JP5628666B2 - 走査後レンズ屈折によるレーザーマイクロマシニングシステム - Google Patents

Description

本開示は、主にレーザーマイクロマシニングシステムに関する。

ほとんどのレーザーマイクロマシニングシステムでは、レーザービームを走査レンズ上に屈折させる高速ビームステアリング機構が用いられている。その後、走査レンズは、入力ビーム角度をワーク表面上で横方向ビーム運動に「平行移動」させ、ビームを上記ワークピース上に集束させる。１つのレーザーマイクロマシニングシステムが図１中に示されている。

図１のシステムにおいて、ビームステアリング機構１２に続いて、ｆシータ（走査）レンズ１６が設けられている。レンズ１６は、ビーム１４をワークピース１８の走査領域１８ａ上に集束させる。このトポロジーは、垂直方向に方向付けられた穴、ビアまたはトレンチを実質的に平坦なワークピース中に穿孔するのに適している。そのため、このトポロジーは、実質的に平坦と考えられる多層ＰＣＢ基板中に例えば相互接続ビアを穿孔するために、レーザーマイクロビア穿孔システムにおいて通常用いられている。

本明細書中、レーザーマイクロマシニングシステムの多様な実施形態が教示される。レーザーパルスを走査レンズを通じてワーク表面上にマウントされたワークピースに方向付けるように配置されたレーザーソースを含む１つのこのようなレーザーマイクロマシニングシステムによれば、以下のようなミラー及びマウントにより、向上が得られる。ミラーは、レーザーパルスの光路上において、走査レンズとワークピースとの間に配置され、かつ、レーザーパルスを上記ワークピースに向かって反射させるように、ワーク表面に対して傾斜され、前記ワーク表面に対して垂直に入射した前記レーザーパルスが前記ミラーに当たり、かつ前記レーザーパルスが前記ワーク表面に対して修正された角度で前記ワークピースに対して反射する。また、マウントは、第１の部位および第２の部位を含み、第１の部位は、ワーク表面に対して傾斜した対向表面を有し、第２の部位は、ミラーの少なくとも３つの側部を包囲するアパチャを含み、ミラーは、第１の部位の対向表面と第２の部位との間に配置される。本明細書中、以下、この実施形態および他の実施形態について詳細説明する。

図１は、レーザーマイクロマシニングシステムの標準的構成の模式図である。 図２は、傾斜ミラーを備えた向上したレーザーマイクロマシニングシステムの模式図であり、パートキャリアに取り付けられた固定傾斜ミラーを介して、特定のワークゾーン内で仰角が変更可能である。 図３は、ｙ軸に沿った動きに合わせてマウントされた傾斜ミラーを備えた向上したレーザーマイクロマシニングシステムの簡単な模式図である。 図４は、ｚ軸に沿った動きに合わせてマウントされた傾斜ミラーを備えた向上したレーザーマイクロマシニングシステムの簡単な模式図である。 図５は、走査レンズアセンブリとの動きのためにマウントされた傾斜ミラーを備えた、向上したレーザーマイクロマシニングシステムの模式図である。 図６は、走査レンズアセンブリとの動きのためにマウントされた２つの傾斜ミラーを備えた、向上したレーザーマイクロマシニングシステムの模式図である。 図７は、統合インデキシング能力を備えたミラーおよびマウントの模式図である。 図８は、図７中に示されるミラーおよびマウントの分解図である。 図９は、固定仰角を持つインデクス可能なミラーを備えたレーザーマイクロマシニングシステムの模式図であり、インデクス可能なミラーがインデクスされる前の状態を示す。 図１０は、図９によるレーザーマイクロマシニングシステムの模式図であり、インデクス可能なミラーがインデクスされた後の状態を示す。 図１１は、統合インデキシング能力を備えたミラーおよびマウントの別の実施形態の模式図である。

本明細書中の記載では、添付図面を参照する。添付図面において、いくつかの図示において、類似の参照符号は類似の部分を指す。
上記した図１のトポロジーにおいて、集束ビーム１４が、公称９０度の角度にあるワーク表面に照射される。このような配置は、図示のような実質的に平坦なワークピースを穿孔する際には適しているが、他のジオメトリを扱う際には柔軟に対応できない。それとは対照的に、本発明の実施形態は、向上したレーザーマイクロマシニングシステムを提供する。この向上したレーザーマイクロマシニングシステムでは、修正されたシステム仰角を可能にする１つ以上の傾斜ミラーが、走査レンズと、ワークピースとの間に設けられる。本発明の実施形態について、図２〜図１１を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態は、パートキャリアに固定された少なくとも１つの傾斜ミラーを備えたレーザーマイクロマシニングシステム１０を含む。このようなシステムを図２に示す。このシステム１０は、高速ビームステアリングモジュール１２を含む。モジュール１２は、走査レンズ１６においてレーザーパルスまたはビーム１４を高速走査するための圧電または音声コイルで作動する先端傾斜ミラーまたは一対の検流計であり得る。走査レンズ１６は、当業者に公知のｆシータ走査レンズまたは任意の走査レンズであり得る。図１のシステムにおいて、走査レンズ１６は、ビーム１４の角度を直接ワークピース１８上に平行移動させる。先ず図２を参照して説明する向上したレーザーマイクロマシニングシステム１０において、走査レンズ１６は、その代りに、ビーム１４を、パートキャリア２２上に固定された走査後レンズミラー（本明細書中以下傾斜ミラー２０）上に方向付ける。その後、傾斜ミラー２０は、概して横方向にあるビーム経路をワークピース１８上に屈折させる。傾斜ミラー２０は、任意の屈折角度に固定できるが、図２中に示す実施形態において、この角度は４５度である。これにより、上方から発生するビーム１４が水平方向からワークピース１８上に方向付けられ、その後、ワークピース１８または全光学素子を回転させる必要なく、水平方向に方向付けられたビアまたはトレンチを穿孔することが可能になる。

