JP2001121282A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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laser
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秀彦 唐崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクの像を加工対象物上に投影し、加工を
行うレーザ加工装置において、被加工物上でのレーザビ
ームの強度分布を均一な分布となるように変換すること
で、高品位な加工を行うことを目的とする。 【解決手段】 ＣＯ２レーザビーム１２を強度変換素子
１４及び位相整合素子１５を用いて、位相整合素子１５
の位置において均一な強度に変換し、さらに変倍投影光
学系１６を用いて、開口部の大きさが可変のマスク１７
の大きさに最適な領域において、ＣＯ２レーザビーム１
２の強度分布が均一になるように位相整合素子１５の位
置のレーザビームをマスク１７に投影し、マスク１７の
像を加工対象物１９上に投影することで、被加工物上で
のレーザビームの強度分布が均一となり、品質の良い加
工を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及
びその方法に関し、特に任意の形状の開口を有するマス
クの像を被加工物上に投影し加工を行うレーザ加工装置
及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】上述したレーザ加工装置に関する従来技
術について図を用いて説明する。図７は従来のレーザ加
工装置の構成を示す概略図である。図７において７１は
レーザ発振器、７２はレーザビームであり図中にプロフ
ァイルを点線で示した。７３はテレスコープ、７４はマ
スク、７５は投影レンズ、７６は被加工物である。
【０００３】レーザ発振器７１から出射したレーザビー
ム７２はテレスコープ７３を通過しマスク７４に入射す
る。マスク７４は大きさが可変であり、加工したい穴の
大きさによりマスクの口径の大きさを決定する場合や大
きさは可変ではなく加工に応じて大きさの違うマスクを
用いる場合もある。またテレスコープ７３はマスクに入
射するレーザビーム７２のビーム径と波面の曲率が加工
に対し最適になるように設計される。そして投影レンズ
７５がマスクの像を加工対象物７６に投影し例えばプリ
ント基板などの被加工物に対し穴開け加工を行う。
【０００４】また従来技術において、ガルバノミラーに
よりレーザビームをスキャンしたり、加工と加工の間に
ステージを高速で移動するなどして、短時間に多数の加
工を行うなどの工夫が見られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
で示したようなレーザ加工装置は、以下に記すような課
題がある。レーザ加工のうち例えば焼き入れ、溶接、樹
脂にガラス繊維が多く含まれる場合のビルドアップ多層
基板の穴開け等の加工に対し、被加工物上におけるレー
ザビームの強度分布は均一な分布をしているのが望まし
い。ところがＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等の場合、レ
ーザビームの強度分布は光軸付近は強度が強く、周辺に
行くにつれ強度が指数関数的に弱くなる、いわゆるガウ
ス分布に近い場合が多い。このようなレーザビームを、
例えば上述したビルドアップ多層基板の穴開けに用いた
場合、ビア内壁の繊維突出部が長くなり、メッキなどの
後工程の不良の原因となる。
【０００６】また従来例のようなレーザ加工装置に関し
ては、コリメータを用いてマスクの開口部に対しレーザ
ビームを十分大きく拡大し、レーザビームの光軸とその
近傍の強度の強い領域のみを加工に用いるなどの工夫が
見られるが、このような工夫を行った場合、マスクの遮
蔽部により遮断されるレーザビームのエネルギーが大き
くなり結果としてエネルギーの利用率低下を招く。
【０００７】また従来ではマルチモードレーザビームを
発生させ、レーザビームの強度分布を均一な分布に近づ
けて用いる方法がある。しかしマルチモードのレーザビ
ームは、一般にレーザ出力の変化に伴ってその次数が変
化し、強度分布が変動しやすい。その結果、加工面にお
ける強度分布が変化し、加工性能を安定させることが出
来ないという問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制
限するマスクと、所定の位置におけるレーザビームの均
一な強度分布をマスクの透過領域に対し適切な倍率でマ
スク上に投影する変倍投影光学系と、マスクのパターン
を加工対象物に投影する光学系とを用いて構成するもの
であり、加工対象物においてレーザビームの強度分布が
マスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい
加工が出来る。
【０００９】さらに具体的に本発明は、所定の位置にお
いてレーザビームの強度分布を均一にする手段を有し、
この手段は、レーザビーム強度分布を前記所定の位置に
おいて均一にする強度変換素子と、前記所定の位置にお
いて強度変換素子により乱れたレーザビームの位相を揃
える位相整合素子とを用いて構成するものであり、加工
対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大き
さに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来
る。
【００１０】また本発明は、上記の所定の位置において
