JP2000202670A

JP2000202670A - レ―ザ加工方法

Info

Publication number: JP2000202670A
Application number: JP11009610A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kajiura; 克弘梶浦; Hiroshige Ikeno; 広重池野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工物に常に均一な加工を施すことのでき
るレーザ加工方法を提供する。【解決手段】集束させたレーザ光を照射してテーブル
１４に保持した被加工物３０を加工するレーザ加工方法
において、前記テーブル１４表面のＺ方向の位置をＸＹ
面方向の所定位置毎に検出して、Ｚ方向の位置ずれ量を
獲得するステップと、前記位置ずれ量に基づいて前記レ
ーザ光の焦点位置と前記テーブル１４表面との相対位置
を補正しながら加工するステップとを有し、被加工物に
同一加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いた
レーザ加工方法に関し、特に、例えば、エキシマレーザ
を用いてプリンタ、ファックスなどに適用されるインク
ジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートにノズ
ル開口等の貫通孔を形成するレーザ加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、基板等の被加工物にμｍオー
ダの精密な加工、例えば、孔開けを行う場合には、例え
ば、エキシマレーザ等のレーザ光を照射することによっ
て被加工物を加工するレーザ加工機が用いられている。
特に、インクジェット式記録ヘッドのインクが吐出され
るノズル開口となる孔は、その孔の加工状態がインク特
性に大きく影響するため、加工精度の高いレーザ加工機
が一般的に使用されている。

【０００３】このようなレーザ加工機１００では、図８
に示すように、被加工物１１０は、３次元方向に移動可
能なＸＹＺテーブル１０１上に設けられたチャッキング
テーブル１０２に保持されている。そして、図示しない
レーザ発振器から発振されたレーザ光Ｌを、筐体１０３
に保持された集束レンズ１０４等の光学系１０５によっ
て集束して、被加工物１１０表面に照射することにより
貫通孔１１１が形成される。

【０００４】このような加工機を用いて、例えば、イン
クジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートにノ
ズル開口を加工する場合、ノズルプレートには、一般的
に、例えば、厚さ５０μｍ程度のポリイミドシート等を
用い、レーザ光の照射側表面から裏面に向かって漸小す
るテーパ孔を形成する。この場合、テーパ孔の径、テー
パの角度等を高精度に均一化する必要があるので、レー
ザ光のエネルギー密度、焦点等を高精度に制御しなけれ
ばならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エネル
ギー密度及び焦点等を高精度に調整しても、チャッキン
グテーブル１０２の表面の平面度にばらつきがある場合
には、各加工位置における被加工物１１０に対するレー
ザ光の実質的な焦点位置が変わってしまうため、形成さ
れる貫通孔１１１の形状、大きさ等にばらつきが生じて
しまうという問題がある。

【０００６】また、上述のように、ノズルプレートにノ
ズル開口を形成する場合には、このばらつきは、直接、
インク吐出性能に大きく影響するため、できるだけ均一
に形成することが望ましい。本発明は、このような事情
に鑑み、被加工物に常に均一な加工を施すことのできる
レーザ加工方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、集束したレーザ光を照射してテーブ
ル上に保持した被加工物を加工するレーザ加工方法にお
いて、前記テーブル表面のＺ方向の位置をＸＹ面方向の
所定位置毎に検出して、Ｚ方向の位置ずれ量を獲得する
ステップと、前記位置ずれ量に基づいて前記レーザ光の
焦点位置と前記テーブル表面との相対位置を補正しなが
ら加工するステップとを有することを特徴とするレーザ
加工方法にある。

【０００８】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記テーブルのＺ方向の位置ずれ量は、前記被加工
物の最初に加工される第１の加工部を基準として獲得す
ることを特徴とするレーザ加工方法にある。本発明の第
３の態様は、第１又は２の態様において、前記被加工物
がインクジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレー
ト用のフィルムであり、当該フィルムにインクを吐出す
るノズル開口を形成することを特徴とするレーザ加工方
法にある。

