JP3509129B2

JP3509129B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP3509129B2
Application number: JP15476593A
Authority: JP
Inventors: 元小田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 2004-03-22
Anticipated expiration: 2019-03-22
Also published as: JPH079180A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工装置に関
し、特にレーザビームにて穴加工、パターン加工、切断
等を行わせるレーザ加工装置に適したマスク部材を用い
たレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光源の加工装置への応用
は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザを中心に盛んに行わ
れてきており、特にそれらを用いて金属板を対象とした
加工分野においては、加工方法として確立されてきてい
る。

【０００３】更に、最近では、紫外領域の発振波長を有
するエキシマレーザの加工応用についても検討されてき
ている。

【０００４】このエキシマレーザは、炭酸ガスレーザ、
ＹＡＧレーザ等と比較して、発振波長が短いため微細加
工に適している。

【０００５】このエキシマレーザを用いた加工装置の加
工メカニズムは、従来の熱加工ではなく、高いフォトン
エネルギーを利用した非熱加工（いわゆるアブレーショ
ン加工）であるため、加工形状が極めて美しいという特
徴を有している。

【０００６】また、パルス発振した出力光による加工で
あるため、パルス数によって加工量の制御が容易に行え
る、即ち加工位置を固定してパルス数を制御することに
より任意の深さの加工が可能であるという特徴を有して
いる。

【０００７】特に、このエキシマレーザ加工は、熱影響
を周囲に及ぼさないことから高分子材料の加工に適して
いると考えられている。

【０００８】一般に、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等
では高分子材料の加工において、加工形状が小さくなる
ほど熱の影響による形状劣化が際立ってくる傾向があ
る。

【０００９】従って、今後市場の要求が強まると期待さ
れる高分子材料を用いた小型電子部品の微細加工におい
て、エキシマレーザ加工の必要性は向上してくると予想
されている。

【００１０】さて、レーザ加工装置の一般的な構成及び
その加工方法は、レーザ光源から発振されたレーザービ
ームを、所定形状のマスクを透過させ、その後直接、も
しくはレンズ系で縮小または拡大した後に、被加工物に
対して、マスク形状のレーザビームを照射して、その加
工を行うものである。

【００１１】その具体的な構成を、エキシマレーザを用
いた加工を例にして説明する。図９（ａ）は、特開平３
−１４２０９１号公報において開示されたエキシマレー
ザ加工装置を示す。

【００１２】図９（ａ）において、７０１はエキシマレ
ーザ発振器、７０２はレーザビーム、７０３はマスク、
７０４はミラー、７０５は集光レンズ、７０６は被加工
物であるポリイミドフィルム、７０７はポリイミドフィ
ルム７０６が載置される保持台である。

【００１３】このような構成により、エキシマレーザ発
振器７０１から出射されたレーザビーム７０２は、円形
状のマスク７０３を透過後、ミラー７０４で反射され、
集光レンズ７０５により、ポリイミドフィルム７０６上
に縮小投影され、その加工が行われるものである。

【００１４】なお、ポリイミドフィルム７０６の裏面に
は銅箔が貼着されており、パルス発振されたレーザビー
ムで１パルスごとに徐々にポリイミドフィルム７０６の
加工を行い、銅箔の部分まで達すると、その加工スレシ
ョホルド値がポリイミドより高いため加工がそこで止ま
り、加工が終了する。

【００１５】加工後のポリイミドフィルム７０６の形状
を図９（ｂ）に示す。即ち、ポリイミドフィルム７０６
は、その表面７０６ａが、円筒断面７０６ｂを形成する
ように銅箔表面７０６ｃに至るまで加工されている。

【００１６】これは、ポリイミドフィルムを選択的に除
去する方法の例であるが、貫通した加工部とすることは
勿論のこと、同一材料の場合でもパルス数をコントロー
ルすることによって任意の深さの加工が可能である。

【００１７】さて、特開平３−１４２０９１号公報の場
合には、マスクとして開口型のマスクを用いているが、
その他のマスクの例として、特開平４−１５８９９８号
公報に示されているような石英基板にクロム蒸着をした
もの（図示省略）、また特開昭６２−２４８５９０号公
報に示されているように石英基板レーザビーム透過部以
外をサンドブラストで荒らしたもの（図示省略）等が挙
げられる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】図９の従来例で示した
一般的なマスクを用いる加工、特開平４−１５８９９８
号公報、および特開昭６２−２４８５９０号公報に示さ
れたマスクを用いる加工のいずれの場合においても、エ
キシマレーザ光の様な波長の短いレーザビームであって
かつパルス発振されたレーザビームを用い、ポリイミド
フィルムのような高分子フィルムを加工する場合、その
加工結果としては、マスク形状に相似な形状を、被加工
物において、貫通孔もしくは非貫通孔として、一様に深
さ方向に向かって加工することが可能である。

