(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に長い空洞が形成された筐体と、
前記第１の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、
前記筐体の壁を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴き出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口と
を有するノズル。
【請求項２】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に入射させる伝搬光学系と、
前記ステージに保持された加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かって気体を噴き出すノズルと
を有し、
前記ノズルは、
前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に平行な第１の方向に長い第１の空洞が形成された第１の筐体と、
前記第１の方向に長い形状を有し、前記第１の空洞内の気体を外部に噴き出す第１の噴出口と、
前記第１の筐体の壁を貫通し、前記第１の空洞内に気体を導入するための第１の導入口であって、前記第１の空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記第１の空洞内に流入した気体が前記第１の噴出口から外部に噴き出される前に、該第１の空洞の内面に衝突するように配置された前記第１の導入口と
を有するレーザ加工装置。
【請求項３】
さらに、前記ステージに保持された該加工対象物の被加工面からの高さが、前記被加工面から前記ノズルまでの高さとは異なる位置に配置された他のノズルを有し、該他のノズルは、
前記第１の方向に長い第２の空洞が形成された第２の筐体と、
前記第１の方向に長い形状を有し、前記第２の空洞内の気体を外部に噴き出す第２の噴出口と、
前記第２の筐体の壁を貫通し、前記第２の空洞内に気体を導入するための第２の導入口であって、前記第２の空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記第２の空洞内に流入した気体が前記第２の噴出口から外部に噴き出される前に、該第２の空洞の内面に衝突するように配置された前記第２の導入口と
を有し、
前記加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かって、前記ノズルと前記他のノズルとが、気体を噴き出す向きが同一となるよう、前記噴出口の向きをそろえて配置されている請求項２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体を噴き出すノズル及びそのノズルを用いたレーザ加工装置に関し、特に、レーザ加工された箇所から飛散した飛散物がレーザ光学系に損傷を与えることを防止する用途に適したノズル及びそのノズルを用いたレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージ基板等のプリント配線板に集光レンズで集光されたレーザビームを入射させて、内層配線と上層配線とを接続するための穴を形成するレーザ加工方法が知られている。金属膜等の穴あけを行うと、加工対象物から金属微粒子が飛散する。この飛散物が集光レンズに付着することを防止するために、集光レンズと加工対象物との間に保護板または保護フィルム（以下保護板等とする）が配置されることもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５９８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金属膜等の穴あけ時、加工対象物から飛散する金属微粒子を放置すると、次に入射するレーザビームが加工対象物に入射する前に飛散物により散乱されてしまう。これにより、加工対象物の表面におけるパルスエネルギ密度が低下し、形成される穴径の精度が低下する。
【０００５】
また、加工対象物からの飛散物が保護板等に付着すると、レーザビームの透過率が低下してしまうため、定期的に保護板等を交換しなければならない。この保護板は高価であるため、ランニングコストが高騰してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、穴径の精度の低下及びランニングコストの高騰を防止することができるレーザ加工装置及びその加工装置に適用可能なノズルを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の方向に長い空洞が形成された筐体と、前記第１の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、前記筐体の壁を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴き出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口とを有するノズルが提供される。