【０００９】かかる本発明では、被加工物の複数箇所に
同一の加工を施すことができる。特に、インクジェット
式記録ヘッドを構成するノズルプレートにノズル開口を
形成する場合には、確実に、同一形状及び大きさのノズ
ル開口が形成され、インク吐出特性を均一化することが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
いて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係るレーザ加工機の概略図である。図１に示すよ
うに本実施形態にかかるレーザ加工機１０は、例えば、
エキシマレーザ等のレーザ光を発振するレーザ発振器１
１と、レーザ光によって加工される被加工物３０を保持
すると共に３次元方向に移動可能な保持可動部１２と、
レーザ発振器１１から発振されたレーザ光が被加工物３
０の表面に対して垂直に照射されるよう配置された光学
系１３とを具備する。

【００１１】保持可動部１２は、被加工物３０を吸引保
持するチャッキングテーブル１４と、このチャッキング
テーブル１４を３次元方向にそれぞれ移動するＸ，Ｙ，
Ｚテーブル１５，１６，１７とからなる。また、これら
のテーブル１５，１６，１７は、図示しないが、レーザ
加工機１０内に設けられている制御手段によって制御さ
れる。

【００１２】光学系１３は、アッテネータ１８と、ホモ
ジナイザ１９と、マスク２０と、ウォブルユニット２１
と、集束レンズ２３等を保持した筐体２２とを有し、こ
れらは、レーザ発振器１１側から被加工物３０までの間
に順に配置されている。レーザ発振器１１によって発振
されたレーザ光は、矩形で中央部がエネルギー密度の大
きいエネルギー分布を有するが、アッテネータ１８は、
レーザ光の全体の光量を適正なレベルに低下させるもの
であり、アッテネータ１８を通過した後のレーザ光も同
様なエネルギー分布を有する。

【００１３】また、ホモジナイザ１９は、レーザ光の水
平方向及び垂直方向のエネルギー分布を均一化するもの
であり、例えば、第１段階で水平方向のエネルギー分布
を均一化し、第２段階で垂直方向のエネルギー分布を均
一化する。マスク２０は、矩形のレーザ光を所定の大き
さ及び形状に切り出すためのものであり、所定の大きさ
及び形状、例えば、図２に示すように、本実施形態で
は、後述するノズル開口の直径の約３倍程度の直径を有
し、断面形状が略円形の貫通孔２０ａが複数個設けられ
ている。

【００１４】ウォブルユニット２１は、レーザ光の径方
向のエネルギー分布を調整するものであり、図３に示す
ように、透光性のプレート２１ａが所定角度傾斜させた
状態で回転自在に保持されている。すなわち、かかるウ
ォブルユニット２１を通過した後は、レーザ光が常に照
射される高密度領域Ｌ₁と、間欠的に照射される低密度
領域Ｌ₂とが生じ、レーザ光Ｌの径方向のエネルギー密
度に差が生じる。この径方向のエネルギー密度の変化の
割合は、透過性のプレート２１ａの傾斜角度によって変
化する。例えば、図３（ａ）に示すように、プレート２
１ａの傾斜角度を小さくした場合には、中心部の高密度
領域Ｌ₁の割合が比較的大きく、その周囲の低密度領域
Ｌ₂が小さい。一方、図３（ｂ）に示すように、プレー
ト２１ａの傾斜角度を大きくした場合には、中心部の高
密度領域Ｌ₁の割合が小さく、その周囲の低密度領域Ｌ₂
が大きい。このように、プレート２１ａの傾斜角度を変
更することにより、実質的には、レーザ光Ｌ全体の平均
エネルギー密度を調整することができる。これにより、
レーザ光のエネルギー密度を適正な大きさに調整するこ
とが可能となる。

【００１５】例えば、レーザ光を照射して被加工物３０
に貫通孔を形成する場合、通常、そのエネルギー密度の
変化によって、貫通孔のテーパ角度を変化させており、
例えば、エネルギー密度を１Ｊ／ｃｍ²程度に安定させ
る必要があるが、レーザ発振器から発振されるレーザ光
のエネルギー密度は、安定しない。しかしながら、上述
のようなウォブルユニットを用いると、レーザ光のエネ
ルギー密度を実質的に安定させることができる。

