(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット形状が互いに異なる第１レーザスポットと第２レーザスポットとを選択的にステージ上の脆性材料基板に照射するレーザ照射手段と、
第１レーザスポットを照射するときに第１レーザスポットの近傍を冷却する冷却スポットを形成する冷却手段と、
前記基板に対し、第１レーザスポット、第２レーザスポット、冷却スポットを相対移動させる移動手段と、
前記基板に対し、第１レーザスポットを照射しつつ移動することにより前記基板の軟化点よりも低い温度で加熱し、冷却スポットを第１レーザスポットに追従するように移動して冷却することにより基板表面にクラックを形成し、さらに前記クラックに沿って第２レーザスポットを照射しつつ移動して基板の軟化点よりも低い温度で前記基板を再加熱することにより前記クラックを前記基板の裏面まで進展させて前記基板を分断する制御を行う分断制御部とを備えた脆性材料基板の分断装置であって、
前記レーザ照射手段は、１つのレーザ光源から出射されるレーザビームの光路を調整する光路調整機構により前記第１レーザスポットまたは前記第２レーザスポットを形成し、
前記レーザ照射手段が第１レーザスポットを形成するときは、前記基板に垂直に入射する垂直入射ビームを中心として略対称な熱エネルギー分布を有するビーム形状にして照射し、
前記レーザ照射手段が第２レーザスポットを形成するときは、前記基板に斜めに入射する斜め入射ビームを中心として第２レーザスポットが移動する方向の前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有するビーム形状にして照射することを特徴とする脆性材料基板の分断装置。
【請求項２】
前記光路調整機構は、前記レーザビームの光路上に回転ミラーが設けられるとともに、回転ミラーに対する前記レーザビームの入射位置を調整する調整機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の分断装置。
【請求項３】
前記光路調整機構は、前記レーザビームの光路上に反射ミラーが配置されるとともに、前記レーザビームの反射ミラーに対する入射角を調整する調整機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の分断装置。
【請求項４】
前記光路調整機構には、さらに前記レーザビームの光路上に配置され、ビーム形状を調整する調整ミラーまたは調整レンズが含まれることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の分断装置。
【請求項５】
第２レーザスポットは、少なくとも第１レーザスポットよりも広くなるように調整ミラーまたは調整レンズにより調整されることを特徴とする請求項４に記載の分断装置。
【請求項６】
前記分断制御部は、前記基板上で第１レーザスポットおよび冷却スポットを移動してクラックを形成するときの移動方向と、前記基板上で第２レーザスポットを移動してクラックを進展するときの移動方向とを逆にして、往復移動により前記基板を分断することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の分断装置。
【請求項７】
脆性材料基板に設定される分断予定ラインに沿って第１レーザスポットを照射しつつ移動することにより基板の軟化点よりも低い温度で前記基板を加熱し、次いで第１レーザスポットに追従する冷却スポットにより前記基板を冷却して基板表面にクラックを形成し、さらに前記クラックに沿って第２レーザスポットを照射しつつ移動することにより基板の軟化点よりも低い温度で前記基板の再加熱を行うことにより、前記クラックを前記基板の裏面まで進展させて分断する脆性材料基板の分断方法であって、
前記第１レーザスポットと前記第２レーザスポットとを、１つのレーザ光源から出射するレーザビームの光路を光路調整機構で調整することにより形成し、
前記第１レーザスポットは、前記基板に垂直に入射する垂直入射ビームを中心として第１レーザスポットの移動方向の前後に対して対称な熱エネルギー分布を有する形状にして照射し、
前記第２レーザスポットは、前記基板に斜め入射する斜め入射ビームを中心として第２レーザスポットの移動方向の前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有する形状にして照射することを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射による局所的な加熱および加熱直後の冷却と、２回目のレーザ照射による再加熱とによって、脆性材料基板を分断する分断装置および分断方法に関する。
ここで脆性材料基板とは、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、セラミック基板等をいう。
【背景技術】
【０００２】
カレットの発生がほとんどなく、高品質な分断面が得られるガラス基板等の脆性材料基板の分断方法が望まれている。このような分断が実現できる分断方法として、レーザ照射、冷媒噴射、２回目レーザ照射の手順により基板を分断する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、分断しようとする基板の表面上の仮想ライン（分断予定ライン）に沿って、１回目のレーザビームの照射による局所加熱を行うとともに、加熱直後に冷媒を噴射して冷却を行うことにより、基板表面にクラック（スクライブライン）を形成する。続いて、形成されたクラック（スクライブライン）に沿って、２回目のレーザビームの照射による再加熱を行うことによって、クラックを基板の深部に進展させる（以後、本明細書ではクラックが基板の深さ方向に成長する場合に「進展」と表現する）。このときクラックが基板裏面まで進展するようにして、基板を完全にブレイクする。この文献によれば、１台または複数台のレーザ装置が用いられ、１台のレーザ装置で加工するときは、長円形状のレーザスポットを形成し、１回目加熱と２回目加熱とを同じ形状のレーザスポットで繰り返し照射する。複数のレーザ装置を用いたときは、各レーザ装置で鏡筒部のレンズ系を異ならせることができ、１回目は１つの長円、２回目は多点スポットにして照射することも可能になる。
【０００４】
また、スクライブ予定ラインに沿って、楕円形状の第１レーザスポットで加熱しつつ、第１レーザスポットの近接領域を円形状または長方形状の冷却ポイントで冷却し、さらに第１レーザスポットとは反対側において冷却ポイントに近接した領域を、楕円形状の第２レーザスポットで加熱することにより、スクライブを行う方法および装置が開示されている（特許文献２参照）。この文献によれば、第１レーザ発振器、第２レーザ発振器からのレーザビームを光学系によって加工することにより、楕円形状の第１レーザスポット、第２レーザスポットが形成される。そして第１レーザスポットによる加熱と冷却ポイントによる冷却とによって応力勾配を生じさせることにより、基板に垂直クラックが形成される。さらに、冷却ポイントに近接した領域が第２レーザスポットによって再度加熱されることにより、垂直クラックがさらに裏面に向かって進展していく（クラックが板底まで達するとフルボディカットされる）。続いて、基板は分断工程に供給され、クラックの左右に曲げモーメントが加えられて基板が分断される。
【０００５】
