JP2002045986A - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 可撓性の低いシートでも、切断することな
く、ロールから繰り出した状態でレーザ加工を行うこと
が可能なレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 ステージ２が、グリーンシート１０，１
０ａを、その表面がＸＹ平面に平行になるように保持
し、Ｘ方向に並進移動させる。少なくとも２つの集光光
学系３０，３１が、ステージ２の上に保持されたグリー
ンシート１０，１０ａの表面にレーザビームを集光す
る。集光光学系の各々に対してグリーンシート１０，１
０ａの表面内の照射可能領域が画定されており、集光光
学系３０，３１の各々が、レーザビームの光軸を振るこ
とによって、当該集光光学系３０，３１に対応する照射
可能領域内の任意の位置にレーザビームを照射すること
ができる。２つの集光光学系３０，３１に対応する２つ
の照射可能領域が、Ｘ方向に関して第１の距離だけ離れ
て配置され、かつＹ方向に関して両者が接するか、また
は第１の距離より短い第２の距離だけ離れて配置されて
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、レーザ加工装置及
び加工方法に関し、特にレーザビームを走査することに
よって照射され得る領域よりも広い加工対象物の表面を
レーザ加工することができるレーザ加工装置及び加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、グリーンシート（焼結前のセラミ
ックのシート）にレーザビームを用いて穴開け加工を行
う場合、ロールに巻かれたグリーンシートを切断してＸ
Ｙステージ上に載置していた。ＸＹステージ上に載置さ
れたグリーンシートの表面にレーザビームを照射するこ
とにより、穴開け加工が行われる。ガルバノスキャナを
用いてレーザビームの光軸を振ることにより、グリーン
シートの表面の一部の領域にレーザビームを照射するこ
とができる。ガルバノスキャナで走査可能な領域内の加
工が終了すると、ＸＹステージを駆動することにより、
未加工領域内のレーザ加工を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】グリーンシートを切断
することなく、ロールに巻かれた状態でレーザ加工を行
う技術が望まれている。一般に、ＴＡＢ（Tape Automat
ed Bonding）方式で用いられるフィルムキャリアテープ
に穴開け加工を行う場合には、ロールに巻かれたテープ
を切断することなく加工が行われている。以下、フィル
ムキャリアテープに穴開け加工を行う方法について説明
する。

【０００４】まず、ロールから繰り出されたフィルムキ
ャリアテープをＸＹステージ上に吸着し、固定する。Ｘ
Ｙステージを駆動することにより、フィルムキャリアテ
ープの所望の位置に穴開け加工を行うことができる。フ
ィルムキャリアテープは可撓性に富むため、ロールを固
定したままテープの長さ方向及び幅方向にＸＹステージ
を移動させることができる。

【０００５】ところが、グリーンシートは、フィルムキ
ャリアテープに比べて可撓性が低い。特に、グリーンシ
ートは、その幅方向に関する柔軟性が低い。このため、
ロールから繰り出されたグリーンシートをＸＹステージ
上に吸着した状態で、ＸＹステージをグリーンシートの
幅方向に移動させることが困難である。

【０００６】本発明の目的は、可撓性の低いシートで
も、切断することなく、ロールから繰り出した状態でレ
ーザ加工を行うことが可能なレーザ加工装置及び加工方
法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、加工対象物を、その表面がＸＹ平面に平行になるよ
うに保持し、該加工対象物を、Ｘ方向に並進移動させる
ステージと、前記ステージの上に保持された加工対象物
の表面にレーザビームを集光する少なくとも２つの集光
光学系であって、該集光光学系の各々に対して前記加工
対象物の表面内の照射可能領域が画定されており、該集
光光学系の各々が、レーザビームの光軸を振ることによ
って、当該集光光学系に対応する照射可能領域内の任意
の位置にレーザビームを照射することができ、前記２つ
の集光光学系に対応する２つの照射可能領域が、前記Ｘ
方向に関して第１の距離だけ離れて配置され、かつＹ方
向に関して両者が接するか、または該第１の距離より短
い第２の距離だけ離れて配置されている集光光学系とを
有するレーザ加工装置が提供される。

【０００８】少なくとも２つの照射可能領域が、Ｙ方向
に関して両者が接するか、または第１の距離より短い第
２の距離だけ離れて配置されているため、加工対象物を
Ｙ方向に移動させることなく、Ｙ方向に関してひとつの
照射可能領域では加工できない領域を加工することがで
きる。

