JPH08174260A - Laser machining method and its device - Google Patents

Laser machining method and its device

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JPH08174260A
JPH08174260A JP6318373A JP31837394A JPH08174260A JP H08174260 A JPH08174260 A JP H08174260A JP 6318373 A JP6318373 A JP 6318373A JP 31837394 A JP31837394 A JP 31837394A JP H08174260 A JPH08174260 A JP H08174260A
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JP
Japan
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laser
laser beam
shutter
optical power
laser processing
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Application number
JP6318373A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Imoto
克之 井本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
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Publication of JPH08174260A publication Critical patent/JPH08174260A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a laser machining method and its device which are capable of machining a part irradiated with a laser beam into a smooth finish. CONSTITUTION: The wave length of a beam generated by a carbon dioxide gas laser device 121 is controlled into a single wavelength by selecting with a diffraction grating 112; and this laser beam with the single wavelength is converged while an assist gas is made to flow on the outer circumference of the laser beam along its transmitting direction. Then, on the optical path of the laser beam, a shutter 132 is arranged which is provided with a mirror function; and the output voltage of the drive source 138 is controlled so as to make the light power constant by monitoring the reflected light with an optical power meter 137.

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、非金属材料のような被
加工材を炭酸ガスレーザ装置等のレーザ光により非接触
で、加工するための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 processing a workpiece such as a non-metal material in a non-contact manner with a laser beam of a carbon dioxide gas laser device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、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に、電子回路
や光回路などを実装したデバイスの製品開発が活発に行
なわれるようになってきた。これらのデバイスは上記基
板の中、あるいは表(または裏)面に数個から数千個形
成されている。そのため、最後の工程で、基板を切断し
てそれぞれのデバイスを分離しなければならない。この
切断・分離方法として、図6に示すように、点線に沿っ
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 Recently, glass material substrates, magnetic material substrates,
BACKGROUND ART Product development of devices in which electronic circuits, optical circuits, etc. are mounted on semiconductor material substrates, and further on dielectric material substrates, has been actively conducted. Several to several thousand of these devices are formed in the substrate or on the front (or back) surface. Therefore, in the final step, the substrate must be cut to separate the devices. As a cutting / separating method, as shown in FIG. 6, a method of performing diamond blade dicing along a dotted line, or a method of irradiating with laser light to perform scribing is used.

【0003】図7は、本出願人が先に提案したCO2
ーザ光の照射によるガラスの切断装置(特願平5−63
775号)を示している。この装置は、CO2 レーザ
(炭酸ガスレーザ)801のレーザ光Lの周りにアシス
トガス導入管802からアシストガスGを吹き付け、こ
のレーザ光Lをベース803上のガラス基板804に照
射して、このガラス基板を2つの基板A及びBに切断す
る際に、ガラス基板をA側及びB側でそれぞれベース8
03に真空吸着して固定するものである。ベース803
のA側B側間に設けた溝805はレーザ光Lがガラス基
板804を貫通するようにしたもので、溝805がある
ことにより、切断中に同じ切断条件を保つことができ
る。
FIG. 7 shows a glass cutting apparatus proposed by the applicant of the present invention by irradiating a CO 2 laser beam (Japanese Patent Application No. 5-63).
775). This apparatus blows an assist gas G around a laser beam L of a CO 2 laser (carbon dioxide gas laser) 801 from an assist gas introduction tube 802, irradiates the glass substrate 804 on a base 803 with this glass L When cutting the substrate into two substrates A and B, the glass substrate is provided with the base 8 on the A side and the B side, respectively.
03 is vacuum-adsorbed and fixed. Base 803
The groove 805 provided between the A side and the B side is such that the laser light L penetrates the glass substrate 804, and the presence of the groove 805 makes it possible to maintain the same cutting conditions during cutting.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図7の装置を用いて石
英系及び多成分系ガラス基板、ムライト及びアルミナな
どのセラミックス基板を切断すると、次のような問題を
生じることがわかった。 (1) 図6(a) の平面図及び図6(b) の側面図に示され
るように、厚さが0.2mmから1.5mmの範囲の基板材
料901を切断すると、切断した基板材料901の切断
部分902の表面903、側面904及び裏面905に
凹凸が発生し、滑らかに切断することができなかった。
ただし、部分的には滑らかなところもあった。また、凹
凸の大きさは、数μmから数十μmであった。
It has been found that the following problems occur when the quartz-based and multi-component glass substrates, and the ceramic substrates such as mullite and alumina are cut by using the apparatus shown in FIG. (1) As shown in the plan view of FIG. 6 (a) and the side view of FIG. 6 (b), when the substrate material 901 having a thickness of 0.2 mm to 1.5 mm is cut, the cut substrate material is cut. Unevenness occurred on the front surface 903, the side surface 904, and the back surface 905 of the cut portion 902 of 901, and smooth cutting could not be performed.
However, there were some parts that were smooth. The size of the unevenness was several μm to several tens μm.

