WO2015098388A1 - 加工装置 - Google Patents

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WO2015098388A1
WO2015098388A1 PCT/JP2014/080934 JP2014080934W WO2015098388A1 WO 2015098388 A1 WO2015098388 A1 WO 2015098388A1 JP 2014080934 W JP2014080934 W JP 2014080934W WO 2015098388 A1 WO2015098388 A1 WO 2015098388A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
laser beam
irradiation position
processing apparatus
workpiece
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/080934
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
南　功治
足立　雄介
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/02—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a discontinuous way
    • C03B29/025—Glass sheets

Definitions

  • This invention relates to the processing apparatus which improves the intensity
  • a glass substrate for an electronic device such as a liquid crystal panel is produced by cutting a single glass substrate into a predetermined size.
  • defects such as microcracks remain in the vicinity of the end face of the cut glass substrate, and it is required to improve the strength in the vicinity of the end face.
  • the glass substrate after cutting has its end face polished with a grindstone, and the end face is smoothed or chamfered, but polishing using a grindstone can remove all microcracks remaining in the vicinity of the end face. Can not.
  • a processing apparatus for improving defects by irradiating a cut surface of a glass substrate with laser light and melting the end face has also been proposed. There was a problem that the substrate was damaged due to thermal stress.
  • Patent Document 1 discloses a processing apparatus that melts a cut surface of a glass substrate while reducing a temperature gradient at the time of laser beam irradiation.
  • the processing apparatus 200 of Patent Document 1 includes a first light source 74 ⁇ / b> A that oscillates a first laser beam 74 a irradiated on a cut surface 71 ⁇ / b> A of the glass substrate 71, and a plate surface of the glass substrate 71.
  • a second light source 74B that oscillates the second laser beam 74b irradiated to the peripheral region 71B of the irradiation range of the first laser beam 74a, and a guiding unit 75 that guides the first laser beam 74a and the second laser beam 74b are provided.
  • the first laser beam 74a is melted so that the glass in the irradiation range of the first laser beam 74a is melted.
  • 76A of the 1st adjustment means which adjusts the energy density of is provided.
  • the second adjusting means 76B adjusts the energy density of the second laser light 74b applied to the glass substrate 71 so that the temperature of the peripheral area of the glass substrate 71 is not damaged by the second laser light 74b. Is provided.
  • the gradient of the temperature distribution generated in the glass substrate 71 is moderated by irradiating and heating the first laser beam 74a and the second laser beam 74b with adjusted energy density. can do.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2006-273695
  • the present invention has been made in view of the above problems, and by controlling the light irradiation position and intensity distribution, the temperature gradient is moderated and the strength of the workpiece is improved while preventing breakage during melt processing. It is providing the processing apparatus which can be performed.
  • the processing apparatus of the present invention is a processing apparatus for improving the strength of a processing target by irradiating the surface of the plate-shaped processing target with a light source that emits light to the processing target;
  • a light guide unit that guides the light emitted from the light source and irradiates the irradiation position on the inner side by a predetermined distance from the end surface of the processing target, and a direction perpendicular to the irradiation direction of the light irradiated from the light guide unit.
  • An irradiation position moving unit that relatively moves in a certain direction, and the light guide unit converts the intensity distribution of the light emitted from the light source to change the temperature gradient from the irradiation position of the workpiece to the end surface side, It is characterized by comprising an intensity conversion unit that makes the temperature gradient smaller than the temperature gradient from the irradiation position to the inside.
  • the intensity converting unit tilts the condenser lens that collects the light emitted from the light source to form a teardrop-shaped temperature distribution spreading on the end face side of the processing target. It is characterized by.
  • the intensity conversion unit defocuses the condensing lens that collects the light emitted from the light source, and shifts a part of the defocused light to the outside of the end surface of the processing object. It is characterized by irradiating.
  • the intensity conversion unit has a light branching element that branches the light emitted from the light source, and one end of the light branched by the light branching element is more end face of the processing object than the other light. The irradiation is performed by shifting to the side.
  • the intensity conversion unit has a light branching element that branches the light emitted from the light source, and the beam diameter of one light irradiated to the irradiation position close to the end face side of the processing object. Is irradiated with a beam diameter smaller than the beam diameter of the other light irradiated to the irradiation position distant from the end face side.
  • the temperature gradient can be moderated, and the strength of the workpiece can be improved while preventing breakage during melt processing.
  • FIG. 6 is a graph of temperature distribution when light is irradiated by the processing apparatus 100.
  • FIG. 110 of Example 2 of this invention.
  • FIG. It is a perspective view which shows the state which irradiated the light to the process target object 3 by the processing apparatus 110.
  • FIG. It is a side view which shows the structure of the processing apparatus 120 of Example 3 of this invention. It is a perspective view which shows the state which irradiated the light to the process target object 3 with the processing apparatus 120.
  • FIG. 1 It is a side view which shows the structure of the processing apparatus 130 of Example 4 of this invention. It is a perspective view which shows the state which irradiated the light to the process target object 3 by the processing apparatus 130.
  • FIG. It is a side view which shows the structure of the processing apparatus 140 which is a modification of Example 4 of this invention. It is a perspective view which shows the state which irradiated the light to the process target object 3 by the processing apparatus 140.
  • FIG. It is a side view which shows the structure of the processing apparatus 150 of Example 5 of this invention. It is a perspective view which shows the state which irradiated the light to the process target object 3 with the processing apparatus 150.
  • FIG. It is a side view which shows the structure of the processing apparatus 200 of a prior art.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of a processing apparatus 100 that is Embodiment 1 of the present invention.
  • the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 is the xy plane
  • the vertical direction perpendicular to the xy plane is the z direction
  • a rectangular workpiece 3 is placed horizontally on the sample placement section 32 described later in plan view. As will be described below.
  • the processing apparatus 100 of the present invention irradiates light on the surface 4 near the end surface 5 where defects such as microcracks are likely to occur when the workpiece 3 is cut, and partially melts and solidifies the surface 4 to form a micromelted portion described later.
  • This is a processing device that improves the strength of the workpiece 3 by forming 24.
  • the processing apparatus 100 irradiates at least one surface 4 among a plurality of surfaces 4 other than the end surface 5 of the workpiece 3 with light.
  • the plurality of surfaces other than the end surface 5 of the processing object 3 each intersects, for example, two principal surfaces orthogonal to the virtual plane including the end surface 5 of the processing object 3.
  • the processing apparatus 100 includes at least a light source 11, a light guide unit 12, and an irradiation position moving unit 13 as shown in FIG.
  • the light guide unit 12 includes an intensity conversion unit 14 (in this embodiment, for example, a member that forms an absorption material on a transparent substrate and changes the transmittance), a condensing lens 15, and a condensing state change unit. 16 and a mirror 31.
  • the irradiation position moving unit 13 includes a sample placement unit 32 and a transfer stage 33.
  • the condensing state changing unit 16 includes an optical base 34 and a lens position adjusting holder 35.
