JP2000005893A

JP2000005893A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2000005893A
Application number: JP10179868A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akaha; 崇赤羽; Shinji Takahashi; 慎治高橋; Takashi Ishide; 孝石出
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】複数種の加工光学系による複数種の加工を１
台のレーザ加工装置で容易に行うことできて、コスト低
減や省スペース化や加工作業の効率向上を図ることがで
きるエキシマレーザ加工装置等のレーザ加工装置を提供
する。【解決手段】エキシマレーザ発振器１からワーク１５
までの光路１７の途中にマスク投影光学系６を設け、エ
キシマレーザ発振器１から発振されたエキシマレーザ光
１６を、光路１７によりマスク投影光学系６を介してワ
ーク１５へと導いて照射することにより、ワーク１５の
加工を行うエキシマレーザ加工装置において、光路１７
の途中で且つマスク投影光学系６の手前に投入可能に光
路切換用ミラー２０を設けると共に、この光路切換用ミ
ラー２０からワーク１５までの光路１８の途中に投入可
能に線状ビーム光学系１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置に関
し、特に、エキシマレーザ加工装置によって複数種の加
工を行う場合に適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザは、４００ｎｍ以下の紫
外領域の波長で発振する効率の高いレーザであり、例え
ば希ガスハライド系のエキシマレーザであるＸｅＦレー
ザでは３５１ｎｍ、ＫｒＦレーザでは２４８ｎｍ、Ａｒ
Ｆレーザでは１９３ｎｍの発振波長が得られる。従っ
て、このエキシマレーザをワークの加工に適用した場合
には、発振パルス幅が短くて１パルス当たりのエネルギ
ーが高いことによるアブレーション（蒸発除去）などに
よって微小域の微細加工を行うことができる等の特徴を
有する。

【０００３】エキシマレーザ加工装置は、このような発
振波長が紫外領域で高効率・高出力のエキシマレーザ発
振器を加工のエネルギ源として、樹脂、ポリマー、ガラ
ス、セラミックス、金属等のワークを高精度に微細加工
するためのレーザ加工装置である。

【０００４】具体的には、エキシマレーザ加工装置は、
エキシマレーザ発振器の他、加工ステージを備えたＸＹ
テーブルや、エキシマレーザ発振器から加工ステージ上
のワークまでの光路の途中に設けた加工光学系や、コン
トローラ等を有しており、前記エキシマレーザ発振器か
ら発振されたエキシマレーザ光を、前記光路により前記
加工光学系を介して前記ワークへと導いて照射すると共
に、前記コントローラにより、前記ＸＹテーブルの位置
制御や速度制御、前記エキシマレーザ発振器の周波数制
御やパルス制御といった制御を数値制御にて行うように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のエキシマレーザ加工装置では、１つの加工光学系し
か設けていなかった。例えば従来のエキシマレーザ加工
装置にはマスク投影光学系しか設けておらず、このマス
ク投影光学系によってエキシマレーザ光をワークに縮小
投影するだけであった。

【０００６】このため、マスク投影以外の加工も行う際
には、その加工に必要な他の種類の加工光学系が設けら
れているエキシマレーザ加工装置をもう１台準備する
か、或いは、マスク投影光学系を取り外して、他の種類
の加工光学系と交換するしかなかった。

【０００７】このため、前者の場合には、予め２台のエ
キシマレーザ加工装置を準備しておかなければならず、
コストがかかると共に２台分の設置スペースを確保しな
ければならない。また、後者の場合には、段取り換え作
業（加工光学系の交換作業）を要し、この段取り換え作
業に時間がかかって加工作業の効率が悪い。

