專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對印刷基板、半導(dǎo)體芯片等的加工工件中的例如樹脂 材或者陶瓷材等的材料進行開孔、切割或者作標記等的加工的激光加 工裝置。
技術(shù)背景在下述專利文獻l中公開的激光加工裝置為了提高加工速度，使 用分光構(gòu)件，將從激光振蕩器振蕩的直線偏光的加工用激光分光為兩 個，即第一、第二加工用激光，通過這些兩個加工用激光的光束同時 進行加工。專利文獻1特開2004- 230466號公報，特別是圖4及其說明 在專利文獻1公開的激光加工裝置中，被分光的P偏光的第一加 工用激光使用相位板，使偏光方向旋轉(zhuǎn)90度，成為S偏光，另外，通 過副偏轉(zhuǎn)電流鏡，使另一個P偏光的第二加工用激光小角度偏轉(zhuǎn)，此 后，反射S偏光的第一加工用激光，使用使P偏光的第二加工用激光 透過的偏轉(zhuǎn)分光器，將第一、第二加工用激光向主偏轉(zhuǎn)電流鏡引導(dǎo)， 通過該主偏轉(zhuǎn)電流鏡，使第一、第二加工用激光大角度偏轉(zhuǎn)，同時， 決定加工工件上的加工位置，再有，通過透鏡集光，進行工件的 加工。因為通過這樣的裝置構(gòu)成，可以同時向加工工件上的兩點照射激 光，所以，能夠提高加工速度，同時，因為只要一個透鏡即可， 所以，能夠防止成本上升和加工裝置的大型化。在這樣的激光加工裝置中，因為使用分光構(gòu)件，將加工用激光分 光成直線偏光的第一、第二激光，通過主偏轉(zhuǎn)電流鏡，使使用偏轉(zhuǎn)分 光器反射、透過的第一、第二加工用激光定位在加工工件上，所以， 入射到加工工件的激光成為直線偏光。但是，直線偏光因為在偏光方向存在偏移，因此，在對以印刷基板的銅箔貫通加工為代表的、包括 金屬材料的材料的孔加工中，存在例如作為希望作為正圓加工的加工 孔成為了橢圓直徑的問題。本發(fā)明提出了能夠改進這樣的問題的激光加工裝置。 發(fā)明內(nèi)容基于本發(fā)明的激光加工裝置的特征在于，具有輸出直線偏光的加 工用激光的激光振蕩器、使上述加工用激光偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)鏡、在加工工 件上集光被上述偏轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)的上述加工用激光的激光透鏡，在上述偏 轉(zhuǎn)鏡上形成涂層，所述涂層入射有上述被直線偏光的上述加工用激光， 并且將該被直線偏光的加工用激光轉(zhuǎn)換成圓偏光。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，因為在偏轉(zhuǎn)鏡上形成將被直線偏光的加工用激光轉(zhuǎn) 換成圓偏光的涂層，所以，具有下述效果，即，可以使入射到加工工 件的激光成為圓偏光，對以往的由于是來自激光加工裝置的直線偏光 的激光，導(dǎo)致正圓度不良的、以印刷基板的銅箔貫通加工為代表的孔 加工，能夠得到正圓度高的加工孔。另外，因為不必追加特別的光學(xué) 系統(tǒng)，即可將直線偏光的激光轉(zhuǎn)換成圓偏光的激光，所以，能夠防止 裝置的大型化、成本上升。


圖l是表示基于本發(fā)明的激光加工裝置的實施方式l的全體構(gòu)成圖。圖2是將激光從直線偏光向圓偏光轉(zhuǎn)換的一般的構(gòu)成的說明圖。 圖3是表示在實施方式1中，加工用激光的圓偏光率和加工孔的 正圓度的關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)。 符號說明A、Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7:光軸、L、 La、 Lb:激光、1:圓偏光鏡、10:加工部、11: XY工作臺、12:加工工件、 20:激光生成部、21:激光振蕩器、22:準直透鏡、23:光圏構(gòu)件、31:分光構(gòu)件、32:相位板、33:弧鏡、 34:副偏轉(zhuǎn)構(gòu)件、35、 36:副偏轉(zhuǎn)電流鏡、 37、 38:副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀、40:激光匯集部、 41:偏轉(zhuǎn)分光器、42:主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件、 43、 44:主偏轉(zhuǎn)電流鏡、44a:涂層。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明基于本發(fā)明的激光加工裝置的實施方式。 實施方式1
