JP5833093B2

JP5833093B2 - 加工装置

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Publication number: JP5833093B2
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Authority: JP
Inventors: 南　功治; 功治南; 足立　雄介; 雄介足立
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Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-12-16
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Description

本発明は、加工対象物の表面に光を照射して微小溶融させることにより、加工対象物の強度を改善する加工装置に関する。

従来、液晶パネルなどの電子デバイス向けのガラス基板は、１枚のガラス基板を所定の大きさに切断して作製されている。切断されたガラス基板の端面近傍には、マイクロクラック等の欠陥が残留している場合があり、端面近傍の強度を改善することが求められる。

通常、切断後のガラス基板は、端面を砥石で研磨して、端面の平滑化や面取りが行われているが、砥石を用いた研磨では、端面近傍に残留したマイクロクラックを全て除去することができない。一方、ガラス基板の切断面にレーザ光を照射して、端面を溶融させることにより欠陥を改善する処理装置も提案されているが、レーザ光の照射部に局所的な温度勾配が生じて、ガラス基板に熱応力が加わり破損する問題があった。

そこで、特許文献１には、レーザ光照射時の温度勾配を低減しながら、ガラス基板の切断面を溶融する処理装置が開示されている。特許文献１の処理装置２００は、図１４に示すように、ガラス基板７１の切断面７１Ａに照射される第１レーザ光７４ａを発振する第１光源７４Ａと、ガラス基板７１の板面のうち、第１レーザ光７４ａの照射範囲の周辺領域７１Ｂに照射される第２レーザ光７４ｂを発振する第２光源７４Ｂと、第１レーザ光７４ａ及び第２レーザ光７４ｂを誘導する誘導手段７５を備える。

さらに、第２レーザ光７４ｂによって昇温される周辺領域７１Ｂに対応する第１レーザ光７４ａの照射範囲において、第１レーザ光７４ａの照射範囲のガラスが溶融されるように、第１レーザ光７４ａのエネルギー密度を調整する第１調整手段７６Ａを備える。また、第２レーザ光７４ｂによってガラス基板７１の周辺領域が破損されることなく昇温されるように、ガラス基板７１に照射される第２レーザ光７４ｂのエネルギー密度を調整する第２調整手段７６Ｂを備える。

特許文献１の切断面処理装置２００によれば、エネルギー密度を調整した第１レーザ光７４ａと第２レーザ光７４ｂを照射して加熱することにより、ガラス基板７１に生じる温度分布の勾配を緩やかにすることができる。

特開２００６−２７３６９５号公報

しかしながら、特許文献１の処理装置２００において、ガラス基板７１の厚みが薄い場合には、第１レーザ光７４ａを切断面７１Ａに照射した際の温度上昇が著しく増大し、周辺領域７１Ｂに対して温度分布を緩やかに制御することが困難となる問題があった。このため、薄板のガラス基板７１では、レーザ光照射による熱応力を抑制することができず、ガラス基板７１を破損させずに強度を改善することができなかった。

本発明は上記課題に顧みてなされたものであり、光の照射位置と強度分布を制御することにより温度勾配を緩やかにして、溶融加工時の破損を防止しながら加工対象物の強度を改善することができる加工装置を提供することである。

本発明の加工装置は、板状の加工対象物の表面に光を照射することによって、加工対象物の強度を改善する加工装置であって、加工対象物に対して光を出射する光源と、光源から出射された光を導光して、加工対象物の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部と、加工対象物を導光部から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部とを含み、導光部は、光源から出射された光の強度分布を変換して、加工対象物の照射位置から端面側への温度勾配を、照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の加工装置において、強度変換手段は、光源から出射された光を集光する集光レンズを傾斜させて、加工対象物の端面側に広がる涙滴形状の温度分布を形成することを特徴とする。

また、本発明の加工装置において、強度変換手段は、光源から出射された光を集光する集光レンズをデフォーカスさせて、デフォーカスした光の一部を加工対象物の端面の外側へずらして照射することを特徴とする。

また、本発明の加工装置において、強度変換手段は、光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、光分岐素子で分岐した一方の光を他方の光よりも加工対象物の端面側へずらして照射することを特徴とする。

また、本発明の加工装置において、強度変換手段は、光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、加工対象物の端面側に近い照射位置へ照射される一方の光のビーム径を、端面側から離れた照射位置へ照射される他方の光のビーム径よりも小さくして照射することを特徴とする。

