JP2014161899A - Laser working device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus.
ガラスなどの基板を分断するためにレーザ加工装置が用いられる。レーザ加工装置は、基板の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して基板にスクライブ溝を形成する。その後、分断装置がスクライブ溝に沿って基板を分断する。 A laser processing apparatus is used to cut a substrate such as glass. A laser processing apparatus irradiates a laser beam along the dividing line of a board | substrate, and forms a scribe groove | channel on a board | substrate. Thereafter, the cutting device cuts the substrate along the scribe grooves.
レーザ加工装置は一般的にレーザ発振器、上レンズ、及び下レンズを備え、基板に照射されるレーザ光は走査方向に沿って所定長さを有する。この基板に照射されるレーザ光の強度は、所定長さに亘って均一とすることが好ましく、例えば特殊加工された下レンズを用いることでレーザ光の強度を所定長さに亘って均一にすることができる。なお、所定長さに亘って強度が均一なレーザ光は、一般的にトップハットビームと称される。 A laser processing apparatus generally includes a laser oscillator, an upper lens, and a lower lens, and a laser beam applied to the substrate has a predetermined length along the scanning direction. The intensity of the laser beam irradiated on the substrate is preferably uniform over a predetermined length. For example, the intensity of the laser beam is uniform over a predetermined length by using a specially processed lower lens. be able to. A laser beam having a uniform intensity over a predetermined length is generally called a top hat beam.
しかしながら、上述したように特殊加工された下レンズを用いてトップハットビームを形成する場合、以下の問題が生ずる。例えば、トップハットビームの長さを変更するために下レンズを上方又は下方に移動させると、長さ方向の両端部の強度が不均一となりトップハットビームでなくなる。 However, when the top hat beam is formed using the lower lens specially processed as described above, the following problems occur. For example, if the lower lens is moved upward or downward in order to change the length of the top hat beam, the intensity at both ends in the length direction becomes non-uniform and the top hat beam is not produced.
そこで、例えば特許文献1には、ポリゴンミラーを用いるとともに、ポリゴンミラーの回転位相情報に基づきレーザ光の出力タイミングを制御することで、長軸方向のレーザビームの強度ムラを抑制することが開示されている。 Therefore, for example, Patent Document 1 discloses that a polygon mirror is used and laser beam output timing is controlled based on rotational phase information of the polygon mirror, thereby suppressing unevenness in the intensity of the laser beam in the long axis direction. ing.
ポリゴンミラーの回転は一般的に非常に高速であり、上述した特許文献1のレーザ加工装置のようにポリゴンミラーの回転位相情報に基づき種々の制御を行うことは非常に困難である。 The rotation of the polygon mirror is generally very high speed, and it is very difficult to perform various controls based on the rotation phase information of the polygon mirror as in the laser processing apparatus of Patent Document 1 described above.
本発明の課題は、複雑な制御をすることなく、概ね均一な強度のレーザ光を基板に照射することにある。 An object of the present invention is to irradiate a substrate with laser light having a substantially uniform intensity without complicated control.
(1)本発明のある側面に係るレーザ加工装置は、基板の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、走査部材と、遮蔽部材とを備える。レーザ発振器は、レーザ光を出力する。走査部材は、レーザ発振器からのレーザ光を基板に向けて反射し、レーザ光を分断予定ラインに沿って所定長さに亘って繰り返し走査するよう駆動される。遮蔽部材は、走査部材によって反射されたレーザ光のうち、所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽する。 (1) A laser processing apparatus according to an aspect of the present invention is a laser processing apparatus that irradiates a laser beam along a line to be cut of a substrate, and includes a laser oscillator, a scanning member, and a shielding member. The laser oscillator outputs laser light. The scanning member is driven so as to reflect the laser beam from the laser oscillator toward the substrate and to repeatedly scan the laser beam over a predetermined length along a line to be divided. The shielding member shields laser light corresponding to both end portions of a predetermined length among the laser light reflected by the scanning member.
