JP2000237889A - Laser beam machining method and equipment therefor - Google Patents

Laser beam machining method and equipment therefor

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JP2000237889A
JP2000237889A JP11015703A JP1570399A JP2000237889A JP 2000237889 A JP2000237889 A JP 2000237889A JP 11015703 A JP11015703 A JP 11015703A JP 1570399 A JP1570399 A JP 1570399A JP 2000237889 A JP2000237889 A JP 2000237889A
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Japan
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laser
laser beam
workpiece
quenching agent
processing method
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Japanese (ja)
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method and equipment therefor capable of high machining, hardly generating thermal strains and micro cracks and reducing thermal damage. SOLUTION: When laser beam machining an object 10 to be machined, by conducting rapid heating by a CO laser beam 3-4 and rapid cooling by a rapid cooling agent in adjoining, rapid cooling of the object 10 to be machined can be done without using water. As a result, high speed machining is made possible, thus, thermal strains as well as micro cracks are hardly generated, thermal damage is reduced as well.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の加工方
法及びその装置に関し、特にレーザ加工方法及びその装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for processing a workpiece, and more particularly to a laser processing method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、CO2 レーザやYAGレーザある
いはエキシマレーザを用いて金属材料や非金属材料を切
断したり、溝や穴を形成したり、溶接したり、さらには
材料表面改質を行ったりする技術が徐々に実用化される
ようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, CO 2 lasers, YAG lasers, or excimer lasers have been used to cut metal materials and non-metal materials, to form grooves and holes, to weld, and to further modify the material surface. Technology is gradually being put to practical use.

【0003】図13及び図14は従来のレーザ加工方法
の概念図である。
FIGS. 13 and 14 are conceptual diagrams of a conventional laser processing method.

【0004】図13に示すレーザ加工方法は基板(金属
あるいは非金属材料基板)51にCO2 レーザビーム5
0を照射して基板51を切断するものである。すなわ
ち、CO2 レーザビーム50を集光レンズ56で集光
し、その集光した細径のスポット径を有するCO2 レー
ザビーム50−1を、矢印55方向に移動する基板51
の表面に照射し、かつ、アシストガス54も基板51の
表面に吹き付けながら切断溝57を形成しつつ基板51
を二つに分断する方法であり、いわゆる蒸発切断法であ
る。この方法では集光したCO2 レーザビーム50−1
は基板51の表面に100μm前後のビームスポット径
で焦点を結ぶように照射され、基板51の表面からCO
2 レーザビーム50−1の熱エネルギーによって材料を
蒸発させながら切断溝57が形成される。
[0004] A laser processing method shown in FIG. 13 applies a CO 2 laser beam 5 to a substrate (metal or non-metallic material substrate) 51.
The substrate 51 is cut by irradiating 0. That is, the CO 2 laser beam 50 is condensed by the condensing lens 56, and the condensed CO 2 laser beam 50-1 having a small spot diameter is transferred to the substrate 51 moving in the arrow 55 direction.
Of the substrate 51 while forming a cutting groove 57 while irradiating the surface of the substrate 51 and also blowing the assist gas 54 onto the surface of the substrate 51.
Is divided into two, which is a so-called evaporative cutting method. In this method, the focused CO 2 laser beam 50-1 is used.
Is irradiated so as to focus on the surface of the substrate 51 with a beam spot diameter of about 100 μm.
2. The cutting groove 57 is formed while evaporating the material by the thermal energy of the laser beam 50-1.

【0005】図14に示すレーザ加工方法は、移動する
基板51の表面に500μm以上のビームスポット径を
有するCO2 レーザビーム50−1を照射して基板51
に熱応力による亀裂58を発生させ、その亀裂58をC
2 レーザビーム50−1の照射軌跡に沿って進展させ
ることにより基板51を二つに分断する、いわゆる割断
による分断方法である。
In the laser processing method shown in FIG. 14, the surface of a moving substrate 51 is irradiated with a CO 2 laser beam 50-1 having a beam spot diameter of 500 μm or more.
A crack 58 is generated by thermal stress in the
This is a so-called splitting method in which the substrate 51 is split into two by extending along the irradiation locus of the O 2 laser beam 50-1.

【0006】ところが、上述した従来の二つのレーザ加
工方法には、1)加工速度が遅い、2)非金属材料に対して
は熱歪層やマイクロクラックが発生しやすい、3)基板上
に形成した電子回路や光回路、電気配線等が熱的なダメ
ージを受けやすい等の問題があった。
However, the above-mentioned two conventional laser processing methods include 1) a low processing speed, 2) a heat-strained layer or a microcrack is easily generated for non-metallic materials, and 3) formation on a substrate. There is a problem that the electronic circuit, the optical circuit, the electric wiring and the like are easily damaged by heat.

【0007】そこで上記問題点を解決するレーザ加工方
法として、本発明者は先に図15に示す方法を提案した
(特願平7−168912号、特開平9−19787号
公報)。これは、基板51上に照射されたCO2 レーザ
ビーム50−1の後方部に水52を矢印52−1の方向
に吹き付けてCO2 レーザビーム50−1で加熱された
基板表面を急冷却する方法である。図15は本発明の前
提となった光加工方法の説明図である。
Therefore, as a laser processing method for solving the above problems, the present inventor has previously proposed a method shown in FIG. 15 (Japanese Patent Application No. 7-168912 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-19787). This is because water 52 is sprayed in the direction of arrow 52-1 behind the CO 2 laser beam 50-1 irradiated on the substrate 51 to rapidly cool the substrate surface heated by the CO 2 laser beam 50-1. Is the way. FIG. 15 is an explanatory diagram of the optical processing method on which the present invention is based.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図15に示
したレーザ加工方法を用いると、加工速度を向上させる
ことができ、熱歪やマイクロクラックの発生を低減で
き、かつ基板上に形成された電子回路や光回路等への熱
的ダメージを低減できることがわかった。
By the way, when the laser processing method shown in FIG. 15 is used, the processing speed can be improved, the occurrence of thermal strain and micro cracks can be reduced, and the laser formed on the substrate can be reduced. It has been found that thermal damage to electronic circuits and optical circuits can be reduced.

【0009】しかし、図15に示した方法には次のよう
な問題が発生した。
However, the method shown in FIG. 15 has the following problems.

【0010】(1) ウェット式冷却法であるので、加工後
に乾燥工程を必要とし、その分だけ高価になる。
(1) Since it is a wet cooling method, a drying step is required after processing, which is expensive.

【0011】(2) 基板上に形成された電子回路や光回路
等の特性が水に濡れて変化したり、劣化したりする。
(2) The characteristics of an electronic circuit, an optical circuit, and the like formed on the substrate are changed or deteriorated by getting wet with water.

【0012】(3) ウェット式であるので、基板上にパー
ティクルが残留しやすくなる。
(3) Particles tend to remain on the substrate because of the wet type.

【0013】(4) 水による冷却であるので、急冷効果が
小さい。
(4) Since the cooling is performed by water, the rapid cooling effect is small.

【0014】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高速の加工ができ、熱歪やマイクロクラックが発生
しにくく、熱的ダメージが小さいレーザ加工方法及びそ
の装置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide a laser processing method and apparatus which can perform high-speed processing, hardly generate thermal distortion and microcracks, and have small thermal damage. .

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のレーザ加工方法は、一定速度で移動する被加
工物の表面にレーザビームスポットを照射すると共に、
レーザビームスポットの照射によって加熱された部分の
後方に急冷剤を吹き付けることにより、急速加熱と急速
冷却とを隣り合わせで行うものである。
In order to achieve the above object, a laser processing method of the present invention irradiates a laser beam spot on a surface of a workpiece moving at a constant speed,
By spraying a quenching agent behind the portion heated by the irradiation of the laser beam spot, rapid heating and rapid cooling are performed side by side.

