JP2014037003A - Laser processing apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing apparatus for improving the working speed of a glass substrate.SOLUTION: A glass substrate working apparatus processes a glass substrate by irradiating the glass substrate with a laser beam. A rotary disk 6 formed of a plurality of transparent substances of different refractive indices is interposed between a capacitor lens 3 for condensing the laser beam in the glass substrate and a glass substrate 4. The laser beam emitted from the capacitor lens 3 is caused to pass through the plurality of transparent substances of different refractive indices by rotating the rotary disk 6, so that the focal point of the inside of a workpiece 4 is modulated in the optical axis direction from the deep side to the incident beam side thereby to retain the transpiration path of the gas generated in the work piece 4. After processed, the laser beam is moved to a next position.

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

本発明は、レーザ加工装置、特に、ガラス基板にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置に関する。  The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a glass substrate with laser light.

レーザ光によるガラス基板加工装置としては、例えば特許文献1に示された装置が知られている。この種の加工装置では、波長が532nm程度のグリーンレーザ光がガラス基板等の被加工物体に照射される。グリーンレーザ光は、一般的にはガラス基板を透過するが、レーザ光を集光し、その強度があるしきい値を越えると、ガラス基板はレーザ光を吸収することになる。このような状態では、レーザ光の集光部にプラズマが発生し、これによりガラス基板は蒸散する。以上のような原理を利用して、ガラス基板に孔を形成する等の加工が可能である。  As a glass substrate processing apparatus using laser light, for example, an apparatus disclosed in Patent Document 1 is known. In this type of processing apparatus, an object to be processed such as a glass substrate is irradiated with green laser light having a wavelength of about 532 nm. The green laser light is generally transmitted through the glass substrate, but when the laser light is collected and the intensity exceeds a certain threshold value, the glass substrate absorbs the laser light. In such a state, plasma is generated in the condensing part of the laser beam, and thereby the glass substrate is evaporated. Processing such as forming a hole in the glass substrate can be performed using the principle described above.

また、特許文献2には、レーザ光を、被加工物体の表面上で、複数の集光点を回転走査させ、かつ光軸方向に移動させるためのレーザ加工装置が示されている。  Patent Document 2 discloses a laser processing apparatus for rotating and scanning a plurality of condensing points on the surface of an object to be processed and moving the laser light in the optical axis direction.

特開2007−118054号公報JP 2007-118054 A 特開2011−11212号公報JP 2011-11212 A

前述のような従来のレーザ光による加工装置を用いて、ガラス基板に例えば孔を形成する場合、孔の円周(加工ライン)に沿ってレーザ光を走査し、その加工ラインの内部を抜き落とすことにより孔が形成される。また、その際に、特許文献2に示されたような機構を用い、レーザ光を回転させながら加工を行い、光軸方向に集光点を移動させて、加工を容易にしている。  For example, when forming a hole in a glass substrate using the conventional laser beam processing apparatus as described above, the laser beam is scanned along the circumference (processing line) of the hole, and the inside of the processing line is removed. As a result, a hole is formed. At that time, the mechanism as shown in Patent Document 2 is used to perform processing while rotating the laser beam, and the condensing point is moved in the optical axis direction to facilitate the processing.

しかし、従来のレーザ光を用いたガラス基板の加工方法では、加工時間がかかるという問題点以外に、装置自体が高価になるという欠点がある。したがって、加工時間の短縮化、装置のコスト低下が望まれている。  However, the conventional method for processing a glass substrate using a laser beam has the disadvantage that the apparatus itself is expensive in addition to the problem that it takes a long processing time. Therefore, shortening of processing time and cost reduction of the apparatus are desired.

本発明の課題は、レーザ加工に際し、加工時間を短縮することにある。  An object of the present invention is to shorten the processing time in laser processing.

本発明の別の課題は、安価な構成で実現可能なレーザ加工装置を提供することにある。  Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can be realized with an inexpensive configuration.

本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物体が載置されるワークテーブルと、レーザ光を出力するレーザ光出力部と、入力されたレーザ光を被加工物体内部の一点に集光させる集光レンズよりなる集光部分と、集光レンズと被加工物体表面の間に存在し、集光点を光軸方向に移動させる変調機構部分と、を備えている。  A laser processing apparatus according to the present invention includes a work table on which an object to be processed is placed, a laser light output unit that outputs laser light, and a condensing light that condenses the input laser light at one point inside the object to be processed. A condensing portion comprising a lens, and a modulation mechanism portion that exists between the condensing lens and the surface of the object to be processed and moves the condensing point in the optical axis direction.

この装置では、光学系はレーザ光出力部からのレーザ光を集光レンズに導き、更に、被加工物体に導く。以下の説明では、被加工物体としてガラス基板を例に説明する場合もある。変調機構部分は集光点を、ワークテーブルに載置されたガラス基板の内部で、光軸方向に沿って往復移動させる機能を有する。ワークテーブルはガラス基板をレーザ光の光軸とは直交する面で移動させる。レーザ光によるダメージはガラス基板内部に形成され、変調機構部分で深さ方向にダメージを延長する。ワークテーブルを移動させることで、ガラス基板にダメージ領域を切断ラインに沿って形成することが出来る。  In this apparatus, the optical system guides the laser light from the laser light output unit to the condenser lens and further guides it to the object to be processed. In the following description, a glass substrate may be described as an example of the workpiece. The modulation mechanism portion has a function of reciprocating the light condensing point along the optical axis direction inside the glass substrate placed on the work table. The work table moves the glass substrate in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam. Damage caused by the laser light is formed inside the glass substrate, and extends in the depth direction at the modulation mechanism portion. By moving the work table, it is possible to form a damaged region along the cutting line on the glass substrate.

