JP2008000782A - Process stage, and laser beam machining apparatus having the same - Google Patents

Process stage, and laser beam machining apparatus having the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process stage capable of enhancing the durability by preventing any damage caused by irradiation of laser beams. <P>SOLUTION: In the process stage in which a transparent or translucent workpiece is loaded and moved in order to machine a predetermined part of the workpiece by allowing the workpiece to be irradiated with laser beams in a predetermined direction, at least a predetermined area of a surface irradiated with the laser beams is colored in black or the like, and a material of the area is formed of a ceramic or the like to prevent any damage, also the surface roughness of the surface irradiated with the laser beams is set to be ≤0.3 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、プロセスステージ及び該プロセスステージを備えたレーザ加工装置に係り、特に簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージ及び該プロセスステージを備えたレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a process stage and a laser processing apparatus including the process stage, and in particular, a process stage for easily preventing damage due to laser light irradiation and improving durability, and laser processing including the process stage. Relates to the device.

従来、レーザ加工装置を用いて、ガラス等の透明又は半透明である加工対象物に対するレーザ加工を行う場合、加工対象物をプロセスステージ上に載置し、加工対象物におけるレーザ光の照射地点への移動を行った後、レーザ発振器等から所定のパワーのレーザ光を出射させて加工対象物へ照射することで所定の加工を行っている。   Conventionally, when laser processing is performed on a transparent or translucent object to be processed such as glass using a laser processing apparatus, the object to be processed is placed on a process stage, and the laser beam is irradiated on the object to be processed. Then, predetermined processing is performed by emitting laser light having a predetermined power from a laser oscillator or the like and irradiating the object to be processed.

ここで、レーザ光の照射により加工対象物の加工を行う際、レーザ光が透明又は半透明である加工対象物を透過して、プロセスステージの表面にも照射されるため、ステージ表面が損傷してしまうことがある。そこで、従来ではステージの損傷を防止するため、ステージ表面にガラス板やテフロン（登録商標）等の耐性のある材料を取り付ける等の技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開平８−３０９５７６号公報 特開２００２−１４４０７０号公報 Here, when processing a workpiece by laser light irradiation, the laser beam passes through the transparent or translucent workpiece and is also irradiated onto the surface of the process stage, so that the stage surface is damaged. May end up. Therefore, conventionally, in order to prevent damage to the stage, there has been proposed a technique such as attaching a resistant material such as a glass plate or Teflon (registered trademark) to the stage surface (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). .)
JP-A-8-309576 JP 2002-144070 A

上述したような従来技術において、特許文献１には加工ステージの表面層に耐熱性樹脂を設け、その耐熱性樹脂が白色又は透明であることが示されている。しかしながら、白色にした場合には、耐熱性樹脂からの反射光により加工対象物に影響を与える恐れがある。また、透明にした場合であっても、結局その下にある加工ステージにレーザ光が照射されることになり損傷を避けられない。また、特許文献１は、耐熱性樹脂を表面に形成する必要が生じる。   In the prior art as described above, Patent Document 1 discloses that a heat resistant resin is provided on the surface layer of the processing stage, and the heat resistant resin is white or transparent. However, in the case of white, there is a possibility that the object to be processed is affected by the reflected light from the heat resistant resin. Moreover, even if it is made transparent, the laser beam is irradiated to the processing stage below it, and damage cannot be avoided. In Patent Document 1, it is necessary to form a heat-resistant resin on the surface.

また、特許文献２は、テーブルの上面に、受光板を配置する面として受光板載置面を形成し、ここに受光板を載置固定し、更にテーブルの上面に受光板よりも高い位置にレーザ加工ステージをスペーサ部で支えるといった複雑な構成が必要となる。   Further, in Patent Document 2, a light receiving plate mounting surface is formed on the upper surface of the table as a surface on which the light receiving plate is arranged, and the light receiving plate is placed and fixed on the upper surface of the table. A complicated configuration is required in which the laser processing stage is supported by the spacer portion.

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージ及び該プロセスステージを備えたレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a process stage for easily preventing damage caused by laser light irradiation and improving durability, and a laser processing apparatus including the process stage. For the purpose.