【0005】(2) 図7の装置では、切断直前の光パワ
ーを測定しようとしてもXYZ移動装置803がじゃま
になって大きな容積を有する光パワーメータをレーザビ
ームの通路に設置することができない。そのため、毎
回、切断している時の光パワーの値が一定であるかどう
かわからなかった。特に、基板の厚さが異なった材料を
切断する場合には、光パワーの値を最適値に設定しなけ
ればならないが、図7の装置の電源回路の電流値と光パ
ワーの値との関係は、装置を動作させるたびに変化する
ことがわかり、切断直前の光パワーの値を知ることが困
難であった。なお、XYZ移動装置803を移動すれば
光パワーメータを設置することができるが、上記XYZ
移動装置はμmオーダの分解能をもった高精密の装置で
あるため、これを毎回移動させていたら、切断領域を精
密に位置合せすることが難しく、またレーザビームの焦
点位置に毎回高精度に基板表面をセッティングすること
も難しかった。
(2) In the device of FIG. 7, even if an attempt is made to measure the optical power immediately before cutting, the XYZ moving device 803 interferes and an optical power meter having a large volume cannot be installed in the passage of the laser beam. Therefore, it was not known every time whether the value of the optical power at the time of cutting was constant. In particular, when cutting materials having different substrate thicknesses, the value of the optical power must be set to the optimum value. However, the relationship between the current value of the power supply circuit of the device of FIG. 7 and the value of the optical power. Was found to change each time the device was operated, and it was difficult to know the value of the optical power immediately before cutting. An optical power meter can be installed by moving the XYZ moving device 803.
Since the moving device is a high-precision device with a resolution of the order of μm, it is difficult to precisely align the cutting area if it is moved every time, and the substrate is highly accurately measured at the focal position of the laser beam every time. It was also difficult to set the surface.

【0006】本発明の目的は、前記した従来技術の課題
を解決し、ガラス、セラミックスなどの非金属材料、若
しくは部分的に金属材料を含んだ非金属材料からなる基
板等の被加工材を凹凸なく平滑に切断あるいはスリッ
ト、溝、マーカー(文字とか数字とか絵など)を形成す
るなどの加工を行なうことができるレーザ加工方法及び
その装置を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to form a workpiece such as a substrate made of a non-metal material such as glass or ceramics or a non-metal material partially containing a metal material. Another object of the present invention is to provide a laser processing method and apparatus capable of smoothly cutting or forming processing such as cutting, slits, grooves, and markers (letters, numbers, pictures, etc.).

【0007】[0007]

【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を採用したものである。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following constitution.

【0008】即ち、本発明のレーザ加工方法は、レーザ
装置から出射したレーザ光を集光した後に被加工材に照
射して被加工材を加工する方法において、レーザ光の光
路上にレーザ光の反射と透過を切り替えるミラー機能を
有するシャッタを配置し、このシャッタによりレーザ光
の遮断及び開放を制御するレーザ加工方法である。
That is, the laser processing method of the present invention is a method for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam emitted from a laser device and then irradiating the laser beam on the optical path of the laser beam. This is a laser processing method in which a shutter having a mirror function for switching between reflection and transmission is arranged, and blocking and opening of laser light is controlled by this shutter.

【0009】なお、レーザ装置に、所望の波長のレーザ
光を選択できるグレーティングを有する共振器を設け、
この共振器により単一波長のレーザ光を得ることが特に
好ましい。
The laser device is provided with a resonator having a grating capable of selecting a laser beam having a desired wavelength,
It is particularly preferable to obtain laser light of a single wavelength with this resonator.

【0010】また、シャッタで反射されたレーザ光をモ
ニタしたり、そのモニタした光パワーが一定となるよう
にレーザ装置の出力を制御したりすることが好ましい。
Further, it is preferable to monitor the laser light reflected by the shutter and to control the output of the laser device so that the monitored optical power becomes constant.

【0011】次に、本発明のレーザ加工装置は、レーザ
光を出射するレーザ装置と、このレーザ装置が出力した
レーザ光を加工材の表面に集光させるための集光用レン
ズと、この集光用レンズと被加工材表面との間にアシス
トガスを流すガス導入機構を少なくとも有するレーザ加
工装置において、レーザ装置と集光用レンズとの間に、
レーザ光を反射させて遮断あるいはレーザ光を透過させ
て開放するためのミラー機能をもったシャッタを設けた
レーザ加工装置である。
Next, the laser processing apparatus of the present invention comprises a laser device for emitting a laser beam, a condensing lens for condensing the laser beam output by the laser device on the surface of the processed material, and this converging lens. In a laser processing device having at least a gas introduction mechanism for flowing an assist gas between the light lens and the surface of the material to be processed, between the laser device and the condenser lens,
The laser processing apparatus is provided with a shutter having a mirror function for reflecting and blocking the laser light or transmitting and opening the laser light.

【0012】なお、レーザ装置に、所望の波長のレーザ
光を選択できるグレーティングを有する共振器を設ける
ことが特に好ましい。
It is particularly preferable to provide the laser device with a resonator having a grating capable of selecting a laser beam having a desired wavelength.

【0013】また、シャッタで反射させたレーザ光をモ
ニタする光パワーメータを設けたり、そのモニタした光
パワーが一定となるように光パワーメータの出力信号を
レーザ装置の駆動電源にフィードバックしてもよい。
Further, an optical power meter for monitoring the laser light reflected by the shutter may be provided, or the output signal of the optical power meter may be fed back to the drive power source of the laser device so that the monitored optical power becomes constant. Good.

【0014】また、シャッタと集光用レンズとの間に、
レーザ光を光路を90°に曲げるミラーを設けてもよ
い。
Further, between the shutter and the condenser lens,
A mirror that bends the optical path of the laser light at 90 ° may be provided.