【００１９】しかし、一部のみ貫通し他部は貫通してい
ない状態の加工等の深さ方向の異なる複雑な加工の実現
は、従来のマスクを用いた加工では困難である。

【００２０】例えば、複雑な加工を実現するための一つ
の方法として、マスクを何度か交換してその都度位置合
わせを行い、それぞれの加工を重ね合わせることによっ
て、深さ方向の異なる複雑な加工を行うことは可能では
あるが、現実問題として、加工に時間がかかり、それぞ
れのマスク位置と加工位置関係を含めた位置合わせにか
なりの精度が要求される。

【００２１】特に、微細加工を行なう場合においては、
実際上極めて困難である。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、マスク部材がレーザビームの透過率が３
つ以上異なる部分を有する、もしくは少なくとも一部に
連続的に透過率の変化する部分が含まれる構成とする。

【００２３】また、本発明は、マスク部材を開口部を有
するガラス系材料で構成する。また、本発明は、マスク
部材に開口部を設け、少なくとも一部が重ならないよう
に配した複数枚のガラス系材料で構成する。

【００２４】また、本発明は、マスク部材を表面の一部
をレーザビームの透過率の異なる処理を施したガラス系
材料で構成する。

【００２５】また、本発明は、マスク部材をその厚さが
連続的もしくは断続的に変化するガラス系材料で構成す
る。

【００２６】また、本発明は、マスク部材を表面に厚さ
の異なる薄膜を部分的に形成、もしくは厚さが連続的に
変化する薄膜を形成したガラス系材料で構成する。

【００２７】

【作用】本発明は、上記構成により一回のプロセスで深
さ方向が異なる微細且つ複雑な加工を容易に行う。

【００２８】また、開口部とガラス系材料のレーザビー
ムの透過率の差で、一回のプロセスで、深さ方向が断続
的に異なる微細且つ複雑な加工を容易に行う。

【００２９】また、ガラス系材料の開口部により、重な
らない部分とその他の部分とのレーザビームの透過率の
差を用い、一回のプロセスで深さ方向が断続的に異なる
微細且つ複雑な加工を容易に行う。

【００３０】また、ガラス系材料と表面処理を施した部
分でのレーザビームの透過率の差で、一回のプロセスで
深さ方向が断続的に異なる微細且つ複雑な加工を容易に
行う。

【００３１】また、ガラス系材料の厚さの変化部でのレ
ーザビームの透過率の差で、一回のプロセスで深さ方向
が断続的もしくは連続的に異なる微細且つ複雑な加工を
容易に行う。

【００３２】また、厚さの異なる薄膜形成部でのレーザ
ビームの透過率の差で、一回のプロセスで深さ方向が断
続的もしくは連続的に異なる微細且つ複雑な加工を精度
よく良好な形状で容易に行う。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照して説明する。

【００３４】図１（ａ）は、本発明の第１の実施例のレ
ーザ加工装置を示した図であり、図１（ｂ）は、そのマ
スクを拡大した図である。

【００３５】図１において、１０１はレーザ発振器、１
０２はレーザビーム、１０３は均一光学系、１０４はマ
スク、１０５はレンズ系、１０６は被加工物である。

【００３６】レーザ発振器１０１としては、発振波長が
３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。

【００３７】このような構成において、レーザ発振器１
０１から出射された直後のレーザビーム１０２の形状
は、約１５×３０ｍｍの長方形であり、そのレーザビー
ム１０２は、均一光学系１０３に入射され、均一光学系
１０３は、そのレーザビーム１０２の強度分布を均一に
しながらその形状を所望の形状に整形する。

【００３８】均一光学系１０３から出射されたレーザビ
ームは、その後マスク１０４を経由して、レンズ系１０
５で被加工物１０６上に縮小投影され、実際にマスクの
形状に対応した加工を行なう。

【００３９】この場合、勿論、マスク１０４の略全体が
レーザビームの照射領域に入っていいる（以下の実施例
においても同様）。

【００４０】ここで、マスク１０４は、図１（ｂ）に示
されるように、開口部を有する感光性ガラス部１０４ａ
とステンレス部１０４ｂとから構成されている。

【００４１】この感光性ガラス１０４ａは、厚さ約０．
２ｍｍで、その中央部に逆Ｔ字形状の開口部がエッチン
グにより形成されている。

【００４２】一方、ステンレス１０４ｂは、厚さ約０．
１ｍｍで、その中央部に感光性ガラス１０４ａに形成さ
れた逆Ｔ字形状の開口部が含まれるような大きさの円形
状の開口部が、エッチングにより形成されている。

