KR101210979B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR101210979B1
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히데키 모리타
노리후미 아리마
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미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
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Abstract

설치 스페이스를 작게 할 수 있고, 고정 테이블을 사용하여, 테이블 회전 기구를 사용하지 않고 기판을 회전할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다. 기판 재치면이 다공질 부재로 형성되고, 다공질 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공질 부재를 통하여 기판에 기체를 세차게 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 위치 고정의 테이블(40)과, 레이저광원(10)과, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 단면이 타원의 레이저빔으로 정형하고 기판의 가공면으로 인도하여 가공면 위를 주사하는 레이저빔 주사 광학계(20)와, 테이블 상에 재치된 기판의 위치결정, 또는, 이동을 행할 때, 부상시킨 기판의 기판 측면에 접촉하여 기판 측면을 테이블면에 수평한 방향으로 밀어 이동시키는 가동 접촉부에 의해 기판을 유도하는 기판 유도 기구(50)를 구비하고, 기판을 부상시켜 기판 유도 기구로 기판 측면을 밀면서 원하는 위치로 이동, 회전한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING DEVICE}
본 발명은 피가공 기판에 대하여, 레이저빔을 주사함으로써 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
본 발명에서의 레이저 가공에는, 유리 기판, 소결 재료의 세라믹스, 단결정 실리콘, 반도체 웨이퍼, 세라믹 기판 등의 취성 재료에 대하여, 연화점 이하의 온도에서 레이저 가열했을 때에 발생하는 열응력을 이용한 레이저 스크라이브 가공, 및, 취성 재료와 그 밖의 재료에 대하여 용융온도 이상에서 가열하는 레이저 어블레이션 가공이 포함된다.
피가공 기판에 대한 레이저빔의 조사 위치를, 상대적으로 이동시켜 가공을 행하는 주사형의 레이저 가공 장치는, 예를 들면, 유리 기판 등의 취성 재료 기판의 가공에 사용되고 있다.
이러한 레이저 가공 장치에서는, 레이저 가공에 의한 가공폭을 좁게 하여 가공 정밀도를 높이거나, 또, 가열할 때 가열 효율을 높여 주사 속도를 향상시키거나 할 목적을 위하여, 레이저광원으로부터 출사된 단면 형상이 원형의 레이저빔(원(元) 빔)을 광로상에서 타원형으로 조정하여, 기판의 가공면에 타원형의 빔 스폿이 형성되도록 하고 있다.
또한, 조정되는 레이저빔이나 빔 스폿의 형상은 문자 그대로의 「타원형」뿐만아니라, 타원, 그 밖의 장축방향을 갖는 가늘고 긴 형상의 빔 스폿으로 하도록 해도 가공 정밀도나 가열 효율을 높이거나 할 수 있다. 따라서, 여기에서는 「타원형」의 레이저빔이나 빔 스폿이라고 하는 경우에는, 타원 등의 장축방향을 갖는 형상의 빔 스폿을 포함하는 것으로 한다.
레이저광원으로부터 출사되는 원형 단면의 원 빔으로부터 타원 형상의 빔 스폿을 형성하는 방법으로서는, 렌즈 광학계를 사용하여 장축을 갖는 빔 스폿을 형성하는 방법이 실용되고 있다. 예를 들면, 레이저빔의 광로 상에 실린드리컬 렌즈와 집광렌즈를 배치함으로써, 원형 단면의 원 빔을, 타원형의 레이저빔으로 정형하는 것이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
기판에 조사되는 빔 스폿의 형상이 타원형인 레이저빔을 사용하는 레이저 가공 장치에서는, 빔 스폿의 장축방향을, 주사방향(X방향으로 함)에 일치시켜 주사하게 된다. 이 경우, 빔 스폿의 장축방향이 레이저 가공시의 주사축방향(X방향)으로 되고, 이것에 수직한 방향(Y방향)은 가공위치를 횡방향으로 이동시킬 때의 이송축방향이 된다.
이러한 레이저 가공 장치에서는, 기판에 대하여 레이저빔을 이동시켜 빔 스폿을 주사시키기 위하여, 다음 어느 하나의 구동 기구가 채용되어 있다.
하나는, 레이저빔의 조사 위치가 움직이지 않도록 레이저 광학계를 고정하고, 기판을 테이블에 재치(載置)하고 이 테이블을 테이블 구동 기구에 의해 2차원 방향(병진방향(XY방향), 회전방향(θ방향))으로 이동하는 가동 테이블로 하고, 레이저빔은 X방향으로 주사되도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또 하나는, 테이블 구동 기구에 의해 구동되는 가동 테이블을, 1차원 방향(X방향), 회전방향(θ방향)으로 이동할 수 있게 하고, 레이저빔의 조사 위치가 가동 테이블의 이동방향(X방향)과는 직교하는 방향(Y방향)으로 이동할 수 있게 하여, 레이저빔이 주사되도록 하고 있다(특허문헌 2 참조).
도 20은 주사형의 레이저 가공 장치의 하나인 크랙 형성 장치(500)(레이저 스크라이브 장치)의 종래예를 도시하는 구성도이다. 이 장치는, 레이저빔의 조사 위치가 움직이지 않도록 고정하고, 테이블이 2차원 방향(XY방향)과 회전방향(θ방향)으로 이동하도록 되어 있다.
즉, 받침대(501) 위에 평행하게 배치된 1쌍의 가이드 레일(503, 504)을 따라, 도 20의 지면 전후방향(Y방향으로 함)으로 왕복이동하는 슬라이드 테이블(502)이 설치되어 있다. 양 가이드 레일(503, 504) 사이에, 스크루 나사(505)가 전후방향을 따라 배치되고, 이 스크루 나사(505)에, 슬라이드 테이블(502)에 고정된 스테이(506)가 나사결합되어 있고, 스크루 나사(505)를 모터(도시하지 않음)에 의해 정, 역회전함으로써, 슬라이드 테이블(502)이 가이드 레일(503, 504)을 따라 Y방향으로 왕복이동하도록 형성되어 있다.
슬라이드 테이블(502) 상에, 수평한 대좌(507)가 가이드 레일(508)을 따라, 도 20의 좌우방향(X방향으로 함)으로 왕복이동하도록 배치되어 있다. 대좌(507)에 고정된 스테이(510a)에, 모터(509)에 의해 회전하는 스크루 나사(510)가 관통 나사결합되어 있고, 스크루 나사(510)가 정, 역회전함으로써, 대좌(507)가 가이드 레일(508)을 따라, X방향으로 왕복이동한다.
대좌(507) 상에는, 회전 기구(511)에 의해 회전하는 회전 테이블(512)이 설치되어 있고, 이 회전 테이블(512)에, 유리 기판(G)이 수평한 상태로 부착된다. 회전 기구(511)는 회전 테이블(512)을 수직한 축의 둘레로 회전시키게 되어 있고, 기준위치에 대하여 임의의 회전각도가 되도록 회전할 수 있게 형성되어 있다. 또, 기판(G)은, 예를 들면, 흡인 척에 의해 회전 테이블(512)에 고정된다.
회전 테이블(512)의 상방에는, 레이저 발진기(513)에 이어지는 광학 홀더(514)가 프레임(515)에 유지되어 있다. 도 21에 도시하는 바와 같이, 광학 홀더(514)에는, 레이저 발진기(513)로부터 발진된 레이저빔을, 타원형의 가열 스폿(BS)으로서 기판(G) 상에 조사하기 위한 렌즈 광학계(514a)(예를 들면, 실린드리컬 렌즈)가 설치되어 있다. 또, 렌즈 광학계(514a)의 아래에는, 초점위치를 상하로 이동함으로써, 가열 스폿(BS)의 영역을 확대, 축소하는 조정 렌즈(514b)가 설치되어 있다. 가열 스폿(BS)이 확대, 축소되면, 기판면에 조사되는 면적, 에너지 밀도가 변화된다. 그 때문에, 예를 들면, 조정 렌즈(514b)에 의해 가열 스폿(BS)을 확대할 때는 레이저 발진기(513)의 출력을 증대하고, 가열 스폿(BS)을 축소할 때는 레이저 발진기(513)의 출력을 감소하도록 조정하여 사용된다.
또한, 광학 홀더(514)의 근방에는, 가열 스폿의 후측의 위치를 향하여 냉매를 분무하여 냉각 스폿을 형성하고, 급랭함으로써 열응력의 발생을 촉진하기 위한 냉각 노즐(516)을 형성해도 된다.
크랙 형성 장치(500)의 좌측 상방에는, 1쌍의 CCD 카메라(520(521))가 고정되어 있다. 이것들은 기판의 위치 검출에 사용한다. 즉, 회전 테이블(512)에 재치된 유리 기판(G)에는 가공 기준점이 되는 1쌍의 마커(얼라인먼트 마크)가 붙여져 있고, 1쌍의 CCD 카메라(520(521))는, 회전 테이블(512)이 원점위치에 복귀한 상태(도 20의 회전 테이블(512)을 좌단으로 이동한 상태)에서, 이들 마커를 촬상한다. 또한, 도 20에서는 지면 앞쪽의 CCD 카메라(520)만이 도시되고, 지면 안쪽의 CCD 카메라(521)는 도시되어 있지 않다.
CCD 카메라(520, 521)에 의해 비추어진 기판(G)의 화상을, 표시부(557)(후술)에서 모니터링 하면서, 슬라이드 테이블(502), 대좌(507), 회전 테이블(512)의 조정을 행함으로써, 기판(G)의 위치맞춤이 행해진다. 위치맞춤을 끝냄으로써 기판(G)의 각 점이 크랙 형성 장치(500)에 설정된 좌표계와 대응지어지게 된다.
회전 테이블(512)의 상방에는, 상하이동 조절 기구(517)를 통하여 커터 휠(518)이 부착되어 있다. 커터 휠(518)은, 오로지, 유리 기판(G)의 끝 가장자리에 초기 균열(TR)을 형성할 때, 대좌(507)를 대기위치로부터 X방향으로 이동시킴과 아울러 일시적으로 커터 휠(518)을 하강시켜, 대기위치로 되돌리도록 하여 사용한다.
이어서, 도 21을 참조하면서 크랙 형성 장치(500)의 제어계에 대하여 설명한다. 크랙 형성 장치(500)에서, 슬라이드 테이블(502) 및 대좌(507)의 위치결정을 행하기 위한 모터(모터(509) 등)를 구동하는 테이블 구동부(551), 레이저빔 조사를 위해 레이저 발진기(513) 및 광학 홀더(514)의 조정 렌즈(514b)를 구동하는 레이저 구동부(552), 냉각 노즐(516)을 설치하는 경우에는 냉매의 분무를 행하는 냉각 노즐 구동부(553), 커터 휠(518)의 위치결정 및 유리 기판(G)에 대한 압접력의 조정을 행하는 커터 구동부(554), CCD 카메라(520, 521)에 의한 촬상을 행하는 카메라 구동부(555)의 각 구동계가 컴퓨터(CPU)로 구성되는 제어부(550)에 의해 컨트롤 된다.
제어부(550)에는, 키보드, 마우스 등의 입력 장치로 이루어지는 입력부(556), 및 각종 표시를 행하는 표시화면으로 이루어지는 표시부(557)가 접속되어, 필요한 메세지가 표시화면에 표시됨과 아울러, 필요한 지시나 설정을 입력할 수 있게 되어 있다.
다음에, 크랙 형성 장치(500)의 동작에 대하여 설명한다. 유리 기판(G)이 회전 테이블(512)의 위에 재치된다. 이 때 카메라(520, 521)를 사용하여 위치결정이 이루어진다. 크랙 형성 장치(500)에 분단 예정 라인(CL)을 기억시킨다.
계속해서, 크랙 형성을 개시한다. 처리가 스타트되면, 기억된 분단 예정 라인(CL)의 위치 데이터가 읽혀지고, 기점(P0)에 커터 휠(518)이 근접하도록 슬라이드 테이블(502), 대좌(507)(회전 테이블(512))가 이동한다. 또한, 커터 휠(518)이 강하한 상태에서, 기판끝이 커터 휠(518)에 근접하도록 대좌(507)(회전 테이블(512))가 구동됨으로써, 기판단에 초기 균열(TR)이 형성된다.
