本发明涉及使用激光的处理设备，更具体地，涉及一种能够通过在工件内沿垂直方向形成多个激光点(spot)来在工件上执行切割处理的垂直多束激光处理装置。
背景技术：
目前，就显示设备的基板而言，玻璃系列的基板用作基体基板，并且这种玻璃基板按照产品的尺寸被切割以待使用。虽然使用金刚石头或通过施加热冲击来切割基板的方法被用于将玻璃基板切割成产品的尺寸，但是最近通常采用用于使用激光来切割玻璃基板的装置。
目前所采用的使用激光的切割设备包括：台子，该台子用于将玻璃基板置于其上；切割头，该切割头设置有可移动地布置在台子上以照射激光束的激光照射设备；以及冷却剂注入设备，该冷却剂注入设备用于注入冷却剂。
如果将激光束照射到玻璃基板的切割部分上，则切割部分被加热，并且切割设备通过将冷却剂注入到被加热的部分上而使该部分瞬时地冷却，来切割玻璃基板。
然而，就钢化玻璃而言，如果使用通过将激光束照射到表面上而对玻璃进行加热并冷却玻璃的方法来切割玻璃，则由于形成在钢化玻璃的顶表面和底表面上的钢化层(即，压缩层)的性质而发生开裂现象，因此使用激光束来切割曲线或孔特别困难。
因此，如在发明名称为“Device for cutting tempered glass using laser and method thereof”的韩国特许公开专利No.2014-0022980中所公开的，用于使用激光来切割钢化玻璃的常规设备设置有用于通过物理冲击在钢化玻璃基板的切割预期线的一端处产生初始裂纹的单元，并且采用包括形成初始裂纹、沿着切割预期线从初始裂纹开始照射激光束、并且冷却并切割基板的步骤的方法。
因此，由于用于使用激光来切割钢化玻璃的常规设备应当使用具有由比钢化玻璃硬的材料形成的端子的裂缝生成探头，通过物理冲击来产生初始裂纹，因此不利之处在于设备和控制方法复杂并且切割时间延长。此外，在基板被切割成方形之后，应当使用单独的切割手段来在角部处执行切割处理，以形成圆形部分。
技术实现要素：
因此，已经考虑到现有技术中出现的上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种垂直多束激光处理装置，其中，能够在工件内沿垂直方向形成多个点，以通过一次聚焦处理来切割工件。
本发明的另一目的在于提供一种在工件内沿垂直方向形成多个点的方法，其中，通过以下步骤来同时形成多个点：将激光束进行分离，经由不同距离的多个光束路径来传输经分离的激光束，并且通过一个聚焦透镜来将光束聚焦到多个点上。
本发明包括作为工件的玻璃、蓝宝石、硅、砷化镓(GaAs)等，并且本发明的目的在于在针对所应用的激光波长存在透射的情况下对工件进行加工。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种垂直多束激光处理装置，该垂直多束激光处理装置包括：激光设备，所述激光设备用于产生用于对工件进行加工的激光光束；会聚透镜，所述会聚透镜用于将从所述激光设备投射的光束会聚到间隔开预定距离的位置的一点上，并且使经会聚的光束发散；光束路径分离单元，所述光束路径分离单元用于将从所述会聚透镜发散的光束通过不同距离的多个光路径在同一方向上射出；以及聚焦透镜，所述聚焦透镜用于接收从所述光束路径分离单元射出并通过多个不同的路径传输的光束，并且通过在不同距离的位置处形成焦点来将所述光束聚焦到不同距离的多个点上。
所述激光设备是用于产生能够对每个子脉冲的脉冲能量值和脉冲串的强度分布进行调整的一组脉冲的激光设备。
