发明名称 雷射加工方法及加工装置
摘要 以具有贯通孔之遮罩进行整形雷射光束剖面,俾使该遮罩的贯通孔在加工对象物表面上成像,由透镜予以聚光通过该贯通孔之雷射光束并使其射入于该加工对象物表面上。且藉雷射光束之射入位置在上述加工对象物表面上移动,令通过上述透镜之雷射光束进行扫描同时,在雷射光束扫描中亦使上述贯通孔在加工对象物表面上成像而加工该加工对象物。于是,能以良好之时间效率进行优质的雷射加工。
申请公布号 TWI221102 申请公布日期 2004.09.21
申请号 TW092123789 申请日期 2003.08.28
申请人 住友重机械工业股份有限公司 发明人 滨田史郎;山本次郎;山口友之
分类号 B23K26/00 主分类号 B23K26/00
代理机构 代理人 林志刚 台北市中山区南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种雷射加工方法,系具有:(a)以具贯通孔之遮罩整形射束剖面,俾使该遮罩的贯通孔成像于加工对象物表面上,由透镜将通过该贯通孔之雷射光束予以聚光并射入于该加工对象物表面上的工程;与(b)藉雷射光束之射入位置在上述加工对象物表面上移动,令通过上述透镜之雷射光束进行扫描同时,在雷射光束扫描中亦使上述贯通孔在加工对象物表面上成像而加工该加工对象物的工程。2.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,上述工程(a)系将上述遮罩与上述透镜间之光路径长度,及上述透镜至上述加工对象物表面之光路径长度保持于一定的状态,促使雷射光束进行扫描。3.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,上述工程(b)系含有促使上述透镜沿与通过该透镜之雷射光束进行方向呈平行之方向予以变位,以及促使上述掩膜沿与通过该遮罩之雷射光束进行方向呈平行之方向予以变位的工程。4.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,上述工程(a)系将通过上述贯通孔之雷射光束射入于上述加工对象物表面,俾使上述加工对象物表面上之光束点呈具有一对平行侧边的形状,上述工程(b)乃使上述光束点沿与上述一对平行侧边呈平行之方向予以移动,而令雷射光束进行扫描。5.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,射入于上述加工对象物表面上之雷射光束在上述加工对象物表面上的强度分布,系为光束点周边部之强度比中央部之强度为大的分布。6.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,射入于上述加工对象物表面上之雷射光束系为脉冲雷射光束,而上述工程(b)含有对于上述加工对象物表面上之射入角变大时,可促使上述雷射光束之脉冲能量变大地将脉冲能量予以变化之工程。7.如申请专利范围第1项记载之雷射加工方法,其中,上述工程(b)在扫描上述加工对象物表面上之雷射光束对于上述加工对象物表面上之射入角变动时,系将上述遮罩及上述透镜予以变位,促使上述加工对象物表面之雷射光束的光束点面积变动趋小。8.一种雷射加工方法,系具有:(c)将透镜所聚光之雷射光束予以射入于加工对象物表面之工程;与(d)使雷射光束射入位置移动于上述加工对象物表面上而加工该加工对象物之工程,亦是避免该雷射光束之自上述透镜至上述加工对象物表面的光路径长度发生变化地实行该雷射光束扫描之工程。9.如申请专利范围第8项记载之雷射加工方法,其中,上述工程(d)系含有避免该雷射光束之自上述透镜至上述加工对象物表面的光路径长度发生变化,而促使上述透镜沿通过该透镜之雷射光束进行方向予以变位之工程。10.如申请专利范围第8项记载之雷射加工方法,其中,射入于上述透镜之雷射光束系为被准直的射束,而上述透镜至上述加工对象物表面之光路径长度是相同于上述透镜之焦距。11.一种雷射加工装置,系含有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持台;与具有可整形上述雷射光源所射出雷射光束剖面之贯通孔的遮罩;与将被上述遮罩整形剖面之雷射光束加以聚光藉该遮罩之贯通孔成像于上述保持台所保持的加工对象物表面之聚光镜;与接受外部之控制,促使上述聚光镜所聚光之雷射光束在上述加工对象物表面上至少沿一维方向进行扫描之射束扫描器;与接受外部之控制,促使上述遮罩及上述聚光镜移动之移动机构;与促使上述射束扫描器之扫描,及上述移动机构所致的上述遮罩和上述聚光镜之移动同步进行的控制装置。