JP5519426B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、レーザービームを使用して半導体ウェーハなどのワーク(被加工物)を加工するためのレーザー加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a workpiece (workpiece) such as a semiconductor wafer using a laser beam.

半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハなどのワーク表面に分割予定ラインが格子状に形成され、この分割予定ラインによって区画された複数の領域それぞれにIC,LSIなどのデバイスが形成される。その後、ワークは、分割予定ラインに沿って個々のデバイスごとに分割される。   In the manufacturing process of a semiconductor device, division lines are formed in a lattice pattern on the surface of a workpiece such as a semiconductor wafer, and devices such as IC and LSI are formed in each of a plurality of regions partitioned by the division lines. Thereafter, the work is divided for each device along the division line.

ワークを分割する方法として、ワークを載せた保持テーブルをXY平面内で走査し、分割予定ラインに沿ってワーク上にレーザービームを照射することにより、レーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によってワークを割断する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method of dividing the workpiece, a laser beam is formed on the workpiece by scanning the holding table on which the workpiece is placed in the XY plane and irradiating the workpiece with a laser beam along the planned dividing line. A method of cleaving a workpiece along with a mechanical braking device has been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開平10−305420号公報JP-A-10-305420

ところで、ワークにおける加工予定ラインに曲線が含まれる場合、レーザービームによって二次元走査である曲線加工を施す必要がある。この場合、二次元走査としては、ワークを載せた保持テーブルをXY平面内で走査する方式と、光学系をX,Yそれぞれの方向にワーク上を走査する方式の2つが考えられる。   By the way, when a curve is included in the planned machining line of the workpiece, it is necessary to perform curve machining that is two-dimensional scanning with a laser beam. In this case, there are two types of two-dimensional scanning: a method of scanning the holding table on which the work is placed in the XY plane, and a method of scanning the work in the X and Y directions of the optical system.

ワークを載せた保持テーブルをXY平面内で走査する方式では、駆動軸であるX軸、Y軸それぞれの加減速を調整して駆動しなくてはならず、複雑な制御が必要となる。このような制御を行いつつ、重さが1kgを超える保持テーブルを、数100mm/sec以上の速度、かつ、数μmの誤差精度で駆動することは困難である。   In the system in which the holding table on which the workpiece is placed is scanned in the XY plane, it is necessary to adjust the acceleration / deceleration of the X-axis and Y-axis that are the drive axes to drive, and complicated control is required. While performing such control, it is difficult to drive a holding table having a weight exceeding 1 kg with a speed of several hundred mm / sec or more and an error accuracy of several μm.

また、光学系をX,Yそれぞれの方向にワーク上を走査する方式では、ミラーの反射位置を変えることにより光軸を平行移動させるか、あるいは、ミラーの角度を変えることにより光軸の角度を変える必要がある。ミラーの反射位置を変えることにより光軸を平行移動させた場合は、走査位置によって発振器から集光器までの光路長が変化するため、加工位置によって集光条件が少しずつ異なってしまう。ミラーの角度を変えることにより光軸の角度を変えた場合は、走査位置によって集光器から加工位置までの光路長が変化するため、加工位置によって集光条件が少しずつ異なってしまう。   In the method of scanning the work in the X and Y directions, the optical axis is translated by changing the reflection position of the mirror, or the angle of the optical axis is changed by changing the mirror angle. Need to change. When the optical axis is moved in parallel by changing the reflection position of the mirror, the optical path length from the oscillator to the condenser changes depending on the scanning position, so that the condensing condition slightly changes depending on the processing position. When the angle of the optical axis is changed by changing the angle of the mirror, the optical path length from the condenser to the processing position changes depending on the scanning position, so that the condensing conditions slightly vary depending on the processing position.

したがって、集光条件の差異が許容できる範囲内の加工であれば、重量の少ない光学系を走査して加工することもできるが、広範囲の加工となると、光学系の走査の高速化が困難であり、また集光条件の差異も大きくなってしまう。   Therefore, if the processing is within the range where the difference in the condensing condition is acceptable, it is possible to scan and process an optical system with a small weight. However, when processing is performed over a wide range, it is difficult to increase the scanning speed of the optical system. In addition, the difference in light collecting conditions also becomes large.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the laser processing apparatus which can perform a curve process on a workpiece | work at high speed and with high precision.

