JPH09122946A - 炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工方法およびその加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水の温度上昇を抑えると共に、炭酸ガス
レーザ光の出力を一定に保つことができる炭酸ガスレー
ザ光を用いた基板の加工方法およびその加工装置を提供
する。 【解決手段】 炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工方
法において、出力側の共振器４ａから出力された上記炭
酸ガスレーザ光Ａの４〜２０％を、その共振器４ａと上
記集光レンズ１７との間に光軸に対して傾けて設けたモ
ニタ光検出用ミラー１０で反射させ、そのモニタ光検出
用ミラー１０の表面で反射された炭酸ガスレーザ反射光
Ｒをモニタ光検出手段１１で常時モニタしながら上記基
板１９を加工するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸ガスレーザ光
を用いた基板の加工方法およびその加工装置に係り、特
に冷却水の温度上昇を抑えると共に、炭酸ガスレーザ光
の出力を一定に保つことができる炭酸ガスレーザ光を用
いた基板の加工方法およびその加工装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近、ガラス材料基板、磁性材料基板、
半導体材料基板、および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製品の開発が活発に行われ
るようになってきた。

【０００３】図６に示すように、これらのデバイス４２
は、上述した基板４１の中、あるいは表（もしくは裏）
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４１を切断してそれぞれのデバイス４２を分
離しなければならない。この切断・分離方法として、基
板４１上の切断線４３，４４に沿って、ダイヤモンドブ
レードでダイシングを行うか、あるいはレーザ光を照射
してスクライビングを行う方法などがある。

【０００４】本発明者が基板を切断するために試作した
炭酸ガスレーザ装置を図７に示す。

【０００５】図７に示すように、炭酸ガスレーザ装置５
１は炭酸ガスレーザ管２と冷却手段２３と光ガイド管１
３とから構成されている。ボックス３に納められている
炭酸ガスレーザ管２は、一方端が閉じられた二重管構造
となっており、内管内部に混合気体（例えば、ＣＯ₂ ：
Ｎ₂ ：Ｈｅ＝８：１８：７４の割合で混合した気体）Ｇ
_M が封入されている。また、内管の両端には、共振器で
ある内部鏡４ａ，４ｂが設けられている。さらに、内管
の内壁には電源回路６に接続される放電用の電極５ａ，
５ｂが間隔を置いて設けられている。外管内部には、冷
却手段２３である水循環器８から冷却水導入管９ａを介
して冷却水Ｗが導入される。冷却水Ｗによって炭酸ガス
レーザ管２は冷却され、その後、冷却水Ｗは冷却水排出
管９ｂを経て水循環器８へと循環される。

【０００６】電源回路６から電極５ａと５ｂとの間に電
圧を印加して内部鏡４ａと４ｂとの間で発振された炭酸
ガスレーザ光Ａの内の一部は、内部鏡４ｂから出力され
る。内部鏡４ｂから出力された炭酸ガスレーザ光Ａは、
光ガイド管１３の内部に光軸に対して４５度傾けて設け
られた全反射ミラー１６によって伝搬方向を９０度曲げ
られる。伝搬方向を９０度曲げられた炭酸ガスレーザ光
Ａは、光ガイド管１３の端部に設けられた集光レンズ１
７で集光される。光ガイド管１３の端部には、炭酸ガス
レーザ光照射口１８が接続される。集光された炭酸ガス
レーザ光Ａは、炭酸ガスレーザ光照射口１８に形成され
たガス導入管１８ａ，１８ａからアシストガスＧ_A が吹
き付けられ、固定台２０上に載置された基板１９に照射
される。固定台２０は、ＸＹ移動装置２１上に載置され
ており、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示した炭酸ガスレーザ装置５１を用いてガラス基板やセ
ラミックス基板などを切断や割断したり、あるいは、ス
リットや穴などを設けようと加工すると、次のような問
題が生じる。

【０００８】（１） 炭酸ガスレーザ光Ａの正確な出力
パワを事前に、あるいは作業中に知ることができないた
め、加工の再現性が悪かった。すなわち、切断（あるい
は割断）速度を一定に保っていても、切断できる場合と
できない場合とがあった。また、仮に切断できていたと
しても、切断面の平滑性やマイクロクラックの抑圧など
の再現性が極めて悪かった。

【０００９】（２） 再現性が極めて悪いため、加工コ
ストが高くつく。

【００１０】再現性を悪くする要因として、炭酸ガスレ
ーザ管２を冷却している冷却水Ｗの温度変化による炭酸
ガスレーザ光Ａの出力パワの変動が挙げられる。このた
め、水循環器８の温度制御をしない場合における冷却水
導入管９ａ内の冷却水Ｗの温度上昇と炭酸ガスレーザ光
Ａの出力パワとの関係を測定した。この結果を図５に示
す。尚、図中のａは炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワ曲線
を示しており、図中のｂは冷却水Ｗの温度曲線を示して
いる。