固定傾斜ミラー２０の場合、図１のトポロジーと比較して、この水平方向に方向付けられた穿孔が可能となるという利点があるものの、ワークピース１８上のワークゾーン（すなわち穿孔領域）が、固定傾斜ミラー２０のマウント位置および表面領域によって限定されてしまう。他の角度および／またはワークゾーンが必要な場合、同一のキャリア２２上に複数の固定傾斜ミラー２０をマウントすることにより複数の固定傾斜ミラー２０を実装してもよいし、あるいは、１つ以上のキャリアまたは走査レンズアセンブリを使用することによりこのようなミラー２０を別のものと交換してもよい。

あるいは、１つ以上の傾斜ミラー２０を運動ステージ上にマウントしてもよい。運動ステージは、パートキャリア２２に移動可能にマウントされる。このようなステージの作動は、手動で、または、サーボモータ、圧電アクチュエータなどを通じて、達成することができる。このようなステージ上にマウントされた傾斜ミラー（単数または複数）２０は、１つ以上の運動軸に沿ってかつ／または１つ以上の運動軸周囲において移動可能であり、これにより、各傾斜ミラー２０と関連付けられた仰角および／またはワークゾーンを変更することができる。このマウントの２つの例を図３および図４中の例により示す。

図３では、明確さのため、モジュール１２および走査レンズ１６は省略されている。図３において、傾斜ミラー２０は、ワークピース１８に対して移動可能なリニアステージ３０上にマウントされる。この例において、ワークピース１８は、パートキャリア２２上の固定位置にマウントされ、リニアステージ３０は、パートキャリア２２上に移動可能にマウントされる。リニアステージ３０は、傾斜ミラー２０をｙ軸に沿って横方向に移動させるようにマウントされ、ビーム１４は、公知の制御方法により、モジュール１２により傾斜ミラー２０の新規位置に方向付けられる。図示のように、リニアステージ３０は、ビーム１４が傾斜ミラー２０（点線で示す）からワークゾーン１８ａに方向付けられる第１の位置から、ビーム１４が傾斜ミラー２０（実線で示す）からワークゾーン１８ｂへと方向付けられる第２の位置に移動する。従って、ｙ軸に沿った横方向運動により、傾斜ミラー２０と関連付けられたワークゾーンをｙ軸に沿ってシフトさせる能力が得られる。ユーザは、リニアステージ３０を移動させて、より多くかまたはより少ない所望の調節を行うことができる。

図４において、傾斜ミラー２０は回転ステージ３２上にマウントされる。回転ステージ３２は、パートキャリア２２と共に回転運動するように、パートキャリア２２上にマウントされる。より詳細には、回転ステージ３２は、走査レンズ光学軸またはｚ軸（ヨー）周囲で回転するようにマウントされ、これにより、ワークピース１８上の仰角を変更する能力が得られる。例えば、傾斜ミラー２０が点線で示されるような第１の位置にあるように回転ステージ３２が第１の位置にある場合、傾斜ミラー２０は、第１のビーム経路３４によって示される方向にビーム経路を方向付ける。傾斜ミラー２０が実線によって示されるような第２の位置となるように回転ステージ３２が矢印によって示される方向に回転した場合、傾斜ミラー２０は、第２のビーム経路３６によって示される方向にビーム経路を方向付ける。ユーザは、回転ステージ３２を移動させて、より多くかまたはより少ない所望の調節を行うことができる。

図３および図４は、ワークピース１８に対する傾斜ミラー２０の動きを可能にする２つの可能な配置のみを示す。例えば、これらの配置は、パートキャリア２２上に移動可能にマウントされた傾斜ミラー２０を示す。しかし、傾斜ミラー２０は、パートキャリア２２に隣接する運動ステージ上にマウントすることができる。本明細書中の教示内容を鑑みれば、当業者にとって、所望の恩恵を得るための配置は他にも多く可能である。