本発明のレーザー加工装置は、ワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルを鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持部と、前記保持テーブルに保持された前記ワークにレーザービームを照射して加工するレーザー加工手段と、を含むレーザー加工装置であって、前記回転支持部は、回転角度を検出するエンコーダを有し、前記レーザー加工手段は、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振したレーザービームを反射するミラーと、前記ミラーで反射したレーザービームを前記ワークへ向けて集光する集光器と、前記保持テーブル上において少なくとも一軸方向に集光点を走査させる様に前記ミラーを動作させる動作部と、前記回転支持部の前記エンコーダから取得される前記回転支持部の回転角度情報に基づいて前記動作部を制御する動作制御部と、を含み、前記保持テーブルを回転させながら前記一軸方向に集光点を走査させて前記ワークの加工予定ライン上に前記レーザービームを集光して照射することを特徴とする。   The laser processing apparatus of the present invention includes a holding table that holds a workpiece, a rotation support unit that rotatably supports the holding table with a vertical direction as a rotation axis, and a laser beam that irradiates the workpiece held on the holding table. Laser processing means for processing, wherein the rotation support part has an encoder for detecting a rotation angle, and the laser processing means includes an oscillator for oscillating a laser beam, and the oscillator A mirror that reflects the laser beam emitted from the mirror, a condenser that condenses the laser beam reflected by the mirror toward the workpiece, and the condensing point is scanned at least in one axial direction on the holding table. An operation unit for operating a mirror, and rotation angle information of the rotation support unit obtained from the encoder of the rotation support unit; And an operation control unit for controlling the operation unit based on the laser beam, and condensing the laser beam on the processing line of the workpiece by scanning the condensing point in the uniaxial direction while rotating the holding table. It is characterized by irradiating.

このレーザー加工装置によれば、回転する保持テーブルに保持されたワークの加工予定ラインに対して、少なくとも一軸方向に集光点が走査されることにより、ワークの加工予定ラインに沿って集光されたレーザービームが照射される。すなわち、保持テーブルの回転運動と、光学系の一次元走査の組み合わせにより、ワーク上に曲線加工を施す構成となっている。したがって、ワークを載せた保持テーブルのXY平面内での走査や、光学系のX,Yそれぞれの方向への走査が必要ない。この結果、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能となる。   According to this laser processing apparatus, the work focusing line is scanned in at least one axial direction with respect to the work processing scheduled line held on the rotating holding table, thereby being condensed along the work processing scheduled line. The laser beam is irradiated. In other words, the workpiece is curved by a combination of the rotational movement of the holding table and the one-dimensional scanning of the optical system. Therefore, it is not necessary to scan the holding table on which the workpiece is placed in the XY plane, or to scan the optical system in the X and Y directions. As a result, curve processing can be performed on the workpiece at high speed and with high accuracy.

本発明のレーザー加工装置においては、前記動作部の動作加速度を低減させる様に前記保持テーブルの回転速度を制御する回転支持部制御手段を有することが好ましい。   In the laser processing apparatus of the present invention, it is preferable to have a rotation support unit control means for controlling the rotation speed of the holding table so as to reduce the operation acceleration of the operation unit.

本発明によれば、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能なレーザー加工装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus which can perform curve processing on a workpiece | work with high speed and high precision can be provided.

本発明の一実施の形態に係るレーザー加工装置の装置全体を示す構成図(a)およびレーザービーム加工手段を示す構成図(b)である。It is the block diagram (a) which shows the whole apparatus of the laser processing apparatus which concerns on one embodiment of this invention, and the block diagram (b) which shows a laser beam processing means. 上記実施の形態に係るレーザー加工装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the laser processing apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。It is explanatory drawing of the laser processing performed using the laser processing apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。It is explanatory drawing of the laser processing performed using the laser processing apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。It is explanatory drawing of the laser processing performed using the laser processing apparatus which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(レーザー加工装置の構成について)
図1は、本発明の一実施の形態に係るレーザー加工装置1の(a)装置全体を示す構成図および(b)レーザービーム加工手段を示す構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(About the configuration of laser processing equipment)
FIG. 1 is a block diagram showing (a) the entire apparatus and (b) a laser beam processing means of a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

図1(a)に示すレーザー加工装置1は、加工台10上にY軸方向に形成された一対のY軸ガイドレール11a,11bが設けられている。そして、Y軸ガイドレール11a,11bに沿ってY軸方向に移動自在に、Y軸テーブル12が設置されている。Y軸テーブル12の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ13が取り付けられている。そして、ボールネジ13の端部には、駆動モーター14が連結され、駆動モーター14によってボールネジ13は回転駆動される。   A laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1A is provided with a pair of Y-axis guide rails 11 a and 11 b formed on the processing table 10 in the Y-axis direction. A Y-axis table 12 is installed so as to be movable in the Y-axis direction along the Y-axis guide rails 11a and 11b. A nut portion (not shown) is formed on the back side of the Y-axis table 12, and a ball screw 13 is attached to the nut portion. A drive motor 14 is connected to the end of the ball screw 13, and the ball screw 13 is rotationally driven by the drive motor 14.

Y軸テーブル12上には、X軸方向に形成された一対のX軸ガイドレール15a,15bが設けられている。そして、X軸ガイドレール15a,15bに沿ってX軸方向に移動自在に、X軸テーブル16が設置されている。X軸テーブル16の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ17が取り付けられている。そして、ボールネジ17の端部には、駆動モーター18が連結され、駆動モーター18によってボールネジ17は回転駆動される。   On the Y-axis table 12, a pair of X-axis guide rails 15a and 15b formed in the X-axis direction are provided. An X-axis table 16 is installed so as to be movable in the X-axis direction along the X-axis guide rails 15a and 15b. A nut portion (not shown) is formed on the back side of the X-axis table 16, and a ball screw 17 is attached to the nut portion. A drive motor 18 is connected to the end of the ball screw 17, and the ball screw 17 is rotationally driven by the drive motor 18.

