JPH0691388A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸収しにくいレーザ光を用いてレーザ加工を
行う際に、特別な前後処理を必要としないようにする。 【構成】 コンピュータは、溶液吐出口５ａが基板１の
加工開始点であるＰ点に位置したことを認識すると、Ｐ
点に硫酸銅水溶液を吐出させてスポット的に塗布する
（図１（Ａ））。次いで、ＸＹＺステージを移動させ
て、図１（Ｂ）に示すように、光軸１８とＰ点とを一致
させ、その時点でレーザ発振器に指令してレーザ光を出
力させる。Ｐ点に照射されたレーザ光２３は、硫酸銅水
溶液に吸収されて高温となり、その下部の基板１を溶融
状態にし、以後のレーザ加工は、硫酸銅水溶液が塗布さ
れていなくても良好に行われる。すなわち、図１（Ｃ）
でＰ点からＱ点までの切断加工は、硫酸銅水溶液の塗布
なしで良好に行われ、その結果基板１に切断溝１ａが形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工対象物にレーザ光を
照射してレーザ加工を施すレーザ加工装置に関し、特に
ガラスやセラミック等のレーザ光を吸収しにくい材質を
加工するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラスやセラミック等のレーザ加
工には、これらの材質に対して吸収の良い波長１０．６
μｍの炭酸ガスレーザが使用されてきたが、この炭酸ガ
スレーザでは、長波長による熱影響の大きいこと、レー
ザビーム制御性の悪さ等のために、良好な加工性能を得
ることができなかった。

【０００３】この炭酸ガスレーザに対し、波長１．０６
μｍのＹＡＧレーザは、短パルス化、波形制御等に優
れ、また熱影響もある程度抑制することができるという
利点を備えているものの、ガラスやセラミック等に対し
て吸収されにくく、効率の良い加工を行うことができな
かった。このため、加工対象物の全表面にレーザ光を吸
収しやすい溶剤（レーザ光吸収溶液）を塗布したり、エ
ッチングによって表面を粗くする等の前処理を行い、レ
ーザ光が吸収されやすくなるようにしている（例えば特
開昭６０−１５２３９０号公報参照）。これによって、
加工対象物表面でのレーザ光による溶融が可能となり、
所望のレーザ加工を行うことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来方法
では、加工対象物に対するレーザ光吸収溶液の塗布、乾
燥、エッチング等の前処理や、加工後の洗浄等の後処理
を必要とし、余分な工程を追加する必要があった。ま
た、加工対象物によっては、塗布、エッチング、洗浄と
いった処理が困難なものもあり、そのような場合レーザ
加工そのものを行うことができなかった。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、レーザ加工のための特別な前後処理を必要と
しないレーザ加工装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明の他の目的は、従来はレーザ加工が困難であ
った材料や形状等に対するレーザ加工を可能とすること
ができるレーザ加工装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、加工対象物にレーザ光を照射してレーザ
加工を施すレーザ加工装置において、前記加工対象物の
加工開始点にレーザ光吸収溶液を吐出する吐出手段と、
前記レーザ光吸収溶液が付着した前記加工開始点にレー
ザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工手段と、を
有することを特徴とするレーザ加工装置が、提供され
る。

【０００７】

【作用】吐出手段は、加工対象物の加工開始点にレーザ
光吸収溶液を吐出し、レーザ加工手段は、そのレーザ光
吸収溶液が付着した加工開始点にレーザ光を照射してレ
ーザ加工を行う。加工開始点にレーザ光吸収溶液を付着
させるので、その加工開始点でレーザ光が吸収され、レ
ーザ光による溶融が開始する。一度溶融が始まると、レ
ーザ光吸収率が向上しレーザ光を走査させながら加工し
ていく場合にも、溶融箇所を順次たどっていく形とな
る。このため、加工経路にレーザ光吸収溶液が存在して
いなくても、小さいエネルギーで良好なレーザ加工が進
行する。

【０００８】また、加工開始点にレーザ光吸収溶液を付
着させるだけなので、塗布、エッチング等の前処理が不
要となる。さらに、付着したレーザ光吸収溶液は、最初
のレーザ光照射時にその殆どが蒸発するため、洗浄等の
後処理も不要となる。したがって、吸収しにくいレーザ
光を用いる場合でも簡単にレーザ加工を行うことができ
る。また、従来これらの前後処理が悪影響を与えるため
に実施できなかった材料、形状、組立済被加工物等への
適用をも可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のレーザ加工装置の全体構成図で
ある。図において、コンピュータ１００は、プロセッサ
（図示せず）を中心に構成され、所定の制御プログラム
に基づいて、レーザ発振器７、ステージコントローラ４
等に指令信号を出力し、レーザ加工装置全体の動作を制
御する。

