專利名稱：激光加工裝置及激光加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)，詳細(xì)來說是涉及在批量生產(chǎn)方面性能出色的激光加工技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為將基板上形成的膜消除或在基板上打孔的加工技術(shù)，采用在使對(duì)象體停止的狀態(tài)下，將多根光束照射在一點(diǎn)上的方法?？墒牵@樣的方法，由于是對(duì)每一點(diǎn)逐一進(jìn)行加工，當(dāng)有大量加工點(diǎn)的時(shí)候，就需要在每個(gè)加工點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行對(duì)象體的移動(dòng)、停止(加減速)動(dòng)作，因而加工需要大量的時(shí)間。
對(duì)此，也有將從激光發(fā)生裝置照射出來的光束分成多個(gè)光束，從而縮短加工時(shí)間的方法?？墒牵瑥募す獍l(fā)生裝置的輸出極限考慮，存在分支數(shù)的限制，在加工點(diǎn)數(shù)量龐大的時(shí)候不能取得很好的效果，而且有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生由分支造成的偏差。
在特開2002-263876號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，為了消除這樣的輸出問題，將2臺(tái)激光發(fā)生裝置重疊從而提高激光強(qiáng)度?？墒?，當(dāng)這樣采用多臺(tái)激光發(fā)生裝置時(shí)，修正激光發(fā)生裝置的光軸偏差的調(diào)整很困難。
另外，也可以考慮不將光束分開，而是采用多臺(tái)激光發(fā)生裝置，讓每臺(tái)激光發(fā)生裝置發(fā)生一束光，但在這種情況下進(jìn)行光束之間間距精度的調(diào)整、維持很困難。
另外，這樣使用多臺(tái)激光發(fā)生裝置就會(huì)使裝置的成本提高，從而提高產(chǎn)品的加工成本。
另一方面，如果采用掩膜投影的光刻工藝，由于處理時(shí)間長、成本高，因此特別不適合對(duì)大型基板的加工。
專利文獻(xiàn)1特開2002-263876號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在批量生產(chǎn)方面性能出色的激光加工技術(shù)。
本發(fā)明的第1形態(tài)，是一種激光加工裝置，具有發(fā)生光束的激光發(fā)生裝置；將上述光束分支為等間隔配置的多根光束的分支裝置；將上述多根光束以上述配置間隔的自然數(shù)倍的間距在對(duì)象體上進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)裝置；與上述多根光束的該移動(dòng)間距同步，控制該光束的強(qiáng)度的控制裝置。
根據(jù)這種構(gòu)成，因?yàn)橐贿吺苟喔馐苿?dòng)一邊進(jìn)行重疊照射，所以不受激光發(fā)生裝置輸出極限的限制，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)光束在同一地點(diǎn)的照射次數(shù)，就能夠高效地形成所希望的深度多個(gè)點(diǎn)痕(孔)群。
另外，當(dāng)在基板上形成的薄膜上進(jìn)行針孔加工時(shí)，有時(shí)也可以通過1次照射成達(dá)到目的?？墒?，例如在加工位置上具有微小異物的時(shí)候，有時(shí)只照射1次難以確實(shí)形成開孔。在這種情況下，如果采用本發(fā)明的方法，由于最初的激光照射能夠除去異物，再次照射能夠確實(shí)開孔，所以能夠避免加工不良的問題。
上述控制裝置的控制中，也包含光束的ON/OFF控制。
