーム整形部からの楕円ビームが非平行光束であるときは、平行光束に調整した上で走査機構部の走査軸移動鏡に向けて出射する。そして、走査機構部の走査軸移動鏡に平行光束の楕円ビームが入射されるようにする。走査機構部は、走査軸移動鏡で平行光束の楕円ビームを反射し、基板に楕円のビームスポットを形成する。そしてビームスポットの長軸方向（走査軸方向ともいう）に向けて、走査軸案内機構により走査軸移動鏡を移動させる。このとき、走査軸移動鏡は光路調整部から出射された平行光束の楕円ビームを反射しながら移動する。その結果、基板上に形成される楕円のビームスポットは、走査軸移動鏡の動きに追随して基板上を移動する。走査軸移動鏡に入射する楕円ビームは平行光束であることから、走査軸移動鏡がどの位置に移動されても、同じ形状、同じ向きのビームスポットが基板上に形成される。このようにして、レーザ光源およびビーム整形部は、走査機構部から離れて独立に設置するようにし、ビームスポットを走査させる際に、走査軸移動鏡だけが移動するようにする。
本発明によれば、ビームスポットの走査は、移動鏡だけを移動するようにして行うので、小さな駆動力で十分であり、駆動機構を小さくすることができ、高速移動も容易になる。
さらに、移動鏡が反射するレーザビームは平行光束の楕円ビームであるため、移動鏡を平面鏡で形成するだけで、走査軸案内機構により、どこに移動されても、同じ形状、同じ大きさのビームスポットを基板に照射することができる。
また、ビームスポットは基板に平行光束で入射することになるので、基板の板厚の大小に関わらず、基板面に形成されるビームスポットは同じ形状、同じ大きさになり、基板の板厚によって高さ方向の位置調整をする必要がなくなる。【００３７】
この場合、走査機構部は、さらにビームスポットの長軸方向と直交する方向(送り軸方向ともいう)に移動する送り軸移動鏡およびこの送り軸移動鏡を前記ビームスポットの長軸方向と直交する方向に沿って移動させる送り軸案内機構を備え、光路調整部から出射された平行光束の楕円ビームは送り軸移動鏡、走査軸移動鏡の順に反射されて基板上にビームスポットを形成するようにしてもよい。
これによれば、走査軸移動鏡によるビームスポットの長軸方向（走査軸方向）への移動と、これに直交する方向（送り軸方向）への移動が可能になる。したがって、送り軸方向の任意の位置にレーザ加工を施すことができる。また、走査軸移動鏡の走査によって第一のレーザ加工を行った後、送り軸移動鏡を移動させてから、走査軸移動鏡の走査による第二のレーザ加工を行うことにより、第一のレーザ加工ラインに平行な第二のレーザ加工ラインを形成することができる。さらに走査軸移動鏡の走査と送り軸移動鏡の移動とを交互に繰り返すことにより、平行なレーザ加工ラインを次々に形成することができる。【００３８】
また、走査軸案内機構は、走査軸移動鏡をビームスポットの長軸方向に移動する案内を行う走査軸ガイドレールと、送り軸移動鏡をビームスポットの長軸方向と直交する方向に移動する案内を行う送り軸ガイドレールとを備え、走査軸ガイドレールは送り軸移動鏡と連結され一体に移動するようにしてもよい。
これによれば、送り軸移動鏡から走査軸移動鏡へ反射させる方向が常に一定になり、光軸調整が容易になる。【００３９】
また、ビーム整形部は、互いに共焦点を形成するように配置された一対の放物面鏡からなるビーム変形ユニットを備え、ビーム変形ユニットは一方の放物面鏡がレーザビームを一方向に縮小または拡大しながら他方の放物面鏡に出射し、他方の放物面鏡は入射されたレーザビームを短軸幅または長軸幅が定められた平行光束の楕円のレーザビームとして出射するようにしてもよい。
これによれば、ビーム整形部から出射される楕円ビームを平行光束にすることができるので、後段の光路調整部で平行光束に調整する必要がなくなり、平行光束にするための調整作業が容易になる。さらに光路調整部では平面鏡を用いて出射方向を調整するだけでよく、走査機構部に楕円ビームを平行光束で導くことができる。【００４０】
また、ビーム変形ユニットを二つ備え、一方のビーム変形ユニットは互いに第一共焦点を形成するように配置された第一放物面鏡と第二放物面鏡との対からなる短軸形成用のビーム変形ユニットをなし、他方のビーム変形ユニットは互いに第二共焦点を形成するように配置された第三放物面鏡と第四放物面鏡との対からなる長軸形成用のビーム変形ユニットをなし、短軸形成用のビーム変形ユニットは、第一放物面鏡が前記レーザ光源から出射されたレーザビームを第一の方向に縮小しながら第二放物面鏡に向けて出射し、第二放物面鏡は入射されたレーザビームを短軸幅が定められた平行光束の楕円のレーザビームに整形して長軸形成用のビーム変形ユニットに向けて出射し、長軸形成用のビーム変形ユニットは、第三放物面鏡が第二放物面鏡から出射されたレーザビームを前記第一の方向とは直交する第二の方向に拡大しながら第四放物面鏡に向けて出射し、第四放物面鏡は入射されたレーザビームを、短軸幅と長軸幅とが定められた平行光束の楕円ビームに整形して出射するようにしてもよい。
これによれば、ビーム整形部から出射される楕円ビームを平行光束にすることができ、さらに長軸幅と短軸幅とを独立に調整することができる。また、後段の光路調整部では平行光束に調整する必要がなくなり、さらに光路調整部では平面鏡を用いて出射方向を調整するだけで、走査機構部に楕円ビームを平行光速で導くことができる。【００４１】
また、ビーム変形ユニットは、光学定数が異なる放物面鏡の対が複数セット用意され、出射する平行光束の楕円ビームの断面形状を変更するときに、放物面鏡の対ごとにセットで交換するようにしてもよい。
これによれば、放物面鏡の対ごとにセットで交換することにより、ビーム整形部から出射される楕円ビームの断面形状を変えるとともに、平行光束として出射させることができる。【００４２】
また、ビーム変形ユニットは、対をなす放物面鏡の一方を取付位置が固定された固定焦点の放物面鏡とし、他方の放物面鏡を移動可能な可変焦点の放物面鏡とし、可動の放物面鏡を移動させたときに、同時にその焦点を変化させて固定放物面鏡と共焦点を形成するようにしてもよい。
