(57)【要約】【課題】レーザ光を用いた基板の加工に際し、加工時間を短縮する。【解決手段】この基板加工装置は、基板にレーザ光を照射して加工を行う装置であって、加工すべき基板が載置されるワークテーブル２と、レーザ光を出力するレーザ光出力部１５と、ガルバノスキャナ１９及びレンズユニット２０と、光学系１６と、テーブル移動機構５と、を備えている。ガルバノスキャナ１９及びレンズユニット２０は、入力されたレーザ光を、所定の範囲で基板での深さ位置が線形的に異なる複数の点に集光させるとともに、所定の範囲での走査を繰り返す。光学系１６はレーザ光出力部１５からのレーザ光をガルバノスキャナ１９に導く。【選択図】図４
2015006689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にレーザ光を照射して加工を行う加工装置であって、
加工すべき基板が載置されるワークテーブルと、
レーザ光を出力するレーザ光出力部と、
入力されたレーザ光を、加工予定ラインに沿った所定の範囲で基板での深さ位置が線形的に異なる複数の点に集光させるとともに、前記所定の範囲での走査を繰り返す多点集光走査部と、
前記レーザ光出力部からのレーザ光を前記多点集光走査部に導く光学系と、
前記多点集光走査部によってレーザ光が走査される前記所定の範囲を加工ラインに沿って移動させる走査部と、
を備えたレーザ光による基板加工装置。
【請求項２】
前記多点集光走査部は、
前記レーザ光出力部からのレーザ光を前記所定の範囲で繰り返し走査するガルバノスキャナと、
前記ガルバノスキャナからのレーザ光を、基板における深さが前記所定の範囲で直線的に変化する複数の位置に集光させる集光レンズと、
を有する、
請求項１に記載のレーザ光による基板加工装置。
【請求項３】
前記多点集光走査部は、
前記レーザ光出力部からのレーザ光を前記所定の範囲で繰り返し走査するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーからのレーザ光を、基板における深さが直線的に変化する複数の位置に集光させる集光レンズと、
を有する、
請求項１に記載のレーザ光による基板加工装置。
【請求項４】
前記多点集光走査部は、前記レーザ光出力部からのレーザ光を、レンズ中心位置から離れるにしたがって深さがより深くなるように複数の位置で集光させる、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光による基板加工装置。
【請求項５】
前記多点集光走査部は、前記レーザ光出力部からのレーザ光を、レンズ中心位置から離れるにしたがって深さがより浅くなるように複数の位置で集光させる、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光による基板加工装置。
【請求項６】
前記走査部は、前記ワークテーブルを前記基板表面に沿った平面内で移動するためのワークテーブル移動装置を有する、請求項１から５のいずれかに記載のレーザ光による基板加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板加工装置、特に、ガラス基板等の基板にレーザ光を照射して加工を行う基板加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光によるガラス基板加工装置としては、例えば特許文献１に示された装置が知られている。特許文献１の加工装置では、レーザ発振器から超短光パルスレーザ光が出力され、この超短光パルスレーザ光の偏光面が回転偏光制御素子によって回転させられる。そして、偏光面が回転させられている超短光パルスレーザ光が基板上に集光され、かつガルバノミラーによって集光スポットが例えば円運動させられる。
【０００３】
また、特許文献２に示されたレーザ加工装置では、レーザ光発生手段からのレーザ光がポリゴンミラーによって反射され、反射されたレーザ光が集光レンズにより集光されて基板に照射されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１８０５４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のような従来のレーザ光による加工装置では、ガルバノミラーやポリゴンミラーによって、所定の範囲でレーザ光を繰り返し照射することができる。
