專(zhuān)利名稱(chēng)：脆性材料基板的分割裝置和分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)激光照射的局部加熱和緊隨加熱的冷卻以及利用第 二次激光照射再加熱，來(lái)分割脆性材料基板的分割裝置和分割方法。
此處所謂的脆性材料基板，指的是玻璃基板、燒結(jié)材料的陶瓷、單 晶硅、半導(dǎo)體芯片、陶瓷基板等。
背景技術(shù)：
目前期望一種幾乎不產(chǎn)生碎屑、能夠得到高質(zhì)量的分割面的玻璃基 板等脆性材料基板的分割方法。作為能夠?qū)崿F(xiàn)這種分割的分割方法，提 出有通過(guò)激光照射、制冷劑噴射、第二次激光照射的步驟分割基板的方 法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)l)。
艮口，沿著待分割的基板的表面上的假想線(分割預(yù)定線)進(jìn)行基于 第一次激光束的照射的局部加熱，并在加熱后立刻噴射制冷劑進(jìn)行冷卻， 由此在基板表面形成裂紋(劃線)。接著，通過(guò)沿著所形成的裂紋(劃線) 進(jìn)行基于第二次激光束照射的再加熱，使裂紋伸展至基板的深部(以后， 在本說(shuō)明書(shū)中當(dāng)裂紋向基板的深度方向成長(zhǎng)時(shí)都以"伸展"表示)。此時(shí) 裂紋伸展至基板背面，使基板完全斷裂。根據(jù)該文獻(xiàn)，使用一臺(tái)或者多 臺(tái)激光裝置，在使用一臺(tái)激光裝置進(jìn)行加工時(shí)，形成橢圓形狀的激光點(diǎn)， 利用相同形狀的激光點(diǎn)反復(fù)照射來(lái)迸行第一次加熱和第二次加熱。在使 用多臺(tái)激光裝置時(shí)，能夠使各激光裝置的鏡筒部的透鏡系統(tǒng)不同，可以 第一次形成一個(gè)橢圓點(diǎn)進(jìn)行照射，第二次形成多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行照射。
并且，公幵有通過(guò)下述方式進(jìn)行劃線的方法及裝置 一邊沿著劃線 預(yù)定線利用橢圓形狀的第一激光點(diǎn)進(jìn)行加熱， 一邊利用圓形狀或者長(zhǎng)方 形狀的冷卻點(diǎn)對(duì)第一激光點(diǎn)的附近區(qū)域進(jìn)行冷卻，進(jìn)一步利用橢圓形狀 的第二激光點(diǎn)對(duì)第一激光點(diǎn)相反側(cè)的接近冷卻點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行加熱，由此
進(jìn)行劃線(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。根據(jù)該文獻(xiàn)，通過(guò)利用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)來(lái)自第 一激光振蕩器、第二激光振蕩器的激光束進(jìn)行加工，從而形成橢圓形狀 的第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)。進(jìn)而通過(guò)利用第一激光點(diǎn)的加熱和利用冷 卻點(diǎn)的冷卻產(chǎn)生應(yīng)力梯度，從而在基板上形成垂直裂紋。進(jìn)一步，通過(guò) 利用第二激光點(diǎn)對(duì)接近冷卻點(diǎn)的區(qū)域再次加熱，使垂直裂紋進(jìn)一步向背 面伸展(當(dāng)裂紋到達(dá)板底時(shí)即被整體切割)。接著，將基板提供給分割工 序，對(duì)裂紋左右施加彎曲力矩來(lái)分割基板。
進(jìn)一步，在依次配置第一激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)、第二激光點(diǎn)，并通過(guò)同 時(shí)對(duì)基板進(jìn)行掃描來(lái)切斷玻璃基板那樣的脆性材料基板的方法中，公開(kāi) 了使第一激光點(diǎn)的點(diǎn)形狀相對(duì)于長(zhǎng)軸(待分割的線的方向)左右對(duì)稱(chēng)、 并且在長(zhǎng)軸方向上前后不對(duì)稱(chēng)(前方的面積比后方的面積大)，由此使分 割速度極大化的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3、圖8)。根據(jù)該文獻(xiàn)公開(kāi)了下述 內(nèi)容，切斷裝置具有產(chǎn)生第一激光束、第二激光束的兩臺(tái)激光束照射裝
置，形成為點(diǎn)形狀前后不對(duì)稱(chēng)的第一激光束是通過(guò)下述方法得到的在
使由第一激光束照射裝置產(chǎn)生的第一激光束通過(guò)由凸透鏡和凹透鏡組成 的透鏡組時(shí)，使其通過(guò)從透鏡組的焦點(diǎn)向一側(cè)偏置的位置。
進(jìn)一步，在依次配置第一激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)、第二激光點(diǎn)并通過(guò)同時(shí)
對(duì)基板進(jìn)行掃描來(lái)進(jìn)行脆性材料基板的劃線的方法中，公開(kāi)了下述方法 以使最大熱能強(qiáng)度區(qū)域偏向接近冷卻點(diǎn)的前端部的方式設(shè)置第二激光 點(diǎn)，從而在第二激光點(diǎn)與冷卻點(diǎn)之間產(chǎn)生較大的應(yīng)力梯度，由此使沿著 劃線預(yù)定線形成的垂直裂紋向背面進(jìn)一步較深地伸展(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。 根據(jù)該文獻(xiàn)，搭載第一激光點(diǎn)用和第二激光點(diǎn)用的兩臺(tái)激光裝置，分別 對(duì)各激光點(diǎn)的熱能強(qiáng)度分布進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)透鏡系統(tǒng)利用衍射光柵透鏡 將各激光點(diǎn)加工成熱能強(qiáng)度分布在一端側(cè)最大。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2001-130921號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2WO2003/026861號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2003-117921號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4WO2003/013816號(hào)公報(bào)
如這些專(zhuān)利文獻(xiàn)中所記載的那樣，能夠利用第一次激光加熱和緊隨
加熱的冷卻在脆性材料基板上形成裂紋(劃線)，進(jìn)一步通過(guò)進(jìn)行第二次 激光加熱使已經(jīng)形成的裂紋較深地伸展。
然而，在利用第二次激光加熱使裂紋向深部伸展時(shí)，使裂紋到達(dá)背 面從而完全分割基板、還是裂紋不到達(dá)背面而是停止在基板內(nèi)取決于基 板的板厚、加熱條件、冷卻條件，特別是基板的板厚和加熱條件的影響 較大。
通常，雖然對(duì)于板厚較厚的基板(厚度為lmm以上)，能夠通過(guò)調(diào) 整加熱條件等使裂紋比較容易地伸展至背面從而完全分割基板，但是隨 著基板的板厚變薄，利用第二次激光加熱使裂紋向深度方向伸展以進(jìn)行 分割的控制變得困難。這是因?yàn)?，為了使形成于基板表面的裂紋向基板 的深度方向伸展，必須在基板內(nèi)形成在深度方向上變化的應(yīng)力梯度用以 引起裂紋的伸展，但是在基板的板厚較薄的情況下，難以形成為了形成 上述的應(yīng)力梯度所必須的深度方向的溫度差。即，當(dāng)基板的板厚較薄時(shí)， 由激光加熱產(chǎn)生的溫?zé)?、由制冷劑噴射產(chǎn)生的冷熱直接從表面?zhèn)葌鬟f至 背面?zhèn)?，從而難以產(chǎn)生溫度差。特別是當(dāng)基板的板厚減薄至0.7mm以下 時(shí)，該傾向更顯著。
因此，隨著基板的板厚變薄，僅進(jìn)行第二次激光照射不一定能夠分 割基板，因此必須如專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所記載的那樣，將沿著裂紋(劃線) 施加彎曲力矩的斷裂工序追加至下一工序，以可靠地進(jìn)行分割。
并且，雖然在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中也有記載，但當(dāng)基板的板厚較薄時(shí)，有 時(shí)會(huì)根據(jù)加熱條件、冷卻條件不同而存在利用第一次激光加熱和緊隨加 熱的冷卻突然被分割。這是因?yàn)榛宀⒉皇怯捎谏疃确较虻膽?yīng)力梯度被 分割，而是在基板面方向進(jìn)行的分割(為了與裂紋在深度方向上伸展的 情況區(qū)分，在由面方向的應(yīng)力梯度導(dǎo)致的分割中稱(chēng)為"進(jìn)行"而不是"伸 展")，所述在基板的面方向進(jìn)行的分割是由激光束的掃描方向(基板的 面方向)的應(yīng)力梯度引起的、即由在被激光束照射的位置附近產(chǎn)生的壓 縮應(yīng)力和在被噴射制冷劑的位置附近產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力之間的面方向的應(yīng) 力梯度引起的。將這種情況稱(chēng)為橫裂。由橫裂導(dǎo)致的分割與由上述的深 度方向的應(yīng)力梯度導(dǎo)致的分割(稱(chēng)為縱裂)在分割機(jī)理上不同，分割面
