WO2003103887A1 - Vorrichtung zur substratbehandlung mittels laserstrahlung - Google Patents

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WO2003103887A1
WO2003103887A1 PCT/EP2003/003855 EP0303855W WO03103887A1 WO 2003103887 A1 WO2003103887 A1 WO 2003103887A1 EP 0303855 W EP0303855 W EP 0303855W WO 03103887 A1 WO03103887 A1 WO 03103887A1
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mirror
rotating mirror
beam paths
focusing lens
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PCT/EP2003/003855
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Inventor
Helmut Paul
Original Assignee
Mlt Micro Laser Technology Gmbh
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror

Definitions

  • the invention relates to a device for substrate treatment by means of laser radiation, with a rotating mirror or the like, by means of which an incident laser beam can be reflected in different beam paths, the beams of which can be focused on the substrate in such a way that different positions of the foci in question on the substrate for the different beam paths result.
  • Devices of this type are used in particular for processing, for example, strip-shaped materials by means of laser radiation, the laser light being divided into a number of quasi-simultaneous processing points and, at the same time, short pulses of very high frequency being generated from the continuous light of the laser.
  • the high pulse repetition rate results in correspondingly high processing speeds.
  • a beam splitting by so-called beam splitters would be disadvantageous insofar as the resulting partial beams would have a correspondingly lower intensity, which is no longer sufficient for certain processing methods.
  • the partial beams would also have an alternating, ie in any case different intensity and / or spatial intensity distribution.
  • the different influencing of the beam profile is often the main problem, especially in the case of contamination (beam geometry).
  • the individual beams obtained after the laser light has been separated by the multiplexer principle or the rotating mirror each reach the substrate via specially assigned separate deflecting mirrors and a separately assigned separate focusing optics , ie the material. Due to the spatial extent and the corresponding space requirement of the separate focusing heads assigned to the individual beam paths, the minimum distance between two adjacent processing tracks is now limited. If, for example, you want to make two processing tracks from perforation holes very close, for example at a distance of 1 mm, side by side on the web-shaped material, the focusing or processing heads with a respective diameter of e.g. about 30 mm are inevitably arranged one behind the other in the web running direction.
  • perforation tracks or lines are to be generated at a distance of, for example, 1 mm, for example by appropriately interrupting, ie pulsing, the laser light in front of the beam multiplexer or rotating mirror, this would result in the perforation being interrupted from track to track around the person respective offset of the focusing heads concerned is offset.
  • it has already been proposed to block the individual beam paths with a respective time delay by means of a respective, for example electrically driven optomechanical switch, with which any interruption of each individual beam and the resulting perforation track can be achieved (cf. unpublished DE 101 05 878.0).
  • the aim of the invention is to provide an improved device of the type mentioned at the outset, with which perforation traces with laterally aligned perforation holes can be produced on the substrate, in particular also relatively close to one another, with a significantly reduced structural and control-related expenditure.
  • This object is achieved according to the invention in that at least two beam paths are assigned a common focusing lens, by means of which the relevant beams can be focused on the substrate at the relevant positions.
  • At least one deflecting mirror can be provided between the rotating mirror and the substrate.
  • the rays of the beam paths having a common focusing lens can thus be directed onto the common focusing lens in particular via the deflecting mirror or mirrors in question.
  • the device has a common focusing lens
  • Beam paths are also assigned a common deflecting mirror, which directs the rays striking it directly onto the common focusing lens.
  • a common focusing optics can be assigned to the relevant beam paths, which in the present case comprises the common focusing lens and the common deflecting mirror.
  • An arrangement of side-by-side converging lenses can be provided between the rotating mirror and the common focusing lens, which are arranged at a distance from the rotating mirror corresponding to their focal length.
  • a separate deflecting mirror assigned to each is provided in each beam path and is arranged between the rotating mirror and the common focusing lens in order to direct the respective beam coming from the rotating mirror onto the common focusing lens or the common deflecting mirror.
  • These separate deflecting mirrors assigned to the beam paths can be arranged in particular between the arrangement of side-by-side converging lenses and the common focusing lens or between the arrangement of side-by-side collecting lenses and the common deflecting mirror.
  • the rays of the beam paths having a common focusing lens preferably appear at different angles on the common focusing lens.
  • angles of incidence which result in a plane perpendicular to the substrate surface and extending transversely to the substrate movement direction can be different from one another.
  • these angles of incidence can be adjusted at least partially variably, so that the resulting distance between the processing tracks can be set in the desired manner.
  • a stepless or stepped setting of the impingement angle is conceivable, for example.
  • the machining positions in the substrate movement direction can also be variably adjustable via the angles of incidence which result in a plane running perpendicular to the substrate surface and in the substrate movement direction.
  • the temporal offset and the offset of the beams of the different beam paths caused by the substrate movement can thus be compensated in such a way that working positions lying next to one another transversely to the substrate movement direction result. It is thus possible, for example, for perforation holes of two or more adjacent perforation tracks to be positioned exactly next to one another.
  • At least some of the deflecting mirrors can be variably adjusted in order to adjust the angle of incidence.
  • the relevant deflection mirrors can e.g. be pivoted or tilted accordingly and / or moved in parallel.
  • Means are advantageously provided for a temporary interruption of the radiation.
  • means can be provided for a respective temporary interruption of the incident laser beam. In this case this results in an upstream laser light interruption.
  • the interruption times can in particular be variably adjustable.
  • the fan angle of the rotating mirror is chosen larger than that for sweeping over the Beam paths is required.
  • the laser source can thus be switched on or off during the resulting overhang zones.
  • part of the mirror surfaces of the rotating mirror can be curved in order to widen and accordingly weaken the incident laser beam.
  • the relevant mirror surfaces are each spherically or non-spherically curved both in the circumferential direction and / or in the axial direction of the rotating mirror.
  • the curved mirror surfaces viewed in the cross section perpendicular to the axis of rotation, can have, for example, a contour which in each case runs along a circle concentric to the axis of rotation.
  • the outer radius can correspond to the width across flats of the polygon, for example.
  • the further curvature in the axial direction serves for further widening and weakening, as a result of which the reflected beam is practically ineffective.
  • the polygon in question can therefore have, for example, sector-wise cylindrical sections which additionally have a rounding in the axial direction.
  • a polygon in question can thus have, for example, one or more sections in which curved areas produce corresponding dropouts in the perforation, while the remaining mirror surfaces or facets are conventionally planar machined and result in a normal arrangement of perforation holes.
  • An advantage of such an embodiment with curved mirror surfaces is that there are no problems with laser switching edges.