これによれば、可動の放物面鏡の取付位置を変えることにより、ビーム整形部から出射される楕円ビームの形状を変化させることができ、楕円ビームの形状を変化させたときに、同時に焦点を変化させて固定焦点の放物面鏡と共焦点を形成することにより、平行光束として出射させることができる。【００４３】
可変焦点の放物面鏡は、レーザビームを反射する可堯性の放物面鏡本体と、放物面鏡本体の一端を支持し台座に固定される固定支軸と、放物面鏡本体の他端を支持するとともに固定支軸の軸方向と直交する面方向に並進移動および回転移動が可能に取り付けられる可動支軸と、可動支軸を駆動する並進駆動機構および回転駆動機構からなるようにしてもよい。
これによれば、可動支軸を駆動する並進駆動機構および回転駆動機構を作動して、放物面鏡の反射面の形状を変形させることにより、焦点を変化させることができる。【００４４】
また、レーザビーム走査光学系の光路調整部は、ビーム整形部から出射される楕円ビームの長軸方向を第一方向に向けた第一楕円ビーム、楕円ビームの長軸方向を第一方向と直交する第二方向に向けた第二楕円ビームのいずれかを選択的に出射する長軸方向切替部を備え、レーザビーム走査光学系の走査機構部は、長軸方向切替部から出射される第一楕円ビームまたは第二楕円ビームに基づいて、基板上に第一の楕円のビームスポットまたは第一のビームスポットとは長軸方向が直交する第二の楕円のビームスポットを形成するとともに、第一の楕円スポットまたは第二の楕円スポットの長軸方向の二方向に沿って基板上のビームスポットを移動させるようにしてもよい。【００４５】
本発明のレーザ加工装置によれば、ビーム整形部で整形した楕円ビームは長軸方向切替部に向けて出射される。長軸方向切替部は、ビーム整形部から入射された平行光束の楕円ビームの長軸方向を、第一方向に向けた第一楕円ビームを出射するか、あるいは第一方向と直交する第二方向に向けた第二楕円ビームを出射する。そして長軸方向切替部から出射される第一楕円ビームまたは第二楕円ビームに基づいて、基板上に第一の楕円のビームスポット、または、第一のビームスポットとは長軸方向が直交する第二の楕円のビームスポットを形成する。
そして、走査機構部は、長軸方向切替部から出射される第一楕円ビームまたは第二楕円ビームに基づいて、基板上に第一の楕円のビームスポットまたは第一のビームスポットとは長軸方向が直交する第二の楕円のビームスポットを形成し、第一の楕円スポットの長軸方向、または、第二の楕円スポットの長軸方向に沿って基板上のビームスポットを移動させる。このようにして、テーブルを回転移動させることなく、直交する二方向に向けてレーザ加工を行う。
これによれば、テーブル回転機構を用いずに、楕円のビームスポットで直交する二方向の加工を行うことができる。【００４６】
また、長軸方向切替部は、ビーム整形部から出射された楕円ビームの長軸方向が第一方向を向くように光学素子を配置した第一光路と、楕円ビームの長軸方向が第一方向に直交する第二方向に向くように光学素子を配置した第二光路と、ビーム整形部から出射された楕円ビームの進行方向を第一光路または第二光路のいずれかに選択する光路切替機構とからなるようにしてもよい。
これによれば、光路切替機構により、ビーム整形部から出射された楕円ビームを、第一光路または第二光路のいずれかを選択的に通過させ、それぞれの光路に設けた光学素子により、楕円ビームは長軸方向が第一方向またはこれと直交する第二方向のいずれかに向けられた楕円ビームを出射することができる。【００４７】
また、光路切替機構は、光路上に配置され、反射方向を切り替える可動鏡からなるようにしてもよい。ここで、可動鏡の構造は、特に限定されない。例えば支軸を中心に鏡を回転させることにより反射方向を切り替えてもよい。また、光路上に出し入れする可動鏡を取り付けて、光路上に入れた状態の反射方向、光路上から外した状態の進行方向によって切り替えるようにしてもよい。
これによれば、可動鏡による反射光の光路を切り替える操作で、簡単に楕円ビームの長軸方向を切り替えることができる。【００４８】
また、長軸方向切替部は、出射側で第一光路と第二光路とが交差するとともに、交差領域に第一光路と第二光路の方向を同一方向に向ける光路整合機構が設けられ、光路整合機構は第一光路を通過した第一楕円ビーム、第二光路を通過した第二楕円ビームのいずれかを選択的に出射するようにしてもよい。
これによれば、長軸方向切替部から出射される第一楕円ビームおよび第二楕円ビームは、一本の光路で後段のレーザ光学系に出射するので、レーザ光学系以降を共通の光路で構成することができる。【００４９】
また、光路整合機構は、前記交差領域に挿脱される可動鏡からなるようにしてもよい。
これによれば、可動鏡を挿脱することにより、第一楕円ビームと第二楕円ビームを選択的に光路レーザ光学系に導くことが簡単にできる。【００５０】
また、第一光路、第二光路に配置される光学素子は平面鏡群からなるようにしてもよい。
第一光路および第二光路を通過する楕円ビームは平行光束であるため、平面鏡で複数回屈曲することで、長軸方向が互いに直交する二つの楕円ビームを簡単に形成することができる。【００５１】
また、刃先が第一ビームスポットの長軸方向、第二ビームスポットの長軸方向に向けられ、それぞれの方向に初期亀裂を形成する２つのトリガ機構を独立に設けてもよい。
これによれば、互いに直交する二方向に向けて初期亀裂を形成することができ、２つの方向の初期亀裂からそれぞれの方向に加工を進展させることができる。【００５２】
また、ビーム整形部は、複数のレーザ光源から出射される複数の小径の平行光束を互いに平行かつ直列に並べることにより列方向を実質的に長軸方向にして出射するようにしてもよい。
これによれば、平行光束の楕円ビームを成形する光学系を簡略にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】楕円系のビームスポットの長軸長さの調整方法を示す図。