的直進(jìn)性和質(zhì)量都比由縱裂導(dǎo)致的分割差，因此必須調(diào)整加熱條件等， 避免產(chǎn)生由橫裂導(dǎo)致的分割。換句話(huà)說(shuō)，即使是在基板的板厚較薄的情 況下，在通過(guò)第一次激光加熱和緊隨加熱的冷卻一旦形成裂紋(劃線) 后，必須利用第二次激光加熱使裂紋向深度方向伸展來(lái)進(jìn)行分割(縱裂)。
此時(shí)，雖然比較容易找出在第一次激光加熱中不產(chǎn)生橫裂的加熱條 件，但是，通常即使是用第一次激光加熱中使用的不產(chǎn)生橫裂的加熱條 件反復(fù)進(jìn)行第二次激光加熱，也難以使裂紋向深度方向伸展，需要將第 二次激光加熱設(shè)定成與第一次的加熱條件不同的加熱條件(不同的熱能 分布等)。順便說(shuō)一下，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，當(dāng)使第二次激光照射中的激光點(diǎn) 與第一次激光照射中的激光點(diǎn)的形狀相同、熱能分布相同時(shí)，僅產(chǎn)生與 第一次相同的應(yīng)力分布，因此裂紋幾乎不會(huì)伸展。
這樣，隨著基板的板厚變薄，存在經(jīng)過(guò)第一次激光加熱、冷卻、第 二次激光加熱的步驟一旦形成裂紋(劃線)之后，難以使形成的裂紋伸 展從而完全分割(縱裂)基板的傾向，其結(jié)果是，難以分割成具有高質(zhì) 量的分割面的多個(gè)基板。
因此，期望一種下述的分割裝置和分割方法即使是在基板的板厚 較薄時(shí)，也能夠可靠地在形成裂紋(劃線)之后，使裂紋較深地伸展來(lái) 進(jìn)行分割(縱裂)。
如上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)4那樣，使第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)中的激光點(diǎn) 的形狀變化，以使接近冷卻點(diǎn)一側(cè)的前端為最大能量強(qiáng)度分布的方式照 射第二激光點(diǎn)，從而使裂紋較深地伸展，這種方法使第二次的加熱條件 與第一次的加熱條件成為不同的加熱條件，即使基板的板厚較薄時(shí)也是 有效的，能夠應(yīng)用。
但是，在上述文獻(xiàn)中搭載有兩臺(tái)激光裝置，因此裝置大型化。并且， 當(dāng)使用兩臺(tái)激光裝置時(shí)，第一次激光照射和第二次激光照射使用不同的 光學(xué)系統(tǒng)將激光照射至基板，因此必須對(duì)各個(gè)激光裝置所形成的激光點(diǎn) 之間的光學(xué)位置進(jìn)行調(diào)整。并且，在上述文獻(xiàn)中，各激光裝置在激光束 的光路上安裝有特殊的衍射光柵透鏡來(lái)形成不對(duì)稱(chēng)的熱能強(qiáng)度分布，因 此在采用一個(gè)激光裝置的情況下難以變更照射的熱能分布來(lái)加以利用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供可靠地實(shí)現(xiàn)了為實(shí)現(xiàn)由縱裂產(chǎn)生的基 板分割所必須的第一次激光加熱、冷卻、第二次激光加熱的步驟的分割 處理的分割裝置和分割方法。
并且，本發(fā)明的目的在于提供對(duì)進(jìn)行激光照射的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行改良、 能夠在短時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單地切換和調(diào)整第一次激光加熱和第二次激光加熱的 分割裝置和分割方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的脆性材料基板的分割裝置具有激光 照射單元，其將點(diǎn)形狀彼此不同的第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)選擇性地照 射至工作臺(tái)上的脆性材料基板上；冷卻單元，其在照射第一激光點(diǎn)時(shí)形 成對(duì)第一激光點(diǎn)附近進(jìn)行冷卻的冷卻點(diǎn)；移動(dòng)單元，其使第一激光點(diǎn)、 第二激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)相對(duì)于所述基板相對(duì)移動(dòng)；以及分割控制部，其進(jìn) 行下述控制 一邊對(duì)所述基板照射第一激光點(diǎn)一邊使第一激光點(diǎn)移動(dòng)， 從而以比所述基板的軟化點(diǎn)低的溫度進(jìn)行加熱；使冷卻點(diǎn)以追隨第一激 光點(diǎn)的方式移動(dòng)來(lái)進(jìn)行冷卻，從而在基板表面形成裂紋；進(jìn)一歩一邊沿 著所述裂紋照射第二激光點(diǎn)一邊使第二激光點(diǎn)移動(dòng)，以比基板的軟化點(diǎn) 低的溫度再次加熱所述基板，從而由此使所述裂紋伸展至所述基板的背 面以分割所述基板，其中，所述激光照射單元利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)形成所 述第一激光點(diǎn)或者所述第二激光點(diǎn)，所述光路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)從一個(gè)激光光 源射出的激光束的光路進(jìn)行調(diào)整，在所述激光照射單元形成第一激光點(diǎn) 時(shí)，以垂直射入所述基板的垂直入射光束為中心且呈相對(duì)于第一激光點(diǎn) 移動(dòng)方向?qū)ΨQ(chēng)的熱能分布的光束形狀進(jìn)行照射，在所述激光照射單元形 成第二激光點(diǎn)時(shí)，以?xún)A斜射入所述基板的傾斜入射光束為中心且呈第二 激光點(diǎn)移動(dòng)方向的前側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。
此處，激光照射單元照射的激光點(diǎn)使用以往在脆性材料基板上進(jìn)行 激光劃線時(shí)使用的激光光源形成即可，可以根據(jù)脆性材料基板的種類(lèi)從 準(zhǔn)分子激光、YAG激光、二氧化碳激光或者一氧化碳激光中選擇。例如 對(duì)于玻璃基板可以使用二氧化碳激光。
并且，冷卻單元只要是能夠形成局部冷卻第一激光點(diǎn)附近的冷卻點(diǎn) 即可，冷卻點(diǎn)的形成方法沒(méi)有限制。例如，可以設(shè)置從噴嘴對(duì)基板面噴 吹制冷劑的制冷劑噴射機(jī)構(gòu)來(lái)形成冷卻點(diǎn)。該情況下，制冷劑可以使用
水(水蒸氣)、壓縮空氣、He氣體、N2氣體、C02氣體等。
并且，移動(dòng)單元可以是固定第一激光點(diǎn)、第二激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)的位 置，并移動(dòng)用于載置脆性材料基板的工作臺(tái)；相反，也可以是移動(dòng)第一 激光點(diǎn)、第二激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)的位置，并固定用于載置脆性材料基板的 工作臺(tái)。
根據(jù)本發(fā)明，分割控制部控制激光照射單元、冷卻單元、移動(dòng)單元， 進(jìn)行下述控制 一邊對(duì)脆性材料基板照射第一激光點(diǎn)一邊使第一激光點(diǎn) 移動(dòng)，從而以比基板的軟化點(diǎn)低的溫度進(jìn)行加熱，并使冷卻點(diǎn)以追隨第 一激光點(diǎn)的方式移動(dòng)來(lái)進(jìn)行冷卻，從而在基板表面形成裂紋(劃線)。進(jìn) 一步還進(jìn)行沿著所形成的裂紋(劃線) 一邊照射第二激光點(diǎn)一邊使第二 激光點(diǎn)移動(dòng)，以比基板的軟化點(diǎn)低的溫度進(jìn)行再加熱。在這些控制中， 激光照射單元利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)形成第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)，所述光 路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)從一個(gè)激光光源射出的激光束的光路進(jìn)行調(diào)整。在激光照 射單元形成第一激光點(diǎn)時(shí)，以垂直射入基板的垂直入射光束為中心且呈 大致對(duì)稱(chēng)的熱能分布的光束形狀進(jìn)行照射。其結(jié)果是，形成以垂直入射 光束為中心的呈對(duì)稱(chēng)形狀的第一激光點(diǎn)。具體而言，形成例如橢圓形狀、 長(zhǎng)圓形狀或者圓形等的第一激光點(diǎn)。在激光照射單元形成第二激光點(diǎn)時(shí)， 以?xún)A斜地射入基板的傾斜入射光束為中心且呈第二激光點(diǎn)移動(dòng)方向的前 側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。其結(jié)果是，形成以?xún)A斜入射光 束為中心的不對(duì)稱(chēng)的激光點(diǎn)。具體而言，形成例如具有前側(cè)比后側(cè)大的 熱能分布的卵形形狀的激光點(diǎn)。
