KR20130036705A

KR20130036705A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20130036705A
Application number: KR1020120100300A
Authority: KR
Inventors: 타카히사 하야시; 세이지 시미즈
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-04-12
Also published as: JP2013078780A; TW201315556A; CN103028841A; KR20140099222A; TWI527650B; CN103028841B

Abstract

[과제] 간단한 처리에 의하여, 기판 상에 있어서의 레이저 빔의 강도를 빔의 길이 방향 혹은 빔의 폭 방향에 있어서 일양(一樣)하게 한다.
[해결 수단] 이 레이저 가공 장치는, 레이저 발진기(11)와, 유리 기판이 재치(載置)되는 테이블(1)과, 스크라이브 예정 라인과 직교하는 방향의 빔 폭을 제어하는 제1 비구면 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(14)와, 빔 길이를 제어하는 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)와, 냉각 노즐(3)과, 레이저 빔 및 냉각 노즐(3)을 주사(走査)하기 위한 테이블 구동 기구(4)를 구비하고 있다. 제1 및 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)는, 입사된 가우스형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔의 강도 분포를, 유리 기판 상에 있어서 빔 폭 방향 및 빔 길이 방향에서 일양하게 한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 레이저 가공 장치, 특히, 레이저 빔을 스크라이브 예정 라인을 따라 조사하여, 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 홈을 형성하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

유리 기판 등의 취성 재료 기판을 분단(分斷)하기 위한 기술로서, 균열 진전을 이용한 분단 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 우선, 커터 휠 등에 의하여 유리 기판의 표면에 초기 균열이 형성된다. 그 후, 레이저 빔이 스크라이브 예정 라인을 따라 주사(走査)되어 기판이 가열되고, 나아가 레이저 빔의 조사 직후에 가열된 영역이 냉각된다. 이것에 의하여, 스크라이브 예정 라인을 따라 균열이 진전하여, 스크라이브 홈이 형성된다.

스크라이브 예정 라인을 따라 주사되는 레이저 빔은, 주사 방향을 따라 소정의 길이를 가지고 있다. 이와 같은 레이저 빔을 형성하기 위하여, 구면(球面) 렌즈 및 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)를 포함하는 광학계, 혹은 모선(母線)이 연장되는 방향을 서로 직교시켜 배치된 2매의 실린드리컬 렌즈를 포함하는 광학계가 이용되고 있다.

이상과 같은 종래의 광학계에 의하여 형성되는 레이저 빔은, 빔 주사 방향을 따른 강도 분포가 가우스형이다. 즉, 레이저 빔의 강도는, 빔의 긴쪽 방향의 중앙부가 가장 강해지고, 양단(兩端)으로 가는 것에 따라 약해지고 있다. 이와 같은 종래의 광학계에 의한 레이저 빔은, 스크라이브 홈을 형성하는데 있어서 최적인 강도 분포의 레이저 빔이라고는 할 수 없다.

그래서, 특허 문헌 1에는, 레이저 빔의 강도 분포를 스크라이브 예정 라인을 따른 방향으로 균일하게 할 수 있는 가공 시스템이 제안되어 있다. 이 가공 시스템은, 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 출사(出射)된 레이저 빔을 반사하는 반사 미러와, 반사 미러로 반사된 레이저 빔을 기판 상으로 주사하는 폴리곤 미러(polygon mirror)를 구비하고 있다.

일본국 공개특허공보 특개2005-212364호

특허 문헌 1에 기재된 시스템에서는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔은, 반사 미러를 거쳐 폴리곤 미러로 반사되어, 기판 상의 스크라이브 예정 라인을 따라 소정의 길이에 걸쳐 반복 주사된다. 이 반복 주사에 의하여, 소정 길이의 레이저 빔은, 스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 강도 분포가 균일하게 된다.

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 시스템에서는, 폴리곤 미러로 반사된 레이저 빔의 기판 표면에 대한 조사 각도가 변화하기 때문에, 실제로는 레이저 빔의 강도 분포는 균일하지 않고, 반복 주사에 의한 레이저 빔 조사 범위의 단부(端部)로 갈수록 강도가 저하하여 버린다. 또한, 기판 상에 있어서의 레이저 빔의 강도를, 일양(一樣)한 강도 분포로 밖에 하지 못하여, 다양한 기판 사양, 가공 조건 등에 적절히 대응하는 것이 곤란하다.

