CN105980098A - 光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法 - Google Patents

光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法。其为具有与被激光加工于薄膜(15)的开口图案(20)的形状相似的形状的开口(4)的光束整形掩模(1)，开口(4)被形成为该开口(4)内的光透射率从中央部向周缘部递减、并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工薄膜(15)的至少最低限度的激光强度的光透射率，从而防止在激光加工后的孔的边缘部产生毛刺(22)。

Description

光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种具有与被激光加工于被加工物上的孔的形状相似的形状的开口的光束整形掩模，特别是涉及欲防止在激光加工后的孔的边缘部产生毛刺的光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法。
背景技术
以往，这种光束整形掩模是用于投影成像激光消融系统的掩模，具有与被形成于可挠性薄膜上的孔径相似的形状的图案，通过将该图案成像在上述薄膜上，在薄膜被激光消融后，会在薄膜上形成有上述孔径的孔(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开表2005-517810号公报
然而，在像这样的以往的光束整形掩模中，上述图案是与被形成于薄膜上的孔径相似的形状的开口，由于开口内的光透射率遍布整体是固定的，因此会在利用透过了图案(开口)的激光贯通薄膜而被加工的孔径的边缘部因激光的面内强度分布的不均而产生切削残留(以下称为“毛刺”)。因此，无法在薄膜上精度良好地形成微细的上述孔径的贯通孔。
发明内容
因此，为了应对这样的问题点，本发明的目的在于提供一种欲防止在激光加工后的孔的边缘部产生毛刺的光束整形掩模、激光加工装置以及激光加工方法。
为了实现上述目的，本发明的光束整形掩模是具有与被激光加工于被加工物上的孔的形状相似的形状的开口的光束整形掩模，上述开口被形成为该开口内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工上述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率。
另外，本发明的激光加工装置是将被形成于光束整形掩模上的开口缩小投影在被加工物上，在该被加工物上激光加工孔的激光加工装置，对于上述光束整形掩模而言，将上述开口形成为该开口内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工上述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率。
此外，本发明的激光加工方法是将被形成于光束整形掩模上的开口缩小投影在被加工物上，在该被加工物上激光加工孔的激光加工方法，使多次发射的激光透射以上述开口内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工上述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率的方式形成于上述光束整形掩模上的上述开口，将透射过上述开口的上述多次发射的激光照射至上述被加工物而在上述被加工物加工上述孔。
根据本发明，能够防止在激光加工后的孔的边缘部产生毛刺。因此，能够在被加工物精度良好地形成微细的孔。
附图说明
图1是表示本发明的光束整形掩模的一实施方式的图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是图1的(a)的O-O线剖面向视图。
图2是对本发明的光束整形掩模的开口内的光透射率进行说明的图，图2的(a)是表示开口内的沿中心线的光透射率特性的一个例子的图表，图2的(b)是表示半色调的说明图，图2的(c)是表示图2的(b)的半色调的形成例的说明图。
图3是表示本发明的激光加工装置的一实施方式的简要构成的说明图。
图4是表示现有技术的光束整形掩模的图，图4的(a)是俯视图，图4的(b)是表示开口内的沿中心线的光透射率特性的一个例子的图表。
