JPWO2009069375A1 - Laser processing equipment - Google Patents
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Abstract
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。Provided is a laser processing apparatus which can reduce the installation space and can rotate a substrate using a fixed table without using a table rotating mechanism. A position-fixed table in which a substrate mounting surface is formed of a porous member, and is provided with an adsorption mechanism that adsorbs the substrate through the porous member and a levitation mechanism that blows gas to the substrate through the porous member and floats. 40, a laser light source 10, a laser beam scanning optical system 20 that shapes the laser beam emitted from the laser light source into a laser beam having an elliptical cross section, guides it to the processing surface of the substrate, and scans the processing surface; Substrate guidance that guides the substrate by a movable abutting portion that contacts the substrate side surface of the floated substrate and moves the substrate side surface in the horizontal direction when positioning or moving the placed substrate. The mechanism 50 is provided, and the substrate is levitated and moved and rotated to a desired position while pushing the side surface of the substrate by the substrate guiding mechanism.
Description
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。The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a substrate to be processed by scanning a laser beam.
In the laser processing in the present invention, thermal stress generated when laser heating is performed on a brittle material such as a glass substrate, sintered ceramics, single crystal silicon, a semiconductor wafer, and a ceramic substrate at a temperature below the softening point is used. Laser scribe processing and laser ablation processing in which a brittle material or other material is heated at a melting temperature or higher are included.
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。 2. Description of the Related Art Scanning laser processing apparatuses that perform processing by relatively moving the irradiation position of a laser beam on a substrate to be processed are used for processing a brittle material substrate such as a glass substrate.
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。In such a laser processing apparatus, the laser beam is emitted from the laser light source for the purpose of increasing the processing accuracy by narrowing the processing width by laser processing or increasing the heating efficiency and improving the scanning speed when heating. A laser beam (original beam) having a circular cross section is adjusted to be elliptical on the optical path so that an elliptical beam spot is formed on the processed surface of the substrate.
The shape of the laser beam or beam spot to be adjusted is not limited to the literal “oval shape”, but the processing accuracy and heating efficiency can be improved even if the beam spot is an ellipse or other elongated shape having a major axis direction. Can be increased. Therefore, here, an “elliptical” laser beam or beam spot includes a beam spot having a shape having a major axis such as an ellipse.
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)。 As a method of forming an elliptical beam spot from an original beam having a circular cross section emitted from a laser light source, a method of forming a beam spot having a long axis using a lens optical system has been put into practical use. For example, it is disclosed that an original beam having a circular cross section is shaped into an elliptical laser beam by arranging a cylindrical lens and a condenser lens on the optical path of the laser beam (see, for example, Patent Document 1).
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。 In a laser processing apparatus that uses a laser beam whose shape of the beam spot irradiated on the substrate is an ellipse, scanning is performed with the major axis direction of the beam spot coinciding with the scanning direction (X direction). In this case, the major axis direction of the beam spot is the scanning axis direction (X direction) at the time of laser processing, and the direction perpendicular to this (Y direction) is the feed axis direction when moving the processing position in the lateral direction.
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)。In such a laser processing apparatus, one of the following drive mechanisms is employed in order to scan the beam spot by moving the laser beam with respect to the substrate.
One is that the laser optical system is fixed so that the irradiation position of the laser beam does not move, the substrate is placed on a table, and the table is driven in a two-dimensional direction (translation direction (XY direction), rotation direction ( The movable table moves in the θ direction)), and the laser beam is scanned in the X direction (see, for example, Patent Document 1).
The other is that the movable table driven by the table driving mechanism can be moved in the one-dimensional direction (X direction) and the rotational direction (θ direction), and the irradiation position of the laser beam is the moving direction of the movable table (X direction). The laser beam is scanned so that it can be moved in a direction (Y direction) perpendicular to ().
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。FIG. 20 is a configuration diagram showing a conventional example of a crack forming apparatus 500 (laser scribing apparatus) which is one of scanning type laser processing apparatuses. In this apparatus, the irradiation position of the laser beam is fixed so as not to move, and the table is moved in a two-dimensional direction (XY direction) and a rotation direction (θ direction).
That is, a slide table 502 is provided that reciprocates in the front-rear direction (Y direction) of FIG. 20 along a pair of
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。
A
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。
A rotation table 512 that is rotated by a
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。
An
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。
A
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。
A pair of CCD cameras 520 (521) are fixed on the upper left side of the
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。
While the image of the substrate G displayed by the
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。
A
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。
Subsequently, a control system of the
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。
The
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。
Next, the operation of the
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。Subsequently, crack formation is started. When the process is started, the position data of the stored be cut line CL are read, the slide table 502 as the
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。Subsequently, the slide table 502 and the pedestal 507 (rotary table 512) move so that the beam spot BS is positioned immediately before the initial crack TR. Thereafter, the
By performing the above processing, a crack is formed along the planned dividing line CL.
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。 Generally, a laser processing apparatus having a table translation mechanism that moves a table on which a substrate is placed in a two-dimensional direction (XY direction) together with the substrate or a one-dimensional direction (X direction) Laser processing with excellent spot scanning stability and good reproducibility can be performed.
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。However, because the table needs to be moved, a space from the table movement start position to the movement end position is required, and the installation space of the entire apparatus is inevitably about twice as large as the apparatus in which the table is fixed (primary There is a tendency to increase by about 4 times (in the case of two-dimensional driving).
