偏振光相位差板以及激光加工的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制作容易且遠(yuǎn)紅外光的透過(guò)光量損失少的透過(guò)型的偏振光相位差板以及使用了該偏振光相位差板的激光加工機(jī)。偏振光相位差板（100），在基板（102）的至少一方的主面上，由與基板（102）相同的材料形成排列了多個(gè)凸部（103）的具有一定的周期P的衍射光柵，利用衍射光柵的構(gòu)造性雙折射。衍射光柵的周期P在入射光的波長(zhǎng)為λ、基板材料的折射率為n時(shí)，滿足P＜λ/n。凸部（103）的截面形狀從其底部到頂部形成為錐形狀（106）。作為基板材料使用ZnS。
【專利說(shuō)明】偏振光相位差板以及激光加工機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用了由微小的周期構(gòu)造產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)雙折射的遠(yuǎn)紅外光用的偏振光相位差板。另外，本發(fā)明涉及使用了該偏振光相位差板的激光(laser)加工機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為對(duì)印制電路(print)基板等被加工物進(jìn)行開孔加工等加工的以往的激光加工機(jī)，公知具有以下結(jié)構(gòu)的激光加工機(jī)。將I束激光用第I偏振光分光器(beam splitter)分支為2束激光，一束激光經(jīng)過(guò)反射鏡(miiTor)，而另一束激光通過(guò)第I檢流計(jì)式掃描器(galvanometer scanner)在YZ這2個(gè)軸向上掃描,將2束激光導(dǎo)向第2偏振光分光器,然后用第2檢流計(jì)式掃描器在XY這2個(gè)軸向上掃描，對(duì)XY工作臺(tái)(stage)上的被加工物進(jìn)行加工。在此，構(gòu)成如下光路:透過(guò)了第I偏振光分光器的激光被第2偏振光分光器反射，另一方面，被第I偏振光分光器反射了的激光透過(guò)第2偏振光分光器。該激光加工機(jī)通過(guò)使2束激光分別進(jìn)行掃描，能夠同時(shí)對(duì)2個(gè)部位進(jìn)行加工(例如參照專利文獻(xiàn)I)。另外，這樣的激光加工機(jī)的光源使用二氧化碳?xì)怏w(gas)激光的情況是主流。
[0003]但是，在上述以往的激光加工機(jī)中，照射于被加工物的2束激光為彼此的偏振光方向以90°不同的直線偏振光，所以根據(jù)被加工物的材質(zhì)的不同，存在由激光的直線偏振光成分導(dǎo)致加工孔成為橢圓的課題。另外，存在根據(jù)由哪束激光加工，而使得橢圓加工孔的長(zhǎng)軸方向不同的課題。像這樣加工孔變?yōu)闄E圓的現(xiàn)象在被加工物為銅箔的情況下顯著。
[0004]為了應(yīng)對(duì)這樣的課題，考慮了在第2偏振光分光器與檢流計(jì)(galvanometer)之間的光路插入市場(chǎng)上銷售的反射型的相位差板來(lái)進(jìn)行圓偏振光化，但是，第I檢流計(jì)式掃描器從F0透鏡(Iens)偏離折回光路的量，所以用第I檢流計(jì)式掃描器能夠掃描的范圍變小。另外，透鏡像差變大、加工品質(zhì)惡化。
[0005]因此，希望通過(guò)設(shè)置透過(guò)型的偏振光相位差板，來(lái)將直線偏振光的激光圓偏振光化或橢圓偏振光化。作為偏振光相位差板，已知利用由微小的周期構(gòu)造產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)雙折射的偏振光相位差板(例如，專利文獻(xiàn)2~4等)。尤其是，在專利文獻(xiàn)2、3中，將凸部設(shè)為錐(taper)形,抑制菲涅耳(Fresnel)反射。在專利文獻(xiàn)4中，作為基板材料使用能夠使遠(yuǎn)紅外光透過(guò)的硒化鋅(ZnSe)，在表面使用YF3,由此降低菲涅耳反射。
[0006]在制造利用了材料的雙折射特性的偏振光相位差板的情況下，作為能夠使遠(yuǎn)紅外光透過(guò)的材料，可舉出硫化鎘(CdS )。
[0007]【專利文獻(xiàn)I】國(guó)際公開第2003/082510號(hào)
[0008]【專利文獻(xiàn)2】日本特開2007- 178793號(hào)公報(bào)
[0009]【專利文獻(xiàn)3】日本特開2005- 044429號(hào)公報(bào)
[0010]【專利文獻(xiàn)4】日本特開2011- 232551號(hào)公報(bào)
[0011]【專利文獻(xiàn)5】日本特開2006- 258914號(hào)公報(bào)
[0012]【專利文獻(xiàn)6】日本特開2008- 096892號(hào)公報(bào)
[0013]【專利文獻(xiàn)7】日本特開2008- 279597號(hào)公報(bào)[0014]【專利文獻(xiàn)8】日本特開2006- 323059號(hào)公報(bào)
[0015]【專利文獻(xiàn)9】日本特開2005- 177788號(hào)公報(bào)
[0016]但是，硫化鎘會(huì)因酸的混入而產(chǎn)生有毒的硫化氫，所以從制造場(chǎng)所、使用場(chǎng)所的環(huán)境對(duì)策的觀點(diǎn)來(lái)看難以處理。
