JP2002248589A - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JP2002248589A
JP2002248589A JP2001045469A JP2001045469A JP2002248589A JP 2002248589 A JP2002248589 A JP 2002248589A JP 2001045469 A JP2001045469 A JP 2001045469A JP 2001045469 A JP2001045469 A JP 2001045469A JP 2002248589 A JP2002248589 A JP 2002248589A
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JP
Japan
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laser beam
thin film
laser
area
irradiated
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JP2001045469A
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Kenichi Hayashi
健一 林
Jiro Yamamoto
次郎 山本
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 複雑なレーザ光学系を用いる必要がなく、か
つデブリの除去を行うことができるレーザ加工方法を提
供する。 【解決手段】 下地基板の表面上に薄膜が形成された加
工対象物を準備する。薄膜にパルスレーザビームを照射
しながら、薄膜の表面におけるパルスレーザビームのビ
ームスポットが、1つ前のショットでアブレーションさ
れた領域20aと部分的に重なるように、ビームスポッ
トを移動させる20b。次に、薄膜がアブレーションさ
れた領域にパルスレーザビームを照射しながら、ビーム
スポットを、第1回目のレーザ照射時よりも速く移動さ
せる21a,21b。これにより、第1回目のレーザ照
射時で付着したデブリが除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法に
関し、特にレーザビームの照射によって生じたデブリを
除去することができるレーザ加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、紫外領域のレーザビームを加工
対象物に照射してレーザ加工を行うと、デブリ(deb
ris)と呼ばれる副次物が発生する。加工対象物が樹
脂であれば、加工された孔の周辺に、カーボンのすすの
ような付着物が認められる。加工対象物がアルチック
(Al23/TiC複合焼結体)のようなセラミックス
であれば、加工された孔の周辺に微細な破砕物の堆積が
認められる。従来は、レーザ加工後に、湿式の洗浄処理
や乾式のプラズマ処理を行うことにより、デブリを除去
していた。
【0003】特許公報第3052226号に、レーザ加
工後のデブリ除去処理を行う必要のないレーザ加工方法
が開示されている。このレーザ加工方法では、アブレー
ションを生じさせるための第1のレーザビームと、デブ
リを除去するための第2のレーザビームとを、同時に有
機材料に照射する。第2のレーザビームの照射領域は、
第1のレーザビームの照射領域を含む広さである。第1
のレーザビームの照射によってアブレーションが生じ、
加工された孔の周辺にデブリが付着するが、第2のレー
ザビームの照射によって、このデブリが除去される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特許公報第30522
26号に開示されたレーザ加工方法では、第2のレーザ
ビームのフルーエンスは、有機材料にアブレーションが
生じる最低エネルギ密度よりも小さくなるように設定さ
れている。アブレーション用の第1のレーザビームと、
デブリ除去用の第2のレーザビームとの、特性の異なる
2本のレーザビームを発生させなければならない。この
ため、レーザ光学系が複雑になる。
【0005】本発明の目的は、複雑なレーザ光学系を用
いる必要がなく、かつデブリの除去を行うことができる
レーザ加工方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、下地基板の表面上に、該下地基板の材料とは異なる
材料で形成された薄膜を有する加工対象物を準備する工
程と、前記薄膜表面において、前記下地基板がアブレー
ションされず、前記薄膜がアブレーションされる第1の
フルーエンスになる条件で、該薄膜にパルスレーザビー
ムを照射しながら、該薄膜の表面におけるパルスレーザ
ビームのビームスポットが、1つ前のショットでアブレ
ーションされた領域と部分的に重なるように、前記加工
対象物を面内方向に移動させる第1回目のレーザ照射工
程と、前記薄膜表面において、前記下地基板がアブレー
ションされず、前記薄膜がアブレーションされる第2の
フルーエンスになる条件で、前記薄膜がアブレーション
された領域にパルスレーザビームを照射しながら、レー
ザスポットが前記加工対象物の表面内で移動するよう