图5是表示使用现有技术的光束整形掩模的激光加工例的说明图，图5的(a)表示激光照射开始时，图5的(b)表示激光加工中途阶段，图5的(c)表示激光加工后的状态。
图6是以剖面表示使用本发明的光束整形掩模的激光加工例的说明图。
图7是以平面表示使用本发明的光束整形掩模的激光加工例的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。图1是表示本发明的光束整形掩模的一实施方式的图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是图1的(a)的O-O线剖面向视图。另外，图2是对本发明的光束整形掩模的开口内的光透射率进行说明的图，图2的(a)是表示开口内的沿中心线的光透射率特性的一个例子的图表，图2的(b)是表示半色调的说明图，图2的(c)是表示图2的(b)的半色调的形成例的说明图。该光束整形掩模1具有与被激光加工于被加工物上的孔的形状相似的形状的开口，其构成为具备透明基板2、遮光膜3、开口4。
上述透明基板2特别地，以高透射率供能够消融作为片状的被加工物的树脂制的薄膜的波长在400nm以下的激光透射，例如是石英基板。或者也可以是透明的玻璃基板。
以覆盖上述透明基板2的一面的方式设置遮光膜3。该遮光膜3阻断激光的透射，例如是由铬(Cr)等构成的厚度为100nm左右的金属膜，利用溅镀、蒸镀等周知的成膜技术被成膜在透明基板2上。
在上述遮光膜3上设置开口4。该开口4用于对与照射在薄膜上的激光的光轴交叉的横截面形状进行整形，是被形成于遮光膜3上的供激光通过的孔，具有与被激光加工于薄膜上的开口图案的孔的形状相似的形状，如图1的(a)所示，被纵横排列设置多个。
具体来说，如图2的(a)所示，开口4被形成为该开口4内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工(消融)上述薄膜的至少最低限度的激光强度的例如60％左右的光透射率。上述光透射率的递减方式可以是线性，也可以是非线性。
为了具有开口4内的光透射率如上述那样从中央部向周缘部递减的特性，也可以将图2的(b)所示的开口4内形成半色调。由此，如该图的(c)所示，也可以在开口4内以从中央部向周缘部其大小变大或配置密度变高的方式形成与上述遮光膜3相同由金属膜构成的多个遮光点5。此外，遮光点5的尺寸形成小于由成像透镜9和物镜10构成的光学系统的分辨率的尺寸即可。或者，为了使开口4内的光透射率从中央部向周缘部递减，也可以将多个遮光线从中央部向周缘部形成为其宽度变大或者配置密度变高。为了在遮光膜3上形成如上述那样的开口4，在以覆盖遮光膜3的方式涂布光致抗蚀剂，使用光掩模来曝光以及成像上述光致抗蚀剂而形成抗蚀剂掩模后，利用湿蚀刻、干蚀刻等周知的蚀刻技术除去露出于表面的上述遮光膜3的部分，从而能够形成开口4。
在通过多次发射的激光照射形成薄膜的开口图案的情况下，即使在一次照射的激光加工时，也需要使被投影于薄膜的上述开口4的周缘部的激光强度最低是能够消融薄膜的值。由此，薄膜的上述被投影的与开口4对应的部分凭借激光的多次照射被完全消融而去除，从而在薄膜上形成上述开口图案。这种情况下，针对薄膜，由于开口图案的孔从其中央部向周缘部逐渐扩大而形成，因此不存在在开口图案的周缘部产生毛刺的担忧。
其次，就具备本发明的光束整形掩模1的激光加工装置的实施方式进行说明。图3是表示本发明的激光加工装置的一实施方式的简要构成的说明图。
上述激光加工装置依照此顺序具备XY载置台6、位于该XY载置台6的上方的从激光L的行进方向的上游朝向下游的激光光源7、耦合光学单元8、光束整形掩模1、成像透镜9以及物镜10。另外，在从物镜10朝向成像透镜9的光路在半反射镜11分支的光路上配置有拍摄照相机12，在从物镜10朝向成像透镜9的光路在供400nm以下的波长的激光L透射并在由反射可见光的分色镜13分支的光路上配置有照明光源14。
此处，XY载置台6是在上表面载置供可见光透过的树脂制的薄膜15，在与XY平面平行的面内沿X、Y方向移动的载置台，被省略图示的控制装置控制，步进移动事先输入并被存储的移动量。
上述激光光源7是放射产生波长400nm以下的激光L的例如KrF248nm的受激准分子激光、1064nm的三次谐波、四次谐波的激光L的YAG激光。激光L可以是红外线、可见光线，但为了消融薄膜15，而优选紫外线。
