JP2004188451A

JP2004188451A - レーザ加工方法および装置

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Publication number: JP2004188451A
Application number: JP2002358578A
Authority: JP
Inventors: Yukinari Aso; 幸成阿蘇; Yoshinari Sasaki; 良成佐々木; Eiju Murase; 英寿村瀬; Kiyomi Kiyoi; 清美清井; Kazuhiko Yoshida; 和彦吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工する際に、レーザ加工により発生する加工飛散物の加工表面への再付着（デブリ）を抑制するレーザ加工方法を提案することを目的とする。
【解決手段】加工対象物９の表面１０にレーザ光２６を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、加工対象物９の表面１０にて、レーザ光２６の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリ１５を、磁場を用いて積極的に吸着板１４に堆積させることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エキシマレーザ（ｅｘｃｉｔｅｄｄｉｍｍｅｒｌａｓｅｒ）は、化学結合を切断できる高いフォトンエネルギーを有し、アブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる光化学分解、光熱分解過程により、短波長の短パルスレーザを用いることで、熱的な影響を抑えつつ加工対象物を除去、微細加工することができる。このようなアブレーションによるレーザ加工技術が注目を集めている。エネルギー密度（フルエンス：ｆｌｕｅｎｃｅ）を調整したエキシマレーザ光を加工対象物に照射することにより、プラスチック（高分子材料）、金属、セラミックス等、種々の物質をアブレーションにより微細加工することができる。
【０００３】
エキシマレーザ光照射によるアブレーション加工では、レーザ光の照射を受けた加工対象物の表面より飛散物が加工領域周辺に付着する。この飛散物または付着物をデブリ（ｄｅｂｒｉｓ）と呼ぶ。デブリの付着が発生すると、所望の加工品質、加工精度を得られないこともある。
【０００４】
このデブリの低減方法として、加工飛散物の発生そのものを抑制する方法、デブリの堆積を少なくする方法、デブリの堆積後に除去する方法などが種々知られている。
【０００５】
加工飛散物の発生量を低減するためには、加工対象物へのレーザ光の照射とともにアシストガスを吹き付けることが有効であることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、加工飛散物の発生そのものを制御する方法としては、所定の雰囲気ガスによって加工飛散物を分散、あるいは再付着防止する方法が知られている。また、所定の真空度の減圧下で加工することにより、堆積による付着量を大幅に減少できることが知られている。
【０００７】
デブリの堆積後に除去する方法としては、レーザ加工時よりも低いエネルギー密度で紫外レーザ光を照射し、発生したデブリを除去する方法が知られている。デブリが除去しやすいものである場合にはこの方法は有効であると思われる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
また、デブリの加工対象物への付着を防止する技術として、アブレーション加工すべき加工対象物の表面に水等の液体を接触させ、この液体を通じてレーザ光を加工対象物の表面に照射することにより、発生したデブリを液体中に浮遊させ、加工終了後に液体とともにデブリを洗い流す方法が知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１９２８７０号公報
特開平６−３３９７８４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したこれらの方法ではデブリの堆積を少なくしたり、加工飛散物の発生量を低減したりするのには有効であると思われるが、デブリの加工領域周辺への堆積後に除去する必要がある不都合があった。また、液体中のアブレーション加工においては浮遊するデブリが加工対象物の表面に再付着する可能性があり、加工対象物の表面へのデブリの付着を完全には防止することができないという不都合があった。
【００１１】