本発明の別の実施形態として、走査レンズアセンブリに固定された１つ以上の傾斜ミラー４０がある。この走査レンズアセンブリは、モジュール１２の制御と共に、モジュール１２および走査レンズ１６を含む。１つのこのような配置を例として図５に示す。
図５において、パートキャリア２２は、矢印Ａによって示すｙ軸に沿って移動するｙステージを規定する。ワークピース１８は図５には示されていないが、ワークピース１８はパートキャリア２２と共に移動する。パートキャリア２２は、走査レンズアセンブリ４４を支持するクロスビーム４２に対して移動する。この実施形態において、走査レンズアセンブリ４４は、クロスビーム４２上にマウントされた可動サポート４６に固定的にマウントされる。可動サポート４６は、矢印Ｂによって示されるｘ軸に沿って移動するｘステージを規定する。可動サポート４６を移動させるためのマウントおよび方法の詳細については、当該分野において公知であるため、詳細には説明しない。

傾斜ミラー４０は、マウント用固定具４８を用いて、走査レンズアセンブリ４４に固定的にマウントされる。マウント用固定具４８は、溶接、ネジなどにより、走査レンズアセンブリ４４に固定することができる。図示のように、マウント用固定具４８は、走査レンズアセンブリ４４を包囲しかつ走査レンズアセンブリ４４に取り外し可能に固定されたバンドまたはホースクランプ４８ａを含む。マウント用固定具４８を走査レンズアセンブリ４４に取り付ける様態にかかわらず、マウント用固定具は、上記走査レンズ光学軸に沿って実質的に配置された位置において傾斜ミラー４０を支持するように、走査レンズアセンブリ４４とパートキャリア２２との間の概してＬ字型の延長部を含む。

ここで見られるように、このアプローチと、図２〜図４に示すものとの間の主な差異は、パートキャリア２２および走査レンズ１６が相互に移動するため、傾斜ミラー４０と関連付けられたワークゾーンおよび仰角が常時利用可能である点である。図５では傾斜ミラー４０が走査レンズアセンブリ４４に対して固定されている様子が図示されているが、傾斜ミラー４０は、１つ以上の軸に沿った横方向平行移動または１つ以上の軸周囲における回転あるいはこれらの組み合わせによって移動可能であるミラーと置き換えることができる。

別の実施形態では、ビームステアリングモジュール１２の走査領域のサブ範囲内において傾斜ミラー（単数または複数）のいずれによっても屈折されずにレーザービーム１４が傾斜ミラーを通過することができるような様式で、傾斜ミラーが配置される。このような配置が、第１の傾斜ミラー４０および第２の傾斜ミラー５０と共に図６中に図示されている。図５中に示す実施形態と同様の様態で、第１の傾斜ミラー４０は、マウント用固定具４８により、走査レンズアセンブリ４４に固定的にマウントされる。この例において、マウント用固定具４８は、第１の傾斜ミラー４０に対して直角に第２の傾斜ミラー５０を支持する。マウント用固定具４８ならびに第１の傾斜ミラー４０および第２の傾斜ミラー５０は、上記走査レンズ光学軸に沿って中央ギャップを形成する。この配置は、傾斜ミラー４０および５０によって得られかつ各ビーム経路５２および５４によって示される異なる仰角を保持するとともに、「標準的」システムとして上記ギャップを通じて直線状に下降するビーム１４によって穴を穿孔しかつ／またはトレンチを切断する能力を上記システムをも提供する。

走査レンズアセンブリ４４に固定された傾斜ミラー４０および５０をビーム１４が屈折されずに通り越すことができるようにビーム１４の経路を提供する能力により、走査レンズアセンブリ４４に固定された傾斜ミラー４０および５０ならびにパートキャリア２２に固定された１つ以上の傾斜ミラー２０が組み合わされた配置を得ることが可能になる。パートキャリア２２に固定された傾斜ミラー（単数または複数）２０は、このようなミラーの上方に走査レンズ１６を配置し、ビームステアリングモジュール１２を介して走査レンズアセンブリ４４に固定された傾斜ミラー４０および５０を通り越すようにステアリングビーム１４を導くことによって、利用される。図６中２つの傾斜ミラー４０および５０が図示されているが、これはあくまでも一例である。傾斜ミラーを１つまたは２つ以上走査レンズアセンブリ４４と共にマウントしてもよい。

ここまで説明してきた実施形態により、多数の用途において使用可能な柔軟性を備えたマイクロマシニングシステムが得られる。この構成において発生する１つの問題として、ミラー２０、４０および５０の汚染がある。このような汚染は、性能低下の主要因であり、ミラー２０、４０および５０と穿孔されたワークピースとが密接に関連付けられることに起因する。この汚染が発生した場合、頻繁かつ高コストな部品交換しなければならない場合が発生し得る。二次元イメージング表面の汚染については、例えばデブリ除去システムの設置によって従来対処されている。このようなセットアップは、機械加工プロセスから発生するデブリがミラーに到達して汚染してしまう可能性が発生する前にデブリを除去しようとするものである。また、対策無しではミラーに付着して反射面を汚染してしまうデブリから上記ミラーを「シールド」するように空気流れを調節するために、エアナイフも用いられている。実装が高コストかつ困難であるためあまり一般的ではないものの、汚染物質を遮断するために、光学コンポーネントの少なくとも複数部位において密封コンパートメントを用いることができる。これらの方法は、先ず第１にミラーが汚染されるのを防ぐように設計されている点において予防的なものであるが、それが出来なくても、汚染蓄積をできるだけ遅らせる。そのため、これらのアプローチの場合、一旦ミラーが汚染されてしまうと、ミラー交換しか選択肢がなくなる。

