JPH079182A - レーザ加工方法および装置 - Google Patents
レーザ加工方法および装置Info
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- JPH079182A JPH079182A JP5159567A JP15956793A JPH079182A JP H079182 A JPH079182 A JP H079182A JP 5159567 A JP5159567 A JP 5159567A JP 15956793 A JP15956793 A JP 15956793A JP H079182 A JPH079182 A JP H079182A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エキシマレーザによるアブレーションを利用
したレーザ加工に関し、レーザ加工時に同時にデブリを
解消することのできるエキシマレーザのアブレーション
を利用したレーザ加工を提供することを目的とする。 【構成】 真空雰囲気中で被加工物にエキシマレーザ光
を照射してアブレーション加工を行なうレーザ加工方法
であって、反応性ガスを導入して前記真空雰囲気を制御
することと、プラズマ放電によって前記反応性ガスを励
起し、励起状態を保った反応性ガスを被加工物に作用さ
せながらエキシマレーザ光を照射することを特徴とす
る。
したレーザ加工に関し、レーザ加工時に同時にデブリを
解消することのできるエキシマレーザのアブレーション
を利用したレーザ加工を提供することを目的とする。 【構成】 真空雰囲気中で被加工物にエキシマレーザ光
を照射してアブレーション加工を行なうレーザ加工方法
であって、反応性ガスを導入して前記真空雰囲気を制御
することと、プラズマ放電によって前記反応性ガスを励
起し、励起状態を保った反応性ガスを被加工物に作用さ
せながらエキシマレーザ光を照射することを特徴とす
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工に関し、特
にエキシマレーザによるアブレーションを利用したレー
ザ加工に関する。
にエキシマレーザによるアブレーションを利用したレー
ザ加工に関する。
【0002】
【従来の技術】エキシマレーザ光は、化学結合を切断で
きる高いホトンエネルギを有し、アブレーションと呼ば
れる光化学反応により、熱的な影響を少なくして加工対
象物を除去するができる。
きる高いホトンエネルギを有し、アブレーションと呼ば
れる光化学反応により、熱的な影響を少なくして加工対
象物を除去するができる。
【0003】このようなアブレーション法によるレーザ
加工が注目を集めている。エネルギ密度を調整したエキ
シマレーザ光を照射することにより、プラスチック、金
属、セラミックス等、種々の物質をアブレーション加工
することができる。
加工が注目を集めている。エネルギ密度を調整したエキ
シマレーザ光を照射することにより、プラスチック、金
属、セラミックス等、種々の物質をアブレーション加工
することができる。
【0004】アブレーション加工においては、レーザ照
射を受けた加工対象物からデブリ(debris)と呼
ばれる飛散物が加工部周辺の表面に付着する。ポリイミ
ド等の高分子材料のレーザアブレーションにおいては、
すす状に付着するデブリの対策としてO2 やHe等のガ
スを吹き付けるガスアシスト法が試みられている。
射を受けた加工対象物からデブリ(debris)と呼
ばれる飛散物が加工部周辺の表面に付着する。ポリイミ
ド等の高分子材料のレーザアブレーションにおいては、
すす状に付着するデブリの対策としてO2 やHe等のガ
スを吹き付けるガスアシスト法が試みられている。
【0005】酸化することにより、ガス状態となるC等
に対しては、酸素吹き付けが有効と考えられる。また、
Hと結合させてガス状態に変換する提案もある。また、
分子量の小さいHeは、飛散物との衝突による反作用が
小さいので、吹き付けガスとして有効と考えられてい
る。
に対しては、酸素吹き付けが有効と考えられる。また、
Hと結合させてガス状態に変換する提案もある。また、
分子量の小さいHeは、飛散物との衝突による反作用が
小さいので、吹き付けガスとして有効と考えられてい
る。
【0006】これらの方法は、大気中のレーザ加工にも
応用できるシンプルな方法であるが、加工対象物によっ
て最適のガスの流し方、最適流量が異なり、デブリの低
減効果に限界がある。
応用できるシンプルな方法であるが、加工対象物によっ
