(57)【要約】【課題】複雑な制御をすることなく、概ね均一な強度のレーザ光を基板に照射する。【解決手段】レーザ加工装置１０は、レーザ発振器２、ポリゴンミラー５、及び遮蔽板７を備える。レーザ発振器２は、レーザ光を出力する。ポリゴンミラー５は、レーザ発振器２からのレーザ光をガラス基板Ｇに向けて反射し、レーザ光を分断予定ラインに沿って所定長さＬ１に亘って繰り返し走査するよう駆動される。遮蔽板７は、ポリゴンミラー５によって反射されたレーザ光のうち、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽する。【選択図】図１
2014161899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、
レーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からのレーザ光を前記基板に向けて反射し、前記レーザ光を前記分断予定ラインに沿って所定長さに亘って繰り返し走査するよう駆動される走査部材と、
前記走査部材によって反射された前記レーザ光のうち、前記所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽する遮蔽部材と、
を備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記走査部材は、回転駆動されることによって前記レーザ光を繰り返し走査するポリゴンミラーである、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記走査部材は、前記分断予定ラインに沿って往復駆動されることによって前記レーザ光を繰り返し走査するミラーである、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記走査部材は、前記レーザ光の反射角を変更するよう繰り返し揺動駆動されることによって前記レーザ光を繰り返し走査するミラーである、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器は、前記レーザ光としてガウシアンビームを出力する、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラスなどの基板を分断するためにレーザ加工装置が用いられる。レーザ加工装置は、基板の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射して基板にスクライブ溝を形成する。その後、分断装置がスクライブ溝に沿って基板を分断する。
【０００３】
レーザ加工装置は一般的にレーザ発振器、上レンズ、及び下レンズを備え、基板に照射されるレーザ光は走査方向に沿って所定長さを有する。この基板に照射されるレーザ光の強度は、所定長さに亘って均一とすることが好ましく、例えば特殊加工された下レンズを用いることでレーザ光の強度を所定長さに亘って均一にすることができる。なお、所定長さに亘って強度が均一なレーザ光は、一般的にトップハットビームと称される。
【０００４】
しかしながら、上述したように特殊加工された下レンズを用いてトップハットビームを形成する場合、以下の問題が生ずる。例えば、トップハットビームの長さを変更するために下レンズを上方又は下方に移動させると、長さ方向の両端部の強度が不均一となりトップハットビームでなくなる。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１には、ポリゴンミラーを用いるとともに、ポリゴンミラーの回転位相情報に基づきレーザ光の出力タイミングを制御することで、長軸方向のレーザビームの強度ムラを抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５４９９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ポリゴンミラーの回転は一般的に非常に高速であり、上述した特許文献１のレーザ加工装置のようにポリゴンミラーの回転位相情報に基づき種々の制御を行うことは非常に困難である。
【０００８】
本発明の課題は、複雑な制御をすることなく、概ね均一な強度のレーザ光を基板に照射することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のある側面に係るレーザ加工装置は、基板の分断予定ラインに沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、走査部材と、遮蔽部材とを備える。レーザ発振器は、レーザ光を出力する。走査部材は、レーザ発振器からのレーザ光を基板に向けて反射し、レーザ光を分断予定ラインに沿って所定長さに亘って繰り返し走査するよう駆動される。遮蔽部材は、走査部材によって反射されたレーザ光のうち、所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽する。
【００１０】
この構成によれば、レーザ光は、走査部材によって、所定長さに亘って繰り返し走査される。この所定長さに亘って繰り返し走査されるレーザ光のうち、所定長さの両端部に対応するレーザ光は、他の部分に対応するレーザ光と比べて強度が高くなったり低くなったりと強度が不均一となる傾向にある。これに対して上述したレーザ加工装置は、所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽部材によって遮蔽する。このため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光を基板に照射することができる。
