JP3704524B2 - ノズル及びノズルを用いたレーザ加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体を噴き出すノズル及びそのノズルを用いたレーザ加工装置に関し、特に、レーザ加工された箇所から飛散した飛散物がレーザ光学系に損傷を与えることを防止する用途に適したノズル及びそのノズルを用いたレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体パッケージ基板等のプリント配線板に集光レンズで集光されたレーザビームを入射させて、内層配線と上層配線とを接続するための穴を形成する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または保護フィルム(以下保護板等とする)が配置されることもある。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−35985号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
金属膜等の穴あけ時、加工対象物から飛散する金属微粒子を放置すると、次に入射するレーザビームが加工対象物に入射する前に飛散物により散乱されてしまう。これにより、加工対象物の表面におけるパルスエネルギ密度が低下し、形成される穴径の精度が低下する。
【0005】
また、加工対象物からの飛散物が保護板等に付着すると、レーザビームの透過率が低下してしまうため、定期的に保護板等を交換しなければならない。この保護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。
【0006】
本発明の目的は、穴径の精度の低下及び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その加工装置に適用可能なノズル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、第1の方向に長い空洞が形成された筐体と、前記第1の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、前記筐体の壁を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴き出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口とを有するノズルが提供される。
【0008】
前記ノズルは、第1の方向に関する流速の分布を、一様に近づけることができる。
【0009】
本発明の他の観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に入射させる伝搬光学系と、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かってガスを噴き出すノズルとを有し、前記ノズルは、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に平行な第1の方向に長い空洞が形成された筐体と、前記第1の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、前記筐体を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0010】
加工対象物から飛散した飛散物が、ノズルから噴き出すガスと共に加工対象物上の空間から排除される。このため、飛散物によるレーザビームの散乱を防止し、集光レンズまたは保護板の汚染を防止することができる。複数個のノズルを組み合わせて使用することで更に高い効果が期待できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、本発明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、加工用のパルスレーザビームを出射する。レーザ加工装置は、マスク2、折り返しミラー3、ガルバノスキャナ4、集光レンズ5からなる伝搬光学系15を有する。
【0012】
図1(B)に、レーザ光源1の構成を示す。全反射鏡10と部分反射鏡11とにより、光共振器が画定されている。光共振器内に、レーザ媒質12及び波長変換素子13が配置されている。レーザ媒質12として、Nd:YAGが用いられる。波長変換素子13として、BBOやKDP光学結晶を用いることができる。部分反射鏡11から、波長355nmのパルスビームが出射する。なお、波長変換素子13を光共振器の外に出してもよい。
【0013】
レーザ光源1の代わりに、Nd:YAGレーザの第2高調波、第4高調波、または第5高調波を出射するレーザ光源を使用することもできる。さらに、Nd:YAGレーザの代わりに、Nd:YLFレーザやNd:YVO4レーザを使用することも可能である。また、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを使用してもよい。
【0014】
レーザ光源1から出射したレーザビームが、マスク2に入射する。マスク2に設けられた貫通孔を通過したレーザビームが、折り返しミラー3に入射する。
【0015】
折り返しミラー3で反射されたレーザビームが、ガルバノスキャナ4に入射する。ガルバノスキャナ4は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを2次元方向に走査する。ガルバノスキャナ4で走査されたレーザビームが集光レンズ5で集束され、XYステージ6に保持された加工対象物8に入射する。集光レンズ5は、例えばfθレンズである。集光レンズ5は、マスク2の貫通孔を加工対象物8の表面上に結像させる。レーザ光源1及びガルバノスキャナ4は、制御装置20によって制御される。
【0016】
銅等の加工対象物8にレーザビームを入射させ穴あけを行うと、加工対象物8から直径数十μm程度の金属微粒子が飛散する。この飛散物を加工対象物8の被加工面付近から排除するため、ノズル7を用いる。なお、飛散物による集光レンズの汚染防止を図るため、保護板等を集光レンズ5と加工対象物8の間に配置することもある。
【0017】
ノズル7が、空気を加工対象物8の被加工面と伝搬光学系15との間の空間に向かって噴き出す。噴き出された空気は、加工対象物8の表面と平行な方向に流れる。なお、空気以外のガスを噴き出すようにしてもよい。
【0018】
図2(A)に、ノズル7の斜視図を示す。ノズルの正面の壁に設けられた噴出口22は、一方向に長い形状を有する。x軸を噴出口22の長辺方向、y軸を加工対象物8の被加工面に対し垂直方向とする。図2(C)に、図2(A)の一点鎖線C2−C2における断面図を示す。気体導入口21がノズルの天井面の壁を貫通して2箇所に設けられており、ノズル内部には空洞23が設けられている。図2(B)は、図2(A)の一点鎖線B2−B2における断面図である。空洞23は、x軸方向に長い構造を有する。
【0019】
高圧ガス源9から気体導入口21を通じて空洞23内にガスが導入される。導入されたガスは、一度空洞23の内面に衝突し、空洞内にため込まれる。ガスが空洞23内に充満し、空洞23内でほぼ均一な圧力にされた後、ガスは噴出口22から外部に噴き出し、カーテン状のガス流を形成する。
