JP2953179B2 - 光処理装置 - Google Patents
光処理装置Info
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- JP2953179B2 JP2953179B2 JP6588692A JP6588692A JP2953179B2 JP 2953179 B2 JP2953179 B2 JP 2953179B2 JP 6588692 A JP6588692 A JP 6588692A JP 6588692 A JP6588692 A JP 6588692A JP 2953179 B2 JP2953179 B2 JP 2953179B2
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- mask
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- reflecting mirror
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
- G03F7/2008—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the reflectors, diffusers, light or heat filtering means or anti-reflective means used
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばマスクを用い
てレーザ光によりプリント基板のバイアホール（ｖｉａ
ｈｏｌｅ）の加工を行う光処理装置に関するものであ
る。
てレーザ光によりプリント基板のバイアホール（ｖｉａ
ｈｏｌｅ）の加工を行う光処理装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図１０は例えば特願平２−１１４７９５
号公報に示されたこの種従来の光処理装置を説明する図
である。図において、１はマスクで、合成石英板等から
なる光透過板１ａと、その表面に所定の形状のパターン
１ｂを残して蒸着されたアルミニウム膜等からなる高反
射率の反射部１ｃとから構成されている。このパターン
１ｂの部分が光通過部となる。２はマスク１と所定の距
離を隔てて平行に設けられた反射鏡、３はレーザ光、４
は結像光学系、５は被処理物としての被加工基板であ
る。
号公報に示されたこの種従来の光処理装置を説明する図
である。図において、１はマスクで、合成石英板等から
なる光透過板１ａと、その表面に所定の形状のパターン
１ｂを残して蒸着されたアルミニウム膜等からなる高反
射率の反射部１ｃとから構成されている。このパターン
１ｂの部分が光通過部となる。２はマスク１と所定の距
離を隔てて平行に設けられた反射鏡、３はレーザ光、４
は結像光学系、５は被処理物としての被加工基板であ
る。
【０００３】次に動作について説明する。図１０におい
て、マスク１の上端部分に照射したレーザ光３は、その
一部が光通過部１ｂを通って加工に寄与する光となりそ
の他の光はそのまま反射されて反射鏡２に向かい、反射
鏡２によって反射されて再びマスク１に照射される。レ
ーザ光３の入射方向はマスク１の法線に対して角度をも
たせてあるので、二度目にマスク１に照射される光は一
度目の照射位置からずれた、即ち、図ではレーザ光３の
進行方向の下方へずれた位置に照射されることになる。
この過程は次回以降も繰り返され、マスク１あるいは反
射鏡２の端部まで続けられる。その間、マスク１の光通
過部１ｂを通過した光は結像光学系４によって被加工基
板５上に結像され、マスク１の光通過部１ｂに対応した
パターンの加工が行われる。
て、マスク１の上端部分に照射したレーザ光３は、その
一部が光通過部１ｂを通って加工に寄与する光となりそ
の他の光はそのまま反射されて反射鏡２に向かい、反射
鏡２によって反射されて再びマスク１に照射される。レ
ーザ光３の入射方向はマスク１の法線に対して角度をも
たせてあるので、二度目にマスク１に照射される光は一
度目の照射位置からずれた、即ち、図ではレーザ光３の
進行方向の下方へずれた位置に照射されることになる。
この過程は次回以降も繰り返され、マスク１あるいは反
射鏡２の端部まで続けられる。その間、マスク１の光通
過部１ｂを通過した光は結像光学系４によって被加工基
板５上に結像され、マスク１の光通過部１ｂに対応した
パターンの加工が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の光処理装置は以
上のように構成されているので、マスク１と反射鏡２と
の間で反射を繰り返すレーザ光３のビーム強度の分布が
必ずしも均一とはならず、また、外部に離散して有効に
利用できない部分も多く、これに伴って加工も不均一と
なり、また、そのエネルギー効率も低くなるという問題
点があった。
上のように構成されているので、マスク１と反射鏡２と
の間で反射を繰り返すレーザ光３のビーム強度の分布が
必ずしも均一とはならず、また、外部に離散して有効に
利用できない部分も多く、これに伴って加工も不均一と
なり、また、そのエネルギー効率も低くなるという問題
点があった。
【０００５】以下、この問題点を更に詳しく説明する。
図１１はマスク１と反射鏡２との間で反射を繰り返すレ
ーザ光３の様子を説明するもので、同図（１）はレーザ
光３の進行方向がｘ軸の方向となるようにしてマスク１
をｘ−ｙ平面に置いた状態で図示した斜視図である。先