  • a high-power laser having an output of several watts or more is used when processing the workpiece 3 having a high softening point.
  • a CO2 gas laser that oscillates at a wavelength (10.6 ⁇ m) having a very high absorption rate with respect to the glass substrate is preferable as the light source 11.
  • a configuration in which the workpiece 3 is a glass substrate and a CO2 gas laser is used as the light source 11 will be described.
  • the light guide unit 12 forms an optical path 9 that guides laser light from the light source 11 to the workpiece 3, and the optical path 9 of the light guide unit 12 includes an intensity conversion unit 14 that converts the intensity distribution of the laser light, and laser light. And a mirror 31 that refracts the traveling direction of the laser light.
  • the light source 11, the intensity conversion unit 14, the condenser lens 15, and the mirror 31 are arranged and fixed at predetermined positions on the common optical base 34.
  • strength conversion part 14 may be comprised by the arrangement
  • FIG. 2 is a perspective view for explaining a state in which the processing object 3 is irradiated with the laser beam B1 by the processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the upper surface 4a that is separated from the end face 5 of the workpiece 3 by a predetermined distance D is used as the irradiation position 21 of the laser beam B1, and the intensity distribution of the irradiated laser beam B1 is converted into the intensity conversion unit 14. Is used to control the temperature gradient of the temperature raising portion 22 generated by the irradiation of the laser beam B1.
  • the processing apparatus 100 of the present invention by controlling the temperature gradient of the temperature raising portion 22 of the workpiece 3 by irradiation with the laser beam B1, the thermal stress of the end face vicinity portion 6 is suppressed and damage is prevented.
  • the strength of the workpiece 3 can be improved.
  • the irradiation position 21 of the laser beam B1 is separated from the end surface 5 by a predetermined distance D, and the predetermined distance D is set to be equal to or less than the radius of the condensed diameter of the laser beam B1. Therefore, without directly irradiating the end face 5 which is the starting point of the defect with the laser beam B1, the temperature rising portion 22 is formed in the vicinity 6 of the end face by the irradiation with the laser beam B1, and is minutely melted.
  • the irradiation position 21 of the laser beam B1 is a position where the energy intensity of the laser beam B1 collected by the condenser lens 15 is maximum (peak intensity).
  • the condensing diameter of the laser light B1 is 1 / e 2 of the peak intensity of the laser light B1 in the light diameter in the x direction of the condensing laser light B1 shown in FIG. 2 (e is a natural logarithm). Is the light diameter.
  • the irradiation width 22a is the width that is actually irradiated in the x direction of the workpiece 3 within the condensing diameter of the laser light.
  • a transmittance adjustment filter is disposed between the light source 11 and the condenser lens 15, and the laser beam B1 emitted from the light source 11 is used as the intensity conversion unit 14. , The intensity change to the end face 5 side of the workpiece 3 in the intensity distribution of the laser beam B1 is reduced, and the intensity change to the inside of the workpiece 3 is increased.
  • An example of the transmittance adjustment filter is a step density filter.
  • FIG. 3 is a graph showing the temperature distribution of the workpiece 3 at the irradiation width 22a of the laser beam B1.
  • the temperature distribution shown in FIG. 3 is generated on the upper surface 4a of the workpiece 3 by adjusting the intensity distribution of the laser beam. Specifically, the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 on the workpiece 3 toward the end face 5 is made gentler than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 toward the inside.
  • the temperature gradient S1 from the laser beam irradiation position 21 to the end face 5 side is increased inward from the irradiation position 21.
  • breakage such as chipping or cracking of the workpiece 3 is prevented.
  • the range of the temperature raising portion 22 due to the irradiation of the laser beam B1 is undesired. It becomes wide as necessary, and the processing efficiency due to the irradiation of the laser beam B1 is lowered, which prevents the formation of the micro melted portion 24.
  • the thermal effect absorbed by each composite member is ignored as the range of the temperature raising portion 22 is expanded to the inside of the workpiece 3. become unable. Therefore, unlike the processing apparatus 100 of the present invention, the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 to the inside is not moderated, and the spread of the temperature raising unit 22 is limited, thereby preventing damage due to thermal effects. .
  • the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 on the processing object 3 to the end face 5 side is made gentler than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 to the inside of the processing object 3, Generation
  • production of a thermal stress can be suppressed, without producing a sudden temperature difference in the end surface vicinity part 6 of the workpiece 3.
  • the temperature distribution state of the temperature raising unit 22 shown in FIG. 3 can also be adjusted by the shape of the condensing diameter of the laser beam, and the minute melting state can be finely controlled. Further, if the overall irradiation energy is increased while controlling the intensity distribution of the laser beam, the fine melting on the end face 5 side of the workpiece 3 can be preferentially advanced, so that the defect of the workpiece 3 The strength can be improved efficiently according to the state of.
  • the processing apparatus 100 in a present Example can change the condensing position of the laser beam B1 with respect to the workpiece 3 with the height adjustment stage 19 which adjusts the position of the light source 11 and the light guide part 12 in the z direction. Therefore, it is possible to control the temperature distribution of the temperature raising unit 22 with high accuracy by adjusting the condensing state of the laser beam B1.
  • the processing apparatus 100 places the processing target 3 on the sample placement unit 32 of the transport stage 33, and the processing target 3 irradiated with the laser light is parallel to the end surface 5 as shown in FIG.
  • the micro melted part 24 formed by the temperature raising part 22 of the workpiece 3 can be continuously formed parallel to the end face 5 and formed into a band shape.
  • FIG. 4 is a side view showing the configuration of the processing apparatus 110 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining a state in which the processing object 3 is irradiated with the laser beam B2 by the processing apparatus 110 according to the second embodiment. Note that, in the processing apparatus 110 according to the second embodiment, components that are equivalent to the constituent elements of the processing apparatus 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the processing apparatus 100 according to the first embodiment. Detailed explanations are omitted.
  • the intensity conversion unit 14 is configured by tilting the condenser lens 15 as illustrated in FIG.
  • the intensity distribution of the focused laser beam B2 is converted.
  • the optical axis of the condenser lens 15 is inclined in a predetermined direction by the lens position adjusting holder 35 with respect to the laser beam B2.
  • the intensity conversion unit 14 of the processing device 110 changes the intensity of the laser beam B2 from the irradiation position 21 to the end face 5 side according to the inclination direction of the condenser lens 15 that condenses the laser beam B2. It can be converted to be smaller than the change. As a result, as shown in FIG. 5, the temperature distribution of the temperature raising unit 22 due to the irradiation with the laser beam B ⁇ b> 2 becomes a teardrop shape spreading toward the end surface 5 side of the workpiece 3.
  • the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 on the workpiece 3 to the end face 5 side is gentler than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 to the inside.
  • the generation of thermal stress can be suppressed without causing a rapid temperature difference in the end face vicinity portion 6.
  • the processing apparatus 110 of the present invention improves the strength by minutely melting the vicinity 6 of the end face where defects such as microcracks are likely to remain without causing cracks or breakage due to thermal stress in the workpiece 3. can do.