本發(fā)明的第2的形態(tài)，是一種激光加工方法，包括將從激光發(fā)生裝置產(chǎn)生的光束分支并等間隔配置而成的多根光束同時(shí)照射到對(duì)象體上而形成第一點(diǎn)痕群的第一照射工序；將上述多根光束以上述配置間隔的自然數(shù)倍的間距在對(duì)象體上相對(duì)移動(dòng)，使一部分點(diǎn)與上述第一點(diǎn)痕群重疊而形成第二點(diǎn)痕群的第二照射工序。
據(jù)此，不受激光發(fā)生裝置的輸出極限的限制，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)光束在同一處的照射次數(shù)，就能夠高效地形成所希望的深度的多個(gè)點(diǎn)痕(孔)群。
優(yōu)選將上述第二點(diǎn)痕群看作上述第一點(diǎn)痕群，多次反復(fù)進(jìn)行上述第二照射工序。由此，能夠形成連續(xù)的多個(gè)點(diǎn)痕群。
優(yōu)選在一點(diǎn)上照射的照射次數(shù)S，是把上述多根光束間的間距作為P，把光束的分支數(shù)作為M，把上述移動(dòng)量作為L時(shí)，由下列式(1)所求得的數(shù)。
S＝M·(P/L) …(1)
(上述公式中，S是自然數(shù)，L是P的自然數(shù)倍。)由此，能夠容易地選擇得到所希望的照射次數(shù)所需的條件。
上述多根光束的相對(duì)移動(dòng)也可以是間歇性進(jìn)行。通過在光束照射時(shí)停止，照射后移動(dòng)，能夠提高光束照射時(shí)的位置精度。
上述多根光束與上述對(duì)象體的相對(duì)移動(dòng)也可以是連續(xù)變速或定速移動(dòng)。通過不停止移動(dòng)而進(jìn)行連續(xù)的移動(dòng)，能夠高速進(jìn)行處理。另外，通過變速移動(dòng)，能夠提高光束照射時(shí)的照射精度，如果使其完全停止，則由于慣性力可能會(huì)產(chǎn)生位置擺動(dòng)，然而通過使其連續(xù)移動(dòng)就不會(huì)產(chǎn)生位置擺動(dòng)。另外，采用以往的多個(gè)激光發(fā)生裝置的方法，難以調(diào)整、維持光束間的間距精度等，所以難以在連續(xù)移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行照射?？墒?，根據(jù)本發(fā)明，由于采用一個(gè)激光發(fā)生裝置，所以能夠在連續(xù)照射的同時(shí)進(jìn)行照射。
優(yōu)選上述多根光束以矩陣狀配置。由此，因?yàn)槟芡瑫r(shí)形成多個(gè)點(diǎn)痕，所以能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多孔加工的效率化、高速化。
優(yōu)選上述多根光束在一次掃描的掃描線上往返掃描。據(jù)此，因?yàn)槟軌蜻M(jìn)行可靠的加工，所以能夠提供質(zhì)量穩(wěn)定的加工品。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的激光加工裝置的說明圖。
圖2是表示將光束分成2根時(shí)的移動(dòng)量L與照射次數(shù)S的關(guān)系的圖。
圖3是表示將光束分成4根時(shí)的移動(dòng)量L與照射次數(shù)S的關(guān)系的圖。
圖4是表示將光束分成4根時(shí)的移動(dòng)量L與照射次數(shù)S的關(guān)系的圖。
圖5是對(duì)光束分成4根時(shí)的照射過程進(jìn)行具體說明的圖。
圖6是對(duì)光束分成4根時(shí)的照射過程進(jìn)行具體說明的圖。
圖7表示采用分成矩陣狀的光束時(shí)的例子。
圖中10-激光發(fā)生裝置，12-擴(kuò)展準(zhǔn)直器，14-反射鏡，16-衍射光柵，18-透鏡，20-金屬板，21-伺服電動(dòng)機(jī)，30-工作臺(tái)，40-控制部，50-光束，51-分支光束，100-激光加工裝置。
具體實(shí)施例方式
下面參照?qǐng)D紙，就本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將一個(gè)激光發(fā)生裝置發(fā)出的光束分成等間隔配置的多根光束。