【００１１】
（２）走査部材は、回転駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するポリゴンミラーであってもよい。
【００１２】
ポリゴンミラーは、複数のミラー面を有し、回転しながらレーザ光を基板に向けて反射するため、レーザ光を所定長さに亘って繰り返し走査することができる。このポリゴンミラーは、隣接するミラー面の境界部において、レーザ光を分割して反射してしまう。このため、ポリゴンミラーの境界部で反射されるレーザ光の強度が低くなる。なお、このポリゴンミラーの境界部で反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射することができる。
【００１３】
（３）走査部材は、分断予定ラインに沿って往復駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するミラーであってもよい。
【００１４】
往復駆動されるミラーは、往復の折り返し点において速度がゼロになる。このため、この折り返し点で反射されるレーザ光は、他の位置で反射されるレーザ光に比べて、長い時間基板に照射されることとなる。すなわち、折り返し点で反射されるレーザ光の強度は、他の点で反射されるレーザ光の強度よりも高くなる。なお、この折り返し点で反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射することができる。
【００１５】
（４）走査部材は、レーザ光の反射角を変更するよう繰り返し揺動駆動されることによってレーザ光を繰り返し走査するミラーであってもよい。
【００１６】
繰り返し揺動駆動されるミラーは、水平方向に対してなす角度である揺動角度が最大及び最小となるとき揺動速度がゼロになる。このため、最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光は、他の揺動角度のときに反射されるレーザ光に比べて長い時間基板に照射されることになる。すなわち、最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光の強度は、他の揺動角度のときに反射されるレーザ光の強度よりも高い。なお、この最大及び最小揺動角度のときに反射されるレーザ光は、所定長さの両端部に対応する。これに対して、遮蔽部材は、この所定長さの両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみを基板に照射する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複雑な制御をすることなく、概ね均一な強度のレーザ光を基板に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】レーザ加工装置の概略構成図。
【図２】レーザ加工装置によってガラス基板に照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図。
【図３】変形例１に係るレーザ加工装置の概略構成図。
【図４】変形例１に係るレーザ加工装置によってガラス基板に照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図。
【図５】変形例２に係るレーザ加工装置の概略構成図。
【図６】変形例２に係るレーザ加工装置によってガラス基板に照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザ加工装置１０の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、レーザ加工装置１０の概略構成図である。
【００２０】
（レーザ加工装置の構成）
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、テーブル１、レーザ発振器２、レンズ３、ミラー４、及びポリゴンミラー（走査部材の一例）５を備える。レンズ３、ミラー４、及びポリゴンミラー５は、カバー６内に収容される。
【００２１】
テーブル１は、加工対象のガラス基板Ｇが載置される部材である。テーブル１がＸ，Ｙ平面上で移動するよう、テーブル駆動機構（図示省略）が設けられる。なお、ガラス基板Ｇは、分断予定ラインがＸ方向を向くようにテーブル１上に載置される。またＸ方向は図１の左右方向を示し、Ｙ方向は図１の紙面垂直方向を示す。
【００２２】
レーザ発振器２は、レーザ光を出力する装置であり、例えばCO2レーザ（炭酸ガスレーザ）を出力する。レーザ発振器２は、レーザ光としてガウシアンビームを出力する。すなわち、レーザ発振器２から出力されるレーザ光の強度は、ガウス分布を示す。レーザ発振器２は、支持フレーム（図示省略）などによってテーブル１の上方に支持される。
【００２３】
レーザ発振器２の下方にはレンズ３が設置される。レンズ３は、球面平凸レンズであり、レーザ発振器２から出力されるレーザ光を集光する。また、レンズ３は、上下方向に移動することでレーザ光の幅（Ｙ方向の長さ）を変更することができる。なお、レンズ３を上下方向に移動するための移動機構３ａが設けられる。移動機構３ａは、例えばモータなどを駆動源としてレンズ３を昇降させる。
【００２４】
