JP5534853B2 - レーザ照射装置およびレーザ照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されるレーザ光を案内するとともに当該レーザ光を端面から外部に照射する複数の光ファイバと、を備えたレーザ照射装置およびレーザ照射方法に関する。

従来から、ファイバ伝送光（光ファイバ２５によって伝送されたレーザ光Ｌ）を加工光学系９０によって結像し、当該加工光学系９０を被加工基板６０と相対的に移動させることにより加工を行う方法が知られている（図８参照）。このような方法を用いる場合、加工幅を拡大したり加工効率を上げたりするために、ファイバ伝送光の結像サイズを大きくしたり、シリンドリカルレンズなどで加工幅方向にビームを拡幅したり、加工点数を増やすなどの手法が用いられてきた。

しかしながら、ファイバ伝送光の結像サイズを大きくするためには、光ファイバ２５のコアの径や結像レンズの結像倍率を大きなものに変更する必要がある。また、シリンドリカルレンズを用いる方法では、所望の加工幅に応じてそれぞれに適したシリンドリカルレンズに交換する必要がある。さらに、加工点数を増やす方法では、ファイバ伝送後の加工光学系の数およびそれらの加工光学系の移動手段を増やす必要がある。

このため、上述した従来の方法では、段取り変えに非常な手間がかかり非実用的であったり、部品点数が増えて装置の価格が高価となってしまったりするなどの問題があった。

また、分割レンズ・ＤＯＥ光学系などを用いて複数の加工点を構成し、これらを回転させて加工する方法も知られている（特許文献１参照）。しかしながら、結像ビーム形状が円形でない、例えば矩形の場合には、分割レンズ・ＤＯＥ光学系などを回転部９５によって回転させることにより加工ピッチや加工幅を調整することはできるが（図９（ａ）（ｂ）参照）、加工進行方向ＰＤに対してビーム形状が変化するため、スクライブラインのエッジの直線性が損なわれるなどの問題がある（図９（ｂ）参照）。

特許第３２９３１３６号

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、光ファイバによって伝送されたレーザ光で被処理体を加工する際に、被処理体に照射されるレーザ光の幅を容易に変化させることができ、かつ、安価に製造することができるレーザ照射装置を提供するとともに、このようなレーザ照射装置によるレーザ照射方法を提供することを目的とする。

本発明によるレーザ照射装置は、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されるレーザ光を案内するとともに当該レーザ光を端面から外部に照射する複数の光ファイバと、
前記光ファイバの端面を被処理体に対して相対的に加工進行方向に沿って移動させる加工移動部と、
前記光ファイバの端面から照射されるレーザ光の各々が入射される一つの結像レンズと、
前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つに連結され、該光ファイバの端面を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させるファイバ移動部と、
を備えている。

本発明によるレーザ照射装置において、
前記ファイバ移動部は、光ファイバの端面を、前記結像レンズの光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させてもよい。

本発明によるレーザ照射装置において、
前記ファイバ移動部は光ファイバの各々に連結され、該光ファイバの端面の各々を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させてもよい。

本発明によるレーザ照射装置において、
前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つは前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動せず固定されてもよい。

本発明によるレーザ照射装置において、
前記光ファイバの端面が矩形状からなってもよい。

本発明によるレーザ照射装置において、
前記光ファイバの端面の各々は、加工進行方向に沿って互いにずれた位置に配置されており、
前記光ファイバの端面から照射されるレーザ光による被処理体上の加工箇所は、前記加工進行方向に直交する方向で重複してもよい。

本発明によるレーザ照射方法は、
複数の光ファイバ内でレーザ発振器から発振されるレーザ光を案内し、当該光ファイバの端面の各々からレーザ光を外部に照射させた後、当該レーザ光を一つの結像レンズに入射させ、その後、当該レーザ光を前記被処理体で結像させる工程と、
前記光ファイバの端面を被処理体に対して相対的に加工進行方向に沿って移動させる工程と、
前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つの端面を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させる工程と、
を備えている。

本発明によるレーザ照射方法において、
前記光ファイバの端面を、前記結像レンズの光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させてもよい。

本発明によれば、複数の光ファイバのうちの少なくとも一つの端面を少なくとも加工進行方向に直交する方向に移動することができる。このため、光ファイバによって伝送されたレーザ光で被処理体を加工する際に、被処理体に照射されるレーザ光の幅を容易に変化させることができる。また、このように構成することによって、被処理体に照射されるレーザ光の幅を変化させるレーザ照射装置を安価に製造することができる。また、このようなレーザ照射装置によるレーザ照射方法を提供することもできる。