斯かる点に鑑み、本発明は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工する際に、レーザ加工により発生する加工飛散物の加工表面への再付着（デブリ）を抑制するレーザ加工方法および装置を提案するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明レーザ加工方法は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明レーザ加工方法は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、この加工対象物を減圧加工容器を用いた減圧雰囲気にて加工するようにし、この加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させるものである。または、この減圧雰囲気下でのレーザ加工を、部分真空機構を用いて行うことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明レーザ加工方法は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、この加工対象物を雰囲気ガスの下で加工するようにし、この加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明レーザ加工方法は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、この加工対象物の表面の流体を排出または送出・排出し、この加工対象物の表面に気流の流れをつくり、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、この気流の流れに乗せ、さらに磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明レーザ加工方法は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、この加工対象物の表面にイオンを送出および排出し、この加工対象物のこのレーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリをイオン化し、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするものである。
【００１７】
斯かる本発明によれば、飛散・放出された加工飛散物の拡散を抑制して、効率的に吸着板に加工飛散物を堆積させることにより、加工面にデブリが付着・堆積しないので、従来のような加工面にデブリが堆積後にそのデブリを除去する工程を不要とすることができる。
【００１８】
本発明レーザ加工装置は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構を有することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明レーザ加工装置は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、この加工対象物を減圧雰囲気にて加工する減圧加工容器と、この減圧加工容器内のこの加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明レーザ加工装置は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、この加工対象物を雰囲気ガスの下で加工する加工容器と、この加工容器内のこの加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明レーザ加工装置は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、この加工対象物の表面の流体を排出または送出・排出し、この加工対象物の表面に気流の流れをつくり、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、この気流の流れに乗せる気流制御機構と、さらに磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明レーザ加工装置は、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、この加工対象物の表面にイオンを送出および排出し、この加工対象物のこのレーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリをイオン化するイオン制御機構と、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構とを有することを特徴とするものである。
【００２３】
斯かる本発明によれば、飛散・放出された加工飛散物の拡散を抑制して、効率的に吸着板に加工飛散物を堆積させることにより、加工面にデブリが付着・堆積しないので、従来のような加工面にデブリが堆積後にそのデブリを除去する工程を不要とすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して、本発明レーザ加工方法および装置の実施の形態の例につき説明する。
【００２５】
図６は、本例のレーザ加工装置に適用されるレーザ光照射装置の一例を示す概略構成図である。このレーザ光照射装置１１は、レーザ光源１、ミラー２，３，４、ビーム整形器５、マスク６、投影レンズ７、ステージ８とを有する。勿論、レーザ光照射装置の構成はこの例に限るものではない。
