JP2021142544A

JP2021142544A - Laser processing device

Info

Publication number: JP2021142544A
Application number: JP2020042973A
Authority: JP
Inventors: 浄大須賀; Kiyoshi Osuga
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: JP7442351B2

Abstract

To provide a laser processing device that can reduce a deviation caused by a shaft motion to a value as close to zero as possible, to achieve processing with high accuracy.SOLUTION: A laser processing device 1 comprises: a chuck table 10; a laser beam irradiating unit 20 including a laser beam scanning unit 23 that changes an advancing direction of a laser beam 25 oscillated from a laser oscillator 21 to a desired direction; a moving unit 30; a storing unit 40 that stores at a coordinate position a processing scheduled shape being a region at which a work-piece is desirably irradiated with the laser beam 25; a calculating unit 50 that calculates a deviation being an amount of displacement between an actual coordinate position of the moving unit 30 and the coordinate position of the processing scheduled shape, at the time when the moving unit 30 is moved by the processing scheduled shape; and a control unit 60 that controls the laser beam scanning unit 23 so that the advancing direction of the laser beam 25 is changed so as to eliminate the deviation calculated by the calculating unit 50.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus.

近年、モバイル機器のデザインの多様化に伴い、矩形以外の形状のディスプレイパネルや、曲面を有するディスプレイパネルが登場している。また、ディスプレイパネルの形状の多様化に合わせて、筐体に使用されるガラスの形状も多用化している。ガラスや石英等の硬くてもろい難加工材として知られる材料を所望の形状に加工するために、被加工物に対して透過性を有する波長のパルス状のレーザービームを照射してシールドトンネルを形成し、エッチングによりシールドトンネルを除去することで所望の形状を有する成形品を製造する加工方法が提案されている。 In recent years, with the diversification of mobile device designs, display panels having shapes other than rectangles and display panels having curved surfaces have appeared. In addition, as the shape of the display panel is diversified, the shape of the glass used for the housing is also being used more and more. In order to process a material known as a hard and brittle difficult-to-process material such as glass or quartz into a desired shape, a shield tunnel is formed by irradiating the workpiece with a pulsed laser beam having a wavelength that is transparent. Then, a processing method for producing a molded product having a desired shape by removing the shield tunnel by etching has been proposed.

上記したシールドトンネルの形成及び除去による方法では、Ｘ軸およびＹ軸上に載置されたチャックテーブルで被加工物を保持し、Ｘ軸およびＹ軸を同期させてチャックテーブルを移動させながら被加工物にレーザービームを照射することで所望の形状での加工を実現している。これらのＸ軸およびＹ軸は、モータにより動作しており、モータ自体で偏差の制御が行われている（特許文献１参照）。 In the method of forming and removing the shield tunnel described above, the workpiece is held by the chuck table placed on the X-axis and the Y-axis, and the workpiece is moved while the chuck table is moved in synchronization with the X-axis and the Y-axis. By irradiating an object with a laser beam, processing with a desired shape is realized. These X-axis and Y-axis are operated by a motor, and the deviation is controlled by the motor itself (see Patent Document 1).

特開２００４−２８０７７２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-280772

しかしながら、特許文献１の方法では、上記したシールドトンネルの形成及び除去による方法のような微細加工では、軸動作による偏差をゼロに近付けるのは非常に困難であるという問題があった。 However, the method of Patent Document 1 has a problem that it is very difficult to bring the deviation due to the axial movement close to zero in the microfabrication such as the method by forming and removing the shield tunnel described above.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸動作による偏差を限りなくゼロに近付け、高精度な加工を実現できるレーザー加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a laser machining apparatus capable of realizing highly accurate machining by making the deviation due to axial movement as close to zero as possible.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、レーザー加工装置であって、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物をレーザー加工するレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを相対的に移動させる移動ユニットと、該被加工物に対してレーザービームを照射したい領域である加工予定形状を座標位置で記憶する記憶ユニットと、該加工予定形状で該移動ユニットを移動させたときの、該移動ユニットの実際の座標位置と該加工予定形状の座標位置とのズレ量である偏差を算出する算出ユニットと、を備え、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に配設され、該レーザー発振器から発振されたレーザービームの進行方向を所望の方向に変更するレーザービーム走査ユニットと、を含み、該レーザービーム走査ユニットを制御し、該算出ユニットで算出された該偏差を打ち消すように該レーザービームの進行方向を変更させる制御ユニットを更に備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus, and a chuck table for holding a work piece and a work piece held on the chuck table are used. The coordinate position of the laser beam irradiation unit for laser processing, the moving unit that relatively moves the chuck table and the laser beam irradiation unit, and the planned processing shape that is the region where the laser beam is to be irradiated to the work piece. A calculation unit that calculates the deviation, which is the amount of deviation between the storage unit stored in and the actual coordinate position of the moving unit and the coordinate position of the scheduled machining shape when the moving unit is moved with the scheduled machining shape. The laser beam irradiation unit includes a laser oscillator that oscillates a laser beam, and a condensing that condenses the laser beam oscillated from the laser oscillator and irradiates the workpiece held on the chuck table. The laser beam includes a device and a laser beam scanning unit that is disposed between the laser oscillator and the concentrator and changes the traveling direction of the laser beam oscillated from the laser oscillator in a desired direction. A control unit for controlling the scanning unit and changing the traveling direction of the laser beam so as to cancel the deviation calculated by the calculation unit is further provided.

