CN106660170A - 激光加工用掩膜 - Google Patents

Abstract

为了使激光通过而在掩膜主体(41)上贯通形成有销孔(42)的激光加工用掩膜(40)中，在掩膜主体(41)的激光的射入侧利用切削、磨削或研磨加工来形成相对于销孔的轴线倾斜的反射面(43)，通过使反射面(43)中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度(Ray)形成得小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度(Rax)，从而使激光照射中几乎没有来自掩膜的返回光，防止激光的模式劣化以及振荡输出的降低。

Description

激光加工用掩膜

技术领域

本发明涉及用于激光加工装置的掩膜。

背景技术

以往，例如像专利文献1所记载的那样，已知有如下激光加工装置：由反射镜反射从激光光源射出的激光，使激光通过掩膜中之后，再次由反射镜反射，利用透镜进行聚焦来使激光照射在被加工物上。多个掩膜被安装在旋转板的周向上，通过使旋转板旋转，将依照加工目的掩膜配置在激光的光轴上。

如图7所示，专利文献1中记载的掩膜60被拧入可调整位置地安装在旋转板上的滑块70的孔71中。在掩膜60的激光射入侧形成有凸缘部61，在中心部形成有成为掩膜图案的销孔63。在凸缘部61的激光射入侧的端面形成圆锥状的锥面62，激光L的一部分L2通过销孔63，剩余的激光L1被锥面62反射，反射光L1的能量被圆环状的阻尼器72吸收。

对锥面62实施用于提高反射率的涂层处理或切削加工。在对锥面62实施了涂层处理的情况下，不仅耗费加工成本，而且还有涂层被剥离的可能性。因此，无论从成本方面还是从耐久性方面来看，都希望使用激光的反射率较高的材料作为掩膜60的材料，对掩膜60的激光射入侧进行切削加工来形成锥面62。

在如上文所述将锥面62切削加工为圆锥状的情况下，微观地来看，在锥面62的表面上会形成由切削加工产生的圆周方向上的多个槽或凹凸62a。由于这样的凹凸62a使反射光散射，使一部分激光成为与射入方向相对方向的返回光La。因此，存在以下问题：产生激光振荡变得不稳定，发生激光的模式劣化、振荡输出降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平10-235484号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种激光加工用掩膜，能使激光照射中来自掩膜的返回光几乎消失，能防止激光的模式劣化、振荡输出的降低。

解决技术问题的技术方案

本发明是包括掩膜主体、以及为了使激光通过而贯通形成于掩膜主体的销孔的激光加工用掩膜。其特征在于，在掩膜主体的激光的射入侧利用切削加工、磨削加工或研磨加工形成相对于销孔的轴线倾斜的反射面，反射面中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。

在反射面被切削加工或磨削加工为圆锥面形状的掩膜的情况下，会产生圆周方向的槽或凹凸。即，平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray大于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。因此，反射光进行散射，一部分可能变成朝向激光振荡器的返回光。本发明的掩膜中，反射面中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。为此，射入掩膜的激光容易向不同于射入方向的方向散射，能抑制向与射入方向相对方向的反射，因此能抑制反射光成为与射入方向相对方向的返回光。其结果是，能对激光振荡变得不稳定、产生激光的模式劣化、振荡输出降低的问题进行抑制。

如上文所述，例如通过沿着倾斜方向对掩膜主体进行切削加工、磨削加工或研磨加工，能容易地形成平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax的反射面。由于在反射面上形成沿着倾斜方向的条状的凹凸或槽，因此使平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。在使用激光的反射率较高的材料作为掩膜的材料并利用切削加工、磨削加工或研磨加工来形成反射面的情况下，能降低加工成本，并且也没有在对反射面进行涂层的情况下的涂层被剥离的问题，耐久性方面优异。

反射面可以是相对于所述销孔的轴线以一定角度倾斜的一个平面部，也可以是棱锥面或圆锥面。在反射面为平面部的情况下，通过对掩膜主体的端部从一个方向进行切削加工，能容易地进行制作。

