JP5805008B2 - Laser processing machine for glass fine hole processing and glass fine hole processing method - Google Patents
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Description
本発明はガラス微細穴加工用レーザ加工機及びガラス微細穴加工方法に関するものであり、特に、半導体装置などに用いられるガラス基板に微細穴を形成するためのガラス微細穴加工用レーザ加工機及びガラス微細穴加工方法に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing machine for processing glass fine holes and a method for processing glass fine holes, and in particular, a laser processing machine for processing glass fine holes and glass for forming fine holes in a glass substrate used in a semiconductor device or the like. The present invention relates to a fine hole drilling method.
従来のガラスのレーザ加工方法には、パルス幅50〜200,000ns、繰返し周波数20〜2,000Hzであるパルスレーザ光を脆性材に1〜5回照射する毎に、0.1〜10秒の非照射時間帯を設ける方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。パルスレーザ光は、脆性材表面で吸収され、その部分を気化させるので、脆性体の表面を加工することができる。パルスレーザ光を上記の条件で照射することにより、脆性材の表面にクラックを発生させずに、能率よく加工を施すことができる。 In a conventional glass laser processing method, a pulse laser beam having a pulse width of 50 to 200,000 ns and a repetition frequency of 20 to 2,000 Hz is irradiated for 0.1 to 10 seconds each time the brittle material is irradiated 1 to 5 times. A method of providing a non-irradiation time zone has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Since the pulse laser beam is absorbed on the surface of the brittle material and vaporizes the portion, the surface of the brittle body can be processed. By irradiating the pulsed laser beam under the above conditions, the surface of the brittle material can be processed efficiently without generating cracks.
この他にも、透明なガラス基板に炭酸ガスレーザ加工機によりレーザ光を照射して、穴あけ加工を行う方法において、透明なガラス基板にレーザ光を照射して穴あけ加工した後に、ガラス基板を所定濃度のフツ酸溶液中に浸し、穴あけ加工部に生じたクラックや微小溶融凝固物質および熱影響部を除去するレーザ加工方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition to this, in a method of irradiating a transparent glass substrate with a laser beam by a carbon dioxide laser processing machine, the transparent glass substrate is irradiated with a laser beam to form a hole, and then the glass substrate is subjected to a predetermined concentration. There has been proposed a laser processing method for immersing the substrate in a hydrofluoric acid solution to remove cracks, finely melted and solidified substances, and heat-affected portions generated in the drilled portion (see, for example, Patent Document 2).
上述したように、従来のガラス加工方法として、特許文献1に記載の、ガラスのレーザ微細穴加工におけるクラックの発生に対して非照射時間を設けることで抑制する加工方法や、特許文献2に記載の、穴あけ加工後にエッチングを実施し、クラック等の残留応力を除去する方法が提案されているが、いずれの方法も、加工速度が落ち、生産性が低下すること、および、エッチング工程用の設備や廃液処理が必要になることなど、コスト面や環境面での課題が多いという問題点があった。
As described above, as a conventional glass processing method, as described in Patent Document 1, a processing method for suppressing generation of cracks in laser laser micro-hole processing of glass by providing a non-irradiation time, and
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、生産性の向上が図れ、かつ、コストも抑えることが可能な、ガラス微細穴加工用レーザ加工機及びガラス微細穴加工方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such problems, and provides a laser processing machine for glass micro-hole processing and a glass micro-hole processing method capable of improving productivity and reducing costs. The purpose is to obtain.
この発明は、ガラスから構成された加工対象物に微細穴を形成するためのガラス微細穴加工用レーザ加工機であって、前記加工対象物を搭載するステージ台と、レーザビームを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームのビーム径の大きさ又はビーム形状を調整するビーム調整光学系と、前記ビーム調整光学系から出力された調整後の前記レーザビームの進行方向を前記ステージ台に搭載された前記加工対象物に向けて調整する導光ミラーと、前記導光ミラーにより導光された前記レーザビームを前記加工対象物のレーザビーム入射面に集光する集光レンズとを備え、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームは、CO 2 レーザビーム又は波長範囲が9.0〜11.0μmのレーザビームであり、前記加工対象物のレーザビーム入射面に入射される前記レーザビームのパルス幅が1〜5μsになるように、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームのパルス幅を調整することを特徴とするガラス微細穴加工用レーザ加工機である。 The present invention relates to a laser processing machine for processing a microscopic hole in a glass for forming a microhole in a processing object made of glass, a stage base on which the processing object is mounted, and a laser oscillator that oscillates a laser beam A beam adjustment optical system that adjusts the size or shape of the beam diameter of the laser beam oscillated from the laser oscillator, and the traveling direction of the laser beam after adjustment output from the beam adjustment optical system A light guide mirror that is adjusted toward the object to be processed mounted on a stage base, and a condensing lens that condenses the laser beam guided by the light guide mirror on a laser beam incident surface of the object to be processed; wherein the laser beam oscillated from the laser oscillator, CO 2 laser beam or the wavelength range of a laser beam 9.0~11.0Myuemu, Serial as the pulse width of the laser beam incident on the laser beam incident surface of the object becomes. 1 to 5 [mu] s, and adjusting the pulse width of the laser beam oscillated from the laser oscillator This is a laser processing machine for processing glass fine holes.