該レーザービーム照射ユニットにおいて、該レーザー発振器は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを発振し、該集光器のＮＡは、０.３以上０.８以下であるとしてもよい。 In the laser beam irradiation unit, the laser oscillator oscillates a laser beam having a wavelength that is transparent to the workpiece, and the NA of the concentrator is 0.3 or more and 0.8 or less. good.

本発明は、軸動作による偏差を限りなくゼロに近付け、高精度な加工を実現できる。 According to the present invention, the deviation due to the shaft movement can be made as close to zero as possible, and high-precision machining can be realized.

図１は、実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a laser processing apparatus according to an embodiment. 図２は、図１のレーザー加工装置の要部の機能構成の一例を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the functional configuration of the main part of the laser processing apparatus of FIG. 図３は、図２のレーザービーム走査ユニットの構成例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of the laser beam scanning unit of FIG. 図４は、実施形態に係るレーザー加工装置の作用効果を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation and effect of the laser processing apparatus according to the embodiment.

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 An embodiment (embodiment) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described in the following embodiments. In addition, the components described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Further, the configurations described below can be combined as appropriate. In addition, various omissions, substitutions or changes of the configuration can be made without departing from the gist of the present invention.

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。図２は、図１のレーザー加工装置１の要部の機能構成の一例を模式的に示す図である。実施形態に係るレーザー加工装置１は、図１に示すように、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、記憶ユニット４０と、算出ユニット５０と、制御ユニット６０と、装置制御部７０と、を備える。レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に、レーザービーム照射ユニット２０によりレーザービーム２５（図２参照）を照射してレーザー加工して、被加工物１００にシールドトンネルを形成する装置である。レーザー加工装置１は、本実施形態では、内径が１μｍ程度の細孔と、細孔を囲繞する外径が５μｍ程度の非晶質とを有するシールドトンネルを、互いに隣接するシールドトンネルの中心同士の間隔を１０μｍ程度開けて、形成する。なお、レーザー加工装置１は、本発明ではこれに限定されず、被加工物１００の内部に改質層を形成する装置でもよいし、被加工物１００の表面をアブレーション加工して加工溝を形成する装置でもよい。 [Embodiment]
The laser processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of the laser processing apparatus 1 according to the embodiment. FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the functional configuration of the main part of the laser processing apparatus 1 of FIG. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 1 according to the embodiment includes a chuck table 10, a laser beam irradiation unit 20, a moving unit 30, a storage unit 40, a calculation unit 50, a control unit 60, and an apparatus. It includes a control unit 70. The laser machining apparatus 1 irradiates the workpiece 100 held on the chuck table 10 with the laser beam 25 (see FIG. 2) by the laser beam irradiation unit 20 to perform laser machining, and creates a shield tunnel in the workpiece 100. It is a device to form. In the present embodiment, the laser processing apparatus 1 has a shield tunnel having pores having an inner diameter of about 1 μm and an amorphous having an outer diameter of about 5 μm surrounding the pores, which are located between the centers of the shield tunnels adjacent to each other. It is formed with an interval of about 10 μm. The laser machining apparatus 1 is not limited to this in the present invention, and may be an apparatus for forming a modified layer inside the workpiece 100, or the surface of the workpiece 100 is ablated to form a machining groove. It may be a device that does.

レーザー加工装置１のレーザー加工対象である被加工物１００は、例えば、ガラスや石英、セラミックス等の硬くてもろい難加工材で構成された円板状の材料である。被加工物１００は、少なくとも一方の面が平坦に形成されている。また、本発明では、被加工物１００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハなどのウエーハでも良い。 The workpiece 100 to be laser-processed by the laser processing apparatus 1 is a disk-shaped material made of a hard and brittle difficult-to-process material such as glass, quartz, or ceramics. At least one surface of the workpiece 100 is formed flat. Further, in the present invention, the workpiece 100 may be a wafer such as a disk-shaped semiconductor wafer or an optical device wafer using silicon, sapphire, gallium arsenide or the like as a base material.

チャックテーブル１０は、保持面１１で被加工物１００の平坦な面を保持する。チャックテーブル１０は、被加工物１００を保持する平坦な保持面１１が上面に形成されかつ多数のポーラス孔を備えたポーラスセラミック等から構成された円盤形状の吸着部と、吸着部を上面に固定する固定部とを備えた円盤形状である。保持面１１は、水平面であるＸＹ平面に平行に形成されている。チャックテーブル１０は、吸着部が、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続され、保持面１１全体で、被加工物１００を吸引保持する。 The chuck table 10 holds a flat surface of the workpiece 100 on the holding surface 11. The chuck table 10 has a disk-shaped suction portion having a flat holding surface 11 for holding the workpiece 100 formed on the upper surface and made of porous ceramic or the like having a large number of porous holes, and the suction portion fixed to the upper surface. It is a disk shape with a fixing part to be used. The holding surface 11 is formed parallel to the XY plane, which is a horizontal plane. In the chuck table 10, the suction portion is connected to a vacuum suction source (not shown) via a vacuum suction path (not shown), and the workpiece 100 is sucked and held by the entire holding surface 11.