【００１０】レーザ発振器７はＮｄ：ＹＡＧレーザ発振
器であり、コンピュータ１００からの指令信号に応じ
て、波長１０６４ｎｍの連続発振レーザ光を出力する。
そのレーザ光の出力は、レーザパワー調整器８によって
減衰される。このレーザパワー調整器８での減衰割合
は、コンピュータ１００からの指令によって制御可能で
ある。レーザパワー調整器８を通過したレーザ光は、ビ
ームスプリッタ９で分けられ、その一部がパワーメータ
１０によってパワーモニタされる。そのモニタ信号はコ
ンピュータ１００にフィードバックされる。ビームスプ
リッタ９により反射されたレーザ光は、顕微鏡１１及び
倍率５０倍の対物レンズ１２へ導入され基板１の表面に
集束、照射される。

【００１１】基板１は、例えばガラス基板であり、ＸＹ
Ｚステージ３に基板取付け治具２を介して固定される。
この基板１は、ＸＹＺステージ３を制御するステージコ
ントローラ４によって、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方
向にそれぞれ独立に移動可能となる。

【００１２】顕微鏡１１に設けられたモニタカメラ１３
は、基板１のレーザ光照射部分を撮像する。その撮像デ
ータは、モニタ１５に出力されて画像表示されると共
に、オートフォーカスユニット１４に出力される。オー
トフォーカスユニット１４は、その撮像データから、レ
ーザ光が常時基板１の表面に集束されるよう、基板１と
対物レンズ１２との間の距離を検出し、その検出電気信
号をステージコントローラ４に出力する。ステージコン
トローラ４は、その検出電気信号に基づいて、ＸＹＺス
テージ３を制御し基板１をＺ軸方向に移動させる。

【００１３】顕微鏡１１の下端側には回転ステージ１７
等を介して溶液吐出器５が設けられている。溶液吐出器
５は、レーザ光吸収溶液を基板１に局所的または連続的
に吐出するためのものであり、その吐出量は、コンピュ
ータ１００からの指令を受けて動作する溶液吐出コント
ローラ６によって制御される。溶液吐出コントローラ６
には、レーザ光吸収溶液を蓄積する容器、そのレーザ光
吸収溶液を送り出すポンプ、及びレーザ光吸収溶液の吐
出量を調整するためのバルブが内蔵されている。レーザ
光吸収溶液としては、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ光を高
吸収する硫酸銅水溶液が使用される。以下に、溶液吐出
器５の詳細を図３を用いて説明する。

【００１４】図３は溶液吐出器の拡大図である。図に示
すように、顕微鏡１１下端側の回転ステージ１７外周部
分に直進ステージ１９及びピエゾ素子２１が設けられ、
そのピエゾ素子２１に溶液吐出器５が設けられている。
溶液吐出器５は、ＤＣモータ１７ａ及びここでは図示さ
れないギヤを備えた回転ステージ１７によって、レーザ
光の光軸１８回りに３６０°の回転が可能となる。ま
た、ＤＣモータ１９ａを備えた直進ステージ１９によっ
て、溶液吐出器５の溶液吐出口５ａはＺ軸方向の移動が
可能となり、ピエゾ素子２１によって光軸１８と溶液吐
出口５ａとの距離が調整可能となる。これらの回転ステ
ージ１７、直進ステージ１９及びピエゾ素子２１は、コ
ンピュータ１００からの指令を受けて動作するステージ
コントローラ４（図２）によって制御される。

【００１５】図１は本発明のレーザ加工装置による加工
手順の説明図であり、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれ
ぞれ第１、第２及び第３ステップを示す。図において、
基板１のＰ点からＱ点までを切断加工する場合について
説明する。先ず、図１（Ａ）に示すように、溶液吐出口
５ａの先端を、上記の回転ステージ１７（図３）、直進
ステージ１９（図３）、ピエゾ素子２１（図３）あるい
はＸＹＺステージ３（図２）を移動制御することによ
り、加工開始点であるＰ点に位置させる。これらの移動
制御及び後述する加工動作は、コンピュータ１００に予
め設定されたプログラムに従って行われる。コンピュー
タ１００は、溶液吐出口５ａがＰ点に位置したことを認
識すると、Ｐ点にレーザ光吸収溶液である硫酸銅水溶液
を塗布（付着）するように溶液吐出コントローラ６に指
令を出し、硫酸銅水溶液を吐出させて基板１にスポット
的に塗布させる。なお、加工経路が連続していない場合
は、各加工経路の開始点で同様にスポット的に塗布を行
う。