In particular, recently, the area of the substrate to be processed tends to increase as in the case of processing a glass substrate for a liquid crystal panel. Therefore, a larger installation space is required as the substrate area increases.
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。 Further, since the table weight is heavier than the weight of the substrate, the table translation mechanism that translates the table requires a large driving force, and a driving mechanism that generates a large driving force must be used.
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。In addition, when processing a glass substrate, a semiconductor wafer, or the like into a square shape (the processing direction of the substrate is the x direction and the y direction), it is orthogonal to the x direction after the first processing along the x direction of the substrate. In many cases, the second machining is performed along the y direction. In this case, when processing using an elliptical beam spot, it is necessary to change the direction of the major axis direction of the beam spot by 90 degrees from the x direction of the substrate to the y direction of the substrate. In addition to the drive mechanism, a rotary table mechanism that rotates the substrate is required.
If the rotary table mechanism is mounted on the translational drive mechanism, the table weight will increase further, and a drive mechanism that generates a larger driving force must be used.
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。
According to this, the entire laser optical system (refractive lens, focusing lens group) that shapes the laser light source and the beam shape into an ellipse is provided with a drive mechanism that moves in the scanning direction of the laser beam.
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。 In place of the table translation mechanism, the laser processing apparatus having a translation mechanism for moving the laser light source and the entire laser optical system for shaping the laser beam into an ellipse in the scanning direction can reduce the installation space, and thus is compact. A device configuration can be obtained.
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。However, when processing a glass substrate, a semiconductor wafer, or the like into a square using an elliptical beam spot (the processing direction of the substrate is the x direction and the y direction), the direction of the major axis direction of the beam spot is set to In order to change from the x direction to the y direction of the substrate, some long axis adjustment mechanism for rotating the long axis of the laser beam must be mounted, the laser optical system becomes complicated, and this long axis adjustment mechanism is used as a laser light source. It is necessary to move it with a translation mechanism together with the laser optical system for shaping the ellipse.
In order to avoid this, it is conceivable to provide a table rotation mechanism to rotate the substrate side. When the table rotation mechanism is provided, the installation space is not greatly increased. However, a large driving force for rotating the table rotating mechanism is required.
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。Therefore, the present invention is a laser that can perform processing in two different directions (x direction and y direction) on the substrate with an elliptical laser beam using a fixed table that does not have a translation mechanism and a rotational movement mechanism. An object is to provide a processing apparatus.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus having an apparatus configuration suitable for processing with an elliptical laser beam using a position-fixed table.
It is another object of the present invention to provide a laser processing apparatus that can rotate a substrate without using a table rotating mechanism.
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。 In order to solve the above problems, the laser processing apparatus of the present invention has a substrate mounting surface formed of a porous member, and an adsorption mechanism for adsorbing the substrate via the porous member and the substrate via the porous member. A position-fixed table provided with a levitation mechanism that blasts by blowing a gas, a laser light source, and a laser beam emitted from the laser light source is shaped into a laser beam having an elliptical cross section and guided to the processing surface of the substrate. The laser beam scanning optical system that scans along the long axis direction of the beam spot irradiated on the substrate and the substrate placed on the table are positioned or moved on the side surface of the substrate that has been levitated. A substrate guide mechanism is provided that guides the substrate by a movable contact portion that contacts and moves the substrate side surface in a horizontal direction against the table surface.
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。 According to the laser processing apparatus of the present invention, the position of the table is fixed, and the substrate is placed on the porous member serving as the substrate placement surface of the table. The method for placing the substrate on the table is not particularly limited. For example, a general substrate transport mechanism (for example, a robot arm) may be used. The substrate placed on the table is fixed to the table by operating the suction mechanism. In the laser beam scanning optical system, a laser beam emitted from a laser light source is shaped into a laser beam having an elliptical cross section, guided to a processed surface of the substrate, and along the long axis direction of the elliptical beam spot irradiated on the substrate. Scan the machined surface. The part scanned with the laser is locally heated and processed. Subsequently, when the substrate is translated, rotated, or positioned at a new processing location, the suction mechanism is stopped and the levitation mechanism is operated to lift the substrate. The substrate guiding mechanism contacts the substrate side surface of the substrate with the movable contact portion levitated, and moves (rotates, translates) by pressing the substrate side surface in a horizontal direction with respect to the table surface. As a result, only the substrate is guided to a desired position while the table is fixed. When the desired position is reached, the levitation mechanism is stopped, and the suction mechanism is activated and fixed. Then, laser processing is performed by scanning the laser beam again with the laser scanning optical system.
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。According to the present invention, the table is not provided with a table translation mechanism or a table rotation mechanism, and a table with a fixed position is used, so that a table drive mechanism that requires a large driving force is not required. Further, it is not necessary to move the table, and the installation space can be reduced.
Further, when the substrate is rotated, the substrate can be rotated and positioned by merely bringing the movable contact portion into contact with the side surface of the floating substrate and pressing it with a slight driving force.
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。The present invention can further take the following aspects.
In the above invention, the substrate guiding mechanism may be provided with a plurality of movable contact portions, and the movable contact portions may be arranged so as to sandwich the substrate.