圖l是表示基于本發(fā)明的實施方式1的激光加工裝置的全體構(gòu)成 圖。該實施方式1的激光加工裝置包括加工部10、加工用激光生成部 20、加工用激光分光部30、加工用激光匯集部40。該激光加工裝置將 加工用激光L分光成第一、第二兩個加工用激光La、 Lb，將這些加 工用激光La、 Lb分別照射到加工工件，進行加工。
加工部IO具有XY工作臺11，在該XY工作臺11上，固定著加 工工件12。 XY工作臺11 ;故構(gòu)成為在相互正交的X軸方向和Y軸方 向可動。
加工用激光生成部20包括激光振蕩器21、準直透鏡22、光圏構(gòu) 件23。激光振蕩器21沿光軸A產(chǎn)生加工用激光L。該加工用激光L 是被直線偏光的P偏光的激光。準直透鏡22配置在光軸A上，使加 工用激光L通過，對加工用激光L的發(fā)散角進行調(diào)整。光圏構(gòu)件23 同樣配置在光軸A上，在通過了準直透鏡22的加工用激光L上，設(shè) 定任意的電子束光點直徑。該加工用激光L的光點直徑與照射到加工 工件12上的加工用激光La、 Lb的光點直徑相對應(yīng)地i殳定。
加工用激光分光部30包括分光構(gòu)件31、相位板32、弧鏡33、副 偏轉(zhuǎn)構(gòu)件34。分光構(gòu)件31配置在光軸A上，將通過了光圏構(gòu)件23 的加工用激光L分光成第一加工用激光La和第二加工用激光Lb。加 工用激光La、 Lb的強度比為1: 1，相互相等。加工用激光La沿與 光軸A—致的光軸Al被射出。加工用激光Lb沿與光軸A、 Al正交 的光軸A3^皮射出。相位板32配置在光軸Al上，將被分光構(gòu)件31分光的第一加工 用激光La，即，被直線偏光的P偏光的第一加工用激光La的偏光方 向旋轉(zhuǎn)90度，將該加工用激光La轉(zhuǎn)換為被直線偏光的S偏光的激光。 弧鏡33被配置在相對于光軸Al傾斜45度的角度的面上，將被轉(zhuǎn)換 為S偏光的第一加工用激光La向沿與光軸Al正交的光軸A2的方向 反射。
副偏轉(zhuǎn)構(gòu)件34包括一對副偏轉(zhuǎn)電流鏡35、 36、針對它們的一對 副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀37、 38。 一對副偏轉(zhuǎn)電流鏡35、 36是通過其反射 面反射第二加工用激光Lb，通過副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀37、 38，以小角 度偏轉(zhuǎn)的部件，使加工用激光Lb在加工工件12上在小角度、例如±1 度的范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)。第二加工用激光Lb的該小角度的偏轉(zhuǎn)在加工工件 12上例如相當于幾亳米的間隔。副偏轉(zhuǎn)電流鏡35使加工用激光Lb 向加工工件11的X軸方向偏轉(zhuǎn)，另外，副偏轉(zhuǎn)電流鏡36使加工用激 光Lb向加工工件11的Y軸方向偏轉(zhuǎn)。
加工用激光Lb從分光構(gòu)件31開始，首先以大致45度的入射角 入射到副偏轉(zhuǎn)電流鏡35的反射面，然后，以大致45度的入射角入射 到副偏轉(zhuǎn)電流鏡36的反射面。副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀37驅(qū)動副偏轉(zhuǎn)電流 鏡35,將加工用激光Lb在小角度的范圍向加工工件12的X軸方向 偏轉(zhuǎn)。副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀38驅(qū)動副偏轉(zhuǎn)電流鏡36，將加工用激光Lb 在小角度的范圍向加工工件12的Y軸方向偏轉(zhuǎn)。加工用激光Lb在通 過一對副偏轉(zhuǎn)電流鏡35、 36，受到小角度的偏轉(zhuǎn)后，從副偏轉(zhuǎn)電流鏡 36沿光路A4被射出。雖然光路A4與光軸A2大致正交，但是，加工 用激光Lb受到各副偏轉(zhuǎn)電流鏡35、 36的偏轉(zhuǎn)，其光軸在小角度的范 圍變化。