従って、本発明の別の実施形態では、頻繁かつ高コストな部品交換をもたらす、ミラー表面の汚染およびその後の性能低下を制限する。ミラー表面が入射レーザーパルスまたはビーム経路１４の直径よりも大幅に大きい場合、ミラー表面の清浄な未汚染部位が入射ビームに対して提示されるようにミラーが若干移動される。このような移動は、「インデキシング移動」と呼ばれる。

所与のミラーが対応できるインデキシング移動の回数は、ミラーのサイズ、入射ビーム直径、およびビームステアリングモジュール１２によって用いられるミラー表面上の走査領域によって異なる。典型的な用途においては、２５ｍｍｘ４０ｍｍのミラーを直径わずか２〜３ｍｍの入射ビームに対して用いることは珍しくない。ミラー表面上の走査領域は、ビームステアリングモジュール１２を制御するシステム制御ソフトウェアにより、制限することが可能である。その結果、有意な回数のインデキシング移動が可能であり、これにより、ミラー表面全体が疲弊して部品交換が必要になるまでのミラーの有効寿命が容易に一桁増加され得る。

インデキシング能力を考慮して明示的に設計されたミラーマウント７０を図７および図８に示す。ミラーマウント７０は、ブラケット７６によって捕捉されているミラー７４を支持するマウントベース７２を含む。より詳細には、ブラケット７６は、空洞を含む。この空洞は、ブラケット７６がインデキシングネジ７８によってマウントベース７２に固定された際、マウントベース７２に対面し、かつ、マウントベース７２と接触するミラー７４を包囲しかつ固定的に支持するようにサイズ決めされる。インデキシングネジ７８は、マウントベース７２の対向表面７２ａ中に穴あけされたインデキシング穴８２を用いて、ブラケット７６をマウントベース７２に固定する。ここで見られるように、マウントベース７２の対向表面７２ａは、水平方向に対して４５度の角度を形成するが、この角度はあくまで一例である。

ブラケット７６は、上縁部７６ａと、底縁部７６ｂと、アパチャを形成する２つの対向する側縁部７６ｃとを含む。２つの対向する側縁部７６ｃは、上縁部７６ａよりも長い距離にわたってミラー７４に向かう方向に延びる各延長部位を含む。マウントベース７２にマウントされると、ブラケット７６の対向する側縁部７６ｃがミラー７４に押圧され、底縁部７６ｂがミラー７４の露出した底縁部を被覆する。好適には（しかし必ずしも必要はないが）、底縁部７６はミラー７４の露出した底縁部のみを被覆し、本明細書中後にさらに詳細に説明する理由のため、ミラー７４の外側対向表面を越えて延びない。

延長された対向する側縁部７６ｃの設置により、ブラケット７６の上縁部７６ａは、ミラー７４の外側対向表面から間隔を空けて配置されて、１つ以上の空気スロットを形成する。例えば、図７および図８において、中央延長部８４が上縁部７６ａの中間点に形成され、底縁部７６ｂに向かって短距離にわたって延びる。そのため、この実施形態において２つの空気スロット８６が形成される。空気スロット８６は、ブラケット７６外部からブラケット７６の対向する側中に穴あけされた穴８２中に設けられた空気入口８０を通じて送られる空気と連通する。動作時、空気は、空気入口８０に連結された空気ホースを通じて空気入口８０に提供され、これにより、空気入口８０からの空気流れに対して実質的に接線方向にあるエアカーテンが形成され、このエアカーテンが、ミラー７４に向かって行く粒子を下方に吹き飛ばす。

より詳細には、ワークピースが穿孔されると、多数の方向（ミラーマウント７０中のミラー７４へ逆行する方向を含む）に飛ばされるデブリが形成される。その結果、ミラー７４は、この部分処理時に発生する放出物からの大量の汚染に晒される。この実施形態において、空気入口８０を通じて提供された空気は、このようなデブリをミラー７４の表面に沿ってマウントベース７２の底に向かって吹き飛ばすように、スロット８６を通じて方向付けられる。マウントベース７２は、本明細書中以下に説明するようにマウントされる。ブラケット７６の底縁部７６ｂにより、デブリがミラー７４とマウントベース７２との間に入来することが回避される。ブラケット７６の底縁部７６ｂは好適にはミラー７４の表面を越えて延びないため、デブリは、ミラー７６の表面から外れた障害物がない経路を持つ。中央延長部８４は、本明細書中以下に説明するような標的ゾーンに空気を方向付けるのを支援する。ミラー７４の表面にわたって流れるエアカーテンは、層状空気流れとも呼ばれる。