本発明の実施の形態によるレーザ照射装置の構成を示した側方図。 本発明の実施の形態によるレーザ照射装置のファイバ保持筐体内の構成を示した上方平面図。 本発明の実施の形態の変形例によるレーザ照射装置のファイバ保持筐体内の構成を示した上方平面図。 本発明の実施の形態によるレーザ照射装置によって被加工基板を加工する態様を示した図。 本発明の実施の形態の変形例によるレーザ照射装置のファイバ保持筐体内の構成を示した上方平面図。 本発明の実施の形態の変形例によるレーザ照射装置によって被加工基板を加工する態様を示した図。 本発明の実施の形態において、アクチュエータおよび光ファイバの端面の配置位置を変えた一例を示す図。 本発明の実施の形態において、アクチュエータおよび光ファイバの端面の配置位置を変えた別の例を示す図。 従来のレーザ照射装置の一例によって被加工基板を加工する態様を示した斜視図。 従来のレーザ照射装置の別の例によって被加工基板を加工する態様を示した上方平面図。

実施の形態
以下、本発明に係るレーザ照射装置およびレーザ照射方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図７は本発明の実施の形態を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態のレーザ照射装置は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１から発振されるレーザ光Ｌを案内するとともに当該レーザ光Ｌを端面から外部に照射する複数の光ファイバ２５と、光ファイバ２５の端面を被処理体に対して相対的に加工進行方向ＰＤ（図２Ａ参照）に沿って移動させる加工移動部３５と、複数（本実施の形態では４つ）の光ファイバ２５の各々に連結され、当該光ファイバ２５の端面を加工進行方向ＰＤに直交する方向に移動させるアクチュエータ（ファイバ移動部）１０（図２Ａ参照）と、各光ファイバ２５の端面の下方に設けられ、各光ファイバ２５の端面から照射されたレーザ光Ｌを結像させる結像レンズ１７（図２Ａ参照）と、を備えている。

また、図１に示すように、レーザ照射装置の近傍には、被処理体である被加工基板６０を保持する保持部１が設けられている。なお、本実施の形態では、ガラス基板（基板）６１と、当該ガラス基板６１に配置された薄膜６２とを有する被加工基板６０を用いて説明するが、処理される被処理体はこれに限られることはない。

また、図１に示すように、光ファイバ２５の端面はファイバ保持筐体１１内に配置されている。そして、加工移動部３５によって、ファイバ保持筐体１１が加工進行方向ＰＤに沿って移動されることによって、光ファイバ２５の端面が加工進行方向ＰＤに沿って移動されることとなる。なお、図２Ａに示すように、ファイバ保持筐体１１内には、アクチュエータ１０も配置されており、当該アクチュエータ１０によってファイバ保持筐体１１内で光ファイバ２５の端面が移動されることとなる。

また、図２Ａに示すように、アクチュエータ１０の各々は、加工進行方向ＰＤに沿って互いにずれた位置に配置されており、加工進行方向ＰＤに対して直交する方向に光ファイバ２５の端面を駆動するように構成されている。

また、図１に示すように、レーザ発振器２１と光ファイバ２５との間には、レーザ発振器２１から発振されたレーザ光Ｌを集光するための集光レンズ２２が設けられている。また、レーザ発振器２１には、レーザ発振器２１のＯＮ／ＯＦＦおよびレーザ条件を制御する制御装置５０が接続されている。

また、本実施の形態では、アクチュエータ１０の各々が、光ファイバ２５の端面の各々を、結像レンズ１７の光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させるように構成されている。なおこの点、このような態様に限られることはなく、アクチュエータ１０の各々を、光ファイバ２５の端面の各々を軸対称とせずに移動させてもよい。

ところで、本実施の形態では、光ファイバ２５の端面が加工進行方向ＰＤに沿って移動される態様を用いて説明するが、光ファイバ２５の端面が被加工基板６０に対して相対的に移動されれば、これに限られることはない。例えば、保持部１が加工進行方向ＰＤに沿って移動されてもよいし、保持部１と光ファイバ２５の端面の両方が加工進行方向ＰＤに沿って移動されてもよい。また、本実施の形態では、光ファイバ２５の端面を加工進行方向ＰＤに直交する方向に移動させる態様を用いて説明するが、移動方向が加工進行方向ＰＤに直交する成分を含むのであれば、これに限られることはない。例えば、光ファイバ２５の端面を加工進行方向ＰＤに斜め方向に移動させる態様でもよい（図２Ｂ参照）。

また、上記では結像レンズ１７を一つで構成される態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、結像レンズ１７が複数のレンズにより構成されて、これら複数のレンズによってレーザ光Ｌを結像させてもよい。