  • an optomechanical switch is provided in front of the rotating mirror and / or in at least one of the beam paths between the rotating mirror and the common focusing lens the radiation is interruptible.
  • At least one absorber is advantageously provided to absorb the radiation or radiation components deflected out of the beam paths.
  • at least one absorber can be provided on both sides of the arrangement of side-by-side converging lenses.
  • a plurality of focusing lenses each of which has at least two beam paths, and, if appropriate, a processing unit comprising a common deflecting mirror are provided.
  • a further module can comprise, in addition to a further focusing lens common to the relevant additional beam paths and possibly a common deflecting mirror, for example also a further beam multiplexer arrangement or a further rotating mirror which provides a corresponding number of further beam paths.
  • a further beam multiplexer arrangement is not mandatory.
  • the processing units are adjustable relative to one another in the substrate movement direction.
  • one or more e.g. mechanically or electrically drivable adjusting devices can be provided.
  • the processing units can again be correspondingly adjustable via, in particular, freely programmable control electronics.
  • the processing units can be adjusted relative to one another as a function of the substrate speed and, if appropriate, the repetition frequency of the beam path interruptions such that a respective offset between the processing positions and / or interruptions that results in the direction of substrate movement is at least substantially compensated for.
  • the second or further module can have, for example, a mechanically or electrically driven adjustment device for adjustment in the substrate movement direction.
  • the offset between the individual processing units or heads can thus be compensated for as a function of the substrate speed and the repetition frequency of the interruption.
  • the offset in question results from the fact that several processing heads have a considerable minimum distance between the processing positions in question.
  • rollers can be provided on its side opposite its processing side, these rollers preferably being adjustable, i.e. e.g. displaceable or displaceable, and are preferably arranged in areas outside the respective processing position. These rollers should not be exposed to laser light and should therefore not be located directly below the processing point.
  • the incident laser beam can be focused on the rotating mirror in particular by means of a lens.
  • a polygon rotating mirror can in particular be provided as the rotating mirror.
  • a polygon rotating mirror with a correspondingly large number of mirror surfaces or facets and high speed, relatively high frequencies can be achieved, so that, for example, when using the device for perforating cigarette paper, the step determining the speed is no longer the perforation frequency but the technically realizable paper feed speed. It is just a rotating part, namely the polygon rotating mirror required to achieve the high chopping frequencies.
  • the lenses between which the rotating mirror is arranged can e.g. spherical and / or cylindrical converging lenses.
  • Spherical lenses have the advantage that the required reflection surface / width on the polygon and thus the weight and, accordingly, the mass inertia can be kept small.
  • the invention in particular also provides a device for substrate treatment by means of laser radiation, with a rotating mirror or the like, by means of which an incident laser beam can be reflected in different beam paths, the beams of which can be focused on the substrate in such a way that different positions of the respective foci can be found for the different beam paths result on the substrate, this device being characterized in that a part of the mirror surfaces of the rotating mirror is curved in order to expand the incident laser beam and to weaken it accordingly.
  • the mirror surfaces in question can each be spherically or non-spherically curved in the circumferential direction and / or in the axial direction of the rotating mirror.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified illustration of a device for substrate treatment by means of laser radiation
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the device according to FIG
  • FIG. 3 shows a schematic top view of the device according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a representation of the device with a pulsed laser and comparable to that of FIG
  • FIG. 5 is a schematic simplified representation of another
  • Embodiment of the device for substrate treatment using laser radiation with two processing units Embodiment of the device for substrate treatment using laser radiation with two processing units.
  • FIG. 1 shows a device for treating a substrate 10 by means of laser radiation in a schematic, simplified representation.
  • the substrate 10 can in particular be a material web moving in the direction L, e.g. Packaging film, paper web or the like act.
  • the light beam coming from a laser 12 passes through an entrance or converging lens 14, the focal point or line level of which lies on a surface of a polygon rotating mirror 16 arranged in the beam path behind the entrance lens 14.
  • the polygon rotating mirror 16 shown in FIG. 1 has, for example, six mirror surfaces or facets 18 in the present case. In principle, however, any other number of mirror surfaces 18 is also possible. For a given frequency, it also depends on the speed that can be achieved with the polygon rotating mirror 16. How to use in practice with the same polygon diameter different numbers of facets and the same maximum speed.
  • the incident, reflected laser beam is pivoted via an arrangement 20 of side-by-side collecting or collimator lenses 201-20 n . Meets the incident laser beam to the next mirror surface or facet of the polygonal rotating mirror 16, the reflected beam returns and passes over again the relevant, the collecting lens 20i - 20 n broad range of angles.
  • a same focal length having converging lenses 20 ⁇ - 20 n are arranged so that their focal point or their focal plane with the focal point or the focal plane of the entrance lens 14 on the rotating polygonal mirror 16 is approximately or exactly coincident.
  • the light leaving the converging lenses 201-20 n is therefore directed approximately parallel again.
  • the entrance lens 14 and the condenser lenses 20i - n 20 may be provided for example as a spherical and / or cylindrical lenses.
  • the light beams leaving the lens arrangement 20 are directed onto a common deflecting mirror 24 via the separate deflecting mirror 22 assigned to the different beam paths.
  • a common deflecting mirror 24 In the present case, for. B. four converging lenses 20] ⁇ - 20 n and four separate deflecting mirrors 22 are provided, so that there are four beam paths, the beams of which all strike the common deflecting mirror 24 provided behind the separate deflecting mirrors 22.
  • the common deflecting mirror 24 directs the rays striking it directly onto a focusing lens 26 common to the different beam paths, via which the relevant rays are focused at different positions on the substrate 10.
  • the incident laser beam is through the polygon rotating mirror 16 in z. B. reflects four different beam paths, the beams of which are focused on the substrate 10 via the common focusing lens 26 such that different positions of the foci in question on the substrate 10 result for the different beam paths.
  • the relevant beams can strike the common focusing lens 26 in such a way that different angles of incidence result from one another at least in a plane perpendicular to the substrate surface 28 and transverse, in particular perpendicular to the direction of movement L.
  • These angles of incidence can be at least partially variably adjustable.
  • the distance a between the respective processing tracks 30 on the substrate 10 can thus be set in the desired manner via the relevant angles of incidence.
  • the respective setting can be made, for example, by means of control electronics 32, which are in particular freely programmable.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the device according to FIG. 1.
  • the beams of the different beam paths can also strike the common focusing lens 26 in such a way that also in a direction perpendicular to the substrate surface 28 and in the substrate movement direction L ( see also Figure 1) extending plane for the different beams result in different angles of incidence.
  • These angles of incidence can at least partially again be variably adjustable.