【００２６】
レーザ光源１より出射するレーザビーム（レーザ光）２６によって加工対象物９表面のの加工面１０がアブレーション加工される。このレーザ光源１には、例えば、エキシマレーザを用いる。エキシマレーザには、レーザ媒質の異なる複数の種類が存在し、レーザ媒質としては、波長の長いほうからＸｅＦ（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）が存在する。
【００２７】
エキシマレーザは、熱エネルギーを利用したレーザ加工に用いられるＹＡＧレーザ（基本波：１．０６μｍ）、ＣＯ２レーザ（１０．６μｍ）などと大きく異なる点は、レーザ光の発振波長が紫外線の領域にあることである。また、エキシマレーザは本質的にパルス発振であり、短パルス（数ｎｓ〜数十ｎｓ以下）である。
【００２８】
また、エキシマレーザは、アブレーションと呼ばれる、光化学分解、光熱分解過程において、短波長の短パルスレーザを用いることで、熱的な影響を受けにくい加工を行なうため、加工面のエッジの仕上がりが非常にシャープとなる。これに対して、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザでは熱的影響が大きく、加工周辺部が熱の影響で丸くなり、端面とならない。
【００２９】
さらに、エキシマレーザは、初期のビーム断面が略矩型の約１０×１０ｍｍの寸法を有し、このレーザビームをビーム整形器にて、加工目的により縮小化、または長面積化、大面積化することができる。大面積化することにより比較的広い面積を一括して加工できる。従って、大面積の領域を同時に加工するのにエキシマレーザは適している。
【００３０】
また縮小化した場合、高精細な微細加工を行なうことが出来る。加工対象物の加工面をステップアンドリピート方式にてパターニングすることで比較的広い面積の加工も可能である。ビーム整形器５は、ミラー２及び３によって反射されたレーザ光源１からのレーザビーム２６を整形し、ビーム強度の均一化を行い、ミラー４に向けて出力する。
【００３１】
マスク６は、ビーム整形器５で整形されミラー４で反射されたレーザビーム２６を通過させる所定パターンを有している。このマスク６は、例えば、金属材料で形成された孔開きマスク、透明なガラス材料や金属薄膜で形成されたフォトマスク、誘電体材料で形成された誘電体マスク等が用いられる。
【００３２】
投影レンズ７は、マスク６の所定パターンを通過したレーザビーム２６を所定倍率でステージ８上の加工対象物９の加工面１０に投影する。
【００３３】
ステージ８は、投影レンズ７から投影されるレーザビーム２６が加工対象物９の加工面１０に合焦するように投影レンズ７に対して配置されるとともに、周知技術を用い加工対象物をステージ上に固定している。このステージ８は、レーザビーム２６が加工対象物９の加工面１０上を走査可能なように、例えば、Ｘ−Ｙステージと呼ばれるような、レーザビーム２６の光軸に垂直な平面に沿って移動位置決めが可能な構造および機能を有している。
【００３４】
上記構成のレーザ照射装置１１では、レーザ光源１にエキシマレーザを用いることにより、加工対象物９の加工面１０に所定パターンのレーザビーム２６が照射され、加工面１０がアブレーション加工される。加工面１０は、アブレーション加工により、加工面１０を形成する材料の加工飛散物（デブリ）が発生する。このデブリが加工面１０に付着すると、加工品質、加工精度等に影響を及ぼすことがあり、付着を防ぐ必要がある。
【００３５】
そこで、加工対象物９の加工面近傍に設けた後述する付着防止機構、または周知技術に後述する付着防止機構を適用し、デブリの付着を防ぐようにする。
【００３６】
以下に、この加工飛散物９の加工面１０への付着を防止する付着防止機構の構成について説明する。図１Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄは、本発明レーザ加工装置の付着防止機構の構造の一例を示すそれぞれ断面図および上面図である。図中、加工面近傍に設けられた付着防止機構１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれ、磁場を発生する部位１３（上面図（ａ）では斜線表示部分）と、デブリ１５を吸着する吸着板（プレート）１４とを有してなる。図示していないが、これらの吸着板１４はアース端子に接続されている。
【００３７】
図１Ａの付着防止機構１２ａは、上面図（ａ）に示すように、中央に孔が開いた、いわゆるドーナツ形状をしており、そのドーナツ形状の上面側に磁界発生部１３および下面側に吸着板１４が配置され、レーザ光２６の加工対象物９の加工面１０への照射によって発生するデブリ１５を、吸着板１４に吸着させて堆積させるようにしている。
【００３８】
図１Ｂの付着防止機構１２ｂは、図１ｂと同様、上面図（ａ）に示すように、中央に孔が開いた、いわゆるドーナツ型形状をしており、そのドーナツの上面側に磁界発生部１３および下面側に吸着板１４が配置され、レーザ光２６の加工対象物９の加工面１０への照射によって発生するデブリ１５を、吸着板１４に吸着させて堆積させるようにしている。ここで、この付着防止機構１２ｂは、吸着板１４に傾きを持たせ、例えばデブリの飛散方向に対して略垂直に近くなるように配置し、デブリの吸着面積が大きくなるようにして効率よく吸着できるようにしている。