レーザビームの強度分布を均一にする手段において、強
度変換素子の手前にテレスコープを設置し、強度変換素
子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制限
するものであり、これにより安定した品質の良い加工が
出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマ
スクと、前記レーザビームの所定の位置における均一な
強度分布を前記マスクの透過領域に対し適切な倍率で前
記マスク上に投影する変倍投影光学系と、前記マスクの
像を加工対象物に投影する光学系とを有するレーザ加工
装置であり、この構成により加工対象物においてレーザ
ビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布
になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１２】請求項２に記載の発明は、さらに、所定の
位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段
を有し、前記所定の位置においてレーザビームの強度分
布を均一にする手段は、前記レーザビームの強度分布を
前記所定の位置において均一にする強度変換素子と、前
記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前
記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて
構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
装置であり、この構成により加工対象物においてレーザ
ビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布
になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１３】請求項３に記載の発明は、所定の位置にお
いてレーザビームの強度分布を均一にする手段は、前記
レーザビームのビーム径を調整するテレスコープと、前
記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において均
一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記
強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃
える位相整合素子とを用いて構成されることを特徴とす
る請求項２記載のレーザ加工装置であり、この構成によ
り、テレスコープにより強度変換素子に入射するレーザ
ビームのビーム径を安定させることができる結果、加工
対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大き
さに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安定
した加工が可能となる。
【００１４】さらに具体的なものとして請求項４に記載
の発明は、強度変換素子及び位相整合素子は、いずれも
一方の面が非球面から構成される非球面レンズであるこ
とを特徴とする請求項２または３記載のレーザ加工装置
であり、この構成により加工対象物においてレーザビー
ムの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布にな
り、品質のよい加工が可能となる。
【００１５】またさらに具体的なものとして請求項５に
記載の発明は、変倍投影光学系は、任意の個数の透過又
は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素
子は、レーザビームの光軸にそって移動可能であること
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ
加工装置であり、この構成により加工対象物においてレ
ーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な
分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１６】また請求項６に記載の発明は、変倍投影光
学系は、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を
用いて構成されることを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載のレーザ加工装置であり、この構成により
加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの
大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可
能となる。
【００１７】また請求項７に記載の発明は、マスクの透
過領域が円形で且つ前記マスクの透過領域の大きさが可
変であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに
記載のレーザ加工装置であり、この構成により加工対象
物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに
応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能とな
る。
【００１８】また請求項８に記載の発明は、レーザビー
ムは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特
徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ加工
装置であり、この構成により加工対象物においてレーザ
ビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布
になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１９】本発明の請求項９に記載の発明は、所定の
位置において均一な強度分布を有するレーザビームを入
射し前記レーザビームを適切な倍率で強度分布を変換し
て出力するステップと、前記強度分布を変換して出力さ
れたレーザビームの透過領域を任意の形状に制限するス
テップと、前記透過領域を任意の形状に制限されたレー
ザビームを加工対象物に投影して加工を行うステップと
を有するレーザ加工方法であり、この手法により加工対
象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさ
に応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能とな
る。
【００２０】請求項１０に記載の発明は、さらに、所定
の位置においてレーザビームの強度分布を均一にするス
テップを有し、前記所定の位置においてレーザビームの
強度分布を均一にするステップは、前記レーザビームの
強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換
を行うステップと、前記所定の位置において前記強度変
換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行うス
テップとを有することを特徴とする請求項９記載のレー
ザ加工方法であり、この手法により加工対象物において
レーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一
な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２１】請求項１１に記載の発明は、所定の位置に
おいてレーザビームの強度分布を均一にするステップ
は、前記レーザビームのビーム径を調整するステップ
と、前記ビーム径を調整されたレーザビームの強度分布
を前記所定の位置において均一にする強度変換を行うス
テップと、前記所定の位置において前記強度変換された
レーザビームの位相を揃える位相整合を行うステップと
を有することを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工
方法であり、この方法により、レーザビームのビーム径
を調整するテレスコープで、強度変換する素子に入射す
るレーザビームのビーム径を安定させることができ、加
工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大
きさに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安
定した加工が可能となる。
【００２２】また請求項１２に記載の発明は、強度変換
に用いる素子及び位相整合に用いる素子は、いずれも一
方の面が非球面から構成される非球面レンズであること
を特徴とする請求項１０または１１記載のレーザ加工方
法であり、この手法により、加工対象物においてレーザ
ビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の
形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布にな
り、品質のよい加工が可能となる。
【００２３】また請求項１３に記載の本発明は、所定の
位置において均一な強度分布を有するレーザビームを入
射し前記レーザビームを適切な倍率で強度分布を変換し
て出力するステップは、任意の個数の透過又は反射型素
子を用いて行われ、前記透過又は反射型素子は、レーザ
ビームの光軸にそって移動可能であることを特徴とする
請求項９から１２のいずれかに記載のレーザ加工方法で
あり、この手法により、加工対象物においてレーザビー
ムの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状
に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、
品質のよい加工が可能となる。
【００２４】また請求項１４に記載の本発明は、所定の
位置において均一な強度分布を有するレーザビームを入
射し前記レーザビームを適切な倍率で強度分布を変換し
て出力するステップは、任意の個数の着脱可能な透過又
は反射型素子を用いて行われることを特徴とする請求項
９から１２のいずれかに記載のレーザ加工方法であり、
この手法により、加工対象物においてレーザビームの強
度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限
するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質の
よい加工が可能となる。
【００２５】また請求項１５に記載の本発明は、強度分
布を変換して出力されたレーザビームの透過領域を任意
の形状に制限するステップでは、前記制限される透過領
域が円形で且つ前記制限される透過領域の大きさが可変
であることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに
記載のレーザ加工方法であり、この手法により、加工対