また、本実施の形態では、ファイバ移動部としてアクチュエータ１０を用いて説明するが、このアクチュエータ１０としては圧電素子、リニアモータ、リニアコイル、シリンダなどを用いることができる。ところで、ファイバ移動部は、大きさが小さく、動作応答性、動作速度が速いものからなることが好ましい。また、アクチュエータ１０を用いずにファイバ２５の端面を手動で移動させてもよく、この場合には、例えば、移動架台（トラック）上でファイバ２５の端面を移動させればよい。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

まず、ガラス基板６１と、当該ガラス基板６１に配置された薄膜６２とを有する被加工基板６０が準備される。その後、保持部１によって被加工基板６０が保持される。このとき、薄膜６２がガラス基板６１の下方に位置するようにして、保持部１によって被加工基板６０が保持される（図１参照）。

次に、制御装置５０からの信号を受けてレーザ発振器２１からレーザ光Ｌが発振される（図１参照）。このとき、制御装置５０によってレーザ光Ｌのレーザ条件が調整されている。

そして、レーザ発振器２１から発振されたレーザ光Ｌは、集光レンズ２２を通過した後、複数（本実施の形態では４つ）の光ファイバ２５内を案内される。その後、光ファイバ２５の端面から、レーザ光Ｌが外部に照射され、薄膜６２が加工されることとなる。

このとき、加工移動部３５によって、光ファイバ２５の端面が加工進行方向ＰＤに沿って移動され、この結果、薄膜６２が加工進行方向ＰＤに沿って加工されて除去され、薄膜６２にスクライブラインが形成されることとなる。

本実施の形態によれば、図２Ａに示すように、アクチュエータ１０の各々が、加工進行方向ＰＤに沿って互いにずれた位置に配置され、光ファイバ２５の端面の各々も加工進行方向ＰＤに沿って互いにずれた位置に配置されている。そして、アクチュエータ１０の各々は、加工進行方向ＰＤに対して直交する方向に光ファイバ２５の端面を自由な位置に移動させることができる。

したがって、光ファイバ２５を経たレーザ光Ｌで被加工基板６０を加工する際に、複数の光ファイバ２５の端面の各々を加工進行方向ＰＤに直交する方向に自由な位置に移動させることができ、被加工基板６０に照射されるレーザ光Ｌの幅Ｄ（図３参照）を容易かつ自由に変化させることができる。この結果、被加工基板６０の薄膜６１に形成されるスクライブラインの幅を自在に調整することができる。

また、光ファイバ２５の端面の各々が加工進行方向ＰＤに沿って互いにずれた位置に配置され、光ファイバ２５の端面から照射されるレーザ光Ｌが加工進行方向ＰＤに沿って互いにずれた位置で結像される。このため、被処理基板６０に対して時間差を持ってレーザ光Ｌを照射することができ、同時に照射されることがない。この結果、レーザ光Ｌが合成されて照射されないので、光ファイバ２５の端面が移動しても加工点の条件は変わらず、加工状態を光ファイバ２５の端面の移動に関係なく一定とすることができる。

また、本実施の形態によれば、アクチュエータ１０の各々を駆動するだけでレーザ光Ｌの幅Ｄを自由に変化させることができるので、複数の大型の装置を用いることなくレーザ光Ｌの幅Ｄを変化させることができ、このような機能を持つレーザ照射装置を安価に製造することができるメリットもある。

また、本実施の形態では、アクチュエータ１０の各々が、光ファイバ２５の端面の各々を、結像レンズ１７の光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させる。このため、被加工基板６０に照射されるレーザ光Ｌの強度分布の対称性を実現することができ、被加工基板６０を精度良く加工することができる。

なお、図２Ａでは、端面が円形状からなる光ファイバ２５を示しているが、これに限られることはなく、図４に示すように、光ファイバ２５の端面は矩形状からなっていてもよい。このように矩形状の端面からなる光ファイバ２５を用いる場合には、薄膜６２に形成されるスクライブラインの両縁の直線性を実現することができ、好ましい（図５参照）。

例えば、特許文献１のように分割レンズ・ＤＯＥ光学系を回転させて加工する方法を用いた場合であって、矩形状の端面からなる光ファイバ２５を用いた場合には、加工進行方向ＰＤに対してビーム形状が変化してしまい、スクライブラインのエッジの直線性が損なわれてしまう（図９（ｂ）参照）。これに対して本実施の形態によれば、矩形状の端面からなる光ファイバ２５を用いた場合であってもスクライブラインのエッジの直線性を保つことができ（図５参照）、矩形状の端面からなる光ファイバ２５を用いるメリットを十分に生かすことができる。なお、光ファイバ２５の端面を矩形状とすることは必ずしも必要ではなく、マスクを使用したり、光学的に成形したり、レーザ光Ｌを走査したりすることによってレーザ光Ｌの横断面を矩形状とすることができる。ただし、光ファイバ２５の端面を矩形状とすることで、レーザ光Ｌを遮蔽したり走査させたりすることなくレーザ光Ｌの横断面を矩形状とすることができるので有益である。

