JPH08155670A - レーザ加工機とその加工方法 - Google Patents

レーザ加工機とその加工方法

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JPH08155670A
JPH08155670A JP6300769A JP30076994A JPH08155670A JP H08155670 A JPH08155670 A JP H08155670A JP 6300769 A JP6300769 A JP 6300769A JP 30076994 A JP30076994 A JP 30076994A JP H08155670 A JPH08155670 A JP H08155670A
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electric field
workpiece
laser beam
electrode
emitted
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JP6300769A
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Yoshitaka Goto
吉孝 後藤
Atsushi Oohara
淳士 大原
Masao Nagakubo
雅夫 永久保
Koji Idogaki
孝治 井戸垣
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】加工残渣を微細孔や微細溝から効率良く排出
し、より細く深い微細孔や微細溝を良好に加工すること
ができるレーザ加工機と加工方法を提供する。 【構成】真空槽1内の被加工物にパルス状のレーザ光を
照射して被加工物を加工するレーザ加工機である。基板
電極2と対向電極3が被加工物近傍に電界を発生させる
ために配設され、両電極に電界発生用電源装置11が接
続される。基板電極2又は対向電極3の電源線に設けら
れた電流検出器が検出する電流値により、レーザ光の照
射時に被加工物から放出される放出粒子の電荷量を検出
する。そして、電界発生用電源装置11は、検出された
放出粒子の電荷量の正負に応じて被加工物近傍に電界を
交番・発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空槽内の被加工物に
レーザ光を照射し、被加工物近傍に電界をかけながら、
微細孔や微細溝の加工を良好に行うレーザ加工機及びそ
の加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】被加工物にレーザ光を照射し、その照射
箇所を加熱、溶融、蒸発させて加工を行うレーザ加工が
広く実施されている。
【0003】しかし、例えば内径10μm以下の微細孔
や微細溝をレーザ光の照射により加工する場合、加工残
渣が微細孔や微細溝内に残留しやすく、細く深い微細孔
等は良好に穿設することができにくい問題があった。
【0004】このため、本発明者らは、特開平6−31
0473号公報により、レーザ光の入射方向に電界を印
加させることによって、被加工物を帯電させ、微細孔内
の加工残渣にクーロン力を生じさせて、微細孔から加工
残渣を排出させるレーザ加工装置を提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このレーザ加工装置
は、加工残渣を微細孔等からある程度効率良く排出する
ことができるものの、極めて細く深い微細孔等を加工す
る場合、残渣の排出が難しく加工限界が生じていた。こ
のため、さらなる研究実験を行った結果、電界の印加す
る方向は残渣の電荷を排出する方向と一致させる必要が
あるが、レーザ光の照射時、照射面の電荷が反転すると
考えられる現象が見られた。
【0006】即ち、上記公報で提案したレーザ加工機で
は、レーザ光の照射時に被加工物に生じる正電荷イオン
を加工孔から引き出すために、被加工物に対し対向電極
を負とする電界を発生させた。
【0007】しかし、実験の結果、パルス状のレーザ光
を被加工物に照射して微細孔を加工する場合、図2に示
すように、レーザ光の照射時、被照射面から先ず負電荷
の電子が放出され、その後、正電荷のイオンが放出され
ることが判明した。
【0008】このため、被加工物近傍に一定の電界を印
加した場合には、負電荷の電子、或は正電荷のイオンの
どちらかの電荷が放出されにくくなり、微細孔からの残
渣の放出が良好に行われにくく、加工可能な微細孔や微
細溝の径や深さには少なからず限界が生じていた。
【0009】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、加工残渣を微細孔や微細溝から効率良く排出し、よ
り細く深い微細孔や微細溝を良好に加工することができ
るレーザ加工機と加工方法を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレーザ加工機は、真空槽内の被加工物にパ
ルス状のレーザ光を照射して被加工物を加工するレーザ
加工機において、被加工物近傍に電界を発生させるため
に配設された電極と、電極に電界発生用の電源を供給す
る電源装置と、レーザ光の照射時に被加工物から放出さ
れる放出粒子の電荷量を検出する検出手段と、検出手段