According to this, since the substrate can be guided so as to sandwich the substrate between the plurality of movable contact portions, the floating substrate can be stably moved.
Specifically, when the substrate is square, it is preferable to dispose the movable contact portions at two locations (a pair) in the diagonal direction. When the substrate is circular, it is preferable to arrange two locations in the linear direction across the center, or three locations of 120 degrees each.
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。In this case, each movable abutting portion may be branched at a portion that abuts on the side surface of the substrate and abuts on the substrate at two locations.
According to this, it becomes easy to control the movement of the substrate in the translational direction and the rotation direction by contacting the side surface of the substrate at two adjacent points. In particular, in the case of a square substrate, translational and rotational movement of the rectangular substrate can be easily performed by contacting two adjacent sides across the corner of the substrate.
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。Further, the substrate guiding mechanism may include an arm having a joint portion for freely moving the movable contact portion in a horizontal direction on the table surface.
According to this, the movable contact portion can be freely moved by adjusting the joint portion of the arm, and the position of the substrate can be freely translated and rotated on the table.
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。 The laser beam scanning optical system shapes a laser beam emitted from a laser light source and emits a beam with a parallel beam and an elliptical section, or a beam with a non-parallel beam and an elliptical section, and a beam Adjusting the emission direction of the elliptical beam emitted from the shaping unit and, if this elliptical beam is a non-parallel beam, adjusting to the elliptical beam of the parallel beam and emitting the parallel beam emitted from the optical path adjustment unit A scanning mechanism comprising a scanning axis moving mirror that moves while reflecting an elliptical beam of light and scans an elliptical beam spot on the substrate, and a scanning axis guide mechanism that moves the scanning axis moving mirror along the long axis direction of the beam spot The laser light source and the beam shaping unit are installed independently of the scanning mechanism unit, and the beam shaping unit does not move when scanning the beam spot. Unishi may be.
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。
Here, as long as the beam shaping unit can form and emit a beam having an elliptical cross section, the shaping method is not particularly limited. For example, an elliptical beam may be formed by a method using a well-known lens optical system (a combination of a cylindrical lens, a refractive lens, and a focusing lens) as disclosed in
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。According to this, a board | substrate is mounted on the table which does not have a drive mechanism. The laser beam emitted from the laser light source is incident on the beam shaping unit, shaped into an elliptical laser beam, and emitted to the optical path adjustment unit. The optical path adjustment unit adjusts the emission direction of the elliptical beam and emits it to the subsequent scanning mechanism unit. When the elliptical beam from the beam shaping unit is a parallel beam, the optical path adjustment unit emits the parallel beam as it is to the scanning mechanism unit, and when the elliptical beam from the beam shaping unit is a non-parallel beam, the parallel beam Then, the light is emitted toward the scanning axis moving mirror of the scanning mechanism. Then, the elliptical beam of the parallel light beam is made incident on the scanning axis moving mirror of the scanning mechanism unit. The scanning mechanism unit reflects an elliptical beam of parallel light flux with a scanning axis moving mirror to form an elliptical beam spot on the substrate. Then, the scanning axis moving mirror is moved by the scanning axis guide mechanism toward the long axis direction (also referred to as the scanning axis direction) of the beam spot. At this time, the scanning axis moving mirror moves while reflecting the elliptical beam of the parallel light beam emitted from the optical path adjusting unit. As a result, the elliptical beam spot formed on the substrate moves on the substrate following the movement of the scanning axis moving mirror. Since the elliptical beam incident on the scanning axis moving mirror is a parallel beam, a beam spot having the same shape and the same direction is formed on the substrate regardless of the position of the scanning axis moving mirror. In this way, the laser light source and the beam shaping unit are installed separately from the scanning mechanism unit, and only the scanning axis moving mirror moves when scanning the beam spot.
According to the present invention, since the beam spot is scanned by moving only the movable mirror, a small driving force is sufficient, the driving mechanism can be reduced, and high-speed movement is facilitated.
Furthermore, since the laser beam reflected by the moving mirror is an elliptical beam of parallel light flux, a beam spot of the same shape and size can be obtained wherever the moving mirror is moved by the scanning axis guide mechanism. Can be irradiated onto the substrate.
In addition, since the beam spot is incident on the substrate as a parallel light beam, the beam spot formed on the substrate surface has the same shape and the same size regardless of the thickness of the substrate. There is no need to adjust the position in the height direction.
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。In this case, the scanning mechanism unit further feeds a feed axis moving mirror that moves in a direction perpendicular to the long axis direction of the beam spot (also referred to as a feed axis direction) and the feed axis moving mirror perpendicular to the long axis direction of the beam spot. A feed axis guide mechanism that moves along the direction is provided, and the elliptical beam of the parallel light beam emitted from the optical path adjustment unit is reflected in the order of the feed axis moving mirror and the scanning axis moving mirror to form a beam spot on the substrate. May be.
According to this, it becomes possible to move the beam spot in the long axis direction (scanning axis direction) by the scanning axis moving mirror and to move in the direction orthogonal to this (feeding axis direction). Therefore, laser processing can be performed at an arbitrary position in the feed axis direction. In addition, after the first laser processing is performed by scanning the scanning axis moving mirror, the first laser processing is performed by moving the feed axis moving mirror and then performing the second laser processing by scanning the scanning axis moving mirror. A second laser processing line parallel to the processing line can be formed. Furthermore, by alternately repeating the scanning of the scanning axis moving mirror and the movement of the feeding axis moving mirror, parallel laser processing lines can be formed one after another.