ここでは、変調機構部分によりガラス基板内部の集光点の位置が光軸方向に移動できる。しかる後にワークテーブルが移動する。これが本願の特長となる部分である。通常は、集光点の瞬時の移動が出来ない為、深さを一定に保ちながら加工を行い、しかる後に集光点の光軸方向への移動を行った後に、ワークテーブル移動を行っていた。この深さ方向の異なる集光点の形成の間に、ワークテーブル移動が入る為、ワークテーブルの移動精度が不足すると、集光点の上下方向のズレが生じ、ガラスの切断に支障が生じることがあった。また加工精度を高める為には、テーブルの重量も増えるディメリットが有った。  Here, the position of the condensing point inside the glass substrate can be moved in the optical axis direction by the modulation mechanism portion. After that, the work table moves. This is a feature of the present application. Normally, since the focal point cannot be moved instantaneously, processing is performed while keeping the depth constant, and then the work table is moved after moving the focal point in the direction of the optical axis. . Since the work table moves during the formation of the condensing points with different depth directions, if the work table movement accuracy is insufficient, the converging point will be displaced in the vertical direction, which may hinder the cutting of the glass. was there. In addition, in order to increase the processing accuracy, there was a disadvantage that the weight of the table also increased.

従来の加工装置の別の不具合としては、レーザ集光点でガラス基板へダメージを形成した後に、同じポジションで単に深さだけ異なる領域へのダメージを形成する迄の時間は、長くなってしまう。これは、同じ深さの異なる場所のダメージ形成した後に、深さを変えて再度ダメージ形成を行う為に生ずる。この為、最初のダメージ形成でガラスの蒸散のパスを形成しても、次に深さの異なる位置のダメージ形成を行うまでの間に、溶融ガラスが固まる際に蒸散パスを塞いでしまい、内部の集光点でのダメージによるガラスの蒸散パスが確保できない懸念が有った。  Another disadvantage of the conventional processing apparatus is that after the damage is formed on the glass substrate at the laser condensing point, the time until the damage to the region different in depth only at the same position is increased. This occurs because the damage is formed again at different depths after changing the depth after forming damage at the same depth. For this reason, even if the path for transpiration of the glass is formed in the first damage formation, the transpiration path is blocked when the molten glass is solidified until the next damage formation at a different depth is performed. There was a concern that a glass transpiration path could not be secured due to damage at the condensing point.

本願では、ワークテーブルの同じ位置で、集光点の光軸方向の移動を瞬時に行った後に、ワークテーブルの移動を行い、隣の部分の加工を行う機構であるため、ワークテーブルの移動精度を低下することが出来る。この為、テーブルも軽量化が可能となり、装置全体を安価に実現できる。  In this application, since the work table is moved at the same position of the work table in the optical axis direction, the work table is moved and the adjacent part is machined, the work table is moved accurately. Can be reduced. For this reason, the table can be reduced in weight, and the entire apparatus can be realized at low cost.

以上のような本発明では、レーザ光を用いたガラス基板の加工において、従来に比較して加工時間の短縮化を図ることができる。また、装置構成が簡単になり、装置のコストを抑えることができる。  In the present invention as described above, in processing of a glass substrate using laser light, processing time can be shortened as compared with the conventional case. Further, the device configuration is simplified, and the cost of the device can be suppressed.

本発明の一実施形態によるガラス基板加工装置の光学系。The optical system of the glass substrate processing apparatus by one Embodiment of this invention. 集光部分と変調機構部分の拡大と集光点の位置を説明する図。The figure explaining the expansion of a condensing part and a modulation mechanism part, and the position of a condensing point. 変調機構部分の動作を説明する図。The figure explaining operation | movement of a modulation mechanism part. 変調機構部分の動作原理を詳細に説明する図。The figure explaining the operating principle of a modulation mechanism part in detail. 変調機構部分の動作を説明する図。The figure explaining operation | movement of a modulation mechanism part. 別の実施形態による変調機構部分の動作原理を詳細に説明する図。The figure explaining the operating principle of the modulation mechanism part by another embodiment in detail. 別の実施形態による変調機構部分の動作原理を更に詳細に説明する図。The figure explaining the operation principle of the modulation mechanism part by another embodiment in detail. 変調機構部分の別の実施形態による集光点の変化とガラス基板内部のダメージの状況、及びガラス基板の蒸散のパスを示す図。The figure which shows the change of the condensing point by another embodiment of a modulation mechanism part, the condition of the damage inside a glass substrate, and the path | pass of transpiration | evaporation of a glass substrate. ガラス基板内部のダメージの形成の過程を説明する図Diagram explaining the process of forming damage inside the glass substrate 集光点位置を変化させるタイミングと、ガラス基板内部のダメージ形成場所の時間的変化を説明する図。The figure explaining the time change of the timing which changes a condensing point position, and the damage formation place inside a glass substrate.