本発明によれば、光の照射位置と強度分布を制御することにより温度勾配を緩やかにして、溶融加工時の破損を防止しながら加工対象物の強度を改善することができる。

本発明の実施例１の加工装置１００の構成を示す側面図である。加工装置１００によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。加工装置１００によって光照射した場合の温度分布のグラフである。本発明の実施例２の加工装置１１０の構成を示す側面図である。加工装置１１０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。本発明の実施例３の加工装置１２０の構成を示す側面図である。加工装置１２０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。本発明の実施例４の加工装置１３０の構成を示す側面図である。加工装置１３０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。本発明の実施例４の変形例である加工装置１４０の構成を示す側面図である。加工装置１４０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。本発明の実施例５の加工装置１５０の構成を示す側面図である。加工装置１５０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。従来技術の処理装置２００の構成を示す側面図である。

以下、本発明の加工装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１である加工装置１００の構成を示す側面図である。なお、図１の紙面に垂直な方向をｘ−ｙ平面、ｘ−ｙ平面に垂直な鉛直方向をｚ方向とし、後述の試料配置部３２に平面視で長方形の加工対象物３が水平に載置されるものとして、以下に説明する。

本発明の加工装置１００は、加工対象物３の切断時にマイクロクラック等の欠陥が生じ易い端面５近傍の表面４に光を照射し、一部を微小溶融・凝固させて、後述する微小溶融部２４を形成することにより、加工対象物３の強度を改善する加工装置である。

加工装置１００は、加工対象物３の端面５以外の複数の表面４のうち、少なくとも１つの表面４に光を照射するものである。加工対象物３が板状である場合、加工対象物３の端面５以外の複数の表面とは、加工対象物３の端面５を含む仮想平面に各々交差、例えば、直交する２つの主面である上側表面４ａと下側表面４ｂである。

実施例１の加工装置１００は、図１に示すように、光源１１と、導光部１２と、照射位置移動部１３を少なくとも備えている。さらに導光部１２は、強度変換手段１４（本実施例では、たとえば、透明基板に吸収材料を成膜し、透過率を変化させる部材など）と、集光レンズ１５と、集光状態変化部１６と、ミラー３１を有している。さらに照射位置移動部１３は、試料配置部３２および搬送ステージ３３を有している。さらに集光状態変化部１６は、光学ベース３４およびレンズ位置調整用ホルダ３５を有している。

光源１１としては、軟化点の高い加工対象物３を加工する場合、数Ｗ以上の出力を有する高出力レーザが用いられる。また、ガラス基板等の透過性の加工対象物３では、ガラス基板に対して吸収率の非常に高い波長（１０．６μｍ）で発振するCO2ガスレーザが光源１１として好ましい。本実施例及び以下に示す各実施例では、加工対象物３がガラス基板であり、光源１１にCO2ガスレーザを用いた構成について説明する。

導光部１２は、光源１１から加工対象物３にレーザ光を導く光路９を形成し、導光部１２の光路９には、レーザ光の強度分布を変換する強度変換手段１４と、レーザ光を集光する集光レンズ１５と、レーザ光の進行方向を屈折させるミラー３１が設けられている。これらの光源１１、強度変換手段１４、集光レンズ１５、ミラー３１は、共通の光学ベース３４の所定位置に配置固定されている。

なお、強度変換手段１４は、後述するように集光レンズ１５の配置方法により構成される場合もある。また、光路９における集光レンズ１５とミラー３１の順序は入れ替えてもよく、レーザ光をミラー３１で屈折させた後に、集光レンズ１５で集光するように構成してもよい。

図２は、実施例１の加工装置１００によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ１を照射した状態を説明するための斜視図である。本発明の加工装置１００では、加工対象物３の端面５から所定距離Ｄだけ離れた上側表面４ａをレーザ光Ｂ１の照射位置２１として、且つ、照射するレーザ光Ｂ１の強度分布を強度変換手段１４によって変換することにより、レーザ光Ｂ１の照射により生じる昇温部２２の温度勾配を制御している。

本発明の加工装置１００によれば、レーザ光Ｂ１の照射による加工対象物３の昇温部２２の温度勾配を制御することで、端面近傍部分６の熱応力を抑制して破損を防止しながら、加工対象物３の強度を改善することができる。

加工装置１００では、レーザ光Ｂ１の照射位置２１を端面５から所定距離Ｄだけ離し、所定距離Ｄをレーザ光Ｂ１の集光径の半径以下に設定している。したがって、レーザ光Ｂ１で欠陥の起点となっている端面５を直接照射することなく、端面近傍部分６にレーザ光Ｂ１の照射による昇温部２２を形成し微小溶融させている。

