JP3182223B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Laser processing equipment

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JP3182223B2
JP3182223B2 JP23594992A JP23594992A JP3182223B2 JP 3182223 B2 JP3182223 B2 JP 3182223B2 JP 23594992 A JP23594992 A JP 23594992A JP 23594992 A JP23594992 A JP 23594992A JP 3182223 B2 JP3182223 B2 JP 3182223B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、転写マスクを通過した
レーザ光を集光して加工物の加工を行うためのレーザ加
工装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a workpiece by condensing a laser beam having passed through a transfer mask.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、プラスチック、金属、セラミ
ックス等の材料に孔開けや切断等の加工を行うために、
レーザ加工装置が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to process holes, cuts, and the like in materials such as plastics, metals, and ceramics,
Laser processing equipment is used.

【0003】図3は従来の代表的なレーザ加工装置の構
成図である。図3において、符号1は、レーザ発振器で
あり、CO2 レーザ、Nd:YAGレーザ、エキシマレ
ーザ等が使用されている。レーザ発振器1から出射され
たレーザ光は、転写マスク2を通過した後、反射ミラー
3により90度反射され、マスク転写レンズ4に導かれ
る。レーザ光がマスク転写レンズ4を透過すると、予め
設定した転写比率にてマスク像が加工物5上に結像さ
れ、除去加工が行われる。1回の加工の終了後、加工物
5は加工物支持装置6によって水平方向(X軸方向及び
Y軸方向)の位置を変え、次の加工が行われる。
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional typical laser processing apparatus. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a laser oscillator, which uses a CO 2 laser, a Nd: YAG laser, an excimer laser, or the like. After passing through the transfer mask 2, the laser light emitted from the laser oscillator 1 is reflected 90 degrees by the reflection mirror 3 and guided to the mask transfer lens 4. When the laser beam passes through the mask transfer lens 4, a mask image is formed on the workpiece 5 at a preset transfer ratio, and the removal processing is performed. After the completion of one processing, the position of the workpiece 5 in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction) is changed by the workpiece support device 6, and the next processing is performed.

【0004】このような構成のレーザ加工装置におい
て、転写マスク2、反射ミラー3、マスク転写レンズ4
及び加工物5の位置関係は、次式(1)を満たすものと
なっている。なお、式中、Aは、転写マスク2から反射
ミラー3までの距離A1 と反射ミラー3からマスク転写
レンズ4までの距離A2 との和、Bはマスク転写レンズ
4から加工物5までの距離、fはマスク転写レンズ4の
焦点距離である。
In the laser processing apparatus having such a configuration, the transfer mask 2, the reflection mirror 3, the mask transfer lens 4,
And the positional relationship of the workpiece 5 satisfies the following equation (1). In the formula, A is the sum of the distance A 2 from the distance A 1 between the reflecting mirror 3 to the reflecting mirror 3 to the mask transfer lens 4 from the transfer mask 2, B from the mask imaging lens 4 to the workpiece 5 The distance, f, is the focal length of the mask transfer lens 4.

【0005】 1/A+1/B=1/f (1)そし
て、転写比率αは式(2)に示す通りである。
1 / A + 1 / B = 1 / f (1) And the transfer ratio α is as shown in equation (2).

【0006】 α=B/A (2)Α = B / A (2)

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記構成のレーザ加工
装置においては、転写比率を変更する場合、式(2)か
ら明らかなように、距離Aと距離Bを調整する必要があ
る。即ち、少なくとも2つの部品、例えば転写マスク2
と加工物5、或いは転写マスク2とマスク転写レンズ4
を式(1)の関係を満足する状態で移動させなければな
らず、装置構成が複雑となっていた。
In the laser processing apparatus having the above structure, when changing the transfer ratio, it is necessary to adjust the distance A and the distance B, as is apparent from the equation (2). That is, at least two components, for example, the transfer mask 2
And work 5 or transfer mask 2 and mask transfer lens 4
Must be moved in a state that satisfies the relationship of equation (1), and the configuration of the apparatus is complicated.