通過這些分支的光束在對(duì)象體上形成點(diǎn)痕群，以一部分點(diǎn)與前邊的點(diǎn)痕群重疊的方式，使后邊照射的多根光束移動(dòng)并進(jìn)行照射。由此，就能夠不受激光發(fā)生裝置輸出的限制，高效地進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)痕的批量生產(chǎn)。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的激光加工裝置的說明圖。
如圖1所示，本實(shí)施方式的激光加工裝置100，包括激光發(fā)生裝置10、衍射光柵16、透鏡18、精密定位工作臺(tái)30及控制光束強(qiáng)度的控制部40而構(gòu)成。再者，在這里分支裝置相當(dāng)于衍射光柵16及透鏡18，移動(dòng)裝置相當(dāng)于精密定位工作臺(tái)30。
下面，以在作為被加工體(對(duì)象體)的金屬板20上進(jìn)行打孔加工為例進(jìn)行說明。
激光發(fā)生裝置10，按照控制部40傳送來的信號(hào)產(chǎn)生光束50。產(chǎn)生光束的時(shí)間，根據(jù)與作為對(duì)象體的金屬板20的移動(dòng)距離的關(guān)系而定。關(guān)于該時(shí)間，后邊將進(jìn)行詳細(xì)說明。作為在這里所采用的激光發(fā)生裝置10，能夠列舉出可以進(jìn)行金屬板20的打孔加工的、例如CO2激光、YAG激光等。
衍射光柵16，是將激光發(fā)生裝置10發(fā)出的光束按所希望的數(shù)分成等間隔的光束的裝置。作為這樣的衍射光柵16，可以列舉出傅立葉變換型2值相位光柵。由衍射光柵16分開的光束51，由透鏡18在金屬板20上聚光，并在金屬板20上形成等間隔排列的點(diǎn)痕。
精密定位工作臺(tái)30，是承載金屬板20并進(jìn)行移動(dòng)的裝置。具體來說，通過將1軸工作臺(tái)互相以90°交叉并2層重疊而可向XY方向移動(dòng)地構(gòu)成。各工作臺(tái)，通過伺服電動(dòng)機(jī)21的進(jìn)給絲杠機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)。
控制部40，是為了進(jìn)行規(guī)定的驅(qū)動(dòng)而向精密定位工作臺(tái)30發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)的裝置。精密定位工作臺(tái)30的驅(qū)動(dòng)形態(tài)不做特別的限定，可以控制其進(jìn)行間歇性移動(dòng)，或也可以進(jìn)行變速或定速移動(dòng)控制。具體來說，采用激光照射時(shí)暫時(shí)停止工作臺(tái)的移動(dòng)，在激光照射后再開始移動(dòng)來進(jìn)行控制也可以(間歇移動(dòng))。另外，采用激光照射時(shí)把工作臺(tái)的移動(dòng)速度降低，激光照射后提高移動(dòng)速度來進(jìn)行控制也可以(變速移動(dòng))。另外，采用一直以一定的速度移動(dòng)來進(jìn)行控制也可以(定速移動(dòng))。
另外，控制部40，將控制光束的振蕩間隔的信號(hào)發(fā)送給激光發(fā)生裝置10。當(dāng)在前面的照射后以預(yù)先確定的距離移動(dòng)金屬板20時(shí)，以可進(jìn)行下次的照射的方式來確定激光發(fā)生裝置10的光束振蕩間隔(光束振蕩的間隔)。確定該移動(dòng)距離(移動(dòng)量)L，以便使之成為分開的光束51間的距離(分支間距)P的自然數(shù)(N)的倍數(shù)，即，滿足L＝N·P的關(guān)系。