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。The scanning axis guide mechanism includes a scanning axis guide rail for guiding the scanning axis moving mirror to move in the long axis direction of the beam spot, and a guide for moving the feed axis moving mirror in a direction perpendicular to the long axis direction of the beam spot. The scanning shaft guide rail may be connected to the feed shaft moving mirror so as to move integrally therewith.
According to this, the direction of reflection from the feed axis moving mirror to the scanning axis moving mirror is always constant, and the optical axis adjustment becomes easy.
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。The beam shaping unit includes a beam deformation unit including a pair of paraboloidal mirrors arranged so as to form a confocal point with each other, and one of the paraboloidal mirrors reduces the laser beam in one direction. Or, it is emitted to the other parabolic mirror while expanding, and the other parabolic mirror emits the incident laser beam as an elliptical laser beam having a short axis width or a long axis width. May be.
According to this, since the elliptical beam emitted from the beam shaping unit can be made into a parallel light beam, it is not necessary to adjust it to a parallel light beam by a subsequent optical path adjustment unit, and adjustment work for making a parallel light beam is easy. Become. Furthermore, the optical path adjustment unit only needs to adjust the emission direction using a plane mirror, and the elliptical beam can be guided to the scanning mechanism unit with a parallel light beam.
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。Also, two beam deformation units are provided, and one beam deformation unit is formed with a short axis formed by a pair of a first parabolic mirror and a second parabolic mirror arranged so as to form a first confocal point with each other. A beam deforming unit for forming a long axis composed of a pair of a third parabolic mirror and a fourth parabolic mirror arranged so as to form a second confocal with each other. A beam deformation unit is formed, and the short axis forming beam deformation unit is directed toward the second parabolic mirror while the first parabolic mirror reduces the laser beam emitted from the laser light source in the first direction. The second parabolic mirror shapes the incident laser beam into an elliptical laser beam of a parallel light flux with a short axis width, and emits the laser beam toward the long axis forming beam deformation unit. The forming beam deformation unit has a third parabolic mirror and a second parabolic mirror. The laser beam emitted from the mirror is emitted toward the fourth parabolic mirror while being expanded in a second direction orthogonal to the first direction, and the fourth parabolic mirror emits the incident laser beam. Alternatively, the light beam may be shaped into an elliptical beam of a parallel light beam having a short axis width and a long axis width determined.
According to this, the elliptical beam emitted from the beam shaping unit can be made into a parallel light flux, and the major axis width and the minor axis width can be adjusted independently. Further, it is not necessary to adjust the parallel light beam in the optical path adjustment unit in the subsequent stage, and the optical path adjustment unit can guide the elliptical beam to the scanning mechanism unit at the parallel light velocity only by adjusting the emission direction using a plane mirror.
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。In addition, multiple sets of parabolic mirrors with different optical constants are prepared for the beam deformation unit. When changing the cross-sectional shape of the elliptical beam of the parallel light beam that is emitted, the beam deformation unit is replaced for each pair of parabolic mirrors. You may make it do.
According to this, by exchanging the pair of paraboloid mirrors as a set, the cross-sectional shape of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit can be changed and emitted as a parallel light beam.
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。In addition, the beam deformation unit is configured such that one of the paired parabolic mirrors is a fixed focus parabolic mirror whose mounting position is fixed, and the other parabolic mirror is a movable variable focus parabolic mirror. When the movable parabolic mirror is moved, the focal point may be changed at the same time to form a confocal point with the fixed parabolic mirror.
According to this, the shape of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit can be changed by changing the mounting position of the movable parabolic mirror, and the focal point is simultaneously changed when the shape of the elliptical beam is changed. Can be emitted as a parallel light beam by forming a confocal point with a fixed focus parabolic mirror.
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。The variable-focus parabolic mirror includes a flexible parabolic mirror body that reflects a laser beam, a fixed spindle that supports one end of the parabolic mirror body and is fixed to a pedestal, and a parabolic mirror body. A movable support shaft that supports the other end of the fixed support shaft and that can be translated and rotated in a plane direction orthogonal to the axial direction of the fixed support shaft, and a translation drive mechanism and a rotation drive mechanism that drive the movable support shaft. It may be.
According to this, the focal point can be changed by operating the translational drive mechanism and the rotational drive mechanism that drive the movable support shaft to change the shape of the reflecting surface of the parabolic mirror.
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。 The optical path adjustment unit of the laser beam scanning optical system is a first elliptical beam in which the major axis direction of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit is directed to the first direction, and the major axis direction of the elliptical beam is orthogonal to the first direction. A long-axis direction switching unit that selectively emits one of the second elliptical beams directed in the second direction, and the scanning mechanism of the laser beam scanning optical system includes a first beam emitted from the long-axis direction switching unit. Based on the elliptical beam or the second elliptical beam, the first elliptical beam spot or the first elliptical beam spot is formed on the substrate to form a second elliptical beam spot whose major axis direction is orthogonal to the first elliptical beam spot. The beam spot on the substrate may be moved along two directions of the major axis direction of the elliptical spot or the second elliptical spot.