この構成によれば、レーザ光は、走査部材によって、所定長さに亘って繰り返し走査される。この所定長さに亘って繰り返し走査されるレーザ光のうち、所定長さの両端部に対応するレーザ光は、他の部分に対応するレーザ光と比べて強度が高くなったり低くなったりと強度が不均一となる傾向にある。これに対して上述したレーザ加工装置は、所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽部材によって遮蔽する。このため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光を基板に照射することができる。 According to this configuration, the laser beam is repeatedly scanned over a predetermined length by the scanning member. Of the laser light repeatedly scanned over this predetermined length, the intensity of the laser light corresponding to both ends of the predetermined length is higher or lower than the laser light corresponding to the other portions. Tends to be non-uniform. On the other hand, the laser processing apparatus mentioned above shields the laser beam corresponding to the both ends of a predetermined length with a shielding member. For this reason, it is possible to irradiate the substrate with laser light having a substantially uniform intensity without performing complicated control.
(2)走査部材は、回転駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するポリゴンミラーであってもよい。 (2) The scanning member may be a polygon mirror that repeatedly scans the laser beam by being driven to rotate.
ポリゴンミラーは、複数のミラー面を有し、回転しながらレーザ光を基板に向けて反射するため、レーザ光を所定長さに亘って繰り返し走査することができる。このポリゴンミラーは、隣接するミラー面の境界部において、レーザ光を分割して反射してしまう。このため、ポリゴンミラーの境界部で反射されるレーザ光の強度が低くなる。なお、このポリゴンミラーの境界部で反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射することができる。 Since the polygon mirror has a plurality of mirror surfaces and reflects the laser beam toward the substrate while rotating, the laser beam can be repeatedly scanned over a predetermined length. This polygon mirror divides and reflects the laser light at the boundary between adjacent mirror surfaces. For this reason, the intensity of the laser beam reflected at the boundary of the polygon mirror is lowered. The laser beam reflected at the boundary of the polygon mirror corresponds to both end portions of a predetermined length. On the other hand, since the shielding member shields the laser beam corresponding to both ends of the predetermined length, the substrate can be irradiated with only the laser beam having a substantially uniform intensity without performing complicated control. .
(3)走査部材は、分断予定ラインに沿って往復駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するミラーであってもよい。 (3) The scanning member may be a mirror that repeatedly scans the laser beam by being reciprocally driven along a planned dividing line.
往復駆動されるミラーは、往復の折り返し点において速度がゼロになる。このため、この折り返し点で反射されるレーザ光は、他の位置で反射されるレーザ光に比べて、長い時間基板に照射されることとなる。すなわち、折り返し点で反射されるレーザ光の強度は、他の点で反射されるレーザ光の強度よりも高くなる。なお、この折り返し点で反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射することができる。 The reciprocating mirror has a velocity of zero at the reciprocal turning point. For this reason, the laser beam reflected at this turning point is irradiated on the substrate for a longer time than the laser beam reflected at other positions. That is, the intensity of the laser light reflected at the turn-back point is higher than the intensity of the laser light reflected at other points. The laser beam reflected at the turning point corresponds to both end portions of a predetermined length. On the other hand, since the shielding member shields the laser beam corresponding to both ends of the predetermined length, the substrate can be irradiated with only the laser beam having a substantially uniform intensity without performing complicated control. .
(4)走査部材は、レーザ光の反射角を変更するよう繰り返し揺動駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するミラーであってもよい。 (4) The scanning member may be a mirror that repeatedly scans the laser light by being repeatedly driven to swing so as to change the reflection angle of the laser light.
繰り返し揺動駆動されるミラーは、水平方向に対してなす角度である揺動角度が最大及び最小となるとき揺動速度がゼロになる。このため、最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光は、他の揺動角度のときに反射されるレーザ光に比べて長い時間基板に照射されることになる。すなわち、最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光の強度は、他の揺動角度のときに反射されるレーザ光の強度よりも高い。なお、この最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射する。 The mirror that is repeatedly driven to swing has a swing speed of zero when the swing angle, which is an angle formed with respect to the horizontal direction, is maximum and minimum. For this reason, the laser beam reflected at the maximum and minimum swing angles is irradiated on the substrate for a longer time than the laser beam reflected at other swing angles. That is, the intensity of the laser beam reflected at the maximum and minimum oscillation angles is higher than the intensity of the laser beam reflected at other oscillation angles. The laser beam reflected at the maximum and minimum swing angles corresponds to both end portions of a predetermined length. On the other hand, since the shielding member shields the laser light corresponding to both ends of the predetermined length, the substrate is irradiated with only the laser light having a substantially uniform intensity without performing complicated control.
