JP2012030268A - Laser machining apparatus and method thereof - Google Patents
Laser machining apparatus and method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012030268A JP2012030268A JP2010173826A JP2010173826A JP2012030268A JP 2012030268 A JP2012030268 A JP 2012030268A JP 2010173826 A JP2010173826 A JP 2010173826A JP 2010173826 A JP2010173826 A JP 2010173826A JP 2012030268 A JP2012030268 A JP 2012030268A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- processing
- laser light
- laser beam
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 248
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 36
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 17
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 241001648319 Toronia toru Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Dicing (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置及び方法の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a laser processing apparatus and method for processing a workpiece by using, for example, laser light.
この種の装置として、ガラスや水晶などの材質から成る基板などの加工対象物の表面又は内部にレーザ光を集光させ、多光子吸収による化学的又は物理的な改質領域を形成する加工装置が知られている。加工装置による加工後に改質領域を起点として、劈開などの手順を加えることで基板を分断し、チップなどの電子部品を形成することが出来る。このようなレーザ加工装置においては、加工精度の向上のために、種々の工夫が為されている。 As this type of apparatus, a processing apparatus that focuses a laser beam on the surface or inside of a processing object such as a substrate made of a material such as glass or quartz, and forms a chemically or physically modified region by multiphoton absorption. It has been known. An electronic component such as a chip can be formed by dividing the substrate by applying a procedure such as cleavage with the modified region as a starting point after processing by the processing apparatus. In such a laser processing apparatus, various ideas have been made in order to improve processing accuracy.
加工精度の劣化の要因として、レーザ光により加工対象物に形成されるクラックの存在が挙げられる。加工対象物に吸収されるレーザ光の出力や出射時間に応じて、改質領域における改質の態様が変化することが知られており、高出力、長時間の出射により、主に加熱による脆化が進み、不要なクラックが生じることがある。また、加工対象物の材質などに応じた脆性の変化により、クラックの発生条件が変化する。 The presence of cracks formed in the object to be processed by laser light can be cited as a cause of deterioration in processing accuracy. It is known that the modification mode in the modified region changes depending on the output of the laser beam absorbed by the workpiece and the emission time. Progresses and unnecessary cracks may occur. In addition, the crack generation conditions change due to brittle changes in accordance with the material of the workpiece.
後述する先行技術文献には、加工対象物内部にレーザ光を集光させる際に、パルス状のレーザ光の非照射期間を設けることで過度な加熱を抑制し、クラックを生じ難くする技術が説明されている。 Prior art documents to be described later describe a technique that suppresses excessive heating and makes it difficult to generate cracks by providing a non-irradiation period of pulsed laser light when condensing laser light inside a workpiece. Has been.
ガラスや水晶などの脆性材を加工対象物とするレーザ加工では、上述したようにレーザ光の出射によりクラックが生じ易いため、加工精度が低いとされている。その要因として、脆性により、加工対象物内のレーザ光の出射領域外の領域にまでクラックが伸展することや、分断処理時の熱応力の作用精度が低いことなどが挙げられる。 In laser processing using a brittle material such as glass or quartz as a processing target, cracks are likely to occur due to the emission of laser light as described above, and therefore processing accuracy is low. The factors include the fact that cracks extend to a region outside the laser light emission region within the workpiece due to brittleness, and that the accuracy of the action of thermal stress during the cutting process is low.
本発明は、例えば上述の問題点に鑑み為されたものであり、ガラスや水晶などの脆性材を加工対象物とする場合のレーザ加工において、加工精度の向上を実現可能なレーザ加工装置及び方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, for example, and a laser processing apparatus and method capable of improving processing accuracy in laser processing when a brittle material such as glass or quartz is used as a processing target. It is an issue to provide.
上記課題を解決するために、本発明の第1のレーザ加工装置は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光手段とを備え、前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御する。 In order to solve the above-described problems, a first laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that performs laser processing using glass or quartz as an object to be processed, and includes a laser light source that emits laser light, A control means for controlling emission conditions; and a condensing means for condensing the laser light onto the workpiece, wherein the control means (i) when the glass is used as the workpiece, When the pulse peak output is 25 times or more with respect to the average output, and (ii) quartz is used as the object to be processed, the laser beam is set so that the pulse peak output of the laser light is 6 times or more with respect to the average output. The emission conditions are controlled.
上記課題を解決するために、本発明の第2のレーザ加工装置は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光手段と、前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断手段とを備え、前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、前記分断手段は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させる。 In order to solve the above problems, a second laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that performs laser processing using glass or quartz as an object to be processed, and includes a laser light source that emits laser light, Control means for controlling the emission conditions; condensing means for condensing the laser beam on the workpiece; and splitting means for dividing the workpiece using a modified region formed by the laser beam; And (i) when glass is used as the processing object, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) crystal is used as the processing object. In this case, the laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output of the laser beam is 6 times or more of the average output, and the dividing means branches the laser beam and the branched laser beam 0.5 millimeters or more, is converged to a position corresponding to the modified region in the beam diameter 5 millimeters or less is formed on the workpiece.
上記課題を解決するために、本発明の第1のレーザ加工方法は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工方法であって、レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光工程とを備え、前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御する。 In order to solve the above problems, a first laser processing method of the present invention is a laser processing method for laser processing using glass or quartz as an object to be processed, and controls emission conditions of a laser light source that emits laser light. A control step, and a condensing step of condensing the laser beam on the workpiece, wherein the control step (i) when using glass as the workpiece, the pulse peak output of the laser beam, More than 25 times the average output, and (ii) when using quartz as the workpiece, the laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output of the laser light is 6 times or more the average output. To do.
上記課題を解決するために、本発明の第2のレーザ加工方法は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工方法であって、レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光工程と、前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断工程とを備え、前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、前記分断工程は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させる。 In order to solve the above problems, a second laser processing method of the present invention is a laser processing method for laser processing using glass or quartz as an object to be processed, and controls the emission conditions of a laser light source that emits laser light. A control step, a condensing step of condensing the laser beam on the workpiece, and a dividing step of dividing the workpiece using a modified region formed by the laser beam, the control In the step (i), when glass is used as the processing object, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when the crystal is used as the processing object, the laser light The laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output of the laser beam becomes 6 times or more of the average output. In the dividing step, the laser beam is branched, and the branched laser beam is reduced to 0.5. Millime Torr or higher, is converged to a position corresponding to the modified region in the beam diameter 5 millimeters or less is formed on the workpiece.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光手段とを備え、前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御する。 1st Embodiment of the laser processing apparatus of this invention is a laser processing apparatus which laser-processes glass or quartz as a processing target object, Comprising: Control which controls the laser light source which radiate | emits a laser beam, and the emission conditions of the said laser beam Means, and a condensing means for condensing the laser beam on the workpiece, the control means (i) when using glass as the workpiece, the pulse peak output of the laser beam is averaged More than 25 times the output, and (ii) when using quartz as the workpiece, the laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output of the laser beam is 6 times or more the average output. .
