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Title:
DEVICE FOR TREATING SUBSTRATES BY LASER RADIATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/103887
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for treating substrates by laser radiation. The inventive device comprises a revolving mirror (16) or the like through which an incident laser beam (12) is reflected in various beam paths whose beams can be focused onto the substrate (10) in such a manner that the various beam paths result in different positions of the respective focal points on the substrate. One common focus lens (26) is associated with at least two beam paths and is used to focus the respective beams on the respective positions onto the substrate (10).

Inventors:
PAUL HELMUT (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/003855
Publication Date:
December 18, 2003
Filing Date:
April 14, 2003
Export Citation:
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Assignee:
MLT MICRO LASER TECHNOLOGY GMB (DE)
PAUL HELMUT (DE)
International Classes:
B23K26/067; (IPC1-7): B23K26/067
Domestic Patent References:
WO2001024964A12001-04-12
Foreign References:
DE3728660A11989-03-09
US4624528A1986-11-25
US5037183A1991-08-06
US20010038068A12001-11-08
US4378480A1983-03-29
US4687283A1987-08-18
US4468551A1984-08-28
US6053409A2000-04-25
US5179271A1993-01-12
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 20 10 July 2001 (2001-07-10)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 06 30 April 1998 (1998-04-30)
Attorney, Agent or Firm:
MANITZ, FINSTERWALD & PARTNER GBR (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat (10) fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat (10) ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Strahlpfaden eine gemeinsame Fokussierlinse (26) zugeordnet ist, über die die betreffenden Strahlen an den betref fenden Positionen auf das Substrat (10) fokussierbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehspiegel (16) und dem Substrat (10) wenigs tens ein Umlenkspiegel (22,24) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufwei senden Strahlpfade über den bzw. die Umlenkspiegel (22,24) auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) gelenkt werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufweisenden Strahl pfaden überdies ein gemeinsamer Umlenkspiegel (24) zugeordnet ist, der die auf ihn auftreffenden Strahlen direkt auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) lenkt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokus sierlinse eine Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammel linsen (20120n) vorgesehen ist, die in einem ihrer Brennweite ent sprechenden Abstand vom Drehspiegel (16) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Strahlpfad jeweils ein diesem zugeordneter getrennter Umlenkspiegel (22) vorgesehen ist, der zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) angeordnet ist, um den jeweiligen, vom Drehspiegel (16) kommenden Strahl auf die ge meinsame Fokussierlinse (26) bzw. den gemeinsamen Umlenkspie gel (24) zu lenken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strahlpfaden zugeordneten getrennten Umlenkspiegel (22) zwischen der Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (20120n) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) bzw. zwischen der Anordnung (20) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (20120n) und dem gemeinsamen Umlenkspiegel (24) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse (26) aufwei senden Strahlpfade mit unterschiedlichen Winkeln auf der gemein samen Fokussierlinse (26) auftreffen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von unterschiedlichen Bearbeitungsspuren (30) auf dem bewegten Substrat (10) die sich in einer zur Substratober fläche (28) senkrechten und quer zur Substratbewegungsrichtung (L) verlaufenden Ebene ergebenden Auftreffwinkel voneinander ver schieden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffwinkel zumindest teilweise variabel einstellbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auftreffwinkel der Abstand (a) zwischen den jeweiligen Bearbeitungsspuren (30) variabel einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die sich in einer zur Substratoberfläche (28) senkrecht und in Substratbewegungsrichtung (L) verlaufenden Ebene erge benden Auftreffwinkel die Bearbeitungspositionen in Substratbewe gungsrichtung (L) variabel einstellbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über die betreffenden Auftreffwinkel der zeitliche Versatz sowie der durch die Substratbewegung bedingte Versatz der Strahlen der verschiedenen Strahlpfade so kompensierbar ist, dass sich quer zur Substratbewegungsrichtung (L) nebeneinander liegende Arbeitsposi tionen ergeben.