この発明は、ガラスから構成された加工対象物に微細穴を形成するためのガラス微細穴加工用レーザ加工機であって、前記加工対象物を搭載するステージ台と、レーザビームを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームのビーム径の大きさ又はビーム形状を調整するビーム調整光学系と、前記ビーム調整光学系から出力された調整後の前記レーザビームの進行方向を前記ステージ台に搭載された前記加工対象物に向けて調整する導光ミラーと、前記導光ミラーにより導光された前記レーザビームを前記加工対象物のレーザビーム入射面に集光する集光レンズとを備え、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームは、CO 2 レーザビーム又は波長範囲が9.0〜11.0μmのレーザビームであり、前記加工対象物のレーザビーム入射面に入射される前記レーザビームのパルス幅が1〜5μsになるように、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームのパルス幅を調整することを特徴とするガラス微細穴加工用レーザ加工機であるので、レーザビームのパルス幅を1〜5μsに設定したことにより、連続照射加工でもクラックが発生しないため、非照射時間を設ける必要がなく、加工時間の短縮化が図れ、生産性の向上が図れるとともに、クラック除去のためのエッチング工程も実施する必要がないため、エッチング工程用の設備や廃液処理が不要となり、コスト面も抑えることが可能である。 The present invention relates to a laser processing machine for processing a microscopic hole in a glass for forming a microhole in a processing object made of glass, a stage base on which the processing object is mounted, and a laser oscillator that oscillates a laser beam A beam adjustment optical system that adjusts the size or shape of the beam diameter of the laser beam oscillated from the laser oscillator, and the traveling direction of the laser beam after adjustment output from the beam adjustment optical system A light guide mirror that is adjusted toward the object to be processed mounted on a stage base, and a condensing lens that condenses the laser beam guided by the light guide mirror on a laser beam incident surface of the object to be processed; wherein the laser beam oscillated from the laser oscillator, CO 2 laser beam or the wavelength range of a laser beam 9.0~11.0Myuemu, Serial as the pulse width of the laser beam incident on the laser beam incident surface of the object becomes. 1 to 5 [mu] s, and adjusting the pulse width of the laser beam oscillated from the laser oscillator Since it is a laser processing machine for processing glass fine holes, it is not necessary to provide a non-irradiation time because cracks do not occur even in continuous irradiation processing by setting the pulse width of the laser beam to 1 to 5 μs . It can be shortened and productivity can be improved, and it is not necessary to carry out an etching process for removing cracks. Therefore, the equipment for the etching process and waste liquid treatment are not required, and the cost can be reduced.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係るガラス微細穴加工用レーザ加工機について説明する。ガラスの微細穴あけ加工の用途としては、例えば、半導体チップとパッケージ基板を導通接続するための中間基板用薄板貫通電極が挙げられる。電子機器の高性能化・高機能化に伴い、プリント基板の高密度化が進んでいる。基板の主な材料は樹脂であるが、代替材料として、熱膨張率が低く、高絶縁性を有するガラスが期待されている。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a laser processing machine for processing a glass fine hole according to Embodiment 1 of the present invention will be described. Examples of the use of glass micro-drilling include a thin plate through electrode for an intermediate substrate for electrically connecting a semiconductor chip and a package substrate. As electronic devices become more sophisticated and functional, printed circuit boards are becoming more dense. The main material of the substrate is a resin, but a glass having a low coefficient of thermal expansion and high insulation is expected as an alternative material.
本実施の形態1では、ガラスの微細穴加工用のレーザ発振器として、パルスCO2レーザ発振器を用いる。CO2レーザ発振器は、レーザ媒質をCO2とする気体レーザであるため、固体レーザと比較して、ランニングコストが安く、また、信頼性の観点においても利点がある。また、パルスレーザ発振器は、連続発振(CW:Continuous Wave)のレーザに比べて、時間的に集中してエネルギーを照射することができるため、局所的に、より深い加工を行うことが可能である。そのため、微細穴を形成するのに適している。このような2つの利点を併せ持つのが、パルスCO2レーザ発振器である。 In the first embodiment, a pulse CO 2 laser oscillator is used as a laser oscillator for processing fine holes in glass. Since the CO 2 laser oscillator is a gas laser having a laser medium as CO 2 , the running cost is lower than that of a solid-state laser, and there are advantages in terms of reliability. In addition, a pulsed laser oscillator can irradiate energy in a concentrated manner in comparison with a continuous wave (CW: Continuous Wave) laser, so that deeper processing can be performed locally. . Therefore, it is suitable for forming fine holes. A pulsed CO 2 laser oscillator has both of these advantages.
図1は、本発明の実施の形態1に係るガラス微細穴加工用レーザ加工機の構成を示す図である。図1においては、本実施の形態1に係るガラス微細穴加工方法による、レーザ照射工程の様子を示している。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser processing machine for processing glass fine holes according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the mode of the laser irradiation process by the glass micro hole processing method which concerns on this Embodiment 1 is shown.
本発明の実施の形態1に係るガラス微細穴加工用レーザ加工機は、図1に示すように、パルスCO2レーザビーム(以下、単に、レーザビーム22と呼ぶ)を発振するパルスCO2レーザ発振器からなるレーザ発振器21と、レーザビーム22のビーム径の大きさやビーム形状を調整するビーム調整光学系23と、レーザビーム22の進行方向をガラス28に向けて調整する導光ミラー24と、導光されたレーザビーム22のプロファイルを形成するマスク25と、マスク25によって成形されたレーザビーム22をガラス28のレーザビーム入射面に集光する集光レンズ26と、ガラス28を搭載するステージ台27とから構成されている。ステージ台27は、駆動装置(図示省略)により、矢印20で示されるような、左右前後の4方向のステージ走査方向に走査可能な構成となっている。なお、図1において、矢印1はレーザ発振器21内のレーザガスのガス流の向きを示し、矢印2はレーザ発振器21からのレーザビーム22の発振方向を示し、矢印3はレーザ発振器21内の放電方向を示している。矢印1〜3で示されるように、本実施の形態1においては、ガス流・レーザビーム・放電の方向が、互いに直交する構成となっている(三軸直交型)。
Glass micro-hole processing laser processing machine according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the pulse CO 2 laser beam (hereinafter, simply referred to as a laser beam 22) pulsed CO 2 laser which emits a
本発明の実施の形態1に係るガラス微細穴加工用レーザ加工機は、当該構成により、以下の処理を行う。 The laser processing machine for processing glass fine holes according to the first embodiment of the present invention performs the following processing with this configuration.