  • the inclination angle of the condenser lens 15 can be further adjusted by the lens position adjusting holder 35. Therefore, the temperature distribution state of the temperature raising unit 22 by the irradiation with the laser beam B2 can be changed. It can be controlled according to the state of the defect. As a result, the micro melted portion 24 can be formed in accordance with the defect state of the workpiece 3 and the strength can be improved efficiently.
  • FIG. 6 is a side view showing the configuration of the processing apparatus 120 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining a state in which the processing object 3 is irradiated with the laser beam B3 by the processing apparatus 120 according to the third embodiment. Note that, in the processing device 120 of the third embodiment, components that are equivalent to the components of the processing device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the processing device 100 of the first embodiment, and are described in detail. Detailed explanations are omitted.
  • the position of the condenser lens 15 is moved by the lens position adjusting holder 35 as shown in FIG.
  • the intensity conversion unit 14 is configured by setting the defocus state, and the intensity distribution of the laser beam B3 is converted.
  • the irradiation position 21 of the laser beam B3 on the workpiece 3 is set so that a quarter or more of the beam diameter of the laser beam B3 in the defocused state deviates from the end surface 5 to the outside.
  • the beam diameter of the defocused laser beam B3 is 400 ⁇ m, and 1 ⁇ 4 of the beam diameter is out of the end surface 5 and the distance D from the end surface 5 to the irradiation position 21 of the laser beam B3. Is set to 100 ⁇ m.
  • the state in which 1/4 of the beam diameter deviates from the end surface 5 is a position where 36% or more of the laser beam is deviated from the whole of the laser beam, so that the influence near the end surface starts to appear.
  • the intensity distribution of the laser beam B3 on the workpiece 3 is effectively affected by the inner surface reflection of the end surface, the end surface scattering and transmission of the laser beam deviating outside, and the intensity on the end surface 5 side.
  • the laser beam B3 is converted so that the intensity change from the irradiation position 21 to the end face 5 side of the laser beam B3 becomes smaller than the intensity change from the irradiation position 21 to the inside.
  • the focus position can be set on both the upper and lower surfaces of the surface. When the focus position is on the lower surface of the surface as in the embodiment, the influence of end face scattering and transmission becomes strong.
  • the oscillation wavelength (10.6 ⁇ m) of the laser beam B3 emitted from the CO2 gas laser has a very high absorptance with respect to the glass substrate, so that the heat that stops at the end face 5 of the workpiece 3 is processed. 3 is absorbed in the y direction and spreads.
  • the temperature distribution of the temperature rising portion 22 of the workpiece 3 irradiated with the laser beam B3 becomes a teardrop shape spreading toward the end face 5, and the irradiation position 21 on the workpiece 3 is irradiated.
  • the temperature gradient S1 from the end surface 5 to the end surface 5 side has a gentler temperature distribution than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 to the inside, and the generation of thermal stress is suppressed without causing an abrupt temperature difference in the end surface vicinity 6. be able to.
  • the processing apparatus 120 of the present invention improves the strength by minutely melting the vicinity 6 of the end face where defects such as microcracks are likely to remain without causing cracks or breakage due to thermal stress in the workpiece 3. can do.
  • the distance D from the end face 5 of the laser beam B3 to the irradiation position 21 becomes 1/4 or less of the beam diameter.
  • a region having a small energy density difference near the peak intensity center of the laser beam B3 can be used as an intensity distribution on the end face 5 side from the irradiation position 21. For this reason, it is easy to adjust the inclination of the temperature distribution of the workpiece 3 gently on the end face 5 side from the irradiation position 21.
  • the beam diameter of the laser beam B3 is 600 ⁇ m (radius 300 ⁇ m) and the distance D from the end face 5 to the irradiation position 21 is 100 ⁇ m, the change in intensity distribution from the irradiation position 21 to the end face 5 side is reduced. (The position where the strength is 50% of the maximum strength is in the vicinity of the end portion) is further facilitated. In this case, even if the temperature gradient from the end face 5 to the range of 200 ⁇ m is further reduced and a large defect of about 200 ⁇ m exists in the end face vicinity portion 6, it is finely melted without causing cracks or breakage. Strength can be improved.
  • Example 3 The configuration of Example 3 is different from the conventional technique in which the end portion is rounded (R), and the laser beam is not directly applied to the end surface. Therefore, the defect is increased from the end surface that is the starting point of the defect. Can be prevented.
  • FIG. 8 is a side view showing the configuration of the processing apparatus 130 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view for explaining a state in which the processing object 3 is irradiated with the laser beam B4 and the laser beam B5 by the processing apparatus 130 according to the fourth embodiment. Note that, in the processing apparatus 130 of the fourth embodiment, components that are equivalent to the constituent elements of the processing apparatus 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the processing apparatus 100 of the first embodiment, and are described in detail. Detailed explanations are omitted.
  • the laser beam emitted from the light source 11 is branched into two laser beams B4 and B5 by the light branching element 37 provided in the light guide section 12, and one of the laser beams B4 is processed. 3, and the other laser beam B5 is irradiated to the lower surface 4b of the workpiece 3. Therefore, in the optical path 9 that guides the laser beam B4 to the upper surface 4a and the optical path 9 that guides the laser beam B5 to the lower surface 4b, the two condensing lenses 15 that collect the respective laser beams, and the respective lasers A plurality of mirrors 31 that refract the light traveling direction are arranged.
  • the intensity conversion unit 14 that converts the intensity distribution of the laser light includes the optical branching element 37, the two condenser lenses 15, and the plurality of mirrors 31.
  • the optical members constituting each of the optical path 9 of the laser beam B4 and the optical path 9 of the laser beam B5 are installed on the two optical bases 34 and can be adjusted in the z direction by a height adjustment stage (not shown).
  • the focal length of the laser beam B4 and the laser beam B5 with respect to the workpiece 3 can be adjusted.
  • the arrangement relationship between the condenser lens 15 and the mirror 31 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the beam diameters of the laser beam B4 and the laser beam B5 are each 300 ⁇ m, and as shown in FIG. 9, the irradiation position 21a of the laser beam B4 and the irradiation position 21b of the laser beam B5 are in the x direction. It is set at a position shifted to. Specifically, the irradiation position 21a of the laser beam B4 is a position of 100 ⁇ m (distance D1) from the end face 5, and the irradiation position 21b of the laser beam B5 is a position of 150 ⁇ m (distance D2) from the end face 5, and its positional deviation. The amount is set to 50 ⁇ m.
  • the energy intensity of the laser beam B5 is set to be, for example, about 20% smaller than the energy intensity of the laser beam B4.
  • the deviation of the irradiation position of the laser beam B4 and the laser beam B5 and the energy intensity difference are shown in FIG.
  • the temperature distribution of the temperature raising unit 22 has a teardrop shape.
  • the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 to the end face 5 side on the workpiece 3 is gentler than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 to the inside, and an abrupt temperature difference is generated in the end face vicinity portion 6. And generation of thermal stress can be suppressed.
