JPH08174259A - Laser machining method and its device - Google Patents

Laser machining method and its device

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JPH08174259A
JPH08174259A JP6327078A JP32707894A JPH08174259A JP H08174259 A JPH08174259 A JP H08174259A JP 6327078 A JP6327078 A JP 6327078A JP 32707894 A JP32707894 A JP 32707894A JP H08174259 A JPH08174259 A JP H08174259A
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JP
Japan
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substrate
laser
tube
carbon dioxide
gas
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JP6327078A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PURPOSE: To greatly improve machining speed by having a substrate surface irradiated with a laser beam through the innermost tube of a double conical tube, making an assist gas flow between the innermost tube and the outer tube and blowing it to the substrate surface. CONSTITUTION: The wavelength of a beam generated by a carbon dioxide laser device is selected through grating and controlled into a single wavelength. The laser beam with the single wave length is converged with a lens and emitted to the surface of the substrate 18 through the inner tube 17b of the double conical tube. The diameter of the inner tube 17b is 1 to 3.5mm, and a distance between the end of the exit and the surface of the substrate 18 is made 1mm or more. An assist gas with the pressure of 1kg/cm<2> or higher is made to flow between the inner tube 17b and the outer tube 17a and blown to the surface of the substrate 18. By separating the passage of the laser beam transmission from that of the assist gas, the heat energy density is held high on the area of the diameter (d) on the surface of the substrate 18 irradiated with the laser beam; and the outer circumference is cooled by the assist gas so as to bring in the steep distribution of heat energy density.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板材料に炭酸ガスレ
ーザ光を照射して、基板材料を平滑に切断したり、スリ
ットや溝を形成するレーザ加工方法及びその装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing method and apparatus for irradiating a carbon dioxide laser beam on a substrate material to smoothly cut the substrate material or to form slits or grooves.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス材料基板や磁性材料基板、
半導体材料基板、さらには誘電体材料基板などの上や中
に、電子回路、光回路を実装した電気、あるいは光集積
回路、さらには電気と光を一体化した電気/光集積回路
の製品開発が活発化してきた。上記集積回路は、サイズ
が3インチから10インチ程度の円形、あるいは四角形
の基板に数十から数万個の範囲で高密度に集積化されて
いる。そして上記基板からそれぞれの集積回路を切断し
て分離する。この切断・分離方法として、図6に示すよ
うに、基板18を一点鎖線にしたがって、ダイヤモンド
ブレードダイシングを行なうか、レーザ光を照射してス
クライビングを行なう方法などが用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, glass material substrates and magnetic material substrates,
Product development of electrical or optical integrated circuits in which electronic circuits or optical circuits are mounted on or in semiconductor material substrates, or dielectric material substrates, or electrical / optical integrated circuits in which electricity and light are integrated It has become active. The integrated circuit is densely integrated in a range of several tens to several tens of thousands on a circular or square substrate having a size of about 3 inches to 10 inches. Then, each integrated circuit is cut and separated from the substrate. As the cutting / separating method, as shown in FIG. 6, a method of performing diamond blade dicing on the substrate 18 according to the alternate long and short dash line, or performing a scribing by irradiating a laser beam is used.

【0003】また、図7は本発明者が先に提案した、炭
酸ガス(CO2 )レーザ照射によるガラスの切断方法及
びその装置の概略図を示したものである。これはCO2
レーザ1のレーザ光Lの周りにアシストガス導入管17
を通してアシストガスGを吹きつけつつ、このレーザ光
Lを固定台19上のガラス基板18に照射して、このガ
ラス基板18を2つの基板A及びBに切断する際に、ガ
ラス基板18を基板A側及びB側でそれぞれ固定台19
に真空吸着して固定しつつ上記ガラス基板18を切断す
る方法及びその装置である。
FIG. 7 shows a schematic view of a method of cutting glass by carbon dioxide (CO 2 ) laser irradiation and an apparatus therefor proposed by the present inventor. This is CO 2
An assist gas introducing pipe 17 is provided around the laser beam L of the laser 1.
When the glass substrate 18 on the fixing base 19 is irradiated with the assist gas G by passing through the glass substrate 18 and the glass substrate 18 is cut into two substrates A and B, Fixed stand 19 on each side
A method and apparatus for cutting the glass substrate 18 while vacuum adsorbing and fixing the same on the glass substrate 18.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た図7の装置を用いて多成分系のガラス基板やセラミッ
クス基板を切断したり、溝やスリットを形成すると、次
のような問題点が生ずることがわかった。
However, when the multi-component glass substrate or the ceramic substrate is cut or the grooves or slits are formed by using the apparatus shown in FIG. 7, the following problems occur. I understood.