まずはじめに、加工対象のガラス28をステージ台27に搭載し、レーザ発振器21からレーザビーム22を発振する。
First, the
レーザ発振器21から発生されたレーザビーム22は、ビーム調整光学系23により、ビーム径の大きさの調整やビーム形状の成形が行われる。ビーム調整光学系23は、凹レンズや凸レンズの組み合わせで形成される。楕円ビームなどのビーム成形を行うビーム調整光学系としては、シリンドリカルレンズ、プリズム、回折光学素子を使用することができる。
The
ビーム調整光学系23により調整および成形されたレーザビーム22は、導光ミラー24で導光され、マスク25により、レーザビーム22のプロファイルが成形される。
マスク25は銅などの材料で構成されている。マスク25の中心には、マスク25に照射されるレーザ径よりも小さな円や楕円などの形状の穴が設けられており、レーザビーム22がマスク25を通過することで上記形状に成形される。
The
The
次に、マスク25によって成形されたレーザビーム22を集光レンズ26によりガラス28のレーザビーム入射面に集光し、かつ、ステージ台27を走査させることで、ガラス28の所望の位置に対して、微細な加工穴29を形成する。加工穴29の種類としては、例えば、とまり穴または貫通穴などがある。なお、本実施の形態1では、ステージ台27をステージ走査方向20に走査させる構成としているが、その場合に限らず、ガラス28とレーザビーム22との間の相対的な走査が行えればよいため、ステージ台27を固定し、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等によりレーザビーム22を走査しても同様の効果が得られるため、集光レンズ26としてFθレンズを用いて、照射するのがよい。
Next, the
なお、本実施の形態1では、図1に示すように、マスク25を設置する構成としているが、マスク25は必ずしも設置しなくてもよく、マスク25を設置せずに、集光レンズ26で集光してガラス28を加工してもよい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、レーザ加工にはアシストガスを用いてもよい。アシストガスとは、加工時の溶融物の除去やサンプルの冷却の他に、集光レンズ26への溶融物付着防止のために用いる補助ガスのことである。アシストガスの種類には、空気、窒素、アルゴンガスなどがある。アシストガスの流し方は、集光レンズ26とガラス28の間に流す方法や、ノズルを用いてガラス28に照射されるレーザビーム22と同軸上に流す方法がある。本実施の形態1では、集光レンズ26とガラス28との間にアシストガスを流しながら加工を行うこととするが、この場合に限定せず、本実施の形態1においても、ノズルを用いてガラス28に照射されるレーザビーム22と同軸上に流すようにしてもよい。
Further, an assist gas may be used for laser processing. The assist gas is an auxiliary gas used for preventing the melt from adhering to the
また、本実施の形態1においては、レーザ発振器21として、パルスCO2レーザ発振器を用いると説明したが、パルスCO2レーザ発振器の中で、特に、ゲインスイッチによってパルスを発生する三軸直交型CO2レーザ発振器を用いることが望ましい。
In the first embodiment, the pulse CO 2 laser oscillator is used as the
CO2レーザ発振器は、近年では、三軸直交型と高速軸流型の2つが主流となっている。三軸直交型は、矢印1〜3で示される、ガス流・レーザビーム・放電の方向が互いに直交する構成のレーザ発振器であり、一方、高速軸流型は、ガス流・レーザビーム・放電の方向が全て同じ方向となる構成のレーザ発振器である。 In recent years, two main types of CO 2 laser oscillators are a triaxial orthogonal type and a high-speed axial flow type. The three-axis orthogonal type is a laser oscillator having a configuration in which the directions of gas flow, laser beam, and discharge indicated by arrows 1 to 3 are orthogonal to each other, while the high-speed axial flow type is a gas flow, laser beam, and discharge direction. The laser oscillator has a configuration in which all directions are the same.
三軸直交型と高速軸流型では、共に、レーザ光増幅に必要な利得の維持のためにレーザガスの過熱を抑制する必要があり、放電によって熱されるレーザガスが過熱とならないように、強制対流によって冷却する。同じ利得を得る場合、三軸直交型では、ガス流路の断面積が大きいため、低ガス圧・低ガス流速でも高出力が得られるのに対し、高速軸流型では流路断面積が小さく圧損が大きいため、高ガス圧・高ガス流速が必要となる。そのため、高速軸流型CO2レーザ発振器は、三軸直交型CO2レーザ発振器に比べて、ランニングコストが高く、冷却性能が悪いため、原理的に増幅性能で劣る。 In both the three-axis orthogonal type and the high-speed axial type, it is necessary to suppress overheating of the laser gas in order to maintain the gain necessary for laser light amplification, and forced convection is used to prevent overheating of the laser gas heated by the discharge. Cooling. When the same gain is obtained, the cross-sectional area of the gas flow path is large in the three-axis orthogonal type, so high output can be obtained even at low gas pressure and low gas flow rate, while the cross-sectional area of the high-speed axial flow type is small. Since the pressure loss is large, a high gas pressure and a high gas flow rate are required. For this reason, the high-speed axial flow CO 2 laser oscillator is inferior in amplification performance in principle because it has a higher running cost and poor cooling performance than the three-axis orthogonal CO 2 laser oscillator.
また、CO2レーザ発振器としては、上記の三軸直交型と高速軸流型以外にも、スラブ型がある。スラブ型CO2レーザ発振器は、ガスを封じきった、放電電極間隔が短い自然冷却のレーザ発振器である。そのため、他のCO2レーザと比較すると、利得が低く、低ピーク・長パルスのレーザであるため、ガラスの微細穴加工には使用できない。 In addition to the three-axis orthogonal type and the high-speed axial flow type, the CO 2 laser oscillator includes a slab type. The slab type CO 2 laser oscillator is a naturally cooled laser oscillator in which gas is completely sealed and the interval between discharge electrodes is short. Therefore, compared with other CO 2 lasers, the gain is low and the laser is a low peak / long pulse laser, so it cannot be used for fine hole drilling of glass.
以上の理由から、本実施の形態1においては、三軸直交型CO2レーザ発振器をレーザ発振器21として採用し、その中でも、三軸直交型パルスCO2レーザ発振器を選択する。
For the above reasons, in the first embodiment, a three-axis orthogonal CO 2 laser oscillator is adopted as the
以下に、三軸直交型パルスCO2レーザ発振器の構成について説明する。図2は、本発明の実施の形態1におけるレーザ発振器21としての三軸直交型パルスCO2レーザの構成を示す図である。
The configuration of the three-axis orthogonal pulse CO 2 laser oscillator will be described below. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a triaxial orthogonal pulse CO 2 laser as the
本発明の実施の形態1におけるレーザ発振器21としての三軸直交型パルスCO2レーザ発振器は、図2に示すように、全反射ミラー11と出力ミラーとして機能する部分反射ミラー12とを有する光共振器と、光共振器に対して設けられた放電電極8,9と、放電電極8,9を固定・支持する誘電体プレート6,7と、放電電極8,9に交番電圧を印加する高電圧高周波電源5と、高電圧高周波電源5と放電電極8,9とを接続する給電線4と、放電電極8,9の間に供給されるレーザ媒質として機能するレーザガス(CO2)(図示せず)とで構成される。なお、三軸直交型パルスCO2レーザ発振器においては、レーザガスは、レーザガスを封じ切る長いガラス管(図示省略)の中を高速で流される構成となっている。
As shown in FIG. 2, the three-axis orthogonal pulse CO 2 laser oscillator as the
また、上述したように、三軸直交型パルスCO2レーザは、矢印1で示すレーザガスのガス流の方向と、矢印2で示すレーザビーム22の方向と、矢印3で示す放電の方向とが、各々、互いに直交しているのが特徴である。
Further, as described above, the triaxial orthogonal pulse CO 2 laser has a gas flow direction indicated by an arrow 1, a
放電電極8,9は、対向して設けられた1対の誘電体プレート6,7の対向面にそれぞれ設置され、給電線4により、高電圧高周波電源5に接続される。高電圧高周波電源5により、給電線4を介して、放電電極8,9間に交番電圧が印加されると、放電電極8,9間において、矢印3の向きに、均一な放電が形成される。放電電極8,9間には、矢印1、すなわち、ガス流方向10で示す方向に、レーザガスが供給されており、放電によってレーザガス中の分子または原子がエネルギーを得て、レーザ上準位に励起(ポンピング)されると、光の増幅作用を示すようになる。そうして、増幅された光が、全反射ミラー11と部分反射ミラー12との間を往復すると、さらに、誘導放出による光の増幅が行われる。この増加エネルギーが光共振器内の損出エネルギーを超えると、レーザ発振が起こってレーザ光が放出される。このとき、部分反射ミラー12は、光共振器から発振されたレーザ光の一部をレーザビーム22として外部に出射する出力ミラーとして機能する。
The
なお、図2では図示を省略しているが、本実施の形態1に係る三軸直交型パルスCO2レーザ発振器は、レーザガスを封じ切った長いガラス管の中に高速でガスを流す構造であり、矩形波とパルス性能がよい。また、レーザビームの収束性や指向安定度の点で優れており、レーザビームのオンオフを瞬時に切り替えることができるので、固体レーザに比べてランニングコストが安い。 Although not shown in FIG. 2, the three-axis orthogonal pulse CO 2 laser oscillator according to the first embodiment has a structure in which gas is allowed to flow at a high speed through a long glass tube in which the laser gas is sealed. , Square wave and pulse performance is good. Further, the laser beam is excellent in terms of convergence and directivity stability, and the on / off state of the laser beam can be switched instantaneously, so that the running cost is lower than that of a solid-state laser.
