CN1616179A - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在批量生产方面性能出色的激光加工技术。激光加工装置(100)具有：产生光束的激光发生装置(10)、将光束(50)分成等间隔配置的多根光束(51)的分支装置(16、18)、将多根光束(51)以配置间隔的自然数倍的间距在对象体上进行相对移动的移动装置(30)、与多根光束(51)的该移动间距同步而控制该光束强度的控制装置(40)。

Description

激光加工装置及激光加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术，详细来说是涉及在批量生产方面性能出色的激光加工技术。

背景技术

作为将基板上形成的膜消除或在基板上打孔的加工技术，采用在使对象体停止的状态下，将多根光束照射在一点上的方法。可是，这样的方法，由于是对每一点逐一进行加工，当有大量加工点的时候，就需要在每个加工点重复进行对象体的移动、停止(加减速)动作，因而加工需要大量的时间。

对此，也有将从激光发生装置照射出来的光束分成多个光束，从而缩短加工时间的方法。可是，从激光发生装置的输出极限考虑，存在分支数的限制，在加工点数量庞大的时候不能取得很好的效果，而且有时也会产生由分支造成的偏差。

在特开2002-263876号公报(专利文献1)中，为了消除这样的输出问题，将2台激光发生装置重叠从而提高激光强度。可是，当这样采用多台激光发生装置时，修正激光发生装置的光轴偏差的调整很困难。

另外，也可以考虑不将光束分开，而是采用多台激光发生装置，让每台激光发生装置发生一束光，但在这种情况下进行光束之间间距精度的调整、维持很困难。

另外，这样使用多台激光发生装置就会使装置的成本提高，从而提高产品的加工成本。

另一方面，如果采用掩膜投影的光刻工艺，由于处理时间长、成本高，因此特别不适合对大型基板的加工。

【专利文献1】特开2002-263876号公报

发明内容

本发明的目的是提供一种在批量生产方面性能出色的激光加工技术。

本发明的第1形态，是一种激光加工装置，具有：发生光束的激光发生装置；将上述光束分支为等间隔配置的多根光束的分支装置；将上述多根光束以上述配置间隔的自然数倍的间距在对象体上进行相对移动的移动装置；与上述多根光束的该移动间距同步，控制该光束的强度的控制装置。

根据这种构成，因为一边使多根光束移动一边进行重叠照射，所以不受激光发生装置输出极限的限制，通过适当地调节光束在同一地点的照射次数，就能够高效地形成所希望的深度多个点痕(孔)群。

另外，当在基板上形成的薄膜上进行针孔加工时，有时也可以通过1次照射成达到目的。可是，例如在加工位置上具有微小异物的时候，有时只照射1次难以确实形成开孔。在这种情况下，如果采用本发明的方法，由于最初的激光照射能够除去异物，再次照射能够确实开孔，所以能够避免加工不良的问题。

上述控制装置的控制中，也包含光束的ON/OFF控制。

本发明的第2的形态，是一种激光加工方法，包括：将从激光发生装置产生的光束分支并等间隔配置而成的多根光束同时照射到对象体上而形成第一点痕群的第一照射工序；将上述多根光束以上述配置间隔的自然数倍的间距在对象体上相对移动，使一部分点与上述第一点痕群重叠而形成第二点痕群的第二照射工序。

据此，不受激光发生装置的输出极限的限制，通过适当调节光束在同一处的照射次数，就能够高效地形成所希望的深度的多个点痕(孔)群。

优选将上述第二点痕群看作上述第一点痕群，多次反复进行上述第二照射工序。由此，能够形成连续的多个点痕群。

优选在一点上照射的照射次数S，是把上述多根光束间的间距作为P，把光束的分支数作为M，把上述移动量作为L时，由下列式(1)所求得的数。

          S＝M·(P/L)                  …(1)

(上述公式中，S是自然数，L是P的自然数倍。)

由此，能够容易地选择得到所希望的照射次数所需的条件。

上述多根光束的相对移动也可以是间歇性进行。通过在光束照射时停止，照射后移动，能够提高光束照射时的位置精度。

上述多根光束与上述对象体的相对移动也可以是连续变速或定速移动。通过不停止移动而进行连续的移动，能够高速进行处理。另外，通过变速移动，能够提高光束照射时的照射精度，如果使其完全停止，则由于惯性力可能会产生位置摆动，然而通过使其连续移动就不会产生位置摆动。另外，采用以往的多个激光发生装置的方法，难以调整、维持光束间的间距精度等，所以难以在连续移动的同时进行照射。可是，根据本发明，由于采用一个激光发生装置，所以能够在连续照射的同时进行照射。