マウントベース７２は、マウントブラケット８７に取り外し可能に固定される。マウントブラケット８７はＬ字型であり、ミラー７４に対向するマウントベース７２の表面と接触する第１のマウント表面８７ａを有する。第１のマウント表面８７ａは穴を含む。これらの穴中にボルト８８が挿入されて、マウントベース７２をマウントブラケット８７に取り付ける。より好適ではない方法では、マウントベース７２は、溶接などによりマウントブラケット８７に永久固定される。マウントブラケット８７はまた第２のマウント表面８７ｂも含む。第２のマウント表面８７ｂは、図２に示すようなパートキャリア２２、運動ステージ（例えば、それぞれ図３および図４に示すようなリニアステージ３０または回転ステージ３２）、またはマウント図５および図６に示すような用固定具４８に取り外し可能に固定される。マウントブラケット８７は、例えば第２のマウント表面８７ｂを貫通するマウント穴８７ｃを通じてボルトを用いて記載のように固定することができる。

あるいは、サーボモータへの接続部を貫通するようなマウント穴８７ｃを通じて延びる軸周囲においてマウントベース７２が回転可能なように、マウントブラケット８７をマウントしてもよい。サーボモータは、パートキャリア２２、ステージ３０または３２あるいはマウントブラケット８７に固定される。
図７および図８に示す実施形態において、ミラー７４中央からオフセットした８つの異なる位置に対応して、ミラー７４上に８つのインデクス位置９０がある。すなわち、実線の８つの交差部は、ビームステアリングモジュール１２がゼロ（戻り止め）位置にある際に、ビーム１４が８つのインデクス位置９０においてミラー表面に照射される箇所を示す。

これらの８つのインデクス位置９０を連続的に用いることにより、有効ミラー寿命が有意に増加する。これらの８つのインデクス位置９０は、入射ビーム１４が中央ミラー軸からオフセットするように、設定される。図７に示すように、ブラケット７６は、インデキシング穴８２を用いて、４つの位置のうちの１つにマウントされる。より詳細には、図７中のブラケット７６は、左端または第１の位置に図示されている。この位置において、インデキシングネジ７８は、左端の間隔を空けて配置されたインデキシング穴８２に固定される。そのため、ビーム１４は、上側の第１のインデキシング位置９０に照射される。１列目のインデキシング位置９０中の３つのさらなる位置それぞれは、インデキシングネジ７８を緩め、ブラケット７６およびミラー７４をマウントベース７２の対向表面７２ａに向かって次の１組の空間を空けて配置されたインデキシング穴８２に対して右方向にシフトさせ、インデキシングネジ７８をこれらのインデキシング穴８２内にネジ止めすることにより、達成される。従って、上縁部７６ａにより近い４つのインデクス位置９０が上記４つの位置にわたるシフトを通じて（汚染に起因して）疲弊した後、ミラー７４を図８中の矢印の方向に１８０度回転させ、上記４つの位置間で移動して別の４つのインデクス位置９０を提供するように、マウントベース７２上のブラケット７６中に再度挿入することができる。図示のように、ミラーマウント７０は、手動で達成されるスライド可能な調節を提供する。必要に応じて、図７に示すように、ブラケット７６は、トラック９２上の複数の位置間で移動可能である。

図７中の点線は、異なるインデクス位置９０周囲においてセンタリングされたビーム１４の走査領域を示す。例示目的のため、上から３番目、上から４番目および下から４番目のインデクス位置９０と関連付けられた走査領域が図示されている。上記走査領域は若干重複しており、これにより、より多くのインデクス位置９０をミラー７４上に設けることができ、よってミラー７４を長寿命化させることができる点に留意されたい。

図７および図８に示すようなインデクス可能なミラー７４は、図２〜図６を参照して図示および記載した配置のうちのいずれにおいても、実施可能である。例えば、ミラーマウント７０上のインデクス可能なミラー７４は、図２の図示内容と類似する簡単な模式図である図９および図１０のマイクロマシニングシステム中に示すように、マウントすることができる。図９に示すように、高速ビームステアリングモジュール１２は、ビーム１４を走査レンズ１６上に屈折させ、走査レンズ１６は、ビーム１４をインデクス可能なミラー７４上のインデクス位置９０（ここではＰ１）へと方向付ける。ミラーマウント７０内でのそのマウントに基づいて、インデクス可能なミラー７４は、ビーム６６を横方向にワークピース６８上へと屈折させる。上記システムは、例えばミラー７４の後側に配置された光検出器を用いてミラー７４を通じて送信されたビームの一部を感知することにより、必要に応じてビーム６６の強度を測定することができる。上記強度が閾値を下回った場合、上記システムは、インデクス位置Ｐ１が汚染されたことをオペレータに通知することができる。図１０において、インデクス可能なミラー７４は、走査レンズ１６がビーム６６を清浄な未汚染のインデクス位置（ここではＰ２として図示）へと方向付けるように、手動手段または自動手段のいずれかを通じて水平方向に調節される。ミラー７４の上縁部上の清浄な未汚染部位が無くなるまでこのプロセスが繰り返され、下方のインデクス位置９０が後続の処理工程において用いられるように上縁部７６ａに沿うように、ミラー７４が回転される。