【０００８】
前記ノズルは、第１の方向に関する流速の分布を、一様に近づけることができる。
【０００９】
本発明の他の観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に入射させる伝搬光学系と、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面と前記伝搬光学系との間の空間に向かってガスを噴き出すノズルとを有し、前記ノズルは、前記ステージに保持された加工対象物の被加工面に平行な第１の方向に長い空洞が形成された筐体と、前記第１の方向に長い形状を有し、前記空洞内の気体を外部に噴き出す噴出口と、前記筐体を貫通し、前記空洞内に気体を導入するための導入口であって、前記空洞の両端以外の部分に開口し、かつ前記空洞内に流入した気体が前記噴出口から外部に噴出される前に、該空洞の内面に衝突するように配置された前記導入口とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１０】
加工対象物から飛散した飛散物が、ノズルから噴き出すガスと共に加工対象物上の空間から排除される。このため、飛散物によるレーザビームの散乱を防止し、集光レンズまたは保護板の汚染を防止することができる。複数個のノズルを組み合わせて使用することで更に高い効果が期待できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、加工用のパルスレーザビームを出射する。レーザ加工装置は、マスク２、折り返しミラー３、ガルバノスキャナ４、集光レンズ５からなる伝搬光学系１５を有する。
【００１２】
図１（Ｂ）に、レーザ光源１の構成を示す。全反射鏡１０と部分反射鏡１１とにより、光共振器が画定されている。光共振器内に、レーザ媒質１２及び波長変換素子１３が配置されている。レーザ媒質１２として、Ｎｄ：ＹＡＧが用いられる。波長変換素子１３として、ＢＢＯやＫＤＰ光学結晶を用いることができる。部分反射鏡１１から、波長３５５ｎｍのパルスビームが出射する。なお、波長変換素子１３を光共振器の外に出してもよい。
【００１３】
レーザ光源１の代わりに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波、第４高調波、または第５高調波を出射するレーザ光源を使用することもできる。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの代わりに、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやＮｄ：ＹＶＯ4レーザを使用することも可能である。また、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを使用してもよい。
【００１４】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、マスク２に入射する。マスク２に設けられた貫通孔を通過したレーザビームが、折り返しミラー３に入射する。
【００１５】
折り返しミラー３で反射されたレーザビームが、ガルバノスキャナ４に入射する。ガルバノスキャナ４は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ４で走査されたレーザビームが集光レンズ５で集束され、ＸＹステージ６に保持された加工対象物８に入射する。集光レンズ５は、例えばｆθレンズである。集光レンズ５は、マスク２の貫通孔を加工対象物８の表面上に結像させる。レーザ光源１及びガルバノスキャナ４は、制御装置２０によって制御される。
【００１６】
銅等の加工対象物８にレーザビームを入射させ穴あけを行うと、加工対象物８から直径数十μｍ程度の金属微粒子が飛散する。この飛散物を加工対象物８の被加工面付近から排除するため、ノズル７を用いる。なお、飛散物による集光レンズの汚染防止を図るため、保護板等を集光レンズ５と加工対象物８の間に配置することもある。
【００１７】
ノズル７が、空気を加工対象物８の被加工面と伝搬光学系１５との間の空間に向かって噴き出す。噴き出された空気は、加工対象物８の表面と平行な方向に流れる。なお、空気以外のガスを噴き出すようにしてもよい。
【００１８】
図２（Ａ）に、ノズル７の斜視図を示す。ノズルの正面の壁に設けられた噴出口２２は、一方向に長い形状を有する。ｘ軸を噴出口２２の長辺方向、ｙ軸を加工対象物８の被加工面に対し垂直方向とする。図２（Ｃ）に、図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ２−Ｃ２における断面図を示す。気体導入口２１がノズルの天井面の壁を貫通して２箇所に設けられており、ノズル内部には空洞２３が設けられている。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図である。空洞２３は、ｘ軸方向に長い構造を有する。