【００１１】図５に示すように、炭酸ガスレーザ装置５
１を作動させてから約２時間３０分後までの曲線ａと曲
線ｂとの間には、冷却水Ｗの温度上昇に伴って炭酸ガス
レーザ光Ａの出力パワが低下するという関係がある。す
なわち、冷却水Ｗの温度上昇１℃に対して、炭酸ガスレ
ーザ光Ａの出力パワは約３．３Ｗ低下し、炭酸ガスレー
ザ光Ａの出力パワの著しい変動が見受けられる。

【００１２】このように、炭酸ガスレーザ装置５１の連
続稼動に伴う冷却水Ｗの温度上昇は、炭酸ガスレーザ光
Ａの出力パワの低下に大きく影響するため、冷却水Ｗの
温度上昇を抑えると共に、炭酸ガスレーザ光Ａの出力パ
ワを一定に保つ手段・方法が必要である。

【００１３】そこで、本発明の課題は、上記課題を解決
し、冷却水の温度上昇を抑えると共に、炭酸ガスレーザ
光の出力を一定に保つことができる炭酸ガスレーザ光を
用いた基板の加工方法およびその加工装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、炭酸ガスを含む混合気体を封入し
た炭酸ガスレーザ管の両端に共振器を設け、上記炭酸ガ
スレーザ管内に設けた電極間に電圧を印加して放電させ
ることによって、上記共振器間でレーザ発振させ、その
レーザ発振した炭酸ガスレーザ光の一部を上記共振器の
一方側から出力し、集光レンズを通して基板に照射し、
該基板を加工する炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工
方法において、出力側の共振器から出力された上記炭酸
ガスレーザ光の４〜２０％を、その共振器と上記集光レ
ンズとの間に光軸に対して傾けて設けたモニタ光検出用
ミラーで反射させ、そのモニタ光検出用ミラーの表面で
反射された炭酸ガスレーザ反射光をモニタ光検出手段で
常時モニタしながら上記基板を加工するものである。

【００１５】請求項２の発明は、上記モニタ光検出手段
で検出される上記炭酸ガスレーザ反射光が一定となるよ
うに、上記電極間に電圧を印加する電源回路に制御信号
を送ってフィードバック制御する請求項１記載の炭酸ガ
スレーザ光を用いた基板の加工方法である。

【００１６】請求項３の発明は、上記炭酸ガスレーザ管
および上記共振器の外周部、あるいはその一部を囲繞し
て設けられる冷却手段内部に冷却水を循環させ、その冷
却水の水温を設定値に対して±０．１℃以下に制御する
請求項２記載の炭酸ガスレーザ光を用いた加工方法であ
る。

【００１７】請求項４の発明は、上記モニタ光検出手段
で検出される上記炭酸ガスレーザ反射光が一定となるよ
うに、上記冷却手段に制御信号を送ってフィードバック
制御する請求項１または請求項２記載の炭酸ガスレーザ
光を用いた基板の加工方法である。

【００１８】請求項５の発明は、上記集光レンズを通っ
た上記炭酸ガスレーザ光をＮ₂ ，Ａｒ，Ｏ₂ ，空気など
のガス雰囲気に保って上記基板に照射する請求項１乃至
請求項４いずれかに記載の炭酸ガスレーザ光を用いた基
板の加工方法である。

【００１９】請求項６の発明は、炭酸ガスを含む混合気
体を封入した炭酸ガスレーザ管の両端に共振器を設け、
上記炭酸ガスレーザ管内に設けた電極間に電圧を印加し
て放電させることによって、上記共振器間でレーザ発振
させ、そのレーザ発振した炭酸ガスレーザ光の一部を上
記共振器の一方側から出力し、集光レンズを通して基板
に照射し、該基板を加工する炭酸ガスレーザ光を用いた
基板の加工装置において、出力側の共振器と上記集光レ
ンズとの間に光軸に対してθ_A 傾けて設けられたモニタ
光検出用ミラーと、そのモニタ光検出用ミラーの表面で
反射された上記炭酸ガスレーザ光の一部を検知すると共
に、その検知した信号を出力するモニタ光検出手段と、
そのモニタ光検出手段から出力された信号を、上記電極
間に電圧を印加する電源回路にフィードバックする制御
手段とを備えたものである。

【００２０】請求項７の発明は、上記出力側の共振器の
反対側に、ブルースター角θをなしてブルースター窓を
設けると共に、そのブルースター窓の外側、かつ、上記
光軸の延長線上にグレーティングを設けた請求項６記載
の炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工装置である。

【００２１】請求項８の発明は、上記出力側の共振器と
上記モニタ光検出用ミラーとの間、またはそのモニタ光
検出用ミラーと上記集光レンズとの間、もしくはその両
方に光シャッタを設けた請求項６記載の炭酸ガスレーザ
光を用いた基板の加工装置である。