【0005】(1)加工中に蒸発、気化したガラスやセラ
ミックスの微粒子を吹き飛ばすために、ガス導入管17
からアシストガラスGを導入し、加工中の基板18表面
に吹きつけているが、このアシストガスGの流量が少な
いと、切断した基板18の表及び裏面のエッジ部に微粒
子が残留し、いわゆるドロスが生ずることがわかった。
そのためアシストガスの流量を増大(アシストガス吹出
口のガス圧が3kg/cm2から5kg/cm2 の範囲)させな
ければならない。ところが、このアシストガス流量を増
大させていくと、基板加工表面のレーザ光照射による熱
エネルギーがどんどん低下し、切断、あるいは加工の速
度を低くしなければならなかった。すなわち、生産性の
低下をまねいた。これは、図1(a) に示すように、従来
法ではレーザ光Lの伝搬通路とアシストガスGの通路が
同じであるため、レーザ光照射によってエネルギー密度
が最も高くなった基板表面がアシストガスによって冷却
されてエネルギー密度の低下をもたらしたことに起因し
ていた。
(1) In order to blow away fine particles of glass or ceramics that have been vaporized or vaporized during processing, a gas inlet pipe 17
The assist glass G is introduced from above and is blown onto the surface of the substrate 18 being processed. However, when the flow rate of the assist gas G is low, fine particles remain on the edges of the front and back surfaces of the cut substrate 18, so-called dross. Was found to occur.
Therefore, the flow rate of assist gas must be increased (the gas pressure at the assist gas outlet is in the range of 3 kg / cm 2 to 5 kg / cm 2 ). However, when the flow rate of the assist gas is increased, the thermal energy of the substrate processing surface due to the laser light irradiation is gradually reduced, and the cutting or processing speed must be reduced. That is, it caused a decrease in productivity. This is because, as shown in FIG. 1 (a), since the propagation path of the laser light L and the path of the assist gas G are the same in the conventional method, the substrate surface where the energy density is highest due to the laser light irradiation is the assist gas. It was caused by the fact that it was cooled by and caused a decrease in energy density.

【0006】(2)図1(a) に示すように、アシストガス
が基板表面のレーザ集光面(直径d内)に吹きつけられ
るため、基板表面の熱エネルギー分布が広がってしま
い、これにより、切断した基板表面や裏面、さらには側
面に熱変形歪によるマイクロクラックが発生した。
(2) As shown in FIG. 1 (a), since the assist gas is blown to the laser focusing surface (within the diameter d) on the substrate surface, the thermal energy distribution on the substrate surface is widened, which causes Microcracks were generated on the front and back surfaces of the cut substrate, and further on the side surfaces due to thermal deformation strain.

【0007】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を解決するための基板材料の加工方法及びその装置を
提供することにある。すなわち、1)ドロスのない切断
面、あるいは加工面を得ること、2)切断、あるいは加
工の速度を大きくし、生産性を向上させること、3)マ
イクロクラックのない切断、あるいは加工面を得るこ
と、を達成することにある。上記目的以外に、本発明に
は、ドライでクリーンな雰囲気で切断、あるいは加工が
行なえること、非接触による切断、あるいは加工である
ので、基板の汚染がなく、また水を吹きつけないので、
基板の電気的、あるいは光学的特性へのダメージがない
こと、なども期待できることは言うまでもないことであ
る。
It is an object of the present invention to provide a method of processing a substrate material and an apparatus therefor for solving the above-mentioned problems of the prior art. That is, 1) to obtain a dross-free cut surface or a processed surface, 2) to increase the cutting or processing speed to improve productivity, and 3) to obtain a cut surface or a processed surface without microcracks. , To achieve. In addition to the above-mentioned object, the present invention is capable of cutting or processing in a dry and clean atmosphere, since it is non-contact cutting or processing, there is no contamination of the substrate and water is not sprayed,
It goes without saying that it is possible to expect that the electrical or optical characteristics of the substrate will not be damaged.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成にしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution.

【0009】第1の発明は、炭酸ガスレーザ装置で発振
した光の波長をグレーティングで選択して単一波長に制
御し、この単一波長のレーザ光をレンズで集光後、少な
くとも2重の円錐管の内管を通して基板表面に照射する
と共に、該2重の円錐管の内管と外管との間にアシスト
ガスを流して基板表面に吹きつけるようにしながら、該
基板をX、あるいはY方向に移動させる基板の加工方法
である。
According to a first aspect of the present invention, the wavelength of light oscillated by a carbon dioxide gas laser device is selected by a grating and controlled to a single wavelength, the laser light of this single wavelength is condensed by a lens, and then at least a double cone is formed. While irradiating the substrate surface through the inner tube of the tube and flowing the assist gas between the inner tube and the outer tube of the double conical tube so as to blow it onto the substrate surface, the substrate is moved in the X or Y direction. This is a method of processing a substrate that is moved to the next position.

【0010】第2の発明は、第1の発明において、少な
くとも2重の円錐管から吹き出るアシストガスのガス圧
は、少なくとも1kg/cm2 の値を有していることを特徴
とする基板の加工方法である。
A second invention is the processing of the substrate according to the first invention, wherein the gas pressure of the assist gas blown out from the at least double conical tube has a value of at least 1 kg / cm 2. Is the way.

【0011】第3の発明は、第1及び第2の発明におい
て、少なくとも2重の円錐管の内管の直径は1mmから
3.5mmの範囲とし、かつ2重の円錐管の出口端と基板
表面との間隔は少なくとも1mmあることを特徴とする基
板の加工方法である。
According to a third invention, in the first and second inventions, the diameter of the inner tube of the at least double conical tube is in the range of 1 mm to 3.5 mm, and the exit end of the double conical tube and the substrate. A substrate processing method is characterized in that the distance from the surface is at least 1 mm.

【0012】第4の発明は、第1から第3の発明におい
て、少なくとも2重の円錐管の内管内にもレーザ光の伝
搬方向に向ってアシストガスが流れるようにした基板の
加工方法である。
A fourth invention is a method of processing a substrate according to the first to third inventions, wherein the assist gas is allowed to flow in the inner tube of the at least double conical tube in the propagation direction of the laser light. .

