(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を走査させる走査手段と、被加工物を支持する支持台とからなり、前記レーザ光により前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、
前記支持台は、前記被加工物に加工するパターンと同一形状の溝部を有する被加工物冷却手段からなり、前記被加工物冷却手段の前記溝部の幅が、前記被加工物上に集光した前記レーザ光の照射スポット径と同じかまたは小さい幅であることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＩＣ等の電子部品、液晶またはＰＤＰのガラス基板等の工業製品へ成膜された薄膜材料の加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ加工装置は図８あるいは図９のように構成していた。図８に示すレーザ加工装置において、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から出射されたレーザ光、３１はレーザ光２を走査させるガルバノ式スキャナ、３２は光学レンズある。４は、ガラス基板４２上に薄膜４１が形成された被加工物を示している。５は被加工物４を支持している支持台である。
【０００３】
動作について説明する。レーザ光源１から出射したレーザ光２は、光学レンズ３２により薄膜４１上に集光される。レーザ光２により、照射された部分の薄膜４１は物理変化、例えば溶融、気化、消失、発泡、隆起、変色、脱色等を起こして除去される。この状態でガルバノ式スキャナ３１によって、レーザ光２の照射位置を走査させることにより、薄膜４１には加工溝１０が形成される。
【０００４】
また、図９に示すレーザ加工装置において、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から出射されたレーザ光、３は集光手段、４は被加工物で基板４２上に薄膜４１が形成されている。５２はＸ−Ｙステージ等からなる走査手段である。
【０００５】
レーザ光源１から出射したレーザ光２は、集光手段３により被加工物状の薄膜４１上に集光される。レーザ光２により、薄膜４１は物理変化例えば、表面あるいは表面層の剥離、溶融、気化、消失、発泡、隆起、変色、脱色等を起こす。この状態で走査手段５２によって、レーザ光２の集光位置を走査させることにより、薄膜４１には加工溝１０が形成される。
【０００６】
特に、薄膜４１がダイヤモンド状炭素膜である場合について以下に述べる。ダイヤモンド状炭素膜は、耐摩耗性があること、平坦な表面が得られること、各種の金属等と静止摩擦係数、動摩擦係数が小さいこと等から、各種材料の保護や摩擦防止のための被覆膜として注目されている。また、化学的に不活性であることから、通常金属を腐敗してしまうような雰囲気の中での治工具の使用を可能にしている。さらに、良好な絶縁特性が得られることが知られているが、近年これに導電性を持たせる試みが行われている。
【０００７】
ところで、これらの応用分野において、成膜されたダイヤモンド状炭素膜を除去する必要が生じる場合がある。例えば、治工具などの機械部品に位置決めや位置だし、あるいは部材の識別用のためにマーカを設けたり、ダイヤモンド状炭素膜の絶縁性、もしくは導電性を利用した回路等を形成する場合には、所定のパターンに加工する必要がある。そこで、従来ダイヤモンド状炭素薄膜を加工する装置として、特開平１１−２７８９９０号公報の装置があった。この装置においてレーザ光源として波長１０μｍ以下のものを使用している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のレーザ加工装置を用いると、レーザ光により被加工物に発生した熱が照射部周辺へ広がることにより、照射部周辺も物理変化を起こし、形成される加工溝がレーザの照射スポット径より大きくなることがあった。したがって、被加工物に形成するパターンの微細化がおこなえないという問題や、加工溝の幅がレーザ出力、被加工物の材質、厚さ、周囲温度等に影響され、均一幅で加工溝を形成することは難しいという問題があった。
【０００９】
また、レーザ光により被加工物に発生した熱が照射部周辺へ広がらない場合でも、レーザの照射スポット径より小さな幅の加工溝は形成できないという、加工精度上に問題があった。
【００１０】
さらに、レーザ光の走査手段として、ガルバノ式スキャナを使用した場合、光学系の収差のために、図１０のようにスキャニングエリア中心部の照射スポット径９１より周辺部の照射スポット径９２、９３が大きくなってしまう。したがって、スキャニングエリア中心部より周辺部の加工溝の幅が広くなってしまうという、加工精度上に問題点があった。
【００１１】
【００１２】