계속해서, 빔 스폿(BS)이 초기 균열(TR)의 직전의 위치에 오도록, 슬라이드 테이블(502), 대좌(507)(회전 테이블(512))가 이동한다. 그 후, 레이저 발진기(513)가 발진되고 레이저빔이 조사되어 빔 스폿(BS)이 형성되고, 기점(P0)으로부터 종점(P1)에 이르기까지 분단 예정 라인(CL)을 따라 주사된다(필요에 따라 냉각 노즐(516)에 의한 냉각 스폿이 추종하도록 주사됨).
이상의 처리가 실행됨으로써 분단 예정 라인(CL)을 따른 크랙이 형성된다.
일반적으로, 기판이 재치되는 테이블을, 기판과 함께 2차원 방향(XY방향)으로 이동하거나, 혹은 1차원 방향(X방향)으로 이동하거나 하는 테이블 병진 기구를 구비한 레이저 가공 장치는, 빔 스폿의 주사의 안정성이 우수하고, 재현성이 좋은 레이저 가공을 행할 수 있다.
그렇지만, 테이블을 이동시킬 필요가 있는 관계상, 테이블의 이동 개시 위치로부터 이동 종료 위치까지의 스페이스가 필요하게 되어, 테이블이 고정된 장치에 비교하면, 장치 전체의 설치 스페이스가 어쨌든 2배 정도(1차원 구동의 경우), 또는 4배(2차원 구동의 경우) 정도 커지는 경향이 있다.
특히, 요즘은 액정 패널용의 유리 기판을 가공하는 경우와 같이, 가공대상의 기판의 면적이 커지는 경향이 있다. 그러므로 기판면적이 커짐에 따라, 더욱 큰 설치 스페이스가 필요하게 된다.
또, 기판의 중량에 비교하면 테이블 중량이 무거우므로, 테이블을 병진이동시키는 테이블 병진 기구는 큰 구동력이 필요하게 되어, 큰 구동력을 발생하는 구동 기구를 사용하지 않으면 안 된다.
또, 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등을 사각형으로 가공(기판의 가공방향을 x방향 및 y방향으로 함)하는 경우에는, 기판의 x방향을 따른 제1회째 가공에 이어, x방향과 직교하는 y방향을 따른 제2회째 가공을 행하는 경우가 많다. 그 경우, 타원형의 빔 스폿을 사용하여 가공하는 경우에는, 빔 스폿의 장축방향의 방향을 기판의 x방향으로부터 기판의 y방향까지 90도 바꾸는 필요상, 기판을 병진이동하기 위한 병진 구동 기구 이외에, 기판을 회전하는 회전 테이블 기구가 필요하게 된다.
병진 구동 기구의 위에 회전 테이블 기구를 탑재하게 되면, 점점 테이블 중량이 증대하게 되고, 더욱 큰 구동력을 발생하는 구동 기구를 사용하지 않으면 안 되게 된다.
그래서, 테이블에는 병진 기구를 설치하지 않고, 레이저빔측에 2차원(XY방향) 병진 기구를 설치한 레이저 절단 장치(레이저 가공 장치)가 제안되어 있다(특허문헌 3 참조).
이것에 의하면, 레이저광원, 빔 형상을 타원으로 정형하는 레이저 광학계(굴절 렌즈, 포커싱 렌즈군) 전체를, 레이저빔의 주사방향으로 이동하는 구동 기구를 구비하도록 하고 있다.
일본특개2006-289388호공보 WO2003/026861호공보 일본특개2000-61677호공보
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
테이블의 병진 기구 대신, 레이저광원 및 레이저빔을 타원으로 정형하는 레이저 광학계 전체를 주사방향으로 이동시키는 병진 기구를 구비한 레이저 가공 장치는, 설치 스페이스를 작게 할 수 있으므로, 콤팩트한 장치 구성으로 할 수 있다.
그렇지만, 타원형의 빔 스폿을 사용하여 유리 기판이나 반도체 웨이퍼 등을 사각형으로 가공(기판의 가공방향을 x방향 및 y방향으로 함)하는 경우에는, 빔 스폿의 장축방향의 방향을 기판의 x방향으로부터 기판의 y방향으로 변경할 필요상, 레이저빔의 장축을 회전시키는 어떠한 장축 조정 기구를 탑재하지 않으면 안 되어, 레이저 광학계가 복잡하게 됨과 아울러, 이 장축 조정 기구를 레이저광원이나 타원 정형을 위한 레이저 광학계와 함께 병진 기구로 이동시키는 것이 필요하게 된다.
이것을 피하기 위하여, 테이블 회전 기구를 설치하여 기판측을 회전하는 것이 고려된다. 테이블 회전 기구를 설치한 경우, 설치 스페이스를 크게 증대시키지는 않는다. 그렇지만, 테이블 회전 기구를 회전하기 위한 큰 구동력을 요하게 된다.
그래서, 본 발명은, 병진이동, 회전이동시키는 구동 기구를 갖지 않는 위치 고정의 테이블을 사용하여, 타원 레이저빔으로 기판에 대하여 상이한 2방향(x방향, y방향)의 가공을 행할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 위치 고정의 테이블을 사용하여 타원 레이저빔으로 가공하는데, 적합한 장치구성을 갖는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 테이블 회전 기구를 사용하지 않고, 기판을 회전할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 행해진 본 발명의 레이저 가공 장치는, 기판 재치면이 다공질 부재로 형성되고, 다공질 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공질 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 위치 고정의 테이블과, 레이저광원과, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 단면이 타원의 레이저빔으로 정형하고, 기판의 가공면으로 인도하고, 기판 상에 조사되는 빔 스폿의 장축방향을 따라 주사하는 레이저빔 주사 광학계와, 테이블 상에 재치된 기판의 위치결정, 또는, 이동을 행할 때, 부상시킨 기판의 기판 측면에 접촉하여 기판 측면을 테이블면으로 수평한 방향으로 밀어 이동시키는 가동 접촉부에 의해 기판을 유도하는 기판 유도 기구를 구비하도록 하고 있다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 테이블은 위치가 고정되고, 테이블의 기판 재치면이 되는 다공질 부재 위에, 기판이 재치되도록 되어 있다. 기판을 테이블에 재치하는 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 일반적인 기판 반송 기구(예를 들면, 로보트 암 등)를 이용하면 된다. 테이블에 재치된 기판은 흡착 기구를 작동시킴으로써 테이블에 고정된다. 레이저빔 주사 광학계는, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을, 단면이 타원의 레이저빔으로 정형하여 기판의 가공면으로 인도하고, 기판 상에 조사되는 타원의 빔 스폿의 장축방향을 따라 가공면 위를 주사한다. 레이저가 주사된 부위는 국소적으로 가열되어, 가공이 행해진다. 계속해서, 기판을 병진이동하거나, 회전이동하거나, 새로운 가공 장소로 위치결정하거나 할 때에, 흡착 기구를 정지하고, 부상 기구를 작동하여 기판을 부상시킨다. 기판 유도 기구는 가동 접촉부를 부상시킨 기판의 기판 측면에 접촉하고, 기판 측면을 테이블면에 수평한 방향으로 밀어 이동(회전, 병진)시킨다. 이것에 의해 테이블은 고정된 상태에서, 기판만을 원하는 위치로 유도한다. 원하는 위치에 도달하면, 부상 기구를 정지하고, 흡착 기구를 작동하여 고착시킨다. 그리고, 다시 레이저 주사 광학계에 의해 레이저빔을 주사하여 레이저 가공을 행한다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 테이블 병진 기구도 테이블 회전 기구도 갖지 않고, 위치가 고정된 테이블을 사용하므로, 큰 구동력이 필요한 테이블 구동 기구가 불필요하게 된다. 또, 테이블을 이동시킬 필요가 없게 되어, 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.
또한, 기판을 회전할 때는, 부상한 기판의 기판 측면에 가동 접촉부를 접촉하여, 약한 구동력으로 미는 것만으로 기판을 회전하여, 위치결정할 수 있다.
본 발명은 또한 이하의 태양을 취할 수 있다.
상기 발명에서, 기판 유도 기구에는 복수의 가동 접촉부가 설치됨과 아울러, 각 가동 접촉부가 서로 기판을 사이에 끼우도록 배치되게 해도 된다.
이것에 의하면, 복수의 가동 접촉부로 기판을 끼우도록 하여, 기판을 유도할 수 있으므로, 부상된 기판을 안정하게 이동시킬 수 있다.
구체적으로는, 기판이 사각형일 때는, 가동 접촉부를 대각선 방향으로 2개소(1쌍) 배치하는 것이 바람직하다. 기판이 원형일 때는, 중심을 사이에 끼워 직선방향으로 2개소, 또는, 120도씩 3개소 배치하는 것이 바람직하다.
이 경우, 각 가동 접촉부는 기판 측면에 접촉하는 부위가 분기하여, 기판에 대하여 2개소에서 접촉하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 근접하는 2점에서 기판 측면과 접촉함으로써, 기판의 병진방향, 회전방향의 이동을 제어하는 것이 용이하게 된다. 특히, 사각형 기판의 경우에는, 기판의 코너를 사이에 끼우고 이웃하는 2개의 변에 접촉함으로써, 사각형 기판의 병진이동, 회전이동을 용이하게 행할 수 있다.
또, 기판 유도 기구는 가동 접촉부를 테이블면에 수평한 방향으로 자유롭게 이동시키기 위한 관절부를 갖는 암을 구비하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 암의 관절부를 조정함으로써, 가동 접촉부를 자유롭게 이동시킬 수 있어, 테이블 상에서 기판의 위치를 자유롭게 병진이동, 회전이동시킬 수 있다.
또, 레이저빔 주사 광학계는, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 정형하여, 평행 광속이고 단면이 타원인 빔, 또는, 비평행 광속이고 단면이 타원인 빔으로서 출사하는 빔 정형부와, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 출사방향을 조정함과 아울러, 이 타원 빔이 비평행 광속의 경우에는 평행 광속의 타원 빔으로 조정하여 출사하는 광로 조정부와, 광로 조정부로부터 출사되는 평행 광속의 타원 빔을 반사하면서 이동하여 기판 상에 타원의 빔 스폿을 주사시키는 주사축 이동거울 및 이 주사축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향을 따라 이동시키는 주사축 안내 기구로 이루어지는 주사 기구부를 구비하고, 레이저광원 및 빔 정형부는 주사 기구부와는 독립적으로 설치하여, 빔 스폿을 주사시킬 때 빔 정형부가 이동하지 않도록 해도 된다.
여기에서, 빔 정형부는 단면이 타원의 빔을 형성하여 출사하는 것이 가능한 한, 그 정형 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 전술한 특허문헌 1~특허문헌 3 등에 개시되어 있는 바와 같은, 널리 알려진 렌즈 광학계(실린드리컬 렌즈, 굴절 렌즈 및 포커싱 렌즈의 조합 등)에 의한 방법으로 타원 빔을 형성해도 된다. 또, 회전하는 다면거울과 렌즈를 사용하여, 레이저빔을 다면거울에 의해 소정 영역에서 반복하여 반사시키고, 또한 렌즈로 정형함으로써 타원 빔을 형성해도 된다(예를 들면, 일본 특개 2005-288541호 공보 참조). 이들 방법에 의한 타원 빔은 비평행 광속의 타원 빔이 출사된다. 후술하는 포물면 거울군을 사용한 방법으로 타원 빔을 형성해도 된다. 이 경우에는 평행 광속으로서 출사된다.