這樣，激光照射單元通過(guò)利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)激光束的相對(duì)于基板 的入射方向進(jìn)行切換，形成以垂直入射光束為中心的第一激光點(diǎn)，同時(shí) 形成以?xún)A斜入射光束為中心的第二激光點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠利用一個(gè)激光光源形成形狀彼此不同的第一 激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)，因此能夠減少激光光源的使用臺(tái)數(shù)，不需要進(jìn)行
使用兩個(gè)激光光源時(shí)所需的激光束間的位置調(diào)整。
并且，在執(zhí)行基板的分割(縱裂)所需的第一次激光加熱、冷卻、 第二次激光加熱的步驟的分割處理時(shí)，即使是在選擇了第一次激光加熱 中不易產(chǎn)生橫裂的加熱條件(第一激光點(diǎn))的情況下，在第二次激光加 熱時(shí)，也能夠簡(jiǎn)單地切換成與第一激光點(diǎn)不同的第二激光點(diǎn)的加熱條件 進(jìn)行照射，從而能夠使裂紋伸展至背面。
在上述發(fā)明中，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)在激光束的光路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)鏡，并且 具有對(duì)激光束相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鏡的入射位置進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
此處，旋轉(zhuǎn)鏡只要是能夠通過(guò)將激光束照射至旋轉(zhuǎn)的反射面上以使 激光束在一定角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描的結(jié)構(gòu)即可。具體而言，通常使用多 面鏡，但是除此以外也可以使用橢圓反射鏡(圓反射鏡除外)、或者反射 面做成特殊的曲面以使照射面的熱能分布變化的旋轉(zhuǎn)鏡。
根據(jù)本發(fā)明，激光照射單元通過(guò)使從激光光源射出的激光束射入高 速旋轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)鏡(例如多面鏡)的反射面來(lái)掃描激光束，利用基于被 掃描的激光束的光束形成激光點(diǎn)。進(jìn)而由于能夠通過(guò)利用調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)移 動(dòng)激光束相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鏡的反射面的入射位置，從而改變激光束從旋轉(zhuǎn)鏡 射出的射出角度，因此能夠簡(jiǎn)單地形成以垂直入射光束為中心的第一激 光點(diǎn)、或者以?xún)A斜入射光束為中心的第二激光點(diǎn)。
在上述發(fā)明中，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)也可以在激光束的光路上設(shè)有反射鏡， 并且具有對(duì)激光束相對(duì)于反射鏡的入射角進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，激光照射單元使從激光光源射出的激光束在反射鏡的 反射面上被反射后照射基板。由于能夠通過(guò)改變激光束朝向反射鏡的入 射角來(lái)改變激光束從反射鏡射出的射出角度，因此僅通過(guò)利用調(diào)整機(jī)構(gòu) 改變激光束相對(duì)于反射鏡的入射角度，能夠形成以垂直入射光束為中心 的第一激光點(diǎn)，或者以?xún)A斜入射光束為中心的第二激光點(diǎn)。
在上述發(fā)明中，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)還可以包含調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡， 所述調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡配置在激光束的光路上，對(duì)光束形狀進(jìn)行調(diào) 整。
此處的調(diào)整反射鏡、調(diào)整透鏡可以使用下述元件激光束在被這些
光學(xué)元件反射或者透過(guò)這些光學(xué)元件時(shí)激光束的光束直徑或光束點(diǎn)會(huì)發(fā) 生變化。具體而言，使用平凸透鏡、凹面鏡、柱面透鏡等。
根據(jù)本發(fā)明，能夠通過(guò)對(duì)調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡在光路上的位置或 角度進(jìn)行調(diào)整，來(lái)對(duì)所形成的第一激光點(diǎn)、第二激光點(diǎn)的形狀進(jìn)行調(diào)整。
在上述發(fā)明中，可以利用調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡將第二激光點(diǎn)調(diào)整 為至少比第一激光點(diǎn)大。
根據(jù)本發(fā)明，在第二次激光照射時(shí)，通過(guò)利用形成為比第一激光點(diǎn) 大的點(diǎn)形狀的第二激光點(diǎn)進(jìn)行再加熱，能夠一邊以比第一次激光照射的 加熱區(qū)域大的面積使基板翹曲一邊使裂紋伸展，促進(jìn)裂紋的伸展。
在上述發(fā)明中，分割控制部使在板上移動(dòng)第一激光點(diǎn)和冷卻點(diǎn)以形 成裂紋時(shí)的移動(dòng)方向和在基板上移動(dòng)第二激光點(diǎn)以伸展裂紋時(shí)的移動(dòng)方 向相反，并通過(guò)往復(fù)移動(dòng)分割所述基板。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠在往路形成裂紋、在返路使裂紋伸展而分割， 因此能夠高效地進(jìn)行作業(yè)。
并且，根據(jù)另一個(gè)觀點(diǎn)的本發(fā)明的脆性材料基板的分割方法，沿著 設(shè)定于脆性材料基板上的分割預(yù)定線照射第一激光點(diǎn)并使其移動(dòng)，由此 利用比基板的軟化點(diǎn)低的溫度對(duì)所述基板進(jìn)行加熱，接著利用追隨第一 激光點(diǎn)的冷卻點(diǎn)對(duì)所述基板進(jìn)行冷卻從而在基板表面形成裂紋，然后沿 著所述裂紋照射第二激光點(diǎn)并使其移動(dòng)，由此利用比基板的軟化點(diǎn)低的 溫度再次加熱所述基板，從而使所述裂紋伸展至所述基板的背面以進(jìn)行 分割，其中，通過(guò)利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)從一個(gè)激光光源射出的激光束的 光路進(jìn)行調(diào)整來(lái)形成所述第一激光點(diǎn)和所述第二激光點(diǎn)，所述第一激光 點(diǎn)以垂直地射入所述基板的垂直入射光束為中心且呈在第一激光點(diǎn)的移 動(dòng)方向的前后對(duì)稱(chēng)的熱能分布的形狀進(jìn)行照射，所述第二激光點(diǎn)以?xún)A斜 地射入所述基板的傾斜入射光束為中心且呈第二激光點(diǎn)的移動(dòng)方向的前 側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。
根據(jù)本發(fā)明，由于能夠利用一個(gè)激光光源形成第一激光點(diǎn)和第二激 光點(diǎn)，因此能夠減少激光光源的使用臺(tái)數(shù)，不需要進(jìn)行使用兩個(gè)激光光 源時(shí)所需的激光束間的位置調(diào)整。
并且，在執(zhí)行基板的分割(縱裂)所需的第一次激光加熱、冷卻、 第二次激光加熱的步驟的分割處理時(shí)，即使是在選擇了第一次激光加熱 中不易產(chǎn)生橫裂的加熱條件(第一激光點(diǎn))的情況下，在第二次激光加 熱時(shí)，也能夠簡(jiǎn)單地切換成與第一激光點(diǎn)不同的第二激光點(diǎn)的加熱條件 進(jìn)行照射，通過(guò)改變激光點(diǎn)的形狀，從而能夠使裂紋可靠地伸展至背面。


圖1是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖2是示出圖1的激光分割裝置中的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是說(shuō)明圖1中的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作的圖。