象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビーム
の透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応
じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２６】また請求項１６に記載の本発明は、レーザ
ビームが、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されること
を特徴とする請求項９から１５のいずれかに記載のレー
ザ加工方法であり、この手法により、加工対象物におい
てレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域
を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な
分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２７】（実施の形態１）図１は本発明の一実施の
形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。図１
において、１１はレーザ発振器でありＴＥＭ00モードの
レーザビームを発振するＣＯ２レーザ発振器を用いた。
１２はＣＯ２レーザビームであり、図中にプロファイル
を点線で示した。１３はテレスコープであり、本実施の
形態においては、凸レンズ２枚から構成されるケプラー
型テレスコープとした。そして１４は強度変換素子、１
５は位相整合素子、１６は変倍投影光学系、１７はマス
ク、１８は投影レンズ、１９は加工対象物である。
【００２８】次に動作について説明する。ＣＯ２レーザ
発振器１１から出射したＣＯ２レーザビーム１２は、テ
レスコープ１３によりビーム径を調整されながら、強度
変換素子１４に入射する。強度変換素子１４、位相整合
素子１５を透過したＣＯ２レーザビーム１２の強度分布
は、ガウス分布から均一な分布に変換される。
【００２９】図２は、図１のレーザ加工装置における強
度変換素子１４及び位相整合素子１５の拡大図であり、
レーザビームの強度分布を光線密度で表している。図２
において、１４ａは強度変換素子のＣＯ２レーザビーム
１２の入射側の面であり、平面である。１４ｂは強度変
換素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の面であり、
非球面である。１５ａは位相整合素子１５のＣＯ２レー
ザビーム１２の入射側の面であり、非球面である。１５
ｂは位相整合素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の
面であり、平面である。すなわち本実施の形態におい
て、強度変換素子１４及び位相整合素子１５は、一方の
面が平面、他方の面が非球面から構成される非球面レン
ズである。
【００３０】強度変換素子１４の非球面部において、ビ
ーム強度の強い中央部ではビームを広げ、逆にビーム強
度の弱い周辺部はビームの広げ方を中央部に比べ少なく
するようにして、ビーム強度を均一にする。一方広げら
れた各ビームを平行ビームあるいは収束ビームあるいは
発散ビームに戻す。なお定性的な説明を行なうため、こ
こでは幾何光学的にレーザビームを光線にたとえたが、
より厳密な波動光学的な考え方では、強度変換素子１４
は非球面１４ｂによりＣＯ２レーザビーム１２の波面を
球面あるいは平面から歪ませることで、位相整合素子１
５の位置でＣＯ２レーザビーム１２を均一な強度分布と
する。
【００３１】また位相整合素子１５は、非球面１５ａに
より、強度変換素子１４により歪まされた波面を平面ま
たは球面に揃える。よって位相整合素子１５の位置にお
いてＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は、均一となり
かつ位相も揃う。
【００３２】図３（ａ）はガウス分布をしているＣＯ２
レーザビーム１２の強度変換素子入射面１４ａでの強度
分布、図３（ｂ）は均一な分布をしているＣＯ２レーザ
ビーム１２の強度変換素子入射面１４ａでの強度分布を
表している。
【００３３】位相整合素子１５を透過したＣＯ２レーザ
ビーム１２は、変倍投影光学系１６を透過し、マスク１
７に入射する。変倍投影光学系１６は、位相整合素子１
５の位置の像をマスク１７の位置に投影する。つまり変
倍投影光学系１６に対し、位相整合素子１５の位置とマ
スク１７の位置は共役な関係にある。つまり、位相整合
素子１５の位置で均一な強度分布と揃った位相分布を持
つレーザビームは、伝播とともに強度分布の均一性が失
われるが、変倍投影光学系１６で投影されたマスク１７
の位置で再び均一な強度分布になる。なおマスク１７に
おいて、位相分布も揃ったものとなる。なお、変倍投影
光学系１６の投影倍率は可変であり、マスク１７の位置
でのレーザビームの強度分布の領域の大きさを調整でき
る。
【００３４】図４は、マスク１７をレーザビームの光軸
にそった方向から見た図である。図４において、斜線部
が遮蔽部、遮蔽部の内側が開口部である。本実施の形態
では、開口部は円形とした。また、開口部の大きさは可
変とすることができ、このようにすることで加工に適し
た大きさに調節することができる。変倍投影光学系１６
は、ＣＯ２レーザビーム１２がマスク１７の開口部の大
きさに対して最適な領域を照射するように、位相整合素
子１５の位置におけるレーザビームの強度分布をマスク
１７上に投影する。
【００３５】図５はマスクの開口部の大きさとレーザビ
ームの照射領域の関係を表す図である。図５においてレ
ーザビームの強度分布を点線で示した。
