TWI394629B - Laser processing device - Google Patents

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TWI394629B
TWI394629B TW097125518A TW97125518A TWI394629B TW I394629 B TWI394629 B TW I394629B TW 097125518 A TW097125518 A TW 097125518A TW 97125518 A TW97125518 A TW 97125518A TW I394629 B TWI394629 B TW I394629B
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Norifumi Arima
Hideki Morita
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Description

雷射加工裝置
本發明，係關於對被加工物照射雷射光束以進行加工的雷射加工裝置，更詳言之，係可調整照射於被加工物之加工面之雷射光束之光束點形狀的雷射加工裝置。
本發明之雷射加工，包含：利用對玻璃基板、燒結材料之陶瓷、單結晶矽、半導體晶圓、陶瓷基板等之脆性材料以軟化點以下之溫度進行雷射加熱時所產生之熱應力以形成劃線的雷射劃線加工，以及對脆性材料以外之其他材料以熔融溫度以上之溫度加熱的雷射消熔加工。
使用雷射進行局部加熱之加工方法已實際使用。例如，雷射消熔加工，係將雷射光束照射於被加工物以於加工面形成光束點，藉由掃描此光束點，沿光束點之軌跡使被加工物蒸散而形成槽。雷射劃線加工，則係掃描雷射點，將作為加工對象之脆性材料基板等以其軟化點以下之溫度沿加工預定線加熱後進行冷卻，藉此使熱應力產生以形成裂痕。
一般而言，自市售雷射射出之雷射光束(亦稱為原雷射)之截面係呈圓形。為了縮小加工寬度以提高加工位置之精度，或提高加熱效率以提高掃描速度，雷射加工裝置並非直接將自雷射射出之雷射光束(原雷射)直接照射於加工面而以圓形之雷射點進行加熱，而係在光路上調整雷射光束(原雷射)之截面形狀，以於加工面形成具有橢圓形、長圓 形等之長軸方向形狀的光束點。
自圓形截面之原光束形成具有長軸之光束點的方法，以往係運用使用透鏡光學系統來形成具有長軸之光束點的方法。藉由例如於雷射光束之光路上配置圓筒透鏡與聚光透鏡來將圓形截面之原光束修整成橢圓形之雷射光束(參照例如專利文獻1)。
又，其他方法中，亦有運用一種利用複數個反射面(例如64面)以旋轉軸為中心高速旋轉之多邊形鏡，來形成實質上具有長軸之光束點的方法。亦即，藉由對高速旋轉中之多邊形鏡，自一定方向照射已將光束直徑修整成較細之雷射光束，藉由多邊形鏡之各反射面在一定角度範圍內陸續反射雷射光束，進行反覆掃描，藉此形成雷射光束之掃描方向實質上成為長軸方向之光束點的形成方法(參照例如專利文獻2)。
[專利文獻1]日本特開2006-289388號公報
[專利文獻2]日本特開2006-55908號公報
使用透鏡光學系統形成具有橢圓形、長圓形等之長軸之光束點(以下稱為長軸光束點)的方法，基本上係於雷射與加工面間之光路上配置聚光透鏡(例如平凸透鏡)與圓筒透鏡。接著，可藉由調整此等透鏡與加工面間之光路長度，調整光束點之長軸長度及正交於長軸之短軸長度。
上述透鏡光學系統之光束點調整方法，其光學系統之構造非常簡單且光學調整亦容易，但相對地，須使用對所 照射雷射光之波長區域透射率高之高價格材料，且圓筒透鏡亦須將高價格材料加工成特殊形狀之反射面。例如在使用CO2 雷射時，雖係利用ZnSe來作為透鏡材料，但ZnSe係高價格材料且於材料本身含有毒性物質，因此使用上需相當注意。雖通常係覆蓋表面整體，但當透鏡破損時相當危險。
另一方面，藉由多邊形鏡調整光束點形狀之方法，雖所形成之光束點品質良好，但須使用複雜之形狀且複雜機構之多邊形鏡，且須進行旋轉軸之軸定位等正確之光學調整，其調整作業相當困難。
因此，本發明之目的在於，提供光學系統構造簡單、光學調整容易且使用取得容易之材料的光學元件來調整光束點的雷射加工裝置。
又，本發明之目的在於，提供在調整光束點之形狀時，長軸長度或短軸長度(亦稱為光束寬度)之選擇自由度高的雷射加工裝置。
為解決上述課題，本發明之雷射加工裝置，具備：雷射，以及將自該雷射射出之雷射光束導至被加工物的加工面、且調整藉由雷射光束形成於加工面之光束點形狀的光學元件群；其特徵在於：光學元件群，係由至少包含凹面鏡與凸面或凹面之柱面鏡之反射鏡群的組合構成。