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態によれば、加工対象物に対してレーザ光を照射し、該レーザ光を加工対象物の表面又は内部に集光させることで、集光部近傍に加熱などによる物理的又は化学的な改質を生じさせる。加工対象物における改質領域は、一般的に他の部位と比較して脆化するため、改質領域を起点とすることで分断等の加工を容易に行うことが出来る。 According to the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the processing object is irradiated with laser light, and the laser light is condensed on the surface or inside of the processing object, so that it is near the condensing unit. It causes physical or chemical modification such as by heating. Since the modified region in the object to be processed is generally brittle as compared with other parts, it is possible to easily perform processing such as division by using the modified region as a starting point.
より具体的には、加工対象物におけるレーザ光の照射領域(具体的には、集光部近傍)では、レーザ光の照射中は、短時間の急激な加熱による気化の後、過冷却状態となるという一連の状態変化が生じる。このとき、一連の状態変化により、加熱状態では急激な熱膨張が生じ、過冷却状態では急速な収斂により、体積又は密度の異なる部分が照射領域内に形成され、照射領域内に固体化状態となる部分が生じる。該固体化により、レーザ光の照射領域において改質が生じ、加工対象物の脆化が進む。また、収斂による応力の集中により、クラックが生じることがある。 More specifically, in the laser light irradiation region (specifically, near the condensing portion) of the workpiece, during the laser light irradiation, after being vaporized by a short rapid heating, A series of state changes occur. At this time, due to a series of state changes, rapid thermal expansion occurs in the heated state, and rapid convergence in the supercooled state forms portions with different volumes or densities in the irradiated region, and the solidified state in the irradiated region. The part which becomes becomes. Due to the solidification, the laser light irradiation region is modified, and the workpiece becomes more brittle. Also, cracks may occur due to stress concentration due to convergence.
特に、ガラスや水晶などの脆性材を加工対象物とする場合、照射領域においてレーザ光の照射による上述した一連の状態変化が生じる場合、照射領域外にまでクラックが伸展する可能性があることが知られている。これは、レーザ光の出力や照射時間の増加により、加工対象物におけるレーザ光の吸収エネルギが増大することに起因するものであり、集光部近傍の加工対象物を気化させた後の余剰のエネルギが周辺部に熱として蓄積することに起因する。このように蓄積した熱は、加工対象物内部の熱膨張を引き起こし、意図しない(つまり、レーザ光の照射により形成される改質領域以外の領域における)クラックの発生要因となる。ガラスや水晶などの脆性材内部においては、クラックは、比較的小さな力でも容易に脆性材内部に進展するため、このように意図しないクラックが加工対象物内に伸展する場合、脆性材の強度を著しく低下させ、加工精度の低下に繋がる。 In particular, when a brittle material such as glass or quartz is used as an object to be processed, there is a possibility that cracks may extend outside the irradiation region when the above-described series of state changes occur due to laser irradiation in the irradiation region. Are known. This is due to the increase in the laser beam absorption energy in the workpiece due to the increase in the laser beam output and irradiation time, and the surplus after vaporizing the workpiece in the vicinity of the condensing part. This is because energy is accumulated as heat in the peripheral portion. The heat accumulated in this manner causes thermal expansion inside the workpiece, and causes unintentional cracks (that is, in regions other than the modified region formed by laser light irradiation). Inside a brittle material such as glass or quartz, a crack easily propagates inside the brittle material even with a relatively small force. Therefore, when such an unintended crack extends into the workpiece, the strength of the brittle material is reduced. This significantly reduces the processing accuracy.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態は、レーザ光を出射するレーザ光源における出射条件が、制御手段により制御される。具体的には、制御手段は、加工対象物の材質(言い換えれば、加工対象物の脆性等、加工精度に係るパラメータ)に応じて、パルス状のレーザ光の平均出力とパルスピーク時の出力との比率が所定の基準を満たすようにレーザ光源の駆動を制御する。 In the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the emission conditions in the laser light source that emits the laser light are controlled by the control means. Specifically, the control means determines the average output of the pulsed laser beam and the output at the peak of the pulse according to the material of the workpiece (in other words, parameters related to the machining accuracy such as brittleness of the workpiece). The drive of the laser light source is controlled so that the ratio of the above satisfies a predetermined standard.
制御手段は、例えば加工対象物がガラスである場合、パルス状のレーザ光のピーク時の出力を、平均出力に対して25倍以上とする。また、加工対象物が水晶である場合、パルス状のレーザ光のピーク時の出力を、平均出力に対して6倍以上とする。 For example, when the workpiece is glass, the control means sets the output at the peak of the pulsed laser beam to 25 times or more of the average output. Further, when the object to be processed is quartz, the output at the peak of the pulsed laser beam is set to 6 times or more than the average output.
このように設定する場合、レーザ光の照射領域においては、相対的に高エネルギとなる高出力のピーク時のレーザ光により、加工対象物の表面又は内部の照射領域に気化などによる改質が生じ、好適な加工が可能となる。一方で、非ピーク時においては、加工対象物におけるレーザ光のエネルギ吸収量がピーク時と比較して相対的に低くなるため、照射領域に蓄積される熱を放出させ、温度の上昇を好適に防止出来る。 In such a setting, in the laser light irradiation region, the surface of the workpiece or the internal irradiation region is modified by vaporization or the like due to the high-power peak laser light with relatively high energy. , Suitable processing becomes possible. On the other hand, at the non-peak time, the amount of energy absorbed by the laser beam in the workpiece is relatively low compared to the peak time, so that the heat accumulated in the irradiation region is released and the temperature rise is suitably performed. It can be prevented.
上述のようにパルス状のレーザ光の出力を設定することで、加工対象物内部に蓄積される熱を好適に逃がすことが可能となり、熱膨張によるクラックの発生及び伸展を抑制することが出来る。このようなレーザ加工を行うことで、クラックなどを含む改質が生じる領域をレーザ光の照射領域及び出射条件に応じて制限することが出来、加工精度の向上に繋がる。また、このような改質領域を起点として、加工対象物の分断などの更なる加工を実施する場合、制限された領域内に集中的に生じるクラックなどを含む改質により高精度の分断が可能となる。このため、意図しない領域に生じたクラックによる加工精度の劣化を防止することが出来、高精度に形成される改質領域を起点とする種々の加工を好適に実現することが可能となる。 By setting the output of the pulsed laser beam as described above, it is possible to suitably release the heat accumulated inside the workpiece, and it is possible to suppress the generation and extension of cracks due to thermal expansion. By performing such laser processing, it is possible to limit the region where the modification including cracks or the like occurs according to the laser light irradiation region and the emission condition, leading to improvement in processing accuracy. In addition, when further processing such as parting of the workpiece is performed starting from such a modified region, high-accuracy cutting is possible by modification including cracks that occur intensively in the restricted region. It becomes. For this reason, it is possible to prevent deterioration of processing accuracy due to cracks generated in an unintended region, and it is possible to suitably realize various processings starting from a modified region formed with high accuracy.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の一の態様では、前記制御手段は、ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光の平均出力を0.01W以上、4W以下に制御する。 In one aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the control means controls the average output of the laser beam to 0.01 W or more and 4 W or less when glass is used as the processing object.