  • the processing apparatus 130 according to the fourth embodiment does not cause breakage due to thermal stress on the workpiece 3 or breakage of the chip, but slightly melts the vicinity 6 of the end face where defects such as microcracks tend to remain, thereby increasing the strength. Can be improved.
  • the two laser beams B4 and B5 are irradiated perpendicularly to the workpiece 3, but like the processing apparatus 140 shown in the modification of FIG.
  • the laser beam B6 and the laser beam B7 may be irradiated to the workpiece 3 from obliquely and overlap each other on the upper surface 4a.
  • the irradiation position 21c of the laser beam B6 and the irradiation position 21d of the laser beam B7 are set to the same positions as the irradiation position 21a of the laser beam B4 and the irradiation position 21b of the laser beam B5 shown in FIG.
  • the laser light emitted from the light source 11 of the processing apparatus 140 is irradiated by the half mirror 36 (50% reflection (55 ° incidence)), and the laser light B6 reflected by the half mirror 36 is used.
  • the upper surface 4 a of the workpiece 3 is irradiated at an incident angle of 20 °.
  • the incident angle 20 is incident on the upper surface 4a of the workpiece 3. Irradiated at °.
  • the optical members constituting the optical path 9 of the laser beam B6 and the optical path 9 of the laser beam B7 are installed on a common optical base 34, and the position can be adjusted in the z direction by the height adjusting stage 19, so that the laser The focal length of the light B6 and the laser light B7 with respect to the workpiece 3 can be adjusted.
  • the energy intensity of the laser beam B7 is set to be, for example, about 20% smaller than the energy intensity of the laser beam B6.
  • the temperature distribution of the temperature raising unit 22 has a teardrop shape.
  • the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 on the processing object 3 toward the end face 5 side is more than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 on the processing object 3 toward the center side of the processing object 3. And the generation of thermal stress can be suppressed without causing an abrupt temperature difference in the end face vicinity 6.
  • the processing apparatus 140 minutely melts the portion 6 near the end face where defects such as microcracks are likely to remain without causing the processing object 3 to break due to thermal stress or breakage. Strength can be improved.
  • the laser beam is irradiated to the two irradiation positions 21.
  • the laser beam is further irradiated to three or more locations. It is also possible to irradiate the irradiation position 21 and appropriately expand the range of the temperature raising unit 22 in the x direction (inner side) of FIGS. 9 and 11.
  • FIG. 12 is a side view showing the configuration of the processing apparatus 150 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view for explaining a state in which the processing object 3 is irradiated with the laser beam B8 and the laser beam B9 by the processing apparatus 150 according to the fifth embodiment. Note that, in the processing apparatus 150 of the fifth embodiment, components that are equivalent to the components of the processing apparatus 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the processing apparatus 100 of the first embodiment, and are described in detail. Detailed explanations are omitted.
  • the laser beam emitted from the light source 11 is branched into two laser beams B8 and B9 by the light branching element 37 provided in the light guide unit 12, and one of the laser beams B8. Is irradiated to the upper surface 4a of the workpiece 3 and the lower surface 4b of the workpiece 3 is irradiated with the other laser beam B9. For this reason, in the optical path 9 that guides the laser beam B8 to the upper surface 4a and the optical path 9 that guides the laser beam B9 to the lower surface 4b, the two condensing lenses 15 that collect the respective laser beams, and the respective lasers A plurality of mirrors 31 that refract the light traveling direction are arranged.
  • the intensity conversion unit 14 that converts the intensity distribution of the laser light includes the optical branching element 37, the two condenser lenses 15, and the plurality of mirrors 31.
  • Each of the optical path 9 of the laser beam B8 and the optical member constituting the optical path 9 of the laser beam B9 is installed on the two optical bases 34, and can be adjusted in the z direction by a height adjustment stage (not shown).
  • the focal length of the laser beam B8 and the laser beam B9 with respect to the workpiece 3 can be adjusted.
  • the arrangement relationship between the condenser lens 15 and the mirror 31 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the effective focal length of the condensing lens 15 that condenses the laser light B8 is set to be larger than the effective focal length of the condensing lens 15 that condenses the laser light B9. It is set short. In this way, by making the effective focal lengths of the laser beam B8 and the laser beam B9 different, a difference in the intensity distribution of the laser beam is generated between the end surface 5 side and the inside of the workpiece 3.
  • the irradiation range of the laser beam B8 is smaller than the irradiation range of the laser beam B9 due to the difference in effective focal length between the laser beam B8 and the laser beam B9.
  • the beam diameter of the laser beam B8 is 250 ⁇ m
  • the beam diameter of the laser beam B9 is 300 ⁇ m.
  • the irradiation position 21e of the laser beam B8 is a position 100 ⁇ m (distance D5) from the end face 5
  • the irradiation position 21f of the laser beam B9 is a position 150 ⁇ m (distance D6) from the end face 5, and the positional deviation amount is 50 ⁇ m. Is set to
  • the temperature rising part 22 of the workpiece 3 irradiated with the laser beam B8 and the laser beam B9 overlappingly the temperature rises as shown in FIG. 13 due to the difference in the irradiation range between the laser beam B8 and the laser beam B9.
  • the temperature distribution of the part 22 has a teardrop shape.
  • the temperature gradient S1 from the irradiation position 21 on the processing object 3 toward the end face 5 side is more than the temperature gradient S2 from the irradiation position 21 on the processing object 3 toward the center side of the processing object 3. And the generation of thermal stress can be suppressed without causing an abrupt temperature difference in the end face vicinity 6.
  • the processing apparatus 150 of Example 5 does not cause cracks or breakage due to thermal stress in the workpiece 3 and slightly melts the vicinity 6 of the end face where defects such as microcracks tend to remain, thereby increasing the strength. Can be improved.

