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発明の名称 レーザ加工装置及び加工方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−1175(P2001−1175A)
公開日 平成13年1月9日(2001.1.9)
出願番号 特願2000−231041(P2000−231041)
出願日 平成12年7月31日(2000.7.31)
代理人 【識別番号】100091340
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敬四郎 (外2名)
発明者 常見 明良
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 レーザ発振器と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ発振器から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に集光する集光レンズと、前記集光レンズと前記ステージとの間のレーザビームの光路内に配置され、高分子材料で形成された保護フィルムとを有するレーザ加工装置。
【請求項2】 前記保護フィルムが、ポリオレフィンで形成されている請求項1に記載のレーザ加工装置。
【請求項3】 さらに、繰り出しロールと巻き取りロールとを有し、前記保護フィルムが該繰り出しロールに巻かれており、該繰り出しロールから繰り出された保護フィルムが、前記集光レンズと前記ステージとの間のレーザビームの光路内を通過し、前記巻取りロールに巻き取られている請求項1または2に記載のレーザ加工装置。
【請求項4】 さらに、前記巻き取りロールを回転させ、前記保護フィルムを巻き取るロール駆動機構を有する請求項3に記載のレーザ加工装置。
【請求項5】 前記保護フィルムと前記レーザビームとが交差する位置において、該保護フィルムが該レーザビームの光軸に対して傾いている請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項6】 前記繰り出しロールと巻き取りロールとの間の保護フィルムが自由に垂れ下げられた状態とされている請求項3または4に記載のレーザ加工装置。
【請求項7】 前記保護フィルムと前記レーザビームとの交差箇所において、前記保護フィルムの移動方向に垂直な仮想平面と、該保護フィルムとの交線が、前記加工対象物側に向かって凸の曲線である請求項3または4に記載のレーザ加工装置。
【請求項8】 前記保護フィルムが、該保護フィルムと前記レーザビームとの交差箇所において、波打っている請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項9】 前記ステージを基準にして、前記繰り出しロール及び巻き取りロールが、前記集光レンズの最も加工対象物側の表面よりも高い位置に配置されている請求項3または4に記載のレーザ加工装置。
【請求項10】 さらに、前記集光レンズと前記保護フィルムとの間に配置され、前記レーザビームを透過させ、前記集光レンズの最も加工対象物側の表面を、前記加工対象物が配置された空間から隔離する隔離部材を有する請求項1〜9のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項11】 前記隔離部材が、前記集光レンズの最も加工対象物側の表面に密着した高分子フィルムである請求項10に記載のレーザ加工装置。
【請求項12】 さらに、前記保護フィルムの、前記レーザビームが透過する領域の汚れの程度を観測する観測装置を有する請求項1〜11のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項13】 集光レンズ、及び高分子材料からなる保護フィルムをこの順番に透過させ、レーザビームを加工対象物上に集光し、該加工対象物を加工するレーザ加工方法。
【請求項14】 さらに、前記保護フィルムを前記レーザビームの光軸と交差する方向に移動させる工程を含む請求項13に記載のレーザ加工方法。
【請求項15】 さらに、前記保護フィルムの汚れの程度を観測する工程を含み、前記保護フィルムを移動させる工程において、該保護フィルムの汚れの程度に応じて移動速度を変える請求項14に記載のレーザ加工方法。
【請求項16】 前記加工対象物が、金属層と樹脂層とが積層された基板であり、前記加工対象物を加工する工程が該金属層に穴を開ける工程を含む請求項13〜15のいずれかに記載のレーザ加工方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集光レンズを用いてレーザビームを加工対象物上に集光して加工を行うレーザ加工装置及び加工方法に関し、特に加工対象物からの飛散物が集光レンズに付着することを防止する保護部材を有するレーザ加工装置及び加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを、集光レンズで加工対象物上に集光し穴あけ加工を行うレーザ加工方法が知られている。金属膜等の穴あけを行うと、加工対象物から直径数十μm程度の金属微粒子が飛散する。この飛散物が集光レンズに付着することを防止するために、集光レンズと加工対象物との間に保護板が配置される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】加工対象物からの飛散物が保護板に付着すると、レーザビームの透過率が低下してしまうため、定期的に保護板を交換しなければならない。従来は、保護板の材料として、赤外領域において高い透過係数を有するZnSeが用いられていた。このZnSe板は高価であるため、ランニングコストが高騰してしまう。