【0008】また、転写比率を変えずに厚さの異なる加
工物を加工する場合には、転写マスク2及びマスク転写
レンズ4を同じ距離だけ移動させる方法、又は、加工物
5を転写レンズ4の光軸L(Z軸方向)に沿って位置調
整する方法を採る必要があるが、前者の方法では移動機
構を2つ設けなければならず、装置が複雑で高価なもの
となる。一方、加工物5を光軸Lに沿って移動させる方
法では、加工物支持装置6にZ軸位置調整機構6aを組
み込む必要がある。図3に示すように、Z軸位置調整機
構6aをX−Y軸位置調整機構6bのX−Yステージ面
上に設けた場合、加工物支持面であるZ軸位置調整機構
6aのZステージ面がX−Y軸位置調整機構6bのX−
Yステージ面から離れているため、X−Yステージ面の
たわみが増強され、ピント合せの精度が悪くなる。逆
に、X−Y軸位置調整機構6bの下側にZ軸位置調整機
構6aを配置した場合、重量物であるX−Y軸位置調整
機構6bをZ軸位置調整機構6aが支えなければなら
ず、加工物支持装置が高価になるという問題点があっ
た。
In the case of processing workpieces having different thicknesses without changing the transfer ratio, a method of moving the transfer mask 2 and the mask transfer lens 4 by the same distance, or a method of moving the workpiece 5 of the transfer lens 4 It is necessary to adopt a method of adjusting the position along the optical axis L (Z-axis direction). However, in the former method, two moving mechanisms must be provided, and the device becomes complicated and expensive. On the other hand, in the method of moving the workpiece 5 along the optical axis L, it is necessary to incorporate the Z-axis position adjusting mechanism 6a into the workpiece support device 6. As shown in FIG. 3, when the Z-axis position adjustment mechanism 6a is provided on the XY stage surface of the XY axis position adjustment mechanism 6b, the Z stage surface of the Z-axis position adjustment mechanism 6a, which is a workpiece support surface, is used. Is the X-axis of the XY axis position adjustment mechanism 6b.
Since it is far from the Y stage surface, the deflection of the XY stage surface is enhanced, and the accuracy of focusing is deteriorated. Conversely, when the Z-axis position adjusting mechanism 6a is disposed below the XY-axis position adjusting mechanism 6b, the Z-axis position adjusting mechanism 6a must support the heavy XY-axis position adjusting mechanism 6b. However, there is a problem that the workpiece support device becomes expensive.

【0009】更に、マスク転写レンズ4として単レンズ
を用いた場合、球面収差があるために転写分解能が悪い
ので、高価な組合せレンズを用いなければならなかっ
た。
Further, when a single lens is used as the mask transfer lens 4, the transfer resolution is poor due to the spherical aberration, so that an expensive combination lens must be used.

【0010】また、図4に示すように、レーザ光はマス
ク転写レンズ4に平行に入射されるので、マスク転写レ
ンズ4の第2面からの戻り光はレンズ4内で集光し、ガ
ラスの変質による吸収が増加し、ついにはレンズ破壊に
至る恐れがあった。特に、エキシマレーザのような高出
力レーザではレンズ破壊の危険性が高い。
Further, as shown in FIG. 4, since the laser beam is incident on the mask transfer lens 4 in parallel, the return light from the second surface of the mask transfer lens 4 is condensed in the lens 4, and Absorption due to alteration increased, which could eventually lead to lens destruction. In particular, a high-power laser such as an excimer laser has a high risk of lens destruction.

【0011】更にまた、図4において、マスク転写レン
ズ4によって屈折されたレーザ光は、加工物5に相当な
広がり角をもって入射される。この結果、加工領域内の
周囲部分では、孔が斜めに加工されるという問題があっ
た。従って、結像孔径の2倍以上の孔加工は従来のレー
ザ加工装置では困難であった。
Further, in FIG. 4, the laser beam refracted by the mask transfer lens 4 is incident on the workpiece 5 with a considerable spread angle. As a result, there is a problem that a hole is formed obliquely in a peripheral portion in the processing region. Therefore, it is difficult to form a hole having a diameter twice or more the diameter of the image forming hole using a conventional laser processing apparatus.

【0012】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、上記の種々の問題点を解決することのできるレ
ーザ加工装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a laser processing apparatus capable of solving the various problems described above.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、レーザ発振器から発せら
れた平行なレーザ光を転写マスクに照射し、該転写マス
クのマスク像を加工物に投影して該加工物を加工するレ
ーザ加工装置において、前記転写マスクと前記加工物と
の間に配置された第1のマスク転写レンズと、前記第1
のマスク転写レンズと前記加工物との間に配置された第
2のマスク転写レンズと、前記第1のマスク転写レンズ
と前記第2のマスク転写レンズとの間に配置され、前記
第1のマスク転写レンズを透過したレーザ光を反射して
前記第2のマスク転写レンズに導くと共に、前記加工物
から発せられ前記第2のマスク転写レンズを透過した可
視光を透過するビームスプリッタと、前記ビームスプリ
ッタを透過した可視光により前記加工物の加工面を観察
する手段とを備え、前記転写マスクと前記第1のマスク
転写レンズとの間の間隔(C)を該第1のマスク転写レ
ンズの焦点距離(f1)とし、前記第2のマスク転写レ
ンズと前記加工物との間の間隔(D)を該第2のマスク
転写レンズの焦点距離(f2)とし、前記第1のマスク
転写レンズと前記第2のマスク転写レンズとの間の間隔
(E=E1+E2)を前記第1のマスク転写レンズの焦点
距離(f1)よりも長くし、前記第1のマスク転写レン
ズと前記ビームスプリッタとの間の間隔(E1)を該第
1のマスク転写レンズの焦点距離(f1)よりも短くし
たことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, a transfer mask is irradiated with a parallel laser beam emitted from a laser oscillator, and a mask image of the transfer mask is formed. In a laser processing apparatus for processing a workpiece by projecting the workpiece on a workpiece, a first mask transfer lens disposed between the transfer mask and the workpiece;
A second mask transfer lens disposed between the first mask transfer lens and the second mask transfer lens, and a first mask disposed between the first mask transfer lens and the second mask transfer lens. A beam splitter that reflects laser light transmitted through the transfer lens and guides the laser light to the second mask transfer lens, and transmits visible light emitted from the workpiece and transmitted through the second mask transfer lens; and the beam splitter. Means for observing the processed surface of the workpiece with visible light transmitted through the lens. The distance (C) between the transfer mask and the first mask transfer lens is determined by the focal length of the first mask transfer lens. (F 1 ), the distance (D) between the second mask transfer lens and the workpiece is the focal length (f 2 ) of the second mask transfer lens, and Said Distance between the second mask transfer lens (E = E 1 + E 2 ) longer than the focal length (f 1) of the first mask transfer lens, the first mask transfer lens and said beam splitter (E 1 ) is shorter than the focal length (f 1 ) of the first mask transfer lens.