본 발명의 과제는, 간단한 구성 및 처리에 의하여, 기판 상에 있어서의 레이저 빔의 강도를 빔의 길이 방향 혹은 빔의 폭 방향에 있어서 일양하게 하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는, 여러 가공 조건에 최적인 강도 분포의 레이저 빔을 용이하게 얻을 수 있도록 하는 것에 있다.

제1 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 레이저 빔을 스크라이브 예정 라인을 따라 조사하여, 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 홈을 형성하는 장치이고, 가우스형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔을 출사하는 레이저 빔 출사 장치와, 가공되는 취성 재료 기판이 재치(載置, 물건의 위에 다른 것을 올리는 것)되는 테이블과, 스크라이브 예정 라인과 직교하는 방향의 빔 폭을 제어하는 제1 렌즈와, 스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 빔 길이를 제어하는 제2 렌즈와, 취성 재료 기판에 있어서의 레이저 빔에 의하여 가열된 영역을 냉각하는 냉각 장치와, 레이저 빔 및 냉각 장치를 테이블에 재치된 취성 재료 기판에 대하여 상대적으로 주사하기 위한 주사 기구를 구비하고 있다. 그리고, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 적어도 일방(一方)은, 입사된 가우스형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔의 강도 분포를, 취성 재료 기판 상에 있어서 빔 폭 방향 혹은 빔 길이 방향에서 일양하게 하는 비구면 실린드리컬 렌즈이다.

이 가공 장치에서는, 레이저 빔 출사 장치로부터 출사된 레이저 빔은, 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통과하여 취성 재료 기판 상에 조사된다. 또한, 레이저 빔은, 주사 기구에 의하여 취성 재료 기판의 스크라이브 예정 라인을 따라 주사된다. 레이저 빔에 의하여 가열된 기판은, 레이저 빔과 함께 주사되는 냉각 장치에 의하여 냉각되고, 기판의 스크라이브 예정 라인을 따라 스크라이브 홈이 형성된다. 여기서, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 적어도 일방은 비구면 렌즈이기 때문에, 레이저 빔의 폭 방향 및/또는 길이 방향의 강도 분포가 일양하게 된다.

여기에서는, 종래의 폴리곤 미러를 이용한 시스템에 비교하여, 대략 직사각형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔을 용이하게 얻을 수 있다. 그리고, 특히 레이저 빔의 길이 방향의 강도 분포를 일양하게 한 경우는, 스크라이브 홈 형성 시의 프로세스를 최적화하는 것이 용이하게 된다.

제2 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 발명의 장치에 있어서, 제2 렌즈가 빔의 강도 분포를 변환하는 비구면 실린드리컬 렌즈이다.

여기에서는, 취성 재료 기판 상에 조사되는 레이저 빔의, 스크라이브 예정 라인을 따른 레이저 빔의 길이 방향의 강도 분포를 일양하게 할 수 있다. 이 때문에, 냉각 장치에 의한 냉각의 직전까지 기판의 온도를 상승시켜 둘 수 있다. 따라서, 냉각 시의 인장 응력을 크게 할 수 있어, 스크라이브 홈의 가공 가능 조건을 보다 넓게 할 수 있다. 즉, 스크라이브 마진이 커진다.

제3 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 발명의 장치에 있어서, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 모두 빔의 강도 분포를 변환하는 비구면 렌즈이다.

여기에서는, 레이저 빔의 폭 방향 및 스크라이브 예정 라인을 따른 길이 방향에 있어서, 레이저 빔의 강도 분포를 일양하게 할 수 있다. 따라서, 스크라이브 마진을 보다 확대할 수 있다.

제4 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나의 장치에 있어서, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 각각을, 광 축을 따른 방향으로 독립하여 이동시키는 이동 기구를 더 구비하고 있다.

각 렌즈를 광 축을 따른 방향으로 이동시키는 것에 의하여, 빔의 폭 방향 및 길이 방향의 길이를 바꿀 수 있어, 프로세스의 최적화를 도모할 수 있다.

제5 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나의 장치에 있어서, 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축과 직교하는 방향으로 시프트(shift)하는 시프트 기구를 더 구비하고 있다.

비구면 실린드리컬 렌즈를 오프셋(offset)하는 것에 의하여, 레이저 빔의 강도 분포의 형상을 바꿀 수 있다. 이것에 의하여, 기판의 온도 상승의 방법을 바꿀 수 있어, 프로세스의 최적화를 도모할 수 있다.

제6 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나의 장치에 있어서, 비구면 실린드리컬 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 직경을 제어하는 빔 직경 제어 기구를 더 구비하고 있다.