【図４】テーブルの断面構造を示す図。
【図５】基板誘導機構の構成を示す図。
【図６】図１のレーザ加工装置ＬＭ１の制御系を示すブロック図。
【図７】本発明の他の一実施形態であるレーザ加工装置ＬＭ２の全体構成図。
【図８】図７のレーザ加工装置ＬＭ２の制御系を示すブロック図。
【図９】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１０】焦点駆動機構を有する第二放物面鏡の構成を示す図。
【図１１】第二放物面鏡Ｍ２および第四放物面鏡Ｍ４について位置および焦点を変更したときに出射されるレーザビームの形状を示した図。
【図１２】第二放物面鏡Ｍ２および第四放物面鏡Ｍ４について位置および焦点を変更したときに出射されるレーザビームの形状を示した図。
【図１３】第二放物面鏡Ｍ２および第四放物面鏡Ｍ４について位置および焦点を変更したときに出射されるレーザビームの形状を示した図。
【図１４】本発明の一実施形態であるレーザ加工装置ＬＭ３の全体構成図。
【図１５】図１４のレーザ加工装置ＬＭ３の制御系を示すブロック図。
【図１６】長軸方向切替部の構成を示す斜視図。
【図１７】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１８】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１９】図１１のレーザ加工装置ＬＭ３により基板に照射される実質的な楕円ビーム
【図２０】従来のレーザ加工装置（クラック形成装置）の一例を示す図。
【図２１】図１４のレーザ加工装置の制御系を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１０  レーザ光源
２０  レーザ走査光学系
２１、２１ａ  ビーム整形部
２２  走査機構部
２３  光路調整部
２５、２６  ガイドレール
２７  アジャスタ
４０  テーブル
４１  上部部材（多孔質部材）
４６  真空ポンプ
４７  エアー源
５０  基板誘導機構
６０、６５  トリガ機構
７１  Ｍ２並進駆動機構
７２  Ｍ２焦点駆動機構
７２ａ  台座
７２ｂ  固定支軸
７２ｃ  放物面鏡本体
７２ｄ  可動支軸
７２ｅ  小型テーブル（Ｘ移動用）
７２ｆ  小型テーブル（Ｙ移動用）
７２ｇ  小型テーブル（回転用）
７３  Ｕ２ユニット駆動機構
７４  Ｍ４併進駆動機構
７５  Ｍ４焦点駆動機構
８８  放物面鏡駆動部
Ｕ１、Ｕ２  ビーム変形ユニット
Ｍ１〜Ｍ４  放物面鏡
Ｍ５、Ｍ６  平面鏡
Ｍ７、Ｍ８  移動鏡（平面鏡）
Ｍ７、Ｍ８  平面移動鏡（レーザビーム光学系）
Ｍ１１      平面可動鏡（光路切替機構）
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  共焦点
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の実施形態を、主にガラス基板加工用のレーザスクライブ装置を例にして、図面に基づいて説明する。なお、本実施例のレーザスクライブ装置は、レーザ照射条件を調整すれば、そのままレーザアブレーション装置として利用することもできる。【００５６】
［実施形態１］
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。【００５７】
（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。なお、レーザアブレーション加工の場合には、基板材料を溶融、蒸散させることができる波長、エネルギー密度のレーザ光源を用いることになる。【００５８】
（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と、主としてレーザビームをテーブル面（ＸＹ方向）に沿って移動（走査）する走査機構２２と、ビーム整形部２１から出射したレーザビームを走査機構２２に導く光路調整部２３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。【００５９】
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。【００６０】
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。これらは第一のビーム変形ユニットＵ１を構成する。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。これらは第二のビーム変形ユニットＵ２を構成する。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
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。【００６４】
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。【００６５】
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、所望の長軸幅、短軸幅を有する平行光束の楕円形状のビームスポットを形成することができる。【００６６】
その場合、放物面鏡の光学定数の調整は、第一ビーム変形ユニット（第一放物面鏡Ｍ１、第二放物面鏡Ｍ２）ごとに、あるいは第二ビーム変形ユニットＵ２（第三放物面鏡Ｍ３、第四放物面鏡Ｍ４）ごとに交換するように行い、交換したときにユニットごとの共焦点関係を維持するようにして平行ビームが出射されるようにする。そのため、予め、共焦点となる対の放物面鏡を複数セット用意しておくのが好ましい。【００６７】
なお、ユニットを形成する対の放物面鏡が共焦点を形成していない場合は、後述する光路調整部２３において、シリンドリカルレンズ等を光路上に配置して、平行光束を形成するように調整することもできる。【００６８】