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Auftreffwinkel zumindest ein Teil der Um lenkspiegel (22,24) entsprechend variabel einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung der Strahlung vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung des einfallenden Laserstrahls vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungszeiten variabel einstellbar sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerwinkel des Drehspiegels (16) größer gewählt ist, als dies zum Überstreichen der Strahlpfade erforderlich ist, und dass die Laserquelle während der sich ergebenden Überhangzonen ein bzw. ausschaltbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einfallende Laserstrahl lediglich durch einen Teil der Spie gelflächen (18) des Drehspiegels (16) in die jeweiligen Strahlpfade re flektiert wird, wobei die restlichen Spiegelflächen zur Unterbrechung der Strahlpfade eine im Vergleich zu den aktiven Spiegelflächen an dere Neigung besitzen.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Spiegelflächen (18) des Drehspiegels (16) gekrümmt ist, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffenden Spiegelflächen (18) jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels (16) gekrümmt sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils sphärisch gekrümmte Spiegelflächen vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Drehspiegel (16) und/oder in wenigstens einem der Strahlpfade zwischen dem Drehspiegel (16) und der gemeinsamen Fokussierlinse (26) ein optomechanischer Schalter vorgesehen ist, durch den die Strahlung unterbrechbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absorption der aus den Strahlpfaden heraus gelenkten Strahlung bzw. Stahlungsanteilen wenigstens ein Absorber vorgese hen ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik (32) vorgesehen ist, über die insbesondere die Auftreffwinkel, mit denen die Strahlen auf die gemeinsame Fokussierlinse (26) auftref fen, entsprechend einstellbar sind bzw. die Strahlung entsprechend unterbrechbar ist.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils eine zumindest zwei Strahlpfaden gemeinsame Fokussierlinse (26) und gegebenenfalls einen gemeinsamen Umlenk spiegel (24) umfassende Bearbeitungseinheiten (36,38) vorgesehen sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheiten (36,38) in Substratbewegungsrich tung (L) relativ zueinander verstellbar sind.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bearbeitungseinheiten (36,38) über eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik (32) entsprechend verstellbar sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bearbeitungseinheiten (36,38) in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und gegebenenfalls der Wiederholfrequenz der Strahlpfadunterbrechungen (34) relativ zueinander so verstell bar sind, dass ein sich in Substratbewegungsrichtung (L) ergeben der jeweiliger Versatz zwischen den Bearbeitungspositionen und/oder Unterbrechungen zumindest im Wesentlichen kompen siert wird.
30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Stabilisierung des Substrates (10) auf dessen seiner Bear beitungsseite gegenüberliegenden Seite vorzugsweise verstellbare Laufrollen vorgesehen sind, wobei diese Laufrollen vorzugsweise in Bereichen außerhalb der jeweiligen Bearbeitungspositionen ange ordnet sind.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der einfallende Laserstrahl durch ein Linse (14) auf den Dreh spiegel (16) fokussiert wird.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass als Drehspiegel ein PolygonDrehspiegel (16) vorgesehen ist.
33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Linsen (14, 20120n), zwischen denen der Drehspiegel (16) angeordnet ist, sphärische und/oder zylindrische Sammellinsen sind.
34. Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat (10) fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat (10) ergeben, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Teil der Spiegelflächen (18) des Drehspiegels (16) gekrümmt ist, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die betreffenden Spiegelflächen (18) jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels (16) gekrümmt sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 34 oder 35, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils sphärisch gekrümmte Spiegelflächen vorgesehen sind.
Description:
Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat ergeben.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zum Bearbeiten von bei- spielsweise bandförmigen Materialien mittels Laserstrahlung verwendet, wobei das Laserlicht in mehrere quasi-simultane Bearbeitungsstellen aufgeteilt und gleichzeitig aus dem Dauerlicht des Lasers kurze Pulse sehr hoher Frequenz erzeugt werden. Die hohe Pulswiederholungsrate resul- tiert in entsprechend hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Trotz des Einsatzes weniger oder lediglich eines einzelnen Lasers ist eine nahezu gleichzeitige Beaufschlagung des Substrats in mehreren Zielgebie- ten möglich. Die Anwendung mehrerer Laser verbietet sich in der Regel aus Kosten-und Platzgründen. Eine Strahlaufteilung durch so genannte Strahlteiler wäre insoweit von Nachteil, als die resultierenden Teilstrahlen eine entsprechend geringere Intensität aufweise würden, die für bestimm- te Bearbeitungsverfahren nicht mehr ausreichend ist. Überdies würden die Teilstrahlen auch eine wechselnde, d. h. jedenfalls unterschiedliche Intensität und/oder räumliche Intensitätsverteilung aufweisen. So ist bei Strahlteilern häufig die unterschiedliche Beeinflussung des Strahlprofils das Hauptproblem, insbesondere bei Verschmutzungen (Strahlgeometrie).