【０００６】
しかし、基板を分断したり、基板に所定深さの溝を形成したりするためには、まず基板の表面あるいは内部の所定深さ位置にレーザ光を集光し、この集光点の深さ位置を固定して加工ラインに沿ってレーザ光を走査し、次に集光点の深さ位置を変更して同様に加工ラインに沿って走査する、という加工を繰り返し行う必要がある。このため、加工時間がかかるという問題があり、加工時間の短縮化が望まれている。
【０００７】
本発明の課題は、レーザ光を用いた基板の加工に際し、加工時間を短縮することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面に係るレーザ光による基板加工装置は、基板にレーザ光を照射して加工を行う装置であって、加工すべき基板が載置されるワークテーブルと、レーザ光を出力するレーザ光出力部と、多点集光走査部と、光学系と、走査部と、を備えている。多点集光走査部は、入力されたレーザ光を、加工予定ラインに沿った所定の範囲で基板での深さ位置が線形的に異なる複数の点に集光させるとともに、所定の範囲での走査を繰り返す。光学系はレーザ光出力部からのレーザ光を多点集光走査部に導く。走査部は多点集光走査部によってレーザ光が走査される所定の範囲を加工ラインに沿って移動させる。
【０００９】
この装置では、レーザ光出力部から出力されたレーザ光は、光学系を経て多点集光走査部に入力される。多点集光走査部に入力されたレーザ光は、所定の範囲で走査されるとともに、この所定の範囲において、基板での深さ位置が線形的に異なる複数の点に集光させられる。
【００１０】
ここでは、基板内の加工予定ラインに沿った所定の範囲で、線形的に異なる複数の深さ位置に集光点が形成され、この複数の集光点が加工ラインに沿って走査される。これにより、加工ラインに沿って基板の分断又は溝加工を行うことができる。このため、集光点の深さ位置を順次変更し、各深さ位置において加工ラインに沿って走査する必要がなく、従来の加工に比較して加工時間が短縮できる。
【００１１】
本発明の第２側面に係るレーザ光による基板加工装置は、第１側面の装置において、多点集光走査部は、ガルバノスキャナと、集光レンズと、を有する。ガルバノスキャナはレーザ光出力部からのレーザ光を所定の範囲で繰り返し走査する。集光レンズは、ガルバノスキャナからのレーザ光を、基板における深さが所定の範囲で直線的に変化する複数の位置に集光させる。
【００１２】
ここでは、前記同様に、所定の範囲内において、直線的に変化する複数の深さ位置にレーザ光が集光される。そして、これらの集光点を加工ラインに沿って移動させることにより、分断又は溝を加工することができる。したがって、深さ位置を変えて何度も加工ラインに沿って走査する必要がなく、加工時間を短縮することができる。
【００１３】
本発明の第３側面に係るレーザ光による基板加工装置は、第１側面の装置において、多点集光走査部は、ポリゴンミラーと、集光レンズと、を有する。ポリゴンミラーはレーザ光出力部からのレーザ光を所定の範囲で繰り返し走査する。集光レンズは、ポリゴンミラーからのレーザ光を、基板における深さが直線的に変化する複数の位置に集光させる。
【００１４】
ここでは、前記同様に、所定の範囲内において、直線的に変化する複数の深さ位置にレーザ光が集光され、これらの集光点を加工ラインに沿って移動させることにより、分断又は溝を加工することができる。したがって、加工時間を短縮することができる。
【００１５】
本発明の第４側面に係るレーザ光による基板加工装置は、第１から第３側面のいずれかの装置において、多点集光走査部は、レーザ光出力部からのレーザ光を、レンズ中心位置から離れるにしたがって深さがより深くなるように複数の位置で集光させる。
【００１６】