【００４３】そして、この感光性ガラス１０４ａとステ
ンレス１０４ｂとを、感光性ガラス１０４ａが光源であ
るレーザ発振器１０１側に来るようにように、それぞれ
の開口部が対応するように重ね、マスク１０４の中心軸
とレーザビームの光軸とを一致させて配置した後、固定
をしたものである。

【００４４】ここで、本実施例において感光性ガラス１
０４ａのレーザビーム１０２（波長：３０８ｎｍ）に対
する透過率は、測定の結果約８５％であった。

【００４５】また、逆Ｔ字部は完全に開口されているた
め透過率は１００％であり、ステンレス１０４ｂの円形
状の開口部以外は、ビームが完全に遮断されるため透過
率は０％であった。

【００４６】よって、開口部を有する感光性ガラス１０
４ａとメタルマスクであるステンレス１０４ｂとを組み
合わせてマスクを構成することにより、透過率の異なる
レーザビームを被加工物上に照射することが可能とな
る。

【００４７】つまり、各透過率に対応した加工深さを有
する加工を実現する。一方、波長が３０８ｎｍのエキシ
マレーザビームのエネルギ密度と１ショット当たり加工
できる深さとの関係は、図２に示したグラフで表され
る。

【００４８】ただし、図２における被加工物はポリイミ
ドである。この図２より、エネルギ密度が０．３ｍＪ／
ｃｍ² 以上になると、ほぼ直線的に加工深さが増加する
ことが分かる。

【００４９】即ち、この領域のエキシマレーザビームを
用いれば、各透過率に比例した加工深さを有する加工を
実現するとともに、エネルギ密度を上昇すれば、透過率
に比例した加工深さであってより深い加工深さを、エネ
ルギ密度にも比例して実現することができる。

【００５０】具体的に加工を行った結果を図３に示す。
図３（ａ）は加工後の形状の被加工物１０６の斜視図で
あり、図３（ｂ）はそのＡＡ断面図を示す。

【００５１】この場合、レーザビームの条件は、５０Ｈ
ｚで２５０ショットした場合に、被加工物（ポリイミ
ド）１０６上において、開口部である逆Ｔ字部に対応し
た領域で、約１Ｊ／ｃｍ² になるようにその出力を設定
した。

【００５２】結果としては、マスク透過率１００％の逆
Ｔ字部の加工深さが最も深く約１００μｍで、周辺の円
形状部の深さは約８５μｍとなり、ほぼ透過率に比例す
る深さ加工ができた。

【００５３】なお、逆Ｔ字部の周辺形状において、通常
の円形状部と比較してやや盛り上がりが形成されたが、
これは感光性ガラス１０４ａの厚さが０．２ｍｍあり、
その逆Ｔ字形状の開口部の厚さ方向のエッチングされた
面による散乱、回折等の影響により、レーザビームの透
過率が逆Ｔ字部境界領域で減少するため生じたものと考
えられる。

【００５４】この盛り上がりについては、感光性ガラス
の厚さを、更に薄く設定することによって減少させるこ
とが可能である。

【００５５】また、先に述べたように、本実施例におい
て、レーザビームのショット数を増加させることによっ
て深さ方向の制御ができるが、それぞれの深さの比は一
定となってしまう。

【００５６】しかし、この比の変更は、感光性ガラス１
０４ａに添加物を混入させ材質を変化させる、全く異な
る材料を用いる、あるいは厚さを変化させる等により、
透過率を適当に制御することで実現することができる。

【００５７】なお、本実施例において、感光性ガラス１
０４ａが、レーザ発振器１０１側にくるようにように配
置したのは、透過率０％のメタルマスクを被加工物側に
配することで、加工エッジ部をシャープにするためであ
る。

【００５８】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスクの構成を、開口部を有する感光性ガラ
スとメタルマスクを組み合せて透過率に差をもたせ、加
工に用いるレーザビームのエネルギ強度を変化させるこ
とによって、深さ方向の異なる加工が一回の加工プロセ
スで可能となる。

【００５９】なお、このマスク部の構成材料は感光性ガ
ラス、メタルマスクに限らずレーザビームの透過率の異
なる材料であれば、適宜選択して使用が可能である。

【００６０】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
て図４を参照して説明する。

【００６１】図４（ａ）は本発明の第２の実施例のレー
ザ加工装置のレーザビーム用のマスクの断面を示した図
であり、図４（ｂ）は加工後の被加工物の断面形状を示
す図である。

【００６２】本実施例において、レーザ加工装置自体の
基本構成は、図１（ａ）に示したものと基本的に同様で
あるが、マスクの構成が異なっている。

【００６３】図４において、２０４はマスク、２０６は
被加工物である。このマスク２０４は、光源側より被加
工物側に向けて（図４（ａ）において左側から右側に向
けて）順次大きくなるように形成された所定の形状の開
口部を各々有する感光性ガラス２０４ａ、２０４ｂ、２
０４ｃ及びステンレス２０４ｄを、各々の開口形状を、
それらの中心軸を略一致させながら互いに重なるように
順次積層した構成となっている。