优选上述多根光束以矩阵状配置。由此，因为能同时形成多个点痕，所以能够进一步实现多孔加工的效率化、高速化。

优选上述多根光束在一次扫描的扫描线上往返扫描。据此，因为能够进行可靠的加工，所以能够提供质量稳定的加工品。

附图说明

图1是本发明的实施方式的激光加工装置的说明图。

图2是表示将光束分成2根时的移动量L与照射次数S的关系的图。

图3是表示将光束分成4根时的移动量L与照射次数S的关系的图。

图4是表示将光束分成4根时的移动量L与照射次数S的关系的图。

图5是对光束分成4根时的照射过程进行具体说明的图。

图6是对光束分成4根时的照射过程进行具体说明的图。

图7表示采用分成矩阵状的光束时的例子。

图中：10-激光发生装置，12-扩展准直器，14-反射镜，16-衍射光栅，18-透镜，20-金属板，21-伺服电动机，30-工作台，40-控制部，50-光束，51-分支光束，100-激光加工装置。

具体实施方式

下面参照图纸，就本发明的实施方式进行说明。在本发明的实施方式中，将一个激光发生装置发出的光束分成等间隔配置的多根光束。

通过这些分支的光束在对象体上形成点痕群，以一部分点与前边的点痕群重叠的方式，使后边照射的多根光束移动并进行照射。由此，就能够不受激光发生装置输出的限制，高效地进行多个点痕的批量生产。

图1是本发明的实施方式的激光加工装置的说明图。

如图1所示，本实施方式的激光加工装置100，包括激光发生装置10、衍射光栅16、透镜18、精密定位工作台30及控制光束强度的控制部40而构成。再者，在这里分支装置相当于衍射光栅16及透镜18，移动装置相当于精密定位工作台30。

下面，以在作为被加工体(对象体)的金属板20上进行打孔加工为例进行说明。

激光发生装置10，按照控制部40传送来的信号产生光束50。产生光束的时间，根据与作为对象体的金属板20的移动距离的关系而定。关于该时间，后边将进行详细说明。作为在这里所采用的激光发生装置10，能够列举出可以进行金属板20的打孔加工的、例如CO2激光、YAG激光等。

衍射光栅16，是将激光发生装置10发出的光束按所希望的数分成等间隔的光束的装置。作为这样的衍射光栅16，可以列举出傅立叶变换型2值相位光栅。由衍射光栅16分开的光束51，由透镜18在金属板20上聚光，并在金属板20上形成等间隔排列的点痕。

精密定位工作台30，是承载金属板20并进行移动的装置。具体来说，通过将1轴工作台互相以90°交叉并2层重叠而可向XY方向移动地构成。各工作台，通过伺服电动机21的进给丝杠机构来驱动。

控制部40，是为了进行规定的驱动而向精密定位工作台30发送驱动信号的装置。精密定位工作台30的驱动形态不做特别的限定，可以控制其进行间歇性移动，或也可以进行变速或定速移动控制。具体来说，采用激光照射时暂时停止工作台的移动，在激光照射后再开始移动来进行控制也可以(间歇移动)。另外，采用激光照射时把工作台的移动速度降低，激光照射后提高移动速度来进行控制也可以(变速移动)。另外，采用一直以一定的速度移动来进行控制也可以(定速移动)。

另外，控制部40，将控制光束的振荡间隔的信号发送给激光发生装置10。当在前面的照射后以预先确定的距离移动金属板20时，以可进行下次的照射的方式来确定激光发生装置10的光束振荡间隔(光束振荡的间隔)。确定该移动距离(移动量)L，以便使之成为分开的光束51间的距离(分支间距)P的自然数(N)的倍数，即，满足L＝N·P的关系。