により検出された放出粒子の電荷量の正負に応じて前記
電源装置を制御し被加工物近傍に電界を交番させて発生
させる電界制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0011】ここで、検出手段は、電極に流れる電流を
検出することにより電荷量を検出し、或は、被加工物の
上方に配置された電荷検出用部材に流れる電流を検出す
ることにより電荷量を検出することができる。
【0012】また、本発明のレーザ加工方法は、真空槽
内の被加工物にパルス状のレーザ光を照射して被加工物
を加工するレーザ加工方法において、被加工物近傍に電
界が印加され、レーザ光の照射によって被加工物から放
出される放出粒子の電荷量を検出し、放出粒子の電荷量
の正負に応じて電界を交番させることを特徴とする。
【0013】ここで、放出粒子の電荷量は、電界印加用
の電極に流れる電流により検出することができる。
【0014】
【作用・効果】このような構成のレーザ加工機及びレー
ザ加工方法では、パルス状のレーザ光を真空槽内の被加
工物に照射すると共に、被加工物近傍に電界を発生させ
る。このとき、レーザ光の照射によって被加工物から放
出される放出粒子の電荷量を検出し、電界は、放出粒子
の電荷量の正負に応じて交番するように発生させる。
【0015】つまり、例えば、被加工物から電子が放出
される間は電子が被加工物から引き出される方向に電界
を発生させ、正電荷イオンが放出される間は正電荷イオ
ンが引き出される方向に電界を発生させる。
【0016】このため、レーザ光の照射時、被加工物か
ら先ず負電荷の電子が放出され、その後、正電荷のイオ
ンが放出されるが、このように交番・発生する電界によ
って、電子及び正電荷イオンの粒子つまり加工残渣を外
側に引き出し、加工する微細孔や微細溝からそれらの粒
子を効率良く排出することができる。したがって、より
細くより深い微細孔や微細溝を高い効率で加工すること
ができ、より高いアスペクト比の孔や溝を加工すること
ができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0018】図1はレーザ加工機の概略構成図を示して
いる。1は加工を行う真空槽であり、槽内は図示しな真
空ポンプに接続され、所定の真空度まで減圧される。真
空槽1内には、被加工物近傍に電界を発生するための基
板電極2と対向電極3が配設され、基板電極2上に被加
工物Wが載置される。
【0019】対向電極3は基板電極2の上方に配設され
る。対向電極3は中央に下方の被加工物側に突出した突
出孔部3aを有し、この突出孔部3aを通してレーザ光
が下方の被加工物上に照射される。
【0020】真空槽1の上部には透光窓4が取付けら
れ、透光窓4の上方に対物レンズ5が配置される。対物
レンズ5は、レーザ発振器6から照射されたレーザ光を
ミラー7を介して受け、被加工物W上で集光させる。レ
ーザ発振器6は、例えばArFガスを使用するエキシマ
レーザ装置の場合、波長193nmのレーザ光を出力1
00〜200mJで発振・出力する。
【0021】10はレーザ発振器6の制御装置であり、
所定幅のレザーパルスを一定時間間隔で発振させるよう
に、レーザ発振器6を制御する。11は、基板電極2と
対向電極3間に電界を発生させるために両電極2、3間
に電圧を印加する電界発生用電源装置である。
【0022】この電界発生用電源装置11は、電源を供
給する電源部とその電位を反転させるように制御する制
御部とからなり、レーザパルスが照射される僅か前に基
板電極2と対向電極3間に対向電極3を正とする電圧を
印加して、電界の発生を開始し、レーザ光の照射により
被加工物から放出される電子が正電荷イオンに変るタイ
ミング、つまり電荷が負から正に変るタイミングに同期
して対向電極側を負とする電圧に切り換え、電界を交番
させながら印加するように構成される。
【0023】即ち、被加工物Wが導体の場合、レーザ光
の照射により被加工物Wは電荷を保存することから電子
がそこに流れ込み、これによって電流が流れ出すため、
基板電極2と電界発生用電源装置11間の電源線に電流
検出器12を接続し、基板電極2から流れ出す電流を検
出する。そして、この基板電極2からの電流がゼロにな
った時点が電子から正電荷イオンの放出に変り電荷が負
から正に変る時であり、この時点で電界を反転させる。
【0024】一方、被加工物Wが不導体或は半導体の場
合、レーザ光が被加工物Wに照射されると、先ず電子が
対向電極3に向けて放出されるため、対向電極3と電界
印加用電源装置11間の電源線に電流検出器13を接続
し、この電子によって対向電極3に流れる電流を電流検
出器13により検出する。そして、この対向電極3から
の電流がゼロになった時点が電子から正電荷イオンの放
出に変り電荷が負から正に変る時であり、この時点で電
界を反転させる。
【0025】なお、図3に示すように、対向電極3の上
方に電界検出用部材としてマイクロチャネルプレート8
とその電極9を配置し、このマイクロチャネルプレート
8に電流検出器14を接続し、電極9にマイクロチャン
ネルプレート用高圧電源を接続し、被加工物Wから放出
される電子或はイオンの電荷を、増幅して電流検出器1
4の電流検出により検出することもできる。
【0026】次に、上記構成のレーザ加工機の動作を説
明する。
【0027】レーザ発振器6は制御装置10から出力さ