此處，作為光源之雷射，只要根據被加工物之材料、加工方法(雷射劃線加工、雷射消熔加工等)使用適當種類之雷射即可。例如在加工玻璃基板時最好係CO2 雷射。
根據本發明，係藉由使用包含凹面鏡與凸面或凹面之柱面鏡之複數個反射鏡的反射鏡光學系統調整光束點的形狀。亦即，主要係藉由以凹面鏡使雷射光束聚光來設定光束寬度，主要係藉由以柱面鏡使雷射光束於一軸方向擴大(若為凹面柱面鏡，則藉由在遠離凹面焦點之位置成像來擴大)來設定長軸長度，藉由設定光束寬度與長軸長度，來設定長軸光束點(具有橢圓、長圓等之長軸的光束點)的形狀。各反射鏡亦可藉由塗布，根據所照射雷射之種類提高反射率。又，如透鏡之使雷射光束透射來使用的光學元件係不包含於光路上。
根據本發明，由於為了調整光束點形狀而配置於光路上的光學元件係以反射鏡群的組合構成，因此不需使用高價格的雷射光透射性材料。能以容易取得之材料形成用以調整光束點形狀的光學系統。由於凹面鏡或柱面鏡亦能以取得容易之材料形成，可準備數個例如曲率半徑不同之凹面鏡、凸面或凹面柱面鏡，因此亦可藉由更換此等來調整光束點形狀。因此，可增加光束點形狀之選擇的自由度。
上述發明中，凹面鏡與柱面鏡，亦可於接近雷射側之光路上配置凹面鏡，於接近加工面側之光路上配置柱面鏡。
藉此，雖會先以凹面鏡縮小雷射光束形狀以調整光束寬度，但其結果，能在將光束大小縮小之狀態下將雷射光束導至凸面柱面鏡，而能縮小柱面鏡反射面之大小。
此時，凹面鏡與柱面鏡，亦可係將該凹面鏡與該柱面 鏡設定為凹面鏡之曲率半徑大於柱面鏡之曲面之曲率半徑大，而具有長軸方向與短軸方向之形狀的光束點形成於加工面。
由於將離加工面較遠側之凹面鏡之曲率半徑設定成較接近加工面側之凸面柱面鏡之曲率半徑大，因此能縮小光路之擴散，而能縮小各反射鏡之反射面大小。
又，上述發明中，亦可設有光束點調整機構，藉由改變加工面與凹面鏡間之光路長、以及加工面與柱面鏡間之光路長，以調整光束點在長軸方向及短軸方向之長度。
藉此，能藉由改變加工面與凹面鏡之間之光路長而主要改變光束寬度，改變加工面與柱面鏡之間之光路長而主要調整長軸長度。
上述發明中，光束點調整機構，亦可具有：第1支撐體，係固定凹面鏡，且固定有用以調整被凹面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第1平面鏡；第2支撐體，係固定該柱面鏡，且固定有用以調整被柱面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第2平面鏡；第1支撐體升降機構，係以朝向垂直方向之桿為支軸使第1支撐體升降；以及第2支撐體升降機構，係以桿為支軸，在第1支撐體下側使第2支撐體升降。
藉此，能藉由調整第1支撐體之高度而主要調整光束寬度，藉由調整第2支撐體之高度而主要調整長軸長度。
上述發明中，凹面鏡，亦可具備凹面之反射板與使該 反射板之凹面之曲率半徑變化的凹面變形機構；且設有光束點調整機構，以改變凹面鏡之曲率半徑及該加工面與該柱面鏡間之光路長，來調整光束點在長軸方向及短軸方向之長度。
藉此，能藉由調整凹面鏡之曲率半徑而主要調整光束寬度，藉由改變加工面與柱面鏡間之光路長而主要調整長軸長度。
上述發明中，光束點調整機構，亦可具有：第1支撐體，係固定凹面鏡，且固定有用以調整被凹面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第1平面鏡；第2支撐體，係固定柱面鏡，且固定有用以調整被柱面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第2平面鏡；桿，係朝向垂直方向，用以固定第1支撐體；以及第2支撐體升降機構，係以桿為支軸，在第1支撐體下側使第2支撐體升降。
藉此，能藉由調整凹面鏡之曲率半徑而主要調整光束寬度，藉由調整第2支撐體之高度而主要調整長軸長度。
上述發明中，凹面鏡，亦可具備凹面之反射板與使反射板之凹面之曲率半徑變化的凹面變形機構；柱面鏡，具備反射板與使反射板之曲率半徑變化的曲面變形機構；且設有光束點調整機構，藉由改變凹面鏡之曲率半徑及柱面鏡之曲率半徑，以調整光束點在長軸方向及短軸方向之長度。
藉此，能藉由調整凹面鏡之曲率半徑而主要調整光束 寬度，藉由調整柱面鏡之曲率半徑而主要調整長軸長度。
上述發明中，光束點調整機構，亦可具有：第1支撐體，係固定凹面鏡，且固定有用以調整被凹面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第1平面鏡；第2支撐體，係固定柱面鏡，且固定有用以調整被柱面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第2平面鏡；以及桿，係朝向垂直方向，用以固定第1支撐體且於第1支撐體下側固定第2支撐體。