【００２２】上記の方法・装置によれば次のような作用
効果が得られる。

【００２３】請求項１の発明によれば、炭酸ガスレーザ
光の４〜２０％を反射させて取り出すことができるモニ
タ光検出用ミラーを炭酸ガスレーザ光の伝搬通路に傾け
て設けたことにより、炭酸ガスレーザ光の出力パワを低
減させることなく常時モニタすることができる。

【００２４】請求項２の発明によれば、電極に印加する
電圧を変化させることにより、炭酸ガスレーザ光の出力
パワの長周期変動を制御すると共に、外乱による短周期
の変動も容易に制御することができるため、加工する場
合の再現性を向上できる。

【００２５】請求項３の発明によれば、冷却水の温度を
一定に保つことにより、レーザ発振している炭酸ガスレ
ーザ光の長周期変動を抑えると共に、その変動量も小さ
くすることができるため、長時間にわたって加工する場
合の再現性を向上できる。

【００２６】請求項４の発明によれば、電極に印加する
電圧および冷却水の温度を変化させることにより、炭酸
ガスレーザ光の出力パワの長周期変動を制御すると共
に、外乱による短周期の変動も容易に制御することがで
きるため、加工する場合の再現性を向上できる。

【００２７】請求項５の発明によれば、基板の加工面を
清浄に保つと共に、不純物の付着を防ぐことができる。

【００２８】請求項６の発明の構成によれば、炭酸ガス
レーザ光の伝搬通路にモニタ光検出用ミラーを傾けて設
けたことにより、上記炭酸ガスレーザ光の一部を反射さ
せて取り出すことができると共に、常時モニタすること
ができるため、炭酸ガスレーザ光の出力を一定に保つこ
とができる。

【００２９】請求項７の発明の構成によれば、出力側の
共振器の反対側に、ブルースター角θをなしてブルース
ター窓を設けたことにより、炭酸ガスレーザ管と上記内
部鏡を切り離して設けることができる。また、ブルース
ター窓の外側に、かつ、光軸の延長線上にグレーティン
グを設けたことにより、少なくとも１つの波長の光、ま
たは所望の狭い波長帯の光のみを反射させることができ
る。

【００３０】請求項８の発明の構成によれば、出力側の
共振器とモニタ光検出用ミラーとの間、またはそのモニ
タ光検出用ミラーと集光レンズとの間、もしくはその両
方に光シャッタを設け、これを電気的制御信号によって
開または閉に制御することにより、炭酸ガスレーザ光の
伝搬を制御することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に説明する。尚、図７と同一の部材には同じ番号を符し
ている。

【００３２】図１に示すように、炭酸ガスレーザ装置１
は炭酸ガスレーザ管２と冷却手段２３と光ガイド管１３
とから構成されている。ボックス３に納められている炭
酸ガスレーザ管２は、一方端が閉じられた二重管構造と
なっている。炭酸ガスレーザ管２の内管の両端には、共
振器である内部鏡４ａ，４ｂが設けられている。さら
に、内管の内壁には電源回路６に接続される放電用の電
極５ａ，５ｂが間隔を置いて設けられている。炭酸ガス
レーザ管２の外管とボックス３の外側に設けられた冷却
手段２３である水循環器８とは、冷却水導入管９ａおよ
び冷却水排出管９ｂを介して接続されている。水循環器
８は水温調節器７と接続されている。

【００３３】炭酸ガスレーザ管２の開口側は、光ガイド
管１３の一端と接続される。光ガイド管１３の内部に、
炭酸ガスレーザ光Ａの光軸に対して４５度傾けて全反射
ミラー１６が設けられ、ここを境にして、光ガイド管１
３は直角に曲げて設けられている。光ガイド管１３の他
端には、集光レンズ１７が設けられると共に、ガス導入
管１８ａ，１８ａを有する炭酸ガスレーザ光照射口１８
が接続される。

【００３４】出力側の内部鏡４ｂと全反射ミラー１６と
の間に、炭酸ガスレーザ光Ａの光軸に対して傾けて（例
えば、４５度）、モニタ光検出用ミラー１０が設けられ
る。このモニタ光検出用ミラー１０と全反射ミラー１６
との間に光シャッタ調節機構１５に接続された光シャッ
タ１４が、炭酸ガスレーザ光Ｄ（モニタ光検出用ミラー
１０による炭酸ガスレーザ光Ａの透過光）の光軸に対し
て垂直に設けられる。

【００３５】モニタ光検出用ミラー１０で反射された一
部の炭酸ガスレーザ光Ｒをモニタすべく、モニタ光検出
手段１１が設けられると共に、モニタ光検出手段１１に
よって出力された検知信号Ｂ_O を制御すべく制御手段１
２が設けられる。

【００３６】基板１９は固定台２０上に載置されると共
に、基板１９を固定台２０と密着させるべく、固定台２
０には基板吸着用真空装置２２が形成される。固定台２
０をＸ方向およびＹ方向に移動自在に制御すべく、固定
台２０の下にＸＹ移動ステージ２１が設けられる。