【0016】また、本発明のレーザ加工方法は、一定速
度で移動する被加工物の表面にレーザビームスポットを
照射すると共に、レーザビームスポットの照射によって
加熱された部分の後方に所望ガスと共に急冷剤を吹き付
けることにより、急速加熱と急速冷却とを隣り合わせで
行うものである。
Further, according to the laser processing method of the present invention, a surface of a workpiece moving at a constant speed is irradiated with a laser beam spot, and a quenching agent and a desired gas are provided behind a portion heated by the irradiation of the laser beam spot. Spraying, rapid heating and rapid cooling are performed side by side.

【0017】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、レーザビームスポットは断面が略円形か略楕円形か
あるいは幅W、長さLの線状のいずれかであるのが好ま
しい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the laser beam spot has a substantially circular or substantially elliptical cross section or a linear shape having a width W and a length L.

【0018】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、急冷剤は、長軸が加工方向に平行になるように略楕
円形状に吹き付けられるのが好ましい。
In the laser processing method of the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that the quenching agent is sprayed in a substantially elliptical shape so that the major axis is parallel to the processing direction.

【0019】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、急冷剤はオゾン層を破壊しないフロンガスで搬送さ
れるのが好ましい。
In the laser processing method of the present invention, in addition to the above-described structure, it is preferable that the quenching agent is transported by a Freon gas which does not destroy the ozone layer.

【0020】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、レーザビームスポットとして、CO2 レーザビーム
を用いるのが好ましい。
In addition to the above configuration, the laser processing method of the present invention preferably uses a CO 2 laser beam as a laser beam spot.

【0021】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物として、非金属材料基板を用いるのが好ま
しい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable to use a nonmetallic material substrate as the workpiece.

【0022】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、急冷剤は導入管を通過して内径が1mmφ以下のノ
ズル噴出口から被加工物表面に斜め方向から吹き付けら
れるのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the quenching agent is obliquely sprayed onto the surface of the workpiece from the nozzle outlet having an inner diameter of 1 mmφ or less through the introduction pipe.

【0023】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物の表面に照射されるレーザビームスポット
と急冷剤とは噴出口内径がテーパ状に先細りしたノズル
内を通過するのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the laser beam spot and the quenching agent applied to the surface of the workpiece pass through a nozzle whose inner diameter of the ejection port is tapered.

【0024】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、レーザビームスポットの中心位置と急冷剤の吹き付
けられる中心位置との間隔は少なくとも100μmであ
るのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the distance between the center position of the laser beam spot and the center position where the quenching agent is sprayed is at least 100 μm.

【0025】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、ノズルの噴出口は加工方向に長い楕円形状に形成さ
れているのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the ejection port of the nozzle is formed in an elliptical shape long in the processing direction.

【0026】上記構成に加え本発明のレーザ加工方法
は、被加工物の加工は強制排気設備の取り付けられたボ
ックス内で行われるのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing method of the present invention, it is preferable that the processing of the workpiece is performed in a box provided with forced exhaust equipment.

【0027】本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振機
と、レーザ発振機からの平行レーザビームを集光して被
加工物に照射する光学系と、被加工物表面に照射したレ
ーザビームスポットの近傍に急冷剤を搬送して吹き付け
る吹き付け手段と、被加工物を移動させるステージとを
備えたものである。
A laser processing apparatus according to the present invention comprises a laser oscillator, an optical system for converging a parallel laser beam from the laser oscillator and irradiating the laser beam to a workpiece, and a laser beam spot irradiating the surface of the workpiece. It is provided with a spraying means for transporting and spraying a quenching agent to the vicinity, and a stage for moving the workpiece.

【0028】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、レーザビームスポットと急冷剤とは噴出口が略楕円
形でテーパ状に先細りしたノズルを通過するようにする
のが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable that the laser beam spot and the quenching agent pass through a nozzle that has a substantially elliptical and tapered tapered outlet.

【0029】本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振機
と、レーザ発振機からの平行レーザビームを集光して被
加工物に照射する光学系と、被加工物表面に照射したレ
ーザビームスポットの近傍に所望ガスと共に急冷剤を搬
送して吹き付ける吹き付け手段と、被加工物を移動させ
るステージとを備えたものである。
The laser processing apparatus according to the present invention comprises a laser oscillator, an optical system for converging a parallel laser beam from the laser oscillator and irradiating the laser beam to the workpiece, and a laser beam spot irradiating the surface of the workpiece. It is provided with a spraying means for conveying and blowing a quenching agent together with a desired gas to the vicinity, and a stage for moving a workpiece.

【0030】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、レーザビームスポットと所望ガスと急冷剤とは噴出
口が略楕円形でテーパ状に先細りしたノズルを通過する
ようにするのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable that the laser beam spot, the desired gas, and the quenching agent pass through a nozzle having a substantially elliptical and tapered nozzle.

【0031】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、光学系は被加工物表面に照射されるレーザビームス
ポットの断面形状を略円形、略楕円形あるいは略線状に
変換するのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable that the optical system converts the cross-sectional shape of the laser beam spot irradiated on the surface of the workpiece into a substantially circular, substantially elliptical or substantially linear shape.

【0032】上記構成に加え本発明のレーザ加工装置
は、被加工物の加工は強制排気設備の取り付けられたボ
ックス内で行われるようにするのが好ましい。
In addition to the above configuration, in the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable that the processing of the workpiece is performed in a box provided with a forced exhaust equipment.

【0033】本発明によれば、被加工物をレーザ加工す
る際に、レーザによる急速加熱と急冷剤による急速冷却
とを隣り合わせで行うことにより、水を使用せずに被加
工物の急冷を行うことができる。特に、レーザ照射面に
アシストガス(N2 、O2 、空気等)を吹き付けること
により、被加工物の温度上昇をわずかでも抑えることが
でき、その結果、急冷剤の吹き付けによる気化熱での急
冷効果を高めることができる。また、気化をより一層促
進することができるので、より短時間で急冷を行うこと
ができる。その結果、高速の加工ができ、熱歪やマイク
ロクラックが発生しにくく、熱的ダメージが小さくな
る。
According to the present invention, when the workpiece is laser-processed, rapid heating of the workpiece is performed without using water by performing rapid heating by a laser and rapid cooling by a quenching agent side by side. be able to. In particular, by blowing assist gas (N 2 , O 2 , air, etc.) onto the laser irradiation surface, the temperature rise of the workpiece can be suppressed even slightly, and as a result, quenching by the heat of vaporization due to the spray of the quenching agent The effect can be enhanced. Further, since vaporization can be further promoted, rapid cooling can be performed in a shorter time. As a result, high-speed processing can be performed, thermal distortion and microcracks are less likely to occur, and thermal damage is reduced.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0035】図1は本発明のレーザ加工方法を適用した
装置の一実施の形態を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【0036】この装置は、所望速度で一方向に移動する
基板10の表面にCO2 レーザビームを照射しつつ、そ
の照射されたCO2 レーザビームの後方に急冷剤を吹き
付けながら急速加熱、急速冷却によって被加工物として
の基板10を蒸発切断したり割断による分断を行った
り、スリットや浅い溝を掘ったり、穴あけ加工を行うも
のである。
[0036] This device, while irradiating the CO 2 laser beam on the surface of the substrate 10 to be moved in one direction at a desired speed, rapid heating while blowing quenching agent behind the irradiated CO 2 laser beam, rapid cooling In this way, the substrate 10 as a workpiece is subjected to evaporative cutting, division by cutting, digging of slits and shallow grooves, and drilling.