この態様によれば、ガラスを加工対象物とするレーザ加工に際し、パルス状のレーザ光の出射条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the emission condition of the pulsed laser beam when performing laser processing using glass as a processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記集光手段は、ガラスを前記加工対象物とする場合、前記加工対象物における前記レーザ光のビーム径が40マイクロメートル以上、140マイクロメートル以下となるよう前記レーザ光を集光する。 In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, when the condensing means uses glass as the processing target, the beam diameter of the laser light on the processing target is 40 micrometers or more, The laser beam is condensed so as to be 140 micrometers or less.
この態様によれば、ガラスを加工対象物とするレーザ加工に際し、パルス状のレーザ光の出射条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the emission condition of the pulsed laser beam when performing laser processing using glass as a processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記加工対象物を前記レーザ光に対して相対的に移動させる移動手段を更に備え、前記移動手段は、ガラスを前記加工対象物とする場合、前記加工対象物を前記レーザ光に対して0.01ミリメートル毎秒以上、3ミリメートル毎秒以下の速度で相対的に移動させる。 In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the laser processing apparatus further includes moving means for moving the object to be processed relative to the laser beam, and the moving means includes glass as the object to be processed. In this case, the object to be processed is moved relative to the laser light at a speed of 0.01 millimeter / second or more and 3 millimeter / second or less.
この態様によれば、ガラスを加工対象物とするレーザ加工に際し、加工対象物の移動条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the moving condition of the processing object when performing laser processing using glass as the processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記制御手段は、水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光の平均出力を0.1W以上、10W以下に制御することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the control means controls the average output of the laser beam to 0.1 W or more and 10 W or less when crystal is the processing object. The laser processing apparatus according to
この態様によれば、水晶を加工対象物とするレーザ加工に際し、パルス状のレーザ光の出射条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the emission condition of the pulsed laser beam when performing laser processing using quartz as a processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記集光手段は、水晶を前記加工対象物とする場合、前記加工対象物における前記レーザ光のビーム径が40マイクロメートル以上、300マイクロメートル以下となるよう前記レーザ光を集光する。 In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, when the condensing means uses quartz as the processing target, the beam diameter of the laser light on the processing target is 40 micrometers or more, The laser beam is focused so as to be 300 micrometers or less.
この態様によれば、水晶を加工対象物とするレーザ加工に際し、パルス状のレーザ光の出射条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the emission condition of the pulsed laser beam when performing laser processing using quartz as a processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記加工対象物を前記レーザ光に対して相対的に移動させる移動手段を更に備え、前記移動手段は、水晶を前記加工対象物とする場合、前記加工対象物を前記レーザ光に対して0.01ミリメートル毎秒以上、50ミリメートル毎秒以下の速度で相対的に移動させる。 In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the laser processing apparatus further includes moving means for moving the object to be processed relative to the laser beam, and the moving means includes a crystal as the object to be processed. In this case, the workpiece is moved relative to the laser light at a speed of 0.01 millimeter / second or more and 50 millimeter / second or less.
この態様によれば、水晶を加工対象物とするレーザ加工に際し、加工対象物の移動条件を適切に設定出来る。従って、意図しないクラックの進展による加工精度の劣化を抑制し、高精度の加工を実現可能となる。 According to this aspect, it is possible to appropriately set the moving condition of the processing object when performing laser processing using quartz as the processing object. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing accuracy due to the unintended crack progress and realize high-precision processing.
本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の他の態様では、前記レーザ光源は、炭酸ガスレーザ光源である。 In another aspect of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the laser light source is a carbon dioxide laser light source.
上述の出射条件を満たすことで、従来FS(Femto Second)レーザ又はPS(Pico Second)レーザなどといったパルスの繰り返し周波数が比較的高い高価なレーザが必要とされている硬質ガラスなどの加工について、比較的安価な炭酸ガスレーザを用いることが可能となる。また、この態様によれば、比較的簡単に上述したレーザ光のパルス制御及び出力制御を実現出来る。 Compared to the processing of hard glass and the like that require an expensive laser with a relatively high pulse repetition frequency, such as a conventional FS (Femto Second) laser or PS (Pico Second) laser, by satisfying the above emission conditions. An inexpensive carbon dioxide laser can be used. Further, according to this aspect, the above-described laser light pulse control and output control can be realized relatively easily.
本発明のレーザ加工装置の第2実施形態は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光手段と、前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断手段とを備え、前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、前記分断手段は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させる。 The second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that performs laser processing using glass or quartz as an object to be processed, and includes a laser light source that emits laser light and a control that controls the emission conditions of the laser light. Means for condensing the laser beam on the object to be processed, and dividing means for dividing the object to be processed using a modified region formed by the laser beam, the control means (I) When glass is used as the object to be processed, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output. (Ii) When quartz is used as the object to be processed, The laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output is 6 times or more of the average output, and the dividing means divides the laser beam and the branched laser beam is 0.5 mm. Le or condenses at a position corresponding to the modified region in the beam diameter 5 millimeters or less is formed on the workpiece.
本発明のレーザ加工装置の第2実施形態によれば、上述した本発明のレーザ加工装置の第1実施形態によるものと同様に、加工対象物に対して改質領域を形成する加工を行うことが出来る。 According to the second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, similarly to the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention described above, the processing for forming the modified region is performed on the workpiece. I can do it.
レーザ加工装置の第2実施形態の分断手段は、加工用のレーザ光源より照射されるレーザ光を分岐させ、加工対象物の改質領域内の分断面に沿って集光させる。分断手段は、該集光により、加工対象物の改質領域内の微小体積内に、加熱による熱応力を生じさせ、該熱応力により改質領域を起点とする熱応力分断を行う。 The dividing means of the second embodiment of the laser processing apparatus branches the laser light emitted from the processing laser light source and condenses it along the divided section in the modified region of the processing object. The dividing means generates thermal stress due to heating in the minute volume in the modified region of the workpiece by the light collection, and performs thermal stress separation starting from the modified region by the thermal stress.