Beispielsweise bei der Perforierung von Papier mittels Laserlichtstrahlen ist es zur Erzeugung einer gleichmäßigen Lochgröße und Güte erforder- lich, eine bestimmte relativ hohe und gleich bleibende Intensität des die Perforation durchführenden Laserlichtstrahls sicher zu stellen. Eine Strahlteilung wäre somit auch hier wieder ungünstig.

Bei den bisher üblichen Vorrichtungen der eingangs genannten Art (vgl. z. B. DE-C-2918283) gelangen die nach dem Vereinzeln des Laserlichtes durch das Multiplexerprinzip bzw. den Drehspiegel erhaltenen Einzel- strahlen jeweils über eigens zugeordnete getrennte Umlenkspiegel und eine eigens zugeordnete getrennte Fokussieroptik auf das Substrat, d. h. den Werkstoff. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung und des entspre- chenden Platzbedarfs der den einzelnen Strahlengängen zugeordneten getrennten Fokussierköpfe ist der minimale Abstand zwischen zwei be- nachbarten Bearbeitungsspuren nun aber begrenzt. Möchte man bei- spielsweise zwei Bearbeitungsspuren von Perforationslöchern sehr nahe, beispielsweise in einem Abstand von 1 mm, nebeneinander auf dem bahn- förmigen Werkstoff einbringen, so müssen die Fokussier-oder Bearbei- tungsköpfe mit einem jeweiligen Durchmesser von z. B. etwa 30 mm zwangsläufig in Bahnlaufrichtung hintereinander angeordnet werden.

Sollen beispielsweise Perforationsspuren oder-linien in einem Abstand von beispielsweise 1 mm erzeugt werden, indem z. B. das Laserlicht vor dem Strahlmultiplexer bzw. Drehspiegel entsprechend unterbrochen, d. h. gepulst wird, so hätte dies zur Folge, dass die Unterbrechung der Perfora- tion von Spur zu Spur um den jeweiligen Versatz der betreffenden Fokus- sierköpfe versetzt ist.

Zur Vermeidung dieses Effektes wurde bereits vorgeschlagen, die einzel- nen Strahlengänge jeweils über einen jeweiligen, z. B. elektrisch angetrie- benen optomechanischen Schalter entsprechend zeitversetzt zu blockie- ren, womit eine beliebige Unterbrechung eines jeden Einzelstrahls und der jeweils resultierenden Perforationsspur erzielt werden kann (vgl. die noch nicht veröffentlichte DE 101 05 878.0).

Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs ge- nannten Art zu schaffen, mit der bei deutlich reduziertem baulichem und steuerungstechnischem Aufwand insbesondere auch seitlich relativ nahe nebeneinander liegende Perforationsspuren mit seitlich ausgerichteten Perforationslöchern auf dem Substrat erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest zwei Strahlpfaden eine gemeinsame Fokussierlinse zugeordnet ist, über die die betreffenden Strahlen an den betreffenden Positionen auf das Substrat fokussierbar sind.

Aufgrund dieser Ausbildung können mehrere Bearbeitungsspuren mit nur einer Fokussieroptik quasi-simultan und im wesentlichen ohne geometri- schen Versatz in Substratbewegungsrichtung erzeugt werden.

Zwischen dem Drehspiegel und dem Substrat kann wenigstens ein Um- lenkspiegel vorgesehen sein. Die Strahlen der eine gemeinsame Fokussier- linse aufweisenden Strahlpfade können also insbesondere über den bzw. die betreffenden Umlenkspiegel auf die gemeinsame Fokussierlinse ge- lenkt werden.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung ist den eine gemeinsame Fokussierlinse aufweisenden Strahlpfaden überdies eine gemeinsamer Umlenkspiegel zugeordnet, der die auf ihn auftreffenden Strahlen direkt auf die gemeinsame Fokussier- linse lenkt. Den betreffenden Strahlpfaden kann also eine gemeinsame Fokussieroptik zugeordnet sein, die im vorliegenden Fall die gemeinsame Fokussierlinse sowie den gemeinsamen Umlenkspiegel umfasst.

Zwischen dem Drehspiegel und der gemeinsamen Fokussierlinse kann eine Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen vorgesehen sein, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Dreh- spiegel angeordneten sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist in jedem Strahlpfad jeweils ein diesem zugeordneter getrennter Umlenkspiegel vorgesehen, der zwi- schen dem Drehspiegel und der gemeinsame Fokussierlinse angeordnet ist, um den jeweiligen vom Drehspiegel kommenden Strahl auf die ge- meinsame Fokussierlinse bzw. den gemeinsamen Umlenkspiegel zu len- ken. Dabei können diese den Strahlpfaden zugeordneten getrennten Um- lenkspiegel insbesondere zwischen der Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen und der gemeinsamen Fokussierlinse bzw. zwi- schen der Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen und dem gemeinsamen Umlenkspiegel angeordnet sein.

Die Strahlen der eine gemeinsame Fokussierlinse aufweisenden Strahl- pfade treten vorzugsweise mit unterschiedlichen Winkeln auf der gemein- samen Fokussierlinse auf.

Dabei können zur Erzeugung von unterschiedlichen Bearbeitungsspuren auf dem bewegten Substrat insbesondere die sich in einer zur Substrat- oberfläche senkerechten und quer zur Substratbewegungsrichtung verlau- fende Ebene ergebenden Auftreffwinkel zueinander verschieden sein.

Vorteilhafterweise sind diese Auftreffwinkel zumindest teilweise variabel einstellbar, so dass der resultierende Abstand der Bearbeitungsspuren in der jeweils gewünschten Weise eingestellt werden kann. Dabei ist bei- spielsweise eine stufenlose oder gestufte Einstellung der Auftreffwinkel denkbar.