さらに、第１レーザスポット、冷却スポット、第２レーザスポットをこの順に配置し、基板上を同時に走査することによりガラス基板のような脆性材料基板を切断する方法において、第１レーザスポットのスポット形状が、長軸（分断しようとするラインの方向）に対し左右対称であり、かつ、長軸方向に前後非対称（前方の面積が後方の面積に比べて大きくなる）であるようにして、分断速度を極大化することが開示されている（特許文献３、図８参照）。この文献によれば、切断装置は、第１レーザビーム、第２レーザビームを作る２台のレーザビーム照射装置を備えており、スポット形状が前後非対称になるように形成された第１レーザビームは、第１レーザビーム照射装置で発生する第１レーザビームを、凸レンズ及び凹レンズにより構成されたレンズグループを通過させるときに、レンズグループの焦点から一側にオフセットされたところを通過させることにより得られることが開示されている。
【０００６】
さらに、第１レーザスポット、冷却スポット（冷却ポイント）、第２レーザスポットをこの順に配置して基板上を同時に走査することにより、脆性材料基板のスクライブを行う方法において、第２レーザスポットは冷却スポットに近接した前端部に最大の熱エネルギー強度領域が偏るように設けられるようにして、冷却ポイントとの間に大きな応力勾配を発生させ、これによりスクライブ予定ラインに沿って形成された垂直クラックを、裏面に向けてさらに深く進展させることが開示されている(特許文献４参照)。この文献によれば、第１レーザスポット用と第２レーザスポット用との２台のレーザ装置を搭載して、各レーザスポットの熱エネルギー強度分布を別々に調整するようにし、各レーザスポットは回折格子レンズによって熱エネルギー強度分布が一端側で最大になるようにレンズ系によって加工されている。
【特許文献１】特開２００１−１３０９２１号公報
【特許文献２】ＷＯ２００３／０２６８６１号公報
【特許文献３】特開２００３−１１７９２１号公報
【特許文献４】ＷＯ２００３／０１３８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの特許文献に記載されているように、１回目のレーザ加熱と加熱直後の冷却とによって脆性材料基板にクラック（スクライブライン）を形成し、さらに２回目のレーザ加熱を行うことによって形成されたクラックを深く進展させることができる。
ところで、２回目のレーザ加熱によりクラックを深部に進展させるときに、クラックが裏面まで到達して基板が完全に分断されるか、それともクラックが裏面まで到達することなく基板内で停止するかは、基板の板厚、加熱条件、冷却条件に依存し、特に、基板の板厚と加熱条件が大きく影響する。
【０００８】
一般に、板厚が厚い基板（厚さ１ｍｍ以上）は、加熱条件等を調整することにより、比較的容易にクラックを裏面まで進展させて基板を完全分断することができるが、基板の板厚が薄くなるにつれて、２回目のレーザ加熱によってクラックを深さ方向に進展させて分断する制御が困難になる。これは、基板表面に形成されたクラックを基板の深さ方向に進展させるには、クラックの進展を引き起こすための深さ方向に変化する応力勾配が基板内に形成されなければならないが、基板の板厚が薄い場合には、そのような応力勾配を形成するために必要な深さ方向の温度差を形成しにくいことによる。すなわち、基板の板厚が薄いと、レーザ照射による温熱、冷媒噴射による冷熱が直ちに表面側から裏面側に伝達されて、温度差が生じにくくなることによる。特に基板の板厚が０．７ｍｍ以下まで薄くなるとそのような傾向がますます強くなる。
【０００９】
したがって、基板の板厚が薄くなるにつれて、単に２回目のレーザ照射を行うだけでは基板が分断されるとは限らないため、特許文献２に記載されているように、クラック（スクライブライン）に沿って曲げモーメントを加えるブレイク工程を次工程に追加するようにして、確実に分断がなされるようにしなければならなかった。
【００１０】
また、特許文献１にも記載されているが、基板の板厚が薄い場合に、加熱条件、冷却条件によっては１回目のレーザ加熱と加熱直後の冷却とによって、いきなり分断されてしまうことがある。これは基板が、深さ方向の応力勾配によって分断されるのではなく、レーザビームの走査方向（基板の面方向）の応力勾配、すなわちレーザビームが照射された位置近傍に発生する圧縮応力と、冷媒が噴射された位置近傍に発生する引張応力との面方向の応力勾配によって引き起こされる基板の面方向に進行する分断（深さ方向にクラックが進展する場合と区別するために面方向の応力勾配による分断では「進展」ではなく「進行」という）である。これを横割れと称する。横割れによる分断は、上述した深さ方向の応力勾配による分断（縦割れと称する）とは分断メカニズムが異なるものであり、分断面の直進性や品質が縦割れによる分断に比べて劣るので、加熱条件等を調整するようにして、横割れによる分断の発生を避けるようにしなければならない。すなわち、基板の板厚が薄い場合においても、１回目のレーザ加熱と加熱直後の冷却とによって、必ず一旦クラック（スクライブライン）を形成した上で、２回目のレーザ加熱でクラックを深さ方向に進展させることで分断（縦割れ）を行うようにする必要がある。
【００１１】
その場合、１回目のレーザ加熱で横割れが発生しない加熱条件を見つけることは比較的容易であるが、一般に、１回目のレーザ加熱で用いた横割れの生じない加熱条件で、２回目のレーザ加熱を繰り返しても、深さ方向へのクラックの進展を生じさせることは困難であり、２回目のレーザ加熱を１回目の加熱条件と異なる加熱条件（異なる熱エネルギー分布等）にする必要がある。ちなみに、２回目レーザ照射でのレーザスポットを、１回目レーザ照射でのレーザスポットと同じ形状、同じ熱エネルギー分布で実行した場合は、１回目と同じ応力分布が発生するだけなので、クラックはほとんど進展しないことが、実験的に確かめられている。
【００１２】
このように、基板の板厚が薄くなるにつれて、１回目レーザ加熱、冷却、２回目レーザ加熱の手順を経るようにして、一旦クラック（スクライブライン）を形成した後に、形成されたクラックを進展させるようにして基板を完全に分断（縦割れ）させることが困難になる傾向があり、その結果、高品質な分断面を有する複数の基板に分断することが困難になっている。
【００１３】
よって、基板の板厚が薄い場合でも、クラック（スクライブライン）を形成した後に、クラックを深く進展させて分断（縦割れ）することが確実にできる分断装置および分断方法が望まれている。
【００１４】
上述した特許文献４のように、第１レーザスポットと第２レーザスポットとでレーザスポットの形状を変化させ、第２レーザスポットを冷却スポットに近い側の先端が最大エネルギー強度分布になるようにして照射することによりクラックを深く進展させる方法は、２回目の加熱条件が１回目の加熱条件と異なる加熱条件となることになり、基板の板厚が薄い場合でも有効であり、適用可能である。
【００１５】
しかしながら、上記文献では２台のレーザ装置を搭載しており、そのため装置が大形化してしまう。また、２台のレーザ装置を用いるとなると、１回目のレーザ照射と２回目のレーザ照射とが異なる光学系で基板にレーザ照射されるようになるので、それぞれのレーザ装置が形成するレーザスポット間の光学的な位置調整が必要になる。また、上記文献で各レーザ装置は、レーザビームの光路上に特殊な回折格子レンズを取り付けて非対称な熱エネルギー強度分布を形成しているため、１つのレーザ装置を採用したのでは照射される熱エネルギー分布を変更して利用することは困難である。
【００１６】
