JPH09192875A

JPH09192875A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH09192875A
Application number: JP8002168A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hikima; 郁雄引間
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】加工中に被加工物からすすが発生しても良好
なレーザ加工を行うことができるようにする。【解決手段】加工面が下方を向くようにして被加工物
７をステージ８に保持し、被加工物７の下方から加工面
にレーザ光ＬＢを照射してレーザ加工を行う。レーザ光
の照射によって被加工物から落下したすす等の発生物を
吸引するための吸引手段を備えてもよい。【効果】レーザ加工中に発生したすすは自重で下に落
ちるため、レーザ加工面にすすが付着することがないの
で均一なレーザ加工を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ等
の紫外域のレーザ光によるアブレーションを利用したレ
ーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高分子材料やセラミックス材料に微細加
工を施すための装置として、エキシマレーザ等によって
得られる紫外域のレーザ光を用いたレーザ加工装置があ
る。

【０００３】例えば、ＫｒＦエキシマレーザは波長２４
８ｎｍの紫外線を発生し、ＡｒＦエキシマレーザは波長
１９３ｎｍの真空紫外線を発生するが、これらの紫外線
の光子エネルギーは原子の結合エネルギーに相当する。
また、エキシマレーザは数十ナノ秒のパルス幅で数百ミ
リジュール以上の大エネルギーを瞬間的に発生すること
ができる。このようなレーザ光を高分子材料等でできた
被加工物に照射すると、アブレーション（光化学反応）
によって被加工物を構成する材料の分子間結合が破壊さ
れ、材料が蒸発、飛散することで加工が行われる。この
アブレーションを利用するレーザ加工は、炭酸ガスレー
ザなど赤外域のレーザ光を用いるレーザ加工と違って、
被加工物に熱的影響を及ぼすことなく加工をすることが
できるという利点を有する。ところで、従来のレーザ加
工装置は、被加工物をステージ上に保持し、被加工物の
加工面に上方からレーザ光を照射して加工を行ってい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アブレーションを利用
するレーザ加工は、高分子材料のような炭素含有材料等
にレーザ光を照射し、レーザ光が照射された部分の材料
の分子間結合を破壊して加工を行うものであるため、レ
ーザ光を照射した部分からすすや微細な除去物が発生す
る。

【０００５】図５（ａ）に示すように、レーザ加工中に
発生したすす４２〜４５が被加工物４０の加工面４１に
付着すると、すす４２〜４５にレーザ光ＬＢが吸収され
てしまう。そのため、すす４２〜４５が付着した部分は
加工速度が遅くなり、加工が進むにつれて、図５（ｂ）
に示すように加工面４１に凹凸が生じたり、加工の輪郭
が乱れたりして均一な加工ができないという問題があっ
た。本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてな
されたもので、加工中に被加工物からすすが発生しても
良好なレーザ加工を行うことのできるレーザ加工装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、加工面が下
方を向くようにして被加工物を保持し、被加工物の下方
から加工面にレーザ光を照射してレーザ加工を行うこと
で前記目的を達成する。

【０００７】加工面は下方が開放されており、レーザ加
工は被加工物の下方に面する表面から内部に向かって行
われるため、レーザ加工中に発生したすすは自重で下に
落ちることができる。したがって、レーザ加工面にすす
が付着することがないので、加工レーザ光はすすによる
吸収を受けることがなく、設計通りの輪郭を有する均一
なレーザ加工を実現することができる。

【０００８】すなわち、本発明は、紫外域のレーザ光を
出射する光源と、被加工物を保持する保持手段と、レー
ザ光を保持手段に保持された被加工物に照射する照射光
学系とを有するレーザ加工装置において、保持手段は被
加工物の加工面を下方に向けて保持し、照射光学系は被
加工物に下方側からレーザ光を照射することを特徴とす
る。