レンズ３の下方にはミラー４が設置される。ミラー４は、レーザ発振器２から出力されレンズ３によって集光されたレーザ光を反射してポリゴンミラー５に導くための部材である。なお、ミラー４を上下方向に移動するための移動機構４ａが設けられる。移動機構４ａは、例えばモータなどを駆動源としてミラー４を昇降させる。
【００２５】
ポリゴンミラー５は、多角形状であり、複数（例えば６つ）のミラー面５ａを有する。ポリゴンミラー５は、ミラー４からのレーザ光を反射してガラス基板Ｇへと導く。ポリゴンミラー５は、モータ（図示省略）によって、回転軸５ｂを中心にして時計回りに回転駆動される。なお、特に限定されるものではないが、ポリゴンミラー５は、１分間に数万回転する。
【００２６】
ポリゴンミラー５を上下方向に移動するための移動機構５ｃが設けられる。移動機構５ｃは、例えばモータなどを駆動源としてポリゴンミラー５を昇降させる。なお、ポリゴンミラー５の上下方向の調整は、ミラー４の上下方向の調整と独立して行うが、一体的に行ってもよい。すなわち、ポリゴンミラー５とミラー４とが一つの操作で同時に上下動するように構成してもよい。
【００２７】
カバー６は、内部に空間を有する直方体状の部材であって、レンズ３、ミラー４、及びポリゴンミラー５を収容する。カバー６は、第１開口部６ａを上部に有し、第２開口部６ｂを下部に有する。レーザ発振器２から出力されるレーザ光は、第１開口部６ａを介してレンズ３へと入射する。第１開口部６ａは、レーザ発振器２からのレーザ光を遮蔽しない程度の開口面積を有する。ポリゴンミラー５によって反射されるレーザ光は、第２開口部６ｂを介してガラス基板Ｇへと入射する。なお、第２開口部６ｂは、ポリゴンミラー５によって反射されるレーザ光を遮蔽しない程度の開口面積を有する。
【００２８】
カバー６の下部には、２つの遮蔽板（遮蔽部材の一例）７が設けられる。各遮蔽板７は、ポリゴンミラー５から第２開口部６ｂを介してガラス基板Ｇへ送られるレーザ光の一部を遮蔽する。具体的には、２つの遮蔽板７は、第２開口部６ｂのＸ方向の長さを短くするよう、第２開口部６ｂのＸ方向の両端部を覆うように設置される。この各遮蔽板７によって、第２開口部６ｂよりもＸ方向の長さが短い第３開口部７ａを画定する。各遮蔽板７は、第３開口部７ａのＸ方向の長さを変更できるように、Ｘ方向に移動可能である。なお、各遮蔽板７は、レーザ光吸収するようにカーボン樹脂をコーティングした金属板によって形成される。
【００２９】
（レーザ加工装置の動作）
次に、上述したレーザ加工装置１０による動作について説明する。
【００３０】
まず、レーザ発振器２は、強度がガウス分布を有するレーザ光を出力する。レーザ発振器２からのレーザ光は、第１開口部６ａを介してレンズ３へ入射する。レンズ３においてレーザ光は集光される。集光されたレーザ光は、ミラー４において反射されてポリゴンミラー５へと進行する。なお、このときのミラー４におけるレーザ光の入射角及び反射角が４５度程度となるようにミラー４の角度を調整することが好ましい。
【００３１】
ポリゴンミラー５は、時計回りに回転しながらミラー４からのレーザ光をガラス基板Ｇへと反射する。なお、ポリゴンミラー５は、各ミラー面５ａでレーザ光を反射する。ポリゴンミラー５は回転するため、ポリゴンミラー５におけるレーザ光の入射角及び反射角は変化する。この結果、ポリゴンミラー５は、図２に示すように、ガラス基板Ｇ上において、レーザ光を分断予定ラインに沿って所定長さＬ１に亘って繰り返し走査する。なお、図２は、レーザ加工装置１０によってガラス基板Ｇに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図２における二点鎖線部分は、実際にはガラス基板Ｇに照射されないレーザ光及びその強度分布を示す。
【００３２】
遮蔽板７は、ポリゴンミラー５によって反射されたレーザ光の一部を遮蔽する。具体的には、遮蔽板７は、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽する。なお、ポリゴンミラー５の隣接するミラー面５ａの境界部５ｄで反射されるレーザ光が、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光である。このように遮蔽板７によって、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽することにより、ガラス基板Ｇに実際に照射されるレーザ光の長さＬ２は所定長さＬ１の両端部を除いたものとなる。
【００３３】
［特徴］
本実施形態に係るレーザ加工装置１０は、次の特徴を有する。
【００３４】
ポリゴンミラー５は、隣接するミラー面５ａの境界部５ｄにおいてレーザ光を分割して反射してしまうため、境界部５ｄで反射されるレーザ光の強度が低くなる。なお、このポリゴンミラー５の境界部５ｄで反射されるレーザ光は、所定長さＬ１の両端部に対応する。これに対して、遮蔽板７は、この所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するため、複雑な制御を行うことなく、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Ｇに照射することができる。
【００３５】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３６】
変形例１
図３は、変形例１に係るレーザ加工装置１１の概略構成図である。図３に示すように、変形例１に係るレーザ加工装置１１は、ポリゴンミラー５の代わりに、分断予定ラインに沿って往復駆動されるミラー１５を備える。ミラー１５は、ミラー４からのレーザ光を反射して第３開口部７ａを介してガラス基板Ｇへと導く。