【０００９】本発明の他の観点によると、加工対象物
を、その表面がＸＹ平面に平行になるように保持し、該
加工対象物の表面の一部の領域内に第１の集光光学系を
用いてレーザビームを照射してレーザ加工を行う第１工
程と、前記加工対象物をＸ方向に並進移動させる第２工
程と、前記第１工程でレーザ加工された領域に対して、
Ｙ方向に隣接もしくは近接する領域内に、前記第１の集
光光学系とは異なる第２の集光光学系を用いてレーザビ
ームを照射してレーザ加工を行う第３工程とを有するレ
ーザ加工方法が提供される。

【００１０】加工対象物をＹ方向に移動させることな
く、Ｙ方向に関してひとつの集光光学系のみでは加工で
きない大きな領域を加工することができる。

【００１１】本発明の他の観点によると、加工対象物を
可動部の上に保持し、該可動部をＸＹ平面に平行な２次
元方向に移動させることができるＸＹステージと、前記
可動部の上に保持された加工対象物の表面にレーザビー
ムを集光するレーザ光学系と、前記ＸＹステージの可動
部に取り付けられ、帯状の加工対象物が巻かれたロール
を、その回転軸を中心として回転可能に保持する供給ロ
ールと、前記ＸＹステージの可動部に取り付けられ、レ
ーザ加工された加工対象物を巻き取る巻取ロールとを有
するレーザ加工装置が提供される。

【００１２】加工対象物が巻かれたロールがＸＹステー
ジの移動部に載っているため、加工対象物に、その幅方
向の変形を加えることなく、加工対象物をＹ方向に移動
させることができる。これにより、Ｙ方向に大きな領域
を加工することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１〜図３を参照して、本発明の
第１の実施例によるレーザ加工装置について説明する。

【００１４】図１は、第１の実施例によるレーザ加工装
置の概略図を示す。基台１の上に、可動部２ａを１次元
方向に並進移動させることができるテーブル２が取り付
けられている。可動部２ａの上に、真空チャック３が取
り付けられている。真空チャック３は、グリーンシート
１０ａをその上面に吸着し、固定する。真空チャック３
の吸着面に平行な面をＸＹ平面とし、可動部２ａの移動
方向をＸ軸とするＸＹ直交座標系を導入する。

【００１５】グリーンシート１０が供給ロール１１から
繰り出される。供給ロール１１の中心軸（回転軸）は、
Ｙ軸に平行である。供給ロール１１から繰り出されたグ
リーンシート１０は、ローラ１２及び１３を経由して真
空チャック３の吸着面上まで導かれる。吸着面上を通過
したグリーンシートは、ローラ１４及び１５を経由して
巻取ロール１６に巻き取られる。グリーンシート１０が
巻き取られるときに、吸着面上においてグリーンシート
１０ａの移動する向きを、Ｘ方向の正の向きとする。巻
取ロール１６の中心軸（回転軸）も、Ｙ軸に平行であ
る。ローラ１３及び１４は、可動部２ａに取り付けられ
ている。供給ロール１１、ローラ１２、１５、及び巻取
ロール１６は、基台１に取り付けられている。

【００１６】ローラ１３及び１４により、その間のグリ
ーンシート１０ａがＸ方向に送られるとともに、グリー
ンシート１０ａに加わる張力が調節される。ローラ１２
と１３との間、及びローラ１４と１５との間において、
グリーンシート１０が弛んでいる。この弛みのために、
グリーンシート１０を真空チャック３に吸着した状態
で、可動部２ａをＸ方向のある範囲内で自由に並進移動
させることができる。

【００１７】レーザ光学系２０Ａが、真空チャック３の
吸着面上に固定されたグリーンシート１０ａの表面に、
同時に２本のパルスレーザビームを照射する。同様に、
他のレーザ光学系２０Ｂが、真空チャック３の吸着面上
に固定されたグリーンシート１０ａの表面に、同時に２
本のパルスレーザビームを照射する。以下、レーザ光学
系２０Ａの構成について説明する。レーザ光学系２０Ｂ
の構成はレーザ光学系２０Ａの構成と同様であるため、
説明を省略する。

【００１８】レーザ光源２１からパルスレーザビームが
出射される。レーザ光源２１は、例えばＣＯ₂ガスレー
ザ発振器であり、赤外領域のレーザビームを出射する。
なお、レーザ光源２１として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高
調波を出射する紫外領域のレーザ光源を用いてもよい。