【0013】第5の発明は、第1から第4の発明におい
て、炭酸ガスレーザ装置は常に発振状態とし、炭酸ガス
レーザ装置から集光用レンズまでの間にレーザ光を遮断
するか通過させるミラー付き開閉器を置き、レーザ光を
遮断している時はミラーで反射した光をレーザパワーセ
ンサでモニタしてそのパワーを一定となるように炭酸ガ
スレーザ装置の電源を調節しておき、基板を加工する際
には該開閉器を開いてレーザ光を通過させることを特徴
とする基板の加工方法である。
In a fifth aspect based on the first to fourth aspects, the carbon dioxide gas laser device is kept in an oscillating state at all times, and the opening / closing with a mirror for blocking or passing the laser light between the carbon dioxide gas laser device and the condenser lens is performed. When processing the substrate, place the instrument on the substrate and adjust the power of the carbon dioxide laser device so that the power reflected by the mirror is monitored by the laser power sensor when the laser light is blocked and the power is constant. In the method of processing a substrate, the switch is opened to allow laser light to pass therethrough.

【0014】第6の発明は、第1から第5の発明におい
て、基板を移動させるための基板移動機構を設け、この
基板移動機構を炭酸ガスレーザ装置と共に防振装置上に
一体的に固定したことを特徴とする基板の加工方法であ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects, a substrate moving mechanism for moving the substrate is provided, and the substrate moving mechanism is integrally fixed on the vibration isolator together with the carbon dioxide laser device. Is a substrate processing method.

【0015】第7の発明は、第1から第6の発明におい
て、基板を加工している領域を用いてアシストガス雰囲
気とし、かつその囲っている領域を排気ダクト管を通し
て強制的に排気するようにしたことを特徴とする基板の
加工方法である。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects, a region in which the substrate is processed is used as an assist gas atmosphere, and the enclosed region is forcibly exhausted through an exhaust duct pipe. The substrate processing method is characterized in that

【0016】第8の発明は、波長を選択的に制御できる
グレーティング付外部共振器をもった炭酸ガスレーザ装
置と、該装置からの波長制御されたレーザ光を集光して
基板材料に照射する系と、該レーザ光をレンズで集光し
て基板材料に照射するまでのレーザ光の通路を少なくと
も2重の円錐管で覆い、該2重の円錐管の内管と外管と
の間にアシストガスを流して基板材料表面に吹きつける
系と、該基板材料を少なくともX、あるいはY方向に移
動させる装置とからなる基板材料の加工装置である。
The eighth invention is a carbon dioxide gas laser device having an external resonator with a grating capable of selectively controlling the wavelength, and a system for converging the wavelength-controlled laser light from the device and irradiating the substrate material. And covering the passage of the laser light until the laser light is condensed by the lens and irradiated onto the substrate material with at least a double conical tube, and an assist is provided between the inner tube and the outer tube of the double conical tube. It is a substrate material processing apparatus comprising a system for flowing a gas and blowing it onto the surface of a substrate material, and an apparatus for moving the substrate material in at least the X or Y direction.

【0017】第9の発明は、2重の円錐管の内管内にも
ガスを導入するように構成した基板材料の加工装置であ
る。
A ninth aspect of the present invention is a substrate material processing apparatus configured to introduce gas into the inner tube of a double conical tube.

【0018】第10の発明は、第8及び第9の発明にお
いて、炭酸ガスレーザ装置と集光用レンズとの間に、電
気的信号によってレーザ光を遮断するか通過させるよう
に操作できるミラー付き開閉器を置き、レーザ光を遮断
している時はミラーで反射した光をレーザパワーセンサ
でモニタする系と、該モニタ系からの出力信号で炭酸ガ
スレーザ装置の電源を調節する系を有する基板材料の加
工装置である。
A tenth aspect of the invention is the opening and closing with a mirror according to the eighth and ninth aspects, which can be operated between the carbon dioxide gas laser device and the condenser lens so as to block or pass the laser beam by an electrical signal. Of a substrate material having a system for monitoring the light reflected by the mirror with a laser power sensor when the laser beam is cut off and a system for adjusting the power supply of the carbon dioxide laser device by the output signal from the monitoring system. It is a processing device.

【0019】第11の発明は、第8から第10の発明に
おいて、少なくとも炭酸ガスレーザ装置、ミラー付き開
閉器、集光用レンズ系、2重の円錐管、基板移動機構が
防振装置上に一体化されていることを特徴とする基板材
料の加工装置である。
In an eleventh aspect of the present invention based on the eighth to tenth aspects, at least a carbon dioxide laser device, a switch with a mirror, a condenser lens system, a double conical tube, and a substrate moving mechanism are integrated on a vibration isolator. It is an apparatus for processing a substrate material, which is characterized by being realized.

【0020】[0020]