例如，在進(jìn)行第一照射以后，以線性標(biāo)尺計(jì)數(shù)器等讀取金屬板的移動(dòng)距離，當(dāng)前進(jìn)到規(guī)定距離后就向激光發(fā)生裝置10發(fā)送信號(hào)以便進(jìn)行第二照射。具體來說，當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)1μm時(shí)，各工作臺(tái)設(shè)置的計(jì)數(shù)器讀取1個(gè)脈沖的電信號(hào)時(shí)，那么當(dāng)計(jì)數(shù)器讀取100個(gè)脈沖(移動(dòng)距離相當(dāng)于100μm)時(shí)，就向激光發(fā)生裝置10發(fā)送1個(gè)脈沖信號(hào)。在這種情況下，就成為每100μm發(fā)射激光脈沖并進(jìn)行加工。
下面，就激光加工裝置100的動(dòng)作進(jìn)行說明。
從激光發(fā)生裝置10振蕩的光束50，在擴(kuò)展準(zhǔn)直器12上進(jìn)行擴(kuò)大，并由反射鏡14進(jìn)行反射，而在衍射光柵16上分成多根(例如4根)光束51。其后，通過聚光透鏡18，在載置于精密定位工作臺(tái)30上的金屬板20上面，形成直線等間隔排列的例如4個(gè)的第一點(diǎn)痕群。
其后，將金屬板20，按點(diǎn)痕的形成方向(X軸方向)，即，沿點(diǎn)痕群排列的直線移動(dòng)，通過再次照射光束51而形成第二點(diǎn)痕群。金屬板20以第二點(diǎn)痕群的一部分點(diǎn)與第一點(diǎn)痕重疊的方式移動(dòng)。因此，最終形成的孔深度，由在一處(一點(diǎn))照射的光束51的照射次數(shù)S而定。
下面，參照?qǐng)D，對(duì)照射次數(shù)S、從先前的照射位置向其后的照射位置的移動(dòng)量L、光束51的分支間距P、分支數(shù)M的關(guān)系進(jìn)行說明。
在圖2中，表示將光束分成2根時(shí)的移動(dòng)量L與照射次數(shù)S的關(guān)系。再者，該圖中，移動(dòng)量為了方便起見記述為L/P值。
圖2(a)表示M＝2、L/P＝1時(shí)照射在一處的光束51的照射次數(shù)S的計(jì)算方法。如該圖所示，橫軸取激光的照射位置(點(diǎn)痕(孔)的形成位置)，縱軸取照射次數(shù)，在表中記載移動(dòng)量L及分支數(shù)M，通過算出照射次數(shù)的總量，能夠求得一處的照射次數(shù)S。
在本例中，因?yàn)榉种?shù)M是2，所以首先在位置1、2進(jìn)行第1次照射。其后，將照射位置錯(cuò)開L/P＝1以后，進(jìn)行第2次照射。這樣重復(fù)進(jìn)行，在第n次照射中，因?yàn)檎丈湮恢缅e(cuò)開L/P＝n-1，所以位置n、n+1受照射。另外，各位置的照射次數(shù)S，從表求得的值為2。
再者，形成一定的等間隔配置的連續(xù)的孔的深度時(shí)，通過下列所示的計(jì)算公式(1)也可以求得照射次數(shù)S。
照射次數(shù)S、移動(dòng)量L、分支光束之間的分支間距P及分支數(shù)M，滿足下列公式(1)所示的關(guān)系。
S＝M·(P/L) …(1)在這里，S是自然數(shù)，另外，L為P的自然數(shù)的(N)倍。
圖2(b)，表示M＝2、L/P＝2時(shí)，照射在一處的光束51的照射次數(shù)S的計(jì)算方法。在這種情況下，從該圖所示的表中，每一處的照射次數(shù)為S＝1。
圖2(c)，表示M＝2、L/P＝3時(shí)，照射在一處的光束51的照射次數(shù)S的計(jì)算方法。這樣，移動(dòng)量L與分支數(shù)M處于L＞M的關(guān)系時(shí)，如該圖的表中能看到的那樣，在同一地方不能進(jìn)行重復(fù)照射。
圖3(a)～(c)及圖4(d)～(e)分別表示，M＝4、L/P＝1～5時(shí)與照射在一處的光束51的照射次數(shù)S的關(guān)系。再者，在該圖中，移動(dòng)量為了方便起見記述為L/P的值。
如圖3(a)所示，當(dāng)增加分支數(shù)M時(shí)，照射在一處的光束51的照射次數(shù)S增加。即，M＝4、L/P＝1時(shí)，S＝4。
如圖3(b)、圖4(d)所示，在M＝4、L/P＝2或L/P＝4時(shí)，照射在1處的光束51的照射次數(shù)S分別是，S＝2、S＝1，能夠?qū)⒌乳g隔的孔分別形成為一定的深度。