이것에 의하면, 구동 기구를 갖지 않는 테이블 상에 기판이 재치된다. 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔은 빔 정형부에 입사되고, 단면이 타원의 레이저빔으로 정형되어 광로 조정부에 출사된다. 광로 조정부는 타원 빔의 출사방향을 조정하여 후단의 주사 기구부에 출사한다. 광로 조정부는, 빔 정형부로부터의 타원 빔이 평행 광속일 때는, 그대로의 평행 광속으로 주사 기구부에 출사하고, 빔 정형부로부터의 타원 빔이 비평행 광속일 때는, 평행 광속으로 조정한 다음에 주사 기구부의 주사축 이동거울을 향하여 출사한다. 그리고, 주사 기구부의 주사축 이동거울에 평행 광속의 타원 빔이 입사되도록 한다. 주사 기구부는 주사축 이동거울에 평행 광속의 타원 빔을 반사하고, 기판에 타원의 빔 스폿을 형성한다. 그리고 빔 스폿의 장축방향(주사축방향이라고도 함)을 향하여, 주사축 안내 기구에 의해 주사축 이동거울을 이동시킨다. 이 때, 주사축 이동거울은 광로 조정부로부터 출사된 평행 광속의 타원 빔을 반사하면서 이동한다. 그 결과, 기판 상에 형성되는 타원의 빔 스폿은 주사축 이동거울의 움직임에 추종하여 기판 위를 이동한다. 주사축 이동거울에 입사하는 타원 빔은 평행 광속이므로, 주사축 이동거울이 어느 위치로 이동되어도, 동일한 형상, 동일한 방향의 빔 스폿이 기판 위에 형성된다. 이렇게 하여, 레이저광원 및 빔 정형부는 주사 기구부로부터 떨어져서 독립적으로 설치하도록 하여, 빔 스폿을 주사시킬 때, 주사축 이동거울만이 이동하도록 한다.
본 발명에 의하면, 빔 스폿의 주사는, 이동거울만을 이동하도록 하여 행하므로, 작은 구동력으로 충분하여, 구동 기구를 작게 할 수 있어, 고속 이동도 용이하게 된다.
또한, 이동거울이 반사하는 레이저빔은 평행 광속의 타원 빔이기 때문에, 이동거울을 평면거울로 형성하는 것만으로, 주사축 안내 기구에 의해, 어디로 이동되어도, 동일한 형상, 동일한 크기의 빔 스폿을 기판에 조사할 수 있다.
또, 빔 스폿은 기판에 평행 광속으로 입사하게 되므로, 기판의 판 두께의 대소에 관계없이, 기판면에 형성되는 빔 스폿은 동일한 형상, 동일한 크기로 되어, 기판의 판 두께에 따라 높이 방향의 위치조정을 할 필요가 없게 된다.
이 경우, 주사 기구부는, 또한 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향(이송축방향이라고도 함)으로 이동하는 이송축 이동거울 및 이 이송축 이동거울을 상기 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향을 따라 이동시키는 이송축 안내 기구를 구비하고, 광로 조정부로부터 출사된 평행 광속의 타원 빔은 이송축 이동거울, 주사축 이동거울의 순으로 반사되어 기판 상에 빔 스폿을 형성하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 주사축 이동거울에 의한 빔 스폿의 장축방향(주사축방향)으로의 이동과, 이것에 직교하는 방향(이송축방향)으로의 이동이 가능하게 된다. 따라서, 이송축방향의 임의의 위치에 레이저 가공을 시행할 수 있다. 또, 주사축 이동거울의 주사에 의해 제 1 레이저 가공을 행한 후, 이송축 이동거울을 이동시키고나서, 주사축 이동거울의 주사에 의한 제 2 레이저 가공을 행함으로써, 제 1 레이저 가공 라인에 평행한 제 2 레이저 가공 라인을 형성할 수 있다. 또한 주사축 이동거울의 주사와 이송축 이동거울의 이동을 번갈아 반복함으로써, 평행한 레이저 가공 라인을 잇달아 형성할 수 있다.
또, 주사축 안내 기구는, 주사축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향으로 이동하는 안내를 행하는 주사축 가이드 레일과, 이송축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향으로 이동하는 안내를 행하는 이송축 가이드 레일을 구비하고, 주사축 가이드 레일은 이송축 이동거울과 연결되어 일체로 이동하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 이송축 이동거울로부터 주사축 이동거울에 반사시키는 방향이 항상 일정하게 되어, 광축 조정이 용이하게 된다.
또, 빔 정형부는, 서로 공초점을 형성하도록 배치된 1쌍의 포물면 거울로 이루어지는 빔 변형 유닛을 구비하고, 빔 변형 유닛은 일방의 포물면 거울이 레이저빔을 일방향으로 축소 또는 확대하면서 타방의 포물면 거울에 출사하고, 타방의 포물면 거울은 입사된 레이저빔을 단축 폭 또는 장축 폭이 정해진 평행 광속의 타원의 레이저빔으로서 출사하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔을 평행 광속으로 할 수 있으므로, 후단의 광로 조정부에서 평행 광속으로 조정할 필요가 없게 되어, 평행 광속으로 하기 위한 조정작업이 용이하게 된다. 또한 광로 조정부에서는 평면거울을 사용하여 출사방향을 조정하는 것만으로 되어, 주사 기구부에 타원 빔을 평행 광속으로 인도할 수 있다.
또, 빔 변형 유닛을 2개 구비하고, 일방의 빔 변형 유닛은 서로 제 1 공초점을 형성하도록 배치된 제 1 포물면 거울과 제 2 포물면 거울의 쌍으로 이루어지는 단축 형성용의 빔 변형 유닛을 이루고, 타방의 빔 변형 유닛은 서로 제 2 공초점을 형성하도록 배치된 제 3 포물면 거울과 제 4 포물면 거울의 쌍으로 이루어지는 장축 형성용의 빔 변형 유닛을 이루고, 단축 형성용의 빔 변형 유닛은, 제 1 포물면 거울이 상기 레이저광원으로부터 출사된 레이저빔을 제 1 방향으로 축소하면서 제 2 포물면 거울을 향하여 출사하고, 제 2 포물면 거울은 입사된 레이저빔을 단축 폭이 정해진 평행 광속의 타원의 레이저빔으로 정형하여 장축 형성용의 빔 변형 유닛을 향하여 출사하고, 장축 형성용의 빔 변형 유닛은 제 3 포물면 거울이 제 2 포물면 거울로부터 출사된 레이저빔을 상기 제 1 방향과는 직교하는 제 2 방향으로 확대하면서 제 4 포물면 거울을 향하여 출사하고, 제 4 포물면 거울은 입사된 레이저빔을 단축 폭과 장축 폭이 정해진 평행 광속의 타원 빔으로 정형하여 출사하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔을 평행 광속으로 할 수 있고, 또한 장축 폭과 단축 폭을 독립적으로 조정할 수 있다. 또, 후단의 광로 조정부에서는 평행 광속으로 조정할 필요가 없게 되고, 또한 광로 조정부에서는 평면거울을 사용하여 출사방향을 조정하는 것만으로, 주사 기구부에 타원 빔을 평행 광속으로 인도할 수 있다.
또, 빔 변형 유닛은 광학 정수가 상이한 포물면 거울의 쌍이 복수 세트 준비되고, 출사하는 평행 광속의 타원 빔의 단면 형상을 변경할 때, 포물면 거울의 쌍마다 세트로 교환하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 포물면 거울의 쌍마다 세트로 교환함으로써, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 단면 형상을 변경함과 아울러, 평행 광속으로서 출사시킬 수 있다.
또, 빔 변형 유닛은 쌍을 이루는 포물면 거울의 일방을 부착위치가 고정된 고정 초점의 포물면 거울로 하고, 타방의 포물면 거울을 이동가능한 가변 초점의 포물면 거울로 하고, 가동의 포물면 거울을 이동시켰을 때, 동시에 그 초점을 변화시켜 고정 포물면 거울과 공초점을 형성하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 가동의 포물면 거울의 부착위치를 변화시킴으로써, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 형상을 변화시킬 수 있어, 타원 빔의 형상을 변화시켰을 때, 동시에 초점을 변화시켜 고정 초점의 포물면 거울과 공초점을 형성함으로써, 평행 광속으로서 출사시킬 수 있다.
가변 초점의 포물면 거울은, 레이저빔을 반사하는 가요성의 포물면 거울 본체와, 포물면 거울 본체의 일단을 지지하고 대좌에 고정되는 고정 지지축과, 포물면 거울 본체의 타단을 지지함과 아울러 고정 지지축의 축방향과 직교하는 면 방향으로 병진이동 및 회전이동이 가능하게 부착되어 있는 가동 지지축과, 가동 지지축을 구동하는 병진 구동 기구 및 회전 구동 기구로 이루어지도록 해도 된다.
이것에 의하면, 가동 지지축을 구동하는 병진 구동 기구 및 회전 구동 기구를 작동하여, 포물면 거울의 반사면의 형상을 변형시킴으로써, 초점을 변화시킬 수 있다.
또, 레이저빔 주사 광학계의 광로 조정부는, 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 장축방향을 제 1 방향을 향하게 한 제 1 타원 빔, 타원 빔의 장축방향을 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 향하게 한 제 2 타원 빔 중 어느 하나를 선택적으로 출사하는 장축방향 전환부를 구비하고, 레이저빔 주사 광학계의 주사 기구부는, 장축방향 전환부로부터 출사되는 제 1 타원 빔 또는 제 2 타원 빔에 기초하여, 기판 상에 제 1 타원의 빔 스폿 또는 제 1 빔 스폿과는 장축방향이 직교하는 제 2 타원의 빔 스폿을 형성함과 아울러, 제 1 타원 스폿 또는 제 2 타원 스폿의 장축방향의 2방향을 따라 기판상의 빔 스폿을 이동시키도록 해도 된다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 빔 정형부에서 정형한 타원 빔은 장축방향 전환부를 향하여 출사된다. 장축방향 전환부는, 빔 정형부로부터 입사된 평행 광속의 타원 빔의 장축방향을, 제 1 방향을 향한 제 1 타원 빔을 출사하거나, 또는 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 향한 제 2 타원 빔을 출사한다. 그리고 장축방향 전환부로부터 출사되는 제 1 타원 빔 또는 제 2 타원 빔에 기초하여, 기판 상에 제 1 타원의 빔 스폿, 또는, 제 1 빔 스폿과는 장축방향이 직교하는 제 2 타원의 빔 스폿을 형성한다.
그리고, 주사 기구부는, 장축방향 전환부로부터 출사되는 제 1 타원 빔 또는 제 2 타원 빔에 기초하여, 기판 상에 제 1 타원의 빔 스폿 또는 제 1 빔 스폿과는 장축방향이 직교하는 제 2 타원의 빔 스폿을 형성하고, 제 1 타원 스폿의 장축방향, 또는, 제 2 타원 스폿의 장축방향을 따라 기판상의 빔 스폿을 이동시킨다. 이렇게 하여, 테이블을 회전이동시키지 않고, 직교하는 2방향을 향하여 레이저 가공을 행한다.
이것에 의하면, 테이블 회전 기구를 사용하지 않고, 타원의 빔 스폿으로 직교하는 2방향의 가공을 행할 수 있다.
또, 장축방향 전환부는, 빔 정형부로부터 출사된 타원 빔의 장축방향이 제 1 방향을 향하도록 광학소자를 배치한 제 1 광로와, 타원 빔의 장축방향이 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향을 향하도록 광학소자를 배치한 제 2 광로와, 빔 정형부로부터 출사된 타원 빔의 진행방향을 제 1 광로 또는 제 2 광로 중 어느 하나로 선택하는 광로 전환 기구로 이루어지도록 해도 된다.
이것에 의하면, 광로 전환 기구에 의해, 빔 정형부로부터 출사된 타원 빔을, 제 1 광로 또는 제 2 광로 중 어느 하나를 선택적으로 통과시키고, 각각의 광로에 설치한 광학소자에 의해, 타원 빔은 장축방향이 제 1 방향 또는 이것과 직교하는 제 2 방향 중 어느 하나로 향해진 타원 빔을 출사할 수 있다.
또, 광로 전환 기구는 광로 상에 배치되어, 반사방향을 전환하는 가동거울로 이루어지도록 해도 된다. 여기에서, 가동거울의 구조는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 지지축을 중심으로 거울을 회전시킴으로써 반사방향을 전환해도 된다. 또, 광로 상에 출입시키는 가동거울을 부착하여, 광로 상에 넣은 상태의 반사방향, 광로 상에서 뺀 상태의 진행방향에 따라 전환하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 가동거울에 의한 반사광의 광로를 전환하는 조작으로, 간단하게 타원 빔의 장축방향을 전환할 수 있다.