[全体構成]
図1に本発明の一実施形態によるガラス基板加工装置の全体構成を示す。このガラス基板加工装置は、ガラス基板の加工ラインに沿ってレーザ光を照射し、孔開け等の加工を行うための装置である。この装置は、レーザ光出力部1と、被加工物体としてのガラス基板4が載置と移動を行うワークテーブル5と、ガラス基板内部にレーザ光を集光させるための集光レンズ3と、レーザ出力部1から集光レンズ3へレーザ光を導く光学系2(図1ではミラー光学系を例示している)を備えている。集光レンズとガラス基板表面の間には、集光点を光軸方向に移動させる変調機構部分6が設置されている。変調機構部分6は、ワークテーブル5に載置されたガラス基板4の内部で、光軸方向に沿って集光点を往復移動させる機能を有する。光軸の途中にはウェッジプリズム7を挿入し、これに微小振動を与えることで、レーザ光線の方向を微小に変化させることが出来る。
ここで、図1に示すように、ワークテーブル5の上面に沿った平面において、互いに直交する軸をx軸、y軸とし、これらの軸に直交する鉛直方向の軸をz軸と定義する。また、x軸に沿った両方向(+方向及び−方向)をx軸方向、y軸に沿った両方向をy軸方向、z軸に沿った両方向をz軸方向と定義する。
[overall structure]
FIG. 1 shows the overall configuration of a glass substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This glass substrate processing apparatus is an apparatus for performing processing such as drilling by irradiating a laser beam along a processing line of a glass substrate. This apparatus includes a laser light output unit 1, a work table 5 on which a glass substrate 4 as an object to be processed is placed and moved, a condensing lens 3 for condensing laser light inside the glass substrate, and a laser. An optical system 2 for guiding laser light from the output unit 1 to the condenser lens 3 (a mirror optical system is illustrated in FIG. 1) is provided. Between the condensing lens and the glass substrate surface, a modulation mechanism portion 6 for moving the condensing point in the optical axis direction is installed. The modulation mechanism portion 6 has a function of reciprocating the condensing point along the optical axis direction inside the glass substrate 4 placed on the work table 5. By inserting a wedge prism 7 in the middle of the optical axis and applying minute vibrations to this, the direction of the laser beam can be changed minutely.
Here, as shown in FIG. 1, in the plane along the upper surface of the work table 5, the axes orthogonal to each other are defined as the x axis and the y axis, and the vertical axis orthogonal to these axes is defined as the z axis. Further, both directions along the x axis (+ direction and − direction) are defined as the x axis direction, both directions along the y axis are defined as the y axis direction, and both directions along the z axis are defined as the z axis direction.

<ワークテーブル>
ワークテーブル5は、矩形状に形成されており、ワークテーブル5の下方には、ワークテーブル5をx軸方向及びy軸方向に移動させるためのテーブル移動機構(図示せず)が設けられている。
<Worktable>
The work table 5 is formed in a rectangular shape, and a table moving mechanism (not shown) for moving the work table 5 in the x-axis direction and the y-axis direction is provided below the work table 5. .

ワークテーブル5には、複数の吸気口(図示せず)が格子状に形成されるとともに、ワークテーブル5上に配置されるガラス基板4を吸着固定することが可能である。なお、吸気のための機構は、周知の排気ポンプ等によって構成されており、詳細は省略する。複数の吸気口は、ガラス基板4の裏面から噴出する、レーザ加工時のガラスの蒸散のガスを吸引する事も兼ねている。  A plurality of air inlets (not shown) are formed in a lattice shape on the work table 5, and the glass substrate 4 disposed on the work table 5 can be sucked and fixed. The intake mechanism is constituted by a well-known exhaust pump or the like and will not be described in detail. The plurality of air inlets also serves to suck in the gas of transpiration of glass that is ejected from the back surface of the glass substrate 4 during laser processing.

ワークテーブル5は、x軸方向及びy軸方向に移動自在である。この移動は、周知のモータ等(ステッピングモータも含む)の駆動手段によって駆動されるようになっている。このワーキングテーブル5の移動は、変調機構部分6からの信号で制御することも可能である。  The work table 5 is movable in the x-axis direction and the y-axis direction. This movement is driven by driving means such as a well-known motor or the like (including a stepping motor). The movement of the working table 5 can also be controlled by a signal from the modulation mechanism portion 6.

<レーザ光出力部>
レーザ光出力部1は従来と同様のレーザ管により構成されている。このレーザ光出力部1によって、例えば波長532nmのグリーンレーザが出射され、光学系2、及び集光レンズ3によって、ワークテーブル5上のガラス基板4に垂直方向より集光照射される。
<Laser light output unit>
The laser beam output unit 1 is composed of a laser tube similar to the conventional one. For example, a green laser having a wavelength of 532 nm is emitted from the laser light output unit 1, and the glass substrate 4 on the work table 5 is condensed and irradiated from the vertical direction by the optical system 2 and the condenser lens 3.