なお、ここで、本実施の形態1におけるレーザ発振器21は、パルスレーザ発振器であるため、レーザビームをパルス化する方法について説明する。パルス化する方法としては、一般的に、主に以下の3つが挙げられる。
(1)電気光学素子(EO:Electro‐Optic)や音響光学素子(AO:Acousto‐Optic)によるスイッチングによる方法。
(2)シャッターや音響光学素子を発振器外部に設置して、連続発振されたレーザビームをパルス化する方法。
(3)励起放電を断続的に発生させてレーザをパルス状に発振する方法。
Here, since the
(1) A method by switching using an electro-optic element (EO) or an acousto-optic element (AO).
(2) A method of pulsing a continuously oscillated laser beam by installing a shutter or an acoustooptic device outside the oscillator.
(3) A method of oscillating a laser in a pulsed manner by intermittently generating excitation discharge.
(1)の方式はQスイッチ方式と呼ばれ、発振器の光損失(Q値)を制御してパルスを発振させる。Qスイッチによるパルス発振では、主に固体レーザで用いられており、約数十nsオーダーの短パルス・高ピーク出力の発振が可能である。
しかし、Qスイッチ方式で用いるQスイッチ素子は、CO2レーザの波長である赤外域に対応できる材料が少なく、高価である。また、大出力でのスイッチングでは損傷してしまい、小出力では素子の損傷がなくとも、材料の屈折率温度依存性により熱レンズ効果が生じ、ビーム径が変化するなどの加工性能の低下につながるため、微細ガラス穴あけには使用できない。
The method (1) is called a Q switch method, and oscillates a pulse by controlling the optical loss (Q value) of the oscillator. The pulse oscillation by the Q switch is mainly used in a solid-state laser, and can oscillate with a short pulse of about several tens of ns and high peak output.
However, the Q switch element used in the Q switch method is expensive because there are few materials that can cope with the infrared region, which is the wavelength of the CO 2 laser. In addition, even if there is no damage to the element at low output, the thermal lens effect occurs due to the refractive index temperature dependence of the material, resulting in deterioration of processing performance such as changing the beam diameter. Therefore, it cannot be used for fine glass drilling.
(2)と(3)は、レーザの繰り返し周波数がシャッターや励起放電の周波数によって制限される。
(2)の方式では、連続発振のレーザを時間的に遮断するもので、高ピーク出力のレーザを得ることができず、微細ガラス穴あけには使用できない。
(3)の方式は、ゲインスイッチによるパルスを発生させる方式で、(2)に比べてピーク出力が高くなる。また、励起放電を断続的に動作させ、単パルス発振後に放電電極間に残った消耗ガスを新しいレーザガスで充填し、次の励起放電で次のパルスを発生させることで、パルス発振をおこなう。励起放電の動作のみとなるため動作方法が簡単であり、(1)のQスイッチ式よりも多くのパルスCO2レーザで適用されている。
In (2) and (3), the repetition frequency of the laser is limited by the frequency of the shutter and excitation discharge.
In the method (2), a continuous wave laser is cut off in time, a high peak output laser cannot be obtained, and it cannot be used for fine glass drilling.
The method (3) is a method of generating a pulse by a gain switch, and the peak output is higher than that of (2). In addition, the pulsed oscillation is performed by intermittently operating the excitation discharge, filling the consumable gas remaining between the discharge electrodes after the single pulse oscillation with a new laser gas, and generating the next pulse in the next excitation discharge. Since only the operation of excitation discharge is performed, the operation method is simple, and it is applied to more pulse CO 2 lasers than the Q-switch type of (1).
以上より、本実施の形態1においては、ガラス微細穴加工用のレーザ発振器21として、ランニングコストが安く、ゲインスイッチによってパルスを発生させる、(3)の方式による、高ピーク・短パルスの三軸直交型パルスCO2レーザ発振器を用いる。
As described above, in the first embodiment, as the
また、加工対象のガラス28は脆性材料であり、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、アルカリガラスや合成石英などの種類がある。ガラスのレーザ微細穴加工において、加工対象のガラスの材質が、レーザ波長の波長域において光吸収域を有しなければ加工することができない。ガラス28には、特に、使用するCO2レーザの波長に対してレーザ光を吸収するガラスが適している。
The
以下に、ガラスのレーザ微細穴加工における加工条件について記す。
ガラス28の厚みは約50〜300μm程度で、貫通電極の穴径は約Φ10〜100μmである。
ゲインスイッチ式三軸直交型パルスCO2レーザにより、厚さ150μmのホウ珪酸ガラスに対して、約Φ100μmの微細穴を加工した例を示す。
加工条件は、照射ビーム径Φ100μm、繰り返し周波数1Hz、エネルギー密度15J/cm2である。この加工条件において、パルス幅を調整して連続照射加工を実施した。
The processing conditions for laser micro-hole drilling of glass will be described below.