【００３７】次に本発明の方法を説明する。

【００３８】先ず、電源回路６に接続された電極５ａ，
５ｂに電圧を印加して、内部鏡４ａ，４ｂ間でレーザ発
振を起こし、出力側の内部鏡４ｂから炭酸ガスレーザ光
Ａを出力させる。この炭酸ガスレーザ光Ａの４〜２０％
をモニタ光検出用ミラー１０で一定の割合で反射させ
て、炭酸ガスレーザ光Ｒをモニタ光検出手段１１でモニ
タする。モニタ光検出用ミラー１０を透過した炭酸ガス
レーザ光Ｄの伝搬は、光シャッタ１４の位置で停止す
る。

【００３９】次に、モニタ光検出手段１１でモニタされ
た炭酸ガスレーザ光Ｒを検知信号Ｂ _O として出力して、
制御手段１２に入力する。また、制御手段１２には、炭
酸ガスレーザ光Ａの出力パワ値に相当する基準信号Ｂ_F
を入力する。制御手段１２において検知信号Ｂ_O と基準
信号Ｂ_F とを比較計算し、基準信号Ｂ_F に対して炭酸ガ
スレーザ反射光Ｒの出力パワが小さければ電圧を上げる
制御信号Ｃを電源回路６へフィードバックし、また逆
に、炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワが大きければ電
圧を下げる制御信号Ｃを電源回路６にフィードバックす
る。

【００４０】この過程を繰り返して、炭酸ガスレーザ光
Ａが所定の出力パワに達したら、再び光シャッタ調節機
構１５を制御して光シャッタ１４を開にし、炭酸ガスレ
ーザ光Ｄを基板１９に照射する。基板１９に炭酸ガスレ
ーザ光Ｄを照射させる際、炭酸ガスレーザ光照射口１８
のガス導入口１８ａ，１８ａからアシストガスＧ_A を同
時に吹き込む。このアシストガスＧ_A の吹き込みによっ
て基板１９の加工面を清浄に保つと共に、不純物の付着
を防ぐ。

【００４１】基板１９への炭酸ガスレーザ光Ｄの連続照
射によって、炭酸ガスレーザ管２および内部鏡４ａ，４
ｂの発熱による温度変動が生じ、この温度変動が炭酸ガ
スレーザ光Ｄの出力パワの長周期変動を引き起こす。こ
のため、水温調節器７を用いることにより、炭酸ガスレ
ーザ管２および内部鏡４ａ，４ｂの発熱による温度変動
を一定に保って、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワを一定
に保つ。

【００４２】また、常時、制御手段１２から出力される
制御信号Ｃを電源回路６にフィードバックしているた
め、このフィードバックによって、更に炭酸ガスレーザ
光Ｄの出力パワの長周期変動を抑える。

【００４３】本発明の炭酸ガスレーザ装置の特徴を以下
に述べる。

【００４４】第１の特徴は、炭酸ガスレーザ管２の外
周、および内部鏡４ａ，４ｂの外周を冷却する水循環器
８から循環される冷却水Ｗの水温を水温調節器７によっ
て一定温度に制御するようにしていることである。

【００４５】水温調節器７を用いることで、冷却水Ｗの
水温は設定温度±０．１℃以下に制御される。冷却水Ｗ
の水温を設定温度±０．１℃以下に制御することによっ
て、炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワの長周期変動を抑え
ることができる。この冷却水Ｗの設定温度は２０〜２８
℃の範囲が望ましい。実験的検討によれば、その冷却水
Ｗの設定温度を２５℃±０．１℃に制御すると、例えば
１００Ｗの連続発振出力値に対し、炭酸ガスレーザ光の
出力パワの定常的な変動量を±１Ｗに抑えることができ
る。これに対し、冷却水Ｗの設定温度を２０℃±０．１
℃に制御すると、同じ１００Ｗの連続発振出力値に対
し、炭酸ガスレーザ光の出力パワの定常的な変動量は±
１．４Ｗになった。すなわち、２０〜２８℃の範囲にお
いて、より高温である方が最も望ましい。

【００４６】第２の特徴は、内部鏡４ｂから出力された
炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワをモニタするためのモニ
タ光検出用ミラー１０を設け、そのモニタ光検出用ミラ
ー１０で炭酸ガスレーザ光Ａを反射させ、モニタ光検出
手段１１で炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワをモニタ
するようにしていることである。

【００４７】このように、炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出
力パワをモニタする上で重要な点は、（１）炭酸ガスレ
ーザ光Ｄと炭酸ガスレーザ反射光Ｒとが比例関係にある
ということ。

【００４８】（２）炭酸ガスレーザ反射光Ｒをあまり多
く反射させ過ぎると、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワが
小さくなってしまうということ。