  • the machining positions in the substrate movement direction L can accordingly be set in the desired manner via the relevant angles of incidence.
  • a corresponding setting of the angles of incidence can also be made again in the present case in particular via the control electronics 32 (cf. FIG. 1).
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the device according to FIG. 1.
  • the focus offset z in the substrate movement direction L can be adjusted by a corresponding adjustment of the corresponding angles of incidence.
  • B. can be defined in such a way that the substrate advance and the time offset are compensated in order to subsequently hold perforation holes in the substrate 10 which are at least essentially adjacent to one another.
  • means for a respective temporary interruption of the radiation can also be provided.
  • a temporary interruption of the incident laser beam and thus an upstream laser light interruption can be provided.
  • FIG. 4 shows a schematic, simplified illustration of a further embodiment of a device for substrate treatment by means of laser radiation with a pulsed laser.
  • interruptions 34 lying essentially next to one another in the processing or perforation traces 30 can initially be generated in the transverse direction.
  • the interruption times can be variably adjustable, for example.
  • Corresponding control of the laser can again take place, for example, via the control electronics 32 (cf. FIG. 1).
  • the fan angle of the rotating mirror 16 can expediently be chosen to be larger than is required to cover the four beam paths, for example in the present case, so that the laser source can be switched on or off during the resulting overhang zones.
  • this device can have at least essentially the same structure as that of FIG. 1. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • FIG. 5 shows a schematic, simplified representation of a further embodiment of a device for substrate treatment by means of laser radiation with two processing units or heads 36, 38 each comprising a common deflection mirror 24 and a common focusing lens 26.
  • the two processing units 36, 38 are each again z. B. for four beam paths and correspondingly provided for four processing or perforation traces 30. In principle, however, a respective processing unit 36 or 38 can also be designed for a different number of beam paths or processing tracks 30. While only two such processing units 36, 38 are provided in the present embodiment, in principle several such processing units can also be used.
  • the processing units 36, 38 are offset relative to one another in the substrate movement direction L. They can be adjustable relative to one another in the substrate movement direction L. For example, one or more z. B. mechanically or electrically driven adjusting devices can be provided. A respective adjustment can in particular be carried out again via the freely programmable control electronics 32 (cf. also FIG. 1).
  • an arrangement 20 of, for example, eight collective or collimator lenses 201-20 n is provided.
  • the rays coming from this lens arrangement 20 are directed via here, for example, eight separate deflecting mirrors 22 to the deflecting mirrors 24 which are common to a group of four beam paths and via which the respective beams are then directed in each case to the associated common focusing lens 26 in order to or perforation zone of four processing or perforation tracks 30 each.
  • a total of four perforation tracks 30 are generated via the two processing units 36, 38.
  • Additional deflecting mirrors 40 can be provided between the relevant further deflecting mirrors 22 and the common deflecting mirror 24 of the further processing unit 38 in order to direct the rays coming from the relevant separate deflecting mirrors 22 onto the common deflecting mirror 24 of the further processing unit 38.
  • the various processing or perforation traces 30 can again have interruptions 34.
  • a pulsed laser 12 can again be used.
  • the processing units 36, 38 can be adjustable as a function of the substrate speed and also the repetition frequency of the beam path interruptions 34 such that an offset between the processing positions and / or interruptions in the substrate movement direction L is at least substantially compensated for. It can thus be achieved in particular that the perforations generated via the various processing units 36, 38 or the interruptions 34 generated in the different perforation zones are at least substantially adjacent to one another when viewed in the transverse direction.
  • the device can at least essentially have the same structure as that of FIG. 1. Corresponding parts are assigned the same reference numerals.
  • processing head 36 processing unit, processing head
  • processing head 38 processing unit, processing head

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung umfasst einen Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl (12) in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat (10) fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat ergeben. Dabei ist zumindest zwei Strahlpfaden eine gemeinsame Fokussierlinse zugeordnet, über die die betreffenden Strahlen an den betreffenden Positionen auf das Substrat (10) fokussierbar sind.

Description

Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat ergeben.
Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zum Bearbeiten von beispielsweise bandförmigen Materialien mittels Laserstrahlung verwendet, wobei das Laserlicht in mehrere quasi- simultane Bearbeitungsstellen aufgeteilt und gleichzeitig aus dem Dauerlicht des Lasers kurze Pulse sehr hoher Frequenz erzeugt werden. Die hohe Pulswiederholungsrate resultiert in entsprechend hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten.
Trotz des Einsatzes weniger oder lediglich eines einzelnen Lasers ist eine nahezu gleichzeitige Beaufschlagung des Substrats in mehreren Zielgebieten möglich. Die Anwendung mehrerer Laser verbietet sich in der Regel aus Kosten- und Platzgründen. Eine Strahlaufteilung durch so genannte Strahlteiler wäre insoweit von Nachteil, als die resultierenden Teilstrahlen eine entsprechend geringere Intensität aufweise würden, die für bestimmte Bearbeitungsverfahren nicht mehr ausreichend ist. Überdies würden die Teilstrahlen auch eine wechselnde, d.h. jedenfalls unterschiedliche Intensität und/oder räumliche Intensitätsverteilung aufweisen. So ist bei Strahlteilern häufig die unterschiedliche Beeinflussung des Strahlprofϊls das Hauptproblem, insbesondere bei Verschmutzungen (Strahlgeometrie). Beispielsweise bei der Perforierung von Papier mittels Laserlichtstrahlen ist es zur Erzeugung einer gleichmäßigen Lochgröße und Güte erforderlich, eine bestimmte relativ hohe und gleich bleibende Intensität des die Perforation durchführenden Laserlichtstrahls sicher zu stellen. Eine Strahlteilung wäre somit auch hier wieder ungünstig.
Bei den bisher üblichen Vorrichtungen der eingangs genannten Art (vgl. z.B. DE-C-2918283) gelangen die nach dem Vereinzeln des Laserlichtes durch das Multiplexerprinzip bzw. den Drehspiegel erhaltenen Einzelstrahlen jeweils über eigens zugeordnete getrennte Umlenkspiegel und eine eigens zugeordnete getrennte Fokussieroptik auf das Substrat, d.h. den Werkstoff. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung und des entsprechenden Platzbedarfs der den einzelnen Strahlengängen zugeordneten getrennten Fokussierköpfe ist der minimale Abstand zwischen zwei benachbarten Bearbeitungsspuren nun aber begrenzt. Möchte man beispielsweise zwei Bearbeitungsspuren von Perforationslöchern sehr nahe, beispielsweise in einem Abstand von 1 mm, nebeneinander auf dem bahn- förmigen Werkstoff einbringen, so müssen die Fokussier- oder Bearbeitungsköpfe mit einem jeweiligen Durchmesser von z.B. etwa 30 mm zwangsläufig in Bahnlaufrichtung hintereinander angeordnet werden.