上述の目的を達成するために、本発明は、透明又は半透明の加工対象物に所定の方向からレーザ光を照射し、前記加工対象物の所定の箇所を加工するために、前記加工対象物を載置し移動させるためのプロセスステージにおいて、少なくとも前記レーザ光の照射面の所定の領域を黒系色とし、前記領域の材質をセラミックス系とすることを特徴とする。これにより、加工対象物を通過したレーザ光がプロセスステージ表面で反射した反射光により加工対象物が損傷してしまうのを防止することができる。したがって、簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージを提供することができる。   In order to achieve the above-described object, the present invention is directed to irradiating a transparent or translucent workpiece with a laser beam from a predetermined direction and processing the predetermined portion of the workpiece. In the process stage for mounting and moving the substrate, at least a predetermined region of the laser light irradiation surface is a black color, and a material of the region is a ceramic material. Thereby, it can prevent that a processing target object is damaged by the reflected light which the laser beam which passed the processing target object reflected on the process stage surface. Therefore, it is possible to provide a process stage for easily preventing damage due to laser light irradiation and improving durability.

更に、本発明は、前記レーザ光の照射面の面粗度を０．３μｍ以下にすることが好ましい。これにより、プロセスステージの加工面の表面粗さを小さくし、より滑らかな表面にすることで加工対象物を通過したレーザ光のプロセスステージによる熱の吸収を抑制することができる。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that the surface roughness of the laser light irradiation surface is 0.3 μm or less. Thereby, the surface roughness of the process surface of a process stage can be made small, and the absorption of the heat | fever by the process stage of the laser beam which passed the process target can be suppressed by making it a smoother surface.

また、本発明は、前記請求項１又は前記請求項２に記載のプロセスステージと、前記加工対象物を加工するためのレーザ光を照射するレーザ発振器と、予め設定された加工条件に基づいて前記プロセスステージの移動及び前記レーザ発振器からのレーザ光の出射を制御する制御手段とを有することを特徴とする。これにより、簡易にレーザ光の照射によるプロセスステージの損傷を防止し、耐久性を向上させるためのレーザ加工装置を提供することができる。   Further, the present invention is based on the process stage according to claim 1 or claim 2, a laser oscillator that irradiates a laser beam for processing the object to be processed, and a preset processing condition. And control means for controlling movement of the process stage and emission of laser light from the laser oscillator. Thereby, it is possible to provide a laser processing apparatus for easily preventing damage to the process stage due to laser light irradiation and improving durability.

本発明によれば、簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the process stage for preventing the damage by irradiation of a laser beam easily and improving durability can be provided.

以下に、本発明におけるプロセスステージ及び該プロセスステージを備えたレーザ加工装置を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a process stage and a laser processing apparatus including the process stage according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明におけるプロセスステージの一例を説明するための図である。図１に示すように、プロセスステージ１０の上面には、例えばガラス板やガラス板に特殊膜を塗布した液晶用ガラス等の透過性又は半透過性のある加工対象物１１が載置される。なお、プロセスステージ１０には、加工対象物１１を固定するために、複数の吸引孔を設け、プロセスステージ１０上に載置された加工対象物１１を真空吸着により固定することができる。   FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a process stage in the present invention. As shown in FIG. 1, a transmissive or semi-transmissive workpiece 11 such as a glass plate or liquid crystal glass coated with a special film is placed on the upper surface of the process stage 10. In addition, in order to fix the workpiece 11 in the process stage 10, a plurality of suction holes are provided, and the workpiece 11 placed on the process stage 10 can be fixed by vacuum suction.

ここで、本発明におけるプロセスステージ１０は、載置した加工対象物１１に照射され、加工対象物１１を透過したレーザ光が、プロセスステージ１０表面で反射して、加工対象物１１を加工する等の何らかの影響を与えるのを防止するため、プロセスステージ１０の色を黒系色にすることが好ましい。更に、プロセスステージ１０は、セラミックス系等の材質を利用することが好ましい。   Here, the process stage 10 in the present invention processes the processing object 11 by irradiating the processing object 11 placed thereon and reflecting the laser beam transmitted through the processing object 11 on the surface of the process stage 10. In order to prevent any influence of the above, it is preferable that the color of the process stage 10 is a black color. Furthermore, the process stage 10 preferably uses a ceramic material or the like.

ここで、本発明におけるセラミックス系とは、基本成分を非金属とし、また無機質の粉末等を用いて成形、焼結することで得られる多結晶質の焼結体である。したがって、プロセスステージ１０の材質としては、例えばブラックアルミナ等を使用することができる。なお、実測によればセラミックスでも４０％程度反射することがあるが、この反射光により加工対象物１１の損傷は発生しない。これにより、低コストで簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージを提供することができる。   Here, the ceramic system in the present invention is a polycrystalline sintered body obtained by forming and sintering a non-metal basic component and using an inorganic powder or the like. Therefore, as a material of the process stage 10, for example, black alumina can be used. According to actual measurements, even ceramics may reflect about 40%, but the reflected light does not damage the workpiece 11. Thereby, it is possible to provide a process stage for easily preventing damage due to laser light irradiation and improving durability at low cost.