【0004】本発明の目的は、ランニングコストの高騰を防止することができるレーザ加工装置及び加工方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によると、レーザ発振器と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ発振器から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に集光する集光レンズと、前記集光レンズと前記ステージとの間のレーザビームの光路内に配置され、高分子材料で形成された保護フィルムとを有するレーザ加工装置が提供される。
【0006】本発明の他の観点によると、集光レンズ、及び高分子材料からなる保護フィルムをこの順番に透過させ、レーザビームを加工対象物上に集光し、該加工対象物を加工するレーザ加工方法が提供される。
【0007】加工対象物から飛散した飛散物が保護フィルムに衝突するため、集光レンズまで到達しない。このため、飛散物による集光レンズの汚れを防止することができる。保護フィルムが汚れた場合には、新しい保護フィルムに取り替えるか、または保護フィルムを移動させて汚れていない領域を使用することにより、汚れによる透過率の減少を防止することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(A)に第1の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源1が、パルスレーザビームpl0を出射する。レーザ光源1は、例えばTEA(Transversely Excited Atmospheric Pressure)モードのCO2レーザ発振器である。なお、レーザ光源1として、その他のレーザ発振器を用いてもよい。例えば、RF−CO2レーザ発振器を用いることもできる。パルスレーザビームpl0は、折り返しミラー2で反射されガルバノスキャナ3に入射する。ガルバノスキャナ3は、レーザビームの光軸を二次元方向に振る。
【0009】ガルバノスキャナ3を通過したパルスレーザビームは、fθレンズ4により、加工対象物6の表面に集光される。fθレンズ4は、レンズホルダ10により支持されている。加工対象物6はXYステージ7の上に載置されている。XYステージ7は、加工対象物6をその表面に平行な二次元方向に移動させることができる。ガルバノスキャナ3がレーザビームの光軸を振ることにより、一辺の長さが50mmの正方形の領域内の任意の点にレーザビームを集光することができる。
【0010】加工対象物6は、例えば樹脂層と銅層とが交互に積層された積層配線基板である。レーザビームが加工対象物6の表面に集光されると、集光点の銅層もしくは樹脂層に穴が開く。ガルバノスキャナ3でレーザビームの光軸を振ることにより、一辺の長さが50mmの正方形の領域内の任意の点に穴を開けることができる。XYステージ7で加工対象物を移動させることにより、より広い領域の任意の点に穴を開けることができる。
【0011】fθレンズ4と加工対象物6との間に、ポリエチレン製の厚さ約12μmの保護フィルム5が配置されている。保護フィルム5は、繰り出しロール20から繰り出され、fθレンズ4と加工対象物6との間を通過して、巻き取りロール23に巻き取られる。巻き取りロール駆動装置25が、巻き取りロール23を、所定の速度で回転させる。例えば、毎分2mmの一定の速さで保護フィルム5を巻き取る。
【0012】繰り出しロール20及び巻き取りロール23は、XYステージ7を基準として、fθレンズ4の加工対象物6側の表面よりも高い位置に配置されている。繰り出しロール20の下方に支え棒21が配置され、巻き取りロール23の下方に支え棒22が配置されている。保護フィルム5が支え棒21と22との間に架け渡されることにより、fθレンズ4の下方に保護フィルム5がほぼ水平に保持され、XYステージ7から保護フィルム5までの高さが規定される。
【0013】fθレンズ4で収束されたレーザビームは、保護フィルム5を透過して加工対象物6の表面上に照射される。本願発明者の評価実験によると、保護フィルム5の透過率は約95%であった。保護フィルム5の透過率が80%以上であれば、レーザ加工に大きな影響はないと考えられる。
【0014】保護フィルム5を加工対象物6に近づけると、保護フィルム5が配置された位置におけるレーザビームのビーム径が小さくなる。このため、保護フィルム5がレーザビームの照射による損傷を受けやすくなる。従って、保護フィルム5は、fθレンズ4に近い位置に配置することが好ましい。例えば、加工対象物6からfθレンズ4の表面までの高さの3/4の高さよりも高い位置に保護フィルム5を保持することが好ましい。