本発明の第５側面に係るレーザ光による基板加工装置は、第１から第３側面のいずれかの装置において、多点集光走査部は、レーザ光出力部からのレーザ光を、レンズ中心位置から離れるにしたがって深さがより浅くなるように複数の位置で集光させる。
【００１７】
本発明の第６側面に係るレーザ光による基板加工装置は、第１から第５側面のいずれかの装置において、走査部は、ワークテーブルをガラス基板表面に沿った平面内で移動するためのワークテーブル移動装置を有している。
【００１８】
ここでは、ワークテーブルを移動させることにより、広い走査範囲にわたって基板を加工することができる。このため、走査部の構成が簡単になる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のような本発明では、レーザ光を用いた基板の加工において、従来に比較して加工時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態によるガラス基板加工装置の外観斜視図。
【図２】ワークテーブルの拡大斜視図。
【図３】レーザ照射ヘッドの構成を拡大して示す斜視図。
【図４】複数の集光位置の例を示す図。
【図５】多点集光走査部の構成するレンズユニットの構成例。
【図６】加工予定ラインと繰り返し走査の範囲と光学系の中心の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［全体構成］
図１に本発明の一実施形態による基板加工装置の全体構成を示す。ここでは、ガラス基板に対して加工を行う場合の例を示す。このガラス基板加工装置は、ガラス基板にレーザ光を照射して分断や孔あけ加工、あるいはスクライブ溝を形成するための装置であり、ベッド１と、ワークとしてのガラス基板が載置されるワークテーブル２と、ガラス基板にレーザ光を照射するためのレーザ光照射ヘッド３と、を備えている。ここで、図１に示すように、ベッド１の上面に沿った平面において、互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸とし、これらの軸に直交する鉛直方向の軸をｚ軸と定義する。また、ｘ軸に沿った両方向（＋方向及び−方向）をｘ軸方向、ｙ軸に沿った両方向をｙ軸方向、ｚ軸に沿った両方向をｚ軸方向と定義する。
【００２２】
［ワークテーブル及びその移動機構］
＜ワークテーブル＞
ワークテーブル２は、矩形状に形成されており、ワークテーブル２の下方には、ワークテーブル２をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるためのテーブル移動機構５が設けられている。
【００２３】
ワークテーブル２は、図２に拡大して示すように、複数のブロック６を有している。この複数のブロック６は、図中、一点鎖線で示すガラス基板Ｇをワークテーブル２の表面から持ち上げて支持するための部材であり、ガラス基板Ｇの加工ラインＬ（破線で示す）を避けるために、ワークテーブル２の任意の位置に取り付けることが可能である。また、ワークテーブル２には複数の吸気口２ａが格子状に形成されるとともに、各ブロック６には上下方向に貫通する吸気孔６ａが形成されている。そして、ブロック６の吸気孔６ａとワークテーブル２の吸気口２ａとを接続することによって、ブロック６上に配置されるガラス基板Ｇを吸着固定することが可能である。なお、吸気のための機構は、周知の排気ポンプ等によって構成されており、詳細は省略する。
【００２４】
＜テーブル移動機構＞
テーブル移動機構５は、図１に示すように、それぞれ１対の第１及び第２ガイドレール８，９と、第１及び第２移動テーブル１０，１１と、を有している。１対の第１ガイドレール８はベッド１の上面にｙ軸方向に延びて設けられている。第１移動テーブル１０は、第１ガイドレール８の上部に設けられ、第１ガイドレール８に移動自在に係合する複数のガイド部１０ａを下面に有している。第２ガイドレール９は第１移動テーブル１０の上面にｘ軸方向に延びて設けられている。第２移動テーブル１１は、第２ガイドレール９の上部に設けられ、第２ガイドレール９に移動自在に係合する複数のガイド部１１ａを下面に有している。第２移動テーブル１１の上部には、固定部材１２を介してワークテーブル２が取り付けられている。