ず、レーザ光３の進行方向であるｘ軸方向については、
レーザ光３が反射を繰り返していくにつれて次第にその
強度が低下していく。特にこの傾向は、マスク１の開口
率（マスク全面積に対するマスク開口面積の比）が大き
くなると顕著となり、例えば同図（２）に示すように、
レーザ光３が進んでいくに従い強度Ｉが低下し、均一な
強度分布が得られなくなる。
図１１はマスク１と反射鏡２との間で反射を繰り返すレ
ーザ光３の様子を説明するもので、同図（１）はレーザ
光３の進行方向がｘ軸の方向となるようにしてマスク１
をｘ−ｙ平面に置いた状態で図示した斜視図である。先
ず、レーザ光３の進行方向であるｘ軸方向については、
レーザ光３が反射を繰り返していくにつれて次第にその
強度が低下していく。特にこの傾向は、マスク１の開口
率（マスク全面積に対するマスク開口面積の比）が大き
くなると顕著となり、例えば同図（２）に示すように、
レーザ光３が進んでいくに従い強度Ｉが低下し、均一な
強度分布が得られなくなる。
【０００６】次に、図１１（３）は、同図（１）のｘ軸
の先行位置から後方へ向かってみた図である。図に示す
ように、レーザ光３は２枚の鏡１、２の間で反射を繰り
返していくが、特に、レーザ光３の進行方向、即ちｘ軸
方向と直角のｙ軸方向への軌跡に着目すると、ビームの
幅は次第に広がり、その一部はマスク１外へ漏出し、結
果としてビームのｙ軸方向の強度分布が不均一になる。
の先行位置から後方へ向かってみた図である。図に示す
ように、レーザ光３は２枚の鏡１、２の間で反射を繰り
返していくが、特に、レーザ光３の進行方向、即ちｘ軸
方向と直角のｙ軸方向への軌跡に着目すると、ビームの
幅は次第に広がり、その一部はマスク１外へ漏出し、結
果としてビームのｙ軸方向の強度分布が不均一になる。
【０００７】図１２はレーザ光３の入射角θ0を変えた
場合の反射の状況を示すもので、入射角θ0が大きい同
図（１）の場合に比較して、入射角θ0を小さく設定し
た同図（２）の場合の方が、当然ながら強度は高くな
る。しかしながら、図１３に示すように、レーザ光３は
必ず広がりながら伝播する性質をもっているので、入射
角θ0を小さくすればするほど、マスク１で一旦反射し
て反射鏡２に向かう光のかなりの部分が、反射鏡２の端
部から逸れて反射されず損失となってしまう。なお、図
１３（１）はレーザ光３による入射ビームには右上がり
のハッチングを施し、またこれがマスク１で反射した反
射ビームには右下がりのハッチングを施し、両ビームを
同時に表示したもので、同図（２）は入射ビームと反射
ビームとを分離して示したもので、反射ビームの一部が
反射鏡２の端部から逸れてエネルギー損失となっている
点がよく判る。
場合の反射の状況を示すもので、入射角θ0が大きい同
図（１）の場合に比較して、入射角θ0を小さく設定し
た同図（２）の場合の方が、当然ながら強度は高くな
る。しかしながら、図１３に示すように、レーザ光３は
必ず広がりながら伝播する性質をもっているので、入射
角θ0を小さくすればするほど、マスク１で一旦反射し
て反射鏡２に向かう光のかなりの部分が、反射鏡２の端
部から逸れて反射されず損失となってしまう。なお、図
１３（１）はレーザ光３による入射ビームには右上がり
のハッチングを施し、またこれがマスク１で反射した反
射ビームには右下がりのハッチングを施し、両ビームを
同時に表示したもので、同図（２）は入射ビームと反射
ビームとを分離して示したもので、反射ビームの一部が
反射鏡２の端部から逸れてエネルギー損失となっている
点がよく判る。
【０００８】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、マスクと反射鏡との間に発生さ
せる多重反射による光の強度分布が均一となり、また、
エネルギー損失の少ない高効率な光処理装置を得ること
を目的とする。
ためになされたもので、マスクと反射鏡との間に発生さ
せる多重反射による光の強度分布が均一となり、また、
エネルギー損失の少ない高効率な光処理装置を得ること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る光処理装置は、マスクと反射鏡との間隔が光源からの
光の入射側へいくに従い広くなるようにマスクと反射鏡
とを平行位置から所定の角度傾斜させたものである。
る光処理装置は、マスクと反射鏡との間隔が光源からの
光の入射側へいくに従い広くなるようにマスクと反射鏡
とを平行位置から所定の角度傾斜させたものである。
【００１０】この場合、更に望ましくは、上記所定の角
度θ1として下式を満たすようにするのがよい（請求項
２）。 θ1＝θ0［（Ｒr・Ｒm）n−１］／［２ｎ＋１−（Ｒr・Ｒm）n］ 但し、Ｒm：マスクの反射部の反射率 Ｒr：反射鏡の反射率 ｎ：多重反射回数 θ0：光の入射角
度θ1として下式を満たすようにするのがよい（請求項
２）。 θ1＝θ0［（Ｒr・Ｒm）n−１］／［２ｎ＋１−（Ｒr・Ｒm）n］ 但し、Ｒm：マスクの反射部の反射率 Ｒr：反射鏡の反射率 ｎ：多重反射回数 θ0：光の入射角
【００１１】また、請求項３に係る光処理装置は、その
反射鏡の入射側端部に、マスクと反射鏡との間隔が入射
側へいくに従い広くなるようにテーパまたは曲率をもた
せたものである。
反射鏡の入射側端部に、マスクと反射鏡との間隔が入射
側へいくに従い広くなるようにテーパまたは曲率をもた
せたものである。
【００１２】請求項４に係る光処理装置は、その反射鏡
の鏡面を、光の進行方向に対して直角な方向に所定の曲
率を有する曲面に形成したものである。
