JPH0466290A

JPH0466290A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JPH0466290A
Application number: JP2175677A
Authority: JP
Inventors: Masato Uchihara; 正人内原; Masashi Takaso; 正志高祖
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1992-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は真空中でレーザーによる材料の加工を行う装
置に係り、より詳しくはウィンドウを通して導入するレ
ーザー光により被加工物を加工する際に、ウィンドウへ
の蒸着を防止し、レーザー加工を長時間安定して行うこ
とができるレーザー加工装置に関する。

従来の技術レーザー加工装置は、真空容器のウィンドウを通して導
入するレーザー光により該真空容器内の被加工物を加工
する装置であり、構造的には第４図にその概要を示すご
とく、真空容器（１）のレーザー光導入部（２）にウィ
ンドウ（３）を設け、集光しンズ（４）を通過したレー
ザー光（７）をウィンドウ（３）を通して真空容器（１
）内の被加工物（５）に照射する構造となしたもので、
図面では被加工物の蒸気を基板（６）に蒸着させる例を
示している。

しかし、この種のレーザー加工装置においては、真空容
器内の蒸気の一部がレージ−先導入部より流出してウィ
ンドウ（３）に蒸着し、レーザー光の透過率が低下する
ばかりでなく、ウィンドウの温度が上昇して破損に至る
という問題がある。また、そのために大出力のレーザー
を長時間にわたって。

照射させることができなかった。

かかる対策として従来、セラミックスをＣＯｔレーザー
によって蒸発させ、基板上に膜として堆積させるレーザ
ー加工装置において、レーザー光導入部にガスを導入し
てウィンドウへの蒸着を防止する方法が知られている。

発明が解決しようとする課題しかし、レーザー光導入部に単にガスを導入してウィン
ドウへの蒸着を防止する方法は、完全に蒸着を防止する
のに多量のガスを導入する必要があり、その結果真空容
器内の圧力が高くなり、高い真空度を得るためには大型
の真空ポンプが必要となり、経済性、能率面から必ずし
も有効な方法とは言い得ないものであった。

この発明はこのような現状よりみて、多量のガスを必要
とすることなく効果的にウィンドウへの蒸着を防止し、
長時間安定してレーザー光を照射できる高能率、高経済
性のレーザー加工装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段この発明は、真空容器のウィンドウを通して導入するレ
ーザー光により該真空容器内の被加工物を加工するレー
ザー加工装置において、被加工物の蒸気がウィンドウに
蒸着するのを防止する方法として、次に記載する手段を
こうじた。

■　真空容器のレーザー光導入部にガス導入差圧室を設
け、高周波電極により該差圧室内にプラズマを発生させ
る方法。

■　真空容器のレーザー光導入部に設けたガス導入差圧
室内にレーザー光反射ミラーを設ける方法。

■　高周波電極によりガス導入差圧室内にプラズマを発
生させる方法と、レーザー光反射ミラーを設ける方法を
併用した方法。

作　　　　用真空容器のレーザー光導入部にガス導入差圧室を設ける
ことによって、被加工物の蒸気が真空容器のレーザー光
導入孔よりウィンドウ側へ流入するのを防止することが
できる。

ガス導入差圧室部に設けた高周波電極により該差圧室内
にプラズマを発生させると、ウィンドウには負のバイア
スが生じ、プラズマ中のガスイオンは負のバイアスによ
って加速されてウィンドウに入射し、イオンのスパッタ
効果により、ウィンドウに蒸着した物質が除去される。

ここで、スパッタ効果について詳細に説明すると、負の
電位が印加されている基材がプラズマ中に存在する場合
、プラズマ中の正イオンが負の電界により加速されて基
材に入射する。この時、そのイオンの衝撃によって基材
の物質が放出される現象をスパッタ効果という。

また、ウィンドウに負゛の電位が印加される理由は、高
周波プラズマにさらされた絶縁物においては、ある周期
には電子電流が流れ込み、次の周期にはイオン電流が流
れ込む。しかし、電子とイオンの質量の違いによって、
電子の移動度の方ががなり大きいため、電子電流が流れ
込む半周期には大きな電流が流れ込み、イオン電流が流
れ込む半周期においては、比較的ｌトさな電流が流れ込
む。