Alternativ oder zusätzlich können über die sich in einer zur Substratober- fläche senkrecht und in Substratbewegungsrichtung verlaufenden Ebene ergebenden Aufreffwinkel insbesondere auch die Bearbeitungspositionen in Substratbewegungsrichtung variable einstellbar sein. Über die betref- fenden Auftreffwinkel kann also insbesondere der zeitliche Versatz sowie der durch die Substratbewegung bedingte Versatz der Strahlen der ver- schiedenen Strahlpfade so kompensiert werden, dass sich quer zur Sub- stratbewegungsrichtung nebeneinander liegende Arbeitspositionen erge- ben. Es ist somit beispielsweise eine genaue Nebeneinanderlage von Perfo- rationslöchern zweier oder mehrerer benachbarter Perforationsspuren möglich.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung ist zur Einstellung der Auftreffwinkel zumindest ein Teil der Umlenkspiegel entsprechend variable einstellbar. Die betreffenden Umlenkspiegel können dazu z. B. entsprechend geschwenkt oder verkippt und/oder parallel verschoben werden.

Vorteilhafterweise sind Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbre- chung der Strahlung vorgesehen.

Dabei können insbesondere Mittel für eine jeweilige vorübergehende Un- terbrechung des einfallenden Laserstrahls vorgesehen sein. In diesem Fall ergibt sich also jeweils eine vorgelagerte Laserlichtunterbrechung. Dabei können die Unterbrechungszeiten insbesondere variabel einstellbar sein.

Zur Perforation von beispielsweise Zigarettenmundstückpapier können also z. B. zwei, drei oder vier, erforderlichenfalls auch mehr, Einzelstrahlen im Bereich eines gemeinsamen Bearbeitungskopfes zusammengeführt werden, um eine Perforation mit einer entsprechenden Anzahl von Perfora- tionsreihen zu erhalten. Wird nun beispielsweise das von außen zugeführ- te Laserlicht unterbrochen oder gepulst, wird entsprechend die Perforation unterbrochen, wobei die genannten Perforationsspuren die Unterbrechung zumindest im wesentlichen direkt nebeneinander aufweisen. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, dass beliebige Tastverhält- nisse, d. h. beliebig unregelmäßige Unterbrechungen erzeugt werden kön- nen.

Um zu vermeiden, dass während des Ein-und Ausschaltens der Laser- quelle durch ein eventuelles unkontrolliertes Überschwingen oder langsa- mes Abklingen der Laserleistung Ungenauigkeiten bei der Perforation auftreten, ist gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fächerwinkel des Drehspiegels grö- ßer gewählt, als dies zum Überstreichen der Strahlpfade erforderlich ist.

Die Laserquelle kann somit während der sich ergebenden Überhangzonen ein-bzw. ausgeschaltet werden.

Soll insbesondere auch bei einem Dauerbetrieb des Lasers für eine ent- sprechende Strahlungsunterbrechung gesorgt werden, so kann gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung beispielsweise ein Teil der Spiegelflächen des Drehspie- gels gekrümmt sein, um den einfallenden Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen.

Um eine möglichst starke Aufweitung und entsprechend starke Schwä- chung des einfallenden Laserstrahls zu erreichen, sind gemäß einer bevor- zugten praktischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die betreffenden Spiegelflächen jeweils sowohl in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels sphärisch oder nicht sphärisch ge- krümmt. Ist als Drehspiegel beispielsweise ein Polygon-Drehspiegel vorge- sehen, so können die gekrümmten Spiegelflächen im zur Drehachse senk- rechten Querschnitt betrachtet beispielsweise eine Kontur besitzen, die jeweils entlang eines zur Drehachse konzentrischen Kreises verläuft.

Dabei kann der Außenradius beispielsweise der Schlüsselweite des Poly- gons entsprechen. Die weitere Krümmung in Axialrichtung dient der weiteren Aufweitung und Abschwächung, wodurch der reflektierte Strahl praktisch unwirksam wird. Das betreffende Polygon kann also beispiels- weise sektorenweise zylindrische Abschnitte besitzen, die in Axialrichtung zusätzlich eine Verrundung besitzen.

Ein betreffendes Polygon kann also beispielsweise einen oder mehrere Abschnitte aufweisen, in denen gekrümmte Bereiche entsprechende Aus- setzer in der Perforation erzeugen, während die restlichen Spiegelflächen oder Facetten konventionell plan bearbeitet sind und eine normale Anord- nung von Perforationslöchern ergeben.

Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform mit gekrümmten Spiegelflä- chen besteht darin, dass keine Probleme mit Laserschaltflanken auftreten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Vorrichtung ist vor dem Drehspiegel und/oder in wenigstens einem der Strahlpfade zwischen dem Drehspiegel und der gemeinsamen Fokussierlinse ein optomechanischer Schalter vorgesehen, durch den die die Strahlung unterbrechbar ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass anders als bei den Ausführungsformen mit Spiegelflä- chen unterschiedlicher Neigung oder mit teilweise gekrümmten Spiegelflä- chen kein festes Tastverhältnis und auch keine geometrischen Unterbre- chungen mehr vorliegen und überdies die jeweilige Unterbrechung auch nicht mehr von der Polygondrehzahl abhängig sind. Ein Strahlschalter vor dem Drehspiegel oder Polygon kann insbesondere als Pulseinrichtung dienen, über die der Primärstrahl variabel unterbrechbar ist. Der Einsatz eines Strahlschalters nach dem Drehspiegel in Kombination mit der geo- metrischen Entzerrung macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Module oder Fokussierköpfe zeitlich unterschiedlich unterbrochen werden sollen. Für diese Variante könnte dann der mechanisch einstellbare Län- genausgleich entfallen.

Zur Absorption der aus den Strahlpfaden herausgelenkten Strahlung bzw.

Strahlungsanteilen ist vorteilhafterweise wenigstens ein Absorber vorgese- hen. So kann beispielsweise beiderseits der Anordnung von nebeneinan- der liegenden Sammellinsen jeweils wenigstens ein Absorber vorgesehen sein.

Zweckmäßigerweise ist eine insbesondere frei programmierbare Ansteuer- elektronik vorgesehen, über die insbesondere die Auftreffwinkel, mit de- nen die Strahlen auf die gemeinsame Fokussierlinse auftreffen, entspre- chenden einstellbar sind bzw. die Strahlung entsprechend unterbrechbar ist.

Je nach der Anzahl von Bearbeitungs-oder Perforationsspuren kann es von Vorteil sein, wenn mehrere jeweils eine zumindest zwei Strahlpfaden gemeinsame Fokussierlinse und gegebenenfalls einen gemeinsamen Um- lenkspiegel umfassende Bearbeitungseinheiten vorgesehen sind.

Ist es also beispielsweise erforderlich, zwei oder mehrere solcher z. B. aus jeweils 2,3, 4 Perforationsspuren bestehende und gegebenenfalls unter- brechbare Perforationszonen zu erzeugen, so kann wenigstens ein weiteres entsprechendes Modul hinzugefügt werden. Ein solches weiteres Modul kann außer einer weiteren für die betreffenden zusätzlichen Strahlpfade gemeinsamen Fokussierlinse und gegebenenfalls einem gemeinsamen Umlenkspiegel beispielsweise auch eine weitere Strahlmultiplexeranord- nung bzw. einen weiteren Drehspiegel umfassen, der eine entsprechende Anzahl weiterer Strahlpfade bereitstellt. Eine solche weitere Strahlmulti- plexeranordnung ist jedoch nicht zwingend.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung sind die Beabreitungseinheiten in Substratbewe- gungsrichtung relativ zueinander verstellbar. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere z. B. mechanisch oder elektrisch antreibbare Verstell- einrichtungen vorgesehen sein.

Die Bearbeitungseinheiten können wieder über eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik entsprechend verstellbar sein.

Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Bearbeitungseinheiten in Abhän- gigkeit von der Substratgeschwindigkeit und gegebenenfalls der Wieder- holfrequenz der Strahlpfadunterbrechungen relativ zueinander so verstell- bar sind, dass ein sich Substratbewegungsrichtung ergebender jeweiliger Versatz zwischen den Bearbeitungspositionen und/oder Unterbrechungen zumindest im wesentlichen kompensiert wird.

Sollen also beispielsweise zwei oder mehrere Perforationszonen, die mittels zweier oder mehrerer entsprechender Module erzeugt werden, die ge- wünschte Unterbrechung der Perforation ebenfalls geometrisch zumindest im wesentlichen nebeneinander aufweisen, können das zweite oder weitere Module eine beispielsweise mechanisch oder elektrisch angetriebene Verstelleinrichtung für eine Verstellung in Substratbewegungsrichtung besitzen. Es kann somit in Abhängigkeit von der Substratgeschwindigkeit und der Wiederholfrequenz der Unterbrechung der Versatz zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten oder-köpfen ausgeglichen werden. Der betreffende Versatz ergibt sich daraus, dass mehrere Bearbeitungsköpfe einen erheblichen Mindestabstand zwischen den betreffenden Bearbei- tungspositionen mit sich bringen.

Zur Stabilisierung des Substrates können auf dessen seiner Bearbei- tungsseite gegenüberliegenden Seite beispielsweise Laufrollen vorgesehen sein, wobei diese Laufrollen vorzugsweise verstellbar, d. h. z. B. verschieb- bar oder versetzbar, und vorzugsweise in Bereichen außerhalb der jeweili- gen Bearbeitungsposition angeordnet sind. Diese Laufrollen sollten also nicht mit Laserlicht beaufschlagt werden und sollten daher nicht direkt unter der Bearbeitungsstelle liegen.

Der einfallende Laserstrahl kann insbesondere durch eine Linse auf den Drehspiegel fokussiert werden.