レーザ加工装置の第2実施形態によれば、一つのレーザ光源を有する装置を用いることで、加工対象物に対して改質領域を形成させる第1の加工と、該改質領域を用いて加工対象物を分断する第2の加工とを実施することが出来る。 According to the second embodiment of the laser processing apparatus, by using an apparatus having one laser light source, the first processing for forming the modified region on the object to be processed, and the processing using the modified region. A second process for dividing the object can be performed.
尚、上述した第1実施形態のレーザ加工装置が取り得る各種態様に対応して、第2実施形態のレーザ加工装置も各種態様を採用することができる。 Incidentally, in response to the various aspects that the laser processing apparatus of the first embodiment can take, the laser processing apparatus of the second embodiment can also adopt various aspects.
本発明のレーザ加工装置の第2実施形態の一の態様では、前記分断手段は、前記集光手段が前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる際に、前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に、前記分岐されたレーザ光を集光させる。 In one aspect of the second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention, the dividing means is formed on the processing object when the condensing means condenses the laser light on the processing object. The branched laser beam is condensed at a position corresponding to the modified region.
この態様によれば、加工用のレーザ光による改質領域を形成させる第1の加工と、該改質領域を起点とした熱応力による加工対象物を分断する第2の加工とを平行して実施出来る。従って、加工対象物を分断する際の、改質領域の形成と分断とを含む一連の分断処理に要するタクトタイムの短縮を実現出来る。 According to this aspect, the first processing for forming the modified region by the processing laser beam and the second processing for dividing the workpiece by thermal stress starting from the modified region are performed in parallel. Can be implemented. Accordingly, it is possible to reduce the tact time required for a series of dividing processes including the formation and dividing of the modified region when dividing the workpiece.
本発明のレーザ加工方法の第1実施形態は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工方法であって、レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光工程とを備え、前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御する。 1st Embodiment of the laser processing method of this invention is a laser processing method which laser-processes glass or quartz as a processing target object, Comprising: The control process which controls the emission conditions of the laser light source which radiate | emits a laser beam, and said laser beam A light condensing step for condensing the laser beam on the object to be processed, and the control step (i) when using glass as the object to be processed, the pulse peak output of the laser beam is 25 times the average output. As described above, (ii) in the case where quartz is used as the workpiece, the laser beam emission conditions are controlled so that the pulse peak output of the laser beam is 6 times or more the average output.
本発明のレーザ加工方法の第1実施形態によれば、レーザ加工装置を用いて、上述した本発明のレーザ加工装置の第1実施形態によるものと同様の効果を得ることが出来る。尚、本発明のレーザ加工方法の第1実施形態についても、上述した本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の各種態様と同様の各種態様を採用してもよい。 According to the first embodiment of the laser processing method of the present invention, using the laser processing apparatus, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention described above. In addition, also about 1st Embodiment of the laser processing method of this invention, you may employ | adopt the various aspects similar to the various aspects of 1st Embodiment of the laser processing apparatus of this invention mentioned above.
本発明のレーザ加工方法の第2実施形態は、ガラス又は水晶を加工対象物としてレーザ加工するレーザ加工方法であって、レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光工程と、前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断工程とを備え、前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、前記分断工程は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させる。 A second embodiment of the laser processing method of the present invention is a laser processing method for laser processing using glass or quartz as an object to be processed, the control step for controlling the emission conditions of a laser light source for emitting laser light, and the laser A condensing step of condensing light on the workpiece, and a dividing step of dividing the workpiece using a modified region formed by the laser beam, the control step comprising (i) When glass is the processing object, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when quartz is the processing object, the pulse peak output of the laser light is The laser beam emission conditions are controlled so that the average output is 6 times or more. In the dividing step, the laser beam is branched, and the branched laser beam is 0.5 mm or more and 5 mm or more. Toru is converged at a position corresponding to the modified region formed in the workpiece by the following beam diameter.
本発明のレーザ加工方法の第2実施形態によれば、レーザ加工装置を用いて、上述した本発明のレーザ加工装置の第2実施形態によるものと同様の効果を得ることが出来る。尚、本発明のレーザ加工方法の第2実施形態についても、上述した本発明のレーザ加工装置の第1実施形態の各種態様と同様の各種態様を採用してもよい。 According to the second embodiment of the laser processing method of the present invention, using the laser processing apparatus, it is possible to obtain the same effect as that of the above-described second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention. In addition, also about 2nd Embodiment of the laser processing method of this invention, you may employ | adopt the various aspects similar to the various aspects of 1st Embodiment of the laser processing apparatus of this invention mentioned above.
以上、説明したように、本発明のレーザ加工装置の第1実施形態は、レーザ光源と、集光手段と、制御手段とを備える。本発明のレーザ加工装置の第2実施形態は、レーザ光源と、集光手段と、制御手段と、分断手段とを備える。本発明のレーザ加工方法の第1実施形態は、集光工程と、制御工程とを備える。本発明のレーザ加工方法の第2実施形態は、集光工程と、制御工程と、分断工程を備える。 As described above, the first embodiment of the laser processing apparatus of the present invention includes the laser light source, the condensing unit, and the control unit. The second embodiment of the laser processing apparatus of the present invention includes a laser light source, a condensing unit, a control unit, and a dividing unit. 1st Embodiment of the laser processing method of this invention is provided with a condensing process and a control process. 2nd Embodiment of the laser processing method of this invention is equipped with a condensing process, a control process, and a cutting process.