【００４９】の２点である。

【００５０】そこで、光パワ反射率を２〜２５％まで種
々変えたモニタ光検出用ミラー１０を作製し、上記
（１）、（２）を共に満足する光パワ反射率を図４の装
置を用いて求めた。尚、図１と同一の部材には同じ符号
を符している。

【００５１】その結果、反射率が４％未満では、炭酸ガ
スレーザ反射光の出力パワが極めて小さいため、炭酸ガ
スレーザ光Ａの出力パワを４０〜１４０Ｗまで変化させ
た場合において、炭酸ガスレーザ光Ｄと炭酸ガスレーザ
反射光Ｒとの間に比例関係が成り立たないことが判っ
た。反射率が４％以上の場合には、炭酸ガスレーザ光Ｄ
と炭酸ガスレーザ反射光Ｒとの間にほぼ比例関係が成り
立つことが判った。反射率が２０％よりも大きくなる
と、炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワは大きくなる
が、その分、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワが小さくな
るので基板１９の加工に支障をきたすことが判った。

【００５２】また、反射率が２０％よりも大きい場合に
おいて、モニタ光検出用ミラー１０を長時間使用してい
ると、炭酸ガスレーザ光Ａの熱エネルギーによってモニ
タ光検出用ミラー１０が徐々に発熱したり、モニタ光検
出用ミラー１０の傾きの角度がずれてきたり、あるいは
光ガイド管１３が歪んできて炭酸ガスレーザ光Ａの光軸
がずれてくるという問題が生じる。

【００５３】よって、モニタ光検出用ミラー１０の反射
率は４〜２０％の範囲が望ましいことが判った。例え
ば、炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワが１４０Ｗの場合、
その５％をモニタ光検出用ミラー１０で反射させた結
果、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワ（１３３Ｗ）と炭酸
ガスレーザ反射光Ｒとの間には比例関係がある。また、
電源回路６の電圧を変化させて炭酸ガスレーザ光Ｄの出
力パワを５０〜１３３Ｗまで変化させた場合において
も、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワと炭酸ガスレーザ反
射光Ｒの出力パワとの間には比例関係がある。

【００５４】第３の特徴は、外乱変化に対しても、炭酸
ガスレーザ光Ｄの出力パワを常に一定に制御できるよう
に、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワに対応する基準信号
Ｂ_F とモニタ光検出手段１１の出力信号Ｂ_O とを制御手
段１２へ入力し、制御手段１２の制御信号Ｃを電源回路
６へフィードバックするようにしていることである。

【００５５】炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワは、上述し
たように、冷却水Ｗの水温を水温調節器７によって設定
温度±０．１℃以下に制御することにより、定常的に一
定に保たれる。さらに、外乱による炭酸ガスレーザ光Ｄ
の出力パワの変動を抑えるために、炭酸ガスレーザ反射
光Ｒを検出し、その値が一定となるように電源回路６へ
フィードバックすることにより、トータルな炭酸ガスレ
ーザ光Ｄの出力パワは一定に保たれる。

【００５６】次に他の実施の形態を図２を用いて説明す
る。尚、図１と同一の部材には同じ符号を符している。

【００５７】図２に示すように、基本的構成は本発明の
炭酸ガスレーザ装置１と全く同じである本実施の形態の
炭酸ガスレーザ装置３１は、制御手段１２の制御信号Ｃ
を水温調節器７および電源回路へフィードバックしてい
る。

【００５８】本実施の形態の作用を説明する。

【００５９】制御手段１２の制御信号Ｃを水温調節器７
にフィードバックする。これによって、制御手段１２の
制御信号Ｃは、炭酸ガスレーザ光Ａの所望の出力パワ値
に相当する基準信号Ｂ_F に対し、炭酸ガスレーザ反射光
Ｒの出力パワが低下したら冷却水Ｗの水温を低下させる
信号を水温調節器７へ送り、また逆に、炭酸ガスレーザ
反射光Ｒの出力パワが上昇したら冷却水Ｗの水温を上昇
させる信号を水温調節器７へ送る。すなわち、炭酸ガス
レーザ光Ａを所望の出力パワに一定に保つことができ
る。

【００６０】あるいは、制御手段１２の制御信号Ｃを水
温調節器７および電源回路６の両方にフィードバックす
る。これによって、制御手段１２の制御信号Ｃは、炭酸
ガスレーザ光Ａの所望の出力パワ値に相当する基準信号
Ｂ_F に対し、炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワが低下
したら冷却水Ｗの水温を低下させる信号を水温調節器７
へ送ると共に、電圧を上げる信号を電源回路６へ送り、
また逆に、炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワが上昇し
たら冷却水Ｗの水温を上昇させる信号を水温調節器７へ
送ると共に、電圧を下げる信号を電源回路６へ送る。

【００６１】すなわち、本実施の形態の炭酸ガスレーザ
装置３１によれば、制御信号Ｃを電源回路６のみにフィ
ードバックする場合と比較して、より短時間で炭酸ガス
レーザ光Ａを所望の出力パワにすることができる。