【0014】また、このレーザ加工装置は、転写マスク
と第1のマスク転写レンズとの間の間隔を調整する手段
を有することを特徴としている。更に、第2のマスク転
写レンズと加工物との間の間隔を調整する手段を備える
ことが好ましい。
Further, the laser processing apparatus is characterized in that it has means for adjusting the distance between the transfer mask and the first mask transfer lens. Further, it is preferable to provide a means for adjusting the distance between the second mask transfer lens and the workpiece.

【0015】第1のマスク転写レンズと第2のマスク転
写レンズとの間の間隔(E=E1+E2)は、好適には、
第1のマスク転写レンズの焦点距離と第2のマスク転写
レンズの焦点距離の合計(f1+f2)と等しい大きさで
ある。
The distance (E = E 1 + E 2 ) between the first mask transfer lens and the second mask transfer lens is preferably
The size is equal to the sum of the focal length of the first mask transfer lens and the focal length of the second mask transfer lens (f 1 + f 2 ).

【0016】更に、ビームスプリッタを透過した可視光
を受光して加工物の加工面を観察する手段は、CCDカ
メラと、CCDカメラの撮像面に可視光を結像させる可
視光リレーレンズと、CCDカメラに接続されたモニタ
テレビとを備えるものが好適である。
Further, the means for receiving the visible light transmitted through the beam splitter and observing the processing surface of the workpiece includes a CCD camera, a visible light relay lens for forming an image of the visible light on the imaging surface of the CCD camera, and a CCD. The one provided with a monitor television connected to the camera is preferable.

【0017】[0017]

【作用】転写マスクと第1のマスク転写レンズとの間の
間隔を第1のマスク転写レンズの焦点距離とし、第2の
マスク転写レンズと加工物との間の間隔を第2のマスク
転写レンズの焦点距離とした場合、マスク像の転写比率
は第1及び第2のレンズの焦点距離の比となり、かつ、
マスク像のピントは必ず加工物の加工面上で合うことと
なる。また、このような配置構成では、第2のマスク転
写レンズからのレーザ光の加工物に対する広がり角は小
さくなる。
The distance between the transfer mask and the first mask transfer lens is defined as the focal length of the first mask transfer lens, and the distance between the second mask transfer lens and the workpiece is defined as the second mask transfer lens. If the focal length of the mask image, the transfer ratio of the mask image is the ratio of the focal lengths of the first and second lenses, and
The mask image is always focused on the processed surface of the workpiece. Further, in such an arrangement, the spread angle of the laser light from the second mask transfer lens with respect to the workpiece is reduced.

【0018】転写マスクと第1のマスク転写レンズとの
間の間隔を調整する手段を設けることで、転写比率を変
更すべく第1のマスク転写レンズの焦点距離を変えた場
合に、その焦点距離とマスク・レンズ間の間隔とを容易
に一致させることができる。この調整手段としては、転
写マスクを移動させる手段が好適である。
By providing a means for adjusting the distance between the transfer mask and the first mask transfer lens, if the focal length of the first mask transfer lens is changed to change the transfer ratio, And the distance between the mask and the lens can be easily matched. As this adjusting means, a means for moving the transfer mask is preferable.

【0019】また、第2のマスク転写レンズの焦点距離
を変更することでも、マスク像の転写比率を変更するこ
とができ、よって、第2のマスク転写レンズと加工物と
の間の間隔を調整する手段、特に、第2のマスク転写レ
ンズを移動させる手段を設けることが好ましい。この第
2のレンズと加工物間の間隔を調整できるようにするこ
とで、加工物の厚さに変動があった場合の微調整が可能
となり、ピント合わせとして用いることもできる。
Also, by changing the focal length of the second mask transfer lens, the transfer ratio of the mask image can be changed, and therefore, the distance between the second mask transfer lens and the workpiece can be adjusted. It is preferable to provide a means for moving the second mask transfer lens, particularly a means for moving the second mask transfer lens. By allowing the distance between the second lens and the workpiece to be adjusted, fine adjustment can be performed when the thickness of the workpiece varies, and it can be used for focusing.