<変調機構部分>
変調機構部分6は、集光レンズ3から出射されたレーザ光はガラス基板4の内部に集光されるが、この集光点を光軸方向に沿って微小に移動させるためのものである。具体的には図2に示すように、屈折率n、板厚dのガラス板を挿入する。すると、ガラス板が無い時の光の軌跡に対し、光の進行方向側にシフトする。このシフト量Δは
Δ=d×(n−1)/nの式で示される。
更に、ガラス基板4の中では、被加工物体であるガラス基板4の屈折率n’とすると、ガラス基板4中の集光点のシフト量Δ’は
Δ’=d×n’×(n−1)/nの式で示される。
ここで、ガラス板の厚さdと屈折率nを周期的に変化させることで、ガラス基板4内部の集光点は光軸方向に変化することが出来る。これが変調機構部分の構成である。
<Modulation mechanism part>
The modulation mechanism portion 6 is for moving the condensing point minutely along the optical axis direction, while the laser light emitted from the condensing lens 3 is condensed inside the glass substrate 4. Specifically, as shown in FIG. 2, a glass plate having a refractive index n and a plate thickness d is inserted. Then, it shifts to the light traveling direction side with respect to the locus of light when there is no glass plate. This shift amount Δ is expressed by the equation: Δ = d × (n−1) / n.
Further, in the glass substrate 4, when the refractive index n ′ of the glass substrate 4 that is an object to be processed is given, the shift amount Δ ′ of the condensing point in the glass substrate 4 is Δ ′ = d × n ′ × (n− 1) It is shown by the formula of / n.
Here, by periodically changing the thickness d and the refractive index n of the glass plate, the condensing point inside the glass substrate 4 can be changed in the optical axis direction. This is the configuration of the modulation mechanism portion.

<光学系>
図1に示すように、レーザ出力部1から集光レンズ3へレーザ光を導く為、光学系2(図1ではミラー光学系)が設置されている。また図1で示したように、ウェッジプリズム7を入れることで、レーザ光線を光軸に対し微小に変動(移動機構部分と称す)することが出来る。これにより、ワークテーブル5による集光点のX,Y方向への移動以外に、集光点の微小なX,Y方向への移動を行うことが出来る。
またこの光学系としてはミラー2の代わりに、光ファイバーで集光レンズ3まで導いても良い。
<Optical system>
As shown in FIG. 1, an optical system 2 (mirror optical system in FIG. 1) is installed to guide laser light from the laser output unit 1 to the condenser lens 3. Further, as shown in FIG. 1, by inserting the wedge prism 7, the laser beam can be minutely changed (referred to as a moving mechanism portion) with respect to the optical axis. Thereby, in addition to the movement of the condensing point in the X and Y directions by the work table 5, the converging point can be moved in the minute X and Y directions.
Further, as this optical system, instead of the mirror 2, it may be guided to the condenser lens 3 by an optical fiber.

<集光レンズ>
図1に示すように、レーザ出力部1から光学系2(図1ではミラー光学系)を経由して、導かれたレーザ光は、集光レンズ3で被加工物体であるガラス基板4内部に集光される。集光点はレンズの焦点距離と、変調機構部分6のガラス厚、屈折率とで決まる。また図1で示したように、ウェッジプリズム7を入れることで、レーザ光線を光軸に対し偏位させ、ウェッジプリズム7に振動を与えることで、集光点を微小に変動することが出来る。これにより、ワークテーブル5による集光点のX,Y方向への移動以外に、集光点の微小なX,Y方向への移動を行うことが出来る。
<Condensing lens>
As shown in FIG. 1, the laser beam guided from the laser output unit 1 via the optical system 2 (mirror optical system in FIG. 1) is introduced into the glass substrate 4 which is the object to be processed by the condenser lens 3. Focused. The focal point is determined by the focal length of the lens, the glass thickness of the modulation mechanism portion 6, and the refractive index. Further, as shown in FIG. 1, by inserting the wedge prism 7, the laser beam is deflected with respect to the optical axis, and the wedge prism 7 is vibrated, so that the condensing point can be changed minutely. Thereby, in addition to the movement of the condensing point in the X and Y directions by the work table 5, the converging point can be moved in the minute X and Y directions.

[動作]
次に、レーザ光によるガラス基板の加工動作について説明する。
[Operation]
Next, the processing operation of the glass substrate with laser light will be described.

ここで、レーザ光による1回の加工でガラスが除去される高さは数十μmである。したがって、ガラス基板4に孔開け加工を行う場合、集光レンズ3での集光点を加工ラインに沿って一度だけ走査しても孔を形成すること、すなわち加工ラインの内側の部分を抜き落とすことは、一般的に困難である。Here, the height at which the glass is removed by one processing with a laser beam is several tens of μm. Therefore, when a hole is formed in the glass substrate 4, a hole is formed even if the condensing point of the condensing lens 3 is scanned only once along the processing line, that is, an inner portion of the processing line is removed. That is generally difficult.

図3を用いて、本発明のガラス加工装置の動作に付き説明する。図3には変調機構部分6の構造を示している。変調機構部分6は、厚さが異なる複数のガラス板で出来た回転ディスクからなる。図3では厚さはd1,d2,d3の3領域のガラス板を120度の扇状の形状6,6,6にし、これらを頂点で合わせ、回転ディスクを形成している。ここで、厚さはd3>d2>d1としている。この回転ディスクを扇状の頂点を中心として回転させる。また集光レンズ3から出てきた光線は、この回転ディスクの同じ厚さの扇状ガラス板領域6,or6,or6のいづれかを通過し、ガラス基板4内部に集光される。The operation of the glass processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the structure of the modulation mechanism portion 6. The modulation mechanism portion 6 is composed of a rotating disk made of a plurality of glass plates having different thicknesses. In FIG. 3, the glass plates in three regions d1, d2, and d3 are formed into 120-degree fan-shaped shapes 6 1 , 6 2 , and 6 3 , which are combined at the apex to form a rotating disk. Here, the thickness is d3>d2> d1. The rotating disk is rotated around a fan-like apex. The light beam emerging from the condensing lens 3 passes through one of the fan-shaped glass plate regions 6 1 , or 6 2 , or 6 3 having the same thickness of the rotating disk, and is condensed inside the glass substrate 4.

