KR20130099832A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 편향(偏向) 혹은 편향·분기(分岐) 수단의 설계의 자유도를 높여 구성을 용이하게 하고, 또한 가공 시에 있어서의 피가공물의 데미지를 억제한다.
[해결 수단] 이 장치는, 피가공물이 재치되는 워크 테이블(work table, 2)과, 레이저광을 출력하는 레이저 출력부(15)와, 레이저 출력부(15)로부터의 레이저광을 편향, 분기하는 편향 분기 기구(31)와, 편향된 레이저광을 편향된 레이저광의 방향과는 다른 회전축의 둘레에 회전시키기 위한 이미지 로테이터(image rotator, 14)와, 레이저광을 피가공물에 집광시키기 위한 fθ 렌즈(20)를 구비하고 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING DEVICE}

본 발명은, 피가공물에 레이저광을 조사하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치로서는, 예를 들어 특허 문헌 1에 나타내진 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 가공 장치에서는, 파장이 532nm 정도의 그린 레이저광이 유리 기판 등의 워크(work)에 조사된다. 그린 레이저광은, 일반적으로는 유리 기판을 투과하지만, 레이저광을 집광하여, 그 강도가 어느 역치를 넘으면, 유리 기판은 레이저광을 흡수하게 된다. 이와 같은 상태에서는, 레이저광의 집광부에 플라즈마(plasma)가 발생하고, 이것에 의하여 유리 기판은 증산(蒸散)한다. 이상과 같은 원리를 이용하여, 유리 기판에 구멍을 형성하는 등의 가공이 가능하다.

또한, 특허 문헌 2에는, 레이저광을, 워크의 표면 상에서, 원, 타원 등의 궤적을 그리도록 회전시키거나, 좌우, 상하, 비스듬히 등, 임의의 방향으로 주사(走査)시키거나 하기 위한 레이저 가공 장치가 나타내져 있다.

나아가, 특허 문헌 3에는, 회절 광학 소자(DOE)를 이용하여 복수의 집광점을 유리 기판 상에 형성하고, 이 복수의 집광점을 회전하면서 가공 라인을 따라 주사하는 것에 의하여 유리 기판을 가공하는 것이 나타내져 있다.

일본국 공개특허공보 특개2007-118054호 일본국 공개특허공보 특개평8-192286호 일본국 공개특허공보 특개2011-11917호

전술과 같은 종래의 레이저 가공 장치에서는, 레이저광을 편향(偏向)하는 수단, 혹은 레이저광을 편향 및 분기(分岐)하는 수단을 회전시키고 있다. 이와 같은 구성에서는, 편향 수단 또는 편향·분기 수단은 많은 제약을 받게 된다. 예를 들어, 이상의 각 수단의 회전 밸런스를 양호하게 할 필요가 있고, 편향각이 영향을 받지 않도록 입사 빔에 대하여 기울지 않도록 할 필요가 있다. 나아가, 각 수단이 복수의 소자로 구성되는 경우는, 고속으로 회전시켜도 각 소자 간의 위치 관계 등이 흐트러지지 않도록 하여야 한다.

덧붙여, 특허 문헌 3에 나타내지는 바와 같은 DOE를 이용한 경우는, 이상의 문제를 해소할 수 있다고 생각된다. 그러나, DOE를 이용한 경우, 가공에 기여하는 ±1차의 회절광보다 고차의 회절광이 가공 라인의 외측에 조사된다. 이 조사에 의하여 유리 기판이 데미지를 받는다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 편향 혹은 편향·분기 수단의 설계의 자유도를 높여 구성을 용이하게 하고, 또한 가공 시에 있어서의 피가공물의 데미지를 억제하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는, 가공 시간을 단축하는 것에 있다.

본 발명의 제1 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 피가공물에 레이저광을 조사하여 가공을 행하는 장치이고, 피가공물이 재치(載置, 물건의 위에 다른 것을 올려 놓음)되는 워크 테이블(work table)과, 레이저광을 출력하는 레이저 출력부와, 레이저 출력부로부터의 레이저광을 편향하는 레이저광 편향 수단과, 편향된 레이저광을 편향된 레이저광과는 방향이 다른 회전축의 둘레에 회전시키기 위한 이미지 로테이터(image rotator)와, 레이저광을 피가공물에 집광시키기 위한 집광 수단을 구비하고 있다.