【００６４】感光性ガラス２０４ａから２０４ｃの厚さ
は、それぞれ約０．２ｍｍであり、それらの開口部はエ
ッチングにより形成してある。

【００６５】ステンレス２０４ｄの厚さは、０．１ｍｍ
であり、これも同じく開口部はエッチングにより形成し
てある。

【００６６】このように積層されて構成されたマスク２
０４は、ステンレス２０４ｄ側が、被加工物側にくるよ
うに加工装置のレーザビーム光路内に配置する。

【００６７】このマスク２０４を用いて、被加工物２０
６であるポリイミドを加工した時の加工断面を、図４
（ｂ）を参照しながら説明する。

【００６８】この図から明らかなように、感光性ガラス
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ及びステンレス２０４ｄ
の計４つの板の開口部が、すべて重なっている中心部で
は、マスク２０４全体でのレーザビームの透過率が１０
０％となるため最も深く加工されている。

【００６９】そして、本実施例においては、使用した感
光性ガラス２０４ａから２０４ｃの透過率の減衰は、各
々約１５％であるが、それらが枚数を重ねるごとに透過
率が約１５％低下していくため、加工に用いられるレー
ザビームのエネルギがそれぞれの感光ガラスの開口形状
に対応して異なることになる。

【００７０】よって、深さ方向に異なった断面形状を有
する加工が行えることになり、具体的には、図４（ｂ）
において示されるように、各感光ガラス２０４ａから２
０４ｃ及びステンレス２０４ｄに対応した複数の階段状
の断面形状が得られている。

【００７１】また、ステンレス２０４ｄの開口部以外で
は、レーザビームの透過率は０％となるため、加工エリ
アがこれにより決定されている。

【００７２】本実施例においては、中心が最も深い断面
形状が階段構造の加工が行えたが、感光性ガラス同士が
重なり始める境界領域では、加工形状にやや盛り上がり
が形成された。

【００７３】これは、第１の実施例と同様に、感光性ガ
ラスの開口部の厚さ方向のエッチングされた面による散
乱、回折等の影響を受け、レーザビームの透過率が境界
領域で減少するため生ずるものであり、感光性ガラスの
厚さを、更に薄く設定することによってこの盛り上がり
は減少させることが可能である。

【００７４】また、レーザビームのショット数を増加さ
せることによって、深さ方向の制御ができるが、それぞ
れの深さの比は一定となる。

【００７５】この比の変更についても、第１の実施例と
同様に、感光性ガラス厚さの変更、あるいは異種材料の
使用等により透過率を適当に設定することで可能とな
る。

【００７６】なお、ステンレスマスク２０４ｄを被加工
物側に配置するのは、加工エッジ部をシャープにするた
めである。

【００７７】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスク部の構成を開口部を有する３枚の感光
性ガラスとメタルマスク（ステンレス）とを組み合せ、
透過率に差をもたせてエネルギ強度を変化させることに
よって、深さ方向に異なる階段状加工が一回の加工プロ
セスで可能となる。

【００７８】なお、このマスク部構成材料は感光性ガラ
ス、メタルマスクに限らず、他のレーザビームに対して
透過率の異なる材料であれば使用することができるもの
であり、重ねる枚数も必要に応じて適宜増加することに
より、更に複雑な加工が可能である。

【００７９】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て図５を参照して説明する。

【００８０】図５（ａ）はレーザ加工装置のレーザビー
ム用のマスクの断面を示した図であり、図５（ｂ）は加
工後の被加工物の断面形状を示す図である。

【００８１】本実施例において、レーザ加工装置の基本
構成は図１（ａ）に示したものと同様であるが、マスク
の構成が異なっている。

【００８２】マスク３０４は、その中央部にクロム３０
４ｄを、厚さ１〜２μｍ程度蒸着した感光性ガラス３０
４ａと、中央部に開口部を有する感光性ガラス３０４
ｂ、及び中央部に開口部を有するステンレス３０４ｃ
を、光源側から被加工物に向けて（図５（ａ）において
左側から右側に向けて）、クロム３０４ｄ及びそれぞれ
の開口形状が互いに中心軸を略一致させて重なるように
積層した構成となっている。