レーザービーム照射ユニット２０は、図１に示すように、レーザー加工装置１の本体２に固定して設けられている。レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、レーザー発振器２１と、集光器２２と、レーザービーム走査ユニット２３と、を備える。レーザー発振器２１は、所定の波長のレーザービーム２５を発振する。レーザー発振器２１は、本実施形態では、被加工物１００に対して透過性を有する波長のレーザービーム２５を発振する。また、レーザー発振器２１は、本実施形態では、パルス状のレーザービーム２５を発振する。 As shown in FIG. 1, the laser beam irradiation unit 20 is fixedly provided to the main body 2 of the laser processing apparatus 1. As shown in FIG. 2, the laser beam irradiation unit 20 includes a laser oscillator 21, a condenser 22, and a laser beam scanning unit 23. The laser oscillator 21 oscillates a laser beam 25 having a predetermined wavelength. In the present embodiment, the laser oscillator 21 oscillates a laser beam 25 having a wavelength that is transparent to the workpiece 100. Further, the laser oscillator 21 oscillates a pulsed laser beam 25 in this embodiment.

集光器２２は、レーザー発振器２１から発振されたレーザービーム２５を集光して、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に向けて照射する。集光器２２は、本実施形態では、例えば集光レンズである。集光器２２の開口数（Numerical Aperture、ＮＡ）は、本実施形態では、０.３以上０.８以下である。本実施形態では、集光器２２のＮＡが０．３以上であるので、レーザービーム２５で被加工物１００を改質して形成したシールドトンネルが十分にエッチングされやすい。また、本実施形態では、集光器２２のＮＡが０．８以下であるので、レーザービーム２５により被加工物１００にクラックが発生して抗折強度が低下してしまう可能性が十分に抑制される。 The condenser 22 collects the laser beam 25 oscillated from the laser oscillator 21 and irradiates it toward the workpiece 100 held by the chuck table 10. In this embodiment, the condenser 22 is, for example, a condenser lens. The numerical aperture (NA) of the condenser 22 is 0.3 or more and 0.8 or less in the present embodiment. In the present embodiment, since the NA of the condenser 22 is 0.3 or more, the shield tunnel formed by modifying the workpiece 100 with the laser beam 25 is easily sufficiently etched. Further, in the present embodiment, since the NA of the condenser 22 is 0.8 or less, the possibility that the laser beam 25 causes cracks in the workpiece 100 and the bending strength is lowered is sufficiently suppressed. Will be done.

レーザービーム走査ユニット２３は、レーザービーム２５の光路上において、レーザー発振器２１と集光器２２との間に配設され、制御ユニット６０の制御を受けて、レーザー発振器２１から発振されたレーザービーム２５の進行方向を所望の方向に変更する。レーザービーム走査ユニット２３は、本実施形態では、レゾナントスキャナ、ガルバノスキャナや音響光学素子（Acousto-Optic Deflector、ＡＯＤ）である。レーザービーム走査ユニット２３の具体的な構成例は、後述する。 The laser beam scanning unit 23 is arranged between the laser oscillator 21 and the condenser 22 on the optical path of the laser beam 25, and is controlled by the control unit 60 to oscillate the laser beam 25 from the laser oscillator 21. Change the direction of travel of the laser to the desired direction. In this embodiment, the laser beam scanning unit 23 is a resonant scanner, a galvano scanner, or an acoustic optical element (Acousto-Optic Deflector, AOD). A specific configuration example of the laser beam scanning unit 23 will be described later.

レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２１で発振し、レーザービーム走査ユニット２３で進行方向を所望の方向に変更したレーザービーム２５を集光器２２で集光し、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に向けて照射することで、被加工物１００をレーザー加工して、被加工物１００にシールドトンネルを形成する。 The laser beam irradiation unit 20 oscillates with the laser oscillator 21, and the laser beam 25 whose traveling direction is changed to a desired direction by the laser beam scanning unit 23 is focused by the condenser 22 and held by the chuck table 10. By irradiating the work piece 100, the work piece 100 is laser-processed to form a shield tunnel in the work piece 100.

図３は、図２のレーザービーム走査ユニット２３の構成例を示す斜視図である。レーザービーム走査ユニット２３は、本実施形態では、図３に示すような構成を有する。具体的には、レーザービーム走査ユニット２３は、図３に示すように、ベース部２３１と、このベース部２３１に固定されるシャフト２３２と、このシャフト２３２の先端部に台座２３３を介して支持される走査用ミラー２３４と、を備える。レーザービーム走査ユニット２３は、一般的に共振スキャナと呼ばれるものであり、走査用ミラー２３４をシャフト２３２の軸周りに共振運動させることにより走査を行う。 FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of the laser beam scanning unit 23 of FIG. In the present embodiment, the laser beam scanning unit 23 has a configuration as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3, the laser beam scanning unit 23 is supported by a base portion 231, a shaft 232 fixed to the base portion 231, and a tip portion of the shaft 232 via a pedestal 233. The scanning mirror 234 is provided. The laser beam scanning unit 23 is generally called a resonance scanner, and scans by causing the scanning mirror 234 to resonate around the axis of the shaft 232.

ベース部２３１は、シャフト２３２及び走査用ミラー２３４を保持するものであり、レーザービーム照射ユニット２０の内部の所定の設置箇所に固定可能に構成されている。シャフト２３２は、ベース部２３１に立てた状態で固着されている。シャフト２３２は、シャフト２３２の軸心２４１に直交する方向に延びる腕部２３５を備える。この腕部２３５は、軸心２４１を挟んで一直線上に位置する先端部２３５−１，２３５−２を備え、各先端部２３５−１，２３５−２は、それぞれ軸心２４１から等距離の位置に設けられている。 The base portion 231 holds the shaft 232 and the scanning mirror 234, and is configured to be fixed to a predetermined installation location inside the laser beam irradiation unit 20. The shaft 232 is fixed to the base portion 231 in an upright state. The shaft 232 includes an arm portion 235 extending in a direction orthogonal to the axis 241 of the shaft 232. The arm portion 235 includes a tip portion 235-1,235-2 located in a straight line with the axis 241 in between, and each tip portion 235-1,235-2 is located equidistant from the axis 241. It is provided in.