【００２５】
以上のようなテーブル移動機構５によって、ワークテーブル２は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動自在である。なお、第１及び第２移動テーブル１０，１１は、詳細は省略するが、周知のモータ等の駆動手段によって駆動されるようになっている。
【００２６】
［レーザ光照射ヘッド］
レーザ光照射ヘッド３は、図１及び図３に示すように、ベッド１の上面に配置された門型フレーム１ａに装着されており、レーザ光出力部１５と、光学系１６と、ｘ方向ガルバノミラー１８ｘ及びｙ方向ガルバノミラー１８ｙを有するガルバノスキャナ１９と、レーザ光を集光するためのレンズユニット２０と、を有している。また、レーザ光照射ヘッド３をｘ軸方向に移動させるためのｘ軸方向移動機構２１と、ｘ方向ガルバノミラー１８ｘｙ方向ガルバノミラー１８ｙ、及びレンズユニット２０をｚ軸方向に移動させるためのｚ軸方向移動機構２２と、が設けられている。
【００２７】
＜レーザ光出力部＞
レーザ光出力部１５は従来と同様のレーザ管により構成されている。このレーザ光出力部１５によって、波長５３２ｎｍのグリーンレーザがｙ軸に沿ってワークテーブル２とは逆側に出射される。
【００２８】
＜光学系＞
光学系１６は、レーザ光出力部１５からのレーザ光をガルバノスキャナ１９に導くものである。この光学系１６は、図３に拡大して示すように、第１〜第４ミラー２５〜２８と、レーザ出力を計測するパワーモニタ２９と、ビームエキスパンダ３０と、を有している。
【００２９】
第１ミラー２５は、レーザ光出力部１５の出力側の近傍に配置されており、ｙ軸方向に出射されたレーザ光をｘ軸方向に反射する。第２ミラー２６は、ｙ軸方向において第１ミラー２５と並べて配置されており、ｘ軸方向に進行するレーザ光をｙ軸方向に反射して、ワークテーブル２側に導く。第３ミラー２７は、第２ミラー２６によって反射されてきたレーザ光を下方（ｚ軸方向）に導く。第４ミラー２８はｙ方向ガルバノミラー１８ｙの横方向に近接して配置されており、第３ミラー２７によって反射されてきたレーザ光をガルバノスキャナ１９に導く。ビームエキスパンダ３０は第２ミラー２６と第３ミラー２７との間に配置され、第２ミラー２６によって反射されてきたレーザ光を一定の倍率の平行光束に拡げるために設けられている。このビームエキスパンダ３０によって、レーザ光をより小さなスポットに集光させることが可能となる。
【００３０】
＜ガルバノスキャナ＞
ｘ方向ガルバノミラー１８ｘびｙ方向ガルバノミラー１８ｙは、周知のように、ガルバノスキャナ１９で使用されるミラーである。ｘ方向ガルバノミラー１８ｘは、レーザ光のガラス基板上における集光点を、ｘ軸方向に走査させるためのミラーである。また、ｙ方向ガルバノミラー１８ｙは、レーザ光のガラス基板上における集光点を、ｙ軸方向に走査させるためのミラーである。これらのミラー１８，１９を駆動することによって、集光点をガラス基板の表面に沿った平面内で任意の方向に走査することができる。
【００３１】
＜レンズユニット＞
レンズユニット２０は、レーザ光をガラス基板上あるいはガラス基板中のｚ軸方向の任意の位置に集光させるための機構である。すなわち、このレンズユニット２０によって、入力されたレーザ光は、ガルバノスキャナ１９による所定の走査範囲で、ガラス基板での深さ位置が線形的に異なる複数の点に集光させられる。
【００３２】
ガルバノスキャナ１９及びレンズユニット２０によるレーザ光の集光位置を図４に模式的に示している。すなわち、図４に示すように、ガルバノスキャナ１９によって所定の範囲でレーザ光が走査され、この走査範囲において、レンズユニット２０により、直線的に変化する複数の基板深さ位置（図の「×」で示す位置）にレーザ光を集光させることが可能である。
【００３３】
なお、レンズユニット２０の構成によって、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示すような複数の位置でレーザ光を集光させることができる。具体的には、図４（ａ）に示すように、レンズ中心位置から離れるにしたがって基板の深さ方向においてより深くなるように複数の位置でレーザ光を集光することができる。また、図４（ｂ）に示すように、レンズ中心位置から離れるにしたがって基板の深さ方向においてより浅くなるように複数の位置でレーザ光を集光することができる。
