JP2004098120A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】良質の加工を行うことのできるレーザー加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】相互に平行な2つの辺を有する貫通孔3aが設けられたマスク3を準備する。マスク3の貫通孔3aを通過したレーザビームが、レンズ7で集光され、貫通孔が加工対象物の表面上に結像されたとき、貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、加工対象物の表面上に画定された第1の方向と平行となるように、マスク3を回転し、固定する。マスクでレーザビームの断面を整形し、レンズで集光して、貫通孔を加工対象物の表面上に結像させる。レーザビームを第1の方向に走査して、加工対象物の一部を除去する加工を行う。
【選択図】 図1
【解決手段】相互に平行な2つの辺を有する貫通孔3aが設けられたマスク3を準備する。マスク3の貫通孔3aを通過したレーザビームが、レンズ7で集光され、貫通孔が加工対象物の表面上に結像されたとき、貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、加工対象物の表面上に画定された第1の方向と平行となるように、マスク3を回転し、固定する。マスクでレーザビームの断面を整形し、レンズで集光して、貫通孔を加工対象物の表面上に結像させる。レーザビームを第1の方向に走査して、加工対象物の一部を除去する加工を行う。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、溝を形成する従来のレーザ加工装置を示す概略図である。
【0003】
レーザ光源51から、パルスレーザビームが出射する。レーザビームは、ホモジナイザ52でビーム断面のパルスエネルギ密度を均一(トップフラット)にされた後、たとえば円形の貫通孔を有するマスク53で断面形状を円形に整形される。反射ミラー54で反射され、集光レンズ55を経て、基板56に入射する。基板56は、たとえばガラス基材の上に、インジウムティンオキサイド(ITO)膜が形成された基板である。レーザビームは、基板56のITO膜に入射する。ITO膜表面におけるレーザビームのビームスポットは、たとえば直径が0.2mmの円形である。基板56は、XYステージ57上に載置されている。XYステージ57は、基板56を2次元平面内で移動させることによって、基板56上の表面内においてパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる。
【0004】
まず、基板56に、50%の重複率でパルスレーザビームが照射されるようにXYステージ57を動かし、基板56のITO膜に溝を形成する。ここで重複率とは、ビームスポットの直径に対するパルスレーザビーム1ショット当たりの移動距離を意味する。
【0005】
図7(A)は、50%の重複率で照射されたレーザビームによって連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。ITO膜に入射するレーザビームのビームスポットに依存する形状の穴が連続的に穿たれた結果、溝が形成されている。このため、溝の長さ方向に沿う開口の縁は、円形ビームスポットの外周の一部に対応する凹凸を有する。
【0006】
ITO膜に形成される溝の開口の縁を直線状に近づけるために、重複率を大きくする方法が用いられる。たとえば、基板56のITO膜上に、90%の重複率でパルスレーザビームが照射されるようにXYステージ57を動かし、溝を形成する。
【0007】
図7(B)は、90%の重複率で照射されたレーザビームによって連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。図7(A)と同様に、溝の開口部の外周を太線で示した。溝の長さ方向に沿う開口の縁は、直線状に近づく。しかし、90%の重複率でレーザビームを照射しているため、加工速度は重複率50%の場合の5分の1である。開口の形状を改善することはできるが、加工の時間効率は悪化する。
【0008】
矩形の貫通孔を有するマスク53を用いることによって、開口の縁が直線状であるような溝を形成することができる。パルスレーザビームを、ITO膜上に、矩形のビームスポットを形成して入射させ、矩形の一対の平行な辺と平行な方向に走査すればよい。
【0009】
図7(C)は、上記のようにして、連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。溝の長さ方向に沿う開口の縁は、直線状である。しかし、このような溝が形成されるのは、レーザビームの走査方向と、矩形の一対の平行な辺の方向とが平行である場合に限られる。
【0010】
図7(D)は、パルスレーザビームを、ITO膜上に、矩形のビームスポットを形成して入射させ、矩形の一対の平行な辺と平行ではない方向に走査することによって、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。加工される溝の幅は、図7(C)に示した溝の幅とは異なる。また、溝の長さ方向に沿う開口の縁は、矩形のビームスポットの外周の一部に対応する凹凸を有している。
【0011】