또, 장축방향 전환부는, 출사측에서 제 1 광로와 제 2 광로가 교차함과 아울러, 교차 영역에 제 1 광로와 제 2 광로의 방향을 동일한 방향을 향하게 하는 광로 정합 기구가 설치되고, 광로 정합 기구는 제 1 광로를 통과한 제 1 타원 빔, 제 2 광로를 통과한 제 2 타원 빔 중 어느 하나를 선택적으로 출사하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 장축방향 전환부로부터 출사되는 제 1 타원 빔 및 제 2 타원 빔은 1개의 광로로 후단의 레이저 광학계에 출사하므로, 레이저 광학계 이후를 공통인 광로로 구성할 수 있다.
또, 광로 정합 기구는, 상기 교차 영역에 넣고 빼는 가동거울로 이루어지도록 해도 된다.
이것에 의하면, 가동거울을 넣고 뺌으로써, 제 1 타원 빔과 제 2 타원 빔을 선택적으로 광로 레이저 광학계로 인도하는 것을 간단히 할 수 있다.
또, 제 1 광로, 제 2 광로에 배치되는 광학소자는 평면거울군으로 이루어지도록 해도 된다.
제 1 광로 및 제 2 광로를 통과하는 타원 빔은 평행 광속이기 때문에, 평면거울로 복수회 굴곡함으로써 장축방향이 서로 직교하는 2개의 타원 빔을 간단하게 형성할 수 있다.
또, 칼끝이 제 1 빔 스폿의 장축방향, 제 2 빔 스폿의 장축방향으로 향해지고, 각각의 방향으로 초기 균열을 형성하는 2개의 트리거 기구를 독립적으로 형성해도 된다.
이것에 의하면, 서로 직교하는 2방향을 향하게 하여 초기 균열을 형성할 수 있어, 2개의 방향의 초기 균열로부터 각각의 방향으로 가공을 진전시킬 수 있다.
또, 빔 정형부는 복수의 레이저광원으로부터 출사되는 복수의 작은 직경의 평행 광속을 서로 평행하고 또한 직렬로 배열함으로써 열방향을 실질적으로 장축방향으로 하여 출사하도록 해도 된다.
이것에 의하면, 평행 광속의 타원 빔을 성형하는 광학계를 간략하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM1)의 전체 구성도.
도 2는 타원형의 평행 빔을 출사하는 빔 정형부의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 타원계의 빔 스폿의 장축 길이의 조정방법을 나타내는 도면.
도 4는 테이블의 단면 구조를 도시하는 도면.
도 5는 기판 유도 기구의 구성을 도시하는 도면.
도 6은 도 1의 레이저 가공 장치(LM1)의 제어계를 도시하는 블럭도.
도 7은 본 발명의 다른 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM2)의 전체 구성도.
도 8은 도 7의 레이저 가공 장치(LM2)의 제어계를 도시하는 블럭도.
도 9는 타원형의 평행 빔을 출사하는 빔 정형부의 구성예를 도시하는 도면.
도 10은 초점 구동 기구를 갖는 제 2 포물면 거울의 구성을 도시하는 도면.
도 11은 제 2 포물면 거울(M2) 및 제 4 포물면 거울(M4)에 대하여 위치 및 초점을 변경했을 때 출사되는 레이저빔의 형상을 도시한 도면.
도 12는 제 2 포물면 거울(M2) 및 제 4 포물면 거울(M4)에 대하여 위치 및 초점을 변경했을 때에 출사되는 레이저빔의 형상을 도시한 도면.
도 13은 제 2 포물면 거울(M2) 및 제 4 포물면 거울(M4)에 대하여 위치 및 초점을 변경했을 때에 출사되는 레이저빔의 형상을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM3)의 전체 구성도.
도 15는 도 14의 레이저 가공 장치(LM3)의 제어계를 나타내는 블럭도.
도 16은 장축방향 전환부의 구성을 도시하는 사시도.
도 17은 장축방향 전환부가 제 1 상태일 때의 구성 및 타원 레이저의 진행하는 방향을 나타내는 도면.
도 18은 장축방향 전환부가 제 2 상태일 때의 구성 및 타원 레이저의 진행하는 방향을 나타내는 도면.
도 19는 도 14의 레이저 가공 장치(LM3)에 의해 실질적인 타원 빔으로서 조사되는 타원 빔의 광로를 도시하는 사시도.
도 20은 종래의 레이저 가공 장치(크랙 형성 장치)의 일례를 도시하는 도면.
도 21은 도 20의 레이저 가공 장치의 제어계를 도시하는 도면.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 본 발명의 실시형태를, 주로 유리 기판 가공용의 레이저 스크라이브 장치를 예로 하여, 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시예의 레이저 스크라이브 장치는, 레이저 조사조건을 조정하면, 그대로 레이저 어블레이션 장치로서 이용할 수도 있다.
[실시형태 1]
도 1은 본 발명의 1실시형태인 레이저 가공 장치(LM1)의 전체 구성도이다. 레이저 가공 장치(LM1)는, 주로, 레이저광원(10), 레이저 주사 광학계(20), 테이블(40), 기판 유도 기구(50), 트리거 기구(60)로 구성된다.
(레이저광원)
레이저광원(10)으로는 CO2 레이저를 사용할 수 있다. CO2 레이저 대신에 CO 레이저, 엑시머 레이저를 사용해도 된다. 레이저광원(10)으로부터는 단면 형상이 원형인 레이저빔(원 빔(L0))이 출사된다. 또한, 레이저 어블레이션 가공의 경우에는, 기판 재료를 용융, 증산(蒸散)시킬 수 있는 파장, 에너지밀도의 레이저광원을 사용하게 된다.
(레이저 주사 광학계)
레이저 주사 광학계(20)는, 대별하면, 레이저빔의 단면 형상을 조정하는 빔 정형부(21)와, 주로 레이저빔을 테이블면(XY방향)을 따라 이동(주사)하는 주사 기구(22)와, 빔 정형부(21)로부터 출사한 레이저빔을 주사 기구(22)로 인도하는 광로 조정부(23)로 이루어진다. 또한, 테이블면 중 X방향을 주사축방향(스크라이브를 행하는 방향), Y방향을 이송축방향으로 한다.
빔 정형부(21)에 대하여 설명한다. 빔 정형부(21)는, 레이저광원(10)으로부터 출사된 원 빔을, 단면 형상이 타원형인 평행 빔으로 정형함과 아울러, 평행 빔의 장축 직경, 단축 직경을 조정하기 위한 복수의 광학소자로 이루어진다.
도 2(a)는 타원형의 평행 빔을 출사하는 빔 정형부(21)의 구성예를 도시하는 도면이다. 이 빔 정형부(21)는 제 1 포물면 거울(오목면)(M1), 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2), 제 3 포물면 거울(M3)(볼록면), 제 4 포물면 거울(M4)(오목면)의 4개의 광학소자로 이루어진다. 이 중 제 1 포물면 거울(오목면)(M1)과 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)은 서로의 초점을 일치시켜, 공초점(F12)이 되도록 배치되어 있다. 이것들은 제 1 빔 변형 유닛(U1)을 구성한다. 또, 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)과 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)에 대해서도 서로의 초점이 일치하여, 공초점(F34)이 되도록 배치되어 있다. 이들은 제 2 빔 변형 유닛(U2)을 구성한다.
그리고, 제 1 포물면 거울(오목면)(M1)로부터 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XY면 방향이 되고, 제 2 포물면 거울(M2)에서 반사한 레이저빔은 제 3 포물면 거울(M3)로 향해지고, 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)로부터 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XZ면이 되도록, 이들 4개의 포물면 거울이 입체적으로 배치된다.
이러한 배치에 의해, 제 1 포물면 거울(M1)은 X방향으로 진행하는 원형 단면의 원 빔(L0)(도 2(b) 참조)을 XY면 방향으로 반사한다. 그때 Z방향의 빔 폭은 그대로이며 Y방향의 빔 폭은 집속하면서 진행하게 되어, 제 2 포물면 거울(M2)에 입사한다. 제 2 포물면 거울(M2)은, 공초점(F12)이 되도록 배치되어 있음으로써, Y방향으로 집속하는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L1)(도 2(c) 참조)으로 되어, X방향을 향하여 진행하게 된다. 이 평행 빔(L1)의 Z방향의 빔 폭은 원 빔(L0)인 상태이며, Y방향의 빔 폭이 축소된 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔으로 된다.
또한, 평행 빔(L1)이 진행하여 제 3 포물면 거울(M3)에서 반사되면, Y방향의 빔 폭은 그대로이며 X방향의 빔 폭을 확대하면서 XZ면 내를 진행하게 되어, 제 4 포물면 거울(M4)에 입사한다.
제 4 포물면 거울(M4)은 공초점(F34)이 되도록 배치되어 있음으로써, X방향으로 확대하는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L2)(도 2(d) 참조)으로 되어, X방향을 향하여 진행하게 된다. 이 평행 빔(L2)의 Z방향의 빔 폭은 원 빔(L0)보다 확대되고, Y방향의 빔 폭은 원 빔보다 축소된 긴 장축의 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔이 된다.
그리고, 빔 정형부(21)에 의해 정형된 단면 형상이 타원형의 평행 빔(L2)은 후단의 광로 조정부(23) 및 주사 기구(22)를 거쳐, 기판(G) 위에 타원 형상의 빔 스폿(BS)을 형성하게 된다. 따라서, 이들 4개의 포물면 거울(M1~M4)의 광학 정수를 조정함으로써, 원하는 장축 폭, 단축 폭을 갖는 평행 광속의 타원 형상의 빔 스폿을 형성할 수 있다.
그 경우, 포물면 거울의 광학 정수의 조정은, 제 1 빔 변형 유닛(제 1 포물면 거울(M1), 제 2 포물면 거울(M2))마다, 또는 제 2 빔 변형 유닛(U2)(제 3 포물면 거울(M3), 제 4 포물면 거울(M4))마다 교환하도록 행하고, 교환했을 때에 유닛마다의 공초점 관계를 유지하도록 하여 평행 빔이 출사되도록 한다. 그것을 위해, 공초점이 되는 쌍의 포물면 거울을 복수 세트 준비해 두는 것이 바람직하다.
또한, 유닛을 형성하는 1쌍인 포물면 거울이 공초점을 형성하고 있지 않은 경우에는, 후술하는 광로 조정부(23)에서, 실린드리컬 렌즈 등을 광로 상에 배치하여, 평행 광속을 형성하도록 조정할 수도 있다.
또, 상기의 빔 정형부(21)에서는, 빔 변형 유닛을 2개(U1, U2) 사용했는데, 이것을 하나로 할 수도 있다. 제 1 빔 변형 유닛(U1)만을 사용한 경우에는, 원 빔을 일방향으로 축소하여 단축 폭을 정한 평행 빔(L1)을 후단에 출사하게 된다. 또, 제 2 빔 변형 유닛(U2)만을 사용한 경우에는, 원 빔을 일방향으로 확대하여 장축 폭을 정한 평행 빔을 후단에 출사하게 된다.
다음에 광로 조정부(23)에 대하여 설명한다. 광로 조정부(23)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 2개의 평면거울(M5, M6)로 이루어진다. 평면거울(M5)은 X방향으로 진행하는 평행 빔(L2)을 굴곡하여, Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 형성한다. 평행 빔(L2)의 광로 길이(M4~M5 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)와의 사이의 X방향의 조정이 행해진다. 또, 평면거울(M6)은 Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 Y방향으로 굴곡하고, Y방향으로 진행하는 평행 빔(L4)을 형성한다. 평행 빔(L3)의 광로 길이(M5~M6 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)와의 사이의 높이(Z방향) 조정이 행해진다. 또한, 후술하는 주사 기구의 평면거울(M7)이 원점위치에 있을 때(도 1 참조)의 평행 빔(L4)의 광로 길이(M6~M7 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)와의 사이의 Y방향의 조정이 행해진다.
또, 광로 조정부(23)에서는, 전단의 빔 정형부(21)로부터 출사되는 레이저빔이 평행 광속이 아닌 경우에는, 광로 상에 평행 광속 형성용의 렌즈를 개재시켜 된다. 구체적으로는 실린드리컬 렌즈나 오목면 렌즈, 볼록면 렌즈를 사용하여 평행 광속을 형성한다.