【0015】また、被加工材を少なくともX方向あるい
はY方向に移動させる電気駆動式移動ステージを設けて
もよい。
Further, an electric drive type moving stage for moving the material to be processed in at least the X direction or the Y direction may be provided.

【0016】また、レーザ装置と、シャッタ、ミラー、
集光用レンズ、ガス導入機構または移動ステージ等とを
防振機能をもった防振台上に一体化して固定してもよ
い。
A laser device, a shutter, a mirror,
The condenser lens, the gas introduction mechanism, the moving stage, and the like may be integrated and fixed on a vibration-proof table having a vibration-proof function.

【0017】[0017]

【作用】本発明は、本発明者が先に提案した図7の装置
を用いて、種々の実験を繰り返すなかから見いだしたも
のである。すなわち、ガラスやセラミックスを図6のよ
うに切断した場合、図8のように切断した基板の表面、
側面、及び裏面に凹凸が発生し、その凹凸の発生の仕方
が不規則であり、しかも、毎回行なうたびに切断した面
の状態が変わっていた。また、成分組成に強く影響され
ることから、炭酸ガスレーザ光の波長が不規則に変動
し、その変動によって凹凸が発生するのではないかと考
えた。そこで、炭酸ガスレーザの発振スペクトル特性を
測定したところ、後述するように(図2(a) に示すよう
に)、波長が9.1μmから11.3μmの広いスペク
トル分布をもって発振し、その分布内での各波長の出力
値(光パワーの値)も一様でないことがわかった。しか
も、この発振スペクトル特性は炭酸ガスレーザの冷却用
水(図7には図示せず)の温度変動、炭酸ガスレーザに
供給する高圧電源の電圧変動、炭酸ガスレーザ管(図7
には図示せず)内の真空度等によって微妙にかつ時々刻
々と変動していることがわかった。この発振スペクトル
幅が広いこと、すなわち多波長同時発振であること及び
その発振波長特性が変動することが凹凸発生の主原因で
あると推定した。つまり、基板材料は光吸収に波長依存
性をもっており、上記のように広い発振スペクトル幅の
なかで発振波長特性が変動する炭酸ガスレーザ光が基板
材料に照射され、これによって基板材料が切断される
と、切断面も波長に依存して不均一になり、そして、発
振スペクトル特性が変動しているとき、不均一性がさら
に増大するものと考えた。また多波長同時発振している
炭酸ガスレーザ光をZnSeの材料からなる集光レンズ
で集光すると、集光レンズは波長依存性による収差をも
ち、この収差によっても切断面も不均一になると考え
た。さらに、毎回切断するたびに切断状態が微妙に変化
するのは、切断直前及び切断中の光パワーの値を常に一
定に抑えられるような装置構成が実現されていないこと
によるものと考えた。
The present invention was discovered by repeating various experiments using the apparatus of FIG. 7 previously proposed by the present inventor. That is, when glass or ceramics is cut as shown in FIG. 6, the surface of the substrate cut as shown in FIG.
Irregularities were generated on the side surface and the back surface, and the manner of generating the irregularities was irregular, and the state of the cut surface was changed each time it was performed. Further, since the composition is strongly influenced, the wavelength of the carbon dioxide laser light fluctuates irregularly, and it is thought that the fluctuation may cause unevenness. Therefore, when the oscillation spectrum characteristics of the carbon dioxide laser were measured, as will be described later (as shown in FIG. 2 (a)), the laser oscillated with a wide spectrum distribution of wavelengths of 9.1 μm to 11.3 μm, It was also found that the output value (optical power value) of each wavelength was not uniform. Moreover, the oscillation spectrum characteristics are such that the temperature fluctuation of the cooling water (not shown in FIG. 7) of the carbon dioxide laser, the voltage fluctuation of the high voltage power supply to the carbon dioxide laser, the carbon dioxide laser tube (FIG. 7).
(Not shown in the figure), it was found that it fluctuates subtly and from moment to moment due to the degree of vacuum inside. It was estimated that the fact that the oscillation spectrum width is wide, that is, the simultaneous oscillation of multiple wavelengths and the variation of the oscillation wavelength characteristics are the main causes of the unevenness. In other words, the substrate material has wavelength dependency on light absorption, and when the substrate material is irradiated with carbon dioxide laser light whose oscillation wavelength characteristics fluctuate in the wide oscillation spectrum width as described above, the substrate material is cut. It is considered that the cut surface also becomes non-uniform depending on the wavelength and the non-uniformity is further increased when the oscillation spectrum characteristic is changed. Further, when carbon dioxide gas laser beams oscillating at multiple wavelengths are condensed by a condenser lens made of ZnSe material, the condenser lens has an aberration due to wavelength dependence, and it is thought that the cut surface also becomes non-uniform due to this aberration. . Further, the reason why the cutting state changes slightly each time the cutting is performed is considered to be because the device configuration that can always keep the value of the optical power immediately before and during the cutting constant is not realized.