に、レーザビーム及び前記加工対象物の一方を他方に対
して移動させる工程であって、該加工対象物の表面にお
けるパルスレーザビームのビームスポットが、前回のシ
ョットで照射された領域に接するように、もしくは該加
工対象物の表面におけるパルスレーザビームのビームス
ポットが、前回のショットで照射された領域に部分的に
重なり、その重なり部分の面積が、前記第1回目のレー
ザ照射工程における重なり部分の面積よりも小さくなる
ように移動させることにより、前記第1回目のレーザ照
射工程で付着したデブリを除去する第2回目のレーザ照
射工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0007】第1回目のレーザ照射工程で、薄膜が除去
される。このとき、薄膜の除去された下地基板の表面上
に薄くデブリが付着する。第2回目のレーザ照射工程を
実施すると、このデブリがほとんど除去される。
【0008】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施例によるレ
ーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示
す。発振波長248nmのKrFエキシマレーザ等のレ
ーザ光源1から出射したレーザビーム11が、折返しミ
ラー2a及び2bで反射し、マスク4に入射する。な
お、レーザ光源1として、Nd:YAGレーザやNd:
YLFレーザの高調波を発生させる光源を用いてもよ
い。
【0009】マスク4は、例えば、所望の形状の貫通孔
が設けられたモリブデンやCuNi合金等の板である。
レーザビームがマスク4の貫通孔を通過することによ
り、その断面が貫通孔の形状に整形される。レーザビー
ムの中央部分のみを透過させることにより、エネルギ密
度(フルーエンス)の均一な所望形状のレーザビームを
得ることができる。
【0010】真空容器17内にXYステージ9が配置さ
れている。XYステージ9の可動面上に加工対象物6が
保持されている。XYステージ9は、加工対象物6を、
その被加工面に平行な2次元方向に移動させることがで
きる。真空容器17に、紫外レーザビームを透過させる
窓18が設けられている。なお、大気中で加工を行う場
合には、真空容器17は不要である。
【0011】マスク4を透過したレーザビームが、結像
レンズ5に入射する。結像レンズ5により収束されたレ
ーザビームが、窓18を透過して、XYステージ9に保
持された加工対象物6に入射する。結像レンズ5は、マ
スク4に設けられた貫通孔を、所定の倍率で、加工対象
物6の表面上に結像させる。結像レンズ5及び加工対象
物6の光軸方向に関する位置を変更することにより、結
像倍率を変更することができる。
【0012】加工対象物6に入射させるレーザビームの
1パルスあたりのフルーエンスを、あるしきい値以上に
すると、加工対象物の表面でアブレーションと呼ばれる
エッチング現象が生じ、加工対象物6の表面が削られ
る。
【0013】実施例で加工される加工対象物6は、透明
ガラス基板の表面上に、着色された有機材料膜(カラー
フィルタ)が形成されたものであり、液晶表示パネルの
基板として用いられる。この有機材料膜がアブレーショ
ンされるための1パルスあたりのフルーエンスのしきい
値は、約0.1J/cm2である。
【0014】次に、図2を参照して、本発明の実施例に
よるレーザ加工方法について説明する。
【0015】まず、ガラス基板の表面上に有機材料膜が
形成された加工対象物を準備する。この加工対象物を、
図1に示したXYステージ9の可動面上に固定する。加
工対象物の表面のうち、X軸に平行な辺を有する長方形
の領域の有機材料膜を除去する場合を説明する。有機材
料膜の表面にレーザビームを照射しながら、加工対象物
をX軸の負の方向に移動させる。
【0016】図2(A)に示すように、ビームスポット
20は、加工対象物に対して相対的にX軸の正の方向に
移動する。ビームスポットが、加工すべき領域の縁に到
達すると、加工対象物をY軸方向にずらし、次にX軸の
正の方向に移動させる。
【0017】Nd:YLFレーザの4倍高調波を使用す
る場合のレーザビームの波長は262nm、パルス幅は
約10ns、パルスの繰り返し周波数は最大300H
z、パルスエネルギは0.3mJ/パルス、加工対象物
表面における1パルスあたりのフルーエンスは、0.7
J/cm2である。また、加工対象物のX軸方向の移動
速度は、0.07mm/sである。
【0018】この条件でレーザビームの照射を行うと、
ビームスポット20bが、1つ前のショットで照射され
た領域20aと部分的に重なる。重なり部分の面積は、
ビームスポットの面積の約95%になる。加工対象物表
面の微小なある位置に着目すると、その位置をビームス
ポットが通過する際に、250ショットのパルスレーザ
ビームが照射される。1ショットのみでは、有機材料膜
をすべて除去することはできないが、複数ショットの照
射により、有機材料膜がすべて除去され、下地のガラス
基板表面が一旦露出する。ただし、その次以降のショッ
トによりアブレーションされて飛散した飛散物の一部
が、露出したガラス基板の表面に付着する。
【0019】加工すべき全領域に、第1回目のパルスレ
ーザビームの照射が終了すると、第2回目のパルスレー
ザビームの照射を行う。第2回目のパルスレーザビーム
の照射条件は、加工対象物の移動速度を除いて第1回目