図4を用いて、本発明のガラス加工装置の動作に付き詳細に説明する。図4には変調機構部分6の内、扇状ガラス板領域6,or6,or6のいづれかを通過し、ガラス基板4の内部の集光点の位置を示している。前述したように、ガラス基板4の屈折率n’とすると、ガラス基板4中の集光点のシフト量Δ’は、Δ’=di×n’×(n−1)/nの式で示される(i=1or2or3)である。回転ディスクを回転させることにより、厚さがd1、d2、d3と変化する為、集光ポイントは、光軸方向に変化する。ガラス基板の屈折率n’と、ガラス板の屈折率nが一致する場合には、Δ’=di×(n−1)となり、nは通常1.5程度の値であるため、ガラス基板4内での集光点のシフト量は回転ディスクの3領域の厚さの約半分になる。図4に於いて、回転ディスクを回転するだけで、集光点をガラス基板4内の光軸に沿って、容易に往復移動をすることが出来る。The operation of the glass processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Of the modulation mechanism portion 6 in FIG. 4, through the either of the fan-shaped glass plate regions 6 1, OR6 2, OR6 3, shows the position of the focal point inside the glass substrate 4. As described above, when the refractive index n ′ of the glass substrate 4 is assumed, the shift amount Δ ′ of the condensing point in the glass substrate 4 is expressed by the following equation: Δ ′ = di × n ′ × (n−1) / n. (I = 1 or 2 or 3). By rotating the rotating disk, the thickness changes to d1, d2, and d3, so that the condensing point changes in the optical axis direction. When the refractive index n ′ of the glass substrate and the refractive index n of the glass plate match, Δ ′ = di × (n−1), and n is usually a value of about 1.5. The amount of shift of the condensing point is about half of the thickness of the three regions of the rotating disk. In FIG. 4, the focal point can be easily reciprocated along the optical axis in the glass substrate 4 simply by rotating the rotating disk.

次に、図5を用いて、本発明のガラス加工装置の別の実施例に付き説明する。図5には変調機構部分6の構造を示している。変調機構部分6は、屈折率の異なる複数のガラス板で出来た回転ディスクからなる。図5では屈折率はn1,n2,n3の3領域のガラス板を120度の扇状の形状6’,6’,6’にし、これらを頂点で合わせ、回転ディスクを形成している。ここで、屈折率はn3>n2>n1としている。この回転ディスクを扇状の頂点を中心として回転させる。また集光レンズ3から出てきた光線は、この回転ディスクの同じ屈折率の扇状ガラス板領域6’or,6’or,6’のいづれかを通過し、ガラス基板4内部に集光される。Next, another embodiment of the glass processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the structure of the modulation mechanism portion 6. The modulation mechanism portion 6 is composed of a rotating disk made of a plurality of glass plates having different refractive indexes. In FIG. 5, the glass plates in the three regions of refractive index n1, n2, and n3 are formed into 120 ° fan-shaped shapes 6 ′ 1 , 6 ′ 2 , 6 ′ 3 and these are combined at the apex to form a rotating disk. . Here, the refractive index is n3>n2> n1. The rotating disk is rotated around a fan-like apex. The light beam emerging from the condenser lens 3 passes through any one of the fan-shaped glass plate regions 6′or 1 , 6 ′ 2 or 6 ′ 3 having the same refractive index of the rotating disk, and is condensed inside the glass substrate 4. Is done.

図6を用いて、本発明のガラス加工装置の動作に付き詳細に説明する。図6には変調機構部分6の内、扇状ガラス板領域6’or,6’or,6’のいづれかを通過し、ガラス基板4の内部の集光点の位置を示している。前述したように、ガラス基板4の屈折率n’とすると、ガラス基板4中の集光点のシフト量Δ’は、Δ’=d×n’×(ni−1)/niの式で示される(i=1or2or3)である。回転ディスクを回転させることにより、屈折率がn1,n2,n3と変化する為、集光ポイントは、光軸方向に変化する。例としてガラス基板の屈折率n’=1.5と、ガラス板の屈折率niが1.4、1.5、1,6と変化する場合には、シフト量は0.43d、0.5d、0.56dとなる。図6に於いても、図4と同様に、回転ディスクを回転するだけで、集光点をガラス基板4内の光軸に沿って、容易に往復移動をすることが出来る。The operation of the glass processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6 shows the position of the condensing point inside the glass substrate 4 passing through any one of the fan-shaped glass plate regions 6′or 1 , 6 ′ 2 or 6 ′ 3 in the modulation mechanism portion 6. As described above, when the refractive index n ′ of the glass substrate 4 is assumed, the shift amount Δ ′ of the condensing point in the glass substrate 4 is expressed by the following equation: Δ ′ = d × n ′ × (ni−1) / ni. (I = 1 or 2 or 3). By rotating the rotating disk, the refractive index changes to n1, n2, and n3, so that the condensing point changes in the optical axis direction. As an example, when the refractive index n ′ = 1.5 of the glass substrate and the refractive index ni of the glass plate change to 1.4, 1.5, 1, 6, the shift amounts are 0.43d and 0.5d. 0.56d. In FIG. 6, similarly to FIG. 4, the focal point can be easily reciprocated along the optical axis in the glass substrate 4 simply by rotating the rotating disk.