圖4是示出第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)的熱能分布例的圖。
圖5是綜合性地說(shuō)明光路調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整動(dòng)作的圖。
圖6是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC2中的光路
調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖7是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC3中的光路
調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖8是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC4中的光路
調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖9是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC5中的光路
調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明
2:滑動(dòng)工作臺(tái)；7:基座；12:旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)；13:激光振蕩器；14: 光路調(diào)整機(jī)構(gòu)；14a:光路調(diào)整元件組；14b:電動(dòng)機(jī)組；14c:臂組；16: 冷卻噴嘴；18:刀輪；31:平凸透鏡；32:反射鏡；33:多面鏡；34 36:電動(dòng)機(jī)；37 39:臂；50:控制部；52:激光驅(qū)動(dòng)部；52a:激光光 源驅(qū)動(dòng)部；52b:光路調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部；58:分割控制部；61、 71、 81、 91:光路調(diào)整機(jī)構(gòu)；62、 72、 82、 92:第一反射鏡；63、 75、 84:第二 反射鏡；64:平凸透鏡；65、 74、 85、 95:柱面透鏡；66:可動(dòng)光學(xué)體； 73、 83、 93:凹面鏡;LB0 LB4:激光束(光束);LB3a、 LB3b、 LB4a、LB4b:中心光束；LSI:第一激光點(diǎn)；LS2:第二激光點(diǎn)
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是作為本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC1的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出圖1的 激光分割裝置LC1中的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
首先，基于圖1對(duì)激光分割裝置LC1的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。 激光分割裝置LC1設(shè)有滑動(dòng)工作臺(tái)2，該滑動(dòng)工作臺(tái)2沿著平行地 配置在水平架臺(tái)l上的一對(duì)導(dǎo)軌3、 4在圖1的紙面前后方向(以下稱(chēng)為 Y方向)往復(fù)移動(dòng)。導(dǎo)螺桿5沿著前后方向配置在兩導(dǎo)軌3、 4之間，在 該導(dǎo)螺桿5上螺合有固定在所述滑動(dòng)工作臺(tái)2上的撐桿6，通過(guò)利用電動(dòng) 機(jī)(未圖示)使導(dǎo)螺桿5正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，滑動(dòng)工作臺(tái)2沿著導(dǎo)軌3、 4在Y 方向往復(fù)移動(dòng)。
水平的基座7以沿著導(dǎo)軌8在圖1的左右方向(以下稱(chēng)為X方向) 往復(fù)移動(dòng)的方式配置在滑動(dòng)工作臺(tái)2上。在固定于基座7的撐桿10上貫 通螺合有被電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)螺桿10a,通過(guò)使導(dǎo)螺桿10a正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)，基座7沿著導(dǎo)軌8在X方向往復(fù)移動(dòng)。
在基座7上設(shè)有被旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12，作為切 斷對(duì)象的脆性材料基板即玻璃基板G以水平狀態(tài)安裝在該旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12 上。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11使旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12繞垂直的軸旋轉(zhuǎn)，能夠使其相對(duì)于基 準(zhǔn)位置旋轉(zhuǎn)成任意的旋轉(zhuǎn)角度。并且，作為分割對(duì)象物的玻璃基板G例 如通過(guò)吸引夾具固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12上。
在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)12的上方，激光振蕩器13和光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14保持在 安裝框架15上。光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14由以下部分構(gòu)成光路調(diào)整元件組14a (平凸透鏡31、反射鏡32、多面鏡33)，其用于對(duì)從激光振蕩器13射出 的激光的光路進(jìn)行調(diào)整；電動(dòng)機(jī)組14b (電動(dòng)機(jī)34 36)，其移動(dòng)光路調(diào) 整元件組14a的位置；以及臂組14c (臂37 39)，其連接光路調(diào)整元件 組14a和電動(dòng)機(jī)組14b。平凸透鏡31 (彎月透鏡)經(jīng)由臂37與升降電動(dòng) 機(jī)34連接，能夠調(diào)整上下方向的位置。并且，反射鏡32經(jīng)由臂38與升
降電動(dòng)機(jī)35連接，能夠調(diào)整上下方向的位置。并且，多面鏡33經(jīng)由臂 39與升降電動(dòng)機(jī)36連接，能夠調(diào)整上下方向的位置。
從激光振蕩器13射出的激光束借助通過(guò)這些光路調(diào)整元件組14a形 成具有期望的截面形狀的光束，作為激光點(diǎn)照射到基板G上。在本實(shí)施 方式中，通過(guò)射出來(lái)縮成較細(xì)的激光束，并利用多面鏡33進(jìn)行掃描，從 而在玻璃基板G上形成橢圓形狀的激光點(diǎn)LS (圖2)。進(jìn)而通過(guò)對(duì)光路 調(diào)整元件組14a進(jìn)行調(diào)整，切換在第一次激光照射時(shí)使用的第一激光點(diǎn) 和在第二次激光照射時(shí)使用的第二激光點(diǎn)。另外，對(duì)于利用光路調(diào)整元 件組14a的各元件的光路調(diào)整，在后面敘述。
在安裝框架15上，接近光路調(diào)整結(jié)構(gòu)14設(shè)有冷卻噴嘴16。從該冷 卻噴嘴16向玻璃基板G噴射冷卻水、He氣體、二氧化碳?xì)怏w等冷卻介 質(zhì)。冷卻介質(zhì)被噴到照射在玻璃基板G上的橢圓形狀的激光點(diǎn)LS附近， 在玻璃基板G的表面上形成冷卻點(diǎn)CS (圖2)。
在安裝框架15上經(jīng)由上下移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)17還安裝有刀輪18。該刀 輪18以燒結(jié)金剛石或者超硬合金為材料，在外周面上具有以頂點(diǎn)為刀尖 的V字形棱線部，能夠利用上下移動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)17對(duì)朝向玻璃基板G的 壓接力進(jìn)行微小調(diào)整。刀輪18專(zhuān)用于在玻璃基板G的端緣形成初始龜裂 TR (圖2)時(shí)一邊使基座7在X方向移動(dòng)一邊暫時(shí)地下降。