【0020】また、第1と第2のマスク転写レンズの間
にビームスプリッタを配置し、加工物の像を取り出すこ
とができるようにしているので、加工面を観察すること
が可能である。加工物の像は第2のマスク転写レンズを
通して得られるので、加工物の像のピントが合っている
場合、加工物が第2のマスク転写レンズの焦点に適正に
配置されていると判断できる。更に、ビームスプリッタ
は、第1のマスク転写レンズの焦点外に置かれるので、
ビームスプリッタに対して絞られたレーザ光が照射され
ることが防止される。
Since a beam splitter is arranged between the first and second mask transfer lenses so that an image of a workpiece can be taken out, the processed surface can be observed. Since the image of the workpiece is obtained through the second mask transfer lens, when the image of the workpiece is in focus, it can be determined that the workpiece is properly positioned at the focal point of the second mask transfer lens. Further, since the beam splitter is located out of focus of the first mask transfer lens,
Irradiation of the focused laser light to the beam splitter is prevented.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面に沿って本発明の好適な実施例に
ついて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明の一実施例によるレーザ加
工装置の構成を示している。符号10はレーザ発振器で
あり、好ましくはエキシマレーザ発振器である。エキシ
マレーザ発振器10から出射されたレーザ光は、転写マ
スク11を透過した後、第1のマスク転写レンズ12に
照射される。ICを取り付けるプリント基板を作成する
場合、転写マスク11には、例えば厚さ30μmのステ
ンレス鋼板に直径60μmの孔がICのパターンで開け
られたものが用いられる。レーザ光は第1のマスク転写
レンズ12を透過後、ダイクロイックミラー等のビーム
スプリッタ13により90度の角度で反射されて第2の
マスク転写レンズ14に導かれる。このビームスプリッ
タ13は、レーザ光は反射するが、波長350〜700
nm程度の可視光は透過する性質を有している。ビーム
スプリッタ13により反射されたレーザ光は第2のマス
ク転写レンズ14を経て、加工物支持装置15のステー
ジ面上に固定された加工物16に照射される。エキシマ
レーザの場合、加工物16にはガラスエポキシ樹脂板等
が用いられる。
FIG. 1 shows the configuration of a laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention. Reference numeral 10 denotes a laser oscillator, preferably an excimer laser oscillator. The laser light emitted from the excimer laser oscillator 10 passes through the transfer mask 11 and then irradiates the first mask transfer lens 12. When a printed board on which an IC is to be mounted is prepared, a transfer mask 11 in which holes having a diameter of 60 μm are formed in a stainless steel plate having a thickness of 30 μm in an IC pattern, for example, is used. After passing through the first mask transfer lens 12, the laser light is reflected at a 90 ° angle by a beam splitter 13 such as a dichroic mirror and guided to the second mask transfer lens 14. The beam splitter 13 reflects the laser light but has a wavelength of 350 to 700
It has a property of transmitting visible light of about nm. The laser beam reflected by the beam splitter 13 is applied to a workpiece 16 fixed on a stage surface of a workpiece support device 15 via a second mask transfer lens 14. In the case of an excimer laser, a glass epoxy resin plate or the like is used for the workpiece 16.

【0023】転写マスク11はマスクマウント17にセ
ットされ、マスクマウント17はマウント移動機構18
により光軸Lに沿って移動可能となっている。マウント
移動機構18としては種々の型式が考えられるが、図示
実施例では、ステッピングモータ19により回転駆動さ
れるねじ体20と、このねじ体20が螺合されるマスク
マウント17のねじ穴21とから構成されている。
The transfer mask 11 is set on a mask mount 17, and the mask mount 17 is mounted on a mount moving mechanism 18.
Thereby, it can be moved along the optical axis L. Although various types of the mount moving mechanism 18 are conceivable, in the illustrated embodiment, the screw 20 is rotated by a stepping motor 19 and the screw hole 21 of the mask mount 17 to which the screw 20 is screwed. It is configured.

【0024】第1のマスク転写レンズ12は固定レンズ
マウント22により所定位置に固定されている。
The first mask transfer lens 12 is fixed at a predetermined position by a fixed lens mount 22.

【0025】第2のマスク転写レンズ14は可動レンズ
マウント23に取り付けられている。可動レンズマウン
ト23にはピント調整機構24が設けられ、第2のマス
ク転写レンズ14の位置を光軸Lに沿って微調整できる
ようになっている。図示実施例のピント調整機構24
は、ステッピングモータ25の回転軸に接続されたねじ
体26と、これが螺合されるレンズマウント23のねじ
穴27とから成るが、これに限定されるものではない。
The second mask transfer lens 14 is mounted on a movable lens mount 23. A focus adjustment mechanism 24 is provided on the movable lens mount 23 so that the position of the second mask transfer lens 14 can be finely adjusted along the optical axis L. Focus adjustment mechanism 24 in the illustrated embodiment
Consists of a screw body 26 connected to the rotation shaft of the stepping motor 25 and a screw hole 27 of the lens mount 23 to which the screw body 26 is screwed, but is not limited to this.

【0026】加工物支持装置15のステージ面は水平方
向(X−Y軸方向)のみ位置調整可能となっており、光
軸方向(Z軸方向)については固定されている。よっ
て、Z軸位置調整機構は不要である。
The position of the stage surface of the workpiece support device 15 can be adjusted only in the horizontal direction (XY axis direction), and is fixed in the optical axis direction (Z axis direction). Therefore, a Z-axis position adjusting mechanism is not required.