藉此，不須進行高度調整，僅調整曲面半徑即可調整光束寬度及長軸長度。
上述發明中，亦可使用CO2 雷射，對各反射鏡之用以反射雷射光束之面以金、矽、鉬之任一者予以塗布。
藉此，在使用CO2 雷射時，由於能提高各反射鏡之反射率，因此在加工玻璃基板時，能進行已提高加熱效率的雷射加工。
上述發明中，當具有第1支撐體時，於第1支撐體，第1平面鏡與凹面鏡之安裝位置亦可具有互換性。
藉此，藉由更換安裝位置，可進一步提高光束點形狀之選擇的自由度。
上述發明中中，當具有第2支撐體時，於第2支撐體，第2平面鏡與柱面鏡之安裝位置亦可具有互換性。
藉此，藉由更換安裝位置，可進一步提高光束點形狀之選擇的自由度。
 (實施形態1)
以下，根據圖式說明本發明之實施形態， 圖1係以玻璃基板用之雷射劃線裝置為例，根據圖式說明本發明之實施形態。圖1係利用本發明一實施形態之雷射加工裝置之雷射劃線裝置的構成圖，圖2係圖1之雷射劃線裝置所使用之雷射加工裝置的構成圖。圖3係顯示圖1之雷射劃線裝置LS1之控制系統構成的方塊圖。
首先，根據圖1說明雷射劃線裝置LS1之整體構成。
設置滑動台2，其可沿水平架台1上平行配置之一對導軌3, 4往返移動於圖1之紙面前後方向(以下稱為Y方向)。於兩導軌3, 4之間沿前後方向配置導螺桿5，於該導螺桿5螺合有固定於滑動台2的支架6，藉由馬達(圖式以外)將導螺桿5正反轉，滑動台2即可沿導軌3, 4往返移動於Y方向。
於滑動台2上，配置有可沿導軌8往返移動於圖1左右方向(以下稱為X方向)的水平台座7。在固定於台座7之支架10，貫通螺合有藉由馬達9旋轉的導螺桿10a，藉由使導螺桿10a正反轉，以使台座7沿導軌8往返移動於X方向。
於台座7上設有可藉由旋轉機構11旋轉的旋轉台12，於此旋轉台12以水平狀態安裝有切斷對象之脆性材料基板的玻璃基板G。旋轉機構11係能使旋轉台12繞垂直之軸旋轉，能相對基準位置旋轉成任意旋轉角度。又，分割對象物之玻璃基板G，例如藉由吸引夾具固定於旋轉台12。
於旋轉台12上方，由雷射13(係振盪射出圓形截面之雷射光束(原光束))與光束點調整機構14(使原光束之截面形狀變形以將橢圓形狀之光束點BS(圖3)形成於玻璃基板G上)構成之雷射加工裝置15，係固定於安裝框架16。雷射加工裝置15之詳細，留待後述。
於安裝框架16，將冷卻嘴17安裝成接近光束點調整機構14。自此冷卻嘴17將冷卻水、He氣體、碳酸氣體等之冷卻媒體噴射至玻璃基板G。冷卻媒體，係被吹至照射在玻璃基板G之橢圓形狀之光束點附近，以將冷卻點CS(圖3)形成於玻璃基板G表面。
於安裝框架16透過上下移動調節機構18安裝有刀輪19。此刀輪19係以燒結鑽石或超硬合金為材料，於外周面具備以頂點為刀尖的V字形稜線部，藉由上下移動調節機構18微調對玻璃基板G之壓接力。刀輪19，係專用在將初始龜裂TR形成於玻璃基板G端緣時，一邊使台座7移動於X方向一邊暫時地下降。
於安裝框架16，進一步安裝有用以拍出刻印於玻璃基板G之對準標記的攝影機20。
其次，根據圖2說明雷射加工裝置15之構造。雷射加工裝置15，如前所述係由雷射13與光束點調整機構14構成。雷射13係使用CO2 雷射。亦可代替CO2 雷射使用CO雷射、準分子雷射。光束點調整機構14，具備軸方向朝向垂直方向之左右一對桿31, 32、以及由固定此等一對桿31, 32之上端及下端之上框架33、下框架34構成的框架構造 體。又，藉由上框架33支撐雷射13。此外，本實施形態中，係將安裝框架16(圖1)兼用為上框架33。
於左桿31與右桿32之間設有被支撐成能以此等桿31, 32為支軸升降的第1滑動桿35(第1支撐體)、第2滑動桿36(第2支撐體)。又，第1滑動桿35係藉由以齒條&小齒輪機構(未圖示)及馬達構成的升降機構37驅動，第2滑動桿36係藉由以齒條&小齒輪機構(未圖示)及馬達構成的升降機構38驅動，能分別獨立調整高度位置。
於第1滑動桿35(第1支撐體)藉由例如鎖固安裝有可透過左固定部42拆裝的第1平面鏡41，又，藉此，能藉由更換安裝位置進一步提高光束點形狀之選擇的自由度。
凹面鏡43藉由鎖固安裝成可透過右固定部44拆裝。其中，第1平面鏡41係安裝於自雷射13射出之垂直向下之雷射光束(原光束)會直接照射於反射面(平面)的位置，且進一步地安裝成反射面(平面)之光軸角成為向上45度之角度以使反射後之雷射光束往水平方向行進。另一方面，凹面鏡43係安裝於在第1平面鏡41反射之雷射光束會直接照射於凹面鏡43之反射面(凹面)的位置，且進一步地安裝成反射面(凹面)之光軸角成為向下45度之角度以使反射後之雷射光束往垂直向下方向行進。