另外，如圖3(c)所示，在M＝4、L/P＝3時(shí)，S周期性變化。因此，想以一定的間隔僅較深地形成規(guī)定深度的孔時(shí)，可以使用這樣的條件。
如圖4(e)所示，當(dāng)M＝4、L/P＝5時(shí)，由于L/P＞M，所以在同一地方不能進(jìn)行重復(fù)照射。
下面，以M＝4、L/P＝2為例，對(duì)通過重復(fù)照射而形成孔的過程進(jìn)行具體說明。
圖5是對(duì)光束分成4根時(shí)的照射過程進(jìn)行具體說明的圖。
圖5(a)表示，將光束50分成4分支時(shí)(M＝4)形成的點(diǎn)痕群。如該圖所示點(diǎn)痕間的距離P為等間隔。
如圖5(b)所示，由第1次照射(第一次照射。以下相同。)，在位置1～4形成間距之間的距離P的點(diǎn)痕群。在這里，圖中移動(dòng)(掃描)方向軸上記載的白圈，表示進(jìn)行一次激光照射時(shí)形成的孔。
如圖5(c)所示，第2次照射，移動(dòng)2P而在位置3～位置6進(jìn)行。由此，在位置3及位置4，激光照射進(jìn)行第2次照射。在這里，圖中移動(dòng)方向軸上記載的黑點(diǎn)，表示激光照射進(jìn)行第2次照射時(shí)形成的孔。
如圖6(d)所示，第3次照射，從第2次照射的標(biāo)準(zhǔn)位置3移動(dòng)2P而在位置5～位置8進(jìn)行。
如圖6(e)所示，第4次照射，從第3次照射的標(biāo)準(zhǔn)位置5移動(dòng)2P而在位置7～位置10進(jìn)行。
圖6(f)，表示進(jìn)行第n次照射時(shí)形成的點(diǎn)痕群。第n次照射，從第n-1次照射的標(biāo)準(zhǔn)位置2n-3移動(dòng)2P，在位置2n-1上進(jìn)行。
這樣，通過每次移動(dòng)2P進(jìn)行照射，就能夠高效地形成使等間隔相鄰的孔深全部一定(激光照射2次的程度)的深度的孔。
在本實(shí)施方式中，采用將激光發(fā)生裝置照射的光束分成多根的光束，按規(guī)定間距一邊移動(dòng)一邊進(jìn)行分支光束的重疊照射。因此，不受激光發(fā)生裝置的輸出界限的限制，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)光束在同一地方的照射次數(shù)，就能夠高效地形成所希望深度的多個(gè)點(diǎn)痕(孔)群。
而且，照射次數(shù)S、分支數(shù)M、移動(dòng)量L等條件，不受上述例的限定，在能解決本發(fā)明的課題的范圍內(nèi)可以適當(dāng)選擇。
本實(shí)施方式中，對(duì)采用分成一列的光束的情況進(jìn)行了說明，不過，也可以采用矩陣狀分支的光束。
圖7表示采用矩陣狀分支的光束時(shí)的例子。在這里，表示將光束50沿行進(jìn)方向分成4部分，并在與行進(jìn)方向垂直的方向分成3部分的情況(4×3根分支的情況)的例子。
在這種情況下，也能通過移動(dòng)與上述同樣間距的間隔(例如各2P)，在同一點(diǎn)上進(jìn)行多次照射。
采用這樣按矩陣狀分支的光束，能一次同時(shí)形成大量的點(diǎn)痕，所以能進(jìn)一步求得多孔加工的效率化、高速化。
另外，在一次掃描而形成的點(diǎn)痕群的掃描線上，也可以往復(fù)掃描而在同一地點(diǎn)再次照射。由此，因?yàn)槟芸煽康匦纬牲c(diǎn)痕，所以能夠提供質(zhì)量穩(wěn)定的加工品。
在本實(shí)施方式中，照射光束與作為照射對(duì)象的金屬板的相對(duì)移動(dòng)由載置金屬板的精密定位工作臺(tái)進(jìn)行，但是不局限于此，比如也可以通過移動(dòng)從激光發(fā)生裝置10到聚光透鏡18的光學(xué)系統(tǒng)而進(jìn)行移動(dòng)。另外，也可以僅移動(dòng)從反射鏡14到聚光透鏡18的光學(xué)系統(tǒng)。