図8は、穴62と配線用溝63が加工されたグリーンシート61の概略的な平面図である。穴62は、グリーンシート61を貫通する穴である。穴62は、レーザビームを照射することで開けられる。配線用溝63は、エッチングにより、化学的に形成される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良質の加工を行うことのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、相互に平行な2つの辺を有する貫通孔が設けられたマスクを準備する工程と、前記マスクの貫通孔を通過したレーザビームが、レンズで集光され、前記貫通孔が加工対象物の表面上に結像されたとき、前記貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、前記加工対象物の表面上に画定された第1の方向と平行となるように、前記マスクを回転し、固定する工程と、前記マスクでレーザビームの断面を整形し、前記レンズで集光して、前記貫通孔を前記加工対象物の表面上に結像させる工程と、レーザビームを前記第1の方向に走査して、前記加工対象物の一部を除去する加工を行う工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0014】
このレーザ加工方法によると、加工対象物に、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる溝を形成することができる。
【0015】
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームの断面を整形する貫通孔が設けられたマスクであって、該貫通孔は、相互に平行な2つの辺を有するマスクと、前記マスクで断面を整形されたレーザビームを、前記マスクの貫通孔が、加工対象物の表面に結像するように集光する集光レンズと、前記加工対象物の表面上に結像された前記貫通孔の像が、前記加工対象物に対して回転するように、前記マスクを回転させ、ある位置で固定させるマスク回転機構と、前記加工対象物に入射するレーザビームを、前記加工対象物表面内において走査するビーム走査器と、前記ビーム走査器のビーム走査方向を制御するとともに、前記マスクの貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、該ビーム走査方向と平行となるように、前記マスク回転機構を制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0016】
このレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うと、加工対象物に、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる溝を形成することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の概略図である。
【0018】
レーザ光源1、たとえば波長変換ユニットを含むNd:YAGレーザ発振器から、Nd:YAGレーザの3倍高調波(波長355nm)が、パルスエネルギ0.5mJ/パルス、パルス幅50nsで出射する。なお、加工材料の種類に応じて、YAG、YLF、YVO4等の固体レーザの基本波及びその高調波、または、CO2レーザ等のレーザ光を用いることができる。レーザビームは、ビーム径を拡大し、平行光として出射するエキスパンダ2を経て、マスク3に入射する。マスク3は、たとえば矩形の貫通孔3aを有している。レーザビームは、断面形状を矩形に整形されて、マスク3から出射する。マスク3は、マスク回転機構4に保持されている。マスク回転機構4は、たとえばゴニオメータを含んで構成される。マスク回転機構4によりマスク3が回転すると、それに応じて、レーザビームは、矩形状に整形された断面を回転されて、マスク3から出射する。マスク回転機構4については、後述する。
【0019】
マスク3を出射したレーザビームは、反射ミラー5で反射され、ガルバノスキャナ6に入射する。ガルバノスキャナ6は、2枚の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを2次元方向に高速で走査する。ガルバノスキャナ6を出射したレーザビームは、fθレンズ7を経て、ステージ9上に載置された加工対象物である基板8に入射する。基板8は、たとえばガラス基材の上にITO膜が形成された基板である。レーザビームは、基板8のITO膜に入射する。fθレンズ7は、マスク3の貫通孔3aを基板8のITO膜上に結像させる。
【0020】
図2は、矩形の貫通孔3aを有するマスク3を保持したマスク回転機構4を示す概略図である。マスク回転機構4は、貫通孔3aの矩形の対角線の交点を回転中心として、マスク3を回転する。マスク3の回転に対応して、基板8上の貫通孔3aの像が回転する。すなわち、マスク回転機構4の回転によって、基板8上に結像させた貫通孔3aの矩形の像を、基板8の表面内において回転させ、その1つの辺を、任意の方向と平行にすることができる。マスク回転機構4は、貫通孔3aの矩形の像が、基板8の表面内において、所定の方向と平行になるように、マスク3を回転し、その位置で固定する。
【0021】
