(57)【要約】【課題】  真空もしくは所望のガス雰囲気下で、ワークを加工できるとともに、ＸおよびＹ方向の照射位置精度を向上させることができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】  レーザ光をＸおよびＹ方向にそれぞれ光学的に走査する走査手段２２と、この走査手段から出射される光ビームを導く鏡筒２５と、この鏡筒が一体的に接続された気密チャンバー３１とを有し、前記鏡筒には、集光レンズ２６がシール状態で配置されているレーザ加工装置。【選択図】  図１
2006272430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をＸＹ方向にそれぞれ光学的に走査する走査手段と、
該走査手段から出射される光ビームを導く鏡筒と、
該鏡筒が一体的に接続された気密チャンバーと
を有し、
前記鏡筒には集光レンズがシール状態で配置されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記集光レンズの光ビーム射出面側に、極薄フィルムを配置したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記集光レンズを挟んで、前記極薄フィルムの送り手段と、巻き取り手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記集光レンズが、凸レンズと凹レンズを組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射して被加工物の材料を除去したり、切断分離するためのレーザ加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を微小スポットにして、被加工物に照射し、その高いエネルギー密度を利用して、被加工物の材料を一部除去したり、改質などを行うレーザ加工装置は広く使用されている。
この場合、被加工物の加工部位に、適宜レーザ光を照射するためには、主として２つの方向が採用されている。
ひとつは、被加工物であるワークを載置する加工テーブルをＸＹ方向に送り、ワーク側を平面内で移動させることで、行う手法である。
【０００３】
他の方法では、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれガルバノミラーを配置し、これをＸ方向とＹ方向にそれぞれ回転させることで、各ガルバノミラーに入射させた光ビームの反射方向を変化させることにより、反射光ビームをＸＹ方向に走査するガルバノメータ型走査方式である。
そして、本出願人は、これらふたつの手法を組み合わせた方式のものも提案している（特許文献１参照）。
また、これらいずれかの走査方式、もしくは両方の走査方式を利用しつつ、さらにワークである被加工物を、例えば真空チャンバーなどに収容して、真空雰囲気下、もしくは所定のガス雰囲気下で加工する場合がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７００７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４は、上述したチャンバーに収容したワークを加工するレーザ加工装置の一例を示す図である。
図において、レーザ発振部２は、加工用のレーザ光を生成して、光ファイイバー３に射出する。光ファイバー３は、入射したレーザ光を照射手段４に導くようになっている。照射手段４は集光レンズとしてのｆ−θレンズ４ａを有しており、発散光としてのレーザ光を集束光ビームＬにして、Ｘ−Ｙステージ６上のワーク９に照射するようになっている。  ここで、Ｘ−Ｙステージ６は、真空ポンプ７により真空引きされる真空チャンバー５内に収容されており、該真空チャンバー５の上部開口は、石英ガラス８により気密に封止されている。
【０００６】
このような構成によれば、ワーク９は、図示しないモータなどに制御されるＸ−Ｙステージ６により送られるので、速くても１０００ｍｍ／秒であり、高速駆動が困難であり、応答性に劣るという問題がある。また、Ｘ−Ｙステージ６は、ワーク９ごと送られる必要から、その駆動手段が比較的大きくなり、装置が大型化する欠点がある。
【０００７】
そこで、図５のような構成も考えられる。
図５は、レーザ照射手段４−１の別の構成例を示しており、このレーザ照射手段４−１は、光ファイバー３により導かれたレーザ光Ｌ１をケース内に導き、４５度ミラー１５により、９０度方向を変えて光ビームＬ２とし、ガルバノメータ型オプティカルスキャナに入射させる。ガルバノメータ型オプティカルスキャナは、それぞれＸ軸周り、Ｙ軸周りに駆動される２つのガルバノミラーを備えており、反射光Ｌ３をＸＹ方向に走査することにより、配置されるワーク９（図４）上の所望の箇所に照射することができる。
このような構成のレーザ加工装置１においては、ワーク９を真空チャンバー５内に収容して、該ワーク９に照射されるレーザ光をＸＹ方向に走査可能である。
これにより、真空雰囲気下において、ワーク９を加工することができるものである。
【０００８】
しかしながら、集光レンズ４ａから出射したレーザ光は、空気中から所定角度で石英ガラス８に入射される。