对适用于本发明的激光波长不作特别限定，但激光具有激光波长越长则越难以受到掩膜表面的凹凸影响的性质。因此，本发明相对于激光的波长较短的激光(例如UV激光等)是有效的。掩膜主体的材质根据激光的性质能适当地进行选择。例如使用UV激光作为激光的情况下，期望使用UV激光的反射率较高的铝作为掩膜主体。

一般来说，使用波长较短的激光时若不减小掩膜表面的表面粗糙度则会产生散射的影响。本发明着眼点在于，即使表面粗糙度较粗糙引起散射，也能利用机械加工的方向对该散射的方向进行控制。由此，即使不将表面粗糙度处理至作为镜面发挥作用的水平(例如表面粗糙度Ra＝1nm以下等)也能作为掩膜发挥作用。

发明效果

如上文所述，根据本发明，在掩膜主体的激光的射入侧利用切削、磨削或研磨加工来形成相对于销孔的轴线倾斜的反射面，使反射面中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax，因此向掩膜射入的激光能容易地向不同于射入方向的方向进行散射，能抑制向与射入方向相对方向的反射。因此，能抑制反射光成为与射入方向的相对方向的返回光，能防止激光的模式劣化和振荡输出的降低。

附图说明

图1是本发明所涉及的激光加工装置的一个示例的示意图。

图2是掩膜的实施例1的主视图(a)、左侧视图(b)、俯视图(c)。

图3是表示掩膜的实施例1的表面粗糙度的图。

图4是表示掩膜的加工方法的一个示例的图。

图5是掩膜的实施例2的主视图以及右侧视图。

图6是掩膜的实施例3的主视图以及右侧视图。

图7是表示专利文献1中的掩膜的一个示例的图。

具体实施方式

实施例1

图1表示使用了本发明所涉及的掩膜的激光加工装置的一个示例的示意图。激光加工装置1具备激光光源即激光振荡器10、透镜20、阻尼器30、以及掩膜40，通过了掩膜40的激光L2照射至未图示的被加工物。另外，能在激光L的光轴的中途适当配置镜面、聚焦透镜等。例如使用UV激光、YAG激光、CO₂激光等任意的激光作为激光L。

该实施例的掩膜40具有图2所示的圆柱形的掩膜主体41，在其中心部贯通形成有截面为圆形的销孔42。另外，销孔42的截面形状不限于圆形。设定掩膜主体41的朝向，使销孔42的轴线与激光L的光轴平行。在掩膜主体41的激光的射入侧形成有平面部43，该平面部43相对于销孔42的轴线以一定角度θ(0<θ<90°)倾斜。具体而言，角度θ优选为从60～85°的范围中进行选择。平面部43沿着倾斜方向被切削加工、磨削加工或研磨加工，形成反射激光L的反射面。

如图2(b)、(c)所示，平面部43形成为平行于倾斜方向的槽或条状的凹凸43a。即，形成平行于Y-Z面的方向的凹凸43a。图3简要表示平面部43的凹凸43a的表面粗糙度。另外，图3中，夸张地示出了条状的凹凸43a，但实际上凹凸的数量更多，凹凸的间隔也更窄。如图3所示，平行于倾斜方向的方向(B-B截面)的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向(A-A截面)的表面粗糙度Rax。即，

Ray<Rax

因此，向平面部43射入的激光利用平面部43的倾斜和凹凸43a的协同效应，变得容易向不同于射入方向的方向(例如相对于图1的YZ面不平行的方向)发生散射，能抑制向与射入方向相对方向的反射。

以将来自激光的热量进行散热的观点来看，期望使用热导率较高的金属(铝、金、银、铜等)作为掩膜主体41的材料。另外，以提高激光的反射率的观点来看，期望使用反射率较高的金属(铝、金)等。激光不限于平行光，也可以为聚合光或发散光。