X軸テーブル16上に、回転支持部21を介して、保持テーブル20が設置されている。そして、加工予定ライン30に沿って加工されるワークWは、粘着テープ31を介して環状フレーム32に支持された状態で、この保持テーブル20に保持される。   A holding table 20 is installed on the X-axis table 16 via a rotation support portion 21. The workpiece W processed along the scheduled processing line 30 is held by the holding table 20 while being supported by the annular frame 32 via the adhesive tape 31.

保持テーブル20は、回転支持部21の上部に設けられたワークWを吸着保持するワーク保持部22と、環状フレーム32を保持するフレーム保持部23と、を備えている。   The holding table 20 includes a work holding unit 22 that sucks and holds a work W provided on an upper portion of the rotation support unit 21, and a frame holding unit 23 that holds an annular frame 32.

回転支持部21は、保持テーブル20を鉛直方向(Z軸方向)を回転軸として回転可能に支持している。回転支持部21は、後述する回転支持部制御手段212の制御の下、保持テーブル20を回転させる。   The rotation support unit 21 supports the holding table 20 so as to be rotatable about the vertical direction (Z-axis direction) as a rotation axis. The rotation support unit 21 rotates the holding table 20 under the control of a rotation support unit control unit 212 described later.

ワークWとしては、例えば、シリコン(Si),ガリウムヒソ(GaAs),シリコンカーバイト(SiC)などの半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるDAFなどの粘着部材、あるいは、半導体製品のパッケージ、または、セラミック,ガラス,サファイア(Al)系の無機材料基板、LCDドライバなどの各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料などが挙げられる。 As the workpiece W, for example, a semiconductor wafer such as silicon (Si), gallium strain (GaAs), or silicon carbide (SiC), an adhesive member such as DAF provided on the back surface of the wafer for chip mounting, or a semiconductor product Examples include packages, ceramics, glass, sapphire (Al 2 O 3 ) -based inorganic material substrates, various electronic components such as LCD drivers, and various processing materials that require micron-order processing position accuracy.

また、加工台10の後部には支柱部24が立設されている。支柱部24の上端部には、保持テーブル20の上方に伸びたアーム25が設けられている。このアーム25の先端部には、保持テーブル20に保持されたワークWにレーザービームを照射するレーザー照射ユニット26が支持されている。レーザー照射ユニット26には、光学系であるレーザー加工手段27が収納されている。   A support column 24 is erected at the rear of the processing table 10. An arm 25 extending above the holding table 20 is provided at the upper end of the support column 24. A laser irradiation unit 26 that irradiates the workpiece W held on the holding table 20 with a laser beam is supported at the tip of the arm 25. The laser irradiation unit 26 houses laser processing means 27 that is an optical system.

図1(b)に示すレーザー加工手段27は、レーザービームを発振する発振器271と、発振器271から発振したレーザービームを反射する複数のミラー272〜274と、ミラー274を往復揺動可能に駆動する動作部275と、ミラー274で反射したレーザービームを保持テーブル20上のワークWへ集光する集光器276と、から構成されている。ミラー274は、動作部275の一端に取り付けられており、ミラー272、273は、発振器271から発振したレーザービームをミラー274に反射させる位置に配置されている。動作部275は、例えば、ガルバノスキャナで構成され、後述する動作制御部277の制御の下、ミラー274を駆動して反射角度を変更する。レーザー加工手段27においては、動作部275でミラー274の反射角度を制御することにより、発振器271からのレーザービームの集光点を、保持テーブル20のワークW上で走査することができるものとなっている。   The laser processing means 27 shown in FIG. 1B drives an oscillator 271 that oscillates a laser beam, a plurality of mirrors 272 to 274 that reflect the laser beam oscillated from the oscillator 271, and a mirror 274 that can swing back and forth. The operation unit 275 and a condenser 276 that condenses the laser beam reflected by the mirror 274 onto the work W on the holding table 20 are configured. The mirror 274 is attached to one end of the operating unit 275, and the mirrors 272 and 273 are arranged at positions where the laser beam oscillated from the oscillator 271 is reflected by the mirror 274. The operation unit 275 is configured by, for example, a galvano scanner, and changes the reflection angle by driving the mirror 274 under the control of the operation control unit 277 described later. In the laser processing means 27, the converging point of the laser beam from the oscillator 271 can be scanned on the workpiece W of the holding table 20 by controlling the reflection angle of the mirror 274 with the operating unit 275. ing.

図2は、レーザー加工装置1の機能ブロック図である。図2に示すように、回転支持部制御手段212は、回転支持部21に接続され、回転支持部21の回転速度を制御する。具体的には、回転支持部制御手段212は、後述するエンコーダ211からフィードバックされる回転角度および回転速度を参照しながら回転支持部21の回転速度を低減又は増加させる。このような回転支持部制御手段212の制御によって、保持テーブル20の回転速度が決定される。   FIG. 2 is a functional block diagram of the laser processing apparatus 1. As shown in FIG. 2, the rotation support unit control means 212 is connected to the rotation support unit 21 and controls the rotation speed of the rotation support unit 21. Specifically, the rotation support unit control unit 212 reduces or increases the rotation speed of the rotation support unit 21 while referring to a rotation angle and a rotation speed fed back from an encoder 211 described later. The rotation speed of the holding table 20 is determined by the control of the rotation support unit control unit 212.

