JP2011206797A

JP2011206797A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置

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Publication number: JP2011206797A
Application number: JP2010075602A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okawa; 哲男大川
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5546924B2

Abstract

【課題】ライン溝とパッド溝の深さを全ての加工領域で均一にする。
【解決手段】第１のレーザ光によりライン溝Ｌを加工し、第２のレーザ光によりパッド溝をＰ加工してライン溝Ｌとパッド溝Ｐとを接続するレーザ加工方法において、パッドの加工領域を、第１のレーザ光で加工する第１の領域と、この第１の領域に接する第２の加工領域とに分割し、第１の加工領域を第１のレーザ光により、第２の加工領域を前記第２のレーザ光により、それぞれ加工する。例えば、第１のレーザ光により、当該幅がパッドの弦に一致するまで、ライン溝Ｌを加工し、第２のレーザ光により、第１のレーザ光により加工された領域を除いたパッド内の領域を加工し、第１のレーザ光により加工されたライン溝と第２のレーザ光により加工された溝がパッド内において互いに接するようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

レーザ光により基板表面にライン（パターン）やパッドを形成するための溝を形成する技術、所謂トレンチ加工技術が知られている。図９は、トレンチ加工を行うレーザ加工装置の光学系の構成を示す図である。

同図において、レーザ発振源１から出射されたレーザ光５は、レーザ光５の光軸上に配置されたアパーチャ１０に形成された窓１０ａを通過することにより外形が整形され、ガルバノミラー２３，２４に入射する。ガルバノミラー２３，２４に入射したレーザ光５は、当該ミラー２３，２４によって水平な２軸方向に偏向されてＦθレンズ２５に入射し、Ｆθレンズ２５により集光されてテーブル上のワーク２８に入射する。ワーク２８上の加工領域２６の大きさはＦθレンズ２５の大きさにより定まり、ガルバノミラー２３，２４を回転方向に位置決めすることにより、加工領域２６内の任意の位置にレーザ光５を位置決めすることができる。

図１０はライン用の溝Ｌとパッド用の溝Ｐ（以下、ライン用の溝を「ライン溝」と、パッド用の溝を「パッド溝」と称す。）との接続部を説明する図であり、同図（ａ）はライン溝Ｌを加工するレーザ光５の先端が円弧の一部である場合を、同図（ｂ）はライン溝Ｌを加工するレーザ光５の先端が直線である場合の状態を示し、それぞれ上段は平面図であり、下段は平面図におけるＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。

ライン溝Ｌとパッド溝Ｐは同時に加工することができない。このため、加工領域が重なる加工重複部９，３８では一方で加工された後、さらに他方で加工される。この結果、加工重複部９，３８の加工深さは他の部分よりも深くなる。なお、パッド溝Ｐは円形であるため、パッド溝Ｐを加工する場合のアパーチャ１０の窓１０ａの形状は円である。また、ライン溝Ｌを加工する場合の窓１０ａも円である場合が多い。以下、アパーチャ１０の窓１０ａの形状を単に「窓１０ａ」という。

図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように加工重複部９，３８が発生すると、ワークの信頼性が低下する場合がある。そこで、例えば、特許文献１には、窓１０ａの一部を覆うフィルタを設けることにより、エネルギ分布がワークを加工できる円形中心部と加工ができないリング状の外周部とからなるレーザ光５を形成し、リング状の外周部を加工重複部に照射するようにした技術が開示されている。

特開昭６４−７５１９１号公報

しかし、前記特許文献１記載の技術であっても、リング状の外周部を重複加工なしに加工することはできない。そのため、加工重複部において過剰に加工され、溝が深くなることを防止することはできない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ライン溝とパッド溝の深さを全ての加工領域で均一にすることにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査によりパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、前記パッドの加工領域を、第１の加工領域と、この第１の領域に接する第２の加工領域とに分割し、前記第１の走査により前記第１の加工領域を、前記第２の走査により前記第２の加工領域をそれぞれ加工し、前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッド内において互いに接するようにしたこと
を特徴とする。