接著，基于圖2對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。激光分割裝置LC1具有控制 部50，該控制部50通過(guò)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的控制參數(shù)和程序(軟件)以及 CPU來(lái)執(zhí)行各種處理。該控制部50對(duì)下述驅(qū)動(dòng)部的各驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制 工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51，其驅(qū)動(dòng)用于進(jìn)行滑動(dòng)工作臺(tái)2、基座7、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 12的定位和移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)9等)；激光驅(qū)動(dòng)部52 (包含驅(qū)動(dòng)激 光振蕩器13的激光光源驅(qū)動(dòng)部52a、驅(qū)動(dòng)光路調(diào)整元件組14a用的電動(dòng) 機(jī)組14b的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部52b)，其用于進(jìn)行激光照射；噴嘴驅(qū)動(dòng) 部53，其驅(qū)動(dòng)用于控制冷卻噴嘴16的制冷劑噴射的開(kāi)閉閥(未圖示)； 刀驅(qū)動(dòng)部54，其利用刀輪18在玻璃基板G上形成初始龜裂；以及照相 機(jī)驅(qū)動(dòng)部55，其利用照相機(jī)20、 21拍出刻印在基板G上的定位用標(biāo)記。 并且，控制部50連接有由鍵盤(pán)、鼠標(biāo)構(gòu)成的輸入部56以及在顯示畫(huà)面上進(jìn)行各種顯示的顯示部57，在畫(huà)面上顯示必要的信息，同時(shí)能夠輸入 必要的指令或設(shè)定。
并且，控制部50具有分割控制部58,所述分割控制部58綜合性地 控制工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51、激光驅(qū)動(dòng)部52 (激光光源驅(qū)動(dòng)部52a、光路調(diào)整 機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部52b)、噴嘴驅(qū)動(dòng)部53、刀驅(qū)動(dòng)部54，進(jìn)行玻璃基板G的分 割。利用該分割控制部58執(zhí)行基于第一次激光照射、冷卻、第二次激光 照射的步驟的分割。
具體而言，分割控制部58首先對(duì)刀驅(qū)動(dòng)部54和工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51進(jìn) 行控制，在使刀輪18下降的狀態(tài)下移動(dòng)基板G，由此進(jìn)行形成初始龜裂 TR的處理。接著，對(duì)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51、激光驅(qū)動(dòng)部52、噴嘴驅(qū)動(dòng)部53 進(jìn)行控制，在照射激光束(第一激光點(diǎn))的同時(shí)噴射制冷劑的狀態(tài)下移 動(dòng)基板G。由此進(jìn)行第一次激光照射和冷卻，進(jìn)行在基板上形成裂紋的 處理。接著對(duì)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51、激光驅(qū)動(dòng)部52進(jìn)行控制，在照射激光束 (第二激光點(diǎn))的狀態(tài)下移動(dòng)基板G。由此進(jìn)行第二次激光照射，進(jìn)行 使裂紋伸展的處理。
其次，對(duì)基于光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14(光路調(diào)整元件組14a、電動(dòng)機(jī)組14b、 臂組14c)的光路調(diào)整的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
圖3是說(shuō)明光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14的動(dòng)作的圖，具體而言，是說(shuō)明通過(guò)反 射鏡32的上下移動(dòng)，使照射在基板G上的激光點(diǎn)變化，從而使光束照射 區(qū)域的熱能分布變化的圖。
從激光光源13射出的激光束LBO的行進(jìn)方向朝向鉛直下方，激光 束LBO射入平凸透鏡31。通過(guò)平凸透鏡31的激光束LB1繼續(xù)在鉛直方 向行進(jìn)，并射入反射鏡32。此時(shí)以45度的入射角度射入反射鏡32的反 射面、并以45度的反射角度射出的方式對(duì)反射鏡32的安裝角度進(jìn)行調(diào) 整，由反射鏡32反射的激光束LB2在水平方向行進(jìn)。
在水平方向行進(jìn)的激光束LB2入射至多面鏡33。此時(shí)，根據(jù)多面鏡 33的高度位置和反射鏡32的高度位置之間的關(guān)系，激光束LB2向多面 鏡33入射的位置變化，其結(jié)果是，能夠?qū)Τ蚨嗝骁R33反射面的入射 角度和來(lái)自多面鏡33的射出角度進(jìn)行調(diào)整。即，能夠在固定了多面鏡33
的高度位置的情況下，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)35 (圖1)使臂38升降來(lái)對(duì)反射鏡32 相對(duì)于多面鏡33的高度進(jìn)行調(diào)整，由此對(duì)射入多面鏡33的激光束LB2 的入射位置進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)亩嗝骁R33朝向基板G射出的激光束(光 束)LB3的角度進(jìn)行調(diào)整。
具體而言，在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，使從反射鏡32朝向多面鏡33的 激光束LB2以45度的角度射入多面鏡33的一個(gè)反射面的中央位置(圖 中用點(diǎn)劃線表示)、并以45度的反射角度從反射面射出。其結(jié)果是，激 光束朝鉛直下方行進(jìn)，形成相對(duì)于玻璃基板G垂直入射的激光束LB3a。
通過(guò)使多面鏡33的反射面高速旋轉(zhuǎn)，從多面鏡33射出的激光束(光 束)LB3以激光束LB3a為中心進(jìn)行掃描，如圖4所示形成熱能分布E 在光束的掃描方向前后大致對(duì)稱(chēng)的第一激光點(diǎn)LS1。
并且，在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，使從反射鏡32朝向多面鏡33的激光 束LB2以比形成第一激光點(diǎn)時(shí)更深的入射角(例如60度)射入多面鏡 33的一個(gè)反射面的中央位置(圖中用虛線表示)、并以較深的反射角度從 多面鏡33的反射面射出。其結(jié)果是，形成相對(duì)于基板G向傾斜方向行進(jìn) 的激光束LB3b。
通過(guò)使多面鏡33的反射面高速旋轉(zhuǎn)，從多面鏡33射出的激光束(光 束)LB3以激光束LB3b為中心進(jìn)行掃描，如圖4所示形成熱能分布E 在光束的掃描方向前后不對(duì)稱(chēng)的第二激光點(diǎn)LS2。
圖5是綜合性地說(shuō)明基于光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14的調(diào)整動(dòng)作的圖。在圖3 中雖然已經(jīng)對(duì)調(diào)整激光點(diǎn)的熱能分布的實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是如圖5 (a)的箭頭所示，由于平凸透鏡31、反射鏡32、多面鏡33能夠分別獨(dú) 立地升降，因此通過(guò)使這些的位置關(guān)系變化，除了熱能分布以外，還能 夠?qū)す恻c(diǎn)形狀(長(zhǎng)度或?qū)挾?進(jìn)行調(diào)整。此處對(duì)主要的調(diào)整總括說(shuō)明。
圖5 (b)是使激光點(diǎn)成為不對(duì)稱(chēng)熱能分布時(shí)的調(diào)整。如已經(jīng)說(shuō)明了 的那樣(圖3)，能夠通過(guò)固定多面鏡33、并使反射鏡32下降(向?qū)嵕€ 箭頭方向移動(dòng))，形成不對(duì)稱(chēng)的熱能分布。另一方面，通過(guò)固定反射鏡32、 并使多面鏡33上升(向虛線箭頭方向移動(dòng))，也能夠形成同樣的不對(duì)稱(chēng) 的熱能分布。
圖5 (c)是使激光點(diǎn)的熱能分布成為與圖5 (b)相反方向的不對(duì)稱(chēng) 分布時(shí)的調(diào)整。通過(guò)固定多面鏡33并使反射鏡32上升(向?qū)嵕€箭頭方 向移動(dòng)),或者固定反射鏡32并使多面鏡33下降(向虛線箭頭方向移動(dòng))， 也能夠形成不對(duì)稱(chēng)的熱能分布。