所述光束路径分离单元包括：第一偏振分束器，所述第一偏振分束器用于接收在由所述会聚透镜会聚之后发散的光束，使所述光束的一部分透射，并且使所述光束的一部分反射；第二偏振分束器，所述第二偏振分束器用于使通过所述第一偏振分束器透射的光束透射，并且使在与所透射的光束的方向相同的方向上通过多个不同的光路径输入的光束反射；第一分束器和第三分束器，所述第一分束器和所述第三分束器按照固定间隔安装在由所述第一偏振分束器反射的光束的路径上，以使所输入的光束的一部分透射并且使所输入的光束的一部分反射；第一反射镜，所述第一反射镜用于使所述第三分束器透射的光束反射；第二反射镜，所述第二反射镜用于使由所述第一反射镜反射的光束朝所述第二偏振分束器的后侧面的方向反射；以及第四分束器和第二分束器，所述第四分束器和所述第二分束器用于使所述第二反射镜的反射光束以及由所述第一分束器和第三分束器反射的光束透射和反射，以将光束输入到所述第二偏振分束器的所述后侧面。
根据本发明的另一方面的光束路径分离单元包括：在由所述会聚透镜会聚之后发散的光束的路径上按照固定间隔被排列成行的在第一方向上安装的第一偏振分束器和第二偏振分束器以及在第二方向上安装的第三偏振分束器和第四偏振分束器，以便使P波和S波中的一个透射并且将另一个反射；第三反射镜，所述第三反射镜用于使由所述第二偏振分束器反射的光束反射；第四反射镜，所述第四反射镜用于将所述第三反射镜的反射光束输入到所述第三偏振分束器的后侧面；第一反射镜，所述第一反射镜用于使由所述第一偏振分束器反射的光束反射；所述第一方向的第五偏振分束器，所述第一方向的所述第五偏振分束器用于使所述第一反射镜的反射光束反射和透射；在所述第二方向上安装的第六偏振分束器，所述第六偏振分束器用于使所述第五偏振分束器的透射光束透射；在所述第一方向上安装的第五反射镜，所述第五反射镜用于使由所述第五偏振分束器反射的光束反射；在所述第二方向上安装的第六反射镜，所述第六反射镜用于使所述第五反射镜的反射光束朝所述第六偏振分束器的后侧面反射；在所述第二方向上安装的第二反射镜，所述第二反射镜用于使所述第六偏振分束器透射和反射的光束朝所述第四偏振分束器的后侧面反射；以及第一波片至第四波片，所述第一波片至所述第四波片分别安装在所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器之间、所述第三偏振分束器和所述第四偏振分束器之间、所述第一反射镜和所述第五偏振分束器之间、以及所述第六偏振分束器和所述第二反射镜之间，以将光束转换成圆偏振光束。
在另一实施方式中，当四个光路径全部都朝向聚焦透镜的同时，通过防止光损耗，所述四个光路径的所有光束可以具有相同的光强度(光量)。
虽然本发明描述了光束路径分离单元的两个实施方式，但是本发明不限于此，并且能够应用以下这样的任何构造：该构造能够通过不同距离的多个光路径来对在由会聚透镜会聚之后发散的光束进行传输，并且在一个方向上射出所述光束。
在本发明中，可以通过四个光路径在不同的位置处形成四个点，并且作为形成相同的点尺寸的方法，能够通过改变物侧(object-side)数值孔径以具有形成图像的相同的像侧(image-side)数值孔径来使点尺寸形成为相同。
为此，本发明还包括第一数值孔径调整掩模至第四数值孔径调整掩模，所述第一数值孔径调整掩模至所述第四数值孔径调整掩模分别安装在所述第二偏振分束器和所述第三偏振分束器之间、所述第四反射镜和所述第三偏振分束器之间、所述第五偏振分束器和所述第六偏振分束器之间、以及所述第六反射镜和所述第六偏振分束器之间，以调整开口度。
此外，本发明可以提供一种能够在无需移动工件位置的情况下改变聚焦位置的方法。这能够通过使用电流镜和Fθ透镜来实现。
本发明还包括：第一电流镜，所述第一电流镜安装在第四偏振分束器的发射侧，以根据聚焦位置(一个方向，例如，x轴方向)来调整反射角度；以及第二电流镜，所述第二电流镜被安装以接收第一电流镜的反射光束并将其输入到聚焦透镜，并且根据聚焦位置(另一方向，例如，y轴方向)来调整反射角度。
附图说明
图1是示出了根据本发明的垂直多束激光处理装置的概念图。
图2是示出了根据本发明的另一实施方式的包括防止光损耗的分束器的构造在内的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