12.如申请专利范围第11项记载之雷射加工装置,其中,上述移动机构系将上述遮罩及上述聚光镜间之光路径长度保持于一定同时,避免上述射束扫描器所扫描雷射光束之自上述聚光镜至上述加工面的光路径长度变化地,促使上述聚光镜移动于通过该聚光镜之雷射光束的进行方向,及促使上述遮罩移动于通过该遮罩之雷射光束的进行方向。13.如申请专利范围第11项记载之雷射加工装置,其中,上述移动机构系为扫描上述加工对象物表面上之雷射光束对于上述加工面之射入角变动时,促使该加工对象物表面上之上述贯通孔的像面积变动趋小,而移动上述遮罩及上述聚光镜之移动机构。14.如申请专利范围第11项记载之雷射加工装置,其中,更具有能调节上述雷射光源所射出雷射光束之脉冲能量的可调式衰减器、亦即雷射光束以较大射入角射入于上述加工对象物表面时,将脉冲能量之衰减率予以趋小的可调式衰减器。15.如申请专利范围第11项记载之雷射加工装置,其中,更具有上述雷射光源射出脉冲雷射光束时,可将上述脉冲雷射光束之射束剖面的脉冲能量密度设成中央部比周边部为大之脉冲能量密度变换装置。16.如申请专利范围第11项记载之雷射加工装置,其中,上述遮罩之贯通孔系呈具有一对平行边的形状。17.如申请专利范围第16项记载之雷射加工装置,其中,上述射束扫描器系含有上述保持台所保持加工对象物表面上被划定互相正交之X方向及Y方向时,可使上述聚光镜所聚光雷射光束在上述加工对象物表面上沿X方向扫描之X方向扫描器与沿Y方向扫描之Y方向扫描器,而上述聚光镜促使上述加工对象物表面上之上述贯通孔像的一对平行边与X方向呈平行地予以成像。18.一种雷射加工方法,系具有:(e)将雷射光束以透镜予以聚光,射入于加工对象物表面之工程;与(f)当上述加工对象物之雷射光束射入位置移动时,促使上述透镜移动以抑制射入位置移动所起因的上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度之变动同时,将雷射光束射入位置在上述加工对象物表面内予以移动之工程。19.如申请专利范围第18项记载之雷射加工方法,其中,系在上述工程(f),欲抑制上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度增加时,即移动上述透镜促使雷射光束之焦点位置远离射入位置,欲抑制上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度减少时,则移动上述透镜促使雷射光束之焦点位置接近射入位置。20.一种雷射加工方法,系具有:将雷射光束以透镜予以聚光,射入于加工对象物表面之工程;与当上述加工对象物之雷射光束射入位置移动时,促使上述透镜移动以抑制射入位置移动所起因的上述加工对象物表面之光束点面积的变动同时,将雷射光束射入位置在上述加工对象物表面内予以移动之工程。21.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与可将上述雷射光源所射出雷射光束予以聚光之透镜;与可使上述透镜所射出雷射光束之进行方向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,而使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内予以移动的射束扫描器;与接受外部之控制信号,促使上述透镜移动之移动机构;与当上述射束扫描器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述移动机构俾使上述透镜位置移动,以抑制加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度变化之控制装置。22.如申请专利范围第21项记载之雷射加工装置,其中,上述控制装置在抑制上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度增加时,系控制上述移动机构予以移动上述透镜促使雷射光束之焦点位置远离射入位置,而在抑制上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度减少时,乃控制上述移动机构予以移动上述透镜促使雷射光束之焦点位置接近射入位置。23.