また、レーザービーム走査ユニット２３は、シャフト２３２を介して、走査用ミラー２３４を軸心２４１周りに共振運動させる駆動部２３８を備えている。駆動部２３８は、例えば、上記した腕部２３５にそれぞれ空間を空けて巻き付けられる不図示のコイルと、これらコイルに交流電力を印加する不図示の電源部と、腕部２３５の先端部２３５−１，２３５−２にそれぞれ配置される不図示の磁石とを備えて構成される。 Further, the laser beam scanning unit 23 includes a drive unit 238 that causes the scanning mirror 234 to resonate around the axis 241 via the shaft 232. The drive unit 238 includes, for example, a coil (not shown) that is wound around the arm portion 235 with a space, a power supply unit (not shown) that applies AC power to these coils, and a tip portion 235-1 of the arm portion 235. , 235-2, respectively, with magnets (not shown).

駆動部２３８は、これらコイルに所定の周波数（励振周波数）の交流電力を印加すると、腕部２３５の先端部２３５−１，２３５−２に生じた磁極と磁石の磁力とにより、シャフト２３２を軸心２４１を中心に周方向（矢印２４２方向）に共振（励振）させる。このため、シャフト２３２に固定されている走査用ミラー２３４は、図３に示すように、走査用ミラー２３４の幅方向に延びる腕部２３５の方向が、軸心２４１を中心に共振（励振）する。 When AC power of a predetermined frequency (excitation frequency) is applied to these coils, the drive unit 238 axes the shaft 232 by the magnetic poles generated at the tip portions 235-1,235-2 of the arm portion 235 and the magnetic force of the magnet. It resonates (excites) around the center 241 in the circumferential direction (direction of arrow 242). Therefore, in the scanning mirror 234 fixed to the shaft 232, as shown in FIG. 3, the direction of the arm portion 235 extending in the width direction of the scanning mirror 234 resonates (excites) around the axis 241. ..

移動ユニット３０は、図１に示すように、Ｘ軸移動ユニット３１と、Ｙ軸移動ユニット３２とを備える。Ｘ軸移動ユニット３１は、レーザービーム照射ユニット２０に対してチャックテーブル１０を相対的に水平方向の一方向であるＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザービーム照射ユニット２０に対してチャックテーブル１０を相対的に水平方向の別の一方向でありＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させる。このように、移動ユニット３０は、Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２により、ＸＹ平面内で、チャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０とを相対的に移動させることで、チャックテーブル１０上の被加工物１００における、レーザービーム照射ユニット２０によるレーザービーム２５の照射位置を移動させる。 As shown in FIG. 1, the moving unit 30 includes an X-axis moving unit 31 and a Y-axis moving unit 32. The X-axis moving unit 31 moves the chuck table 10 relative to the laser beam irradiation unit 20 in the X-axis direction, which is one direction in the horizontal direction. The Y-axis moving unit 32 moves the chuck table 10 relative to the laser beam irradiation unit 20 in another horizontal direction and in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction. In this way, the moving unit 30 is moved on the chuck table 10 by the X-axis moving unit 31 and the Y-axis moving unit 32 by relatively moving the chuck table 10 and the laser beam irradiation unit 20 in the XY plane. The irradiation position of the laser beam 25 by the laser beam irradiation unit 20 in the workpiece 100 of No. 1 is moved.

Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、及び、チャックテーブル１０をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。 The X-axis moving unit 31 and the Y-axis moving unit 32 include a well-known ball screw rotatably provided around the axis, a well-known pulse motor that rotates the ball screw around the axis, and a chuck table 10 on the X-axis. It is provided with a well-known guide rail that supports it so as to be movable in the direction or the Y-axis direction.

また、レーザー加工装置１は、図２に示すように、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するためのＸ軸方向位置検出ユニット３３と、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するためのＹ軸方向位置検出ユニット３４と、を備える。Ｘ軸方向位置検出ユニット３３及びＹ軸方向位置検出ユニット３４は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向と平行なリニアスケールと、Ｘ軸移動ユニット３１またはＹ軸移動ユニット３２によりＸ軸方向またはＹ軸方向に移動自在に設けられリニアスケールの目盛を読み取る読み取りヘッドと、により構成することができる。Ｘ軸方向位置検出ユニット３３及びＹ軸方向位置検出ユニット３４は、読み取りヘッドが読み取ったリニアスケールの目盛を示す情報を、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置またはＹ軸方向の位置を示す情報として算出ユニット５０に出力する。 Further, as shown in FIG. 2, the laser processing apparatus 1 detects the X-axis direction position detection unit 33 for detecting the position of the chuck table 10 in the X-axis direction and the position of the chuck table 10 in the Y-axis direction. A Y-axis direction position detection unit 34 for this purpose is provided. The X-axis direction position detection unit 33 and the Y-axis direction position detection unit 34 are in the X-axis direction or the Y-axis direction by the linear scale parallel to the X-axis direction or the Y-axis direction and the X-axis movement unit 31 or the Y-axis movement unit 32. It can be configured by a reading head that is movably provided and reads a linear scale scale. The X-axis direction position detection unit 33 and the Y-axis direction position detection unit 34 use information indicating the linear scale scale read by the reading head as information indicating the position in the X-axis direction or the position in the Y-axis direction of the chuck table 10. Output to the calculation unit 50.