另外，上述耦合光学单元8包含扩展从激光光源7放射的激光束的光束扩展器、使激光L的亮度分布均匀地照射至下述的光束整形掩模1的光学积分器以及聚光透镜。
上述光束整形掩模1将照射至薄膜15的激光L整形为具有与被激光加工的开口图案相似的形状的断面形状的多条的激光L并射出，如图1的(a)所示，构成为以位于事先设定的单位区域内的多个开口图案的排列间距的M倍的间距来配置相对于被形成于薄膜15的开口图案而以事先设定的规定的放大倍率M所形成的多个开口4，且在覆盖于透明的石英基板的铬(Cr)等的遮光膜3上形成上述开口4。
具体来说，上述光束整形掩模1如前所述具有与开口图案相似的形状的开口4，构成为能够获得如图(2)所示使该开口4内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也能够确保能够激光加工薄膜15的至少最低限度的激光强度的例如60％左右的光透射率。
上述成像透镜9与下述的物镜10协动来将被形成于光束整形掩模1的多个开口4以事先设定的倍率M缩小投影于薄膜15上，并且成像透镜9是聚光透镜。
而且，上述物镜10与上述的成像透镜9协动来将被形成于光束整形掩模1的多个开口4以事先设定的倍率M缩小投影于薄膜15上，并且例如被配置于薄膜15的背面侧，获取设置成为激光L的照射的定位基准的基准图案的透明的基准基板16的上述基准图案的像，并能够通过下述的拍摄照相机12进行拍摄。然后，物镜10的成像位置与光束整形掩模1成为共轭的关系。
上述拍摄照相机12拍摄被设置于基准基板16的上述基准图案，例如是拍摄二维图像的CCD照相机、CMOS照相机等。然后，物镜10的成像位置与拍摄照相机12的拍摄面成为共轭的关系。
上述照明光源14是发射可见光的例如卤素灯等，对拍摄照相机12的拍摄区域进行照明，而能够进行基于拍摄照相机12的拍摄。
此外，在图3中，附图标记17是与物镜10协动来使基准基板16的基准图案的像、通过激光加工形成的开口图案20的像等成像于拍摄照相机12的拍摄面上的成像透镜，附图标记18是中继透镜，附图标记19是全反射镜。
接着，就使用像这样构成的激光加工装置进行的激光加工方法进行说明。此处，对在薄膜15上形成开口图案的情况进行说明。
首先，在XY载置台6上以将形成基准图案的面16a作为XY载置台6侧的方式载置并固定基准基板16，并且在基准基板16的与形成基准图案的面16a相反一侧的面16b上紧贴薄膜15。
其次，使XY载置台6移动，将物镜10置于薄膜15的激光加工开始位置。具体来说，通过拍摄照相机12以透过薄膜15的方式拍摄激光加工开始位置的单位区域的例如与中心位置对应地被设置于上述基准基板16上的基准图案，将该基准图案定位在拍摄中心。此外，该拍摄中心与物镜10的光轴相一致。
接下来，使激光加工装置的激光光学单元沿物镜10的光轴在Z轴方向上上升事先设定的距离，而将物镜10的成像位置定位在薄膜15和上述基准基板16的界面上。
接着，启动激光光源7而进行脉冲震荡，从而发射多次照射的激光L。被发射的激光L被耦合光学单元8扩展，以成为强度分布均匀的激光L的方式照射至光束整形掩模1。
照射至光束整形掩模1的激光L，通过透过该光束整形掩模1的多个开口4，与光轴交叉的横截面形状被整形为与开口图案的形状相似的形状，以成为多个激光L的方式从光束整形掩模射出。然后，被物镜10聚光在薄膜15上。
这种情况下，在图4的(a)所示的、开口4内的光透射率如该图的(b)所示那样遍布整体为大致固定的现有技术的光束整形掩模1中，被整形的激光L的面内强度分布具有容许范围内的不均且整体大致均匀。因此，在通过这样的激光L来加工薄膜15时，在从图5的(a)所示的激光照射开始时间至该图的(b)所示的激光加工中途阶段中，遍布整体以大致固定的深度形成开口图案20的孔21。然而，在开口图案20的孔21贯通薄膜15之前，因激光L的面内强度分布的不均会产生开口图案20的孔21贯通的部分和没贯通的部分。因此，如该图的(c)所示，会在开口图案20的与激光照射侧相反一侧的边缘部产生毛刺22。
另一方面，在本发明中，如图2的(a)所示，由于以上述开口4内的光透射率从中央部向周缘部递减，并且即使在周缘部也能够确保能够消融薄膜15的激光强度的方式获得最低也为60％左右的光透射率，因此，如图6的(a)以及图7的(a)所示，在薄膜15上，从激光强度强的中央部加工孔21，通过多次照射的激光L的照射，孔21如图6的(b)～图6(d)以及图7的(b)～图7(d)所示，逐渐地增加深度并且变大，从而如图6(e)以及图7(e)所示，最终贯通薄膜15而形成开口图案20。
