JPH03264184A - Method for removing decomposition with pulse laser beam - Google Patents

Method for removing decomposition with pulse laser beam

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JPH03264184A
JPH03264184A JP2063063A JP6306390A JPH03264184A JP H03264184 A JPH03264184 A JP H03264184A JP 2063063 A JP2063063 A JP 2063063A JP 6306390 A JP6306390 A JP 6306390A JP H03264184 A JPH03264184 A JP H03264184A
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JP
Japan
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laser beam
pulsed laser
pulse
pulse laser
mirror
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Pending
Application number
JP2063063A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Omori
暢彦 大森
Keiko Ito
伊藤 慶子
Masami Inoue
井上 正巳
Megumi Omine
大峯 恩
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily improve machining speed by making optical path of beam on one side of the pulse laser beam longer than that on the other side to delay the arrival of the one side pulse laser beam. CONSTITUTION:The pulse laser beam outputted from a laser beam generator 1 is decomposed into two by using a first half mirror 2, first mirror 3, second half mirror 4 and second mirror 5. Then, the optical path of beam on the one side of pulse laser beam is made to longer than the optical path of beam on the other side pulse laser beam. By this method, the arrival of the one side pulse laser beam is delayed and radiated on a material 73 to be machined as the following pulse. By this method, it is unnecessary to reconstruct the generator itself.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、加工速度に優れたパルスレーザによる分解
除去方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a decomposition and removal method using a pulsed laser that has excellent processing speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

短パルスレーザによるパルスレーザ分解除去装置として
、従来例えば精密工学誌・5 s/s/ 1989に示
すものがあった。このような装置において、従来、加工
速度を向上させるために照射するビームのエネルギ密度
を増加させる方法があった。しかしこの方法では、エネ
ルギ密度の増加により加工周辺部が損傷する場合があり
、第2図示すように照射エネルギ密度を増加させてもパ
ルスあたりの除去深さは、大きく増加しない。そのため
レーザ発振器のパルス繰り返し周波数を高くする方法な
どが用いられていた。
As a pulsed laser decomposition and removal device using a short pulse laser, there has been one shown in, for example, Precision Engineering Journal, 5 s/s/1989. In such devices, there has conventionally been a method of increasing the energy density of the irradiated beam in order to improve the processing speed. However, with this method, the machining periphery may be damaged due to an increase in energy density, and as shown in FIG. 2, even if the irradiation energy density is increased, the removal depth per pulse does not increase significantly. Therefore, methods such as increasing the pulse repetition frequency of the laser oscillator have been used.

即ち、第3図に示すようにショツト数の増加に比例して
除去深さが増加することから、パルス繰り返し周波数を
高くして、加工速度を向上させていた。
That is, as shown in FIG. 3, since the removal depth increases in proportion to the increase in the number of shots, the pulse repetition frequency has been increased to improve the machining speed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のパルスレーザによる分解除去方法は以上のように
行なわれていたが、パルス繰り返し周波数を増加させる
ためにはレーザ発振器自体の改造が必要であった。例え
ば、ガスレーザの一種であるエキシマレーザでは、パル
ス繰り返し周波数を増加させるために、レーザガスの流
速と放電周期を高める必要があり、そのために発振器が
大型化、複雑化し、高価でかつ信頼性の低い装置となり
、さらに場合によっては、レーザ鏡体自体を再設計する
必要があった。
The conventional decomposition and removal method using a pulsed laser was carried out as described above, but in order to increase the pulse repetition frequency, it was necessary to modify the laser oscillator itself. For example, in an excimer laser, which is a type of gas laser, in order to increase the pulse repetition frequency, it is necessary to increase the flow rate and discharge period of the laser gas, which makes the oscillator larger and more complex, making it an expensive and unreliable device. In some cases, it was necessary to redesign the laser mirror itself.