The thickness of the
An example is shown in which a fine hole of about Φ100 μm is processed in a borosilicate glass having a thickness of 150 μm by a gain switch type triaxial orthogonal pulse CO 2 laser.
Processing conditions are an irradiation beam diameter of Φ100 μm, a repetition frequency of 1 Hz, and an energy density of 15 J / cm 2 . Under these processing conditions, continuous irradiation processing was performed by adjusting the pulse width.
図3は、クラックの発生した加工穴の例を示す図である。パルス幅は10μsであり、加工穴29の周囲に、加工穴29を囲むようなクラック51が発生した。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a processed hole in which a crack has occurred. The pulse width was 10 μs, and a
図4は、クラックの発生しない加工穴の例を示す図である。図4はパルス幅が1μsの加工条件で加工しており、加工穴29の周囲52にクラックは発生しなかった。クラックは、パルス幅を短くすることで抑制することができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a processed hole in which no crack occurs. In FIG. 4, processing was performed under a processing condition with a pulse width of 1 μs, and no cracks occurred in the
上記加工結果は、厚さ150μmのホウ珪酸ガラスに対して、約Φ100μmの微細穴を加工した例である。これに対して、ガラス28の厚さ、材質、穴径を変化して加工をおこなった結果に基づいて、クラックの発生について調べた。
The above processing result is an example in which a fine hole of about Φ100 μm is processed in a borosilicate glass having a thickness of 150 μm. On the other hand, the occurrence of cracks was examined based on the results of processing by changing the thickness, material, and hole diameter of the
表1は、ゲインスイッチ式三軸直交型パルスCO2レーザ発振器による各パルス幅(1μs,3μs,5μs,10μs,15μs,30μs,50μs)でのクラック発生の有無を示す表である。表1の結果では、パルス幅が1〜5μsの範囲では、クラックの発生はなく、パルス幅が10〜50μsの範囲では、クラックの発生があった。 Table 1 is a table showing the presence / absence of crack occurrence at each pulse width (1 μs, 3 μs, 5 μs, 10 μs, 15 μs, 30 μs, 50 μs) by the gain switch type three-axis orthogonal pulse CO 2 laser oscillator. According to the results in Table 1, no crack was generated when the pulse width was in the range of 1 to 5 μs, and crack was generated when the pulse width was in the range of 10 to 50 μs.
以上より、ガラスの微細穴形成のレーザ加工条件として、ガラス28のレーザビーム入射面に入射されるレーザビーム22のパルス幅が5μs以下になるように、レーザ発振器21から発振されるレーザビーム22のパルス幅を調整することで、クラックの発生を抑制することが可能である。
From the above, as a laser processing condition for forming a fine hole in the glass, the
レーザ加工条件には、パルス幅だけでなく、照射ビーム径、エネルギー密度、繰り返し周波数があり、これらのパラメータを用いて、大きなクラックやかけが生じない照射をおこなう。以下に、それらのパラメータについての説明を行う。 Laser processing conditions include not only the pulse width, but also the irradiation beam diameter, energy density, and repetition frequency. Using these parameters, irradiation is performed without causing large cracks or cracks. Hereinafter, these parameters will be described.
Φ100μm以下の貫通穴を形成するために、照射ビーム径はΦ100μm以下の大きさとする。 In order to form a through hole having a diameter of 100 μm or less, the irradiation beam diameter is set to a diameter of 100 μm or less.
図5は、CO2レーザによる低エネルギー密度でのガラスの微細穴加工結果の例である。
ガラスのレーザ微細穴形成には、パルスエネルギー密度が2J/cm2以上である必要がある。
パルスのエネルギー密度が低い場合、クラック51を発生させずにガラス28は加工されるが、図5に示すように、加工穴29の周囲に、盛り上がり部54や熱影響層53が発生する。
そのため、熱影響層53を低減するには、高エネルギーで加工する必要がある。
エネルギー密度は、一般的に照射ビーム径を小さくするだけでなく、平均出力を大きくするほど高くなる。貫通穴形成時は高エネルギーであるほど加工穴のテーパ率が高くなる。
テーパ率とは、ガラス表面の加工穴径に対する裏面の加工穴径の割合を示す。テーパ率100%は表面の加工穴径と裏面の加工穴径が同じ大きさである場合を示す。
FIG. 5 is an example of a result of processing a fine hole in glass at a low energy density by a CO 2 laser.
In order to form laser microscopic holes in glass, the pulse energy density needs to be 2 J / cm 2 or more.
When the energy density of the pulse is low, the
Therefore, in order to reduce the heat affected
In general, the energy density is increased not only by reducing the irradiation beam diameter but also by increasing the average output. When the through hole is formed, the higher the energy, the higher the taper ratio of the processed hole.
A taper rate shows the ratio of the hole diameter of the back surface with respect to the hole diameter of the glass surface. A taper rate of 100% indicates a case where the diameter of the processed hole on the front surface and the diameter of the processed hole on the back surface are the same.
以上の理由から、本実施の形態1においては、パルスエネルギー密度を、2J/cm2以上に設定する。上記の例では、パルスエネルギー密度を、15J/cm2に設定している。 For the above reasons, in the first embodiment, the pulse energy density is set to 2 J / cm 2 or more. In the above example, the pulse energy density is set to 15 J / cm 2 .
また、繰り返し周波数は、クラックの発生条件に関係がなく、高いほど生産性があがる。上記の例では、繰り返し周波数を、1Hzに設定している。 Further, the repetition frequency is not related to the crack generation conditions, and the higher the productivity, the higher the productivity. In the above example, the repetition frequency is set to 1 Hz.
レーザ照射方法は、加工穴29を形成したい面に照射するため、ガラス28の表面と裏面のどちらか一方、または、貫通穴を形成する場合は両面から照射してもよい。
また、ガラス28に貫通穴を形成する場合、照射側の裏面はステージ台27に接さずに加工する。
これは、貫通穴加工時にガラスの溶融物が穴の内側から外側へ排出されるが、上記裏面が接していた場合は排出し難い状態となり、裏面の加工穴周囲に飛散物の付着が多くなる。また、熱が排出できずに熱影響層やクラックが発生する場合もある。
そのため、ステージ台27に溝を設けるなどの方法で裏面が接触しない状態にして加工をおこなう必要がある。
Since the laser irradiation method irradiates the surface on which the processed
Further, when the through hole is formed in the
This is because the glass melt is discharged from the inside of the hole to the outside during the through hole processing, but when the back surface is in contact, it becomes difficult to discharge, and the amount of scattered matter is increased around the processing hole on the back surface. . In addition, heat cannot be discharged and a heat-affected layer or a crack may occur.