图3是示出了根据本发明的又一实施方式的使用波片的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
图4是示出了根据本发明的被构造为调整点尺寸的多点激光处理装置的构造的视图。
图5是示出了根据本发明的可变点位置的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
附图标记说明
1：工件 10：激光设备
11：准直仪 20：会聚透镜
30：光束路径分离单元 40：聚焦透镜
PBS1-PBS6：第一偏振分束器至第六偏振分束器
BS1-BS4：分束器
M1-M4：反射镜
WP1-WP4：第一波片至第四波片
NAM1-NAM4：第一数值孔径调整掩模至第四数值孔径调整掩模
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述本发明的实施方式。
图1是示出了根据本发明的垂直多束激光处理装置的概念图。
如该图所示，垂直多束激光处理装置包括：激光设备10，该激光设备10用于产生用于对工件1进行加工的激光束；会聚透镜20，该会聚透镜20用于将从激光设备10投射的光束会聚到间隔开预定距离的位置的一点上并且使光束发散；光束路径分离单元30，该光束路径分离单元30用于通过不同距离的多个光路径在同一方向上射出从会聚透镜20发散的激光束；以及聚焦透镜40，该聚焦透镜40用于接收从光束路径分离单元30射出并通过多个不同的路径传输的光束，并且通过在不同距离的位置处形成焦点来将光束聚焦到不同距离的多个点上。
这样，在本发明中，会聚透镜20将从激光设备10发射的光束会聚到特定点上并使光束发散。光束路径分离单元30接收在由会聚透镜20会聚之后发散的光束，并且通过不同距离的光路径(路径1至路径4)来将光束输入到聚焦透镜40。
由于光束路径分离单元30接收经发散的光束并通过不同距离的光路径来传输光束，因此当光束进入聚焦透镜40时，沿着每个光路径进入的光的宽度(物侧数值孔径)与沿着其它光路径进入的光的宽度不同，因此，通过聚焦透镜40对光束进行聚焦的位置彼此不同。也就是说，在同一路径上的不同的距离处形成了多个焦点。因此，可以在工件1上沿着同一路径形成不同位置的多个点a、b、c和d。
此外，激光设备10包括准直仪11，该准直仪11用于将激光束转换成平行光，并且将所述平行光输入到会聚透镜。
激光设备10是用于产生能够对每个子脉冲的脉冲能量值和脉冲串的强度分布进行调整的一组脉冲的激光设备。
如图1所示，根据本发明的实施方式的光束路径分离单元30包括：第一偏振分束器PBS1，所述第一偏振分束器PBS1用于接收在由所述会聚透镜20会聚之后发散的光束，使所述光束的一部分透射，并且使所述光束的一部分反射；第二偏振分束器PBS2，所述第二偏振分束器PBS2用于使通过所述第一偏振分束器PBS1透射的光束透射，并且使通过在与所透射的光束的方向相同的方向上的多个不同的光路径输入的光束反射；第一分束器BS1和第三分束器BS3，所述第一分束器BS1和所述第三分束器BS3按照固定间隔安装在由所述第一偏振分束器PBS1反射的光束的路径上，以使所输入的光束的一部分透射并且使所输入的光束的一部分反射；第一反射镜M1，所述第一反射镜M1用于使通过所述第三分束器BS3透射的光束反射；第二反射镜M2，所述第二反射镜M2用于使由所述第一反射镜M1反射的光束朝所述第二偏振分束器PBS2的后侧面的方向反射；以及第四分束器BS4和第二分束器BS2，所述第四分束器BS4和所述第二分束器BS2用于使所述第二反射镜M2的反射光束以及由所述第一分束器BS1和第三分束器BS3反射的光束透射和反射，以将光束输入到所述第二偏振分束器PBS2的所述后侧面。