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。According to the laser processing apparatus of the present invention, the elliptical beam shaped by the beam shaping unit is emitted toward the long axis direction switching unit. The major axis direction switching unit emits a first elliptical beam in which the major axis direction of the elliptical beam of the parallel light beam incident from the beam shaping unit is directed to the first direction, or a second direction orthogonal to the first direction. A second elliptical beam directed toward is emitted. Then, based on the first elliptical beam or the second elliptical beam emitted from the long axis direction switching unit, the first elliptical beam spot on the substrate, or the first beam spot whose first axis is orthogonal to the long axis direction. Two elliptical beam spots are formed.
Then, the scanning mechanism section is based on the first elliptic beam or the second elliptic beam emitted from the major axis direction switching section, and the first elliptic beam spot or the first beam spot on the substrate is the major axis direction. Are formed, and the beam spot on the substrate is moved along the long axis direction of the first elliptical spot or the long axis direction of the second elliptical spot. In this way, laser processing is performed in two orthogonal directions without rotating the table.
According to this, it is possible to perform processing in two directions orthogonal to each other with an elliptical beam spot without using a table rotating mechanism.
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。The major axis direction switching unit includes a first optical path in which an optical element is arranged so that the major axis direction of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit faces the first direction, and the major axis direction of the elliptical beam is the first direction. A second optical path in which an optical element is arranged so as to be directed in a second direction orthogonal to the optical path, and an optical path switching mechanism that selects the traveling direction of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit as either the first optical path or the second optical path; You may make it consist of.
According to this, the elliptical beam emitted from the beam shaping unit is selectively passed through either the first optical path or the second optical path by the optical path switching mechanism, and the elliptical beam is obtained by the optical element provided in each optical path. Can emit an elliptical beam whose major axis direction is directed to either the first direction or the second direction perpendicular thereto.
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。The optical path switching mechanism may be a movable mirror that is disposed on the optical path and switches the reflection direction. Here, the structure of the movable mirror is not particularly limited. For example, the reflection direction may be switched by rotating a mirror around the support shaft. Further, a movable mirror to be taken in and out of the optical path may be attached, and the mirror may be switched depending on the reflection direction when it is put on the optical path and the traveling direction when it is removed from the optical path.
According to this, the major axis direction of the elliptical beam can be easily switched by the operation of switching the optical path of the reflected light by the movable mirror.
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。The long axis direction switching unit includes an optical path matching mechanism in which the first optical path and the second optical path intersect on the emission side, and the first optical path and the second optical path are oriented in the same direction at the intersection region. The matching mechanism may selectively emit either the first elliptical beam that has passed through the first optical path or the second elliptical beam that has passed through the second optical path.
According to this, the first ellipse beam and the second ellipse beam emitted from the long axis direction switching unit are emitted to the subsequent laser optical system through one optical path, so that the laser optical system and the subsequent parts are configured by a common optical path. can do.
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。Further, the optical path matching mechanism may be composed of a movable mirror that is inserted into and removed from the intersecting region.
According to this, it is easy to selectively guide the first elliptical beam and the second elliptical beam to the optical path laser optical system by inserting and removing the movable mirror.
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。Further, the optical elements arranged in the first optical path and the second optical path may be composed of a plane mirror group.
Since the elliptical beam passing through the first optical path and the second optical path is a parallel light flux, two elliptical beams whose major axis directions are orthogonal to each other can be easily formed by bending a plurality of times with a plane mirror.
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。Further, two trigger mechanisms may be provided independently in which the cutting edge is directed in the major axis direction of the first beam spot and the major axis direction of the second beam spot, and an initial crack is formed in each direction.
According to this, an initial crack can be formed in two directions orthogonal to each other, and processing can be advanced in each direction from the initial crack in two directions.
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。In addition, the beam shaping unit may emit a plurality of small-diameter parallel light beams emitted from a plurality of laser light sources so that the column direction is substantially in the major axis direction by arranging them in parallel and in series.
According to this, the optical system for shaping the elliptical beam of the parallel light beam can be simplified.
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DESCRIPTION OF
46
72f Small table (for Y movement)
72g small table (for rotation)
73 U2
M7, M8 Planar moving mirror (laser beam optical system)
M11 Planar movable mirror (optical path switching mechanism)
M12, M13 Plane mirror (first optical path)
M14, M15 Plane mirror (second optical path)
M16 Planar movable mirror (optical path matching mechanism)
F 12 , F 34 confocal
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings mainly using a laser scribing apparatus for processing a glass substrate as an example. Note that the laser scribing apparatus of this embodiment can be used as it is as a laser ablation apparatus as long as the laser irradiation conditions are adjusted.
[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。[Embodiment 1]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a laser processing apparatus LM1 according to an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus LM1 mainly includes a
(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。(Laser light source)
A CO 2 laser is used for the
(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。(Laser scanning optical system)
The laser scanning
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。
The
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。FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration example of the
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。 The traveling direction of the laser beam from the first parabolic mirror (concave surface) M1 to the second parabolic mirror (convex surface) M2 is the XY plane direction, and the laser beam reflected by the second parabolic mirror M2 is the first one. The four parabolic mirrors M3 are directed so that the traveling direction of the laser beam from the third parabolic mirror (convex surface) M3 toward the fourth parabolic mirror (concave surface) M4 is the XZ plane. An object mirror is arranged in three dimensions.