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与可将上述雷射光源所射出雷射光束予以聚光之透镜;与可使上述透镜所射出雷射光束之进行方向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,而使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内予以移动的射束扫描器;与接受外部之控制信号,促使上述透镜移动之移动机构;与当上述射束扫描器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述移动机构俾使上述透镜位置移动,以抑制加工对象物表面之光束点面积变动的控制装置。24.一种雷射加工方法,系具有:(g)将雷射光束以透镜予以聚光,射入于加工对象物表面之工程;与(h)当上述加工对象物之雷射光束射入位置移动时,利用可变减衰器调节雷射光束之功率,以抑制射入位置移动所起因的上述加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度之变动同时,将雷射光束射入位置在上述加工对象物表面内予以移动之工程。25.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与可将上述雷射光源所射出雷射光束予以聚光之透镜;与可使上述透镜所射出雷射光束之进行方向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,而使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内予以移动的射束扫描器;与接受外部之控制信号,以可变之减衰率衰减雷射光束的功率之可变减衰器;与当上述可变减衰器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述可变减衰器调节雷射光束的功率,以抑制加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度变化之控制装置。26.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与可将上述雷射光源所射出雷射光束予以收歛或扩散之第一透镜;与可使通过上述第一透镜之雷射光束射入,将所射入雷射光束予以聚光的第二透镜;与可使上述第二透镜所射出雷射光束之进行方向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,且使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内移动的射束扫描器;与接受外部之控制信号,促使上述第一透镜移动之移动机构;与当上述射束扫描器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述移动机构俾使上述第一透镜位置移动,以抑制加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度变化之控制装置;而将对于射入上述第二透镜之雷射光束的该第二透镜之数値口径设为NA1、将对于通过上述第二透镜之雷射光束的该第二透镜之数値口径设为NA2时,NA1/NA2是2以上者。27.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与具有上述雷射光源所射出雷射光束射入之贯通孔,且接受外部之控制信号,可改变通过贯通孔之雷射光束的剖面一方向长度之射束剖面整形器;与可将上述射束剖面整形器所射出雷射光束予以聚光之透镜;与可使上述透镜所射出雷射光束之进行力向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,且使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内移动的射束扫描器;与当上述射束扫描器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述射束剖面整形器,由该射束剖面整形器抑制加工对象物表面之光束点形状变动的控制装置。28.如申请专利范围第27项记载之雷射加工装置,其中,上述射束剖面整形器在整形雷射光束剖面呈一方向较长形状时,系促使上述贯通孔自垂直于雷射光束进行方向之面予以倾斜。29.如申请专利范围第28项记载之雷射加工装置,其中,上述射束剖面整形器系能使上述贯通孔旋转于与雷射光束进行方向呈平行之轴周围。30.