加工用激光匯集部40包括偏轉(zhuǎn)分光器41、主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件42、集光 透鏡47，將第一、第二加工用激光La、 Lb匯集，照射到加工工件12 上。偏轉(zhuǎn)分光器41被設(shè)置在光軸A2和光路A4的交叉部。在該偏轉(zhuǎn) 分光器41上入射有來自弧鏡33的第一加工用激光La，還有來自副偏 轉(zhuǎn)電流鏡36的第二加工用激光Lb。該偏轉(zhuǎn)分光器41向與光軸A2正交的光軸A5的方向反射第一加工用激光La，同時，使第二加工用激 光Lb通過光路A4的延長方向，其結(jié)果，將這些加工用激光La、 Lb 一起向主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件42射出。光路A4與光軸A5大致平行。
主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件42包括一對主偏轉(zhuǎn)電流鏡43、 44，和針對它們的一 對主電流掃描儀45、 46。 一對主偏轉(zhuǎn)電流鏡43、 44是通過各自的反 射面反射第一、第二加工用激光La、 Lb，分別將它們以大角度偏轉(zhuǎn) 的部件，使第一、第二加工用激光La、 Lb在加工工件12上在大角度、 例如±10度的角度范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)。主偏轉(zhuǎn)電流鏡43 4吏各加工用激光La、 Lb向加工工件11的Y軸方向大角度偏轉(zhuǎn)，另外，主偏轉(zhuǎn)電流鏡44 4吏各加工用激光La、 Lb向加工工件11的X軸方向大角度偏轉(zhuǎn)。
第一、第二加工用激光La、 Lb從偏轉(zhuǎn)分光器41開始，首先以大 致45度的入射角入射到主偏轉(zhuǎn)電流鏡43的反射面，然后，以大致45 度的入射角入射到主偏轉(zhuǎn)電流鏡44的反射面。主偏轉(zhuǎn)電流掃描儀45 驅(qū)動主偏轉(zhuǎn)電流鏡43，將各加工用激光La、 Lb在大角度的范圍向加 工工件12的Y軸方向偏轉(zhuǎn)。主偏轉(zhuǎn)電流掃描儀46驅(qū)動主偏轉(zhuǎn)電流鏡 44，將各加工用激光La、 Lb在大角度的范圍向加工工件12的X軸 方向偏轉(zhuǎn)。
第一、第二加工用激光La、 Lb穿過集光透鏡47，從該集光透鏡 47向加工工件12照射。加工用激光La沿與加工工件12大致垂直的 光路A6向加工工件12照射。加工用激光Lb從與光路A6大致平行 的光路A7向加工工件12照射。光路A6、 A7通過主偏轉(zhuǎn)電流鏡43、 44的偏轉(zhuǎn)，其光軸變化。集光透鏡47是透鏡，使各加工用激光 La、 Lb—起折射，集光到加工工件12上。各加工用激光La、 Lb從 集光透鏡47同時向加工工件12照射，同時對加工工件12進行加工。
第一加工用激光La沒有受到副偏轉(zhuǎn)構(gòu)件34的小角度的偏轉(zhuǎn)，僅 受到主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件42的大角度的偏轉(zhuǎn)，照射到加工工件12上。第二加 工用激光Lb受到副偏轉(zhuǎn)構(gòu)件34的小角度的偏轉(zhuǎn)和主偏轉(zhuǎn)構(gòu)件42的 大角度的偏轉(zhuǎn)，照射到加工工件12上。換言之，與第一加工用激光 La相比，第二加工用激光Lb被施加副偏轉(zhuǎn)構(gòu)件34的小角度的偏轉(zhuǎn)，其結(jié)果為，第二加工用激光Lb在從第一加工用激光La再偏轉(zhuǎn)小角度 的位置照射到加工工件12上，根據(jù)小角度偏轉(zhuǎn)，被照射到從第一加工 用激光La例如僅離開幾毫米的位置，與加工用激光La同時加工加工 工件12。第一、第二加工用激光La、 Lb同時加工例如相鄰的兩個加 工孔。