[0017]另外，在專利文獻(xiàn)2中作為基板材料使用熱塑性樹脂，在專利文獻(xiàn)3中作為基板材料使用玻璃(glass),所以這些材料都吸收遠(yuǎn)紅外光。
[0018]在專利文獻(xiàn)4中，使用ZnSe，所以在加工時(shí)產(chǎn)生有毒氣體。因此需要特殊的廢棄設(shè)備，不能容易地進(jìn)行加工。另外，層疊在表面的YF3，的吸收率高，所以在使高能量(energy)激光透過(guò)的情況下，由于吸收而溫度上升，導(dǎo)致產(chǎn)生熱透鏡。熱透鏡是指如下現(xiàn)象，即，由于吸收而溫度上升，光學(xué)元件內(nèi)產(chǎn)生溫度分布，產(chǎn)生透鏡效果。在激光加工機(jī)的情況下，若產(chǎn)生熱透鏡，則導(dǎo)致光束(beam)的聚光點(diǎn)從被加工物表面偏離、加工品質(zhì)惡化的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的目的在于，提供一種制作容易且遠(yuǎn)紅外光的透過(guò)光量損失少的透過(guò)型的偏振光相位差板。
[0020]另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種激光加工機(jī)，在將I束激光分支為2束激光并對(duì)2個(gè)部位同時(shí)進(jìn)行加工的方式中，能夠形成正圓狀的加工孔。
[0021]為了達(dá)成上述目的,本發(fā)明的一個(gè)方案是一種偏振光相位差板，在基板的至少一方的主面上，由與基板相同且單一的材料形成排列了多個(gè)凸部的具有一定的周期P的衍射光柵，所述偏振光相位差板利用所述衍射光柵的結(jié)構(gòu)性雙折射，其特征在于，所述衍射光柵的周期P，在入射光的波長(zhǎng)為λ、基`板材料的折射率為η時(shí)滿足P < λ/η,
[0022]所述凸部的截面形狀從其底部到頂部形成為錐形，
[0023]作為基板材料使用ZnS。
[0024]在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述凸部的頂部形成有與基板的主面平行的平坦部。
[0025]在本發(fā)明中，優(yōu)選在基板的兩面分別形成有所述衍射光柵。
[0026]在本發(fā)明中，優(yōu)選層疊了多個(gè)上述偏振光相位差板。
[0027]在本發(fā)明中,優(yōu)選上述偏振光相位差板以衍射光柵的凸部相對(duì)的方式層疊。
[0028]在本發(fā)明中，優(yōu)選衍射光柵的凸部是通過(guò)干蝕刻(dry etching)加工出的。
[0029]另外，本發(fā)明的另一個(gè)方案是一種激光加工機(jī)，通過(guò)第I偏振光分光器將從I個(gè)激光振蕩器射出的激光分支成2束直線偏振光激光,用第2偏振光分光器將該2束直線偏振光激光匯集并使其射入到檢流計(jì)式掃描器的反射鏡，用檢流計(jì)式掃描器進(jìn)行掃描并照射于被加工物，對(duì)該被加工物的預(yù)定位置進(jìn)行開孔加工，
[0030]該激光加工機(jī)的特征在于,在第2偏振光分光器與檢流計(jì)式掃描器之間設(shè)有上述的偏振光相位差板。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠得到遠(yuǎn)紅外光的透過(guò)光量損失少的透過(guò)型的偏振光相位差板。另外，在利用了這樣的偏振光相位差板的激光加工機(jī)中，能夠?qū)崿F(xiàn)品質(zhì)高的激光加工。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的偏振光相位差板的立體圖。[0033]圖2是表示偏振光相位差板的加工順序的截面圖。
[0034]圖3是表不本發(fā)明的實(shí)施方式2的偏振光相位差板的截面圖。
[0035]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的偏振光相位差板的截面圖。
[0036]圖5是表示裝載有本發(fā)明的偏振光相位差板的激光加工機(jī)的一個(gè)例子的構(gòu)成圖。
[0037]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0038]I激光振蕩器、2激光、3延遲器、5反射鏡、
[0039]6第I偏振光分光器、7、8激光、
[0040]9第2偏振光分光器、10 f Θ透鏡、
[0041]11第I檢流計(jì)式掃描器、12第2檢流計(jì)式掃描器、
[0042]13被加工物、14 XY工作臺(tái)、
[0043]100偏振光相位差板、102基板、103凸部、104上部平坦部、
[0044]105底部平坦部、106錐形、110掩模、
[0045]111凸部的長(zhǎng)度方向。
【具體實(shí)施方式】
[0046]實(shí)施方式1.[0047]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的偏振光相位差板的立體圖。偏振光相位差板100包括基板102和衍射光柵，所述衍射光柵在基板102的至少一方的主面上由與基板102相同且單一的材料形成。衍射光柵通過(guò)如下方式構(gòu)成，即，與X方向平行地呈直線狀延伸的多個(gè)凸部103沿著y方向以一定的周期P排列。