【００１６】また、筐体２２に保持された集束レンズ２
３は、レーザ光を所定の位置に集束させるためのもので
ある。なお、実際には、筐体２２内には集束レンズ２３
を含む図示しない複数のレンズが保持されており、これ
ら複数のレンズを介してレーザ光を所定の位置に集束さ
せている。上述のようなレーザ加工機１０は、例えば、
インクジェット式記録ヘッドの一部を構成するノズルプ
レートにインクを吐出するノズル開口を形成する場合に
用いられるが、その際、本実施形態では、レーザ光の焦
点位置とチャッキングテーブル１４の位置との相対的な
位置ずれを補正し、各ノズル開口を均一な大きさ及び形
状で形成するようにしている。以下、その方法について
説明する。

【００１７】なお、ノズルプレート３５は、図４に示す
ように、例えば、ポリイミド等のフィルム３０Ａで形成
されており、このフィルム３０Ａは、所定の加工部３１
にそれぞれノズル開口３２を形成後、所定の位置で分割
されて各ノズルプレート３５となる。図５及び図６は、
レーザ加工機のテーブル近傍を示す概略図であり、図５
に示すように、まず、所定の位置を基準として、その基
準位置から各加工部３１に対応するチャッキングテーブ
ル１４表面の距離を測定する。例えば、本実施形態で
は、集束レンズ２３を保持する筐体２２の外側に、例え
ば、レーザによる測長手段４０を設け、この測長手段４
０の位置を基準としてチャッキングテーブル１４の表面
の位置を測定した。

【００１８】次いで、これらの加工部３１の何れか一カ
所に対応するチャッキングテーブル１４の位置、例え
ば、本実施形態では、最初にノズル開口が形成される第
１の加工部３１Ａに対応する部分の位置を基準として、
この測定結果から他の各加工部３１の基準位置に対する
位置ずれを求める。例えば、第１の加工部３１Ａに対応
する部分の位置ｈ₁に対する第２の加工部３１Ｂの位置
ずれ量は、（ｈ₂−ｈ₁）である。

【００１９】次いで、図６（ａ）に示すように、チャッ
キングテーブル１４にフィルム３０Ａを固定し、基準位
置である第１の加工部３１Ａにおいてレーザ光Ｌの焦点
を所定位置Ｐ₁に調整した後、フィルム３０Ａ上にレー
ザ光を照射して第１のノズル開口３２Ａを形成する。次
に、図６（ｂ）に示すように、例えば、Ｘテーブル１５
によって、第２の加工部３１Ｂがレーザ光Ｌの照射位置
となるようにチャッキングテーブル１４を移動する。こ
のとき、上述のように求めたチャッキングテーブル１４
表面の基準位置に対する第２の加工部３１Ｂに対応する
部分のＺ方向の位置ずれの測定結果に基づいて、レーザ
光の焦点位置を調整する。例えば、上述のようにレーザ
光Ｌは、筐体２２内に設けられている集束レンズ２３を
含む複数のレンズで集束されており、これらのレンズ位
置を調整することによりレーザ光の焦点位置Ｐ₁を焦点
位置Ｐ₂に移動する。そして、この照射位置Ｐ₂でレーザ
光Ｌを照射することにより第２のノズル開口３２Ｂを形
成する。

【００２０】以降、上述と同様にレーザ光Ｌの照射位置
に各加工部３１を移動する際、それぞれ、第１の加工部
３１Ａでの位置に対するチャッキングテーブル１４のＺ
方向の位置ずれに基づいてレーザ光の焦点位置の補正を
行った後、レーザ光を照射してそれぞれノズル開口３２
を形成する。その後、全てのノズル開口が形成されたフ
ィルム３０Ａを所定の位置で分割して、ノズルプレート
３５とする。

【００２１】このように、各加工部３１でチャッキング
テーブル１４のＺ方向の位置ずれに基づいて、レーザ光
の焦点位置を補正するようにした。これにより、フィル
ム３０Ａに対するレーザ光Ｌの焦点位置は、常に、基準
となる第１の加工部３１Ａに対するレーザ光Ｌの焦点位
置と同一となる。すなわち、各加工部３１において同一
条件でレーザ光を照射することができ、各加工部３１に
形成されるノズル開口３２を同一の形状及び大きさとす
ることができる。

【００２２】なお、本実施形態では、光学系によってフ
ィルムに対するレーザ光の焦点位置を調整するようにし
たが、これに限定されず、例えば、Ｚテーブルを移動し
てフィルムに対するレーザ光の焦点位置を調整するよう
にしてもよい。また、このようなレーザ加工方法は、ノ
ズル開口の形成に限定されず、勿論、他のあらゆる加工
を行う場合に適用できることは言うまでもない。