一种雷射加工装置,系具有:可射出雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与可将上述雷射光源所射出雷射光束予以聚光之透镜;与可使上述透镜所射出雷射光束之进行方向摇摆,令雷射光束射入于上述保持机构所保持的加工对象物表面,且使雷射光束之射入位置在加工对象物表面内移动的射束扫描器;与具有贯通孔,被配置于自上述射束扫描器所射出雷射光束射入于加工对象物为止之光路径中途,而使通过该贯通孔之雷射光束射入于加工对象物的近接遮罩。31.如申请专利范围第30项记载之雷射加工装置,其中,更具有:接受外部之控制信号,促使上述透镜移动之移动机构;与当上述射束扫描器促使雷射光束之射入位置在加工对象物表面移动时,可控制上述移动机构俾使上述透镜位置移动,以抑制加工对象物表面之雷射光束的脉冲能量密度或功率密度变化之控制装置。32.一种雷射加工方法,系具有:调整雷射光源所射出雷射光束之扩散角的工程;与平行于加工对象物表面被配置于自该表面仅离间所定距离之位置,且将被调整为具上述所定扩散角之雷射光束的进行方向予以摇摆同时,将该雷射光束照射于其有贯通孔之近接遮罩,令通过该贯通孔之雷射光束射入于该加工对象物表面,而将该贯通孔之形状转印于该加工对象物表面的工程;与将上述所定扩散角及上述所定距离之至少一方,依据该贯通孔之形状被转印于该加工对象物表面的精度、及雷射光束之扩散角、以及关于上述近接遮罩和上述加工对象物表面间之距离所预先求取的关系加以设定之工程。33.一种雷射加工装置,系具有:可射出连续波雷射光束之雷射光源;与保持加工对象物之保持机构;与被射入上述雷射光源所射出雷射光束,且依据外部所付予契机信号,可将所射入雷射光束切换为予以射出第一方向之状态及不予射出第一方向之状态的光学系统;与具有矩形贯通孔,使自上述光学系统以第一方向射出之雷射光束射入于该贯通孔,以整形雷射光束剖面之遮罩;与将上述遮罩射出之雷射光束予以聚光,使上述遮罩之矩形贯通孔在上述保持机构所保持加工对象物表面成像的透镜;与依据外部所付予控制信号将上述保持机构予以移动,可使上述透镜所射出雷射光束之射入于加工对象物的位置在加工对象物表面内予以移动之移动机构;与依据外部所付予控制信号,令上述遮罩旋转于和通过该遮罩之贯通孔的雷射光束光轴呈平行之轴周围的遮罩旋转机构;与对上述光学系统送出上述契机信号,以控制上述移动机构,促使上述移动机构将雷射光束之对加工对象物的射入位置移动于第二方向,且控制上述遮罩旋转机构,在上述移动机构将加工对象物表面上之雷射光束射入位置移动于该第二方向前,令该遮罩旋转机构俾使上述矩形贯通孔之在加工对象物表面的像某一边平行于该第二方向之控制装置。34.一种雷射加工方法,系具有:(i)将雷射光源所射出连续波雷射光束射入于可将所射入雷射光束切换为自第一方向予以射出之状态及自第一方向不予射出之状态的光学系统之工程;与(j)将自上述光学系统向第一方向射出之雷射光束射入于具矩形贯通孔的遮罩加以整形,并以透镜聚光,而使上述贯通孔之像在加工对象物表面成像的工程;与(k)令上述贯通孔之像在上述加工对象物表面上沿该像某一边之平行方向移动的工程;而欲在加工对象物表面形成点状之离散性图形时,即在上述工程(i),自上述光学系统向上述第一方向间歇性地射出雷射光束,欲在加工对象物表面形成线状图形时,即在上述工程(i),自上述光学系统向上述第一方向连续性地射出雷射光束。35.如申请专利范围第34项记载之雷射加工方法,其中,在上述工程(k)之后,更含有:(l)促使上述贯通孔之像可在上述加工对象物表面上旋转,而使遮罩沿平行于雷射光束进行方向之轴周围旋转的工程;与(m)将在上述工程(i)于加工对象物表面上予以旋转之上述贯通孔的像,沿平行与被旋转上述贯通孔之像某一边的方向予以移动的工程。36.一种雷射加工装置,系具有:可保持加工对象物之保持机构;与可射出脉冲雷射光束之第一雷射光源;与可射出连续波雷射光束之第二雷射光源;与将上述第一雷射光源射出之脉冲雷射光束及上述第二雷射光源射出之连续波雷射光束,以连续波雷射光束之光束点内部包含脉冲雷射光束之光束点地予以照射于上述保持机构所保持加工对象物表面的光学系统;与促使脉冲雷射光束及连续波雷射光束之光束点在上述保持机构所保持加工对象物表面上移动的移动机构。37.如申请专利范围第36项记载之雷射加工装置,其中,上述光学系统系将上述第一雷射光源射出之脉冲雷射光束或上述第二雷射光源射出之连续波雷射光束的至少一方光轴予以变化,而促使脉冲雷射光束与连续波雷射光束沿同一光轴进行,且将雷射光束照射于上述保持机构所保持加工对象物表面。38.