の鏡面を、光の進行方向に対して直角な方向に所定の曲
率を有する曲面に形成したものである。
【００１３】この場合、更に望ましくは、反射鏡の鏡面
の曲率半径をＲ、反射鏡とマスクとの距離をｄとしたと
き、０≦ｄ≦Ｒを満たすようにするのがよい（請求項
５）。
の曲率半径をＲ、反射鏡とマスクとの距離をｄとしたと
き、０≦ｄ≦Ｒを満たすようにするのがよい（請求項
５）。
【００１４】また、請求項６に係る光処理装置は、入射
光のその進行方向の厚みをＷ0、一旦マスクで反射し反
射鏡に達した光の厚みをＷ1、反射鏡とマスクとの距離
をｄ、入射角をθ0としたとき、θ0＝（Ｗ0＋Ｗ1）／４
ｄを満たすようにしたものである。
光のその進行方向の厚みをＷ0、一旦マスクで反射し反
射鏡に達した光の厚みをＷ1、反射鏡とマスクとの距離
をｄ、入射角をθ0としたとき、θ0＝（Ｗ0＋Ｗ1）／４
ｄを満たすようにしたものである。
【００１５】
【作用】この発明の請求項１に係る光処理装置において
は、マスクと反射鏡とを所定の角度傾斜させたので、鏡
間を伝搬する光ビームの重ね合わせがビームの伝搬につ
れて密となっていき、強度分布の低下が生じず、強度分
布が高いレベルで均一化する。また、請求項２のもので
は、傾斜すべき角度θ1として上記した所定の式を満た
す値としたので、強度分布がより一層均一化される。
は、マスクと反射鏡とを所定の角度傾斜させたので、鏡
間を伝搬する光ビームの重ね合わせがビームの伝搬につ
れて密となっていき、強度分布の低下が生じず、強度分
布が高いレベルで均一化する。また、請求項２のもので
は、傾斜すべき角度θ1として上記した所定の式を満た
す値としたので、強度分布がより一層均一化される。
【００１６】更に、請求項３のものでは、マスクと反射
鏡との間における光の多重反射の繰り返し回数が増える
ので、マスク上で高い強度分布が得られ、その分、光の
利用効率が向上する。
鏡との間における光の多重反射の繰り返し回数が増える
ので、マスク上で高い強度分布が得られ、その分、光の
利用効率が向上する。
【００１７】また、請求項４のものでは、光マスクと反
射鏡との間で反射を繰り返すが、反射鏡の鏡面が所定の
曲面に形成されているので、光の進行方向と直角な方向
への広がりが抑制される。この場合、反射鏡の鏡面の曲
率半径とマスクとの距離との間に上記した所定の式が満
たされるようにすることにより、光の発散をなくして強
度分布がより一層均一化される（請求項５）。
射鏡との間で反射を繰り返すが、反射鏡の鏡面が所定の
曲面に形成されているので、光の進行方向と直角な方向
への広がりが抑制される。この場合、反射鏡の鏡面の曲
率半径とマスクとの距離との間に上記した所定の式が満
たされるようにすることにより、光の発散をなくして強
度分布がより一層均一化される（請求項５）。
【００１８】また、請求項６のものでは、入射したレー
ザ光が失われることなく高い光利用効率が達成される。
ザ光が失われることなく高い光利用効率が達成される。
【００１９】
実施例１．以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。図１（１）において、２はマスク１によって反
射された光を再びマスク１に照射する反射鏡であって、
マスク１に対して図１に示すように平行位置から角度θ
1傾けて設置されている。こうすることによって、図１
０に示した従来法と比較して光をマスク１と反射鏡２と
の間に閉じ込めて、光の有効利用を図っている。即ち、
ミラー間を伝搬するビームの重ね合わせがビームの伝搬
につれて密になっていき、図１（２）に示すように、強
度分布の低下が生じず、強度分布の均一化が可能とな
る。
明する。図１（１）において、２はマスク１によって反
射された光を再びマスク１に照射する反射鏡であって、
マスク１に対して図１に示すように平行位置から角度θ
1傾けて設置されている。こうすることによって、図１
０に示した従来法と比較して光をマスク１と反射鏡２と
の間に閉じ込めて、光の有効利用を図っている。即ち、
ミラー間を伝搬するビームの重ね合わせがビームの伝搬
につれて密になっていき、図１（２）に示すように、強
度分布の低下が生じず、強度分布の均一化が可能とな
る。
【００２０】このときの角度θ1の最適値は次のように
計算される。図２において、位置Ｘnにおけるエネルギ
ー密度Ｉ［ｍＪ／ｃｍ2］は、 Ｉ（Ｘn）＝Ｊn・Ｗ0／ａn・・・・・（１） で与えられる。ここで、Ｊnは多重反射をくり返してマ
スク上の到達するビームのエネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ
2）、ａnはビームの各到達位置の間隔であり、図２のＸ
nで表すと、ａn＝Ｘn+1−Ｘnで表される。Ｗ0は入射ビ
ームの厚みである。また、Ｊn、Ｘn、Ｘ0、はそれぞれ
以下の式（２）（３）（４）で与えられる。なお、Ｒr
は反射鏡２の反射率、Ｒmはマスク１の反射率、θ0は入
射角である。Ｊn＝（Ｒr・Ｒm）nＪ0・・・・・（２）
計算される。図２において、位置Ｘnにおけるエネルギ
ー密度Ｉ［ｍＪ／ｃｍ2］は、 Ｉ（Ｘn）＝Ｊn・Ｗ0／ａn・・・・・（１） で与えられる。ここで、Ｊnは多重反射をくり返してマ
スク上の到達するビームのエネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ
2）、ａnはビームの各到達位置の間隔であり、図２のＸ
nで表すと、ａn＝Ｘn+1−Ｘnで表される。Ｗ0は入射ビ
ームの厚みである。また、Ｊn、Ｘn、Ｘ0、はそれぞれ