Sollen beispielsweise Perforationsspuren oder -linien in einem Abstand von beispielsweise 1 mm erzeugt werden, indem z.B. das Laserlicht vor dem Strahlmultiplexer bzw. Drehspiegel entsprechend unterbrochen, d.h. gepulst wird, so hätte dies zur Folge, dass die Unterbrechung der Perforation von Spur zu Spur um den jeweiligen Versatz der betreffenden Fokussierköpfe versetzt ist. Zur Vermeidung dieses Effektes wurde bereits vorgeschlagen, die einzelnen Strahlengänge jeweils über einen jeweiligen, z.B. elektrisch angetriebenen optomechanischen Schalter entsprechend zeitversetzt zu blockieren, womit eine beliebige Unterbrechung eines jeden Einzelstrahls und der jeweils resultierenden Perforationsspur erzielt werden kann (vgl. die noch nicht veröffentlichte DE 101 05 878.0).
Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bei deutlich reduziertem baulichem und steuerungstechnischem Aufwand insbesondere auch seitlich relativ nahe nebeneinander liegende Perforationsspuren mit seitlich ausgerichteten Perforationslöchern auf dem Substrat erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest zwei Strahlpfaden eine gemeinsame Fokussierlinse zugeordnet ist, über die die betreffenden Strahlen an den betreffenden Positionen auf das Substrat fokussierbar sind.
Aufgrund dieser Ausbildung können mehrere Bearbeitungsspuren mit nur einer Fokussieroptik quasi- simultan und im wesentlichen ohne geometrischen Versatz in Substratbewegungsrichtung erzeugt werden.
Zwischen dem Drehspiegel und dem Substrat kann wenigstens ein Umlenkspiegel vorgesehen sein. Die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse aufweisenden Strahlpfade können also insbesondere über den bzw. die betreffenden Umlenkspiegel auf die gemeinsame Fokussierlinse gelenkt werden.
Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist den eine gemeinsame Fokussierlinse aufweisenden Strahlpfaden überdies eine gemeinsamer Umlenkspiegel zugeordnet, der die auf ihn auftreffenden Strahlen direkt auf die gemeinsame Fokussierlinse lenkt. Den betreffenden Strahlpfaden kann also eine gemeinsame Fokussieroptik zugeordnet sein, die im vorliegenden Fall die gemeinsame Fokussierlinse sowie den gemeinsamen Umlenkspiegel umfasst.
Zwischen dem Drehspiegel und der gemeinsamen Fokussierlinse kann eine Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen vorgesehen sein, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Drehspiegel angeordneten sind.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist in jedem Strahlpfad jeweils ein diesem zugeordneter getrennter Umlenkspiegel vorgesehen, der zwischen dem Drehspiegel und der gemeinsame Fokussierlinse angeordnet ist, um den jeweiligen vom Drehspiegel kommenden Strahl auf die gemeinsame Fokussierlinse bzw. den gemeinsamen Umlenkspiegel zu lenken. Dabei können diese den Strahlpfaden zugeordneten getrennten Umlenkspiegel insbesondere zwischen der Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen und der gemeinsamen Fokussierlinse bzw. zwischen der Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen und dem gemeinsamen Umlenkspiegel angeordnet sein.
Die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse aufweisenden Strahlpfade treten vorzugsweise mit unterschiedlichen Winkeln auf der gemeinsamen Fokussierlinse auf.
Dabei können zur Erzeugung von unterschiedlichen Bearbeitungsspuren auf dem bewegten Substrat insbesondere die sich in einer zur Substratoberfläche senkerechten und quer zur Substratbewegungsrichtung verlaufende Ebene ergebenden Auftreffwinkel zueinander verschieden sein. Vorteilhafterweise sind diese Auftreffwinkel zumindest teilweise variabel einstellbar, so dass der resultierende Abstand der Bearbeitungsspuren in der jeweils gewünschten Weise eingestellt werden kann. Dabei ist beispielsweise eine stufenlose oder gestufte Einstellung der Auftreffwinkel denkbar.
Alternativ oder zusätzlich können über die sich in einer zur Substratoberfläche senkrecht und in Substratbewegungsrichtung verlaufenden Ebene ergebenden Aufreffwinkel insbesondere auch die Bearbeitungspositionen in Substratbewegungsrichtung variable einstellbar sein. Über die betreffenden Auftreffwinkel kann also insbesondere der zeitliche Versatz sowie der durch die Substratbewegung bedingte Versatz der Strahlen der verschiedenen Strahlpfade so kompensiert werden, dass sich quer zur Substratbewegungsrichtung nebeneinander liegende Arbeitspositionen ergeben. Es ist somit beispielsweise eine genaue Nebeneinanderlage von Perforationslöchern zweier oder mehrerer benachbarter Perforationsspuren möglich.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Einstellung der Auftreffwinkel zumindest ein Teil der Umlenkspiegel entsprechend variable einstellbar. Die betreffenden Umlenkspiegel können dazu z.B. entsprechend geschwenkt oder verkippt und/ oder parallel verschoben werden.
Vorteilhafterweise sind Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung der Strahlung vorgesehen.
Dabei können insbesondere Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung des einfallenden Laserstrahls vorgesehen sein. In diesem Fall ergibt sich also jeweils eine vorgelagerte Laserlichtunterbrechung. Dabei können die Unterbrechungszeiten insbesondere variabel einstellbar sein.
Zur Perforation von beispielsweise Zigarettenmundstückpapier können also z.B. zwei, drei oder vier, erforderlichenfalls auch mehr, Einzelstrahlen im Bereich eines gemeinsamen Bearbeitungskopfes zusammengeführt werden, um eine Perforation mit einer entsprechenden Anzahl von Perforationsreihen zu erhalten. Wird nun beispielsweise das von außen zugeführte Laserlicht unterbrochen oder gepulst, wird entsprechend die Perforation unterbrochen, wobei die genannten Perforationsspuren die Unterbrechung zumindest im wesentlichen direkt nebeneinander aufweisen. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, dass beliebige Tastverhältnisse, d.h. beliebig unregelmäßige Unterbrechungen erzeugt werden können.
