JP2005249912A - レーザビーム照射装置及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホモジナイザやズーム等の複雑な光学系を使用しないで、縦横比の異なる断面形状のビームを有効に利用して、レーザを効率良く照射し、加工時間を短縮する。
【解決手段】ビーム断面の長手方向を変化させる手段（光路切換装置２０、プリズム４０、光ファイババンドル５０）をビーム光路中に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザビーム照射装置及びレーザ加工装置に係り、特に、エキシマレーザ加工装置において、半導体用基板等の四角形状に並んだ穴を加工する際に用いるのに好適な、出力ビーム断面の縦方向と横方向の寸法が異なるビームを対象物に照射するためのレーザビーム照射装置、及び、これを利用したレーザ加工装置に関する。

特許文献１に示されるように、ビーム断面が長方形のレーザビームを用いるエキシマレーザ加工装置が実用化されている。

特開２００３−５３５７８号公報

一般に、エキシマレーザから出射された直後のビーム断面形状は、縦×横の寸法が１：２．５程度の横長の比率となっている。従って、横方向に並んだ穴は、一括加工エリアを大きくとることができるが、縦方向に並んだパターンの場合、ビームの縦方向に加工穴が並んでいるため、加工エリアがビームサイズに制約され、大きくとることができない。例えば、図１に示す如く、加工穴１４が縦方向と横方向に並んだような加工パターンが混在する場合、横方向のパターンは、ビーム１２の長手と同じ方向となるため、ビームを有効に利用することができる。しかし、縦方向に並んだパターンの場合は、加工エリアを大きく取ることができないため、例えば１穴ずつの加工となり、加工時間が長くなる。

このような場合、ホモジナイザ等の特殊なビーム整形用光学系を使用して、（１）ビームを正方形に整形し、縦・横が同じエリアで加工できるようにしたり、あるいは、（２）ズームにより縦横比を変えて加工することも考えられるが、ホモジナイザやズームのような特殊な光学系を使用すると、その光学系のコストも高く、又、精密な加工のための調整作業が煩雑になり、ダウンタイムが増えるという問題点を有する。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、比較的簡単な光学系で、縦横比の異なる断面形状のビームを有効に利用して、レーザを効率良く照射し、加工時間を短縮することを課題とする。

本発明は、ビーム断面の縦方向と横方向の寸法が異なるビームを対象物に照射するためのレーザビーム照射装置において、ビーム断面の長手方向を変化させる光路切換手段を、ビーム光路中に設けることにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記のレーザビーム照射装置を備えたことを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。

本発明によれば、ホモジナイザやズーム等の複雑な光学系を用いることなく、ビームの方向を変えることにより、縦長及び横長の両方の加工パターンに対して照射エリアを大きく取って、レーザを効率良く照射し、加工時間を短縮することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図２に示す如く、例えば縦×横の寸法が１：２．５程度の横長の比率となっている長方形ビーム１２を発生するエキシマレーザ（以下、単にレーザと称する）１０を用いて、図示しない半導体基板を加工するためのエキシマレーザ加工装置において、ビーム１２の方向を横長のまま加工対象に照射するための第１の光路と前記ビーム１２の方向を縦長に切り換えて加工対象に照射するための第２の光路とを切り換えるための光路切換装置２０と、該光路切換装置２０によって切り換えられたビームの方向に合わせて横長加工用パターン（以下、単に横長パターンと称する）３０Ａと縦長加工用パターン（以下、単に縦長パターンと称する）３０Ｂを切り換えるためのパターン切換マスク３０とを備えたものである。

前記光路切換装置２０は、ミラー駆動機構２３によって光路中に出し入れされる第１の反射ミラー２２と、該第１の反射ミラー２２によって図の上方向に反射されたビーム１２を再び水平方向に反射するための第２の反射ミラー２４と、前記第１の反射ミラー２２が光路外に出されたときにビーム１２を反射する第３の反射ミラー２６と、ミラー駆動機構２９によって、前記第２の反射ミラー２４により反射されたビーム、あるいは、前記第３の反射ミラー２６により反射されたビームのいずれか一方を、パターン切換マスク３０の方向に反射するための第４の反射ミラー２８Ａ、２８Ｂとにより構成される。