以下の式（２）（３）（４）で与えられる。なお、Ｒr
は反射鏡２の反射率、Ｒmはマスク１の反射率、θ0は入
射角である。Ｊn＝（Ｒr・Ｒm）nＪ0・・・・・（２）
【００２１】
【数１】
【００２２】Ｘ0＝０・・・・・（４） これより、エネルギー密度Ｉ［ｍＪ／ｃｍ2］を求める
と（ただし、θ0、θ1は共に小さいと仮定する）、 Ｉ（Ｘn）＝［（Ｒr・Ｒm）n／２ｄ｛θ0＋（２ｎ＋
１）θ1｝］Ｊ0Ｗ0・・・・・（５） これにエネルギー密度Ｉを均一にする条件として、Ｉ
（Ｘ0）＝Ｉ（Ｘn）とおいて解くと、 θ1＝θ0［（Ｒr・Ｒm）n−１］／［２ｎ＋１−（Ｒr・
Ｒm）n］・・・（６） となる。
と（ただし、θ0、θ1は共に小さいと仮定する）、 Ｉ（Ｘn）＝［（Ｒr・Ｒm）n／２ｄ｛θ0＋（２ｎ＋
１）θ1｝］Ｊ0Ｗ0・・・・・（５） これにエネルギー密度Ｉを均一にする条件として、Ｉ
（Ｘ0）＝Ｉ（Ｘn）とおいて解くと、 θ1＝θ0［（Ｒr・Ｒm）n−１］／［２ｎ＋１−（Ｒr・
Ｒm）n］・・・（６） となる。
【００２３】ここで、反射率Ｒr、Ｒmは共に１より小さ
い値であることを考慮すると、式（６）から傾斜角度θ
1は負の値となる。即ち、図２は一般的な形で表現して
いるが、エネルギー密度Ｉを均一にするとの条件で求め
られた上記（６）式からθ1は負、従って、その傾斜は
図２で示された右上がりと逆に右下がりとなる。換言す
れば、マスク１と反射鏡２との間隔がレーザ光３の入射
側へいくに従い（図２の右方から左方へいくに従い）、
広くなるように配置することになる。図１（２）は、以
上の条件式を具備させることによって得られたｘ軸方向
の強度分布を示す。マスク１と反射鏡２とを単に平行に
配置した従来の場合の強度分布（図１１（２））と比較
してその均一性が大幅に改善されていることが判る。
い値であることを考慮すると、式（６）から傾斜角度θ
1は負の値となる。即ち、図２は一般的な形で表現して
いるが、エネルギー密度Ｉを均一にするとの条件で求め
られた上記（６）式からθ1は負、従って、その傾斜は
図２で示された右上がりと逆に右下がりとなる。換言す
れば、マスク１と反射鏡２との間隔がレーザ光３の入射
側へいくに従い（図２の右方から左方へいくに従い）、
広くなるように配置することになる。図１（２）は、以
上の条件式を具備させることによって得られたｘ軸方向
の強度分布を示す。マスク１と反射鏡２とを単に平行に
配置した従来の場合の強度分布（図１１（２））と比較
してその均一性が大幅に改善されていることが判る。
【００２４】上記の構成例では、反射鏡２の角度θ1を
式（６）のように設定し、エネルギー密度の均一化を達
成しているが、角度θ1をさらにその絶対値を大きめに
取ることにより、エネルギー密度を高めることもでき
る。
式（６）のように設定し、エネルギー密度の均一化を達
成しているが、角度θ1をさらにその絶対値を大きめに
取ることにより、エネルギー密度を高めることもでき
る。
【００２５】実施例２．第二の実施例を図３に従って説
明する。図３（１）において、反射鏡として端部にテー
パをもたせた反射鏡２を使用している。図４に詳細を示
す。マスクに対して斜めに照射された光３はマスク１と
反射鏡２のテーパ状の部分との間で反射を繰り返す間は
ビーム間隔が次第に密になっていき、その後、反射鏡２
の平坦部に達すると、その密なビーム間隔を維持したま
ま伝播する。その結果、各点でビームの重なりの回数が
増え、これにより、マスク上において高いエネルギー密
度を維持することができ、光利用効率が上がる（図３
（２））。
明する。図３（１）において、反射鏡として端部にテー
パをもたせた反射鏡２を使用している。図４に詳細を示
す。マスクに対して斜めに照射された光３はマスク１と
反射鏡２のテーパ状の部分との間で反射を繰り返す間は
ビーム間隔が次第に密になっていき、その後、反射鏡２
の平坦部に達すると、その密なビーム間隔を維持したま
ま伝播する。その結果、各点でビームの重なりの回数が
増え、これにより、マスク上において高いエネルギー密
度を維持することができ、光利用効率が上がる（図３
（２））。
【００２６】このときのテーパ角度と達成されるエネル
ギー密度との関係は既述した式（５）によって与えら
れ、同様にθ1＜０で高強度化の条件となる。
ギー密度との関係は既述した式（５）によって与えら
れ、同様にθ1＜０で高強度化の条件となる。
【００２７】なお端部を上記のようにテーパ状にする他
に、図５に示すように、曲面状あるいは球面状にしても
同様の効果がある。
に、図５に示すように、曲面状あるいは球面状にしても
同様の効果がある。
【００２８】実施例３．図６は、この発明の実施例３に
よる光処理装置の要部を示す図である。同図（１）、
（２）はそれぞれ従来の図１１（１）（３）に対応して
示している。図において、６は反射鏡で、従来の反射鏡
２と異なるのは、その鏡面がレーザ光の進行方向（ｘ
軸）と直角のｙ軸方向に曲率半径Ｒを有する曲面に形成
された曲面鏡とされている点である。この曲面の存在の
ため、マスク１と曲面鏡６との間で反射を繰り返してい
くレーザ光３は、自由空間中の伝播による発散と曲面鏡
６による集束効果を受けながら進行していくことにな
る。
よる光処理装置の要部を示す図である。同図（１）、
（２）はそれぞれ従来の図１１（１）（３）に対応して
示している。図において、６は反射鏡で、従来の反射鏡
２と異なるのは、その鏡面がレーザ光の進行方向（ｘ
軸）と直角のｙ軸方向に曲率半径Ｒを有する曲面に形成
された曲面鏡とされている点である。この曲面の存在の
ため、マスク１と曲面鏡６との間で反射を繰り返してい