回転支持部21は、エンコーダ211を備えている。エンコーダ211は、例えば、ロータリエンコーダで構成され、回転支持部21の回転角度および回転速度を検出する。そして、エンコーダ211は、検出した回転支持部21の回転角度情報を動作制御部277に出力する。また、エンコーダ211は、検出した回転支持部21の回転角度および回転速度を、回転支持部制御手段212にフィードバックする。   The rotation support unit 21 includes an encoder 211. The encoder 211 is composed of, for example, a rotary encoder, and detects the rotation angle and rotation speed of the rotation support unit 21. Then, the encoder 211 outputs the detected rotation angle information of the rotation support unit 21 to the operation control unit 277. The encoder 211 feeds back the detected rotation angle and rotation speed of the rotation support unit 21 to the rotation support unit control means 212.

動作制御部277は、動作部275に接続され、動作部275の動作を制御する。具体的には、動作制御部277は、エンコーダ211から取得される回転支持部21の回転角度情報に基づいてミラー274から反射するレーザービームの集光点がワークW上の所望位置に配置されるように動作部275を制御する。このような動作制御部の制御によって、ミラー274が駆動され、ワークW上の集光点が走査される。   The operation control unit 277 is connected to the operation unit 275 and controls the operation of the operation unit 275. Specifically, the operation control unit 277 places the condensing point of the laser beam reflected from the mirror 274 at a desired position on the workpiece W based on the rotation angle information of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211. The operation unit 275 is controlled as described above. By such control of the operation control unit, the mirror 274 is driven and the condensing point on the workpiece W is scanned.

エンコーダ211から取得される回転支持部21の回転角度が0°ではない場合、すなわち、保持テーブル20が回転している場合は、動作制御部277は、動作部275がミラー274を一次元駆動するよう制御する。ここで、ミラー274の一次元駆動とは、ミラー274を図1(b)における矢印aまたは矢印bで示すいずれかの方向にのみ駆動することをいう。   When the rotation angle of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211 is not 0 °, that is, when the holding table 20 is rotating, the operation control unit 277 causes the operation unit 275 to drive the mirror 274 one-dimensionally. Control as follows. Here, the one-dimensional driving of the mirror 274 means that the mirror 274 is driven only in any direction indicated by the arrow a or the arrow b in FIG.

また、エンコーダ211から取得される回転支持部21の回転角度が0°である場合、すなわち、保持テーブル20が回転していない場合は、動作制御部277は、動作部275がミラー274を二次元駆動するよう制御する。ここで、ミラー274の二次元駆動とは、ミラー274を図1(b)における矢印aおよび矢印bで示す方向に駆動することをいう。   When the rotation angle of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211 is 0 °, that is, when the holding table 20 is not rotating, the operation control unit 277 causes the operation unit 275 to move the mirror 274 two-dimensionally. Control to drive. Here, the two-dimensional driving of the mirror 274 means driving the mirror 274 in the directions indicated by the arrows a and b in FIG.

エンコーダ211から取得される回転支持部21の単位時間あたりの回転角度が大きいほど、保持テーブル20の回転速度は速く、動作部275によるミラー274の駆動は高速となる。一方、エンコーダ211から取得される回転支持部21の単位時間あたりの回転角度が小さいほど、保持テーブル20の回転速度は遅く、動作部275によるミラー274の駆動は低速となる。   The larger the rotation angle per unit time of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211, the faster the rotation speed of the holding table 20, and the higher the driving speed of the mirror 274 by the operation unit 275. On the other hand, the smaller the rotation angle per unit time of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211, the lower the rotation speed of the holding table 20, and the lower the drive of the mirror 274 by the operation unit 275.

(レーザー加工装置1を用いて施すレーザー加工について)
以下、図3から図5を参照して、レーザー加工装置1を用いて施すレーザー加工について説明する。なお、以下では、図3に示すように、レーザー加工対象であるワークWが矩形であり、ワークWに角の丸い三角形状の加工予定ライン30と、この三角形の各内角近傍に配置された円形状の加工予定ライン30とが指定される場合について示す。以下では、説明の便宜上、三角形状の加工予定ライン30を加工予定ライン30の外周部301と呼び、円形状の加工予定ライン30を加工予定ライン30の詳細部302と呼ぶものとする。
(About laser processing using the laser processing device 1)
Hereinafter, laser processing performed using the laser processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. In the following, as shown in FIG. 3, the workpiece W to be laser processed is a rectangle, and the workpiece W has a triangular processing planned line 30 with rounded corners, and a circle disposed near each inner corner of the triangle. The case where the shape processing line 30 is designated will be described. Hereinafter, for convenience of explanation, the triangular processing scheduled line 30 is referred to as an outer peripheral portion 301 of the processing scheduled line 30, and the circular processing scheduled line 30 is referred to as a detailed portion 302 of the processing scheduled line 30.