For this reason, it is necessary to perform processing in such a manner that the back surface is not in contact with the stage table 27 by a method such as providing a groove.
上記加工条件下では、連続照射加工でもクラックは発生しないため、非照射時間を設ける必要がないため、加工時間を短縮することができる。これに加え、クラックの発生がないためエッチング設備も不要となり、コスト面および生産性の面で向上することが可能である。 Under the above processing conditions, cracks do not occur even in continuous irradiation processing, so there is no need to provide a non-irradiation time, so the processing time can be shortened. In addition, since no cracks are generated, an etching facility is not necessary, and the cost and productivity can be improved.
加工穴の加工品質には、クラックの発生以外にも溶融物付着の問題がある。
加工穴周辺の溶融物除去には、アシストガスによる除去以外に、水洗により除去する方法がある。これに加え、あらかじめ加工する面に保護膜を成膜し、加工後に洗浄することで溶融物ごと膜を除去する方法もある。保護膜は成膜の簡易性と環境面の点から水溶性であることが望ましい。
In addition to the generation of cracks, there is a problem of melt adhesion in the processing quality of processed holes.
In order to remove the melt around the processed hole, there is a method of removing by washing with water in addition to removal with an assist gas. In addition to this, there is a method in which a protective film is formed on the surface to be processed in advance, and the film is removed together with the melt by washing after the processing. The protective film is desirably water-soluble from the viewpoints of film formation simplicity and environmental aspects.
従来、ガラスに対するレーザ微細加工技術は、UVレーザを中心に開発が進められてきたが、以上説明したように、本実施の形態においては、産業界でも実績があり、かつ、UVレーザよりもランニングコスト面と信頼性の点で優れている、CO2レーザ発振器を用いることにより、クラックの発生がなく、連続的にガラスの微細加工を行うことが可能である。 Conventionally, laser micromachining technology for glass has been developed mainly for UV lasers. However, as described above, in this embodiment, there is a track record in the industry and running more than UV lasers. By using a CO 2 laser oscillator which is excellent in terms of cost and reliability, it is possible to continuously perform fine processing of glass without generation of cracks.
以上のように、本実施の形態1は、ガラスのレーザ微細穴加工において、レーザ発振器21として、三軸直交型の、ゲインスイッチによってパルスを発生させる、三軸直交型パルスCO2レーザ発振器を用い、パルス幅が5μs以下であるようにした。三軸直交型CO2レーザ発振器は、矩形波とパルス性能がよく、レーザビームの収束性や指向安定度の点で優れており、レーザビームのオンオフを瞬時に切り替えることができるので、固体レーザに比べてランニングコストが安い。また、三軸直交型では、ガス流路の断面積が大きいため、低ガス圧・低ガス流速でも高出力が得られ、ランニングコストが安い。さらに、ゲインスイッチによってパルスを発生させる構成としたので、高ピーク短パルスのレーザ発振により、ガラス28に対して一度に高エネルギー密度の加工が可能となるため、余分な熱が入りにくい。また、パルス幅を5μs以下にすることで、加工穴29の周囲にクラック51が発生しない加工を行うことができる。
As described above, the first embodiment uses a three-axis orthogonal type pulse CO 2 laser oscillator that generates a pulse by a gain switch of a three-axis orthogonal type as the
また、本実施の形態1においては、パルスエネルギー密度が2J/cm2以上であるようにした。これにより、加工穴29の周囲における、クラック51、および、盛り上がり部54・熱影響層53の発生を抑えながら、かつ、テーパ率の向上を図ることができる。
In the first embodiment, the pulse energy density is 2 J / cm 2 or more. Thereby, it is possible to improve the taper ratio while suppressing the generation of the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るガラス微細穴加工用レーザ加工機の全体の構成は、上述の実施の形態1で図1に示した構成と基本的に同じである。異なる点は、本実施の形態2においては、レーザ発振器21が量子カスケードレーザ発振器から構成されている点である。他の構成及び動作については、実施の形態1と同じであるため、ここでは説明を省略し、以下では、異なる点を中心に説明する。
The entire configuration of the laser processing machine for processing glass fine holes according to the second embodiment of the present invention is basically the same as the configuration shown in FIG. The difference is that in the second embodiment, the
量子カスケードレーザ(QCL:Quantum Cascade Laser)発振器は、サブバンド遷移を利用した半導体レーザであり、約5.0〜11.0μmの広範囲な波長選択が可能である。また、パルス幅を5.0μs未満で調整可能であり、クラックのないガラス微細穴形成の加工条件に適している。 A quantum cascade laser (QCL) oscillator is a semiconductor laser using subband transition, and can select a wide range of wavelengths from about 5.0 to 11.0 μm. In addition, the pulse width can be adjusted to less than 5.0 μs, which is suitable for processing conditions for forming glass fine holes without cracks.
ただし、量子カスケードレーザ発振器は、半導体レーザ発振器の中では高出力ではあるが、実施の形態1で示したパルスCO2レーザ発振器(気体レーザ)に比べると、出力が低い。そのため、ガラスのレーザ微細穴加工に必要な波長範囲の高出力が得られない場合には、必要に応じて、増幅手段を設けて増幅する必要がある。増幅手段としては、例えば、放電励起したCO2レーザ用発振器ガスを増幅媒質に利用して増幅する方法などが考えられる。よって、ガラスのレーザ微細穴加工においては、レーザ発振器21の波長が、パルスCO2レーザ発振器の波長範囲である9.0〜11.0μmである必要がある。なお、増幅手段の設置場所としては、レーザ発振器21とビーム調整光学系23との間に設ける。量子カスケードレーザのレーザ光をシード光とし、増幅媒質として放電励起したCO2レーザ用発振器ガスを用いて増幅させる。増幅手段の構成としては、マルチパスやインジェクションロックなどが考えられる。
However, although the quantum cascade laser oscillator has a high output among the semiconductor laser oscillators, the output is lower than that of the pulse CO 2 laser oscillator (gas laser) shown in the first embodiment. For this reason, if high output in the wavelength range necessary for laser micro-hole drilling of glass cannot be obtained, it is necessary to amplify by providing amplification means as necessary. As an amplifying means, for example, a method of amplifying by using a discharge-excited CO 2 laser oscillator gas as an amplifying medium can be considered. Therefore, in the laser fine hole drilling of glass, the wavelength of the
また、レーザ加工において加工する材質が、レーザ波長の波長域において吸収域を有しなければ加工することができない。従って、ガラス28は、パルスCO2レーザ発振器と量子カスケードレーザ発振器の波長範囲である9.0〜11.0μmの間で、光吸収域を有する必要があるため、そのような材質からなるガラス28を用いるようにする。
Moreover, if the material processed in laser processing does not have an absorption region in the wavelength region of the laser wavelength, it cannot be processed. Therefore, the
以上のことから、本実施の形態2においては、ガラスの微細穴加工のレーザとして、量子カスケードレーザ発振器を用い、必要に応じて、その出力を放電励起したCO2レーザ用発振器ガスを増幅媒質に利用して増幅する方法などにより9.0〜11.0μmの範囲に増幅させて、ガラス加工を行う。 From the above, in the second embodiment, a quantum cascade laser oscillator is used as a laser for processing a fine hole in glass, and, if necessary, an oscillator gas for CO 2 laser whose discharge is excited is used as an amplification medium. Glass processing is performed by amplifying in the range of 9.0 to 11.0 μm by a method of amplifying and utilizing.