【００１９】
高圧ガス源９から気体導入口２１を通じて空洞２３内にガスが導入される。導入されたガスは、一度空洞２３の内面に衝突し、空洞内にため込まれる。ガスが空洞２３内に充満し、空洞２３内でほぼ均一な圧力にされた後、ガスは噴出口２２から外部に噴き出し、カーテン状のガス流を形成する。
【００２０】
ノズル７は、ガスを空洞２３に充満させてから外部に噴き出す構造を有するため、ｘ軸方向に関してガス流の流速のばらつきを抑制することができる。ガス流は加工対象物からの飛散物を加工対象物上の空間から排除する。これにより飛散物によるレーザビームの減衰や、集光レンズの汚染を防止することができる。
【００２１】
図２（Ａ）に示す通り、噴出口２２は、ｘ軸方向に長くｙ軸方向には絞り込んだ短い構造を特徴としている。ｘ軸方向に長い構造をとることにより、加工対象物８の被加工面全体の上方の空間に、ガス流を形成することができる。ｙ軸方向に短い構造をとることにより、より速い流速のガスを噴き出すことができる。
【００２２】
本実施例のノズルでは、気体導入口２１が天井面に２箇所配置されているが、ノズルの天井面の長手方向に関して中央に１箇所、気体導入口を設置してもよい。ｘ軸方向に関して流速を均一に近づけるために、気体導入口を、ノズル内の空洞の長手方向の両端以外の箇所に設けることが好ましい。
【００２３】
図３は、ノズル装置、加工対象物及び加工によって生じた飛散物の関係を模式的に表した図である。ノズル装置３２は、図２で例示したノズルと同一構造のノズル７Ａと、ノズル７Ａの上に重ねて配置された、ノズル７Ａと同様の構造を有するノズル７Ｂとで構成される。ノズル７Ｂは、ノズルの空洞の長手方向がノズル７Ａのそれと平行で、それぞれのノズルの噴出口２２Ａ及び噴出口２２Ｂが同一の方向に向けてガスを噴出するように配置されている。
【００２４】
２つのノズル７Ａ及び７Ｂを積み重ねて使用すると、ノズルを１個のみ用いる場合よりも広い空間に向けてガスが噴き出される。図３において、飛散物の飛散方向３１で示すように、レーザ加工により飛散した飛散物３０が、まず加工対象物８に近い方のノズル７Ａからのガス流を受け、レーザビームの径路から逸れる方向へと、その進路を変える。進路を変えた飛散物３０は、ノズル７Ｂからのガス流を受けて再び進路を変え、レーザビームの径路から更に大きく逸れることになる。このように、加工対象物８から飛散する飛散物３０はノズルから噴き出すガス流に乗り易くなる。このため、レーザビームの減衰及び保護板の汚染を防止するに際し、ノズルを１個使用した場合よりも大きな効果が期待できる。
【００２５】
なお、図３の例ではノズルを２個使用した場合を示したが、３個以上のノズルを組み合わせて用いることも可能である。また、図１（Ａ）で示すレーザ加工装置では表記されていないが、保護板等を集光レンズ５と加工対象物の間に配置し、ノズルと合わせて使用することもある。
【００２６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のノズルは、噴き出すガスの流速の分布を、一様に近づけることができる。
【００２８】
また、本発明の加工装置によれば、加工対象物から飛散した飛散物が、ノズルから噴き出すガスと共に加工対象物上の空間から排除されるので、飛散物が集光レンズを汚染するのを防止することができる。また、保護板等を使用する場合には、保護板等に付着する飛散物を軽減させることにもつながり、保護板の取り替え周期を長期化させることができる。その結果、本発明のノズルを使用せず保護板等のみを使用する装置と比較して、ランニングコストの低減を図ることができる。さらに、飛散物によるレーザビームの減衰を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）はレーザ光源の概略図である。
【図２】  （Ａ）はノズルの斜視図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はノズルの断面図である。
【図３】  他の実施例によるノズル装置、加工対象物及び飛散物の飛散方向の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  マスク
３  折り返しミラー
４  ガルバノミラー
５  集光レンズ
６  ＸＹステージ
７、７Ａ、７Ｂ  ノズル
８  加工対象物
９  ガス源
１０  全反射鏡
１１  部分反射鏡
１２  レーザ媒質
１３  波長変換素子
１５  伝搬光学系
２０  制御装置
２１  気体導入口
２２、２２Ａ、２２Ｂ  噴出口
２３  空洞
３０  飛散物
３１  飛散物の飛散方向
３２  ノズル装置
【図１】
0003704524.tif 000002
【図２】
0003704524.tif 000003
【図３】
0003704524.tif 000004