【0037】この装置は、レーザ発振機1と、レーザ発
振機1からの平行レーザビーム3−1、3−2、3−3
を集光して基板10に照射する光学系と、基板10の表
面に照射したレーザビームスポット3−4の近傍に急冷
剤を搬送して吹き付ける吹き付け手段としての急冷剤導
入管8及び急冷剤供給装置7と、基板10を回転移動さ
せるXYZθステージ(以下「ステージ」という)11
とで構成されている。2は内部に全反射ミラー4−1、
4−2が設けられ、CO2 レーザ発振機1から出射した
平行レーザビーム3−1、3−2、3−2を集光レンズ
5まで案内するためのフードである。
This device comprises a laser oscillator 1 and parallel laser beams 3-1, 3-2, 3-3 from the laser oscillator 1.
Optical system for condensing and irradiating the substrate 10 with the quenching agent, and a quenching agent introduction pipe 8 and a quenching agent supply as blowing means for conveying and blowing the quenching agent near the laser beam spot 3-4 irradiated on the surface of the substrate 10 An apparatus 7 and an XYZθ stage (hereinafter referred to as “stage”) 11 for rotating and moving a substrate 10
It is composed of 2 is a total reflection mirror 4-1 inside,
4-2 is a hood for guiding the parallel laser beams 3-1, 3-2, 3-2 emitted from the CO 2 laser oscillator 1 to the condenser lens 5.

【0038】基板10には非金属材料(石英系ガラス、
多成分系ガラス、セラミックス、サファイア、LiNb
3 、水晶、LiTaO5 、酸化膜付きSi、結晶化ガ
ラス等)や金属材料を用いることができる。基板10は
基板固定機能を有する可動部12上に固定され、この可
動部12はX軸、Y軸、Z軸、θ軸方向に移動可能なス
テージ11に取り付けられており、ステージ11の駆動
系(図示せず)により、矢印13方向に所望速度で移動
される。基板10の表面にはCO2 レーザビーム3−4
が照射されると共に、急冷剤も吹き付けられる。
A non-metallic material (quartz glass,
Multi-component glass, ceramics, sapphire, LiNb
O 3 , quartz, LiTaO 5 , Si with an oxide film, crystallized glass, etc.) and metal materials can be used. The substrate 10 is fixed on a movable portion 12 having a substrate fixing function. The movable portion 12 is attached to a stage 11 that can move in the X-axis, Y-axis, Z-axis, and θ-axis directions. (Not shown), it is moved at a desired speed in the direction of arrow 13. The surface of the substrate 10 has a CO 2 laser beam 3-4
And a quenching agent is also sprayed.

【0039】CO2 レーザビーム3−4は、CO2 レー
ザ発振機1から出射された平行レーザビーム3−1を全
反射ミラー4−1、4−2を通して集光レンズ5に導
き、この集光レンズ5で集光されたレーザビームであ
る。
The CO 2 laser beam 3-4 guides the parallel laser beam 3-1 emitted from the CO 2 laser oscillator 1 to the condenser lens 5 through the total reflection mirrors 4-1 and 4-2, and collects the collimated laser beam 3-1. The laser beam is focused by the lens 5.

【0040】CO2 レーザビーム3−1、3−2、3−
3、3−4は、フード2内を伝搬し、ノズル6の先端か
ら出射され、基板10の表面に照射される。CO2 レー
ザビーム3−4によって加熱された基板10の表面に
は、急冷剤供給装置7から導かれた急冷剤が急冷剤導入
管8内を矢印9方向に伝搬し、基板10の加熱された表
面に吹き付けられる。
CO 2 laser beams 3-1, 3-2, 3-
Numerals 3, 3-4 propagate in the hood 2, exit from the tip of the nozzle 6, and irradiate the surface of the substrate 10. On the surface of the substrate 10 heated by the CO 2 laser beam 3-4, the quenching agent guided from the quenching agent supply device 7 propagates in the quenching agent introduction pipe 8 in the direction of arrow 9 to heat the substrate 10. Sprayed on the surface.

【0041】急冷剤としては、例えばオゾン層を破壊し
ないフロンガス(ハイドロフロロカーボン、商品名HF
C134aやハイドロクロロアルカン、商品名HFA1
34a等)が好適である。これらの急冷剤を用いれば加
熱表面に瞬間的に−30℃から−55℃の温度のガスを
吹き付けることができる。
Examples of the quenching agent include Freon gas (hydrofluorocarbon, trade name: HF) which does not destroy the ozone layer.
C134a, hydrochloroalkane, trade name HFA1
34a) are preferred. When these quenching agents are used, a gas having a temperature of -30 ° C to -55 ° C can be instantaneously blown onto the heated surface.

【0042】急冷剤には、スプレーを吹き付けるだけで
基板10の表面の加熱し終えた直後の部分を瞬間的に−
60℃から−50℃程度に冷却する瞬間凍結スプレー
(商品名マイナス96、フリーズイット2000等)を
用いてもよい。
The portion of the surface of the substrate 10 immediately after the heating is completed only by spraying the quenching agent is instantaneously-
An instant freezing spray (trade name: minus 96, Freeze It 2000, etc.) that cools from 60 ° C. to about −50 ° C. may be used.

【0043】これらの急冷剤の吹き付けにより、気化熱
を利用して、例えば蒸発切断部や割断による亀裂発生部
をより活性的にさせ、切断速度や亀裂進展速度を速める
効果をもたらす。しかもこの急冷剤はドライ状態でしか
もクリーンな状態で基板10に吹き付けられるので、基
板10上へのパーティクルの付着を防ぐことができると
共に、集光レンズ5への不純物(ゴミ、パーティクル
等)の付着防止作用も合わせもつ。
By spraying the quenching agent, the heat of vaporization is used to activate, for example, an evaporative cutting portion or a crack generating portion due to the cracking, thereby providing an effect of increasing the cutting speed and the crack growth speed. Moreover, since the quenching agent is sprayed onto the substrate 10 in a dry state and in a clean state, it is possible to prevent particles from adhering to the substrate 10 and to adhere impurities (dust, particles, etc.) to the condenser lens 5. It also has a preventive action.

【0044】急冷剤導入管8は、ノズル6の一方の側に
のみ設け、レーザ照射で基板10の表面を加熱し終えた
直後の部分に急冷剤が吹き付けられるように構成されて
いる。
The quenching agent introduction pipe 8 is provided only on one side of the nozzle 6 so that the quenching agent can be sprayed on a portion immediately after the surface of the substrate 10 has been heated by laser irradiation.

【0045】CO2 レーザ発振機1には、波長9.1μ
mから11.3μmの範囲で発振するものを用いること
ができる。またCO2 レーザ発振機1には上記波長範囲
の中から数波長、あるいは一波長で発振しているものを
用いてもよい。
The CO 2 laser oscillator 1 has a wavelength of 9.1 μm.
Those that oscillate in the range of m to 11.3 μm can be used. Further, the CO 2 laser oscillator 1 which oscillates at several wavelengths or one wavelength from the above wavelength range may be used.

【0046】図2(a)は本発明のレーザ加工方法に用
いられるノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図
であり、図2(b)は図2(a)に示したノズルの下面
図である。
FIG. 2A is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view of the nozzle shown in FIG. 2A. It is a bottom view.