下面示出了加工条件的一个示例。

激光的射入光束直径：φ0.1～15mm

平面部的表面粗糙度Ra：50nm以下

激光的波长：500nm以下

被掩膜40的平面部43反射的激光L1向不同于激光L的射入方向的方向发生反射。特别是，平面部43中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax，因此向掩膜40射入的激光容易向不同于射入方向的方向发生散射，能抑制向与射入方向相对方向的反射。即，能抑制反射激光成为与射入方向相对方向(z轴负方向)的返回光。反射的激光L1的能量被利用水冷等来适当冷却的阻尼器30吸收。因此，能防止反射激光L1对周边元器件造成热影响。该实施例中，由于阻尼器30仅设置在射入激光L的光轴的单侧(图1中的上侧)，能使阻尼器30小型化。

图4示出了掩膜40的加工方法的一个示例。准备能以支点51为中心倾斜的底座50，利用卡盘52将掩膜主体41的原材料41’固定在底座50上。原材料41’是在其中心具有销孔42的圆柱形元器件。接着，使底座50以支点51为中心倾斜规定角度，并使底座50相对于以水平轴为中心进行旋转的磨削磨具53向水平方向移动，或使磨削磨具53向水平移动。底座50或磨削磨具53的移动方向与倾斜面的脊线方向平行，但也可稍许倾斜。作为磨削磨具53例如期望为140000号以上的磨具。利用与磨削磨具53的摩擦来对原材料41’的顶部进行切削加工，形成倾斜了一定角度的平面部43。磨具53的磨具面在平面部43的倾斜方向上进行旋转，因此在平面部43上形成沿着倾斜方向的微小的凹凸部。因此，如上文所述，使平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax，能抑制反射光成为向激光振荡器方向的返回光。在研磨加工的情况下，也使掩膜40如图4所示倾斜规定角度来进行加工。作为研磨加工的例子可列举抛光研磨。作为切削加工的其它例子，可列举如刮削加工这样的利用直线运动的加工方法。由于利用直线运动进行切削，因此能在平行于倾斜方向的方向上进行加工。

实施例2

图5示出本发明所涉及的掩膜的实施例2。该实施例的掩膜45形成具有四个倾斜面46的棱锥形状，在四个倾斜面46上形成平行于倾斜方向的槽或凹凸46a。因此，平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。另外，在掩膜45的中心部形成由斜孔构成的销孔47，但也可形成圆形的孔。

该情况下，倾斜面46中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax，因此射入至倾斜面46的激光向各个方向发散，能抑制反射光成为朝向激光振荡器方向的返回光。

实施例3

图6示出本发明所涉及的掩膜的实施例3。该实施例的掩膜48形成有具有一个锥面49的圆锥形状，在锥面49上形成有平行于倾斜方向的放射状的槽或凹凸49a。因此，平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。另外，在掩膜48的中心部形成有由圆形孔构成的销孔50，但也可形成斜孔。

图6的掩膜48的情况下也与图5同样地，锥面49中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax，因此射入至锥面49的激光向各个方向发散，能抑制反射光成为返回光。

标号说明

1 激光加工装置

10 激光振荡器

20 透镜

30 阻尼器

40 掩膜

41 掩膜主体

42 销孔

43 平面部(反射面)

43a 凹凸

Claims (3)

1.一种激光加工用掩膜，所述激光加工用掩膜包括备掩膜主体、以及为了使激光通过而在所述掩膜主体上贯通形成的销孔，所述激光加工用掩膜的特征在于，

在所述掩膜主体的激光的射入侧利用切削加工、磨削加工或研磨加工来形成相对于销孔的轴线倾斜的反射面，

所述反射面中平行于倾斜方向的方向的表面粗糙度Ray小于垂直于倾斜方向的方向的表面粗糙度Rax。

2.如权利要求1所述的激光加工用掩膜，其特征在于，

所述反射面是相对于所述销孔的轴线以一定角度进行倾斜的一个平面部。

3.如权利要求1所述的激光加工用掩膜，其特征在于，

所述反射面是棱锥面或圆锥面。