記憶ユニット４０は、被加工物１００に対してレーザービーム２５を照射したい領域である加工予定形状を座標位置で記憶する。具体的には、記憶ユニット４０は、本実施形態では、加工予定形状に沿ってレーザービーム照射ユニット２０に対して被加工物１００を保持するチャックテーブル１０を移動させるときの、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置の軌跡及びＹ軸方向の位置の軌跡を、それぞれＸ座標及びＹ座標で表される座標位置の軌跡として記憶する。記憶ユニット４０は、算出ユニット５０と情報通信可能に電気的に接続されている。 The storage unit 40 stores the planned processing shape, which is a region where the laser beam 25 is to be irradiated to the workpiece 100, at the coordinate position. Specifically, in the present embodiment, the storage unit 40 is the X of the chuck table 10 when the chuck table 10 holding the workpiece 100 is moved with respect to the laser beam irradiation unit 20 along the planned processing shape. The locus of the position in the axial direction and the locus of the position in the Y-axis direction are stored as the locus of the coordinate position represented by the X coordinate and the Y coordinate, respectively. The storage unit 40 is electrically connected to the calculation unit 50 so as to be capable of information communication.

記憶ユニット４０は、本実施形態では、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリなどを含む。 In the present embodiment, the storage unit 40 includes RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and the like. Includes non-volatile or volatile semiconductor memory and the like.

算出ユニット５０は、加工予定形状で移動ユニット３０を移動させたときの、移動ユニット３０の実際の座標位置と加工予定形状の座標位置とのズレ量である偏差を算出する。具体的には、算出ユニット５０は、本実施形態では、記憶ユニット４０が記憶する座標位置の軌跡に従って移動ユニット３０でレーザービーム照射ユニット２０に対してチャックテーブル１０を移動させている間、連続的にあるいは微小時間ごとに、チャックテーブル１０の実際の座標位置と、記憶ユニット４０が記憶する座標位置との間のズレ量である偏差を算出する。 The calculation unit 50 calculates a deviation, which is the amount of deviation between the actual coordinate position of the moving unit 30 and the coordinate position of the planned machining shape when the moving unit 30 is moved in the planned machining shape. Specifically, in the present embodiment, the calculation unit 50 is continuous while the moving unit 30 moves the chuck table 10 with respect to the laser beam irradiation unit 20 according to the trajectory of the coordinate position stored in the storage unit 40. The deviation, which is the amount of deviation between the actual coordinate position of the chuck table 10 and the coordinate position stored in the storage unit 40, is calculated for each minute or minute time.

算出ユニット５０は、本実施形態では、図２に示すように、Ｘ軸方向モータコントローラ５１と、Ｙ軸方向モータコントローラ５２と、を備えて構成される。Ｘ軸方向モータコントローラ５１は、Ｘ軸方向位置検出ユニット３３から取得したチャックテーブル１０の実際のＸ軸方向の座標位置と、記憶ユニット４０から取得したチャックテーブル１０の設定上のＸ軸方向の座標位置とに基づいて、Ｘ軸方向のズレ量であるＸ軸方向の偏差を算出し、制御ユニット６０に出力する。Ｙ軸方向モータコントローラ５２は、Ｙ軸方向位置検出ユニット３４から取得したチャックテーブル１０の実際のＹ軸方向の座標位置と、記憶ユニット４０から取得したチャックテーブル１０の設定上のＹ軸方向の座標位置とに基づいて、Ｙ軸方向のズレ量であるＹ軸方向の偏差を算出し、制御ユニット６０に出力する。 In the present embodiment, the calculation unit 50 includes an X-axis direction motor controller 51 and a Y-axis direction motor controller 52, as shown in FIG. The X-axis direction motor controller 51 has the actual X-axis direction coordinate position of the chuck table 10 acquired from the X-axis direction position detection unit 33 and the X-axis direction coordinate on the setting of the chuck table 10 acquired from the storage unit 40. Based on the position, the deviation in the X-axis direction, which is the amount of deviation in the X-axis direction, is calculated and output to the control unit 60. The Y-axis direction motor controller 52 has the actual Y-axis direction coordinate position of the chuck table 10 acquired from the Y-axis direction position detection unit 34 and the Y-axis direction coordinate on the setting of the chuck table 10 acquired from the storage unit 40. Based on the position, the deviation in the Y-axis direction, which is the amount of deviation in the Y-axis direction, is calculated and output to the control unit 60.

Ｘ軸方向モータコントローラ５１及びＹ軸方向モータコントローラ５２は、それぞれ、それら自体が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の偏差を自動で打ち消す機能を有している。Ｘ軸方向モータコントローラ５１及びＹ軸方向モータコントローラ５２は、それぞれ、それら自体が備えている偏差を打ち消す機能により打ち消せなかった分のＸ軸方向及びＹ軸方向の偏差を算出し、制御ユニット６０に出力する。 The X-axis direction motor controller 51 and the Y-axis direction motor controller 52, respectively, have a function of automatically canceling deviations in the X-axis direction and the Y-axis direction. The X-axis direction motor controller 51 and the Y-axis direction motor controller 52 each calculate the deviations in the X-axis direction and the Y-axis direction that cannot be canceled by the function of canceling the deviations provided by themselves, and the control unit 60. Output to.