そこで、本発明は、縦割れによる基板の分断を実現するために必要な、１回目レーザ加熱、冷却、２回目レーザ加熱の手順での分断処理を、確実に実現できるようにした分断装置および分断方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、レーザ照射を行う光学系を改良し、１回目レーザ加熱と２回目レーザ加熱との切り替えや調整を、短時間で簡単に行うことができる分断装置および分断方法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】
【００１７】
上記課題を解決するためになされた本発明の分断装置は、スポット形状が互いに異なる第１レーザスポットと第２レーザスポットとを選択的にステージ上の脆性材料基板に照射するレーザ照射手段と、第１レーザスポットを照射するときに第１レーザスポットの近傍を冷却する冷却スポットを形成する冷却手段と、前記基板に対し、第１レーザスポット、第２レーザスポット、冷却スポットを相対移動させる移動手段と、前記基板に対し、第１レーザスポットを照射しつつ移動することにより前記基板の軟化点よりも低い温度で加熱し、冷却スポットを第１レーザスポットに追従するように移動させて冷却することにより基板表面にクラックを形成し、さらに前記クラックに沿って第２レーザスポットを照射しつつ移動して基板の軟化点よりも低い温度で前記基板を再加熱することにより前記クラックを前記基板の裏面まで進展させて前記基板を分断する制御を行う分断制御部とを備えた脆性材料基板の分断装置であって、前記レーザ照射手段は、１つのレーザ光源から出射されるレーザビームの光路を調整する光路調整機構により前記第１レーザスポットと前記第２レーザスポットとを形成し、前記レーザ照射手段が第１レーザスポットを形成するときは、前記基板に垂直に入射する垂直入射ビームを中心として第１レーザスポットが移動する方向に対して対称な熱エネルギー分布を有するビーム形状にして照射し、前記レーザ照射手段が第２レーザスポットを形成するときは、前記基板に斜め入射する斜め入射ビームを中心として第２レーザスポットが移動する方向の前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有する形状にして照射するようにしている。
【００１８】
ここで、レーザ照射手段が照射するレーザスポットは、従来から脆性材料基板にレーザスクライブを行う際に使用しているレーザ光源を用いて形成すればよく、脆性材料基板の種類に応じてエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ又は一酸化炭素レーザなどから選択すればよい。例えばガラス基板には炭酸ガスレーザを用いればよい。
【００１９】
また、冷却手段は第１レーザスポットの近傍を局所的に冷却する冷却スポットを形成できればよく、冷却スポットの形成方法はどのようであってもよい。例えば、噴射ノズルから基板面に冷媒を吹き付ける冷媒噴射機構を設けるようにして、冷却スポットを形成してもよい。その場合、冷媒には、水（水蒸気）、圧縮空気、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等を用いることができる。
【００２０】
また、移動手段は、第１レーザスポット、第２レーザスポット、冷却スポットの位置を固定し、脆性材料基板を載置するステージを移動するようにしてもよいし、逆に第１レーザスポット、第２レーザスポット、冷却スポットの位置を移動するようにし、脆性材料基板を載置するステージを固定してもよい。
【００２１】
本発明によれば、分断制御部がレーザ照射手段、冷却手段、移動手段を制御して、脆性材料基板に対し、第１レーザスポットを照射しつつ移動することにより基板の軟化点よりも低い温度で加熱し、冷却スポットを第１レーザスポットに追従するように移動して冷却することにより、基板表面にクラック（スクライブライン）を形成する制御を行う。さらに、形成されたクラック（スクライブライン）に沿って、第２レーザスポットを照射しつつ移動して基板の軟化点よりも低い温度で前記基板を再加熱する制御を行う。これらの制御において、レーザ照射手段は、１つのレーザ光源から出射されるレーザビームの光路を調整する光路調整機構により、第１レーザスポットと第２レーザスポットとを形成する。レーザ照射手段は、第１レーザスポットを形成するときは、基板に垂直に入射する垂直入射ビームを中心として対称な熱エネルギー分布を有するビーム形状にして照射する。その結果、垂直入射ビームを中心に対称なビーム形状の第１レーザスポットが形成される。具体的には、例えば楕円形状、長円形状、あるいは円形状等の第１レーザスポットが形成される。レーザ照射手段が第２レーザスポットを形成するときは、基板に斜め入射する斜め入射ビームを中心として、第２レーザスポットが移動する方向の前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有する形状にして照射する。その結果、斜め入射ビームを中心として非対称なレーザスポットが形成される。具体的には、例えば前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有する卵型形状のレーザスポットが形成される。
このように、レーザ照射手段は、光路調整機構によりレーザビームの基板に対する入射方向を切り換えることにより、垂直入射ビームを中心にした第１レーザスポットを形成するとともに、斜め入射ビームを中心にした第２レーザスポットを形成する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、１つのレーザ光源で、互いに形状が異なる第１レーザスポットと第２レーザスポットとを形成することができるので、レーザ光源の使用台数を減らすことができ、レーザ光源を２つ用いたときには必要になったレーザビーム間の位置調整を行う必要がなくなる。
また、基板の分断（縦割れ）に必要な１回目レーザ加熱、冷却、２回目レーザ加熱の手順での分断処理を実行する際に、１回目レーザ加熱で横割れが発生しにくい加熱条件（第１レーザスポット）を選択した場合でも、２回目レーザ加熱の際に、第１レーザスポットと異なる第２レーザスポットの加熱条件に簡単に切り換えて照射することができ、クラックを裏面まで進展させることができる。
【００２３】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、光路調整機構は、レーザビームの光路上に回転ミラーが設けられるとともに、回転ミラーに対するレーザビームの入射位置を調整する調整機構を備えるようにしてもよい。
ここで、回転ミラーは、回転する反射面にレーザビームが照射されることにより、レーザビームをある角度範囲で走査できる構造であればよい。具体的には、ポリゴンミラーが一般的に用いられるが、これ以外に楕円ミラー（円ミラーを除く）、照射面の熱エネルギー分布を変化させるために反射面を特殊な曲面にした回転ミラーであってもよい。
本発明によれば、レーザ照射手段は、レーザ光源から出射されるレーザビームを、高速回転中の回転ミラー（例えばポリゴンミラー）の反射面に入射することによりレーザビームが走査され、走査されたレーザビームによるビーム束によってレーザスポットが形成される。そして回転ミラーの反射面に対するレーザビームの入射位置を調整機構で移動することにより、レーザビームの回転ミラーからの出射角度を変えることができるので、垂直入射ビームを中心とする第１レーザスポットを形成したり、斜め入射ビームを中心とする第２レーザスポットを形成したりすることが簡単にできるようになる。
【００２４】