【０００９】レーザ光の照射によって被加工物から落下
したすす等の発生物が雰囲気中に浮遊して装置の光学系
等を汚染するのを防止するために、被加工物の加工面の
近くにすす等の発生物を真空吸引する吸引手段を備える
のが好ましい。また、被加工物の加工面、特にレーザ光
照射領域にガスを吹き付ける手段を更に備えることで、
レーザ加工中に発生したすすを加工面から効果的に除去
して、均一な加工を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態を説明
する概略図である。エキシマレーザ等のレーザ光源１か
ら発振された紫外域のレーザ光ＬＢは、ビーム整形部２
により適切なビーム形状に整形されたのち、被加工物７
に加工すべきパターンと相似形の光透過パターンを有す
るマスク３に照射される。マスク３を透過したレーザ光
ＬＢは、ダイクロイックミラー４で反射され、対物レン
ズ６を通ったのち反射ミラー１１ａ，１１ｂで反射され
て被加工物７に照射され、被加工物７上にマスク３のパ
ターンの等倍像あるいは縮小像が形成される。マスク３
は、対物レンズ６に関して被加工物７の加工面を共役な
位置に配置されている。

【００１１】被加工物７は、ステージ８の下面側に固定
されている。ステージ８への被加工物７の固定は、例え
ば図２（ａ）に示すように、ステージ８の下面の一端側
に固定部材２５を、他端側に可動部材２６を設け、その
間に被加工物７を配置することによって行うことができ
る。可動部材２６はバネ２７，２８の力で被加工物７の
端面に押圧され、被加工物７は固定部材２５と可動部材
２６の間に挟み込まれて固定される。あるいは、被加工
物７のステージ８上への固定は、図２（ｂ）に示すよう
に、ステージ８上に置かれた被加工物７の両端を断面Ｌ
字型の固定用部材３１，３２で押さえ、固定用部材３
１，３２をビス３３等によってステージ８に固定する方
法によってもよい。

【００１２】ステージ８は、モータ２１等の駆動装置に
よって２次元方向に移動可能である。ステージ８には移
動鏡２２が固定されており、レーザ干渉計２３で移動鏡
２２との間の距離を計測することによりステージ８の座
標位置が検知される。制御部９は、レーザ干渉計２３の
出力をモニターしながらステージ８の座標位置が予め入
力された値となるようにモータ２１を駆動することで、
加工レーザ光ＬＢに対して被加工物７を位置決めする。
図示されていないが、ステージ８はステージ上で被加工
物を回転させる回転機構も有し、被加工物７は制御部９
の制御下に並進あるいは回転される。

【００１３】レーザ光源１による照射エネルギー密度の
設定は以下のようにして行われる。まず、モータ２１を
駆動してステージ８を移動させ、ステージ８上に設けら
れたエネルギーメータ５ａが加工レーザ光ＬＢの照射位
置にくるようにする。この状態でレーザ光源１を駆動
し、加工レーザ光ＬＢの１パルスのエネルギー（単位：
ジュール）をモニターする。制御部９は、予め分かって
いる照射パターンの面積から照射エネルギー密度を計算
する。そして、制御部９は被加工物の加工面に照射され
る照射エネルギー密度が計算された所定の値になるよう
にレーザ光源１の出力を調整することで、照射エネルギ
ー密度の設定が行われる。加工中は、エネルギーメータ
５ａを使用することができないので、ダイクロイックミ
ラー４を透過したレーザ光が入射する別のエネルギーメ
ータ５ｂによって照射エネルギーをモニターする。制御
部９は、エネルギーメータ５ｂからの信号を用いてレー
ザ光源１の出力をフィードバック制御し、あるいはレー
ザ光源１のエネルギー安定性が悪い場合には警報を発し
たり加工を中止する指令を出したりする。

【００１４】図３に、レーザ加工中の被加工物の拡大図
を示す。本発明によると、被加工物７の加工面は下方側
を向いており、加工レーザ光ＬＢは下方側から被加工物
に照射される。したがって、被加工物７のレーザ光照射
部で発生したすす等の微細な粒子３５は、従来のように
加工部に堆積することなく加工部から離脱して自重で下
に落ち、自動的に加工表面から取り除かれる。そのた
め、図５で説明した従来例のように加工面にすすが付着
してレーザ加工を妨げるようなことがなく、設計通りの
輪郭を有する加工を均一に行うことができる。