다음에 주사 기구(22)에 대하여 설명한다. 주사 기구(22)는 축선이 Y방향(이송축 방향)으로 향해진 가이드 레일(25)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(25)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M7)(이송축 이동거울)과, 평면거울(M7)에 일체로 고정되고, 축선이 X방향(주사축방향)으로 향해진 가이드 레일(26)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(26)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M8)(주사축 이동거울)과, 수평방향에 대한 평면거울(M8)의 부착각도(XZ면의 부착각도)를 조정하는 각도조정용의 어저스터(27)로 이루어진다.
또한, 가이드 레일(25)은, 가이드 레일(26)을 안정화하기 위하여, 평행한 제 2 가이드 레일을, 테이블(40)을 사이에 끼우고 대변측에 설치하고, Y방향의 2개의 평행한 가이드 레일(25)로 X방향의 가이드 레일(26)을 떠받쳐도 된다.
편의상, 가이드 레일(25)의 가장 평면거울(M6)에 가까운 위치(도 1 참조)를 평면거울(M7)의 원점위치로 한다. 평면거울(M7)은 원점위치에서 평면거울(M6)로부터의 평행 빔(L4)을 굴곡하고, 평행 빔(L5)을 평면거울(M8)로 인도하도록 각도가 조정되어 있다. 이 때 평행 빔(L4)은 Y방향으로 진행하고, 또, 평면거울(M7)도 가이드 레일(25)을 따라 Y방향으로 이동하므로, 평면거울(M7)이 가이드 레일(25)의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L4)은 평면거울(M7)에서 반사되어, 평면거울(M8)로 인도되게 된다.
그리고, 평면거울(M8)은 평행 빔(L5)을 굴곡하여, 기판(G)의 위에 빔 스폿(BS)을 형성한다. 이 때 평행 빔(L5)은 X방향으로 진행하고, 또, 평면거울(M8)도 가이드 레일(26)을 따라 X방향으로 이동하므로, 평면거울(M8)이 가이드 레일(26)의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L5)은 평면거울(M8)에서 반사되어, 기판(G)의 위에 동일 형상의 빔 스폿(BS)이 형성된다. 게다가 형성되는 빔 스폿은 항상 X방향(주사축방향)으로 장축이 향해진 타원 형상의 빔 스폿이 형성된다.
그리고, 평면거울(M8)을 X방향으로 이동함으로써, 타원 형상의 빔 스폿(BS)은 장축을 X방향을 향하게 하면서 X방향으로 주사되게 된다.
X방향을 따라 평행하게 복수개의 주사를 행할 때는, 평면거울(M7)에 의한 Y방향의 이동과 평면거울(M8)에 의한 X방향의 이동(주사)을 번갈아 행한다.
또한, 상기의 주사 기구(22)에서는, X방향(주사축방향)의 이동과 Y방향(이송축방향)의 이동을 행할 수 있도록 했지만, 예를 들면, 기판의 일방향에 대하여 레이저 가공하는 주사선수가 1선뿐인 경우 등에서는, Y방향으로 이동시킬 필요성이 적으므로, 평면거울(M7)을 고정거울로 하여, 평면거울(M8)만을 X방향으로 이동하도록 해도 된다. 이 경우에는, 후술하는 기판 유도 기구(50)에서 기판위치를 조정하면 된다.
다음에 어저스터(27)에 의한 빔 스폿(BS)의 조정에 대하여 설명한다. 빔 스폿(BS)의 형상은 주로 빔 정형부(21)의 광학소자의 광학 정수를 변경함으로써 조정할 수 있지만, 빔 스폿(BS)의 장축 길이를 변경하는 경우에는, 빔 정형부(21)를 그대로 하고, 어저스터(27)에 의해 행할 수 있다. 도 3은 어저스터(27)에 의한 장축 길이의 조정 상태를 도시하는 도면이다. 어저스터(27)에 의해 평면거울(M8)의 부착각도를 변경하여, 평행 빔(L5)의 기판으로의 입사각을 조정함으로써, 기판 상에 비스듬히 입사시킨다. 그 결과, 빔 스폿(BS)의 장축 길이를 변경할 수 있다. 따라서, 어저스터(27)를 간편한 빔 길이의 조정 기구로서 이용할 수 있다.
(테이블)
다음에 테이블(40)에 대하여 설명한다. 도 4는 테이블(40)의 단면 구조를 도시하는 도면이다. 테이블(40)은 다공질 부재로 이루어지고 기판(G)(도 1 참조)이 재치되는 상면 부재(41)와, 상면 부재(41)의 주위에 밀착하고, 또한 바닥면이 형성되고, 상면 부재(41)와의 사이에 중공 공간(42a)이 형성되는 보디(42)와, 중공 공간(42a)에 연결되는 유로(43)가 형성되고, 외부 유로(44)에 접속되는 플러그(45)와, 유로(43), 외부 유로(44)를 통하여 중공 공간(42a)을 감압하는 진공펌프(46)와, 유로(43), 외부 유로(44)를 통하여 중공 공간(42a)에 가압공기를 보내는 에어원(47)으로 이루어진다.
이들 중, 중공 공간(42a), 유로(43), 외부 유로(44), 진공펌프(46)에 의해, 기판(G)을 상면 부재(41)에 흡착시키는 흡착 기구가 형성된다. 또, 중공 공간(42a), 유로(43), 외부 유로(44), 에어원(47)에 의해, 기판(G)을 상면 부재(41)로부터 부상시키는 부상 기구가 형성된다.
이 테이블(40)은, 기판(G)을 상면 부재(41)의 위에 재치한 상태에서, 진공펌프(46)를 기동하여 개폐밸브를 개방함으로써, 중공 공간(42a)이 감압상태로 되어, 다공질 부재의 상면 부재(41)를 통하여 기판(G)이 흡착된다.
한편, 기판(G)을 상면 부재(41)의 위에 재치한 상태에서, 개폐밸브를 열어 에어원(47)으로부터 공기를 보냄으로써, 중공 공간(42a)이 가압상태가 되어, 다공질 부재의 상면 부재(41)를 통하여 가압공기가 분출되어 기판(G)이 부상하게 된다. 또한, 이 때는 후술하는 기판 유도 기구(50)에 의해, 기판(G)의 이동이 제한되게 된다.
(기판 유도 기구)
다음에, 기판 유도 기구(50)에 대하여 설명한다. 도 5는 기판 유도 기구(50)의 구조를 도시하는 도면이다. 기판 유도 기구(50)는 사각형의 테이블(40)의 대각 코너(48a, 48b)의 근방에 부착되는 1쌍의 가동 접촉부(51a, 51b)에 의해 구성된다.
각 가동 접촉부(51a, 51b)는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 지지축(52a, 52b)을 중심으로 병진 동작이나 선회 동작이 행해지는 다관절 암(53a, 53b)을 갖는다. 다관절 암(53a, 53b)의 선단 부분에는, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 선회 동작이 행해지는 금속제의 접촉 부재(54a, 54b)가 부착된다. 접촉 부재(54a, 54b)는 각각 선단이 좌우로 분기되도록 부착되고, 기판(G)과 접하는 부위가 원기둥형으로 되어 있다. 이 원기둥의 축방향은 연직방향을 향해져 있다.
따라서, 기판(G)을 X방향, Y방향으로 이동하고 싶을 때, 또는 회전이동하고 싶을 때에, 에어원(47)(도 4)을 작동하여 기판(G)을 부상시킨 상태에서, 기판(G)을 접촉 부재(54a, 54b)로 밂으로써, 기판(G)이 접촉 부재(54a, 54b)에 가볍게 접하면서, 원하는 위치로 이동하게 된다. 또, 접촉 부재(54a, 54b)의 위치를 원하는 위치에서 정지시켜, 에어원(47)을 정지하고, 진공펌프(46)를 작동함으로써, 기판(G)을 원하는 위치에 흡착시킬 수 있다.
또한, 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는 기판(G)의 경우에는, 테이블(40)에 정의되는 좌표계에 대한 부착위치가 미리 계측되어 있는 카메라(55a, 55b)를 사용하여, 얼라인먼트 마크를 촬영함으로써, 얼라인먼트 마크의 현재 위치로부터 기판(G)의 위치 벗어남량을 구하고, 이동량을 산출하여, 기판 유도 기구(50)에 의해 이동시킴으로써 기판(G)의 위치를 자동조정할 수도 있다.
(트리거 기구)
다음에 초기 균열 형성용의 트리거 기구에 대하여 설명한다. 또한, 트리거 기구 부착 여부는 임의이며, 트리거 기구를 부착하지 않을 때는, 예를 들면, 레이저 어블레이션 가공에 의해 대용시킬 수도 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 트리거 기구(60)는 커터 휠(61)과, 승강 기구(62)와, 다관절 암(63)으로 이루어진다. 다관절 암(63)은 기판 유도 기구(50)의 다관절 암(53a, 53b)과 동일한 동작을 한다. 커터 휠(61)의 칼끝은 X방향을 향해 있다.
초기 균열(TR)을 형성할 때는, 다관절 암(63)에 의해, 커터 휠(61)이 초기 균열을 형성할 위치의 바로 위에 오도록 한다. 그리고, 승강 기구(62)에 의해, 커터 휠(61)을 일시적으로 하강시켜 압접함으로써 초기 균열(TR)을 형성한다.
(제어계)
이어서, 레이저 가공 장치(LM1)의 제어계에 대하여 설명한다. 도 6은 레이저 가공 장치(LM1)의 제어계를 나타내는 블럭도이다. 레이저 가공 장치(LM1)는 테이블(40)의 흡착 기구 및 부상 기구를 구동하는 흡착/부상 기구 구동부(81), 기판 유도 기구(50)의 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하는 기판 유도 기구 구동부(82), 트리거 기구(60)의 승강 기구(62) 및 다관절 암(63)을 구동하는 트리거 기구 구동부(83), 주사 기구(22)의 평면거울(M7, M8)을 이동시키는 주사 기구 구동부(84), 레이저빔을 조사하는 레이저 구동부(85), 냉각 노즐을 설치하여 빔 스폿(BS)에 추종하는 냉각 스폿을 형성할 때는 냉각 노즐로부터 냉매의 분무를 행하는 냉각 노즐 구동부(86), CCD 카메라(55a, 55b)에 의한 촬상을 행하는 카메라 구동부(87)의 각 구동계가 컴퓨터(CPU)로 구성되는 제어부(80)에 의해 컨트롤 된다.
제어부(80)에는, 키보드, 마우스 등의 입력장치로 이루어지는 입력부(91), 및 각종 표시를 행하는 표시화면으로 이루어지는 표시부(92)가 접속되어, 필요한 메세지가 표시화면에 표시됨과 아울러, 필요한 지시나 설정을 입력할 수 있게 되어 있다.
(동작예)
다음에, 레이저 가공 장치(LM1)에 의한 전형적인 가공동작예에 대하여 설명한다. 여기에서는 얼라인먼트 마크가 새겨진 정형의 유리 기판(G)을 서로 직교하는 제 1 방향과 제 2 방향으로 스크라이브 하는 경우에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 제 1 방향을 유리 기판의 x방향, 제 2 방향을 유리 기판의 y방향으로 하고, 얼라인먼트 마크로 위치결정을 행했을 때, x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치하는 것으로 한다.
유리 기판(G)이 테이블(40)의 위에 재치되면, 우선, 기판 유도 기구(50)를 사용하여 기판(G)의 위치결정을 행한다. 위치결정은 카메라(55a, 55b)에 의해, 기판(G)의 얼라인먼트 마크를 검출하고, 위치 벗어남량을 구한다. 계속해서 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하고, 접촉 부재(54a, 54b)를 기판(G)의 기판 측면에 접근시킨다. 동시에 부상 기구를 작동시켜, 기판(G)을 테이블면으로부터 부상시킨다. 이 때 유리 기판(G)은 접촉 부재(54a, 54b)와의 접점(4개소)에서 이동이 제한된다. 계속해서, 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하여, 기판(G)을 수평방향으로 이동(병진, 회전)하고, 위치 벗어남량이 0이 되는 위치에서 정지시킨다. 그리고 부상 기구를 정지하고, 흡착 기구를 작동시킴으로써, 기판(G)을 테이블면에 고정한다. 그 결과, 기판(G)의 x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치한 상태에서 위치결정이 완료한다.