て最適のガスの流し方、最適流量が異なり、デブリの低
減効果に限界がある。
【0007】レーザ加工後にデブリが残ると、外観を損
なうのみでなく、絶縁性の低下、加工対象物に対するボ
ンディング強度の低下等の重大な問題も生じさせる。
なうのみでなく、絶縁性の低下、加工対象物に対するボ
ンディング強度の低下等の重大な問題も生じさせる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
エキシマレーザ光によるアブレーション加工は、有効な
レーザ加工法であるが、発生するデブリの問題を解決し
なくてはならない。
エキシマレーザ光によるアブレーション加工は、有効な
レーザ加工法であるが、発生するデブリの問題を解決し
なくてはならない。
【0009】本発明の目的は、レーザ加工時に同時にデ
ブリを解消することのできる、エキシマレーザのアブレ
ーションを利用したレーザ加工を提供することである。
ブリを解消することのできる、エキシマレーザのアブレ
ーションを利用したレーザ加工を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工方法
は、真空雰囲気中で被加工物にエキシマレーザ光を照射
してアブレーション加工を行なうレーザ加工方法であっ
て、反応性ガスを導入して前記真空雰囲気を制御するこ
とと、プラズマ放電によって前記反応性ガスを励起し、
励起状態を保った反応性ガスを被加工物に作用させなが
らエキシマレーザ光を照射することを特徴とする。
は、真空雰囲気中で被加工物にエキシマレーザ光を照射
してアブレーション加工を行なうレーザ加工方法であっ
て、反応性ガスを導入して前記真空雰囲気を制御するこ
とと、プラズマ放電によって前記反応性ガスを励起し、
励起状態を保った反応性ガスを被加工物に作用させなが
らエキシマレーザ光を照射することを特徴とする。
【0011】
【作用】真空雰囲気中でプラズマ放電によって反応性ガ
スを励起し、この反応性ガスを被加工物に作用させなが
ら被加工物上にエキシマレーザ光を照射すると、アブレ
ーションによって生じたデブリが反応性ガスと反応し、
ガス状態となって消滅しやすい。
スを励起し、この反応性ガスを被加工物に作用させなが
ら被加工物上にエキシマレーザ光を照射すると、アブレ
ーションによって生じたデブリが反応性ガスと反応し、
ガス状態となって消滅しやすい。
【0012】
【実施例】図1に、本発明の実施例によるレーザ加工装
置の構成を概略的に示す。なお、加工用エキシマレーザ
光としてはKrFレーザ光(波長248nm)を用いる
ものとする。
置の構成を概略的に示す。なお、加工用エキシマレーザ
光としてはKrFレーザ光(波長248nm)を用いる
ものとする。
【0013】KrFレーザ光を透過することのできる石
英窓1を有する真空チャンバ2は、その内部に被加工物
を保持移動するための加工ステージ3、試料移動装置5
を含む。被加工物4は、加工ステージ3上に保持され、
試料駆動装置5で加工ステージ3を移動することによっ
てその位置が制御される。駆動は、手動でも電動、その
他でもよい。
英窓1を有する真空チャンバ2は、その内部に被加工物
を保持移動するための加工ステージ3、試料移動装置5
を含む。被加工物4は、加工ステージ3上に保持され、
試料駆動装置5で加工ステージ3を移動することによっ
てその位置が制御される。駆動は、手動でも電動、その
他でもよい。
【0014】真空チャンバ2は、たとえば油回転ポンプ
とターボ分子ポンプの組み合わせからなる真空ポンプ6
によってその内部を2×10-6Torr程度の真空度ま
で排気できる。
とターボ分子ポンプの組み合わせからなる真空ポンプ6
によってその内部を2×10-6Torr程度の真空度ま
で排気できる。
【0015】真空チャンバ2の一部を貫通して、石英管
7が配置されている。真空チャンバ2外において、石英
管7の周囲には水冷銅パイプ等で形成された高周波コイ
ル8が巻回されている。
7が配置されている。真空チャンバ2外において、石英
管7の周囲には水冷銅パイプ等で形成された高周波コイ
ル8が巻回されている。
【0016】石英管7の外側端部は、酸素ガス等のガス
源10に接続されている。また、高周波コイル8は、イ
ンピーダンス整合を行なうためのマッチングボックス1
2を介して高周波電源13に接続されている。
源10に接続されている。また、高周波コイル8は、イ
ンピーダンス整合を行なうためのマッチングボックス1
2を介して高周波電源13に接続されている。
【0017】図2は、高周波コイルを備えた励起ガス供