ビーム１４がミラー７４の表面と接触する領域において、デブリ蓄積は特に問題になる。この理由のため、中央延長部８４は望ましくは、空気入口８０からの空気流れを空気スロット８６内からインデクス位置９０へと方向付けるのを支援する。清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）は、例えば流速１０ｃｆｍで空気入口８０内に流れることができる。さらに、空気流れは、上縁部７６ａの形状および構造に基づいて多数の方向において発生することができ、本発明は、上記の開示された配置に限定されない。デブリ蓄積を最小化するための別の選択肢として、入来ビーム１４および反射ビーム６６用のスリットを設けることによりミラー７４を包囲して、ミラー７４が与圧室内にあるようにする方法がある。このような別の実施形態を図１１に示す。図１１は、図７および図８と同じ特徴を多数含んでいるため、異なる特徴のみについて、本明細書中以下に説明する。

図１１において、ミラーマウント１００は、マウントベース７２上にマウントされたブラケット１０２を含む。ブラケット７６と同様の様態で、ブラケット１０２は、空洞を含む。この空洞は、マウントベース７２に対向し、かつ、ブラケット１０２がインデキシングネジ７８によってマウントベース７２に固定された場合にマウントベース７２と接触するミラー７４を包囲しかつ固定的に支持するようにサイズ決めされる。マウントベース７２の対向表面７２ａおよび従ってミラー７４は、水平方向に対して４５度の角度を形成するが、この角度はあくまで一例である。インデキシングネジ７８は、ブラケット１０２の対向する外側表面部位１０２ａを通じて延びる貫通穴中に固定される。よって、対向する外側表面部位１０２ａは、水平方向に対して４５度の角度を同様に形成し、本明細書中以下傾斜部位１０２ａと呼ばれる。空気入口８０も、傾斜部位１０２ａ中にマウントされる。

傾斜部位１０２ａに対して直角を形成するように延びかつミラー７４およびブラケット１０２のアパチャを被覆するのは、一体型延長表面部位１０２ｂ（本明細書中以下ハウジング部位１０２ｂとも呼ばれる）である。ハウジング部位１０２ｂは、各表面中の２つのＵ字型アパチャ１０４および１０６を含む。アパチャ１０４は、ハウジング部位１０２ｂの「前方」にあるといわれ、アパチャ１０６は、ハウジング部位１０２ｂの「上方」にあるといわれる。Ｕ字型アパチャ１０４および１０６はそれぞれ各溝部を含む。これらの各溝部内に、各窓部１０８および１１０がスライド可能に噛み合っている。

窓部１０８は、ハウジング部位１０２ｂの上方からＵ字型アパチャ１０４中の溝部中にそしてこの溝部からスライドし、ネジ１１６によりＵ字型アパチャ１０４内に固定される。このネジ１１６は、ハウジング部位１０２ｂ中の固定穴中に固定され、窓部１０８の上縁部内の２つの窪み部１１７のうちの１つと圧接される。窓部１１０は、ハウジング部位１０２ｂの後方から、Ｕ字型アパチャ１０６の溝部中にそしてこの溝部からスライドする。窓部１１０は、ハウジング部位１０２ｂのいずれかの側上の傾斜部位１０２ａの上側に固定ネジ１１８によって固定された平坦な固定部位（本明細書中以下記載される平坦なカバーピース１２０と同様のもの）により、Ｕ字型アパチャ１０６内に固定される。

窓部１０８はスリット１１２を含み、窓部１１０はスリット１１４を含む。ビーム１４がスリット１１４を通じて進行し、スリット１１２を通じて例えばビーム６６として反射するように、スリット１１２および１１４は動作時に配列される。
この実施形態において、ブラケット１０２は、ミラー７４を支持し、かつ、ミラー７４とマウントベース７２との間にデブリが蓄積しないようにするための統合底縁部を持たない。その代わりに、平坦なカバーピース１２０が、ブラケット１０２の左側から右側（すなわち、対向する傾斜部位１０２ａ間）に延びて、ミラー７４の底縁部と係合する。この平坦なカバーピース１２０は、ミラー７４が容易に交換することができるように、傾斜部位１０２ａの底表面中のアパチャ（図示せず）内に取り外し可能にネジ固定される。理解可能なように、ハウジング部位１０２ｂは、対向する傾斜部位１０２ａ間のその底縁部上に開口部を有する。ブラケット７６の一体型底縁部７６ｂと同様に、平坦なカバーピース１２０は好適には、ミラー７４の外側対向表面と同一平面上になるかまたはミラー７４の外側対向表面よりも若干下側になる。これらの２つの特徴により、ミラー７２からのデブリの除去が容易化になる。