【作用】本発明の基本的な考え方は、レーザ照射によっ
てエネルギー密度が最も高くなった基板表面がアシスト
ガスの吹きつけによって冷却されないように工夫したこ
とにある。すなわち、図1(b) に示すように、レーザ光
の伝搬通路とアシストガスの通路を異ならせることによ
り、レーザ光の照射された基板表面の直径d(=100
μm以内)のエリアの熱エネルギー密度を最高に保持
し、上記直径d(100μm)のエリアの外周部をアシ
ストガスの吹きつけにより冷却して、レーザ光の照射エ
リアの中心から外周方向に向って非常に急しゅんな熱エ
ネルギー密度分布をもたせる。このような急しゅんな熱
エネルギー密度分布をもたせることにより、まず第1に
基板の切断、あるいは加工速度を速くすることができ
る。第2に、レーザ光の照射されたエリアの外周部がア
シストガスで冷却されているので、溶融による基板エッ
ジの変形によって発生する、いわゆる熱変形歪によるマ
イクロクラックの発生を抑えることができる。第3に本
発明の構成では、アシストガスの流量(あるいは圧力)
を大きくしてもレーザ光照射エリア内の熱エネルギー密
度の低下が少ないので、ドロスの付着を抑えることがで
き、均一な切断面、あるいは加工面を得ることができ
る。第5にレーザ光は単一波長の光のみが選択的に出力
されるように制御されていて、かつ照射エリアはその熱
エネルギー密度が非常に高く保たれているので、基板材
料の吸収特性の波長依存性による切断面、あるいは加工
面の凹凸の発生を抑圧することができる。
The basic idea of the present invention is to devise such that the substrate surface having the highest energy density by laser irradiation is not cooled by the blowing of the assist gas. That is, as shown in FIG. 1B, the diameter d (= 100) of the substrate surface irradiated with the laser light is changed by making the propagation path of the laser light and the path of the assist gas different.
(within μm) area, the thermal energy density of the area is kept at a maximum, and the outer peripheral portion of the area with the diameter d (100 μm) is cooled by blowing an assist gas, and the outer peripheral direction is extended from the center of the laser light irradiation area. It has a very steep thermal energy density distribution. By providing such a rapid thermal energy density distribution, first of all, the cutting or processing speed of the substrate can be increased. Secondly, since the outer peripheral portion of the area irradiated with the laser light is cooled by the assist gas, it is possible to suppress the generation of microcracks due to so-called thermal deformation strain, which is caused by deformation of the substrate edge due to melting. Thirdly, in the configuration of the present invention, the flow rate (or pressure) of the assist gas is
Since the decrease in the thermal energy density in the laser beam irradiation area is small even if the value is increased, the adhesion of dross can be suppressed and a uniform cut surface or processed surface can be obtained. Fifthly, the laser light is controlled so that only light of a single wavelength is selectively output, and the heat energy density of the irradiation area is kept very high. It is possible to suppress the generation of irregularities on the cut surface or the processed surface due to the wavelength dependence.

【0021】[0021]

【実施例】図2に本発明の基板材料の加工装置の第1の
実施例を示す。この装置は、外部共振器である外付けグ
レーティング部2を外付けした炭酸ガスレーザ装置1
と、出力したレーザ光L1 をシャッタ11、ミラー14
を介してレンズ15で集光してガラス、セラミックス等
の非金属材料からなる基板材料18の表面上に照射する
光学系と、アシストガスG、及びG2 を流すガス導入管
17と、基板材料18を少なくともX、あるいはY方向
に移動させる固定台19付きの基板材料移動装置20と
からなる。炭酸ガスレーザ装置1は、混合気体7(CO
2 、N2 、Heを8:18:74の割合で混合した混合
気体)を封入した炭酸ガスレーザ管6と、ブルースター
窓9と、内部鏡4と、外付けグレーティング部2と、電
極8a及び8bがボックス内に収められた構成である。
ここで、この炭酸ガスレーザ装置1から発振して出力さ
れるレーザ光L1 の発振スペクトルは、外付けグレーテ
ィング部2がなくて、ブルースター窓9が内部鏡で構成
された、いわゆる従来の構成の場合、上記内部鏡と炭酸
ガスレーザ管6のもう一方の側にとりつけられた内部鏡
4との間で共振を起こして出力取出孔5から出力される
ため、その出力光は波長9.1μmから11.3μmの
広い波長範囲にわたって発振しており、しかも、それぞ
れの波長で発振しているパワーも分布をもっている。こ
の広い発振スペクトル分布をもっていることと、そのパ
ワー分布もあることが基板材料を切断する上で悪影響を
与えていた。これに対して、本発明の装置構成では発振
して出力されるレーザ光L1 の発振スペクトルは、外付
けグレーティング部2の角度θを調節する角度調節部3
のマイクロメータを回転することによって角度θを変え
ることにより、上記波長範囲の中から単一波長(例え
ば、10.6μm)の光のみを選択的に取り出して出力
されることができるようになっている。なお、電極8a
及び8bは、炭酸ガスレーザ管6内に反転分布を起こす
のに必要な放電を起こさせるための電圧印加用の電極で
ある。また上記炭酸ガスレーザ管6は、図示しないが、
二重管になっており、炭酸ガスレーザ管6の外周は水冷
されている。炭酸ガスレーザ装置1から出力されたレー
ザ光L1 はシャッタ11に達する。ここで、このシャッ
タ11にはミラーがとりつけられており、電気的駆動系
12により、レーザ光L1 を遮断している場合には、上
記シャッタ11のミラーでレーザ光L1 は反射されてL
2 のように光パワーメータ13へ入力されている。そし
てこの光パワーメータ13の出力は、矢印Cで示したよ
うに、炭酸ガスレーザ装置1の電源回路10にフィード
バックされ、その電源回路10の電源電圧(図示せず)
を調節することにより、常に光パワーメータの出力値、
すなわち、L1 及びL2 の値が一定となるように制御さ
れている。このようなレーザ光パワーの値を一定に保
ち、かつ単一波長に制御した状態で、電気的駆動系12
を操作してシャッタ11を開とし、レーザ光L1 をミラ
ー14を介してレンズ15で基板材料18の表面に集光
させる。この場合、レンズ15から基板材料18の表面
までの距離fはレンズ15の焦点距離にほぼ一致させて
ある。
EXAMPLE FIG. 2 shows a first example of a substrate material processing apparatus according to the present invention. This device is a carbon dioxide laser device 1 to which an external grating portion 2 which is an external resonator is externally attached.
The output laser light L 1 is applied to the shutter 11 and the mirror 14.
An optical system for irradiating the surface of a substrate material 18 made of a non-metallic material such as glass or ceramics with a lens 15 through the gas, a gas introduction pipe 17 for flowing the assist gas G and G 2 , and a substrate material. It comprises a substrate material moving device 20 with a fixed base 19 for moving 18 at least in the X or Y direction. The carbon dioxide gas laser device 1 uses the mixed gas 7 (CO
2 , carbon dioxide gas laser tube 6 enclosing a mixed gas of N 2 , He at a ratio of 8:18:74, a Brewster window 9, an internal mirror 4, an external grating portion 2, an electrode 8a and 8b is housed in a box.
Here, the oscillation spectrum of the laser beam L 1 oscillated and output from the carbon dioxide gas laser device 1 has a so-called conventional configuration in which the Brewster window 9 is formed by an internal mirror without the external grating portion 2. In this case, resonance occurs between the internal mirror and the internal mirror 4 attached to the other side of the carbon dioxide laser tube 6, and the light is output from the output extraction hole 5, so that the output light has a wavelength of 9.1 μm to 11 μm. It oscillates over a wide wavelength range of 0.3 μm, and the power oscillating at each wavelength also has a distribution. This wide oscillation spectrum distribution and its power distribution adversely affect the cutting of the substrate material. On the other hand, in the device configuration of the present invention, the oscillation spectrum of the laser beam L 1 that is oscillated and output is the angle adjustment unit 3 that adjusts the angle θ of the external grating unit 2.
By changing the angle θ by rotating the micrometer, it becomes possible to selectively extract and output only light of a single wavelength (for example, 10.6 μm) from the above wavelength range. There is. The electrode 8a
Reference numerals 8b are electrodes for applying a voltage for causing a discharge necessary for causing population inversion in the carbon dioxide laser tube 6. The carbon dioxide laser tube 6 is not shown,
It is a double tube, and the outer circumference of the carbon dioxide laser tube 6 is water-cooled. The laser beam L 1 output from the carbon dioxide gas laser device 1 reaches the shutter 11. Here, a mirror is attached to the shutter 11, and when the laser beam L 1 is blocked by the electric drive system 12, the laser beam L 1 is reflected by the mirror of the shutter 11 and L
It is input to the optical power meter 13 as shown in 2 . The output of the optical power meter 13 is fed back to the power supply circuit 10 of the carbon dioxide gas laser device 1 as shown by the arrow C, and the power supply voltage of the power supply circuit 10 (not shown).
By adjusting the output value of the optical power meter,
That is, the values of L 1 and L 2 are controlled to be constant. With the value of the laser light power kept constant and controlled to a single wavelength, the electric drive system 12
Is operated to open the shutter 11, and the laser light L 1 is focused on the surface of the substrate material 18 by the lens 15 via the mirror 14. In this case, the distance f from the lens 15 to the surface of the substrate material 18 is made to substantially match the focal length of the lens 15.