給源を拡大して示す。真空チャンバに接続されたフラン
ジ15に開口部が形成され、開口部に石英管7が挿入さ
れている。石英管7と真空チャンバ等の間の気密シール
は、Oリング16によって形成される。
給源を拡大して示す。真空チャンバに接続されたフラン
ジ15に開口部が形成され、開口部に石英管7が挿入さ
れている。石英管7と真空チャンバ等の間の気密シール
は、Oリング16によって形成される。
【0018】キャップ18は、Oリング16をOリング
溝に固定するためのものである。なお、図示の構成にお
いては、2つのOリング16がスペース17によって分
離されている。
溝に固定するためのものである。なお、図示の構成にお
いては、2つのOリング16がスペース17によって分
離されている。
【0019】なお、高周波コイル8を巻回した部分にお
いては、石英管7はたとえば約30mmの直径を有し、
真空チャンバ内に挿入される部分においては、石英管7
は約20mmの直径を有する。
いては、石英管7はたとえば約30mmの直径を有し、
真空チャンバ内に挿入される部分においては、石英管7
は約20mmの直径を有する。
【0020】石英管7の先端はさらに絞られ、被加工物
上にプラズマ化したガスを供給するように設計されてい
る。なお、石英管7の上部に示した構造体は、石英管7
の支持のためのもの、および他の配管との接続用のもの
である。
上にプラズマ化したガスを供給するように設計されてい
る。なお、石英管7の上部に示した構造体は、石英管7
の支持のためのもの、および他の配管との接続用のもの
である。
【0021】アブレーション加工を行なう場合は、加工
ステージ3上に被加工物4を固定し、ステージ駆動装置
5によって被加工物4を所望の位置に配置する。真空ポ
ンプ6によって真空チャンバ2内を所定の真空度に排気
し、ガス源10から酸素ガス等のガスを所定流量で石英
管7内に供給する。
ステージ3上に被加工物4を固定し、ステージ駆動装置
5によって被加工物4を所望の位置に配置する。真空ポ
ンプ6によって真空チャンバ2内を所定の真空度に排気
し、ガス源10から酸素ガス等のガスを所定流量で石英
管7内に供給する。
【0022】高周波コイル8に高周波電力を供給するこ
とにより、石英管7内でガスプラズマが発生し、励起さ
れたガス分子が石英管7の先端開口から真空チャンバ2
内に供給される。真空チャンバ2内は排気されているた
め、石英管7から供給された励起分子は容易に被加工物
4表面上に到達する。
とにより、石英管7内でガスプラズマが発生し、励起さ
れたガス分子が石英管7の先端開口から真空チャンバ2
内に供給される。真空チャンバ2内は排気されているた
め、石英管7から供給された励起分子は容易に被加工物
4表面上に到達する。
【0023】石英窓1を介してKrFレーザ光9を被加
工物4上に照射すると、被加工物表面でアブレーション
が生じ、被加工物表面の分子が切断されて周囲に飛散す
る。この被加工物の飛散物が周囲に供給された励起酸素
分子と酸素分子または酸素原子と化合し、ガス状態に変
換される。
工物4上に照射すると、被加工物表面でアブレーション
が生じ、被加工物表面の分子が切断されて周囲に飛散す
る。この被加工物の飛散物が周囲に供給された励起酸素
分子と酸素分子または酸素原子と化合し、ガス状態に変
換される。
【0024】たとえば、被加工物がポリイミド等の高分
子の場合、アブレーションによって生じる飛散物はC、
H等を主要成分とする。Cは酸素と化合することによっ
てCO、CO2 となり、ガス状に変換される。
子の場合、アブレーションによって生じる飛散物はC、
H等を主要成分とする。Cは酸素と化合することによっ
てCO、CO2 となり、ガス状に変換される。
【0025】以下、図3を参照して酸素ガスを供給しつ
つポリイミドのアブレーションを行なった実験結果を説
明する。真空チャンバ内の真空度は約6×10-3Tor
rとし、ガス源10から1cc/分の流量で酸素ガスを
供給した。高周波コイル8には、約200Wの高周波電
力を供給し、石英管7内で酸素ガスプラズマを発生させ
た。この場合、アブレーションを受けたポリイミド試料
表面は、図3(A)に示すように、ほとんどデブリのな
い状態であった。
つポリイミドのアブレーションを行なった実験結果を説
明する。真空チャンバ内の真空度は約6×10-3Tor
rとし、ガス源10から1cc/分の流量で酸素ガスを
供給した。高周波コイル8には、約200Wの高周波電
力を供給し、石英管7内で酸素ガスプラズマを発生させ
た。この場合、アブレーションを受けたポリイミド試料