【0015】銅等の金属膜に穴開けを行うと、金属の微粒子が飛散する。この微粒子が保護フィルム5で遮られるため、高価なfθレンズ4に金属微粒子が付着することを防止することができる。保護フィルム5は所定の速度で巻き取られているため、保護フィルム5に付着した金属微粒子は、ある時間が経過するとレーザビームの光路外に移動する。このため、保護フィルム5の透過率を、所望の値以上に維持することができる。
【0016】樹脂層に穴開けを行うと、樹脂が気化し、ガスが発生する。このガスがfθレンズ4の表面まで到達すると、レンズ表面が汚染されてしまう。図1(A)に示したように、繰り出しロール20及び巻き取りロール23を、fθレンズ4の表面よりも上方に配置し、レンズホルダ10の両側の側面(図1(A)において、紙面に垂直な面)を保護フィルム5で覆うことにより、この2方向からのガスの回り込みを防止することができる。
【0017】なお、保護フィルム5で覆われていない側面(図1において、紙面に平行な面)を、薄板等で覆ってもよい。これにより、ガスの回り込み等を、より効果的に防止することができる。
【0018】また、ポリエチレン製の保護フィルム5は、ZnSe製の保護板に比べて安価であるため、ランニングコストの低減を図ることができる。
【0019】上記実施例では、ポリエチレン製の保護フィルム5を用いたが、他の高分子材料からなる保護フィルムを用いてもよい。ただし、加工に用いられるレーザの波長域における透過率が80%以上になるような膜厚とすることが好ましい。例えば、保護フィルムの材料としてポリオレフィン樹脂を用いることができる。本願発明者の実験によると、ポリプロピレンを用いた場合に比較的高い透過率を確保することができた。
【0020】上記第1の実施例では、ロールに巻き付けた保護フィルム5を使用したが、保護フィルム5を窓枠のような支持部材に取り付けてもよい。この場合、保護フィルム5を巻き取ることができないが、保護フィルム5が汚れたら、支持部材ごと交換すればよい。
【0021】また、上記実施例では、保護フィルム5を単層で用いた場合を説明したが、保護フィルムを複数枚重ねてもよい。1枚の保護フィルムが破れても、他の保護フィルムがfθレンズを保護するため、保護フィルムの信頼性を高めることができる。
【0022】図2に、本発明の第2の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。上記第1の実施例では、保護フィルム5がfθレンズ4の下方にほぼ水平に保持されていたが、第2の実施例では、レーザビームの光軸に対して保護フィルム5が斜めに保持されている。その他の構成は、図1(A)に示した第1の実施例の構成と同様である。
【0023】保護フィルム5を斜めに配置すると、保護フィルム5の単位面積あたりに照射されるレーザビームのエネルギが小さくなる。このため、保護フィルム5の損傷を抑制することができる。
【0024】図3に、本発明の第3の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。第3の実施例では、保護フィルム5が、繰り出しロール20と巻き取りロール23との間に自由に垂れ下げられた状態とされている。繰り出しロール20の回転を、巻き取りロール23の回転に同期させることにより、保護フィルム5の垂れ下がり状態を維持しながら保護フィルム5を巻き取ることができる。
【0025】保護フィルム5が自由に垂れ下げられているため、金属微粒子が保護フィルム5に衝突したときの衝撃が和らげられる。なお、本発明者の評価実験によると、保護フィルム5に張力を印加していない状態の透過率は、ある程度の張力を印加した状態における透過率よりもやや大きいか、もしくはほぼ等しいことがわかった。
【0026】図4に、本発明の第4の実施例によるレーザ加工装置の保護フィルムの斜視図を示す。繰り出しロール(図示せず)から下方に繰り出された保護フィルム5が、上方に向かって湾曲した支え棒21aで折り返される。支え棒21aで折り返された保護フィルム5は、下方に向かって湾曲した支え棒21b及び22bの間に架け渡され、さらに、上に向かって湾曲した支え棒22aで折り返されて、巻き取りロール(図示せず)に巻き取られる。
【0027】下方に向かって湾曲した支え棒21bと22bとの間に架け渡された部分が、fθレンズ4と加工対象物6との間に配置される。このため、保護フィルム5とレーザビームとの交差箇所において、保護フィルム5の移動方向に垂直な仮想平面と、保護フィルム5との交線が、加工対象物6側に向かって凸の曲線になる。これにより、加工対象物6の加工箇所から発生したガスの回り込みを少なくすることができる。
【0028】図5に、第5の実施例によるレーザ加工装置の保護フィルムの斜視図を示す。図1(A)に示した第1の実施例によるレーザ加工装置の支え棒21及び22の代わりに、波形の支え棒21A及び22Aが用いられている。このため、保護フィルム5とレーザビームとの交差箇所において、保護フィルム5が、その進行方向と直交する方向に波打つ。これにより、保護フィルム5の単位面積あたりに照射されるレーザビームのエネルギが少なくなり、保護フィルム5の損傷を抑制することができる。