【００１９】レーザ光源２１から出射されたパルスレー
ザビームが、リレーレンズ２２、折り返しミラー２３、
マスク２４、及びリレーレンズ２５を介してハーフミラ
ー２６に入射する。マスク２４は、レーザビームのビー
ム断面を整形する。ハーフミラー２６で反射したパルス
レーザビームはガルバノスキャナ２８に入射し、ハーフ
ミラー２６を透過したパルスレーザビームは、折り返し
ミラー２７で反射して他のガルバノスキャナ２９に入射
する。ガルバノスキャナ２８及び２９は、レーザビーム
の光軸を２次元方向に振る。

【００２０】ガルバノスキャナ２８で光軸を振られたレ
ーザビームは、集光光学系３０で収束され、グリーンシ
ート１０ａの表面上のある領域内を走査する。ガルバノ
スキャナ２９で光軸を振られたレーザビームは、集光光
学系３１で収束され、グリーンシート１０ａの表面上の
他の領域内を走査する。集光光学系３０及び３１は、例
えばｆθレンズで構成される。レーザ光学系２０Ｂの２
つの集光光学系は、グリーンシート１０ａの表面上のさ
らに他の領域内を走査する。

【００２１】位置検出器６０が、グリーンシート１０ａ
に形成された複数の穴のうち所定の穴の位置を検出す
る。ガルバノスキャナ制御装置６１が、位置検出器６０
で検出された位置情報に基づき、ガルバノスキャナ２
８、２９、及びレーザ光学系２０Ｂの２つのガルバノス
キャナを駆動する。

【００２２】図２（Ａ）に、各集光光学系によりレーザ
ビームを照射可能な領域のＸＹ面内の配置を示す。レー
ザ光学系２０Ａの集光光学系３０及び３１により、それ
ぞれレーザ照射可能領域３５ａ及び３５ｂ内の任意の点
に、レーザビームが照射される。レーザ光学系２０Ｂの
２つの集光光学系により、それぞれレーザ照射可能領域
３５ｃ及び３５ｄ内の任意の点にレーザビームが照射さ
れる。

【００２３】照射可能領域３５ａ〜３５ｄは、Ｘ方向に
関して相互にある距離を隔てて配置されている。また、
Ｙ方向に関しては、照射可能領域３５ａと３５ｂとが相
互に接するように、すなわち照射可能領域３５ａをＸ方
向に平行移動したとき、平行移動された照射領域３５ａ
が照射領域３５ｂに接するように配置されている。照射
領域３５ｂ〜３５ｄのＹ方向の位置関係も同様である。

【００２４】図２（Ｂ）に、集光光学系３０と照射可能
領域３５ａとの、ＸＹ面内の位置関係を示す。集光光学
系３０を構成するｆθレンズの周辺部近傍を利用すると
種々の収差が大きくなるため、ｆθレンズの周辺部近傍
を利用することは好ましくない。従って、照射可能領域
３５ａは、集光光学系３０の周辺部近傍を除いた正方形
の領域とすることが好ましい。

【００２５】集光光学系３０が、照射可能領域３５ａか
らはみ出すため、図２（Ａ）に示した照射可能領域３５
ａと３５ｂとを、両者が接触するように配置することが
できない。照射可能領域３５ａと３５ｂとをＸ方向に離
して配置することにより、Ｙ方向に関しては、両者が接
するように配置することができる。または、照射可能領
域３５ａと３５ｂとのＸ方向の位置が同一になるように
配置した場合に比べて、両者のＹ方向の間隔を狭めるこ
とができる。

【００２６】次に、図１及び図２に示したレーザ加工装
置を用いてグリーンシートに穴開け加工を行う方法につ
いて説明する。

【００２７】まず、供給ロール１１から繰り出されたグ
リーンシート１０を、真空チャック３の吸着面上に吸着
し、固定する。真空チャック３の吸着面上に固定された
グリーンシート１０ａの表面に、レーザ光学系２０Ａ及
び２０Ｂによりレーザビームを照射し、穴開け加工を行
う。ガルバノスキャナ２８、２９等でレーザビームの光
軸を振ることにより、図２（Ａ）に示した照射可能領域
３５ａ〜３５ｄ内の所定の位置に穴を開けることができ
る。

【００２８】可動部２ａをＸ方向の正の向きに、照射可
能領域３５ａ〜３５ｄの各々のＸ方向の長さ分だけ移動
する。レーザ照射を行うことにより、穴開け加工を行
う。レーザ照射と可動部２ａの移動とを繰り返し実行す
ることにより、Ｘ方向に連続したある長さの領域内の任
意の位置に穴開け加工を行うことができる。