第２の手段は、レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査により円形のパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、前記第１の走査により、当該幅が前記パッドの弦に一致するまで、前記ライン溝を加工し、前記第２の走査により、前記第１のレーザ光により加工された領域を除いた前記パッド内の領域を加工し、前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッド内において互いに接するようにしたことを特徴とする。

第３の手段は、レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査により円形のパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、前記第２の走査により、前記パッド内の領域を加工し、先端部を前記パッドの曲率に等しい凹型とした前記第１の走査により、当該先端部が前記パッドの外周に接するまで前記ライン溝を加工し、前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッドの外周において互いに接するようにしたことを特徴とする。

第４の手段は、アパーチャに設けた窓によりレーザ光の外形を整形し、前記レーザ光を集光レンズにより集光させてワークに照射するレーザ加工装置において、パッド溝を形成するレーザ光の外形を整形する前記窓の外縁形状と、ライン溝を形成するレーザ光の前記パッド溝側の先端形状とが一致し、前記パッド溝と前記ライン溝の隣接領域が互いに接してなることを特徴とする。

第５の手段は、第４の手段において、前記隣接領域のパッド溝側が凹型でライン溝側が凸型に形成され、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致していることを特徴とする。

第６の手段は、第４の手段において、前記隣接領域のパッド溝側が直線状でライン溝側が直線状に形成され、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致していることを特徴とする。

第７の手段は、第４の手段において、前記隣接領域のパッド溝側が円弧の外周部でライン溝側が前記円弧の外周に接する形状に形成され、前記ライン溝の外幅前記パッド溝の弦と一致していることを特徴とする。

第８の手段は、第４ないし第７のいずれかの手段において、前記窓の外縁形状が、円形の窓と、前記窓の外縁に設けられ、前記窓の直径方向に進出後退自在な複数の突出部とによって設定されることを特徴とする。

なお、後述の実施形態では、レーザ光は符号５に、ライン溝は符号Ｌに、パッド溝は符号Ｐに、第１の加工領域は図４のパッド溝で示される形状の部分に、第２の加工領域は図４のパッド溝とライン溝との接続部のライン溝のパッド溝側に食いこんだ部分に、アパーチャは符号１０，５０に、窓は符号１０ａ１〜９、１０ｂ１〜１６、１０ｃ、１０ｃ１〜６に、集光レンズはＦθレンズ２５に、ワークは符号２８に、突出部はマスク６２に、それぞれ対応する。

本発明によれば、加工重複部がなくなるので、ライン溝とパッド溝の深さを、総ての加工領域で均一にすることができる。

本発明に係るレーザ加工装置の光学系の構成図である。本発明に係るアパーチャの正面図である。本発明による加工部の平面図である。ライン溝用の窓とパッド溝用の窓の組み合わせ例を示す図である。パッドにラインが２本接続する場合の加工例を示す図である。アパーチャの変形例を示す図である。本発明に係るアパーチャの正面図である。本発明に係る他のアパーチャの正面図である。トレンチ加工を行うレーザ加工装置の光学系の構成図である。従来のライン用の溝Ｌとパッド用の溝Ｐとの接続部を説明する図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について実施例を挙げて説明する。

図１は、実施例１に係るレーザ加工装置の光学系の構成を示す図、図２はアパーチャの正面図である。なお、図９に示した従来例と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

同図に示すように、実施例１に係るレーザ加工装置は従来のレーザ加工装置とはアパーチャの構成が相違するだけで、他の構成は同一である。

すなわち、実施例１に係るアパーチャ５０には第１ないし第９の複数の窓１０ａ１〜１０ａ９が形成されている。第１の１０ａ１は直径Ｄの円から点線で示す直径ｄの円の一部が切り抜かれた三日月型をしている。外形が切り取られた部分の弦の長さはｄである。また、第２ないし第８の窓１０ａ２〜１０ａ８は、第１の窓１０ａ１を中心Ｏの回りに４５度ずつ回転させたものである。第９の窓１０ａ９は直径ｄの円である。アパーチャ５０は図示しない直線案内装置に設置され、図示しない駆動手段によりレーザ光５の光軸と直角の方向に移動し、位置決めされる。