【００３４】
レンズユニット２０の一例を図５に示している。図５（ａ）に示すように、レンズユニット２０は、ガルバノスキャナ１９側から基板側に向かって順に、７個の第１〜第７レンズ２０１〜２０７によって構成されている。また、図５（ｂ）に、各レンズ２０１〜２０７の曲率半径、面間隔、屈折率を示している。なお、各レンズ２０１〜２０７について、ガルバノスキャナ１９に近い側から順に面番号を付している。
【００３５】
以上のようなレンズユニット２０を使用し、ガルバノスキャナ１９でレーザ光を所定の範囲で走査することによって、図４（ａ）で示すように、レンズ中心位置から両側に向けて（中心位置から離れるにしたがって）深さがより深くなるように複数の位置でレーザ光を集光することができる。
【００３６】
＜レーザ照射ヘッドの支持及び搬送系＞
以上のようなレーザ照射ヘッド３は、前述のように、ベッド１の門型フレーム１ａに支持されている。より詳細には、図３に示すように、門型フレーム１ａの上面にはｘ軸方向に延びる１対の第３ガイドレール３６が設けられており、この１対の第３ガイドレール３６及び図示しない駆動機構がｘ軸方向移動機構２１を構成している。そして、１対の第３ガイドレール３６には、支持部材３７が移動自在に支持されている。支持部材３７は、第３ガイドレール３６に支持された横支持部材３８と、横支持部材３８のワークテーブル２側の一端から下方に延びる縦支持部材３９と、を有している。縦支持部材３９の側面には、ｚ軸方向に延びる１対の第４ガイドレール４０が設けられており、この１対の第４ガイドレール４０及び図示しない駆動機構がｚ軸方向移動機構２２を構成している。第４ガイドレール４０には、ｚ軸方向に移動自在に第３移動テーブル４１が支持されている。
【００３７】
そして、レーザ光出力部１５、第１〜第３ミラー２５〜２７、パワーモニタ２９、及びビームエキスパンダ３０が、横支持部材３８に支持されている。また、第４ミラー２８、ｘ及びｙ方向ガルバノミラー１８ｘ，１８ｙ、及びレンズユニット２０が、第３移動テーブル４１に支持されている。
【００３８】
［動作］
次に、レーザ光によるガラス基板の加工動作について説明する。
【００３９】
まず、ワークテーブル２の表面に複数のブロック６を設置する。このとき、複数のブロック６は、図２に示すように、ガラス基板Ｇの加工ラインＬを避けるように配置する。以上のようにして設置された複数のブロック６上に、加工すべきガラス基板Ｇを載置する。
【００４０】
次に、ｘ軸方向移動機構２１によってレーザ照射ヘッド３をｘ軸方向に移動し、またテーブル移動機構５によってワークテーブル２をｙ軸方向に移動し、レーザ照射ヘッド３によるレーザ光の集光点が加工ラインＬのスタート位置にくるように位置させる。
【００４１】
以上のようにしてレーザ照射ヘッド３及びガラス基板Ｇを加工位置に移動させた後、レーザ光をガラス基板に照射して加工を行う。ここでは、レーザ光出力部１５から出射されたレーザ光は、第１ミラー２５によって反射されて第２ミラー２６に導かれる。なお、第１ミラー２５に入射したレーザ光はパワーモニタ２９によってレーザ出力が計測される。第２ミラー２６に入射したレーザ光はｙ軸方向に反射され、ビームエキスパンダ３０によって光束が拡げられて第３ミラー２７に導かれる。そして、第３ミラー２７で反射され、さらに第４ミラー２８で反射されたレーザ光は、ｘ方向ガルバノミラー１８ｘ及びｙ方向ガルバノミラー１８ｙに導かれる。このｘ方向及びｙ方向ガルバノミラー１８ｘ，１８ｙ及びレンズユニット２０によって、ガルバノスキャナ１９の走査範囲において、ガラス基板Ｇに図４（ａ）又は（ｂ）に示すような複数の集光点が形成される。
【００４２】
ここで、図４（ａ）に示すような位置に複数の集光点が形成できるようにした場合は、基板を相対的に移動方向Ｍに移動させ、区間Ａの走査を繰り返し走査することによって、スクライブ溝の加工を行うことができる。また、同様の条件で区間Ｂの走査を繰り返し走査することによって、基板内部に加工痕を形成して分断することができる。