Als Drehspiegel kann insbesondere ein Polygon-Drehspiegel vorgesehen sein. Mit einem solchen Polygon-Drehspiegel mit entsprechend vielen Spiegelflächen oder Facetten und hoher Drehzahl können relativ hohe Frequenzen erreicht werden, so dass beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung zur Perforation von Zigarettenpapier der die Geschwindigkeit bestimmende Schritt nicht mehr die Perforationsfrequenz, sondern die technisch realisierbare Papiervorschubgeschwindigkeit ist. Es ist lediglich ein drehendes Teil, nämlich der Polygon-Drehspiegel erforderlich, um die hohen Zerhackungsfrequenzen zu erreichen.

Die Linsen, zwischen denen der Drehspiegel angeordnet ist, können z. B. sphärische und/oder zylindrische Sammellinsen sein. Dabei besitzen sphärische Linsen den Vorteil, dass die benötigte Reflektionsfläche/-breite auf dem Polygon und damit das Gewicht und entsprechend die Massen- trägheit klein gehalten werden können.

Der oben genannte Einsatz gekrümmter Spiegelflächen ist auch für sich betrachtet, d. h. insbesondere auch unabhängig von der Verwendung einer gemeinsamen Fokussierlinse bzw. einer gemeinsamen Fokussieroptik von erfindungswesentlicher Bedeutung. So schafft die Erfindung insbesondere auch eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laser- strahl in verschiedene Strahlpfade reflektierbar ist, deren Strahlen so auf das Substrat fokussierbar sind, dass sich für die verschiedenen Strahl- pfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat ergeben, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teil der Spiegelflächen des Drehspiegels gekrümmt ist, um den einfallen- den Laserstrahl aufzuweiten und entsprechend zu schwächen. Die betref- fenden Spiegelflächen können jeweils in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Drehspiegels sphärisch oder nicht sphärisch gekrümmt sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert ; in dieser zeigen : Figur 1 eine schematische vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, Figur 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1, Figur 3 eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1, Figur 4 eine mit der der Figur 1 vergleichbare Darstellung der Vorrich- tung mit gepulstem Laser und Figur 5 eine schematische vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Substartbehandlung mittels Laserstrahlung mit zwei Bearbeitungseinheiten.

Figur 1 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats 10 mittels Laserstrahlung. Bei dem Substrat 10 kann es sich insbesondere um eine in Richtung L bewegte Materialbahn, z. B. Verpackungsfolie, Papierbahn oder dergleichen, han- deln.

Dabei durchläuft der von einem Laser 12 kommende Lichtstrahl eine Eintritts-oder Sammellinse 14, deren Brennpunkt beziehungsweise Strichebene auf einer Fläche eines im Strahlengang hinter der Eintrittslin- se 14 angeordneten Polygon-Drehspiegels 16 liegt.

Der in der Figur 1 dargestellte Polygon-Drehspiegel 16 weist im vorliegen- den Fall beispielsweise sechs Spiegelflächen oder Facetten 18 auf. Grund- sätzlich ist jedoch auch eine beliebige andere Anzahl von Spiegelflächen 18 möglich. Sie hängt für eine vorgegebene Frequenz auch von der mit dem Polygon-Drehspiegel 16 erreichbaren Drehzahl ab. So verwendet man in der Praxis bei gleichem Polygondurchmesser verschiedene Facettenanzahlen und die gleiche maximale Drehzahl.

Bei sich drehendem Polygon-Drehspiegel 16 wird der einfallende, reflek- tierte Laserstrahl über eine Anordnung 20 von nebeneinander liegenden Sammel-oder Kollimatorlinsen 201-20n verschwenkt. Trifft der einfallen- de Laserstrahl auf die nächste Spiegelfläche oder Facette des Polygon- Drehspiegels 16, so springt der reflektierte Strahl zurück und überstreicht von neuem den betreffenden, die Sammellinse 201-20n umfassenden Winkelbereich.

Die eine gleiche Brennweite aufweisenden Sammellinsen 20i-20n sind so angeordnet, dass ihr Brennpunkt beziehungsweise ihre Brennebene mit dem Brennpunkt beziehungsweise der Brennebene der Eintrittslinse 14 auf dem Polygon-Drehspiegel 16 ungefähr oder genau zusammenfällt. Das die Sammellinsen 20i-20n verlassende Licht ist daher wieder annähernd parallel gerichtet.

Die Eintrittslinse 14 und die Sammellinsen 201-20n können beispielswei- se als sphärische und/oder zylindrische Linsen vorgesehen sein.