【００２９】また、照射可能領域３５ａ〜３５ｄがＹ方
向に関して隙間無く連続的に配置されている。このた
め、可動部２ａをＹ方向に移動させることなく、Ｙ方向
に関しても、任意の位置に穴を開けることができる。可
動部２ａがＹ方向に移動しないため、グリーンシート１
０のように幅方向に関して柔軟性に乏しいシートの加工
を行うことができる。

【００３０】なお、照射可能領域３５ａ〜３５ｄが、Ｙ
方向に関してある隙間を隔てて配置されている場合に
は、その隙間に対応するＸ方向に平行な帯状の領域以外
の領域の加工を行うことができる。照射可能領域３５ａ
〜３５ｄをＸ方向に関してある距離をおいて配置してい
るため、加工できない帯状領域を狭くすることができ
る。

【００３１】なお、可動部２ａの移動を行った後、グリ
ーンシート１０の弛み量が適正になるように、供給ロー
ル１１から所定の長さだけグリーンシート１０を繰り出
し、巻取ロール１６にグリーンシート１０を所定の長さ
だけ巻き取る。

【００３２】真空チャック３のＸ方向の負側の端部近傍
に固定されている領域まで穴開け加工が行われると、グ
リーンシート１０ａの吸着を解除する。可動部２ａをＸ
方向の負の向きに移動させ、再度グリーンシート１０ａ
を吸着し、固定する。

【００３３】図３に示すように、グリーンシート１０ａ
の吸着を解除する前に加工された照射可能領域３５ａ₀
内の特定の穴３６ａの位置を検出する。この位置検出
は、図１に示した位置検出器６０で行われる。

【００３４】特定の穴３６ａの位置を基準として、次の
照射可能領域３５ａ₁内のレーザ加工を行う。具体的に
は、位置検出器６０で検出された位置情報がガルバノス
キャナ制御装置６１に送られる。ガルバノスキャナ制御
装置６１は、位置情報に基づいてガルバノスキャナ２
８、２９等を駆動する。

【００３５】グリーンシート１０ａの吸着解除、及び再
吸着時にグリーンシート１０ａの位置ずれが生じた場合
にも、吸着解除前に加工された穴の位置を基準にして、
再吸着後の加工が行われるため、穴の相対位置のずれを
防止することができる。

【００３６】次に、図４を参照して、本発明の第２の実
施例によるレーザ加工装置について説明する。

【００３７】図４は、第２の実施例によるレーザ加工装
置の概略図を示す。基台７０の上にＸＹステージ７１が
取り付けられている。ＸＹステージ７１は、可動部７１
ａをＸＹ面内で並進移動させることができる。可動部７
１ａの上に真空チャック７２、供給ロール７３、ローラ
７４、７５、及び巻取ロール７６が取り付けられてい
る。供給ロール７３からグリーンシート１０が繰り出さ
れ、ローラ７４を介して真空チャック７２上に供給され
る。真空チャック７２の上を通過したグリーンシート１
０は、ローラ７５を介して巻取ロール７６に巻き取られ
る。供給ロール７３、ローラ７４、７５、及び巻取ロー
ル７６の各々の中心軸（回転軸）は、Ｙ方向に平行であ
る。

【００３８】レーザ光学系２０Ｃが、真空チャック７２
の吸着面上に固定されたグリーンシート１０の表面の所
定の領域内にレーザビームを照射する。レーザ光学系２
０Ｃは、図１に示したレーザ光学系２０Ａからハーフミ
ラー２６、ガルバノスキャナ２８、及び集光光学系３０
を取り除いたものと同一である。

【００３９】第１の実施例では、供給ロール１１及び巻
取ロール１６が基台１に取り付けられていたが、第２の
実施例の場合には、供給ロール７３及び巻取ロール７６
が、可動部７１ａに取り付けられている。このため、真
空チャック７２に吸着されたグリーンシート１０を、Ｘ
Ｙ面で自由に移動させることができる。

【００４０】第２の実施例の場合には、グリーンシート
１０をＹ方向にも移動できるため、照射可能領域をＹ方
向に関して隙間無く連続的に配置することなく、グリー
ンシート１０の任意の位置にレーザビームを照射するこ
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、
幅方向に関して柔軟性の乏しいシートであっても、短く
切断することなく、ロールから繰り出した状態で、レー
ザ加工を行うことが可能になる。このため、加工後のシ
ートを、再びロール状に巻き取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ加工装置の
概略図である。