更に、本発明におけるプロセスステージ１０は、複数の吸引孔の部分を除いた表面の粗さを小さくし、より滑らかな表面にすることにより、加工対象物１１を通過したレーザ光によるプロセスステージ１０の熱の吸収を抑制することができ、損傷を防止することができる。   Furthermore, the process stage 10 according to the present invention reduces the roughness of the surface excluding a plurality of suction hole portions to make the surface smoother, so that the process stage 10 by the laser light that has passed through the workpiece 11 is processed. Heat absorption can be suppressed and damage can be prevented.

また、本発明におけるプロセスステージ１０の表面（複数の吸引孔を除く表面）の平面度は、高精度なレーザ加工を行うため、平面度０．１ｍｍ（レンジ）以下で、好ましくは０．０５ｍｍ以下（０．００ｍｍ以上）の平面度を有する。具体的には、プロセスステージ１０のレーザ光の照射面の面粗度Ｒａ（中心線平均粗さ）は、０．３μｍ以下（０．０μｍ以上）とすることが好ましい。これにより、プロセスステージ１０上にプロセスステージ１０の熱の吸収を抑制することができ、加工痕が残ることなく加工対象物１１を通過したレーザ光による影響を低減することができる。   In addition, the flatness of the surface of the process stage 10 (the surface excluding the plurality of suction holes) in the present invention is flatness of 0.1 mm (range) or less, preferably 0.05 mm or less in order to perform highly accurate laser processing. It has a flatness of (0.00 mm or more). Specifically, the surface roughness Ra (centerline average roughness) of the laser light irradiation surface of the process stage 10 is preferably 0.3 μm or less (0.0 μm or more). Thereby, absorption of the heat of the process stage 10 can be suppressed on the process stage 10, and the influence by the laser beam which passed the process target object 11 without the process trace remaining can be reduced.

なお、プロセスステージ１０を製造する際には、プロセスステージの表面をラッピング等の処理を施すことで、予め設定された上述した平面度、面粗度を満たすプロセスステージを生成することができる。また、上述した平面度、面粗度は、加工対象物や加工に用いられるレーザ光の強度、プロセスステージ１０に対するレーザ光の焦点深度等の各種加工条件により設定することができる。   When the process stage 10 is manufactured, a process stage satisfying the above-described flatness and surface roughness can be generated by performing a process such as lapping on the surface of the process stage. Further, the above-described flatness and surface roughness can be set according to various processing conditions such as the processing object, the intensity of the laser beam used for processing, and the focal depth of the laser beam with respect to the process stage 10.

ここで、上述したプロセスステージ１０の色や材質、面粗度は、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えばプロセスステージ１０のレーザ光の照射面に上述の条件を満たす層をコーティングしてもよい。   Here, the color, material, and surface roughness of the process stage 10 described above are not limited to this in the present invention. For example, a layer that satisfies the above conditions is coated on the laser light irradiation surface of the process stage 10. May be.

また、上述したプロセスステージ１０の色、材質、面粗度については、プロセスステージ１０の表面のうち、加工対象物１１が載置される領域、つまり、レーザ光がプロセスステージ１０に照射される可能性がある所定の領域にのみ形成されていればよく、プロセスステージ１０の表面のうち、レーザ光が照射されない他の表面領域には、上述した色、材質、面粗度の条件を満たしていなくてもよい。   Further, regarding the color, material, and surface roughness of the process stage 10 described above, a region on the surface of the process stage 10 where the workpiece 11 is placed, that is, laser light can be irradiated to the process stage 10. It is only necessary to be formed in a predetermined region, and other surface regions of the surface of the process stage 10 that are not irradiated with laser light do not satisfy the above-described conditions of color, material, and surface roughness. May be.

このように、プロセスステージにおいて、少なくともレーザ光の照射面上の色、材質、面粗度を設定することで、簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージを提供することができる。   In this way, in the process stage, by setting at least the color, material, and surface roughness on the laser light irradiation surface, it is possible to easily prevent damage due to laser light irradiation and improve durability. Can be provided.