【0047】同図(a)に示すCO2 レーザビーム3−
4の焦点は、基板10の表面22に結ぶように設定さ
れ、角度αだけ傾けてノズル6に取り付けられた急冷剤
導入管8内を矢印9方向に進んできた急冷剤は基板10
の表面22にCO2 レーザビーム3−4の焦点位置から
間隔dだけ離れた位置に吹き付けられるように設定され
ている。
The CO 2 laser beam 3 shown in FIG.
The focus of 4 is set so as to be connected to the surface 22 of the substrate 10, and the quenching agent that has proceeded in the direction of arrow 9 through the quenching agent introduction pipe 8 attached to the nozzle 6 at an angle α is applied to the substrate 10.
Is set so as to be sprayed onto the surface 22 at a position separated by a distance d from the focal position of the CO 2 laser beam 3-4.

【0048】ここで、CO2 レーザビーム3−4の焦点
でのビームスポット径は通常100μmから200μm
程度の範囲にあるので、間隔dの値は少なくとも100
μmよりも大きい値が好ましい。
Here, the beam spot diameter at the focal point of the CO 2 laser beam 3-4 is usually 100 μm to 200 μm.
The value of the distance d is at least 100
A value larger than μm is preferred.

【0049】ノズル6の噴出口14の形状は同図(b)
に示すように、楕円形状にしておくと、基板10の表面
22の急速加熱部と急速冷却部とが隣り合った状態にな
るようにすることができるので、急速加熱部で発生しよ
うとする熱歪やマイクロクラックをすばやく抑圧するこ
とができる。また、基板10上に形成されている電子回
路や光回路への熱的ダメージを阻止することができる。
さらに、急速加熱、急速冷却プロセスを通過することに
よって、熱応力による亀裂が促進されるので、基板10
の切断速度や割断速度を速めることができる。従って、
間隔dの値は小さい値の方が好ましい。但し、間隔dの
値が100μm以下になると、レーザ照射された加熱部
の温度低下をもたらす。
The shape of the nozzle 14 of the nozzle 6 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, if the elliptical shape is used, the rapid heating portion and the rapid cooling portion on the surface 22 of the substrate 10 can be adjacent to each other. Distortion and micro cracks can be suppressed quickly. Further, thermal damage to electronic circuits and optical circuits formed on the substrate 10 can be prevented.
Further, by passing through the rapid heating and rapid cooling processes, cracks due to thermal stress are promoted.
Cutting speed and cutting speed can be increased. Therefore,
The value of the interval d is preferably smaller. However, when the value of the interval d is 100 μm or less, the temperature of the heating portion irradiated with the laser is lowered.

【0050】図3は本発明のレーザ加工方法に用いられ
るノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図であ
る。
FIG. 3 is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【0051】これは、基板10の表面22にCO2 レー
ザビーム3−4の非集光レーザビームを照射するように
したものである。すなわち、図2に示したCO2 レーザ
ビームの場合には非金属材料や金属材料を蒸発切断した
り、蒸発による溝加工やスリット加工を行ったり、穴あ
き加工するのに適していたが、図3に示すCO2 レーザ
ビームの場合は非金属材料の割断加工に適している。
This is to irradiate the surface 22 of the substrate 10 with a non-focused laser beam of a CO 2 laser beam 3-4. In other words, the CO 2 laser beam shown in FIG. 2 is suitable for evaporating and cutting a nonmetallic material or a metal material, performing groove processing or slitting by evaporation, or performing hole drilling. The case of the CO 2 laser beam shown in FIG. 3 is suitable for cutting a nonmetallic material.

【0052】従って、基板10の表面22ではCO2
ーザビーム3−4の照射面15の直径は数百μmよりも
大きい値に設定される。また、急冷剤の基板10表面へ
の吹き付け面16の面積も大きくなる。この構成では、
石英系ガラス基板、多成分系ガラス基板、セラミックス
基板、サファイア基板等の割断加工にも好適であり、よ
り高速で、ドライプロセスでクリーンな雰囲気で熱歪や
マイクロクラックの発生がなく、熱的ダメージが少ない
加工を行うことができる。
Therefore, on the surface 22 of the substrate 10, the diameter of the irradiation surface 15 of the CO 2 laser beam 3-4 is set to a value larger than several hundred μm. Further, the area of the spray surface 16 of the quenching agent to the surface of the substrate 10 also increases. In this configuration,
It is also suitable for cleaving quartz-based glass substrates, multi-component glass substrates, ceramic substrates, sapphire substrates, etc., at higher speeds, in a dry process, in a clean atmosphere, without thermal distortion or microcracks, and without thermal damage. Processing can be performed with less.

【0053】図4は本発明のレーザ加工方法の他の実施
の形態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【0054】この方法は矢印13方向に所望速度で移動
する非金属材料からなる基板10を割断(あるいは蒸発
切断)予定線17に沿って割断(あるいは蒸発切断)す
る際の基板10表面上へ照射されるCO2 レーザビーム
の照射面15の形状と吹き付けられる急冷剤の吹き付け
面16の形状を示したものである。CO2 レーザビーム
の照射面15の形状は略円形状であるのに対し、その加
熱された部分の後方へ吹き付けられる急冷剤の吹き付け
面16の形状は細長い楕円形状になるように吹き付けら
れ、亀裂18をより促進させる。なお、CO2 レーザビ
ームの照射面15の中心と急冷剤吹き付け面16の中心
とは割断(あるいは蒸発切断)予定線上に位置してい
る。
In this method, the substrate 10 made of a nonmetallic material moving at a desired speed in the direction of arrow 13 is irradiated onto the surface of the substrate 10 at the time of cutting (or evaporating and cutting) along a predetermined cutting (or evaporating and cutting) line 17. 2 shows the shape of the CO 2 laser beam irradiation surface 15 and the shape of the quenching agent spraying surface 16 to be sprayed. The shape of the irradiation surface 15 of the CO 2 laser beam is substantially circular, whereas the shape of the spray surface 16 of the quenching agent sprayed behind the heated portion is formed into an elongated elliptical shape. Promote 18 more. Note that the center of the CO 2 laser beam irradiation surface 15 and the center of the quenchant spraying surface 16 are located on the expected cutting (or evaporating) line.

【0055】図5は本発明のレーザ加工方法の他の実施
の形態を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【0056】これはCO2 レーザビームの照射面15の
形状を楕円形状に変換して基板10の表面上に照射する
ようにしたものであり、図4に示した実施の形態より高
速で加工することができる。
In this embodiment, the shape of the irradiation surface 15 of the CO 2 laser beam is converted into an elliptical shape so that the surface of the substrate 10 is irradiated, and the processing is performed at a higher speed than the embodiment shown in FIG. be able to.

【0057】図6は本発明のレーザ加工方法の他の実施
の形態を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【0058】これはCO2 レーザビーム形状をさらに線
状光線となるように変換して基板10の表面上に照射す
るようにしたものである。この線状光線は集光レンズの
後に、例えばZnSeの円柱ロッド(あるいは円管)を
設けることにより実現できる。その光線の長さLと光線
の幅Wとは集光レンズと円柱ロッド(あるいは円管)と
の間隔や円柱ロッド(あるいは円管)の外径、円柱ロッ
ド(あるいは円管)と基板10の表面までの距離、集光
レンズへ入射する平行レーザビーム径等によって制御す
ることができる。このように線状光線にすれば、図5に
示した場合よりもさらに高速加工を実現することができ
る。
In this method, the shape of the CO 2 laser beam is further converted into a linear light beam to irradiate the surface of the substrate 10. This linear light beam can be realized by providing, for example, a cylindrical rod (or circular tube) of ZnSe after the condenser lens. The length L of the light beam and the width W of the light beam are defined as the distance between the condenser lens and the cylindrical rod (or the cylindrical tube), the outer diameter of the cylindrical rod (or the cylindrical tube), and the distance between the cylindrical rod (or the cylindrical tube) and the substrate 10. It can be controlled by the distance to the surface, the diameter of the parallel laser beam incident on the condenser lens, and the like. With such a linear light beam, higher-speed processing can be realized than in the case shown in FIG.