最初に、ワークWの加工予定ライン30の外周部301に対してレーザー加工を施す場合について説明する。図3,図4は、ワークWの加工予定ライン30の外周部301をレーザー加工する場合の平面図である。加工予定ライン30の外周部301を加工する場合、本実施の形態に係るレーザー加工装置1においては、保持テーブル20を回転させながらワークWに対してレーザー加工が施される。   First, a case where laser processing is performed on the outer peripheral portion 301 of the processing scheduled line 30 of the workpiece W will be described. 3 and 4 are plan views when the outer peripheral portion 301 of the processing planned line 30 of the workpiece W is laser processed. When processing the outer peripheral portion 301 of the scheduled processing line 30, the laser processing is performed on the workpiece W while rotating the holding table 20 in the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment.

まず、図3(a)に示すように、上記のように構成されたレーザー加工装置1において、ワークWを保持テーブル20上に搬入する。すると、ワークWは、図示しない吸着源により、ワーク保持部22に吸着される。そして、集光点40がワークWの加工予定ライン30の外周部301の近傍に位置するように、X軸テーブル16、Y軸テーブル12によって保持テーブル20の位置が調整される。   First, as shown in FIG. 3A, the workpiece W is carried onto the holding table 20 in the laser processing apparatus 1 configured as described above. Then, the workpiece | work W is adsorb | sucked by the workpiece | work holding | maintenance part 22 with the suction source which is not illustrated. Then, the position of the holding table 20 is adjusted by the X-axis table 16 and the Y-axis table 12 so that the condensing point 40 is positioned in the vicinity of the outer peripheral portion 301 of the processing line 30 of the workpiece W.

続いて、保持テーブル20を回転させながら集光点40を一軸方向に走査して、ワークWの加工予定ライン30の外周部301に沿ってレーザー加工を施す。このとき、レーザー加工装置1では、回転支持部制御手段212によって、回転支持部21の回転速度が制御され、回転支持部21を介して保持テーブル20が回転される。そして、エンコーダ211から取得される回転支持部21の回転角度情報に基づいて、動作制御部277によって動作部275が制御される。すると、動作部275に取り付けられたミラー274は一次元駆動し、これに伴って、ワークW上において集光点40が一次元走査される。   Subsequently, the condensing point 40 is scanned in one axial direction while rotating the holding table 20, and laser processing is performed along the outer peripheral portion 301 of the processing scheduled line 30 of the workpiece W. At this time, in the laser processing apparatus 1, the rotation support unit control unit 212 controls the rotation speed of the rotation support unit 21, and the holding table 20 is rotated via the rotation support unit 21. Then, the operation unit 275 is controlled by the operation control unit 277 based on the rotation angle information of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211. Then, the mirror 274 attached to the operation unit 275 is one-dimensionally driven, and accordingly, the condensing point 40 is one-dimensionally scanned on the workpiece W.

保持テーブル20を回転させると、加工予定ライン30は、図3(b)において鎖線で示すような軌跡を描いて回転する。これより、加工予定ライン30の外周部301におけるどの点も、矢印Rで示す位置を必ず通過していることがわかる。したがって、矢印Rの幅に等しいレーザービームの必要走査幅dにおいて、集光点40を少なくとも一軸方向に一次元走査することで、加工予定ライン30の外周部301の全体をレーザー加工することが可能となる。このように、本実施の形態にかかるレーザー加工装置1によれば、保持テーブル20を回転させながら集光点40を一軸方向に走査して、ワークWの加工予定ライン30の外周部301に沿ってレーザー加工を施すので、レーザービームの必要走査幅dを縮小することができる。   When the holding table 20 is rotated, the processing scheduled line 30 rotates along a locus as shown by a chain line in FIG. From this, it can be seen that every point on the outer peripheral portion 301 of the processing scheduled line 30 always passes the position indicated by the arrow R. Therefore, the entire outer peripheral portion 301 of the planned processing line 30 can be laser-processed by one-dimensionally scanning the condensing point 40 in at least one axial direction within the necessary scanning width d of the laser beam equal to the width of the arrow R. It becomes. As described above, according to the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, the condensing point 40 is scanned in one axial direction while rotating the holding table 20, and along the outer peripheral portion 301 of the processing line 30 of the workpiece W. Therefore, the necessary scanning width d of the laser beam can be reduced.

なお、集光点40を少なくとも一軸方向に一次元走査するとは、図1(b)におけるx軸またはy軸方向のいずれかにのみ集光点40を走査するように、動作部275によってミラー274を駆動することをいう。例えば、集光点40は、矢印R上を往復するように走査される。   Note that the one-dimensional scanning of the condensing point 40 at least in one axial direction means that the mirror 274 is scanned by the operating unit 275 so that the condensing point 40 is scanned only in either the x-axis direction or the y-axis direction in FIG. To drive. For example, the condensing point 40 is scanned so as to reciprocate on the arrow R.