＜本発明におけるプロセスステージの適用例＞
本発明におけるプロセスステージは、例えばレーザ光を照射して加工対象物の穴あけや溝加工、アニール処理、溶接等の加工を行うレーザ加工装置に適用することができる。ここで、上述したプロセスステージを適用したレーザ加工装置について図を用いて説明する。図２は、本発明におけるプロセスステージを適用したレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。図２に示すレーザ加工装置２０は、上述したプロセスステージ１０と、レーザ発振器２１と、反射ミラー２２と、結像レンズ２３と、プロセスステージ駆動手段２４と、制御手段２５とを有するよう構成されている。 <Application example of process stage in the present invention>
The process stage in the present invention can be applied to, for example, a laser processing apparatus that performs processing such as drilling, grooving, annealing, and welding of a workpiece by irradiating laser light. Here, a laser processing apparatus to which the above-described process stage is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a laser processing apparatus to which the process stage according to the present invention is applied. A laser processing apparatus 20 shown in FIG. 2 is configured to include the process stage 10, the laser oscillator 21, the reflection mirror 22, the imaging lens 23, the process stage driving unit 24, and the control unit 25 described above. Yes.

プロセスステージ１０は、上述したように加工対象物１１を載置し所定の位置に移動させるためのステージであり、例えば複数の吸引孔３１により加工対象物１１の裏面を真空吸着することによって加工対象物１１がプロセスステージ１０上に固定されている。   The process stage 10 is a stage for placing the workpiece 11 and moving it to a predetermined position as described above. For example, the process stage 10 is vacuum-sucked on the back surface of the workpiece 11 by a plurality of suction holes 31. An object 11 is fixed on the process stage 10.

レーザ発振器２１は、制御手段２５からの制御信号により所定のタイミングで所定の強さのレーザ光を出射する。ここで、レーザ発振器２１から出射するレーザ光としては、例えば１パルスエネルギが２０ｍＪで発振周波数が１ＫＨｚ、波長が５２７ｎｍのグリーンレーザ等を用いることができる。なお、レーザ光の種類については特に限定されることはなく、例えば波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ等や、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長が２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマレーザ、あるいはＹＡＧレーザやＣＯ２レーザ等を用いることができる。 The laser oscillator 21 emits laser light having a predetermined intensity at a predetermined timing according to a control signal from the control means 25. Here, as the laser light emitted from the laser oscillator 21, for example, a green laser having a pulse energy of 20 mJ, an oscillation frequency of 1 KHz, and a wavelength of 527 nm can be used. The type of laser light is not particularly limited. For example, a XeCl excimer laser having a wavelength of 308 nm, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, a KrCl excimer laser having a wavelength of 222 nm, a YAG laser, or a CO 2 laser. Etc. can be used.

また、反射ミラー２２は、レーザ発振器２１から出射されたレーザ光を結像レンズ２３側に反射させる。結像レンズ２３は、加工対象物１１に照射される光の強度が所定の強度で加工面に結像されるようにレーザ光を集束するためのレンズである。つまり、結像レンズ２３は、入光したレーザ光を集束させ加工対象物１１に照射させる。   The reflection mirror 22 reflects the laser light emitted from the laser oscillator 21 toward the imaging lens 23. The imaging lens 23 is a lens for focusing the laser beam so that the intensity of light irradiated onto the workpiece 11 is focused on the processing surface with a predetermined intensity. That is, the imaging lens 23 focuses the incident laser beam and irradiates the workpiece 11.

また、プロセスステージ駆動手段２４は、制御手段２５からの制御信号によりプロセスステージ１０をレーザ光の光軸に対して垂直方向（Ｘ，Ｙ軸方向）や光軸方向（Ｚ軸方向）、及び光軸に対して所定の傾斜角方向（θ方向）等に移動させることで、加工対象物１１を所定の位置に移動する。また、例えばレーザ光の照射中に所定の方向へ所定の速度で移動させることにより、加工対象物の加工面にアニール処理等の加工を行うことができる。   In addition, the process stage driving unit 24 moves the process stage 10 in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam (X and Y axis directions), an optical axis direction (Z axis direction), and light according to a control signal from the control unit 25. The workpiece 11 is moved to a predetermined position by moving it in a predetermined inclination angle direction (θ direction) with respect to the axis. Further, for example, by moving at a predetermined speed in a predetermined direction during the irradiation of the laser beam, the processing surface of the processing object can be processed such as annealing.

また、制御手段２５は、予め設定された加工条件に基づいて、レーザ発振器２１により所定のレーザ光の周波数やパワー、ショット数、パルス幅、出射タイミングで出射させたり、プロセスステージ駆動手段２４によりレーザ光の光軸に対してＸＹＺθ方向等に移動させる等の駆動タイミングの制御等を行うことでレーザ加工装置２０全体を制御する。   Further, the control means 25 causes the laser oscillator 21 to emit light at a predetermined frequency, power, number of shots, pulse width, and emission timing based on preset processing conditions, or causes the process stage driving means 24 to emit laser light. The entire laser processing apparatus 20 is controlled by controlling the drive timing such as moving in the XYZθ direction with respect to the optical axis of the light.

