[发明专利]激光加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过扫描激光束对被加工基板进行加工的激光加工装置。

本发明中的激光加工包括对玻璃基板、烧结材料的陶瓷、单结晶硅、半导体晶片、陶瓷基板等脆性材料利用以软化点以下的温度进行激光加热时所产生的热应力的激光划线加工、以及对除了脆性材料以外的材料以熔融温度以上的温度进行加热的激光消融加工。

背景技术

使激光束相对于被加工基板的照射位置相对移动、进行加工的扫描型激光加工装置已被用于例如玻璃基板等脆性材料基板的加工。

在这种激光加工装置中，为达成减小激光加工的加工宽度以提高加工精度、并且提高加热时的加热效率以提高扫描速度的目的，将从激光光源射出的截面形状为圆形的激光束(原束)在光路上调整为椭圆形，从而在基板的加工面形成椭圆形的束斑。

另外，被调整的激光束、束斑的形状不仅如字面为“椭圆形”，即便为长圆、其他具有长轴方向的细长形状的束斑也能够提高加工精度、加热效率。因此，在此提到“椭圆形”的激光束、束斑的情况下，是指包括长圆等具有长轴方向的形状的束斑。

作为由从激光光源射出的圆形截面的原束形成椭圆形束斑的方法，实际应用的是使用透镜光学系统形成具有长轴的束斑的方法。例如已公开有通过在激光束的光路上配置圆柱透镜和聚光透镜将圆形截面的原束整形为椭圆形的激光束(例如参照专利文献1)。

在使用被照射至基板上的束斑的形状为椭圆形的激光束的激光加工装置中，使束斑的长轴方向与扫描方向(设为X方向)一致并进行扫描。在该情况下，束斑的长轴方向成为激光加工时的扫描轴方向(X方向)，与束斑的长轴方向垂直的方向(Y方向)为使加工位置沿横向移动时的进给轴方向。

在这种激光加工装置中，为了使激光束相对于基板移动并扫描束斑，采用以下任一种驱动机构。

一种驱动机构构成为，以使激光束的照射位置不动的方式对激光光学系统进行固定，将基板载置于工作台上，该工作台形成为利用工作台驱动机构在二维方向(平移方向(XY方向)、旋转方向(θ方向))移动的活动工作台，从而沿X方向扫描激光束(例如参照专利文献1)。

另一种驱动机构构成为，使受工作台驱动机构驱动的活动工作台能够沿一维方向(X方向)、旋转方向(θ方向)移动，并且使激光束的照射位置能够沿与活动工作台的移动方向(X方向)正交的方向(Y方向)移动，扫描激光束(参照专利文献2)。

图20为示出作为扫描型激光加工装置之一的裂缝形成装置500(激光划线装置)的现有例的结构图。该装置以激光束的照射位置不动的方式进行固定，使工作台在二维方向(XY方向)和旋转方向(θ方向)移动。

亦即，沿平行配置于架台501上的一对导轨503、504，设有沿图20的纸面前后方向(设为Y方向)往复移动的滑动工作台502。在两导轨503、504之间沿前后方向配置有导螺杆(スクリユ一ネジ)505，被固定于滑动工作台502的支柱506螺合于该导螺杆505，利用电动机(未图示)使导螺杆505正转和反转从而使滑动工作台502沿导轨503、504在Y方向往复移动。

在滑动工作台502上沿导轨508配置有沿图20的左右方向(设为X方向)往复移动的水平的基座507。通过电动机509旋转的导螺杆510a貫通并螺合在被固定于基座507的支柱510，通过导螺杆510a正转和反转使基座507沿导轨508在X方向往复移动。

在基座507上设有在旋转机构511的作用下旋转的旋转工作台512，玻璃基板G以水平状态安装于该旋转工作台512。旋转机构511使旋转工作台512绕垂直的轴线旋转，且形成为能够使旋转工作台512相对于基准位置旋转任意旋转角度。此外，基板G通过例如吸附卡盘被固定于旋转工作台512。

在旋转工作台512的上方，与激光器513相连的光学保持器514被保持于支架515。如图21所示，在光学保持器514设有用于将由激光器513发出的激光束作为椭圆形的加热点BS照射至基板G上的透镜光学系统514a(例如圆柱透镜)。此外，在透镜光学系统514a的下方设有调整透镜514b，所述调整透镜514b通过上下移动焦点位置从而扩大、缩小加热点BS的区域。在加热点BS被扩大、缩小后，照射至基板表面的面积、能量密度变化。因此，进行如下调整并使用：例如在利用调整透镜514b使加热点BS扩大时增加激光振荡器513的输出，在利用调整透镜514b使加热点BS缩小时减少激光振荡器513的输出。

另外，在光学保持器514附近可以设置冷却喷嘴516，所述冷却喷嘴516用于向加热点的后侧位置喷射制冷剂以形成冷却点并通过急速冷却促进热应力的产生。