ワークWの加工予定ライン30に沿って施すレーザー加工としては、例えば、ワークWの加工予定ライン30に沿ってワークWをアブレーションによってフルカットする加工や、ワークWの加工予定ライン30に沿ってワークW上に溝を形成する加工や、ワークWの加工予定ライン30に沿ってワークWの内部にレーザービームの焦点を当て、照射部分を脆くした改質層を形成する加工などが挙げられる。ここで、改質層とは、ワークWの密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、(1)溶融処理領域、(2)クラック領域、絶縁破壊領域、(3)屈折率変化領域等が該当し、これらが混在した領域であってもよい。   Examples of the laser processing performed along the planned work line 30 of the workpiece W include, for example, processing that fully cuts the work W by ablation along the planned work line 30 of the work W, and work along the planned work line 30 of the work W. Examples include a process for forming a groove on W and a process for forming a modified layer in which the irradiated portion is made brittle by focusing a laser beam on the inside of the work W along the planned machining line 30 of the work W. Here, the modified layer refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength and other physical characteristics of the workpiece W are different from the surroundings. For example, (1) a melt treatment region, (2) a crack region, a dielectric breakdown region, (3) a refractive index change region, and the like may be a region where these are mixed.

ところで、加工予定ライン30の形状によっては、回転位置によって加工予定ライン30の集光点40の振り幅が大きく異なる場合がある。図4(a)は、加工予定ライン30a(鎖線で示す)を20°回転し、加工予定ライン30b(一点鎖線で示す)の位置まで移動させたときの、集光点40a,40bの位置を示している。このとき、集光点40の振り幅は、実線Aで示す集光点40a−40b間の距離に等しい。   By the way, depending on the shape of the planned machining line 30, the swing width of the condensing point 40 of the planned machining line 30 may vary greatly depending on the rotational position. FIG. 4A shows the positions of the condensing points 40a and 40b when the processing line 30a (shown by a chain line) is rotated by 20 ° and moved to the position of the processing line 30b (shown by a one-dot chain line). Show. At this time, the swing width of the condensing point 40 is equal to the distance between the condensing points 40a-40b indicated by the solid line A.

一方、図4(b)は、加工予定ライン30c(鎖線で示す)を20°回転し、加工予定ライン30d(一点鎖線で示す)の位置まで移動させたときの、集光点40c,40dの位置を示している。このとき、集光点40の振り幅は、実線Bで示す集光点40c−40d間の距離に等しい。   On the other hand, FIG. 4B shows the condensing points 40c and 40d when the planned processing line 30c (shown by a chain line) is rotated by 20 ° and moved to the position of the planned processing line 30d (shown by a one-dot chain line). Indicates the position. At this time, the swing width of the condensing point 40 is equal to the distance between the condensing points 40c-40d indicated by the solid line B.

図4(a),(b)より、同じ角度を回転した場合であっても、回転位置によって加工予定ライン30の集光点40の振り幅が大きく異なることがわかる。集光点40c−40d間の距離(図4(b)の実線B)は、集光点40a−40b間の距離(図4(a)の実線A)より大きいため、集光点40を走査するための動作部275によるミラー274の単位時間当たりの動作範囲も大きくなる。したがって、図4(b)に示す状態は、図4(a)に示す状態と比較して、動作部275の動作加速度が大きいといえる。すなわち、図4(b)に示す状態は、図4(a)に示す状態と比較して、動作部275やミラー274を含むレーザー加工手段27にかかる負荷が増大しているといえる。   4 (a) and 4 (b), it can be seen that even when the same angle is rotated, the swing width of the condensing point 40 of the processing scheduled line 30 varies greatly depending on the rotation position. Since the distance between the condensing points 40c-40d (solid line B in FIG. 4B) is larger than the distance between the condensing points 40a-40b (solid line A in FIG. 4A), the condensing point 40 is scanned. Therefore, the operating range per unit time of the mirror 274 by the operating unit 275 is also increased. Therefore, in the state shown in FIG. 4B, it can be said that the operation acceleration of the operation unit 275 is larger than that in the state shown in FIG. That is, in the state shown in FIG. 4B, it can be said that the load applied to the laser processing means 27 including the operating unit 275 and the mirror 274 is increased compared to the state shown in FIG.

ここで、動作部275の動作加速度を低減するためには、回転支持部制御手段212によって、保持テーブル20の回転速度を減速する制御をすればよい。動作部275の動作加速度を低減することで、集光点40の振り幅が大きくても、レーザー加工手段27にかかる負荷を低減させることができる。また、その後、集光点40の振り幅が減少した場合は、レーザー加工の速度を上げるため、回転支持部制御手段212によって保持テーブル20の回転速度を増大する制御をすればよい。   Here, in order to reduce the operation acceleration of the operation unit 275, the rotation support unit control unit 212 may perform control to reduce the rotation speed of the holding table 20. By reducing the operation acceleration of the operation unit 275, the load applied to the laser processing means 27 can be reduced even if the focal point 40 has a large swing width. After that, when the amplitude of the condensing point 40 decreases, the rotation support unit control means 212 may control to increase the rotation speed of the holding table 20 in order to increase the laser processing speed.