이 장치에서는, 레이저 출력부로부터 출력된 레이저광은, 편향되어 이미지 로테이터에 입력된다. 이미지 로테이터에 입력된 레이저광은, 편향된 레이저광과는 방향이 다른 회전축의 둘레에 회전시켜지고, 집광 수단에 의하여 피가공물에 집광된다.

여기에서는, 레이저광을 편향하는 편향 수단과 이미지 로테이터가 따로 설치되어 있기 때문에, 편향 수단을 회전시킬 필요가 없다. 이 때문에, 편향 수단의 설계의 자유도가 증가하고, 편향 수단을 구성하는 것이 용이하게 된다. 또한, 이미지 로테이터는 이미지 로테이터의 회전 속도에 대하여 입사된 레이저광을 배의 속도로 회전시킬 수 있기 때문에, 가공 시간을 단축할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 측면의 장치에 있어서, 레이저 출력부와 이미지 로테이터와의 사이에 배치되고, 편향된 레이저광을 분기시키는 분기 수단을 더 구비하고 있다.

여기에서는, 레이저광을 분기하는 것에 의하여, 피가공물에서 복수의 위치에 레이저광이 집광된다. 따라서, 가공 시간을 보다 단축할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제2 측면의 장치에 있어서, 분기 수단은, 집광 수단에 의하여 집광되는 레이저광이 1개의 원주 상에 위치하도록 레이저광을 분기한다.

분기 수단에 의하여 레이저광을 분기하는 경우, 분기된 레이저광이 직선상(直線狀)으로 나란히 놓이도록 분기시키는 것도 가능하다. 그러나, 이미지 로테이터에 의하여 레이저광을 회전시키는 경우, 그 회전 궤적 상에 나란히 놓아 배치하는 것이, 가공 시간을 보다 단축할 수 있다.

그래서, 이 제3 측면에 관련되는 장치에서는, 피가공물에서 집광되는 레이저광을 1개의 원주 상, 즉 이미지 로테이터에 의하여 회전시켜지는 회전 궤적 상에 위치하도록 레이저광을 분기하고 있다.

본 발명의 제4 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 내지 제3 측면의 장치에 있어서, 집광 수단에 의하여 집광된 레이저광을 피가공물의 표면을 따른 평면 내에서 임의의 방향으로 주사하기 위한 레이저광 주사부를 더 구비하고 있다.

본 발명의 제5 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제2 측면의 장치에 있어서, 분기 수단은 빔 스플리터(beam splitter)를 가지고 있다.

본 발명의 제6 측면에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제2 측면의 장치에 있어서, 분기 수단은 파이버 스플리터(fiber splitter)를 가지고 있다.

이상과 같은 본 발명에서는, 레이저를 이용한 유리 기판의 가공에 있어서, 편향, 분기를 위한 구성이 용이하게 되고, 게다가 종래에 비교하여 가공 시간의 단축화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 외관 사시도.
도 2는 워크 테이블의 확대 사시도.
도 3은 레이저 조사 헤드의 구성을 확대하여 도시하는 사시도.
도 4는 편향 분기 기구와 이미지 로테이터를 도시하는 모식도.
도 5는 편향 분기 기구의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 집광점을 주사하는 동작을 설명하는 모식도.
도 7은 편향 분기 기구, 중공 모터(이미지 로테이터), 및 fθ 렌즈의 작용을 설명하는 모식도.
도 8은 집광점을 Z축 방향으로 제어하는 작용을 설명하는 모식도.
도 9는 편향 분기 기구의 다른 예를 도시하는 도면.
도 10은 편향 분기 기구의 다른 예를 도시하는 도면.
도 11은 편향 분기 기구의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 12는 레이저 출력부 및 편향 분기 기구의 다른 예를 도시하는 도면.
도 13은 레이저 출력부 및 편향 분기 기구의 또 다른 예를 도시하는 도면.
도 14는 집광 위치의 다른 예를 도시하는 도면.
도 15는 집광 위치의 또 다른 예를 도시하는 도면.