そこで、本発明は、レーザ加工する被加工物に均一幅の溝あるいはレーザ光の照射スポット径より小さい溝を形成することができるレーザ加工装置である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため第１のレーザ加工装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザ光を走査させる走査手段と、被加工物を載置する支持台とからなり、前記レーザ光により前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、前記支持台は、前記被加工物に加工するパターンと同一形状の溝部を有する被加工物冷却手段からなり、前記被加工物冷却手段の前記溝部の幅が、前記被加工物上に集光した前記レーザ光の照射スポット径と同じかまたは小さい幅であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、レーザ照射部周辺に広がった熱を被加工物冷却手段で冷却することができるので、被加工物冷却手段の溝部の幅に応じて均一な幅で加工溝が形成できる。
【００１６】
上記構成により、レーザの照射スポット径と同じかまたは小さい幅の加工溝が形成できる。また、被加工物に形成される加工溝幅は被加工物冷却手段の溝部の幅によって決定するので、レーザ光の走査手段として、ガルバノ式スキャナを使用した場合でも、スキャニングエリア全域において均一な幅で加工溝が形成できる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する被加工物冷却手段としては、熱抵抗の低いアルミ、銅、鉄等の金属材料に、機械加工またはエッチング等によりパターン加工したもので構成することができる。
【００２５】
【実施例】
第１の実施例
本発明の第１の実施例の薄膜加工装置を図１に基づいて説明する。図１において、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から出射されたレーザ光、３１はレーザ光２を走査させる走査手段であるガルバノ式スキャナ、３２は集光手段である集光レンズ、４は被加工物でガラス基板４２上に薄膜４１が形成されている。５１は被加工物冷却手段であり、図２に示すように薄膜４１に加工するパターンと同一形状で、かつレーザ光２の照射スポット径と同一幅の溝部１１をもつ。図１のように、被加工物４が、ガラス基板４２上に形成された薄膜４１からなる場合は、ガラス基板側からレーザ光照射するように設置すると、薄膜４１側に被加工物冷却手段５１を接触させることができる。
【００２６】
レーザ光源１としては、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザ、若しくはエキシマレーザ等の気体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４、ＹＬＦレーザ、ガラスレーザ、ファイバレーザ等の固体レーザ、色素レーザの液体レーザ、非線形光学結晶と組み合わせることによって高調波成分の波長のレーザビームを発する高調波レーザ光源を用いることができる。また、レーザ光２は、光ファイバ等で導光させてもよい。走査手段としてＸ−Ｙステージを用いることもできるが、走査速度の点でガルバノ式スキャナを用いることが好ましい。
被加工物４としては、ガラス基板のない被加工物４にも適用できる。ただし、以下で説明するようにレーザ光２の照射により被加工物４に発生した熱を被加工物冷却手段５１で冷却するためには、薄い被加工物において本発明の効果が期待できる。したがって、特に効果が確認されたガラス基板上に形成した薄膜を例に説明する。
【００２７】
動作を説明する。レーザ光源１から出射したレーザ光２は、集光レンズ３２により被加工物状の薄膜４１上に集光される。レーザ光２により、薄膜４１は物理変化（溶融、気化、消失）を起こす。この状態でガルバノ式スキャナ３１によって、レーザ光２の集光位置を走査させることにより、薄膜４１には加工溝１０が形成される。
【００２８】
この加工溝１０の形成プロセスを図を用いて説明する。図３は従来のレーザ加工装置、図４は本実施例の装置における加工溝１０の形成プロセスである。従来のレーザ加工装置を用いると、被加工物の種類によって図３のようにレーザ光２により被加工物に発生した熱８１が照射部周辺へ拡散熱８２として広がる。この拡散熱８２によって、照射部周辺も物理変化を起こし、形成される加工溝１０がレーザ光２の照射スポット径より大きくなることがあった。一方、本実施例の装置を用いると、図４のようにレーザ照射部周辺へ広がった拡散熱８２は被加工物冷却手段５１へと流れ込み、レーザ照射部周辺の薄膜４１は冷却され、物理変化を起こす温度に到らない。したがって、本実施例の装置を用いると、薄膜４１上に形成された加工溝１０がレーザ光２の照射スポット径より大きくなることはない。
【００２９】