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。With such an arrangement, the first parabolic mirror M1 reflects the original beam L0 (see FIG. 2B) having a circular cross section traveling in the X direction in the XY plane direction. At that time, the beam width in the Z direction remains the same, and the beam width in the Y direction travels while converging, and enters the second parabolic mirror M2. The second parabolic mirror M2, by are arranged so that the confocal F 12, when reflecting the laser beam focused in the Y direction, becomes again parallel beam L1 (see FIG. 2 (c)) , Proceeds toward the X direction. The beam width in the Z direction of the parallel beam L1 remains the original beam L0, and becomes a laser beam having an elliptical cross section in which the beam width in the Y direction is reduced.
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。 Further, when the parallel beam L1 travels and is reflected by the third parabolic mirror M3, the beam width in the Y direction remains unchanged, and the beam width travels in the XZ plane while expanding the beam width in the X direction. It enters the fourth parabolic mirror M4.
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。Fourth parabolic mirror M4, by are arranged so that the confocal F 34, when reflecting the laser beam to expand in the X direction, is again collimated beam L2 (see FIG. 2 (d)) , Proceeds toward the X direction. The beam width in the Z direction of the parallel beam L2 is larger than that of the original beam L0, and the beam width in the Y direction is a laser beam having a long major axis elliptical cross-section reduced in comparison with the original beam.
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。
Then, the parallel beam L2 having an elliptical cross-sectional shape shaped by the
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。 In this case, the optical constant of the parabolic mirror is adjusted for each first beam deformation unit (first parabolic mirror M1, second parabolic mirror M2) or second beam deformation unit U2 (third parabolic mirror M2). The parabolic mirror M3 and the fourth parabolic mirror M4) are exchanged, and when they are exchanged, a parallel beam is emitted so as to maintain a confocal relationship for each unit. For this reason, it is preferable to prepare a plurality of pairs of paraboloid mirrors to be confocal in advance.
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。
If the pair of paraboloid mirrors forming the unit does not form a confocal point, the optical
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。
In the
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。
Next, the optical
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。
Further, in the optical
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。Next, the
In order to stabilize the
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。For convenience, the position of the
The plane mirror M8 bends the parallel beam L5 to form a beam spot BS on the substrate G. At this time, the parallel beam L5 travels in the X direction, and the plane mirror M8 also moves in the X direction along the
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。Then, by moving the plane mirror M8 in the X direction, the elliptical beam spot BS is scanned in the X direction with the long axis directed in the X direction.
When a plurality of scans are performed in parallel along the X direction, the movement in the Y direction by the plane mirror M7 and the movement (scanning) in the X direction by the plane mirror M8 are alternately performed.
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。
In the
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。
Next, adjustment of the beam spot BS by the
(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。(table)
Next, the table 40 will be described. FIG. 4 is a view showing a cross-sectional structure of the table 40. The table 40 is made of a porous member, and is in close contact with the
Among these, the hollow space 42 a, the
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。In the table 40, the hollow space 42 a is decompressed by starting the
On the other hand, with the substrate G placed on the
(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。(Substrate guidance mechanism)
Next, the board |
Each of the
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。
Therefore, when it is desired to move the substrate G in the X direction, the Y direction, or to rotate it, the air source 47 (FIG. 4) is actuated to float the substrate G, so that the substrate G is brought into contact with the
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。
In the case of the substrate G on which the alignment mark is formed, the alignment mark is photographed using the
(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。(Trigger mechanism)
Next, the trigger mechanism for initial crack formation will be described. Whether or not the trigger mechanism is attached is arbitrary, and when the trigger mechanism is not attached, for example, laser ablation processing can be used instead.
As shown in FIG. 1, the
When forming the initial crack TR, the articulated
(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。(Control system)
Subsequently, a control system of the laser processing apparatus LM1 will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a control system of the laser processing apparatus LM1. The laser processing apparatus LM1 includes a suction / levitation
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。
The
(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。(Operation example)
Next, a typical processing operation example by the laser processing apparatus LM1 will be described. Here, the case where the fixed glass substrate G in which the alignment mark was engraved is scribed in the first direction and the second direction orthogonal to each other will be described. For convenience of explanation, the first direction is the x direction of the glass substrate, the second direction is the y direction of the glass substrate, and when the alignment mark is used for positioning, the x direction matches the X direction of the laser scanning optical system. To do.
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。
When the glass substrate G is placed on the table 40, first, the substrate G is positioned using the
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。Subsequently, the
At this time, since the laser beam emitted from the optical
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。When the scribing process of the glass substrate in the x direction is finished, the suction mechanism is stopped, and the floating mechanism is operated to lift the substrate G. Subsequently, the
With the above operation, scribing in the x direction and the y direction is completed on the glass substrate G.