Um zu vermeiden, dass während des Ein- und Ausschaltens der Laserquelle durch ein eventuelles unkontrolliertes Überschwingen oder langsames Abklingen der Laserleistung Ungenauigkeiten bei der Perforation auftreten, ist gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fächerwinkel des Drehspiegels größer gewählt, als dies zum Überstreichen der Strahlpfade erforderlich ist. Die Laserquelle kann somit während der sich ergebenden Überhangzonen ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Soll insbesondere auch bei einem Dauerbetrieb des Lasers für eine entsprechende Strahlungsunterbrechung gesorgt werden, so kann gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ein Teil der Spiegelflächen des Drehspiegels gekrümmt sein, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen. Um eine möglichst starke Aufweitung und entsprechend starke Schwächung des einfallenden Laserstrahls zu erreichen, sind gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die betreffenden Spiegelflächen jeweils sowohl in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels sphärisch oder nicht sphärisch gekrümmt. Ist als Drehspiegel beispielsweise ein Polygon-Drehspiegel vorgesehen, so können die gekrümmten Spiegelflächen im zur Drehachse senkrechten Querschnitt betrachtet beispielsweise eine Kontur besitzen, die jeweils entlang eines zur Drehachse konzentrischen Kreises verläuft. Dabei kann der Außenradius beispielsweise der Schlüsselweite des Polygons entsprechen. Die weitere Krümmung in Axialrichtung dient der weiteren Aufweitung und Abschwächung, wodurch der reflektierte Strahl praktisch unwirksam wird. Das betreffende Polygon kann also beispielsweise sektorenweise zylindrische Abschnitte besitzen, die in Axialrichtung zusätzlich eine Verrundung besitzen.
Ein betreffendes Polygon kann also beispielsweise einen oder mehrere Abschnitte aufweisen, in denen gekrümmte Bereiche entsprechende Aussetzer in der Perforation erzeugen, während die restlichen Spiegelflächen oder Facetten konventionell plan bearbeitet sind und eine normale Anordnung von Perforationslöchern ergeben.
Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform mit gekrümmten Spiegelflächen besteht darin, dass keine Probleme mit Laserschaltflanken auftreten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vor dem Drehspiegel und/ oder in wenigstens einem der Strahlpfade zwischen dem Drehspiegel und der gemeinsamen Fokussierlinse ein optomechanischer Schalter vorgesehen, durch den die die Strahlung unterbrechbar ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass anders als bei den Ausführungsformen mit Spiegelflächen unterschiedlicher Neigung oder mit teilweise gekrümmten Spiegelflächen kein festes Tastverhältnis und auch keine geometrischen Unterbrechungen mehr vorliegen und überdies die jeweilige Unterbrechung auch nicht mehr von der Polygondrehzahl abhängig sind. Ein Strahlschalter vor dem Drehspiegel oder Polygon kann insbesondere als Pulseinrichtung dienen, über die der Primärstrahl variabel unterbrechbar ist. Der Einsatz eines Strahlschalters nach dem Drehspiegel in Kombination mit der geometrischen Entzerrung macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Module oder Fokussierköpfe zeitlich unterschiedlich unterbrochen werden sollen. Für diese Variante könnte dann der mechanisch einstellbare Längenausgleich entfallen.
Zur Absorption der aus den Strahlpfaden herausgelenkten Strahlung bzw. Strahlungsanteilen ist vorteilhafterweise wenigstens ein Absorber vorgesehen. So kann beispielsweise beiderseits der Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen jeweils wenigstens ein Absorber vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise ist eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik vorgesehen, über die insbesondere die Auftreffwinkel, mit denen die Strahlen auf die gemeinsame Fokussierlinse auftreffen, entsprechenden einstellbar sind bzw. die Strahlung entsprechend unterbrechbar ist.
Je nach der Anzahl von Bearbeitungs- oder Perforationsspuren kann es von Vorteil sein, wenn mehrere jeweils eine zumindest zwei Strahlpfaden gemeinsame Fokussierlinse und gegebenenfalls einen gemeinsamen Umlenkspiegel umfassende Bearbeitungseinheiten vorgesehen sind. Ist es also beispielsweise erforderlich, zwei oder mehrere solcher z.B. aus jeweils 2, 3, 4 Perforationsspuren bestehende und gegebenenfalls unterbrechbare Perforationszonen zu erzeugen, so kann wenigstens ein weiteres entsprechendes Modul hinzugefügt werden. Ein solches weiteres Modul kann außer einer weiteren für die betreffenden zusätzlichen Strahlpfade gemeinsamen Fokussierlinse und gegebenenfalls einem gemeinsamen Umlenkspiegel beispielsweise auch eine weitere Strahlmultiplexeranord- nung bzw. einen weiteren Drehspiegel umfassen, der eine entsprechende Anzahl weiterer Strahlpfade bereitstellt. Eine solche weitere Strahlmulti- plexeranordnung ist jedoch nicht zwingend.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Beabreitungseinheiten in Substratbewegungsrichtung relativ zueinander verstellbar. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere z.B. mechanisch oder elektrisch antreibbare Versteileinrichtungen vorgesehen sein.
Die Bearbeitungseinheiten können wieder über eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik entsprechend verstellbar sein.
Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Bearbeitungseinheiten in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und gegebenenfalls der Wiederholfrequenz der Strahlpfadunterbrechungen relativ zueinander so verstellbar sind, dass ein sich Substratbewegungsrichtung ergebender jeweiliger Versatz zwischen den Bearbeitungspositionen und/ oder Unterbrechungen zumindest im wesentlichen kompensiert wird.
Sollen also beispielsweise zwei oder mehrere Perforationszonen, die mittels zweier oder mehrerer entsprechender Module erzeugt werden, die ge- wünschte Unterbrechung der Perforation ebenfalls geometrisch zumindest im wesentlichen nebeneinander aufweisen, können das zweite oder weitere Module eine beispielsweise mechanisch oder elektrisch angetriebene VerStelleinrichtung für eine Verstellung in Substratbewegungsrichtung besitzen. Es kann somit in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und der Wiederholfrequenz der Unterbrechung der Versatz zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten oder -köpfen ausgeglichen werden. Der betreffende Versatz ergibt sich daraus, dass mehrere Bearbeitungsköpfe einen erheblichen Mindestabstand zwischen den betreffenden Bearbeitungspositionen mit sich bringen.
Zur Stabilisierung des Substrates können auf dessen seiner Bearbeitungsseite gegenüberliegenden Seite beispielsweise Laufrollen vorgesehen sein, wobei diese Laufrollen vorzugsweise verstellbar, d.h. z.B. verschiebbar oder versetzbar, und vorzugsweise in Bereichen außerhalb der jeweiligen Bearbeitungsposition angeordnet sind. Diese Laufrollen sollten also nicht mit Laserlicht beaufschlagt werden und sollten daher nicht direkt unter der Bearbeitungsstelle liegen.