図３は加工部の平面図である。同図において、パッド溝Ｐの直径がｋＤ、ライン溝Ｌの幅がｋｄである場合の加工は以下のような手順で実行される。なお、図３の例では、ライン溝Ｌはパッド溝Ｐに対して垂直上方に接続されている。

まず、第９の窓１０ａ９の中心Ｏをレーザ光５の光軸上に位置決めする。第９の窓１０ａ９を通過したレーザ光５は、直径がｄの円に整形された後、Ｆθレンズ２５により直径ｋｄの円に縮小される。なお、ｋは比例定数である。従来と同様にして、直径ｋｄのレーザ光５を用いて幅ｋｄのライン溝Ｌを加工する（レーザ光の第１の走査）。ライン溝Ｌがパッド溝Ｐと交差する場合は、パッド溝Ｐの弦の長さがｋｄである地点で加工を終了する。この結果、パッド溝Ｐ内の図３に２点鎖線で示すライン溝Ｌ先端の半円部分とライン溝Ｌと交差するパッド溝Ｐの円弧（弦の長さはｋｄ）に囲まれる領域が、ライン溝Ｌとして加工される。

次に、第５の窓１０ａ５の中心Ｏをレーザ光５の光軸上に位置決めした後、レーザ光５を発振させる。レーザ光５は第５の窓１０ａ５により外径がＤの三日月型に整形され、Ｆθレンズ２５により外径がｋＤに縮小され、ライン溝Ｌが加工をしなかった図３に斜線を付して示す三日月型の部分を加工する（レーザ光の第２の走査）。この結果、パッド溝Ｐには加工重複部が発生せず、一様の深さに加工される。

図４は、ライン溝用の窓とパッド溝用の窓の組み合わせ例を示す図であり、同図（ａ）は上記組み合わせを、同図（ｂ）及び同図（ｃ）は他の組み合わせを、同図（ｄ）は同図（ａ）の変形例である。

同図（ｂ）は、半月型の窓１１ａによりライン溝Ｌ加工用のレーザ光５の先端を直線にすると共に、パッド溝Ｐ加工用の窓１１ｂに直線部を設けた加工例であり、この直線部が弦に相当する。また、同図（ｃ）は、窓１２ａによりライン溝Ｌ加工用のレーザ光５の先端をパッド溝Ｐ加工用の窓１２ｂの曲率に等しい凹型の円弧とし、パッド溝Ｐ加工用の窓１２ｂを円にした加工例である。また、同図（ｄ）は、ライン溝Ｌを（ａ）の場合に対して長さａだけパッド溝Ｐ内に進入させるようにしたものである。

同図（ｂ）でアパーチャ５０の窓を形成すると、図２において１点鎖線で示すような直線状の弦が形成された窓１１ｂ群となり、同図（ｃ）でアパーチャ５０の窓を形成すると、図２において第９の窓１０ａ９の外側に１点鎖線で示した円の窓（第１の窓１０ａ１の直径と同じ直径の円）として構成することができる。また、同図（ｄ）であれば、ライン溝Ｌを（ａ）の場合に対して長さａだけパッド溝Ｐ内に進入させた窓を図２の第１ないし第９の窓に準じて形成すればよい。