このため、ガラスや水晶などの脆性材を加工対象物とする場合のレーザ加工において、意図しないクラックが生じることを好適に抑制し、加工精度の向上を実現出来る。 For this reason, in laser processing in the case where a brittle material such as glass or quartz is used as a processing object, it is possible to suitably suppress the occurrence of unintended cracks and improve processing accuracy.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)レーザ加工装置の構成
先ず、図1を参照して、本発明のレーザ加工装置の一例である、レーザ加工装置1の基本的な構成について説明する。
(1) Configuration of Laser Processing Apparatus First, a basic configuration of a
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、制御部10と、レーザ電源11と、レーザ光源12と、ミラー13と、1/2波長板14と、ミラー15と、ビームエキスパンダ16と、ビームコンバイナ17と、レンズブロック18と、集光レンズ19とを備える。また、レーザ加工装置1は、ガイド用のレーザダイオード(LD)21と、ガイド用光学系22とを備える。
As shown in FIG. 1, the
制御部10は、本発明の制御手段の一例であって、レーザ加工装置1の各部の動作を制御するCPU等を含む。制御部10は、パルス状であり、所定の繰り返し周波数、平均出力、パルスピーク出力などの出射条件を満たすレーザ光L1を出射するようレーザ電源11及びレーザ光源12の動作を制御する。また、制御部10は、レーザ光L1の出射による加工対象物50の加工に伴って、レーザ光L1の集光部F1のビーム径を変更するよう、レンズブロック18の動作を制御する。また、制御部10は、レーザ光L1の出射に伴って、加工対象物50を載置するステージ40をレーザ光L1の光軸方向に直交する面内などにおいて移動させる制御を行う。
The
レーザ電源11は、レーザ光源12を駆動させるための電力を供給する電源と、パルス制御装置とを備え、例えばユーザによる指示の入力を受けて、所望の態様でレーザ光源に対して電流の供給を行い、駆動させる。
The
レーザ光源12は、本発明のレーザ光源の一例であって、レーザ発生部、結集素子、位相変調器及び共振器などを備え、レーザ電源11から供給される電流に応じてレーザ光L1を発生させ、ミラー13方向へ出射する。レーザ光源12は、パルス制御及び出力制御に優れる光源であることが好ましく、例えば最大出力100W程度の円偏光又は直線偏光を付加する炭酸ガスレーザ光源である。
The
レーザ光源12より出射されるレーザ光L1は、ミラー13を介して1/2波長版14において位相差(或いは、偏光状態)を調整された後、ミラー15を介してビームエキスパンダ16に入射する。
The laser light L1 emitted from the
ビームエキスパンダ16は、本発明の集光手段の構成要素の一例であり、平行光の態様で入射するレーザ光L1のビーム径を拡大する機構である。具体的には、ビームエキスパンダ16は、後述する集光レンズ19による集光と併せて、レーザ光L1の加工対象物50における集光部F1のビーム径が所定の範囲内となるよう調整する。ビームエキスパンダ16によるビーム径の拡大比率などは、後述する集光レンズ19の開口度などに応じて設定される。
The
ビームコンバイナ17は、レーザ光L1を透過させ、一方でガイド用のレーザ光L2を反射させることで、両者を同一の光路上に合成するハーフミラーなどである。
The
ガイド用のレーザ光L2は、ガイド用のLD21により出射されるレーザ光であり、ビームコンバイナ17によってレーザ光L1と同一の光路上に組み込まれ集光レンズ19により加工対象物50上に集光される距離測定、又はサーボ駆動用のレーザ光である。レーザ光L2の光路上には、ビーム成形用のレンズ、集光レンズ又はシリンドリカルレンズなど、用途に応じたガイド用光学系22が配置される。
The guide laser beam L2 is a laser beam emitted from the
レンズブロック18は、集光レンズ19を保持するレンズユニットであり、集光レンズ19をレーザ光L1の光軸方向に移動させるスライド機構などを有する。
The
集光レンズ19は、主にレーザ光L1を加工対象物50の表面又は内部に集光し、典型的には、焦点位置に集光部F1を形成するレンズである。集光レンズ19の開口度は、集光部F1のビーム径に合わせて設定されることが好ましい。レンズブロック18は、例えば、制御部10からの制御信号に応じて集光レンズ19をレーザ光L1の光軸方向に移動させることで、加工対象物50の表面又は内部の所望の位置に形成される集光部F1のビーム径を調整する。
The condensing
ステージ40は、加工対象物50を載置する載置台であり、レーザ光L1の光軸方向に対して直行する面内などにおいて加工対象物50を移動可能な機構を備える。例えば、ステージ40は、制御部10から供給される制御信号に応じた速度で加工対象物50を、レーザ光L1の集光部F1に対して相対的に移動させる。
The
(2)加工条件
レーザ加工装置1の制御部10は、例えばユーザからの入力などに応じて加工対象物50の材質(ひいては、脆性等の該加工対象物50の材質に依存する性質)を把握し、材質に応じた加工条件を満たすよう各部の動作の態様を設定する。
(2) Processing conditions The
レーザ加工装置1では、制御部10は、ガラスを加工対象物50とする場合の加工条件Aと、水晶を加工対象物50とする場合の加工条件Bとの少なくとも2通りの加工条件に応じて各部の動作の態様を設定可能となる。以下に説明するように、制御部10の制御対象となる主な各部の動作の態様は、(1)パルス状のレーザ光L1における平均出力に対するパルスピーク出力比、(2)レーザ光L1の平均出力、(3)加工時にレーザ光L1の集光部F1に対してステージ40(ひいては加工対象物50)を移動させる際の相対速度、及び(4)レーザ光L1の集光部F1におけるビーム径である。
In the
加工対象物50の材質がガラスである場合の加工条件Aについて説明する。制御部10は、ガラスを加工対象物50とするレーザ加工時に、以下に説明する条件A1乃至A4のいずれか、又は適宜組み合わせた加工条件を満たすように、各部の動作の態様を制御する。
Processing conditions A when the material of the
制御部10は、好適には、レーザ光L1のパルスピーク時の出力が平均出力の25倍以上となるようレーザ光源12の動作を制御する(条件A1)。
The
制御部10は、更に好適には、レーザ光L1の平均出力が0.01W以上4W以下となるようレーザ光源12の動作を制御する(条件A2)。ここに、平均出力とは、パルス状のレーザ光L1の一周期辺りの出力の平均値である。図2に、パルス状のレーザ光L1の出力の時系列的な変化の例を示す。
More preferably, the
制御部10は、更に好適には、レーザ光L1の照射による加工対象物50の加工時に、集光部F1に対するステージ40の相対移動速度が0.01ミリメートル毎秒以上、3ミリメートル毎秒以下となるようステージ40の動作を制御する(条件A3)。
More preferably, the
制御部10は、更に好適には、レーザ光L1の加工対象物50の表面又は内部に形成される集光部F1のビーム径が40マイクロメートル以上、140マイクロメートル以下となるようビームエキスパンダ16及びレンズブロック18の動作を制御する(条件A4)。
More preferably, the
上述した各条件A1乃至A4に規定される加工条件を満たす設定で、硬質ガラス(光学ガラス)に対してレーザ光L1の照射による加工を行った場合における、本願発明者等によって行われた加工の評価について説明する。加工対象物50について、レーザ光L1の照射により照射領域外におけるクラックが生じないものを良好な加工、改質領域外においてクラックが生じるものを不良の加工として分類する。条件A1について、パルスピーク時の出力が平均出力の25倍以上となる領域では良好な加工が観察される一方で、パルスピーク時の出力が平均出力の25倍未満となる領域では良好な加工は観察されなかった。
The processing performed by the inventors of the present application when processing hard glass (optical glass) by irradiating with laser light L1 in a setting satisfying the processing conditions defined in the above-described conditions A1 to A4. The evaluation will be described. With respect to the
条件A2について、レーザ光L1の平均出力が4W以下の領域では良好な加工が観察される一方で、平均出力が4Wを超える領域では良好な加工は観察されなかった。また、レーザ光L1の平均出力が0.01Wを下回る領域では加工対象物50に改質が生じなかった。
Regarding condition A2, good processing was observed in the region where the average output of the laser beam L1 was 4 W or less, but good processing was not observed in the region where the average output exceeded 4 W. In addition, in the region where the average output of the laser beam L1 is less than 0.01 W, the
条件A3について、ステージ40の相対移動速度が3ミリメートル毎秒以下となる領域では良好な加工が観察される一方で、ステージ40の相対移動速度が3ミリメートル毎秒を超える領域では良好な加工は観察されなかった。また、ステージ40の相対移動速度が0.01ミリメートル毎秒以下となる領域では、加工に長時間要することから加工機として好ましくないとされる。
Regarding condition A3, good processing is observed in the region where the relative movement speed of the
条件A4について、集光部F1のビーム径が40マイクロメートル以上、140マイクロメートル以下となる範囲では良好な加工が観察される一方で、ビーム径が範囲外となる加工においては良好な加工は観察されなかった。 Regarding condition A4, good processing is observed in the range where the beam diameter of the condensing part F1 is 40 micrometers or more and 140 micrometers or less, but in the processing where the beam diameter is out of the range, good processing is observed. Was not.