また、上記のビーム整形部２１では、ビーム変形ユニットを二つ（Ｕ１，Ｕ２）使用したが、これを一つにすることもできる。第一のビーム変形ユニットＵ１だけを用いた場合は、元ビームを一方向に縮小して短軸幅を定めた平行ビームＬ１を後段に出射することになる。また、第二のビーム変形ユニットＵ２だけを用いた場合は、元ビームを一方向に拡大して長軸幅を定めた平行ビームを後段に出射することになる。【００６９】
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、２つの平面鏡Ｍ５、Ｍ６からなる。平面鏡Ｍ５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。平行ビームＬ２の光路長（Ｍ４〜Ｍ５間距離）を調整することにより、走査機構２２との間のＸ方向の調整が行われる。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（Ｍ５〜Ｍ６間距離）を調整することにより、走査機構２２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が原点位置にあるとき（図１参照）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２２との間のＹ方向の調整が行われる。【００７０】
また、光路調整部２３では、前段のビーム整形部２１から出射されるレーザビームが平行光束でない場合には、光路上に平行光束形成用のレンズを介在させてもよい。具体的にはシリンドリカルレンズや凹面レンズ、凸面レンズを用いて平行光束を形成する。【００７１】
次に、走査機構２２について説明する。走査機構２２は、軸線がＹ方向（送り軸方向）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（送り軸移動鏡）と、平面鏡Ｍ７に一体に固定され、軸線がＸ方向（走査軸方向）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（走査軸移動鏡）と、水平方向に対する平面鏡Ｍ８の取付角度（ＸＺ面の取付角度）を調整する角度調整用のアジャスタ２７とからなる。
なお、ガイドレール２５は、ガイドレール２６を安定化するために、平行な第二のガイドレールを、テーブル４０を挟んで対辺側に設け、Ｙ方向の２本の平行なガイドレール２５でＸ方向のガイドレール２６を支えてもよい。【００７２】
便宜上、ガイドレール２５の最も平面鏡Ｍ６に近い位置（図１参照）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を屈曲し、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方向に進行し、また、平面鏡Ｍ７もガイドレール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のどの位置に移動しても、平行ビームＬ４は平面鏡Ｍ７で反射され、平面鏡Ｍ８に導かれるようになる。
そして、平面鏡Ｍ８は平行ビームＬ５を屈曲し、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方向に進行し、また、平面鏡Ｍ８もガイドレール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のどの位置に移動しても、平行ビームＬ５は平面鏡Ｍ８で反射され、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。しかも形成されるビームスポットは、常にＸ方向（走査軸方向）に長軸が向けられた楕円形状のビームスポットが形成される。【００７３】
そして、平面鏡Ｍ８をＸ方向に移動することにより、楕円形状のビームスポットＢＳは長軸をＸ方向に向けながらＸ方向に走査されるようになる。
Ｘ方向に沿って平行に複数本の走査を行うときは、平面鏡Ｍ７によるＹ方向の移動と平面鏡Ｍ８によるＸ方向の移動（走査）とを交互に行う。【００７４】
なお、上記の走査機構２２では、Ｘ方向（走査軸方向）の移動とＹ方向（送り軸方向）の移動とが行えるようにしたが、例えば基板の一方向についてレーザ加工する走査本数が１本だけの場合等では、Ｙ方向に移動させる必要性が少ないので、平面鏡Ｍ７を固定鏡にして、平面鏡Ｍ８だけをＸ方向に移動するようにしてもよい。この場合は、後述する基板誘導機構５０で基板位置を調整すればよい。【００７５】
次にアジャスタ２７によるビームスポットＢＳの調整について説明する。ビームスポットＢＳの形状は、主としてビーム整形部２１の光学素子の光学定数を変更することによって調整することができるが、ビームスポットＢＳの長軸長さを変える場合には、ビーム整形部２１をそのままにして、アジャスタ２７により行うことができる。図３は、アジャスタ２７による長軸長さの調整状態を示す図である。アジャスタ２７により平面鏡Ｍ８の取付角度を変更して、平行ビームＬ５の基板への入射角を調整することにより、基板上に斜め入射させる。その結果、ビームスポットＢＳの長軸長さを変更することができる。したがって、アジャスタ２７を簡便なビーム長さの調整機構として利用することができる。【００７６】
（テーブル）
次に、テーブル４０について説明する。図４はテーブル４０の断面構造を示す図である。テーブル４０は、多孔質部材からなり基板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に接続されるブラグ４５と、流路４３、外部流路４４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。
これらのうち、中空空間４２ａ、流路４３、外部流路４４、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が形成される。また、中空空間４２ａ、流路４３、外部流路４４、エアー源４７により、基板Ｇを上面部材４１から浮上させる浮上機構が形成される。【００７７】