また、図3で説明したように、パルス幅が5μsを超えると、加工穴29の周囲にクラック51が発生するため、本実施の形態2においても、クラック51のない加工を行うには、パルス幅が5μs以下である必要がある。従って、本実施の形態2においては、ガラス28のレーザビーム入射面に入射されるレーザビーム22のパルス幅が5μs以下になるように、量子カスケードレーザ発振器から発振されるレーザ光のパルス幅の調整を行う。なお、レーザ光を増幅手段により増幅する場合には、増幅後のパルス幅が5μs以下になるように、パルス幅を調整する。
In addition, as described with reference to FIG. 3, when the pulse width exceeds 5 μs, a
本実施の形態2において、レーザ発振器21として用いる、量子カスケードレーザ発振器の構成としては、一般的なもので、例えば、特開2010−238711号公報に記載されている。
In the second embodiment, the configuration of the quantum cascade laser oscillator used as the
従来の半導体レーザ発振器と量子カスケードレーザ発振器との違いについて説明する。従来の半導体レーザにおける光遷移は、伝導帯準位と価電子帯準位間のバンド間遷移であり、電子と正孔とが再結合することにより光を放射し、共振によってレーザ発振する。しかしながら、このとき、量子井戸構造で離散化された伝導帯内の準位間で光学的遷移が起きた場合には、電子と正孔は再結合せずに伝導帯に留まってしまう。また、バンド間遷移を用いているため、遷移波長は、レーザ媒質の材料によって決まり、自由に選択することはできない。 The difference between a conventional semiconductor laser oscillator and a quantum cascade laser oscillator will be described. The optical transition in a conventional semiconductor laser is an interband transition between a conduction band level and a valence band level, and light is emitted by recombination of electrons and holes, and laser oscillation is caused by resonance. However, at this time, when an optical transition occurs between levels in the conduction band discretized by the quantum well structure, electrons and holes do not recombine and remain in the conduction band. Further, since interband transition is used, the transition wavelength is determined by the material of the laser medium and cannot be freely selected.
一方、量子カスケードレーザ発振器においては、量子井戸を作成し、サブバンド間遷移を用いる構成であるため、井戸幅を変えることにより、遷移波長を自由に選択できるという特徴を有している。そのため、広い範囲で発振波長を選択することができる。また、量子カスケードレーザ発振器においては、量子井戸が、半導体中間層を挟んで、複数個積層されて、多重量子井戸を作成している。そうして、1つの量子井戸で光を放出した電子を、トンネル効果で隣り合う量子井戸に導き、そこで、再び、伝導帯内での遷移を行わせ、ちょうど、多段の滝のように、1つの電子が多数の遷移を次々と行っていくような構造を有している。この発光層としての量子井戸が多段につながった構造をカスケード構造と呼ぶ。これにより、1つの電子から多数の光の放出を行うことができ、高出力が可能となっている。 On the other hand, the quantum cascade laser oscillator has a feature that a transition wavelength can be freely selected by changing the well width because a quantum well is formed and intersubband transition is used. Therefore, the oscillation wavelength can be selected in a wide range. In a quantum cascade laser oscillator, a plurality of quantum wells are stacked with a semiconductor intermediate layer interposed therebetween to create a multiple quantum well. Thus, electrons emitted from one quantum well are guided to adjacent quantum wells by the tunnel effect, where they are caused to make a transition in the conduction band again, just like a multistage waterfall. It has a structure in which one electron performs many transitions one after another. A structure in which quantum wells as light emitting layers are connected in multiple stages is called a cascade structure. Thereby, many light can be emitted from one electron, and high output is possible.
以上説明したように、量子化カスケードレーザ発振器には、広い範囲で発振波長を選択できるというサブバンド間光学遷移の特徴と、発光層が多段に接続されたカスケード構造による高出力化の特徴とを併せ持つため、ガラスのレーザ微細穴加工に適用可能であり、かつ、広範囲の波長選択が可能である。また、パルス幅を5μs以下に設定することで、クラックのない加工を行うことも可能となる。また、出力が十分でない場合には、増幅手段を設けて増幅すればよい。 As explained above, the quantized cascade laser oscillator has the characteristics of intersubband optical transition that allows selection of oscillation wavelength in a wide range and the characteristics of high output by a cascade structure in which light emitting layers are connected in multiple stages. In addition, since it has both, it can be applied to laser micro-hole drilling of glass and a wide range of wavelength selection is possible. Further, by setting the pulse width to 5 μs or less, it is possible to perform processing without cracks. Further, if the output is not sufficient, an amplification means may be provided for amplification.
