JPH05200579A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エキシマレーザ光を対物レンズで集光し、被加
工物であるポリイミドを加工するレーザ加工装置におい
て、空気マイクロ式自動焦点合わせ機構にヘイウムガス
を利用することによって、容易な装置構成でカーボンの
発生を大幅に抑える。 【構成】本装置は、レーザ発振機１０１、ダイクロイッ
クミラー１０２、スリット１０３、対物レンズ１０４、
ヘリウムガスを被加工物上に吹き付けるためのスカート
１１４、照明光源１０６、参照光源１０７、ＣＣＤカメ
ラ１０８、画像処理装置１０９、モニタ画面１１０、圧
力検出器１１２、ステージの上下を制御する制御部１１
３によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被加工物上にレーザ光
を照射し被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エキシマレーザによってポリイミ
ドをアブレーション加工する技術が注目を集めている。
この技術は被加工物に熱的なダメージを与えないなどの
特徴があるが、加工時にカーボンが発生し、加工部周辺
に付着する。このため、そのまま次工程に進めると歩留
まりが低下するなどの問題が生じる。これを抑制するた
めには、例えば日本電子材料技術協会秋季講演大会講演
概要集 第２７巻 １９９０年 ９２−９６ページに報
告されている方法が知られている。即ち、アシストガス
としてノズルからヘリウムガスを被加工物表面に吹き付
け、被加工物表面のレーザ照射部周辺にヘリウムガスを
供給することによりカーボンの発生を減少させるもので
ある。

【０００３】一方、レーザ加工においてはレーザ光軸方
向に一定の位置、即ち常に合焦点あるいは合投影面で加
工する必要がある。そこで自動マスク外観検査装置やマ
スク欠陥修正装置等の自動焦点あわせ機構が必要となる
装置においては、機械設計第２７巻第１２号１９８３年
１１月号２７−２８ページに報告されている技術が一般
によく用いられている。即ち、対物レンズ周辺から一定
流量のドラアイエアを噴出し、それにより生じる背圧を
測定することによって対物レンズと被加工物表面までの
間隔を計測できることを利用して、被加工物を搭載した
ステージを上下させることによって対物レンズと被加工
物表面までの間隔を常に一定に保ち、対物レンズにレー
ザ光を導入して被加工物表面に焦点を合わせ被加工物を
加工せしめるといった手段をとっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの従来技
術では、エキシマレーザでポリイミドを加工する際に、
ノズルからヘリウムガスを被加工物表面のレーザ照射部
に吹き付けているため、被加工物表面のレーザ照射部に
大気が巻き込まれ、レーザ照射部周辺を完全にヘリウム
ガス雰囲気にすることができないといった問題点があっ
た。また、被加工物表面のレーザ照射部周辺を完全にヘ
リウムガス雰囲気にするためには、密閉容器中に被加工
物を設置しヘリウムガスを導入する方法もあるが、装置
構成が複雑かつ高価になるといった問題点がある。一
方、ドライエアを用いた空気マイクロ式の自動焦点合わ
せ機構の装置でポリイミドにエキシマレーザを照射した
場合、被加工物表面におけるレーザ照射部周辺の雰囲気
が大気となるため、被加工物表面にカーボンが大量に発
生すると同時に発生したカーボンがレーザ照射部周辺に
飛散し付着する恐れもある。

【０００５】そこで、空気マイクロ式の自動焦点合わせ
機構にヘリウムガスを用いることにより、容易な装置構
成で被加工物表面のレーザ照射部周辺を効率よくヘリウ
ムガス雰囲気とすることができ、エキシマレーザでポリ
イミドを加工する際、ヘリウムガスを被加工物表面にノ
ズルで吹き付ける場合と比較して更にカーボンの発生を
低減することが可能となる。

【０００６】本発明の第一の目的は、エキシマレーザに
よりポリイミドを加工する際発生するカーボンを効率よ
く低減させることである。

【０００７】本発明の第二の目的は、容易な装置構造で
カーボン低減加工を実現するレーザ加工装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るためには、被加工物表面のレーザ照射部周辺をヘリウ
ムガス雰囲気にして加工するものである。

【０００９】また、上記第二の目的を達成するために
は、空気マイクロ式の自動焦点合わせ機構にヘリウムガ
スを用いた装置を提供するものである。

【００１０】

【作用】レーザ発振機から発振されたレーザ光はまず反
射ミラーによってスリット上に照射される。このスリッ
トを任意の形状に成形してレーザ光の一部のみを透過さ
せ、透過したレーザ光を対物レンズにより集光投影して
被加工物上に照射する。一方、対物レンズ周辺には一定
流量でヘリウムガスが送り込まれ、対物レンズ周辺から
被加工物に向けて噴出される。これによって生じるヘリ
ウムガスの背圧の変化をモニタすることによって対物レ
ンズと被加工物との間隔が計測でき、対物レンズと被加
工物との間隔を常に一定に制御可能となる。即ち、対物
レンズと被加工物との間隔が広くなれば検出されるヘリ
ウムガスの背圧が低くなり、逆に対物レンズと被加工物
との間隔が狭くなれば検出されるヘリウムガスの背圧が
高くなるため、検出されるヘリウムガスの背圧を常にモ
ニタし、背圧が一定になるように対物レンズあるいは被
加工物を搭載しているステージを上下させることによ
り、対物レンズと被加工物との間隔を一定に保つことが
でき、従って常に被加工物上の合焦点あるいは合投影面
にレーザを照射することができる。