ここで、レーザ光Ｂ１の照射位置２１とは、集光レンズ１５で集光されたレーザ光Ｂ１のエネルギー強度が最大（ピーク強度）となる位置である。また、レーザ光Ｂ１の集光径とは、図２に示す集光されたレーザ光Ｂ１のｘ方向の光径において、レーザ光Ｂ１のピーク強度の１／ｅ^２（ｅは自然対数の定）となる光径である。また、レーザ光の集光径のうち加工対象物３のｘ方向へ実際に照射される幅を照射幅２２ａとしている。

次に、レーザ光Ｂ１の強度分布を変換する強度変換手段１４として、透過率調整フィルターを光源１１と集光レンズ１５の間に配置し、光源１１から出射されたレーザ光Ｂ１を強度変換手段１４に通過させることで、レーザ光Ｂ１の強度分布における加工対象物３の端面５側への強度変化を小さくし、加工対象物３の内側への強度変化を大きくしている。なお、透過率調整フィルターは、例えば、ステップ濃度フィルターを挙げることができる。

図３は、レーザ光Ｂ１の照射幅２２ａでの加工対象物３の温度分布を示したグラフである。本発明の加工装置１００では、レーザ光の強度分布を調整することにより、加工対象物３の上側表面４ａに図３に示す温度分布を生じさせている。具体的には、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側に向かう温度勾配Ｓ１が、照射位置２１から内側に向かう温度勾配Ｓ２よりも緩やかになるようにしている。

加工対象物３の端面近傍部分６に集光したレーザ光をその状態で照射すると、レーザ光の照射位置２１から周囲にかけて大きな温度差が発生して、端面近傍部分６ではマイクロクラック等の欠陥が熱応力によって増長され、ガラス基板のような脆弱素材では欠けや割れなどの破損が発生することがある。

このため、本発明の加工装置１００では、加工対象物３上のレーザ光の強度分布を調整することにより、レーザ光の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１を照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかにすることで、加工対象物３の欠けや割れなどの破損を防止している。

なお、レーザ光の照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２を照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１と同じく緩やかな勾配にすると、レーザ光Ｂ１の照射による昇温部２２の範囲が不必要に広くなって、レーザ光Ｂ１の照射による加工効率が低下して微小溶融部２４の形成の妨げになる。

また、昇温部２２の範囲が加工対象物３の内側へ広がるほど、ガラス基板や液晶層等から構成される液晶パネルのような複合部材では、各々の複合部材に吸収される熱影響が無視できなくなる。このため、本発明の加工装置１００のように、照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２を緩やかにせず、昇温部２２の広がりを制限することにより、熱影響によるダメージを防止することができる。

本発明の加工装置１００では、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１を照射位置２１から加工対象物３の内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかにしているため、加工対象物３の端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。すなわち、本発明の加工装置１００は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

なお、図３に示した昇温部２２の温度分布の状態は、レーザ光の集光径の形状によっても調整することができ、微小溶融状態を細かく制御することができる。さらに、レーザ光の強度分布を制御しながら全体の照射エネルギーを上げていくと、加工対象物３の端面５側での微小溶融を優先的に進行させることができるので、加工対象物３の欠陥の状態に合わせて効率良く強度を改善することができる。

また、本実施例における加工装置１００は、光源１１及び導光部１２のｚ方向の位置を調整する高さ調整ステージ１９により、加工対象物３に対するレーザ光Ｂ１の集光位置を変えることができるため、レーザ光Ｂ１の集光状態を調整して昇温部２２の温度分布を精度良く制御することも可能である。

また、加工装置１００は、搬送ステージ３３の試料配置部３２上に加工対象物３を載置して、図２に示すように、レーザ光が照射された加工対象物３を端面５と平行方向２６へ移動させることにより、加工対象物３の昇温部２２で形成された微小溶融部２４を端面５と平行に連続させて帯状に形成することができる。この結果、加工対象物３のマイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６の全体にわたって、帯状の微小溶融部２４を形成して強度を改善することができる。

図４は、本発明の実施例２の加工装置１１０の構成を示す側面図である。また、図５は、実施例２の加工装置１１０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ２を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例２の加工装置１１０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。

実施例２の加工装置１１０では、レーザ光Ｂ２の照射による加工対象物３の温度分布を制御するため、図４に示すように、集光レンズ１５を傾斜させることにより強度変換手段１４を構成し、集光されたレーザ光Ｂ２の強度分布を変換している。具体的には、レーザ光Ｂ２に対して集光レンズ１５の光軸をレンズ位置調整用ホルダ３５で所定方向に傾斜させている。