【００３６】図５（ａ）はマスクの開口部の大きさに対
しレーザビームの照射領域が小さい場合である。このよ
うな場合、マスクの開口部の内側にのみレーザビームの
強度が存在し、マスクで遮蔽する意味がない。
【００３７】また、図５（ｂ）のように、マスクの開口
部に対してレーザビームの照射領域が大きすぎる場合、
マスクの遮蔽部により遮断されるレーザビームのエネル
ギーの量が多すぎてエネルギーの利用効率が低下する。
【００３８】本実施の形態では、図５（ｃ）のように、
ＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の均一な領域の大部
分がマスク１７の開口部を照射するような、最適なＣＯ
２レーザビーム１２の領域の大きさになるように、変倍
投影光学系１６の投影倍率の大きさを調整する。
【００３９】図６は、本実施の形態における変倍投影光
学系の拡大図である。図６において、６１は変倍投影光
学系１６を構成する凹レンズ、６２は変倍投影光学系１
６を構成する凸レンズである。本実施の形態において、
凹レンズ６１が位相整合素子１５側に、凸レンズ６２が
マスク１７側に配置され、変倍投影光学系１６として位
相整合素子１５の位置におけるレーザビームの強度をマ
スク１７の位置に投影する。さらに本実施の形態では、
凹レンズ６１及び凸レンズ６２は、光軸方向にそってそ
れぞれ独立に移動可能なものとし、凹レンズ６１及び凸
レンズ６２の間の距離を変えることにより、２つのレン
ズの合成焦点距離つまり変倍投影光学系１６の焦点距離
を変えることが可能となる。変倍投影光学系１６の焦点
距離は、以下の（数１）で示される。
【００４０】
【数１】
【００４１】（数１）において、ｆは変倍投影光学系１
６の焦点距離、ｆ１は凹レンズ６１の焦点距離の絶対
値、ｆ２は凸レンズ６２の焦点距離の絶対値、ｄは凹レ
ンズ６１と凸レンズ６２の間隔である。（数１）による
と、凹レンズ６１と凸レンズ６２の間隔を長くするほ
ど、変倍投影光学系１６の焦点距離を短く出来る。すな
わち変倍投影光学系１６は、凹レンズ６１と凸レンズ６
２を光軸方向にそって移動しながら焦点距離を変化させ
ることで、位相整合素子１５とマスク１７の位置を共役
な関係に保ちながら、投影倍率を変化させることが出来
る。よってマスク１７上でのレーザビームの強度分布は
均一なものとなる。
【００４２】さらにマスク１７の開口部の大きさを変化
させる場合も、その大きさの変化に合わせて変倍投影光
学系１６の投影倍率を変化させることで、常にマスク１
７の開口部の大きさに最適な領域にＣＯ２レーザビーム
１２の強度分布の大きさを変化させることが出来る。
【００４３】次に、マスク１７の開口部におけるレーザ
ビームの強度分布は、投影レンズ１８により加工対象物
１９上に投影される。マスク１７の位置と加工対象物１
９の位置は、投影レンズ１８からみて共役な関係にある
ので、被加工物１９上におけるＣＯ２レーザビーム１２
の強度分布も均一になる。
【００４４】なお、マスク１７の大きさは可変であると
し、マスク１７の大きさと投影レンズ１８の積で与えら
れる加工対象物１９でのＣＯ２レーザビーム１２の強度
分布の大きさを、必要に応じて変化させることが出来
る。
【００４５】以上のように本実施の形態によれば、レー
ザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、
所定の位置におけるレーザビームの均一な強度分布をマ
スクの透過領域に対し適切な倍率でマスク上に投影する
変倍投影光学系と、マスクのパターンを加工対象物に投
影する光学系とを用いて構成することにより、加工対象
物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに
応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４６】さらに、所定の位置においてレーザビーム
の強度分布を均一にする手段を配置し、この手段が、レ
ーザビーム強度分布を前記所定の位置において均一にす
る強度変換素子と、前記所定の位置において強度変換素
子により乱れたレーザビームの位相を揃える位相整合素
子とを用いて構成することにより、加工対象物において
レーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一
な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４７】さらに、上記の所定の位置においてレーザ
ビームの強度分布を均一にする手段が、強度変換素子の
手前に設置されたテレスコープを有する場合、強度変換
素子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制
限することができるため、これにより安定した品質の良
い加工が出来る。
【００４８】なお本実施の形態において、レーザ発振器
から発振されるレーザビームはＴＥＭ00モードとした
が、高次のモードが混じったレーザビームであっても、
あるいは導波モードであっても、不安定共振器から発振
するモードであっても、強度変換素子と位相整合素子を
これらのモードに対し最適に設計することで実現可能で
ある。
【００４９】なお本実施の形態において、マスク１７は
開口部の大きさが可変としたが、マスクの大きさを固定
として着脱可能とし、加工に応じて最適な開口部の大き
さのマスクに交換してもよい。
【００５０】また、マスク１７の開口部の形状を円形と
したが、円形に限ることは無いことは言うまでもない。
【００５１】また、変倍投影光学系１６を凹レンズ６１
と凸レンズ６２から構成したが、レンズの枚数は２枚に
限定されるものではなく、それ以上で構成しても構わな
