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    公开号:WO1992002331A1
    申请号:PCT/JP1991/001018
    申请日:1991-07-30
    公开日:1992-02-20
    发明作者:Noritaka Ishiyama
    申请人:Materials And Intelligent Devices Reserch Co., Ltd.；
    IPC主号:G03F7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 薄膜精密加工用の Y A Gレーザ加工機
    [0003] 〔技術分野〕
    [0004] この発明は、 Y A Gレーザ加工機に関し、 殊に、 例えばプリン ト基板製造工程や半導体製造工程で微細なパターンを直接的に描 画するような加工に好適な薄膜精密加工用の Y A Gレーザ加工機 に関する。
    [0005] 〔背景技術〕
    [0006] Y A Gレーザは、 発振波長が 1. 06 z mという比較的短波長であ り、 また高平均出力を得易く、 しかも装置が比較的コンパク トで ある等の特徴を有しており、 小物加工や微細加工の分野に多く用 いられている。
    [0007] しかし、 微細加工と言っても従来可能であった微細加工は、 例 えば、 半導体の製造分野に例をとると、 I Cパッケージのマーキ ング加工や、 リペア、 つまり I Cの製造工程で用いられるフォ ト マスクの欠陥修正加工のようなもので、 必ずしもその能力や特性 を十分に活かした利用とは言えないものであつた。
    [0008] そこで、 当発明者は、 Y A Gレーザの特性を十分に活かしてよ り高精度な微細加工を可能とし、 例えば高実装密度のプリント基 板の製造工程や半導体製造工程で用いるフオ トマスクにパターン を直接的に描画できるようなより加工価値の高い加工を可能とす る Y A Gレーザ加工機の開発を進めて来た。
    [0009] このような髙精度な微細加工の実現においてもつとも問題にな るのは、 被加工物に照射されるビームスポッ トの径の微細化と精 密化で、 そのために如何に効率よく ビーム径を細くするかであり、 また、 得られた細いビームを如何に安定した条件、 つまり装置の 振動や加工速度の変化による加工のバラツキや、 発振器の発振状 態のバラツキ等が少なくて常に一定した条件で加工できるように するかである。
    [0010] すなわち、 この発明は、 前記の如き諸課題を解決することによ り、 半導体製造工程で用いるフォ トマスク等の加工を可能とする ような薄 精密加工用の Y A Gレーザ加工機を提供せんとするも のである。
    [0011] 〔発明の開示〕
    [0012] この発明による薄膜精密加工用の Y A Gレーザ加工機は、 Qス ィツチ発振の発振器から発振されたレーザビームを、 複数のレン ズからなる光学系で導き、 光学系の先端にある集光レンズにより スポッ ト状に集光させて被加工物に照射するようにしてなる加工 機本体と、 被加工物を載せる X Yテーブルと、 及び加工機本体と X Yテーブルを載置するベース盤とからなつているもので、 その 加工機本体は、 光学系を形成するレンズの間に、 レーザビームの 外周部分を遮断してそのビーム径を細くするための絞り手段を備 えている。
    [0013] この Y A Gレーザ加工機によれば、 絞り手段でレーザビームの 外周部分を遮断することによりビーム径が細くされているが、 こ れは、 レーザビームの外周部分がエネルギ分布からみてこの部分 を捨てても薄膜加工の場合には実用上余り加工エネルギ効率に影 響しないという知見に基づく ものである。 また、 このようにして ビーム径を細くすることにより、 レーザビームの外周部分に含ま れるランダムなピークを持つ不良成分を除去でき、 ビームスポッ トをより精密なものにできる。 絞り手段を光学系のレンズの間に設けるようにしたのは、 レー ザビームによる絞り手段の損傷を避けるためである。 すなわち、 光学系のレンズの間で拡大されたレーザビームは拡大率に応じて そのエネルギ密度が低下するので拡大状態のレーザビームであれ ば絞り手段が損傷を受けずに済むということである。