【０００８】従って本発明は上記従来技術に鑑み、複数
種の加工光学系による複数種の加工を１台のレーザ加工
装置で容易に行うことができて、コスト低減、省スペー
ス化及び加工作業の効率向上を図ることができるエキシ
マレーザ加工装置等のレーザ加工装置を提供することを
課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明のレーザ加工装置は、レーザ発振器からワークまでの
光路の途中に加工光学系を設け、前記レーザ発振器から
発振されたレーザ光を、前記光路により前記加工光学系
を介して前記ワークへと導いて照射することにより、前
記ワークの加工を行うレーザ加工装置において、前記光
路の途中で且つ前記加工光学系の手前に投入可能に光路
切換用ミラーを設けると共に、この光路切換用ミラーか
ら前記ワークまでの他の光路の途中に投入可能に他の種
類の加工光学系を設けたことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態に係るエキシマ
レーザ加工装置のシステム構成図、図２は前記エキシマ
レーザ加工装置に設けたマスク投影光学系のマスクの正
面図、図３は前記エキシマレーザ加工装置に設けた線状
ビーム光学系の構成図、図４は前記線状ビーム光学系で
形成される線状ビームの説明図である。

【００１２】＜構成＞図１に示すように、本実施の形態
に係るエキシマレーザ加工装置は、エキシマレーザ発振
器１、ミラー３，４，５，８と光路切換用ミラー２０と
からなる光路１７，１８、２種類の加工光学系であるマ
スク投影光学系６と線状ビーム光学系１０、結像レンズ
９、加工ステージ１１を備えたＸＹテーブル１２、加工
装置コントローラ１３、レーザ発振器コントローラ１４
及び加工光学系駆動装置２１を備えている。

【００１３】光路１７を構成するミラー３，４，５，８
はエキシマレーザ発振器１から発振されたエキシマレー
ザ光１６を、加工ステージ１１上に載置された樹脂、ポ
リマー、セラミックス、金属等のワーク１５へと導くよ
うに適宜配設されている。また、この光路１７の途中の
ミラー５とミラー８との間には、マスク投影光学系６が
配設されており、ミラー８とワーク１５との間には、結
像レンズ９が配設されている。

【００１４】マスク投影光学系６はマスク７を有し、こ
のマスク７を介してエキシマレーザ光１６をワーク１５
にマスク投影するものである。マスク７には図２に示す
ように所定の大きさに形成された矩形状のスリット７ａ
が設けられている。なお、スリット（マスクパターン）
の形状は矩形状に限らず、例えばアルファベット等の文
字や数字等の場合もある。従って、エキシマレーザ光１
６はマスク７を通過することによりスリット７ａの形状
に応じた所定の大きさの断面形状となり、更に、結像レ
ンズ９で縮小されてワーク１５に縮小投影（マスク投
影）される。

【００１５】そして、図１に示すように、光路切換用ミ
ラー２０は、光路１７の途中で且つマスク投影光学系６
の手前（エキシマレーザ発振器１とミラー３との間）に
投入可能に設けられている。即ち、光路切換用ミラー２
０は、図中左右方向（矢印Ａ方向）に移動可能に設けら
れており、モータ等を備えてなる加工光学系駆動装置２
１に駆動されて右方向に移動したときには光路１７の途
中に投入され（図中に一点鎖線で示す状態）、左方向に
移動したときには光路１７から外れるようになっている
（図中に実線で示す状態）。

【００１６】光路切換用ミラー２０が光路１７の途中に
投入されたときには、この光路切換用ミラー２０によっ
て、エキシマレーザ光１６の光路が、光路１７から、マ
スク投影光学系６をバイパスする光路１８（光路切換用
ミラー２０からワーク１５までの光路）へと切り換えら
れる。

【００１７】また、線状ビーム光学系１０は、光路切換
用ミラー２０からワーク１５までの光路１８の途中に投
入可能に設けられている。即ち、線状ビーム光学系１０
は、図中左右方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に設けられ
ており、加工光学系駆動装置２１に駆動されて右方向に
移動したときには光路１８の途中に投入され（図中に一
点鎖線で示す状態）、左方向に移動したときには光路１
８から外れるようになっている（図中に実線で示す状
態）。

【００１８】更に、結像レンズ９も図中左右方向（矢印
Ｃ方向）に移動可能に設けられており、加工光学系駆動
装置２１に駆動されて左方向に移動したときには光路１
７の途中に投入され（図中に実線で示す状態）、右方向
に移動したときには光路１８から外れるようになってい
る（図中に一点鎖線で示す状態）。