비구면 실린드리컬 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 직경을 바꾸는 것에 의하여, 레이저 빔의 강도 분포의 형상을 바꿀 수 있다. 따라서, 제5 발명과 마찬가지로 프로세스의 최적화를 도모할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에서는, 광학계를 구성하는 렌즈를 비구면 실린드리컬 렌즈로 하는 것에 의하여, 기판 상에 있어서의 레이저 빔의 강도를, 빔의 길이 방향 혹은 빔의 폭 방향에 있어서, 간단하게 일양하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 개략 구성도.
도 2는 직사각형 빔과 가우스 빔의 표면 온도 분포를 도시하는 도면.
도 3은 직사각형 빔과 가우스 빔의 표면 응력 분포를 도시하는 도면.
도 4는 직사각형 빔의 스크라이브 마진을 도시하는 도면.
도 5는 가우스 빔의 스크라이브 마진을 도시하는 도면.
도 6은 비구면 실린드리컬 렌즈를 Z축 방향으로 이동시킨 경우의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 7은 비구면 실린드리컬 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 빔 직경을 바꾼 경우의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 8은 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축으로부터 시프트한 경우의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 9는 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축으로부터 시프트한 경우의 강도 분포를 도시하는 도면.
도 10은 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축으로부터 시프트한 경우의 강도 분포를 도시하는 도면.

［레이저 가공 장치］

본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 장치를 도 1에 도시한다. 이 레이저 가공 장치는, 가공 대상으로서의 유리 기판(G)이 재치되는 테이블(1)과, 테이블(1) 상의 유리 기판(G)을 가열하는 가열 기구(2)와, 가열 기구(2)에 의하여 가열된 유리 기판(G)을 냉각하는 냉각 장치(도 1에서는, 냉각 장치를 구성하는 냉각 노즐(3)만을 도시하고 있다)와, 테이블(1)을 X, Y 평면 내에서 이동하기 위한 테이블 구동 기구(주사 기구, 4)를 구비하고 있다. 덧붙여, 도 1(b)는 도 1(a)를 90° 다른 방향으로부터 본 도면이다.

가열 기구(2)는, 레이저 출사 장치로서의 레이저 발진기(11)와, 빔 익스팬더(beam expander, 12)와, 반사 미러(13)와, 제1 비구면 실린드리컬 렌즈(14)와, 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)를 구비하고 있다. 또한, 가열 기구(2)는, 빔 직경 제어 기구(18)와 제1 및 제2 이동 기구(21, 22)와 제1 및 제2 시프트 기구(23, 24)를 구비하고 있다.

레이저 발진기(11)는 예를 들어 CO₂ 레이저를 출사하는 장치이다. 이 레이저 발진기(11)로부터 출사되는 레이저 빔의 강도는, 가우스 분포를 나타낸다. 빔 익스팬더(12)는 3개의 렌즈로 이루어지고, 각 렌즈의 광 축 방향의 간극(間隙)을 변경 가능하다. 반사 미러(13)는, 빔 익스팬더(12)로부터의 레이저 빔을 테이블(1) 측으로 반사하도록 배치되어 있다.

제1 비구면 실린드리컬 렌즈(14)는, 입사된 레이저 빔을 유리 기판(G) 상에 집광(集光)하는 것과 함께, 레이저 빔의 폭 방향(스크라이브 예정 라인과 직교하는 방향)의 강도를, 유리 기판(G) 상에 있어서 직사각형상(狀)의 분포로 변환하기 위한 렌즈이다. 또한, 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)는, 입사된 레이저 빔을 유리 기판(G) 상에 집광하는 것과 함께, 레이저 빔의 스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 강도를, 유리 기판(G) 상에 있어서 직사각형상의 분포로 변환하기 위한 렌즈이다.

빔 직경 제어 기구(18)는, 빔 익스팬더(12)를 구성하는 3개의 렌즈 중 2개의 렌즈 사이의 거리를 바꾸어, 레이저 빔의 빔 직경을 제어하기 위한 기구이다.

제1 이동 기구(21)는, 제1 비구면 실린드리컬 렌즈(14)를 Z축 방향(높이 방향)으로 이동시켜, 유리 기판(G) 상에서의 빔 폭을 바꾸기 위한 기구이다. 또한, 제2 이동 기구(22)는, 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)를 Z축 방향으로 이동시켜, 유리 기판(G) 상에서의 빔 길이(스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 길이)를 바꾸기 위한 기구이다.