少なくとも１つのさらなる空気入口１２２は、ミラー７４の外側対向表面および窓部１０８および１１０によって部分的に包囲されるようなハウジング部位１０２ｂの内部によって規定されたチャンバ内に加圧空気を供給するように、設けられる。空気入口８０内に流れるＣＤＡも、空気入口１２２内に流れることができる。この流れは、例えば１０ｃｆｍと同一の流速において発生し得、あるいは、空気入口８０内に流れる空気は、空気入口１２２内に流れる空気の異なる（例えば、より高い）速度で発生し得る。その結果、ミラー７４に到達する粒子を最小化する与圧室が得られる。好適には、内部の圧力は、大気圧よりも若干高い。ミラー７４に実際に到達した粒子については、既述した層状空気流れによって除去される。

図１１のミラーマウント１００は、ミラーマウント７０について既述したように固定的にまたは移動可能にマウントされる。
動作時において、ミラー７４の多様なインデキシング位置９０に対するマウントベース７２に対するブラケット７６の動きについて既述したように、ブラケット１０２はマウントベース７２に対して移動する。スリット１１２および１１４は、窓部１０８および１１０の全体長さに延びることができるが、好適には、露出した領域を最小化するようにより小さくされる。ブラケット１０２がマウントベース７２の表面７２ａにわたって移動すると、スリット１１２および１１４をビーム１４および６６と共に整列させる必要がある。この整列は、小さなスリットサイズへの所望と共に、ネジ１１６および窓部１０８を取り外し、Ｕ字型アパチャ１０４中のそれをスリット１１２と異なる方向および／または位置でスリットを有する窓部と交換し、ネジ１１８およびその固定された平坦な固定部位を緩めるかまたは取り外して、Ｕ字型アパチャ１０６内の窓部１１０を取り外し、Ｕ字型アパチャ１０４内の新規窓部に対応するスリットを有する窓部と交換することにより、達成可能である。図１１の図示された例において、スリット１１２および１１４は、窓部１０８および１１０の長さのおよそ半分だけ延び、４組のインデキシング穴８２により、ブラケット１０２の４つの位置が得られる。これら４つの位置は、ミラー７２の回転と共に、ブラケット７０について既述したような８つのインデキシング位置９０を規定する。図示のように、ブラケットは、第１の左端の１組のインデキシング穴８２内にある。ブラケット１０２が第２の組のインデキシング穴８２へとする際、窓部１０８および１１０は図示の構成内に留まる。ブラケット１０２が第３および第４の組のインデキシング穴８２へと移動すると、窓部１０８および１１０は取り外され、１８０度回転され、これにより、未露出表面は外側に露出し、スリット１１２および１１４が左側にあり各Ｕ字型アパチャ１０４および１０６内に再度挿入される。その後、窓部１０８は、ネジ１１６および窪み部１１７を用いてハウジング部位１０２ｂに固定される。その後、窓部１１０は、平坦な固定部位を用いて傾斜部位１０２ａ内に係合されたネジ１１８によってハウジング部位１０２ｂに固定される。

ミラー７４を取り外し回転させるには、インデキシングネジ７８をインデキシング穴８２から緩めることにより、ブラケット１０２をマウントベース７２から取り外す。その後、ブラケット１０２を所望のインデクス位置９０においてマウントベース７２に再度取り付ける。
開示された発明は、特定のワークピースジオメトリに関する要求に対応するためにシステム仰角を修正する必要が有るようなシナリオに対応できるレーザーマイクロマシニングシステムの能力を大幅に向上させ、処理時においてミラーの一部のみを用いて汚染を低減させることにより、ミラー寿命を延ばすことができる。例えば、さらなる包囲されたブラケット１０２によって得られる恩恵が無くても、約５００個の部分をインデクス可能なミラー７４の各インデキシング位置９０において動作させることができる。このようなシステムは、少しの追加コストおよび／または時間で、多様なシナリオに対応できるように迅速に再構成することができ、あるいは、部分処理時においてその仰角を修正するかまたはそのミラーを「オンザフライ」でインデクスすることができ、これにより、このようなシステムの容易な利用がさらに向上される。

上述した実施形態は、本発明の容易な理解が得られるように記載したものであり、本発明を限定しない。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲内に含まれる多様な改変および均等な配置を網羅するように意図されるものである。この範囲は、法律下で許されるこのような改変および均等構造全てを包含するように、最大範囲で解釈されるべきである。

Claims (12)