いずれにしても、図４に示すようにパッド溝用及びパッド溝用のそれぞれのアパーチャの窓形状は、パッド溝を形成するレーザ光の外形を整形する前記窓の外縁形状と、ライン溝を形成するレーザ光の前記パッド溝側の先端形状とが一致し、前記パッド溝と前記ライン溝の隣接領域が互いに接するように形成される。その際、図４（ａ）では、隣接領域のパッド溝側を凹型でライン溝側を凸型に形成し、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致させ、図４（ｂ）では、隣接領域のパッド溝側を直線状に、また、ライン溝側も直線状に形成し、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致させ、図４（ｃ）では、隣接領域のパッド溝側を円弧の外周部に、ライン溝側を前記円弧の外周に接する曲率の形状に形成し、前記ライン溝の外幅を前記パッド溝の弦と一致させる。また、図４（ｄ）では、図４（ａ）の関係からライン溝をパッド溝側にさらに進入させ、前記ライン溝の外幅を前記パッド溝の弦と一致させる。

図５は、パッドにラインを直線状に２本接続する場合の加工例を示す図である。１つのパッドにラインを２本接続する場合は、同図に示すように、ライン溝Ｌとパッド溝とが対向した２個所で接するように窓を形成する。図５（ａ）に示す接続形態の場合は、図４（ａ）に示したパッド溝用の窓の形状をライン溝用の窓形状が直線上に対向した２個所で円形に切り欠いた形状に設定し、図５（ｂ）に示す接続形態の場合は、図４（ｂ）に示したパッド溝用の窓の形状をライン溝用の窓形状が直線上に対向した２個所で弧を直線状に切り欠いた形状に設定する。

なお、図２の例では、アパーチャ５０を長方形の板材で形成し、当該板材に第１ないし第９の窓１０ａ１〜１０ａ９を穿設していたが、図６に示すようにアパーチャ５１を円環状の板材で形成し、図４（ａ）に示したようなパッド溝用の窓１０ｂ１〜１０ｂ１６を複数個、ここでは１６個穿設して配置し、アパーチャ５１をその中心に関して時計方向あるいは反時計方向に回転させ、所望の窓の中心をレーザ光５の光軸上に位置決めして加工に供することもできる。なお、前記窓１０ｂ１〜１０ｂ１６は図４（ａ）で例示したものの他に、当然図４（ｂ）〜（ｄ）に例示したものに代えて使用することも可能である。

本実施例２はアパーチャの形状の多様性を図ったものである。

図７は、実施例２に係るアパーチャの正面図であり、レーザ加工装置の光学系は図１に示した実施例１とアパーチャの部分を除いて同一である。なお、図９に示した従来例と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図７において、円形の窓１０の外周には、円周上等間隔に複数（図示の場合８個）のマスク形成機構６１が配置されている。マスク形成機構６１は、それぞれマスク６２と、マスク６２を窓１０の中心Ｏに向けて進出後退させるモータ、シリンダ等のアクチュエータ６４とから構成されている。マスク６２の先端部は半円形であり、窓１０ｃと重ならない位置から指定された距離例えば、図示点線で示す位置まで、窓１０ｃの内部に進入することができる。そして、いずれかのマスク６２を窓１０ｃの内部に侵入させることにより、図２に示す窓１０ａ１〜１０ａ９と等価の窓を形成することができる。したがって、アパーチャに多数の窓を設ける必要がない。なお、図示の場合、隣り合う２個のマスク６２を窓１０ｃ内に進入させると互いに干渉するが、ライン溝Ｌがそのような配置にならないので、実用上そのような干渉は発生しない。

加工手順は実質的に実施例１と同じであるから説明は省略する。

なお、図示を省略するが、マスク６２の先端部を図４（ｂ）〜（ｄ）に示すパッド溝用のアパーチャに代えれば、前記と図４（ｂ）〜（ｄ）に示したパッド溝用の窓と等価な窓を形成することが可能であり、この場合も重複部分がなくなるので溝深さは均一となる。

図８は、窓とマスクの多様性に対応した例である。この例では、図７に示したマスク形成機構６１のマスク６２の移動軌跡の中心をレーザ光５の光軸上に位置決めし、当該位置にアパーチャ１０に穿設した直径の異なる各窓１０ｃ１，１０ｃ２，１０ｃ３，１０ｃ４，１０ｃ５，１０ｃ６を選択して加工できるようにしている。これにより、パッド溝Ｌの大きさに基づいて窓を選択し、その窓の中心をレーザ光５の光軸上に位置させ、マスク６２を所望の距離進出させて加工すればよい。