在本實(shí)施方式的激光加工方法中，以在金屬板上打孔為例進(jìn)行了說明，但不必局限于此，也可以利用于薄膜的針孔加工等方面。當(dāng)在形成于基板上的薄膜上進(jìn)行針孔加工時(shí)，有時(shí)通過一次照射就能達(dá)到目的。可是，例如在加工位置上具有微小異物的時(shí)候，有時(shí)只照射1次難以進(jìn)行確實(shí)的加工。在這種情況下，如果采用本發(fā)明的方法，由于最初的激光照射能夠除去異物，第二次照射能夠確實(shí)開孔，所以能夠避免加工不良的問題。
另外，本實(shí)施方式的激光加工方法，也可以適用于薄膜的曝光。
本發(fā)明，能夠適用于例如在背面投影等中使用的微型透鏡陣列的制造、高密度噴墨頭的管路孔加工等需要多孔加工的器件。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置，其特征在于，具有發(fā)生光束的激光發(fā)生裝置；將上述光束分為等間隔配置的多根光束的分支裝置；將上述多根光束以上述配置間隔的自然數(shù)倍的間距在對(duì)象體上進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)裝置；與上述多根光束的該移動(dòng)間距同步，控制該光束的強(qiáng)度的控制裝置。
2.一種激光加工方法，其特征在于，包括將從激光發(fā)生裝置產(chǎn)生的光束分支并等間隔配置而成的多根光束同時(shí)照射到對(duì)象體上而形成第一點(diǎn)痕群的第一照射工序；將上述多根光束以上述配置間隔的自然數(shù)倍的間距在對(duì)象體上相對(duì)移動(dòng)，使一部分點(diǎn)與上述第一點(diǎn)痕群重疊而形成第二點(diǎn)痕群的第二照射工序。
3.如權(quán)利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，將上述第二點(diǎn)痕群看作上述第一點(diǎn)痕群，多次反復(fù)進(jìn)行上述第二照射工序。
4.如權(quán)利要求2或3所述的激光加工方法，其特征在于，在一點(diǎn)上照射的照射次數(shù)S，是在把上述多根光束間的間距設(shè)為P，把光束的分支數(shù)設(shè)為M，把上述移動(dòng)量設(shè)為L時(shí)，由下列式(1)所求得的數(shù)，S＝M·(P/L) …(1)其中S是自然數(shù)，L是P的自然數(shù)倍。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束與上述對(duì)象體的相對(duì)移動(dòng)是間歇進(jìn)行的。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束與上述對(duì)象體的相對(duì)移動(dòng)是連續(xù)變速或定速移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束配置成矩陣狀。
8.如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束在一次掃描的掃描線上往返掃描。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在批量生產(chǎn)方面性能出色的激光加工技術(shù)。激光加工裝置(100)具有產(chǎn)生光束的激光發(fā)生裝置(10)、將光束(50)分成等間隔配置的多根光束(51)的分支裝置(16、18)、將多根光束(51)以配置間隔的自然數(shù)倍的間距在對(duì)象體上進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)裝置(30)、與多根光束(51)的該移動(dòng)間距同步而控制該光束強(qiáng)度的控制裝置(40)。
文檔編號(hào)B23K26/067GK1616179SQ20041009270
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者梅津一成, 澤木大輔 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社