【００８３】ここで、感光性ガラス３０４ａ、３０４ｂ
の厚さはそれぞれ約０．２ｍｍであり、３０４ｂの開口
部はエッチングにより形成してある。

【００８４】また、ステンレス３０４ｃの厚さは、約
０．１ｍｍであり、これも同じく開口部はエッチングに
より形成してある。

【００８５】積層されたマスク部３０４は、クロム３０
４ｄが被加工物側にくるように、加工装置のレーザビー
ム光路内に配置される。

【００８６】このマスク３０４を用いて被加工物３０６
であるポリイミドを加工した時の加工断面形状は、図５
（ｂ）のようになる。

【００８７】図５（ｂ）において、中心部分のクロム３
０４ｄの部分、及びステンレス３０４ｃの開口部分以外
では、マスク３０４でのレーザビームの透過率が０％と
なり、断面形状の中心部及び周辺部は加工が行なわれな
い。

【００８８】また、加工エリアは、ステンレス３０４ｄ
の開口部によって決定される。ここで、今回用いた感光
性ガラス１枚の透過率の減衰は約１５％であり、枚数を
重ねるごとに透過率約１５％程低下していくため、加工
に用いられれるレーザビームのエネルギが、それぞれの
開口形状に対応して異なってくることになり、結果とし
て、断面形状が深さ方向に異なる階段状の加工が行え
る。

【００８９】本実施例において具体的には、、中心部及
び周辺部が加工されない残置され、それらの中間領域に
おいて、階段形状の加工が行なわれることになる。

【００９０】本実施例においても、感光性ガラスが重な
り始める境界領域では、加工形状にやや盛り上がりが形
成されたが、感光性ガラスの開口部の厚さ方向のエッチ
ングされた面による光の散乱等の影響を受けたためと考
えられる。

【００９１】従って、同様に、感光性ガラスの厚さを更
に薄くすることによってこの盛り上がりは減少させるこ
とが可能である。

【００９２】また、クロム３０４ｄの蒸着領域の部分は
クロムの厚さが１〜２μｍ程度と極めて薄いため、感光
性ガラス開口部で見られるような部分的な盛り上がりは
見られず良好な形状となった。

【００９３】また、レーザビームのショット数を増加さ
せることによって深さ方向の制御ができるが、それぞれ
の深さの比は一定となる。

【００９４】この比の変更も、同様に、感光性ガラス厚
さの変更等により透過率を適当に設定することで可能と
なる。

【００９５】なお、ステンレス３０４ｃ及びクロム３０
４ｄ蒸着面を、被加工物側に配置するのは、加工エッジ
部をシャープにするためである。

【００９６】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスク部の構成を一部にクロム蒸着を施した
感光性ガラスと、開口部を有する感光性ガラスと、メタ
ルマスクとを組み合せ、透過率に差をもたせることによ
って加工に用いるエネルギー強度を変化させ、深さ方向
に階段状の加工を、一回の加工プロセスで可能とするこ
とができる。

【００９７】なお、本実施例においても、マスクの構成
材料は感光性ガラス、メタルマスクに限らず、レーザビ
ームの透過率の異なる材料であれば有効であり、重ねる
枚数も加工の程度の応じて適宜増加可能である。

【００９８】更に、クロム３０４ｄの代わりに、同じ部
分に反射防止膜を蒸着すれば、逆に蒸着部分だけレーザ
ビームの透過率を上昇させることもできる。

【００９９】（実施例４）本発明の第４の実施例につい
て図６を参照して説明する。

【０１００】図６（ａ）はレーザ加工装置のレーザビー
ム用のマスクの断面を示した図であり、図６（ｂ）は加
工後の被加工物の断面形状を示す図である。

【０１０１】本実施例において、レーザ加工装置の基本
構成は図１（ａ）に示したものと同様であるが、マスク
の構成が異なっている。

【０１０２】マスク４０４は、光源側から被加工物側に
向けて（図６（ａ）中で左側から右側に向けて）、中央
部に開口部を有するとともにその一部の表面をエッチン
グで荒らしたエッチンング部４０４ｃを有する感光性ガ
ラス４０４ａと、開口部を有するステンレス４０４ｂと
を順次重ねた構成である。

【０１０３】ここで、感光性ガラス４０４ａの厚さは約
０．２ｍｍであり、開口部はエッチングにより形成して
ある。

【０１０４】また、ステンレス４０４ｂの厚さは約０．
１ｍｍで、開口部はエッチングにより形成してある。

【０１０５】このように積層されたマスク４０４は、ス
テンレスマスク４０４ｂ及びエッチングで荒らした部分
４０４ｃが、被加工物側にくるように加工装置のレーザ
ビーム光路内に配置される。

【０１０６】このマスク４０４を用いて、被加工物４０
６であるポリイミドを加工した場合の加工後の断面形状
につき、図６（ｂ）を参照しながら説明する。

【０１０７】感光性ガラス４０４ａの中心部分の開口部
分では、マスク４０４でのレーザビームの透過率が１０
０％となり、最も深い加工がなされる。

【０１０８】感光性ガラス４０４の中央の開口部以外の
は部分は、透過率約８５％であり開口部に比べエネルギ
強度が低下するため、開口部に対応した部分よりは加工
深さが浅くなる。