    [0014] このような Y A Gレーザ加工機については、 加工機本体に、 レ 一ザビーム照射の O N · O F F制御を行うシャツタ手段を発振器 の外に位置させて設けるのが好ましい。
    [0015] すなわち、 このようにすることにより、 レーザビーム照射の 0 N · 0 F F制御は発振器外のシャッタ手段にて行うことができ、 加工作業中に発振器の停止 ·起動を行わなくとも済み、 その結果、 精密加工をより安定的に行えるようになる。 すなわち、 Qスイツ チ発振は一般に連続的に発振させている時には安定的な発振が得 られるが、 使い始めの起動や途中で発振を止めた後の起動の初期 に出力が不安定化するという性質を持っており、 この僅かな出力 の不安定化でも薄膜の精密加工には少なからざる影響を及ぼすが、 本加工機によれば加工中に発振器の停止 ·起動を行わずに済み、 起動初期の出力不安定化の影響を避けることができる。
    [0016] また、 このような Y A Gレーザ加工機については、 加工機本体 に、 レーザビームを高調波にする高調波化手段を設けるようにす ればさらに好ましい。
    [0017] すなわち、 レーザビームを高調波とすることにより、 ビームス ポッ ト径のより一層の微細化が実現でき、 この高調波によるビー ムスポッ ト径の微細化は、 薄膜の加工について 1. 06 / mの基本波 長の場合に比べ飛躍的な変化をもたらす。 すなわち、 径を機械的 に小さくできることは当然として、 高調波化により得られるエネ ルギの高密度化が薄膜の加工に対し思いがけない適性を持ってお り、 基本波長の場合では生じ易いドロスの発生を全く見ないよう な精密な加工が可能となる。
    [0018] また、 このような Y A Gレーザ加工機については、 そのベース 盤を中実な石材で形成し、 且つこのベース盤を空気ばねを介在さ せた複数の立脚上に載置するようにすることが好ましい。
    [0019] すなわち、 このようにベース盤を形成することにより、 振動に 対し極めて安定的になり、 前記の各要素により得られる微細スポ ッ トビームの被加工物への照射をより正確に行うことができ、 加 ェの精密性をより向上させることができる。
    [0020] さらに、 このような Y A Gレーザ加工機については、 その X Y テーブルにおける X動及び Y動に関する各データをエンコーダー にてパルス信号として取得すると共に、 これらの各データを 0 R 回路にて処理し、 そして O R回路よりの出力に基いてレーザビ一 ムのパルス照射を制御するようにすることがさらに好ましい。 すなわち、 このような制御とすることにより、 X · Y動の速度 と無関係な一定の距離間隔によりレーザビームのパルス照射を行 うことができ、 被加工物の移動速度変動による切断状態の不安定 化という現象が避けられ、 前記の各要素により得られる微細スポ ッ トビームの有効性をより活かすことができ、 加工の精密性のよ り一層の向上を図ることができる。
    [0021] 〔図面の簡単な説明〕
    [0022] 第 1図は、 Y A Gレーザ加工機の側面図。
    [0023] 第 2図は、 加工機本体の概略構成図。
    [0024] 第 3図は、 平行化用光学系と絞り手段及びシャ ツタ手段との関 係を示す概略構成図。 第 4図は、 レーザビームの制御手段の制御系統図。
    [0025] 〔発明を実施するための形態〕
    [0026] 以下、 この発明の実施例を説明する。
    [0027] この実施例による Y A Gレーザ加工機 1は、 第 1図に示すよう に、 加工機本体 2、 X Yテーブル 3、 及びこの両者を載せるベー ス盤 4よりなつている。
    [0028] 加工機本体 2は、 第 2図に示すように、 発振器 1 0、 高調波化 手段 1 1、 及び光学系 1 2を備えると共に、 第 3図に示すように、 光学系 1 2内に絞り手段 1 3、 及びシャッタ手段 1 4を備えてい る。