在本发明的这样的实施方式中，在通过将会聚透镜20放置于发射平行光的激光设备后面形成了第一焦点之后，通过光束路径分离单元30将光分离到四个光路径(路径1至路径4)，然后再次将光进行合成并输入到聚焦透镜40。通过构造垂直多束激光处理装置，以通过改变第一焦点和聚焦透镜40之间的距离(物距)(即，通过改变经发散的光束的距离)而使进入聚焦透镜40的光具有不同的宽度，这是形成彼此不同的四个光路径的像点的原理。
例如，从式1推导式2。
(1/物距)+(1/图像距离)＝(1/焦距)--式1
物距＝(焦距×图像距离)/(图像距离-焦距)--式2
因此，由于焦点形成在不同位置的a、b、c和d处，其中，聚焦的图像距离(焦点的位置)彼此不同，因此彼此不同的光路径1至光路径4可以通过改变光路径的距离(即，物距)来形成多个点。
当使用上述分束器和反射镜来形成不同距离的多个光路径时，发生了光损耗，然而提出了用于防止光损耗的另一实施方式。
图2是示出了根据本发明的用于防止光损耗的多点激光处理装置的构造的视图。
如图2所示，根据本发明的另一实施方式的光束路径分离单元30包括：在第一方向上安装的第一偏振分束器PBS1和第二偏振分束器PBS2，以及在第二方向上安装的第三偏振分束器PBS3和第四偏振分束器PBS4，在由所述会聚透镜20会聚之后发散的光束的路径上按照固定间隔被排列成行，以便使P波和S波中的一个透射并且将另一个反射；第三反射镜M3，所述第三反射镜M3用于使由所述第二偏振分束器PBS2反射的光束反射；第四反射镜M4，所述第四反射镜M4用于将所述第三反射镜M3的反射光束输入到所述第三偏振分束器PBS3的后侧面；第一反射镜M1，所述第一反射镜M1用于使由所述第一偏振分束器PBS1反射的光束反射；所述第一方向的第五偏振分束器PBS5，所述第一方向的所述第五偏振分束器PBS5用于使所述第一反射镜M1的反射光束反射和透射；在所述第二方向上安装的第六偏振分束器PBS6，所述第六偏振分束器PBS6用于使所述第五偏振分束器PBS5的透射光束透射；在所述第一方向上安装的第五反射镜M5，所述第五反射镜M5用于使由所述第五偏振分束器PBS5反射的光束反射；在所述第二方向上安装的第六反射镜M6，所述第六反射镜M6用于使所述第五反射镜M5的反射光束朝所述第六偏振分束器PBS6的后侧面反射；以及在所述第二方向上安装的第二反射镜M2，所述第二反射镜M2用于使所述第六偏振分束器PBS6透射和反射的光束朝所述第四偏振分束器PBS4的后侧面反射。
根据本发明的另一实施方式的上述光束路径分离单元30的偏振分束器(PBS)具有将具有关于入射的倾斜表面的垂直方向上的波(偏振光)的P波以及具有水平方向上的波(偏振光)的S波分离的功能，并且如果将P波和S波混合的光束(如图2中的P0S0所示)从激光器输入到第一偏振分束器PBS1，则第一偏振分束器PBS1使P0波透射并使S0波反射。在描述本发明时，第一方向的示例是将组件安装为相对于光的行进方向成45度的锐角倾斜的情况，并且第二方向的示例是将组件安装为以45度的钝角倾斜(即，布置为与第一方向垂直)的情况。
将光路径1和2的所有四个组件PBS2、PBS3、M3和M4都布置在同一平面上，并且相对于光路径1旋转45度。
将光路径3和4的所有四个组件PBS5、PBS6、M5和M6都布置在同一平面上，并且相对于光路径3旋转45度。
下面将描述光路径1和2。
如果第二偏振分束器PBS2的倾斜表面针对通过第一偏振分束器PBS1透射的P0波旋转45度，而没有使倾斜表面照原样保持在垂直方向(0度)上，则入射P0波被转换成相对于倾斜表面旋转45度的P45波和S45波，并且第二偏振分束器PBS2使P45波透射(光路径1)并使S45波反射(光路径2)。
所透射的P45波穿过第三偏振分束器PBS3，并且所反射的S45波由第三反射镜M3和第四反射镜M4反射，然后由第三偏振分束器PBS3反射。