【0027】更に、この実施例のレーザ加工装置におい
ては、図1でビームスプリッタ13の上側の位置に、可
視光リレーレンズ28及びCCDカメラ29が、第2の
マスク転写レンズ14の光軸と同軸に配置されている。
CCDカメラ29にはモニタテレビ30が接続されてい
る。
Further, in the laser processing apparatus of this embodiment, a visible light relay lens 28 and a CCD camera 29 are coaxial with the optical axis of the second mask transfer lens 14 at a position above the beam splitter 13 in FIG. Are located in
A monitor television 30 is connected to the CCD camera 29.

【0028】このような構成において、転写マスク11
と第1のマスク転写レンズ12との間の間隔Cは、第1
のマスク転写レンズ12の焦点距離f1 に一致されてい
る。また、加工物16の加工面と第2のマスク転写レン
ズ14との間の間隔Dは、第2のマスク転写レンズ14
の焦点距離f2 とされている。第1及び第2のマスク転
写レンズ12,14の間の間隔E(即ち、第1のマスク
転写レンズ12からビームスプリッタ13までの距離E
1 と、ビームスプリッタ13から第2のマスク転写レン
ズ14までの距離E2 との和)は任意であるが、第1の
マスク転写レンズ12の焦点距離f1 よりも長い距離で
あることが好ましい。特に、間隔Eは、標準となる第1
のマスク転写レンズ12の焦点距離f1 と第2のマスク
転写レンズ14の焦点距離f2 の和とするのが最適であ
る。例えば、第1のマスク転写レンズ12の焦点距離f
1 が300mm、第2のマスク転写レンズ14の焦点距
離f2 が100mmである場合、間隔Cは300mm、
間隔Dは100mm、間隔Eは400mmとなる。
In such a configuration, the transfer mask 11
The distance C between the first mask transfer lens 12 and the first
The focal length f 1 of the mask transfer lens 12 of FIG. The distance D between the processing surface of the workpiece 16 and the second mask transfer lens 14 is equal to the second mask transfer lens 14.
It is the focal length f 2 of the. The distance E between the first and second mask transfer lenses 12 and 14 (that is, the distance E from the first mask transfer lens 12 to the beam splitter 13)
1, although the sum of the distances E 2 from the beam splitter 13 to the second mask imaging lens 14) is arbitrary, it is preferable that a distance greater than the focal length f 1 of the first mask imaging lens 12 . In particular, the interval E is the standard first
The focal length f 1 of the mask imaging lens 12 to be best to the sum of the focal length f 2 of the second mask imaging lens 14. For example, the focal length f of the first mask transfer lens 12
When 1 is 300 mm and the focal length f 2 of the second mask transfer lens 14 is 100 mm, the interval C is 300 mm,
The interval D is 100 mm, and the interval E is 400 mm.

【0029】なお、第1のマスク転写レンズ12とビー
ムスプリッタ13との間の間隔は焦点距離f1 よりも短
い方が望ましい。これは、第1のマスク転写レンズ12
でレーザ光が絞られた位置にビームスプリッタ13を配
置すると、その多層膜コーティングが破壊される可能性
があるからである。
The distance between the first mask transfer lens 12 and the beam splitter 13 is preferably shorter than the focal length f 1 . This is because the first mask transfer lens 12
If the beam splitter 13 is arranged at a position where the laser beam is narrowed in the above, the multilayer coating may be destroyed.

【0030】次に、このような構成において、本発明に
よるレーザ加工装置の作用について説明する。
Next, the operation of the laser processing apparatus according to the present invention in such a configuration will be described.

【0031】レーザ発振器10から発せられたレーザ光
は光軸Lと平行に進み、転写マスク11を通過する。次
いで、レーザ光は第1のマスク転写レーザ12を通り、
ビームスプリッタ13によって90度曲げられ、第2の
マスク転写レンズ14を経て加工物16の加工面に照射
される。レーザ加工装置の構成部品が上記位置関係にあ
る場合、転写マスク11の光軸L上の点の像は点線で示
される光路を進み、加工物16の加工面上の光軸Lとの
交点に集束される。従って、上記位置関係ではマスク像
はピントの合った状態で加工物16の加工面に転写され
る。この際の転写比率βは次式(3)の通りである。
The laser light emitted from the laser oscillator 10 travels in parallel with the optical axis L and passes through the transfer mask 11. Next, the laser beam passes through the first mask transfer laser 12,
The beam is bent by 90 degrees by the beam splitter 13 and irradiates the processing surface of the workpiece 16 via the second mask transfer lens 14. When the components of the laser processing apparatus are in the above-described positional relationship, the image of the point on the optical axis L of the transfer mask 11 travels along the optical path indicated by the dotted line, and at the intersection with the optical axis L on the processing surface of the workpiece 16. Focused. Therefore, in the above positional relationship, the mask image is transferred to the processing surface of the workpiece 16 in a focused state. The transfer ratio β at this time is as shown in the following equation (3).