［전체 구성］

도 1에 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 가공 장치의 전체 구성을 도시한다. 이 레이저 가공 장치는, 유리 기판에 레이저를 조사하여 구멍뚫기 등의 가공을 행하기 위한 장치이고, 베드(bed, 1)와, 워크로서의 유리 기판이 재치되는 워크 테이블(2)과, 유리 기판에 레이저를 조사하기 위한 레이저 조사 헤드(3)를 구비하고 있다. 여기서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 베드(1)의 상면(上面)을 따른 평면에 있어서, 서로 직교하는 축을 X축, Y축으로 하고, 이들의 축에 직교하는 연직(鉛直) 방향의 축을 Z축이라고 정의한다. 또한, X축을 따른 양 방향(+ 방향 및 - 방향)을 X축 방향, Y축을 따른 양 방향을 Y축 방향, Z축을 따른 양 방향을 Z축 방향이라고 정의한다.

［워크 테이블 및 그 이동 기구］

＜워크 테이블(2)＞

워크 테이블(2)은, 직사각형상(直四角形狀)으로 형성되어 있고, 워크 테이블(2)의 하방(下方)에는, 워크 테이블(2)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키기 위한 테이블 이동 기구(5)가 설치되어 있다.

워크 테이블(2)은, 도 2에 확대하여 도시하는 바와 같이, 복수의 블록(block, 6)을 가지고 있다. 이 복수의 블록(6)은, 도면 중, 이점쇄선으로 도시하는 유리 기판(G)을 워크 테이블(2)의 표면으로부터 들어 올려 지지하기 위한 부재이며, 유리 기판(G)의 가공 라인(L)(파선으로 도시한다)을 피하기 위하여, 워크 테이블(2)의 임의의 위치에 취부하는 것이 가능하다. 또한, 워크 테이블(2)에는 복수의 흡기구(2a)가 격자상(格子狀)으로 형성되는 것과 함께, 각 블록(6)에는 상하 방향으로 관통하는 흡기 구멍(6a)이 형성되어 있다. 그리고, 블록(6)의 흡기 구멍(6a)과 워크 테이블(2)의 흡기구(2a)를 접속하는 것에 의하여, 블록(6) 상에 배치되는 유리 기판(G)을 흡착 고정하는 것이 가능하다. 덧붙여, 흡기를 위한 기구는, 주지(周知)의 배기 펌프 등에 의하여 구성되어 있고, 상세는 생략한다.

＜테이블 이동 기구(5)＞

테이블 이동 기구(5)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 한 쌍의 제1 및 제2 가이드 레일(8, 9)과, 제1 및 제2 이동 테이블(10, 11)을 가지고 있다. 한 쌍의 제1 가이드 레일(8)은 베드(1)의 상면에 Y축 방향으로 연장되어 설치되어 있다. 제1 이동 테이블(10)은, 제1 가이드 레일(8)의 상부에 설치되고, 제1 가이드 레일(8)에 이동 가능하게 계합(係合, 걸어 맞춤)하는 복수의 가이드부(10a)를 하면(下面)에 가지고 있다. 제2 가이드 레일(9)은 제1 이동 테이블(10)의 상면에 X축 방향으로 연장되어 설치되어 있다. 제2 이동 테이블(11)은, 제2 가이드 레일(9)의 상부에 설치되고, 제2 가이드 레일(9)에 이동 가능하게 계합하는 복수의 가이드부(11a)를 하면에 가지고 있다. 제2 이동 테이블(11)의 상부에는, 고정 부재(12)를 통하여 워크 테이블(2)이 취부되어 있다.

이상과 같은 테이블 이동 기구(5)에 의하여, 워크 테이블(2)은, X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능하다. 덧붙여, 제1 및 제2 이동 테이블(10, 11)은, 상세는 생략하지만, 주지의 모터 등의 구동 수단에 의하여 구동되도록 되어 있다.

［레이저 조사 헤드(3)］

레이저 조사 헤드(3)는, 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 베드(1)의 상면에 배치된 문형(文型) 프레임(1a)에 장착되어 있고, 레이저 출력부(15)와, 광학계(16)와, 내부에 이미지 로테이터(14, 도 4 참조)가 짜넣어진 중공(中空) 모터(17)와, X 방향 갈바노 미러(Galvano mirror)(18)와, Y 방향 갈바노 미러(19)와, 집광 렌즈로서의 fθ 렌즈(20)를 가지고 있다. 또한, 레이저 조사 헤드(3)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 기구(21)와, 중공 모터(17), X 방향 갈바노 미러(18), Y 방향 갈바노 미러(19) 및 fθ 렌즈(20)를 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 방향 이동 기구(22)가 설치되어 있다.