くレーザ光３は、自由空間中の伝播による発散と曲面鏡
６による集束効果を受けながら進行していくことにな
る。
【００２９】次に、レーザ光のｙ軸方向への発散を抑制
して鏡間内に閉じ込めるための条件を、レンズ列におけ
る光の伝達の理論から求めてみる。図７はその内容を説
明するもので、先ず、同図（１）は光処理装置における
実際の光学系において設定する各パラメータを示すもの
で、Ｒは曲面鏡６の、光の進行方向と直角の方向（図中
ｙ軸方向）に形成された曲面の曲率半径、ｄはマスク１
と曲面鏡６との間の距離である。
して鏡間内に閉じ込めるための条件を、レンズ列におけ
る光の伝達の理論から求めてみる。図７はその内容を説
明するもので、先ず、同図（１）は光処理装置における
実際の光学系において設定する各パラメータを示すもの
で、Ｒは曲面鏡６の、光の進行方向と直角の方向（図中
ｙ軸方向）に形成された曲面の曲率半径、ｄはマスク１
と曲面鏡６との間の距離である。
【００３０】図７（１）においてレーザ光３が曲面鏡６
で１回反射する毎に１枚のレンズを通過するとみて、図
７（１）の光学系における光の伝播を、レンズ列中にお
ける光の伝播に置き換えると同図（２）に示す通りとな
る。ここでは、レーザ光３は同軸上に互いに等間隔に配
置されたレンズｎ（１，２，３，４・・・・・）を順次
通過していく。図中、Ｄはレンズ間の距離で、Ｄ＝２ｄ
の関係が成立する。また、レンズの焦点距離をｆとする
と、曲面鏡６の曲率半径Ｒとの間にはＲ＝２ｆの関係が
成立する。
で１回反射する毎に１枚のレンズを通過するとみて、図
７（１）の光学系における光の伝播を、レンズ列中にお
ける光の伝播に置き換えると同図（２）に示す通りとな
る。ここでは、レーザ光３は同軸上に互いに等間隔に配
置されたレンズｎ（１，２，３，４・・・・・）を順次
通過していく。図中、Ｄはレンズ間の距離で、Ｄ＝２ｄ
の関係が成立する。また、レンズの焦点距離をｆとする
と、曲面鏡６の曲率半径Ｒとの間にはＲ＝２ｆの関係が
成立する。
【００３１】このようなレンズ列中の光ビームの伝播に
おいて、レーザ光が発散する（図７（３）に示す状態）
ことなく、図７（２）に示すように集束状態を保って伝
播するための条件式は、例えば丸善株式会社発行「光エ
レクトロニクスの基礎」Ｐ．２３により以下の通りであ
ることが知られている。 ０≦Ｄ≦４ｆ・・・・・（７） 上式のＤ＝２ｄ、Ｒ＝２ｆの関係式を代入すると、 ０≦ｄ≦Ｒ・・・・・（８） の関係が得られ、これが、図７（１）で設定した実際の
光学系におけるレーザ光３をマスク１と曲面鏡６との間
に閉じ込めるための条件式となる。
おいて、レーザ光が発散する（図７（３）に示す状態）
ことなく、図７（２）に示すように集束状態を保って伝
播するための条件式は、例えば丸善株式会社発行「光エ
レクトロニクスの基礎」Ｐ．２３により以下の通りであ
ることが知られている。 ０≦Ｄ≦４ｆ・・・・・（７） 上式のＤ＝２ｄ、Ｒ＝２ｆの関係式を代入すると、 ０≦ｄ≦Ｒ・・・・・（８） の関係が得られ、これが、図７（１）で設定した実際の
光学系におけるレーザ光３をマスク１と曲面鏡６との間
に閉じ込めるための条件式となる。
【００３２】従って、曲面鏡６の鏡面およびマスク１と
の間隔を上記条件式を満足するように設定することによ
り、ｙ軸方向のレーザ光３の強度分布が均一となり、当
然ながらこの光の一部が光通過部１ｂを通過して被加工
基板５に照射されて行われる加工の均一度も向上する。
の間隔を上記条件式を満足するように設定することによ
り、ｙ軸方向のレーザ光３の強度分布が均一となり、当
然ながらこの光の一部が光通過部１ｂを通過して被加工
基板５に照射されて行われる加工の均一度も向上する。
【００３３】実施例４．図８は、この発明の実施例４に
よる光処理装置を示す図である。この実施例は、入射部
分での光の損失を伴うことなく、入射角を小さくして、
光の強度を増大させることを目的とするもので、このた
めレーザ光３のビームの厚さ（光の進行方向であるｘ軸
方向の寸法）を調整するためのビーム整形光学系７を設
けている。
よる光処理装置を示す図である。この実施例は、入射部
分での光の損失を伴うことなく、入射角を小さくして、
光の強度を増大させることを目的とするもので、このた
めレーザ光３のビームの厚さ（光の進行方向であるｘ軸
方向の寸法）を調整するためのビーム整形光学系７を設
けている。
【００３４】次に、上記目的を達成するための条件を求
めてみる。図８に示すように、厚みＷ0のビームが反射
鏡２の上端部ぎりぎりの位置からマスク１に向けて照射
されているとする。このビームはマスク１で反射して反
射鏡２に至るが、マスク１と反射鏡２との間隔をｄとす
ると、ビームはこの間２ｄの距離を伝播する。また、ビ
ームの入射角をθ0とすると、ビームの厚み方向中心
は、この間ｘ軸方向に２θ0ｄの距離だけ移動する。ビ
ームが反射鏡２に到達したときの厚みをＷ1とすると、
反射鏡２に到達したビームがすべて反射鏡２の端部から
逸れることなく有効となるための条件は、図８から明ら
かなように、マスク１と反射鏡２との間隔ｄが厚み
Ｗ0、Ｗ1の寸法に比較して十分大きいとの仮定の下に以
下の式で与えられる。 Ｗ1／２≦２θ0ｄ−Ｗ0／２・・・・・（９） 従って、これを入射角θ0で解けば θ0≧（Ｗ0＋Ｗ1）／４ｄ・・・・・（１０） となる。ここで、実際にはビームの厚みＷ1は間隔ｄに
よって変化するので、Ｗ1をｄの関数とみると、上式は
下式のようにも表現することができる θ0≧（Ｗ0＋Ｗ1（ｄ））／４ｄ・・・・・（１１） 図９は以上の条件を満たした場合の入射光と反射光との