【０１０９】また、エッチングで荒らした部分４０４ｃ
では、レーザビームの散乱のため透過率が更に下がり、
加工深さは更に浅くなる。

【０１１０】従って、深さ方向に異なった断面形状を有
する加工が行えることになる。なお、ステンレス４０４
ｂの開口部以外では、レーザビームの透過率は０％とな
るため加工エリアがこれにより決定される。

【０１１１】本実施例においても、感光性ガラス４０４
ａの開口部の厚さ方向のエッチングされた面による光の
散乱等の影響を受け、レーザビームの透過率が、境界領
域で減少するため、感光性ガラス４０４ａの開口部の境
界領域では、加工部でやや盛り上がりが形成されたが、
感光性ガラス４０４ａの厚さを、更に薄くすることによ
って、この盛り上がりは減少させることが可能である。

【０１１２】また、レーザビームのショット数を増加さ
せることによって深さ方向の制御ができる。

【０１１３】そして、本実施例においても、それぞれの
深さの比は一定となるが、この比の変更は感光性ガラス
４０４ａの厚さの変更等により透過率を適当に設定する
ことで可能となる。

【０１１４】なお、ステンレス４０４ｂ及び感光性ガラ
ス４０４ａのエッチングで荒らした部分４０４ｃを、被
加工物側に配置するのは加工エッジ部をシャープにする
ためである。

【０１１５】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスク部の構成を、中央部に開口部を設け、
その周辺部にエッチングで表面を荒らした部分を施した
感光性ガラスと、中央部に開口部を有するメタルマスク
の組み合せとし、透過率に差をもたせてエネルギー強度
を変化させることによって、深さ方向に異なる階段状の
断面形状の加工が、一回の加工プロセスで可能となる。

【０１１６】なお、このマスク４０４の構成材料は、感
光性ガラス、メタルマスクに限らずレーザビームの透過
率の異なる材料であれば有効であり、重ねる枚数も加工
形状に対応して増加させることが可能である。

【０１１７】（実施例５）本発明の第５の実施例につい
て図７を参照して説明する。

【０１１８】図７（ａ）はレーザ加工装置のレーザビー
ムのマスク部の断面を示した図であり、図７（ｂ）は加
工後の被加工物の断面形状を示す図である。

【０１１９】レーザ加工装置の基本構成は図１（ａ）に
示したものと同様であり、マスクの構成が異なってい
る。

【０１２０】マスク５０４は、光源側から被加工物側に
向けて（図７（ａ）において左側から右側に向けて）、
中央部に開口部を有しその開口部が厚さ方向にテーパ形
状となった感光性ガラス６０４ａと、中央部に開口部を
有するステンレス５０４ｂとを順次重ねた構成となって
いる。

【０１２１】この感光性ガラス５０４ａの厚さは、約
０．５ｍｍで開口部はエッチングにより形成され、テー
パ部は更に研磨されて形成されている。

【０１２２】ステンレス５０４ｂの厚さは、約０．１ｍ
ｍで、その開口部はエッチングにより形成されている。

【０１２３】積層されたマスク５０４部は、ステンレス
マスク５０４ｂが、被加工物側にくるように加工装置の
レーザビーム光路内に配置する。

【０１２４】このマスク５０４を用いて、被加工物５０
６であるポリイミドを加工した場合の加工の断面形状
を、図７（ｂ）を参照しながら説明する。

【０１２５】感光性ガラス５０４ａの中心部の開口部で
は、マスク５０４でのレーザビームの透過率が１００％
となり、最も深い加工が行える。

【０１２６】また、感光性ガラス５０４ａの開口部の周
辺部は、その透過率を約７０％と設定して、開口部に比
べレーザビームのエネルギ強度を低下させているため、
開口部よりは加工深さが浅くなる。

【０１２７】また、感光性ガラスａの開口部のテーパ部
では、厚さの変化により透過率が連続的に変化するた
め、開口部より感光性ガラスの板厚が均一になる部分ま
で加工深さが連続的に変化し、結果、断面形状が徐々に
その加工深さを変化させる傾斜をもった加工が行える。

【０１２８】なお、ステンレス５０４ｂの開口部以外で
は、レーザビームの透過率は０％となるため、加工エリ
アがこの開口部により決定される。

【０１２９】本実施例においても、レーザビームのショ
ット数を増加させることによって深さ方向の制御ができ
るが、それぞれの深さの比は一定となる。

【０１３０】この比の変更は、感光性ガラス厚さの変更
等により透過率を適当に設定することで可能となる。

【０１３１】また、ステンレス５０４ｂを被加工物側に
配置するのは、加工エッジ部をシャープにするためであ
る。

【０１３２】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスク部の構成を、中央部に開口部が設けら
れ、その開口部の厚さ方向にテーパ形状をもつ感光性ガ
ラスと、開口を有するメタルマスクとの組み合せとし、
透過率に断続的及び連続的な変化をもたせ、エネルギー
強度を変化させることによって、断面形状が深さ方向に
異なる階段状及び傾斜状の加工が、一回の加工プロセス
で可能となる。