在這里，主偏轉(zhuǎn)電流鏡44在其反射面具有將直線偏光的激光轉(zhuǎn)換 成圓偏光的、具有圓偏光鏡的特性的涂層44a。被直線偏光為S偏光 的加工用激光La和^皮直線偏光為P偏光的加工用激光Lb —起入射到 該主偏轉(zhuǎn)電流鏡44上，由該反射面反射。主偏轉(zhuǎn)電流鏡44的涂層44a 將這些直線偏光的加工用激光La、 Lb—起轉(zhuǎn)換為圓偏光。
涂層44a由例如4吏用了 ZnS和ThF4的八層感應(yīng)體多層膜構(gòu)成。 具體地說，由該ZnS和ThF4構(gòu)成的爿^層感應(yīng)體多層膜的涂層由下述 八層構(gòu)成，即，與空氣接觸的由厚度0.95士0.1pm的ZnS構(gòu)成的第一 層；由厚度1.57±0.1#111的ThF4構(gòu)成的第二層；由厚度1.10±0.1/*m的 ZnS構(gòu)成的第三層；由厚度1.04±0.1/mi的ThF4構(gòu)成的第四層；由厚 度1.43士0.1/tm的ZnS構(gòu)成的第五層；由厚度1.80±0.1/im的ThF4構(gòu) 成的第六層；由厚度1.80±0.1/*m的ZnS構(gòu)成的第七層以及由厚度 1.54±0.1/*m的ThF4構(gòu)成的第八層，由這些第——第八層構(gòu)成的涂層 44a被疊層在鏡材料層上。第八層與鏡材料層接觸，在其上依次疊層 第七~第一層，第一層與空氣接觸，加工用激光La、 Lb以大致45度 的入射角入射到該第一層的表面。
另外也可以由替代ZnS和ThF4，使用了 Ge和ZnS的八層感應(yīng) 體多層膜構(gòu)成涂層44a。由該Ge和ZnS構(gòu)成的爿\層的感應(yīng)體多層膜 具體地說由下述八層構(gòu)成，即，與空氣接觸的由厚度0.47±0.05/*m的 Ge構(gòu)成的第一層；由厚度0.89士0.1pm的ZnS構(gòu)成的第二層；由厚度 0.48士0.05;tni的Ge構(gòu)成的第三層；由厚度0.65±0.1/*m的ZnS構(gòu)成的 第四層；由厚度0.64士0.1^m的Ge構(gòu)成的第五層；由厚度1.07士0.1pm 的ZnS構(gòu)成的第六層；由厚度0.65士0.1/im的Ge構(gòu)成的第七層以及由 厚度1.19±0.1/tm的ZnS構(gòu)成的第八層，該涂層4皮疊層在鏡材料層上。第八層與鏡材料層上接觸，在其上依次疊層第七~第一層，第一層與
空氣接觸，加工用激光La、 Lb以大致45度的入射角入射到該第一層 的表面。
接著，對在該實施方式1的激光加工裝置中加工用激光L的動作 進行說明。從激光振蕩器21射出的直線偏光(P偏光)的加工用激光 L通過準直透鏡22調(diào)整發(fā)散角，再有，通過光圏構(gòu)件23，與加工工 件20上的目標電子束光點直徑相應(yīng)地設(shè)定光束直徑。此后，通過分光 構(gòu)件31，分光成強度比為1: l的第一、第二加工用激光La、 Lb，第 一加工用激光La通過相位板32，將偏光方向旋轉(zhuǎn)90度，成為S偏光。 成為了 S偏光的第一加工用激光La由偏轉(zhuǎn)分光器41、主偏轉(zhuǎn)電流鏡 43反射，通過具有圓偏光鏡的特性的主偏轉(zhuǎn)電流鏡44，從S偏光(直 線偏光)轉(zhuǎn)換成圓偏光的激光，照射到加工工件上20。
另一方面，由分光構(gòu)件31分光的第二加工用激光Lb保持P偏光 的狀態(tài)入射到副偏轉(zhuǎn)電流鏡35,透過偏轉(zhuǎn)分光器41，由主偏轉(zhuǎn)電流鏡 43反射，通過具有圓偏光鏡的特性的主偏轉(zhuǎn)電流鏡44，從P偏光(直 線偏光)轉(zhuǎn)換成圓偏光的激光，照射到加工工件12上與加工用激光 La不同的位置。相對于加工用激光La向加工工件12上的照射位置 的加工用激光Lb的相對的照射位置由副偏轉(zhuǎn)電流掃描儀37、38決定。
在這里，通過具有圓偏光鏡的特性的主偏轉(zhuǎn)電流鏡44，從直線偏 光轉(zhuǎn)換成圓偏光的第一、第二激光La、 Lb并非是完全的圓偏光，而 是其圓偏光率為60%程度的橢圓偏光。
一般，在將直線偏光的激光轉(zhuǎn)換為正確的圓偏光的情況下，如圖 2所示，使用相對于圓偏光鏡l的反射面，使直線偏光的激光以45度 的入射角入射，使該入射的激光折曲90度反射的手段，若入射的直線 偏光的入射角從45度錯開，則不能得到完全的圓偏光，在進行厚鋼板 的激光切割等的加工時，若圓偏光率不是至少在卯％以上，則產(chǎn)生加 工槽傾斜等的現(xiàn)象，不能進行高精度的加工。