このように、上述したレーザ加工装置２０において、上述したプロセスステージ１０を適用することにより、レーザ光の照射による加工対象物１１やプロセスステージ１０の損傷を防止し、プロセスステージ１０の耐久性を向上させるためのレーザ加工装置を提供することができる。   Thus, in the laser processing apparatus 20 described above, by applying the process stage 10 described above, damage to the workpiece 11 and the process stage 10 due to laser light irradiation is prevented, and durability of the process stage 10 is improved. A laser processing apparatus can be provided.

上述したように本発明によれば、レーザ光の照射によるプロセスステージの損傷を防止し、更に耐久性を向上させるためのレーザ加工装置を提供することができる。また、上述したプロセスステージ及び該プロセスステージを備えたレーザ加工装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus for preventing damage to a process stage due to irradiation of laser light and further improving durability. Moreover, the process stage mentioned above and the laser processing apparatus provided with this process stage can be provided.

具体的には、プロセスステージを黒系色にすると共に、材質をセラミックス系とすることにより、加工対象物を通過したレーザ光がプロセスステージ表面で反射した反射光により加工対象物が損傷してしまうのを防止することができる。したがって、簡易にレーザ光の照射による損傷を防止し、耐久性を向上させるためのプロセスステージを提供することができる。また、プロセスステージの加工面の表面粗さを小さくし、より滑らかな表面にすることにより、加工対象物を通過したレーザ光のプロセスステージによる熱の吸収を抑制することができる。   Specifically, by making the process stage black-colored and using ceramics as the material, the workpiece is damaged by the reflected light reflected from the process stage surface by the laser beam that has passed through the workpiece. Can be prevented. Therefore, it is possible to provide a process stage for easily preventing damage due to laser light irradiation and improving durability. Further, by reducing the surface roughness of the processed surface of the process stage to make it a smoother surface, it is possible to suppress the absorption of heat by the process stage of the laser light that has passed through the processing object.

なお、本発明は、透明、半透明の加工対象物に限定されず、他の加工対象物にも適用することができる。また、例えば加工対象物がプロセスステージ上に載置されていない状態でレーザ光が照射された場合にもプロセスステージの損傷を防止し、耐久性を向上させることができる。   In addition, this invention is not limited to a transparent and semi-transparent processing target object, It can apply also to another processing target object. In addition, for example, when the laser beam is irradiated while the workpiece is not placed on the process stage, damage to the process stage can be prevented and durability can be improved.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be changed.

本発明におけるプロセスステージの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the process stage in this invention. 本発明におけるプロセスステージを適用したレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of the laser processing apparatus to which the process stage in this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

１０ プロセスステージ
１１ 加工対象物
２０ レーザ加工装置
２１ レーザ発振器
２２ 反射ミラー
２３ 結像レンズ
２４ プロセスステージ駆動手段
２５ 制御手段
３１ 吸引孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Process stage 11 Processing target object 20 Laser processing apparatus 21 Laser oscillator 22 Reflection mirror 23 Imaging lens 24 Process stage drive means 25 Control means 31 Suction hole

Claims (3)

透明又は半透明の加工対象物に所定の方向からレーザ光を照射し、前記加工対象物の所定の箇所を加工するために、前記加工対象物を載置し移動させるためのプロセスステージにおいて、
少なくとも前記レーザ光の照射面の所定の領域を黒系色とし、前記領域の材質をセラミックス系とすることを特徴とするプロセスステージ。 In a process stage for placing and moving the object to be processed in order to irradiate a transparent or translucent object to be processed from a predetermined direction and to process a predetermined part of the object to be processed,
A process stage characterized in that at least a predetermined region of the laser light irradiation surface is black, and the material of the region is ceramic. 前記レーザ光の照射面の面粗度を０．３μｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載のプロセスステージ。   2. The process stage according to claim 1, wherein the surface roughness of the laser light irradiation surface is 0.3 [mu] m or less. 前記請求項１又は前記請求項２に記載のプロセスステージと、
前記加工対象物を加工するためのレーザ光を照射するレーザ発振器と、
予め設定された加工条件に基づいて前記プロセスステージの移動及び前記レーザ発振器からのレーザ光の出射を制御する制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。 The process stage according to claim 1 or claim 2,
A laser oscillator for irradiating a laser beam for processing the workpiece;
A laser processing apparatus comprising: control means for controlling movement of the process stage and emission of laser light from the laser oscillator based on preset processing conditions.
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