よって、高周波プラズマ中の絶縁物は負に帯電す。

ることになる。

このように、レーザー光導入部にガスを導入し、外部か
らの高周波電界により当該部分にプラズマを発生させる
ことにより、ウィンドウに被加工物からの蒸気が蒸着し
ても前記スパッタ効果により蒸着した物質を除去するこ
とができるのである。

また、プラズマ生成のための圧力は、ｔｘｔｏ””Ｔ　
ｏｒｒ程度でよいことがら、ガス導入量を少なくするこ
とができ、真空容器内の圧力を低くすることが可能であ
る。

また、この発明において、ウィンドウを通過したレーザ
ー光をミラーに反射させて被加工物に照射するのは、ミ
ラーの方がウィンドウに比べ蒸着の影響を受ける程度が
少ないことによる。

すなわち、ウィンドウは温度の上昇により吸収率が増大
する特性を有するため、蒸着によりその部分の吸収率が
より大きくなり、ウィンドウ全体の破損につながる。し
かし、ミラーの場合はウィンドウと比較して、温度上昇
に対して破損の可能性が低く、またミラーは金属製であ
るため熱電導率が良好で、冷却水などよって冷却が可能
であるという特性を有する。したがって、被加工物から
の蒸気に直接さらされる部分にミラーを使用することに
よって、ウィンドウへの蒸着を低減することが可能とな
るのである。

なお、レーザー光の反射ミラーは、レーザー光により溶
融しない高融点で、しかもレーザー光を反射する金属で
あればよく、例えばＭｏ製またはＭｏ合金製を用いるこ
とができる。

また、ガス導入差圧室内にプラズマを発生させる高周波
電極としては、高周波コイルが好適である。

また、レーザー光反射ミラーとプラズマ発生手段を併用
することにより、ウィンドウへの蒸着をほぼ完全に防止
することができ、ウィンドーの耐久性を大幅に向上させ
ることができる結果、大出力レーザー光を長時間安定し
て照射できる。

実　　施　　例実施例１第１図はレーザー光導入部にプラズマ発生用高周波コイ
ルを設けたレーザー加工装置を示す概略縦断面図で、（
１１）は真空容器、（１２）はガス導入差圧室、（１３
）はウィンドウ、（１４）は集光レンズ、（１５）は被
加工物、（１６）は基板、（１７）はガス導入管、（１
８）は高周波コイル（電極）をそれぞれ示す。

すなわち、集光レンズ（１４）を通過したレーザー光（
１９）はウィンドウ（１３）を通して差圧室（１２）内
を通過して真空容器（１１）内に導入し、被加工物（１
５）を照射し蒸発させて基板（１６）に蒸着させるが、
被加工物（１５）からの蒸気がガス導入差圧室（１２）
内に流入しウィンドウ（１３）に蒸着しても、高周波コ
イル（１８）に通電して該差圧室内にプラズマを発生さ
せることにより、スパッタ効果でウィンドウ（３）に蒸
着した物質が除去される。このとき、ガス導入差圧室（
１２）内には、ガス導入管（１７）よりＡｒガス等の不
活性ガスが導入されてｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒ程度の真空
度に保持されている。一方、真空容器（１１）内は５Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持されている。

上記装置におけるウィンドウの耐久性を調べるため、第
１表に示す条件でレーザー加工を実施した。その結果、
第４図に示す従来の装置ではウィンドウが約６時間で破
損したのに対し、この発明装置では約８７時間と大幅に
伸び、約１４倍の耐久性を示した。

以下余白第１表　レーザー加工条件実施例２第２図はレーザー光導入部にレーザー光反射ミラーを設
けたレーザー加工装置を示す概略縦断面図で、（２０）
はガス導入差圧室、（２１）は反射ミラーである。

すなわち、集光レンズ（１４）を通過したレーザー光（
１９）はウィンドウ（１３）を通して差圧室（２０）に
入射し、反射ミラー（２１）により反射して真空容器（
１１）内に導入し、被加工物（１５）を照射し蒸発させ
る。この時、被加工物（１５）からの蒸気が差圧室（２
０）内に流入した場合、該蒸気はウィンドウ（１３）に
至るまでにその大半が反射ミラー（２１）に蒸着する。