圖5 (d)是使激光點(diǎn)的光束形狀縮小時(shí)的調(diào)整。通過(guò)使反射鏡32 和多面鏡33同時(shí)下降，能夠縮小基板G上的激光點(diǎn)，能夠縮小光束長(zhǎng)度。 另外，雖然省略圖示，但是可以通過(guò)使反射鏡32和多面鏡33同時(shí)上升 來(lái)擴(kuò)大激光點(diǎn)，因此能夠增大光束長(zhǎng)度。
利用該調(diào)整，能夠以比第一次激光照射的加熱區(qū)域大的直徑進(jìn)行第 二次激光照射。此時(shí)能夠以較大的直徑使基板翹曲，因此能夠促進(jìn)裂紋 的伸展。
圖5 (e)是增大激光點(diǎn)的光束形狀時(shí)的調(diào)整。通過(guò)使平凸透鏡31 下降來(lái)擴(kuò)大激光點(diǎn)，能夠增大光束長(zhǎng)度。另外，雖然省略圖示，但是可 以通過(guò)使平凸透鏡31上升來(lái)縮小激光點(diǎn)，因此能夠以與圖5 (d)不同的 方法縮小光束長(zhǎng)度。
通過(guò)使光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14的各元件分別升降或者復(fù)合地升降，能夠調(diào) 整激光點(diǎn)的形狀或熱能分布。
另外，在本實(shí)施方式中，通過(guò)利用多面鏡33掃描激光束來(lái)形成激光 點(diǎn)，但是也可以代替多面鏡而使用橢圓鏡、或者其他的旋轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行掃描， 能夠形成形狀彼此不同的第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)。
進(jìn)而，通過(guò)分割控制部58控制激光控制部52的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 部52b，從而能夠?qū)⒎瓷溏R32的位置調(diào)整成在執(zhí)行第一次激光照射時(shí)形 成第一激光點(diǎn)LS1、在執(zhí)行第二次激光照射時(shí)形成第二激光點(diǎn)LS2。
并且，在分割控制部58執(zhí)行基于第一次激光照射、冷卻、第二次激 光照射的步驟的分割動(dòng)作時(shí)，對(duì)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)部51進(jìn)行控制從而使基板G 移動(dòng)，但是通過(guò)使第一次激光照射時(shí)的移動(dòng)方向和第二次激光照射的移 動(dòng)方向相反，利用往復(fù)動(dòng)作完成分割，從而也能夠減少用于移動(dòng)的損耗 時(shí)間。
(實(shí)施方式2)
圖6是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC2中的光路 調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖，圖6(a)是形成第一激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，圖6(b) 是形成第二激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。在激光分割裝置LC2中，不使用旋轉(zhuǎn)鏡(多 面鏡等)，通過(guò)組合了光學(xué)透鏡和光學(xué)反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)形成第一激光 點(diǎn)、第二激光點(diǎn)。
另外，對(duì)于本實(shí)施方式的激光分割裝置LC2和在實(shí)施方式1中說(shuō)明 了的激光分割裝置LC1，除了光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14 (14a 14c)以外的結(jié)構(gòu) 基本相同，因此省略對(duì)光路調(diào)整機(jī)構(gòu)以外的部分的說(shuō)明。
光路調(diào)整機(jī)構(gòu)61由以下部件構(gòu)成成為固定側(cè)的第一反射鏡62、 成為可動(dòng)側(cè)的第二反射鏡63、平凸透鏡64和圓柱透鏡65。在這些光學(xué) 元件組中，第二反射鏡63、平凸透鏡64、圓柱透鏡65作為可動(dòng)光學(xué)體 66保持成一體，并以能夠以第二反射鏡63的反射面附近為支點(diǎn)P傾斜動(dòng) 作的方式與電動(dòng)機(jī)(未圖示)連接。
激光振蕩器13調(diào)整成向鉛直下方射出由小徑光束形成的激光束 LBO，激光束LBO射入第一反射鏡62。以使激光束LBO以45度的入射 角度射入反射面并以45度的反射角度射出的方式對(duì)第一反射鏡62的安 裝角度進(jìn)行調(diào)整，從第一反射鏡62射出的激光束LB1在水平方向行進(jìn)。
在水平方向行進(jìn)的激光束LB1射入第二反射鏡63。此時(shí)，根據(jù)激光 束LB1射入第二反射鏡63的反射面的入射角度不同，從第二反射鏡63 的反射面射出的射出角度也變化。
在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，調(diào)整成使激光束LB1以45度的入射角度射 入第二反射鏡63的反射面，并相對(duì)于反射面以45度的反射角度射出， 如圖6 (a)所示，激光束LB2向鉛直下方行進(jìn)。激光束LB2的光束直徑 被平凸透鏡64縮小，并被圓柱透鏡65在一個(gè)軸方向上擴(kuò)大，從而形成 截面呈橢圓形狀的光束。進(jìn)而，在激光束LB2的光束中通過(guò)平凸透鏡64、 圓柱透鏡65的透鏡光軸的激光束(中心光束)直進(jìn)，形成垂直射入玻璃 基板G的激光束LB3a。并且，激光束LB2的光束中的其他激光束(中 心光束以外)成為繞激光束LB3a擴(kuò)大的橢圓形狀激光束(光束)LB3， 從而在基板G上形成橢圓形狀的第一激光點(diǎn)LS1。此時(shí)第一激光點(diǎn)LSI
具有在長(zhǎng)軸方向上對(duì)稱(chēng)的熱能分布。
并且，在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，調(diào)整成使激光束LB1以比45度大的 入射角度(例如60度)射入第二反射鏡63的反射面，并與形成第一激 光點(diǎn)時(shí)相比相對(duì)于反射面以更大的反射角度射出，從而如圖6 (b)所示, 形成相對(duì)于基板G在傾斜方向行進(jìn)的激光束LB2。
激光束LB2的光束直徑被平凸透鏡64縮小，并被圓柱透鏡65在一 個(gè)軸方向上擴(kuò)大，從而形成截面呈橢圓形狀的光束。進(jìn)而，在激光束LB2 的光束中的通過(guò)平凸透鏡64、圓柱透鏡65的透鏡光軸的激光束(中心光 束)直進(jìn)，形成傾斜射入玻璃基板G的激光束LB3b。并且，激光束LB2 的光束中的其他的激光束(中心光束以外)成為繞激光束LB3b擴(kuò)大的橢 圓形狀的激光束(光束)LB3，該光束傾斜射入基板G的結(jié)果是形成熱 能分布在橢圓形狀的長(zhǎng)軸方向上不對(duì)稱(chēng)的第二激光點(diǎn)LS2。
進(jìn)而，利用分割控制部58，在執(zhí)行第一次激光照射時(shí)對(duì)可動(dòng)光學(xué)體 66的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第一激光點(diǎn)LS1，在執(zhí)行第二次激光照射時(shí)對(duì) 可動(dòng)光學(xué)體66的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第二激光點(diǎn)LS2。 (實(shí)施方式3)
圖7是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC3中的光路 調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖，圖7 (a)是形成第一激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，圖7 (b) 是形成第二激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。在激光分割裝置LC3中，以使用了多個(gè)光 學(xué)反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)形成第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)。
另外，對(duì)于本實(shí)施方式的激光分割裝置LC3，其與實(shí)施方式l的激 光分割裝置LC1中的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)14 (14a 14c)以外的結(jié)構(gòu)部分是基 本上相同的結(jié)構(gòu)，因此省略對(duì)光路調(diào)整機(jī)構(gòu)以外的部分的說(shuō)明。
光路調(diào)整機(jī)構(gòu)71由下述的光學(xué)元件組構(gòu)成第一反射鏡72、凹面 鏡73、圓柱反射鏡74和第二反射鏡75。其中，最終級(jí)的第二反射鏡75 以能夠以反射面附近為支點(diǎn)P傾斜動(dòng)作的方式與電動(dòng)機(jī)(未圖示)連接。