【００１１】また、ヘリウムガスを対物レンズ周辺から
均一に噴出することにより、被加工物表面のレーザ照射
部周辺における大気の巻き込みを防止すると同時に、容
易な装置構造で効率よくレーザ照射部周辺をヘリウムガ
ス雰囲気にすることができ、ポリイミド加工時に発生す
るカーボンが大幅に減少される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例であるレーザ加工装
置の構成図を図１に示す。例えば、エキシマレーザ発振
器１０１から発振されたレーザ光は加工光学系のダイク
ロイックミラー１０２によって９０°曲げられてスリッ
ト１０３に到達し、任意の形状、大きさに整形されて対
物レンズ１０４によってＸＹＺテーブル１０５上の被加
工物１０６に照射される。ここで１０７ａは観察用照明
光源、１０７ｂはレーザ照射位置および寸法を参照する
ための参照光源である。また、被加工物１０６の表面は
ＣＣＤカメラ１０８および画像処理装置１０９によって
モニタ画面１１０上で観察する。一方、対物レンズ１０
４には被加工物１０６上のレーザ照射部周辺をヘリウム
ガス雰囲気とするためのスカート１１４が取り付けられ
ており、ガス導入口１１１から一定流量の例えばヘリウ
ムガスが導入されるため、被加工物１０６上の少なくと
も加工部周辺はヘリウムガス雰囲気となる。この際に対
物レンズ１０４に取り付けられているスカート１１４と
被加工物１０６との間隔ｈによって、圧力検出器１１２
で検出されるヘリウムガスの圧力が決定されるため、圧
力検出器１１２で検出された圧力によってスカート１１
４と被加工物１０６との間隔ｈが計測可能となる。従っ
て、圧力検出器１１２で検出された圧力を制御部１１３
に取り込み、その値がスカート１１４と被加工物１０６
との間隔ｈをスリット１０３が対物レンズ１０４の倍率
で縮小されて被加工物表面に投影される距離に設定した
場合に圧力検出器１１２で検出される圧力となるよう
に、図示しないステージ移動手段でＸＹＺステージ１０
５を上下させ、スカート１０４と被加工物１０６との間
隔ｈを逐次調節するものである。即ち、図２に示すスカ
ート１１４と被加工物１０６との間隔ｈと圧力検出器１
１２で検出される圧力の関係の如く、スカート１１４と
被加工物１０６との間隔ｈが広がればスカート１１４か
ら噴出するヘリウムガスの噴出速度が遅くなるとともに
背圧も低下し圧力検出器１１２が検出する圧力が低くな
り、逆にスカート１１４と被加工物１０６との間隔ｈが
狭まればスカート１１４から噴出するヘリウムガスの噴
出速度が早くなるとともに背圧も高くなり、従って圧力
検出器１１２が検出する圧力も高くなる。従って、圧力
検出器１１２で常にヘリウムガスの背圧を検出すること
により、検出した圧力の変動でスカート１１４と被加工
物１０６との間隔ｈの変動が把握可能となるため、圧力
検出器１１２で検出される圧力を常に一定にするために
ＸＹＺステージ１０５を上下させることにより、スカー
ト１１４と被加工物１０６との間隔ｈも一定に制御で
き、常に最良の加工位置とすることができる。

【００１３】以上の空気マイクロ式自動焦点合わせ機構
を用いたレーザ加工装置で、例えばセラミクス基板上の
ポリイミド薄膜を被加工物としてエキシマレーザを照射
した場合、被加工物１０６上のレーザ照射部周辺をノズ
ルでヘリウムガスを吹き付ける場合と比較して効率よく
ヘリウムガス雰囲気にすることができるため、カーボン
の発生を最小限に抑える効果がある。また、空気マイク
ロ式の自動焦点合わせ機構にヘリウムガスを用いること
により、容易な装置構成で効率よくカーボンを抑えると
ともに常に合焦点での加工ができるため、高品質な加工
が可能となるレーザ加工装置を提供することができる。