＜레이저 출력부(15)＞

레이저 출력부(15)는 종래와 마찬가지의 레이저관에 의하여 구성되어 있다. 이 레이저 출력부(15)에 의하여, 파장 532nm의 그린 레이저광이 Y축을 따라 워크 테이블(2)과는 반대쪽으로 출사된다.

＜광학계(16) 및 이미지 로테이터(14)＞

광학계(16)는, 레이저 출력부(15)로부터의 레이저광을 중공 모터(17)에 짜넣어진 이미지 로테이터(14)로 이끄는 것이다. 이 광학계(16)는, 도 3에 확대하여 도시하는 바와 같이, 제1 ~ 제4 미러(mirror)(25 ~ 28)와, 레이저 출력을 계측하는 파워 모니터(29)와, 빔 익스팬더(beam expander, 30)와, 편향 분기 기구(31)를 가지고 있다.

제1 미러(25)는, 레이저 출력부(15)의 출력 측의 근방에 배치되어 있고, Y축 방향으로 출사된 레이저광을 X축 방향으로 반사한다. 제2 미러(26)는, X축 방향에 있어서 제1 미러(25)와 나란히 놓아 배치되어 있고, X축 방향으로 진행하는 레이저광을 Y축 방향으로 반사하여, 워크 테이블(2) 측으로 이끈다. 제3 미러(27)는, 중공 모터(17)의 상방(上方)에 배치되어 있고, 제2 미러(26)에 의하여 반사되어 온 레이저광을 하방(Z축 방향)으로 이끈다. 제4 미러(28)는 편향 분기 기구(31)의 가로 방향에 근접하여 배치되어 있고, 제3 미러(27)에 의하여 반사되어 온 레이저광을, 편향 분기 기구(31)를 통하여 중공 모터(17)로 이끈다. 빔 익스팬더(30)는 제2 미러(26)와 제3 미러(27)와의 사이에 배치되고, 제2 미러(26)에 의하여 반사되어 온 레이저광을 일정한 배율의 평행 광속(光束)으로 확대하기 위하여 설치되어 있다. 이 빔 익스팬더(30)에 의하여, 레이저광을 보다 작은 스포트에 집광시키는 것이 가능해진다.

편향 분기 기구(31)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 중공 모터(17)의 전단(前段)에 배치되어 있다. 편향 분기 기구(31)의 일례를 도 5에 도시하고 있다. 도 5에 도시된 편향 분기 기구(31)는, 제4 미러(28)로부터의 레이저광을 분기하기 위한 빔 스플리터(31a)와, 빔 스플리터(31a)로부터의 레이저광을 반사하는 반사 미러(31b)를 가지고 있다. 이와 같은 구성의 편향 분기 기구(31)에 의하여, 빔 스플리터(31a)에 입력된 레이저광은, 회전 중심으로 되는 광축(C0)을 중심으로 각도 θ만큼 편향된 2개의 레이저광으로 분기할 수 있다.

이미지 로테이터(14)는, 전술과 같이, 중공 모터(17)의 내부에 배치되어 있다. 중공 모터(17)는, 도 4 및 도 6의 모식도로 도시하는 바와 같이, 중심에 X축 방향으로 연장되는 회전축(C0)를 가지고, 이 회전축(C0)을 포함하는 중앙부가 중공이 되어 있다. 그리고, 이 중공부에 이미지 로테이터(14)가 배치되어 있다. 이미지 로테이터(14)는 주지의 구성이며, 광축(C0)의 둘레에 회전하는 것에 의하여, 출사되는 레이저광에 의하여 형성되는 상(像)도 회전한다. 덧붙여, 이미지 로테이터(14)가 소정의 속도로 회전하고 있는 경우, 출사되는 상은 그 배의 속도로 회전하게 된다.