此外，第1平面鏡41與凹面鏡43之安裝位置、安裝角度具有互換性，亦能於自雷射13射出之垂直向下之雷射光束會直接照射的位置，藉由左固定部42將凹面鏡43以反射面(凹面)向上45度之方式安裝，且藉由右固定部44 將第1平面鏡41以向下45度角度之方式安裝。由於能藉由更換第1平面鏡41與凹面鏡43之安裝位置，改變凹面鏡43與玻璃基板G間之光路長度，因此能改變光束點之形狀(長軸長度、光束寬度)之調整幅度。
圖4(a)係凹面鏡43之立體圖，圖4(b)係截面圖。凹面鏡43，能以例如可量產之材料之不鏽鋼材等形成，於反射面43a(凹面)塗布有金(或矽、鉬)，能使來自CO2 雷射13之雷射光束的反射率變高。或者，亦能代替不鏽鋼材等，使用市售之透鏡(非特別訂作之量產透鏡)再進行塗布金之加工。
又，凹面鏡43由於能以可量產之材料形成，因此能準備反射面(凹面)之曲率半徑為100~5000間之複數個凹面鏡，再適當更換來安裝。
於第2滑動桿36(第2支撐體)，安裝有能以右固定部46進行拆裝之凸面柱面鏡45，且安裝有能以左固定部48進行拆裝之第2平面鏡47。其中，凸面柱面鏡45係安裝於，被凹面鏡43反射而往垂直向下方向行進之雷射光束(所聚集之光束)會直接照射於反射面(凸面)的位置，且進一步地安裝成反射面(平面)之光軸角成為向上45度之角度以使反射後之雷射光束以水平方向為中心一邊些許擴展一邊行進。另一方面，第2平面鏡47係安裝於在凸面柱面鏡45反射之雷射光束會直接照射於第2平面鏡47之反射面(平面)的位置，且進一步地安裝成反射面(平面)之光軸角成為向下45度之角度以使反射後之雷射光束以垂直向下方向 為中心一邊些許擴展一邊行進。
此外，凸面柱面鏡45與第2平面鏡47之安裝位置、安裝角度亦具有互換性，而亦能於自凹面鏡43反射之垂直向下之雷射光束(已會聚之光束)會直接照射的位置，藉由右固定部46將第2平面鏡47以反射面(平面)向上45度之方式安裝，且藉由左固定部48將凸面柱面鏡45以向下45度角度之方式安裝。此時，由於亦能藉由更換第2平面鏡47與凸面柱面鏡45之安裝位置，改變凸面柱面鏡45與玻璃基板G間之光路長度，因此能改變光束點之形狀(長軸長度、光束寬度)之調整幅度。
圖5係凸面柱面鏡45之立體圖。凸面柱面鏡45，亦能以可量產之材料之不鏽鋼材等形成，於反射面(凸面)45a塗布有金，能使來自CO2 雷射13之雷射光束的反射率變高。
又，凸面柱面鏡45由於亦能以可量產之材料形成，因此能準備反射面(凸面)之曲率半徑為10~100間之複數個凸面柱面鏡，再適當更換來安裝。
此處，說明藉由光束點調整機構14之各光學元件所規定之雷射光束之光路及光束點的關係。圖6，係顯示藉由凹面鏡43、凸面柱面鏡45、第2平面鏡47所規定之光學參數與雷射光束之光路之關係的圖。此外，自雷射13射出之圓形截面的雷射光束(原光束B0)在第1平面鏡41(圖2)反射而到達至凹面鏡43的過程，由於與原光束B0相同僅係圓形截面之雷射光束的通過，因此省略第1平面鏡41 之圖示。
圓形截面之原光束B0係平行直進，以45度(除了中央之光束以外為大致45度)之射入角射入凹面鏡43並反射。反射後之雷射光束B1(聚光光束B1)係一邊聚光一邊行進。此時於聚光光束B1會出現三個焦點。亦即，於光路上出現光束截面在X方向之寬度為最小之焦點F-l 、於XY方向之長度相同而光束截面為圓形截面之焦點Fo、以及光束截面在Y方向之寬度為最小之焦點Fl 等三焦點。
圖7，係假設單獨使用凹面鏡43使原光束B0反射時之光路上之五個不同位置H1~H5的圖，圖8係顯示在圖7之位置H1~H5之雷射光束B1之截面形狀的示意圖。其中，位置H2係與焦點F-l 對應之位置，位置H3係與焦點Fo對應之位置，位置H5係與焦點Fl 對應之位置。如圖8所示，藉由在光路上之高度位置之變化，使截面形狀於X方向、Y方向分別連續地變化。接著，在H2成為X方向寬度為最小之橢圓，在H5成為Y方向寬度為最小之橢圓。
如上述，隨著雷射光束B1在光路上之位置之不同，雷射光束B1之截面形狀亦不同，因此圖6中，藉由使雷射光束B1上之某位置在凸面柱面鏡45之反射面反射，即能使其後之雷射光束B2之光束形狀變化。