上記では、アクチュエータ１０が各光ファイバ２５に連結され、光ファイバ２５の端面の各々が加工進行方向ＰＤに直交する方向に移動される態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、複数の光ファイバ２５のうちの例えば一つが加工進行方向ＰＤに直交する方向に移動せず固定され、このように固定された光ファイバ２５に対して、それ以外の光ファイバ２５が加工進行方向ＰＤに直交する方向に移動される態様を用いてもよい。

また、上記では複数のレーザ発振器２１を用いて説明したが、これに限られることはなく、一台のレーザ発振器２１から照射されたレーザ光Ｌを分岐して、分岐されたレーザ光Ｌが各光ファイバ２５を経て、その端面から照射される態様であってもよい。

なお、上記では、光ファイバ２５の端面が加工進行方向ＰＤに沿ってずれた態様を用いて説明したが、これに限られることはなく、光ファイバ２５の端面の各々または複数の光ファイバ２５の端面のうちの一部が加工進行方向ＰＤに沿った方向で重複する位置に位置してもよい（図６（ａ）（ｂ）および図７（ａ）（ｂ）参照）。また、光ファイバ２５の端面の各々の間隔が不統一なピッチからなってもよい。さらに、光ファイバ２５の端面から照射されるレーザ光Ｌによる被処理基板６０上の加工箇所が、加工進行方向ＰＤに直交する方向で重複してもよいが（図３および図５参照）、これに限られることはなく、必ずしも光ファイバ２５の端面の各々が加工進行方向ＰＤに直交する方向で重複する必要はない。

光ファイバ２５の端面が加工進行方向ＰＤに沿った方向で重複する位置に位置する場合には、例えばアクチュエータ１０の位置が上下方向でずれてもよいし（図６（ｂ）参照）、また、重複する光ファイバ２５の端面を移動させるアクチュエータ１０の間が、互いに障害にならないよう、ある程度離れていてもよい（図７（ａ）（ｂ）参照）。なお、図６（ａ）および図７（ａ）はアクチュエータ１０および光ファイバ２５の端面の配置位置を示した上方平面図であり、図６（ｂ）および図７（ｂ）の各々は、図６（ａ）および図７（ａ）を矢印Ｂの方向から見た正面図である。

１ 保持部
１０ ファイバ移動部（アクチュエータ）
１７ 結像レンズ
２１ レーザ発振器
２５ 光ファイバ
３５ 加工移動部
５０ 制御装置
６０ 被加工基板
６１ ガラス基板（基板）
６２ 薄膜
Ｌ レーザ光

Claims (8)

1. レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から発振されるレーザ光を案内するとともに当該レーザ光を端面から外部に照射する複数の光ファイバと、
   前記光ファイバの端面を被処理体に対して相対的に加工進行方向に沿って移動させる加工移動部と、
   前記光ファイバの端面から照射されるレーザ光の各々が入射される一つの結像レンズと、
   前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つに連結され、該光ファイバの端面を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させるファイバ移動部と、
   を備え、
   前記光ファイバの端面は、加工進行方向に沿って互いにずれた位置に配置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
2. 前記ファイバ移動部は、光ファイバの端面を、前記結像レンズの光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記ファイバ移動部は光ファイバの各々に連結され、該光ファイバの端面の各々を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のレーザ照射装置。
4. 前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つは前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動せず固定されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のレーザ照射装置。
5. 前記光ファイバの端面が矩形状からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
6. 前記光ファイバの端面から照射されるレーザ光による被処理体上の加工箇所は、前記加工進行方向に直交する方向で重複することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
7. 複数の光ファイバ内でレーザ発振器から発振されるレーザ光を案内し、当該光ファイバの端面の各々からレーザ光を外部に照射させた後、当該レーザ光を一つの結像レンズに入射させ、その後、当該レーザ光を前記被処理体で結像させる工程と、
   前記光ファイバの端面を被処理体に対して相対的に加工進行方向に沿って移動させる工程と、
   前記複数の光ファイバのうちの少なくとも一つの端面を前記加工進行方向に直交する成分を含む方向に移動させる工程と、
   を備え、
   前記光ファイバの端面は、加工進行方向に沿って互いにずれた位置に配置されていることを特徴とするレーザ照射方法。
8. 前記光ファイバの端面を、前記結像レンズの光軸に対して軸対称の位置関係を保ちつつ移動させることを特徴とする請求項７に記載のレーザ照射方法。

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