なお、差圧室（２０）内は、ガス導入管（１７）よりＡ
ｒガス等が導入されて所定の真空度に保持されている。

上記装置におけるウィンドウの耐久性を調べるため、反
射ミラーにＭＯ製ミラーを使用し前記第１表に示す条件
でレーザー加工を実施した結果、ウィンドウの破損まで
の時間は約１９０時間で、この場合も従来の約３０倍の
耐久性を示した。

実施例３第３図はレーザー光導入部に高周波コイルと反射ミラー
を設けたレーザー加工装置を示す概略縦断面図で、（１
８）は差圧室（２０）内にプラズマを発生させるための
高周波コイルである。

すなわち、この装置の場合は、差圧室（２０）内に流入
した蒸気の大半は反射ミラー（２１）に蒸着するので、
ウィンドウ（１３）に蒸着する量は大幅に少なくなるが
、差圧室（２０）内にガス導入管（１７）よりＡｒガス
等を導入し、高周波コイル（１８）に通電して該差圧室
（２０）内にプラズマを発生させることによって、スパ
ッタ効果によりウィンドウ（１３）に蒸着した物質を除
去することができる。したがって、反射ミラー（２１）
と高周波コイル（１８）を併用した場合は、ウィンドウ
（１３）の蒸着をほぼ完全に防止することができる。

上記装置におけるウィンドウの耐久性を調べるため、前
記と同じＭｏ製反射ミラーを用い、前記第１表に示す条
件でレーザー加工を実施した結果、５００時間以上の耐
久性を示した。

なおここでは、基板（１６）上に蒸着する場合を例示し
たが、基板がない場合、すなわち被加工物（１５）のみ
によって加工される場合にも適用できることはいうまで
もない。また、ガス導入差圧室（２０）内にプラズマを
発生させる電極につし）ては、ガス導入差圧室内の内側
、外側のいずれか一方、または内外両側に設けることが
できる。

発明の詳細な説明したごとく、この発明はウィンドウへの蒸着を防
止する手段として、レーザー光導入部のガス導入差圧室
内に高周波電極にてプラズマを発生させる方法、ガス導
入差圧室内に設けたミラーにレーザー光を反射させて入
射させる方法、上記２つの方法を併用する方法を用いた
ことにより、ウィンドウへの蒸着を防止することができ
る結果、ウィンドーの耐久性が大幅に向上し大出力レー
ザー光を長時間安定して照射できるという、優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の実施例装置を示す概略縦断
面図で、第１図はレーザー光導入部にプラズマ発生用高
周波コイルを設けたレーザー加工装置、第２図は同じく
レーザー光導入部にレーザー光反射ミラーを設けたレー
ザー加工装置、第３図は同じくレーザー光導入部にプラ
ズマ発生用高周波コイルと反射ミラーを設けたレーザー
加工装置をそれぞれ示す。第４図はこの発明の対象とする従来のレーザー加工装置
の一例を示す概略縦断面図である。１１・・・真空容器　　　１２．２０・・・ガス導入差
圧室１３・・・ウィンドウ　　　　１４・・・集光レン
ズ１５・・・被加工物　　　　　１６・・・基板１７・
・・ガス導入管　　　　１８・・・高周波コイル１９・
・・レーザー光　　　　２１・・・反射ミラー第１図

Claims

【特許請求の範囲】１真空容器のウィンドウを通して導入するレーザー光によ
り該真空容器内の被加工物を加工するレーザー加工装置
において、真空容器のレーザー光導入部にガス導入差圧
室を設け、高周波により前記ガス導入差圧室内にプラズ
マを発生させる電極を設けたことを特徴とするレーザー
加工装置。２真空容器のウィンドウを通して導入するレーザー光によ
り該真空容器内の被加工物を加工するレーザー加工装置
において、真空容器のレーザー光導入部にガス導入差圧
室を設け、該差圧室内にレーザー光反射ミラーを設けた
ことを特徴とするレーザー加工装置。３真空容器のウィンドウを通して導入するレーザー光によ
り該真空容器内の被加工物を加工するレーザー加工装置
において、真空容器のレーザー光導入部にガス導入差圧
室を設け、該差圧室内にレーザー光反射ミラーを設ける
とともに、高周波により前記差圧室内にプラズマを発生
させる電極を設けたことを特徴とするレーザー加工装置
。