＜X, Y 방향 갈바노 미러＞

X 방향 갈바노 미러(18) 및 Y 방향 갈바노 미러(19)는, 주지와 같이, 갈바노 스캐너(Galvano scanner)에서 사용되는 미러이다. X 방향 갈바노 미러(18)는, 레이저광의 유리 기판(G) 상에 있어서의 집광점을, X축 방향으로 주사시키기 위한 미러이다. 또한, Y 방향 갈바노 미러(19)는, 레이저광의 유리 기판(G) 상에 있어서의 집광점을, Y축 방향으로 주사시키기 위한 미러이다. 이러한 미러(18, 19)를 구동하는 것에 의하여, 집광점을 유리 기판(G)의 표면을 따른 평면 내에서 임의의 방향으로 주사할 수 있다.

＜fθ 렌즈＞

fθ 렌즈(20)는 레이저광을 유리 기판(G) 상 혹은 유리 기판(G) 중의 Z축 방향의 임의의 위치에 집광시키기 위한 렌즈이다. 단지, Z축 방향의 집광 위치는, X축 방향 및 Y축 방향 모두 예를 들어 30mm 정도의 한정된 범위 내에서만 제어 가능하다.

＜레이저 조사 헤드의 지지 및 반송계＞

이상과 같은 레이저 조사 헤드(3)는, 전술과 같이, 베드(1)의 문형 프레임(1a)에 지지되어 있다. 보다 상세하게는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 문형 프레임(1a)의 상면에는 X축 방향으로 연장되는 한 쌍의 제3 가이드 레일(36)이 설치되어 있고, 이 한 쌍의 제3 가이드 레일(36) 및 도시하지 않는 구동 기구가 X축 방향 이동 기구(21)을 구성하고 있다. 그리고, 한 쌍의 제3 가이드 레일(36)에는, 지지 부재(37)가 이동 가능하게 지지되어 있다. 지지 부재(37)는, 제3 가이드 레일(36)에 지지된 가로 지지 부재(38)와, 가로 지지 부재(38)의 워크 테이블(2) 측의 일단(一端)으로부터 하방으로 연장되는 세로 지지 부재(39)를 가지고 있다. 세로 지지 부재(39)의 측면에는, Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 제4 가이드 레일(40)이 설치되어 있고, 이 한 쌍의 제4 가이드 레일(40) 및 도시하지 않는 구동 기구가 Z축 방향 이동 기구(22)를 구성하고 있다. 제4 가이드 레일(40)에는, Z축 방향으로 이동 가능하게 제3 이동 테이블(41)이 지지되어 있다.

그리고, 레이저 출력부(15), 제1 ~ 제3 미러(25 ~ 27), 파워 모니터(29) 및 빔 익스팬더(30)가, 가로 지지 부재(38)에 지지되어 있다. 또한, 제4 미러(28), 편향 분기 기구(31), 중공 모터(17), X 및 Y 방향 갈바노 미러(18, 19) 및 fθ 렌즈(20)가, 제3 이동 테이블(41)에 지지되어 있다.

［동작］

다음으로, 레이저에 의한 유리 기판의 가공 동작에 관하여 설명한다.

우선, 워크 테이블(2)의 표면에 복수의 블록(6)을 설치한다. 이 때, 복수의 블록(6)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(G)의 가공 라인(L)을 피하도록 배치한다. 이상과 같이 하여 설치된 복수의 블록(6) 상에, 가공하여야 할 유리 기판(G)을 재치한다.

다음으로, X축 방향 이동 기구(21)에 의하여 레이저 조사 헤드(3)를 X축 방향으로 이동하고, 또한 테이블 이동 기구(5)에 의하여 워크 테이블(2)을 Y축 방향으로 이동하여, 레이저 조사 헤드(3)에 의한 레이저광의 집광점이 가공 라인(L)의 스타트 위치에 오도록 위치시킨다.

이상과 같이 하여 레이저 조사 헤드(3) 및 유리 기판(G)을 가공 위치에 이동시킨 후, 레이저광을 유리 기판(G)에 조사하여 가공을 행한다. 여기에서는, 레이저 출력부(15)로부터 출사된 레이저광은, 제1 미러(25)에 의하여 반사되어 제2 미러(26)로 이끌린다. 덧붙여, 제1 미러(25)에 입사한 레이저광은 파워 모니터(29)에 의하여 레이저 출력이 계측된다. 제2 미러(26)에 입사한 레이저광은 Y축 방향으로 반사되고, 빔 익스팬더(30)에 의하여 광속이 확대되어 제3 미러(27)로 이끌린다. 그리고, 제3 미러(27)에서 반사된 레이저광은, 한층 더 제4 미러(28)에서 반사되어, 편향 분기 기구(31)에 입력된다. 편향 분기 기구(31)로부터는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 광축(C0)을 중심으로 각각 각도 θ만큼 편향된 2개의 레이저광이 출력된다. 이 2개의 레이저광은 중공 모터(17)의 중심부에 설치된 이미지 로테이터(14)에 입력된다.