【図２】第１の実施例によるレーザ加工装置のレーザ照
射可能領域の配置を示す平面図、及びレーザ照射可能領
域と集光光学系との位置関係を示す平面図である。

【図３】第１の実施例によるレーザ加工装置を用いてレ
ーザ加工を行う場合のレーザ照射可能領域の位置決め方
法を説明するための加工部の平面図である。

【図４】本発明の第２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、７０ 基台 ２ ステージ ３、７２ 真空チャック １０、１０ａ グリーンシート １１、７３ 供給ロール １２、１３、１４、１５、７４、７５ ローラ １６、７６ 巻取ロール ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ レーザ光学系 ２１ レーザ光源 ２２、２５ リレーレンズ ２３、２７ 折り返しミラー ２４ マスク ２６ ハーフミラー ２８、２９ ガルバノスキャナ ３０、３１ 集光光学系 ３５ａ〜３５ｄ レーザビーム照射可能領域 ３６ａ 特定の穴 ６０ 位置検出器 ６１ ガルバノスキャナ制御装置 ７１ ＸＹステージ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工対象物を、その表面がＸＹ平面に平
   行になるように保持し、該加工対象物を、Ｘ方向に並進
   移動させるステージと、 前記ステージの上に保持された加工対象物の表面にレー
   ザビームを集光する少なくとも２つの集光光学系であっ
   て、該集光光学系の各々に対して前記加工対象物の表面
   内の照射可能領域が画定されており、該集光光学系の各
   々が、レーザビームの光軸を振ることによって、当該集
   光光学系に対応する照射可能領域内の任意の位置にレー
   ザビームを照射することができ、前記２つの集光光学系
   に対応する２つの照射可能領域が、前記Ｘ方向に関して
   第１の距離だけ離れて配置され、かつＹ方向に関して両
   者が接するか、該第１の距離より短い第２の距離だけ離
   れて配置されている集光光学系とを有するレーザ加工装
   置。
2. 【請求項２】 前記ステージが、前記加工対象物を吸着
   し、該加工対象物のＹ方向に関する位置を拘束している
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 さらに、加工対象物が巻かれ、回転軸が
   前記Ｙ方向に平行になるように保持する供給ロールと、 回転軸が前記Ｙ方向に平行なるように配置され、加工さ
   れた加工対象物を巻き取る巻取ロールとを有する請求項
   １または２に記載のレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 加工対象物を、その表面がＸＹ平面に平
   行になるように保持し、該加工対象物の表面の一部の領
   域内に第１の集光光学系を用いてレーザビームを照射し
   てレーザ加工を行う第１工程と、 前記加工対象物をＸ方向に並進移動させる第２工程と、 前記第１工程でレーザ加工された領域に対して、Ｙ方向
   に隣接もしくは近接する領域内に、前記第１の集光光学
   系とは異なる第２の集光光学系を用いてレーザビームを
   照射してレーザ加工を行う第３工程とを有するレーザ加
   工方法。
5. 【請求項５】 前記第１工程の前に、さらに、前記加工
   対象物をステージに固定する工程を含み、前記第２工程
   において、前記ステージをＸ方向の正の向きに移動させ
   ることにより、前記加工対象物をＸ方向に移動させ、 前記第３工程の後に、さらに、前記加工対象物の前記ス
   テージへの固定を解除する第４工程と、 前記加工対象物に対して、前記ステージをＸ方向の負の
   向きに移動させる第５工程と、 前記加工対象物を前記ステージに固定する第６工程と、 前記ステージをＸ方向の正の向きに移動させる第７工程
   とを有し、前記第７工程の後、前記第１工程から手続を
   繰り返す請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 前記第１工程が、さらに、ひとつ前の第
   ４工程で加工対象物の固定を解除する前に加工されたマ
   ークの位置を検出し、該マークの位置を基準としてレー
   ザ加工を行う請求項５に記載のレーザ加工方法。
7. 【請求項７】 加工対象物を可動部の上に保持し、該可
   動部をＸＹ平面に平行な２次元方向に移動させることが
   できるＸＹステージと、 前記可動部の上に保持された加工対象物の表面にレーザ
   ビームを集光するレーザ光学系と、 前記ＸＹステージの可動部に取り付けられ、帯状の加工
   対象物が巻かれたロールを、その回転軸を中心として回
   転可能に保持する供給ロールと、 前記ＸＹステージの可動部に取り付けられ、レーザ加工
   された加工対象物を巻き取る巻取ロールとを有するレー
   ザ加工装置。