上記発明において、光路調整機構は、レーザビームの光路上に反射ミラーが配置されるとともに、レーザビームの反射ミラーに対する入射角を調整する調整機構を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、レーザ照射手段は、レーザ光源から出射したレーザビームを反射ミラーの反射面で反射された後に基板に照射する。レーザビームは、反射ミラーへの入射角が変わることにより、反射ミラーからの出射角度を変えることができるので、調整機構により反射ミラーに対するレーザビームの入射角度を変えるだけで、垂直入射ビームを中心とする第１レーザスポットを形成したり、斜め入射ビームを中心とする第２レーザスポットを形成したりすることができるようになる。
【００２５】
上記発明において、光路調整機構には、さらにレーザビームの光路上に配置され、ビーム形状を調整する調整ミラーまたは調整レンズが含まれるようにしてもよい。
ここで調整ミラー、調整レンズには、レーザビームがこれらの光学素子で反射したり、透過したりしたときにレーザビームのビーム径やビームスポットが変更する素子を用いることができる。具体的には、平凸レンズ、凹面ミラー、シリンドリカルレンズ等が用いられる。
本発明によれば、調整ミラーまたは調整レンズの光路上での位置や角度を調整することにより、形成される第１レーザスポット、第２レーザスポットの形状についても調整することができる。
【００２６】
上記発明において、第２レーザスポットは、少なくとも第１レーザスポットよりも広くなるように調整ミラーまたは調整レンズにより調整されるようにしてもよい。
本発明によれば、２回目レーザ照射の際に、第１レーザスポットよりも大きなスポット形状にした第２レーザスポットで再加熱を行うようにすることで、１回目レーザ照射の加熱領域よりも大きな面積で基板を反り返えらせるようにしながらクラックを進展させるようになり、クラックの進展が促進される。
【００２７】
上記発明において、分断制御部は、基板上で第１レーザスポットおよび冷却スポットを移動してクラックを形成するときの移動方向と、基板上で第２レーザスポットを移動してクラックを進展するときの移動方向とを逆にして、往復移動により前記基板を分断するようにしてもよい。
本発明によれば、往路でクラックを形成し、復路でクラックを進展させて分断することができるので、効率よく作業を進めることができる。
【００２８】
また、別の観点からなされた本発明の脆性材料基板の分断方法は、脆性材料基板に設定される分断予定ラインに沿って第１レーザスポットを照射しつつ移動することにより基板の軟化点よりも低い温度で前記基板を加熱し、次いで第１レーザスポットに追従する冷却スポットにより前記基板を冷却して基板表面にクラックを形成し、さらに前記クラックに沿って第２レーザスポットを照射しつつ移動することにより基板の軟化点よりも低い温度で前記基板の再加熱を行うことにより、前記クラックを前記基板の裏面まで進展させて分断する脆性材料基板の分断方法であって、前記第１レーザスポットと前記第２レーザスポットとを、１つのレーザ光源から出射するレーザビームの光路を光路調整機構で調整することにより形成し、前記第１レーザスポットは、前記基板に垂直に入射する垂直入射ビームを中心として第１レーザスポットの移動方向の前後に対して対称な熱エネルギー分布を有する形状にして照射し、前記第２レーザスポットは、前記基板に斜め入射する斜め入射ビームを中心として第２レーザスポットの移動方向の前方側が後方側より大きい熱エネルギー分布を有する形状にして照射するようにしている。
本発明によれば、１つのレーザ光源で、第１レーザスポットと第２レーザスポットとを形成することができるので、レーザ光源の使用台数を減らすことができ、レーザ光源を２つ用いることで必要になっていたレーザビームの間の位置調整を行う必要がなくなる。
また、基板の分断（縦割れ）に必要な１回目レーザ加熱、冷却、２回目レーザ加熱の手順での分断処理を実行する際に、１回目レーザ加熱で横割れが発生しにくい加熱条件（第１レーザスポット）を選択した場合でも、２回目レーザ加熱の際に、第１レーザスポットと異なる第２レーザスポットの加熱条件に簡単に切り換えて照射することができ、レーザスポットの形状を変えることにより、クラックを裏面まで確実に進展させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ１の概略構成図である。図２は図１のレーザ分断装置ＬＣ１における制御系の構成を示すブロック図である。
【００３０】
まず、図１に基づいて、レーザ分断装置ＬＣ１の全体構成について説明する。
水平な架台１上に平行に配置された一対のガイドレール３、４に沿って、図１の紙面前後方向（以下Ｙ方向という）に往復移動するスライドテーブル２が設けられている。両ガイドレール３，４の間に、スクリューネジ５が前後方向に沿って配置され、このスクリューネジ５に、前記スライドテーブル２に固定されたステー６が螺合されており、スクリューネジ５をモータ（図示外）によって正、逆転することにより、スライドテーブル２がガイドレール３，４に沿ってＹ方向に往復移動するように形成されている。
【００３１】
スライドテーブル２上に、水平な台座７がガイドレール８に沿って、図１の左右方向（以下Ｘ方向という）に往復移動するように配置されている。台座７に固定されたステー１０に、モータ９によって回転するスクリューネジ１０ａが貫通螺合されており、スクリューネジ１０ａが正、逆転することにより、台座７がガイドレール８に沿って、Ｘ方向に往復移動する。
【００３２】
台座７上には、回転機構１１によって回転する回転テーブル１２が設けられており、この回転テーブル１２に、切断対象の脆性材料基板であるガラス基板Ｇが水平な状態で取り付けられる。回転機構１１は、回転テーブル１２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、分断対象物であるガラス基板Ｇは、例えば吸引チャックによって回転テーブル１２に固定される。
【００３３】
回転テーブル１２の上方には、レーザ発振器１３と光路調整機構１４とが取付フレーム１５に保持されている。光路調整機構１４は、レーザ発振器１３から出射するレーザ光の光路を調整するための光路調整素子群１４ａ（平凸レンズ３１、反射ミラー３２、ポリゴンミラー３３）と、光路調整素子群１４ａの位置を移動するモータ群１４ｂ（モータ３４〜３６）と、光路調整素子群１４ａとモータ群１４ｂとを連結するアーム群１４ｃ（アーム３７〜３９）とからなる。平凸レンズ３１（メニスカスレンズ）はアーム３７を介して昇降モータ３４に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、反射ミラー３２はアーム３８を介して昇降モータ３５に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。また、ポリゴンミラー３３はアーム３９を介して昇降モータ３６に接続され上下方向の位置が調整できるようにしてある。
【００３４】
レーザ発振器１３から出射されたレーザビームは、これらの光路調整素子群１４ａを通過することによって、所望の断面形状を有するビーム束が形成され、基板Ｇの上にレーザスポットとして照射される。本実施形態では細く絞られたレーザビームが出射され、ポリゴンミラー３３で走査されることにより、楕円形状のレーザスポットＬＳ（図２）がガラス基板Ｇ上に形成される。そして光路調整素子群１４ａを調整することにより、１回目レーザ照射の際に用いる第１レーザスポット、２回目レーザ照射の際に用いる第２レーザスポットを切り換えるようにする。なお、光路調整素子群１４ａの各素子による光路調整については後述する。
【００３５】