【0018】こうした考えから導かれた本発明は、レー
ザ装置は常に発振させてレーザ光を出力させて集光用レ
ンズで加工材表面に集光させる光学系の上記集光用レン
ズの前にレーザ光をミラー付きシャッタで遮断、反射さ
せて光パワーメータでモニタする機能と上記シャッタを
開放させて加工材表面に照射させる機能をもたせること
により、常に切断開始直前のレーザ光パワーを一定に保
つようにしている。
According to the present invention derived from such an idea, the laser device is always oscillated to output a laser beam, and the laser is provided in front of the focusing lens of the optical system in which the focusing lens focuses the laser beam on the surface of the workpiece. By providing a function to block and reflect light with a mirrored shutter to monitor with an optical power meter and a function to open the shutter to irradiate the surface of the processed material, the laser light power immediately before the start of cutting is always kept constant. I have to.

【0019】なお、ミラー機能をもったシャッタで反射
させてとりだしたレーザ光を光パワーメータ等でモニタ
すれば、加工直前までの光パワーを観測して監視するこ
とができ、しかもモニタした光パワーをレーザ装置の出
力にフィードバックすることにより、加工直前の光パワ
ーを毎回加工するたびに常に一定値に保っておくことが
でき、再現性、歩留りを大幅に向上させることができ
る。また光パワーメータの代わりに光スペクトラムアナ
ライザを接続しておけば、より高精度に光パワーと波長
を常に一定となるように制御することが可能となる。
If the laser light reflected by a shutter having a mirror function is monitored by an optical power meter or the like, the optical power up to just before processing can be observed and monitored. Is fed back to the output of the laser device, the optical power immediately before processing can be maintained at a constant value every time processing is performed, and reproducibility and yield can be significantly improved. Further, if an optical spectrum analyzer is connected instead of the optical power meter, it becomes possible to control the optical power and the wavelength so that they are always constant with higher accuracy.

【0020】なお、レーザ装置にグレーティングを有す
る共振器を設けて単一波長のレーザ光(例えば、炭酸ガ
スレーザ装置の場合には、後述するように(図2(b) に
示すように)、例えば、波長10.6μm)を得るよう
に制御を行なうことが特に好ましい。
It should be noted that the laser device is provided with a resonator having a grating and laser light of a single wavelength (for example, in the case of a carbon dioxide laser device, as will be described later (as shown in FIG. 2B)), for example, , 10.6 μm) is particularly preferable.

【0021】このように、単一波長のレーザ光のみを選
択的に出力させて、加工直前まで長時間にわたってレー
ザ発振させてその光パワーをモニタして常に同じ出力光
パワーで加工すれば、毎回、再現性のよい加工を行なう
ことができる。またシャッタ部に光の開閉機能とミラー
による反射させる機能を併用させることにより、経済的
で高機能の装置を実現することが可能となる。
As described above, by selectively outputting only the laser light of a single wavelength, oscillating the laser for a long time immediately before processing, monitoring the optical power, and always processing with the same output optical power, , Reproducible processing can be performed. Further, by combining the shutter opening and closing function of light and the function of reflecting the light by the mirror, it is possible to realize an economical and highly functional device.

【0022】また、水平方向に出射されたレーザ光の光
路をミラーにより90°曲げることにより、レーザ光を
垂直に下方に照射することができ、XYあるいはXYZ
方向への移動ステージの構造が簡単となり、また高精度
に移動させることができる。また人体にレーザ光があた
りにくいので、安全な装置として使える。
Further, by bending the optical path of the laser beam emitted in the horizontal direction by 90 ° by a mirror, the laser beam can be vertically irradiated downward, and XY or XYZ.
The structure of the moving stage in the direction can be simplified and can be moved with high accuracy. Also, since it is difficult for the laser beam to hit the human body, it can be used as a safe device.

【0023】また、レーザ装置を始めとする各装置部品
を防振台上に一体化して固定することにより、外部から
加わる機械的な振動や衝撃に左右されることなく、安定
して加工を行なうことが可能となる。
Further, by integrally fixing each device component such as the laser device on the vibration-proof table, stable processing can be performed without being influenced by mechanical vibration or impact applied from the outside. It becomes possible.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の加工用炭酸ガスレーザ装置の第1の
実施例を図1に示す。
FIG. 1 shows the first embodiment of the carbon dioxide gas laser device for processing of the present invention.

【0025】この装置は、防振装置101上に炭酸ガス
レーザ照射装置102と基板移動機構103とを一体的
に固定したものである。すなわち、炭酸ガスレーザ照射
装置102は支柱104を介して防振装置101に固定
され、基板移動機構103は固定部105を介して防振
装置101に固定されている。
In this device, a carbon dioxide laser irradiation device 102 and a substrate moving mechanism 103 are integrally fixed on a vibration isolation device 101. That is, the carbon dioxide laser irradiation device 102 is fixed to the vibration isolator 101 via the support column 104, and the substrate moving mechanism 103 is fixed to the vibration isolator 101 via the fixing portion 105.

