JP2001001175A

JP2001001175A - レーザ加工装置及び加工方法

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Publication number: JP2001001175A
Application number: JP2000231041A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsunemi; 明良常見
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP3205551B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ランニングコストの高騰を防止することがで
きるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】ステージ７が加工対象物６を保持する。
レーザ発振器１から出射したレーザビームＰ１０を、ス
テージに保持された加工対象物上に集光する。加工対象
物の集光位置に穴が開く。集光レンズ４とステージとの
間のレーザビームの光路内に、高分子材料で形成された
保護フィルム５が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集光レンズを用い
てレーザビームを加工対象物上に集光して加工を行うレ
ーザ加工装置及び加工方法に関し、特に加工対象物から
の飛散物が集光レンズに付着することを防止する保護部
材を有するレーザ加工装置及び加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを、集光
レンズで加工対象物上に集光し穴あけ加工を行うレーザ
加工方法が知られている。金属膜等の穴あけを行うと、
加工対象物から直径数十μｍ程度の金属微粒子が飛散す
る。この飛散物が集光レンズに付着することを防止する
ために、集光レンズと加工対象物との間に保護板が配置
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】加工対象物からの飛散
物が保護板に付着すると、レーザビームの透過率が低下
してしまうため、定期的に保護板を交換しなければなら
ない。従来は、保護板の材料として、赤外領域において
高い透過係数を有するＺｎＳｅが用いられていた。この
ＺｎＳｅ板は高価であるため、ランニングコストが高騰
してしまう。

【０００４】本発明の目的は、ランニングコストの高騰
を防止することができるレーザ加工装置及び加工方法を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、レーザ発振器と、加工対象物を保持するステージ
と、前記レーザ発振器から出射したレーザビームを、前
記ステージに保持された加工対象物上に集光する集光レ
ンズと、前記集光レンズと前記ステージとの間のレーザ
ビームの光路内に配置され、高分子材料で形成された保
護フィルムとを有するレーザ加工装置が提供される。

【０００６】本発明の他の観点によると、集光レンズ、
及び高分子材料からなる保護フィルムをこの順番に透過
させ、レーザビームを加工対象物上に集光し、該加工対
象物を加工するレーザ加工方法が提供される。

【０００７】加工対象物から飛散した飛散物が保護フィ
ルムに衝突するため、集光レンズまで到達しない。この
ため、飛散物による集光レンズの汚れを防止することが
できる。保護フィルムが汚れた場合には、新しい保護フ
ィルムに取り替えるか、または保護フィルムを移動させ
て汚れていない領域を使用することにより、汚れによる
透過率の減少を防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）に第１の実施例による
レーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、パル
スレーザビームｐｌ₀を出射する。レーザ光源１は、例
えばＴＥＡ（Transversely Excited Atmospheric Press
ure）モードのＣＯ₂レーザ発振器である。なお、レーザ
光源１として、その他のレーザ発振器を用いてもよい。
例えば、ＲＦ−ＣＯ₂レーザ発振器を用いることもでき
る。パルスレーザビームｐｌ₀は、折り返しミラー２で
反射されガルバノスキャナ３に入射する。ガルバノスキ
ャナ３は、レーザビームの光軸を二次元方向に振る。

【０００９】ガルバノスキャナ３を通過したパルスレー
ザビームは、ｆθレンズ４により、加工対象物６の表面
に集光される。ｆθレンズ４は、レンズホルダ１０によ
り支持されている。加工対象物６はＸＹステージ７の上
に載置されている。ＸＹステージ７は、加工対象物６を
その表面に平行な二次元方向に移動させることができ
る。ガルバノスキャナ３がレーザビームの光軸を振るこ
とにより、一辺の長さが５０ｍｍの正方形の領域内の任
意の点にレーザビームを集光することができる。

【００１０】加工対象物６は、例えば樹脂層と銅層とが
交互に積層された積層配線基板である。レーザビームが
加工対象物６の表面に集光されると、集光点の銅層もし
くは樹脂層に穴が開く。ガルバノスキャナ３でレーザビ
ームの光軸を振ることにより、一辺の長さが５０ｍｍの
正方形の領域内の任意の点に穴を開けることができる。
ＸＹステージ７で加工対象物を移動させることにより、
より広い領域の任意の点に穴を開けることができる。