【0059】図7は本発明のレーザ加工方法を適用した
装置の他の実施の形態を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing another embodiment of the apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【0060】この装置は、加工中の基板をノズルごとボ
ックス19で覆い、このボックス19内を排気ダクト2
0を通して強制排気装置21で強制排気することによ
り、よりクリーンでドライなプロセスで加工するように
したものである。
In this apparatus, the substrate being processed is covered with a box 19 together with the nozzle, and the inside of the box 19 is evacuated by an exhaust duct 2.
By performing forced exhaust by the forced exhaust device 21 through 0, processing is performed in a cleaner and dry process.

【0061】図8は本発明のレーザ加工方法を適用した
装置の他の実施の形態を示す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing another embodiment of the apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【0062】この装置は、レーザ発振機1と、レーザ発
振機1からの平行レーザビーム3−1、3−2、3−3
を集光して基板10に照射する光学系と、ガス導入管3
0を通して矢印31方向に流れるアシストガスを基板1
0上に導くガス導入系と、基板10の表面に照射したレ
ーザビームスポット3−4の近傍に急冷剤を搬送して吹
き付ける吹き付け手段としての急冷剤導入管8及び急冷
剤供給装置7と、基板10を回転移動させるステージ1
1とで構成されている。
This device comprises a laser oscillator 1 and parallel laser beams 3-1, 3-2, 3-3 from the laser oscillator 1.
Optical system for condensing light and irradiating the substrate 10 with the gas introduction pipe 3
Assist gas flowing in the direction of arrow 31 through
A quenching agent introducing pipe 8 and a quenching agent supply device 7 as blowing means for conveying and blowing a quenching agent near the laser beam spot 3-4 irradiated on the surface of the substrate 10; Stage 1 for rotating and moving 10
1 and 1.

【0063】基板10の表面にはアシストガス雰囲気に
保たれたCO2 レーザビーム3−4が照射されると共
に、急冷剤も吹き付けられるようになっている。
The surface of the substrate 10 is irradiated with a CO 2 laser beam 3-4 maintained in an assist gas atmosphere, and a quenching agent is also sprayed.

【0064】CO2 レーザビーム3−1、3−2、3−
3、3−4は、フード2内を伝搬し、ノズル6の先端か
ら出射され、基板10の表面に照射される。アシストガ
スはガス導入管30内を矢印31方向に流れ、基板10
の表面に吹き付けられ、基板10の表面及び周囲の雰囲
気温度をさげる。CO2 レーザビーム3−4によって加
熱された基板10の表面には、急冷剤供給装置7から導
かれた急冷剤が急冷剤導入管8内を矢印9方向に伝搬
し、基板10の加熱された表面に吹き付けられる。
CO 2 laser beams 3-1, 3-2, 3-
Numerals 3, 3-4 propagate in the hood 2, exit from the tip of the nozzle 6, and irradiate the surface of the substrate 10. The assist gas flows in the gas introduction pipe 30 in the direction of arrow 31 and
To reduce the ambient temperature of the surface of the substrate 10 and its surroundings. On the surface of the substrate 10 heated by the CO 2 laser beam 3-4, the quenching agent guided from the quenching agent supply device 7 propagates in the quenching agent introduction pipe 8 in the direction of arrow 9 to heat the substrate 10. Sprayed on the surface.

【0065】なお、急冷剤供給装置7と急冷剤導入管8
との間には、電磁バルブ(図示せず)が設けられてお
り、この電磁バルブを電気的に制御することにより、急
冷剤の噴射及び停止を行うことができる。
The quenching agent supply device 7 and the quenching agent introduction pipe 8
An electromagnetic valve (not shown) is provided between the control unit and the electronic control unit. By electrically controlling the electromagnetic valve, the injection and stop of the quenching agent can be performed.

【0066】急冷剤導入管8のノズル噴射口の内径は小
さいほど急冷剤を勢いよく噴射することができる。その
内径は1mmφ以下、好ましくは0.5mmφ以下がよ
い。
The smaller the inner diameter of the nozzle injection port of the quenching agent introduction pipe 8, the more rapidly the quenching agent can be injected. Its inner diameter is 1 mmφ or less, preferably 0.5 mmφ or less.

【0067】図9(a)は本発明のレーザ加工方法に用
いられるノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図
であり、図9(b)は図9(a)に示したノズルの下面
図である。
FIG. 9A is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view of the nozzle shown in FIG. 9A. It is a bottom view.

【0068】同図(a)に示すCO2 レーザビーム3−
4の焦点は、基板10の表面22に結ぶように設定さ
れ、角度αだけ傾けてノズル6に取り付けられた急冷剤
導入管8内を矢印9方向に進んできた急冷剤は基板10
の表面22にCO2 レーザビーム3−4の焦点位置から
間隔dだけ離れた位置に吹き付けられるように設定され
ている。
The CO 2 laser beam 3 shown in FIG.
The focus of 4 is set so as to be connected to the surface 22 of the substrate 10, and the quenching agent that has proceeded in the direction of arrow 9 through the quenching agent introduction pipe 8 attached to the nozzle 6 at an angle α is applied to the substrate 10.
Is set so as to be sprayed onto the surface 22 at a position separated by a distance d from the focal position of the CO 2 laser beam 3-4.

【0069】矢印31方向に流れるアシストガスをノズ
ル6内に導くことによって、基板10の表面22及びそ
の周囲の温度を少しでも下げることができるので、急冷
剤吹き付けによる急冷効果を助長することができる。
By guiding the assist gas flowing in the direction of arrow 31 into the nozzle 6, the temperature of the surface 22 of the substrate 10 and its surroundings can be lowered even a little, so that the quenching effect by spraying the quenching agent can be promoted. .

【0070】ここで、CO2 レーザビーム3−4の焦点
でのビームスポット径は通常100μmから200μm
程度の範囲にあるので、間隔dの値は少なくとも100
μmよりも大きい値が好ましい。
Here, the beam spot diameter at the focal point of the CO 2 laser beam 3-4 is usually 100 μm to 200 μm.
The value of the distance d is at least 100
A value larger than μm is preferred.