【0022】なお、基板材料18の表面上にレーザ光L
4 を集光させるときには必ず、ガス導入管17からアシ
ストガスが導入されるようにしてある。ここで、ガス導
入管17はこの実施例では3重の円錐管17a、17
b、及び17cからなっている。そしてアシストガスG
2 は、図1(b) に示したように、レーザ光L1 の伝搬通
路と異なるように流される。すなわち、レーザ光L1
照射エリアdの外周に吹きつけられる。そのガス圧は少
なくとも1kg/cm2 を必要とし、そのガス圧が高い程
(3〜6kg/cm2 )、ドロスの発生やマイクロクラック
の発生を抑えるのに好適である。アシストガスG1 はレ
ンズ15の表面が汚染されるのを防ぐために流すもので
あり、ごくわずかの流量(数十ml/min 〜数l/min )
でよい。また上記ガス導入管17は基板材料18の表面
から距離gだけ離して設置するのがよい。ここでgの値
は、ガス導入管17のレーザ光L4 の出口端の内径D1
(1.5mmφ〜3.5mmφ)が小さい程小さくし、D1
が大きい程大きくする。そのgの範囲は0.5mmから5
mmが好ましい。基板材料18は固定台19上に固定され
ているが、この固定台19にはレーザ光L5 が貫通する
ように溝21が設けられている。以上のように、レーザ
照射によってエネルギー密度が最も高くなった基板表面
がアシストガスの吹きつけによって冷却されないように
構成されている。これにより、レーザ光の照射エリアの
中心から外周方向に向って非常に急しゅんな熱エネルギ
ー密度分布をもたせることができる。
A laser beam L is formed on the surface of the substrate material 18.
The assist gas is always introduced from the gas introduction pipe 17 when the light 4 is focused. Here, the gas introducing pipe 17 is a triple conical pipe 17a, 17 in this embodiment.
b and 17c. And assist gas G
As shown in FIG. 1 (b), 2 is made to flow so as to be different from the propagation path of the laser beam L 1 . That is, the laser beam L 1 is blown onto the outer periphery of the irradiation area d. The gas pressure needs to be at least 1 kg / cm 2 , and the higher the gas pressure (3 to 6 kg / cm 2 ), the more suitable it is to suppress the generation of dross and the generation of microcracks. The assist gas G 1 is used to prevent the surface of the lens 15 from being contaminated, and has a very small flow rate (several tens ml / min to several l / min).
Good. Further, the gas introduction pipe 17 is preferably installed at a distance g from the surface of the substrate material 18. Here, the value of g is the inner diameter D 1 of the exit end of the laser beam L 4 of the gas introduction pipe 17.
Small enough (1.5mmφ~3.5mmφ) is small, D 1
The larger the value, the larger. The range of g is 0.5 mm to 5
mm is preferred. The substrate material 18 is fixed on a fixed base 19, and the fixed base 19 is provided with a groove 21 so that the laser beam L 5 can penetrate therethrough. As described above, the substrate surface having the highest energy density by laser irradiation is configured not to be cooled by blowing the assist gas. This makes it possible to provide a very steep thermal energy density distribution from the center of the laser light irradiation area toward the outer peripheral direction.