【0026】炭酸ガスレーザ照射装置102は、外部共
振器である外付けグレーティング(回折格子)部111
を外付けした炭酸ガスレーザ装置121と、出力したレ
ーザ光L1 を反射する機能をもったシャッタ132を備
えた開閉器と、ミラー135を介してレンズ136で集
光して基板141の表面上に照射する光学系131と、
レーザ光L3 の外周にアシストガスGをレーザ光の伝搬
方向に向かって流すアシストガス導入系と、ミラー機能
をもったシャッタ132で反射したレーザ光L5 を光パ
ワーメータ(あるいは光スペクトラムアナライザ)13
7で測定する系とからなる。
The carbon dioxide laser irradiating device 102 has an external grating (diffraction grating) portion 111 which is an external resonator.
A carbon dioxide gas laser device 121 externally attached, a switch having a shutter 132 having a function of reflecting the output laser beam L 1 , and a lens 136 through a mirror 135 to collect light on the surface of the substrate 141. An illuminating optical system 131,
An assist gas introduction system for flowing an assist gas G toward the outer periphery of the laser beam L 3 in the propagation direction of the laser beam, and an optical power meter (or optical spectrum analyzer) for the laser beam L 5 reflected by the shutter 132 having a mirror function. Thirteen
7 and the system for measurement.

【0027】基板移動機構103は、X、Y、Z方向移
動機構143、144、145と、そのZ方向移動機構
145の上に固定された固定台142と、その固定台1
42上に固定配置された被加工材(この場合は基板)1
41とからなる。固定台142には、溝146が設けら
れ、レーザ光L3 が基板141を貫通後、溝146内で
拡散するように工夫されている。
The substrate moving mechanism 103 includes X, Y and Z direction moving mechanisms 143, 144 and 145, a fixed base 142 fixed on the Z direction moving mechanism 145, and the fixed base 1.
Work piece (substrate in this case) fixedly arranged on 42
And 41. The fixed base 142 is provided with a groove 146, and is devised so that the laser light L 3 diffuses in the groove 146 after penetrating the substrate 141.

【0028】アシストガスGは加工材141表面に吹き
つけられ、その加工材141の表面を常にクリーンに保
つ作用と、その加工部分を冷却する作用と、加工中に発
生した加工材141の超微粉末を吹きとばす作用をす
る。
The assist gas G is blown to the surface of the processed material 141, the function of keeping the surface of the processed material 141 always clean, the function of cooling the processed part, and the ultrafine amount of the processed material 141 generated during processing. It acts to blow out powder.

【0029】次に炭酸ガスレーザ装置121から発振し
て出力されるレーザL1 の発振スペクトラムは、グレー
ティング部111がなくて、ブルースター窓127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122のもう一方の側にとりつ
けられた内部鏡125との間で共振を起こして出力取出
孔126から出力されるため、図2(a) に示したよう
に、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
いる光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、その光パワー分布もある
ことが基板141を切断、あるいは溝などの加工をする
上で悪影響を与えていた。なお、炭酸ガスレーザ121
は、炭酸ガスレーザ管122内にCO2 、N2 、Heを
8:18:74の割合で混合した混合気体123を封入
し、この炭酸ガスレーザ管122内に反転分布を起こす
のに必要な放電をさせるために電極124a、124b
を設けてある。また炭酸ガスレーザ管122は、図示し
ないが、二重管になっており、炭酸ガスレーザ管122
の外周は水冷されている。また、光パワーを大出力化さ
せるために、両端に共振器付き炭酸ガスレーザ管を縦続
接続させてもよい。
Next, in the oscillation spectrum of the laser L 1 oscillated and output from the carbon dioxide gas laser device 121, in the case of the so-called conventional configuration in which the Brewster window 127 is formed by the internal mirror without the grating portion 111, Since resonance occurs between the internal mirror and the internal mirror 125 mounted on the other side of the carbon dioxide laser tube 122, and the output is output from the output extraction hole 126, as shown in FIG. It oscillates over a wide wavelength range of .1 μm to 11.3 μm, and the optical power oscillating at each wavelength also has a distribution. This wide oscillation spectrum distribution and its optical power distribution adversely affect the cutting of the substrate 141 or the processing of grooves and the like. The carbon dioxide laser 121
Is filled with a mixed gas 123 in which CO 2 , N 2 and He are mixed at a ratio of 8:18:74 in the carbon dioxide laser tube 122, and the discharge necessary for causing the population inversion is generated in the carbon dioxide laser tube 122. Electrodes 124a, 124b for
Is provided. Although not shown, the carbon dioxide gas laser tube 122 is a double tube.
The outer circumference of is water-cooled. Further, in order to increase the optical power, a carbon dioxide gas laser tube with a resonator may be connected in series at both ends.

【0030】他方、本発明の炭酸ガスレーザ装置121
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、グレーティング112の角度θを調節する角度調節
部113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
て出力させることができるため、図2(b)のような発振
スペクトラム特性となる。このような単一波長の発振ス
ペクトラム特性をもったレーザ光で基板141を切断し
たり、溝などの加工を行なったりすると、凹凸のない、
均一で滑らかな切断面、あるいは溝面などを実現するこ
とができる。
On the other hand, the carbon dioxide gas laser device 121 of the present invention
The oscillation spectrum of the laser beam L 1 oscillated from the laser beam is output from the above wavelength range by changing the angle θ by rotating the micrometer of the angle adjusting unit 113 that adjusts the angle θ of the grating 112. Since only light of one wavelength (for example, 10.6 μm) can be selectively extracted and output, the oscillation spectrum characteristic as shown in FIG. 2B is obtained. If the substrate 141 is cut with a laser beam having such an oscillation spectrum characteristic of a single wavelength or a groove or the like is processed, there is no unevenness.
A uniform and smooth cut surface or groove surface can be realized.