【0020】
ノズル7は、ガスを空洞23に充満させてから外部に噴き出す構造を有するため、x軸方向に関してガス流の流速のばらつきを抑制することができる。ガス流は加工対象物からの飛散物を加工対象物上の空間から排除する。これにより飛散物によるレーザビームの減衰や、集光レンズの汚染を防止することができる。
【0021】
図2(A)に示す通り、噴出口22は、x軸方向に長くy軸方向には絞り込んだ短い構造を特徴としている。x軸方向に長い構造をとることにより、加工対象物8の被加工面全体の上方の空間に、ガス流を形成することができる。y軸方向に短い構造をとることにより、より速い流速のガスを噴き出すことができる。
【0022】
本実施例のノズルでは、気体導入口21が天井面に2箇所配置されているが、ノズルの天井面の長手方向に関して中央に1箇所、気体導入口を設置してもよい。x軸方向に関して流速を均一に近づけるために、気体導入口を、ノズル内の空洞の長手方向の両端以外の箇所に設けることが好ましい。
【0023】
図3は、ノズル装置、加工対象物及び加工によって生じた飛散物の関係を模式的に表した図である。ノズル装置32は、図2で例示したノズルと同一構造のノズル7Aと、ノズル7Aの上に重ねて配置された、ノズル7Aと同様の構造を有するノズル7Bとで構成される。ノズル7Bは、ノズルの空洞の長手方向がノズル7Aのそれと平行で、それぞれのノズルの噴出口22A及び噴出口22Bが同一の方向に向けてガスを噴出するように配置されている。
【0024】
2つのノズル7A及び7Bを積み重ねて使用すると、ノズルを1個のみ用いる場合よりも広い空間に向けてガスが噴き出される。図3において、飛散物の飛散方向31で示すように、レーザ加工により飛散した飛散物30が、まず加工対象物8に近い方のノズル7Aからのガス流を受け、レーザビームの径路から逸れる方向へと、その進路を変える。進路を変えた飛散物30は、ノズル7Bからのガス流を受けて再び進路を変え、レーザビームの径路から更に大きく逸れることになる。このように、加工対象物8から飛散する飛散物30はノズルから噴き出すガス流に乗り易くなる。このため、レーザビームの減衰及び保護板の汚染を防止するに際し、ノズルを1個使用した場合よりも大きな効果が期待できる。
【0025】
なお、図3の例ではノズルを2個使用した場合を示したが、3個以上のノズルを組み合わせて用いることも可能である。また、図1(A)で示すレーザ加工装置では表記されていないが、保護板等を集光レンズ5と加工対象物の間に配置し、ノズルと合わせて使用することもある。
【0026】
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。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のノズルは、噴き出すガスの流速の分布を、一様に近づけることができる。
【0028】
また、本発明の加工装置によれば、加工対象物から飛散した飛散物が、ノズルから噴き出すガスと共に加工対象物上の空間から排除されるので、飛散物が集光レンズを汚染するのを防止することができる。また、保護板等を使用する場合には、保護板等に付着する飛散物を軽減させることにもつながり、保護板の取り替え周期を長期化させることができる。その結果、本発明のノズルを使用せず保護板等のみを使用する装置と比較して、ランニングコストの低減を図ることができる。さらに、飛散物によるレーザビームの減衰を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)は実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、(B)はレーザ光源の概略図である。
【図2】 (A)はノズルの斜視図であり、(B)及び(C)はノズルの断面図である。
【図3】 他の実施例によるノズル装置、加工対象物及び飛散物の飛散方向の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 マスク
3 折り返しミラー
4 ガルバノミラー
5 集光レンズ
6 XYステージ
7、7A、7B ノズル
8 加工対象物
9 ガス源
10 全反射鏡
11 部分反射鏡
12 レーザ媒質
13 波長変換素子
15 伝搬光学系
20 制御装置
21 気体導入口
22、22A、22B 噴出口
23 空洞
30 飛散物
31 飛散物の飛散方向
32 ノズル装置
Claims (3)
- 第1の方向に長い空洞が形成された筐体と、
前記第1の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、
前記筐体の壁を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴き出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口と
を有するノズル。 - レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に入射させる伝搬光学系と、
前記ステージに保持された加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かって気体を噴き出すノズルと
を有し、
前記ノズルは、
前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に平行な第1の方向に長い第1の空洞が形成された第1の筐体と、
前記第1の方向に長い形状を有し、前記第1の空洞内の気体を外部に噴き出す第1の噴出口と、
前記第1の筐体の壁を貫通し、前記第1の空洞内に気体を導入するための第1の導入口であって、前記第1の空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記第1の空洞内に流入した気体が前記第1の噴出口から外部に噴き出される前に、該第1の空洞の内面に衝突するように配置された前記第1の導入口と
を有するレーザ加工装置。 - さらに、前記ステージに保持された該加工対象物の被加工面からの高さが、前記被加工面から前記ノズルまでの高さとは異なる位置に配置された他のノズルを有し、該他のノズルは、
前記第1の方向に長い第2の空洞が形成された第2の筐体と、
前記第1の方向に長い形状を有し、前記第2の空洞内の気体を外部に噴き出す第2の噴出口と、
前記第2の筐体の壁を貫通し、前記第2の空洞内に気体を導入するための第2の導入口であって、前記第2の空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記第2の空洞内に流入した気体が前記第2の噴出口から外部に噴き出される前に、該第2の空洞の内面に衝突するように配置された前記第2の導入口と
を有し、
前記加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かって、前記ノズルと前記他のノズルとが、気体を噴き出す向きが同一となるよう、前記噴出口の向きをそろえて配置されている請求項2に記載のレーザ加工装置。
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