図3(A)は、基板8上に結像された矩形の貫通孔3aの像(ビームスポット)を示す概略図である。矢印30方向は、レーザビームの照射により、形成しようとする溝の長さ方向と平行な方向である。基板8のITO膜上において、貫通孔3aの矩形の像の平行な一対の辺が、矢印30方向と平行になるように、マスク回転機構4によりマスク3を回転させ、レーザビームを入射させる。基板8には、貫通孔3aが結像された位置のITO膜に、穴が開く。次に、ガルバノスキャナ6により、基板8に入射するパルスレーザビームを、矢印30方向に、走査する。
【0022】
図3(B)は、ITO膜に、矢印30方向と平行な方向にのびる溝が形成された基板8の概略的な平面図である。ビームの入射位置を移動し、5ショットのパルスレーザビームを、50%の重複率で照射することによって、照射位置に溝を形成した。ここで重複率とは、矩形のビームスポットの、矢印30方向と平行な一辺の長さに対する、パルスレーザビーム1ショット当たりの移動距離である。パルスレーザビームは、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の一部が、前回のショットのそれに重なるように、基板8に入射した。溝は、各ショットで開けられた穴が連続することによって、形成される。
【0023】
形成された溝は、一定幅を有する。また、溝の開口の縁は、矩形状の貫通孔3aの像の直線部によって形成されるため、凹凸を有しない直線状になる。なお、形成される溝の深さは、たとえば重複率により、調整することができる。
【0024】
前述の通り、マスク回転機構4によりマスク3を回転させ、基板8上に結像される矩形の貫通孔3aの像を、基板8の表面内における任意の方向と平行にすることができる。したがって、まず、加工しようとする溝の長さ方向と、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向とが、平行になるように、マスク3を回転させ、基板8のITO膜にレーザビームを入射させる。次に、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向と平行な方向(加工しようとする溝の長さ方向)に、レーザビームを走査する。こうすることによって、基板8上に、任意の方向にのびる溝を形成することができる。溝は、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる。
【0025】
なお、基板8上に結像させるマスク3の貫通孔3aは、矩形でなくてもよい。貫通孔3aを、たとえば、平行な一対の辺を有する形状に形成して、レーザビームの断面を整形し、ビームスポットの平行な一対の辺と平行な方向に、レーザビームを走査すれば、開口の縁に凹凸を有しない、一定幅の溝を加工することができる。
【0026】
図4(A)は、マスク3の貫通孔3aの一例を示す図である。貫通孔3aは、平行な一対の辺を有する形状に形成されている。この一対の辺同士を接続する他の一対の辺は、内側に向かって湾曲している。このような貫通孔3aを有するマスク3を用いて、レーザビームの断面を整形すると、基板8上に、平行な一対の辺を有する形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)を形成することができる。
【0027】
図4(B)は、図4(A)に示した貫通孔が、基板8上に結像されたとき、基板8に開けられる穴を示した概略図である。この穴と同形状の穴を、平行な一対の辺に平行な方向に、連続して形成することにより、開口の縁に凹凸を有しない、一定幅の溝を加工することができる。
【0028】
なお、一般に、パルスレーザビームは、ビーム断面の周辺部よりも、中央部において、高いパルスエネルギ密度を有する。また、図4(B)に示すようなビームスポットを形成してレーザビームを入射させ、平行な一対の辺の方向に走査すると、溝の中央部は、ビームスポットの中央部(パルスエネルギ密度の高い部分)で形成され、溝の縁近傍は、ビームスポットの周辺部(パルスエネルギ密度の低い部分)で形成される。図4(B)に示すビームスポットにおいては、平行な一対の辺同士を接続する他の一対の辺が内側に湾曲しているため、溝の中央部におけるレーザビームの照射回数は、縁近傍におけるそれよりも少なくなる。したがって、矩形の貫通孔を有するマスクを用いて加工を行う場合に比べ、形成される溝の深さを均一に近づけることができる。
【0029】
図5は、本発明の第2の実施例によるレーザ加工方法で用いるレーザ加工装置の概略図である。図1に示したレーザ加工装置から、マスク回転機構4が除かれ、その代わりに回転ステージ10が加入されている。回転ステージ10は、その上に載置される基板8を、任意の方向に回転することができる。したがって、回転ステージ10により、マスク回転機構4を用いる場合と同様に、貫通孔3aの像(ビームスポット)を、基板8に対して、任意の方向に回転させることができる。よって、まず、加工しようとする溝の長さ方向と、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向とが、平行になるように、基板8のITO膜にレーザビームを入射させる。次に、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向と平行な方向(加工しようとする溝の長さ方向)に、レーザビームを走査する。こうすることによって、基板8のITO膜上に、任意の方向にのびる溝を形成することができる。溝は、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる。