【0023】上記装置を用いて、厚さ1.1mmのソーダ
ガラス基板18を切断した結果、炭酸ガスレーザ装置1
のレーザ光L1 の光パワーが70Wの場合、従来の装置
では、5mm/sec の切断速度が上限値であったが、本発
明の装置を用いると、7.5mm/sec から8mm/sec の
切断速度で切断することができた。またドロスの付着も
従来装置ではかなりあったが、本発明の装置ではアシス
トガスG2 のガス圧を高くすることによって完全になく
すことができた。さらに別のガラス基板として、コーニ
ング社製のパイレックスガラス基板(商品名、7059
ガラス基板、厚さ1mm)についても行ない、上記実施例
と同様の効果を得ることができた。またマイクロクラッ
クも従来の装置で切断したものには発生しており、時間
の経過及び環境条件の変化により、上記マイクロクラッ
クが進行して切断した基板のエッジに大きなひび割れが
生ずることがわかった。それに対し、本発明の装置で切
断したものには、このようなひび割れはもちろんのこ
と、マイクロクラックも発生しなかった。
As a result of cutting the 1.1 mm thick soda glass substrate 18 using the above-mentioned device, the carbon dioxide laser device 1
When the optical power of the laser beam L 1 is 70 W, the cutting speed of 5 mm / sec is the upper limit value in the conventional device, but when the device of the present invention is used, the cutting speed of 7.5 mm / sec to 8 mm / sec is increased. It was possible to cut at the cutting speed. Further, although the dross was considerably adhered in the conventional apparatus, it could be completely eliminated in the apparatus of the present invention by increasing the gas pressure of the assist gas G 2 . As another glass substrate, a Pyrex glass substrate (trade name, 7059) manufactured by Corning
The same effect as that of the above-mentioned embodiment could be obtained by performing the same on a glass substrate having a thickness of 1 mm). Further, it was found that microcracks were also generated in the ones cut by the conventional device, and that the above-mentioned microcracks progressed and large cracks were generated at the edges of the cut substrates due to the passage of time and changes in environmental conditions. On the other hand, in the case of cutting with the device of the present invention, not only such cracks but also microcracks did not occur.

【0024】別の基板として、厚さが1mmのムライト及
びアルミナ基板を用い、同様の切断を行なった結果、切
断速度の向上、ドロス及びマイクロクラックの抑圧を達
成することができた。
As another substrate, a mullite and alumina substrate having a thickness of 1 mm was used and the same cutting was performed. As a result, it was possible to improve the cutting speed and suppress dross and microcracks.

【0025】図3に本発明の基板材料の加工装置に用い
るガス導入管17の実施例を示す。同図(a) は正面の断
面図、(b) は上面図、(c) は底面図である。このガス導
入管は3重の円錐管で構成されており、最内管17a内
にはレーザ光が伝搬し、最内管17aと中間管17bと
の間にはレンズ15の汚染を防ぐためにアシストガスが
流される。中間管17bと最外管17cとの間には、レ
ーザ光の照射されたエリアの周辺の基板表面を強制的に
冷却するためのアシストガスが流される。中間管17b
の先端のノズル23の内径D1 は1.5mmφから3.5
mmφの範囲が好ましい。最外管17cの先端のノズル2
2の内径D2 は、このノズル22の出口部のガス圧を少
なくとも1kg/cm2 、高くても8kg/cm2 程度をかける
ことができるように設定される。このガス導入管は、3
重の円錐管以外に、2重、あるいは4重管以上のもので
もよい。
FIG. 3 shows an embodiment of the gas introduction pipe 17 used in the substrate material processing apparatus of the present invention. The same figure (a) is a front sectional view, (b) is a top view, and (c) is a bottom view. This gas introduction tube is composed of a triple conical tube, laser light propagates in the innermost tube 17a, and assists to prevent contamination of the lens 15 between the innermost tube 17a and the intermediate tube 17b. The gas is flushed. Between the intermediate tube 17b and the outermost tube 17c, an assist gas for forcibly cooling the substrate surface around the area irradiated with the laser light is flowed. Intermediate tube 17b
The inner diameter D 1 of the nozzle 23 at the tip of is 1.5 mmφ to 3.5
The range of mmφ is preferable. Nozzle 2 at the tip of the outermost tube 17c
The inner diameter D 2 of 2 is set so that the gas pressure at the outlet of the nozzle 22 can be at least 1 kg / cm 2 , and at most about 8 kg / cm 2 . This gas inlet pipe has 3
In addition to the heavy conical tube, a double tube or a tube having four or more tubes may be used.