如果第四偏振分束器PBS4的倾斜表面像第一偏振分束器PBS1的倾斜表面一样照原样保持在垂直方向(0度)上，则分别由第三偏振分束器PBS3透射和反射的P45波和S45波变成P0波。也就是说，设置为0度且没有相对于分别旋转45度的第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3进行旋转的第四偏振分束器PBS4将P45波和S45波的合成光识别为P0光，并且使P45波和S45波两者透射。
下面将描述光路径3和4。
由第一偏振分束器PBS1反射的S0波在由第一反射镜M1反射之后进入第五偏振分束器PBS5，并且如果第五偏振分束器PBS5的倾斜表面旋转45度，而没有使倾斜表面照原样保持在垂直方向(0度)上，则入射的S0波被转换成相对于倾斜表面旋转45度的P45波和S45波，并且第五偏振分束器PBS5使P45波透射(光路径3)并使S45波反射(光路径4)。
所透射的P45波穿过第六偏振分束器PBS6，并且所反射的S45波由第五反射镜M5和第六反射镜M6反射，输入到第六偏振分束器PBS6的后侧面并且由第六偏振分束器PBS6反射。
分别由第六偏振分束器PBS6透射和反射的P45波和S45波由第二反射镜M2反射，输入到第四偏振分束器PBS4的后侧面并且由第四偏振分束器PBS4反射。如果第四偏振分束器PBS4的倾斜表面像第三偏振分束器PBS3的倾斜表面一样照原样保持在垂直方向(0度)上，则从第二反射镜M2输入到第四偏振分束器PBS4的后侧面的波变成S0波。也就是说，相对于分别旋转45度的第五偏振分束器PBS5和第六偏振分束器PBS6而设置为0度的第四偏振分束器PBS4将通过光路径3和4的P45波和S45波的合成光识别为S0光，并且使P45波和S45波两者反射。
如果光路径1和2以及光路径3和4的组件相对于上述初始光路径旋转45度，则四个光路径的所有光束均朝向聚焦透镜，而不产生光损耗，并且所述四个光路径的光束均可能具有相同的光强度(光量)。
在这样的另一实施方式中，当所有四个光路径均朝向聚焦透镜的同时，通过防止光损耗，所述四个光路径的所有光束均可以具有相同的光强度(光量)。
图3是示出了根据本发明的使用波片的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
如该图所示，除了图2的另一实施方式的构造之外，根据本发明的又一实施方式的光束路径分离单元30包括第一波片WP1至第四波片WP4，该第一波片WP1至第四波片WP4分别安装到第一偏振分束器PBS1和第二偏振分束器PBS2之间、第三偏振分束器PBS3和第四偏振分束器PBS4之间、第一反射镜M1和第五偏振分束器PBS5之间、以及第六偏振分束器PBS6和第二反射镜M2之间，以将光束转换成圆偏振光束。
图3示出了四个光路径的特定的又一实施方式。
其示出了当所有四个组件被布置在光路径1和2以及光路径3和4的同一平面上的同时，与所有四个组件旋转45度的构造相比，在四个波片未旋转45度的情况下构造垂直多束激光处理装置的方法。
描述光路径1和2，这是为了将第二偏振分束器PBS2的倾斜表面放置为相对于所透射的P0波与第一偏振分束器PBS1的倾斜表面相同而放置波片(WP、波延迟片，以下称为波片)的方法。穿过第一波片WP1的P0波通过第一偏振分束器PBS1而转换成圆偏振光束，并且圆偏振光束的P波分量穿过第二偏振分束器PBS2并沿着光路径1行进，而圆偏振光束的S波分量由第二偏振分束器PBS2反射并沿着光路径2行进。
另外，P波和S波由第三偏振分束器PBS3合成并由第二波片WP2转换成线偏振光束P0，并且P0波穿过第四偏振分束器PBS4。