続いて、ワークWの加工予定ライン30の詳細部302に対してレーザー加工を施す場合について説明する。図5は、ワークWの加工予定ライン30の詳細部302をレーザー加工する場合の平面図である。ここで、詳細部302とは、集光条件の差異が許容できる範囲内でレーザー加工を施すことができる大きさの加工予定ライン30を指す。加工予定ライン30の詳細部302を加工する場合、本実施の形態に係るレーザー加工装置1においては、保持テーブル20を停止した状態でワークWに対してレーザー加工が施される。   Next, a case where laser processing is performed on the detailed portion 302 of the work scheduled processing line 30 will be described. FIG. 5 is a plan view of the case where the detailed portion 302 of the work planned processing line 30 of the workpiece W is laser processed. Here, the detailed portion 302 refers to the planned processing line 30 having a size that allows laser processing to be performed within a range in which a difference in condensing conditions is acceptable. When processing the detailed portion 302 of the scheduled processing line 30, in the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, laser processing is performed on the workpiece W while the holding table 20 is stopped.

まず、図5に示すように、集光点40がワークWの加工予定ライン30の詳細部302の近傍に位置するように、X軸テーブル16、Y軸テーブル12によって保持テーブル20の位置を調整する。その後、集光点40を二次元走査して、加工予定ライン30の詳細部302に沿ってワークWにレーザー加工を施す。このとき、レーザー加工装置1では、回転支持部制御手段212によって、回転支持部21を回転させる制御はなされていない。したがって、保持テーブル20は回転せず、動作制御部277は、エンコーダ211から取得される回転支持部21の回転角度が0°という情報に基づいて動作部275を制御する。すなわち、動作制御部277は、動作部275によってミラー274が二次元駆動されるよう制御し、これに伴って、ワークW上において集光点40が二次元走査される。このように集光点40を二次元走査することで、加工予定ライン30の詳細部302全体をレーザー加工することが可能となる。   First, as shown in FIG. 5, the position of the holding table 20 is adjusted by the X-axis table 16 and the Y-axis table 12 so that the condensing point 40 is positioned in the vicinity of the detailed portion 302 of the processing line 30 of the workpiece W. To do. Thereafter, the condensing point 40 is two-dimensionally scanned, and the workpiece W is laser processed along the detailed portion 302 of the processing scheduled line 30. At this time, in the laser processing apparatus 1, the rotation support unit control unit 212 is not controlled to rotate the rotation support unit 21. Therefore, the holding table 20 does not rotate, and the operation control unit 277 controls the operation unit 275 based on information that the rotation angle of the rotation support unit 21 acquired from the encoder 211 is 0 °. In other words, the operation control unit 277 controls the operation unit 275 so that the mirror 274 is two-dimensionally driven, and accordingly, the condensing point 40 is two-dimensionally scanned on the workpiece W. In this way, by performing two-dimensional scanning of the condensing point 40, it is possible to laser process the entire detailed portion 302 of the processing scheduled line 30.

なお、集光点40を二次元走査するとは、図1(b)におけるx軸およびy軸方向に集光点40を走査するように、動作部275によってミラー274を駆動することをいう。   Note that the two-dimensional scanning of the condensing point 40 means that the mirror 274 is driven by the operating unit 275 so as to scan the condensing point 40 in the x-axis and y-axis directions in FIG.

以上説明したように、本実施の形態に係るレーザー加工装置1によれば、回転する保持テーブル20に保持されたワークWの加工予定ライン30(外周部301)に対して、少なくとも一軸方向に集光点40が走査されることにより、ワークWの加工予定ライン30に沿って集光されたレーザービームが照射され、レーザー加工が施される。そのため、レーザービームによって曲線加工を施す場合でも、ワークWを載せた保持テーブル20のXY平面内での走査や、集光点40のX,Yそれぞれの方向への走査が必要ない。この結果、集光条件を維持した状態でワークWに対してレーザー加工を施すことができるので、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことができる。   As described above, according to the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, the workpiece W held on the rotating holding table 20 is collected in at least one axial direction with respect to the planned processing line 30 (outer peripheral portion 301). By scanning the light spot 40, the laser beam condensed along the processing planned line 30 of the workpiece W is irradiated and laser processing is performed. Therefore, even when curve processing is performed with a laser beam, it is not necessary to scan the holding table 20 on which the workpiece W is placed in the XY plane, or to scan the condensing point 40 in the X and Y directions. As a result, since the laser beam machining can be performed on the workpiece W while maintaining the condensing condition, the curve machining can be performed on the workpiece at high speed and with high accuracy.

また、本実施の形態に係るレーザー加工装置1によれば、レーザー加工手段27における動作部275の動作加速度を低減させるように、保持テーブル20の回転速度を制御する回転支持部制御手段212を有する。そのため、集光点40の振り幅が大きい場合でも、レーザー加工手段27への負荷を増大させることなく、レーザー加工を施すことができる。この結果、レーザー加工手段27の使用に伴う経年劣化を抑制でき、長期間に亘って加工精度を確保することができる。   In addition, the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment includes the rotation support unit control unit 212 that controls the rotation speed of the holding table 20 so as to reduce the operation acceleration of the operation unit 275 in the laser processing unit 27. . Therefore, laser processing can be performed without increasing the load on the laser processing means 27 even when the focal width of the condensing point 40 is large. As a result, it is possible to suppress the deterioration over time associated with the use of the laser processing means 27 and to ensure the processing accuracy over a long period of time.