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Abstract

　光の照射位置と強度分布を制御することにより温度勾配を緩やかにして、溶融加工時の破損を防止しながら加工対象物の強度を改善することができる。板状の加工対象物（３）の表面に光を照射することによって、加工対象物（３）の強度を改善する加工装置（１００）であって、加工対象物（３）に対して光を出射する光源（１１）と、光源（１１）から出射された光を導光して、加工対象物（３）の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部（１２）と、加工対象物（３）を導光部（１２）から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部（１３）とを含み、導光部（１２）は、光源（１１）から出射された光の強度分布を変換して、加工対象物（３）の照射位置から端面側への温度勾配を、照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換部（１４）を備えたことを特徴とする。

Description

加工装置
　本発明は、加工対象物の表面に光を照射して微小溶融させることにより、加工対象物の強度を改善する加工装置に関する。
　従来、液晶パネルなどの電子デバイス向けのガラス基板は、１枚のガラス基板を所定の大きさに切断して作製されている。切断されたガラス基板の端面近傍には、マイクロクラック等の欠陥が残留している場合があり、端面近傍の強度を改善することが求められる。
　通常、切断後のガラス基板は、端面を砥石で研磨して、端面の平滑化や面取りが行われているが、砥石を用いた研磨では、端面近傍に残留したマイクロクラックを全て除去することができない。一方、ガラス基板の切断面にレーザ光を照射して、端面を溶融させることにより欠陥を改善する処理装置も提案されているが、レーザ光の照射部に局所的な温度勾配が生じて、ガラス基板に熱応力が加わり破損する問題があった。
　そこで、特許文献１には、レーザ光照射時の温度勾配を低減しながら、ガラス基板の切断面を溶融する処理装置が開示されている。特許文献１の処理装置２００は、図１４に示すように、ガラス基板７１の切断面７１Ａに照射される第１レーザ光７４ａを発振する第１光源７４Ａと、ガラス基板７１の板面のうち、第１レーザ光７４ａの照射範囲の周辺領域７１Ｂに照射される第２レーザ光７４ｂを発振する第２光源７４Ｂと、第１レーザ光７４ａ及び第２レーザ光７４ｂを誘導する誘導手段７５を備える。
　さらに、第２レーザ光７４ｂによって昇温される周辺領域７１Ｂに対応する第１レーザ光７４ａの照射範囲において、第１レーザ光７４ａの照射範囲のガラスが溶融されるように、第１レーザ光７４ａのエネルギー密度を調整する第１調整手段７６Ａを備える。また、第２レーザ光７４ｂによってガラス基板７１の周辺領域が破損されることなく昇温されるように、ガラス基板７１に照射される第２レーザ光７４ｂのエネルギー密度を調整する第２調整手段７６Ｂを備える。
　特許文献１の切断面処理装置２００によれば、エネルギー密度を調整した第１レーザ光７４ａと第２レーザ光７４ｂを照射して加熱することにより、ガラス基板７１に生じる温度分布の勾配を緩やかにすることができる。
日本国公開特許公報「特開２００６－２７３６９５号公報」
　しかしながら、特許文献１の処理装置２００において、ガラス基板７１の厚みが薄い場合には、第１レーザ光７４ａを切断面７１Ａに照射した際の温度上昇が著しく増大し、周辺領域７１Ｂに対して温度分布を緩やかに制御することが困難となる問題があった。このため、薄板のガラス基板７１では、レーザ光照射による熱応力を抑制することができず、ガラス基板７１を破損させずに強度を改善することができなかった。
　本発明は上記課題に顧みてなされたものであり、光の照射位置と強度分布を制御することにより温度勾配を緩やかにして、溶融加工時の破損を防止しながら加工対象物の強度を改善することができる加工装置を提供することである。
　本発明の加工装置は、板状の加工対象物の表面に光を照射することによって、加工対象物の強度を改善する加工装置であって、加工対象物に対して光を出射する光源と、光源から出射された光を導光して、加工対象物の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部と、加工対象物を導光部から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部とを含み、導光部は、光源から出射された光の強度分布を変換して、加工対象物の照射位置から端面側への温度勾配を、照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換部を備えたことを特徴とする。
　また、本発明の加工装置において、強度変換部は、光源から出射された光を集光する集光レンズを傾斜させて、加工対象物の端面側に広がる涙滴形状の温度分布を形成することを特徴とする。
　また、本発明の加工装置において、強度変換部は、光源から出射された光を集光する集光レンズをデフォーカスさせて、デフォーカスした光の一部を加工対象物の端面の外側へずらして照射することを特徴とする。
　また、本発明の加工装置において、強度変換部は、光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、光分岐素子で分岐した一方の光を他方の光よりも加工対象物の端面側へずらして照射することを特徴とする。
　また、本発明の加工装置において、強度変換部は、光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、加工対象物の端面側に近い照射位置へ照射される一方の光のビーム径を、端面側から離れた照射位置へ照射される他方の光のビーム径よりも小さくして照射することを特徴とする。
　本発明によれば、光の照射位置と強度分布を制御することにより温度勾配を緩やかにして、溶融加工時の破損を防止しながら加工対象物の強度を改善することができる。
本発明の実施例１の加工装置１００の構成を示す側面図である。 加工装置１００によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 加工装置１００によって光照射した場合の温度分布のグラフである。 本発明の実施例２の加工装置１１０の構成を示す側面図である。 加工装置１１０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 本発明の実施例３の加工装置１２０の構成を示す側面図である。 加工装置１２０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 本発明の実施例４の加工装置１３０の構成を示す側面図である。 加工装置１３０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 本発明の実施例４の変形例である加工装置１４０の構成を示す側面図である。 加工装置１４０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 本発明の実施例５の加工装置１５０の構成を示す側面図である。 加工装置１５０によって加工対象物３に光照射した状態を示す斜視図である。 従来技術の処理装置２００の構成を示す側面図である。
　以下、本発明の加工装置について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施例１である加工装置１００の構成を示す側面図である。なお、図１の紙面に垂直な方向をｘ－ｙ平面、ｘ－ｙ平面に垂直な鉛直方向をｚ方向とし、後述の試料配置部３２に平面視で長方形の加工対象物３が水平に載置されるものとして、以下に説明する。
　本発明の加工装置１００は、加工対象物３の切断時にマイクロクラック等の欠陥が生じ易い端面５近傍の表面４に光を照射し、一部を微小溶融・凝固させて、後述する微小溶融部２４を形成することにより、加工対象物３の強度を改善する加工装置である。
　加工装置１００は、加工対象物３の端面５以外の複数の表面４のうち、少なくとも１つの表面４に光を照射するものである。加工対象物３が板状である場合、加工対象物３の端面５以外の複数の表面とは、加工対象物３の端面５を含む仮想平面に各々交差、例えば、直交する２つの主面である上側表面４ａと下側表面４ｂである。
　実施例１の加工装置１００は、図１に示すように、光源１１と、導光部１２と、照射位置移動部１３を少なくとも備えている。さらに導光部１２は、強度変換部１４（本実施例では、たとえば、透明基板に吸収材料を成膜し、透過率を変化させる部材など）と、集光レンズ１５と、集光状態変化部１６と、ミラー３１を有している。さらに照射位置移動部１３は、試料配置部３２および搬送ステージ３３を有している。さらに集光状態変化部１６は、光学ベース３４およびレンズ位置調整用ホルダ３５を有している。