【0026】図4に本発明の基板材料の加工装置の第2
の実施例を示す。この装置は炭酸ガスレーザ装置1と光
学系とガス導入管17と基板材料移動装置20とを防振
機構をもった防振台25上に固定したものである。炭酸
ガスレーザ装置1はポスト24aと24bを用いて防振
台25上に固定されている。このように防振台上に固定
することにより、基板材料18をμmオーダの精度で切
断したり、溝やスリット等を形成したりすることができ
る。
FIG. 4 shows a second substrate material processing apparatus according to the present invention.
An example of is shown. In this device, the carbon dioxide laser device 1, the optical system, the gas introduction pipe 17, and the substrate material moving device 20 are fixed on a vibration isolation table 25 having a vibration isolation mechanism. The carbon dioxide gas laser device 1 is fixed on a vibration isolation table 25 by using posts 24a and 24b. By fixing the substrate material 18 on the anti-vibration table in this way, it is possible to cut the substrate material 18 with an accuracy of the order of μm, and to form grooves, slits, or the like.

【0027】図5は本発明の基板材料の加工装置の第3
の実施例を示したものである。これは加工している基板
材料18の周りをボックス26で囲み、そのボックス2
6を排気装置27で排気するようにしたものである。こ
れにより、加工中に発注した基板材料の微粒子を排気す
る役目と、アシストガスを排気する役目、さらには加工
中の基板材料表面をアシストガス雰囲気で保護する役目
をもたせることができる。
FIG. 5 shows a third embodiment of the substrate material processing apparatus of the present invention.
FIG. This encloses a box 26 around the substrate material 18 being processed,
6 is exhausted by the exhaust device 27. Thus, it is possible to have a role of exhausting the fine particles of the substrate material ordered during processing, a role of exhausting the assist gas, and a role of protecting the surface of the substrate material being processed with the assist gas atmosphere.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば次のような
優れた効果が発揮される。
According to the present invention described above, the following excellent effects are exhibited.

【0029】(1)特に非金属材料の基板を切断したり、
溝やスリットを形成したりするときの速度を大幅に向上
させることができる。
(1) In particular, cutting a substrate made of a non-metal material,
The speed of forming a groove or slit can be significantly improved.

【0030】(2)ドロスのない切断面、あるいは加工面
を得ることができる。
(2) It is possible to obtain a cut surface without dross or a processed surface.

【0031】(3)マイクロクラックのない切断面、ある
いは加工面を得ることができる。
(3) It is possible to obtain a cut surface or a processed surface without microcracks.

【0032】(4)生産性を向上させることができ、切
断、あるいは加工に要する費用の低減を図ることができ
る。
(4) The productivity can be improved and the cost required for cutting or processing can be reduced.

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

【図1】(a) は従来の切断法の原理と概略図、(b) は本
発明の切断法の原理と概略図である。
1A is a principle and a schematic view of a conventional cutting method, and FIG. 1B is a principle and a schematic view of a cutting method of the present invention.

【図2】本発明の基板材料の加工装置の実施例の概略図
である。
FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of a substrate material processing apparatus of the present invention.

【図3】本発明の基板材料の加工装置に用いるガス導入
管の一実施例の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of an embodiment of a gas introduction pipe used in the substrate material processing apparatus of the present invention.

【図4】本発明の基板材料の加工装置の実施例の概略図
である。
FIG. 4 is a schematic view of an embodiment of a substrate material processing apparatus of the present invention.

【図5】本発明の基板材料の加工装置の実施例の概略図
である。
FIG. 5 is a schematic view of an embodiment of a substrate material processing apparatus of the present invention.

【図6】集積回路の切断・分離方法を説明するための基
板材料の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a substrate material for explaining a method of cutting / separating an integrated circuit.

【図7】本発明者が先に提案した炭酸ガスレーザ光の照
射によるガラス切断装置の概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of a glass cutting device by irradiation of carbon dioxide laser light previously proposed by the present inventor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 炭酸ガスレーザ装置 2 外付けグレーティング部 3 角度調節部 4 内部鏡 5 出力取出孔 6 炭酸ガスレーザ管 8 電極 9 ブルースター窓 11 シャッタ 13 光パワーメータ 14 ミラー 15 レンズ 17 ガス導入管 18 基板 19 固定台 20 基板材料移動装置 25 防振台 L レーザ光 G アシストガス 1 Carbon dioxide laser device 2 External grating section 3 Angle adjusting section 4 Internal mirror 5 Output extraction hole 6 Carbon dioxide gas laser tube 8 Electrode 9 Brewster window 11 Shutter 13 Optical power meter 14 Mirror 15 Lens 17 Gas introduction tube 18 Substrate 19 Fixing stand 20 Substrate material transfer device 25 Anti-vibration table L Laser light G Assist gas