但是，發(fā)明人經(jīng)過實驗確認了下述情況，即，如圖3所示，例如 在對印刷基板等的銅箔、樹脂進行開孔加工時，若圓偏光率在30%以上，則能夠得到正圓度90%以上的加工孔。圖3是表示在實施方式1 中，在對印刷基板等的銅箔、樹脂進行開孔加工的情況下，其圓偏光 率和加工孔正圓度的關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)。圖3的橫軸表示圓偏光率(。/。)， 另外，其縱軸表示加工孔正圓度(％)。在實施方式l中，將主偏轉(zhuǎn)電 流鏡44作為圓偏光鏡，光束定位，因此，即使光束入射角從45度錯 開士10度左右，也能夠充分確保圓偏光率在30%以上，因此，即使光 束掃描，也能得到正圓度90%以上的加工孔。
象這樣，在實施方式l中，作為具備在反射面上形成著具有圓偏 光鏡的特性的涂層44a的主偏轉(zhuǎn)電流鏡44的激光加工裝置，使入射到 加工工件12的第一、第二加工用激光La、 Lb為圓偏光，據(jù)此，能夠 得到正圓度高的加工孔。例如，在通過以往的直線偏光的加工用激光 只能得到正圓度約為83%的銅箔貫通加工的加工孔中，能得到正圓度 約為92%的加工孔。另外，在實施方式1的激光加工裝置中，不需要 使用特別的光學(xué)系統(tǒng)，僅通過在主偏轉(zhuǎn)電流鏡44的反射面形成涂層 44a,即可將直線偏光的第一、第二加工用激光La、 Lb轉(zhuǎn)換成圓偏光 的激光，因此，能夠防止裝置的大型化，得到能夠以低價格提供高性 能的激光加工裝置的效果。
實施方式2
在實施方式1中，雖然是在主偏轉(zhuǎn)電流鏡44的反射面形成具有圓 偏光鏡的特性的涂層44a，但是，在實施方式2中，替代它，是在主 偏轉(zhuǎn)電流鏡43的反射面上形成具有圓偏光鏡的特性的涂層。該涂層由 與實施方式1的涂層44a同樣的材料構(gòu)成。實施方式2在其它方面與 實施方式1同樣地構(gòu)成。
在該實施方式2中，因為也是第一、第二加工用激光La、 Lb從 直線偏光被轉(zhuǎn)換成圓偏光，所以，與實施方式l同樣，能夠進行高正 圓度的加工。另外，在實施方式2中，也可以在將上述涂層形成于主 偏轉(zhuǎn)電流鏡43的基礎(chǔ)上，還在主偏轉(zhuǎn)電流鏡44上形成與實施方式1 同樣的涂層44a。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置，其特征在于，具有輸出直線偏光的加工用激光的激光振蕩器、使上述加工用激光偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)鏡、在加工工件上集光被上述偏轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)的上述加工用激光的集光透鏡，在上述偏轉(zhuǎn)鏡上形成涂層，所述涂層入射有上述被直線偏光的上述加工用激光，并且將該被直線偏光的加工用激光轉(zhuǎn)換成圓偏光。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其特征在于，還具有將從 上述激光振蕩器輸出的上述加工用激光分光為第一、第二加工用激光的分光構(gòu)件，；敗構(gòu)成為上述第一、第二加工用激光一起入射到上述偏 轉(zhuǎn)鏡，將它們一起偏轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，其特征在于，上述第一、 第二加工用激光為它們的偏光方向相互正交的激光，被入射到上述偏轉(zhuǎn)鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不使裝置大型化，能夠得到正圓度高的加工孔的激光加工裝置。本發(fā)明中，在使從激光振蕩器振蕩的加工用激光偏轉(zhuǎn)的主偏轉(zhuǎn)電流鏡上形成具有圓偏光鏡的特性的涂層。主偏轉(zhuǎn)電流鏡將被分光的兩個加工用激光照射到加工工件上。涂層例如是由ZnS和ThF₄構(gòu)成的感應(yīng)體多層膜或者是由Ge和ZnS構(gòu)成的感應(yīng)體多層膜構(gòu)成。
文檔編號B23K26/06GK101274394SQ20081008765
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者中山敬之, 出云正雄, 小林信高, 竹野祥瑞 申請人:三菱電機株式會社