激光振蕩器13調(diào)整成向鉛直下方射出由小徑光束形成的激光束 LBO,激光束LBO射入第一反射鏡72。以使激光束LBO以45度的入射 角度射入并以45度的反射角度射出的方式對(duì)第一反射鏡72的安裝角度
進(jìn)行調(diào)整，從第一反射鏡72射出的激光束LB1在水平方向行進(jìn)。
在水平方向行進(jìn)的激光束LB1射入凹面鏡73，在此處反射的激光束 LB2的光束直徑一邊被縮小一邊射入圓柱反射鏡74。利用圓柱反射鏡74 反射的激光束LB3在一個(gè)軸方向上被擴(kuò)大而成為截面為橢圓形狀的激光 束(光束)LB3，并射入第二反射鏡75的反射面。第二反射鏡75通過(guò)調(diào) 整反射面的角度使射出角度變化。
在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)第二反射鏡75的角度進(jìn)行調(diào)整，以使從圓 柱反射鏡74射出的激光束LB3的光束中成為中心的中心光束LB3a如圖 7 (a)所示那樣作為朝向鉛直下方的激光束LB4a行進(jìn)。激光束LB3的 光束中的中心光束LB3a以外的光束成為繞激光束LB3a擴(kuò)大的激光束 (光束)LB3并在第二反射鏡75反射，從而在基板G上形成橢圓形狀的 第一激光點(diǎn)LS1。此時(shí)第一激光點(diǎn)LSI具有在長(zhǎng)軸方向上對(duì)稱(chēng)的熱能分 布。
并且，在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)于從圓柱反射鏡74射出的激光束 LB3的光束中的成為中心的中心光束LB3b，以使激光束LB3b相對(duì)于第 二反射鏡75的反射面的入射角度比形成第一激光點(diǎn)時(shí)的反射角度小的方 式進(jìn)行調(diào)整，從第二反射鏡75的反射面以較小的反射角度射出，如圖7 (b)所示，形成在相對(duì)于基板G傾斜的方向上行進(jìn)的激光束LB4b。激 光束LB3的光束中的中心光束LB3b以外的光束成為繞激光束LB3b擴(kuò)大 的激光束(光束)LB3并在第二反射鏡75反射，形成繞激光束LB4b擴(kuò) 大的激光束(光束)LB4并傾斜地射入基板G，其結(jié)果是，形成熱能分 布在橢圓形狀的長(zhǎng)軸方向上不對(duì)稱(chēng)的第二激光點(diǎn)LS2。
進(jìn)而，利用分割控制部58，在執(zhí)行第一次激光照射時(shí)對(duì)第二反射鏡 75的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第一激光點(diǎn)LS1，在執(zhí)行第二次激光照射時(shí)對(duì) 第二反射鏡75的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第二激光點(diǎn)LS2。 (實(shí)施方式4)
圖8是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC4中的光路 調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖，圖8 (a)是形成第一激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，圖8 (b) 是形成第二激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。激光分割裝置LC4僅對(duì)實(shí)施方式3中說(shuō)明
了的分割裝置LC3的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)71 (圖7)中的圓柱反射鏡74和第二 反射鏡75的配置進(jìn)行互換，其他結(jié)構(gòu)都相同。
艮P，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)81由下述的光學(xué)元件組構(gòu)成第一反射鏡82、 凹面鏡83、第二反射鏡84和圓柱反射鏡85。其中，第二反射鏡84以能 夠以反射面附近為支點(diǎn)P傾斜動(dòng)作的方式與電動(dòng)機(jī)(未圖示)連接。
激光振蕩器13調(diào)整成向鉛直下方射出由小徑光束形成的激光束 LBO，激光束LB0射入第一反射鏡82。以使激光束LBO以45度的入射 角度射入并以45度的反射角度射出的方式對(duì)第一反射鏡82的安裝角度 進(jìn)行調(diào)整，射出的激光束LB1在水平方向行進(jìn)。
在水平方向行進(jìn)的激光束LB1射入凹面鏡83，在凹面鏡83反射的 激光束LB2的光束直徑一邊被縮小一邊射入第二反射鏡84。第二反射鏡 84能夠通過(guò)調(diào)整反射面的角度來(lái)調(diào)整射出角度。
在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)第二反射鏡84的角度進(jìn)行調(diào)整，以使從第 二反射鏡84射出的激光束LB3的光束中成為中心的中心光束LB3a如圖 8 (a)所示那樣反射至圓柱反射鏡85的反射面，并且從該反射面射出的 中心光束LB4a向鉛直下方行進(jìn)。激光束LB3的光束中的中心光束LB3a 以外的光束成為繞激光束LB3a擴(kuò)大的激光束(光束)LB3并在第二反射 鏡85反射，形成在一個(gè)軸方向上被擴(kuò)大的截面呈橢圓形狀的激光束(光 束)LB4，在基板G上形成橢圓形狀的第一激光點(diǎn)LS1。此時(shí)第一激光 點(diǎn)LSI具有在長(zhǎng)軸方向上對(duì)稱(chēng)的熱能分布。
并且，在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)第二反射鏡84的角度進(jìn)行調(diào)整，以 使從第二反射鏡84射出的激光束LB3的光束中的中心光束LB3b如圖8 (b)所示那樣反射至圓柱反射鏡85的反射面，并且從該反射面射出的 中心光束LB4b向相對(duì)于基板G傾斜的方向行進(jìn)。激光束LB3的光束中 的中心光束LB3b以外的光束成為繞激光束LB3b擴(kuò)大的激光束(光束) LB3并被圓柱反射鏡85反射，形成在一個(gè)軸方向上被擴(kuò)大的截面呈橢圓 形狀的激光束(光束)LB4。該激光束LB4傾斜地射入基板G,其結(jié)果 是形成熱能分布在長(zhǎng)軸方向上不對(duì)稱(chēng)的第二激光點(diǎn)LS2。
進(jìn)而，利用分割控制部58，在執(zhí)行第一次激光照射時(shí)對(duì)第二反射鏡
84的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第一激光點(diǎn)LS1，在執(zhí)行第二次激光照射時(shí)對(duì) 第二反射鏡84的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第二激光點(diǎn)LS2。 (實(shí)施方式5)
圖9是作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的激光分割裝置LC5中的光路 調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖，圖9(a)是形成第一激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，圖9(b) 是形成第二激光點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。對(duì)于在實(shí)施方式4中說(shuō)明了的分割裝置LC4 和激光分割裝置LC5，僅在光路調(diào)整機(jī)構(gòu)81 (圖8)中的圓柱透鏡85能 夠升降這點(diǎn)與第二反射鏡84固定成不能移動(dòng)這點(diǎn)上不同，其他結(jié)構(gòu)相同。
艮口，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)91由下述的光學(xué)元件組構(gòu)成第一反射鏡92、 凹面鏡93、第二反射鏡94和圓柱反射鏡95。其中，圓柱反射鏡95能夠 通過(guò)臂(未圖示)和電動(dòng)機(jī)(未圖示)上下移動(dòng)。
激光振蕩器13調(diào)整成由小徑光束形成的激光束LBO向鉛直下方射 出，激光束LB0射入第一反射鏡92。以使激光束LBO以45度的入射角 度射入并以45度的反射角度射出的方式對(duì)第一反射鏡92的安裝角度進(jìn) 行調(diào)整，射出的激光束LB1在水平方向行進(jìn)。
在水平方向行進(jìn)的激光束LB1射入凹面鏡93，被凹面鏡93反射的 激光束LB2的光束直徑一邊被縮小一邊射入第二反射鏡94。被第二反射 鏡94反射的激光束LB3射入圓柱反射鏡95。通過(guò)使圓柱反射鏡95的位 置上下移動(dòng)，能夠使反射角度變化，以調(diào)整射出角度。