加工装置１１０の強度変換手段１４は、レーザ光Ｂ２を集光する集光レンズ１５の傾斜方向によって、レーザ光Ｂ２の照射位置２１から端面５側への強度変化を照射位置２１から内側への強度変化よりも小さくするように変換することができる。この結果、図５に示すように、レーザ光Ｂ２の照射による昇温部２２の温度分布が加工対象物３の端面５側に広がる涙滴形状になる。

この結果、図３に示した実施例１の温度分布と同様に、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかになり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。

すなわち、本発明の加工装置１１０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

実施例２の加工装置１１０では、さらにレンズ位置調整用ホルダ３５により集光レンズ１５の傾斜角度を調整できるので、レーザ光Ｂ２の照射による昇温部２２の温度分布の状態を加工対象物３の欠陥の状態に応じて制御することができる。この結果、加工対象物３の欠陥の状態に合わせて微小溶融部２４を形成することができ、効率良く強度を改善することができる。

図６は、本発明の実施例３の加工装置１２０の構成を示す側面図である。また、図７は、実施例３の加工装置１２０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ３を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例３の加工装置１２０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。

実施例３の加工装置１２０では、レーザ光Ｂ３の照射による加工対象物３の温度分布を制御するため、図６に示すように、レンズ位置調整用ホルダ３５で集光レンズ１５の位置を移動させてデフォーカス状態にすることにより強度変換手段１４を構成し、レーザ光Ｂ３の強度分布を変換している。

図７に示すように、デフォーカス状態にしたレーザ光Ｂ３のビーム径の１／４以上が端面５から外側に外れるように、レーザ光Ｂ３の加工対象物３上の照射位置２１が設定されている。具体的には、デフォーカスされたレーザ光Ｂ３のビーム径が４００μｍであり、ビーム径の１／４が端面５から外側に外れており、レーザ光Ｂ３の端面５から照射位置２１までの距離Ｄが１００μｍに設定されている。ここで、ビーム径の１／４が端面５から外側に外れている状態は、レーザ光の全体に比べてその３６％以上の光が外れている位置なので端面付近の影響が出始める。

上記構成によれば、加工対象物３上でのレーザ光Ｂ３の強度分布が、端面の内面反射や外側に外れるレーザ光の端面散乱、透過の影響を受けて端面５側の強度が実効的に強まり、レーザ光Ｂ３の照射位置２１から端面５側への強度変化が照射位置２１から内側への強度変化よりも小さくなるように変換される。なお、フォーカス位置は表面の上面、下面ともに、設定可能であり、実施例のようにフォーカス位置が表面の下面に来る場合は、端面散乱、透過の影響が強くなる。

また、CO2ガスレーザから出射されたレーザ光Ｂ３の発振波長（１０．６μｍ）は、ガラス基板に対して吸収率が非常に高いため、加工対象物３の端面５で行き止まった熱が加工対象物３のｙ方向に吸収されて広がっていく。

この結果、実施例２と同様に、レーザ光Ｂ３が照射された加工対象物３の昇温部２２の温度分布が端面５側に広がる涙滴形状になり、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかな温度分布となり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。

すなわち、本発明の加工装置１２０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

なお、デフォーカスしたレーザ光Ｂ３のビーム径の１／４以上を端面５から外側に外すことで、レーザ光Ｂ３の端面５から照射位置２１までの距離Ｄがビーム径の１／４以下となり、レーザ光Ｂ３のピーク強度中心付近のエネルギー密度差の小さい領域を照射位置２１から端面５側での強度分布として利用できる。このため、加工対象物３の温度分布の傾斜を照射位置２１から端面５側で緩やかに調整することが容易である。

上記の理由から、レーザ光Ｂ３のビーム径を６００μｍ（半径３００μｍ）にして、端面５から照射位置２１までの距離Ｄを１００μｍにすると、照射位置２１から端面５側での強度分布の変化を小さく（強度が最大強度の５０％の位置が端部付近になる）することがさらに容易となる。この場合、端面５からさらに２００μｍの範囲までの温度勾配が小さくなり、端面近傍部分６に２００μｍ位の大きな欠陥が存在するような場合であっても、割れや破損を発生させずに微小溶融させて強度を改善することができる。