この発明は、かかる問題点を解決することを目的してな
されたものであり、発振器自体を改造することなく、容
易に加工速度が向上できるパルスレーザによる分解除去
方法を提供するものである。
The present invention has been made to solve these problems, and provides a decomposition and removal method using a pulsed laser that can easily increase processing speed without modifying the oscillator itself.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係るパルスレーザによる分解除去方法は、パ
ルスレーザビームを2つに分割し、一方のビームの光路
長他方より長くすることにより、ビームの到着を遅らせ
て次のパルスとして被加工物上に照射するものである。
The decomposition removal method using a pulsed laser according to the present invention splits a pulsed laser beam into two and makes the optical path length of one beam longer than the other, thereby delaying the arrival of the beam and transferring it onto the workpiece as the next pulse. It is something that irradiates.

〔作用〕[Effect]

この発明による方法では、レーザ発振器本体に何ら手を
刃口えることなくビームを分割し、さらに各ビームの光
路長をかえて、パルス繰り返し周波数を増加させ、加工
速度を向上させる。
In the method according to the present invention, the beam is divided without touching the laser oscillator body, and the optical path length of each beam is changed to increase the pulse repetition frequency and improve the processing speed.

〔実施例〕〔Example〕

この発明において、パルスレーザは、エキシマレーザ、
Qスイッチ付YAGレーザ等を用いる。
In this invention, the pulse laser is an excimer laser,
A YAG laser with a Q switch is used.

対象とする被加工物は、高分子材料、金属材料セラミッ
クス材料、化合物半導体等である。
The target workpieces include polymer materials, metal materials, ceramic materials, and compound semiconductors.

特に、この発明は、ナノ秒オーダのパルスレーザによる
熱加工に不向きな高分子材料の微細加工に適用する場合
にその効果が大である。
Particularly, the present invention is highly effective when applied to fine processing of polymeric materials that are unsuitable for thermal processing using pulsed lasers on the order of nanoseconds.

なお、前述したように照射エネルギ密度を増加させても
パルスあたりの除去深さがあまり増加しない理由は明白
ではないが照射エネルギ密度とレーザの材料への侵入深
さが比例関係ではなく、パルスのエネルギ密度の対数と
レーザの材料への侵入深さがほぼ比例関係にあるためと
推察される。
As mentioned above, it is not clear why the removal depth per pulse does not increase much even if the irradiation energy density is increased, but the irradiation energy density and the laser penetration depth into the material are not proportional to each other. This is presumed to be because the logarithm of energy density and the penetration depth of the laser into the material are approximately proportional.

さらに前述したショツト数の増加に比例してパルスあた
りの除去深さが増加する理由は明白ではなか、各パルス
による分解除去機構が常に同じであるためと推察される
Furthermore, the reason why the removal depth per pulse increases in proportion to the increase in the number of shots mentioned above is not clear, but it is presumed that the decomposition and removal mechanism by each pulse is always the same.

以下にこの発明の詳細な説明する。4 この発明の実施例は、第1図に完すパルスレーザ用光学
部品により分解除去を行うものである。
This invention will be explained in detail below. 4 In an embodiment of the present invention, decomposition and removal are carried out using optical parts for a pulsed laser as shown in FIG.

上記パルスレーザ用光学部品は、エキシマレーザ発振器
(1)と、該エキシマレーザ発振器(1)と、該エキシ
マレーザ発振器0)から出たパルスレーザビームを2つ
に分割するための第1ハーフミラ−(2)と、第t i
 ラ−(3)と、第1ハーフミラ−(2)を通温したパ
ルスレーザビーム、及び第1tラー(3)を反射したパ
ルスレーザビームをさらに2つに分割するための第2ハ
ーフミラ−(4)と、第2ミラー(5)とから威る。
The above-mentioned optical parts for a pulsed laser include an excimer laser oscillator (1), a first half mirror (1) for dividing the pulsed laser beam emitted from the excimer laser oscillator (1), and the excimer laser oscillator (0) into two. 2) and the t i
The second half mirror (4) is used to further divide the pulsed laser beam heated through the first half mirror (2) and the second half mirror (4) into two, and the pulsed laser beam reflected from the first half mirror (3). ) and the second mirror (5).