制御ユニット６０は、レーザービーム走査ユニット２３を制御し、算出ユニット５０で算出された偏差を打ち消すようにレーザービーム２５の進行方向を変更させる。制御ユニット６０は、本実施形態では、駆動部２３８の電源部を制御して、駆動部２３８のコイルに交流電力を印加して、腕部２３５の方向を軸心２４１を中心に共振（励振）させて、走査用ミラー２３４をシャフト２３２の軸周りに共振運動させることにより、レーザービーム走査ユニット２３の走査を制御する。制御ユニット６０は、記憶ユニット４０が記憶する座標位置の軌跡に従って移動ユニット３０でレーザービーム照射ユニット２０に対してチャックテーブル１０を移動させている間、連続的にあるいは微小時間ごとに、算出ユニット５０で算出された偏差を算出ユニット５０より取得し、この偏差を打ち消すようにレーザービーム２５の進行方向を変更させる。 The control unit 60 controls the laser beam scanning unit 23 and changes the traveling direction of the laser beam 25 so as to cancel the deviation calculated by the calculation unit 50. In the present embodiment, the control unit 60 controls the power supply unit of the drive unit 238, applies AC power to the coil of the drive unit 238, and resonates (excites) the direction of the arm unit 235 with the axis 241 as the center. By causing the scanning mirror 234 to resonate around the axis of the shaft 232, the scanning of the laser beam scanning unit 23 is controlled. The control unit 60 moves the chuck table 10 with respect to the laser beam irradiation unit 20 by the moving unit 30 according to the locus of the coordinate position stored in the storage unit 40, while the calculation unit 50 is continuously or every minute time. The deviation calculated in is obtained from the calculation unit 50, and the traveling direction of the laser beam 25 is changed so as to cancel this deviation.

制御ユニット６０は、本実施形態では、回路基板である。このため、制御ユニット６０は、算出ユニット５０を構成するＸ軸方向モータコントローラ５１及びＹ軸方向モータコントローラ５２から直接、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の偏差が入力されるので、算出ユニット５０による偏差の算出からレーザービーム走査ユニット２３の制御までの処理時間が短くなり、偏差の発生に対するレーザービーム２５の進行方向の変更までの応答性が向上する。これにより、制御ユニット６０は、レーザー加工処理中にリアルタイムで、チャックテーブル１０上の被加工物１００におけるレーザービーム２５の照射位置を補正することを可能にする。 The control unit 60 is a circuit board in this embodiment. Therefore, in the control unit 60, the deviations in the X-axis direction and the Y-axis direction are directly input from the X-axis direction motor controller 51 and the Y-axis direction motor controller 52 constituting the calculation unit 50, and therefore the deviation due to the calculation unit 50. The processing time from the calculation of the above to the control of the laser beam scanning unit 23 is shortened, and the responsiveness to the change of the traveling direction of the laser beam 25 with respect to the occurrence of deviation is improved. This makes it possible for the control unit 60 to correct the irradiation position of the laser beam 25 on the workpiece 100 on the chuck table 10 in real time during the laser machining process.

装置制御部７０は、レーザー加工装置１を駆動する各機構を制御する。装置制御部７０は、レーザー加工装置１の各部を制御し、レーザー加工装置１によるレーザー加工処理を実現する。装置制御部７０は、例えばオペレータにより入力設定された加工予定形状に従って、移動ユニット３０（Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２）を制御し、チャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０とを相対的にＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させることで、加工予定形状に沿った被加工物１００のレーザー加工処理を実現する。 The device control unit 70 controls each mechanism that drives the laser processing device 1. The device control unit 70 controls each part of the laser processing device 1 to realize the laser processing by the laser processing device 1. The device control unit 70 controls the moving unit 30 (X-axis moving unit 31 and Y-axis moving unit 32) according to, for example, the scheduled machining shape input and set by the operator, and makes the chuck table 10 and the laser beam irradiation unit 20 relative to each other. By moving in the X-axis direction or the Y-axis direction, laser machining of the workpiece 100 along the planned machining shape is realized.

装置制御部７０は、コンピュータシステムを含む。装置制御部７０は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ又はＲＡＭのようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実行して、レーザー加工装置１を制御するための制御信号を、入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１の各構成要素に出力する。装置制御部７０の機能は、演算処理装置が記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行することで実現される。 The device control unit 70 includes a computer system. The device control unit 70 includes an arithmetic processing device having a microprocessor such as a CPU (central processing unit), a storage device having a memory such as ROM or RAM, and an input / output interface device. The arithmetic processing apparatus executes arithmetic processing according to a computer program stored in the storage apparatus, and sends a control signal for controlling the laser processing apparatus 1 to each component of the laser processing apparatus 1 via an input / output interface apparatus. Output to. The function of the device control unit 70 is realized by the arithmetic processing unit executing a computer program stored in the storage device.

以上のような構成を有する実施形態１に係るレーザー加工装置１の動作について、以下に説明する。レーザー加工装置１は、装置制御部７０で制御した移動ユニット３０により、チャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０とを相対的に加工予定形状に沿って移動させながら、レーザービーム照射ユニット２０によりチャックテーブル１０に保持された被加工物１００にレーザービーム２５を照射してレーザー加工することで、加工予定形状に沿って被加工物１００にシールドトンネルを形成する。 The operation of the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment having the above configuration will be described below. In the laser processing device 1, the chuck table 10 and the laser beam irradiation unit 20 are relatively moved along the planned machining shape by the moving unit 30 controlled by the device control unit 70, and the chuck table is moved by the laser beam irradiation unit 20. By irradiating the workpiece 100 held in 10 with the laser beam 25 and performing laser machining, a shield tunnel is formed in the workpiece 100 along the planned machining shape.