取付フレーム１５には、光路調整機構１４に近接して、冷却ノズル１６が設けられている。この冷却ノズル１６からは、冷却水、Ｈeガス、炭酸ガス等の冷却媒体がガラス基板Ｇに噴射されるようにしてある。冷却媒体は、ガラス基板Ｇに照射された楕円形状のレーザスポットＬＳの近傍に吹き付けられて、ガラス基板Ｇの表面に冷却スポットＣＳ（図２）を形成する。
【００３６】
取付フレーム１５には、さらにカッターホイール１８が、上下移動調節機構１７を介して取り付けられている。このカッターホイール１８は、焼結ダイヤモンドまたは超硬合金を材料とし、外周面に頂点を刃先とするＶ字形の稜線部を備えたものであって、ガラス基板Ｇへの圧接力が上下移動調節機構１７によって微細に調整できるようになっている。カッターホイール１８は、専ら、ガラス基板Ｇの端縁に初期亀裂ＴＲ（図２）を形成するときに、台座７をＸ方向に移動させつつ一時的に下降させるようにして用いる。
【００３７】
続いて、図２に基づいて制御系を説明する。レーザ分断装置ＬＣ１は、メモリに記憶された制御パラメータおよびプログラム（ソフトウェア）とＣＰＵとにより、各種処理を実行する制御部５０を備えている。この制御部５０は、スライドテーブル２、台座７、回転テーブル１２の位置決めや移動を行うためのモータ（モータ９等）を駆動するテーブル駆動部５１、レーザ照射を行うレーザ駆動部５２（レーザ発振器１３を駆動するレーザ光源駆動部５２ａ、光路調整素子群１４ａ用のモータ群１４ｂを駆動する光路調整機構駆動部５２ｂを含む）、冷却ノズル１６による冷媒噴射を制御する開閉弁（不図示）を駆動するノズル駆動部５３、カッターホイール１８によりガラス基板Ｇに初期亀裂を形成するカッター駆動部５４、カメラ２０、２１により基板Ｇに刻印してある位置決め用マーカを映し出すカメラ駆動部５５の各駆動系を制御する。また、制御部５０は、キーボード、マウスなどからなる入力部５６、および、表示画面上に各種表示を行う表示部５７が接続され、必要な情報が画面に表示されるとともに、必要な指令や設定が入力できるようにしてある。
【００３８】
また、制御部５０は、テーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２（レーザ光源駆動部５２ａ、光路調整機構駆動部５２ｂ）、ノズル駆動部５３、カッター駆動部５４を総合的に駆動してガラス基板Ｇの分断を行う分断制御部５８を備えており、この分断制御部５８により、１回目レーザ照射、冷却、２回目レーザ照射の手順による分断が実行される。
具体的には、分断制御部５８が、まずカッター駆動部５４とテーブル駆動部５１とを制御して、カッターホイール１８を下降した状態で基板Ｇを移動し、これにより初期亀裂ＴＲを形成する処理が行われる。続いてテーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２、ノズル駆動部５３を制御して、レーザビーム（第１レーザスポット）を照射するとともに冷媒を噴射した状態で基板Ｇを移動する。これにより１回目レーザ照射および冷却を行い、基板にクラックを形成する処理が行われる。続いてテーブル駆動部５１、レーザ駆動部５２を制御して、レーザビーム（第２レーザスポット）を照射した状態で基板Ｇを移動する。これにより２回目レーザ照射を行い、クラックを進展させる処理が行われる。
【００３９】
次に、光路調整機構１４（光路調整素子群１４ａ、モータ群１４ｂ、アーム群１４ｃ）による光路調整の動作について説明する。
図３は光路調整機構１４の動作を説明する図であり、具体的には、反射ミラー３２の上下移動により、基板Ｇに照射するレーザスポットを変化させ、ビーム照射領域の熱エネルギー分布を変化させる動作を説明する図である。
【００４０】
レーザ光源１３から出射されるレーザビームＬＢ０の進行方向は鉛直下方に向けてあり、レーザビームＬＢ０は平凸レンズ３１に入射する。平凸レンズ３１を通過したレーザビームＬＢ１はさらに鉛直方向に進行し、反射ミラー３２に入射する。このとき反射ミラー３２の反射面に４５度の入射角度で入射するとともに、４５度の反射角度で出射するように反射ミラー３２の取付角度が調整してあり、反射ミラー３２で反射したレーザビームＬＢ２は、水平方向に進行する。
【００４１】
水平方向に進行するレーザビームＬＢ２はポリゴンミラー３３に入射する。このとき、ポリゴンミラー３３の高さ位置と反射ミラー３２の高さ位置との関係により、レーザビームＬＢ２のポリゴンミラー３３への入射位置が変化し、その結果、ポリゴンミラー３３の反射面への入射角度およびポリゴンミラー３３からの出射角度を調整することができる。すなわち、ポリゴンミラー３３の高さ位置を固定したまま、モータ３５（図１）を駆動し、アーム３８を昇降させてポリゴンミラー３３に対する反射ミラー３２の高さを調整することにより、ポリゴンミラー３３に入射するレーザビームＬＢ２の入射位置を調整し、ポリゴンミラー３３から基板Ｇに向けて出射させるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３の角度を調整するようにしている。
【００４２】
具体的には、第１レーザスポットを形成するときは、反射ミラー３２からポリゴンミラー３３に向かうレーザビームＬＢ２が、ポリゴンミラー３３の１つの反射面における中央位置に、４５度で入射するようにし（図中一点鎖線で示す）、反射面からは４５度の反射角度で出射されるようにする。その結果、鉛直下方に進行するようになり、ガラス基板Ｇに対して垂直入射するレーザビームＬＢ３ａが形成されるようになる。
ポリゴンミラー３３の反射面が高速回転することにより、ポリゴンミラー３３から出射するレーザビーム(ビーム束)ＬＢ３はレーザビームＬＢ３ａを中心に走査され、図４に示すように熱エネルギー分布Ｅがビームの走査方向前後に略対称な第１レーザスポットＬＳ１が形成される。
【００４３】
また、第２レーザスポットを形成するときは、反射ミラー３２からポリゴンミラー３３に向かうレーザビームＬＢ２が、ポリゴンミラー３３の１つの反射面における中央位置に、第１レーザスポットを形成するときよりも深い入射角（例えば６０度）で入射するようにし（図中破線で示す）、ポリゴンミラー３３の反射面からも深い反射角度で出射されるようにする。その結果、基板Ｇに対し斜め方向に進行するレーザビームＬＢ３ｂが形成されるようになる。
ポリゴンミラー３３の反射面が高速回転することにより、ポリゴンミラー３３から出射するレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３はレーザビームＬＢ３ｂを中心に走査され、図４に示すように熱エネルギー分布Ｅが走査方向前後に非対称である第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
【００４４】
図５は光路調整機構１４による調整動作を総合的に説明する図である。図３ではレーザスポットの熱エネルギー分布を調整する実施例について説明したが、図５（ａ）に矢印で示すように、平凸レンズ３１、反射ミラー３２、ポリゴンミラー３３はそれぞれ独立に昇降できるようにしてあるので、これらの位置関係を変化させることにより、熱エネルギー分布の他に、レーザスポット形状（長さや幅）も調整することができる。ここでは主な調整についてまとめて説明する。
【００４５】
図５（ｂ）は、レーザスポットを非対称な熱エネルギー分布にするときの調整である。既に説明したように（図３）、ポリゴンミラー３３を固定し、反射ミラー３２を下降（実線矢印方向への移動）することにより、非対称な熱エネルギー分布を形成することができる。一方、反射ミラー３２を固定し、ポリゴンミラー３３を上昇（破線矢印方向への移動）することによっても、同様の非対称な熱エネルギー分布を形成することができる。
【００４６】