【0030】
第1及び第2の実施例においては、基板8上に、貫通孔3aを正確に結像させる必要はない。溝加工が可能な程度に、貫通孔3aの像が形成されればよい。
【0031】
また、第1及び第2の実施例においては、加工対象物として、ガラス基材の表面上にITO膜が形成された基板8を用いた。たとえば金属層上に樹脂層が形成されたプリント基板、パッケージ基板、グリーンシート、ガラス、セラミックス基板、各種ウエハ等を加工することができる。図8に示したグリーンシートにおいて、従来はエッチングで化学的に形成されていた配線用溝63も、実施例によるレーザ加工方法によれば、レーザビームを照射して形成することができる。
【0032】
なお、第1及び第2の実施例においては、加工対象物表面上に溝を形成する加工を例にとって説明したが、加工対象物にレーザビームを照射し、加工対象物の一部を除去する種々の加工を行うことができる。
【0033】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、良質の加工を行うことが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図2】マスクを保持したマスク回転機構を示す概略図である。
【図3】(A)は、基板上に結像されたマスクの貫通孔を示す概略図であり、(B)は、溝が形成された基板の概略的な平面図である。
【図4】(A)は、マスクの貫通孔の一例を示す概略図であり、(B)は、(A)に示した貫通孔を通過したレーザビームを用いて、基板に形成した穴の概略図である。
【図5】第2の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図6】溝を形成するための、従来のレーザ加工装置の概略図である。
【図7】(A)〜(E)は、従来のレーザ加工方法によって、溝を形成された基板の概略的な平面図である。
【図8】穴及び配線用溝が形成されたグリーンシートの概略的な平面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 エキスパンダ
3 マスク
3a 貫通孔
4 マスク回転機構
5 反射ミラー
6 ガルバノスキャナ
7 fθレンズ
8 基板
9 ステージ
10 回転ステージ
30 矢印
51 レーザ光源
52 ホモジナイザ
53 マスク
54 反射ミラー
55 集光レンズ
56 基板
57 XYステージ
61 グリーンシート
62 穴
63 配線用溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、溝を形成する従来のレーザ加工装置を示す概略図である。
【0003】
レーザ光源51から、パルスレーザビームが出射する。レーザビームは、ホモジナイザ52でビーム断面のパルスエネルギ密度を均一(トップフラット)にされた後、たとえば円形の貫通孔を有するマスク53で断面形状を円形に整形される。反射ミラー54で反射され、集光レンズ55を経て、基板56に入射する。基板56は、たとえばガラス基材の上に、インジウムティンオキサイド(ITO)膜が形成された基板である。レーザビームは、基板56のITO膜に入射する。ITO膜表面におけるレーザビームのビームスポットは、たとえば直径が0.2mmの円形である。基板56は、XYステージ57上に載置されている。XYステージ57は、基板56を2次元平面内で移動させることによって、基板56上の表面内においてパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる。
【0004】
まず、基板56に、50%の重複率でパルスレーザビームが照射されるようにXYステージ57を動かし、基板56のITO膜に溝を形成する。ここで重複率とは、ビームスポットの直径に対するパルスレーザビーム1ショット当たりの移動距離を意味する。
【0005】
図7(A)は、50%の重複率で照射されたレーザビームによって連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。ITO膜に入射するレーザビームのビームスポットに依存する形状の穴が連続的に穿たれた結果、溝が形成されている。このため、溝の長さ方向に沿う開口の縁は、円形ビームスポットの外周の一部に対応する凹凸を有する。
【0006】
ITO膜に形成される溝の開口の縁を直線状に近づけるために、重複率を大きくする方法が用いられる。たとえば、基板56のITO膜上に、90%の重複率でパルスレーザビームが照射されるようにXYステージ57を動かし、溝を形成する。
【0007】
図7(B)は、90%の重複率で照射されたレーザビームによって連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。図7(A)と同様に、溝の開口部の外周を太線で示した。溝の長さ方向に沿う開口の縁は、直線状に近づく。しかし、90%の重複率でレーザビームを照射しているため、加工速度は重複率50%の場合の5分の1である。開口の形状を改善することはできるが、加工の時間効率は悪化する。
【0008】
矩形の貫通孔を有するマスク53を用いることによって、開口の縁が直線状であるような溝を形成することができる。パルスレーザビームを、ITO膜上に、矩形のビームスポットを形成して入射させ、矩形の一対の平行な辺と平行な方向に走査すればよい。
【0009】