【0031】なお、加工直前までは常に、炭酸ガスレー
ザ装置121を駆動してレーザ光L1 を出力させてお
く。そしてシャッタ132の挿入/取外し機構133を
操作してシャッタ132を閉にしておく。なお、このシ
ャッタにはミラーがとりつけられ、またレーザ光の光軸
に対して30°から55°(好ましい値は45°)に角
度をもって設けられ、このミラーで反射したレーザ光L
5 を光パワーメータ(あるいは光スペクトラムアナライ
ザ)137で測定する。そしてこの光パワーの値が常に
一定となるように、手動あるいは自動により、炭酸ガス
レーザ装置121の駆動電源138にフィートバック
し、この駆動電源138の電圧を調節することによって
レーザ光L5 及びL1 の光パワー値を一定値に保つこと
ができる。このように、常にレーザ光の光パワーを一定
に保った後、シャッタ132を開いて、直ちに加工材1
41にレーザ光を照射して加工を行なう。なお、アシス
トガスGは流した状態で加工を行なう。上記シャッタ1
32には閉の状態ではレーザ光L1 が常に照射されてい
るので、熱的焼損を防ぐために水冷されている。またミ
ラー135、グレーティング112も同様に水冷されて
いる。
The carbon dioxide gas laser device 121 is always driven to output the laser beam L 1 immediately before the processing. Then, the shutter 132 is closed by operating the insertion / removal mechanism 133 of the shutter 132. A mirror is attached to the shutter, and the shutter is provided at an angle of 30 ° to 55 ° (preferably 45 °) with respect to the optical axis of the laser beam, and the laser beam L reflected by the mirror is provided.
5 is measured by an optical power meter (or optical spectrum analyzer) 137. The laser light L 5 and L 1 is manually or automatically moved back to the drive power source 138 of the carbon dioxide gas laser device 121 and the voltage of the drive power source 138 is adjusted so that the value of the optical power is always constant. The optical power value of can be kept constant. In this way, after the optical power of the laser light is always kept constant, the shutter 132 is opened and the processed material 1 is immediately
41 is irradiated with laser light for processing. In addition, the assist gas G is processed in the flowing state. The shutter 1
In the closed state, the laser beam L 1 is always applied to 32, and is therefore water-cooled to prevent thermal burnout. The mirror 135 and the grating 112 are also water-cooled.

【0032】図3は本発明の加工用炭酸ガスレーザ装置
の第2の実施例を示したものである。この装置は固定台
142に真空吸引穴147を設け、真空パイプ148を
通して真空吸引ポンプ149で真空引きし、基板141
を固定台142上に真空吸着するようにした点に特徴が
ある。
FIG. 3 shows a second embodiment of a carbon dioxide gas laser device for processing according to the present invention. In this device, a vacuum suction hole 147 is provided in the fixed base 142, and a vacuum suction pump 149 is used to evacuate the vacuum through a vacuum pipe 148 to obtain a substrate 141
Is characterized in that it is vacuum-adsorbed on the fixed base 142.

【0033】図4は本発明の加工用炭酸ガスレーザ装置
の第3の実施例を示したものである。これは炭酸ガスレ
ーザ装置121から出力されたレーザ光L1 、L2 のガ
イドを金属製の管、あるいは箱152で囲ったものであ
る。この管、あるいは箱152で囲うことにより、シャ
ッタ132、ミラー152、レンズ136の表面に空気
中のゴミや油などが付着してレーザ光の透過率を劣化さ
せたり、上記付着物がレーザ光によって焼損して同様に
透過率を劣化させるのを防ぐことができる。また人体へ
の安全性も高めることができる。
FIG. 4 shows a third embodiment of the carbon dioxide gas laser device for processing of the present invention. This is a guide in which the laser beams L 1 and L 2 output from the carbon dioxide gas laser device 121 are surrounded by a metal tube or box 152. By enclosing this tube or the box 152, dust or oil in the air adheres to the surfaces of the shutter 132, the mirror 152, and the lens 136 to deteriorate the transmittance of laser light, or the above-mentioned adhered matter is affected by laser light. It is possible to prevent burnout and deterioration of the transmittance as well. In addition, safety to the human body can be improved.

【0034】図5は本発明の加工用炭酸ガスレーザ装置
の第4の実施例を示したものである。これは加工すべき
基板141をアシストガスGの雰囲気に保つために、基
板141全体を排気ボックス153で覆い、このボック
ス153内を排気装置154で排気するようにしたもの
である。このボックス153を設け、基板141の表面
をアシストガス雰囲気に保つことにより、空気中の酸素
やゴミや有機物をとりこんで加工面の変質や強度劣化な
どを抑えることができる。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the carbon dioxide gas laser device for processing of the present invention. In order to keep the substrate 141 to be processed in the atmosphere of the assist gas G, the entire substrate 141 is covered with an exhaust box 153, and the inside of this box 153 is exhausted by an exhaust device 154. By providing the box 153 and maintaining the surface of the substrate 141 in the assist gas atmosphere, it is possible to prevent oxygen, dust, and organic substances in the air from being taken in, and prevent deterioration of the processed surface and deterioration of strength.