加工対象物50の材質が水晶である場合の加工条件について説明する。制御部10は、水晶を加工対象物50とするレーザ加工時に、以下に説明する条件B1乃至B4のいずれか、又は適宜組み合わせた加工条件を満たすように、各部の動作の態様を制御する。
Processing conditions when the material of the
制御部10は、好適には、レーザ光L1のパルスピーク時の出力が平均出力の6倍以上となるようレーザ光源12の動作を制御する(条件B1)。
Preferably, the
更に好適には、制御部10は、レーザ光L1の平均出力が0.1W以上10W以下となるようレーザ光源12の動作を制御する(条件B2)。
More preferably, the
更に好適には、制御部10は、レーザ光L1の照射による加工対象物50の加工時に、集光部F1に対するステージ40の相対移動速度が0.01ミリメートル毎秒以上、50ミリメートル毎秒以下となるようステージ40の動作を制御する(条件B3)。
More preferably, the
更に好適には、制御部10は、レーザ光L1の加工対象物50の表面又は内部に形成される集光部F1のビーム径が40マイクロメートル以上、300マイクロメートル以下となるようビームエキスパンダ16及びレンズブロック18の動作を制御する(条件B4)。
More preferably, the
上述した各条件B1乃至B4に規定される加工条件を満たす設定で、水晶に対してレーザ光L1の照射による加工を行った場合における、本願発明者等によって行われた加工の評価について説明する。加工対象物50について、レーザ光L1の照射により照射領域外におけるクラックが生じないものを良好な加工、改質領域外においてクラックが生じるものを不良の加工として分類する。条件B1について、パルスピーク時の出力が平均出力の6倍以上となる領域では良好な加工が観察される一方で、パルスピーク時の出力が平均出力の6倍未満となる領域では良好な加工は観察されなかった。
An explanation will be given of the evaluation of the processing performed by the inventors of the present application when processing is performed by irradiating the laser beam L1 on the crystal with the setting satisfying the processing conditions defined in the above-described conditions B1 to B4. With respect to the
条件B2について、レーザ光L1の平均出力が10W以下の領域では良好な加工が観察される一方で、平均出力が10Wを超える領域では良好な加工は観察されなかった。また、レーザ光L1の平均出力が0.1Wを下回る領域では加工対象物50に改質が生じなかった。
Regarding condition B2, good processing was observed in the region where the average output of the laser beam L1 was 10 W or less, but good processing was not observed in the region where the average output exceeded 10 W. In addition, in the region where the average output of the laser beam L1 is less than 0.1 W, the
条件B3について、ステージ40の相対移動速度が50ミリメートル毎秒以下となる領域では良好な加工が観察される一方で、ステージ40の相対移動速度が50ミリメートル毎秒を超える領域では良好な加工は観察されなかった。また、ステージ40の相対移動速度が0.01ミリメートル毎秒以下となる領域では、加工に長時間要することから加工機として好ましくないとされる。
Regarding condition B3, good machining is observed in the region where the relative movement speed of the
条件B4について、集光部F1のビーム径が40マイクロメートル以上、300マイクロメートル以下となる範囲では良好な加工が観察される一方で、ビーム径が範囲外となる加工においては良好な加工は観察されなかった。 Regarding condition B4, good processing is observed in the range where the beam diameter of the condensing part F1 is 40 micrometers or more and 300 micrometers or less, while in the processing where the beam diameter is out of the range, good processing is observed. Was not.
ここに、(1)レーザ光L1の平均出力に対するピーク出力比133、(2)レーザ光L1の平均出力0.56W、(3)ステージ40の相対移動速度0.1ミリメートル毎秒、及び(4)集光部F1におけるビーム径68マイクロメートル(設計値)、の条件下でレーザ光L1を硬質ガラスに照射する場合を例として、得られた結果を説明する。このとき、レーザ光L1の集光領域に沿って幅100マイクロメートルの改質領域が形成され、該改質領域内に複数のクラックが観察された。他方で、改質領域外への100マイクロメートル以上のクラックの進展は観察されなかった。形成された改質領域を起点として硬質ガラスを分断したところ、照射領域に沿って鏡面となる分断面が得られ、外形寸法公差が60マイクロメートル未満となった。
Here, (1) the peak output ratio 133 with respect to the average output of the laser beam L1, (2) the average output of the laser beam L1 is 0.56 W, (3) the relative movement speed of the
また、改質領域は脆化しているため、分断後、分断面に残る改質したガラスについては比較的簡単に除去出来る。例えば、分断後、分断面から100マイクロメートル程の領域を研磨などによって除去することで、クラックなどの痕跡を排除することが出来る。 Further, since the modified region is brittle, the modified glass remaining on the sectional surface after the division can be removed relatively easily. For example, traces such as cracks can be eliminated by removing an area of about 100 micrometers from the sectional surface after cutting by polishing or the like.
尚、上述した加工条件を用いる場合、例えば、複数回のレーザ光L1の照射により照射領域同士が交差する場合であっても、形成された改質領域におけるクラックの進展などの影響が生じない。このため、加工の自由度を保証することが出来る。 In addition, when using the processing conditions mentioned above, even if it is a case where irradiation area | regions cross | intersect by irradiation of the laser beam L1 several times, the influence of the progress of the crack in the formed modification | reformation area | region, etc. does not arise. For this reason, the freedom degree of a process can be guaranteed.