【００６２】制御手段１２は、単なる比例制御回路、も
しくは比例−積分回路であることが望ましい。尚、炭酸
ガスレーザ光Ａの出力パワは比較的ゆっくりとした長周
期の変動であるので、上記のような制御手段１２の構成
であってもよい。

【００６３】尚、本実施の形態の炭酸ガスレーザ装置３
１および本発明の炭酸ガスレーザ装置１における内部鏡
４ａは、波長１０．６μｍ帯（波長が９．１〜１１．３
μｍ）の光信号を反射させる特性を持ったミラーか、あ
るいは波長１０．６μｍ帯の所望の狭い波長帯の光信号
を選択的に反射させる特性を持ったバンドリジェクショ
ン型ミラーであってもよい。

【００６４】更に、他の実施の形態を図３を用いて説明
する。尚、図１と同一の部材には同じ符号を符してい
る。

【００６５】図３に示すように、基本的構成は本発明の
炭酸ガスレーザ装置１と全く同じである本実施の形態の
炭酸ガスレーザ装置３２は、内部鏡４ａの代わりにブル
ースター窓２５およびグレーティング２６を設けてい
る。すなわち、本実施の形態の炭酸ガスレーザ装置３２
は、内部鏡４ｂの反対側に、ブルースター角θをなして
ブルースター窓２５を設け、また、ブルースター窓２５
の外側に、かつ、光軸の延長線上にグレーティング２６
を設けている。また、グレーティング２６はグレーティ
ング調節機構２７に接続されている。

【００６６】本実施の形態の作用を説明する。

【００６７】先ず、電源回路６を動作し、電源回路６に
接続された電極５ａ，５ｂに電圧を印加することによっ
て、内部鏡５ａとブルースター窓２５との間でレーザ発
振が起こる。レーザ発振によって生じた炭酸ガスレーザ
光Ｅ₁ は、様々な波長を有し、かつ、偏光した複合光で
ある。この炭酸ガスレーザ光Ｅ₁ が、ｐ偏光成分に対す
る反射率が零になるブルースター角θをなして設けられ
たブルースター窓２５に入射される。

【００６８】炭酸ガスレーザ光Ｅ₁ は、ブルースター窓
２５を透過することによって、様々な波長を有し、か
つ、ｐ偏光成分のみの複合光である炭酸ガスレーザ光Ｅ
₂ となる。この炭酸ガスレーザ光Ｅが、グレーティング
調節機構２７に接続されたグレーティング２６に入射さ
れる。

【００６９】グレーティング調節機構２７を調節するこ
とによって様々な波長の光は、１つか、あるいは所望の
数個だけが反射される。すなわち、炭酸ガスレーザ光Ｅ
₂ は、グレーティング２６によって反射され、ｐ偏光成
分のみの１つの波長の光か、あるいはｐ偏光成分のみの
所望の数個の波長の複合光である炭酸ガスレーザ光Ｅと
なる。

【００７０】炭酸ガスレーザ光Ｅは、モニタ光検出用ミ
ラー１０を透過して炭酸ガスレーザ光Ｆとなる。この炭
酸ガスレーザ光Ｆを基板１９に照射することにより、プ
ラスチック、ガラス、セラミックスなどの非金属材料で
作製された基板１９を切断あるいは割断する場合の加工
精度を大幅に向上することができる。また、これによっ
て、基板１９の切断面あるいは割断面を平滑にすること
ができると共に、マイクロクラックの発生を抑制するこ
とができる。

【００７１】図１における炭酸ガスレーザ装置を用いた
ガラス基板およびセラミックス基板の加工例について示
す。

【００７２】（加工例１） 厚さ１ｍｍ、長さ８０ｍ
ｍ、幅８０ｍｍのアルミナ基板を蒸発切断により長さ８
０ｍｍ、幅５ｍｍの板に加工する実験を行った。切断加
工は、集光レンズ１７によって集光された炭酸ガスレー
ザ光Ｄが基板の表面で焦点を結んだ状態に保ち、ガス導
入口１８ａ，１８ａからＮ₂ ガスをガス圧３ｋｇ／ｃｍ
² に保って吹き付け、水温調節器７により冷却水Ｗの水
温を２５℃に保ち、炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワの５
％を炭酸ガスレーザ反射光Ｒとしてモニタ光検出手段１
１でモニタし、そのモニタ信号を基にして電源回路６へ
のフィードバックして行った。その結果、切断速度８ｍ
ｍ／ｓｅｃにおいて、非常に滑らかな切断面を有するア
ルミナ板を再現性よく得ることができた。

【００７３】（加工例２） 加工例１と同様に、厚さ１
ｍｍ、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍのワムライト基板を蒸
発切断により長さ５０ｍｍ、幅５ｍｍの板に加工する実
験を行った。その結果、切断速度５〜８ｍｍ／ｓｅｃの
範囲において、非常に均一で、かつ滑らかな切断面を得
ることができた。