図5、6に示した回転ディスクを回転させることによる、集光点の変化を図7に示す。屈折率がn1,n2,n3と変化した際の、シフト量Δ’1,2,3は図に示した様な位置に集光する。FIG. 7 shows a change in the focal point by rotating the rotating disk shown in FIGS. When the refractive index changes to n1, n2, and n3, the shift amounts Δ′1, 2, and 3 are condensed at positions as shown in the figure.

図8に回転ディスクを回転させたそれぞれのケースで、ガラス基板4の内部に生じるダメージの発生場所を示す。図8(a)に於いて、タイミングt1では屈折率n3を持つ扇状ガラス板領域6’をレーザ光が通過する。扇状ガラス板領域中の通過領域を点線の丸領域で示す。タイミングt2では屈折率n2を持つ扇状ガラス板領域6’をレーザ光が、タイミングt3では屈折率n1を持つ扇状ガラス板領域6’をレーザ光がそれぞれ通過する。FIG. 8 shows the places where damage occurs in the glass substrate 4 in each case where the rotating disk is rotated. In FIG. 8 (a), the laser light passes through the fan-shaped glass plate regions 6 '3 with timing t1 in refractive index n3. A passing area in the fan-shaped glass plate area is indicated by a dotted circle area. 'The laser beam 2 is, fan-shaped glass plate regions 6 with a timing t3 in refractive index n1' fan-shaped glass plate regions 6 with a timing t2, the refractive index n2 laser light passes through each one.

図8(b)は、ガラス基板4の内部にダメージが入る様子を示している。タイミングt1では、集光点はガラス基板4の一番奥側になり、裏面に近い箇所にダメージ領域が入る。次に回転ディスクが120度回転したタイミングt2では、集光点は表面側に移動し、ダメージ領域が追加される。更に120度回転したタイミングt3では、集光点は更に表面側に移動する。  FIG. 8B shows a situation in which damage enters the inside of the glass substrate 4. At timing t1, the condensing point is on the innermost side of the glass substrate 4, and a damaged area enters a location near the back surface. Next, at the timing t2 when the rotating disk rotates 120 degrees, the condensing point moves to the surface side, and a damaged area is added. At timing t3, which is further rotated by 120 degrees, the condensing point moves further to the surface side.

図8(c)は、レーザ光の集光部にプラズマが発生しダメージが入り、ガラス基板は蒸散するが、ガラス基板に孔が開き、蒸散したガスが出て行くパスを示す図である。タイミングt1では、集光点はガラス基板4の一番奥側になり、裏面に近い箇所にパスが出来る。次に回転ディスクが120度回転したタイミングt2では、ガラス基板内部の表面側に移動しパスが伸びる。更に120度回転したタイミングt3では、集光点は更に表面側に移動しパスが更に伸びる。この為、内部で発生した蒸散ガスがこのパスを通じてガラス基板裏面より抜けていく。  FIG. 8C is a diagram showing a path in which plasma is generated in the laser beam condensing portion and damage occurs, and the glass substrate evaporates, but a hole opens in the glass substrate and the evaporated gas goes out. At timing t1, the condensing point is on the innermost side of the glass substrate 4, and a pass can be made near the back surface. Next, at timing t2 when the rotating disk rotates 120 degrees, the path moves to the surface side inside the glass substrate, and the path extends. At a timing t3 that is further rotated by 120 degrees, the condensing point is further moved to the surface side, and the path is further extended. For this reason, the vaporized gas generated inside escapes from the back surface of the glass substrate through this path.

特長的なことは、回転ディスクを一回転させるだけで、同じ場所(図8ではポジションP1で示す)で、集光点が裏面から表面に移動する事である。かつ短時間で移動が完了する為、孔が塞がる前に、内部で発生した蒸散ガスの放出が完了する。またワークテーブル5での移動を行う前に、集光点の移動が先に完了する。  What is characteristic is that the focal point moves from the back surface to the front surface at the same place (indicated by position P1 in FIG. 8) by rotating the rotating disk only once. In addition, since the movement is completed in a short time, the release of the transpiration gas generated inside is completed before the hole is closed. In addition, before the movement on the work table 5, the movement of the condensing point is completed first.

同じポジションでの集光点の光軸方向への移動が完了(タイミングt1⇒t2⇒t3)した後に、ウェッジプリズムの角度変化を行い、隣接ポジションへの移動を行う。そのポジションで回転ディスクの回転を行い、集光点の光軸方向への移動を行う。これを繰り返し、切断加工を進める。ウェッジプリズム7を元の位置に戻すタイミングでワークテーブル5の移動を行う。これを繰り返し、ガラス基板4の加工を行う。  After the movement of the condensing point in the optical axis direction at the same position is completed (timing t1 → t2 → t3), the angle of the wedge prism is changed to move to the adjacent position. The rotating disk is rotated at that position, and the focusing point is moved in the optical axis direction. This process is repeated to proceed with the cutting process. The work table 5 is moved at the timing when the wedge prism 7 is returned to the original position. This is repeated and the glass substrate 4 is processed.