이미지 로테이터(14)와 X 방향 및 Y 방향 갈바노 미러(18, 19)와 fθ 렌즈(20)에 의하여, 유리 기판(G)에 복수의 집광점이 형성된다. 이 동작에 관하여 이하에 상세하게 설명한다.

도 7에, 편향 분기 기구(31), 이미지 로테이터(14) 및 fθ 렌즈(20)에 의한 작용을 모식적으로 도시하고 있다. 편향 분기 기구(31)에 입력된 레이저광은, 2개의 레이저광으로 분기된다. 이 예에서는, 편향 분기 기구(31) 및 fθ 렌즈(20)에 의하여 원주 상에 180° 간격으로 배치되는 2개의 초점(집광점)을 형성하는 예를 나타내고 있다. 그리고, 이미지 로테이터(14)를 중공 모터(17)에 의하여 광축(C0)의 둘레에 회전시키는 것에 의하여, 2개의 집광점을, 그들의 중심축(C0)(광축(C0))을 중심으로 회전시킬 수 있다.

여기서, 전술과 같이, 이미지 로테이터(14)가 중공 모터(17)에 의하여 어느 회전 속도 v로 회전시켜지고 있는 경우, 이미지 로테이터(14)로부터 출력되는 2개의 레이저광은 회전 속도 2v로 회전하게 된다.

그리고, 2개의 갈바노 미러(18, 19)를 제어하는 것에 의하여, 회전하는 2개의 집광점을, 가공 라인(L)(도 2에서는 직사각형, 도 6에서는 원형)을 따라 주사시킨다. 즉, 2개의 집광점은 그들의 중심축(C0)을 중심으로 회전하면서 가공 라인을 따라 주사되게 된다.

여기서, 레이저광에 의한 1회의 가공으로 유리가 제거되는 높이는 수십μm이다. 따라서, 유리 기판(G)에 구멍뚫기 가공을 행하는 경우, 집광점을 가공 라인을 따라 한 번만 주사하여도 구멍을 형성하는 것, 즉 가공 라인의 내측의 부분을 빼내는 것은, 일반적으로 곤란하다.

그래서 통상은, 우선, 집광점(가공 부위)이 유리 기판(G)의 하면에 형성되도록, fθ 렌즈(20)를 제어한다(도 8(a) 참조). 이 상태에서 집광점을 가공 라인을 따라 일주(一周)한 후, fθ 렌즈(20)를 제어하는 것에 의하여, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 집광점을 상승시킨다. 그리고, 마찬가지로 집광점을 가공 라인을 따라 일주한 후, 한층 더 집광점을 상승시킨다. 이상의 동작을 반복하여 실행하는 것에 의하여, 가공 라인의 내측 부분을 빼내어 구멍을 형성할 수 있다.

덧붙여, 가공 라인이 광범위에 걸쳐, X 방향 갈바노 미러(18) 및 Y 방향 갈바노 미러(19)에 의한 주사 범위를 넘는 경우가 있다. 이와 같은 경우는, 전술과 같은 가공을 행한 후에, 테이블 이동 기구(5)에 의하여 워크 테이블(2)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시켜, 유리 기판(G)의 위치를 변경한다. 그리고, 전술과 마찬가지로 하여, 양 갈바노 미러(18, 19)에 의하여 레이저광을 주사하여 가공하면 된다.

［특징］

(1) 레이저광의 집광점을 회전축의 둘레에 회전시키기 위한 기구(이미지 로테이터(14))와, 레이저광을 편향 분기시키기 위한 기구(편향 분기 기구(31))를 따로 설치하고 있기 때문에, 편향 분기를 위한 기구를 구성할 때에, 회전 밸런스를 고려할 필요가 없어, 설계의 자유도가 증가한다.