形態をハッチングで区別して示したものである。
めてみる。図８に示すように、厚みＷ0のビームが反射
鏡２の上端部ぎりぎりの位置からマスク１に向けて照射
されているとする。このビームはマスク１で反射して反
射鏡２に至るが、マスク１と反射鏡２との間隔をｄとす
ると、ビームはこの間２ｄの距離を伝播する。また、ビ
ームの入射角をθ0とすると、ビームの厚み方向中心
は、この間ｘ軸方向に２θ0ｄの距離だけ移動する。ビ
ームが反射鏡２に到達したときの厚みをＷ1とすると、
反射鏡２に到達したビームがすべて反射鏡２の端部から
逸れることなく有効となるための条件は、図８から明ら
かなように、マスク１と反射鏡２との間隔ｄが厚み
Ｗ0、Ｗ1の寸法に比較して十分大きいとの仮定の下に以
下の式で与えられる。 Ｗ1／２≦２θ0ｄ−Ｗ0／２・・・・・（９） 従って、これを入射角θ0で解けば θ0≧（Ｗ0＋Ｗ1）／４ｄ・・・・・（１０） となる。ここで、実際にはビームの厚みＷ1は間隔ｄに
よって変化するので、Ｗ1をｄの関数とみると、上式は
下式のようにも表現することができる θ0≧（Ｗ0＋Ｗ1（ｄ））／４ｄ・・・・・（１１） 図９は以上の条件を満たした場合の入射光と反射光との
形態をハッチングで区別して示したものである。
【００３５】上式において、マスク１と反射鏡２との間
隔ｄはマスク１に設けた加工形状の大きさに応じて決定
される。また、設定するビームの入射角θ0の大きさに
関しては、従来の図１２で説明したように、小さければ
小さいほど多重反射によるビームの重なりをより密にす
ることができる。従って、図８に示すようにビーム整形
光学系７を設けて（Ｗ0＋Ｗ1）の値が最小となるようビ
ームの厚みを調整して入射角θ0が極力小さくなるよう
にする。
隔ｄはマスク１に設けた加工形状の大きさに応じて決定
される。また、設定するビームの入射角θ0の大きさに
関しては、従来の図１２で説明したように、小さければ
小さいほど多重反射によるビームの重なりをより密にす
ることができる。従って、図８に示すようにビーム整形
光学系７を設けて（Ｗ0＋Ｗ1）の値が最小となるようビ
ームの厚みを調整して入射角θ0が極力小さくなるよう
にする。
【００３６】以上の条件式を満たす最小値の入射角θ0
を設定することにより、損失の少ない高い光強度が得ら
れ、従って光処理装置としての加工性能が大幅に増大す
る。
を設定することにより、損失の少ない高い光強度が得ら
れ、従って光処理装置としての加工性能が大幅に増大す
る。
【００３７】
【発明の効果】この発明は以上のように、マスクと反射
鏡とを所定の角度傾斜させたので、鏡間を伝搬する光ビ
ームの重ね合わせがビームの伝搬につれて密となって光
強度分布が高レベルで均一化する。従って、良質の光加
工を行うことができる。また、上記傾斜角度として所定
の式を満たす値に設定した場合は、光強度分布がより一
層均一化される。
鏡とを所定の角度傾斜させたので、鏡間を伝搬する光ビ
ームの重ね合わせがビームの伝搬につれて密となって光
強度分布が高レベルで均一化する。従って、良質の光加
工を行うことができる。また、上記傾斜角度として所定
の式を満たす値に設定した場合は、光強度分布がより一
層均一化される。
【００３８】更に、反射鏡の入射側端部に所定のテーパ
または曲率をもたせたものでは、マスクと反射鏡との間
における光の多重反射の繰り返し回数が増えるので、マ
スク上で高いエネルギー密度が得られ、その分光の利用
効率が向上する。
または曲率をもたせたものでは、マスクと反射鏡との間
における光の多重反射の繰り返し回数が増えるので、マ
スク上で高いエネルギー密度が得られ、その分光の利用
効率が向上する。
【００３９】また、反射鏡の鏡面を所定の曲面に形成し
たものでは、特に光の進行方向と直角の方向の光強度分
布が均一となりこれに伴って加工の均一度も向上する。
上記反射鏡の鏡面の曲率半径とマスクとの距離との間に
所定の関係式が成立するようにした場合は、光の発散が
なくなり光強度分布がより一層均一化される。
たものでは、特に光の進行方向と直角の方向の光強度分
布が均一となりこれに伴って加工の均一度も向上する。
上記反射鏡の鏡面の曲率半径とマスクとの距離との間に
所定の関係式が成立するようにした場合は、光の発散が
なくなり光強度分布がより一層均一化される。
【００４０】更に、レーザ光の入射角を所定の値に設定
したものでは、マスクで反射した光が反射鏡の入射側端
部から逸れて損失となることなく、光利用効率が大幅に
向上する。
したものでは、マスクで反射した光が反射鏡の入射側端
部から逸れて損失となることなく、光利用効率が大幅に
向上する。
【図１】この発明の実施例１による光処理装置の要部を
説明する図である。
説明する図である。
【図２】この発明の実施例１における条件式の導出を説
明する図である。
明する図である。
【図３】この発明の実施例２による光処理装置の要部を
説明する図である。
説明する図である。
【図４】この発明の実施例２による光処理装置の原理を
説明する図である。
説明する図である。
【図５】この発明の実施例２の変形例による光処理装置
の原理を説明する図である。
の原理を説明する図である。
【図６】この発明の実施例３による光処理装置の要部を
説明する図である。
説明する図である。
【図７】この発明の実施例３における条件式の導出を説
明する図である。
明する図である。
【図８】この発明の実施例４における条件式の導出を説
明する図である。
明する図である。
【図９】この発明の実施例４による光処理装置の要部を
説明する図である。