レーザー加工装置１は、移動ユニット３０によりチャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０とを相対的に加工予定形状に沿って移動させている間、算出ユニット５０により、連続的にあるいは微小時間ごとに、チャックテーブル１０の実際の座標位置と、記憶ユニット４０が記憶する座標位置との間のズレ量である偏差を算出する。レーザー加工装置１は、制御ユニット６０で制御したレーザービーム走査ユニット２３により、算出ユニット５０で算出された偏差を打ち消すようにレーザービーム２５の進行方向を変更させることで、軸動作による偏差を限りなくゼロに近付けて、チャックテーブル１０上の被加工物１００におけるレーザービーム２５の照射位置を加工予定形状に沿った位置に限りなく近づける補正をする。レーザー加工装置１は、制御ユニット６０で制御するレーザービーム走査ユニット２３が、走査用ミラー２３４をシャフト２３２の軸周りに共振運動させるものであるので、より高精度にチャックテーブル１０上の被加工物１００におけるレーザービーム２５の照射位置を補正できる。 The laser machining apparatus 1 uses the calculation unit 50 to continuously or every minute time while the moving unit 30 moves the chuck table 10 and the laser beam irradiation unit 20 relatively along the planned machining shape. The deviation, which is the amount of deviation between the actual coordinate position of the chuck table 10 and the coordinate position stored in the storage unit 40, is calculated. The laser processing device 1 changes the traveling direction of the laser beam 25 so as to cancel the deviation calculated by the calculation unit 50 by the laser beam scanning unit 23 controlled by the control unit 60, so that the deviation due to the axial movement is infinite. The correction is made so that the irradiation position of the laser beam 25 on the workpiece 100 on the chuck table 10 is brought close to zero as close as possible to the position along the planned machining shape. In the laser machining apparatus 1, the laser beam scanning unit 23 controlled by the control unit 60 causes the scanning mirror 234 to resonate around the axis of the shaft 232, so that the workpiece on the chuck table 10 is more accurately processed. The irradiation position of the laser beam 25 at 100 can be corrected.

レーザー加工装置１は、算出ユニット５０により偏差を算出する度に、レーザービーム走査ユニット２３によりレーザービーム２５の進行方向を変更して、レーザービーム２５の照射位置を加工予定形状に沿った位置に限りなく近づける補正をする。レーザー加工装置１は、移動ユニット３０によりチャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０とを相対的に加工予定形状に沿って移動させている間、算出ユニット５０による偏差の算出と、レーザービーム走査ユニット２３によるレーザービーム２５の照射位置の補正とを、連続的にあるいは微小時間ごとに繰り返す。 Each time the calculation unit 50 calculates the deviation, the laser processing apparatus 1 changes the traveling direction of the laser beam 25 by the laser beam scanning unit 23, and the irradiation position of the laser beam 25 is limited to the position along the planned processing shape. Make corrections that bring them closer together. The laser processing device 1 calculates the deviation by the calculation unit 50 and the laser beam scanning unit 23 while the chuck table 10 and the laser beam irradiation unit 20 are relatively moved along the planned processing shape by the moving unit 30. The correction of the irradiation position of the laser beam 25 by the above is repeated continuously or every minute time.

次に、実施例及び従来例について説明する。実施例では、偏差を算出する算出ユニット５０と、レーザービーム走査ユニット２３を制御して偏差を打ち消すようにレーザービーム２５の進行方向を変更させる制御ユニット６０とを備える実施形態に係るレーザー加工装置１を使用して、加工予定形状を直径が１０ｍｍの円形状として、円板状の被加工物１００をこの加工予定形状に沿ってレーザー加工をしてシールドトンネルを形成し、その時の実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を検出した。従来例では、算出ユニット５０及び制御ユニット６０を備えないレーザー加工装置を用いる点で、実施例とは異なり、その他の点では実施例と同様にして、実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を検出した。 Next, Examples and Conventional Examples will be described. In the embodiment, the laser machining apparatus 1 according to the embodiment includes a calculation unit 50 for calculating the deviation and a control unit 60 for controlling the laser beam scanning unit 23 to change the traveling direction of the laser beam 25 so as to cancel the deviation. The planned processing shape is a circular shape with a diameter of 10 mm, and the disk-shaped workpiece 100 is laser-machined along the planned processing shape to form a shield tunnel, and the actual laser beam at that time is formed. The locus of 25 irradiation positions was detected. The conventional example is different from the embodiment in that a laser processing apparatus not provided with the calculation unit 50 and the control unit 60 is used, and in other respects, the locus of the irradiation position of the actual laser beam 25 is obtained in the same manner as in the embodiment. Detected.

図４は、実施形態に係るレーザー加工装置１の作用効果を説明する図である。なお、図４では、加工予定形状である直径が１０ｍｍの円形状からのズレ量である偏差の分を１０００倍で拡大して示している。図４に実線で示す曲線３０１は、実施例での実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を示している。図４に破線で示す曲線３０２は、従来例での実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating the operation and effect of the laser processing apparatus 1 according to the embodiment. In FIG. 4, the deviation amount, which is the amount of deviation from the circular shape having a diameter of 10 mm, which is the planned processing shape, is enlarged by 1000 times. The curve 301 shown by the solid line in FIG. 4 shows the locus of the irradiation position of the actual laser beam 25 in the embodiment. The curve 302 shown by the broken line in FIG. 4 shows the locus of the irradiation position of the actual laser beam 25 in the conventional example.