表面は、図3(A)に示すように、ほとんどデブリのな
い状態であった。
【0026】次に、高周波コイル8に高周波電力を供給
することを停止し、単に酸素ガスを同流量供給としなが
らレーザアブレーションを行なった。この結果得られた
ポリイミド表面は、図3(B)に示すような状態であ
り、アブレーションを受けた領域の周囲に薄くデブリが
付着していた。
することを停止し、単に酸素ガスを同流量供給としなが
らレーザアブレーションを行なった。この結果得られた
ポリイミド表面は、図3(B)に示すような状態であ
り、アブレーションを受けた領域の周囲に薄くデブリが
付着していた。
【0027】なお、酸素ガスにアルゴンガスを混合する
と、安定なプラズマを得やすくなる。以下、(O2 +A
r)ガスを用いた実験結果を説明する。ガス源からO2
80cc/分、Ar1000cc/分のガスを供給し、
真空チャンバ2内を約1.6Torrに排気した。
と、安定なプラズマを得やすくなる。以下、(O2 +A
r)ガスを用いた実験結果を説明する。ガス源からO2
80cc/分、Ar1000cc/分のガスを供給し、
真空チャンバ2内を約1.6Torrに排気した。
【0028】図4(A)は、高周波コイル8に約200
Wの高周波電力を供給した場合の結果を示す。アブレー
ション加工を受けた領域の周囲に薄くデブリが付着して
いるが、その量は少ない。
Wの高周波電力を供給した場合の結果を示す。アブレー
ション加工を受けた領域の周囲に薄くデブリが付着して
いるが、その量は少ない。
【0029】高周波電流を停止し、同一流量の酸素ガス
とArガスを供給してアブレーション加工を行なうと、
図4(B)に示すような結果が得られた。すなわち、デ
ブリの付着範囲が大幅に拡大した。
とArガスを供給してアブレーション加工を行なうと、
図4(B)に示すような結果が得られた。すなわち、デ
ブリの付着範囲が大幅に拡大した。
【0030】なお、酸素ガスおよび酸素混合ガスを供給
する場合を説明したが、ポリイミド等の高分子化合物に
対しては、水素または水素混合ガスを供給することも有
効である。これらの反応性ガスを単に供給するだけでは
なく、プラズマ放電によってガス分子を励起し、励起状
態を保って被加工物に供給することにより、被加工物か
ら発生したアブレーションの副生成物が効率よくガス状
に変換され、デブリの発生を防止することができる。
する場合を説明したが、ポリイミド等の高分子化合物に
対しては、水素または水素混合ガスを供給することも有
効である。これらの反応性ガスを単に供給するだけでは
なく、プラズマ放電によってガス分子を励起し、励起状
態を保って被加工物に供給することにより、被加工物か
ら発生したアブレーションの副生成物が効率よくガス状
に変換され、デブリの発生を防止することができる。
【0031】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。たとえば、
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。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
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。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エキシマレーザ光を用いたアブレーション加工において
デブリの発生を効率的に防止することができる。
エキシマレーザ光を用いたアブレーション加工において
デブリの発生を効率的に防止することができる。
【図1】本発明の実施例によるレーザ加工装置を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図2】図1のレーザ加工装置に用いる励起ガス供給源
の構成例を示す部分断面図である。
の構成例を示す部分断面図である。
【図3】本発明の実施例によるレーザ加工の効果を、ガ
スをプラズマ化しない場合と比較して示す概略平面図で
ある。
スをプラズマ化しない場合と比較して示す概略平面図で
ある。
【図4】本発明の実施例によるレーザ加工の効果を、ガ
スをプラズマ化しない場合と比較して示す概略平面図で
ある。
スをプラズマ化しない場合と比較して示す概略平面図で
ある。
1 石英窓 2 真空チャンバ 3 加工ステージ 4 被加工物 5 ステージ駆動装置 6 真空ポンプ 7 石英管 8 高周波コイル 9 KrFレーザ光 10 ガス源 12 マッチングボックス 13 高周波電源 15 フランジ 16 Oリング 17 スペーサ 18 キャップ