この場合も図４に示したようなライン溝Ｌとパッド溝Ｐの形状の組み合わせにより、加工重複部が生じないようにすることが可能となり、溝深さは均一となる。

また、アパーチャ１０を図６に示した円環状の板材に代え、窓１０ｂ１〜１６を直径の異なる円として窓の中心を図８のようにレーザ光５の光軸に一致させて配置すれば、円環状の板材を回転させることにより直径の異なる円状の開口を選択することが可能となる。これにより、当該開口でマスク形成機構６１を駆動することにより、所望のライン溝Ｌとパッド溝Ｐの組み合わせが実現できる。

なお、以上の説明においては、ライン溝Ｌを加工してからパッド溝Ｐを加工するようにしたが、パッド溝Ｐを加工してからライン溝Ｌを加工するようにしても、重複部分が形成されないことから同じ加工結果を得ることができる。

１レーザ発振源
５レーザ光
１０，５０アパーチャ
１０ａ１〜９、１０ｂ１〜１６、１０ｃ、１０ｃ１〜６窓
ガルバノミラー２３，２４
２５Ｆθレンズ
２８ワーク
６２マスク
Ｌライン溝
Ｐパッド溝

Claims

レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査によりパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、
前記パッドの加工領域を、第１の加工領域と、この第１の領域に接する第２の加工領域とに分割し、
前記第１の走査により前記第１の加工領域を、前記第２の走査により前記第２の加工領域をそれぞれ加工し、
前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッド内において互いに接するようにしたこと
を特徴とするレーザ加工方法。
レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査により円形のパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、
前記第１の走査により、当該幅が前記パッドの弦に一致するまで、前記ライン溝を加工し、
前記第２の走査により、前記第１のレーザ光により加工された領域を除いた前記パッド内の領域を加工し、
前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッド内において互いに接するようにしたこと
を特徴とするレーザ加工方法。
レーザ光の第１の走査によりライン溝を加工し、レーザ光の第２の走査により円形のパッド溝を加工して前記ライン溝と前記パッド溝とを接続するレーザ加工方法において、
前記第２の走査により、前記パッド内の領域を加工し、
先端部を前記パッドの曲率に等しい凹型とした前記第１の走査により、当該先端部が前記パッドの外周に接するまで前記ライン溝を加工し、
前記第１の走査により加工された前記ライン溝と前記第２の走査により加工された前記領域とが前記パッドの外周において互いに接するようにしたこと
を特徴とするレーザ加工方法。
アパーチャに設けた窓によりレーザ光の外形を整形し、前記レーザ光を集光レンズにより集光させてワークに照射するレーザ加工装置において、
パッド溝を形成するレーザ光の外形を整形する前記窓の外縁形状と、ライン溝を形成するレーザ光の前記パッド溝側の先端形状とが一致し、前記パッド溝と前記ライン溝の隣接領域が互いに接してなること
を特徴とするレーザ加工装置。
請求項４記載のレーザ加工装置であって、
前記隣接領域のパッド溝側が凹型でライン溝側が凸型に形成され、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致していること
を特徴とするレーザ加工装置。
請求項４記載のレーザ加工装置であって、
前記隣接領域のパッド溝側が直線状でライン溝側が直線状に形成され、前記ライン溝の外幅が前記パッド溝の弦と一致していること
を特徴とするレーザ加工装置。
請求項４記載のレーザ加工装置であって、
前記隣接領域のパッド溝側が円弧の外周部でライン溝側が前記円弧の外周に接する形状に形成され、前記ライン溝の外幅前記パッド溝の弦と一致していること
を特徴とするレーザ加工装置。
請求項４ないし７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
前記窓の外縁形状が、円形の窓と、前記窓の外縁に設けられ、前記窓の直径方向に進出後退自在な複数の突出部とによって設定されること
を特徴とするレーザ加工装置。