【００３９】
図１Ｃの付着防止機構１２ｃは、上面図（ａ）および断面図（ｂ）に示すように、上面から見たときコの字型をしており、このコの字型の外側に磁界発生部１３および内側に吸着板１４を配置するとともに、レーザ光２６が通過するための孔の径が、加工対象物９の加工面１０へのレーザ光２６照射領域の径よりも大きく構成され、デブリ１５が吸着板１４の内壁１４ａに付着するようになされている。
【００４０】
図１Ｄの付着防止機構１２ｄは、上面図（ａ）および断面図（ｂ）に示すように、上面から見たとき中央にレーザ光が通る孔が設けられ全体として略円筒形状をなし、この円筒形状の外周面側に磁界発生部１３および内周面側に吸着板１４を配置するとともに、レーザ光２６が通過する孔の径が、加工対象物９の加工面１０へのレーザ光２６照射領域の径よりも大きく構成され、デブリ１５が吸着板１４の内周面内壁１４ａに付着するようになされている。
【００４１】
図１に示された、吸着板１４の形状は、飛散・放出されたデブリの拡散を抑制して、効率よく回収する（吸着板に堆積させる）作用がある。
【００４２】
図示されていないが、吸着板（プレート）１４の表面形状は加工飛散物の微粒子径より大きい、表面粗さ約２５Ｓ〜１００Ｓ［ μｍ］程度の凹凸を有しており、一旦吸着された加工飛散物や、デブリ等の堆積物が線膨張係数の違い等により剥離・脱離しないように加工・処理が施されている。
【００４３】
次に、図２Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄは、本発明レーザ加工方法および装置の付着防止機構によりそれぞれ発生する磁場の様子を示す断面図である。この図２において、図１に対応する部分について同一符号を付しその詳細説明は省略する。図中、付着防止機構はそれぞれ、磁場を発生する部位１３または／および１６、デブリを吸着する略円筒形状の吸着板（プレート）１４とを有してなる。図示していないが、これらの吸着板１４はアース端子に接続されている。
【００４４】
図２Ａの付着防止機構は、上述の図１Ｄの付着防止機構１２ｄと同じ構造であり、加工面１０の上方に設けられた略円筒形状の付着防止機構の外周面に磁界発生部１３が設けられている。磁界発生部１３により発生する磁力線１７は、円筒形状の付着防止機構の吸着板１４の中央の孔から密度の濃い磁力線が加工面９全面へ広がり分布する。
【００４５】
図２Ｂの付着防止機構は、上述の図２Ａの付着防止機構に対し、加工対象物９の加工面１０の端縁部外周近傍に磁界発生部１６を追設したものである。このような構成とすることにより、磁界発生部１３および１６により発生する磁力線１７は、円筒形状の付着防止機構の吸着板１４の中央の孔から磁束密度の濃い磁力線が加工面９全面へ広がる。
【００４６】
図２Ｃ，Ｄの付着防止機構は、図２Ｂに示した付着防止機構に対し、例えば、略円筒形状を構成する吸着板１４および磁界発生部１３の径を加工対象物９の大きさよりも大きくしたものであり、これにより加工面１０から吸着板１４へ向かう強力な発散磁場が形成される。ここで、図２Ｃの付着防止機構は、略円筒形状の吸着板１４の外周面の磁界発生部１３と加工対象物９の加工面１０の端縁部外周近傍の磁界発生部１６を備えるが、これに対し、図２Ｄの付着防止機構は、略円筒形状の吸着板１４の外周面に磁界発生部１３を設けていない構造となっている。
【００４７】
上述の図２Ａ，Ｂ，Ｃ、Ｄような付着防止機構の構成により、それぞれ磁界を発生させておき、加工対象物９の加工面１０へレーザビーム２６を照射すると、加工対象物９表面の分解・蒸発した物質が微粒子となって飛散・放出される。磁界を発生させることにより、図中の磁力線１７でそれぞれ表わしているような、加工対象物９と付着防止機構の間に向かう磁場が生じる。このような磁場中では、プラズマ中の電子１８は磁力線１７に絡みつくようにして磁力線方向に運動する。
【００４８】
そして、この電子１８によって生じる内部電界によって、イオンも磁力線１７に沿って移動し、加工飛散物が吸着板（プレート）１４に堆積される。このように、積極的に吸着板（プレート）１４へ加工飛散物を吸着・堆積することにより、デブリ１５が加工面１０へ再付着することを防止することができる。
【００４９】
また作用として、プラズマ中の活性の高さによる加工面１０へのクリーニング作用もあることから、デブリの付着防止との相乗効果もある。
【００５０】
磁場は電磁コイルや電磁石、永久磁石等（好ましくは６００ガウス以上）を使用し、吸着板（プレート）１４はＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６等の防錆、耐腐食性のある金属が望ましい。また、電磁コイル等を使用した場合は発熱による影響を抑制する為、磁界発生部１３近傍の吸着板１４内部に、例えば、図２Ｃに示すような循環水による冷却機構２９等を設けることが望ましい。
【００５１】