제1 시프트 기구(23)는, 제1 비구면 실린드리컬 렌즈(14)를 광 축과 직교하는 Y축 방향(스크라이브 예정 라인과 직교하는 빔 폭 방향)으로 시프트시켜, 유리 기판(G) 상에 있어서의 빔 폭 방향의 강도 분포를 바꾸기 위한 기구이다. 또한, 제2 시프트 기구(24)는, 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)를 수평면 내에서 Y축과 직교하는 X축 방향(스크라이브 예정 라인을 따른 방향)으로 시프트시켜, 유리 기판(G) 상에 있어서의 빔 길이 방향의 강도 분포를 바꾸기 위한 기구이다.

냉각 장치는, 도시하지 않는 냉매원으로부터 공급되는 냉매를, 냉각 노즐(3)을 통하여 분사하여 냉각 스포트를 형성한다. 이 냉각 스포트는, 유리 기판(G) 상에 조사된 레이저 빔의 주사 방향의 후단부(後端部)에 형성된다.

［스크라이브 방법］

이상의 가공 장치를 이용하여 유리 기판(G)에 스크라이브 홈을 형성하는 경우는, 우선, 커터 휠 등을 이용하여, 유리 기판(G)의 단부에 스크라이브의 기점(起點)으로 되는 초기 균열을 형성한다. 덧붙여, 이 초기 균열은 레이저에 의하여 형성하여도 무방하다.

다음으로, 레이저 발진기(11)로부터 레이저 빔이 출사되고, 이 레이저 빔은 빔 익스팬더(12), 반사 미러(13), 제1 및 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)를 통하여 유리 기판(G) 상에 조사된다. 이 때, 레이저 빔의 강도 분포는, 제1 및 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)에 의하여, 빔 폭 방향 및 빔 길이 방향의 양방(兩方)에 있어서, 가우스 분포로부터 직사각형상의 분포로 변환된다. 이 레이저 빔은, 테이블 구동 기구(4)에 의하여 테이블(1)을 이동하는 것에 의하여, 스크라이브 예정 라인을 따라 유리 기판(G) 상을 주사된다. 유리 기판(G)은 레이저 빔에 의하여 유리 기판(G)의 연화점보다도 낮은 온도로 가열된다. 또한, 냉각 스포트를 레이저 빔의 주사 방향 후단에 있어서 추종시킨다.

이상과 같이 하여, 레이저 빔의 조사에 의하여 가열된 영역의 근방에는 압축 응력이 생기지만, 그 직후에 냉매의 분사에 의하여 냉각 스포트가 형성되기 때문에, 수직 크랙의 형성에 유효한 인장 응력이 생긴다. 이 인장 응력에 의하여, 스크라이브 예정 라인을 따라 수직 크랙이 형성되어, 소망하는 스크라이브 홈이 형성된다.

［레이저 빔의 강도 분포］

여기서, 강도 분포가, 가우스 분포인 레이저 빔(이하, 「가우스 빔」이라고 적는다)과, 본 실시예와 같이 직사각형상의 분포인 레이저 빔(이하, 「직사각형 빔」이라고 적는다)과의 상위(相違)에 관하여 상세하게 설명한다.

도 2는, 직사각형 빔과 가우스 빔을 유리 기판 상에서 주사한 경우의, 기판의 어느 위치에 있어서의 표면 온도의 경시 변화를 나타내고 있다. 도 2에 있어서, 실선이 직사각형 빔을 이용한 경우의 표면 온도의 경시 변화이며, 일점쇄선이 가우스 빔을 이용한 경우의 표면 온도의 경시 변화이다. 또한, 도 2의 가로축은 시간[초], 세로축은 온도[℃]이다. 덧붙여, 레이저 빔은, 길이가 60mm, 폭이 1.5mm, 주사 속도는 120mm/s이다. 또한, 냉각은 레이저 빔의 주사 방향 후단에서 행하였다.

도 2로부터 분명한 바와 같이, 가우스 빔에 의한 가열의 경우는, 기판 표면 온도는 완만하게 상승하고, 레이저 빔이 약 2/3 통과한 시점에서 최대가 되며, 그 후 저하되고 있다. 한편, 직사각형 빔에 의한 가열의 경우는, 급격하게 온도 상승하여, 냉각 직전까지 온도 상승이 계속되고 있다. 따라서, 냉각 시의 온도차는, 이 예에서는, 직사각형 빔의 경우는 가우스 빔의 경우에 비교하여 약 150℃ 크다.