    [0029] 発振器 1 0は、 Y A Gロッ ド 1 5、 前後一対の反射ミラ一 1 6、 1 6、 Qスィッチ 1 7、 及びアパーチャ 1 8を備え、 Qスィッチ 1 7の操作により Qスィッチ発振を行えるようになつており、 ま た、 発振されるレーザビーム Bのビーム径がアパーチャ 1 8によ り一定の径となるようになつている。 ここで、 一定の径とは、 発 振器 1 0から発振可能な範囲で出来るだけ絞った径のことで、 こ の例では 1. 3 m mとなるようにされている。
    [0030] 高調波化手段 1 1は、 発振器 1 0から波長 1. 06 w mで発振され たレーザビーム Bを高調波化するためのもので、 この例では第 高調波 （波長 5 3 2 n m ) が得られるものを用いている。
    [0031] 光学系 1 2は、 発振器 1 0からのレーザビーム Bの平行性をよ り高めるための平行化用光学系 1 9、 及び平行化用光学系 1 9か ら出たレーザビーム Bをスポッ ト状に集光させて被加工物 Mに照 射するための集光レンズ 2 0、 それに平行化用光学系 1 9と集光 レンズ 2 0との間で光路を 9 0 ° 変化させるために設けられた反 射ミラー 2 1により形成されている。 平行化用光学系 1 9は、 第 3図に示すように、 入射側から順に 拡大用凹レンズ 2 2、 平行化用凸レンズ 2 3、 縮小用凸レンズ 2 4、 及び平行化用凹レンズ 2 5を配列してなっている。 そして、 ここを通るレーザビーム Bは、 拡大用凹レンズ 2 2で所定倍率、 この例では 5倍に拡大された状態で平行化用凸レンズ 2 3で平行 化ざれ、 それから縮小用凸レンズ 2 4で 1 / 5に縮小された後、 平行化用凹レンズ 2 5で平行化されることにより、 より高い平行 度が得られるようになつている。
    [0032] 絞り手段 1 3は、 1. 3 m mの径で発振器 1 0から発振されたレ 一ザビーム Bの径をより細く して集光レンズ 2 0によるスポッ ト のスポッ ト径をより小さくするためのもので、 必要な縮細度に応 じた例えば 1 m mの径の通孔 2 6を有する板状体として形成され、 通孔 2 6の中心が光路の中心に来るようにして平行化用凸レンズ 2 3と縮小用凸レンズ 2 4との間に配されており、 通孔 2 6以外 の部分についてはレーザビーム Bを遮断できるようになっている。 尚、 この絞り手段 1 3は、 通孔 2 6の径の異なるものと交換する ことにより、 縮細度を変えることができるようになつている。
    [0033] したがって、 絞り手段 1 3が介在させられた平行化用光学系 1 9を通過するレーザビーム Bは、 平行化用凸レンズ 2 3と縮小用 凸レンズ 2 4との間で絞り手段 1 3によりその径が機械的に絞ら れると共に、 外周部分における不良成分が除去され、 この不良成 分が除去されてより精密化された例えば 1 m m径の状態で縮小用 凸レンズ 2 4に入り、 最終的には 0. 2 m m径となって集光レンズ 2 0に入ることになる。 この結果、 従来のものに較べ格段に細く なった約 2〜 5 〃mというスポッ ト径が得られ、 例えば、 4メガ ビッ トクラスの半導体の製造で用いるフォ トマスクにパターンを 直接的に描画するような加工、 さらには半導体の基材にパターン を直接的に描画するような加工も可能となっている。 尚、 図中に 絞り手段 1 3を用いなかった場合のレーザビーム Bの状態を 2点 鎖線で示してある。
    [0034] シャッタ手段 1 4は、 絞り手段 1 3と同じく、 平行化用凸レン ズ 2 3と縮小用凸レンズ 2 4との間に配されている。 このシャツ タ手段 1 4は、 レーザビーム Bの被加工物 Mへの照射の O N · 〇 F F制御を行うためのもので、 このように発振器 1 0の外に設け たシャッタ手段 1 4でレーザビーム照射の O N · 0 F F制御を行 うことにより、 精密加工をより安定的に行えるようになる。 すな わち、 このようなシャツタ手段 1 4を用いることにより、 加工中 に発振器の停止 ·起動を行わずに済み、 起動初期の出力不安定化 の影響を避けることができる。 尚、 シャツタ手段 1 4の細かな構 造については、 従来より知られているものを適宜に利用できるの で、 その説明を省略している。