本発明によれば、複雑な制御をすることなく、概ね均一な強度のレーザ光を基板に照射することができる。 According to the present invention, it is possible to irradiate a substrate with laser light having a substantially uniform intensity without complicated control.
以下、本発明に係るレーザ加工装置10の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、レーザ加工装置10の概略構成図である。
Hereinafter, an embodiment of a
(レーザ加工装置の構成)
図1に示すように、レーザ加工装置10は、テーブル1、レーザ発振器2、レンズ3、ミラー4、及びポリゴンミラー(走査部材の一例)5を備える。レンズ3、ミラー4、及びポリゴンミラー5は、カバー6内に収容される。
(Configuration of laser processing equipment)
As shown in FIG. 1, the
テーブル1は、加工対象のガラス基板Gが載置される部材である。テーブル1がX,Y平面上で移動するよう、テーブル駆動機構(図示省略)が設けられる。なお、ガラス基板Gは、分断予定ラインがX方向を向くようにテーブル1上に載置される。またX方向は図1の左右方向を示し、Y方向は図1の紙面垂直方向を示す。 The table 1 is a member on which a glass substrate G to be processed is placed. A table driving mechanism (not shown) is provided so that the table 1 moves on the X and Y planes. In addition, the glass substrate G is mounted on the table 1 so that the division | segmentation planned line may face the X direction. The X direction indicates the left-right direction in FIG. 1, and the Y direction indicates the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
レーザ発振器2は、レーザ光を出力する装置であり、例えばCO2レーザ(炭酸ガスレーザ)を出力する。レーザ発振器2は、レーザ光としてガウシアンビームを出力する。すなわち、レーザ発振器2から出力されるレーザ光の強度は、ガウス分布を示す。レーザ発振器2は、支持フレーム(図示省略)などによってテーブル1の上方に支持される。
The
レーザ発振器2の下方にはレンズ3が設置される。レンズ3は、球面平凸レンズであり、レーザ発振器2から出力されるレーザ光を集光する。また、レンズ3は、上下方向に移動することでレーザ光の幅(Y方向の長さ)を変更することができる。なお、レンズ3を上下方向に移動するための移動機構3aが設けられる。移動機構3aは、例えばモータなどを駆動源としてレンズ3を昇降させる。
A
レンズ3の下方にはミラー4が設置される。ミラー4は、レーザ発振器2から出力されレンズ3によって集光されたレーザ光を反射してポリゴンミラー5に導くための部材である。なお、ミラー4を上下方向に移動するための移動機構4aが設けられる。移動機構4aは、例えばモータなどを駆動源としてミラー4を昇降させる。
A
ポリゴンミラー5は、多角形状であり、複数(例えば6つ)のミラー面5aを有する。ポリゴンミラー5は、ミラー4からのレーザ光を反射してガラス基板Gへと導く。ポリゴンミラー5は、モータ(図示省略)によって、回転軸5bを中心にして時計回りに回転駆動される。なお、特に限定されるものではないが、ポリゴンミラー5は、1分間に数万回転する。
The
ポリゴンミラー5を上下方向に移動するための移動機構5cが設けられる。移動機構5cは、例えばモータなどを駆動源としてポリゴンミラー5を昇降させる。なお、ポリゴンミラー5の上下方向の調整は、ミラー4の上下方向の調整と独立して行うが、一体的に行ってもよい。すなわち、ポリゴンミラー5とミラー4とが一つの操作で同時に上下動するように構成してもよい。
A moving
カバー6は、内部に空間を有する直方体状の部材であって、レンズ3、ミラー4、及びポリゴンミラー5を収容する。カバー6は、第1開口部6aを上部に有し、第2開口部6bを下部に有する。レーザ発振器2から出力されるレーザ光は、第1開口部6aを介してレンズ3へと入射する。第1開口部6aは、レーザ発振器2からのレーザ光を遮蔽しない程度の開口面積を有する。ポリゴンミラー5によって反射されるレーザ光は、第2開口部6bを介してガラス基板Gへと入射する。なお、第2開口部6bは、ポリゴンミラー5によって反射されるレーザ光を遮蔽しない程度の開口面積を有する。
The
カバー6の下部には、2つの遮蔽板(遮蔽部材の一例)7が設けられる。各遮蔽板7は、ポリゴンミラー5から第2開口部6bを介してガラス基板Gへ送られるレーザ光の一部を遮蔽する。具体的には、2つの遮蔽板7は、第2開口部6bのX方向の長さを短くするよう、第2開口部6bのX方向の両端部を覆うように設置される。この各遮蔽板7によって、第2開口部6bよりもX方向の長さが短い第3開口部7aを画定する。各遮蔽板7は、第3開口部7aのX方向の長さを変更できるように、X方向に移動可能である。なお、各遮蔽板7は、レーザ光吸収するようにカーボン樹脂をコーティングした金属板によって形成される。
Two shielding plates (an example of a shielding member) 7 are provided below the
(レーザ加工装置の動作)
次に、上述したレーザ加工装置10による動作について説明する。
(Operation of laser processing equipment)
Next, the operation of the above-described