由此，根据本发明，在薄膜15上，由于开口图案20的孔21从其中央部向周缘部逐渐扩大而形成，因此不存在在开口图案20的周缘部产生毛刺22的担忧。
由此，若在激光加工开始位置的单位区域形成多个开口图案20，则使XY载置台6在X或Y轴方向上步进移动事先设定的距离，而能够在第二个单位区域、第三个单位区域……等各单位区域内按顺序激光加工多个开口图案20。这样，能够在薄膜15的事先设定的规定位置上形成多个开口图案20。
多个开口图案20的形成，如前所述，通过拍摄照相机21拍摄与激光加工开始位置的单位区域的例如与中心位置对应地被设置于上述基准基板16上的基准图案，在确认上述基准图案的位置后，以该基准图案的位置为基准边使XY载置台向X、Y方向步进移动边进行。此时，可以基于XY载置台6的机械精度，边步进移动事先设定的规定距离边在各单位区域内形成多个开口图案20，或者也可以通过拍摄照相机12拍摄各单位区域的与中心位置对应地被设置于基准基板16的基准图案，在将拍摄照相机12的例如拍摄中心(与物镜10的光轴一致)定位于该基准图案后，激光加工多个开口图案20。此外，也可以边使XY载置台步进移动事先设定的规定距离，边向薄膜15照射通过被设置于光束整形掩模1的一个开口4的一条激光L，而形成多个开口图案20。
此外，在上述实施方式中，虽对使XY载置台6向XY的二维方向移动的情况进行了说明，但本发明并不仅限于此，既可以移动含有物镜10的激光光学单元侧，也可以相对地移动载置台以及激光光学单元双方。
另外，在上述实施方式中，虽对被加工物为树脂制的薄膜15的情况进行了说明，但本发明并不仅限于此，被加工物可以是层压了设置有包含至少一个上述开口图案20的大小的贯通孔的金属掩模和树脂制薄膜15的层压体的上述薄膜15。或者，被加工物也可以是片状的金属箔。
附图标记说明
1…光束整形掩模；4…开口；15…薄膜(被加工物)；20…开口图案(被加工物的孔)；L…激光。

Claims (10)

1.一种光束整形掩模，其具有与被激光加工于被加工物的孔的形状相似的形状的开口，所述光束整形掩模的特征在于，
所述开口被形成为该开口内的光透射率从中央部向周缘部递减、并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工所述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率。
2.根据权利要求1所述的光束整形掩模，其特征在于，
所述开口被纵横排列地设置有多个。
3.根据权利要求1或2所述的光束整形掩模，其特征在于，
所述被加工物的孔通过激光的多次照射而形成。
4.根据权利要求1或2所述的光束整形掩模，其特征在于，
所述被加工物为树脂制的薄膜。
5.根据权利要求3所述的光束整形掩模，其特征在于，
所述被加工物为树脂制的薄膜。
6.一种激光加工装置，其将被形成于光束整形掩模的开口缩小投影在被加工物上，在该被加工物上激光加工孔，所述激光加工装置的特征在于，
对于所述光束整形掩模而言，将所述开口形成为该开口内的光透射率从中央部向周缘部递减、并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工所述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率。
7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，
所述被加工物的孔通过激光的多次照射而形成。
8.根据权利要求6或7所述的激光加工装置，其特征在于，
所述被加工物为树脂制的薄膜。
9.一种激光加工方法，其将被形成于光束整形掩模的开口缩小投影在被加工物上，在该被加工物上激光加工孔，所述激光加工方法的特征在于，
使多次照射的激光透射以所述开口内的光透射率从中央部向周缘部递减、并且即使在周缘部也具有能够确保能够激光加工所述被加工物的至少最低限度的激光强度的光透射率的方式被形成于所述光束整形掩模上的所述开口，
将透射过所述开口的所述多次照射的激光照射至所述被加工物而在所述被加工物上加工所述孔。
10.根据权利要求9所述的激光加工方法，其特征在于，
所述被加工物为树脂制的薄膜。
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