【００１９】なお、光路１８の後半部は光路１７の光軸
と一致している。即ち、線状ビーム光学系１０を光路１
８の途中に投入したときには、線状ビーム光学系１０の
ミラー３３（詳細後述）からワーク１５までの区間の光
軸が、光路１７の光軸と一致するようになっている。ま
た、勿論、マスク投影光学系６の基準位置からワーク１
５の加工面までの距離及び光路１８の途中に投入された
ときの線状ビーム光学系１０の基準位置からワーク１５
の加工面までの距離は、それぞれ、ワーク１５の加工面
にマスク投影し又は線状ビームを照射するのに適した距
離となるように調節されている。

【００２０】加工装置コントローラ１３では、数値制御
にてＸＹテーブル１２の位置制御及び速度制御を行う。
更に、加工装置コントローラ１３では、加工光学系駆動
装置２１を制御することによってマスク投影光学系６と
線状ビーム光学系１０との切り換え制御を行う。また、
レーザ発振器コントローラ１４では、数値制御にてエキ
シマレーザ発振器１の周波数制御及びパルス制御を行
う。

【００２１】ここで、線状ビーム光学系１０の構成を図
３及び図４に基づいて説明する。

【００２２】図３に示すように、線状ビーム光学系１０
は複数枚のレンズを組み合わせた可動レンズ部３１と、
他の複数枚のレンズを組み合わせた固定レンズ部３２
と、可動レンズ部３１と固定レンズ部３２との間に介設
されたミラー３３とを有するＬ字状の光学系であり、エ
キシマレーザ光１６を、図中の左端に示すような矩形断
面形状のビームから図中の右下に示すような長さＬの線
状ビームに変換する。そして、この線状ビームの長さＬ
は、可動レンズ部３１のシリンドリカルレンズ３４を図
中左右方向に移動させてシリンドリカルレンズ３４，３
５間の距離Ｄ₂を変えることにより、任意に変えること
ができる。

【００２３】即ち、図４に示すように、レンズ距離Ｄ₂
を長くするにしたがって、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅのように
線状ビームの長さＬが長くなる（線状ビームの幅は一
定）。なお、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにおいて上下方向は線
状ビームの単位面積当たりのパワーを表しており、線状
ビームの長さＬが短いほど単位面積当たりのパワーは大
きい。

【００２４】＜作用・効果＞上記構成のエキシマレーザ
加工装置では、次のようにしてワーク１５の加工を行
う。

【００２５】即ち、マスク投影光学系６を用いる場合に
は、光路切換用ミラー２０、線状ビーム光学系１０及び
結像レンズ９を図１中に実線で示す状態のままにして、
エキシマレーザ発振器１から発振されたエキシマレーザ
光１６を、光路１７によりマスク投影光学系６を介して
ワーク１５へと導いて照射（マスク投影）する。

【００２６】そして、線状ビーム光学系１０を用いる場
合には、加工装置コントローラ１３からの制御信号に基
づいて加工光学系駆動装置２１が作動することにより、
光路切換用ミラー２０が光路１７の途中に投入され、線
状ビーム光学系１０が光路１８の途中に投入され、且
つ、結像レンズ９が光路１７（即ち光路１８）から外さ
れる。その後、エキシマレーザ発振器１からエキシマレ
ーザ光１６が発振され、このエキシマレーザ光１６を、
光路１８により光路切換用ミラー２０から線状ビーム光
学系１０を介してワーク１５へと導くことにより、ワー
ク１５へ線状ビームを照射する。かくして、ワーク１５
に対し、例えば加工幅が数１０μｍで加工深さがその１
０倍以上という高アスペクト比の極細スリット加工を施
すことができる。