Die die Linsenanordnung 20 verlassenden Lichtstrahlen werden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel über den verschieden Strahlpfaden zugeordnete getrennte Umlenkspiegel 22 auf einen gemeinsamen Umlenk- spiegel 24 gelenkt. Im vorliegenden Fall sind z. B. vier Sammellinsen 201- 20n und vier getrennte Umlenkspiegel 22 vorgesehen, so dass sich vier Strahlpfade ergeben, deren Strahlen alle auf den hinter den getrennten Umlenkspiegeln 22 vorgesehenen gemeinsamen Umlenkspiegel 24 auftref- fen.

Der gemeinsame Umlenkspiegel 24 lenkt die auf ihn auftreffenden Strah- len direkt auf eine den verschiedenen Strahlpfaden gemeinsame Fokus- sierlinse 26, über die die betreffenden Strahlen an unterschiedlichen Positionen auf das Substrat 10 fokussiert werden. Der einfallende Laser- strahl wird durch den Polygon-Drehspiegel 16 also in z. B. vier verschie- dene Strahlpfade reflektiert, deren Strahlen über die gemeinsame Fokus- sierlinse 26 so auf das Substrat 10 fokussiert werden, dass sich für die verschiedenen Strahlpfade unterschiedliche Positionen der betreffenden Foki auf dem Substrat 10 ergeben.

Wie anhand der Figur 1 zu erkennen ist, können die betreffenden Strahlen so auf die gemeinsame Fokussierlinse 26 auftreffen, dass sich zumindest in einer zur Substratoberfläche 28 senkrechten sowie quer, insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung L verlaufenden Ebene voneinander verschiedene Auftreffwinkel ergeben. Diese Auftreffwinkel können zumin- dest teilweise variabel einstellbar sein. Dazu können beispielsweise die getrennten Umlenkspiegel 22 z. B. entsprechend verschwenkt oder ver- kippt werden. Über die betreffenden Auftreffwinkel kann somit insbeson- dere der Abstand a zwischen den jeweiligen Bearbeitungsspuren 30 auf dem Substrat 10 in der gewünschten Weise eingestellt werden. Die jeweili- ge Einstellung kann beispielsweise über eine insbesondere frei program- mierbare Ansteuerelektronik 32 erfolgen.

Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1. Wie anhand dieser Figur 2 zu erkennen ist, können die Strahlen der verschiedenen Strahlpfade überdies so auf der gemeinsamen Fokus- sierlinse 26 auftreffen, dass sich auch in einer zur Substratoberfläche 28 senkrecht und in Substratbewegungsrichtung L (vgl. auch Figur 1) verlau- fenden Ebene für die verschieden Strahlen unterschiedliche Auftreffwinkel ergeben. Auch diese Auftreffwinkel können zumindest teilweise wieder variabel einstellbar sein. Über die betreffenden Auftreffwinkel können also entsprechend die Bearbeitungspositionen in Substratbewegungsrichtung L in der gewünschten Weise eingestellt werden.

Es ist somit insbesondere auch möglich, über die betreffenden Auftreff- winkel den zeitlichen Versatz sowie den durch die Substratbewegung bedingten Versatz der Strahlen der verschiedenen Strahlpfade so zu kom- pensieren, dass sich quer, d. h. insbesondere senkrecht, zur Substratbe- wegungsrichtung L nebeneinander liegende Arbeitspositionen ergeben.

Eine entsprechende Einstellung der Auftreffwinkel kann auch in vorlie- gendem Fall insbesondere wieder über die Ansteuerelektronik 32 (vgl.

Figur 1) erfolgen.

Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß Figur 1. In dieser Figur 2 ist nochmals dargestellt, wie durch eine entsprechen- de Justage der entsprechenden Auftreffwinkel der sich in Substratbewe- gungsrichtung L ergebende Fokusversatz z. B. so definiert werden kann, dass der Substratvorschub sowie der zeitliche Versatz kompensiert wird, um anschließend zumindest im wesentlichen nebeneinander liegende Perforationslöcher in dem Substrat 10 zu halten.

Grundsätzlich können auch Mittel für eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung der Strahlung vorgesehen sein. Dabei kann beispielsweise eine jeweilige vorübergehende Unterbrechung des einfallenden Laserstrah- les und somit eine vorgelagerte Laserlichtunterbrechung vorgesehen sein.

Figur 4 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung mit gepulstem Laser.

Dabei können, wie beispielsweise anhand dieser Figur 4 zu erkennen ist, in Querrichtung zunächst im Wesentlichen nebeneinander liegende Un- terbrechungen 34 in den Bearbeitungs-bzw. Perforationsspuren 30 er- zeugt werden. Die Unterbrechungszeiten können beispielsweise variabel einstellbar sein. Eine entsprechende Ansteuerung des Lasers kann bei- spielsweise wieder über die Ansteuerelektronik 32 (vgl. Figur 1) erfolgen.

Der Fächerwinkel des Drehspiegels 16 kann zweckmäßigerweise größer gewählt werden, als dies zum Bestreichen der im vorliegenden Fall bei- spielsweise vier Strahlpfade erforderlich ist, so dass die Laserquelle wäh- rend der sich ergebenden Überhangzonen ein-bzw. ausgeschaltet werden kann.