계속해서, 트리거 기구(60)를 구동하여, 유리 기판(G)의 스크라이브 개시위치에 초기 균열(TR)을 작성한다. 계속해서, 주사 기구부(22)를 구동하여, 평면거울(M7, M8)의 위치를 조정하고, 빔 스폿(BS)이 기판(G)의 스크라이브 개시위치의 외측에 오도록 한다. 계속해서, 레이저빔을 조사하면서 평면거울(M8)을 X방향으로 이동(주사)함으로써, 유리 기판의 x방향으로 스크라이브 가공을 행한다. x방향의 스크라이브를 더 반복할 때는, 평면거울(M7)에 의한 Y방향의 이동(레이저 정지)과, 평면거울(M8)에 의한 X방향의 이동(주사)(레이저 조사)을 번갈아 행한다.
이 때 광로 조정부(23)로부터 출사된 레이저빔은 평행 광속의 타원 빔이므로, 평면거울(M7), 평면거울(M8)이 어느 위치로 이동해 있어도 동일한 형상의 빔 스폿(BS)을 기판(G)에 형성할 수 있다.
유리 기판의 x방향의 스크라이브 가공을 끝내면, 흡착 기구를 정지하고, 부상 기구를 작동시켜 기판(G)을 부상시킨다. 계속해서, 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하고, 기판(G)을 수평방향으로 회전이동하여, 기판의 y방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치한 상태에서 위치결정을 완료한다. 계속해서, 주사 기구부(22)를 구동하여, x방향의 스크라이브 가공과 동일한 주사를 행한다.
이상의 동작에 의해, 유리 기판(G)에 x방향, y방향의 스크라이브 가공을 완료한다.
본 장치에서는, 테이블(40)의 위치가 고정되어, 테이블(40)을 이동할 필요가 없으므로, 장치의 설치 스페이스는, 테이블(40)의 점유면적과, 그 주위에 배치되는 주사 기구(22) 등의 영역뿐이므로, 콤팩트한 구조로 된다.
구동 기구에 대해서도, 중량이 큰 테이블(40)이 이동하는 구동 기구에 비교하면, 주사 기구부(22)나 기판 유도 기구(50)는 작은 구동력의 구동 기구만으로 된다.
[실시형태 2]
다음에 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제 2 실시형태인 레이저 가공 장치(LM2)의 전체 구성도이며, 도 8은 레이저 가공 장치(LM2)의 제어계를 나타내는 블럭도이다. 도 1~도 6에서 설명한 구성과 공통부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써, 설명의 일부를 생략한다. 레이저 가공 장치(LM2)는 가변 초점의 포물면 거울을 이동할 수 있게 부착한 점, 및, 이 포물면 거울을 구동하는 포물면 거울 구동부(88)를 추가한 제어부(80a)로 한 점이 레이저 가공 장치(LM1)로부터 변경된 점이다.
도 9는 레이저 가공 장치(LM2)의 빔 정형부(21a)의 구성예를 도시하는 도면이다. 빔 정형부(21a)는, 제 1 포물면 거울(오목면)(M1), 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2), 제 3 포물면 거울(M3)(볼록면), 제 4 포물면 거울(M4)(오목면)의 4개의 광학소자로 이루어진다.
제 1 포물면 거울(오목면)(M1)은 위치가 고정되고, 초점도 일정하게 되어 있다. 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)에는, 모터(도시하지 않음)에 의해 제 1 포물면 거울(M1)에 대하여 Y방향으로 이동시키는 구동 기구(71)가 설치되어 있다. 그리고, 제 1 포물면 거울(M1)과 제 2 포물면 거울(M2)은 서로의 초점을 일치시켜, 공초점(F12)이 되도록 배치되어 있다. 이것들은 제 1 빔 변형 유닛(U1)을 구성한다. 제 2 포물면 거울(M2)은 그 초점을 변경하는 초점 구동 기구(72)를 가지고 있다.
도 10은 초점 구동 기구(72)를 갖는 제 2 포물면 거울(M2)의 구성을 도시하는 도면으로, 도 10(a)는 그 사시도, 도 10(b)는 그 평면도이다. 제 2 포물면 거울(M2)은 대좌(72a) 상에 고정 지지축(72b)이 세워져 있고, 가요성을 갖는 포물면 거울 본체(72c)의 일단이 고정 지지축(72b)으로 지지되어 있다. 포물면 거울 본체(72c)는 반사면이 경면 처리된 금속판(예를 들면, 스테인리스판)으로 형성되어 있다. 포물면 거울(72c)의 타단은 가동 지지축(72d)으로 지지된다. 가동 지지축(72d)의 아래에는, 대좌(72a) 상에 설치되어 X방향으로 이동가능한 소형 테이블(72e)과, 소형 테이블(72e)의 위에 설치되어 Y방향으로 이동가능한 소형 테이블(72f)과, 소형 테이블(72f)의 위에 설치되어 좌우 회전(θ 회전)이 가능한 소형 테이블(72g)이 적층되어 있고, 가동 지지축(72d)이 소형 테이블(72g)에 고정되어 있다. 이들 소형 테이블은 모터(도시하지 않음)에 의해 구동된다. 그리고, 이 소형 테이블(72e, 72f, 72g)의 위치를 조정함으로써, 포물면 거울 본체(72c)의 반사면의 형상을 변경할 수 있으므로, 미리 소형 테이블의 위치와 초점의 관계를 구해둠으로써, 제 2 포물면 거울(M2)을 원하는 포물면 형상으로 할 수 있게 되어 있다.
제 1 포물면 거울(M1)에 대하여 제 2 포물면 거울(M2)의 위치를 이동했을 때는, 그 이동량에 대응하여 포물면 형상을 조정하여, 이들 2개의 포물면 거울(M1, M2)이 서로 공초점(F12)이 되도록 조정한다.
다음에, 제 3 포물면 거울(M3) 및 제 4 포물면 거울(M4)에 대하여 설명한다. 제 3 포물면 거울(M3)은 초점이 일정하게 되어 있다. 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)과 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)은 서로의 초점을 일치시켜, 공초점(F34)이 되도록 배치되어 있다. 이것들은 제 2 빔 변형 유닛(U2)을 구성한다. 빔 변형 유닛(U2)은 모터(도시하지 않음)에 의해, 유닛 전체를 제 2 포물면 거울(M2)의 이동에 연동하여 Y방향으로 이동시키는 구동 기구(73)가 설치되어 있다. 따라서, 제 2 포물면 거울(M2)로부터 출사되는 레이저빔은 항상 제 3 포물면 거울(M3)에 입사되고, 또한 제 4 포물면 거울(M4)에 출사되도록 되어 있다. 또, 제 4 포물면 거울(M4)에는, 제 3 포물면 거울(M3)에 대하여 Z방향으로 이동시키는 구동 기구(74)가 설치되고, 또한 초점 구동 기구(75)(75a~75g)가 설치되어 있다. 초점 구동 기구(75)(75a~75g)의 구체적 구성은, 도 10에서 설명한 제 2 포물면 거울의 초점 구동 기구(72)와 동일하므로(72a~72g의 각각에 75a~75g가 대응), 설명을 생략한다.
그리고, 제 1 포물면 거울(오목면)(M1)로부터 제 2 포물면 거울(볼록면)(M2)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XY면 방향으로 되어, 제 2 포물면 거울(M2)에서 반사한 레이저빔은 제 3 포물면 거울(M3)으로 향해지고, 제 3 포물면 거울(볼록면)(M3)로부터 제 4 포물면 거울(오목면)(M4)로 향하는 레이저빔의 진행방향이 XZ면으로 되도록, 이들 4개의 포물면 거울이 입체적으로 배치된다.
이러한 배치에 의해, 제 1 포물면 거울(M1)은 X방향으로 진행하는 원형 단면의 원 빔(L0)(도 9(b) 참조)을 XY면 방향으로 반사한다. 그 때 Z방향의 빔 폭은 그대로이며 Y방향의 빔 폭은 집속하면서 진행하게 되어, 제 2 포물면 거울(M2)에 입사한다. 제 2 포물면 거울(M2)은, 공초점(F12)이 되도록 배치되어 있음으로써, Y방향에 집속하는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L1)(도 9(c)참조)으로 되어, X방향을 향해서 진행하게 된다. 이 평행 빔(L1)의 Z방향의 빔 폭은 원 빔(L0)인채로 이며, Y방향의 빔 폭이 축소된 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔으로 된다.
또한, 평행 빔(L1)이 진행하여 제 3 포물면 거울(M3)에서 반사되면, Y방향의 빔 폭은 그대로이며 X방향의 빔 폭을 확대하면서 XZ면 내를 진행하게 되고, 제 4 포물면 거울(M4)에 입사한다.
제 4 포물면 거울(M4)은, 공초점(F34)이 되도록 배치되어 있음으로써, X방향으로 확대되는 레이저빔을 반사하면, 다시 평행 빔(L2)(도 9(d) 참조)으로 되어, X방향을 향하여 진행하게 된다.
이 결과, 평행 빔(L2)의 Z방향의 빔 폭은 빔 변형 유닛(U2)에 의해 원 빔(L0)보다 확대되고, 빔 변형 유닛(U1)에 의해 Y방향의 빔 폭은 원 빔보다 축소된 긴 장축의 타원 형상의 단면을 갖는 레이저빔으로 된다.
그리고, 빔 정형부(21a)에 의해 정형된 단면 형상이 타원형의 평행 빔(L2)은 후단의 광로 조정부(23) 및 주사 기구(22)를 거쳐, 기판(G) 상에 타원 형상의 빔 스폿(BS)을 형성하게 된다.
이와 같이, 레이저 가공 장치(LM2)에 의하면, 교환용의 포물면 거울 세트를 준비해 두는 대신, 가변 초점의 포물면 거울을 사용하고 있으므로, 비교적 광범위로 빔 형상을 변경할 수 있다.
도 11~도 13은, 제 2 포물면 거울(M2) 및 제 4 포물면 거울(M4) 각각에 대하여, 위치 및 초점을 변경했을 때 출사되는 레이저빔의 형상을 도시하는 도면이다.
제 2 포물면 거울(M2)의 위치 및 초점을 조정함으로써, Y방향의 폭이 축소되도록 변화한다. 또, 제 4 포물면 거울(M4)의 위치 및 초점을 조정함으로써, Z방향의 폭이 확대되도록 변화된다.
[실시형태 3]
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태인 레이저 가공 장치(LM3)의 전체 구성도이며, 도 15는 레이저 가공 장치(LM3)의 제어계를 도시하는 블럭도이다. 도 1~도 6에서 설명한 구성과 공통부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써, 설명의 일부를 생략한다.
특히, 레이저광원(10), 테이블(40), 기판 유도 기구(50)에 대해서는 도 1과 동일하여, 설명을 생략한다.
레이저 가공 장치(LM3)에서는, 광로 조정부(23)에 장축방향 전환부(30)를 설치함과 아울러, 이것을 제어하는 광로 전환 기구 구동부(89)를 추가한 제어부(80b)로 한 점이 레이저 가공 장치(LM1)로부터 변경된 점이다.
(레이저 주사 광학계)
레이저 주사 광학계(20)는, 대별하면, 레이저빔의 단면 형상을 조정하는 빔 정형부(21)와, 주로 레이저빔을 테이블면(XY방향)을 따라 이동하는 주사 기구(22)와, 빔 정형부(21)로부터 출사한 레이저빔을 주사 기구부(22)로 인도하는 광로 조정부(23)로 이루어진다. 빔 정형부(21)에 대해서는, 도 1과 동일한 구성이며, 설명을 생략한다.
광로 조정부(23)에 대하여 설명한다. 광로 조정부(23)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 장축방향 전환부(30)과 평면거울(M6)로 이루어지고, 빔 정형부(21)와 주사 기구(22) 사이에 설치된다. 광로 조정부(23)는 주사 기구(22)에 타원 빔을 인도하는 광로 조정을 행함과 아울러, 레이저빔의 장축방향을 변경하는 조정을 행한다.
도 16은 장축방향 전환부(30)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 17은 장축방향 전환부(30)가 제 1 상태일 때의 구성 및 타원 빔의 진행하는 방향을 나타내는 도면(도 17(a)는 평면도, 도 17(b)는 도 17(a)에서의 A방향 도면)이다. 또, 도 18은 장축방향 전환부(30)가 제 2 상태일 때의 구성 및 타원 레이저의 진행하는 방향을 나타내는 도면(도 18(a)는 평면도, 도 18(b)는 도 18(a)에서의 A방향 도면)이다.