【００２７】また、再びマスク投影光学系６を用いる場
合には、加工装置コントローラ１３からの制御信号に基
づいて加工光学系駆動装置２１が作動することにより、
光路切換用ミラー２０が光路１７から外され、線状ビー
ム光学系１０が光路１８から外され、且つ、結像レンズ
９が光路１７に投入されて、前述と同様に、エキシマレ
ーザ光１６がマスク投影光学系６を介してワーク１５に
マスク投影される。

【００２８】以上のように、本実施の形態に係るエキシ
マレーザ加工装置によれば、特に段取り換え作業（加工
光学系の交換作業）を要することなく、１台のエキシマ
レーザ加工装置に設けたマスク投影光学系６と線状ビー
ム光学系１０との切り換えを短時間で行って２種類の加
工を短時間に行うことができる。このため加工作業の効
率向上を図ることができる。また、マスク投影光学系用
と線状ビーム光学系用の２台のエキシマレーザ加工装置
を準備する必要がないため、コスト低減や省スペース化
を図ることができる。

【００２９】なお、上記ではマスク投影光学系６と線状
ビーム光学系１０の２種類の加工光学系を１台のエキシ
マレーザ加工装置に設ける場合について説明したが、こ
れに限定するものではなく、本発明は３種類以上の加工
光学系を用いて３種類以上の加工を行う場合にも適用す
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、本発明のレーザ加工装置は、レーザ発
振器からワークまでの光路の途中に加工光学系を設け、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を、前記光路
により前記加工光学系を介して前記ワークへと導いて照
射することにより、前記ワークの加工を行うレーザ加工
装置において、前記光路の途中で且つ前記加工光学系の
手前に投入可能に光路切換用ミラーを設けると共に、こ
の光路切換用ミラーから前記ワークまでの他の光路の途
中に投入可能に他の種類の加工光学系を設けたことを特
徴とする。

【００３１】従って、このレーザ加工装置によれば、他
の種類の加工光学系を用いる場合には、光路切換用ミラ
ーを光路の途中に投入し、且つ、他の種類の加工光学系
を他の光路の途中に投入して、レーザ発振器から発振さ
れたレーザ光を、他の光路により光路切換用ミラーから
他の種類の加工光学系を介してワークへと導いて照射す
ることにより、ワークに対して他の種類の加工を行うこ
とができる。

【００３２】このため、特に段取り換え作業（加工光学
系の交換作業）を要することなく、１台のレーザ加工装
置に設けた複数種の加工光学系の切り換えを短時間で行
って複数種の加工を短時間に行うことができる。このた
め加工作業の効率向上を図ることができる。また、複数
台のエキシマレーザ加工装置を準備する必要がないた
め、コスト低減や省スペース化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るエキシマレーザ加工
装置のシステム構成図である。

【図２】前記エキシマレーザ加工装置に設けたマスク投
影光学系のマスクの正面図である。

【図３】前記エキシマレーザ加工装置に設けた線状ビー
ム光学系の構成図である。

【図４】前記線状ビーム光学系で形成される線状ビーム
の説明図である。

【符号の説明】

１エキシマレーザ発振器３，４，５，８ミラー６マスク投影光学系７マスク９結像レンズ１０線状ビーム光学系１１加工ステージ１２ＸＹテーブル１３加工装置コントローラ１４レーザ発振器コントローラ１５ワーク１６エキシマレーザ光１７，１８光路２０光路切換用ミラー２１加工光学系駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ (72)発明者石出孝兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内Ｆターム(参考） 2H043 BB05 BB07 4E068 CA06 CB05 CB08 CD04 CD05 CD12 5F072 AA06 KK05 KK15 MM09 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器からワークまでの光路の途
中に加工光学系を設け、前記レーザ発振器から発振され
たレーザ光を、前記光路により前記加工光学系を介して
前記ワークへと導いて照射することにより、前記ワーク
の加工を行うレーザ加工装置において、前記光路の途中で且つ前記加工光学系の手前に投入可能
に光路切換用ミラーを設けると共に、この光路切換用ミ
ラーから前記ワークまでの他の光路の途中に投入可能に
他の種類の加工光学系を設けることを特徴とするレーザ
加工装置。