なお、実施例３の構成は、端部をＲ（丸め）加工する従来技術とは異なり、レーザ光を端面に対して直接照射するものではないため、欠陥の起点となる端面から欠陥が増長してしまうことを防止できる。

図８は、本発明の実施例４の加工装置１３０の構成を示す側面図である。また、図９は、実施例４の加工装置１３０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ４及びレーザ光Ｂ５を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例４の加工装置１３０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。

実施例４では、光源１１から出射されたレーザ光を導光部１２に設けた光分岐素子３７でレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の２つに分岐して、一方のレーザ光Ｂ４を加工対象物３の上側表面４ａに照射するとともに、他方のレーザ光Ｂ５を加工対象物３の下側表面４ｂに照射する構成となっている。このため、レーザ光Ｂ４を上側表面４ａに導く光路９と、レーザ光Ｂ５を下側表面４ｂに導く光路９には、各々のレーザ光を集光する２つの集光レンズ１５と、各々のレーザ光の進行方向を屈折させる複数のミラー３１が配置されている。

したがって、実施例４の加工装置１３０では、レーザ光の強度分布を変換する強度変換手段１４が、光分岐素子３７と、２つの集光レンズ１５と、複数のミラー３１から構成されている。

また、レーザ光Ｂ４の光路９とレーザ光Ｂ５の光路９の各々を構成する光学部材は２つの光学ベース３４上に設置され、図示しない高さ調整ステージによりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の加工対象物３に対する焦点距離を調整することができる。なお、実施例１と同様に、集光レンズ１５とミラー３１の配置関係は、図８の構成に限定されるものではない。

実施例４の加工装置１３０では、レーザ光Ｂ４及びレーザ光Ｂ５のビーム径が各々３００μｍであり、図９に示すように、レーザ光Ｂ４の照射位置２１ａとレーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂがx方向にずれた位置に設定されている。具体的には、レーザ光Ｂ４の照射位置２１ａが端面５から１００μｍ（距離Ｄ１）の位置であり、レーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂが端面５から１５０μｍ（距離Ｄ２）の位置であり、その位置ずれ量が５０μｍに設定されている。

さらに、レーザ光Ｂ５のエネルギー強度をレーザ光Ｂ４のエネルギー強度よりも例えば２０％程度小さく設定している。これにより、加工対象物３上にレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５が重複して照射された昇温部２２では、レーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の照射位置のずれ量とエネルギー強度差から、図９のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。

このため、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかとなり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。

すなわち、実施例４の加工装置１３０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

なお、実施例４の加工装置１３０では、２つのレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５を加工対象物３に対して垂直に照射しているが、図１０の変形例に示す加工装置１４０のように、２つのレーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７を互いに斜めから加工対象物３に照射して上側表面４ａで重複させてもよい。ここでは、レーザ光Ｂ６の照射位置２１ｃとレーザ光Ｂ７の照射位置２１ｄは、図９に示したレーザ光Ｂ４の照射位置２１ａとレーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂと各々同じ位置に設定している。

実施例４の変形例では、加工装置１４０の光源１１から出射されたレーザ光をハーフミラー３６（５０％反射（５５°入射））にて照射して、ハーフミラー３６で反射されたレーザ光Ｂ６を集光レンズ１５で集光した後、加工対象物３の上側表面４ａに入射角度２０°で照射している。また、ハーフミラー３６を透過したレーザ光Ｂ７をミラー３１（全反射（３５°入射））で反射して、集光レンズ１５で集光した後、加工対象物３の上側表面４ａに入射角度２０°で照射している。

なお、レーザ光Ｂ６の光路９とレーザ光Ｂ７の光路９を構成する各々の光学部材は共通の光学ベース３４上に設置され、高さ調整ステージ１９によりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７の加工対象物３に対する焦点距離を調整できるようになっている。

実施例４の変形例の加工装置１４０は、レーザ光Ｂ７のエネルギー強度をレーザ光Ｂ６のエネルギー強度よりも例えば２０％程度小さく設定している。これにより、加工対象物３にレーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７が重複して照射された昇温部２２では、レーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７の照射位置のずれとエネルギー強度差から、図１１のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。

このため、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側に向けての温度勾配Ｓ１が、加工対象物３上の照射位置２１から加工対象物３のセンター側に向けての温度勾配Ｓ２よりも緩やかとなり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。

すなわち、実施例４の変形例の加工装置１４０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

上記で説明した実施例４及び変形例では、レーザ光を２箇所の照射位置２１に照射しているが、想定される欠陥のサイズや残留範囲に応じて、さらに、レーザ光を３箇所以上の照射位置２１に照射して、昇温部２２の範囲を図９や図１１のｘ方向（内側）に適宜広げることも可能である。