【００１１】ｆθレンズ４と加工対象物６との間に、ポ
リエチレン製の厚さ約１２μｍの保護フィルム５が配置
されている。保護フィルム５は、繰り出しロール２０か
ら繰り出され、ｆθレンズ４と加工対象物６との間を通
過して、巻き取りロール２３に巻き取られる。巻き取り
ロール駆動装置２５が、巻き取りロール２３を、所定の
速度で回転させる。例えば、毎分２ｍｍの一定の速さで
保護フィルム５を巻き取る。

【００１２】繰り出しロール２０及び巻き取りロール２
３は、ＸＹステージ７を基準として、ｆθレンズ４の加
工対象物６側の表面よりも高い位置に配置されている。
繰り出しロール２０の下方に支え棒２１が配置され、巻
き取りロール２３の下方に支え棒２２が配置されてい
る。保護フィルム５が支え棒２１と２２との間に架け渡
されることにより、ｆθレンズ４の下方に保護フィルム
５がほぼ水平に保持され、ＸＹステージ７から保護フィ
ルム５までの高さが規定される。

【００１３】ｆθレンズ４で収束されたレーザビーム
は、保護フィルム５を透過して加工対象物６の表面上に
照射される。本願発明者の評価実験によると、保護フィ
ルム５の透過率は約９５％であった。保護フィルム５の
透過率が８０％以上であれば、レーザ加工に大きな影響
はないと考えられる。

【００１４】保護フィルム５を加工対象物６に近づける
と、保護フィルム５が配置された位置におけるレーザビ
ームのビーム径が小さくなる。このため、保護フィルム
５がレーザビームの照射による損傷を受けやすくなる。
従って、保護フィルム５は、ｆθレンズ４に近い位置に
配置することが好ましい。例えば、加工対象物６からｆ
θレンズ４の表面までの高さの３／４の高さよりも高い
位置に保護フィルム５を保持することが好ましい。

【００１５】銅等の金属膜に穴開けを行うと、金属の微
粒子が飛散する。この微粒子が保護フィルム５で遮られ
るため、高価なｆθレンズ４に金属微粒子が付着するこ
とを防止することができる。保護フィルム５は所定の速
度で巻き取られているため、保護フィルム５に付着した
金属微粒子は、ある時間が経過するとレーザビームの光
路外に移動する。このため、保護フィルム５の透過率
を、所望の値以上に維持することができる。

【００１６】樹脂層に穴開けを行うと、樹脂が気化し、
ガスが発生する。このガスがｆθレンズ４の表面まで到
達すると、レンズ表面が汚染されてしまう。図１（Ａ）
に示したように、繰り出しロール２０及び巻き取りロー
ル２３を、ｆθレンズ４の表面よりも上方に配置し、レ
ンズホルダ１０の両側の側面（図１（Ａ）において、紙
面に垂直な面）を保護フィルム５で覆うことにより、こ
の２方向からのガスの回り込みを防止することができ
る。

【００１７】なお、保護フィルム５で覆われていない側
面（図１において、紙面に平行な面）を、薄板等で覆っ
てもよい。これにより、ガスの回り込み等を、より効果
的に防止することができる。

【００１８】また、ポリエチレン製の保護フィルム５
は、ＺｎＳｅ製の保護板に比べて安価であるため、ラン
ニングコストの低減を図ることができる。

【００１９】上記実施例では、ポリエチレン製の保護フ
ィルム５を用いたが、他の高分子材料からなる保護フィ
ルムを用いてもよい。ただし、加工に用いられるレーザ
の波長域における透過率が８０％以上になるような膜厚
とすることが好ましい。例えば、保護フィルムの材料と
してポリオレフィン樹脂を用いることができる。本願発
明者の実験によると、ポリプロピレンを用いた場合に比
較的高い透過率を確保することができた。

【００２０】上記第１の実施例では、ロールに巻き付け
た保護フィルム５を使用したが、保護フィルム５を窓枠
のような支持部材に取り付けてもよい。この場合、保護
フィルム５を巻き取ることができないが、保護フィルム
５が汚れたら、支持部材ごと交換すればよい。

【００２１】また、上記実施例では、保護フィルム５を
単層で用いた場合を説明したが、保護フィルムを複数枚
重ねてもよい。１枚の保護フィルムが破れても、他の保
護フィルムがｆθレンズを保護するため、保護フィルム
の信頼性を高めることができる。