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。In this apparatus, since the position of the table 40 is fixed and it is not necessary to move the table 40, the installation space of the apparatus is only an area occupied by the table 40 and an area such as the
As for the driving mechanism, the
[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。[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an overall configuration diagram of the laser processing apparatus LM2 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a block diagram showing a control system of the laser processing apparatus LM2. Parts that are the same as those described in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted. The laser processing apparatus LM2 uses laser processing in that a variable-focus parabolic mirror is movably attached, and a
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。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the
The
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。The first parabolic mirror (concave surface) M1 has a fixed position and a constant focal point. The second parabolic mirror (convex surface) M2 is provided with a
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。10A and 10B are diagrams showing the configuration of the second parabolic mirror M2 having the
When the position of the second parabolic mirror M2 is moved with respect to the first parabolic mirror M1, the parabolic shape is adjusted according to the amount of movement, and the two parabolic mirrors M1 and M2 are adjusted. , adjusted to be confocal F 12 to each other.
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。Next, the third parabolic mirror M3 and the fourth parabolic mirror M4 will be described. The third parabolic mirror M3 has a constant focal point. And the third parabolic mirror (convex) M3 and fourth parabolic mirror (concave) M4, to match the focal point of each other, are arranged so that the confocal F 34. These constitute the second beam deformation unit U2. The beam deformation unit U2 is provided with a
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。 The traveling direction of the laser beam from the first parabolic mirror (concave surface) M1 to the second parabolic mirror (convex surface) M2 is the XY plane direction, and the laser beam reflected by the second parabolic mirror M2 is the first one. The four parabolic mirrors M3 are directed so that the traveling direction of the laser beam from the third parabolic mirror (convex surface) M3 toward the fourth parabolic mirror (concave surface) M4 is the XZ plane. An object mirror is arranged in three dimensions.
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。With such an arrangement, the first parabolic mirror M1 reflects the original beam L0 (see FIG. 9B) having a circular cross section traveling in the X direction in the XY plane direction. At that time, the beam width in the Z direction remains the same, and the beam width in the Y direction travels while converging, and enters the second parabolic mirror M2. Second parabolic mirror M2, by are arranged so that the confocal F 12, when reflecting the laser beam focused in the Y direction, becomes again parallel beam L1 (see FIG. 9 (c)) , Proceeds toward the X direction. The beam width in the Z direction of the parallel beam L1 remains the original beam L0, and becomes a laser beam having an elliptical cross section in which the beam width in the Y direction is reduced.
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。 Further, when the parallel beam L1 travels and is reflected by the third parabolic mirror M3, the beam width in the Y direction remains unchanged, and the beam width travels in the XZ plane while expanding the beam width in the X direction. It enters the fourth parabolic mirror M4.
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。Fourth parabolic mirror M4, by are arranged so that the confocal F 34, when reflecting the laser beam to expand in the X direction, is again collimated beam L2 (see FIG. 9 (d)) , Proceeds toward the X direction.
As a result, the beam width in the Z direction of the parallel beam L2 is expanded from the original beam L0 by the beam deforming unit U2, and the beam width in the Y direction is reduced by the beam deforming unit U1 from the original beam. The laser beam has a cross section.
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。Then, the parallel beam L2 having an elliptical cross-sectional shape shaped by the
As described above, according to the laser processing apparatus LM2, instead of preparing a replacement parabolic mirror set, a variable focus parabolic mirror is used, so that the beam shape is changed in a relatively wide range. be able to.
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。FIGS. 11 to 13 are diagrams showing the shapes of laser beams emitted when the position and focus are changed for each of the second parabolic mirror M2 and the fourth parabolic mirror M4.
By adjusting the position and focus of the second parabolic mirror M2, the width in the Y direction changes so as to be reduced. Further, by adjusting the position and focus of the fourth parabolic mirror M4, the width in the Z direction is changed so as to be enlarged.
[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。
[Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is an overall configuration diagram of a laser processing apparatus LM3 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a block diagram showing a control system of the laser processing apparatus LM3. Parts that are the same as those described in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
In particular, the
In the laser processing apparatus LM3, the long-axis
(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。(Laser scanning optical system)
The laser scanning
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。
The optical
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。
FIG. 16 is a perspective view illustrating a configuration of the long axis
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。The long-axis
The plane mirror M16 is moved in the Y-axis direction by the
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。
When the plane mirror M11 is in the first position, the elliptical beam L2 traveling in the X direction from the
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。
When the plane mirror M11 is in the second position, the elliptical beam L2 traveling in the X direction from the
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。
The elliptical beam that has passed through the first optical path and the elliptical beam that has passed through the second optical path have the same cross-sectional shape and are shifted by 90 degrees in the major axis direction. Therefore, by selecting the optical path in the optical
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。
Further, as shown in FIG. 14, the major axis
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。
Next, the
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。
For convenience, the position of the
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。
The plane mirror M8 reflects the parallel beam L5 and forms a beam spot BS on the substrate G. At this time, the parallel beam L5 travels in the -X direction. Since the plane mirror M8 moves in the X direction along the
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。
The major axis direction of the beam spot formed on the substrate faces the Y direction when the major axis
(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。(Trigger mechanism)
Since the
In the present embodiment, in addition to the
(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。(Control system)
Subsequently, a control system of the laser processing apparatus LM3 will be described. FIG. 15 is a block diagram showing a control system of the laser processing apparatus LM3. The laser processing apparatus LM1 includes a suction / levitation
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。
The
(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。(Operation example)
Next, a typical processing operation example by the laser processing apparatus LM3 will be described. Here, the case where the fixed glass substrate G in which the alignment mark was engraved is scribed in the first direction and the second direction orthogonal to each other will be described. For convenience of explanation, the first direction is the x direction of the glass substrate, the second direction is the y direction of the glass substrate, and when the alignment mark is used for positioning, the x direction matches the X direction of the laser scanning optical system. To do.