このテーブル４０は、基板Ｇを上面部材４１の上に載置した状態で、真空ポンプ４６を起動して開閉弁を開くことにより、中空空間４２ａが減圧状態になり、多孔質部材の上面部材４１を介して基板Ｇが吸着される。
一方、基板Ｇを上面部材４１の上に載置した状態で、開閉弁を開いてエアー源４７から空気を送ることにより、中空空間４２ａが加圧状態になり、多孔質部材の上面部材４１を介して加圧空気が噴出されて基板Ｇが浮上するようになる。なお、このときは後述する基板誘導機構５０によって、基板Ｇの移動が制限されることになる。【００７８】
（基板誘導機構）
次に、基板誘導機構５０について説明する。図５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。【００７９】
したがって、基板ＧをＸ方向、Ｙ方向に移動したいとき、あるいは回転移動したいときに、エアー源４７（図４）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、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を所望位置に吸着させることができる。【００８０】
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付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。【００８１】
（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。なお、トリガ機構を取り付けるか否かは任意であり、トリガ機構を取り付けないときは、例えば、レーザアブレーション加工によって代用させることもできる。
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、多関節アーム６３とからなる。多関節アーム６３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６３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。【００８２】
(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６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の吸着機構および浮上機構を駆動する吸着／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６３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。【００８３】
制御部５０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。【００８４】
（動作例）
次に、レーザ加工装置ＬＭ１による典型的な加工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。【００８５】
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。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。そして浮上機構を停止し、吸着機構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。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。【００８６】
続いて、トリガ機構６０を駆動して、ガラス基板Ｇのスクライブ開始位置に初期亀裂ＴＲを作成する。続いて、走査機構部２２を駆動して、平面鏡Ｍ７、Ｍ８の位置を調整し、ビームスポットＢＳが基板Ｇのスクライブ開始位置の外側にくるようにする。続いて、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。ｘ方向のスクライブをさらに繰り返すときは、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。
このとき光路調整部２３から出射されたレーザビームは平行光束の楕円ビームであることから、平面鏡Ｍ７、平面鏡Ｍ８がどの位置に移動していても同じ形状のビームスポットＢＳを基板Ｇに形成することができる。【００８７】
ガラス基板のｘ方向のスクライブ加工を終えると、吸着機構を停止し、浮上機構を作動させて基板Ｇを浮上させる。続いて、可動当接部５１ａ、５１ｂを駆動して、基板Ｇを水平方向に回転移動し、基板のｙ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を完了する。続いて、走査機構部２２を駆動して、ｘ方向のスクライブ加工と同様の走査を行う。
以上の動作により、ガラス基板Ｇにｘ方向、ｙ方向のスクライブ加工を完了する。【００８８】
本装置では、テーブル４０の位置が固定され、テーブル４０を移動する必要がないので、装置の設置スペースは、テーブル４０の占有面積と、その周囲に配置される走査機構２２等の領域だけであるので、コンパクトな構造になる。
駆動機構についても、重量の大きなテーブル４０の移動する駆動機構に比べると、走査機構部２２や基板誘導機構５０は小さい駆動力の駆動機構だけでよい。【００８９】
［実施形態２］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。図７は本発明の第二実施形態であるレーザ加工装置ＬＭ２の全体構成図であり、図８はレーザ加工装置ＬＭ２の制御系を示すブロック図である。図１〜図６で説明した構成と共通部分については、同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。レーザ加工装置ＬＭ２は、可変焦点の放物面鏡を移動可能に取り付けた点、および、この放物面鏡を駆動する放物面鏡駆動部８８を追加した制御部８０ａにした点がレーザ加工装置ＬＭ１から変更された点である。【００９０】