【0032】 β=D/C=f2 /f1 (3) また、上記位置関係においては、第2のマスク転写レン
ズ14から加工物16に発せられるレーザ光は、図2に
示すように実質的に平行光線となるので、光軸付近の加
工状態と加工領域の周辺部の加工状態とはほぼ同等とな
る。また、第2のマスク転写レンズ14への入射光は平
行ではないので、第2のマスク転写レンズ14の第2面
による戻り光はレンズ14内で集光されることはない。
従って、従来のような戻り光によるレンズ破壊の恐れは
なく、特にエキシマレーザのような高出力レーザを用い
ている場合に有効である。
Β = D / C = f 2 / f 1 (3) In the above positional relationship, the laser beam emitted from the second mask transfer lens 14 to the workpiece 16 is substantially as shown in FIG. Since the light beams are parallel to each other, the processing state in the vicinity of the optical axis and the processing state in the periphery of the processing area are substantially equal. Further, since the light incident on the second mask transfer lens 14 is not parallel, the light returned by the second surface of the second mask transfer lens 14 is not collected in the lens 14.
Therefore, there is no risk of lens breakage due to return light as in the related art, and this is particularly effective when a high-power laser such as an excimer laser is used.

【0033】加工物16の加工面の状態は、ビームスプ
リッタ13及び可視光リレーレンズ28を通してCCD
カメラ29で受像され、その像はモニタテレビ30に映
し出される。ここで、加工物16の厚さが所定の厚さと
は異なっており、マスク像及び加工物像のピントがずれ
ている場合には、ピント調整機構24のステッピングモ
ータ25を駆動して第2のマスク転写レンズ14を移動
させ、間隔Dを第2のマスク転写レンズ14の焦点距離
2 に一致させる必要がある。この際、前もって決めら
れた厚さに対する加工物16の厚さの変化量が既知であ
る場合、その量だけ第2のマスク転写レンズ14を移動
させれば良い。一方、変化量が未知の場合には、モニタ
テレビ30を見ながら、ピントが合うように第2のマス
ク転写レンズ14の位置調整を行うこととなる。
The state of the processing surface of the workpiece 16 is determined by the CCD through the beam splitter 13 and the visible light relay lens 28.
The image is received by the camera 29, and the image is displayed on the monitor television 30. Here, when the thickness of the workpiece 16 is different from the predetermined thickness and the mask image and the workpiece image are out of focus, the stepping motor 25 of the focus adjusting mechanism 24 is driven to drive the second It is necessary to move the mask transfer lens 14 so that the distance D matches the focal length f 2 of the second mask transfer lens 14. At this time, if the amount of change in the thickness of the workpiece 16 with respect to the predetermined thickness is known, the second mask transfer lens 14 may be moved by that amount. On the other hand, when the amount of change is unknown, the position of the second mask transfer lens 14 is adjusted so as to be in focus while watching the monitor television 30.

【0034】間隔C=第1のマスク転写レンズの焦点距
離f1 、及び、間隔D=第2のマスク転写レンズの焦点
距離f2 の条件を満たす限り、加工物16の加工面には
上記の式(3)の転写比率でマスク像が結像される。従
って、転写比率を変える場合には、第1のマスク転写レ
ンズ12をレンズマウント22から取り外して、焦点距
離の異なる別のマスク転写レンズをレンズマウント22
に取り付ける。そして、その新たな第1のマスク転写レ
ンズの焦点距離f1 ´と、転写マスク・レンズ間の間隔
Cとが一致するように、マウント移動機構18を駆動さ
せてマスクマウント17を移動させれば、転写比率がf
2 /f1 ′のマスク像が得られる。転写マスク11及び
マスクマウント17は比較的軽量であるので、マウント
移動機構18に加わる負荷は小さく、高精度の調整が可
能である。
As long as the conditions of the interval C = the focal length f 1 of the first mask transfer lens and the interval D = the focal length f 2 of the second mask transfer lens are satisfied, the processing surface of the workpiece 16 is the same as the above. A mask image is formed at the transfer ratio of Expression (3). Therefore, when changing the transfer ratio, the first mask transfer lens 12 is detached from the lens mount 22 and another mask transfer lens having a different focal length is mounted on the lens mount 22.
Attach to Then, by driving the mount moving mechanism 18 to move the mask mount 17 so that the focal length f 1 ′ of the new first mask transfer lens and the distance C between the transfer mask and the lens coincide with each other. , The transfer ratio is f
A mask image of 2 / f 1 'is obtained. Since the transfer mask 11 and the mask mount 17 are relatively lightweight, the load applied to the mount moving mechanism 18 is small, and high-precision adjustment is possible.