(2) (1)과 마찬가지의 이유에 의하여, 도 5에 도시하는 바와 같이, 편향 분기 기구(31)에 입력하는 레이저광의 방향과, 편향 분기 기구(31)로부터 출력되는 2개의 레이저광의 방향의 하나가 같아도, 2개의 집광점을 피가공물에 형성하여, 그것들을 회전축의 둘레에 회전시킬 수 있다.

(3) 이미지 로테이터(14)를 사용하는 것에 의하여, 피가공물에서의 집광점을 고속으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 가공 시간을 단축할 수 있다.

［다른 실시예］

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

＜편향 분기 기구의 다른 예 - 1＞

편향 분기 기구의 다른 예를 도 9 및 도 10에 도시한다. 이 예에서는, 편향 분기 기구로서 파이버 스플리터(50)를 채용하고 있다. 도 9에 도시하는 파이버 스플리터(50)는, 2개의 입력 커넥터(51a, 51b)와, 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)를 가지고 있다. 그리고, 이들의 사이에 있어서, 파이버가 융착된 부분(50a)을 가지고 있다.

이 파이버 스플리터(50)에서는, 각 입력 커넥터(51a, 51b)로부터 입력된 레이저광을, 각각 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)로 분기하여 출력하는 것이다. 따라서, 이 파이버 스플리터(50)를 도 1에 도시한 장치에 적용하는 경우는, 제4 미러(28)로부터의 레이저광을 일방(一方)의 입력 커넥터에만 입력하면 된다.

그리고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 파이버 스플리터(50)의 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)의 각각의 출력 측에, 콜리메이터 렌즈(Collimator lens, 54a, 54b)를 배치하고, 이들의 유닛(55a, 55b)을 소정의 각도로 배치하는 것에 의하여, 편향 분기 기구가 구성되어 있다.

도 10의 예에서는, 2개의 유닛(55a, 55b)으로부터의 레이저광이 각도 2θ로 교차하고 있다. 이러한 유닛(55a, 55b)의 배치를 바꾸는 것에 의하여, 분기 각도(2θ)를 바꾸는 것도 가능하다.

덧붙여, 레이저광을 3개 이상으로 분기하도록 하여도 무방하다. 이 경우는, 3개 이상의 레이저광에 의한 유리 기판 상에서의 집광점이, 1개의 원주 상에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.

＜편향 분기 기구의 다른 예 - 2＞

편향 분기 기구의 다른 예를 도 11에 도시한다. 이 예에서는, 도 9 및 도 10에 도시하는 예와 마찬가지로, 편향 분기 기구로서 파이버 스플리터를 채용하고 있다. 그리고, 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)는, 이것들로부터의 레이저광이 평행으로 출사되도록 배치되어 있다. 또한, 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)의 출력 측에는, 렌즈(57)가 배치되어 있다.

이 도 11의 예에서는, 2개의 출력 커넥터(52a, 52b)의 광축(C1)으로부터의 거리(L)를 바꾸는 것에 의하여(단지 광축(C1)으로부터 등거리(等距離)), 분기 각도(2θ)를 바꾸는 것도 가능하다.

덧붙여, 전술의 예와 마찬가지로, 레이저광을 3개 이상으로 분기하여, 3개 이상의 레이저광에 의한 유리 기판 상에서의 집광점이, 1개의 원주 상에 배치되도록 하여도 무방하다.

＜편향 분기 기구의 다른 예 - 3＞

도 12에 도시하는 예는, 복수의 레이저 출력부를 구비한 예이다. 즉, 이 예에서는, 복수의 반도체 레이저(LD)가 설치되어 있다. 그리고, 각 반도체 레이저(LD)의 출력 측에는, 콜리메이터 렌즈(60)가 배치되어 있다. 여기에서는, 분기 각도 2θ의 범위 내에 복수의 레이저광이 분기되어 있다. 이 도 12에 도시한 구성의 후단(後段)에, 이미지 로테이터 및 fθ 렌즈가 설치된다.

덧붙여, 복수의 반도체 레이저(LD)는, 복수의 레이저광의 유리 기판 상에서의 집광점이 1개의 원주 상에 위치하도록 배치되어 있다.