(3)変形例
レーザ加工装置1の変形例であるレーザ加工装置1’について説明する。図3は、レーザ加工装置1’の構成を示す図である。尚、図3において、図1と同一の番号を付している部分は、図1に示されるレーザ加工装置1と同様の構成であってよい。例えば、レーザ加工装置1’は、レーザ加工装置1と同様に、制御部10、レーザ電源11と、レーザ光源12と、ミラー13と、1/2波長板14と、ビームエキスパンダ16と、ビームコンバイナ17と、レンズブロック18と、集光レンズ19、ガイド用のレーザダイオード(LD)21と、ガイド用光学系22とを備える。
(3) Modification A
更に、レーザ加工装置1’は、ミラー15に代わる構成として、偏光ビームスプリッタ31を備える。偏光ビームスプリッタ31は、1/2波長板14を通過したレーザ光L1の一部をビームエキスパンダ16方向に反射する一方で、レーザ光L1の一部を分断用のレーザ光L3として分岐させ、ミラー32方向に透過させる。ミラー32は、レーザ光L3をビームエキスパンダ33に入射させるよう反射する。
Further, the
ビームエキスパンダ33は、本発明のレーザ光の第2実施形態における分断手段の一構成例であり、平行光の態様で入射するレーザ光L3のビーム径を調整して出射する。具体的には、ビームエキスパンダ33は、集光レンズ19による集光と併せて、レーザ光L3の加工対象物50における集光部F3のビーム径が所定の範囲内となるよう調整する。ビームエキスパンダ33によるレーザ光L3のビーム径の拡大比率などは、後述する集光レンズ19の開口度などに応じて設定される。
The
ビームエキスパンダ33より出射されたレーザ光L3は、光路上に配置されるビーム成形用のレンズ、集光レンズ又はシリンドリカルレンズなどの用途に応じた分断用光学系34を介して偏光ビームスプリッタ36においてレーザ光L1と同一の光路上に合成される。偏光ビームスプリッタ36は、レーザ光L3を透過させる一方で、ビームエキスパンダ16より出射し、ミラー35により光軸を調整されたレーザ光L1を反射させ、両者を同一の光路上に合成する。
The laser beam L3 emitted from the
同一の光路上を進むレーザ光L1とレーザ光L3とは、集光レンズ19において加工対象物50の表面又は内部に集光され、夫々集光部F1、F3を形成する。集光部F1では、レーザ光L1のエネルギ吸収により加工対象物50の表面又は内部において気化などによる改質領域の形成が生じる。他方、集光部F3では、レーザ光L3のエネルギ吸収により加工対象物50の表面又は内部に形成される改質領域内が加熱され、熱膨張による応力が生じる。このとき脆化した改質領域内に集中する応力により、改質領域を起点とする加工対象物50の分断が生じる。
The laser light L1 and the laser light L3 traveling on the same optical path are condensed on the surface or inside of the
かかる集光部F1におけるレーザ光L1の出力及びビーム径は、加工対象物50の材質に応じて制御部10により制御される。具体的には、レーザ光L1の出力及びビーム径、並びに集光部F1に対するステージ40の相対移動速度は、上述した加工条件を満たすものである。
The output and the beam diameter of the laser beam L1 in the condensing unit F1 are controlled by the
同様に、集光部F3におけるレーザ光L3の出力及びビーム径は、加工対象物50の材質に応じて制御部10による制御下にある。制御部10は、好適に加工対象物50の表面又は内部に応力を生じさせるために、例えば、分断用のレーザ光L3を平均出力20W以上100W以下の範囲に設定し、集光部F3におけるビーム径を0.5ミリメートル以上5ミリメートルの範囲に設定する。尚、本願発明者等によって行われた加工の実験により、上述の条件下において、硬質ガラス又は水晶である加工対象物50の分断が確認されている。
Similarly, the output and beam diameter of the laser beam L3 in the condensing unit F3 are under the control of the
以上、説明したようにレーザ加工装置1’は、加工用のレーザ光L1を照射することにより、加工対象物50の表面又は内部に改質領域を形成する。また、レーザ加工装置1’は、該改質領域に対してレーザ光L1より分岐した分断用のレーザ光L3を照射することにより、改質領域内に熱膨張による応力を生じさせ改質領域を起点とする分断を行う。従って、レーザ加工装置1’は、上述したレーザ加工装置1と同様の加工精度を維持しつつ、加工対象物50の表面又は内部に改質領域を形成する第1の加工と、脆化した該改質領域を起点として熱応力により加工対象物50を分断する第2の加工とを行うことが可能となる。これは、加工対象物50を加工する拠点における装置配置上、有益である。
As described above, the
例えばレーザ加工装置1’は、第1の加工と第2の加工とを同時に実施してもよく、この場合、上述の利点に加えて、加工対象物50の分断のための一連の処理に要するタクトタイムの低減との更なる利点を有する。
For example, the
尚、第1の加工と第2の加工とは相異なるタイミングにおいて実施されるものであってもよい。この場合レーザ加工装置1'は、加工用のレーザ光L1及び分断用のレーザ光L3の一方を加工対象物50に照射する間、他方を照射しないよう、夫々のレーザ光の光路状にシャッタを備えていてもよい。
The first process and the second process may be performed at different timings. In this case, the
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うレーザ加工装置及び方法などもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the scope or spirit of the invention that can be read from the claims and the entire specification. And the method are also included in the technical scope of the present invention.
1 レーザ加工装置、
10 制御部、
11 レーザ電源
12 レーザ光源、
13、15 ミラー、
14 1/2波長板、
16 ビームエキスパンダ、
17 ビームコンバイナ、
18 レンズブロック、
19 集光レンズ、
40 ステージ、
50 加工対象物、
L1 (加工用)レーザ光、
L2 (ガイド用)レーザ光、
L3 (分断用)レーザ光。
1 Laser processing equipment,
10 control unit,
11
13, 15 mirror,
14 1/2 wavelength plate,
16 beam expander,
17 Beam combiner,
18 Lens block,
19 Condensing lens,
40 stages,
50 processing object,
L1 (for processing) laser light,
L2 (for guide) laser light,
L3 (for cutting) laser light.
Claims (12)
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光手段と
を備え、
前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus for laser processing glass or quartz as a processing object,
A laser light source for emitting laser light;
Control means for controlling the laser light emission conditions;
Condensing means for condensing the laser beam on the workpiece,
When the control means is (i) glass as the processing object, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when crystal is the processing object, A laser processing apparatus, wherein the laser beam emission condition is controlled so that a pulse peak output of the laser beam is 6 times or more of an average output.