Im Übrigen kann diese Vorrichtung zumindest im Wesentlichen einen gleichen Aufbau wie die der Figur 1 besitzen. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.

Figur 5 zeigt in schematischer vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung mit zwei jeweils einen gemeinsamen Umlenkspiegel 24 und eine gemeinsame Fokussierlinse 26 umfassenden Bearbeitungsein- heiten oder-köpfen 36,38.

Die beiden Bearbeitungseinheiten 36,38 sind jeweils wieder z. B. für vier Strahlpfade und entsprechend für vier Bearbeitungs-oder Perforations- spuren 30 vorgesehen. Grundsätzlich kann eine jeweilige Bearbeitungs- einheit 36 bzw. 38 jedoch jeweils auch für eine andere Anzahl von Strahl- pfaden bzw. Bearbeitungsspuren 30 ausgelegt sein.

Während bei der vorliegenden Ausführungsform lediglich zwei solche Bearbeitungseinheiten 36,38 vorgesehen sind, können grundsätzlich auch mehrere solche Bearbeitungseinheiten eingesetzt werden.

Wie anhand der Figur 5 zu erkennen ist, sind die Bearbeitungseinheiten 36,38 in Substratbewegungsrichtung L relativ zueinander versetzt. Sie können in Substratbewegungsrichtung L relativ zueinander verstellbar sein. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere z. B. mechanisch oder elektrisch angetriebene Verstelleinrichtungen vorgesehen sein. Eine jeweilige Verstellung kann insbesondere wieder über die frei programmier- bare Ansteuerelektronik 32 (vgl. auch Figur 1) erfolgen.

Im vorliegendem Fall ist eine Anordnung 20 von beispielsweise acht Sam- mel-oder Kollimatorlinsen 201-20n vorgesehen. Entsprechend werden die von dieser Linsenanordnung 20 kommenden Strahlen über hier bei- spielsweise acht getrennte Umlenkspiegel 22 zu den jeweils einer Gruppe von vier Strahlpfaden gemeinsamen Umlenkspiegeln 24 gelenkt, über die die betreffenden Strahlen dann jeweils auf die zugeordnete gemeinsame Fokussierlinse 26 gelenkt werden, um eine jeweilige Bearbeitungs-oder Perforationszone von jeweils vier Bearbeitungs-oder Perforationsspuren 30 zu erzeugen. In vorliegendem Fall werden über die beiden Bearbei- tungseinheiten 36,38 also insgesamt vier Perforationsspuren 30 erzeugt.

Zwischen den betreffenden weiteren Umlenkspiegeln 22 und dem gemein- samen Umlenkspiegel 24 der weiteren Bearbeitungseinheit 38 können zusätzlich Umlenkspiegel 40 vorgesehen sein, um die von den betreffen- den getrennten Umlenkspiegeln 22 kommenden Strahlen auf den gemein- samen Umlenkspiegel 24 der weiteren Bearbeitungseinheit 38 zu lenken.

Wie anhand der Figur 5 zu erkennen ist, können die verschiedenen Bear- beitungs-oder Perforationsspuren 30 wieder Unterbrechungen 34 aufwei- sen. Dazu kann beispielsweise wieder ein gepulster Laser 12 verwendet werden.

Die Bearbeitungseinheiten 36,38 können in Abhängigkeit von der Sub- stratgeschwindigkeit und ebenfalls der Wiederholfrequenz der Strahlpfad- unterbrechungen 34 relativ zueinander so verstellbar sein, dass ein sich in Substratbewegungsrichtung L ergebender Versatz zwischen den Bear- beitungspositionen und/oder Unterbrechungen zumindest im Wesentli- chen kompensiert wird. Dadurch kann also insbesondere erreicht werden, dass die über die verschiedenen Bearbeitungseinheiten 36,38 erzeugten Perforationen bzw. die in den verschiedenen Perforationszonen erzeugten Unterbrechungen 34 in Querrichtung betrachtet zumindest im Wesentli- chen nebeneinander liegen.

Im übrigen kann die Vorrichtung zumindest im wesentlichen wieder den gleichen Aufbau wie die der Figur 1 besitzen. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.

Bezugszeichenliste 10 Substrat 12 Laser 14 Eintritts-oder Sammellinse 16 Polygon-Drehspiegel 18 Spiegelfläche, Facette 20 Linsenanordnung 20i-20n Sammellinsen 22 Umlenkspiegel 24 gemeinsamer Umlenkspiegel 26 gemeinsame Fokussierlinse 28 Substratoberfläche 32 Ansteuerelektronik 34 Unterbrechung 36 Bearbeitungseinheit, Bearbeitungskopf 38 Bearbeitungseinheit, Bearbeitungskopf 40 Umlenkspiegel a Spurabstand L Substratbewegungsrichtung