まず、レーザ発振器2は、強度がガウス分布を有するレーザ光を出力する。レーザ発振器2からのレーザ光は、第1開口部6aを介してレンズ3へ入射する。レンズ3においてレーザ光は集光される。集光されたレーザ光は、ミラー4において反射されてポリゴンミラー5へと進行する。なお、このときのミラー4におけるレーザ光の入射角及び反射角が45度程度となるようにミラー4の角度を調整することが好ましい。
First, the
ポリゴンミラー5は、時計回りに回転しながらミラー4からのレーザ光をガラス基板Gへと反射する。なお、ポリゴンミラー5は、各ミラー面5aでレーザ光を反射する。ポリゴンミラー5は回転するため、ポリゴンミラー5におけるレーザ光の入射角及び反射角は変化する。この結果、ポリゴンミラー5は、図2に示すように、ガラス基板G上において、レーザ光を分断予定ラインに沿って所定長さL1に亘って繰り返し走査する。なお、図2は、レーザ加工装置10によってガラス基板Gに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図2における二点鎖線部分は、実際にはガラス基板Gに照射されないレーザ光及びその強度分布を示す。
The
遮蔽板7は、ポリゴンミラー5によって反射されたレーザ光の一部を遮蔽する。具体的には、遮蔽板7は、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽する。なお、ポリゴンミラー5の隣接するミラー面5aの境界部5dで反射されるレーザ光が、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光である。このように遮蔽板7によって、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽することにより、ガラス基板Gに実際に照射されるレーザ光の長さL2は所定長さL1の両端部を除いたものとなる。
The shielding
[特徴]
本実施形態に係るレーザ加工装置10は、次の特徴を有する。
[Feature]
The
ポリゴンミラー5は、隣接するミラー面5aの境界部5dにおいてレーザ光を分割して反射してしまうため、境界部5dで反射されるレーザ光の強度が低くなる。なお、このポリゴンミラー5の境界部5dで反射されるレーザ光は、所定長さL1の両端部に対応する。これに対して、遮蔽板7は、この所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Gに照射することができる。
Since the
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
変形例1
図3は、変形例1に係るレーザ加工装置11の概略構成図である。図3に示すように、変形例1に係るレーザ加工装置11は、ポリゴンミラー5の代わりに、分断予定ラインに沿って往復駆動されるミラー15を備える。ミラー15は、ミラー4からのレーザ光を反射して第3開口部7aを介してガラス基板Gへと導く。
Modification 1
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus 11 according to the first modification. As shown in FIG. 3, the laser processing apparatus 11 according to the first modification includes a
レーザ加工装置11は、ミラー15を往復駆動するための往復駆動機構16をさらに備える。往復駆動機構16は、回転円盤16a及び接続アーム16bを有する。回転円盤16aは、モータ(図示省略)によって、回転軸16cを中心に回転駆動される。接続アーム16bは、回転円盤15aの外周縁部とミラー15とを接続する。接続アーム15bの各端部と、ミラー15又は回転円盤15aとは、回転自由に連結される。回転円盤15aが回転することによって、ミラー15はX方向、すなわちガラス基板Gの分断予定ラインに沿って往復駆動される。なお、ミラー15の角度は固定されており、好ましくは、ミラー15の角度は水平方向に対して45度である。ミラー15は、分断予定ラインに沿って往復駆動されることによって、レーザ光を所定長さL1に亘って繰り返し走査する。
The laser processing apparatus 11 further includes a
図4は、変形例1に係るレーザ加工装置11によってガラス基板Gに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図4に示すように、往復駆動されるミラー15は、往復の折り返し点において速度がゼロとなる。具体的には、ミラー15は、領域Aの間を往復動し、領域Aの左端A1、及び右端A2において一旦速度がゼロとなる。このため、ミラー15が往復の折り返し点A1,A2にあるときに反射されるレーザ光は、ミラー15が他の位置にあるときに反射されるレーザ光よりも強度が高くなる。なお、ミラー15が往復の折り返し点A1、A2にあるときに反射されるレーザ光は、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光である。そして、この所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するように遮蔽板7が設置される。この結果、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Gに照射することができる。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the intensity distribution in the length direction of the laser light irradiated onto the glass substrate G by the laser processing apparatus 11 according to the first modification. As shown in FIG. 4, the
変形例2