これらの光学部品を用いて、パルスレーザによる分解除
去を行うに当っては、先ずエキシマレーマレーザ発振器
(1)から出たパルスレーザビームを第【ハーフミラ−
(2〉で分割する。2つのパルスレーザビームのうち第
1ハーフミラ−(2)を透過したパルスレーザビームは
、第2ハーフミラ−(0でさらに分割される。第2ハー
フミラ−(0を透過したパルスレーザビームは、そのま
ま第1加工用光学系(6)に導かれる。第2ハーフミラ
−(4)を反射したパルスレーザビームは、第2ミラー
(5)で1度反射し、第2270工用光学系(7)に導
かれる。第17)−フミラー(2)を反射したパルスレ
ーザビームは、第tミラー(3)で1度反射して、第2
ハーフミラ−0)に導びかれる。ただし、第1ハーフミ
ラ−(2)を反射したパルスレーザビームが、第1ハー
フくラー(2)を透過したパルスレーザビームが第2ハ
ーフミラ−(4)を透過あるいは反射した後に第2ハー
フミラ−I4)に到着するように第1ミラー(3)を経
由する光路長を長くする。
When performing decomposition removal using a pulsed laser using these optical components, first the pulsed laser beam emitted from the excimer laser oscillator (1) is
The pulsed laser beam that has passed through the first half mirror (2) of the two pulsed laser beams is further divided at the second half mirror (0). The pulsed laser beam is directly guided to the first processing optical system (6).The pulsed laser beam reflected by the second half mirror (4) is reflected once by the second mirror (5), and is then guided to the 2270th processing optical system. The pulsed laser beam reflected from the 17th mirror (2) is guided to the optical system (7).
You will be guided by the half mirror 0). However, after the pulsed laser beam reflected by the first half mirror (2), the pulsed laser beam transmitted by the first half mirror (2), and the pulsed laser beam transmitted or reflected by the second half mirror (4), the second half mirror I4 ), the optical path length passing through the first mirror (3) is lengthened so that the light reaches

次に、上記パルスレーザ泪光学部品を用いて、高分子材
料の微細除去加工を行った具体例につき説明する。
Next, a specific example in which fine removal processing of a polymeric material is performed using the pulsed laser optical component described above will be described.

本例においては、高分子材料として厚さ125μmのポ
リイミドフィルムを用いた。レーザは、最大出力24W
1パルス繰り返し周波数80H,、最大パルスエネルギ
300mJ 、パルス巾2fJ秒、ビーム形状1cwx
2国の長方形のArFエキシマレーザで、本例において
は、パルス繰り返し周波数20Hz、パルスエネルギ2
30mJとして用いた。また第1ハーフミラ−(2)を
透過して第2ハーフミラ−(0に向う光路長を1Oc1
1、第1ハーフミラ−(2)を反射して、さらに第1ミ
ラー(3)で反射して第2ハーフミラ−(4)に向う光
路長を100cIIIとし、光路長の差を90αとした
。したがって、パルスレーザビームが第2ハーフミラ−
(4)に到着するまでの時差は37′ノ秒となるので2
つに分割したビームは、別のパルスとなうパルス繰り返
し周波数が2倍となる。
In this example, a 125 μm thick polyimide film was used as the polymer material. Laser maximum output 24W
1 pulse repetition frequency 80H, maximum pulse energy 300mJ, pulse width 2fJ seconds, beam shape 1cwx
In this example, the rectangular ArF excimer laser has a pulse repetition frequency of 20 Hz and a pulse energy of 2.
It was used as 30mJ. Also, the optical path length passing through the first half mirror (2) and heading toward the second half mirror (0) is 1Oc1.
1. The optical path length reflected by the first half mirror (2), further reflected by the first mirror (3), and directed toward the second half mirror (4) was set to 100cIII, and the difference in optical path length was set to 90α. Therefore, the pulsed laser beam
The time difference until arriving at (4) is 37'noseconds, so 2
The beam divided into two pulses has a pulse repetition frequency twice that of the other pulses.