一种雷射加工方法,系具有:(n)自第一雷射光源射出脉冲雷射光束,及自第二雷射光源射出连续波雷射光束之工程;与(o)对基底层及基底层表面上所形成具有以比基底层材质更不易照射雷射加工之材质予以形成的表层之加工对象物表面所划定被加工点,经照射自上述第二雷射光源射出之连续波雷射光束付与预热后,再对该被加工点照射自上述第一雷射光源射出之脉冲雷射光束,而在上述加工对象物表层形成孔穴之工程。39.如申请专利范围第38项记载之雷射加工方法,其中,在上述工程(o),上述第二雷射光源所射出之连续波雷射光束系对上述加工对象物赋予上述基底层温度停留于该基底层融点以下之预热者。40.如申请专利范围第38项记载之雷射加工方法,其中,在上述工程(o),系使连续波雷射光束之光束点内部包合脉冲雷射光束之光束点,且使上述某被加工点在上述加工对象物表面内,由连续波雷射光束之光束点外部向脉冲雷射光束照射位置予以移动,而令上述某被加工点通过连续波雷射光束之光束点内部后再到达脉冲雷射光束照射位置。41.如申请专利范围第40项记载之雷射加工方法,其中,在上述工程(o),系将上述加工对象物表面之连续波雷射光束之光束点设成圆形,且使脉冲雷射光束之光束点位于该圆形之中心。图式简单说明:图1为可实行本发明第一实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图。图2为可实行本发明第一实施例之雷射加工方法的雷射加工装置之雷射光束光路径概略显示图。图3A及图3B为由于雷射光束照射所加工之基板概略平面显示图。图4A为遮罩之贯通孔一例示图,图4B为图4A所示贯通孔在基板上成像时之基板所开凿的孔穴概略显示图。图5A为雷射光源所射出脉冲雷射光束剖面之每一脉冲能量密度的概略显示曲线图,图5B为由圆锥光学系统变换脉冲能量密度分布之脉冲雷射光束剖面的每一脉冲能量密度之概略显示曲线图,图5C为由具有图5B所示脉冲能量密度分布之脉冲雷射光束予以加工的孔穴概略剖面图。图6为可实行第一实施例之变形例的雷射加工方法之雷射加工装置概略图。图7为光路径调节机构概略显示图。图8A及图8B为搬运机构概略显示图。图9为习知雷射割片装置概略图。图10A及图10B为由习知雷射割片装置予以加工之基板概略平面图。图11为由习知雷射割片装置予以加工之基板概略剖面图。图12A为可实行第二实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图,图12B为可实行第二实施例之变形例的雷射加工方法之雷射加工装置概略图。图13为可实行本发明第二实施例之雷射加工方法的雷射加工装置之雷射光束光路径概略显示图。图14为可实行第二实施例之变形例的雷射加工方法之雷射加工装置的雷射光束光路径概略显示图。图15A为可实行第三实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图,图15B为一次聚光镜之其他构成例概略显示图。图16为二次聚光镜之构成例概略显示图。图17为可实行第四实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图。图18A为将被孔径倾斜机构加以旋转之孔径,自孔径倾斜机构之旋转轴方向观看的概略图,图18B为将被孔径倾斜机构加以旋转之孔径,自雷射光束之光轴方向观看的概略图,图18C为将由孔径倾斜机构及孔径旋转机构加以旋转之孔径,自雷射光束之光轴方向观看的概略图。图19为可实行第五实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图。图20为利用近接遮罩之雷射加工方法的有关转印精度模拟结果之被投影贯通孔像的基板平面显示图。图21为被以某转印精度实行加工时,可满足雷射光束扩散角与近接间隙之关系的概略曲线显示图。图22A为可实行第六实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图,图22B为基板之概略剖面图。图23为使用第六实施例之雷射加工方法进行雷射加工时的契机信号及雷射光束之时序图一例示。图24A为形成线之基板概略平面图。图24B为形成点之基板概略平面图。图25为保持遮罩之遮罩旋转机构概略显示图。图26为使用遮罩旋转机构以形成线之基板概略平面图。图27A为可实行第七实施例之雷射加工方法的雷射加工装置概略图,图27B为基板之概略剖面图。图28A、图28B及图28C为被加工点与光束点之位置关系说明用的基板平面图。图29为未使用遮罩旋转机构以形成线之基板概略平面图。
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