次に、図３を参照して、本発明レーザ加工方法および装置の実施の形態の例につき、説明する。図３において、図１および図２に対応する部分については同一符号を付しその詳細説明は省略する。
【００５２】
従来の技術でも述べたように、減圧加工容器（減圧チャンバー）を用いた減圧雰囲気（例えば、真空度１０［Ｐａ］（１０^−２［Ｔｏｒｒ］）程度）でのレーザ加工において、加工対象物の物質によってはデブリの発生を低減できるとされている。一方、加工対象物の物質によりデブリの発生を広い範囲に薄く発生すると報告されている。そして、デブリの問題を低減するレーザ加工の技術として、レーザ加工を行なうエネルギー密度より低いエネルギー密度のレーザ光を照射しデブリを除去する技術が、例えば特開平６−３３９７８４号公報等に開示されている。
【００５３】
しかしながら、上記方法では加工対象物の物質により、デブリを完全に除去することができない。また、加工対象物が多層構造である場合、デブリ除去時のエネルギー密度で下層膜にダメージをあたえてしまうこともある。
【００５４】
そこで、本発明による付着防止機構を、減圧加工容器を用いた減圧雰囲気下（例えば、真空度１０〜１０^−２［Ｐａ］（１０^−２〜１０^−４［Ｔｏｒｒ］）程度）にて使用し、この問題を解消するようにする。具体的には、例えば、上面から見たとき中央に図６に示すレーザ光照射装置１１からのレーザ光２６が通る孔が設けられ全体として略円筒形状をなす吸着板１４を配置するとともに、加工対象物９の加工面１０の端縁部外周近傍に磁界発生部１６を設置した付着防止機構および加工対象物９を、減圧加工容器１９に収納し、吸着板１４をアース端子２７に接続する。尚、図３例に適用される付着防止機構は上記の例に限るものではない。
【００５５】
減圧加工容器１９には、レーザビーム２６が入射する透過窓部材２０を設けるとともに、この容器内に雰囲気を供給する供給管２１および容器内の雰囲気を排気する排気管２２を設置する。
【００５６】
透過窓部材２０は、減圧加工容器１９の開口側から入射されるレーザビーム２６を透過する材料で形成されている。具体的には、たとえば、レーザ光源に波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザを用いた場合には、ＫｒＦエキシマレーザに対して透過率の高い合成石英ガラス、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いた場合には、フッ化カルシウム等で形成されたものを使用する。尚、各光学系には各波長（レーザ種）に耐性のある材料、処理を施したミラー、レンズ等を用いることは周知である。
【００５７】
以上のような構成において、減圧加工容器を用いた減圧雰囲気下にて本例のデブリ付着防止機構を使用することで、飛散・放出された加工飛散物の拡散を抑制して、効率的に吸着板１４に加工飛散物を堆積させることにより、加工面１０にデブリが付着・堆積しないので、従来のような加工面に堆積後にデブリを除去するが必要なく、良好な加工品質と加工精度を得ることができる。
【００５８】
次に、図４を参照して、本発明レーザ加工方法および装置の実施の形態の他の例につき、説明する。図４Ａは本発明レーザ加工装置の一例の断面図を示し、図４Ｂは図４Ａのレーザ加工装置の下面図を示す。図４Ａ，Ｂにおいて、図１〜図３に対応する部分については同一符号を付しその詳細説明は省略する。
【００５９】
図３例にて本発明によるデブリ付着防止機構を、減圧加工容器１９を用いた減圧雰囲気下にて使用する実施形態を示したが、加工対象物が大型化（大型基板）した場合、減圧加工容器の大型化とともにスループットの問題が生じ、量産化で採用する場合の課題となっていた。
【００６０】
そこで、例えば、本出願人が出願した特願２００２−３１８８７０号に記載のような部分真空機構を応用した減圧雰囲気下にて、本例のデブリ付着防止機構を用いるようにする。
【００６１】
図４Ａに示すように、加工対象物９の加工面１０の端縁部外周近傍に磁界発生部１６を設置し、例えば図６に示すようなレーザ光照射装置１１からのレーザビーム２６が加工対象物９に照射される直前のレーザ光路上に、加工面１０と近接して、レーザビーム２６が透過する透過窓部材２０を備える略円筒形状の、アルミニウムまたはステンレスなどからなる部分真空機構を備える吸着板１４（図中、斜線部分）を配置する。
【００６２】
この部分真空機構を備える吸着板１４は、レーザビーム２６の照射方向軸に沿って中心孔３２が設けられた略円筒形状をしており、図４Ｂに示すように、吸着板１４の底部１４ａの中心に配置され透過窓部材２０を透過したレーザビーム２６が通過する中心孔３２の外周部周辺の同心円周上には数箇所の排気孔３１が開けられ、この排気孔３１を通して部分真空機構を構成する吸着板１４に外付けの粗引きポンプ３０によって真空引きし、加工面１０表面周辺の雰囲気の排気を行う如くする。吸着板１４はアース端子２７に接続しておくようにする。
【００６３】
部分真空機構を備えた吸着板１４により、簡単な構成で加工面１０周辺近傍を減圧雰囲気とし、この減圧雰囲気でレーザ光照射することで、アブレーションにより発生したデブリは底部１４ａの排気孔３１より吸引され、吸着板１４内に取り込まれ、さらに、粗引きポンプ３０に取り込まれる。