【００１５】このとき、図３に示すように、ガス吸引装
置３７をレーザ光照射部の近くに配置し、加工部から落
下してくるすす等の発生物３５を吸引するようにする
と、これらの発生物３５が雰囲気中を浮遊して光学系に
付着したり、装置の他の部分を汚染するのを防止するこ
とができる。

【００１６】また、図４に示すように、ガス吸引装置３
７とともにガス吹き付けノズル３８をレーザ光照射部に
対してガス吸引装置３７の反対側に配置し、被加工物７
の加工部にヘリウムガスや窒素ガスのような不活性ガス
を適当な流量で吹き付けるようにすると、レーザ光ＬＢ
の照射部からすす等の発生物３５を確実に除去して良好
なレーザ加工を行うことができる。ガス吹き付けノズル
３８からレーザ光照射部に吹き付けるガスは、流量をあ
まり大きくすると発生物３５をかえって飛散させること
になってしまう。したがって、実際の形態では、ガス吹
き付けノズル３８は、吹き付けたガスがガス吸引装置３
７によって全量吸引されるように、ガス吸引手段３７の
位置及び吸引量を考慮して吹き付け流量あるいは吹き付
け方向等を設定している。

【００１７】図１にもどって、被加工物７の加工面の観
察は、観察光源１０から発した観察光ＩＢを反射ミラー
１１ｃで反射させ、ダイクロイックミラー４、対物レン
ズ６を通して加工レーザ光ＬＢと同軸で被加工物７の加
工領域に照射し、その反射光をＣＣＤカメラ１２に取り
込み、ＴＶモニター１４で観察することで行われる。

【００１８】画像処理装置１３は、ＣＣＤカメラ１２で
取り込んだ画像の記憶及びサーチ等の処理を行うことが
でき、被加工物７上に予め形成されているアライメント
マークのサーチ及び位置測定を行うことができる。制御
部９は、画像処理装置１３の信号を用いて、モータ２１
によりステージ８を駆動して、被加工物７のローテーシ
ョン補正や位置合わせを行うことができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によると、加工中にすすが発生し
てもその影響を受けずに均一で良好なレーザ加工を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の概略図。

【図２】ステージへの被加工物の固定方法を説明する
図。

【図３】レーザ加工中の被加工物の拡大図。

【図４】レーザ加工中の被加工物の拡大図。

【図５】従来例の問題点を説明する図。

【符号の説明】

１…レーザ光源、２…ビーム整形部、３…マスク、４…
ダイクロイックミラー、５ａ，５ｂ…エネルギーメー
タ、６…対物レンズ、７…被加工物、８…ステージ、９
…制御部、１０…観察光源、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…
反射ミラー、１２…ＣＣＤカメラ、１３…画像処理装
置、１４…ＴＶモニター、２５…固定部材、２６…可動
部材、２７，２８…バネ、３１，３２…固定用部材、３
３…ビス、３５…発生物、３７…ガス吸引手段、３８…
ガス吹き付けノズル、４０…被加工物、４１…加工面、
４２，４３，４４，４５…すす、ＬＢ…加工レーザ光、
ＩＢ…観察光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外域のレーザ光を出射する光源と、被
加工物を保持する保持手段と、前記レーザ光を前記保持
手段に保持された被加工物に照射する照射光学系とを有
するレーザ加工装置において、前記保持手段は前記被加工物の加工面を下方に向けて保
持し、前記照射光学系は前記被加工物に前記下方側から
前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ加工装
置。
【請求項２】前記レーザ光の照射によって前記被加工
物から発生する発生物を吸引する吸引手段を備えること
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】前記被加工物の加工面にガスを吹き付け
る手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載のレ
ーザ加工装置。