ウェッジプリズムを使用しなくても、集光点の光軸方向の移動が完了(タイミングt1⇒t2⇒t3)した後に、ワークテーブル5の隣接するポジションへの移動を行い、そのポジションで、回転ディスクを一回転させ、集光点の光軸方向の移動を行う。これを繰り返し、ガラス基板4の加工を行っても良い。  Even if the wedge prism is not used, after the movement of the condensing point in the optical axis direction is completed (timing t1⇒t2⇒t3), the work table 5 is moved to an adjacent position, and at that position, the rotating disk is moved. Is rotated once to move the condensing point in the optical axis direction. The glass substrate 4 may be processed by repeating this.

図9に上記動作を行っていく過程で、どの様にガラス基板4の内部にダメージ領域が出来るかを説明する図である。加工ポジションがP1⇒P2⇒P3⇒P4⇒P5と移動し、P5でタイミングt2の後に生じたガラス基板4内部の発生したダメージ分布を示す。FIG. 9 is a diagram for explaining how a damaged region is formed inside the glass substrate 4 in the process of performing the above operation. The processing position moves from P1⇒P2⇒P3⇒P4⇒P5, and the damage distribution generated in the glass substrate 4 after timing t2 at P5 is shown.

図10は加工ポジションと時間との関係を示す図である。ポジションP1でタイミングt1⇒t2⇒t3に同期して回転ディスクを回転させ、ダメージ領域の深さを変える。次にポジションP2で同様のシーケンスを行い、更にP3、P4でも同様に行い、P5でタイミングt2まで行った状態である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the machining position and time. At the position P1, the rotating disk is rotated in synchronization with the timing t1⇒t2⇒t3 to change the depth of the damage area. Next, the same sequence is performed at the position P2, and the same sequence is performed at P3 and P4, and the process is performed up to the timing t2 at P5.

次に、従来の加工方法と、本発明の比較を行う。Next, the conventional processing method and the present invention will be compared.

まず従来の加工方法では、集光点(加工部位)がガラス基板の下面に形成されるように、集光レンズ3の位置を設定する。この状態で集光点を加工ラインに沿って1周した後、集光レンズ3の位置を光軸方向に移動させ、集光点を上昇させる。そして、同様に集光点を加工ラインに沿って1周した後、さらに集光点を上昇させる。以上の動作を繰り返し実行することにより、加工ラインの内側部分を抜き落として孔を形成することができる。しかしながら、前述したように従来方法では、ワークテーブルの移動精度の高精度化が必要なこと、溶融ガラスが固まる際に蒸散パスを塞いでしまい、内部の集光点でのダメージによるガラスの蒸散パスが確保できない懸念が有ることの2点の問題点が有った。  First, in the conventional processing method, the position of the condensing lens 3 is set so that the condensing point (processing part) is formed on the lower surface of the glass substrate. In this state, after the condensing point makes one turn along the processing line, the position of the condensing lens 3 is moved in the optical axis direction to raise the condensing point. Similarly, after the condensing point makes one turn along the processing line, the condensing point is further raised. By repeatedly executing the above operation, a hole can be formed by removing the inner portion of the processing line. However, as described above, in the conventional method, it is necessary to increase the accuracy of movement of the work table, and the transpiration path is blocked when the molten glass is hardened, and the transpiration path of the glass due to damage at the internal condensing point. However, there were two problems that there were concerns that could not be secured.

本発明の加工方法では、ワークテーブルの各加工ポジションで回転ディスクを一回転させることで、集光点(加工部位)がガラス基板の下面から上面に向かって移動する。次に隣接する加工ポジションに移動し同じことを繰り返す。この為、ワークテーブルの精度の要求レベルは低くて良い。また溶融したガラスが固まる前に集光点の移動が完了する為、内部の集光点でのダメージによるガラスの蒸散パスを確保しつつ加工が出来るというメリットを有する。  In the processing method of the present invention, the condensing point (processed part) moves from the lower surface of the glass substrate toward the upper surface by rotating the rotating disk once at each processing position of the work table. Then move to the adjacent machining position and repeat the same. For this reason, the required level of accuracy of the work table may be low. Further, since the movement of the condensing point is completed before the molten glass is hardened, there is an advantage that processing can be performed while securing a transpiration path of the glass due to damage at the internal condensing point.

[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes or modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

前記実施形態では、回転ディスクは3枚の領域で構成されたが、この個数はこれに限定されない。また、同じ角度(120度)で説明したが、この角度は同じである必要は無い。また屈折率とガラスの厚さの2つのケースで説明したが、両者の組み合わせであっても問題ない。また回転ディスクの構成材料はガラスで説明してきたが、ガラスである必要は無い。  In the above embodiment, the rotating disk is composed of three areas, but this number is not limited to this. Moreover, although demonstrated with the same angle (120 degree | times), this angle does not need to be the same. In addition, although two cases of refractive index and glass thickness have been described, there is no problem even if they are a combination of both. Moreover, although the constituent material of the rotating disk has been described with glass, it need not be glass.