【０１３３】なお、このマスク構成材料は、感光性ガラ
ス、メタルマスクに限らず、レーザビームの透過率の異
なる材料であれば使用可能であり、加工形状に応じて重
ねる枚数も適宜増加することが可能である。

【０１３４】（実施例６）本発明の第６の実施例につい
て図８を参照して説明する。

【０１３５】図８（ａ）は本発明の第６の実施例のレー
ザ加工装置のレーザビームのマスク部の要部の平面図を
示した図であり、図８（ｂ）はそのマスク部の断面構成
を示した図であり、図８（ｃ）は加工後の被加工物の断
面形状を示す図である。

【０１３６】本実施例においても、レーザ加工装置の基
本構成は図１（ａ）に示したものと同様であり、マスク
の構成が異なっている。

【０１３７】ここで、マスク６０４は、感光性ガラス６
０４ａと、開口部を有するステンレス６０４ｂを重ねた
構成となっている。

【０１３８】この感光性ガラス６０４ａの厚さは、約
０．２ｍｍであり、部分的に、厚さの異なるクロム６０
４ｃ、６０４ｄを、１０００オングストローム以下の極
薄膜で形成してある。

【０１３９】また、ステンレス６０４ｂの厚さは、約
０．１ｍｍであり、その開口部はエッチングにより形成
してある。

【０１４０】積層されたマスク７０４は、ステンレスマ
スク６０４ｂが被加工物側にくるように加工装置のレー
ザビーム光路内に配置する。

【０１４１】このマスク６０４を用いて、被加工物６０
６であるポリイミドを加工した時の加工断面を図８
（ｃ）に示す。

【０１４２】本実施例における感光性ガラス６０４ｂの
透過率は約８５％であり、感光性ガラス６０４ａ上に部
分的に形成してある極薄膜６０４ｃ、６０４ｄにより、
その厚さによって透過率が更に低下するため、レーザビ
ームのエネルギ強度に分布ができる。

【０１４３】よって、極薄膜の６０４ｃ、６０４ｄ形成
に応じて深さ方向に異なる加工をすることができ、本実
施例の場合は、極薄膜６０４ｃよりも６０４ｄの方が透
過率が大きくなるように設定しているため、極薄膜６０
４ｄに対応した中央部の加工深さよりも、極薄膜６０４
ｃに対応した部分の加工深さの方が深い。

【０１４４】また、ステンレス６０４ｂの開口部以外で
はレーザビームの透過率は０％となるため、加工エリア
がこれにより決定される。

【０１４５】なお、本実施例においても、レーザビーム
のショット数を増加させることによって深さ方向の制御
ができる。ただし、この場合、それぞれの深さの比は一
定となるが、極薄膜の厚さの選択で透過率を適当に設定
すれば、深さの比を変化することができる。

【０１４６】なお、ステンレス６０４ｂを被加工物側に
配置するのは、加工エッジ部をシャープにするためであ
る。

【０１４７】以上のように、本実施例によれば、レーザ
加工装置のマスク部の構成を、一部に部分的に厚さの異
なるクロムの極薄膜を形成した感光性ガラスと、開口部
を有するメタルマスクの組み合せとし、透過率に断続的
な差をもたせてエネルギー強度を変化させることによっ
て、断面形状が深さ方向に異なる階段状の加工が、一回
の加工プロセスで可能となる。

【０１４８】また、本実施例においては、極薄膜を設け
て透過率を断続的に変化させたが、極薄膜の膜厚を連続
的に変化させて、透過率を連続的に変化させることも可
能である。

【０１４９】なお、本実施例においても、マスクの構成
材料は感光性ガラス、メタルマスクに限らず、レーザビ
ームの透過率の異なる材料であれば使用可能であり、石
英ガラスのようにエキシマレーザビームの透過率が極め
て高い材料でも使用可能である。

【０１５０】また、重ねる枚数を適宜増加することによ
り、更に複雑な加工が可能となる。また、極薄膜の材質
もクロムに限定されることはなく、更に厚さを連続的に
変化させることにより、深さ方向に傾斜をもった断面形
状を実現する加工も可能となる。