1. レーザーパルスを走査レンズを通じてワーク表面上にマウントされたワークピースへと方向付けるように配置されたレーザーソースを含むレーザーマイクロマシニングシステムにおいて、前記システムは、
   前記レーザーパルスの光路上において、前記走査レンズと前記ワークピースとの間に配置されたミラーであって、前記ミラーは、前記レーザーパルスを前記ワークピースへと反射させるように前記ワーク表面に対して傾斜され、前記ワーク表面に対して垂直に入射した前記レーザーパルスが前記ミラーに当たり、かつ前記レーザーパルスが前記ワーク表面に対して修正された角度で前記ワークピースに対して反射するような、ミラーと、
   第１の部位および第２の部位を含むマウントであって、前記第１の部位は、前記ワーク表面に対して傾斜した対向表面を有し、前記第２の部位は、前記ミラーの少なくとも３つの側部を包囲するアパチャを含み、前記ミラーは、前記第１の部位の前記対向表面と前記第２の部位との間に配置される、マウントと、
   によって特徴付けられる、レーザーマイクロマシニングシステム。
2. 前記ミラーは、前記ワーク表面を規定するパートキャリアと、前記レーザーソースおよび前記走査レンズを支持する走査レンズアセンブリとのうちの１つにマウントされる、請求項１に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
3. 前記ミラーは４５度の角度で傾斜される、請求項１または２に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
4. 前記ミラーは、前記ミラーによって提供される角度付き経路に加えて前記ワーク表面への垂直経路を走査レンズ出力ビームに提供するように、前記走査レンズにマウントされる、
   請求項１又は２に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
5. 前記ワーク表面を規定するパートキャリアにマウントされた第２のミラーであって、前記第２のミラーは、前記垂直経路からの前記走査レンズ出力ビームを受け入れるようにマウントされ、前記第２のミラーは、前記ワーク表面に対して角度を以てマウントされる、第２のミラー、
   によって特徴付けられる、請求項４に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
6. 前記ミラーは、前記第１の部位の対向表面に対向する第１の表面と、前記アパチャの外側に対向する第２の表面とを含み、前記第２の部位は、前記アパチャを含む傾斜部位と、前記アパチャの少なくとも一部を包囲するハウジング部位とを含み、前記ハウジング部位は、前記レーザーソースからの前記レーザーパルスを前記第２の表面において受け入れるように構成された第１のスリットと、前記ミラーの前記第２の表面によって屈折された前記レーザーパルスが前記ハウジング部位から前記ワークピースの方向に出ていくことを可能にするように構成された第２のスリットとを含む、
   請求項１に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
7. 前記ハウジング部位は、前記第２の部位の下端部において開口部を含み、前記開口部は、デブリが前記ミラーの前記第２の表面から前記ハウジング部位の外部へ移動することを可能にするように構成される、
   請求項６に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
8. 前記走査レンズに対向する前記ハウジング部位の側部にある第１のＵ字型開口部と、
   前記ワークピースの方向に対向する前記ハウジング部位の側部にある第２のＵ字型開口部と、
   前記第１のＵ字型開口部とスライド可能に係合する第１の取り外し可能なピースであって、前記第１のスリットを含む第１の取り外し可能なピースと、
   前記第２のＵ字型開口部とスライド可能に係合する第２の取り外し可能なピースであって、前記第２のスリットを含む第２の取り外し可能なピースと、
   によって特徴付けられる、請求項６又は７に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
9. 前記第１の部位の前記対向表面内の複数のインデキシング穴と、
   前記第２の部位を貫通する少なくとも１つのインデキシングネジであって、前記第１の部位の各インデキシング穴と係合するインデキシングネジと、
   によって特徴付けられ、
   前記第２の部位は、前記少なくとも１つのインデキシングネジが内部で係合している前記各インデキシング穴に対応する複数のインデキシング位置へと前記ミラーを移動させるように前記第１の部位と係合し、前記インデキシング位置はそれぞれ、前記レーザーパルスの接触領域を示す、
   によって特徴付けられる、請求項１又は６に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
10. 前記ミラーは、前記第１の部位の前記対向表面に対向する第１の表面と、前記アパチャの外側に対向する第２の表面とを含み、
    前記第２の部位中に挿入された空気入口と、
    前記ミラーの前記第２の部位と前記第２の表面との間で前記ミラーの上部位にある少なくとも１つの空気スロットであって、前記空気入口は、前記少なくとも１つの空気スロットに空気を提供するように前記少なくとも１つの空気スロットに接続される、空気スロットと、
    によって特徴付けられる、請求項１又は６に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
11. 前記第２の部位中に挿入された第１の空気入口と、
    前記第２の部位と前記ミラーの前記第２の表面との間において前記ミラーの上部位に設けられた少なくとも１つの空気スロットであって、前記第１の空気入口は、前記少なくとも１つの空気スロットに空気を提供するように前記少なくとも１つの空気スロットに接続される、第１の空気入口と、
    前記第２の部位の前記ハウジング部位中に挿入された第２の空気入口であって、前記ハウジング部位に空気を提供するように構成される第２の空気入口と、
    によって特徴付けられる、請求項６又は７に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。
12. 前記第１の部位は、前記ワークピースに対して固定的にマウントされるかまたは移動可能にマウントされ、前記第２の部位は、前記第１の部位に対して移動可能である、請求項１又は６に記載のレーザーマイクロマシニングシステム。

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