図5は、変形例2に係るレーザ装置12の概略構成図である。図5に示すように、変形例2に係るレーザ加工装置12は、ポリゴンミラー5の代わりに、揺動駆動されるミラー25を備える。ミラー25は、ミラー4からのレーザ光を反射して第3開口部7aを介してガラス基板Gへと導く。ミラー25は、モータ(図示省略)によって揺動25aを中心に揺動駆動される。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a laser device 12 according to the second modification. As shown in FIG. 5, the laser processing apparatus 12 according to
図6は、変形例2に係るレーザ加工装置12によってガラス基板Gに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図6に示すように、ミラー25は、水平方向となす揺動角度がα1からα2までの間で繰り返し揺動駆動されることによって、レーザ光の反射角が変化する。この結果、ミラー25は、レーザ光を所定長さL1に亘って繰り返し走査する。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the intensity distribution in the length direction of the laser light irradiated onto the glass substrate G by the laser processing apparatus 12 according to the second modification. As shown in FIG. 6, the
ミラー25は、揺動角度が最大及び最小となるときにおいて揺動速度がゼロとなる。具体的には、ミラー25は、揺動角度が最小揺動角度α1及び最大揺動角度α2となるときに、揺動速度がゼロとなる。このため、ミラー25が最小揺動角度α1及び最大揺動角度α2となるときに反射されるレーザ光は、ミラー25が他の揺動角度となるときに反射されるレーザ光よりも強度が高くなる。なお、ミラー25が最小及び最大揺動角度α1、α2となるときに反射されるレーザ光は、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光である。そして、この所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するように遮蔽板7が設置される。この結果、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Gに照射することができる。
The
変形例3
上記実施形態及び各変形例では、遮蔽板7はカバー6と別部材であるが、特にこれに限定されず、遮蔽板7はカバー6と一体的に形成されてもよい。
In the said embodiment and each modification, although the shielding
変形例4
上記実施形態及び各変形例における遮蔽部材は、2つの遮蔽板7から構成されるが、特にこれに限定されず、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽する部材であればよい。例えば、所定長さL1の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するような第3開口部7aを有する一つの遮蔽板であってもよい。
Although the shielding member in the said embodiment and each modification is comprised from the two shielding
変形例5
上記実施形態及び各変形例では、レーザ発振器2からのレーザ光が、レンズ3及びミラー4を介してポリゴンミラー5、又はミラー15,25などの走査部材に間接的に入射するが、特にこれに限定されない。例えばレーザ発振器2からのレーザ光は、レンズ3のみを介して走査部材5,15,25に入射してもよいし、何も介さずに直接的に走査部材5,15,25に入射してもよい。
In the above embodiment and each modified example, the laser light from the
2 レーザ発振器
5 ポリゴンミラー(走査部材)
7 遮蔽板(遮蔽部材)
10、11、12 レーザ加工装置
15、25 ミラー(走査部材)
2
7 Shield plate (shield member)
10, 11, 12
Claims (5)
レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を前記基板に向けて反射し、前記レーザ光を前記分断予定ラインに沿って所定長さに亘って繰り返し走査するよう駆動される走査部材と、
前記走査部材によって反射された前記レーザ光のうち、前記所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽する遮蔽部材と、
を備える、レーザ加工装置。 A laser processing apparatus for irradiating a laser beam along a planned dividing line of a substrate,
A laser oscillator that outputs laser light;
A scanning member that is driven to reflect laser light from the laser oscillator toward the substrate and to repeatedly scan the laser light over a predetermined length along the dividing line;
A shielding member that shields laser light corresponding to both ends of the predetermined length of the laser light reflected by the scanning member;
A laser processing apparatus comprising:
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