【００１６】次いで、ＸＹＺステージ３を移動させて、
図１（Ｂ）に示すように、光軸１８とＰ点とを一致さ
せ、その時点でレーザ発振器７に指令してレーザ光２３
を出力させる。Ｐ点に照射されたレーザ光２３は、硫酸
銅水溶液に吸収されて高温となり、その下部の基板１を
溶融状態にする。溶融が開始すると、基板１の吸収特性
が向上し、溶融領域はレーザビーム径より少し広い領域
となる。このため、レーザ光の照射領域が連続的に移動
する場合には、溶融して吸収特性の良くなっている所を
順次たどっていくので、以後のレーザ加工は、硫酸銅水
溶液が塗布されていなくても良好に行われる。すなわ
ち、図１（Ｃ）でＰ点からＱ点までの切断加工は、硫酸
銅水溶液の塗布なしで良好に行われ、その結果基板１に
切断溝１ａが形成される。

【００１７】このように、本実施例に依れば、加工開始
点にのみ硫酸銅水溶液をスポット的に塗布し以後は硫酸
銅水溶液を塗布しないでレーザ加工を行うことができ
る。また、加工開始点に硫酸銅水溶液を付着させるだけ
なので、従来必要であった塗布、エッチング等の前処理
が不要となる。さらに、付着した硫酸銅水溶液は、最初
のレーザ光照射時にその殆どが蒸発するため、洗浄等の
後処理も不要となる。したがって、ＹＡＧレーザを吸収
しにくいガラスやセラミック等に対しても、簡単にレー
ザ加工を行うことができる。また、従来これらの前後処
理が悪影響を与えるために実施できなかった材料、形
状、組立済被加工物等への適用をも可能となる。

【００１８】上記の説明では、溶液吐出口５ａの位置決
め及び硫酸銅水溶液の塗布を自動的に行うようにした
が、それらを手動で行うように構成してもよい。また、
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光を吸収するレーザ光吸収溶液とし
て、硫酸銅水溶液を用いるようにしたが、硫酸銅水溶液
に代えてグラファイト水溶液やカーボン、ニッケル、銅
等の懸濁液を用いるようにしてもよい。

【００１９】さらに、炭酸ガスレーザにおいてさらに吸
収特性を向上させようとする場合にも、本発明を同様に
適用することができ、その場合のレーザ光吸収溶液とし
ては、例えばチタンカーバイト粉の懸濁液を用いること
もできる。

【００２０】また、基板にガラス基板を用いるようにし
たが、セラミック基板等を用いることもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、加工対
象物の加工開始点にレーザ光吸収溶液を吐出し、そのレ
ーザ光吸収溶液が付着した加工開始点にレーザ光を照射
してレーザ加工を行うように構成した。加工開始点にレ
ーザ光吸収溶液を付着させるので、その加工開始点でレ
ーザ光が吸収され、レーザ光による溶融が開始する。一
度溶融が始まると、レーザ光吸収特性率が向上しレーザ
光を走査させながら加工していく場合にも、溶融箇所を
順次たどっていく形となる。このため、加工経路にレー
ザ光吸収溶液が存在していなくても、小さいエネルギー
で良好なレーザ加工を進行させることができる。

【００２２】また、加工開始点にレーザ光吸収溶液を付
着させるだけなので、塗布、エッチング等の前処理が不
要となる。さらに、付着したレーザ光吸収溶液は、最初
のレーザ光照射時にその殆どが蒸発するため、洗浄等の
後処理も不要となる。したがって、吸収しにくいレーザ
光を用いる場合でも簡単にレーザ加工を行うことができ
る。また、従来これらの前後処理が悪影響を与えるため
に実施できなかった材料、形状、組立済被加工物等への
適用をも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置による加工手順の説明
図である。

【図２】本発明のレーザ加工装置の全体構成図である。

【図３】溶液吐出器の拡大図である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ ＸＹＺステージ ４ ステージコントローラ ５ 溶液吐出器 ６ 溶液吐出コントローラ ７ レーザ発振器 １３ モニタカメラ １４ オートフォーカスユニット １７ 回転ステージ １９ 直進ステージ ２１ ピエゾ素子 １００ コンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工対象物にレーザ光を照射してレーザ
   加工を施すレーザ加工装置において、 前記加工対象物の加工開始点にレーザ光吸収溶液を吐出
   する吐出手段と、 前記レーザ光吸収溶液が付着した前記加工開始点にレー
   ザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工手段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記加工対象物は、ガラスまたはセラミ
   ックから成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加
   工装置。