Der einfallende Laserstrahl kann insbesondere durch eine Linse auf den Drehspiegel fokussiert werden.
Als Drehspiegel kann insbesondere ein Polygon-Drehspiegel vorgesehen sein. Mit einem solchen Polygon-Drehspiegel mit entsprechend vielen Spiegelflächen oder Facetten und hoher Drehzahl können relativ hohe Frequenzen erreicht werden, so dass beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung zur Perforation von Zigarettenpapier der die Geschwindigkeit bestimmende Schritt nicht mehr die Perforationsfrequenz, sondern die technisch realisierbare Papiervorschubgeschwindigkeit ist. Es ist lediglich ein drehendes Teil, nämlich der Polygon-Drehspiegel erforderlich, um die hohen Zerhackungsfrequenzen zu erreichen.
Die Linsen, zwischen denen der Drehspiegel angeordnet ist, können z.B. sphärische und/ oder zylindrische Sammellinsen sein. Dabei besitzen sphärische Linsen den Vorteil, dass die benötigte Reflektionsfläche/ -breite auf dem Polygon und damit das Gewicht und entsprechend die Massenträgheit klein gehalten werden können.
Der oben genannte Einsatz gekrümmter Spiegelflächen ist auch für sich betrachtet, d.h. insbesondere auch unabhängig von der Verwendung einer gemeinsamen Fokussierlinse bzw. einer gemeinsamen Fokussieroptik von erfindungswesentlicher Bedeutung. So schafft die Erfindung insbesondere auch eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat ergeben, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil der Spiegelflächen des Drehspiegels gekrümmt ist, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen. Die betreffenden Spiegelflächen können jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels sphärisch oder nicht sphärisch gekrümmt sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
Figur 1 eine schematische vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, Figur 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur
1 ,
Figur 3 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 4 eine mit der der Figur 1 vergleichbare Darstellung der Vorrichtung mit gepulstem Laser und
Figur 5 eine schematische vereinfachte Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Vorrichtung zur Substartbehandlung mittels Laser Strahlung mit zwei Bearbeitungseinheiten.
Figur 1 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats 10 mittels Laserstrahlung. Bei dem Substrat 10 kann es sich insbesondere um eine in Richtung L bewegte Materialbahn, z.B. Verpackungsfolie, Papierbahn oder dergleichen, handeln.
Dabei durchläuft der von einem Laser 12 kommende Lichtstrahl eine Eintritts- oder Sammellinse 14, deren Brennpunkt beziehungsweise Strichebene auf einer Fläche eines im Strahlengang hinter der Eintrittslinse 14 angeordneten Polygon-Drehspiegels 16 liegt.
Der in der Figur 1 dargestellte Polygon-Drehspiegel 16 weist im vorliegenden Fall beispielsweise sechs Spiegelflächen oder Facetten 18 auf. Grundsätzlich ist jedoch auch eine beliebige andere Anzahl von Spiegelflächen 18 möglich. Sie hängt für eine vorgegebene Frequenz auch von der mit dem Polygon-Drehspiegel 16 erreichbaren Drehzahl ab. So verwendet man in der Praxis bei gleichem Polygondurchmesser verschiedene Facettenanzahlen und die gleiche maximale Drehzahl.
Bei sich drehendem Polygon-Drehspiegel 16 wird der einfallende, reflektierte Laserstrahl über eine Anordnung 20 von nebeneinander liegenden Sammel- oder Kollimatorlinsen 201 - 20n verschwenkt. Trifft der einfallende Laserstrahl auf die nächste Spiegelfläche oder Facette des Polygon- Drehspiegels 16, so springt der reflektierte Strahl zurück und überstreicht von neuem den betreffenden, die Sammellinse 20i - 20n umfassenden Winkelbereich.
Die eine gleiche Brennweite aufweisenden Sammellinsen 20ι - 20n sind so angeordnet, dass ihr Brennpunkt beziehungsweise ihre Brennebene mit dem Brennpunkt beziehungsweise der Brennebene der Eintrittslinse 14 auf dem Polygon-Drehspiegel 16 ungefähr oder genau zusammenfällt. Das die Sammellinsen 201 - 20n verlassende Licht ist daher wieder annähernd parallel gerichtet.
Die Eintrittslinse 14 und die Sammellinsen 20i - 20n können beispielsweise als sphärische und/ oder zylindrische Linsen vorgesehen sein.
Die die Linsenanordnung 20 verlassenden Lichtstrahlen werden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel über den verschieden Strahlpfaden zugeordnete getrennte Umlenkspiegel 22 auf einen gemeinsamen Umlenkspiegel 24 gelenkt. Im vorliegenden Fall sind z. B. vier Sammellinsen 20]^ - 20n und vier getrennte Umlenkspiegel 22 vorgesehen, so dass sich vier Strahlpfade ergeben, deren Strahlen alle auf den hinter den getrennten Umlenkspiegeln 22 vorgesehenen gemeinsamen Umlenkspiegel 24 auftreffen. Der gemeinsame Umlenkspiegel 24 lenkt die auf ihn auftreffenden Strahlen direkt auf eine den verschiedenen Strahlpfaden gemeinsame Fokussierlinse 26, über die die betreffenden Strahlen an unterschiedlichen Positionen auf das Substrat 10 fokussiert werden. Der einfallende Laserstrahl wird durch den Polygon-Drehspiegel 16 also in z. B. vier verschiedene Strahlpfade reflektiert, deren Strahlen über die gemeinsame Fokussierlinse 26 so auf das Substrat 10 fokussiert werden, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat 10 ergeben.
Wie anhand der Figur 1 zu erkennen ist, können die betreffenden Strahlen so auf die gemeinsame Fokussierlinse 26 auftreffen, dass sich zumindest in einer zur Substratoberfläche 28 senkrechten sowie quer, insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung L verlaufenden Ebene voneinander verschiedene Auftreffwinkel ergeben. Diese Auftreffwinkel können zumindest teilweise variabel einstellbar sein. Dazu können beispielsweise die getrennten Umlenkspiegel 22 z. B. entsprechend verschwenkt oder verkippt werden. Über die betreffenden Auftreffwinkel kann somit insbesondere der Abstand a zwischen den jeweiligen Bearbeitungsspuren 30 auf dem Substrat 10 in der gewünschten Weise eingestellt werden. Die jeweilige Einstellung kann beispielsweise über eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik 32 erfolgen.
Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1. Wie anhand dieser Figur 2 zu erkennen ist, können die Strahlen der verschiedenen Strahlpfade überdies so auf der gemeinsamen Fokussierlinse 26 auftreffen, dass sich auch in einer zur Substratoberfläche 28 senkrecht und in Substratbewegungsrichtung L (vgl. auch Figur 1) verlaufenden Ebene für die verschieden Strahlen unterschiedliche Auftreffwinkel ergeben. Auch diese Auftreffwinkel können zumindest teilweise wieder variabel einstellbar sein. Über die betreffenden Auftreffwinkel können also entsprechend die Bearbeitungspositionen in Substratbewegungsrichtung L in der gewünschten Weise eingestellt werden.
Es ist somit insbesondere auch möglich, über die betreffenden Auftreffwinkel den zeitlichen Versatz sowie den durch die Substratbewegung bedingten Versatz der Strahlen der verschiedenen Strahlpfade so zu kompensieren, dass sich quer, d. h. insbesondere senkrecht, zur Substratbewegungsrichtung L nebeneinander liegende Arbeitspositionen ergeben.
Eine entsprechende Einstellung der Auftreffwinkel kann auch in vorliegendem Fall insbesondere wieder über die Ansteuerelektronik 32 (vgl. Figur 1) erfolgen.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1. In dieser Figur 2 ist nochmals dargestellt, wie durch eine entsprechende Justage der entsprechenden Auftreffwinkel der sich in Substratbewegungsrichtung L ergebende Fokusversatz z. B. so definiert werden kann, dass der Substratvorschub sowie der zeitliche Versatz kompensiert wird, um anschließend zumindest im wesentlichen nebeneinander liegende Perforationslöcher in dem Substrat 10 zu halten.
Grundsätzlich können auch Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung der Strahlung vorgesehen sein. Dabei kann beispielsweise eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung des einfallenden Laserstrahles und somit eine vorgelagerte Laserlichtunterbrechung vorgesehen sein.
Figur 4 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung mit gepulstem Laser. Dabei können, wie beispielsweise anhand dieser Figur 4 zu erkennen ist, in Querrichtung zunächst im Wesentlichen nebeneinander liegende Unterbrechungen 34 in den Bearbeitungs- bzw. Perforationsspuren 30 erzeugt werden. Die Unterbrechungszeiten können beispielsweise variabel einstellbar sein. Eine entsprechende Ansteuerung des Lasers kann beispielsweise wieder über die Ansteuerelektronik 32 (vgl. Figur 1) erfolgen.
Der Fächerwinkel des Drehspiegels 16 kann zweckmäßigerweise größer gewählt werden, als dies zum Bestreichen der im vorliegenden Fall beispielsweise vier Strahlpfade erforderlich ist, so dass die Laserquelle während der sich ergebenden Überhangzonen ein- bzw. ausgeschaltet werden kann.
Im Übrigen kann diese Vorrichtung zumindest im Wesentlichen einen gleichen Aufbau wie die der Figur 1 besitzen. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Figur 5 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung mit zwei jeweils einen gemeinsamen Umlenkspiegel 24 und eine gemeinsame Fokussierlinse 26 umfassenden Bearbeitungseinheiten oder -köpfen 36, 38.
Die beiden Bearbeitungseinheiten 36, 38 sind jeweils wieder z. B. für vier Strahlpfade und entsprechend für vier Bearbeitungs- oder Perforationsspuren 30 vorgesehen. Grundsätzlich kann eine jeweilige Bearbeitungseinheit 36 bzw. 38 jedoch jeweils auch für eine andere Anzahl von Strahlpfaden bzw. Bearbeitungsspuren 30 ausgelegt sein. Während bei der vorliegenden Ausführungsform lediglich zwei solche Bearbeitungseinheiten 36, 38 vorgesehen sind, können grundsätzlich auch mehrere solche Bearbeitungseinheiten eingesetzt werden.
Wie anhand der Figur 5 zu erkennen ist, sind die Bearbeitungseinheiten 36, 38 in Substratbewegungsrichtung L relativ zueinander versetzt. Sie können in Substratbewegungsrichtung L relativ zueinander verstellbar sein. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere z. B. mechanisch oder elektrisch angetriebene VerStelleinrichtungen vorgesehen sein. Eine jeweilige Verstellung kann insbesondere wieder über die frei programmierbare Ansteuerelektronik 32 (vgl. auch Figur 1) erfolgen.
Im vorliegendem Fall ist eine Anordnung 20 von beispielsweise acht Sam- mel- oder Kollimatorlinsen 201 - 20n vorgesehen. Entsprechend werden die von dieser Linsenanordnung 20 kommenden Strahlen über hier beispielsweise acht getrennte Umlenkspiegel 22 zu den jeweils einer Gruppe von vier Strahlpfaden gemeinsamen Umlenkspiegeln 24 gelenkt, über die die betreffenden Strahlen dann jeweils auf die zugeordnete gemeinsame Fokussierlinse 26 gelenkt werden, um eine jeweilige Bearbeitungs- oder Perforationszone von jeweils vier Bearbeitungs- oder Perforationsspuren 30 zu erzeugen. In vorliegendem Fall werden über die beiden Bearbeitungseinheiten 36, 38 also insgesamt vier Perforationsspuren 30 erzeugt.
Zwischen den betreffenden weiteren Umlenkspiegeln 22 und dem gemeinsamen Umlenkspiegel 24 der weiteren Bearbeitungseinheit 38 können zusätzlich Umlenkspiegel 40 vorgesehen sein, um die von den betreffenden getrennten Umlenkspiegeln 22 kommenden Strahlen auf den gemeinsamen Umlenkspiegel 24 der weiteren Bearbeitungseinheit 38 zu lenken. Wie anhand der Figur 5 zu erkennen ist, können die verschiedenen Bearbeitungs- oder Perforationsspuren 30 wieder Unterbrechungen 34 aufweisen. Dazu kann beispielsweise wieder ein gepulster Laser 12 verwendet werden.
Die Bearbeitungseinheiten 36, 38 können in Abhängigkeit von der Sub- stratgeschwindigkeit und ebenfalls der Wiederholfrequenz der Strahlpfadunterbrechungen 34 relativ zueinander so verstellbar sein, dass ein sich in Substratbewegungsrichtung L ergebender Versatz zwischen den Bearbeitungspositionen und/ oder Unterbrechungen zumindest im Wesentlichen kompensiert wird. Dadurch kann also insbesondere erreicht werden, dass die über die verschiedenen Bearbeitungseinheiten 36, 38 erzeugten Perforationen bzw. die in den verschiedenen Perforationszonen erzeugten Unterbrechungen 34 in Querrichtung betrachtet zumindest im Wesentlichen nebeneinander liegen.