このため、石英ガラス８を通過する際に、その屈折率に基づいて、光路が屈折されるので、ワーク９上の照射位置にズレを生じ、ズレ量は、入射角に応じて変化することから、照射位置の制御が困難となるという欠点がある。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、真空もしくは所望のガス雰囲気下で、ワークを加工でき、かつＸＹ方向の照射位置精度を向上させることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的は、第１の発明にあっては、レーザ光をＸＹ方向にそれぞれ光学的に走査する走査手段と、該走査手段から出射される光ビームを導く鏡筒と、該鏡筒が一体的に接続された気密チャンバーとを有し、前記鏡筒には、集光レンズがシール状態で配置されているレーザ加工装置により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、レーザ光をＸＹ方向にそれぞれ光学的に走査する走査手段を有しているので、ワーク側ではなく、レーザ光自体を走査するようにしたので、おおがかりな駆動手段を必要とせず、コンパクトに構成することができる。
走査手段から出射されるレーザ光はそのまま前記鏡筒に導かれ、該鏡筒には集光レンズが配置されているので、該集光レンズによりレーザ光はワークに向けて集光される。しかもこの鏡筒は、気密チャンバーに一体的に接続されているから、従来のように気密チャンバーを塞ぐガラス板などは存在しない。これにより、前記走査手段により所定角度を持って出射されるレーザ光はそのまま集光レンズに入射する。このため、従来のように、異なる媒質に対して、走査角度に応じて変化する入射角により、レーザ光が入射して、その結果、複雑な屈折角度をもってワークに照射されるということがない。
かくして、真空もしくは所望のガス雰囲気下で、ワークを加工でき、かつＸＹ方向の照射位置の制御が容易であるから、照射位置精度を向上させることができるレーザ加工装置を提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記集光レンズの光ビーム射出面側に、極薄フィルムを配置したことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、ワークに対して加工用のレーザ光が照射されることにより、その材料の一部が飛散などした場合に、飛沫が直接集光レンズに付着して、レンズ機能を損なうことを防止することができる。この場合、光透過する材料でなるフィルムを極薄に形成することにより、屈折によるスポットずれを防止することができる。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記集光レンズを挟んで、前記極薄フィルムの送り手段と、巻き取り手段を設けたことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記極薄フィルムが汚れたりした場合において、その部分を巻き取り手段で巻き取り、新しい極薄フィルムを送り出すことにより、ワークに照射されるレーザ光の劣化を防止することができる。
【００１４】
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記集光レンズが、凸レンズと凹レンズを組み合わせて形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、走査手段で偏向されて集光レンズに入射したレーザ光を平らな平面に適切に照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、レーザ加工装置の実施形態を示す概略構造図、図２は図１のレーザ加工装置により加工される被加工物であるワークの一例としての圧電デバイスを示す断面図、図３は図２の圧電デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【００１６】
先にワークとしての圧電デバイス４０の製造方法を図２および図３を参照しながら説明する。
図３において、図２の圧電デバイス４０を製造するために、セラミックス製の箱形のパッケージ４１と、水晶振動片、特に音叉型の振動片やＡＴカット振動片などでなる圧電振動片４２と、蓋体４６とを別々に用意する。
【００１７】
パッケージ４１は、グリーンシートなどを成形し、焼成することで得られる。このパッケージ４１は、内部に接続用の内部電極４４が形成され、この内部電極４４は、例えば、パッケージを貫通する導電スルーホールやパッケージ外面に引き回した導電パターンにより、底部の実装電極４７，４７と接続される。蓋体４６は、例えば、コバールなどの金属製のものや硼珪酸ガラスなどのレーザ光を透過するガラス板製である。圧電振動片４２は、例えば、水晶ウエハをエッチングして、所望の振動片の形態とし、接続用の引出し電極と一体となった駆動用の電極４５と、この駆動用の電極の一部、もしくはこれとは別個に形成された周波数調整用の電極（金属被覆部）４８とを振動片の表裏に形成する（ＳＴ１）。
【００１８】