在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)圓柱反射鏡95的位置進(jìn)行調(diào)整，以使從第 二反射鏡94射出的激光束LB3的光束中成為中心的中心光束LB3a如圖 9 (a)所示那樣反射至圓柱反射鏡95的反射面，并且從該反射面射出的 中心光束LB4a向鉛直下方行進(jìn)。激光束LB3的光束中的中心光束LB3a 以外的光束成為繞激光束LB3a擴(kuò)大的激光束(光束)LB3并被圓柱反射 鏡95反射，形成在一個(gè)軸方向上被擴(kuò)大的截面呈橢圓形狀的激光束(光 束)LB4，在基板G上形成橢圓形狀的第一激光點(diǎn)LS1。此時(shí)第一激光 點(diǎn)LSI具有在長(zhǎng)軸方向上對(duì)稱(chēng)的熱能分布。
并且，在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，對(duì)圓柱反射鏡95的位置進(jìn)行調(diào)整，以 使從第二反射鏡94射出的激光束LB3的光束中的中心光束LB3b如圖9 (b)所示那樣反射至圓柱反射鏡95的反射面，并且從該反射面射出的 中心光束LB4b向相對(duì)于基板G傾斜的方向行進(jìn)。激光束LB3的光束中 的中心光束LB3b以外的光束成為繞激光束LB3b擴(kuò)大的激光束(光束) LB3并在圓柱反射鏡95被反射，形成在一個(gè)軸方向上被擴(kuò)大的截面呈橢 圓形狀的激光束(光束)LB4。該激光束LB4傾斜地射入基板G，其結(jié) 果是形成熱能分布在長(zhǎng)軸方向上不對(duì)稱(chēng)的第二激光點(diǎn)LS2。
進(jìn)而，利用分割控制部58，在執(zhí)行第一次激光照射時(shí)對(duì)圓柱反射鏡 95的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第一激光點(diǎn)LS1，在執(zhí)行第二次激光照射時(shí)對(duì) 圓柱反射鏡95的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以形成第二激光點(diǎn)LS2。
以上，對(duì)使用了光學(xué)透鏡或光學(xué)反射鏡的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明， 但是并不限于此處說(shuō)明了的實(shí)施方式，即使稍微變更光學(xué)透鏡或光學(xué)反 射鏡的組合或配置，也能夠?qū)崿F(xiàn)與上述實(shí)施方式相同的光路調(diào)整。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明能夠利用于基于激光照射的局部加熱和緊隨加熱的冷卻、以 及基于第二次激光照射的再加熱來(lái)分割脆性材料基板的分割裝置。
權(quán)利要求
1、一種脆性材料基板的分割裝置，該脆性材料基板分割裝置具有激光照射單元，其將點(diǎn)形狀彼此不同的第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)選擇性地照射至工作臺(tái)上的脆性材料基板上；冷卻單元，其在照射第一激光點(diǎn)時(shí)形成對(duì)第一激光點(diǎn)附近進(jìn)行冷卻的冷卻點(diǎn)；移動(dòng)單元，其使第一激光點(diǎn)、第二激光點(diǎn)、冷卻點(diǎn)相對(duì)于所述基板移動(dòng)；以及分割控制部，其進(jìn)行下述控制一邊對(duì)所述基板照射第一激光點(diǎn)一邊使第一激光點(diǎn)移動(dòng)，從而以比所述基板的軟化點(diǎn)低的溫度進(jìn)行加熱；使冷卻點(diǎn)以追隨第一激光點(diǎn)的方式移動(dòng)來(lái)進(jìn)行冷卻，從而在基板表面形成裂紋；進(jìn)一步一邊沿著所述裂紋照射第二激光點(diǎn)一邊使第二激光點(diǎn)移動(dòng)，以比所述基板的軟化點(diǎn)低的溫度再次加熱所述基板，從而使所述裂紋伸展至所述基板的背面以分割所述基板，其特征在于，所述激光照射單元利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)形成所述第一激光點(diǎn)或者所述第二激光點(diǎn)，所述光路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)從一個(gè)激光光源射出的激光束的光路進(jìn)行調(diào)整，在所述激光照射單元形成第一激光點(diǎn)時(shí)，以射入所述基板的入射光束為中心并呈大致對(duì)稱(chēng)的熱能量分布的光束形狀進(jìn)行照射，在所述激光照射單元形成第二激光點(diǎn)時(shí)，以射入所述基板的入射光束為中心且呈第二激光點(diǎn)移動(dòng)方向的前側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的脆性材料基板的分割裝置，其特征在于， 所述光路調(diào)整機(jī)構(gòu)在所述激光束的光路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)鏡，并且具有對(duì)所述激光束相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鏡的入射位置進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脆性材料基板的分割裝置，其特征在于， 所述光路調(diào)整機(jī)構(gòu)在所述激光束的光路上設(shè)有反射鏡，并且具有對(duì)所述激光束相對(duì)于反射鏡的入射角進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整機(jī)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脆性材料基板的分割裝置，其特征在于，所述光路調(diào)整機(jī)構(gòu)還包含調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡，所述調(diào)整反射鏡 或調(diào)整透鏡配置在所述激光束的光路上，對(duì)光束形狀進(jìn)行調(diào)整。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的脆性材料基板的分割裝置，其特征在于， 利用調(diào)整反射鏡或調(diào)整透鏡將第二激光點(diǎn)調(diào)整為至少比第一激光點(diǎn)大。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的脆性材料基板的分割裝置， 其特征在于，所述分割控制部使在所述基板上移動(dòng)第一激光點(diǎn)和冷卻點(diǎn)以形成裂 紋時(shí)的移動(dòng)方向和在所述基板上移動(dòng)第二激光點(diǎn)以伸展裂紋時(shí)的移動(dòng)方 向相反，并通過(guò)往復(fù)移動(dòng)分割所述基板。
7、 一種脆性材料基板的分割方法，該脆性材料基板的分割方法沿著 設(shè)定于脆性材料基板上的分割預(yù)定線照射第一激光點(diǎn)并使其移動(dòng)，由此 利用比基板的軟化點(diǎn)低的溫度對(duì)所述基板進(jìn)行加熱，接著利用追隨第一 激光點(diǎn)的冷卻點(diǎn)對(duì)所述基板進(jìn)行冷卻從而在基板表面形成裂紋，然后沿 著所述裂紋照射第二激光點(diǎn)并使其移動(dòng)，由此利用比基板的軟化點(diǎn)低的 溫度再次加熱所述基板，從而使所述裂紋伸展至所述基板的背面以進(jìn)行 分割，其特征在于，通過(guò)利用光路調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)從一個(gè)激光光源射出的激光束的光路進(jìn)行 調(diào)整來(lái)形成所述第一激光點(diǎn)和所述第二激光點(diǎn)，所述第一激光點(diǎn)以垂直射入所述基板的垂直入射光束為中心且呈在 第一激光點(diǎn)的移動(dòng)方向的前后對(duì)稱(chēng)的熱能分布的形狀進(jìn)行照射，所述第二激光點(diǎn)以?xún)A斜射入所述基板的傾斜入射光束為中心且呈第 二激光點(diǎn)的移動(dòng)方向的前側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠以第一次激光加熱、冷卻、第二次激光加熱的步驟可靠地分割基板的脆性材料基板的分割裝置和分割方法。通過(guò)調(diào)整從一個(gè)激光光源射出的激光束光路的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)來(lái)形成第一激光點(diǎn)和第二激光點(diǎn)，在形成第一激光點(diǎn)時(shí)，以垂直射入基板的垂直入射光束為中心且呈大致對(duì)稱(chēng)的熱能分布的光束形狀進(jìn)行照射；在形成第二激光點(diǎn)時(shí)，以?xún)A斜射入基板的傾斜入射光束為中心且呈前側(cè)比后側(cè)大的熱能分布的形狀進(jìn)行照射。
文檔編號(hào)C03B33/00GK101386467SQ20081021517
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者在間則文, 山本幸司 申請(qǐng)人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司