説明する図である。
【図１０】従来の光処理装置を説明する図である。
【図１１】従来のものの問題点を説明する図である。
【図１２】光の入射角を変化させた場合の強度分布の比
較を説明する図である。
較を説明する図である。
【図１３】従来のものの問題点を説明する図である。
１ マスク １ｂ 光通過部 １ｃ 反射部 ２，６ 反射鏡 ３ レーザ光 ５ 被加工基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ (72)発明者 名井 康人 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 田中 正明 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 宮本 照雄 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−210987（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02
Claims (6)
- 【請求項１】 光源からの光を通過させる光通過部と上
記光を反射する反射部とを設けたマスクおよび上記反射
部と対向し所定の距離を隔てて設けられ上記反射部で反
射された光を上記マスクに向けて反射する反射鏡を備
え、上記光通過部を通過した光により被処理物を処理す
る光処理装置において、 上記マスクと上記反射鏡との間隔が上記光源からの光の
入射側へいくに従い広くなるように上記マスクと反射鏡
とを平行位置から所定の角度傾斜させたことを特徴とす
る光処理装置。 - 【請求項２】 マスクの反射部の反射率をＲm、反射鏡
の反射率をＲr、上記マスクと反射鏡との間で繰り返さ
れる多重反射回数をｎ、光源からの光の入射角をθ0と
したとき、上記マスクと反射鏡との傾斜角度θ1を下式 θ1＝θ0［（Ｒr・Ｒm）n−１］／［２ｎ＋１−（Ｒr・Ｒm）n］ で得られる値としたことを特徴とする請求項１記載の光
処理装置。 - 【請求項３】 光源からの光を通過させる光通過部と上
記光を反射する反射部とを設けたマスクおよび上記反射
部と対向し所定の距離を隔てて設けられ上記反射部で反
射された光を上記マスクに向けて反射する反射鏡を備
え、上記光通過部を通過した光により被処理物を処理す
る光処理装置において、 上記反射鏡の上記光源からの光の入射側端部に、上記マ
スクと反射鏡との間隔が入射側へいくに従い広くなるよ
うにテーパまたは曲率をもたせたことを特徴とする光処
理装置。 - 【請求項４】 光源からの光を通過させる光通過部と上
記光を反射する反射部とを設けたマスクおよび上記反射
部と対向し所定の距離を隔てて設けられ上記反射部で反
射された光を上記マスクに向けて反射する反射鏡を備
え、上記光通過部を通過した光により被処理物を処理す
る光処理装置において、 上記反射鏡の鏡面を、上記光の進行方向に対して直角な
方向に所定の曲率を有する曲面に形成したことを特徴と
する光処理装置。 - 【請求項５】 反射鏡の鏡面の曲率半径をＲ、上記反射
鏡とマスクとの距離をｄとしたとき、０≦ｄ≦Ｒを満た
すようにしたことを特徴とする請求項４記載の光処理装
置。 - 【請求項６】 光源からの光を通過させる光通過部と上
記光を反射する反射部とを設けたマスクおよび上記反射
部と対向し所定の距離を隔てて設けられ上記反射部で反
射された光を上記マスクに向けて反射する反射鏡を備
え、上記光通過部を通過した光により被処理物を処理す
る光処理装置において、 上記光源から上記反射鏡の端部近傍を通過して上記マス
クに入射される光のその進行方向の厚みをＷ0、上記マ
スクで反射し上記反射鏡に達した光のその進行方向の厚
みをＷ1、上記反射鏡とマスクとの距離をｄ、上記光の
入射角をθ0としたとき、θ0＝（Ｗ0＋Ｗ1）／４ｄを満
たすようにしたことを特徴とする光処理装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6588692A JP2953179B2 (ja) | 1991-05-30 | 1992-03-24 | 光処理装置 |
| US07/888,782 US5355194A (en) | 1991-05-30 | 1992-05-27 | Optical processing apparatus |
| CA002069813A CA2069813C (en) | 1991-05-30 | 1992-05-28 | Optical processing apparatus |
| DE4217811A DE4217811C2 (de) | 1991-05-30 | 1992-05-29 | Optische Bearbeitungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12743391 | 1991-05-30 | ||
| JP3-127433 | 1991-05-30 | ||
| JP30175291 | 1991-11-18 | ||
| JP3-301752 | 1991-11-18 | ||