＜편향 분기 기구의 다른 예 - 4＞

도 13에 도시하는 예는, 도 12에 도시한 예의 변형예이다. 이 장치에서는, 복수의 반도체 레이저(LD)와, 각 반도체 레이저(LD)에 대응하여 배치된 렌즈(62)와, 각 렌즈(62)를 통과한 레이저광이 입력되는 1개의 콜리메이터 렌즈(63)를 가지고 있다. 도 12에 예와 마찬가지로, 이 도 13에 도시한 구성의 후단에, 이미지 로테이터 및 fθ 렌즈가 설치된다. 또한, 복수의 반도체 레이저(LD)는, 복수의 레이저광의 유리 기판 상에서의 집광점이 1개의 원주 상에 위치하도록 배치되어 있다.

＜그 외의 예＞

(a) 상기 실시예에서는, 이미지 로테이터의 전단에 편향 분기 기구를 설치하고, 입력된 레이저광을 편향, 분기하도록 하였지만, 단지 편향만을 행하는 기구를 설치하여도 무방하다.

(b) 상기 실시예에서는, 집광 수단으로서의 fθ 렌즈를 이미지 로테이터의 후단에 배치하였지만, 전단에 배치하여도 무방하다.

(c) 상기 실시예에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 원주 상에 2개의 집광점을 형성하였지만, 집광점의 개수, 배치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 4개로 분기하고, 이들의 집광점이 직선상으로 나란히 놓이도록 하여도 무방하다. 이 경우는, 가공폭 내에 있어서 균일하게 레이저광이 조사되게 된다.

또한, 도 15에 도시하는 바와 같이, 복수의 집광점이 방사상(放射狀)으로 배치되도록 형성하여도 무방하다. 구체적으로는, 도 15의 예에서는, 원주 상에 등각도(等角度) 간격으로 4개의 집광점이 형성되는 것과 함께, 이들의 집광점을 포함하여 X축 방향 및 Y축 방향으로, 각각 직선상으로 등간격으로 4개의 집광점이 나란히 놓이도록 형성되어 있다.

(d) 집광 수단으로서 fθ 렌즈를 이용하였지만, 집광 수단은, 레이저광을 집광할 수 있는 렌즈이면 되고, fθ 렌즈에 한정되지 않는다.

(e) 상기 실시예에서는, 피가공물로서 유리 기판을 이용하였지만, 피가공물은, 레이저광으로 가공 가능한 부재이면 되고, 유리 기판에 한정되지 않는다.

2 : 워크 테이블
3 : 레이저 조사 헤드
5 : 테이블 이동 기구
14 : 이미지 로테이터
15 : 레이저 출력부
16 : 광학계
17 : 중공 모터
18 : X 방향 갈바노 미러
19 : Y 방향 갈바노 미러
20 : fθ 렌즈
31 : 편향 분기 기구
50 : 파이버 스플리터

Claims (6)

1. 피가공물에 레이저광을 조사하여 가공을 행하는 가공 장치이고,
   피가공물이 재치되는 워크 테이블(work table)과,
   레이저광을 출력하는 레이저 출력부와,
   상기 레이저 출력부로부터의 레이저광을 편향(偏向)하는 레이저광 편향 수단과,
   편향된 레이저광을, 편향된 레이저광과는 방향이 다른 회전축의 둘레에 회전시키기 위한 이미지 로테이터(image rotator)와,
   레이저광을 상기 피가공물 상에 집광시키기 위한 집광 수단
   을 구비한 레이저 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 출력부와 상기 이미지 로테이터와의 사이에 배치되고, 편향된 레이저광을 분기(分岐)시키는 분기 수단을 더 구비한, 레이저 가공 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 분기 수단은, 상기 집광 수단에 의하여 집광되는 레이저광이 1개의 원주 상에 위치하도록 레이저광을 분기하는, 레이저 가공 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 집광 수단에 의하여 집광된 레이저광을 상기 피가공물의 표면을 따른 평면 내에서 임의의 방향으로 주사(走査)하기 위한 레이저광 주사부를 더 구비한, 레이저 가공 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 분기 수단은 빔 스플리터(beam splitter)를 가지고 있는, 레이저 가공 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 분기 수단은 파이버 스플리터(fiber splitter)를 가지고 있는, 레이저 가공 장치.

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