    [0035] ここで、 絞り手段 1 3及びシャツタ手段 1 4を平行化用凸レン ズ 2 3と縮小用凸レンズ 2 4との間に配したのは、 レーザビーム Bによる絞り手段 1 3及びシャツタ手段 1 4の損傷を避けるため である。 すなわち、 平行化用凸レンズ 2 3と縮小用凸レンズ 2 4 との間では前述のようにレーザビーム Bが 5倍に拡大されており、 そのエネルギが 1 Z 5となっているので、 ここに設ければ、 絞り 手段 1 3及びシャツタ手段 1 4を損傷させずに済む。
    [0036] X Yテーブル 3は、 第 4図に示す制御系統図にみられるような レーザビームの制御手段を備えている。 このレーザビームの制御 手段は、 リニアエンコーダや口一タリエンコーダで χ γテーブル 3の動き、 あるいは X Yテーブル 3の駆動源であるモータ （図示 せず） の作動状態を検出し、 この検出した X動と Y動に関する各 データについて O R回路 2 7で論理和を取り、 その出力を n倍回 路 2 8を介してレーザ照射制御回路 2 9に入力させている。
    [0037] より具体的には、 X動及び Y動のそれぞれについて一定の距離 間隔に応じてパルス信号を取得し、 X動、 Y動いずれかのパルス 信号があればこれに応じてレーザビームのパルス照射を行うもの で、 レーザビームのパルス数については、 n倍回路 2 8の介在に より、 X · Y動の各パルス信号一つ当たり n個となるようになつ ている。
    [0038] このように、 X · Y動に関する各データをエンコーダ一にてパ ルス信号として取得し、 このデータに基づいてレーザビームのパ ルス照射を制御するようにしたことにより、 X · Y動の速度と無 関係な一定の空間的間隔によりレーザビームのパルス照射が行え、 例えば、 コーナー部における避け得ない減速による被加工物の移 動速度の変動に起因する切断状態不良という現象を避けられる。 しかも、 X · Y動のデータをコンピュータに比べ格段に高速で処 理が可能な O R回路 2 7で処理するようにしているので、 従来の ものに比べより高速での処理が可能となる。
    [0039] ベース盤 4は、 例えば花崗岩のような比較的比重の大きな石材 で中実に形成され、 しかも空気ばね 3 0を介在させて 4本の立脚 3 1、 3 1……に支持されている。 尚、 この例では 「空気ばね」 としてべローズ式の空気ばね 3 0を用いているが、 これに限られ ずその他適宜のものを用いることができる。
    [0040] このようなベース盤 4の特徵は周囲からの振動の影響を有効に 遮断できるという点である。 すなわち、 空気ばね 3 0による効率 的な振動吸収性と、 石材で中実に形成したことによる大きな振動 遮断性とが有機的に協働し、 設置床を通して伝わって来る周囲か らの振動を有効に遮断することができる。
    [0041] 〔産業上の利用可能性〕
    [0042] この発明による Y A Gレーザ加工機は、 以上説明してきた如く、 絞り手段によりレーザビームの外周部分を遮断することによりビ 一ム径を細く し且つより精密なものとし、 また、 レーザビーム照 射の O N · 0 F F制御は発振器の外に設けたシャッタ手段にて行 うことによりレーザビーム出力を安定化させ、 また、 高調波化手 段を設けてレーザビームを高調波化させることにより、 ビームス ポッ ト径の微細化及び精密化が図られ、 また、 ベース盤を中実な 石材で形成し且つ空気ばねを介在させて立脚上に載置することに より耐振動性の向上が図られ、 さらにまた、 X Yテーブルの X動 及び Y動に関する各データをエンコーダ一にてパルス信号として 取得し、 このデータに基づいてレーザビームのパルス照射を制御 するようにすることにより、 被加工物の移動速度変動に際しても 安定的に加工できるようにしているので、 例えば、 髙実装密度の プリント基板の製造工程や半導体製造工程で用いるフォ トマスク にパターンを直接的に描画するような非常に高精密な加工が可能 となっている。