次いで、パッケージ４１の内部電極４４上に導電性接着剤４３を塗布する。続いて、該導電性接着剤４３の上に、図２に示すように、圧電振動片４２の駆動用の電極４５と接続されている引出し電極の部分を載置し、導電性接着剤４３を硬化させることにより圧電振動片４２をパッケージに収容・固定する（ＳＴ２）
次に、パッケージ４１の上部開口からレーザ光ＬＡ３を内部の圧電振動片４２に照射し、周波数調整用の電極４８の表面側（Ｆ１）の位置、もしくは裏面側Ｆ２の位置に集束させて、その部分の金属材料を一部蒸散させ、質量削減方式による周波数調整を行う（ＳＴ３）。
次いで、パッケージ４１を気密チャンバー（後述）内に収容して、真空雰囲気下でパッケージ４１に蓋体４６を溶接、あるいは低融点ガラスなどで接合し、気密封止する（ＳＴ４）。
以上により、必要な検査を経て、圧電デバイス４０が完成する（ＳＴ５）。
【００１９】
このような圧電デバイス４０の製造工程におけるＳＴ３の周波数調整には、図１のレーザ加工装置２０を使用することができる。
次にこのレーザ加工装置２０の構成を説明する。
図１において、レーザ加工装置２０は、レーザ光を生成するためのレーザモジュール５０と、レーザモジュール５０に隣接配置された光学走査部２２と、光学走査部２２から落射されるレーザ光が導かれる集光レンズ２６を収容した鏡筒２５と、鏡筒２５と一体的に設けられたチャンバー３１と、チャンバー３１が設置された基台３３とを有している。
【００２０】
レーザモジュール５０は、この実施形態では、例えばＹＡＧレーザ（ＹＶＯ４）レーザを生成するものを用いている。
具体的には、レーザモジュール５０には、ＹＡＧ結晶でなるＹＡＧレーザロッド５１と、ＹＡＧレーザロッド５１に励起ソースとなる光を供給するクリプトンランプやレーザダイオードバーでなる励起源５５と、励起源５５に駆動電圧を供給する電源を含む制御手段５７とを有している。
【００２１】
ＹＡＧレーザロッドはＹＡＧ結晶で形成されるため、励起源５５から光を供給されるとネオジウムイオンが励起され、励起されたネオジウムイオンは波長１０６４ｎｍ（ナノメートル）のレーザ光を増幅する。このレーザ光は全反射ミラー５３と出射ミラーの間でそれぞれ反射されてＹＡＧレーザロッド５１に戻され、増幅される。このようなポンピングの結果、十分な出力となったレーザ光は出力ミラー５２が設定したきわめて低い透過率に応じてレーザ光ＬＡ１となって射出される。なお、全反射ミラー５３に関しても、ごく僅かな透過率を設定し、フォトディテクタなどでなるモニター手段５６にレーザ光を一部を入射させてもよい。モニタ結果は制御部５７に伝えられ、これに基づいて、駆動電圧を制御することができる。
【００２２】
また、上記波長１０６４ｎｍのレーザ光は、ＫＤＰ、ＫＴＰなどの非線形結晶でなる図示しない光学手段を通すことにより、ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）などの高調波とされ、かつ出力を高められて発振される。
なお、レーザ光ＬＡ１は、レーザモジュール５０からの射出の際にマスクを用いて、光ビームのビーム径をしぼるようにしてもよい。
【００２３】
上記レーザ光ＬＡ１が入射する光学走査部２２には、この実施形態によればレーザ光をＸＹ方向に走査するための２つのガルバノメータ型オプティカルスキャナ２３，２４（以下、「スキャナ」という）に入射させる。スキャナ２３，２４はＸ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ駆動される２つのガルバノミラー２３ａ，２４ａを備えている。
これにより、反射光ＬＡ２を設定範囲のＸＹ方向に対応して光軸を傾斜させて出射することができる。この場合、従来のようにＸ−Ｙステージを移動させる走査方式に比べて、走査スピードが速く、高精度で、しかもコンパクトに形成できる。
【００２４】
光学走査部２２から出射された反射光ＬＡ２（ガルバノミラーで反射されたレーザ光であって、所定の光軸倒れがある光ビーム）は、鏡筒２５に導かれ、集光レンズ２６に入射する。ここで、鏡筒２５は、気密のチャンバー３１内に開口しており、例えば、シール部５４により気密に接続されることにより、一体的に形成されている。ここで、「気密」とは鏡筒およびチャンバーの外部の大気と隔離されていることを言い、真空に限らない。
チャンバー３１には、基台３３に収容した真空ポンプ３２が接続されており、該真空ポンプ３２によりチャンバー３１内は真空引きされるようになっている。
なお、この実施形態とは異なるが、チャンバー３１に所望のガスボンベ、例えば窒素ガスボンベなどを接続することにより、例えば、不活性ガス雰囲気下でレーザ加工を行うこともできる。
【００２５】
集光レンズ２６は、所謂ｆ−θレンズであり、好ましくは、凸レンズと凹レンズを組み合わせた形式のものが選定される。これにより、所定の偏向をもって入射する反射光ＬＡ２の入射角に応じた像高を持つようにし、面状に配置されたワークに対して等速度スキャンを行うことができるようになっている。集光レンズ２６は、シール部３８を設けることにより鏡筒２５内にシール状態で配置されている。これにより、少なくともチャンバー３１内と、鏡筒２５の集光レンズ２６の位置までは同一条件で気密が保たれるようになっている。
【００２６】