ここで第1図に示したパルスレーザ用光学部品から出て
きた1つのパルスのエネルギは、透過および反則による
損失と1.パルスを2ケ所から2パルス、計4パルスと
に取り出したことから、元のパルスのエネルギの約22
.5%となるが、加工用光学系の変更によす、加工サン
プルへ照射スルパルスのエネルギ密度を、同じ値にする
ことができる。エキシマレーザ発振器から出たレーザビ
ームをそのまま加工用光学系に導入する場合には、φt
OOμmの穴をあけるためにマスクをφ2ooItrn
とし、透光率90%のレンズを用い、縮小率1/2の投
影露光により行った。この時の照射エネルギ密度は約o
、4J/W  である。そこで第1図に示したパルスレ
ーザ用光学部品を用いる場合、照射エネルギ密度を約0
.4J7’dとして加工するために、マスク机及びnを
通過するエネルギを同じ値にする必要がある。そのため
マスク(2)及び(2)の面積を前記マスクのLOOO
/225倍、したがってマスク闘及び0の径を2.1 
倍にする必要がある。そこで第1図に示したパルスレー
ザ用光学部品を用いる場合、マスク机及び同を1142
0μmとし、透光率90%のレンズ報およびのを用い、
縮小率1/4.2の投影露光によりエネルギ密度約0.
4J/Wで加工サンプル−および四の−100μmの穴
あけ加工を行った。
Here, the energy of one pulse emitted from the optical components for pulsed laser shown in FIG. 1 is divided into losses due to transmission and fouling, and 1. Since the pulse was extracted into two pulses from two locations, a total of four pulses, the energy of the original pulse was approximately 22
.. 5%, but by changing the processing optical system, the energy density of the pulses irradiated to the processing sample can be made to the same value. When the laser beam emitted from the excimer laser oscillator is directly introduced into the processing optical system, φt
Mask φ2ooItrn to make a hole of OOμm
Projection exposure was carried out using a lens with a light transmittance of 90% and a reduction ratio of 1/2. The irradiation energy density at this time is approximately o
, 4J/W. Therefore, when using the optical components for pulsed laser shown in Fig. 1, the irradiation energy density is reduced to approximately 0.
.. In order to process it as 4J7'd, it is necessary to make the energy passing through the mask machine and n the same value. Therefore, the area of masks (2) and (2) is
/225 times, so the diameter of the mask and 0 is 2.1
Need to double it. Therefore, when using the optical parts for pulsed laser shown in Fig. 1, the mask desk and the same
0 μm, using a lens with a light transmittance of 90%,
By projection exposure with a reduction ratio of 1/4.2, the energy density is approximately 0.
A 100 μm hole was drilled in the processed sample and the fourth sample at 4J/W.

以上の結果から知られるように、この発明によれば、エ
キシマレーザ発振器から出るパルスレーザビームをその
まま加工用光学系に導入する場合の2倍の加工速度を得
ることができることが分る。
As is known from the above results, it can be seen that according to the present invention, it is possible to obtain twice the machining speed as when the pulsed laser beam emitted from the excimer laser oscillator is directly introduced into the machining optical system.

また、第1図に示すように、加工用光学系を2カ所にし
て、並列して加工を行うことにより、生産速度がさらに
2倍向上する。
Further, as shown in FIG. 1, by using two optical systems for processing and performing processing in parallel, the production speed can be further increased by a factor of two.

なお上記加工においては、加工用光学系を並列に並べて
加工するために第2〈ラー(5)を届いたが、第2tラ
ー(5)を用いずに加工を行ってもよい。
In the above processing, the second mirror (5) was used for processing with the processing optical systems arranged in parallel, but the processing may be performed without using the second mirror (5).