図１２は、本発明の実施例５の加工装置１５０の構成を示す側面図である。また、図１３は、実施例５の加工装置１５０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ８及びレーザ光Ｂ９を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例５の加工装置１５０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。

実施例５の加工装置１５０は、光源１１から出射されたレーザ光を導光部１２に設けた光分岐素子３７でレーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の２つに分岐して、一方のレーザ光Ｂ８を加工対象物３の上側表面４ａに照射するとともに、他方のレーザ光Ｂ９を加工対象物３の下側表面４ｂに照射する構成となっている。このため、レーザ光Ｂ８を上側表面４ａに導く光路９と、レーザ光Ｂ９を下側表面４ｂに導く光路９には、各々のレーザ光を集光する２つの集光レンズ１５と、各々のレーザ光の進行方向を屈折させる複数のミラー３１が配置されている。

したがって、実施例５の加工装置１５０では、レーザ光の強度分布を変換する強度変換手段１４が、光分岐素子３７と、２つの集光レンズ１５と、複数のミラー３１から構成されている。

また、レーザ光Ｂ８の光路９とレーザ光Ｂ９の光路９を構成する光学部材の各々は２つの光学ベース３４上に設置され、図示しない高さ調整ステージによりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の加工対象物３に対する焦点距離を調整することができる。なお、実施例１と同様に、集光レンズ１５とミラー３１の配置関係は、図８の構成に限定されるものではない。

実施例５の加工装置１５０では、図１２に示すように、レーザ光Ｂ８を集光する集光レンズ１５の実効焦点距離を、レーザ光Ｂ９を集光する集光レンズ１５の実効焦点距離よりも短く設定している。このように、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の実効焦点距離を異ならせることにより、加工対象物３の端面５側と内側でレーザ光の強度分布の差を生じさせている。

具体的には、図１３に示すように、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の実効焦点距離の違いにより、レーザ光Ｂ８の照射範囲がレーザ光Ｂ９の照射範囲よりも小さくなっている。例えば、レーザ光Ｂ８のビーム径が２５０μｍであり、レーザ光Ｂ９のビーム径が３００μｍとなっている。

また、レーザ光Ｂ８の照射位置２１ｅが端面５から１００μｍ（距離Ｄ５）の位置であり、レーザ光Ｂ９の照射位置２１ｆが端面５から１５０μｍ（距離Ｄ６）の位置であり、その位置ずれ量が５０μｍに設定されている。

これにより、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９が重複して照射された加工対象物３の昇温部２２では、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９との照射範囲の違いから、図１３のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。

すなわち、実施例５の加工装置１５０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。

３加工対象物
４表面
４ａ上側表面
４ｂ下側表面
５端面
６端面近傍部分
９光路
１１光源
１２導光部
１３照射位置移動部
１４強度変換手段
１５集光レンズ
１６集光状態変化部
１９高さ調整ステージ
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、照射位置
２２昇温部
２２ａ照射幅
２４微小溶融部
３１ミラー
３２試料配置部
３３搬送ステージ
３４光学ベース
３５レンズ位置調整用ホルダ
３６ハーフミラー
３７光分岐素子
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０加工装置

Claims

板状の加工対象物の表面に光を照射することによって、前記加工対象物の強度を改善する加工装置であって、
前記加工対象物に対して光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を導光して、前記加工対象物の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部と、
前記加工対象物を前記導光部から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部とを含み、
前記導光部は、前記光源から出射された光の強度分布を変換して、前記加工対象物の前記照射位置から端面側への温度勾配を、前記照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換手段を備え、
前記強度変換手段は、前記光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、
前記光分岐素子で分岐した一方の光を他方の光よりも前記加工対象物の端面側へずらして照射することを特徴とする加工装置。
板状の加工対象物の表面に光を照射することによって、前記加工対象物の強度を改善する加工装置であって、
前記加工対象物に対して光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を導光して、前記加工対象物の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部と、
前記加工対象物を前記導光部から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部とを含み、
前記導光部は、前記光源から出射された光の強度分布を変換して、前記加工対象物の前記照射位置から端面側への温度勾配を、前記照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換手段を備え、
前記強度変換手段は、前記光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、
前記加工対象物の端面側に近い照射位置へ照射される一方の光のビーム径を、端面側から離れた照射位置へ照射される他方の光のビーム径よりも小さくして照射することを特徴とする加工装置。