【００７４】（加工例３） 加工例１と同様に、厚さ
１．１ｍｍ、長さ５５０ｍｍ、幅６５０ｍｍのホウケイ
酸ガラス基板を蒸発切断により長さ５５０ｍｍ、幅５０
ｍｍの板に加工する実験を行った。その結果、切断速度
５ｍｍ／ｓｅｃにおいて、ホウケイ酸ガラス基板の切断
バラツキは殆ど観測されず、切断面が滑らかであると共
に、マイクロクラックの無いホウケイ酸ガラス板を直線
性よく切断することができた。また、約２時間の切断中
における炭酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワの変動は、
設定値±０．５Ｗ以下であった。

【００７５】図３における炭酸ガスレーザ装置を用いた
ガラス基板およびセラミックス基板の加工例について示
す。

【００７６】（加工例４） 厚さ１．５ｍｍ、長さ５０
ｍｍ、幅１５０ｍｍのアルミナ基板を蒸発割断により長
さ５０ｍｍ、幅５ｍｍの板に加工する実験を行った。割
断加工は、基板１９を焦点距離Ｆ_O ＋オフセット量Ｆｄ
（１０ｍｍ）分だけ集光レンズ１７から離して設け、ア
シストガスとしてＮ₂ ガスを約３ｋｇ／ｃｍ₂ の圧力で
吹き込み、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワを１２０Ｗと
して行った。この結果、割断速度２５〜３０ｍｍ／ｓｅ
ｃの範囲において、割断面が滑らかであると共に、マイ
クロクラックの無いアルミナ板を直線性よく割断するこ
とができた。また、約１時間３０分の割断中における炭
酸ガスレーザ反射光Ｒの出力パワの変動が、設定値±１
Ｗ以下に制御されていたため、極めて再現性よく割断で
きた。

【００７７】（加工例５） 加工例４と同様に、厚さ
１．１ｍｍ、長さ５５０ｍｍ、幅６５０ｍｍの無アルカ
リガラス基板を蒸発割断により長さ５５０ｍｍ、幅５０
ｍｍの板に加工する実験を行った。但し、アシストガス
であるＮ₂ ガスは、約０．５ｋｇ／ｃｍ₂ の圧力で吹き
込んだ。この結果、割断速度２８〜３４ｍｍ／ｓｅｃの
範囲において、割断面が滑らかであると共に、マイクロ
クラックの無い無アルカリガラス板を割断することがで
きた。

【００７８】図１、図２および図３の実施の形態におい
ては、炭酸ガスレーザ管１が１本の場合について説明し
てきたが、炭酸ガスレーザ管１の本数は１本には限定さ
れない。すなわち、混合気体Ｇ_M が封入された炭酸ガス
レーザ管１をカスケードに直線状に配置するか、あるい
は光軸に対して４５度傾けて設けた全反射ミラー１６を
２つ組み合わせてコ字状にマルチパスを形成するように
配置するか、もしくはコ字状のマルチパスを組み合わせ
て更に長いマルチパスを形成して配置してもよい。上記
のように炭酸ガスレーザ管１をカスケードに繋げること
によって、炭酸ガスレーザ光Ｄの出力パワをより増大さ
せ、数十Ｗから数百Ｗの出力パワを容易に得ることがで
きる。

【００７９】また、図１、図２および図３の実施の形態
においては、光シャッタ１４は、モニタ光検出用ミラー
１０と集光レンズ１７との間に配置しているが、内部鏡
４ｂとモニタ光検出用ミラー１０との間、もしくはその
両方に設けてもよい。

【００８０】さらに、図１、図２および図３の実施の形
態において、モニタ光検出用ミラー１０をバンドリジェ
クション型ミラーとし、炭酸ガスレーザ光Ａの出力パワ
の４〜２０％を取り出すように構成してもよい。これに
よって、モニタ光検出用ミラー１０、全反射ミラー１
６、集光レンズ１７それぞれの波長依存性による特性の
影響が大幅に抑制されるため、炭酸ガスレーザ光Ａの出
力パワと炭酸ガスレーザ反射光Ｒとの比例関係が極めて
良好になる。

【００８１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００８２】（１） 炭酸ガスレーザ光の伝搬通路にモ
ニタ光検出用ミラーを傾けて設けたことにより、炭酸ガ
スレーザ光の一部を一定の割合で反射させて、常時モニ
タすることができる。

【００８３】（２） モニタ光検出用ミラーによって反
射される炭酸ガスレーザ反射光の出力パワが一定となる
ように、電源回路、あるいは水温調節器、もしくはその
両方を制御することにより、炭酸ガスレーザ光の出力パ
ワを一定に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭酸ガスレーザ装置を示す図である。