例如，在进行第一照射以后，以线性标尺计数器等读取金属板的移动距离，当前进到规定距离后就向激光发生装置10发送信号以便进行第二照射。具体来说，当工作台移动1μm时，各工作台设置的计数器读取1个脉冲的电信号时，那么当计数器读取100个脉冲(移动距离相当于100μm)时，就向激光发生装置10发送1个脉冲信号。在这种情况下，就成为每100μm发射激光脉冲并进行加工。

下面，就激光加工装置100的动作进行说明。

从激光发生装置10振荡的光束50，在扩展准直器12上进行扩大，并由反射镜14进行反射，而在衍射光栅16上分成多根(例如4根)光束51。其后，通过聚光透镜18，在载置于精密定位工作台30上的金属板20上面，形成直线等间隔排列的例如4个的第一点痕群。

其后，将金属板20，按点痕的形成方向(X轴方向)，即，沿点痕群排列的直线移动，通过再次照射光束51而形成第二点痕群。金属板20以第二点痕群的一部分点与第一点痕重叠的方式移动。因此，最终形成的孔深度，由在一处(一点)照射的光束51的照射次数S而定。

下面，参照图，对照射次数S、从先前的照射位置向其后的照射位置的移动量L、光束51的分支间距P、分支数M的关系进行说明。

在图2中，表示将光束分成2根时的移动量L与照射次数S的关系。再者，该图中，移动量为了方便起见记述为L/P值。

图2(a)表示M＝2、L/P＝1时照射在一处的光束51的照射次数S的计算方法。如该图所示，横轴取激光的照射位置(点痕(孔)的形成位置)，纵轴取照射次数，在表中记载移动量L及分支数M，通过算出照射次数的总量，能够求得一处的照射次数S。

在本例中，因为分支数M是2，所以首先在位置1、2进行第1次照射。其后，将照射位置错开L/P＝1以后，进行第2次照射。这样重复进行，在第n次照射中，因为照射位置错开L/P＝n-1，所以位置n、n+1受照射。另外，各位置的照射次数S，从表求得的值为2。

再者，形成一定的等间隔配置的连续的孔的深度时，通过下列所示的计算公式(1)也可以求得照射次数S。

照射次数S、移动量L、分支光束之间的分支间距P及分支数M，满足下列公式(1)所示的关系。

           S＝M·(P/L)                  …(1)

在这里，S是自然数，另外，L为P的自然数的(N)倍。

图2(b)，表示M＝2、L/P＝2时，照射在一处的光束51的照射次数S的计算方法。在这种情况下，从该图所示的表中，每一处的照射次数为S＝1。

图2(c)，表示M＝2、L/P＝3时，照射在一处的光束51的照射次数S的计算方法。这样，移动量L与分支数M处于L＞M的关系时，如该图的表中能看到的那样，在同一地方不能进行重复照射。

图3(a)～(c)及图4(d)～(e)分别表示，M＝4、L/P＝1～5时与照射在一处的光束51的照射次数S的关系。再者，在该图中，移动量为了方便起见记述为L/P的值。

如图3(a)所示，当增加分支数M时，照射在一处的光束51的照射次数S增加。即，M＝4、L/P＝1时，S＝4。

如图3(b)、图4(d)所示，在M＝4、L/P＝2或L/P＝4时，照射在1处的光束51的照射次数S分别是，S＝2、S＝1，能够将等间隔的孔分别形成为一定的深度。

另外，如图3(c)所示，在M＝4、L/P＝3时，S周期性变化。因此，想以一定的间隔仅较深地形成规定深度的孔时，可以使用这样的条件。

如图4(e)所示，当M＝4、L/P＝5时，由于L/P＞M，所以在同一地方不能进行重复照射。

下面，以M＝4、L/P＝2为例，对通过重复照射而形成孔的过程进行具体说明。

图5是对光束分成4根时的照射过程进行具体说明的图。

图5(a)表示，将光束50分成4分支时(M＝4)形成的点痕群。如该图所示点痕间的距离P为等间隔。

如图5(b)所示，由第1次照射(第一次照射。以下相同。)，在位置1～4形成间距之间的距离P的点痕群。在这里，图中移动(扫描)方向轴上记载的白圈，表示进行一次激光照射时形成的孔。

如图5(c)所示，第2次照射，移动2P而在位置3～位置6进行。由此，在位置3及位置4，激光照射进行第2次照射。在这里，图中移动方向轴上记载的黑点，表示激光照射进行第2次照射时形成的孔。