【0035】上記実施例では、第1のマスク転写レンズ
12を焦点距離の異なる別のものに交換すると共に、転
写マスク11と第1のマスク転写レンズ12との間の間
隔Cを調整することで、ピントの合った状態で転写比率
を変更することとしている。特に、間隔Cの調整は転写
マスク11を移動させることで行っている。しかし、転
写比率を変更させる手段は上記の手段に限られない。例
えば、転写マスク11は固定し、第1のマスク転写レン
ズ12の取付位置を変えても良い。また、第2のマスク
転写レンズ14を焦点距離の異なる別のものに交換する
と共に、加工物16と第2のマスク転写レンズ14との
間の間隔Dを調整することとしても良い。この場合、間
隔Dの調整は加工物16を移動させるのではなく、第2
のマスク転写レンズ14を移動させるのが望ましい。
In the above embodiment, the first mask transfer lens 12 is replaced with another one having a different focal length, and the distance C between the transfer mask 11 and the first mask transfer lens 12 is adjusted. In this case, the transfer ratio is changed in the focused state. In particular, the adjustment of the interval C is performed by moving the transfer mask 11. However, the means for changing the transfer ratio is not limited to the above means. For example, the transfer mask 11 may be fixed, and the mounting position of the first mask transfer lens 12 may be changed. Further, the second mask transfer lens 14 may be replaced with another one having a different focal length, and the distance D between the workpiece 16 and the second mask transfer lens 14 may be adjusted. In this case, the adjustment of the interval D does not move the workpiece 16,
It is desirable to move the mask transfer lens 14 of FIG.

【0036】更に、第1のマスク転写レンズ12及び第
2のマスク転写レンズ14は図1で単レンズで示してい
るが、複数レンズから成るものであっても良い。特に、
第1のマスク転写レンズ12は、焦点距離を連続的に変
えることのできるズームレンズが好ましい。この場合、
ズームレンズによる焦点距離の変動に応答して、マウン
ト移動機構18が自動的に駆動されるようにすることも
可能である。
Further, although the first mask transfer lens 12 and the second mask transfer lens 14 are shown as single lenses in FIG. 1, they may be composed of a plurality of lenses. In particular,
The first mask transfer lens 12 is preferably a zoom lens capable of continuously changing the focal length. in this case,
The mount moving mechanism 18 can be automatically driven in response to a change in the focal length of the zoom lens.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マスク
像の転写比率を変える場合に、マスク転写レンズの焦点
距離を変更し、レーザ加工装置の構成部品のうちの1つ
のみを移動させれば良く、そのための駆動機構も比較的
に単純となる。従って、レーザ加工装置の製造コストは
安価なものとなる。また、駆動機構が単純であることか
ら、マスク像を高精度で結像させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the transfer ratio of the mask image is changed, the focal length of the mask transfer lens is changed, and only one of the components of the laser processing apparatus is moved. And the driving mechanism for that purpose is relatively simple. Therefore, the manufacturing cost of the laser processing device is low. Further, since the driving mechanism is simple, it is possible to form a mask image with high accuracy.

【0038】また、請求項1に記載の位置関係を満たす
限り、第1と第2のマスク転写レンズ間の間隔は任意に
定めることができるので、第2のマスク転写レンズの中
心付近をレーザ光が通るようにすることができる。これ
により、第2のマスク転写レンズに周囲の球面収差が大
きな単レンズを用いても、加工分解能が低下することは
ない。
The distance between the first and second mask transfer lenses can be arbitrarily determined as long as the positional relationship described in claim 1 is satisfied. Can be passed. As a result, even if a single lens having a large peripheral spherical aberration is used as the second mask transfer lens, the processing resolution does not decrease.

【0039】更に、第2のマスク転写レンズから加工物
へのレーザ光は平行光線、ないしは広がり角のきわめて
小さな光線となるので、加工領域の中心部分と周囲部分
の加工状態は同程度となる。その結果、結像穴径に対し
て2倍以上の孔を加工する場合においても、加工領域全
体にわたって一様な加工性能が得られる。
Further, since the laser beam from the second mask transfer lens to the workpiece is a parallel beam or a beam having a very small divergence angle, the processing state of the central portion and the peripheral portion of the processing region is almost the same. As a result, even when a hole that is twice as large as the imaging hole diameter is formed, uniform processing performance can be obtained over the entire processing region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるレーザ加工装置の一実施例を示す
概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1のレーザ加工装置における第2のマスク転
写レンズを通るレーザ光の光路を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an optical path of a laser beam passing through a second mask transfer lens in the laser processing apparatus of FIG.

【図3】従来のレーザ加工装置を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a conventional laser processing apparatus.