【００２２】図２に、本発明の第２の実施例によるレー
ザ加工装置の概略図を示す。上記第１の実施例では、保
護フィルム５がｆθレンズ４の下方にほぼ水平に保持さ
れていたが、第２の実施例では、レーザビームの光軸に
対して保護フィルム５が斜めに保持されている。その他
の構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例の構成と同
様である。

【００２３】保護フィルム５を斜めに配置すると、保護
フィルム５の単位面積あたりに照射されるレーザビーム
のエネルギが小さくなる。このため、保護フィルム５の
損傷を抑制することができる。

【００２４】図３に、本発明の第３の実施例によるレー
ザ加工装置の概略図を示す。第３の実施例では、保護フ
ィルム５が、繰り出しロール２０と巻き取りロール２３
との間に自由に垂れ下げられた状態とされている。繰り
出しロール２０の回転を、巻き取りロール２３の回転に
同期させることにより、保護フィルム５の垂れ下がり状
態を維持しながら保護フィルム５を巻き取ることができ
る。

【００２５】保護フィルム５が自由に垂れ下げられてい
るため、金属微粒子が保護フィルム５に衝突したときの
衝撃が和らげられる。なお、本発明者の評価実験による
と、保護フィルム５に張力を印加していない状態の透過
率は、ある程度の張力を印加した状態における透過率よ
りもやや大きいか、もしくはほぼ等しいことがわかっ
た。

【００２６】図４に、本発明の第４の実施例によるレー
ザ加工装置の保護フィルムの斜視図を示す。繰り出しロ
ール（図示せず）から下方に繰り出された保護フィルム
５が、上方に向かって湾曲した支え棒２１ａで折り返さ
れる。支え棒２１ａで折り返された保護フィルム５は、
下方に向かって湾曲した支え棒２１ｂ及び２２ｂの間に
架け渡され、さらに、上に向かって湾曲した支え棒２２
ａで折り返されて、巻き取りロール（図示せず）に巻き
取られる。

【００２７】下方に向かって湾曲した支え棒２１ｂと２
２ｂとの間に架け渡された部分が、ｆθレンズ４と加工
対象物６との間に配置される。このため、保護フィルム
５とレーザビームとの交差箇所において、保護フィルム
５の移動方向に垂直な仮想平面と、保護フィルム５との
交線が、加工対象物６側に向かって凸の曲線になる。こ
れにより、加工対象物６の加工箇所から発生したガスの
回り込みを少なくすることができる。

【００２８】図５に、第５の実施例によるレーザ加工装
置の保護フィルムの斜視図を示す。図１（Ａ）に示した
第１の実施例によるレーザ加工装置の支え棒２１及び２
２の代わりに、波形の支え棒２１Ａ及び２２Ａが用いら
れている。このため、保護フィルム５とレーザビームと
の交差箇所において、保護フィルム５が、その進行方向
と直交する方向に波打つ。これにより、保護フィルム５
の単位面積あたりに照射されるレーザビームのエネルギ
が少なくなり、保護フィルム５の損傷を抑制することが
できる。

【００２９】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に、それぞれ第
６の実施例によるレーザ加工装置の保護フィルムの正面
図及び平面図を示す。図６（Ａ）に示すように、保護フ
ィルム５が複数の支え棒３０ａ〜３０ｇに順番に架け渡
されている。奇数番目の支え棒３０ａ、３０ｃ、３０
ｅ、及び３０ｇは、偶数番目の支え棒３０ｂ、３０ｄ、
及び３０ｆよりも下方（ｆθレンズ４から離れた位置）
に配置されている。また、鉛直上方から見ると、支え棒
３０ａ〜３０ｇは、等間隔に配置されている。保護フィ
ルム５は、奇数番目の支え棒３０ａ、３０ｃ、３０ｅ、
及び３０ｇの下側を通過し、偶数番目の支え棒３０ｂ、
３０ｄ、及び３０ｆの上側を通過している。このため、
保護フィルム５が、その進行方向に波打つ。