チャンバー３１内にはワーク載置台２７が配置され、その上にワーク３４としての例えば圧電デバイス４０（図２参照）が蓋体４６を除いた状態で、開口を上に向けて水平に配置されるようになっている。このワーク３４である圧電デバイス４０の圧電振動片４２に対しては、図２に示されているように、集光レンズ２６から射出されたレーザ光ＬＡ３が照射され、周波数調整がされるようになっている。
【００２７】
ここで、図２で説明したように、パッケージ４１の上部開口からレーザ光ＬＡ３を内部の圧電振動片４２に照射し、周波数調整用の電極４８の表面側（Ｆ１）の位置に集束させて、その部分の金属材料を一部蒸散させて、質量削減方式による周波数調整を行うと、飛散した金属が集光レンズ２６の射出側レンズ面に付着する場合がある。この付着金属の付着量が多いと、その分レーザ光ＬＡ３の出力が低下するので、周波数調整作業に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２８】
そこで、図１に示されているように、集光レンズ２６の光射出面側に極薄のフィルムを配置して、これを交換可能にし、集光レンズ２６が汚損しないようにすることができる。
具体的には、チャンバー３１の鏡筒２５に開口した箇所を塞ぐように、極薄のフィルム３６を設ける。この極薄のフィルム３６は、レーザ光を透過することができ、しかも可能な限りその厚みを薄くして、入射するレーザ光が屈折を生じないようにする。
【００２９】
好ましくは、極薄のフィルム３６は帯状として、その帯状の極薄のフィルム３６を送り出す送りローラ３５と、該極薄のフィルム３６の巻き取りローラ３７とを集光レンズ２６を挟む位置に配置する。
これにより、周波数調整作業により、フィルム面が汚れた場合には、送りローラ３４と巻き取りローラ３７とを矢印方向に回転させることにより、常に新しいフィルムが集光レンズ２６を覆うようにすることができる。
また、集光レンズの汚損防止策としては、上記極薄フィルムの他、極めて厚みを薄くしたカバーガラスなどを用いてもよい。
【００３０】
本実施形態は以上のように構成されており、レーザ加工装置２０は、レーザ光ＬＡ１をＸＹ方向にそれぞれ光学的に走査する光学走査部２２を有している。この場合、ワーク台２７ではなく、レーザ光自体を走査するようにしたので、大がかりな駆動手段を必要とせず、コンパクトに構成することができる。
この光学走査部２２から射出された反射光としてのレーザ光ＬＡ２はそのまま鏡筒２５に導かれ、該鏡筒２５には集光レンズ２６が配置されているので、該集光レンズ２６によりレーザ光はワーク３４に向けて集光される。この鏡筒２５は、チャンバー３１に一体的に接続されているから、図４で説明したチャンバー５を塞ぐガラス板８などは存在しない。これにより、光学走査部２２により所定角度を持って出射されるレーザ光ＬＡ２はそのまま集光レンズ２６に入射する。このため、従来のように、異なる媒質に対して、走査角度に応じて変化する入射角でレーザ光が入射して、その結果、複雑な屈折角度をもってワークに照射されるということがないから、レーザ光の照射位置を精度良くコントロールすることができる。
【００３１】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態の各構成はこれらを適宜省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、圧電デバイスに限らず、種々の電子部品や製品の加工を行うことができる。また、レーザ加工装置２０を利用することで、上述した周波数調整の他、材料の切断、穿孔、薄膜除去、マーキングなど種々の加工を行うことができる。
レーザモジュールにより生成するレーザ光は、ＹＡＧレーザ（ＹＶＯ４）に限らない。加工に必要とされるパワーを得られるものであれば、他の種類のレーザを用いてもよい。ワーク載置台２７上の走査エリアの範囲は、設定により種々変更することができる。レーザモジュールから光学走査部までは、石英ファイバなどを利用したグラスファイバーによりレーザ光を導くようにしてもよい。
光学的走査部を構成するガルバノメータは電動モータに限らず、圧電変換素子を用いて駆動するものを採用してもよい。
また、チャンバー３１内と、鏡筒２５の集光レンズ２６の位置までは同一条件で気密が保たれる構成であれば、鏡筒２５が複数部材で形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】図１のレーザ加工装置で加工されるワークの一例としての圧電デバイスの概略断面図。
【図３】図２の圧電デバイスの製造方法のフローチャート。
【図４】従来のレーザ加工装置の一例を示す構成図。
【図５】図４のレーザ加工装置の一部を変更した構成図。
【符号の説明】
【００３３】
２０・・・レーザ加工装置、２２・・・光学走査部、２５・・・鏡筒、２６・・・集光レンズ、２７・・・ワーク載置台、３１・・・チャンバー、３４・・・ワーク、５０・・・レーザモジュール
【図１】
2006272430.tif 000003
【図２】
2006272430.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006272430.tif 000006
【図５】
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