[0048]在光沿著z方向朝向這樣的衍射光柵射入的情況下，與X方向的偏振光成分(TE偏振光)有關(guān)的有效折射率和與I方向的偏振光成分(TM偏振光)有關(guān)的有效折射率互不相同，產(chǎn)生所謂的構(gòu)造性雙折射。結(jié)果，在TE偏振光與TM偏振光之間產(chǎn)生傳播速度差，相應(yīng)于與該傳播速度差對(duì)應(yīng)的相位差(延遲(retardation))而產(chǎn)生橢圓偏振光。在將該相位差設(shè)定為η/2的情況下，衍射光柵具有與將直線偏振光變換為圓偏振光、或?qū)A偏振光變換為直線偏振光的四分之一波長(zhǎng)板同等的功能。另外，在將相位差設(shè)定為η的情況下，衍射光柵具有與將TE偏振光變換為TM偏振光、或?qū)M偏振光變換為TE偏振光的二分之一波長(zhǎng)板同等的功能。
[0049]這樣的衍射光柵的準(zhǔn)確的延遲以及透過(guò)率，已知能夠通過(guò)作為嚴(yán)密的電磁解析法的一種的RCWA法(嚴(yán)格耦合波法)大致準(zhǔn)確地計(jì)算出。
[0050]在這樣的微小周期構(gòu)造中，入射光不衍射而作為“O次光”保持原樣地透過(guò)的條件是周期P滿足下述的式(I)的情況。
[0051]P < λ / (max [n, nj + η」.sinC>max)...(I)
[0052]其中，λ是所使用的光的波長(zhǎng)，Φ是光相對(duì)于偏振光相位差板的入射角度。另外，η是構(gòu)成偏振光相位差板的基材的折射率，Iii是入射側(cè)的介質(zhì)(空氣)的折射率。由式(I)可知，若滿MP < λ/η，則即使是Φ =0°的垂直入射光，也能夠防止高次衍射光的損失。
[0053]凸部103的截面形狀形成為從其底部到頂部以角度Θ傾斜的錐形106。另外，在Θ =0°的情況下，成為沒(méi)有錐度的片(lamellar)狀。在凸部103的頂部形成有相對(duì)于基板102的主面平行的上部平坦部104。在凸部103的底部，以介于其與相鄰的凸部103之間的方式，形成與基板102的主面平行的底部平坦部105。
[0054]接著，說(shuō)明基板材料。作為供遠(yuǎn)紅外光透過(guò)的代表性材料，并且作為加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)的比較容易處理的材料，有鍺(Ge，折射率η = 4.004)。下述表1示出了作為基板材料使用Ge時(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(data)的一個(gè)例子。計(jì)算方法使用RCWA法(嚴(yán)密波結(jié)合法)。使用波長(zhǎng)設(shè)為二氧化碳?xì)怏w激光的9.29 μ m，空氣的折射率為I。
[0055]【表1】
[0056]Ge、折射率 η=4.004、周期 Ρ=2.31
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種偏振光相位差板,在基板的至少一方的主面上，由與基板相同且單一的材料形成有排列了多個(gè)凸部的具有一定的周期P的衍射光柵，所述偏振光相位差板利用了所述衍射光柵的結(jié)構(gòu)性雙折射，其特征在于， 所述衍射光柵的周期P，在入射光的波長(zhǎng)為λ、基板材料的折射率為η時(shí)滿足P < λ/η, 所述凸部的截面形狀從其底部到頂部形成為錐形， 作為基板材料使用ZnS。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振光相位差板，其特征在于， 在所述凸部的頂部形成有與基板的主面平行的平坦部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的偏振光相位差板，其特征在于， 在基板的兩面分別形成有所述衍射光柵。
4.一種偏振光相位差板,其特征在于，層疊了多個(gè)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的偏振光相位差板。
5.如權(quán)利要求4所述的偏振光相位差板，其特征在于， 以衍射光柵的凸部相對(duì)的方式進(jìn)行層疊。
6.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的偏振光相位差板,其特征在于， 衍射光柵的凸部是使用干蝕刻加工出的。
7.—種激光加工機(jī),通過(guò)第I偏振光分光器將從I個(gè)激光振蕩器射出的激光分支成2束直線偏振光激光，通過(guò)第2偏振光分光器將所述2束直線偏振光激光匯集并射入到檢流計(jì)式掃描器的反射鏡，通過(guò)檢流計(jì)式掃描器進(jìn)行掃描并照射于被加工物，對(duì)該被加工物的預(yù)定位置進(jìn)行開孔加工，其特征在于， 在第2偏振光分光器與檢流計(jì)式掃描器之間設(shè)有權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的偏振光相位差板。
【文檔編號(hào)】B23K26/382GK103529507SQ201310261976
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】船岡幸治, 吉岡淑江, 曾田真之介, 瀧川靖弘 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社