【００３０】図６（Ｂ）に示すように、両端の支え棒３
０ａ及び３０ｇの各々は、保護フィルム５の幅方向に渡
された１本の棒である。内側に配置された他の支え棒３
０ｂ〜３０ｆは、レーザビームを遮蔽しないように、保
護フィルム５の幅方向の中央部には配置されず、保護フ
ォルム５の縁の近傍にのみ配置されている。

【００３１】第６の実施例においても、第５の実施例の
場合と同様に、保護フィルム５が波打っている。このた
め、保護フィルム５の単位面積あたりに照射されるレー
ザビームのエネルギが少なくなり、保護フィルム５の損
傷を抑制することができる。

【００３２】図７（Ａ）に、本発明の第７の実施例によ
るレーザ加工装置のｆθレンズ近傍の構成を示す。レン
ズホルダ１０Ａにｆθレンズ４が保持されている。レン
ズホルダ１０の、ｆθレンズ４よりもさらに外側（加工
対象物６側）に、保護板３１が取り付けられている。保
護板３１は、例えばＺｎＳｅ等で形成される。ｆθレン
ズ４の、加工対象物６側の表面が、保護板３１により、
加工対象物６の配置された空間から隔離される。

【００３３】保護板３１の下方に保護フィルム５が配置
されている。ｆθレンズ４で収束されたレーザビーム
は、保護板３１及び保護フィルム５を透過して、加工対
象物６の表面に照射される。保護板３１が、ｆθレンズ
４の表面を、加工対象物６が配置された空間から隔離し
ているため、加工によって発生したガスがｆθレンズ４
の表面まで到達しない。このため、ｆθレンズ４の表面
の汚染を防止することができる。なお、保護板３１の下
方に保護フィルム５が配置されているため、加工対象物
６から飛散した金属微粒子は保護フィルム５で遮られ
る。このため、保護フィルム５が配置されていない場合
と比較して、保護板３１の交換頻度を少なくすることが
できる。

【００３４】図７（Ｂ）に示すように、保護板３１を配
置する代わりに、ｆθレンズ４の表面に他の保護フィル
ム３２を密着させてもよい。保護フィルム３２の材料と
して、保護フィルム５と同じポリエチレン等の高分子材
料を使用することができる。

【００３５】図８に、第８の実施例によるレーザ加工装
置の概略図を示す。第２の実施例の場合と同様に、保護
フィルム５が、レーザビームの光軸に対して斜めに配置
されている。観測用光源３５が、保護フィルム５の、レ
ーザビームが透過する位置に、観測用光線束３６を照射
する。受光装置３７が、保護フィルム５を透過した観測
用光線束３６を受光する。観測用光源３５として、例え
ばＨｅＮｅレーザ発振器を用いることができる。

【００３６】受光装置３７で、観測用光線束３６の減衰
量を測定することにより、リアルタイムで保護フィルム
５の汚れの程度を知ることができる。汚れの程度が基準
値を超えると、保護フィルム５を移動させ、加工用のレ
ーザビームが、保護フィルム５の汚れの少ない領域もし
くは汚れていない領域を通過するようにする。これによ
り、加工用レーザビームのエネルギの低下を抑制するこ
とができる。また、汚れの程度に応じて、保護フィルム
５の巻き取り速度を変えてもよい。例えば、汚れがひど
くなると、保護フィルム５の移動速度を速くすることが
好ましい。

【００３７】図９に、本発明の第９の実施例によるレー
ザ加工装置の保護フィルムの配置を示す。図９は、保護
フィルムを鉛直上方から見た平面配置図である。

【００３８】図１（Ａ）に示した第１の実施例によるレ
ーザ加工装置と同様に、保護フィルム５が繰り出しロー
ル２０から繰り出され、ｆθレンズ４の下方を通って巻
き取りロール２３に巻き取られる。保護フィルム５は、
図９において横方向に移動する。

【００３９】さらに、他の保護フィルム４５が、他の繰
り出しロール４０から繰り出され、ｆθレンズ４の下方
を通って他の巻き取りロール４１に巻き取られる。保護
フィルム４５は、図９において、縦方向、すなわち保護
フィルム５の移動方向と直交する方向に移動する。ｆθ
レンズ４が２枚の保護フィルム５及び４５により保護さ
れるため、一方の保護フィルムが損傷した場合にも、レ
ンズ保護効果を確保することができる。