例如欲使照射於玻璃基板G之光束點BS之光束寬度(Y方向之長度)為最小時，係調整自凹面鏡43經由凸面柱面鏡45、第2平面鏡47而到達玻璃基板G之合計距離，以使玻璃基板G之表面成為圖7之位置H5(Fl 之位置)。亦 即，凸面柱面鏡45及第2平面鏡47均係相對Y方向單純作為平面鏡反射，因此只要將圖7中Y方向寬度為最小之位置H5所對應之位置設定成成為圖6之玻璃基板G的位置即可。
關於上述光束點之調整，係使用光學元件之參數予以說明。光束點調整機構14，係藉由設定原光束之光束徑L、凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2、凹面/凸面鏡間垂直距離M(亦即凹面鏡43與凸面柱面鏡45間之距離M)、台/凸面鏡間垂直距離N(亦即台與凸面柱面鏡45間之垂直距離N)、平面/凸面鏡間水平距離O(亦即第2平面鏡47與凸面柱面鏡45間之水平距離O)之六個參數，來將形成於台上之玻璃基板G的光束點形狀無偏差地決定。
此等六個參數中、原光束之光束徑L、平面/凸面鏡間水平距離O，原則上係不變更的固定參數，凹面鏡43之曲率半徑r1與凸面柱面鏡45之曲率半徑r2，係在欲使光束點形狀大幅變化的情形等而更換凹面鏡43、凸面柱面鏡45時會變更的粗調整用參數。
另一方面，凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N，係藉由調整第1滑動桿35、第2滑動桿36之高度位置所變更的參數。具體而言，藉由調整第1滑動桿35之高度位置，來調整凹面鏡43至台(正確而言係玻璃基板G之表面)之光路長之M+N+O的長度。又，藉由第2滑動桿之高度位置，來調整凸面柱面鏡45至台之光路長 之N+O的長度。
其中，藉由第1滑動桿35之凹面鏡43至台(正確而言係玻璃基板G之表面)之光路長M+N+O的調整，係如上所述，主要係利用於調整玻璃基板G上形成之光束點之光束寬度(與圖6之紙面垂直方向之Y方向的長度)。
另一方面，藉由第2滑動桿36之凸面柱面鏡45至台之光路長N+O的調整，係調整凸面柱面鏡45之X方向的放大率，主要係利用於調整玻璃基板G上形成之光束點BS之在長軸方向之長度。
其次，說明光束點BS之長軸長度及光束寬度的具體調整方法。光束點形狀係藉由六個參數無偏差地決定，因此若將光束點BS之長軸長度設為Da、將光束寬度設為Db，此等Da, Db，以光束徑L、凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2、凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N、平面/凸面鏡間水平距離O之六個參數為變數時，即能顯示為函數f1, f2。
Da=f1(L, r1, r2, M, N, O)　　　(1)
Db=f2(L, r1, r2, M, N, O)　　　(2)
函數式(1)、(2)，具體而言能藉由將各光學元件之位置或方向設定於座標上、且進行幾何學分析來求出。
如上所述，六個參數中之光束徑L、平面/凸面鏡間水平距離O係固定值，而能設定為定數。凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2，若不進行更換亦可當作定數。因此，光束點BS之長軸長度Da及光束寬 度Db，當以凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N為變化時可如次式所示。
Da=f1(M, N)　　　(3)
Db=f2(M, N)　　　(4)
凹面/凸面鏡間垂直距離M及台/凸面鏡間垂直距離N，由於係自第1滑動桿35、第2滑動桿36之高度位置求出，因此當欲設定成所欲之長軸長度Da、光束寬度Db時，應如何設定第1滑動桿35及第2滑動桿36之高度位置可無偏差地決定。
亦即，若將函數式(1), (2)、以及光束徑L、平面/凸面鏡間水平距離O、凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2先儲存為參數，或先儲存函數式(3), (4)，藉由設定欲調整之光束點BS之長軸長度Da及光束寬度Db，即能算出凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N，因此只要利用上述方式調整第1滑動桿35、第2滑動桿36，即亦能自動設定。本實施形態中，能藉由控制系統自動設定。關於此點留待後述。
其次，根據圖3說明控制系統。雷射劃線裝置LS1，具備控制部50，該控制部50係藉由儲存於記憶體之各種控制資料、設定參數及程式(軟體)與CPU，來執行各種處理。