描述光路径3和4，由第一偏振分束器PBS1反射的S0波被第一反射镜M1反射，并且进入第五偏振分束器PBS5，而这是为了将第五偏振分束器PBS5的倾斜表面放置为与第一偏振分束器PBS1的倾斜表面相同而放置波片的方法。由第一偏振分束器PBS1反射的S0波通过第三波片WP3而转换成圆偏振光束，并且圆偏振光束的P波分量穿过第五偏振分束器PBS5并沿着光路径3行进，而圆偏振光束的S波分量由第五偏振分束器PBS5反射并沿着光路径4行进。另外，P波和S波由第六偏振分束器PBS6合成，由第四波片WP4转换成线偏振光束S0并由第四偏振分束器PBS4反射。
如果如上所述在光路径1和2以及光路径3和4的组件之间放置波片(波延迟片)，则所述四个光路径的所有光束在不会产生光损耗的情况下均朝向聚焦透镜40，并且所述四个光路径的光束可以具有相同的光强度(光量)。
此外，在本发明中，能够由四个光路径在不同的位置处形成四个点，并且作为形成相同的点尺寸的方法，能够通过改变物侧数值孔径以具有形成图像的相同的像侧数值孔径，来使点尺寸形成为相同。也就是说，通过聚焦透镜的物侧数值孔径(即，入射开口的尺寸)来改变形成图像的像侧数值孔径，并且通过像侧数值孔径来改变点尺寸。因此，在本发明中，能够通过改变物侧数值孔径以具有相同尺寸的像侧数值孔径，来将点尺寸调整为与其它的点尺寸相同。
图4是示出了根据本发明的能够调整点尺寸的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
在图3中示出的根据本发明的光束路径分离单元30还包括第一数值孔径调整掩模NAM1至第四数值孔径调整掩模NAM4，该第一数值孔径调整掩模NAM1至第四数值孔径调整掩模NAM4分别安装在第二偏振分束器PBS2和第三偏振分束器PBS3之间、第四反射镜M4和第三偏振分束器PBS3之间、第五偏振分束器PBS5和第六偏振分束器PBS6之间、以及第六反射镜M6和第六偏振分束器PBS6之间，以调整开口度(opening degree)。
根据本发明的上述又一实施方式，第一数值孔径调整掩模NAM1至第四数值孔径调整掩模NAM4分别安装在光路径1至光路径4上。如果通过调整光路径1至光路径4的第一数值孔径调整掩模NAM1至第四数值孔径调整掩模NAM4来将物侧数值孔径调整为具有相同的聚焦透镜40的像侧数值孔径，则所有四个点a、b、c和d能够被形成为具有相同的尺寸。
本发明可以提供一种能够在无需移动工件位置的情况下改变聚焦位置的方法。这能够通过使用电流镜和Fθ透镜作为聚焦透镜来实现。
图5是示出了根据本发明的能够改变聚焦位置的垂直多束激光处理装置的构造的视图。
在本发明中，使用远心Fθ透镜作为聚焦透镜，并且垂直多束激光处理装置包括：第一电流镜GM1，该第一电流镜GM1安装在第四偏振分束器的发射侧；以及第二电流镜GM2，该第二电流镜GM2用于接收第一电流镜GM1的反射光束并将该反射光束输入到远心Fθ透镜，并且第一电流镜GM1和第二电流镜GM2可以通过改变光束在x轴方向和y轴方向上的行进方向来改变形成远心Fθ透镜的焦点的位置。
这样，远心Fθ透镜用作聚焦透镜，且在Fθ透镜之前安装两个电流镜GM1和GM2，使得所述电流镜可以通过改变并扫描光束在x轴和y轴上的行进方向来改变暴露于光的位置。虽然在使用聚焦透镜的现有方法中，整个光学系统应该在x方向和y方向上移动以用于对玻璃基板进行穿孔处理(hole processing)和切割，但是如果使用了电流镜和Fθ透镜，则能够在无需沿x方向和y方向移动整个光学系统的情况下通过根据x扫描和y扫描改变点的水平位置来对玻璃基板进行加工。
本发明具有以下效果：在工件内同时形成多个点，通过使用窄脉冲(burst pulse)来减少表面损伤，通过调整物点的位置而调整点位置来减少点尺寸的变化，通过保持能量密度值不改变来减少切割时间，以及执行高质量处理。另外，本发明在以下方面是有效的：能够通过调整光路径的开口度来将用于形成一焦点的点尺寸调整为与其它焦点的点尺寸相等，另外，如果使用了Fθ透镜和电流镜，则能够按照扫描方法而无需移动光学系统来在水平面上移动形成在工件上的点位置。