図５（ｃ）は、レーザスポットの熱エネルギー分布を、図５（ｂ）とは反対方向に非対称にするときの調整である。ポリゴンミラー３３を固定し反射ミラー３２を上昇（実線矢印方向への移動）することにより、あるいは反射ミラー３２を固定しポリゴンミラー３３を下降（破線矢印方向への移動）することによって、非対称な熱エネルギー分布を形成することができる。
【００４７】
図５（ｄ）は、レーザスポットのビーム形状を小さくするときの調整である。反射ミラー３２とポリゴンミラー３３とを同時に下降することにより基板Ｇ上のレーザスポットは縮小され、ビーム長さを小さくすることができる。なお、図示を省略するが、反射ミラー３２とポリゴンミラー３３とを同時に上昇することによりレーザスポットは拡大されるので、ビーム長さを大きくすることができる。
この調整を利用すれば、１回目レーザ照射の加熱領域よりも大きな径で２回目レーザ照射を行うことができる。このとき基板を大きな径で反り返えらせることができるので、クラックの進展が促進される。
【００４８】
図５（ｅ）は、レーザスポットのビーム形状を大きくするときの調整である。平凸レンズ３１を下降することによりレーザスポットは拡大され、ビーム長さを大きくすることができる。なお、図示を省略するが、平凸レンズ３１を上昇することによりレーザスポットは縮小され、図５（ｄ）とは別方法でビーム長さを小さくすることができる。
【００４９】
このように光路調整機構１４の各素子を個々に昇降したり複合的に昇降したりすることにより、レーザスポットの形状や熱エネルギー分布を調整することができる。
なお、本実施形態では、ポリゴンミラー３３でレーザビームを走査することによりレーザスポットを形成するようにしたが、ポリゴンミラーに代えて楕円ミラー、その他の回転ミラーを用いて走査することによっても、互いに異なる形状の第１レーザスポット、第２レーザスポットを形成することができる。
【００５０】
そして、分断制御部５８がレーザ制御部５２の光路調整機構駆動部５２ｂを制御することにより、１回目レーザ照射が実行されるときには第１レーザスポットＬＳ１が形成されるように反射ミラー３２の位置が調整され、２回目レーザ照射が実行されるときには第２レーザスポットＬＳ２が形成されるように反射ミラー３２の位置が調整される。
【００５１】
また、分断制御部５８が、１回目レーザ照射、冷却、２回目レーザ照射の手順による分断動作を実行する際に、テーブル駆動部５１を制御して基板Ｇを移動させることになるが、１回目レーザ照射のときの移動方向と、２回目レーザ照射の移動方向を反対にすることにより、往復動作で分断を完了できるようにして移動のためのロスタイムを減らすようにすることもできる。
【００５２】
（実施形態２）
図６は本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ２における光路調整機構の概略構成図であり、図６（ａ）は第１レーザスポットを形成するときの状態、図６（ｂ）は第２レーザスポットを形成するときの状態である。レーザ分断装置ＬＣ２では、回転ミラー（ポリゴンミラー等）を用いずに、光学レンズや光学ミラーを組み合わせた光学系により、第１レーザスポット、第２レーザスポットを形成するようにしている。
なお、本実施形態のレーザ分断装置ＬＣ２と実施形態１で説明したレーザ分断装置ＬＣ１とは、光路調整機構１４（１４ａ〜１４ｃ）以外の構成については基本的に同じであるので、光路調整機構以外の部分の説明を省略する。
【００５３】
光路調整機構６１は、固定側となる第１反射ミラー６２と、可動側となる第２反射ミラー６３と、平凸レンズ６４と、シリンドリカルレンズ６５とからなる。これらの光学素子群のうち、第２反射ミラー６３、平凸レンズ６４、シリンドリカルレンズ６５は、可動光学体６６として一体に保持されるとともに、第２反射ミラー６３の反射面近傍を支点Ｐとして傾動させることができるように、モータ（不図示）に接続してある。
【００５４】
レーザ発振器１３は、小径のビーム束からなるレーザビームＬＢ０が鉛直下方に出射されるように調整してあり、レーザビームＬＢ０は第１反射ミラー６２に入射する。第１反射ミラー６２は、レーザビームＬＢ０が反射面に４５度の入射角度で入射し、４５度の反射角度で出射するように取付角度が調整してあり、第１反射ミラー６２から出射したレーザビームＬＢ１は、水平方向に進行する。
【００５５】
水平方向に進行するレーザビームＬＢ１は、第２反射ミラーに６３に入射する。このとき、レーザビームＬＢ１が第２反射ミラー６３の反射面に入射する入射角度によって、第２反射ミラー６３の反射面からの出射角度が変化することになる。
【００５６】
第１レーザスポットを形成する場合には、第２反射ミラー６３の反射面に対し、レーザビームＬＢ１が４５度の入射角度で入射するように調整することにより、反射面に対し４５度の反射角度で出射するようになり、図６（ａ）に示すように、レーザビームＬＢ２が鉛直下方に向けて進行するようになる。レーザビームＬＢ２は、平凸レンズ６４によってビーム径が絞られるとともに、シリンドリカルレンズ６５によって一軸方向に拡大され、断面が楕円形状のビーム束が形成される。そして、レーザビームＬＢ２のビーム束のうちで平凸レンズ６４、シリンドリカルレンズ６５のレンズ光軸を通過するレーザビーム（センタービーム）は直進し、ガラス基板Ｇに対して垂直入射するレーザビームＬＢ３ａを形成することになる。また、レーザビームＬＢ２のビーム束のうちでその他のレーザビーム（センタービーム以外）は、レーザビームＬＢ３ａの回りに拡がる楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となり、楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１を基板Ｇの上に形成する。このとき第１レーザスポットＬＳ１は長軸方向に対称な熱エネルギー分布を有している。
【００５７】
また、第２レーザスポットを形成する場合には、第２反射ミラー６３の反射面に対し、レーザビームＬＢ１が４５度よりも深い入射角度（例えば６０度）で入射するように調整することにより、第１レーザスポットを形成するときよりも反射面に対し深い反射角度で出射するようになり、図６（ｂ）に示すように、基板Ｇに対し斜め方向に進行するレーザビームＬＢ２が形成されるようになる。
レーザビームＬＢ２は、平凸レンズ６４によってビーム径が絞られるとともに、シリンドリカルレンズ６５によって一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のビーム束が形成される。そして、レーザビームＬＢ２のビーム束のうちで平凸レンズ６４、シリンドリカルレンズ６５のレンズ光軸を通過するレーザビーム（センタービーム）は直進し、ガラス基板Ｇに対して斜め入射するレーザビームＬＢ３ｂを形成することになる。また、レーザビームＬＢ２のビーム束のうちでその他のレーザビーム（センタービーム以外）は、レーザビームＬＢ３ｂの回りに拡がる楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となり、これが基板Ｇに斜め入射される結果、熱エネルギー分布が楕円形状の長軸方向に非対称である第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
【００５８】
そして、分断制御部５８によって、１回目レーザ照射が実行されるときには第１レーザスポットＬＳ１が形成されるように可動光学体６６の位置が調整され、２回目レーザ照射が実行されるときには第２レーザスポットＬＳ２が形成されるように可動光学体６６の位置が調整される。