図９は、レーザ加工装置ＬＭ２のビーム整形部２１ａの構成例を示す図である。
ビーム整形部２１ａ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。【００９１】
第一放物面鏡（凹面）Ｍ１は、位置が固定され、焦点も一定にしてある。第二放物面鏡（凸面）Ｍ２には、モータ（不図示）により第一放物面鏡Ｍ１に対してＹ方向に移動させる駆動機構７１が設けられている。そして、第一放物面鏡Ｍ１と第二放物面鏡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。これらは第一のビーム変形ユニットＵ１を構成する。第二放物面鏡Ｍ２はその焦点を変える焦点駆動機構７２を有している。【００９２】
図１０は焦点駆動機構７２を有する第二放物面鏡Ｍ２の構成を示す図であり、図１０（ａ）はその斜視図、図１０（ｂ）はその平面図である。第二放物面鏡Ｍ２は、台座７２ａ上に固定支軸７２ｂが立ててあり、可堯性を有する放物面鏡本体７２ｃの一端が固定支軸７２ｂで支持されている。放物面鏡本体７２ｃは、反射面が鏡面仕上げされた金属板（例えばステンレス板）で形成されている。放物面鏡７２ｃの他端は可動支軸７２ｄで支持される。可動支軸７２ｄの下には、台座７２ａ上に設けられてＸ方向に移動可能な小型テーブル７２ｅと、小型テーブル７２ｅの上に設けられてＹ方向に移動可能な小型テーブル７２ｆと、小型テーブル７２ｆの上に設けられて左右回転（θ回転）が可能な小型テーブル７２ｇとが積層されており、可動支軸７２ｄが小型テーブル７２ｇに固定されている。これら小型テーブルはモータ（不図示）により駆動される。そして、この小型テーブル７２ｅ，７２ｆ，７２ｇの位置を調整することにより、放物面鏡本体７２ｃの反射面の形状を変えることができるので、予め小型テーブルの位置と焦点との関係を求めておくことにより、第二放物面鏡Ｍ２を所望の放物面形状にすることができるようにしてある。
第一放物面鏡Ｍ１に対し第二放物面鏡Ｍ２の位置を移動したときは、その移動量に対応して放物面形状を調整し、これら２つの放物面鏡Ｍ１，Ｍ２が、互いに共焦点Ｆ１２となるように調整する。【００９３】
次に、第三放物面鏡Ｍ３および第四放物面鏡Ｍ４について説明する。第三放物面鏡Ｍ３は、焦点が一定にしてある。第三放物面鏡（凸面）Ｍ３と第四放物面鏡（凹面）Ｍ４とは、互いの焦点を一致させ、共焦点Ｆ３４となるように配置してある。これらは第二のビーム変形ユニットＵ２を構成する。ビーム変形ユニットＵ２は、モータ（不図示）により、ユニット全体を第二放物面鏡Ｍ２の移動に連動してＹ方向に移動させる駆動機構７３が設けられている。したがって、第二放物面鏡Ｍ２から出射されるレーザビームは常に第三放物面鏡Ｍ３に入射され、さらに第四放物面鏡Ｍ４に出射されるようにしてある。また、第四放物面鏡Ｍ４には、第三放物面鏡Ｍ３に対してＺ方向に移動させる駆動機構７４が設けられ、さらに焦点駆動機構７５（７５ａ〜７５ｇ）が設けられている。焦点駆動機構７５（７５ａ〜７５ｇ）の具体的構成は、図１０で説明した第二放物面鏡の焦点駆動機構７２と同様であるので（７２ａ〜７２ｇのそれぞれに７５ａ〜７５ｇが対応）、説明を省略する。【００９４】
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。【００９５】
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９（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９（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。【００９６】
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。【００９７】
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９（ｄ）参照）になって、Ｘ方向に向けて進行するようになる。
この結果、平行ビームＬ２のＺ方向のビーム幅は、ビーム変形ユニットＵ２により元ビームＬ０より拡大され、ビーム変形ユニットＵ１により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。【００９８】
そして、ビーム整形部２１ａ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。
このように、レーザ加工装置ＬＭ２によれば、交換用の放物面鏡セットを用意しておく代わりに、可変焦点の放物面鏡を用いているので、比較的広範囲にビーム形状を変更することができる。【００９９】
図１１〜図１３は、第二放物面鏡Ｍ２および第四放物面鏡Ｍ４それぞれについて、位置および焦点を変更したときに出射されるレーザビームの形状を示した図である。
第二放物面鏡Ｍ２の位置および焦点を調整することにより、Ｙ方向の幅が縮小されるように変化する。また、第四放物面鏡Ｍ４の位置および焦点を調整することにより、Ｚ方向の幅が拡大されるように変化する。【０１００】
[実施形態３]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
図１４は本発明の第三実施形態であるレーザ加工装置ＬＭ３の全体構成図であり、図１５はレーザ加工装置ＬＭ３の制御系を示すブロック図である。図１〜図６で説明した構成と共通部分については、同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。
特に、レーザ光源１０、テーブル４０、基板誘導機構５０については図１と同じであり、説明を省略する。