い。
【００５２】さらに変倍投影光学系１６は、レンズでな
く反射鏡等からも構成可能である。要するに位相整合素
子１５の位置の強度及び位相をマスク１７の位置に投影
するものであれば、変倍投影光学系１６の構成はレンズ
のような透過型の素子に限らず、反射型の素子やその他
の素子を用いて構成しても良い。
【００５３】さらに変倍投影光学系１６は、光軸方向に
沿って移動可能な要素から構成したが、個々の構成要素
を着脱可能とし、マスクの大きさに応じて最適な投影倍
率で投影できるように、その都度光学系を構成する方式
にしてもよい。
【００５４】なお、本実施の形態では、変倍投影光学系
１６に入射するレーザビームは、テレスコープ１３と、
所定の位置でレーザビームの強度分布を均一にする手段
すなわちここでは強度変換素子１４及び位相整合素子１
５とを通過した光としているが、これに限定されるもの
ではなく、変倍投影光学系１６に入射する位置において
均一な強度分布を有するレーザビームであれば構わな
い。
【００５５】また、所定の位置でレーザビーム１２の強
度分布を均一にする手段の一つとして、本実施の形態で
は、強度変換素子と位相変換素子を２枚の非球面レンズ
から構成した一例を示したが、バイナリーオプティクス
から構成しても良く、枚数も２枚に限らない。
【００５６】また、所定の位置でレーザビーム１２の強
度分布を均一にする手段として、本実施の形態において
は透過型素子を用いているが、反射型素子でもよい。
【００５７】また、所定の位置でレーザビーム１２の強
度分布を均一にする手段の一つとして、さらにテレスコ
ープ１３を有する構成も示したが、テレスコープ１３は
凸レンズ２枚の構成に限らず、凹レンズと凸レンズから
なるガリレイ型テレスコープとしても良く、レンズの枚
数も２枚に限らない。さらにテレスコープは、任意の枚
数の反射鏡等から構成しても良い。
【００５８】また、本実施の形態においてレーザビーム
はＣＯ２レーザビームとしたが、ＹＡＧレーザやＨｅ−
Ｎｅレーザ等、加工に適した光ならばなんでもよい。
【００５９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザビ
ームを強度変換素子及び位相整合素子により位相の揃っ
た均一な強度分布に変換し、変倍投影光学系によりマス
クの開口部に応じた最適な大きさの均一な強度分布でマ
スクを照射し、マスクの開口部におけるレーザビームの
強度分布を加工対象物上に投影することで、より均一な
加工が可能となり、品質の安定した加工を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置
の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における強度変換素子及
び位相整合素子の概略拡大図
【図３】本発明の一実施の形態におけるレーザビームの
強度分布を示す概念図
【図４】本発明の一実施の形態におけるマスクの光軸方
向から見た概略図
【図５】本発明の一実施の形態におけるマスクの大きさ
と強度分布の照射領域との関係を示す概念図
【図６】本発明の一実施の形態における変倍投影光学系
の概略拡大図
【図７】従来例におけるレーザ加工装置の概略構成図
【符号の説明】
１１ ＣＯ２レーザ発振器 １２ ＣＯ２レーザビーム １３ テレスコープ １４ 強度変換素子 １４ａ 強度変換素子の入射側面 １４ｂ 強度変換素子の出射側面 １５ 位相整合素子 １５ａ 位相整合素子の入射側面 １５ｂ 位相整合素子の出射側面 １６ 変倍投影光学系 １７ マスク １８ 投影レンズ １９ 加工対象物 ６１ 凹レンズ ６２ 凸レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古谷 伸昭 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 CA07 CD05 CD10 CD14

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームの透過領域を任意の形状に
    制限するマスクと、前記レーザビームの所定の位置にお
    ける均一な強度分布を前記マスクの透過領域に対し適切
    な倍率で前記マスク上に投影する変倍投影光学系と、前
    記マスクの像を加工対象物に投影する光学系とを有する
    レーザ加工装置。
  2. 【請求項２】 さらに、所定の位置においてレーザビー
    ムの強度分布を均一にする手段を有し、前記所定の位置
    においてレーザビームの強度分布を均一にする手段は、
    前記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において
    均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前
    記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を
    揃える位相整合素子とを用いて構成されることを特徴と
    する請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 【請求項３】 所定の位置においてレーザビームの強度
    分布を均一にする手段は、前記レーザビームのビーム径
    を調整するテレスコープと、前記レーザビームの強度分
    布を前記所定の位置において均一にする強度変換素子
    と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱
    れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを
    用いて構成されることを特徴とする請求項２記載のレー
    ザ加工装置。
  4. 【請求項４】 強度変換素子及び位相整合素子は、いず
    れも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであ
    ることを特徴とする請求項２または３記載のレーザ加工
    装置。
  5. 【請求項５】 変倍投影光学系は、任意の個数の透過又
    は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素
    子は、レーザビームの光軸にそって移動可能であること
    を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ
    加工装置。
  6. 【請求項６】 変倍投影光学系は、任意の個数の着脱可
    能な透過又は反射型素子を用いて構成されることを特徴
    とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装
    置。
  7. 【請求項７】 マスクの透過領域が円形で且つ前記マス
    クの透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請
    求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
  8. 【請求項８】 レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を
    用いて発振されることを特徴とする請求項１から７のい
    ずれかに記載のレーザ加工装置。
  9. 【請求項９】 所定の位置において均一な強度分布を有
    するレーザビームを入射し前記レーザビームを適切な倍
    率で強度分布を変換して出力するステップと、前記強度
    分布を変換して出力されたレーザビームの透過領域を任
    意の形状に制限するステップと、前記透過領域を任意の
    形状に制限されたレーザビームを加工対象物に投影して
    加工を行うステップとを有するレーザ加工方法。
  10. 【請求項１０】 さらに、所定の位置においてレーザビ
    ームの強度分布を均一にするステップを有し、前記所定
    の位置においてレーザビームの強度分布を均一にするス
    テップは、前記レーザビームの強度分布を前記所定の位
    置において均一にする強度変換を行うステップと、前記
    所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの
    位相を揃える位相整合を行うステップとを有することを
    特徴とする請求項９記載のレーザ加工方法。
  11. 【請求項１１】 所定の位置においてレーザビームの強
    度分布を均一にするステップは、前記レーザビームのビ
    ーム径を調整するステップと、前記ビーム径を調整され
    たレーザビームの強度分布を前記所定の位置において均
    一にする強度変換を行うステップと、前記所定の位置に
    おいて前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える
    位相整合を行うステップとを有することを特徴とする請
    求項１０記載のレーザ加工方法。
  12. 【請求項１２】 強度変換に用いる素子及び位相整合に
    用いる素子は、いずれも一方の面が非球面から構成され
    る非球面レンズであることを特徴とする請求項１０また
    は１１記載のレーザ加工方法。
  13. 【請求項１３】 所定の位置において均一な強度分布を
    有するレーザビームを入射し前記レーザビームを適切な
    倍率で強度分布を変換して出力するステップは、任意の
    個数の透過又は反射型素子を用いて行われ、前記透過又
    は反射型素子は、レーザビームの光軸にそって移動可能
    であることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに
    記載のレーザ加工方法。
  14. 【請求項１４】 所定の位置において均一な強度分布を
    有するレーザビームを入射し前記レーザビームを適切な
    倍率で強度分布を変換して出力するステップは、任意の
    個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて行われる
    ことを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の
    レーザ加工方法。
  15. 【請求項１５】 強度分布を変換して出力されたレーザ
    ビームの透過領域を任意の形状に制限するステップで
    は、前記制限される透過領域が円形で且つ前記制限され
    る透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請求
    項９から１４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
  16. 【請求項１６】 レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器
    を用いて発振されることを特徴とする請求項９から１５
    のいずれかに記載のレーザ加工方法。
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