【００６４】
このように、部分真空機構による減圧雰囲気下にて、本例のデブリ付着防止機構を用いることにより、加工対象物の大型化にスループットの問題を解決し、また、デブリの再付着を防止でき、良好な加工品質と加工精度を得ることができる。
【００６５】
次に、図３を参照して、本発明レーザ加工方法および装置の実施の形態の他の例につき、説明する。
【００６６】
通常、雰囲気中でのレーザ加工において、例えばヘリウム雰囲気中での加工では、加工対象物の物質によってはデブリ自体を減少できるとされている。また、加工対象物の物質により、レーザ照射時に分解・蒸発した物質が微粒子となって飛散・放出する噴出速度が、空気中での速度よりも速いために加工飛散物が遠くに分散され、見かけ上のデブリ減少したように見えるとされる。しかし、加工飛散物は加工面に再付着されるため、加工面に堆積後にデブリを除去する必要がある。
【００６７】
そこで、本例は雰囲気中におけるレーザ加工が必要な場合に、本例の付着防止機構を用いるようにしたものであり、装置の構成としては、図３例に示すものが流用できる。
【００６８】
減圧用途でなく、気体を封止するチャンバーとして減圧加工容器１９を利用し、供給管２１から雰囲気ガスを供給して、加工面１０表面近傍が雰囲気ガスで満たされたタイミングで、レーザ光照射装置１１からのレーザビーム２６を加工面１０に照射し、レーザ加工を行う。
【００６９】
このように、加工対象物の物質により、雰囲気中におけるレーザ加工が必要な場合、本例の付着防止機構を用いることで、吸着板１４にデブリを堆積させることにより、加工領域周辺１１にデブリが堆積しないので、堆積後に除去するという工程が必要がなく、良好な加工品質と加工精度を得ることができる。
【００７０】
本例における雰囲気ガスとして、例えばヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等が用いられる。
【００７１】
次に、図５を参照して、本発明レーザ加工方法および装置の実施の形態の他の例につき、説明する。図５において、図１〜図４に対応する部分については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７２】
気流制御機構として、流体を排気（吸引）、もしくは送出・排気する手段を有し、アブレーション加工により、加工対象物の加工表面へのデブリの堆積を防止するレーザ加工方法として、例えば特開平９−１９２８７０号公報、特開平１０−２０５０９号公報、特開平１０−９９９７８号公報等に開示されている。しかし、加工飛散物は加工面に再付着されるため、加工面に堆積後にデブリを除去する必要がある。
【００７３】
そこで、流体を排気（吸引）、もしくは送出・排気する手段を有し、アブレーション加工により、加工対象物の加工表面へのデブリの堆積を防止するレーザ加工方法に、本発明によるデブリの付着防止機構を用い、その構成を図５に示す。
【００７４】
図５において、３９は加工容器（チャンバー）を示し、内部中央に加工対象物９が配置されている。加工容器３９の上面には加工対象物１０の加工面９に対し照射する、レーザ光照射装置１１からのレーザビーム２６が透過する透過窓部材２０が設けられている。
【００７５】
また、上述してきた例では、付着防止機構は、磁場を発生させたとき、図２に示すような加工面１０に照射されるレーザビーム２６の軸に略沿って磁力線１７が分布するようにされていたものを、本例は、図５に示すように、磁界発生部１３で磁場を発生させたときの磁力線１７の向きが、レーザビーム２６と略直交するような位置に付着防止機構を配置する。換言すると、例えば図２Ａに示す付着防止機構を、図５では時計回りに９０°旋回させ加工対象物９の右側に配置している。そして、加工容器３９内の雰囲気が、この付着防止機構の略円筒形状の吸着板１４の中心孔および排気手段２８を介して、外部へ排気されるようになされている。
【００７６】
加工容器３９の左側面には、酸素などの気体を送出する気流制御部２３が設けられ、加工対象物９の横方向から、酸素などの気体が加工面１０表面に沿うように送出される。そして、加工面１０表面を通過した酸素などの気体は、略円筒形状の吸着板１４の開口部２８ａから排気手段２８を介して、排気されるようになされる。
【００７７】
排気手段２８は所定の曲率半径（Ｒ）を有し、吸着板１４の中心孔を通る磁力線１７に乗って運ばれたデブリがこの曲部に設けられた吸着板２５にぶつかって吸引されるようになされている。この吸着板１４および２５をそれぞれアース端子２７に接続しておく。
【００７８】
以上のような構成において、透過窓部材２０を透過して加工対象物９の加工面１０にレーザビーム２６を照射すると、レーザアブレーションにより、レーザビーム２６が照射された加工領域から飛散した加工飛散物１５が発生する。このとき、気流制御部２３から酸素などの気体が送出されており、気流の流れ２４を発生させ、加工飛散物１５をこの流れに乗せて吸着板１４の開口部２８ａへと導く。
【００７９】
吸着板１４の開口部に導かれた加工飛散物１５の一部は、ここで吸着板１４に吸着され、さらに残りの加工飛散物１５は、排気手段２８によって、この排気手段２８の曲部に設けられた吸着板２５に効率よく吸着される。