レーザ加工装置ＬＭ３では、光路調整部２３に長軸方向切替部３０を設けるとともに、これを制御する光路切替機構駆動部８９を追加した制御部８０ｂにした点がレーザ加工装置ＬＭ１から変更された点である。
【０１０１】
（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と、主としてレーザビームをテーブル面（ＸＹ方向）に沿って移動する走査機構２２と、ビーム整形部２１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とからなる。ビーム整形部２１については、図１と同じ構成であり、説明を省略する。【０１０２】
光路調整部２３について説明する。光路調整部２３は、図１４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２２との間に設けられる。光路調整部２３は、走査機構２２へ楕円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。【０１０３】
図１６は長軸方向切替部３０の構成を示す斜視図である。図１７は長軸方向切替部３０が第一状態のときの構成および楕円ビームの進行する方向を示す図（図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）におけるＡ視）である。また、図１８は長軸方向切替部３０が第二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１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）におけるＡ視）である。【０１０４】
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Ｍ１６は光路整合機構として用いられる。平面鏡Ｍ１１と平面鏡Ｍ１６とは連動し、図１６および図１７において実線で示す第一の位置と、図１６において一点鎖線で示すとともに図１８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。【０１０５】
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。このときに楕円ビームが通過する光路を第一光路とする。【０１０６】
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楕円ビーム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。このときに楕円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楕円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。【０１０７】
第一光路を通過した楕円ビームと第二光路を通過した楕円ビームとは、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。【０１０８】
また、図１４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が原点位置（図１４参照）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２２との間のＹ方向の位置調整が行われる。【０１０９】
次に、ビームスポットＢＳを走査する走査機構２２について説明する。走査機構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。【０１１０】
便宜上、ガイドレール２５の最も平面鏡Ｍ６に近い位置（図１参照）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。【０１１１】
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。【０１１２】
基板上に形成されるビームスポットの長軸方向は、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。【０１１３】
（トリガ機構）
本実施形態のトリガ機構６０は、図１に示したものと同じ構成であるので、構成についての説明は省略する。
本実施形態では、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１４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。【０１１４】
(制御系)
続いて、レーザ加工装置ＬＭ３の制御系について説明する。図１５はレーザ加工装置ＬＭ３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の吸着機構および浮上機構を駆動する吸着／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６３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光路整合機構３２を駆動する光路切替機構駆動部８８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。【０１１５】
制御部５０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。【０１１６】
（動作例）
次に、レーザ加工装置ＬＭ３による典型的な加工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。【０１１７】