장축방향 전환부(30)는 평면거울군(M11~M16)으로 이루어진다. 평면거울(M11)은 모터(31a)에서 회전하는 지지축(31b)에 의해 90도 회전하는 가동거울로 되어 있어, 광로 전환 기구(31)로서 사용된다.
또, 평면거울(M16)은 슬라이드 기구(32)에 의해 Y축방향으로 이동하도록 되어 있다. 평면거울(M16)은 광로 정합 기구로서 사용된다. 평면거울(M11)과 평면거울(M16)은 연동하고, 도 16 및 도 17에서 실선으로 나타내는 제 1 위치와, 도 16에서 1점 쇄선으로 나타냄과 아울러 도 18에서 실선으로 나타내는 제 2 위치가 전환되도록 되어 있다.
평면거울(M11)이 제 1 위치에 있을 때, 빔 정형부(21)로부터 X방향을 향하여 진행하는 타원 빔(L2)은, 평면거울(M11)에 의한 Y방향으로의 반사, 평면거울(M12)에 의한 -Z방향으로의 반사, 평면거울(M13)에 의한 -Y방향으로의 반사, 평면거울(M16)에 의한 -Z방향으로의 반사를 반복하여, 평면거울(M6)에 진행하도록 되어 있다. 이때 타원 빔이 통과하는 광로를 제 1 광로로 한다.
평면거울(M11)이 제 2 위치에 있을 때, 빔 정형부(21)로부터 X방향을 향하여 진행하는 타원 빔(L2)은 평면거울(M11)에 의한 -Y방향으로의 반사, 평면거울(M14)에 의한 -X방향으로의 반사, 평면거울(M15)에 의한 -Z방향으로의 반사를 반복하여 평면거울(M6)로 진행하도록 되어 있다. 이때 타원 빔이 통과하는 광로를 제 2 광로로 한다. 제 1 광로와 제 2 광로는 평면거울(M16)의 위치에서 교차하도록 되어 있고, 제 2 광로를 통과한 타원 빔을 사용할 때는, 평면거울(M16)을 슬라이드 기구(32)에 의해 광로로부터 벗어나도록 되어 있다.
제 1 광로를 통과한 타원 빔과 제 2 광로를 통과한 타원 빔은 단면의 형상은 동일하며, 장축방향이 90도 어긋나 있다. 따라서, 광로 전환 기구(31)에서의 광로 선택에 의해, 서로 장축방향이 직교하는 2종류의 타원 빔을 선택하여 출사할 수 있다.
또, 도 14에 도시하는 바와 같이, 장축방향 전환부(30)는, X방향으로 진행하는 평행 빔(L2)을 굴곡하여, Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 형성하게 된다. 평행 빔(L2)의 광로 길이(M4~M11 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구부(22)와의 사이의 X방향의 위치 조정이 행해진다. 또, 평면거울(M6)은 -Z방향으로 진행하는 평행 빔(L3)을 -Y방향으로 굴곡하여, -Y방향으로 진행하는 평행 빔(L4)을 형성한다. 평행 빔(L3)의 광로 길이(M16~M6 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)부와의 사이의 높이(Z방향) 조정이 행해진다. 또한, 후술하는 주사 기구의 평면거울(M7)이 원점위치(도 14참조)에 있을 때의 평행 빔(L4)의 광로 길이(M6~M7 간 거리)를 조정함으로써, 주사 기구(22)와의 사이의 Y방향의 위치 조정이 행해진다.
다음에, 빔 스폿(BS)을 주사하는 주사 기구(22)에 대하여 설명한다. 주사 기구(22)는, 축선이 Y방향으로 향해진 가이드 레일(25)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(25)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M7)과, 평면거울(M7)에 일체로 고정되고, 축선이 X방향으로 향해진 가이드 레일(26)과, 도시하지 않은 구동 기구에 의해 가이드 레일(26)을 따라 이동 가능하게 부착되는 평면거울(M8)로 이루어진다. 이 중 평면거울(M7) 및 평면거울(M8)은, 장축방향 전환부(30)로부터 출사된 타원 빔을 기판에 조사하여 빔 스폿(BS)을 형성하는 레이저 광학계를 구성한다. 또, 가이드 레일(25, 26)과 도시하지 않은 구동 기구는 레이저 광학계를 이동하기 위한 이동기구를 구성한다. 또한, 테이블(40)을 사이에 끼우고 2개의 가이드 레일(25)을 평행하게 설치하도록 하여, 가이드 레일(26)을 양측으로부터 이동할 수 있게 떠받치도록 해도 된다.
편의상, 가이드 레일(25)의 가장 평면거울(M6)에 가까운 위치(도 1 참조)를 평면거울(M7)의 원점위치로 한다. 평면거울(M7)은 원점위치에서 평면거울(M6)로부터의 평행 빔(L4)을 반사하여, 평행 빔(L5)을 평면거울(M8)로 인도하도록 각도가 조정되어 있다. 이 때 평행 빔(L4)은 -Y방향으로 진행한다. 평면거울(M7)은 가이드 레일(25)을 따라 Y방향으로 이동하므로, 평면거울(M7)이 가이드 레일(25) 상의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L4)은 평면거울(M7)에 의해 반사되어, 평면거울(M8)로 인도되게 된다.
평면거울(M8)은 평행 빔(L5)을 반사하여, 기판(G)의 위에 빔 스폿(BS)을 형성한다. 이 때 평행 빔(L5)은 -X방향으로 진행한다. 평면거울(M8)은 가이드 레일(26)을 따라 X방향으로 이동하므로, 평면거울(M8)이 가이드 레일(26) 상의 어느 위치로 이동해도, 평행 빔(L5)은 평면거울(M8)에 의해 반사되어, 기판(G)의 위에 동일 형상의 빔 스폿(BS)이 형성된다.
기판 상에 형성되는 빔 스폿의 장축방향은, 장축방향 전환부(30)에서, 제 1 광로를 선택하고 있을 때는 Y방향을 향한다. 또, 제 2 광로를 선택하고 있을 때는 X방향을 향한다. 따라서, 평면거울(M8)을 X방향으로 이동(주사)할 때는, 제 2 광로를 선택함으로써 주사방향과 장축방향을 일치시킬 수 있다. 또, 평면거울(M8)을 Y방향으로 이동(주사)할 때는, 제 1 광로를 선택함으로써 주사방향과 장축방향을 일치시킬 수 있다.
(트리거 기구)
본 실시형태의 트리거 기구(60)는, 도 1에 도시한 것과 동일한 구성이므로, 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 테이블(40)의 좌변에 부착한 트리거 기구(60) 이외에, 칼끝을 Y방향을 향하게 한 제 2 트리거 기구(65)를, 도 14의 앞쪽의 변 또는 안쪽의 변에 설치함으로써, X방향, Y방향의 2방향을 따라 계속해서 레이저 가공할 때에, 효율적인 가공을 행할 수 있도록 되어 있다.
(제어계)
이어서, 레이저 가공 장치(LM3)의 제어계에 대하여 설명한다. 도 15는 레이저 가공 장치(LM3)의 제어계를 나타내는 블럭도이다. 레이저 가공 장치(LM3)는 테이블(40)의 흡착 기구 및 부상 기구를 구동하는 흡착/부상 기구 구동부(81), 기판 유도 기구(50)의 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하는 기판 유도 기구 구동부(82), 트리거 기구(60)의 승강 기구(62) 및 다관절 암(63)을 구동하는 트리거 기구 구동부(83), 주사 기구(22)의 평면거울(M7, M8)을 이동시키는 주사 기구 구동부(84), 레이저빔을 조사하는 레이저 구동부(85), 냉각 노즐을 설치하여 빔 스폿(BS)에 추종하는 냉각 스폿을 형성할 때는 냉각 노즐로부터 냉매의 분무를 행하는 냉각 노즐 구동부(86), CCD 카메라(55a, 55b)에 의한 촬상을 행하는 카메라 구동부(87), 장축방향 전환부(30)의 광로 전환 기구(31) 및 이것에 연동하는 광로 정합 기구(32)를 구동하는 광로 전환 기구 구동부(89)의 각 구동계가 컴퓨터(CPU)로 구성되는 제어부(80b)에 의해 컨트롤 된다.
제어부(80b)에는 키보드, 마우스 등의 입력 장치로 이루어지는 입력부(91), 및 각종 표시를 행하는 표시화면으로 이루어지는 표시부(92)가 접속되어, 필요한 메세지가 표시화면에 표시됨과 아울러, 필요한 지시나 설정을 입력할 수 있게 되어 있다.
(동작예)
다음에 레이저 가공 장치(LM3)에 의한 전형적인 가공동작예에 대하여 설명한다. 여기에서는 얼라인먼트 마크가 새겨진 정형의 유리 기판(G)을 서로 직교하는 제 1 방향과 제 2 방향으로 스크라이브 하는 경우에 대하여 설명한다. 설명의 편의상, 제 1 방향을 유리 기판의 x방향, 제 2 방향을 유리 기판의 y방향으로 하고, 얼라인먼트 마크로 위치결정을 행했을 때, x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치하는 것으로 한다.
유리 기판(G)이 테이블(40)의 위에 재치되면, 우선, 기판 유도 기구(50)를 사용하여 기판(G)의 위치결정을 행한다. 위치결정은 카메라(55a, 55b)에 의해, 기판(G)의 얼라인먼트 마크를 검출하고, 위치 벗어남량을 구한다. 계속해서 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하여, 접촉 부재(54a, 54b)를 기판(G)의 기판 측면에 접근시킨다. 동시에 부상 기구를 작동시켜, 기판(G)을 테이블면으로부터 부상시킨다. 이때 유리 기판(G)은 접촉 부재(54a, 54b)와의 접점(4개소)에서 이동이 제한된다. 계속해서, 가동 접촉부(51a, 51b)를 구동하여, 기판(G)을 수평방향으로 이동(병진, 회전)하고, 위치 벗어남량이 0이 되는 위치에서 정지시킨다. 그리고 부상 기구를 정지하고, 흡착 기구를 작동시킴으로써, 기판(G)을 테이블면에 고정한다. 그 결과, 기판(G)의 x방향이 레이저 주사 광학계의 X방향에 일치한 상태에서 위치결정이 완료된다.
계속해서, 트리거 기구(60, 65)를 구동하여, 유리 기판(G)의 스크라이브 개시위치에 초기 균열(TR)을 작성한다. 계속해서, 우선 X방향의 주사를 행하기 위하여, 빔 스폿(BS)의 장축이 X방향을 향하도록 장축방향 전환부(30)를 구동하여 제 2 광로를 선택한다. 계속해서 주사 기구부(22)를 구동하고, 평면거울(M7, M8)의 위치를 조정하여, 빔 스폿(BS)이 기판(G)의 스크라이브 개시위치의 외측에 오도록 한다. 계속해서, 레이저빔(BS)를 조사하면서 평면거울(M8)을 X방향으로 이동(주사)함으로써, 유리 기판의 x방향에 스크라이브 가공을 행한다. x방향의 스크라이브를 더 반복할 때는, 평면거울(M7)에 의한 Y방향의 이동(레이저 정지)과, 평면거울(M8)에 의한 X방향의 이동(주사)(레이저 조사)을 번갈아 행한다.
유리 기판의 x방향의 스크라이브 가공을 끝내면, Y방향의 주사를 행하기 위하여, 빔 스폿(BS)의 장축이 Y방향을 향하도록 장축방향 전환부(30) 구동하여 제 1 광로를 선택한다. 계속해서 주사 기구부(22)를 구동해서, 평면거울(M7, M8)의 위치를 조정하여, 빔 스폿(BS)이 기판(G)의 스크라이브 개시위치의 외측에 오도록 한다. 계속해서, 레이저빔(BS)을 조사하면서 평면거울(M8)을 Y방향으로 이동함으로써, 유리 기판의 y방향으로 스크라이브 가공을 행한다. y방향의 스크라이브를 더 반복할 때는 평면거울(M7)에 의한 X방향의 이동(레이저 정지)과, 평면거울(M8)에 의한 Y방향의 이동(주사)(레이저 조사)을 번갈아 행한다.