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    (1) . Qスィッチ発振の発振器から発振されたレーザビームを、 複 数のレンズからなる光学系で導き、 光学系の先端にある集光レン ズによりスポッ ト状に集光させて被加工物に照射するようにして なる加工機本体と、 被加工物を載せる X Yテーブルと、 及び加工 機本体と X Yテーブルを載置するベース盤とからなる Y A Gレー ザ加工機に於いて、
    加工機本体が、 光学系を形成するレンズの間に、 レーザビーム の外周部分を遮断してそのビーム径を細くするための絞り手段を 備えていることを特徴とする薄膜精密加工用の Y A Gレーザ加工
    (2) . 加工機本体が、 発振器の外に、 レーザビーム照射の O N · 0 F F制御を行うシャッタ手段を備えている請求の範囲 1項記載の Y A Gレーザ加工機。
    (3) . 加工機本体が、 レーザビームを高調波にする高調波化手段を 備えている請求の範囲 1項又は請求の範囲 2項何れか記載の Y A Gレーザ加工機。
    (4) . ベース盤が中実な石材で形成されており、 且つ空気ばねを介 在させた複数の立脚上に載置されている請求の範囲 1項〜請求の 範囲 3項何れか記載の Y A Gレーザ加工機。
    (5) . X Yテーブルにおける X動及び Y動に関する各データをェン コーダ一にてパルス信号として取得すると共に、 これらの各デー タを 0 R回路にて処理し、 そして 0 R回路よりの出力に基いてレ 一ザビームのパルス照射を制御するようにした制御手段を備えて いる請求の範囲 1項〜請求の範囲 4項何れか記載の Y A Gレーザ 加工機。
    (6). Qスィ ッチ発振の発振器から発振されたレーザビームを、 複 数のレンズからなる光学系で導き、 光学系の先端にある集光レン ズによりスポッ ト状に集光させて被加工物に照射するようにして なる加工機本体と、 被加工物を載せる X Yテーブルと、 及び加工 機本体と X Yテーブルを載置するベース盤とからなる Y A Gレー ザ加工機に於いて、
    加工機本体は、 光学系を形成するレンズの間に、 レーザビーム の外周部分を遮断してそのビーム径を細くするための絞り手段を 設けると共に、 発振器の外に、 レーザビーム照射の O N ' O F F 制御を行うシャ ツタ手段を設け、 さらに、 レーザビームを高調波 にする高調波化手段を設けてなり、
    ベース盤は、 中実な石材で形成されており、 且つ空気ばねを介 在させた複数の立脚上に載置され、
    X Yテーブルは、 X動及び Y動に関する各データをエンコーダ 一にてパルス信号として取得すると共に、 これらの各データを 0 R回路にて処理し、 そして O R回路よりの出力に基いてレーザビ ームのパルス照射を制御するようにした制御手段を備えているこ とを特徴とする薄膜精密加工用の Y A Gレーザ加工機。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1992-03-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991913128 Country of ref document: EP |
    1992-11-19| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991913128 Country of ref document: EP |
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    优先权:
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