此控制部50係控制：用以驅動馬達(馬達9等)(用以進行滑動台2、台座7、旋轉台12之定位或移動)之台驅動部51、用以進行雷射照射之雷射驅動部52、驅動用以控 制冷卻嘴16之冷煤噴射之開關閥(未圖示)的嘴驅動部53、藉由刀輪19於玻璃基板G形成初始龜裂的刀驅動部54、以及藉由攝影機20拍出刻印於玻璃基板G之定位用標記之攝影機驅動部55等各驅動部。又，控制部50，連接有由鍵盤、滑鼠等構成的輸入部56、以及用以於顯示畫面上進行各種顯示的顯示部57，以於畫面顯示所需資訊，且能輸入必要指令或設定。
其中，雷射驅動部52，係由振盪射出雷射13之光源驅動部52a、以及驅動光束點調整機構14之光束點調整部52b構成。
光束點調整部52b，當自控制部50送來第1滑動桿35、第2滑動桿36之高度位置的設定訊號時，即根據設定訊號，將第1滑動桿35、第2滑動桿36調整成所欲高度位置。
再者，光束點調整部52b，係預先將函數式(1), (2)、以及光束徑L、平面/凸面鏡間水平距離O、凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2之各參數儲存於記憶體，當自控制部50送來長軸長度Da、光束寬度Db的設定訊號時，即算出形成該形狀之光束點BS所需之第1滑動桿35、第2滑動桿36的高度位置，並調整成已算出之高度位置。
其次，說明雷射劃線裝置LS1之劃線動作。最初係進行光束點BS形狀之調整。
當自動設定時，係自輸入部56輸入欲設定之長軸長度 Da、光束寬度Db，以進行設定動作。接著，光束點調整部52b，係使用函數式(1), (2)及相關連之各參數算出用以實現所設定之長軸長度Da、光束寬度Db之第1滑動桿35及第2滑動桿36之高度位置。接著，驅動升降機構37, 38成為所算出之高度位置，其結果，凹面鏡43或凸面柱面鏡45移動至必要高度位置。
此外，當操作者輸入長軸長度Da、光束寬度Db以自動設定第1滑動桿35、第2滑動桿36之高度位置時，亦可在顯示部57(圖3)所顯示之設定畫面上，由操作者預先確認兩滑動桿之最終高度位置，或在預先確認可否形成光束後自動設定。
例如，當輸入長軸長度Da、光束寬度Db，並成功算出凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N後，即會將「光束形成OK」之訊息顯示於設定畫面上，且將所算出之凹面/凸面鏡間垂直距離M之值、以及台/凸面鏡間垂直距離N之值顯示於設定畫面上，並使第1滑動桿35、第2滑動桿36移動至與所算出之值對應的位置。
又，所輸入之長軸長度Da、光束寬度Db之值，無法形成適當之光束點時，亦可顯示「無法設定(NG)」之確認訊息，以促使操作者重新輸入。
或者，在輸入長軸長度Da、光束寬度Db後，亦可算出凹面/凸面鏡間垂直距離M、以及台/凸面鏡間垂直距離N，並將所算出之M, N之值顯示於設定畫面上，且對操作者顯示「OK?」的確認訊息。接著，亦可由操作者確 認M, N之值是否妥當，當OK時進行使第1滑動桿35、第2滑動桿36移動至與所算出之值對應的位置的處理，當NG時即從Da, Db之設定重新開始。
又，當不進行自動設定時，或在自動設定後進一步以手動進行微調整時，係自輸入部56進行輸入操作以進行第1滑動桿35、第2滑動桿36的升降移動，來進行微調整。藉由上述，能將第1滑動桿35(凹面鏡43)、第2滑動桿36(凸面柱面鏡45)調整成來到對玻璃基板G之所欲高度位置。
其後，執行雷射劃線裝置LS1之通常的劃線動作。亦即，旋轉台12返回至原點(圖1之攝影機20下方)，使攝影機驅動部55作動而藉由攝影機20檢測出裝載於旋轉台12上之玻璃基板G的對準標記，並根據其結果，藉由台驅動部51進行滑動台2、台座7、旋轉台12之移動來進行定位。在結束定位後，藉由刀驅動部54進行使用刀輪19將初始龜裂(起始點)形成於基板端的處理。接著，一旦返回至原點後，藉由雷射驅動部52及嘴驅動部53一邊進行熔融溫度以下之雷射照射與冷煤噴射，一邊藉由台驅動部51移動基板G，如此將光束點BS及冷卻點CS掃描於基板上。藉此，沿光束點BS及冷卻點CS之軌跡形成劃線。
至此為止說明之雷射劃線，雖均係使雷射照射之加熱在熔融溫度以下，但只要提高雷射輸入(或變更雷射波長)而設定成基板會熔融之消熔條件，則能進行雷射消熔加工。此時並不進行冷煤噴射。
(實施形態2)
圖9係本發明另一實施形態之雷射加工裝置15a的構成圖。對與圖1、圖2之雷射加工裝置15相同之構成部分係賦予相同符號，省略說明之一部分。本實施形態中，光束點調整機構14a，係調整第2滑動桿36之位置與凹面鏡60之曲率半徑。