図7(C)は、上記のようにして、連続的な穴を開けられ、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。溝の長さ方向に沿う開口の縁は、直線状である。しかし、このような溝が形成されるのは、レーザビームの走査方向と、矩形の一対の平行な辺の方向とが平行である場合に限られる。
【0010】
図7(D)は、パルスレーザビームを、ITO膜上に、矩形のビームスポットを形成して入射させ、矩形の一対の平行な辺と平行ではない方向に走査することによって、ITO膜に溝が形成された基板56の概略的な平面図である。溝の開口部の外周を太線で示した。加工される溝の幅は、図7(C)に示した溝の幅とは異なる。また、溝の長さ方向に沿う開口の縁は、矩形のビームスポットの外周の一部に対応する凹凸を有している。
【0011】
図8は、穴62と配線用溝63が加工されたグリーンシート61の概略的な平面図である。穴62は、グリーンシート61を貫通する穴である。穴62は、レーザビームを照射することで開けられる。配線用溝63は、エッチングにより、化学的に形成される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良質の加工を行うことのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、相互に平行な2つの辺を有する貫通孔が設けられたマスクを準備する工程と、前記マスクの貫通孔を通過したレーザビームが、レンズで集光され、前記貫通孔が加工対象物の表面上に結像されたとき、前記貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、前記加工対象物の表面上に画定された第1の方向と平行となるように、前記マスクを回転し、固定する工程と、前記マスクでレーザビームの断面を整形し、前記レンズで集光して、前記貫通孔を前記加工対象物の表面上に結像させる工程と、レーザビームを前記第1の方向に走査して、前記加工対象物の一部を除去する加工を行う工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0014】
このレーザ加工方法によると、加工対象物に、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる溝を形成することができる。
【0015】
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームの断面を整形する貫通孔が設けられたマスクであって、該貫通孔は、相互に平行な2つの辺を有するマスクと、前記マスクで断面を整形されたレーザビームを、前記マスクの貫通孔が、加工対象物の表面に結像するように集光する集光レンズと、前記加工対象物の表面上に結像された前記貫通孔の像が、前記加工対象物に対して回転するように、前記マスクを回転させ、ある位置で固定させるマスク回転機構と、前記加工対象物に入射するレーザビームを、前記加工対象物表面内において走査するビーム走査器と、前記ビーム走査器のビーム走査方向を制御するとともに、前記マスクの貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、該ビーム走査方向と平行となるように、前記マスク回転機構を制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0016】
このレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うと、加工対象物に、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる溝を形成することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の概略図である。
【0018】
レーザ光源1、たとえば波長変換ユニットを含むNd:YAGレーザ発振器から、Nd:YAGレーザの3倍高調波(波長355nm)が、パルスエネルギ0.5mJ/パルス、パルス幅50nsで出射する。なお、加工材料の種類に応じて、YAG、YLF、YVO4等の固体レーザの基本波及びその高調波、または、CO2レーザ等のレーザ光を用いることができる。レーザビームは、ビーム径を拡大し、平行光として出射するエキスパンダ2を経て、マスク3に入射する。マスク3は、たとえば矩形の貫通孔3aを有している。レーザビームは、断面形状を矩形に整形されて、マスク3から出射する。マスク3は、マスク回転機構4に保持されている。マスク回転機構4は、たとえばゴニオメータを含んで構成される。マスク回転機構4によりマスク3が回転すると、それに応じて、レーザビームは、矩形状に整形された断面を回転されて、マスク3から出射する。マスク回転機構4については、後述する。
【0019】
マスク3を出射したレーザビームは、反射ミラー5で反射され、ガルバノスキャナ6に入射する。ガルバノスキャナ6は、2枚の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを2次元方向に高速で走査する。ガルバノスキャナ6を出射したレーザビームは、fθレンズ7を経て、ステージ9上に載置された加工対象物である基板8に入射する。基板8は、たとえばガラス基材の上にITO膜が形成された基板である。レーザビームは、基板8のITO膜に入射する。fθレンズ7は、マスク3の貫通孔3aを基板8のITO膜上に結像させる。