【0071】ノズル6の噴出口14−1、14−2の形
状は同図(b)に示すように、一方の噴出口14−1は
CO2 レーザビーム3−4と、矢印31方向に流れるア
シストガスとが通過できるように大きな円形状とし、他
方の噴出口14−2は噴射圧力を高めるために0.5m
mφ以下の内径の円あるいは、楕円形状にしておくと、
基板10の表面22の急速加熱部と急速冷却部とが隣り
合った状態になるようにすることができるので、急速加
熱部で発生しようとする熱歪やマイクロクラックをすば
やく抑圧することができる。また、基板10上に形成さ
れている電子回路や光回路への熱的ダメージを阻止する
ことができる。さらに、急速加熱、急速冷却プロセスを
通過することによって、熱応力による亀裂が促進される
ので、基板10の切断速度や割断速度を速めることがで
きる。従って、間隔dの値は小さい値の方が好ましい。
但し、間隔dの値が100μm以下になると、レーザ照
射された加熱部の温度低下をもたらす。
As shown in FIG. 3B, the shape of the ejection ports 14-1 and 14-2 of the nozzle 6 is such that one of the ejection ports 14-1 flows with the CO 2 laser beam 3-4 in the direction of the arrow 31. It has a large circular shape so that the assist gas can pass through, and the other ejection port 14-2 has a diameter of 0.5 m to increase the ejection pressure.
If a circle with an inner diameter of mφ or less or an elliptical shape is used,
Since the rapid heating portion and the rapid cooling portion on the surface 22 of the substrate 10 can be adjacent to each other, it is possible to quickly suppress thermal distortion and micro cracks that are generated in the rapid heating portion. Further, thermal damage to electronic circuits and optical circuits formed on the substrate 10 can be prevented. Further, by passing through the rapid heating and rapid cooling processes, cracks due to thermal stress are promoted, so that the cutting speed and the cutting speed of the substrate 10 can be increased. Therefore, it is preferable that the value of the interval d is smaller.
However, when the value of the interval d is 100 μm or less, the temperature of the heating portion irradiated with the laser is lowered.

【0072】図10は本発明のレーザ加工方法に用いら
れるノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図であ
る。
FIG. 10 is a side sectional view showing another embodiment of the vicinity of the nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【0073】これは、基板10の表面22にCO2 レー
ザビーム3−4の非集光レーザビームを照射するように
したものである。すなわち、図2に示したCO2 レーザ
ビームの場合には非金属材料や金属材料を蒸発切断した
り、蒸発による溝加工やスリット加工を行ったり、穴あ
き加工するのに適していたが、図3に示すCO2 レーザ
ビームの場合は非金属材料の割断加工に適している。な
お、この場合には、ノズル先端から基板10の表面まで
の距離hが大きくなるので、図10に示すように急冷剤
導入管8はノズル6と分離して基板10の表面近傍に配
置されている。
In this case, the surface 22 of the substrate 10 is irradiated with a non-condensing laser beam of the CO 2 laser beam 3-4. In other words, the CO 2 laser beam shown in FIG. 2 is suitable for evaporating and cutting a nonmetallic material or a metal material, performing groove processing or slitting by evaporation, or performing hole drilling. The case of the CO 2 laser beam shown in FIG. 3 is suitable for cutting a nonmetallic material. In this case, since the distance h from the tip of the nozzle to the surface of the substrate 10 becomes large, the quenching agent introduction pipe 8 is separated from the nozzle 6 and arranged near the surface of the substrate 10 as shown in FIG. I have.

【0074】図11は本発明のレーザ加工方法に用いら
れるノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図であ
る。
FIG. 11 is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【0075】CO2 レーザビーム3−4と、矢印31方
向に流れるアシストガスと、矢印9方向に流れる急冷剤
とを噴出口内径がテーパ状に先細りしたノズル6内を通
過するようにしたものである。この場合には急冷剤の気
化がアシストガス雰囲気によって促進される効果があ
る。
The CO 2 laser beam 3-4, the assist gas flowing in the direction of arrow 31, and the quenching agent flowing in the direction of arrow 9 are passed through a nozzle 6 having a jet outlet with a tapered inner diameter. is there. In this case, there is an effect that the vaporization of the quenching agent is promoted by the assist gas atmosphere.

【0076】図12は本発明のレーザ加工方法を適用し
た装置の他の実施の形態を示す概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing another embodiment of the apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【0077】この装置は、加工中の基板をノズルごとボ
ックス19で覆い、このボックス19内を排気ダクト2
0を通して強制排気装置21で強制排気することによ
り、よりクリーンでドライなプロセスで加工するように
したものである。
In this apparatus, the substrate being processed is covered with the nozzle 19 together with the nozzle, and the inside of the box 19 is exhausted by the exhaust duct 2.
By performing forced exhaust by the forced exhaust device 21 through 0, processing is performed in a cleaner and dry process.

【0078】本発明は上記実施の形態には限定されな
い。
The present invention is not limited to the above embodiment.

【0079】まず、レーザ発振機にはCO2 レーザ発振
機以外に、COレーザ発振機、エキシマレーザ発振機、
YAGレーザ発振機、銅蒸気レーザ発振機等の種々のレ
ーザ発振機を用いることができる。また、レーザ発振機
は、連続発振していてもパルス発振していてもよい。レ
ーザ発振機の出力パワーは数十Wから数kW程度のもの
が好適である。
First, in addition to the CO 2 laser oscillator, a CO laser oscillator, an excimer laser oscillator,
Various laser oscillators such as a YAG laser oscillator and a copper vapor laser oscillator can be used. Further, the laser oscillator may oscillate continuously or pulse. The output power of the laser oscillator is preferably several tens W to several kW.

【0080】図1、図7、図8及び図12に示したレー
ザ加工装置において、全反射ミラー4−1を用いずにC
2 レーザ発振機1をCO2 レーザビーム3−2の光軸
の延長線上に横になるように設置してもよい。
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 1, 7, 8 and 12, C is used without using the total reflection mirror 4-1.
The O 2 laser oscillator 1 may be installed so as to lie on an extension of the optical axis of the CO 2 laser beam 3-2.

【0081】図4から図6に示した実施の形態におい
て、割断(あるいは蒸発切断)予定線17上に予めダイ
ヤモンドカッタやレーザ等でけがき線を入れておき、そ
のけがき線上に沿ってCO2 レーザビーム照射と急冷剤
吹き付け、あるいは急冷剤とアシストガスとを併用した
吹き付けを行うようにしてもよい。また、図4から図6
に示した実施の形態において、割断あるいは蒸発切断
は、基板10を複数個に分断するように格子状に加工す
ることは当然のこととして含まれる。
In the embodiment shown in FIGS. 4 to 6, a scribe line is previously put on the cut (or evaporative cut) scheduled line 17 with a diamond cutter, a laser or the like, and CO is cut along the scribe line. (2) Irradiation with a laser beam and spraying of a quenching agent, or spraying using a combination of a quenching agent and an assist gas may be performed. 4 to 6
In the embodiment shown in the above, it is natural that the cutting or the evaporative cutting includes processing the substrate 10 into a lattice so as to divide the substrate 10 into a plurality.

【0082】[0082]

【実施例】次に具体的な数値を挙げて説明するが限定さ
れるものではない。
The present invention will be described with reference to specific numerical values, but the present invention is not limited thereto.

【0083】図1及び図2(a)、(b)に示したレー
ザ加工装置において、基板10として石英ガラス(厚さ
1mm、直径4インチ)を用い、出力200Wのパワー
(連続発振)のCO2 レーザビーム3−4で分断加工を
行う。急冷剤には急冷剤134a(商品名)を用いた。
その結果、基板10を加工速度300mm/secで分
断することができた。これに対して急冷剤を吹き付けな
い場合には加工速度は50mm/secであり、しかも
分断面に熱的なダメージ層が100μm程度生じた。
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, quartz glass (1 mm thick, 4 inches in diameter) was used as the substrate 10 and the CO (power continuous oscillation) output of 200 W was used. (2) The cutting process is performed with the laser beam 3-4. The quenching agent 134a (trade name) was used as the quenching agent.
As a result, the substrate 10 could be cut at a processing speed of 300 mm / sec. On the other hand, when the quenching agent was not sprayed, the processing speed was 50 mm / sec, and a thermally damaged layer of about 100 μm was formed on the cross section.