さらに、本実施の形態に係るレーザー加工装置1によれば、保持テーブル20を水平面内で平行移動させる移動部であるX軸テーブル16およびY軸テーブル12を有し、かつ、レーザー加工手段27における動作部275は、ミラー274をx軸およびy軸方向に駆動し、集光点40を一軸方向だけでなく、この一軸方向に交差する方向にも走査させるよう構成されている。そのため、集光点40を二次元走査して、加工予定ライン30の詳細部302に沿ってワークWにレーザー加工を施すことができる。したがって、重量のある保持テーブル20を回転させることなく、重量の少ない光学系側のみを動かして、高速かつ高精度にワークWにレーザー加工を施すことができる。   Furthermore, according to the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment, the laser processing unit 27 includes the X-axis table 16 and the Y-axis table 12 which are moving units that translate the holding table 20 in a horizontal plane. The operation unit 275 is configured to drive the mirror 274 in the x-axis and y-axis directions and scan the condensing point 40 not only in the uniaxial direction but also in a direction intersecting the uniaxial direction. Therefore, the condensing point 40 can be two-dimensionally scanned, and the workpiece W can be laser processed along the detailed portion 302 of the processing scheduled line 30. Accordingly, it is possible to perform laser processing on the workpiece W at high speed and with high accuracy by moving only the optical system side with less weight without rotating the heavy holding table 20.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.

例えば、上記実施の形態においては、ワークWが矩形であり、加工予定ライン30が角の丸い三角形状の外周部301と、円形状の詳細部302とで構成される場合について説明している。しかしながら、ワークWおよび加工予定ライン30の形状については、上記構成に限定されるものではなく、任意の形状を適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, a case has been described in which the workpiece W is a rectangle, and the planned processing line 30 includes a triangular outer peripheral portion 301 with rounded corners and a circular detail portion 302. However, the shapes of the workpiece W and the planned processing line 30 are not limited to the above-described configuration, and arbitrary shapes can be applied.

以上説明したように、本発明は、高速かつ高精度にワーク上にレーザーによる曲線加工を施すことができるという効果を奏し、特に、ワークにおける加工予定ラインに曲線が含まれる場合に有用である。   As described above, the present invention has an effect that it is possible to perform curve processing by laser on a workpiece at high speed and with high accuracy, and is particularly useful when a curve is included in a planned processing line in the workpiece.

1 レーザー加工装置
12 Y軸テーブル
16 X軸テーブル
20 保持テーブル
21 回転支持部
211 エンコーダ
212 回転支持部制御手段
22 ワーク保持部
26 レーザー照射ユニット
27 レーザー加工手段
271 発振器
272,273,274 ミラー
275 動作部
276 集光器
277 動作制御部
30 加工予定ライン
301 外周部
302 詳細部
40 集光点
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing apparatus 12 Y-axis table 16 X-axis table 20 Holding table 21 Rotation support part 211 Encoder 212 Rotation support part control means 22 Work holding part 26 Laser irradiation unit 27 Laser processing means 271 Oscillators 272, 273, 274 Mirror 275 Operation part 276 Condenser 277 Operation control unit 30 Planned processing line 301 Outer peripheral portion 302 Detailed portion 40 Condensing point W Workpiece

Claims (2)

ワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルを鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持部と、前記保持テーブルに保持された前記ワークにレーザービームを照射して加工するレーザー加工手段と、を含むレーザー加工装置であって、
前記回転支持部は、回転角度を検出するエンコーダを有し、
前記レーザー加工手段は、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振したレーザービームを反射するミラーと、前記ミラーで反射したレーザービームを前記ワークへ向けて集光する集光器と、前記保持テーブル上において少なくとも一軸方向に集光点を走査させる様に前記ミラーを動作させる動作部と、前記回転支持部の前記エンコーダから取得される前記回転支持部の回転角度情報に基づいて前記動作部を制御する動作制御部と、を含み、
前記保持テーブルを回転させながら前記一軸方向に集光点を走査させて前記ワークの加工予定ライン上に前記レーザービームを集光して照射することを特徴とするレーザー加工装置。
A holding table that holds the workpiece; a rotation support portion that rotatably supports the holding table with a vertical direction as a rotation axis; and laser processing means that irradiates the workpiece held on the holding table with a laser beam to process the workpiece. A laser processing apparatus comprising:
The rotation support unit includes an encoder that detects a rotation angle;
The laser processing means includes an oscillator that oscillates a laser beam, a mirror that reflects the laser beam oscillated from the oscillator, a condenser that condenses the laser beam reflected by the mirror toward the workpiece, and the holding An operation unit that operates the mirror so as to scan a condensing point on at least one axis on the table, and the operation unit based on rotation angle information of the rotation support unit acquired from the encoder of the rotation support unit. An operation control unit for controlling,
A laser processing apparatus, wherein the laser beam is focused and irradiated on a processing line of the workpiece by scanning a condensing point in the uniaxial direction while rotating the holding table.
前記動作部の動作加速度を低減させる様に前記保持テーブルの回転速度を制御する回転支持部制御手段を有する請求項1に記載のレーザー加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a rotation support unit control unit configured to control a rotation speed of the holding table so as to reduce an operation acceleration of the operation unit.
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