도 3은, 직사각형 빔과 가우스 빔을 유리 기판 상에서 주사한 경우의, 기판의 어느 위치에 있어서의 표면 응력의 경시 변화를 나타내고 있다. 도 3에 있어서, 실선이 직사각형 빔을 이용한 경우의 표면 응력의 경시 변화이며, 일점쇄선이 가우스 빔을 이용한 경우의 표면 응력의 경시 변화이다. 또한, 도 3의 가로축은 시간[초], 세로축은 응력[MPa]이다. 덧붙여, 레이저 빔의 치수, 주사 속도는 도 2와 마찬가지이다.

도 3으로부터 분명한 바와 같이, 가우스 빔에 의한 가열의 경우는, 빔 중심에서 압축 응력이 가장 크고, 이 예에서는 -83MPa로 된다. 그 후, 압축 응력은 저하되어, 냉각 직전에서는 -17MPa로 된다. 한편, 직사각형 빔에 의한 가열의 경우는, 빔 선단(先端)에서 약 -60MPa까지 급격하게 압축 응력이 커진 후, 서서히 빔 후단을 향하여 압축 응력이 커진다. 냉각 직전에서의 압축 응력은 -74MPa이다. 또한, 냉각 시의 인장 응력은 가우스 빔의 경우에 150MPa, 직사각형 빔의 경우에 177MPa이며, 직사각형 빔이 약 18% 크다.

이상로부터, 다음을 알 수 있다.

직사각형 빔에 의한 가열에서는, 냉각 시의 인장 응력이 커지는 것으로부터, 가우스 빔에 의한 가열보다, 스크라이브 홈을 형성 가능한 조건 범위가 넓어지는, 즉 스크라이브 마진이 확대하는 것을 예측할 수 있다. 이 때문에, 스크라이브 홈 형성 시의 프로세스의 안정성을 향상할 수 있다. 또한, 가공 가능 조건을 용이하게 찾아낼 수 있다.

이상의 예측에 기초하여 행한 실험 결과를 도 4 및 도 5에 도시한다. 도 4는 직사각형 빔에 의하여 가열하여 스크라이브 홈 가공을 행한 경우의 스크라이브 가부(可否)의 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 5는 가우스 빔에 의하여 가열하여 스크라이브 홈 가공을 행한 경우의 스크라이브 가부의 결과를 나타내고 있다.

이들 도면로부터 분명한 바와 같이, 직사각형 빔에 의하여 가열을 행하여, 스크라이브 홈 가공을 행한 쪽이, 가우스 빔에 의하여 가열을 행한 경우에 비교하여, 스크라이브 가능 범위가 보다 넓게 되어 있다.

［직사각형 빔의 제어］

여기서, 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)의 위치를 바꾸는 것에 의하여, 직사각형 빔의 강도 분포의 형상을 제어할 수 있다. 이하에, 구체적인 제어에 관하여 설명한다.

＜Z축 방향 위치＞

제1 이동 기구(21) 또는 제2 이동 기구(22)에 의하여, 각 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)의 유리 기판(G)으로부터의 위치, 즉 Z축 방향의 위치를 바꾸는 것에 의하여, 빔 폭의 길이, 스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 빔 길이를 바꿀 수 있다. 이 모습을 도 6에 도시하고 있다. 덧붙여, 도 6은 빔 길이 방향의 강도 분포를 나타내는 것이다.

도 6으로부터 분명한 바와 같이, 비구면 실린드리컬 렌즈와 기판 표면과의 사이의 거리를 크게 하면, 빔 길이는 길어진다. 다만, 빔 길이가 바뀌는 것과 함께, 강도 분포의 형상도 바뀐다.

＜입사 빔 직경＞

빔 익스팬더(12)의 각 렌즈의 위치를 제어하는 것에 의하여, 비구면 실린드리컬 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 빔 직경을 바꿀 수 있다. 그리고, 도 7에 도시하는 바와 같이, 빔 직경을 바꾸는 것에 의하여, 직사각형 빔의 강도 분포를 바꿀 수 있다. 덧붙여, 도 7은 빔 길이 방향의 강도 분포를 나타내는 것이다.

구체적으로는, 빔 직경을 작게 하면, 도 7의 하단(下段) 좌측에 도시하는 바와 같이, 강도 분포의 직사각형이 흐트러지고, 빔 중앙부의 강도가 양 단부에 비교하여 강해져, 가우스 분포에 가까워진다. 이것으로부터 빔 직경을 크게 하면, 도 7의 하단 중앙에 도시하는 바와 같이, 대략 직사각형상의 강도 분포를 얻을 수 있다. 그리고, 나아가 빔 직경을 크게 하면, 하단 우측에 도시하는 바와 같이, 중앙부가 양단에 비교하여 약해진다.