【0029】図6(A)及び図6(B)に、それぞれ第6の実施例によるレーザ加工装置の保護フィルムの正面図及び平面図を示す。図6(A)に示すように、保護フィルム5が複数の支え棒30a〜30gに順番に架け渡されている。奇数番目の支え棒30a、30c、30e、及び30gは、偶数番目の支え棒30b、30d、及び30fよりも下方(fθレンズ4から離れた位置)に配置されている。また、鉛直上方から見ると、支え棒30a〜30gは、等間隔に配置されている。保護フィルム5は、奇数番目の支え棒30a、30c、30e、及び30gの下側を通過し、偶数番目の支え棒30b、30d、及び30fの上側を通過している。このため、保護フィルム5が、その進行方向に波打つ。
【0030】図6(B)に示すように、両端の支え棒30a及び30gの各々は、保護フィルム5の幅方向に渡された1本の棒である。内側に配置された他の支え棒30b〜30fは、レーザビームを遮蔽しないように、保護フィルム5の幅方向の中央部には配置されず、保護フォルム5の縁の近傍にのみ配置されている。
【0031】第6の実施例においても、第5の実施例の場合と同様に、保護フィルム5が波打っている。このため、保護フィルム5の単位面積あたりに照射されるレーザビームのエネルギが少なくなり、保護フィルム5の損傷を抑制することができる。
【0032】図7(A)に、本発明の第7の実施例によるレーザ加工装置のfθレンズ近傍の構成を示す。レンズホルダ10Aにfθレンズ4が保持されている。レンズホルダ10の、fθレンズ4よりもさらに外側(加工対象物6側)に、保護板31が取り付けられている。保護板31は、例えばZnSe等で形成される。fθレンズ4の、加工対象物6側の表面が、保護板31により、加工対象物6の配置された空間から隔離される。
【0033】保護板31の下方に保護フィルム5が配置されている。fθレンズ4で収束されたレーザビームは、保護板31及び保護フィルム5を透過して、加工対象物6の表面に照射される。保護板31が、fθレンズ4の表面を、加工対象物6が配置された空間から隔離しているため、加工によって発生したガスがfθレンズ4の表面まで到達しない。このため、fθレンズ4の表面の汚染を防止することができる。なお、保護板31の下方に保護フィルム5が配置されているため、加工対象物6から飛散した金属微粒子は保護フィルム5で遮られる。このため、保護フィルム5が配置されていない場合と比較して、保護板31の交換頻度を少なくすることができる。
【0034】図7(B)に示すように、保護板31を配置する代わりに、fθレンズ4の表面に他の保護フィルム32を密着させてもよい。保護フィルム32の材料として、保護フィルム5と同じポリエチレン等の高分子材料を使用することができる。
【0035】図8に、第8の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。第2の実施例の場合と同様に、保護フィルム5が、レーザビームの光軸に対して斜めに配置されている。観測用光源35が、保護フィルム5の、レーザビームが透過する位置に、観測用光線束36を照射する。受光装置37が、保護フィルム5を透過した観測用光線束36を受光する。観測用光源35として、例えばHeNeレーザ発振器を用いることができる。
【0036】受光装置37で、観測用光線束36の減衰量を測定することにより、リアルタイムで保護フィルム5の汚れの程度を知ることができる。汚れの程度が基準値を超えると、保護フィルム5を移動させ、加工用のレーザビームが、保護フィルム5の汚れの少ない領域もしくは汚れていない領域を通過するようにする。これにより、加工用レーザビームのエネルギの低下を抑制することができる。また、汚れの程度に応じて、保護フィルム5の巻き取り速度を変えてもよい。例えば、汚れがひどくなると、保護フィルム5の移動速度を速くすることが好ましい。
【0037】図9に、本発明の第9の実施例によるレーザ加工装置の保護フィルムの配置を示す。図9は、保護フィルムを鉛直上方から見た平面配置図である。
【0038】図1(A)に示した第1の実施例によるレーザ加工装置と同様に、保護フィルム5が繰り出しロール20から繰り出され、fθレンズ4の下方を通って巻き取りロール23に巻き取られる。保護フィルム5は、図9において横方向に移動する。
【0039】さらに、他の保護フィルム45が、他の繰り出しロール40から繰り出され、fθレンズ4の下方を通って他の巻き取りロール41に巻き取られる。保護フィルム45は、図9において、縦方向、すなわち保護フィルム5の移動方向と直交する方向に移動する。fθレンズ4が2枚の保護フィルム5及び45により保護されるため、一方の保護フィルムが損傷した場合にも、レンズ保護効果を確保することができる。
【0040】また、第9の実施例においては、図1(A)に示したレンズホルダ10の側面のほぼ全周が保護フィルム5もしくは45で覆われることになる。このため、加工対象物6の加工箇所から発生したガスの回り込み防止効果を高めることができる。
【0041】以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、加工対象物からの飛散物が高分子保護フィルムで遮蔽されるため、集光レンズまで到達することを防止できる。高分子保護フィルムは安価であるため、装置のランニングコストの低減を図ることができる。




 

 


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