DUVレーザによる微細加工技術開発

三菱重工工作機械（株）

近年、電子部品やプリント回路基板等の小型化、高機能化が進展しており、穴加工を代表とした超精密加工の更なる微細化、高品質化のニーズが高まっている。そのようなニーズに対応可能な手法として、短パルス、短波長のレーザを用いた加工方法が注目されている。ピコ秒のような短パルスレーザを用いると熱影響を抑制した高品質、高精度なアブレーション加工が可能である。また、短波長のレーザを用いるとレーザ集光径を小さくすることができるため、より微細な加工が可能である。現在、微細加工用短パルスレーザとして、YAG レーザ（波長1064nm）をはじめとして、YAG第二高調波（波長532nm）であるグリーンレーザ、及びYAG第三高調波（波長355nm）であるUV レーザなどが広く普及している。一方で、第四高調波（波長266nm）である深紫外（DUV：Deep Ultra Violet ）レーザは、その取扱いの難しさから普及が進んでいない。　
三菱重工工作機械（株）では既に、ピコ秒グリーンレーザを搭載した微細レーザ加工機“ABLASER”を市場投入しているが（1）、加工穴の更なる微細化、高品質化を目的として、ピコ秒DUVレーザを採用した光学系と加工技術を開発した。本稿ではDUVレーザの基本的な加工特性を明らかにするとともに、図1 に示すDUV レーザを適用した微細レーザ加工機“ABLASER-DUV”による超微細加工事例を紹介する。

DUVレーザ光学系の特徴と加工特性

・DUVレーザ集光光学系の特徴　
微細レーザ加工では、加工対象物の表面にレーザ光を集光して照射し、その光エネルギーの作用によって照射面の材料除去を行う。このとき、照射するレーザ光の集光径が小さいほど、加工の微細度を向上できる。集光径を小さくするには、短波長レーザを使用する、集光前のビーム径を太くする、焦点距離を短縮する手段が考えられる。ところが、レーザ光波長が紫外領域になるとガラス材料に対する吸収率が高くなるため、レンズなど光学素子への負担を軽減する必要がある。一方、残りの手段では集光角度が大きくなるため加工穴の出入口径差が付きやすく、また焦点深度も浅くなるため、得られる加工穴形状に限界がある。今回開発した集光光学系は、レーザ光源にDUVレーザを採用するため、事前に光学素子に使用するガラスのDUVレーザ光に対する耐性試験を行い、最適なガラス材料を選択するとともに、レーザ照射密度を適切に設定することでレンズの耐久性を確保した。さらに焦点距離とレンズ形状を最適化することで、微小な集光径としながらも集光角度を極小に抑え、長焦点深度を実現した。

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出典元
http://ex-press.jp/wp-content/uploads/2017/04/ILSJ1704_Technology_Report1.pdf