【００５９】
（実施形態３）
図７は、本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ３における光路調整機構の概略構成図であり、図７（ａ）は第１レーザスポットを形成するときの状態、図７（ｂ）は第２レーザスポットを形成するときの状態である。レーザ分断装置ＬＣ３では、複数の光学ミラーを用いた光学系により、第１レーザスポット、第２レーザスポットを形成するようにしている。
なお、本実施形態のレーザ分断装置ＬＣ３についても、実施形態１のレーザ分断装置ＬＣ１における光路調整機構１４（１４ａ〜１４ｃ）以外の構成部分は基本的に同じ構成であるので、光路調整機構以外の部分の説明を省略する。
【００６０】
光路調整機構７１は、第１反射ミラー７２、凹面ミラー７３、シリンドリカルミラー７４、第２反射ミラー７５の光学素子群からなる。このうち、最終段の第２反射ミラー７５は反射面近傍を支点Ｐとして傾動させることができるように、モータ（不図示）に接続してある。
【００６１】
レーザ発振器１３は、小径のビーム束からなるレーザビームＬＢ０が鉛直下方に出射されるように調整してあり、レーザビームＬＢ０は第１反射ミラー７２に入射する。第１反射ミラー７２は、レーザビームＬＢ０が４５度の入射角度で入射し、４５度の反射角度で出射するように取付角度が調整してあり、第１反射ミラー７２を出射したレーザビームＬＢ１は水平方向に進行する。
【００６２】
水平方向に進行するレーザビームＬＢ１は凹面ミラー７３に入射し、ここで反射したレーザビームＬＢ２は、ビーム径が絞られながらシリンドリカルミラー７４に入射する。シリンドリカルミラー７４で反射したレーザビームＬＢ３は、一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となり、第２反射ミラー７５の反射面に入射する。第２反射ミラー７５は、反射面の角度を調整することにより出射角度を変化することができる。
【００６３】
第１レーザスポットを形成する場合は、シリンドリカルミラー７４から出射するレーザビームＬＢ３のビーム束のうち中心となるセンタービームＬＢ３ａについて、図７（ａ）に示すように、鉛直下方に向いたレーザビームＬＢ４ａとして進行するように第２反射ミラー７５の角度を調整する。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ａ以外は、レーザビームＬＢ３ａの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となって第２反射ミラー７５で反射し、楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１を基板Ｇの上に形成する。このとき第１レーザスポットＬＳ１は長軸方向に対称な熱エネルギー分布を有している。
【００６４】
また、第２レーザスポットを形成する場合は、シリンドリカルミラー７４から出射するレーザビームＬＢ３のビーム束のうち中心となるセンタービームＬＢ３ｂについて、第２反射ミラー７５の反射面に対するレーザビームＬＢ３ｂの入射角度を、第１レーザスポットを形成するときよりも浅くなるように調整する。これにより、第２反射ミラー７５の反射面から浅い反射角度で出射するようになり、図７（ｂ）に示すように、基板Ｇに対し斜め方向に進行するレーザビームＬＢ４ｂが形成されるようになる。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ｂ以外は、レーザビームＬＢ３ｂの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となって第２反射ミラー７５で反射し、これがレーザビームＬＢ４ｂの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ４となって基板Ｇに斜め入射される結果、熱エネルギー分布が楕円形状の長軸方向に非対称である第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
【００６５】
そして、分断制御部５８によって、１回目レーザ照射が実行されるときには第１レーザスポットＬＳ１が形成されるように第２反射ミラー７５の角度が調整され、２回目レーザ照射が実行されるときには第２レーザスポットＬＳ２が形成されるように第２反射ミラー７５の角度が調整される。
【００６６】
（実施形態４）
図８は、本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ４における光路調整機構の概略構成図であり、図８（ａ）は第１レーザスポットを形成するときの状態、図８（ｂ）は第２レーザスポットを形成するときの状態である。レーザ分断装置ＬＣ４は、実施形態３で説明した分断装置ＬＣ３の光路調整機構７１（図７）におけるシリンドリカルレンズ７４と第２反射ミラー７５の配置が入れ替えられているだけで、その他の構造については同じである。
すなわち、光路調整機構８１は、第１反射ミラー８２、凹面ミラー８３、第２反射ミラー８４、シリンドリカルミラー８５の光学素子群からなる。このうち、第２反射ミラー８４は反射面近傍を支点Ｐとして、傾動させることができるようにモータ（不図示）に接続してある。
【００６７】
レーザ発振器１３は、小径のビーム束からなるレーザビームＬＢ０が鉛直下方に出射されるように調整してあり、レーザビームＬＢ０は第１反射ミラー８２に入射する。第１反射ミラー８２は、レーザビームＬＢ０が４５度の入射角度で入射し、４５度の反射角度で出射するように取付角度が調整してあり、出射したレーザビームＬＢ１は水平方向に進行する。
【００６８】
水平方向に進行するレーザビームＬＢ１は凹面ミラー８３に入射し、凹面ミラー８３で反射したレーザビームＬＢ２は、ビーム径が絞られながら第２反射ミラー８４に入射する。第２反射ミラー８４は反射面の角度を調整することにより出射角度を調整することができる。
【００６９】
第１レーザスポットを形成する場合は、第２反射ミラー８４から出射するレーザビームＬＢ３のビーム束のうち中心となるセンタービームＬＢ３ａについて、図８（ａ）に示すように、シリンドリカルミラー８５の反射面に反射させるととともに、この反射面から出射するセンタービームＬＢ４ａが鉛直下方に向いて進行するように、第２反射ミラー８４の角度を調整する。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ａ以外は、レーザビームＬＢ３ａの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となってシリンドリカルミラー８５で反射され、一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ４が形成され、基板Ｇの上に楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１が形成される。このとき第１レーザスポットＬＳ１は長軸方向に対称な熱エネルギー分布を有している。
【００７０】