の照射条件と同一である。加工対象物のX軸方向の移動
速度は、第1回目の照射時の移動速度よりも速い。
【0020】図2(B)に示すように、ビームスポット
21bが、1つ前のショットで照射された領域21aと
部分的に重なる。ところが、重なり部分の面積は第1回
目の照射時における重なり部分の面積よりも小さい。第
1回目の照射後にガラス基板の表面に付着していたデブ
リは、第2回目の照射によりほとんど除去される。ガラ
ス基板の表面に付着していたデブリを除去するには、1
ショットの照射で十分である。従って、ビームスポット
の重なり部分の面積は、極僅かでもよい。なお、ビーム
スポットが、前回のショットで照射された領域と重複せ
ず、接するようにしてもよい。
【0021】上記実施例によるレーザ加工方法では、第
1回目の照射に使用されるレーザビームと第2回目の照
射に使用されるレーザビームとが、同一の光学的特性を
有する。このため、デブリ除去用の特別の光学系を配置
することなく、デブリの除去を行うことができる。ま
た、第2回目の照射時には、加工対象物の移動速度を速
くしているため、第2回目の照射が全体の加工時間に与
える影響は少ない。
【0022】上記実施例では、ガラス基板上に形成され
た有機材料膜を除去する場合を説明したが、ガラス基板
上に形成されたインジウム錫オキサイド(ITO)膜、
Cr等の金属膜、セラミックス膜、酸化シリコン等の無
機誘電体膜等を除去することも可能である。この場合、
薄膜はアブレーションされるが、下地の基板はアブレー
ションされない条件で、レーザビームを照射する必要が
ある。
【0023】また、上記実施例では、加工対象物をXY
ステージ上に載せて移動させる場合を説明したが、ガル
バノミラー等でレーザビームの進行方向を振り、ビーム
スポットを加工対象物の表面内で移動させてもよい。
【0024】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザビームを照射して薄膜を除去した後、2回目のレ
ーザビームの照射を行う。2回目のレーザビームの照射
時には、ビームスポットの移動速度が、1回目の照射時
における移動速度よりも速い。2回目の照射により、下
地表面上に付着していたデブリを除去することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で用いられるレーザ加工装置の
概略図である。
【図2】本発明の実施例によるレーザ加工方法で加工を
行う際のビームスポットの移動の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2a、2b 折返しミラー 4 マスク 5 結像レンズ 6 加工対象物 9 XYステージ 17 真空容器 18 窓 20 ビームスポット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地基板の表面上に、該下地基板の材料
    とは異なる材料で形成された薄膜を有する加工対象物を
    準備する工程と、 前記薄膜表面において、前記下地基板がアブレーション
    されず、前記薄膜がアブレーションされる第1のフルー
    エンスになる条件で、該薄膜にパルスレーザビームを照
    射しながら、該薄膜の表面におけるパルスレーザビーム
    のビームスポットが、1つ前のショットでアブレーショ
    ンされた領域と部分的に重なるように、前記加工対象物
    を面内方向に移動させる第1回目のレーザ照射工程と、 前記薄膜表面において、前記下地基板がアブレーション
    されず、前記薄膜がアブレーションされる第2のフルー
    エンスになる条件で、前記薄膜がアブレーションされた
    領域にパルスレーザビームを照射しながら、レーザスポ
    ットが前記加工対象物の表面内で移動するように、レー
    ザビーム及び前記加工対象物の一方を他方に対して移動
    させる工程であって、該加工対象物の表面におけるパル
    スレーザビームのビームスポットが、前回のショットで
    照射された領域に接するように、もしくは該加工対象物
    の表面におけるパルスレーザビームのビームスポット
    が、前回のショットで照射された領域に部分的に重な
    り、その重なり部分の面積が、前記第1回目のレーザ照
    射工程における重なり部分の面積よりも小さくなるよう
    に移動させることにより、前記第1回目のレーザ照射工
    程で付着したデブリを除去する第2回目のレーザ照射工
    程とを有するレーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 前記第2のフルーエンスが前記第1のフ
    ルーエンスと等しい請求項1に記載のレーザ加工方法。
  3. 【請求項3】 前記第1回目のレーザ照射工程におい
    て、パルスレーザビームの複数ショットの照射によっ
    て、照射部分の下地基板の表面が一旦露出し、露出した
    部分の近傍へのパルスレーザビームの照射によって、露
    出した領域上にデブリが堆積する条件でパルスレーザビ
    ームを照射する請求項1または2に記載のレーザ加工方
    法。
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