【００４３】
この点について、図６を用いてより詳細に説明する。図６は、加工予定ラインＬに沿って溝加工又は内部加工を行う際の、繰り返し走査の範囲と光学系の中心の関係を示している。図において、矢印の左右の範囲（例えば、Ｘ１，Ｙ１〜Ｘ５，Ｙ５）がガルバノスキャナ１９によってレーザ光を繰り返し走査する範囲を示している。また、加工予定ラインＬに沿った各座標（Ｘｎ，Ｙｎ）が光学系の中心位置を示している。なお、ここでは、図４（ａ）に示すように、光学系の中心位置が基板表面に集光され、中心位置から離れるにしたがって集光位置の深さが深くなるようなレンズユニットを用いた場合を示している。
【００４４】
図６に示すように、スクライブ溝を加工する場合は、時刻Ｔ１においては、加工開始点を位置（Ｘ５，Ｙ５）として、位置（Ｘ５，Ｙ５）〜位置（Ｘ１，Ｙ１）（図４（ａ）の区間Ａに相当）の範囲で繰り返し走査する。次に、時刻Ｔ２においては、加工開始点を位置（Ｘ６，Ｙ６）として、位置（Ｘ６，Ｙ６）〜位置（Ｘ２，Ｙ２）の範囲で繰り返し走査する。以下、順次、加工開始点を位置（Ｘ７，Ｙ７）から位置（Ｘｎ，Ｙｎ）まで移動させながら、同様の範囲の間で繰り返し走査しながら加工予定ラインに沿って加工を行う。このような加工によって、加工予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成することができる。
【００４５】
一方、内部に加工痕を形成する内部加工の場合は、時刻Ｔ１においては、加工開始点を位置（Ｘ１，Ｙ１）として、位置（Ｘ１，Ｙ１）〜位置（Ｘ５，Ｙ５）（図４（ｂ）の区間Ｂに相当）の範囲で繰り返し走査する。また、時刻Ｔ２においては、加工開始点を位置（Ｘ２，Ｙ２）として、位置（Ｘ２，Ｙ２）〜位置（Ｘ６，Ｙ６）の範囲で繰り返し走査する。以下、順次、加工開始点を位置（Ｘ３，Ｙ３）から位置（Ｘｎ−４，Ｙｎ−４）まで移動させながら、同様の範囲の間で繰り返し走査しながら加工予定ラインに沿って加工を行う。このような加工によって、加工予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成することができる。
【００４６】
以上のようにして、一度だけ加工予定ラインに沿ってレーザ光を移動させることにより、スクライブ溝を形成したり、内部に加工痕を形成したりすることができる。
【００４７】
［特徴］
以上のような本実施形態では、基板内の所定の範囲で、線形的に異なる複数の深さ位置に集光点が形成され、この複数の集光点が加工ラインに沿って走査される。したがって、集光点の深さ位置を順次変更し、各深さ位置において加工ラインに沿って走査する必要がなく、加工時間の短縮を図ることができる。
【００４８】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００４９】
（ａ）前記実施形態で示したレンズユニットは一例であって、多点集光走査部を構成するレンズユニットは前記実施形態に限定されない。
【００５０】
（ｂ）ガルバノスキャナに代えて、ポリゴンミラーを用いてもよい。
【００５１】
（ｃ）光学系の具体的な構成は前記実施形態に限定されない。レーザ光出力部１５のレーザ光を、光軸の調整が容易で、かつ効果的にガルバノスキャナに入力できればよい。
【符号の説明】
【００５２】
２  ワークテーブル
３  レーザ照射ヘッド
５  テーブル移動機構
１５  レーザ出力部
１６  光学系
１８ｘ  ｘ方向ガルバノミラー
１８ｙ  ｙ方向ガルバノミラー
１９  ガルバノスキャナ
２０  レンズユニット
２２  ｚ軸方向移動機構
【図１】
2015006689.tif 000003
【図２】
2015006689.tif 000004
【図３】
2015006689.tif 000005
【図４】
2015006689.tif 000006
【図５】
2015006689.tif 000007
【図６】
2015006689.tif 000008