【0035】本発明は上記実施例に限定されない。ま
ず、グレーティングは炭酸ガスレーザ装置内に組み込ん
で波長を制御するグレーディング内蔵型の炭酸ガスレー
ザ装置でもよい。レーザ光L5 の光パワーを一定値に保
つようにする方法として、駆動電源回路138の電圧を
調節する方法以外に、炭酸ガスレーザ管123内のガス
圧を調節するようにしてもよい。更に、炭酸ガスレーザ
装置以外のガスレーザ装置についても本発明は適用可能
である。
The present invention is not limited to the above embodiment. First, the grating may be a carbon dioxide gas laser device with a built-in grading that is incorporated in the carbon dioxide gas laser device to control the wavelength. As a method for keeping the optical power of the laser light L 5 at a constant value, the gas pressure in the carbon dioxide laser tube 123 may be adjusted in addition to the method of adjusting the voltage of the drive power supply circuit 138. Furthermore, the present invention is applicable to gas laser devices other than carbon dioxide gas laser devices.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明のレーザ加工方法及びその装置は
次のような効果がある。
The laser processing method and apparatus of the present invention have the following effects.

【0037】(1) 単一波長のレーザ光のみを選択的に
出力させるので、材料によらず均一な加工ができ、しか
も加工直前まで長時間にわたってレーザ発振させてその
光パワーをモニタして常に同じ出力光パワーで加工する
ことができるので、毎回、再現性よく加工を行なうこと
ができる。これにより加工コストを低減することができ
る。またシャッタ部に光の開閉機能とミラーによる反射
させる機能を併用させることにより、経済的で高性能の
装置を実現することができる。
(1) Since only laser light of a single wavelength is selectively output, uniform processing can be performed regardless of the material, and the laser power is constantly oscillated for a long time immediately before processing to monitor its optical power. Since processing can be performed with the same output light power, processing can be performed with good reproducibility every time. Thereby, the processing cost can be reduced. In addition, an economical and high-performance device can be realized by using a shutter opening / closing function and a mirror reflecting function together.

【0038】(2) ミラー機能をもったシャッタで反射
させてとりだしたレーザ光を光パワーメータでモニタす
ることができるので、加工直前までの光パワーを観測し
て監視することができる。これにより、加工を安定して
行なうことができる。
(2) Since the laser light reflected by the shutter having the mirror function and taken out can be monitored by the optical power meter, the optical power up to immediately before processing can be observed and monitored. Thereby, the processing can be stably performed.

【0039】(3) 加工直前の光パワーを毎回加工する
たびに常に一定値に保っておくことができるので、再現
性、歩留りを大幅に向上させることができる。また光パ
ワーメータの代わりに光スペクトラムアナライザを接続
しておけば、より高精度に光パワーと波長を常に一定と
なるように制御することができる。
(3) Since the optical power immediately before processing can be kept at a constant value every time processing is performed, reproducibility and yield can be greatly improved. If an optical spectrum analyzer is connected instead of the optical power meter, it is possible to control the optical power and the wavelength so that they are always constant with higher accuracy.

【0040】(4) 加工中に外部から加わる機械的な振
動や衝撃に左右されることなく、安定して加工を行なう
ことができる。
(4) The processing can be stably performed without being affected by mechanical vibration or impact applied from the outside during the processing.

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

【図1】本発明の第1の加工用レーザ装置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first processing laser device according to the present invention.

【図2】(a) は従来の炭酸ガスレーザ装置の発振スペク
トラム特性図、(b) は本発明の炭酸ガスレーザ装置の発
振スペクトラム特性図。
2A is an oscillation spectrum characteristic diagram of a conventional carbon dioxide gas laser device, and FIG. 2B is an oscillation spectrum characteristic diagram of a carbon dioxide gas laser device of the present invention.

【図3】本発明の第2の加工用レーザ装置の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a second processing laser device of the present invention.

【図4】本発明の第3の加工用レーザ装置の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a third processing laser device according to the present invention.

【図5】本発明の第5の加工用レーザ装置の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a fifth processing laser device 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。
FIG. 6 is a plan view of a substrate material for explaining a method of cutting and 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
射によるガラスの切断装置の構成図。
FIG. 7 is a configuration diagram of a glass cutting device that has been previously proposed by the inventor of the present invention by irradiation with carbon dioxide laser light.