このように、本実施の形態2においては、ガラスのレーザ微細穴加工において、レーザ発振器21として量子カスケードレーザ発振器を用いるようにしたので、広範囲の波長選択が可能であるため、ガラスのレーザ微細穴加工に必要な波長範囲に自由に設定できる。また、量子カスケードレーザ発振器においては、パルス幅を5.0μs未満で調整可能であるため、ガラス微細穴加工に用いるレーザのパルス幅を5μs以下であるように設定するようにしたので、クラックの発生を抑えることができる。このような加工条件下では、連続照射加工でもクラックは発生しないため、非照射時間を設ける必要がない。従って、連続で加工を行うことができ、加工時間を短縮することが可能であるため、生産性向上の効果がある。また、これに加え、クラックの発生がないため、エッチング設備も不要となり、コスト面および生産性の面で向上することが可能である。このように、本実施の形態2においても、上述の実施の形態1と同様の効果が得られる。
As described above, in the second embodiment, since the quantum cascade laser oscillator is used as the
なお、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、パルスエネルギー密度を2J/cm2以上とすることが望ましい。パルスのエネルギー密度が低い状態で加工した場合、クラックが発生しないが、上記の図5で説明したように、加工穴29の周囲に、盛り上がり部54や熱影響層53が発生する。盛り上がり部54や熱影響層53の発生を低減させるには、高エネルギーで加工する必要がある。従って、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、パルスエネルギー密度を2J/cm2以上とすることが望ましい。また、エネルギー密度が高いほうがテーパ率は高くなる。
In the second embodiment, it is desirable that the pulse energy density is 2 J / cm 2 or more, as in the first embodiment. When processing is performed in a state where the energy density of the pulse is low, cracks do not occur, but as described above with reference to FIG. 5, the raised
また、他のレーザ加工条件、すなわち、照射ビーム径や、繰り返し周波数についても、上述の実施の形態1と同様に設定し、大きなクラックやかけが生じない照射を行うことが望ましい。 In addition, it is desirable to set other laser processing conditions, that is, the irradiation beam diameter and the repetition frequency in the same manner as in the first embodiment, and perform irradiation without generating large cracks and cracks.
なお、本実施の形態2で用いる量子カスケードレーザ発振器の構成は、特開2010−238711号公報に記載されている構成に限らず、任意の構成の量子カスケードレーザ発振器が本発明には適用可能であり、その場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。 The configuration of the quantum cascade laser oscillator used in the second embodiment is not limited to the configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-238711, and a quantum cascade laser oscillator having an arbitrary configuration is applicable to the present invention. Needless to say, the same effect can be obtained in this case.
1 矢印(ガス流の向き)、2 矢印(レーザビームの向き)、3 矢印(放電の向き)、4 給電線、5 高電圧高周波電源、6,7 誘電体プレート、8,9 放電電極、10 ガス流方向、11 全反射ミラー、12 部分反射ミラー(出力ミラー)、20 ステージ走査方向、21 レーザ発振器、22 レーザビーム、23 ビーム調整光学系、24 導光ミラー、25 マスク、26 集光レンズ、27 ステージ台、28 ガラス、29 加工穴、51 クラック、53 熱影響層、54 盛り上がり部。 1 arrow (direction of gas flow), 2 arrow (direction of laser beam), 3 arrow (direction of discharge), 4 feeder line, 5 high voltage high frequency power supply, 6, 7 dielectric plate, 8, 9 discharge electrode, 10 Gas flow direction, 11 total reflection mirror, 12 partial reflection mirror (output mirror), 20 stage scanning direction, 21 laser oscillator, 22 laser beam, 23 beam adjustment optical system, 24 light guide mirror, 25 mask, 26 condenser lens, 27 stage base, 28 glass, 29 processed hole, 51 crack, 53 heat-affected layer, 54 raised part.
Claims (5)
前記加工対象物を搭載するステージ台と、
レーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームのビーム径の大きさ又はビーム形状を調整するビーム調整光学系と、
前記ビーム調整光学系から出力された調整後の前記レーザビームの進行方向を前記ステージ台に搭載された前記加工対象物に向けて調整する導光ミラーと、
前記導光ミラーにより導光された前記レーザビームを前記加工対象物のレーザビーム入射面に集光する集光レンズと
を備え、
前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームは、CO 2 レーザビーム又は波長範囲が9.0〜11.0μmのレーザビームであり、
前記加工対象物のレーザビーム入射面に入射される前記レーザビームのパルス幅が1〜5μsになるように、前記レーザ発振器から発振される前記レーザビームのパルス幅を調整する
ことを特徴とするガラス微細穴加工用レーザ加工機。 A laser processing machine for processing glass microholes for forming microholes in a workpiece made of glass,
A stage base on which the workpiece is mounted;
A laser oscillator for oscillating a laser beam;
A beam adjusting optical system that adjusts the size or beam shape of the laser beam oscillated from the laser oscillator;
A light guide mirror that adjusts the traveling direction of the laser beam after adjustment output from the beam adjustment optical system toward the workpiece mounted on the stage base;
A condensing lens for condensing the laser beam guided by the light guide mirror on a laser beam incident surface of the workpiece,
The laser beam oscillated from the laser oscillator is a CO 2 laser beam or a laser beam having a wavelength range of 9.0 to 11.0 μm,
The pulse width of the laser beam oscillated from the laser oscillator is adjusted so that the pulse width of the laser beam incident on the laser beam incident surface of the workpiece is 1 to 5 μs. Laser processing machine for processing glass fine holes.
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス微細穴加工用レーザ加工機。 The laser processing machine for processing a glass fine hole according to claim 1, wherein the laser oscillator is configured by a three-axis orthogonal pulse CO 2 laser oscillator that generates a pulse by a gain switch.
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス微細穴加工用レーザ加工機。 The said laser oscillator is comprised from the quantum cascade laser. The laser processing machine for glass fine hole processing of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載のガラス微細穴加工用レーザ
加工機。 Glass micro-drilling laser according to any one of claims 1 to 3 in which pulse energy density of the laser beam oscillated from the laser oscillator is characterized in that it is set to 2J / cm 2 or more Processing machine.
前記加工対象物をステージ台に搭載するステップと、
パルス幅を1〜5μsに設定して、CO 2 レーザビーム又は波長範囲が9.0〜11.0μmのレーザビームをレーザ発振器から発振するステップと、
前記レーザ発振器から発振された前記レーザビームのビーム径の大きさ又はビーム形状を調整するステップと、
調整後の前記レーザビームの進行方向を前記ステージ台に搭載された前記加工対象物に向けて調整するステップと、
導光された前記レーザビームを前記加工対象物のレーザビーム入射面に集光するステップと
を含むことを特徴とするガラス微細穴加工方法。 A glass fine hole processing method for forming a fine hole in a workpiece composed of glass,
Mounting the workpiece on a stage base;
Oscillating a CO 2 laser beam or a laser beam having a wavelength range of 9.0 to 11.0 μm from a laser oscillator by setting the pulse width to 1 to 5 μs ;
Adjusting the beam diameter or beam shape of the laser beam oscillated from the laser oscillator;
Adjusting the direction of travel of the laser beam after adjustment toward the workpiece mounted on the stage base;
Glass micro-hole processing method characterized by including the step of condensing the light that is led the laser beam to the laser beam incident surface of the workpiece.
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