また、第２レーザスポットを形成する場合は、第２反射ミラー８４から出射するレーザビームＬＢ３のうちセンタービームＬＢ３ｂについて、図８（ｂ）に示すように、シリンドリカルミラー８５の反射面に反射させるととともに、反射面から出射するセンタービームＬＢ４ｂが基板Ｇに対し斜め方向に向いて進行するように、第２反射ミラー８４の角度を調整する。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ｂ以外は、レーザビームＬＢ３ｂの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となってシリンドリカルミラー８５で反射され、一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ４が形成される。これが基板Ｇに斜め入射される結果、熱エネルギー分布が長軸方向に非対称である第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
【００７１】
そして、分断制御部５８によって、１回目レーザ照射が実行されるときには第１レーザスポットＬＳ１が形成されるように第２反射ミラー８４の角度が調整され、２回目レーザ照射が実行されるときには第２レーザスポットＬＳ２が形成されるように第２反射ミラー８４の角度が調整される。
【００７２】
（実施形態５）
図９は、本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ５における光路調整機構の概略構成図であり、図９（ａ）は第１レーザスポットを形成するときの状態、図９（ｂ）は第２レーザスポットを形成するときの状態である。実施形態４で説明した分断装置ＬＣ４とレーザ分断装置ＬＣ５とは、光路調整機構８１（図８）におけるシリンドリカルレンズ８５が昇降できるようにした点と、第２反射ミラー８４が動かないよう固定した点とが異なり、その他の構造については同じである。
すなわち、光路調整機構９１は、第１反射ミラー９２、凹面ミラー９３、第２反射ミラー９４、シリンドリカルミラー９５の光学素子群からなる。このうち、シリンドリカルミラー９５はアーム（不図示）およびモータ（不図示）によって、上下に移動できるようにしてある。
【００７３】
レーザ発振器１３は、小径のビーム束からなるレーザビームＬＢ０が鉛直下方に出射されるように調整してあり、レーザビームＬＢ０は第１反射ミラー９２に入射する。第１反射ミラー９２は、レーザビームＬＢ０が４５度の入射角度で入射し、４５度の反射角度で出射するように取付角度が調整してあり、出射したレーザビームＬＢ１は水平方向に進行する。
【００７４】
水平方向に進行するレーザビームＬＢ１は凹面ミラー９３に入射し、凹面ミラー９３で反射したレーザビームＬＢ２は、ビーム径が絞られながら第２反射ミラー９４に入射する。第２反射ミラー９４で反射したレーザビームＬＢ３はシリンドリカルミラー９５に入射する。シリンドリカルミラー９５の位置を上下移動することにより、反射角度が変化することになり、出射角度が調整される。
【００７５】
第１レーザスポットを形成する場合は、第２反射ミラー９４から出射するレーザビームＬＢ３のビーム束のうち中心となるセンタービームＬＢ３ａについて、図９（ａ）に示すように、シリンドリカルミラー９５の反射面に反射させるととともに、反射面から出射するセンタービームＬＢ４ａが鉛直下方に向いて進行するように、シリンドリカルミラー９５の位置を調整する。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ａ以外は、レーザビームＬＢ３ａの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となってシリンドリカルミラー９５で反射され、一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ４が形成され、基板Ｇの上に楕円形状の第１レーザスポットＬＳ１が形成される。このとき第１レーザスポットＬＳ１は長軸方向に対称な熱エネルギー分布を有している。
【００７６】
また、第２レーザスポットを形成する場合は、第２反射ミラー９４から出射するレーザビームＬＢ３のうちセンタービームＬＢ３ｂについて、図９（ｂ）に示すように、シリンドリカルミラー９５の反射面に反射させるととともに、反射面から出射するセンタービームＬＢ４ｂが基板Ｇに対し斜め方向に向いて進行するように、シリンドリカルミラー９５の位置を調整する。レーザビームＬＢ３のビーム束のうちでセンタービームＬＢ３ｂ以外は、レーザビームＬＢ３ｂの回りに拡がるレーザビーム（ビーム束）ＬＢ３となってシリンドリカルミラー９５で反射され、一軸方向に拡大されて断面が楕円形状のレーザビーム（ビーム束）ＬＢ４が形成される。これが基板Ｇに斜め入射される結果、熱エネルギー分布が長軸方向に非対称である第２レーザスポットＬＳ２が形成される。
【００７７】
そして、分断制御部５８によって、１回目レーザ照射が実行されるときには第１レーザスポットＬＳ１が形成されるようにシリンドリカルミラー９５の位置が調整され、２回目レーザ照射が実行されるときには第２レーザスポットＬＳ２が形成されるようにシリンドリカルミラー９５の位置が調整される。
【００７８】
以上、光学レンズや光学ミラーを用いたいくつかの実施形態を説明したが、ここで説明した実施態様に限らず、光学レンズや光学ミラーの組み合わせや配置を多少変更しても、上記実施形態と同様の光路調整を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、レーザ照射による局所的な加熱および加熱直後の冷却と、２回目のレーザ照射による再加熱とによって脆性材料基板を分断する分断装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態であるレーザ分断装置の概略構成図。
【図２】図１のレーザ分断装置における制御系の構成を示す図。
【図３】図１における光路調整機構の動作を説明する図。
【図４】第１レーザスポットと第２レーザスポットとの熱エネルギー分布例を示す図。
【図５】光路調整機構の調整動作を総合的に説明する図。
【図６】本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ２における光路調整機構の概略構成図。
【図７】本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ３における光路調整機構の概略構成図。
【図８】本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ４における光路調整機構の概略構成図。
【図９】本発明の他の一実施形態であるレーザ分断装置ＬＣ５における光路調整機構の概略構成図。
【符号の説明】
【００８１】
２  スライドテーブル
７  台座
１２  回転テーブル
１３  レーザ発振器
１４  光路調整機構
１４ａ  光路構成素子
１４ｂ  モータ群
１４ｃ  アーム群
１６  冷却ノズル
１８  カッターホイール
３１  平凸レンズ
３２  反射ミラー
３３  ポリゴンミラー
３４〜３６  モータ
３７〜３９  アーム
５０  制御部
５２  レーザ駆動部
５２ａ  レーザ光源駆動部
５２ｂ  光路調整機構駆動部
５８  分断制御部
６１、７１、８１、９１  光路調整機構
６２、７２、８２、９２  第１反射ミラー
６３、７５、８４  第２反射ミラー
６４  平凸レンズ
６５、７４、８５、９５  シリンドリカルレンズ
６６  可動光学体
７３、８３、９３  凹面ミラー
ＬＢ０〜ＬＢ４  レーザビーム（ビーム束）
ＬＢ３ａ、ＬＢ３ｂ、ＬＢ４ａ、ＬＢ４ｂ  センタービーム
ＬＳ１  第１レーザスポット
ＬＳ２  第２レーザスポット
【図１】
0005060880.tif 000002
【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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