【００８０】
このように、本例によるデブリの付着防止機構を用いることで、アブレーション加工により、加工対象物９の加工面１０から分解・蒸発した加工飛散物１５を積極的に吸着板１４および２５に堆積することで、加工飛散物１５の再付着（デブリ）を防止でき、良好な加工品質と加工精度を得ることができる。
【００８１】
本例において、送出される気体として、例えば酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、等が用いられる。
【００８２】
また、上述例の気流制御部２３をイオン源として利用し、イオン化に周知技術のイオンガン（イオン銃）等を用いたイオン制御機構を構成する。加工面１０のレーザ光照射領域から飛散した加工飛散物１５がイオン源２３によるイオン雰囲気によってイオン化され、磁力線１７による吸着板１４への吸着・堆積をより効率よく積極的に行うことができ、この加工飛散物１５の再付着（デブリ）を防止でき、良好な加工品質と加工精度を得ることができる。
【００８３】
以上述べたように、本例によれば、レーザ光による、アブレーションもしくは熱溶融によるレーザ加工時に熱的な影響を少なくして加工面のデブリの付着を防止することができる。
この結果、精密なレーザ加工が実現でき、しかもデブリの付着を防止することができるという優れた効果を提供することが可能になり、レーザ加工の応用が拡がり、微細パターンを高精度でありながら低コストで形成することが可能となる。
【００８４】
上述した実施の形態の例の説明において、加工対象物を水平に、レーザ照射方向を垂直で示したが、加工対象物を垂直に、レーザ照射方向を水平にすることも可能であり、これに限るものではない。
【００８５】
尚、本発明は上述した実施の形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることは勿論である。
【００８６】
【発明の効果】
斯かる本発明によれば、レーザ光による、アブレーションもしくは熱溶融によるレーザ加工時に熱的な影響を少なくして、加工面のデブリの付着を防止することができる。
この結果、本発明によれば、精密なレーザ加工が実現でき、しかもデブリの付着を防止することができるという優れた効果を提供することが可能になり、レーザ加工の応用が拡がり、微細パターンを高精度でありながら低コストで形成することができる利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明レーザ加工装置の付着防止機構の構造の例を示すそれぞれ断面図および上面図である。
【図２】本発明レーザ加工装置の付着防止機構によりそれぞれ発生する磁場の様子を示す断面図である。
【図３】本発明レーザ加工装置の実施の形態の例を示す線図である。
【図４】本発明レーザ加工装置の実施の形態の他の例を示す線図である。
【図５】本発明レーザ加工装置の実施の形態の他の例を示す線図である。
【図６】レーザ光照射装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・・レーザ光源、９・・・・加工対象物、１０・・・・加工面、１１・・・・レーザ光照射装置、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ・・・・付着防止機構、１３・・・・磁界発生部、１４・・・・吸着板（プレート）、１５・・・・加工飛散物（デブリ）、１６・・・・磁界発生部、１７・・・・磁力線、１８・・・・電子、１９・・・・減圧加工容器、２０‥‥透過窓部材、２１・・・・供給管、２２・・・・排気管、２３・・・・気流制御部（イオン源）、２５・・・・吸着板（プレート）、２６・・・・レーザビーム（レーザ光）、２８・・・・排気手段、３０‥‥粗引きポンプ、３１・・・・排気孔、３２‥‥中心孔

Claims

加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、
加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項１に記載のレーザ加工方法において、
大気中において加工飛散物・デブリの再付着を防止するレーザ加工方法。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物を減圧加工容器を用いた減圧雰囲気にて加工するようにし、
前記加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項３に記載のレーザ加工方法において、
前記減圧雰囲気下でのレーザ加工を、部分真空機構を用いて行うようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物を雰囲気ガスの下で加工するようにし、
前記加工対象物の表面にて、前記レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物の表面の流体を排出または送出・排出し、前記加工対象物の表面に気流の流れをつくり、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、前記気流の流れに乗せ、さらに磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工方法において、