レーザ光源１として半導体レーザを用いて、ガラス基板上に形成したダイヤモンド状炭素薄膜に対する加工試験をおこなった。レーザの照射スポット径が、５０μｍとなるように、集光手段を構成した。被加工物冷却手段には、幅５０μｍの溝部を形成した。被加工物冷却手段５１を用いない従来の構成で試験を行ったところ、加工溝の幅は５０〜６５μｍまでバラついた。つぎに、被加工物冷却手段５１を用いて試験を行ったところ、５０〜５２μｍの均一な幅で加工溝を形成できた。
【００３０】
第２の実施例
本発明の第２の実施例の薄膜加工装置を説明する。第２の実施例の装置が、第１の実施例と異なる点は、被加工物冷却手段５１の溝部１１の幅をレーザの集光径より小さくした点である。第２の実施例における薄膜４１上の加工溝１０の形成プロセスを図を用いて説明する。図５は従来のレーザ加工装置、図６は本実施例の装置における加工溝１０の形成プロセスである。従来の装置では、図５のようにレーザ光２により薄膜に発生した熱８１が、レーザ照射部以外の薄膜に広がらない被加工物であっても、レーザの照射スポット径より小さな加工溝は形成できないという問題があった。一方、本実施例の装置を用いると、図６のようにレーザ照射部に発生した熱８１の内、被加工物冷却手段５１に接触した部分の熱８３は、被加工物冷却手段５１へと流れ込み、その部分の薄膜は物理変化を起こす温度に到らない。したがって、レーザの照射スポット径より小さな幅の加工溝を形成することができる。
【００３１】
このことを利用して、被加工物冷却手段５１の溝部１１をスキャニングエリア中心部の照射スポット径より小さく設定すると、ガルバノ式スキャナ使用時の図９のような照射スポット径の不均一性に影響されず、スキャニングエリア全域において均一な幅で被加工物４に加工溝１０が形成できる。
【００３２】
レーザ光源１として半導体レーザを用いて、ガラス基板上に形成したダイヤモンド状炭素薄膜に対する加工試験をおこなった。レーザの照射スポット径が、５０μｍとなるように、集光手段を構成した。被加工物冷却手段には、幅３０μｍの溝部からなる図７のようなパターンを形成した。被加工物冷却手段５１を用いない従来の構成で試験を行ったところ、加工溝の幅はエリア中心部で５０μｍ、エリア周辺部で５５μｍあった。つぎに、被加工物冷却手段５１を用いて試験を行ったところ、エリア全域にわたって３０μｍの均一な幅で加工溝を形成できた。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のレーザ加工装置によれば、レーザ照射部周辺に広がった熱を被加工物冷却手段で冷却することができるので、被加工物冷却手段の溝部の幅に応じて均一な幅で加工溝が形成できる。
【００４９】
また、本発明のレーザ加工装置によれば、前記被加工物冷却手段の前記溝部の幅が、前記被加工物上に集光した前記レーザ光の照射スポット径より小さくしたことにより、上記構成により、レーザの照射スポット径より小さな幅の加工溝が形成できる。また、被加工物に形成される加工溝幅は被加工物冷却手段の溝部の幅によって決定するので、レーザ光の走査手段として、ガルバノ式スキャナを使用した場合でも、スキャニングエリア全域において均一な幅で加工溝が形成できる。
【００５０】
【００５１】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例のレーザ加工装置の構成を示す概略構成図
【図２】  本発明の第１の実施例の被加工物冷却手段を示す概略構成図
【図３】  従来のレーザ加工装置における加工溝の形成プロセスを示す概略構成図
【図４】  本発明の第１の実施例のレーザ加工装置における加工溝の形成プロセスを示す概略構成図
【図５】  従来のレーザ加工装置における加工溝の形成プロセスを示す概略構成図
【図６】  本発明の第２の実施例のレーザ加工装置における加工溝の形成プロセスを示す概略構成図
【図７】  本発明の第２の実施例の被加工物冷却手段の上面模式図
【図８】  従来のレーザ加工装置の概略構成図
【図９】  従来の薄膜加工装置の構成を示す概略構成図
【図１０】  ガルバノ式スキャン使用時のレーザ照射スポット径の変化を示す模式図
【符号の説明】
１：レーザ光源
２：レーザ光
３１：ガルバノ式スキャナ
３２：集光レンズ
４：被加工物
４１：薄膜
４２：ガラス基板
５：支持台
５１：被加工物冷却手段
８１：レーザ照射部の熱
８２：レーザ照射部周辺の熱
８３：レーザ照射部の熱の内、被加工物冷却手段で冷却された部分
９１：スキャニングエリア中心部のレーザ光の照射スポット
９２：スキャニングエリア周辺部のレーザ光の照射スポット
９３：スキャニングエリア周辺部のレーザ光の照射スポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004324340.tif 000010
【図１０】
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