【0084】サファイア基板(厚さ1mm、50mm
角)については900mm/secの加工速度でハーフ
カット状態に加工することができ、その後、わずかな応
力を加えるだけで容易にかつ正確に分断することができ
た。これに対して急冷剤を吹き付けない場合には加工速
度が1/3に低下し、かつ分断エッジ部に熱的歪層が多
く発生した。
Sapphire substrate (1 mm thick, 50 mm thick)
With regard to (corner), it was possible to machine in a half-cut state at a machining speed of 900 mm / sec, and thereafter, it was possible to easily and accurately divide by applying a slight stress. On the other hand, when the quenching agent was not sprayed, the processing speed was reduced to 1/3, and a large number of thermally strained layers were generated at the divided edge portions.

【0085】図1及び図7に示したレーザ加工装置にお
いて、急冷剤はノズル6内を通過せずに急冷剤導入管8
を分離し、加熱された部分の後方に吹き付けるようにし
てもよい。
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 and 7, the quenching agent does not pass through the
May be separated and sprayed behind the heated portion.

【0086】図8及び図9(a)、(b)に示したレー
ザ加工装置において、基板10として石英ガラス(厚さ
1mm、直径4インチ)を用い、出力200Wのパワー
(連続発振)のCO2 レーザビーム3−4でN2 のアシ
ストガスを0.5kg/cm2 の圧力で吹付けて分断加
工を行う。急冷剤には急冷剤134a(商品名)を用い
た。その結果、基板10を加工速度320mm/sec
で分断することができた。これに対して急冷剤を吹き付
けない場合には加工速度は50mm/secであり、し
かも分断面に熱的なダメージ層が100μm程度生じ
た。
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 8 and 9A and 9B, quartz glass (thickness: 1 mm, diameter: 4 inches) was used as the substrate 10, and a CO (power continuous oscillation) output of 200 W was used. 2 N 2 assist gas is sprayed with a laser beam 3-4 at a pressure of 0.5 kg / cm 2 to perform a cutting process. The quenching agent 134a (trade name) was used as the quenching agent. As a result, the substrate 10 was processed at a processing speed of 320 mm / sec.
Was able to be divided. On the other hand, when the quenching agent was not sprayed, the processing speed was 50 mm / sec, and a thermally damaged layer of about 100 μm was formed on the cross section.

【0087】サファイア基板(厚さ1mm、50mm
角)については940mm/secの加工速度でハーフ
カット状態に加工することができ、その後、わずかな応
力を加えるだけで容易にかつ正確に分断することができ
た。これに対して急冷剤を吹き付けない場合には加工速
度が1/3に低下し、かつ分断エッジ部に熱的歪層が多
く発生した。
Sapphire substrate (1 mm thick, 50 mm thick)
With regard to (corner), it was possible to machine into a half-cut state at a machining speed of 940 mm / sec, and thereafter, it was possible to easily and accurately divide by applying a slight stress. On the other hand, when the quenching agent was not sprayed, the processing speed was reduced to 1/3, and a large number of thermally strained layers were generated at the divided edge portions.

【0088】図8及び図12に示したレーザ加工装置に
おいて、急冷剤はノズル6内を通過せずに急冷剤導入管
8を分離した図10に示した構成を用い、加熱された部
分の後方に吹き付けるようにしてもよい。
In the laser processing apparatus shown in FIGS. 8 and 12, the quenching agent does not pass through the nozzle 6 but uses the structure shown in FIG. May be sprayed.

【0089】以上において、本発明のレーザ加工方法及
びその装置において、 (1) ドライでクリーンな急速加熱と急速冷却とを隣り合
わせで行うことにより、高速の加工ができ、熱歪やマイ
クロクラックが発生しにくく、かつ熱的ダメージが極め
て小さくなる。
As described above, in the laser processing method and apparatus according to the present invention, (1) high-speed processing can be performed by performing dry clean quick heating and rapid cooling side by side, and heat distortion and micro cracks are generated. And thermal damage is extremely small.

【0090】(2) 乾燥工程が不要なため、低コスト化が
図れる。
(2) Since no drying step is required, cost reduction can be achieved.

【0091】(3) 基板上にパーティクルが付着したり、
残存したりすることがない。
(3) Particles adhere to the substrate,
It does not remain.

【0092】(4) 基板上に形成された電子回路や光回路
等の特性の劣化がない。
(4) There is no deterioration in characteristics of electronic circuits, optical circuits, and the like formed on the substrate.

【0093】(5) 水を用いないので、加工場所を自由に
選択することができる。
(5) Since no water is used, the processing place can be freely selected.

【0094】(6) 熱歪やマイクロクラックが発生しない
ので、長期的に安定であり、長寿命な電子あるいは光デ
バイスを実現することができる。
(6) Since heat distortion and microcracks do not occur, an electronic or optical device that is stable for a long time and has a long life can be realized.

【0095】(7) 急冷剤とアシストガスとを併用して吹
き付けることにより、急冷剤の気化を促進する以外に、
雰囲気温度の低下によって気化をより短時間で行わせる
ことができ、これにより、より急冷効果を高めることが
できる。
(7) In addition to promoting the vaporization of the quenching agent by spraying the quenching agent and the assist gas together,
The vaporization can be performed in a shorter time by lowering the ambient temperature, and the quenching effect can be further enhanced.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0097】高速の加工ができ、熱歪やマイクロクラッ
クが発生しにくく、熱的ダメージが小さいレーザ加工方
法及びその装置の提供を実現することができる。
[0097] It is possible to provide a laser processing method and apparatus capable of high-speed processing, less likely to generate thermal distortion and microcracks, and having small thermal damage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のレーザ加工方法を適用した装置の一実
施の形態を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an apparatus to which a laser processing method according to the present invention is applied.

【図2】(a)は本発明のレーザ加工方法に用いられる
ノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図であり、
(b)は(a)に示したノズルの下面図である。
FIG. 2A is a side cross-sectional view showing another embodiment near a nozzle used in the laser processing method of the present invention,
(B) is a bottom view of the nozzle shown in (a).

【図3】本発明のレーザ加工方法に用いられるノズル近
傍の他の実施の形態を示す側面断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view showing another embodiment in the vicinity of a nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【図4】本発明のレーザ加工方法の他の実施の形態を示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【図5】本発明のレーザ加工方法の他の実施の形態を示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【図6】本発明のレーザ加工方法の他の実施の形態を示
す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing another embodiment of the laser processing method of the present invention.

【図7】本発明のレーザ加工方法を適用した装置の他の
実施の形態を示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing another embodiment of an apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【図8】本発明のレーザ加工方法を適用した装置の他の
実施の形態を示す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing another embodiment of the apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【図9】(a)は本発明のレーザ加工方法に用いられる
ノズル近傍の他の実施の形態を示す側面断面図であり、
(b)は(a)に示したノズルの下面図である。
FIG. 9A is a side sectional view showing another embodiment near a nozzle used in the laser processing method of the present invention,
(B) is a bottom view of the nozzle shown in (a).

【図10】本発明のレーザ加工方法に用いられるノズル
近傍の他の実施の形態を示す側面断面図である。
FIG. 10 is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【図11】本発明のレーザ加工方法に用いられるノズル
近傍の他の実施の形態を示す側面断面図である。
FIG. 11 is a side sectional view showing another embodiment near the nozzle used in the laser processing method of the present invention.

【図12】本発明のレーザ加工方法を適用した装置の他
の実施の形態を示す概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing another embodiment of the apparatus to which the laser processing method of the present invention is applied.

【図13】従来のレーザ加工方法の概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram of a conventional laser processing method.

【図14】従来のレーザ加工方法の概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram of a conventional laser processing method.