【図4】図3のレーザ加工装置におけるマスク転写レン
ズを通るレーザ光の光路を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an optical path of a laser beam passing through a mask transfer lens in the laser processing apparatus of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…レーザ発振器、11…転写マスク、12…第1の
マスク転写レンズ、13…ビームスプリッタ、14…第
2のマスク転写レンズ、15…加工物支持装置、16…
加工物、17…マスクマウント、18…マウント移動機
構、24…ピント調整機構、28…可視光リレーレン
ズ、29…CCDカメラ、30…モニタテレビ。
Reference Signs List 10 laser oscillator, 11 transfer mask, 12 first mask transfer lens, 13 beam splitter, 14 second mask transfer lens, 15 work support device, 16
Workpiece, 17: Mask mount, 18: Mount moving mechanism, 24: Focus adjusting mechanism, 28: Visible light relay lens, 29: CCD camera, 30: Monitor television.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発振器から発せられた平行なレー
ザ光を転写マスクに照射し、該転写マスクのマスク像を
加工物に投影して該加工物を加工するレーザ加工装置に
おいて、 前記転写マスクと前記加工物との間に配置された第1の
マスク転写レンズと、 前記第1のマスク転写レンズと前記加工物との間に配置
された第2のマスク転写レンズと、 前記第1のマスク転写レンズと前記第2のマスク転写レ
ンズとの間に配置され、前記第1のマスク転写レンズを
透過したレーザ光を反射して前記第2のマスク転写レン
ズに導くと共に、前記加工物から発せられ前記第2のマ
スク転写レンズを透過した可視光を透過するビームスプ
リッタと、 前記ビームスプリッタを透過した可視光により前記加工
物の加工面を観察する手段とを備え、 前記転写マスクと前記第1のマスク転写レンズとの間の
間隔(C)を該第1のマスク転写レンズの焦点距離(f
1)とし、 前記第2のマスク転写レンズと前記加工物との間の間隔
(D)を該第2のマスク転写レンズの焦点距離(f2
とし、 前記第1のマスク転写レンズと前記第2のマスク転写レ
ンズとの間の間隔(E=E1+E2)を前記第1のマスク
転写レンズの焦点距離(f1)よりも長くし、 前記第1のマスク転写レンズと前記ビームスプリッタと
の間の間隔(E1)を該第1のマスク転写レンズの焦点
距離(f1)よりも短くしたことを特徴とするレーザ加
工装置。
1. A laser processing apparatus that irradiates a transfer mask with parallel laser light emitted from a laser oscillator, projects a mask image of the transfer mask onto a workpiece, and processes the workpiece. A first mask transfer lens disposed between the workpiece, a second mask transfer lens disposed between the first mask transfer lens and the workpiece, and a first mask transfer The laser light is disposed between a lens and the second mask transfer lens, reflects the laser light transmitted through the first mask transfer lens, guides the laser light to the second mask transfer lens, and is emitted from the workpiece and emitted from the workpiece. A beam splitter that transmits visible light that has passed through the second mask transfer lens; and a unit that observes a processed surface of the workpiece with the visible light that has passed through the beam splitter; Click the focal length of the first first mask transfer lens spacing (C) between the mask imaging lens (f
1 ), and the distance (D) between the second mask transfer lens and the workpiece is the focal length (f 2 ) of the second mask transfer lens.
The distance (E = E 1 + E 2 ) between the first mask transfer lens and the second mask transfer lens is made longer than the focal length (f 1 ) of the first mask transfer lens, A laser processing apparatus, wherein an interval (E 1 ) between the first mask transfer lens and the beam splitter is shorter than a focal length (f 1 ) of the first mask transfer lens.
【請求項2】 前記転写マスクと前記第1のマスク転写
レンズとの間の間隔を調整する手段を有することを特徴
とする請求項1記載のレーザ加工装置。
2. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising means for adjusting a distance between the transfer mask and the first mask transfer lens.
【請求項3】 前記転写マスクと前記第1のマスク転写
レンズとの間の間隔を調整する手段は、前記転写マスク
を移動させる手段であることを特徴とする請求項2記載
のレーザ加工装置。
3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the means for adjusting the distance between the transfer mask and the first mask transfer lens is means for moving the transfer mask.
【請求項4】 前記第2のマスク転写レンズと前記加工
物との間の間隔を調整する手段を有することを特徴とす
る請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工装
置。
4. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising means for adjusting a distance between the second mask transfer lens and the workpiece.
【請求項5】 前記第2のマスク転写レンズと前記加工
物との間の間隔を調整する手段は、前記第2のマスク転
写レンズを移動させる手段であることを特徴とする請求
項4記載のレーザ加工装置。
5. The apparatus according to claim 4, wherein said means for adjusting the distance between said second mask transfer lens and said workpiece is means for moving said second mask transfer lens. Laser processing equipment.
【請求項6】 前記ビームスプリッタを透過した可視光
を受光して前記加工物の加工面を観察する手段は、CC
Dカメラと、前記CCDカメラの撮像面に前記可視光を
結像させる可視光リレーレンズと、前記CCDカメラに
接続されたモニタテレビとを備えることを特徴とする請
求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
6. A means for receiving visible light transmitted through the beam splitter and observing a processed surface of the workpiece, comprising:
6. The camera according to claim 1, further comprising a D camera, a visible light relay lens that forms the visible light on an imaging surface of the CCD camera, and a monitor television connected to the CCD camera. The laser processing apparatus according to the above section.
【請求項7】 前記第1のマスク転写レンズと前記第2
のマスク転写レンズとの間の間隔(E=E1+E2)を前
記第1のマスク転写レンズの焦点距離と前記第2のマス
ク転写レンズの焦点距離の合計(f1+f2)と等しくし
たことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載
のレーザ加工装置。
7. The first mask transfer lens and the second mask transfer lens.
(E = E 1 + E 2 ) was set equal to the sum of the focal length of the first mask transfer lens and the focal length of the second mask transfer lens (f 1 + f 2 ). The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
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