前記パターン切換マスク３０は、その切換機構３１によって、横長のビーム１２Ａに適した横長パターン３０Ａと、縦長のビーム１２Ｂに適した縦長パターン３０Ｂを切り換えるようにされている。

以下作用を説明する。

まずエキシマレーザ１０から出射されるビーム１２を横長のまま加工対象に照射したい場合には、図２に実線で示した如く、ミラー駆動機構２３により第１の反射ミラー２２を光路中に挿入し、第２の反射ミラー２４により反射されたビームが、横長のままパターン切換マスク３０に入射されるよう、ミラー駆動機構２９で第４の反射ミラー２８Ａを光路中に挿入すると共に、マスク切換機構３１により、パターン切換マスク３０の横長パターン３０Ａを光路中に挿入する。すると、エキシマレーザ１０によって発生された横長のビーム１２が、そのまま、横長パターン３０Ａを通して、加工対象に照射される。

一方、縦長のビーム１２Ｂを用いたい場合には、図３に示す如く、ミラー駆動機構２３により第１の反射ミラー２２を光路外に外し、第３の反射ミラー２６により反射されたビーム１２が、長手方向を横長から縦長に変換して、パターン切換マスク３０に入射されるよう、ミラー駆動機構２９で第４の反射ミラー２８Ｂを光路中に挿入すると共に、マスク切換機構３１により、パターン切換マスク３０の縦長パターン３０Ｂを光路中に挿入する。これにより、縦長のビーム１２Ｂが、縦長パターン３０Ｂを通して、加工対象に照射される。

なお、前記実施形態においては、パターン切換マスク３０上のパターンが横長３０Ａ、縦長３０Ｂそれぞれ１種類ずつであったが、図４に示す変形例のように、例えば穴数を変えた複数のパターンを、縦長、横長のそれぞれに用意して、適応性を更に高めることも可能である。

次に、プリズム４０を用いてビーム１２の方向を回転するようにした、本発明の第２実施形態を図５に示す。

本実施形態によれば、プリズム回転機構４１によりプリズム４０を回転することで、ビーム１２の長手方向を任意の方向に回転することができる。

次に、光ファイババンドル５０を用いてビーム１２の長手方向を変えるようにした、本発明の第３実施形態を図６に示す。

本実施形態においても、光ファイバ回動機構５１により光ファイババンドル５０の出射側５０Ａを回動することで、ビーム１２の長手方向を任意の方向に回動することができる。

前記実施形態においては、本発明が、半導体用基板を加工するエキシマレーザ加工装置に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ビーム照射装置一般に適用可能である。

本発明の課題を説明するための平面図 本発明の第１実施形態の構成を示す斜視図 同じく長尺ビームを縦長に切り換えた状態を示す斜視図 パターン切換マスクの変形例を示す正面図 本発明の第２実施形態の構成を示す光路図 同じく第３実施形態の構成を示す光路図

符号の説明

１０…エキシマレーザ
１２…レーザビーム
１２Ａ…横長ビーム
１２Ｂ…縦長ビーム
２０…光路切換装置
２２、２４、２６、２８…反射ミラー
２３、２９…ミラー駆動機構
３０…パターン切換マスク
３０Ａ…横長パターン
３０Ｂ…縦長パターン
３１…パターン切換機構
４０…プリズム
４１…プリズム回転機構
５０…光ファイババンドル
５１…光ファイバ回動機構

Claims (3)

1. ビーム断面の縦方向と横方向の寸法が異なるビームを対象物に照射するためのレーザビーム照射装置において、
   ビーム断面の長手方向を変化させる光路切換手段が、ビーム光路中に設けられていることを特徴とするレーザビーム照射装置。
2. 前記光路切換手段によって切り換えられたビームの方向に合わせてパターンを切り換えるパターン切換マスクが、更に設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザビーム照射装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザビーム照射装置を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

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