　光源１１としては、軟化点の高い加工対象物３を加工する場合、数Ｗ以上の出力を有する高出力レーザが用いられる。また、ガラス基板等の透過性の加工対象物３では、ガラス基板に対して吸収率の非常に高い波長（１０．６μｍ）で発振するCO2ガスレーザが光源１１として好ましい。本実施例及び以下に示す各実施例では、加工対象物３がガラス基板であり、光源１１にCO2ガスレーザを用いた構成について説明する。
　導光部１２は、光源１１から加工対象物３にレーザ光を導く光路９を形成し、導光部１２の光路９には、レーザ光の強度分布を変換する強度変換部１４と、レーザ光を集光する集光レンズ１５と、レーザ光の進行方向を屈折させるミラー３１が設けられている。これらの光源１１、強度変換部１４、集光レンズ１５、ミラー３１は、共通の光学ベース３４の所定位置に配置固定されている。
　なお、強度変換部１４は、後述するように集光レンズ１５の配置方法により構成される場合もある。また、光路９における集光レンズ１５とミラー３１の順序は入れ替えてもよく、レーザ光をミラー３１で屈折させた後に、集光レンズ１５で集光するように構成してもよい。
　図２は、実施例１の加工装置１００によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ１を照射した状態を説明するための斜視図である。本発明の加工装置１００では、加工対象物３の端面５から所定距離Ｄだけ離れた上側表面４ａをレーザ光Ｂ１の照射位置２１として、且つ、照射するレーザ光Ｂ１の強度分布を強度変換部１４によって変換することにより、レーザ光Ｂ１の照射により生じる昇温部２２の温度勾配を制御している。
　本発明の加工装置１００によれば、レーザ光Ｂ１の照射による加工対象物３の昇温部２２の温度勾配を制御することで、端面近傍部分６の熱応力を抑制して破損を防止しながら、加工対象物３の強度を改善することができる。
　加工装置１００では、レーザ光Ｂ１の照射位置２１を端面５から所定距離Ｄだけ離し、所定距離Ｄをレーザ光Ｂ１の集光径の半径以下に設定している。したがって、レーザ光Ｂ１で欠陥の起点となっている端面５を直接照射することなく、端面近傍部分６にレーザ光Ｂ１の照射による昇温部２２を形成し微小溶融させている。
　ここで、レーザ光Ｂ１の照射位置２１とは、集光レンズ１５で集光されたレーザ光Ｂ１のエネルギー強度が最大（ピーク強度）となる位置である。また、レーザ光Ｂ１の集光径とは、図２に示す集光されたレーザ光Ｂ１のｘ方向の光径において、レーザ光Ｂ１のピーク強度の１／ｅ２（ｅは自然対数の定）となる光径である。また、レーザ光の集光径のうち加工対象物３のｘ方向へ実際に照射される幅を照射幅２２ａとしている。
　次に、レーザ光Ｂ１の強度分布を変換する強度変換部１４として、透過率調整フィルターを光源１１と集光レンズ１５の間に配置し、光源１１から出射されたレーザ光Ｂ１を強度変換部１４に通過させることで、レーザ光Ｂ１の強度分布における加工対象物３の端面５側への強度変化を小さくし、加工対象物３の内側への強度変化を大きくしている。なお、透過率調整フィルターは、例えば、ステップ濃度フィルターを挙げることができる。
　図３は、レーザ光Ｂ１の照射幅２２ａでの加工対象物３の温度分布を示したグラフである。本発明の加工装置１００では、レーザ光の強度分布を調整することにより、加工対象物３の上側表面４ａに図３に示す温度分布を生じさせている。具体的には、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側に向かう温度勾配Ｓ１が、照射位置２１から内側に向かう温度勾配Ｓ２よりも緩やかになるようにしている。
　加工対象物３の端面近傍部分６に集光したレーザ光をその状態で照射すると、レーザ光の照射位置２１から周囲にかけて大きな温度差が発生して、端面近傍部分６ではマイクロクラック等の欠陥が熱応力によって増長され、ガラス基板のような脆弱素材では欠けや割れなどの破損が発生することがある。
　このため、本発明の加工装置１００では、加工対象物３上のレーザ光の強度分布を調整することにより、レーザ光の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１を照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかにすることで、加工対象物３の欠けや割れなどの破損を防止している。
　なお、レーザ光の照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２を照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１と同じく緩やかな勾配にすると、レーザ光Ｂ１の照射による昇温部２２の範囲が不必要に広くなって、レーザ光Ｂ１の照射による加工効率が低下して微小溶融部２４の形成の妨げになる。
　また、昇温部２２の範囲が加工対象物３の内側へ広がるほど、ガラス基板や液晶層等から構成される液晶パネルのような複合部材では、各々の複合部材に吸収される熱影響が無視できなくなる。このため、本発明の加工装置１００のように、照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２を緩やかにせず、昇温部２２の広がりを制限することにより、熱影響によるダメージを防止することができる。
　本発明の加工装置１００では、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１を照射位置２１から加工対象物３の内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかにしているため、加工対象物３の端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。すなわち、本発明の加工装置１００は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　なお、図３に示した昇温部２２の温度分布の状態は、レーザ光の集光径の形状によっても調整することができ、微小溶融状態を細かく制御することができる。さらに、レーザ光の強度分布を制御しながら全体の照射エネルギーを上げていくと、加工対象物３の端面５側での微小溶融を優先的に進行させることができるので、加工対象物３の欠陥の状態に合わせて効率良く強度を改善することができる。
　また、本実施例における加工装置１００は、光源１１及び導光部１２のｚ方向の位置を調整する高さ調整ステージ１９により、加工対象物３に対するレーザ光Ｂ１の集光位置を変えることができるため、レーザ光Ｂ１の集光状態を調整して昇温部２２の温度分布を精度良く制御することも可能である。
　また、加工装置１００は、搬送ステージ３３の試料配置部３２上に加工対象物３を載置して、図２に示すように、レーザ光が照射された加工対象物３を端面５と平行方向２６へ移動させることにより、加工対象物３の昇温部２２で形成された微小溶融部２４を端面５と平行に連続させて帯状に形成することができる。この結果、加工対象物３のマイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６の全体にわたって、帯状の微小溶融部２４を形成して強度を改善することができる。
　図４は、本発明の実施例２の加工装置１１０の構成を示す側面図である。また、図５は、実施例２の加工装置１１０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ２を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例２の加工装置１１０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。
　実施例２の加工装置１１０では、レーザ光Ｂ２の照射による加工対象物３の温度分布を制御するため、図４に示すように、集光レンズ１５を傾斜させることにより強度変換部１４を構成し、集光されたレーザ光Ｂ２の強度分布を変換している。具体的には、レーザ光Ｂ２に対して集光レンズ１５の光軸をレンズ位置調整用ホルダ３５で所定方向に傾斜させている。
　加工装置１１０の強度変換部１４は、レーザ光Ｂ２を集光する集光レンズ１５の傾斜方向によって、レーザ光Ｂ２の照射位置２１から端面５側への強度変化を照射位置２１から内側への強度変化よりも小さくするように変換することができる。この結果、図５に示すように、レーザ光Ｂ２の照射による昇温部２２の温度分布が加工対象物３の端面５側に広がる涙滴形状になる。
　この結果、図３に示した実施例１の温度分布と同様に、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかになり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。