被加工物体4の例では、以上の説明で述べてきたガラス以外に、強化ガラス、シリコン、サファイヤ、炭化ケイ素、窒化ガリウム、Low−k材等の材料があげられる。  Examples of the workpiece 4 include materials such as tempered glass, silicon, sapphire, silicon carbide, gallium nitride, and low-k material in addition to the glass described in the above description.

1 レーザ光出力部
2 光学系
3 集光レンズ
4 被加工物体
5 ワークテーブル
6 変調機構部分
7 ウェッジプリズム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam output part 2 Optical system 3 Condensing lens 4 Object 5 Work table 6 Modulation mechanism part 7 Wedge prism

Claims (7)

被加工物体にレーザ光を照射して加工を行う加工装置であって、被加工物体が載置されるワークテーブルと、レーザ光を出力するレーザ光出力部と、入力されたレーザ光を被加工物体に集光させるための集光レンズと、前記レーザ光出力を集光レンズに導く光学系と、集光レンズと被加工物体との間に存し、前記集光レンズから出射され、被加工物体に集光する点を光軸方向に移動させる変調機構部分と、集光点の位置の繰り返し変化と連動させ、加工点を動かす機能を有する移動機構部分と、を備えたレーザ加工装置。  A processing apparatus that performs processing by irradiating an object to be processed with a laser beam, a work table on which the object to be processed is placed, a laser beam output unit that outputs laser beam, and an input laser beam to be processed A condensing lens for condensing on an object, an optical system for guiding the laser beam output to the condensing lens, and between the condensing lens and the object to be processed and emitted from the condensing lens to be processed A laser processing apparatus comprising: a modulation mechanism part that moves a point that is focused on an object in the optical axis direction; and a movement mechanism part that has a function of moving a processing point in conjunction with repeated changes in the position of the focusing point. 前記変調機構部分は、複数の厚さの異なる透明物体により形成された回転ディスクで構成され、前記集光レンズから出射されたレーザ光を、前記回転ディスクを回転することで、複数の厚さの異なる透明物体に通過させることで、被加工物体中の集光点を光軸方向に変調させる、請求項1に記載のレーザ加工装置。  The modulation mechanism portion is composed of a rotating disk formed of a plurality of transparent objects having different thicknesses, and the laser light emitted from the condenser lens is rotated by rotating the rotating disk. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the condensing point in the object to be processed is modulated in the optical axis direction by passing the light through a different transparent object. 前記変調機構部分は、複数の屈折率の異なる透明物体により形成された回転ディスクで構成され、前記集光レンズから出射されたレーザ光を、前記回転ディスクを回転することで、複数の屈折率の異なる透明物体に通過させることで、被加工物体中の集光点を光軸方向に変調させる、請求項1に記載のレーザ加工装置。  The modulation mechanism portion is composed of a rotating disk formed of a plurality of transparent objects having different refractive indexes, and the laser light emitted from the condenser lens is rotated by rotating the rotating disk, so that a plurality of refractive indexes. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the condensing point in the object to be processed is modulated in the optical axis direction by passing the light through a different transparent object. 前記変調機構部分は、複数の屈折率と厚さの異なる透明物体により形成された回転ディスクで構成され、前記集光レンズから出射されたレーザ光を、前記回転ディスクを回転することで、複数の屈折率の異なる透明物体に通過させることで、被加工物体中の集光点を光軸方向に変調させる、請求項1に記載のレーザ加工装置。  The modulation mechanism portion is composed of a rotating disk formed of a plurality of transparent objects having different refractive indexes and thicknesses, and a plurality of laser beams emitted from the condenser lens are rotated by rotating the rotating disk. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the condensing point in the object to be processed is modulated in the optical axis direction by passing the light through transparent objects having different refractive indexes. 前記移動機構部分は、前記光学系に配置されたウェッジプリズムとワークテーブルの移動にて、集光点の光軸と垂直方向への移動を行う、請求項1から4のいずれかに記載のレーザ加工装置。5. The laser according to claim 1, wherein the moving mechanism portion moves in a direction perpendicular to an optical axis of a condensing point by movement of a wedge prism and a work table arranged in the optical system. Processing equipment. 前記移動機構部分は、ワークテーブルで集光点の光軸と垂直方向への移動を行う、請求項1から4のいずれかに記載のレーザ光によるレーザ加工装置。5. The laser processing apparatus using laser light according to claim 1, wherein the moving mechanism part moves the light focusing point in a direction perpendicular to the optical axis on a work table. 変調機構部分にて、被加工物体の同一ポジションにて、集光点の位置を、レーザ光の入射側と逆側のポイントより、光軸に沿って入射側に集光点を移動させて、被加工物体内部で発生したガスの蒸散パスを確保しつつ、加工を行った後に、移動機構部分に信号を送り、次のポジションへの移動を行った後に、新たなポジションで同様な加工を行い、これを繰り返しながら加工点を動かし、加工を行うレーザ加工装置。In the modulation mechanism part, at the same position of the object to be processed, the position of the condensing point is moved from the point opposite to the laser light incident side to the incident side along the optical axis, After processing while securing the transpiration path of the gas generated inside the workpiece, after sending a signal to the moving mechanism part and moving to the next position, the same processing is performed at the new position A laser processing device that moves the processing point while repeating this process.
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