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭酸ガスレーザ装置で発振した光の波長を
グレーティングで選択して単一波長に制御し、この単一
波長のレーザ光をレンズで集光後、少なくとも2重の円
錐管の最内管を通して基板表面に照射すると共に、該2
重の円錐管の最内管と外管との間にアシストガスを流し
て基板表面に吹きつけるようにしながら、該基板をX、
あるいはY方向に移動させて基板を加工することを特徴
とするレーザ加工方法。
1. A wavelength of light oscillated by a carbon dioxide gas laser device is selected by a grating to be controlled to a single wavelength, and the laser light of this single wavelength is condensed by a lens, and then the innermost portion of at least a double conical tube. Irradiate the substrate surface through a tube, and
While the assist gas is made to flow between the innermost tube and the outer tube of the heavy conical tube and blown onto the substrate surface, X,
Alternatively, the laser processing method is characterized by moving the substrate in the Y direction to process the substrate.
【請求項2】少なくとも2重の円錐管から吹き出るアシ
ストガスのガス圧が、1kg/cm2 以上であることを特徴
とする請求項1記載のレーザ加工方法。
2. The laser processing method according to claim 1, wherein the gas pressure of the assist gas blown out from the at least double conical tube is 1 kg / cm 2 or more.
【請求項3】少なくとも2重の円錐管の内管の直径が、
1mmから3.5mmであり、かつ、2重の円錐管の出口端
と基板表面との間隔が1mm以上であることを特徴とする
請求項1または2記載のレーザ加工方法。
3. The diameter of the inner tube of the at least double conical tube is
3. The laser processing method according to claim 1, wherein the distance is 1 mm to 3.5 mm, and the distance between the exit end of the double conical tube and the substrate surface is 1 mm or more.
【請求項4】少なくとも2重の円錐管の内管内にもレー
ザ光の伝搬方向に向ってアシストガスが流れるようにし
たことを特徴とする請求項1または2または3または4
記載のレーザ加工方法。
4. The assist gas also flows in the inner tube of the at least double conical tube in the propagation direction of the laser light.
The laser processing method described.
【請求項5】炭酸ガスレーザ装置は常に発振状態とし、
炭酸ガスレーザ装置から集光用レンズまでの間にレーザ
光を遮断するか通過させるミラー付き開閉器を置き、レ
ーザ光を遮断している時はミラーで反射した光をレーザ
パワーセンサでモニタしてそのパワーを一定となるよう
に炭酸ガスレーザ装置の電源を調節しておき、基板を加
工する際には該開閉器を開いてレーザ光を通過させるこ
とを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の
レーザ加工方法。
5. A carbon dioxide laser device is always in an oscillating state,
A switch with a mirror that blocks or passes the laser light is placed between the carbon dioxide laser device and the condenser lens, and when the laser light is blocked, the light reflected by the mirror is monitored by the laser power sensor. 5. The power supply of the carbon dioxide laser device is adjusted so that the power is constant, and when the substrate is processed, the switch is opened to allow the laser light to pass therethrough. The laser processing method according to item 1.
【請求項6】基板を移動させるための基板移動機構を設
け、この基板移動機構を炭酸ガスレーザ装置と共に防振
装置上に一体的に固定したことを特徴とする請求項1〜
5のうちいずれか1項記載のレーザ加工方法。
6. A substrate moving mechanism for moving the substrate is provided, and the substrate moving mechanism is integrally fixed on a vibration isolator together with the carbon dioxide gas laser device.
5. The laser processing method according to claim 1.
【請求項7】基板を加工している領域を囲ってアシスト
ガス雰囲気とし、かつその囲っている領域を排気ダクト
管を通して強制的に排気するようにしたことを特徴とす
る請求項1〜6のうちいずれか1項記載のレーザ加工方
法。
7. A substrate processing region is surrounded by an assist gas atmosphere, and the enclosed region is forcibly exhausted through an exhaust duct pipe. The laser processing method according to claim 1.
【請求項8】波長を選択的に制御できるグレーティング
付外部共振器をもった炭酸ガスレーザ装置と、該装置か
らの波長制御されたレーザ光を集光して基板に照射する
系と、該レーザ光をレンズで集光して基板に照射するま
でのレーザ光の通路を少なくとも2重の円錐管で覆い、
該2重の円錐管の内管と外管との間にアシストガスを流
して非金属材料表面に吹きつける系と、該基板を少なく
ともX、あるいはY方向に移動させる装置とからなるこ
とを特徴とするレーザ加工装置。
8. A carbon dioxide gas laser device having an external resonator with a grating capable of selectively controlling the wavelength, a system for converging the laser light having the wavelength controlled from the device and irradiating the substrate, and the laser light. Cover the path of the laser beam until the light is condensed by the lens and irradiate the substrate with at least a double conical tube,
It is characterized by comprising a system for flowing an assist gas between the inner tube and the outer tube of the double conical tube and blowing it on the surface of the non-metallic material, and a device for moving the substrate in at least the X or Y direction. And laser processing equipment.
【請求項9】少なくとも2重の円錐管の内管内にもガス
を導入するように構成したことを特徴とする請求項8記
載のレーザ加工装置。
9. The laser processing apparatus according to claim 8, wherein the gas is also introduced into the inner tube of the at least double conical tube.
【請求項10】炭酸ガスレーザ装置と集光用レンズとの
間に、電気的信号によってレーザ光を遮断するか通過さ
せるように操作できるミラー付き開閉器を置き、レーザ
光を遮断している時はミラーで反射した光をレーザパワ
ーセンサでモニタする系と、該モニタ系からの出力信号
で炭酸ガスレーザ装置の電源を調節する系を有すること
を特徴とする請求項8または9記載のレーザ加工装置。
10. A switch with a mirror that can be operated so as to cut off or pass the laser beam by an electric signal is provided between the carbon dioxide gas laser device and the condenser lens, and when the laser beam is cut off, 10. The laser processing apparatus according to claim 8, further comprising a system for monitoring the light reflected by the mirror with a laser power sensor, and a system for adjusting the power supply of the carbon dioxide laser device by an output signal from the monitoring system.
【請求項11】少なくとも炭酸ガスレーザ装置、ミラー
付き開閉器、集光用レンズ系、2重の円錐管、基板移動
機構が防振装置上に一体化されていることを特徴とする
請求項8または9または10記載のレーザ加工装置。
11. A carbon dioxide laser device, a switch with a mirror, a condenser lens system, a double conical tube, and a substrate moving mechanism are integrated on a vibration isolator. 9. The laser processing device according to 9 or 10.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016196047A (en) * 2016-08-31 2016-11-24 住友化学株式会社 Sheet material cutting method
JP2017024015A (en) * 2015-07-16 2017-02-02 トヨタ自動車株式会社 Laser build-up method

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