【図15】本発明の前提となった光加工方法の説明図で
ある。
FIG. 15 is an explanatory diagram of an optical processing method on which the present invention is based.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振機 4−1、4−2 全反射ミラー 5 集光レンズ 6 ノズル 7 急冷剤供給装置 8 急冷剤導入管 10 基板(被加工物) 11 XYZθ移動ステージ(ステージ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 4-1 and 4-2 Total reflection mirror 5 Condensing lens 6 Nozzle 7 Quenchant supply device 8 Quenchant introduction pipe 10 Substrate (workpiece) 11 XYZθ movement stage (stage)

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一定速度で移動する被加工物の表面にレ
ーザビームスポットを照射すると共に、該レーザビーム
スポットの照射によって加熱された部分の後方に急冷剤
を吹き付けることにより、急速加熱と急速冷却とを隣り
合わせで行うことを特徴とするレーザ加工方法。
1. A rapid heating and rapid cooling by irradiating a laser beam spot on a surface of a workpiece moving at a constant speed and spraying a quench agent behind a portion heated by the irradiation of the laser beam spot. And a laser processing method.
【請求項2】 一定速度で移動する被加工物の表面にレ
ーザビームスポットを照射すると共に、該レーザビーム
スポットの照射によって加熱された部分の後方に所望ガ
スと共に急冷剤を吹き付けることにより、急速加熱と急
速冷却とを隣り合わせで行うことを特徴とするレーザ加
工方法。
2. A rapid heating by irradiating a laser beam spot on a surface of a workpiece moving at a constant speed and spraying a quench agent together with a desired gas behind a portion heated by the irradiation of the laser beam spot. And performing rapid cooling side by side.
【請求項3】 上記レーザビームスポットは断面が略円
形か略楕円形かあるいは幅W、長さLの線状のいずれか
である請求項1または2に記載のレーザ加工方法。
3. The laser processing method according to claim 1, wherein the laser beam spot has a substantially circular or substantially elliptical cross section or a linear shape having a width W and a length L.
【請求項4】 上記急冷剤は、長軸が加工方向に平行に
なるように略楕円形状に吹き付けられる請求項1から3
のいずれかに記載のレーザ加工方法。
4. The cooling agent according to claim 1, wherein the quenching agent is sprayed in a substantially elliptical shape such that a major axis thereof is parallel to a processing direction.
The laser processing method according to any one of the above.
【請求項5】 上記急冷剤はオゾン層を破壊しないフロ
ンガスで搬送される請求項1から4のいずれかに記載の
レーザ加工方法。
5. The laser processing method according to claim 1, wherein the quenching agent is transported by a Freon gas that does not destroy the ozone layer.
【請求項6】 上記レーザビームスポットとして、CO
2 レーザビームを用いた請求項1から5のいずれかに記
載のレーザ加工方法。
6. The laser beam spot as CO
6. The laser processing method according to claim 1, wherein two laser beams are used.
【請求項7】 上記被加工物として、非金属材料基板を
用いた請求項1から6のいずれかに記載のレーザ加工方
法。
7. The laser processing method according to claim 1, wherein a non-metallic material substrate is used as the workpiece.
【請求項8】 上記急冷剤は導入管を通過して内径が1
mmφ以下のノズル噴出口から被加工物表面に斜め方向
から吹き付けられる請求項1から7のいずれかに記載の
レーザ加工方法。
8. The quenching agent passes through an introduction pipe and has an inner diameter of 1%.
The laser processing method according to any one of claims 1 to 7, wherein the nozzle is blown obliquely onto a surface of the workpiece from a nozzle outlet having a diameter of not more than mmφ.
【請求項9】 上記被加工物の表面に照射されるレーザ
ビームスポットと急冷剤とは噴出口内径がテーパ状に先
細りしたノズル内を通過する請求項1から8のいずれか
に記載のレーザ加工方法。
9. The laser processing according to claim 1, wherein the laser beam spot and the quenching agent applied to the surface of the workpiece pass through a nozzle having an inner diameter of a jet port tapered in a tapered shape. Method.
【請求項10】 上記レーザビームスポットの中心位置
と急冷剤の吹き付けられる中心位置との間隔は少なくと
も100μmである請求項1から9のいずれかに記載の
レーザ加工方法。
10. The laser processing method according to claim 1, wherein an interval between a center position of the laser beam spot and a center position to which the quenching agent is sprayed is at least 100 μm.
【請求項11】 上記ノズルの噴出口は加工方向に長い
楕円形状に形成されている請求項9または10に記載の
レーザ加工方法。
11. The laser processing method according to claim 9, wherein an ejection port of the nozzle is formed in an elliptical shape long in a processing direction.
【請求項12】 上記被加工物の加工は強制排気設備の
取り付けられたボックス内で行われる請求項1から11
のいずれかに記載のレーザ加工方法。
12. The processing of the workpiece is performed in a box provided with a forced exhaust system.
The laser processing method according to any one of the above.
【請求項13】 レーザ発振機と、該レーザ発振機から
の平行レーザビームを集光して被加工物に照射する光学
系と、該被加工物表面に照射したレーザビームスポット
の近傍に急冷剤を搬送して吹き付ける吹き付け手段と、
上記被加工物を移動させるステージとを備えたことを特
徴とするレーザ加工装置。
13. A laser oscillator, an optical system for converging a parallel laser beam from the laser oscillator to irradiate a workpiece, and a quenching agent near the laser beam spot irradiating the surface of the workpiece. Spraying means for conveying and blowing
A laser processing apparatus comprising: a stage for moving the workpiece.
【請求項14】 上記レーザビームスポットと急冷剤と
は噴出口が略楕円形でテーパ状に先細りしたノズルを通
過するようにした請求項13に記載のレーザ加工装置。
14. The laser processing apparatus according to claim 13, wherein the laser beam spot and the quenching agent pass through a nozzle having an approximately elliptical and tapered tapered outlet.
【請求項15】 レーザ発振機と、該レーザ発振機から
の平行レーザビームを集光して被加工物に照射する光学
系と、該被加工物表面に照射したレーザビームスポット
の近傍に所望ガスと共に急冷剤を搬送して吹き付ける吹
き付け手段と、上記被加工物を移動させるステージとを
備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
15. A laser oscillator, an optical system for converging a parallel laser beam from the laser oscillator to irradiate a workpiece, and a desired gas near a laser beam spot irradiating the surface of the workpiece. A laser processing device comprising: a spraying means for conveying and blowing a quenching agent; and a stage for moving the workpiece.
【請求項16】 上記レーザビームスポットと所望ガス
と急冷剤とは噴出口が略楕円形でテーパ状に先細りした
ノズルを通過するようにした請求項15に記載のレーザ
加工装置。
16. The laser processing apparatus according to claim 15, wherein the laser beam spot, the desired gas, and the quenching agent pass through a nozzle having an approximately elliptical tapered shape.
【請求項17】 上記光学系は上記被加工物表面に照射
されるレーザビームスポットの断面形状を略円形、略楕
円形あるいは略線状に変換する請求項13から16のい
ずれかに記載のレーザ加工装置。
17. The laser according to claim 13, wherein the optical system converts the cross-sectional shape of the laser beam spot irradiated on the surface of the workpiece into a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, or a substantially linear shape. Processing equipment.
【請求項18】 上記被加工物の加工は強制排気設備の
取り付けられたボックス内で行われるようにした請求項
13から17のいずれかに記載のレーザ加工装置。
18. The laser processing apparatus according to claim 13, wherein the processing of the workpiece is performed in a box provided with a forced exhaust system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058602A (en) * 2014-09-11 2016-04-21 株式会社ディスコ Laser processing method

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