如图6(d)所示，第3次照射，从第2次照射的标准位置3移动2P而在位置5～位置8进行。

如图6(e)所示，第4次照射，从第3次照射的标准位置5移动2P而在位置7～位置10进行。

图6(f)，表示进行第n次照射时形成的点痕群。第n次照射，从第n-1次照射的标准位置2n-3移动2P，在位置2n-1上进行。

这样，通过每次移动2P进行照射，就能够高效地形成使等间隔相邻的孔深全部一定(激光照射2次的程度)的深度的孔。

在本实施方式中，采用将激光发生装置照射的光束分成多根的光束，按规定间距一边移动一边进行分支光束的重叠照射。因此，不受激光发生装置的输出界限的限制，通过适当调节光束在同一地方的照射次数，就能够高效地形成所希望深度的多个点痕(孔)群。

而且，照射次数S、分支数M、移动量L等条件，不受上述例的限定，在能解决本发明的课题的范围内可以适当选择。

本实施方式中，对采用分成一列的光束的情况进行了说明，不过，也可以采用矩阵状分支的光束。

图7表示采用矩阵状分支的光束时的例子。在这里，表示将光束50沿行进方向分成4部分，并在与行进方向垂直的方向分成3部分的情况(4×3根分支的情况)的例子。

在这种情况下，也能通过移动与上述同样间距的间隔(例如各2P)，在同一点上进行多次照射。

采用这样按矩阵状分支的光束，能一次同时形成大量的点痕，所以能进一步求得多孔加工的效率化、高速化。

另外，在一次扫描而形成的点痕群的扫描线上，也可以往复扫描而在同一地点再次照射。由此，因为能可靠地形成点痕，所以能够提供质量稳定的加工品。

在本实施方式中，照射光束与作为照射对象的金属板的相对移动由载置金属板的精密定位工作台进行，但是不局限于此，比如也可以通过移动从激光发生装置10到聚光透镜18的光学系统而进行移动。另外，也可以仅移动从反射镜14到聚光透镜18的光学系统。

在本实施方式的激光加工方法中，以在金属板上打孔为例进行了说明，但不必局限于此，也可以利用于薄膜的针孔加工等方面。当在形成于基板上的薄膜上进行针孔加工时，有时通过一次照射就能达到目的。可是，例如在加工位置上具有微小异物的时候，有时只照射1次难以进行确实的加工。在这种情况下，如果采用本发明的方法，由于最初的激光照射能够除去异物，第二次照射能够确实开孔，所以能够避免加工不良的问题。

另外，本实施方式的激光加工方法，也可以适用于薄膜的曝光。

本发明，能够适用于例如在背面投影等中使用的微型透镜阵列的制造、高密度喷墨头的管路孔加工等需要多孔加工的器件。

Claims (8)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：

发生光束的激光发生装置；

将上述光束分为等间隔配置的多根光束的分支装置；

将上述多根光束以上述配置间隔的自然数倍的间距在对象体上进行相对移动的移动装置；

与上述多根光束的该移动间距同步，控制该光束的强度的控制装置。

2.一种激光加工方法，其特征在于，包括：

将从激光发生装置产生的光束分支并等间隔配置而成的多根光束同时照射到对象体上而形成第一点痕群的第一照射工序；

将上述多根光束以上述配置间隔的自然数倍的间距在对象体上相对移动，使一部分点与上述第一点痕群重叠而形成第二点痕群的第二照射工序。

3.如权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，将上述第二点痕群看作上述第一点痕群，多次反复进行上述第二照射工序。

4.如权利要求2或3所述的激光加工方法，其特征在于，在一点上照射的照射次数S，是在把上述多根光束间的间距设为P，把光束的分支数设为M，把上述移动量设为L时，由下列式(1)所求得的数，

S＝M·(P/L)               …(1)

其中S是自然数，L是P的自然数倍。

5.如权利要求2至4中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束与上述对象体的相对移动是间歇进行的。

6.如权利要求2至5中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束与上述对象体的相对移动是连续变速或定速移动。

7.如权利要求2至6中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束配置成矩阵状。

8.如权利要求2至7中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，上述多根光束在一次扫描的扫描线上往返扫描。

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