【００２３】ここで、このように形成したノズルプレー
トを用いたヘッドチップの一例について説明する。図７
は、本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解斜視
図である。図７に示すように、圧電セラミックプレート
５１には、複数の溝５２が並設され、各溝５２は、側壁
５３で分離されている。各溝５２の長手方向一端部は圧
電セラミックプレート５１の一端面まで延設されてお
り、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々
に浅くなっている。また、各溝５２内の両側壁５３の開
口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電
極５４が形成されている。

【００２４】ここで、圧電セラミックプレート５１に形
成される各溝５２は、例えば、円盤状のダイスカッター
により形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイ
スカッターの形状を利用して形成される。また、各溝５
２内に形成される電極５４は、例えば、公知の斜め方向
からの蒸着により形成される。このような圧電セラミッ
クプレート５１の溝５２の開口側には、インク室プレー
ト５５が接合されている。インク室プレート５５には、
各溝５２の浅くなった他端部と連通する凹部となるイン
ク室５６と、このインク室５６の底部から溝５２とは反
対方向に貫通するインク供給口５７とを有する。

【００２５】また、圧電セラミックプレート５１とイン
ク室プレート５５との接合体の溝５２が開口している端
面には、ノズルプレート３５が接合されており、ノズル
プレート３５の各溝５２に対向する位置には、上述のよ
うに形成されたノズル開口３２が形成されている。さら
に、圧電セラミックプレート５１とインク室プレート５
５との接合体の溝５２が開口している端部の周囲には、
ノズル支持プレート５８が配置されている。このノズル
支持プレート５８は、ノズルプレート３５の接合体端面
の外側と接合されて、ノズルプレート３５を安定して保
持するためのものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、レーザ
加工機を用いて、被加工物に貫通孔等の加工を行う際、
各加工部において、被加工物を保持するチャッキングテ
ーブルのＺ方向の位置ずれを補正するようにした。これ
により、被加工物に照射されるレーザ光の被加工物に対
する焦点位置が、常に一定となるため、被加工物に均一
形状及び大きさの加工を行うことができる。

【００２７】また、本発明によれば、インクジェット式
記録ヘッドの各ノズルプレートに、均一なノズル開口を
形成することができ、良好なインク吐出特性を有するイ
ンクジェット式記録ヘッドを確実に提供することができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工機の概略
図である。

【図２】本実施形態に係るレーザ加工機に用いられるマ
スクを説明する斜視図である。

【図３】本実施形態に係るレーザ加工機に用いられるウ
ォブルユニットを説明する概略図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るノズルプレートを説
明する斜視図である。

【図５】本実施形態のノズル開口の形成工程を説明する
概略図である。

【図６】本実施形態のノズル開口の形成工程を説明する
概略図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解
斜視図である。

【図８】従来技術に係るレーザ加工機の要部を示す概略
図である。

【符号の説明】

１０レーザ加工機１１レーザ発振器１２保持可動部１３光学系１４チャッキングテーブル１５Ｘテーブル１６Ｙテーブル１７Ｚテーブル１８アッテネータ１９ホモジナイザ２０マスク２１ウォブルユニット２２筐体２３集束レンズ３０Ａフィルム３１加工部３２ノズル開口３５ノズルプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束させたレーザ光を照射してテーブル
上に保持した被加工物を加工するレーザ加工方法におい
て、前記テーブル表面のＺ方向の位置をＸＹ面方向の所定位
置毎に検出して、Ｚ方向の位置ずれ量を獲得するステッ
プと、前記位置ずれ量に基づいて前記レーザ光の焦点位
置と前記テーブル表面との相対位置を補正しながら加工
するステップとを有することを特徴とするレーザ加工方
法。
【請求項２】請求項１において、前記テーブルのＺ方
向の位置ずれ量は、前記被加工物の最初に加工される第
１の加工部を基準として獲得することを特徴とするレー
ザ加工方法。
【請求項３】請求項１又は２において、前記被加工物
がインクジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレー
ト用のフィルムであり、当該フィルムにインクを吐出す
るノズル開口を形成することを特徴とするレーザ加工方
法。