亦即，係取代設有升降機構37(為了調整凹面鏡43與凸面柱面鏡45之距離而使第1滑動桿35升降)的構造(圖2)，安裝相對桿31,32之位置為固定之第1固定桿35a，具備曲率半徑之調整功能之凹面鏡60藉由右固定部44固定在第1固定桿35(此外，此處之「固定」係指在調整光束點時固定使用之意義，不包含因其他目的設置升降機構37來移動的情形)。
圖10，係顯示具備曲率半徑之調整功能之凹面鏡60例的截面圖。凹面鏡60，其凹面鏡本體61係以不鏽鋼製(具有金塗布膜)之薄板形成。凹面鏡本體61之周緣部分藉由殼體62固定，於凹面鏡本體61之底部分安裝有伸縮機構63。伸縮機構63係使用例如壓電元件或電動汽缸。使伸縮機構63作動之驅動部64安裝於伸縮機構63附近，藉由使伸縮機構63作動能使曲率半徑變化。接著，凹面鏡60，藉由預先求出驅動部64之設定條件與曲率半徑之關係，能調整驅動部64之設定而設定於所欲之曲率半徑。驅動部64之設定，係藉由第2滑動桿36之升降機構38與光束點調整部52b(圖3)來調整。
本實施形態中，雖亦係根據關係式(1)(2)進行光束點BS之長軸長度Da、光束寬度Db的調整，但六個參數中之光束徑L、凹面/凸面鏡間垂直距離M、平面/凸面鏡間水平距離O係固定值，而能設定為定數。凸面柱面鏡45之曲率半徑r2，若不進行更換亦可當作定數。因此，能以凹面鏡43之曲率半徑r1、台/凸面鏡間垂直距離N為變數，調整光束點BS之長軸長度Da及光束寬度Db。
此外，圖9中雖藉由右固定部44安裝有凹面鏡60，但在凹面鏡60與第1平面鏡41亦可更換這點上，係與圖1之實施形態相同。
(實施形態3)
圖11係本發明另一實施形態之雷射加工裝置15b的構成圖。對與圖1、圖2、圖9之雷射加工裝置15, 15a相同的構成部分係賦予相同符號，省略說明之一部分。本實施形態中，光束點調整機構14b係調整凹面鏡60之曲率半徑與凸面柱面鏡的曲率半徑。
亦即，圖9所說明之雷射加工裝置15a中，係取代設有升降機構38(為了調整凸面柱面鏡45與旋轉台12(正確而言為玻璃基板G的表面)之距離而使第2滑動桿36升降)的構造，安裝相對桿31, 32之位置為固定之第2固定桿36a(此處之「固定」係指在調整光束點時固定使用之意義，不包含因其他目的設置升降機構38來移動的情形)，具備曲率半徑之調整功能之凸面柱面鏡70藉由右固定部46固定在第2固定桿36a。
圖12，係顯示具備曲率半徑之調整功能之凸面柱面鏡70例的截面圖。凸面柱面鏡70，其凸面柱面鏡本體71係以不鏽鋼製(具有金塗布膜)之薄板形成。凸面柱面鏡本體71之周緣部分藉由殼體72固定，於凸面柱面鏡本體71之底部分安裝有伸縮機構73。伸縮機構73係使用例如壓電元件或電動汽缸。使伸縮機構73作動之驅動部74安裝於伸縮機構73附近，藉由使伸縮機構73作動能使曲率半徑變化。接著，凸面柱面鏡70，藉由預先求出驅動部74之設定條件與曲率半徑之關係，能調整驅動部74之設定而設定於所欲之曲率半徑。驅動部74之設定，係藉由凹面鏡60之驅動部64的設定與光束點調整部52b(圖3)來調整。
本實施形態中，雖亦係根據關係式(1)(2)進行光束點BS之長軸長度Da、光束寬度Db的調整，但六個參數中之光束徑L、凹面/凸面鏡間垂直距離M、台/凸面鏡間垂直距離N、平面/凸面鏡間水平距離O係固定值，而能設定為定數。因此，能以凹面鏡43之曲率半徑r1、凸面柱面鏡45之曲率半徑r2為變數，調整光束點BS之長軸長度Da及光束寬度Db。
此外，圖11中雖藉由右固定部44安裝有凸面柱面鏡70，但在凸面柱面鏡70與第1平面鏡47亦可更換這點上，係與圖1、圖9之實施形態相同。
(實施形態4)
圖13係本發明另一實施形態之雷射加工裝置15c的構 成圖。對與圖1、圖2所說明之雷射加工裝置15相同的構成部分係賦予相同符號，省略說明之一部分。本實施形態中，係取代凸面柱面鏡45(圖2)而安裝有凹面柱面鏡49。
亦即，至此為止說明之實施形態1~實施形態3，係藉由安裝於第2滑動桿36之凸面柱面鏡45來擴大X方向之光束長度，但即使使用凹面柱面鏡49，亦能在光路在焦點F會聚一次後再度擴展，因此藉由將光學系統調整成加工面成為自焦點F相離某程度之距離的位置，而與使用凸面柱面鏡45之情形同樣地，能擴大X方向之光束長度。
又，實施形態3中，雖安裝可調整曲率半徑之凸面柱面鏡70，但與實施形態4中將凸面柱面鏡45取代成凹面柱面鏡49之情形同樣地，亦能將凸面柱面鏡70取代成可調整曲率半徑之凹面柱面鏡。
本發明，能利用於藉由雷射照射進行局部加熱之雷射加工裝置。
12‧‧‧旋轉台
13‧‧‧雷射
14, 14a, 14b‧‧‧光束點調整機構
15, 15a, 15b‧‧‧雷射加工裝置
16‧‧‧安裝臂