Im übrigen kann die Vorrichtung zumindest im wesentlichen wieder den gleichen Aufbau wie die der Figur 1 besitzen. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Bezugszeichenliste
10 Substrat
12 Laser
14 Eintritts- oder Sammellinse
16 Polygon-Drehspiegel
18 Spiegelfläche, Facette
20 Linsenanordnung
20ι - 20n Sammellinsen
22 Umlenkspiegel
24 gemeinsamer Umlenkspiegel
26 gemeinsame Fokussierlinse
28 Substratoberfläche
32 Ansteuerelektronik
34 Unterbrechung
36 Bearbeitungseinheit, Bearbeitungskopf
38 Bearbeitungseinheit, Bearbeitungskopf
40 Umlenkspiegel a Spurabstand
L Substratbewegungsrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat (10) fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat (10) ergeben, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest zwei Strahlpfaden eine gemeinsame Fokussierlinse (26) zugeordnet ist, über die die betreffenden Strahlen an den betreffenden Positionen auf das Substrat (10) fokussierbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Drehspiegel (16) und dem Substrat (10) wenigstens ein Umlenkspiegel (22, 24) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufweisenden Strahlpfade über den bzw. die Umlenkspiegel (22, 24) auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) gelenkt werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass den eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufweisenden Strahlpfaden überdies ein gemeinsamer Umlenkspiegel (24) zugeordnet ist, der die auf ihn auftreffenden Strahlen direkt auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) lenkt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokussierlinse eine Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (20i - 20n) vorgesehen ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Drehspiegel (16) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in jedem Strahlpfad jeweils ein diesem zugeordneter getrennter Umlenkspiegel (22) vorgesehen ist, der zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) angeordnet ist, um den jeweiligen, vom Drehspiegel (16) kommenden Strahl auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) bzw. den gemeinsamen Umlenkspiegel (24) zu lenken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die den Strahlpfaden zugeordneten getrennten Umlenkspiegel (22) zwischen der Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (20! - 20n) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) bzw. zwischen der Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (20i - 20n) und dem gemeinsamen Umlenkspiegel (24) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufweisenden Strahlpfade mit unterschiedlichen Winkeln auf der gemeinsamen Fokussierlinse (26) auftreffen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Erzeugung von unterschiedlichen Bearbeitungsspuren (30) auf dem bewegten Substrat (10) die sich in einer zur Substratoberfläche (28) senkrechten und quer zur Substratbewegungsrichtung (L) verlaufenden Ebene ergebenden Auftreffwinkel voneinander verschieden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auftreffwinkel zumindest teilweise variabel einstellbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über die Auftreffwinkel der Abstand (a) zwischen den jeweiligen Bearbeitungsspuren (30) variabel einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über die sich in einer zur Substratoberfläche (28) senkrecht und in Substratbewegungsrichtung (L) verlaufenden Ebene ergebenden Auftreffwinkel die Bearbeitungspositionen in Substratbewegungsrichtung (L) variabel einstellbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass über die betreffenden Auftreffwinkel der zeitliche Versatz sowie der durch die Substratbewegung bedingte Versatz der Strahlen der verschiedenen Strahlpfade so kompensierbar ist, dass sich quer zur Substratbewegungsrichtung (L) nebeneinander liegende Arbeitspositionen ergeben.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Einstellung der Auftreffwinkel zumindest ein Teil der Umlenkspiegel (22, 24) entsprechend variabel einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung der Strahlung vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung des einfallenden Laserstrahls vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Unterbrechungszeiten variabel einstellbar sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fächerwinkel des Drehspiegels (16) größer gewählt ist, als dies zum Überstreichen der Strahlpfade erforderlich ist, und dass die Laserquelle während der sich ergebenden Überhangzonen ein- bzw. ausschaltbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der einfallende Laserstrahl lediglich durch einen Teil der Spiegelflächen (18) des Drehspiegels (16) in die jeweiligen Strahlpfade reflektiert wird, wobei die restlichen Spiegelflächen zur Unterbrechung der Strahlpfade eine im Vergleich zu den aktiven Spiegelflächen andere Neigung besitzen.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Teil der Spiegelflächen (18) des Drehspiegels (16) gekrümmt ist, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die betreffenden Spiegelflächen (18) jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels (16) gekrümmt sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils sphärisch gekrümmte Spiegelflächen vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem Drehspiegel (16) und /oder in wenigstens einem der Strahlpfade zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) ein optomechanischer Schalter vorgesehen ist, durch den die Strahlung unterbrechbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Absorption der aus den Strahlpfaden heraus gelenkten Strahlung bzw. Stahlungsanteilen wenigstens ein Absorber vorgesehen ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik (32) vorgesehen ist, über die insbesondere die Auftreffwinkel, mit denen die Strahlen auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) auftreffen, entsprechend einstellbar sind bzw. die Strahlung entsprechend unterbrechbar ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mehrere jeweils eine zumindest zwei Strahlpfaden gemeinsame Fokussierlinse (26) und gegebenenfalls einen gemeinsamen Umlenkspiegel (24) umfassende Bearbeitungseinheiten (36, 38) vorgesehen sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bearbeitungseinheiten (36, 38) in Substratbewegungsrichtung (L) relativ zueinander verstellbar sind.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bearbeitungseinheiten (36, 38) über eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik (32) entsprechend verstellbar sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bearbeitungseinheiten (36, 38) in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und gegebenenfalls der Wiederholfrequenz der Strahlpfadunterbrechungen (34) relativ zueinander so verstellbar sind, dass ein sich in Substratbewegungsrichtung (L) ergebender jeweiliger Versatz zwischen den Bearbeitungspositionen und /oder Unterbrechungen zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Stabilisierung des Substrates (10) auf dessen seiner Bearbeitungsseite gegenüberliegenden Seite vorzugsweise verstellbare Laufrollen vorgesehen sind, wobei diese Laufrollen vorzugsweise in Bereichen außerhalb der jeweiligen Bearbeitungspositionen angeordnet sind.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der einfallende Laserstrahl durch ein Linse (14) auf den Drehspiegel (16) fokussiert wird.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Drehspiegel ein Polygon-Drehspiegel (16) vorgesehen ist.
33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Linsen (14, 201 - 20n), zwischen denen der Drehspiegel (16) angeordnet ist, sphärische und/ oder zylindrische Sammellinsen sind.
34. Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat (10) fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat (10) ergeben, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Teil der Spiegelflächen (18) des Drehspiegels (16) gekrümmt ist, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die betreffenden Spiegelflächen (18) jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels (16) gekrümmt sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils sphärisch gekrümmte Spiegelflächen vorgesehen sind.
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