れるトリガ信号に応じて発振し、図2に示すように、所
定幅のパルスレーザ光を一定時間間隔で出力する。この
とき、電界発生用電源装置11はパルスレーザ光が出力
される時点の少し前から対向電極3と基板電極2間に正
の電圧(対向電極側に高い電圧)の印加を開始し、両電
極間つまり被加工物近傍に正の電界を生じさせる。
【0028】パルス状のレーザ光が、ミラー7と対物レ
ンズ5を通して集光され、被加工物Wに照射されると、
被加工物Wが導体の場合、レーザ光の照射により被加工
物Wは電荷を保存するため電子がそこに流れ込み、これ
によって電流が被加工物、基板電極2へと流れ出すた
め、基板電極2と電界発生用電源装置11間の電流検出
器12によりその電流が検出される。
【0029】また、被加工物Wが不導体或は半導体の場
合、レーザ光の照射により、電子が対向電極3に向けて
放出されるため、対向電極3と電界印加用電源装置11
間の電源線に接続した電流検出器13、又は図3のよう
なマイクロチャネルプレート8に接続された電流検出器
14によりその電流が検出される。
【0030】そして、被加工物Wからの電子の放出は、
その後すぐに正電荷イオンの放出に変るが、この電子か
ら正電荷イオンへの変化時点が、電流検出器12によっ
て検出される電流がゼロになった時点に対応して検出さ
れ、電界発生用電源装置11は、図2に示すように、こ
の時点で電界を反転、つまり基板電極2に対し対向電極
3の電位を負にして電界を反転させる。この負の電界の
発生は、次のレーザパルスが照射される時点の少し前ま
で継続される。
【0031】このように、パルスレーザの照射の開始時
点に被加工物Wから電子が放出される間は、対向電極側
に正となる電界を発生させるため、負の電荷を持つ電子
が被加工物Wから効率良く引き出され、その後、被加工
物Wから正電荷イオンが放出される間は、対向電極側が
負となる電界を発生させるため、正電荷イオンを被加工
物Wから効率良く引き出すことができる。
【0032】したがって、微細孔や微細溝の加工におい
ても、加工残渣が孔や溝から効率良く排出され、効率良
く微細孔や微細溝の加工を行うことができると共に、よ
りアスペクト比の高い、つまりより細く深い微細孔等を
加工することできる。
【0033】なお、レーザ光の照射時、被加工物Wから
放出された電子が対向電極3或はマイクロチャネルプレ
ート8に到達するまでの時間(非常に短い時間)が、電
界を反転させるタイミングを僅かに遅らせることが考え
られるが、この遅れは検出電流のピーク発生時(負電荷
のピーク時)等を検出した時点から、この遅れを見込ん
で算出すれば、遅れを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すレーザ加工機の概略構
成図である。
【図2】被加工物からの放出電荷量、レーザ光の強度、
及び対向電極の電位の変化を示すタイミングチャートで
ある。
【図3】他の実施例のレーザ加工機の要部断面図であ
る。
【符号の説明】
1−真空槽、 2−基板電極、 3−対向電極、 6−レーザ発振器、 10−制御装置、 11−電界発生用電源装置、 12、13、14−電流検出器、 W−被加工物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/302 (72)発明者 井戸垣 孝治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空槽内の被加工物にパルス状のレーザ
    光を照射して被加工物を加工するレーザ加工機におい
    て、 該被加工物近傍に電界を発生させるために配設された電
    極と、 該電極に電界発生用の電源を供給する電源装置と、 レーザ光の照射時に被加工物から放出される放出粒子の
    電荷量を検出する検出手段と、 該検出手段により検出された放出粒子の電荷量の正負に
    応じて前記電源装置を制御し該被加工物近傍に電界を交
    番させて発生させる電界制御手段と、 を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
  2. 【請求項2】 前記検出手段は前記電極に流れる電流を
    検出することにより前記電荷量を検出する請求項1記載
    のレーザ加工機。
  3. 【請求項3】 前記検出手段は、被加工物の上方に配置
    された電荷検出用部材に流れる電流を検出することによ
    り、前記電荷量を検出する請求項1記載のレーザ加工
    機。
  4. 【請求項4】 真空槽内の被加工物にパルス状のレーザ
    光を照射して被加工物を加工するレーザ加工方法におい
    て、 該被加工物近傍に電界が印加され、レーザ光の照射によ
    って該被加工物から放出される放出粒子の電荷量を検出
    し、該放出粒子の電荷量の正負に応じて該電界を交番さ
    せることを特徴とするレーザ加工方法。
  5. 【請求項5】 前記放出粒子の電荷量が電界印加用の電
    極に流れる電流により検出される請求項4記載のレーザ
    加工方法。
JP6300769A 1994-12-05 1994-12-05 レーザ加工機とその加工方法 Pending JPH08155670A (ja)

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