31‧‧‧桿(左桿)
32‧‧‧桿(右桿)
33‧‧‧上框架
34‧‧‧下框架
35‧‧‧第1滑動桿
35a‧‧‧第1固定桿
36‧‧‧第2滑動桿
36a‧‧‧第2固定桿
37, 38‧‧‧升降機構
41‧‧‧第1平面鏡
42, 48‧‧‧左固定部
43‧‧‧凹面鏡
44, 46‧‧‧右固定部
45‧‧‧凸面柱面鏡
47‧‧‧第2平面鏡
50‧‧‧控制部
52‧‧‧雷射驅動部
52a‧‧‧光源驅動部
52b‧‧‧光束點調整部
60‧‧‧凹面鏡
70‧‧‧凸面柱面鏡
r1‧‧‧凹面鏡曲率半徑
r2‧‧‧凸面柱面鏡曲率半徑
L‧‧‧雷射光束半徑(原光束半徑)
M‧‧‧凹面/凸面鏡間垂直距離
N‧‧‧台/凸面鏡間垂直距離
O‧‧‧平面/凸面鏡間水平距離
圖1係顯示利用本發明一實施形態之雷射加工裝置之雷射劃線裝置的構成圖。
圖2係顯示本發明一實施形態之雷射加工裝置，且係顯示圖1之雷射劃線裝置所使用之雷射加工裝置構成的圖。
圖3係顯示圖1之雷射劃線裝置之控制系統構成的方塊圖。
圖4係凹面鏡之立體圖及截面圖。
圖5係凸面柱面鏡之立體圖。
圖6係顯示藉由凹面鏡、凸面柱面鏡、第2平面鏡所規定之光學參數與雷射光束之光路之關係。
圖7，係假設單獨使用凹面鏡使原光束B0反射時之光路上的圖。
圖8係顯示在圖7之雷射光束B1之光路上各位置H1~H5之光束點形狀的圖。
圖9係本發明另一實施形態之雷射加工裝置的構成圖。
圖10係曲率半徑為可變之凹面鏡的截面圖。
圖11係本發明另一實施形態之雷射加工裝置的構成圖。
圖12係曲率半徑為可變之凸面柱面鏡的截面圖。
圖13係本發明另一實施形態之雷射加工裝置的構成圖。
13‧‧‧雷射
14‧‧‧光束點調整機構
15‧‧‧雷射加工裝置
16‧‧‧安裝臂
31‧‧‧桿(左桿)
32‧‧‧桿(右桿)
33‧‧‧上框架
34‧‧‧下框架
35‧‧‧第1滑動桿
36‧‧‧第2滑動桿
37, 38‧‧‧升降機構
41‧‧‧第1平面鏡
42, 48‧‧‧左固定部
43‧‧‧凹面鏡
44, 46‧‧‧右固定部
45‧‧‧凸面柱面鏡
47‧‧‧第2平面鏡

Claims (5)

  1. 一種雷射加工裝置，具備：雷射，以及將自該雷射射出之雷射光束導至被加工物的加工面、且調整藉由雷射光束形成於加工面之光束點形狀的光學元件群；其特徵在於：該光學元件群，係由至少包含凹面鏡與凸面或凹面之柱面鏡之反射鏡群的組合構成；於接近該雷射側之光路上配置該凹面鏡，於接近該加工面側之光路上配置該柱面鏡；該凹面鏡與該柱面鏡設定為該凹面鏡之曲率半徑大於該柱面鏡之曲面之曲率半徑，而具有長軸方向與短軸方向之形狀的光束點形成於加工面；且設有光束點調整機構，調整該光束點在長軸方向及短軸方向之長度；該光束點調整機構，具有：第1支撐體，係固定該凹面鏡，且固定有用以調整被該凹面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第1平面鏡；第2支撐體，係固定該柱面鏡，且固定有用以調整被該柱面鏡反射前之雷射光束或反射後之雷射光束之任一雷射光束之光路的第2平面鏡；第1支撐體升降機構，係以朝向垂直方向之桿為支軸使該第1支撐體升降；以及第2支撐體升降機構，係以該桿為支軸，在該第1支撐體下側使該第2支撐體升降。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，射入 固定於該第1支撐體之凹面鏡或第1平面鏡中配置於接近該雷射側之光路上之反射鏡之雷射光束之行進方向、從該凹面鏡或該第1平面鏡中配置於接近加工面側之光路上之反射鏡射出之雷射光束之行進方向、射入固定於該第2支撐體之柱面鏡或第2平面鏡中配置於接近該雷射側之光路上之反射鏡之雷射光束之行進方向、從該柱面鏡或該第2平面鏡中配置於接近加工面側之光路上之反射鏡射出之雷射光束之行進方向之任一者均為垂直方向。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中，係使用CO2 雷射，對各反射鏡之用以反射雷射光束之面以金、矽、鉬之任一者予以塗布。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中，於該第1支撐體，第1平面鏡與凹面鏡之安裝位置具有互換性。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中，於該第2支撐體，第2平面鏡與柱面鏡之安裝位置具有互換性。
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