【００３７】
レーザ加工装置１１は、ミラー１５を往復駆動するための往復駆動機構１６をさらに備える。往復駆動機構１６は、回転円盤１６ａ及び接続アーム１６ｂを有する。回転円盤１６ａは、モータ（図示省略）によって、回転軸１６ｃを中心に回転駆動される。接続アーム１６ｂは、回転円盤１５ａの外周縁部とミラー１５とを接続する。接続アーム１５ｂの各端部と、ミラー１５又は回転円盤１５ａとは、回転自由に連結される。回転円盤１５ａが回転することによって、ミラー１５はＸ方向、すなわちガラス基板Ｇの分断予定ラインに沿って往復駆動される。なお、ミラー１５の角度は固定されており、好ましくは、ミラー１５の角度は水平方向に対して４５度である。ミラー１５は、分断予定ラインに沿って往復駆動されることによって、レーザ光を所定長さＬ１に亘って繰り返し走査する。
【００３８】
図４は、変形例１に係るレーザ加工装置１１によってガラス基板Ｇに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図４に示すように、往復駆動されるミラー１５は、往復の折り返し点において速度がゼロとなる。具体的には、ミラー１５は、領域Ａの間を往復動し、領域Ａの左端Ａ１、及び右端Ａ２において一旦速度がゼロとなる。このため、ミラー１５が往復の折り返し点Ａ１，Ａ２にあるときに反射されるレーザ光は、ミラー１５が他の位置にあるときに反射されるレーザ光よりも強度が高くなる。なお、ミラー１５が往復の折り返し点Ａ１、Ａ２にあるときに反射されるレーザ光は、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光である。そして、この所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するように遮蔽板７が設置される。この結果、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Ｇに照射することができる。
【００３９】
変形例２
図５は、変形例２に係るレーザ装置１２の概略構成図である。図５に示すように、変形例２に係るレーザ加工装置１２は、ポリゴンミラー５の代わりに、揺動駆動されるミラー２５を備える。ミラー２５は、ミラー４からのレーザ光を反射して第３開口部７ａを介してガラス基板Ｇへと導く。ミラー２５は、モータ（図示省略）によって揺動２５ａを中心に揺動駆動される。
【００４０】
図６は、変形例２に係るレーザ加工装置１２によってガラス基板Ｇに照射されるレーザ光の長さ方向における強度の分布を模式的に示す図である。図６に示すように、ミラー２５は、水平方向となす揺動角度がα１からα２までの間で繰り返し揺動駆動されることによって、レーザ光の反射角が変化する。この結果、ミラー２５は、レーザ光を所定長さＬ１に亘って繰り返し走査する。
【００４１】
ミラー２５は、揺動角度が最大及び最小となるときにおいて揺動速度がゼロとなる。具体的には、ミラー２５は、揺動角度が最小揺動角度α１及び最大揺動角度α２となるときに、揺動速度がゼロとなる。このため、ミラー２５が最小揺動角度α１及び最大揺動角度α２となるときに反射されるレーザ光は、ミラー２５が他の揺動角度となるときに反射されるレーザ光よりも強度が高くなる。なお、ミラー２５が最小及び最大揺動角度α１、α２となるときに反射されるレーザ光は、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光である。そして、この所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するように遮蔽板７が設置される。この結果、強度が概ね均一なレーザ光のみをガラス基板Ｇに照射することができる。
【００４２】
変形例３
上記実施形態及び各変形例では、遮蔽板７はカバー６と別部材であるが、特にこれに限定されず、遮蔽板７はカバー６と一体的に形成されてもよい。
【００４３】
変形例４
上記実施形態及び各変形例における遮蔽部材は、２つの遮蔽板７から構成されるが、特にこれに限定されず、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽する部材であればよい。例えば、所定長さＬ１の両端部に対応するレーザ光を遮蔽するような第３開口部７ａを有する一つの遮蔽板であってもよい。
【００４４】
変形例５
上記実施形態及び各変形例では、レーザ発振器２からのレーザ光が、レンズ３及びミラー４を介してポリゴンミラー５、又はミラー１５，２５などの走査部材に間接的に入射するが、特にこれに限定されない。例えばレーザ発振器２からのレーザ光は、レンズ３のみを介して走査部材５，１５，２５に入射してもよいし、何も介さずに直接的に走査部材５，１５，２５に入射してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
２    レーザ発振器
５    ポリゴンミラー（走査部材）
７    遮蔽板（遮蔽部材）
１０、１１、１２    レーザ加工装置
１５、２５    ミラー（走査部材）
【図１】
2014161899.tif 000003
【図２】
2014161899.tif 000004
【図３】
2014161899.tif 000005
【図４】
2014161899.tif 000006
【図５】
2014161899.tif 000007
【図６】
2014161899.tif 000008