【0020】
図2は、矩形の貫通孔3aを有するマスク3を保持したマスク回転機構4を示す概略図である。マスク回転機構4は、貫通孔3aの矩形の対角線の交点を回転中心として、マスク3を回転する。マスク3の回転に対応して、基板8上の貫通孔3aの像が回転する。すなわち、マスク回転機構4の回転によって、基板8上に結像させた貫通孔3aの矩形の像を、基板8の表面内において回転させ、その1つの辺を、任意の方向と平行にすることができる。マスク回転機構4は、貫通孔3aの矩形の像が、基板8の表面内において、所定の方向と平行になるように、マスク3を回転し、その位置で固定する。
【0021】
図3(A)は、基板8上に結像された矩形の貫通孔3aの像(ビームスポット)を示す概略図である。矢印30方向は、レーザビームの照射により、形成しようとする溝の長さ方向と平行な方向である。基板8のITO膜上において、貫通孔3aの矩形の像の平行な一対の辺が、矢印30方向と平行になるように、マスク回転機構4によりマスク3を回転させ、レーザビームを入射させる。基板8には、貫通孔3aが結像された位置のITO膜に、穴が開く。次に、ガルバノスキャナ6により、基板8に入射するパルスレーザビームを、矢印30方向に、走査する。
【0022】
図3(B)は、ITO膜に、矢印30方向と平行な方向にのびる溝が形成された基板8の概略的な平面図である。ビームの入射位置を移動し、5ショットのパルスレーザビームを、50%の重複率で照射することによって、照射位置に溝を形成した。ここで重複率とは、矩形のビームスポットの、矢印30方向と平行な一辺の長さに対する、パルスレーザビーム1ショット当たりの移動距離である。パルスレーザビームは、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の一部が、前回のショットのそれに重なるように、基板8に入射した。溝は、各ショットで開けられた穴が連続することによって、形成される。
【0023】
形成された溝は、一定幅を有する。また、溝の開口の縁は、矩形状の貫通孔3aの像の直線部によって形成されるため、凹凸を有しない直線状になる。なお、形成される溝の深さは、たとえば重複率により、調整することができる。
【0024】
前述の通り、マスク回転機構4によりマスク3を回転させ、基板8上に結像される矩形の貫通孔3aの像を、基板8の表面内における任意の方向と平行にすることができる。したがって、まず、加工しようとする溝の長さ方向と、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向とが、平行になるように、マスク3を回転させ、基板8のITO膜にレーザビームを入射させる。次に、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向と平行な方向(加工しようとする溝の長さ方向)に、レーザビームを走査する。こうすることによって、基板8上に、任意の方向にのびる溝を形成することができる。溝は、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる。
【0025】
なお、基板8上に結像させるマスク3の貫通孔3aは、矩形でなくてもよい。貫通孔3aを、たとえば、平行な一対の辺を有する形状に形成して、レーザビームの断面を整形し、ビームスポットの平行な一対の辺と平行な方向に、レーザビームを走査すれば、開口の縁に凹凸を有しない、一定幅の溝を加工することができる。
【0026】
図4(A)は、マスク3の貫通孔3aの一例を示す図である。貫通孔3aは、平行な一対の辺を有する形状に形成されている。この一対の辺同士を接続する他の一対の辺は、内側に向かって湾曲している。このような貫通孔3aを有するマスク3を用いて、レーザビームの断面を整形すると、基板8上に、平行な一対の辺を有する形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)を形成することができる。
【0027】
図4(B)は、図4(A)に示した貫通孔が、基板8上に結像されたとき、基板8に開けられる穴を示した概略図である。この穴と同形状の穴を、平行な一対の辺に平行な方向に、連続して形成することにより、開口の縁に凹凸を有しない、一定幅の溝を加工することができる。
【0028】
なお、一般に、パルスレーザビームは、ビーム断面の周辺部よりも、中央部において、高いパルスエネルギ密度を有する。また、図4(B)に示すようなビームスポットを形成してレーザビームを入射させ、平行な一対の辺の方向に走査すると、溝の中央部は、ビームスポットの中央部(パルスエネルギ密度の高い部分)で形成され、溝の縁近傍は、ビームスポットの周辺部(パルスエネルギ密度の低い部分)で形成される。図4(B)に示すビームスポットにおいては、平行な一対の辺同士を接続する他の一対の辺が内側に湾曲しているため、溝の中央部におけるレーザビームの照射回数は、縁近傍におけるそれよりも少なくなる。したがって、矩形の貫通孔を有するマスクを用いて加工を行う場合に比べ、形成される溝の深さを均一に近づけることができる。
【0029】