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。
When the glass substrate G is placed on the table 40, first, the substrate G is positioned using the
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。
Subsequently, the
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。When the scribing process in the x direction of the glass substrate is finished, the long axis
With the above operation, scribing in the x direction and the y direction is completed on the glass substrate G.
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。Therefore, in this apparatus, there is no drive mechanism for rotating and moving the table 40, and no drive mechanism having a large driving force is required at all.
Further, the installation space for the apparatus is only an area occupied by the table 40 and an area such as the
Further, the scribe in the x direction and the scribe in the y direction can be continuously performed without moving the substrate.
(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。(Modified embodiment)
In the third embodiment, a circular beam (original beam) emitted from one
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。FIG. 19 is a perspective view showing an optical path of an elliptical beam in a modified embodiment of the laser processing apparatus LM3 that irradiates two small-diameter circular beams emitted from two
For convenience, when a circular beam from the
In this embodiment, the optical system for shaping the elliptical beam of parallel light can be simplified.
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。 The present invention can be used for a laser processing apparatus in which scribing or ablation processing is performed by laser irradiation.
Claims (20)
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。A fixed table in which a substrate mounting surface is formed of a porous member, and is provided with an adsorption mechanism for adsorbing the substrate through the porous member and a levitation mechanism for blowing gas to the substrate through the porous member When,
A laser light source;
Laser beam scanning optical system that shapes the laser beam emitted from the laser light source into an elliptical laser beam, guides it to the processed surface of the substrate, and scans along the long axis direction of the elliptical beam spot irradiated on the substrate When,
When positioning or moving a substrate placed on the table, the substrate is guided by a movable contact portion that contacts the side surface of the substrate that has been levitated and moves the substrate side surface in a horizontal direction against the table surface. A laser processing apparatus comprising: a substrate guiding mechanism for performing the operation.
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。The laser beam scanning optical system shapes a laser beam emitted from a laser light source and emits a parallel beam with an elliptical section, or a non-parallel beam with an elliptical section.
An optical path adjustment unit that adjusts the emission direction of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit and adjusts and emits the elliptical beam of the parallel light beam when the elliptical beam is a non-parallel light beam,
A scanning axis moving mirror that moves while reflecting the elliptical beam of the parallel light beam emitted from the optical path adjusting unit and scans the elliptical beam spot on the substrate, and moves the scanning axis moving mirror along the long axis direction of the beam spot A scanning mechanism unit comprising a scanning axis guide mechanism,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light source and the beam shaping unit are installed independently of the scanning mechanism unit so that the beam shaping unit does not move when scanning the beam spot.
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。The beam shaping unit includes a beam deformation unit composed of a pair of parabolic mirrors arranged so as to form a confocal point with each other,
The beam deforming unit emits the laser beam to the other parabolic mirror while one parabolic mirror reduces or expands the laser beam in one direction. 6. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser beam is emitted as an elliptical laser beam of parallel light beams having a defined axial width.
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。Two beam deformation units are provided, one beam deformation unit for forming a short axis composed of a pair of a first parabolic mirror and a second parabolic mirror arranged so as to form a first confocal point with each other. A beam deforming unit is formed, and the other beam deforming unit is formed with a pair of a third parabolic mirror and a fourth parabolic mirror arranged so as to form a second confocal with each other. Make a unit,
The short-axis forming beam deforming unit emits the second parabolic mirror to the second parabolic mirror while the first parabolic mirror reduces the laser beam emitted from the laser light source in the first direction. The object mirror shapes the incident laser beam into an elliptical laser beam of a parallel beam with a short axis width and emits it toward a beam deforming unit for forming a long axis,
The long axis forming beam deforming unit is configured such that the fourth parabolic mirror expands the laser beam emitted from the second parabolic mirror in a second direction orthogonal to the first direction while performing a fourth beam. The fourth parabolic mirror emits an incident laser beam after shaping the laser beam into an elliptical beam of a parallel light beam having a short axis width and a long axis width determined. The laser processing apparatus as described.
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。The beam deforming unit has one of the paired parabolic mirrors as a fixed focus parabolic mirror whose mounting position is fixed, and the other parabolic mirror as a movable variable focus parabolic mirror,
9. The laser processing apparatus according to claim 8, wherein when the movable parabolic mirror is moved, the focal point is simultaneously changed to form a confocal point with the fixed parabolic mirror.
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。The optical path adjustment unit of the laser beam scanning optical system further includes a first elliptical beam in which the major axis direction of the elliptical beam emitted from the beam shaping unit is directed to the first direction, and the major axis direction of the elliptical beam is orthogonal to the first direction. A long axis direction switching unit that selectively emits one of the second elliptical beams directed in the second direction;
Based on the first elliptical beam or the second elliptical beam emitted from the major axis direction switching unit, the scanning mechanism unit has a major axis direction orthogonal to the first elliptical beam spot or the first beam spot on the substrate. 7. The laser processing according to claim 6, wherein a second elliptical beam spot is formed, and the beam spot on the substrate is moved along two major axis directions of the first elliptical spot or the second elliptical spot. apparatus.
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