【００４０】また、第９の実施例においては、図１
（Ａ）に示したレンズホルダ１０の側面のほぼ全周が保
護フィルム５もしくは４５で覆われることになる。この
ため、加工対象物６の加工箇所から発生したガスの回り
込み防止効果を高めることができる。

【００４１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
加工対象物からの飛散物が高分子保護フィルムで遮蔽さ
れるため、集光レンズまで到達することを防止できる。
高分子保護フィルムは安価であるため、装置のランニン
グコストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図、
及びその変形例による側面図である。

【図２】第２の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図３】第３の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図４】第４の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図５】第５の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図６】第６の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図７】第７の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図８】第８の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【図９】第９の実施例によるレーザ加工装置の概略図で
ある。

【符号の説明】

１レーザ光源２折り返しミラー３ガルバノスキャナ４ｆθレンズ５保護フィルム６加工対象物７ＸＹステージ１０レンズホルダ２０、４０繰り出しロール２１、２２支え棒２３、４１巻き取りロール２５駆動装置２６薄板３０ａ〜３０ｇ支え棒３１保護板３２保護フィルム３５観測用光源３６観測用光線束３７受光装置４５他の保護フィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ発振器から出射したレーザビームを、前記ス
テージに保持された加工対象物上に集光する集光レンズ
と、前記集光レンズと前記ステージとの間のレーザビームの
光路内に配置され、高分子材料で形成された保護フィル
ムとを有するレーザ加工装置。
【請求項２】前記保護フィルムが、ポリオレフィンで
形成されている請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】さらに、繰り出しロールと巻き取りロー
ルとを有し、前記保護フィルムが該繰り出しロールに巻
かれており、該繰り出しロールから繰り出された保護フ
ィルムが、前記集光レンズと前記ステージとの間のレー
ザビームの光路内を通過し、前記巻取りロールに巻き取
られている請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】さらに、前記巻き取りロールを回転さ
せ、前記保護フィルムを巻き取るロール駆動機構を有す
る請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】前記保護フィルムと前記レーザビームと
が交差する位置において、該保護フィルムが該レーザビ
ームの光軸に対して傾いている請求項１〜４のいずれか
に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】前記繰り出しロールと巻き取りロールと
の間の保護フィルムが自由に垂れ下げられた状態とされ
ている請求項３または４に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】前記保護フィルムと前記レーザビームと
の交差箇所において、前記保護フィルムの移動方向に垂
直な仮想平面と、該保護フィルムとの交線が、前記加工
対象物側に向かって凸の曲線である請求項３または４に
記載のレーザ加工装置。
【請求項８】前記保護フィルムが、該保護フィルムと
前記レーザビームとの交差箇所において、波打っている
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項９】前記ステージを基準にして、前記繰り出
しロール及び巻き取りロールが、前記集光レンズの最も
加工対象物側の表面よりも高い位置に配置されている請
求項３または４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】さらに、前記集光レンズと前記保護フ
ィルムとの間に配置され、前記レーザビームを透過さ
せ、前記集光レンズの最も加工対象物側の表面を、前記
加工対象物が配置された空間から隔離する隔離部材を有
する請求項１〜９のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】前記隔離部材が、前記集光レンズの最
も加工対象物側の表面に密着した高分子フィルムである
請求項１０に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】さらに、前記保護フィルムの、前記レ
ーザビームが透過する領域の汚れの程度を観測する観測
装置を有する請求項１〜１１のいずれかに記載のレーザ
加工装置。
【請求項１３】集光レンズ、及び高分子材料からなる
保護フィルムをこの順番に透過させ、レーザビームを加
工対象物上に集光し、該加工対象物を加工するレーザ加
工方法。
【請求項１４】さらに、前記保護フィルムを前記レー
ザビームの光軸と交差する方向に移動させる工程を含む
請求項１３に記載のレーザ加工方法。
【請求項１５】さらに、前記保護フィルムの汚れの程
度を観測する工程を含み、前記保護フィルムを移動させる工程において、該保護フ
ィルムの汚れの程度に応じて移動速度を変える請求項１
４に記載のレーザ加工方法。
【請求項１６】前記加工対象物が、金属層と樹脂層と
が積層された基板であり、前記加工対象物を加工する工
程が該金属層に穴を開ける工程を含む請求項１３〜１５
のいずれかに記載のレーザ加工方法。