図5は、本発明の第2の実施例によるレーザ加工方法で用いるレーザ加工装置の概略図である。図1に示したレーザ加工装置から、マスク回転機構4が除かれ、その代わりに回転ステージ10が加入されている。回転ステージ10は、その上に載置される基板8を、任意の方向に回転することができる。したがって、回転ステージ10により、マスク回転機構4を用いる場合と同様に、貫通孔3aの像(ビームスポット)を、基板8に対して、任意の方向に回転させることができる。よって、まず、加工しようとする溝の長さ方向と、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向とが、平行になるように、基板8のITO膜にレーザビームを入射させる。次に、矩形状の貫通孔3aの像(ビームスポット)の平行な一対の辺の方向と平行な方向(加工しようとする溝の長さ方向)に、レーザビームを走査する。こうすることによって、基板8のITO膜上に、任意の方向にのびる溝を形成することができる。溝は、一定幅を有し、開口の縁が直線状となる。
【0030】
第1及び第2の実施例においては、基板8上に、貫通孔3aを正確に結像させる必要はない。溝加工が可能な程度に、貫通孔3aの像が形成されればよい。
【0031】
また、第1及び第2の実施例においては、加工対象物として、ガラス基材の表面上にITO膜が形成された基板8を用いた。たとえば金属層上に樹脂層が形成されたプリント基板、パッケージ基板、グリーンシート、ガラス、セラミックス基板、各種ウエハ等を加工することができる。図8に示したグリーンシートにおいて、従来はエッチングで化学的に形成されていた配線用溝63も、実施例によるレーザ加工方法によれば、レーザビームを照射して形成することができる。
【0032】
なお、第1及び第2の実施例においては、加工対象物表面上に溝を形成する加工を例にとって説明したが、加工対象物にレーザビームを照射し、加工対象物の一部を除去する種々の加工を行うことができる。
【0033】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、良質の加工を行うことが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図2】マスクを保持したマスク回転機構を示す概略図である。
【図3】(A)は、基板上に結像されたマスクの貫通孔を示す概略図であり、(B)は、溝が形成された基板の概略的な平面図である。
【図4】(A)は、マスクの貫通孔の一例を示す概略図であり、(B)は、(A)に示した貫通孔を通過したレーザビームを用いて、基板に形成した穴の概略図である。
【図5】第2の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図6】溝を形成するための、従来のレーザ加工装置の概略図である。
【図7】(A)〜(E)は、従来のレーザ加工方法によって、溝を形成された基板の概略的な平面図である。
【図8】穴及び配線用溝が形成されたグリーンシートの概略的な平面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 エキスパンダ
3 マスク
3a 貫通孔
4 マスク回転機構
5 反射ミラー
6 ガルバノスキャナ
7 fθレンズ
8 基板
9 ステージ
10 回転ステージ
30 矢印
51 レーザ光源
52 ホモジナイザ
53 マスク
54 反射ミラー
55 集光レンズ
56 基板
57 XYステージ
61 グリーンシート
62 穴
63 配線用溝
Claims (2)
- 相互に平行な2つの辺を有する貫通孔が設けられたマスクを準備する工程と、
前記マスクの貫通孔を通過したレーザビームが、レンズで集光され、前記貫通孔が加工対象物の表面上に結像されたとき、前記貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、前記加工対象物の表面上に画定された第1の方向と平行となるように、前記マスクを回転し、固定する工程と、
前記マスクでレーザビームの断面を整形し、前記レンズで集光して、前記貫通孔を前記加工対象物の表面上に結像させる工程と、
レーザビームを前記第1の方向に走査して、前記加工対象物の一部を除去する加工を行う工程と
を有するレーザ加工方法。 - レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームの断面を整形する貫通孔が設けられたマスクであって、該貫通孔は、相互に平行な2つの辺を有するマスクと、
前記マスクで断面を整形されたレーザビームを、前記マスクの貫通孔が、加工対象物の表面に結像するように集光する集光レンズと、
前記加工対象物の表面上に結像された前記貫通孔の像が、前記加工対象物に対して回転するように、前記マスクを回転させ、ある位置で固定させるマスク回転機構と、
前記加工対象物に入射するレーザビームを、前記加工対象物表面内において走査するビーム走査器と、
前記ビーム走査器のビーム走査方向を制御するとともに、前記マスクの貫通孔の像の相互に平行な2つの辺が、該ビーム走査方向と平行となるように、前記マスク回転機構を制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。
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-
2002
- 2002-09-09 JP JP2002262803A patent/JP2004098120A/ja active Pending
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