＜시프트＞

제1 시프트 기구(23) 또는 제2 시프트 기구(24)에 의하여, 각 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)를, 광 축과 직교하는 방향으로 시프트시키는 것에 의하여, 빔 폭 방향의 강도 분포, 빔 길이 방향의 강도 분포를 바꿀 수 있다.

구체예를 도 8 ~ 도 10에 도시하고 있다. 도 8 ~ 도 10은, 각각, 도 7의 하단 중앙의 상태, 하단 좌측의 상태, 하단 우측의 상태의 제2 비구면 실린드리컬 렌즈(15)를, 광 축과 직교하는 방향으로 -0.3 ~ +0.3mm만큼 시프트한 모습을 도시하고 있다.

이들 도면으로부터 분명한 바와 같이, 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축과 직교하는 방향으로 시프트하는 것에 의하여, 빔의 양단의 일방의 강도를 타방(他方)보다 강하게 할 수 있다. 또한, 시프트의 정도에 의하여, 양단의 강도 차이의 정도를 제어할 수 있다.

이상과 같이, 직사각형 빔의 강도 분포의 형상을 바꾸는 것으로, 여러 가공 조건에 최적인 온도 분포로 가열할 수 있어, 프로세스를 최적화하는 것이 가능해진다.

［다른 실시예］

본 발명은 이상과 같은 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하는 것 없이 여러 변형 또는 수정이 가능하다.

(a) 상기 실시예에서는, 비구면 실린드리컬 렌즈(14, 15)를 이용하여, 레이저 빔의 폭 방향 및 길이 방향의 강도 분포를 직사각형상으로 변환하도록 하였지만, 어느 일방만을 비구면 실린드리컬 렌즈로 하여, 일방 측의 강도 분포만을 직사각형상으로 하도록 하여도 무방하다.

(b) 상기 실시예에서는, 레이저 빔의 빔 직경을 1개의 빔 익스팬더에 의하여 바꾸도록 하였지만, 빔 폭 방향 및 빔 길이 방향의 각각에 있어서의 빔 직경을 바꾸기 위한 빔 익스팬더를 독립하여 설치하여도 무방하다.

1 : 테이블
3 : 냉각 노즐
4 : 테이블 구동 기구
11 : 레이저 발진기
12 : 빔 익스팬더
14, 15 : 비구면 실린드리컬 렌즈
21, 22 : 제1, 제2 이동 기구
23, 24 : 제1, 제2 시프트 기구

Claims

레이저 빔을 스크라이브 예정 라인을 따라 조사하여, 취성 재료 기판의 표면에 스크라이브 홈을 형성하는 레이저 가공 장치이고,
가공되는 취성 재료 기판이 재치(載置)되는 테이블과,
가우스형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔을 출사(出射)하는 레이저 빔 출사 장치와,
상기 스크라이브 예정 라인과 직교하는 방향의 빔 폭을 제어하는 제1 렌즈와,
상기 스크라이브 예정 라인을 따른 방향의 빔 길이를 제어하는 제2 렌즈와,
취성 재료 기판에 있어서의 상기 레이저 빔에 의하여 가열된 영역을 냉각하는 냉각 장치와,
레이저 빔 및 상기 냉각 장치를, 상기 테이블에 재치된 취성 재료 기판에 대하여 상대적으로 주사(走査)하기 위한 주사 기구
를 구비하고,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 적어도 일방(一方)은, 입사된 가우스형의 강도 분포를 가지는 레이저 빔의 강도 분포를, 취성 재료 기판 상에 있어서 빔 폭 방향 혹은 빔 길이 방향에서 일양(一樣)하게 하는 비구면 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)인,
레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 렌즈가 빔의 강도 분포를 변환하는 상기 비구면 실린드리컬 렌즈인, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 모두 빔의 강도 분포를 변환하는 상기 비구면 실린드리컬 렌즈인, 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 각각을, 광 축을 따른 방향으로 독립하여 이동시키는 이동 기구를 더 구비한, 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비구면 실린드리컬 렌즈를 광 축과 직교하는 방향으로 이동하는 시프트(shift) 기구를 더 구비한, 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비구면 실린드리컬 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 직경을 제어하는 빔 직경 제어 기구를 더 구비한, 레이저 가공 장치.