【図２】本発明の炭酸ガスレーザ装置の他の実施の形態
を示す図である。

【図３】本発明の炭酸ガスレーザ装置の更に他の実施の
形態を示す図である。

【図４】本発明を説明するための装置例を示す図であ
る。

【図５】冷却水の水温と炭酸ガスレーザ光の出力パワと
の関係を示す図である。

【図６】基板の切断・分離方法を示す図である。

【図７】従来の炭酸ガスレーザ装置を示す図である。

【符号の説明】

２ 炭酸ガスレーザ管 ４ａ，４ｂ 内部鏡（共振器） ５ａ，５ｂ 電極 ６ 電源回路 １０ モニタ光検出用ミラー １１ モニタ光検出手段 １２ 制御手段 １４ 光シャッタ １７ 集光レンズ １９ 基板 ２３ 冷却手段 ２５ ブルースター窓 ２６ グレーティング Ａ，Ｄ 炭酸ガスレーザ光 Ｃ 制御信号 Ｒ 炭酸ガスレーザ反射光 Ｗ 冷却水 θ ブルースター角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/134 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/04 Ｇ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭酸ガスを含む混合気体を封入した炭酸
   ガスレーザ管の両端に共振器を設け、上記炭酸ガスレー
   ザ管内に設けた電極間に電圧を印加して放電させること
   によって、上記共振器間でレーザ発振させ、そのレーザ
   発振した炭酸ガスレーザ光の一部を上記共振器の一方側
   から出力し、集光レンズを通して基板に照射し、該基板
   を加工する炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工方法に
   おいて、出力側の共振器から出力された上記炭酸ガスレ
   ーザ光の４〜２０％を、その共振器と上記集光レンズと
   の間に光軸に対して傾けて設けたモニタ光検出用ミラー
   で反射させ、そのモニタ光検出用ミラーの表面で反射さ
   れた炭酸ガスレーザ反射光をモニタ光検出手段で常時モ
   ニタしながら上記基板を加工することを特徴とする炭酸
   ガスレーザ光を用いた基板の加工方法。
2. 【請求項２】 上記モニタ光検出手段で検出される上記
   炭酸ガスレーザ反射光が一定となるように、上記電極間
   に電圧を印加する電源回路に制御信号を送ってフィード
   バック制御する請求項１記載の炭酸ガスレーザ光を用い
   た基板の加工方法。
3. 【請求項３】 上記炭酸ガスレーザ管および上記共振器
   の外周部、あるいはその一部を囲繞して設けられる冷却
   手段内部に冷却水を循環させ、その冷却水の水温を設定
   値に対して±０．１℃以下に制御する請求項２記載の炭
   酸ガスレーザ光を用いた基板の加工方法。
4. 【請求項４】 上記モニタ光検出手段で検出される上記
   炭酸ガスレーザ反射光が一定となるように、上記冷却手
   段に制御信号を送ってフィードバック制御する請求項１
   または請求項２記載の炭酸ガスレーザ光を用いた基板の
   加工方法。
5. 【請求項５】 上記集光レンズを通った上記炭酸ガスレ
   ーザ光をＮ₂ ，Ａｒ，Ｏ₂ ，空気などのガス雰囲気に保
   って上記基板に照射する請求項１乃至請求項４いずれか
   に記載の炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工方法。
6. 【請求項６】 炭酸ガスを含む混合気体を封入した炭酸
   ガスレーザ管の両端に共振器を設け、上記炭酸ガスレー
   ザ管内に設けた電極間に電圧を印加して放電させること
   によって、上記共振器間でレーザ発振させ、そのレーザ
   発振した炭酸ガスレーザ光の一部を上記共振器の一方側
   から出力し、集光レンズを通して基板に照射し、該基板
   を加工する炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工装置に
   おいて、出力側の共振器と上記集光レンズとの間に光軸
   に対してθ_A 傾けて設けられたモニタ光検出用ミラー
   と、そのモニタ光検出用ミラーの表面で反射された上記
   炭酸ガスレーザ光の一部を検知すると共に、その検知し
   た信号を出力するモニタ光検出手段と、そのモニタ光検
   出手段から出力された信号を、上記電極間に電圧を印加
   する電源回路にフィードバックする制御手段とを備えた
   ことを特徴とする炭酸ガスレーザ光を用いた基板の加工
   装置。
7. 【請求項７】 上記出力側の共振器の反対側に、ブルー
   スター角θをなしてブルースター窓を設けると共に、そ
   のブルースター窓の外側、かつ、上記光軸の延長線上に
   グレーティングを設けた請求項６記載の炭酸ガスレーザ
   光を用いた基板の加工装置。
8. 【請求項８】 上記出力側の共振器と上記モニタ光検出
   用ミラーとの間、またはそのモニタ光検出用ミラーと上
   記集光レンズとの間、もしくはその両方に光シャッタを
   設けた請求項６記載の炭酸ガスレーザ光を用いた基板の
   加工装置。