| JP6588692A JP2953179B2 (ja) | 1991-05-30 | 1992-03-24 | 光処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05197157A JPH05197157A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2953179B2 true JP2953179B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=27298963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6588692A Expired - Fee Related JP2953179B2 (ja) | 1991-05-30 | 1992-03-24 | 光処理装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5355194A (ja) |
| JP (1) | JP2953179B2 (ja) |
| CA (1) | CA2069813C (ja) |
| DE (1) | DE4217811C2 (ja) |
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| JP3553116B2 (ja) * | 1994-02-25 | 2004-08-11 | 三菱電機株式会社 | 光処理装置 |
| US5715040A (en) * | 1995-10-12 | 1998-02-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Illumination aperture of low intensity loss |
| DE19724061C2 (de) * | 1997-06-07 | 2001-11-22 | Univ Stuttgart Strahlwerkzeuge | Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes |
| JP4522882B2 (ja) * | 2005-02-15 | 2010-08-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 吸収計測装置 |
| US20070000887A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Scott Caldwell | Method for scan welding or marking through a waveguide and waveguide therefor |
| CN104816060A (zh) * | 2015-04-04 | 2015-08-05 | 华中科技大学 | 一种基于渐变能量带拼接的激光焊接设备 |
| CN109874321B (zh) * | 2015-10-30 | 2021-12-24 | 速尔特技术有限公司 | 增材制造系统和方法 |
| CN107442934A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-12-08 | 华中科技大学 | 一种基于能量带拼接的激光焊接设备 |
| CN114888458B (zh) * | 2021-08-17 | 2023-12-15 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 一种并行旋切加工装置及方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5040882A (en) * | 1988-11-07 | 1991-08-20 | General Signal Corporation | Unit magnification optical system with improved reflective reticle |
| US5223693A (en) * | 1990-04-28 | 1993-06-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical machining apparatus |
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- 1992-03-24 JP JP6588692A patent/JP2953179B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-27 US US07/888,782 patent/US5355194A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-28 CA CA002069813A patent/CA2069813C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-29 DE DE4217811A patent/DE4217811C2/de not_active Expired - Fee Related
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| DE4217811A1 (de) | 1992-12-24 |
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| DE4217811C2 (de) | 1996-01-25 |
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|---|---|---|---|
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