また、上記加工においては、第1図に示したパルスレー
ザ用光学部品を【個しか用いなかったが、複数個組み合
わせて用いるとさらに生産速度を向させることができる
Further, in the above processing, only one of the pulse laser optical parts shown in FIG. 1 was used, but if a plurality of them are used in combination, the production speed can be further increased.

さらに上記加工においては、2一つに分割したビームの
うち、1つを別のパルスとして用いたが、2つに分割し
たビームをパルス巾の半分程度の時間ずらして1つのパ
ルスにすることにより、従来行なわれていたレーザ発振
器の各放電電橋を少しずつ逐らせるというレーザ発振器
の改造をすることなく、パルス巾を長くすることができ
る。
Furthermore, in the above processing, one of the two divided beams was used as another pulse, but by shifting the two divided beams by about half the pulse width and making them into one pulse. The pulse width can be increased without modifying the laser oscillator by gradually removing each discharge bridge of the laser oscillator, which has been done in the past.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によればパルスレーザビームを
2つに分割し、1方のビームの光路長を他方より長<シ
、被加工物上へのビームの到着を遅らせて次のパルスと
して照射するようにしたので、発振器自体を改造するこ
となく、容易に加工速度が向上できる効果がある。
As described above, according to the present invention, a pulsed laser beam is divided into two, the optical path length of one beam is made longer than the other, the arrival of the beam on the workpiece is delayed, and the beam is used as the next pulse. By using irradiation, the processing speed can be easily increased without modifying the oscillator itself.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係るパルスレーザビーム
の光路を示す光路図、並びに第2図および第3図は、そ
れぞれA r Fエキシマレーザを用いてポリイミドフ
ィルムの穴あけ加工をする際の照射エネルギ密度とパル
スあたりの除去深さの関係およびショツト数と除去深さ
の関係を示す特性図である。 (1)・・−レーザ発振器、(2)・・・第2ハーフミ
ラー1(3ン・・・第1ミラー、0)・・・第2ハーフ
ミラ−1(5)・・・第2ミラー、(6)・・・第12
1Li工用光学系、靭・・・マスク、目・・・レンズ、
呻・・・刀日エサンプル (7)・・・第2加工用光学
系 (2)・・パ?スク σ力・・・レンズ −・・・
加工サンプル
FIG. 1 is an optical path diagram showing the optical path of a pulsed laser beam according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the optical path when drilling a polyimide film using an A r F excimer laser, respectively. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between irradiation energy density and ablation depth per pulse, and the relationship between the number of shots and ablation depth. (1)...-Laser oscillator, (2)...Second half mirror 1 (3-n...First mirror, 0)...Second half mirror-1 (5)...Second mirror, (6)...12th
1Li engineering optical system, toughness...mask, eyes...lens,
Groan...Tobi Esample (7)...Second processing optical system (2)...Pa? Screw σ force...Lens -...
processing sample

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  パルスレーザビームを2つに分解し、一方の上記パル
スレーザビームの光路長を他方の上記パルスレーザビー
ムの光路長より長くすることにより、上記一方のパルン
レーザビームの到着を遅らせて、次のパルスとして被加
工物上に照射するパルスレーザによる分解除去方法。
By splitting the pulsed laser beam into two and making the optical path length of one of the pulsed laser beams longer than the optical path length of the other pulsed laser beam, the arrival of one of the pulsed laser beams is delayed and the next pulse is A decomposition removal method using a pulsed laser that irradiates the workpiece.
JP2063063A 1990-03-13 1990-03-13 Method for removing decomposition with pulse laser beam Pending JPH03264184A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528039A (en) * 2017-07-27 2020-09-17 サン−ゴバン グラス フランス Thermoplastic film for laminated glass panes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528039A (en) * 2017-07-27 2020-09-17 サン−ゴバン グラス フランス Thermoplastic film for laminated glass panes
US11052639B2 (en) 2017-07-27 2021-07-06 Saint-Gobain Glass France Thermoplastic film for a laminated glass pane

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