【図8】本発明者が先に提案した炭酸ガスレーザ光の照
射による基板切断例を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of substrate cutting by irradiation of carbon dioxide gas laser previously proposed by the present inventor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103 基板移動機構 111 外付けグレーティング部 121 炭酸ガスレーザ装置 132 シャッタ 133 挿入/取外し機構 134 開閉器 136 集光用レンズ 137 光パワーメータ 141 被加工材(基板) 103 substrate moving mechanism 111 external grating part 121 carbon dioxide laser device 132 shutter 133 insertion / removal mechanism 134 switch 136 condensing lens 137 optical power meter 141 processed material (substrate)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ装置から出射したレーザ光を集光し
た後に被加工材に照射して被加工材を加工する方法にお
いて、レーザ光の光路上に、レーザ光の反射と透過を切
り替えるミラー機能を有するシャッタを配置し、このシ
ャッタによりレーザ光の遮断及び開放の切り替えを制御
することを特徴とするレーザ加工方法。
1. A mirror function for switching between reflection and transmission of a laser beam on an optical path of the laser beam in a method of processing a workpiece by irradiating the laser beam emitted from a laser device and then irradiating the workpiece. A laser processing method comprising: disposing a shutter having: and controlling switching of blocking and opening of laser light by this shutter.
【請求項2】レーザ装置に、所望の波長のレーザ光を選
択できるグレーティングを有する共振器を設け、この共
振器により単一波長のレーザ光を得る請求項1記載のレ
ーザ加工方法。
2. A laser processing method according to claim 1, wherein the laser device is provided with a resonator having a grating capable of selecting a laser beam having a desired wavelength, and a laser beam having a single wavelength is obtained by this resonator.
【請求項3】シャッタで反射させたレーザ光をモニタす
るようにした請求項1記載のレーザ加工方法。
3. The laser processing method according to claim 1, wherein the laser light reflected by the shutter is monitored.
【請求項4】モニタした光パワーが一定となるようにレ
ーザ装置の出力を調節する請求項3記載のレーザ加工方
法。
4. The laser processing method according to claim 3, wherein the output of the laser device is adjusted so that the monitored optical power becomes constant.
【請求項5】レーザ光を出射するレーザ装置と、このレ
ーザ装置が出力したレーザ光を加工材の表面に集光させ
るための集光用レンズと、この集光用レンズと被加工材
表面との間にアシストガスを流すガス導入機構を少なく
とも有するレーザ加工装置において、レーザ装置と集光
用レンズとの間に、レーザ光を反射させて遮断あるいは
レーザ光を透過させて開放するためのミラー機能をもっ
たシャッタを設けたことを特徴とするレーザ加工装置。
5. A laser device for emitting a laser beam, a condenser lens for condensing the laser beam output by the laser device on the surface of a workpiece, the condenser lens and the surface of the workpiece. In a laser processing device having at least a gas introduction mechanism for flowing an assist gas between the laser device and the condensing lens, a mirror function for reflecting and blocking the laser beam or for transmitting and opening the laser beam A laser processing apparatus having a shutter provided with.
【請求項6】レーザ装置に、所望の波長のレーザ光を選
択できるグレーティングを有する共振器が設けられてい
る請求項5記載のレーザ加工装置。
6. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser apparatus is provided with a resonator having a grating capable of selecting a laser beam having a desired wavelength.
【請求項7】シャッタで反射させたレーザ光をモニタす
る光パワーメータを設けた請求項5記載のレーザ加工装
置。
7. The laser processing apparatus according to claim 5, further comprising an optical power meter for monitoring the laser light reflected by the shutter.
【請求項8】モニタした光パワーが一定となるように光
パワーメータの出力信号がレーザ装置の駆動電源にフィ
ードバックされる請求項7記載のレーザ加工装置。
8. The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the output signal of the optical power meter is fed back to the drive power source of the laser apparatus so that the monitored optical power becomes constant.
【請求項9】シャッタと集光用レンズとの間に、レーザ
光の光路を90°に曲げるためのミラーを設けた請求項
5記載のレーザ加工装置。
9. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein a mirror for bending the optical path of the laser beam to 90 ° is provided between the shutter and the condenser lens.
【請求項10】被加工材を少なくともX方向あるいはY
方向に移動させる電気駆動式移動ステージを有する請求
項5に記載のレーザ加工装置。
10. A material to be processed is at least in the X direction or Y.
The laser processing apparatus according to claim 5, further comprising an electrically driven moving stage that moves in a direction.
【請求項11】レーザ装置と、シャッタ、ミラー、集光
用レンズ、ガス導入機構または移動ステージとを防振機
能をもった防振台上に一体化して固定した請求項5乃至
請求項10のいずれかに記載のレーザ加工装置。
11. A laser device and a shutter, a mirror, a condenser lens, a gas introduction mechanism or a moving stage are integrally fixed on a vibration-proof table having a vibration-proof function. The laser processing apparatus according to any one of claims.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111426A (en) * 2002-09-13 2004-04-08 Tokyo Seimitsu Co Ltd Laser dicing equipment
KR100665312B1 (en) * 2006-07-12 2007-01-04 주식회사 쿠키혼 Laser manufacturing apparatus and laser mold manufacturing apparatus
JP2009274102A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Mitsutoyo Corp Laser processing apparatus
JP2013191712A (en) * 2012-03-13 2013-09-26 Towa Corp Cutting method of multilayer substrate and manufacturing method of electronic component
CN103347827A (en) * 2011-06-07 2013-10-09 日本电气硝子株式会社 Method for cutting plate-like glass, and cutting device therefor
JP2014073961A (en) * 2013-12-25 2014-04-24 Nippon Electric Glass Co Ltd Method and device for cutting plate glass

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111426A (en) * 2002-09-13 2004-04-08 Tokyo Seimitsu Co Ltd Laser dicing equipment
KR100665312B1 (en) * 2006-07-12 2007-01-04 주식회사 쿠키혼 Laser manufacturing apparatus and laser mold manufacturing apparatus
JP2009274102A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Mitsutoyo Corp Laser processing apparatus
CN103347827A (en) * 2011-06-07 2013-10-09 日本电气硝子株式会社 Method for cutting plate-like glass, and cutting device therefor
US9458047B2 (en) 2011-06-07 2016-10-04 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Method for cutting plate-like glass, and cutting device therefor
JP2013191712A (en) * 2012-03-13 2013-09-26 Towa Corp Cutting method of multilayer substrate and manufacturing method of electronic component
JP2014073961A (en) * 2013-12-25 2014-04-24 Nippon Electric Glass Co Ltd Method and device for cutting plate glass

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