　すなわち、本発明の加工装置１１０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　実施例２の加工装置１１０では、さらにレンズ位置調整用ホルダ３５により集光レンズ１５の傾斜角度を調整できるので、レーザ光Ｂ２の照射による昇温部２２の温度分布の状態を加工対象物３の欠陥の状態に応じて制御することができる。この結果、加工対象物３の欠陥の状態に合わせて微小溶融部２４を形成することができ、効率良く強度を改善することができる。
　図６は、本発明の実施例３の加工装置１２０の構成を示す側面図である。また、図７は、実施例３の加工装置１２０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ３を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例３の加工装置１２０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。
　実施例３の加工装置１２０では、レーザ光Ｂ３の照射による加工対象物３の温度分布を制御するため、図６に示すように、レンズ位置調整用ホルダ３５で集光レンズ１５の位置を移動させてデフォーカス状態にすることにより強度変換部１４を構成し、レーザ光Ｂ３の強度分布を変換している。
　図７に示すように、デフォーカス状態にしたレーザ光Ｂ３のビーム径の１／４以上が端面５から外側に外れるように、レーザ光Ｂ３の加工対象物３上の照射位置２１が設定されている。具体的には、デフォーカスされたレーザ光Ｂ３のビーム径が４００μｍであり、ビーム径の１／４が端面５から外側に外れており、レーザ光Ｂ３の端面５から照射位置２１までの距離Ｄが１００μｍに設定されている。ここで、ビーム径の１／４が端面５から外側に外れている状態は、レーザ光の全体に比べてその３６％以上の光が外れている位置なので端面付近の影響が出始める。
　上記構成によれば、加工対象物３上でのレーザ光Ｂ３の強度分布が、端面の内面反射や外側に外れるレーザ光の端面散乱、透過の影響を受けて端面５側の強度が実効的に強まり、レーザ光Ｂ３の照射位置２１から端面５側への強度変化が照射位置２１から内側への強度変化よりも小さくなるように変換される。なお、フォーカス位置は表面の上面、下面ともに、設定可能であり、実施例のようにフォーカス位置が表面の下面に来る場合は、端面散乱、透過の影響が強くなる。
　また、CO2ガスレーザから出射されたレーザ光Ｂ３の発振波長（１０．６μｍ）は、ガラス基板に対して吸収率が非常に高いため、加工対象物３の端面５で行き止まった熱が加工対象物３のｙ方向に吸収されて広がっていく。
　この結果、実施例２と同様に、レーザ光Ｂ３が照射された加工対象物３の昇温部２２の温度分布が端面５側に広がる涙滴形状になり、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかな温度分布となり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。
　すなわち、本発明の加工装置１２０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　なお、デフォーカスしたレーザ光Ｂ３のビーム径の１／４以上を端面５から外側に外すことで、レーザ光Ｂ３の端面５から照射位置２１までの距離Ｄがビーム径の１／４以下となり、レーザ光Ｂ３のピーク強度中心付近のエネルギー密度差の小さい領域を照射位置２１から端面５側での強度分布として利用できる。このため、加工対象物３の温度分布の傾斜を照射位置２１から端面５側で緩やかに調整することが容易である。
　上記の理由から、レーザ光Ｂ３のビーム径を６００μｍ（半径３００μｍ）にして、端面５から照射位置２１までの距離Ｄを１００μｍにすると、照射位置２１から端面５側での強度分布の変化を小さく（強度が最大強度の５０％の位置が端部付近になる）することがさらに容易となる。この場合、端面５からさらに２００μｍの範囲までの温度勾配が小さくなり、端面近傍部分６に２００μｍ位の大きな欠陥が存在するような場合であっても、割れや破損を発生させずに微小溶融させて強度を改善することができる。
　なお、実施例３の構成は、端部をＲ（丸め）加工する従来技術とは異なり、レーザ光を端面に対して直接照射するものではないため、欠陥の起点となる端面から欠陥が増長してしまうことを防止できる。
　図８は、本発明の実施例４の加工装置１３０の構成を示す側面図である。また、図９は、実施例４の加工装置１３０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ４及びレーザ光Ｂ５を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例４の加工装置１３０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。
　実施例４では、光源１１から出射されたレーザ光を導光部１２に設けた光分岐素子３７でレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の２つに分岐して、一方のレーザ光Ｂ４を加工対象物３の上側表面４ａに照射するとともに、他方のレーザ光Ｂ５を加工対象物３の下側表面４ｂに照射する構成となっている。このため、レーザ光Ｂ４を上側表面４ａに導く光路９と、レーザ光Ｂ５を下側表面４ｂに導く光路９には、各々のレーザ光を集光する２つの集光レンズ１５と、各々のレーザ光の進行方向を屈折させる複数のミラー３１が配置されている。
　したがって、実施例４の加工装置１３０では、レーザ光の強度分布を変換する強度変換部１４が、光分岐素子３７と、２つの集光レンズ１５と、複数のミラー３１から構成されている。
　また、レーザ光Ｂ４の光路９とレーザ光Ｂ５の光路９の各々を構成する光学部材は２つの光学ベース３４上に設置され、図示しない高さ調整ステージによりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の加工対象物３に対する焦点距離を調整することができる。なお、実施例１と同様に、集光レンズ１５とミラー３１の配置関係は、図８の構成に限定されるものではない。
　実施例４の加工装置１３０では、レーザ光Ｂ４及びレーザ光Ｂ５のビーム径が各々３００μｍであり、図９に示すように、レーザ光Ｂ４の照射位置２１ａとレーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂがx方向にずれた位置に設定されている。具体的には、レーザ光Ｂ４の照射位置２１ａが端面５から１００μｍ（距離Ｄ１）の位置であり、レーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂが端面５から１５０μｍ（距離Ｄ２）の位置であり、その位置ずれ量が５０μｍに設定されている。
　さらに、レーザ光Ｂ５のエネルギー強度をレーザ光Ｂ４のエネルギー強度よりも例えば２０％程度小さく設定している。これにより、加工対象物３上にレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５が重複して照射された昇温部２２では、レーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５の照射位置のずれ量とエネルギー強度差から、図９のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。
　このため、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側への温度勾配Ｓ１が照射位置２１から内側への温度勾配Ｓ２よりも緩やかとなり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。
　すなわち、実施例４の加工装置１３０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　なお、実施例４の加工装置１３０では、２つのレーザ光Ｂ４とレーザ光Ｂ５を加工対象物３に対して垂直に照射しているが、図１０の変形例に示す加工装置１４０のように、２つのレーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７を互いに斜めから加工対象物３に照射して上側表面４ａで重複させてもよい。ここでは、レーザ光Ｂ６の照射位置２１ｃとレーザ光Ｂ７の照射位置２１ｄは、図９に示したレーザ光Ｂ４の照射位置２１ａとレーザ光Ｂ５の照射位置２１ｂと各々同じ位置に設定している。
　実施例４の変形例では、加工装置１４０の光源１１から出射されたレーザ光をハーフミラー３６（５０％反射（５５°入射））にて照射して、ハーフミラー３６で反射されたレーザ光Ｂ６を集光レンズ１５で集光した後、加工対象物３の上側表面４ａに入射角度２０°で照射している。また、ハーフミラー３６を透過したレーザ光Ｂ７をミラー３１（全反射（３５°入射））で反射して、集光レンズ１５で集光した後、加工対象物３の上側表面４ａに入射角度２０°で照射している。