前記移動手段は、ガラスを前記加工対象物とする場合、前記加工対象物を前記レーザ光に対して0.01ミリメートル毎秒以上、3ミリメートル毎秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 A moving means for moving the workpiece relative to the laser beam;
The moving means moves the processing object relative to the laser light at a speed of 0.01 millimeter / second or more and 3 millimeter / second or less when glass is used as the processing object. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記移動手段は、水晶を前記加工対象物とする場合、前記加工対象物を前記レーザ光に対して0.01ミリメートル毎秒以上、50ミリメートル毎秒以下の速度で相対的に移動させることを特徴とする請求項1、5及び6のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 A moving means for moving the workpiece relative to the laser beam;
The moving means moves the processing object relative to the laser light at a speed of not less than 0.01 millimeters per second and not more than 50 millimeters per second when quartz is used as the processing target. The laser processing apparatus as described in any one of Claims 1, 5, and 6.
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光の出射条件を制御する制御手段と、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光手段と、
前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断手段と
を備え、
前記制御手段は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、
前記分断手段は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させることを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus for laser processing glass or quartz as a processing object,
A laser light source for emitting laser light;
Control means for controlling the laser light emission conditions;
Condensing means for condensing the laser beam on the workpiece;
Using a modified region formed by the laser beam, and a dividing means for dividing the workpiece.
When the control means is (i) glass as the processing object, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when crystal is the processing object, Controlling the laser beam emission conditions so that the pulse peak output of the laser beam is 6 times or more of the average output;
The dividing means branches the laser light, and the branched laser light is positioned at a position corresponding to the modified region formed on the workpiece with a beam diameter of 0.5 mm or more and 5 mm or less. A laser processing apparatus characterized by collecting light.
前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に、前記分岐されたレーザ光を集光させることを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工装置。 When the condensing unit condenses the laser light on the object to be processed,
The laser processing apparatus according to claim 9, wherein the branched laser light is condensed at a position corresponding to the modified region formed on the processing object.
レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と
前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光工程と
を備え、
前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御することを特徴とするレーザ加工方法。 A laser processing method for laser processing glass or quartz as a processing object,
A control step of controlling an emission condition of a laser light source that emits laser light, and a condensing step of condensing the laser light on the workpiece,
In the control step, (i) when glass is the processing target, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when quartz is the processing target, A laser processing method, wherein the laser beam emission condition is controlled so that a pulse peak output of the laser beam is 6 times or more of an average output.
レーザ光を出射するレーザ光源の出射条件を制御する制御工程と、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光工程と、
前記レーザ光により形成される改質領域を用いて、前記加工対象物を分断する分断工程と
を備え、
前記制御工程は、(i)ガラスを前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して25倍以上、(ii)水晶を前記加工対象物とする場合、前記レーザ光のパルスピーク出力を、平均出力に対して6倍以上となるよう前記レーザ光の出射条件を制御し、
前記分断工程は、前記レーザ光を分岐させ、且つ前記分岐されたレーザ光を0.5ミリメートル以上、5ミリメートル以下のビーム径で前記加工対象物に形成される前記改質領域に応じた位置に集光させることを特徴とするレーザ加工方法。 A laser processing method for laser processing glass or quartz as a processing object,
A control process for controlling emission conditions of a laser light source that emits laser light;
A condensing step of condensing the laser beam on the workpiece;
Using a modified region formed by the laser beam, and a dividing step of dividing the workpiece.
In the control step, (i) when glass is the processing target, the pulse peak output of the laser light is 25 times or more of the average output, and (ii) when quartz is the processing target, Controlling the laser beam emission conditions so that the pulse peak output of the laser beam is 6 times or more of the average output;
In the dividing step, the laser beam is branched, and the branched laser beam is positioned at a position corresponding to the modified region formed on the workpiece with a beam diameter of 0.5 mm or more and 5 mm or less. The laser processing method characterized by condensing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010173826A JP2012030268A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Laser machining apparatus and method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010173826A JP2012030268A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Laser machining apparatus and method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012030268A true JP2012030268A (en) | 2012-02-16 |
Family
ID=45844331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010173826A Withdrawn JP2012030268A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Laser machining apparatus and method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012030268A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154009A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社ディスコ | Laser processing groove detection method |
| CN110587118A (en) * | 2019-08-26 | 2019-12-20 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | Double-laser beam combining device and double-laser composite processing light beam system |
| CN116673619A (en) * | 2018-01-29 | 2023-09-01 | 浜松光子学株式会社 | Processing device |
-
2010
- 2010-08-02 JP JP2010173826A patent/JP2012030268A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154009A (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社ディスコ | Laser processing groove detection method |
| CN116673619A (en) * | 2018-01-29 | 2023-09-01 | 浜松光子学株式会社 | Processing device |
| CN110587118A (en) * | 2019-08-26 | 2019-12-20 | 西安铂力特增材技术股份有限公司 | Double-laser beam combining device and double-laser composite processing light beam system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5580826B2 (en) | Laser processing apparatus and laser processing method | |
| JP6551275B2 (en) | Laser processing apparatus, three-dimensional modeling apparatus, and laser processing method | |
| JP5836998B2 (en) | Crack generation method, laser cutting method and crack generation apparatus | |
| JP5967405B2 (en) | Laser cleaving method and laser cleaving apparatus | |
| TWI426970B (en) | Laser dicing apparatus | |
| TWI513529B (en) | Laser cutting method | |
| JP5379384B2 (en) | Laser processing method and apparatus for transparent substrate | |
| US11482826B2 (en) | Optical processing apparatus, optical processing method, and optically-processed product production method | |
| CN102896418B (en) | Laser dicing method | |
| JP5536319B2 (en) | Laser scribing method and apparatus | |
| JP2015174100A (en) | Laser processing device and laser processing method | |
| WO2019146653A1 (en) | Processing device | |
| JP2013180295A (en) | Machining apparatus and machining method | |
| CN203956324U (en) | Laser cutting machine for laser cutting film-coated plate or clad plate | |
| JP2010201479A (en) | Apparatus and method of laser beam machining | |
| WO2012063348A1 (en) | Laser processing method and device | |
| JP5318909B2 (en) | Laser dicing method | |
| JP2012030268A (en) | Laser machining apparatus and method thereof | |
| KR20120058274A (en) | The depth of the modified cutting device through a combination of characteristics | |
| JP2015123482A (en) | Laser dicing device and laser dicing method | |
| JP2007029952A (en) | Laser beam machining apparatus, and laser beam machining method | |
| JP2003001470A (en) | Laser processing apparatus and laser processing method | |
| JP2006247665A (en) | Method and apparatus for laser beam machining | |
| JP6238675B2 (en) | Laser processing method and inkjet head manufacturing method | |
| JP2021030249A (en) | Laser beam machining apparatus and laser beam machining method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20131105 |