前記加工対象物の表面にイオンを送出および排出し、前記加工対象物の前記レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリをイオン化し、
磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項６または７に記載のレーザ加工方法において、
前記吸着板にて一部の加工飛散物およびデブリの未付着が発生した場合、前記加工飛散物およびデブリが前記吸着板を通過後の経路上に、新たに吸着板を設け、
前記新たに設けた吸着板に、前記未付着の加工飛散物およびデブリを積極的に堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項１、３、５、６または７に記載のレーザ加工方法において、
前記吸着板は、電磁石または永久磁石により磁場を発生させ、飛散を防止する形状により効率的に加工飛散物およびデブリを堆積させることを特徴とするレーザ加工方法。
請求項１、３、５、６または７に記載のレーザ加工方法において、
前記吸着板の表面形状は、所定表面粗さの凹凸を有しており、吸着された加工飛散物やデブリの堆積物の剥離・離脱を防止する加工・処理が施されていることを特徴とするレーザ加工方法。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、
加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構を有することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１１に記載のレーザ加工装置において、
大気中において加工飛散物・デブリの再付着を防止することを特徴とするレーザ加工装置。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、
前記加工対象物を減圧雰囲気にて加工する減圧加工容器と、
前記減圧加工容器内の前記加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構と
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１３に記載のレーザ加工装置において、
前記減圧雰囲気下でのレーザ加工を、部分真空機構を用いて行うようにしたことを特徴とするレーザ加工装置。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、
前記加工対象物を雰囲気ガスの下で加工する加工容器と、
前記加工容器内の前記加工対象物の表面にて、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構と
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、
前記加工対象物の表面の流体を排出または送出・排出し、前記加工対象物の表面に気流の流れをつくり、レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリを、前記気流の流れに乗せる気流制御機構と、
さらに磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構と
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーションまたは熱溶融により加工するレーザ加工装置において、
前記加工対象物の表面にイオンを送出および排出し、前記加工対象物の前記レーザ光の照射領域より発生する加工飛散物およびデブリをイオン化するイオン制御機構と、
磁場を用いて積極的に吸着板に堆積させる付着防止機構と
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１６または１７に記載のレーザ加工装置において、
前記吸着板にて一部の加工飛散物およびデブリの未付着が発生した場合、前記加工飛散物およびデブリが前記吸着板を通過後の経路上に、新たに吸着板を設け、
前記新たに設けた吸着板に、前記未付着の加工飛散物およびデブリを積極的に堆積させることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１１、１３、１５、１６または１７に記載のレーザ加工装置において、
前記吸着板は、電磁石または永久磁石により磁場を発生させ、飛散を防止する形状により効率的に加工飛散物およびデブリを堆積させることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１１、１３、１５、１６または１７に記載のレーザ加工装置において、
前記吸着板の表面形状は、所定表面粗さの凹凸を有しており、吸着された加工飛散物やデブリの堆積物の剥離・離脱を防止する加工・処理が施されていることを特徴とするレーザ加工装置。