　なお、レーザ光Ｂ６の光路９とレーザ光Ｂ７の光路９を構成する各々の光学部材は共通の光学ベース３４上に設置され、高さ調整ステージ１９によりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７の加工対象物３に対する焦点距離を調整できるようになっている。
　実施例４の変形例の加工装置１４０は、レーザ光Ｂ７のエネルギー強度をレーザ光Ｂ６のエネルギー強度よりも例えば２０％程度小さく設定している。これにより、加工対象物３にレーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７が重複して照射された昇温部２２では、レーザ光Ｂ６とレーザ光Ｂ７の照射位置のずれとエネルギー強度差から、図１１のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。
　このため、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側に向けての温度勾配Ｓ１が、加工対象物３上の照射位置２１から加工対象物３のセンター側に向けての温度勾配Ｓ２よりも緩やかとなり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。
　すなわち、実施例４の変形例の加工装置１４０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　上記で説明した実施例４及び変形例では、レーザ光を２箇所の照射位置２１に照射しているが、想定される欠陥のサイズや残留範囲に応じて、さらに、レーザ光を３箇所以上の照射位置２１に照射して、昇温部２２の範囲を図９や図１１のｘ方向（内側）に適宜広げることも可能である。
　図１２は、本発明の実施例５の加工装置１５０の構成を示す側面図である。また、図１３は、実施例５の加工装置１５０によって、加工対象物３にレーザ光Ｂ８及びレーザ光Ｂ９を照射した状態を説明するための斜視図である。なお、実施例５の加工装置１５０のうち、実施例１の加工装置１００の構成要素と同等である構成要素には、実施例１の加工装置１００の構成要素と同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略している。
　実施例５の加工装置１５０は、光源１１から出射されたレーザ光を導光部１２に設けた光分岐素子３７でレーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の２つに分岐して、一方のレーザ光Ｂ８を加工対象物３の上側表面４ａに照射するとともに、他方のレーザ光Ｂ９を加工対象物３の下側表面４ｂに照射する構成となっている。このため、レーザ光Ｂ８を上側表面４ａに導く光路９と、レーザ光Ｂ９を下側表面４ｂに導く光路９には、各々のレーザ光を集光する２つの集光レンズ１５と、各々のレーザ光の進行方向を屈折させる複数のミラー３１が配置されている。
　したがって、実施例５の加工装置１５０では、レーザ光の強度分布を変換する強度変換部１４が、光分岐素子３７と、２つの集光レンズ１５と、複数のミラー３１から構成されている。
　また、レーザ光Ｂ８の光路９とレーザ光Ｂ９の光路９を構成する光学部材の各々は２つの光学ベース３４上に設置され、図示しない高さ調整ステージによりｚ方向に位置調整することができ、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の加工対象物３に対する焦点距離を調整することができる。なお、実施例１と同様に、集光レンズ１５とミラー３１の配置関係は、図８の構成に限定されるものではない。
　実施例５の加工装置１５０では、図１２に示すように、レーザ光Ｂ８を集光する集光レンズ１５の実効焦点距離を、レーザ光Ｂ９を集光する集光レンズ１５の実効焦点距離よりも短く設定している。このように、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の実効焦点距離を異ならせることにより、加工対象物３の端面５側と内側でレーザ光の強度分布の差を生じさせている。
　具体的には、図１３に示すように、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９の実効焦点距離の違いにより、レーザ光Ｂ８の照射範囲がレーザ光Ｂ９の照射範囲よりも小さくなっている。例えば、レーザ光Ｂ８のビーム径が２５０μｍであり、レーザ光Ｂ９のビーム径が３００μｍとなっている。
　また、レーザ光Ｂ８の照射位置２１ｅが端面５から１００μｍ（距離Ｄ５）の位置であり、レーザ光Ｂ９の照射位置２１ｆが端面５から１５０μｍ（距離Ｄ６）の位置であり、その位置ずれ量が５０μｍに設定されている。
　これにより、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９が重複して照射された加工対象物３の昇温部２２では、レーザ光Ｂ８とレーザ光Ｂ９との照射範囲の違いから、図１３のように昇温部２２の温度分布が涙滴形状となる。
　このため、加工対象物３上の照射位置２１から端面５側に向けての温度勾配Ｓ１が、加工対象物３上の照射位置２１から加工対象物３のセンター側に向けての温度勾配Ｓ２よりも緩やかとなり、端面近傍部分６に急激な温度差を生じさせることなく、熱応力の発生を抑制することができる。
　すなわち、実施例５の加工装置１５０は、加工対象物３に熱応力による割れや欠損の破損を発生させることなく、マイクロクラック等の欠陥が残留しやすい端面近傍部分６を微小溶融させて強度を改善することができる。
　３　加工対象物
　４　表面
　４ａ　上側表面
　４ｂ　下側表面
　５　端面
　６　端面近傍部分
　９　光路
　１１　光源
　１２　導光部
　１３　照射位置移動部
　１４　強度変換部
　１５　集光レンズ
　１６　集光状態変化部
　１９　高さ調整ステージ
　２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、照射位置
　２２　昇温部
　２２ａ　照射幅
　２４　微小溶融部
　３１　ミラー
　３２　試料配置部
　３３　搬送ステージ
　３４　光学ベース
　３５　レンズ位置調整用ホルダ
　３６　ハーフミラー
　３７　光分岐素子
　１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０　加工装置

Claims (5)

  1. 　板状の加工対象物の表面に光を照射することによって、前記加工対象物の強度を改善する加工装置であって、
    　前記加工対象物に対して光を出射する光源と、
    　前記光源から出射された光を導光して、前記加工対象物の端面から所定距離だけ内側の照射位置に照射する導光部と、
    　前記加工対象物を前記導光部から照射された光の照射方向に垂直な方向に相対的に移動させる照射位置移動部とを含み、
    　前記導光部は、前記光源から出射された光の強度分布を変換して、前記加工対象物の前記照射位置から端面側への温度勾配を、前記照射位置から内側への温度勾配よりも小さくする強度変換部を備えたことを特徴とする加工装置。
  2. 　前記強度変換部は、前記光源から出射された光を集光する集光レンズを傾斜させて、前記加工対象物の端面側に広がる涙滴形状の温度分布を形成することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
  3. 　前記強度変換部は、前記光源から出射された光を集光する集光レンズをデフォーカスさせて、デフォーカスした光の一部を前記加工対象物の端面の外側へずらして照射することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
  4. 　前記強度変換部は、前記光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、
    　前記光分岐素子で分岐した一方の光を他方の光よりも前記加工対象物の端面側へずらして照射することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
  5. 　前記強度変換部は、前記光源から出射された光を分岐する光分岐素子を有し、
    　前記加工対象物の端面側に近い照射位置へ照射される一方の光のビーム径を、端面側から離れた照射位置へ照射される他方の光のビーム径よりも小さくして照射することを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
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