図４に示すように、実施例での実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を示す曲線３０１は、加工予定形状を示す直径が１０ｍｍの円と概ね重なっている。すなわち、実施例では、加工予定形状に沿って高精度でレーザー加工処理が実現できたことがわかる。一方で、従来例での実際のレーザービーム２５の照射位置の軌跡を示す曲線３０２は、加工予定形状を示す直径が１０ｍｍの円に対し数μｍ程度の偏差が生じている。曲線３０２は、特に、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に大きな偏差が生じている。すなわち、従来例では、加工予定形状に沿って数μｍ程度の偏差が生じた状態でレーザー加工処理が実現していたことがわかる。 As shown in FIG. 4, the curve 301 showing the locus of the irradiation position of the actual laser beam 25 in the embodiment substantially overlaps with a circle having a diameter of 10 mm showing the shape to be processed. That is, in the embodiment, it can be seen that the laser machining process could be realized with high accuracy along the planned machining shape. On the other hand, the curve 302 showing the locus of the irradiation position of the actual laser beam 25 in the conventional example has a deviation of about several μm with respect to a circle having a diameter of 10 mm showing the shape to be processed. The curve 302 has a large deviation especially in the X-axis direction or the Y-axis direction. That is, in the conventional example, it can be seen that the laser machining process was realized in a state where a deviation of about several μm occurred along the planned machining shape.

以上のような構成を有する実施形態に係るレーザー加工装置１は、算出ユニット５０が、加工予定形状で移動ユニット３０を移動させたときの、移動ユニット３０の実際の座標位置と加工予定形状の座標位置とのズレ量である偏差を算出し、制御ユニット６０が、レーザービーム走査ユニット２３を制御し、算出ユニット５０で算出された偏差を打ち消すようにレーザービーム２５の進行方向を変更させる。このため、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、軸動作による偏差を限りなくゼロに近付け、高精度な加工を実現し、被加工物１００における加工形状の精度を向上することができるという作用効果を奏する。特に、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、集光器２２のＮＡが０．３以上と高く、レーザービーム２５を走査できる間隔（スキャンレンジ）が限られる場合には、より有効に、上記した作用効果を発揮するものとなる。 In the laser machining apparatus 1 according to the embodiment having the above configuration, the actual coordinate position of the moving unit 30 and the coordinates of the scheduled machining shape when the calculation unit 50 moves the moving unit 30 in the scheduled machining shape. The deviation, which is the amount of deviation from the position, is calculated, and the control unit 60 controls the laser beam scanning unit 23 to change the traveling direction of the laser beam 25 so as to cancel the deviation calculated by the calculation unit 50. Therefore, the laser machining apparatus 1 according to the first embodiment has an action that the deviation due to the shaft operation can be made as close to zero as possible, high-precision machining can be realized, and the precision of the machining shape in the workpiece 100 can be improved. It works. In particular, the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment is more effective when the NA of the condenser 22 is as high as 0.3 or more and the interval (scan range) in which the laser beam 25 can be scanned is limited. It will exert the desired action and effect.

また、実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザー発振器２１が、被加工物１００に対して透過性を有する波長のレーザービーム２５を発振し、集光器２２のＮＡが、０.３以上０.８以下である。このため、実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザー加工処理により、被加工物１００にクラックが発生して抗折強度が低下してしまう可能性を十分に抑制しつつ、十分にエッチングされやすいシールドトンネルを形成することができるという作用効果を奏する。 Further, in the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, the laser oscillator 21 oscillates a laser beam 25 having a wavelength that is transparent to the workpiece 100, and the NA of the condenser 22 is 0.3 or more and 0. It is less than .8. Therefore, the laser machining apparatus 1 according to the embodiment is likely to be sufficiently etched while sufficiently suppressing the possibility that the workpiece 100 is cracked and the bending strength is lowered by the laser machining treatment. It has the effect of being able to form a shield tunnel.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment. That is, it can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.

１レーザー加工装置
１０チャックテーブル
２０レーザービーム照射ユニット
２１レーザー発振器
２２集光器
２３レーザービーム走査ユニット
２５レーザービーム
３０移動ユニット
４０記憶ユニット
５０算出ユニット
６０制御ユニット
１００被加工物 1 Laser machining equipment 10 Chuck table 20 Laser beam irradiation unit 21 Laser oscillator 22 Condenser 23 Laser beam scanning unit 25 Laser beam 30 Mobile unit 40 Storage unit 50 Calculation unit 60 Control unit 100 Work piece

Claims

It is a laser processing device
A chuck table that holds the work piece and
A laser beam irradiation unit that laser-machines the workpiece held on the chuck table,
A moving unit that relatively moves the chuck table and the laser beam irradiation unit, and
A storage unit that stores the planned processing shape, which is the area where the laser beam is to be irradiated to the work piece, at the coordinate position, and
A calculation unit for calculating a deviation, which is an amount of deviation between the actual coordinate position of the moving unit and the coordinate position of the planned machining shape when the moving unit is moved in the planned machining shape, is provided.
The laser beam irradiation unit is
A laser oscillator that oscillates a laser beam and
A concentrator that condenses the laser beam oscillated from the laser oscillator and irradiates the workpiece held on the chuck table.
A laser beam scanning unit, which is disposed between the laser oscillator and the condenser and changes the traveling direction of the laser beam oscillated from the laser oscillator in a desired direction, is included.
A laser processing apparatus further comprising a control unit that controls the laser beam scanning unit and changes the traveling direction of the laser beam so as to cancel the deviation calculated by the calculation unit.

In the laser beam irradiation unit
The laser oscillator oscillates a laser beam having a wavelength that is transparent to the workpiece.
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the NA of the condenser is 0.3 or more and 0.8 or less.