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。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。そして浮上機構を停止し、吸着機構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。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。【０１１８】
続いて、トリガ機構６０、６５を駆動して、ガラス基板Ｇのスクライブ開始位置に初期亀裂ＴＲを作成する。続いて、まずＸ方向の走査を行うため、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。続いて走査機構部２２を駆動し、平面鏡Ｍ７、Ｍ８の位置を調整し、ビームスポットＢＳが基板Ｇのスクライブ開始位置の外側にくるようにする。続いて、レーザビームＢＳ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。ｘ方向のスクライブをさらに繰り返すときは、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。【０１１９】
ガラス基板のｘ方向のスクライブ加工を終えると、Ｙ方向の走査を行うため、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駆動して第一光路を選択する。続いて走査機構部２２を駆動して、平面鏡Ｍ７、Ｍ８の位置を調整し、ビームスポットＢＳが基板Ｇのスクライブ開始位置の外側にくるようにする。続いて、レーザビームＢＳを照射しながら平面鏡Ｍ８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。ｙ方向のスクライブをさらに繰り返すときは、平面鏡Ｍ７によるＸ方向の移動（レーザ停止）と、平面鏡Ｍ８によるＹ方向の移動（走査）（レーザ照射）とを交互に行う。
以上の動作により、ガラス基板Ｇにｘ方向、ｙ方向のスクライブ加工を完了する。【０１２０】
したがって本装置では、テーブル４０を回転移動する駆動機構も並進移動する駆動機構もないので、駆動力の大きな駆動機構は全く必要ない。
また、装置の設置スペースは、テーブル４０が占有する面積と、その周囲に配置される走査機構２２等の領域だけであるので、コンパクトな構造になる。
また、ｘ方向のスクライブとｙ方向のスクライブとを、基板を移動することなく続けて行うことができる。【０１２１】
（変形実施形態）
実施形態３では、１つのレーザ光源１０から出射される円形ビーム（元ビーム）を、４つの放物面鏡を用いたビーム整形部２１により、平行光束の楕円ビームに整形したが、レーザ加工装置ＬＭ３のレーザ光源１０に代えて、２つ以上のレーザ光源から出射される小径の円形ビームを用いて、より簡易な方法で実質的に平行光束の楕円ビームスポットとみなされるビームを形成してもよい。すなわち、２つ以上のビームを並べて照射することで、実質的に楕円ビームの長軸方向と短軸方向を作ることができる。【０１２２】
図１９は、２つのレーザ光源１０ａ，１０ｂから出射される２つの小径の円形ビームを、実質的な楕円ビームとして照射するレーザ加工装置ＬＭ３の変形実施例における楕円ビームの光路を示す斜視図である。ここでは、２つの円形ビームを結ぶ方向が実質的な長軸方向となる。なお、レーザビームを３つ並べた場合は直列状に３つの円形ビームが並べられ、直列方向が長軸となる。この場合、レーザ光源１０ａ、１０ｂの取付位置の調整機構が実質的にビーム整形部２１として作用する。
便宜上、レーザ光源１０ａからの円形ビームを白丸、レーザ光源１０ｂからの円形ビームを黒丸で図示すると、図１９に示すような光路でビームスポットが基板上に形成される。
この実施例では、平行光束の楕円ビームを整形する光学系を簡略にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、レーザ照射によりスクライブ加工やアブレーション加工が行われる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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2009069375.tif 000022
【図２１】
2009069375.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月15日(2010.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
各可動当接部は基板側面に当接する部位が分岐し、基板に対し２箇所で当接する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
基板誘導機構は、可動当接部をテーブル面に水平な方向に自在に移動させるための関節部を有するアームを備えた請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
レーザビーム走査光学系は、レーザ光源から出射されるレーザビームを整形し、平行光束で断面が楕円のビーム、または、非平行光束で断面が楕円のビームとして出射するビーム整形部と、
ビーム整形部から出射される楕円ビームの出射方向を調整するとともに、この楕円ビームが非平行光束の場合は平行光束の楕円ビームに調整して出射する光路調整部と、
光路調整部から出射される平行光束の楕円ビームを反射しながら移動し基板上に楕円のビームスポットを走査させる走査軸移動鏡およびこの走査軸移動鏡をビームスポットの長軸方向に沿って移動させる走査軸案内機構からなる走査機構部とを備え、
レーザ光源およびビーム整形部は、走査機構部とは独立に設置し、ビームスポットを走査させる際にビーム整形部が移動しないようにした請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【国際調査報告】
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