이상의 동작에 의해, 유리 기판(G)에 x방향, y방향의 스크라이브 가공을 완료한다.
따라서 본 장치에서는, 테이블(40)을 회전이동하는 구동 기구도 병진이동하는 구동 기구도 없기 때문에, 구동력이 큰 구동 기구는 전혀 필요 없다.
또, 장치의 설치 스페이스는 테이블(40)이 점유하는 면적과, 그 주위에 배치되는 주사 기구(22) 등의 영역뿐이므로, 콤팩트한 구조로 된다.
또한 x방향의 스크라이브와 y방향의 스크라이브를, 기판을 이동하지 않고 계속해서 행할 수 있다.
(변형 실시형태)
실시형태 3에서는, 1개의 레이저광원(10)으로부터 출사되는 원형 빔(원 빔)을, 4개의 포물면 거울을 사용한 빔 정형부(21)에 의해, 평행 광속의 타원 빔으로 정형했는데, 레이저 가공 장치(LM3)의 레이저광원(10) 대신, 2개 이상의 레이저광원으로부터 출사되는 작은 직경의 원형 빔을 사용하여, 보다 간이한 방법으로 실질적으로 평행 광속의 타원 빔 스폿으로 간주되는 빔을 형성해도 된다. 즉, 2개 이상의 빔을 내열하여 조사함으로써 실질적으로 타원 빔의 장축방향과 단축방향을 만들 수 있다.
도 19는 2개의 레이저광원(10a, 10b)으로부터 출사되는 2개의 작은 직경의 원형 빔을, 실질적인 타원 빔으로서 조사하는 레이저 가공 장치(LM3)의 변형 실시예에 있어서의 타원 빔의 광로를 도시하는 사시도이다. 여기에서는, 2개의 원형 빔을 연결하는 방향이 실질적인 장축방향으로 된다. 또한, 레이저빔을 3개 내열한 경우에는 직렬 형상으로 3개의 원형 빔을 늘어 놓을 수 있어, 직렬방향이 장축으로 된다. 이 경우, 레이저광원(10a, 10b)의 부착위치의 조정기구가 실질적으로 빔 정형부(21)로서 작용한다.
편의상, 레이저광원(10a)으로부터의 원형 빔을 흰 동그라미, 레이저광원(10b)으로부터의 원형 빔을 검정 동그라미로 나타내면, 도 19에 나타내는 바와 같은 광로에서 빔 스폿이 기판 상에 형성된다.
이 실시예에서는, 평행 광속의 타원 빔을 정형하는 광학계를 간략하게 할 수 있다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명은 레이저 조사에 의해 스크라이브 가공이나 어블레이션 가공이 이루어지는 레이저 가공 장치에 이용할 수 있다.
10 레이저광원 20 레이저 주사 광학계
21, 21a 빔 정형부 22 주사 기구부
23 광로 조정부 25, 26 가이드 레일
27 어저스터 40 테이블
41 상부 부재(다공질 부재) 46 진공펌프
47 에어원 50 기판 유도 기구
60, 65 트리거 기구 71 M2 병진 구동 기구
72 M2 초점 구동 기구 72a 대좌
72b 고정 지지축 72c 포물면 거울 본체
72d 가동 지지축 72e 소형 테이블(X 이동용)
72f 소형 테이블(Y 이동용) 72g 소형 테이블(회전용)
73 U2 유닛 구동 기구 74 M4 병진 구동 기구
75 M4 초점 구동 기구 88 포물면 거울 구동부
U1, U2 빔 변형 유닛 M1~M4 포물면 거울
M5, M6 평면거울 M7, M8 이동거울(평면거울)
M7, M8 평면 이동거울(레이저빔 광학계)
M11 평면 가동 거울(광로 전환 기구)
M12, M13 평면거울(제 1 광로) M14, M15 평면거울(제 2 광로)
M16 평면 가동 거울(광로 정합 기구) F12, F34 공초점

Claims (20)

  1. 기판 재치면이 다공질 부재로 형성되어, 다공질 부재를 통하여 기판을 흡착하는 흡착 기구와 다공질 부재를 통하여 기판에 기체를 불어 부상시키는 부상 기구가 설치된 위치 고정의 테이블과,
    레이저광원과,
    레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 단면이 타원의 레이저빔으로 정형하여, 기판의 가공면으로 인도하고, 기판 상에 조사되는 타원의 빔 스폿의 장축방향을 따라 주사하는 레이저빔 주사 광학계와,
    상기 부상 기구에 의해 부상시킨 기판의 기판 측면에 접촉하여 당해 기판 측면을 테이블면에 수평한 방향으로 밀어 이동시키는 이동가능한 가동 접촉부가 서로 당해 기판을 사이에 끼우도록 하여 복수 배치되어, 상기 기판의 위치결정, 또는, 이동을 행할 때에, 상기 복수의 가동 접촉부에 의해 기판을 유도하는 기판 유도 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 가동 접촉부는 기판 측면에 접촉하는 부위가 분기되어, 기판에 대하여 2개소에서 접촉하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 기판 유도 기구는 가동 접촉부를 테이블면에 수평한 방향으로 자유롭게 이동시키기 위한 관절부를 갖는 암을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 레이저빔 주사 광학계는, 레이저광원으로부터 출사되는 레이저빔을 정형하여, 평행 광속이고 단면이 타원의 빔, 또는, 비평행 광속이고 단면이 타원의 빔으로서 출사하는 빔 정형부와,
    빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 출사방향을 조정함과 아울러, 이 타원 빔이 비평행 광속의 경우에는 평행 광속의 타원 빔으로 조정하여 출사하는 광로 조정부와,
    광로 조정부로부터 출사되는 평행 광속의 타원 빔을 반사하면서 이동하여 기판 상에 타원의 빔 스폿을 주사시키는 주사축 이동거울 및 이 주사축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향을 따라 이동시키는 주사축 안내 기구로 이루어지는 주사 기구부를 구비하고,
    레이저광원 및 빔 정형부는 주사 기구부와는 독립적으로 설치하여, 빔 스폿을 주사시킬 때에 빔 정형부가 이동하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 주사 기구부는, 또한 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향으로 이동하는 이송축 이동거울 및 이 이송축 이동거울을 상기 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향을 따라 이동시키는 이송축 안내 기구를 구비하고, 광로 조정부로부터 출사된 평행 광속의 타원 빔은 이송축 이동거울, 주사축 이동거울의 순으로 반사되어 기판 상에 빔 스폿을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 주사축 안내 기구는, 주사축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향으로 이동하는 안내를 행하는 주사축 가이드 레일과, 이송축 이동거울을 빔 스폿의 장축방향과 직교하는 방향으로 이동하는 안내를 행하는 이송축 가이드 레일을 구비하고, 주사축 가이드 레일은 이송축 이동거울과 연결되어 일체로 이동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 빔 정형부는 서로 공초점을 형성하도록 배치된 1쌍의 포물면 거울로 이루어지는 빔 변형 유닛을 구비하고,
    빔 변형 유닛은 일방의 포물면 거울이 레이저빔을 일방향으로 축소 또는 확대하면서 타방의 포물면 거울에 출사하고, 타방의 포물면 거울은 입사된 레이저빔을 단축 폭 또는 장축 폭이 정해진 평행 광속의 타원의 레이저빔으로서 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 빔 변형 유닛을 2개 구비하고, 일방의 빔 변형 유닛은 서로 제 1 공초점을 형성하도록 배치된 제 1 포물면 거울과 제 2 포물면 거울의 쌍으로 이루어지는 단축 형성용의 빔 변형 유닛을 이루고, 타방의 빔 변형 유닛은 서로 제 2 공초점을 형성하도록 배치된 제 3 포물면 거울과 제 4 포물면 거울과의 쌍으로 이루어지는 장축 형성용의 빔 변형 유닛을 이루고,
    단축 형성용의 빔 변형 유닛은, 제 1 포물면 거울이 상기 레이저광원으로부터 출사된 레이저빔을 제 1 방향으로 축소하면서 제 2 포물면 거울을 향하여 출사하고, 제 2 포물면 거울은 입사된 레이저빔을 단축 폭이 정해진 평행 광속의 타원의 레이저빔으로 정형하여 장축 형성용의 빔 변형 유닛을 향하여 출사하고,
    장축 형성용의 빔 변형 유닛은, 제 3 포물면 거울이 제 2 포물면 거울으로부터 출사된 레이저빔을 상기 제 1 방향과는 직교하는 제 2 방향으로 확대하면서 제 4 포물면 거울을 향하여 출사하고, 제 4 포물면 거울은 입사된 레이저빔을, 단축 폭과 장축 폭이 정해진 평행 광속의 타원 빔으로 정형하여 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 빔 변형 유닛은 광학 정수가 상이한 포물면 거울의 쌍이 복수 세트 준비되어, 출사하는 평행 광속의 타원 빔의 단면 형상을 변경할 때, 포물면 거울의 쌍마다 세트로 교환하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 빔 변형 유닛은 쌍을 이루는 포물면 거울의 일방을 부착위치가 고정된 고정 초점의 포물면 거울로 하고, 타방의 포물면 거울을 이동가능한 가변 초점의 포물면 거울로 하고,
    가동의 포물면 거울을 이동시켰을 때, 동시에 그 초점을 변화시켜 고정 포물면 거울과 공초점을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 가변 초점의 포물면 거울은 레이저빔을 반사하는 가요성의 포물면 거울 본체와, 포물면 거울 본체의 일단을 지지하고 대좌에 고정되는 고정 지지축과, 포물면 거울 본체의 타단을 지지함과 아울러 고정 지지축의 축방향과 직교하는 면 방향으로 병진이동 및 회전이동이 가능하게 부착되는 가동 지지축과, 가동 지지축을 구동하는 병진 구동 기구 및 회전 구동 기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  12. 제 5 항에 있어서, 레이저빔 주사 광학계의 광로 조정부는, 또한 빔 정형부로부터 출사되는 타원 빔의 장축방향을 제 1 방향을 향하게 한 제 1 타원 빔, 타원 빔의 장축방향을 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 향하게 한 제 2 타원 빔 중 어느 하나를 선택적으로 출사하는 장축방향 전환부를 구비하고,
    주사 기구부는, 장축방향 전환부로부터 출사되는 제 1 타원 빔 또는 제 2 타원 빔에 기초하여, 기판 상에 제 1 타원의 빔 스폿 또는 제 1 빔 스폿과는 장축방향이 직교하는 제 2 타원의 빔 스폿을 형성함과 아울러, 제 1 타원 스폿 또는 제 2 타원 스폿의 장축방향의 2방향을 따라 기판 상의 빔 스폿을 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 장축방향 전환부는 빔 정형부로부터 출사된 타원 빔의 장축방향이 제 1 방향을 향하도록 광학소자를 배치한 제 1 광로와, 타원 빔의 장축방향이 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향을 향하도록 광학소자를 배치한 제 2 광로와, 빔 정형부로부터 출사된 타원 빔의 진행방향을 제 1 광로 또는 제 2 광로 중 어느 하나로 선택하는 광로 전환 기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 광로 전환 기구는 광로 상에 배치되어, 반사방향을 전환하는 가동거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 장축방향 전환부는 출사측에서 제 1 광로와 제 2 광로가 교차함과 아울러, 교차 영역에 제 1 광로와 제 2 광로의 방향을 동일한 방향으로 향하게 하는 광로 정합 기구가 설치되고, 광로 정합 기구는 제 1 광로를 통과한 제 1 타원 빔, 제 2 광로를 통과한 제 2 타원 빔 중 어느 하나를 선택적으로 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 광로 정합 기구는 상기 교차 영역에 넣고 빼는 가동거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 제 1 광로, 제 2 광로에 배치되는 광학소자는 평면거울군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 칼끝이 제 1 빔 스폿의 장축방향, 제 2 빔 스폿의 장축방향으로 향해지고, 각각의 방향으로 초기 균열을 형성하는 2개의 트리거 기구를 독립적으로 설치한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 빔 정형부는 복수의 레이저광원으로부터 출사되는 복수의 작은 직경의 평행 광속을 서로 평행하게 또한 직렬로 배열함으로써 열방향을 실질적으로 장축방향으로 하여 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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