Claims (3)
- 【請求項1】 真空雰囲気中で被加工物にエキシマレー
ザ光を照射してアブレーション加工を行なうレーザ加工
方法であって、 反応性ガスを導入して前記真空雰囲気を制御すること
と、 プラズマ放電によって前記反応性ガスを励起し、励起状
態を保った反応性ガスを被加工物に作用させながらエキ
シマレーザ光を照射することを特徴とするレーザ加工方
法。 - 【請求項2】 前記反応性ガスが酸化性ガスまたは還元
性ガスである請求項1記載のレーザ加工方法。 - 【請求項3】 被加工物を保持する加工ステージを収容
し、エキシマレーザ光透過窓を有する真空容器と、 前記真空容器に接続された排気装置と、 前記真空容器に接続され、反応性ガスを供給できる絶縁
性ガス供給配管と、 前記絶縁性ガス供給配管の一部に巻回された高周波コイ
ルとを有するレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159567A JPH079182A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | レーザ加工方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5159567A JPH079182A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | レーザ加工方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH079182A true JPH079182A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=15696549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5159567A Pending JPH079182A (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | レーザ加工方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH079182A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG112822A1 (en) * | 2002-02-04 | 2005-07-28 | Advanced Systems Automation | Method and apparatus for selective removal of material |
| JP2011040747A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Fei Co | ガス支援レーザ・アブレーション |
| JP2011527637A (ja) * | 2008-07-09 | 2011-11-04 | エフ・イ−・アイ・カンパニー | レーザ機械加工のための方法および装置 |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP5159567A patent/JPH079182A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG112822A1 (en) * | 2002-02-04 | 2005-07-28 | Advanced Systems Automation | Method and apparatus for selective removal of material |
| JP2011527637A (ja) * | 2008-07-09 | 2011-11-04 | エフ・イ−・アイ・カンパニー | レーザ機械加工のための方法および装置 |
| US10493559B2 (en) | 2008-07-09 | 2019-12-03 | Fei Company | Method and apparatus for laser machining |
| JP2011040747A (ja) * | 2009-08-10 | 2011-02-24 | Fei Co | ガス支援レーザ・アブレーション |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990112 |