【０１５１】

【発明の効果】以上のように本発明によればレーザ加工
装置のマスク部をレーザビームの透過率が３つ以上異な
る部分を有するか、もしくは少なくとも一部に連続的に
透過率の変化する部分が含まれる構成とすることによっ
て、深さ方向に異なる階段状加工あるいは傾斜をもった
微細、且つ複雑な加工が一回のプロセスで容易に精度よ
く行うことが可能となりその効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施例のレーザ加工装
置の構成図（ｂ）同マスク部材の平面図

【図２】レーザビームのエネルギ密度と加工深さの関係
を表す図

【図３】（ａ）本発明の第１の実施例の加工形状を示
す図（ｂ）同断面図

【図４】（ａ）本発明の第２の実施例のマスク部材の
断面図（ｂ）同加工形状の断面図

【図５】（ａ）本発明の第３の実施例のマスク部材の
断面図（ｂ）同加工形状の断面図

【図６】（ａ）本発明の第４の実施例のマスク部材の
断面図（ｂ）同加工形状の断面図

【図７】（ａ）本発明の第５の実施例のマスク部材の
断面図（ｂ）同加工形状の断面図

【図８】（ａ）本発明の第６の実施例のマスク部材の
平面図（ｂ）同平面図（ｃ）同加工形状の断面図

【図９】（ａ）従来のレーザ加工装置の構成図（ｂ）同加工形状の斜視図

【符号の説明】

１０１エキシマレーザ発振器１０２レーザビーム１０３均一光学系１０４マスク１０４ａ感光性ガラス１０４ｂステンレス１０５レンズ系１０６被加工物２０４マスク２０４ａ感光性ガラス２０４ｂ感光性ガラス２０４ｃ感光性ガラス２０４ｄステンレス２０６被加工物３０４マスク３０４ａ感光性ガラス３０４ｂ感光性ガラス３０４ｃステンレス３０４ｄクロム蒸着部３０６被加工物４０４マスク４０４ａ感光性ガラス４０４ｂステンレス４０４ｃエッチング部４０６被加工物５０４マスク５０４ａ感光性ガラス５０４ｂステンレス５０６被加工物６０４マスク６０４ａ感光性ガラス６０４ｂステンレス６０４ｃクロム極薄膜６０４ｄクロム極薄膜６０６被加工物７０１エキシマレーザ発振器７０２レーザビーム７０３マスク７０４ミラー７０５集光レンズ７０６銅張りポリイミド７０７ステージ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束の範囲内に前記レーザビ
ームに対して透過率が連続的に変化する領域を有するマ
スク部材とを有するレーザ加工装置。
【請求項２】レーザビームの光束の範囲内に前記レー
ザビームに対して透過率が連続的に変化する領域は、前
記レーザビームの光軸方向についてマスク部材の厚さが
変化する領域である請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束の範囲内に前記レーザビ
ームに対して透過率が断続的に変化する領域と、前記レ
ーザビームに対して透過率が連続的に変化する領域とが
設けられたマスク部材とを有するレーザ加工装置。
【請求項４】レーザビームに対して透過率が断続的に
変化する領域が金属材料部分及びガラス材料部分である
請求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】レーザビームに対して透過率が異なる領
域である金属材料部分が、金属材料が蒸着された部分を
含む請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束の範囲内に開口部を有
し、ガラス系材料で構成された光学要素を含むマスク部
材とを有するレーザ加工装置。
【請求項７】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束の範囲内に少なくとも一
部が重ならないように開口部を配した複数枚のガラス系
材料で構成された光学要素を含むマスク部材とを有する
レーザ加工装置。
【請求項８】光学要素の開口部は、レーザビームの光
軸方向について厚さが連続的に変化する請求項６または
７記載のレーザ加工装置。
【請求項９】更に、レーザビームに対して透過率が０
％より大きく１００％よりも小さいエッチング領域が設
けられている請求項１から８のいずれか記載のレーザ加
工装置。
【請求項１０】更に、レーザビームに対して透過率が
０％より大きく１００％よりも小さい極薄膜が設けられ
ている請求項１から９のいずれか記載のレーザ加工装
置。
【請求項１１】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束内にその厚さが連続的に
変化する部分を含むガラス系材料で構成された光学要素
を含むマスク部材とを有するレーザ加工装置。
【請求項１２】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束内にその厚さが断続的に
変化するガラス系材料で構成された光学要素を含むマス
ク部材とを有するレーザ加工装置。
【請求項１３】レーザビームを出射するレーザ発振器
と、前記レーザビームが照射される被加工物と前記レー
ザ発振器との間であって前記レーザビームの光路中にお
いて、前記レーザビームの光束内にその表面に厚さの異
なる複数の薄膜を形成したガラス系材料で構成された光
学要素を含むマスク部材を有するレーザ加工装置。
【請求項１４】厚さの異なる複数の薄膜の厚さが連続
的に変化する請求項１３記載のレーザ加工装置。