【００１４】次に、図３及び図４により本発明の他の実
施例を説明する。ここで図４は図３のレーザ加工装置の
断面図である。図３及び図４において、図示しない発振
器から発振されたエキシマレーザ光は、スリットによっ
て任意の形状に整形されて対物レンズ３０１に導入さ
れ、ＸＹＺステージ３０７上の被加工物であるセラミク
ス基板上のポリイミド薄膜３０６に照射される。一方、
対物レンズ３０１にはアシストガスを導入するためのス
カート３０８が取り付けられており、アシストガス導入
口３０２からヘリウムガスが導入され、被加工物３０６
上のレーザ照射部周辺をヘリウムガス雰囲気とする。更
に、スカート３０８の外側には空気マイクロ式自動焦点
合わせ機構３０３ａ〜３０３ｄが４箇所設けられてお
り、それぞれにヘリウムガス導入口３０４ａ〜３０４ｄ
からヘリウムガスが一定流量で送り込まれている。これ
により対物レンズ３０１に取り付けられているスカート
３０８と被加工物３０６との間隔ｈによってそれぞれの
圧力検出器３０５ａ〜３０５ｄで検出される圧力が変化
するため、検出される圧力をモニタすることによって図
示しない制御部によりスカート３０８と被加工物３０６
との間隔ｈが把握可能となる。即ち、図示しない制御部
でそれぞれの圧力検出器３０５ａ〜３０５ｄで検出され
る圧力の平均値を計算し、その値によってスカート３０
８と被加工物３０６との間隔ｈを把握し、図示しないス
テージ移動手段によりスカート３０８と被加工物３０６
との間隔ｈを対物レンズ３０１の焦点距離に合わせた間
隔に設定するものである。また、本構成の装置におい
て、レーザを連続発振させながらＸＹＺステージ３０７
をＸあるいはＹ方向の任意の方向に走査して被加工物を
加工する場合、スカート３０８外側の自動焦点合わせ機
構３０３ａ〜３０３ｄのいずれかあるいは複数個が被加
工物３０６上から外れることがある。そのため圧力検出
器３０５ａ〜３０５ｄのいずれかあるいは複数個から検
出される圧力が低下し焦点が検出できない場合が発生す
るが、図示しない制御部により被加工物の大きさ及び現
在加工している座標から判断して被加工物３０６上から
外れる圧力検出器から検出される圧力を無視し、他の圧
力検出器から検出される圧力のみの平均値を算出するこ
とによりスカート３０８と被加工物３０６との間隔ｈを
把握するものである。

【００１５】これにより、被加工物３０６を搭載したＸ
ＹＺステージ３０７をＸあるいはＹ方向の任意の方向に
走査して被加工物３０６上の任意の場所を加工する場
合、あるいは被加工物３０６上で予め判明している凹凸
を考慮する必要がある場合、あるいはレーザの照射を重
ね被加工物３０６を貫通して加工した場合等においても
スカート３０８と被加工物３０６との間隔ｈを常に一定
に制御でき、常に合焦点での加工が行えるため、高品質
な加工が可能となる効果がある。また、被加工物３０６
上のレーザ照射部周辺を効率よくヘリウムガス雰囲気に
できるため、エキシマレーザを用いてポリイミド等を加
工する場合に発生するカーボンを最小限に抑えることが
できると同時に、密閉容器中に被加工物３０６を設置し
て被加工物３０６上のレーザ照射部周辺をヘリウムガス
雰囲気にする場合と比較して容易な装置構成でカーボン
を抑えた加工を実現するレーザ加工装置を提供すること
ができる。

【００１６】最後に、本構成の装置において被加工物は
ポリイミドに限定されず、ポリイミド等の高分子材料を
含むものあるいは金属材料であってもかまわない。ま
た、レーザ光及び導入ガスはエキシマレーザ及びヘリウ
ムガスに限定されず、必要によって被加工物に合わせた
ＹＡＧレーザ等のレーザ光及びアルゴン、窒素、酸素等
を用いても加工時における生成物の発生や付着物などを
抑制できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、対物レンズ周辺のスカ
ートからヘリウムガスを噴出することにより、被加工物
表面のレーザ照射部周辺を効率よくヘリウムガス雰囲気
とすることができるため、エキシマレーザでポリイミド
を加工する際に発生するカーボンを大幅に抑える効果が
ある。また、空気マイクロ式の自動焦点合わせ機構を用
いることにより、容易な装置構成でカーボンの発生を大
幅に抑えた加工が実現できるといった効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のレーザ加工装置の説明図で
ある。

【図２】スカートと被加工物との間隔と検出圧力の関係
図である。

【図３】本発明の他の実施例の説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０４…対物レンズ １１４…スカート １１１…ヘリウムガス導入口 １１２…圧力検出器 １１３…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 治久 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発振器から発振されたレーザ光を被
   加工物表面に対物レンズで集光して照射することによ
   り、被加工物を加工するレーザ加工装置において、少な
   くとも被加工部を含む領域をアシストガスの雰囲気にす
   るとともに、アシストガスを供給する時の圧力の変化を
   検出して、その圧力が一定となる様に被加工物を上下さ
   せて加工することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のレーザ加工装置において、
   レーザ発振器がエキシマレーザ発振器であることを特徴
   とするレーザ加工装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のレーザ加工装置において、
   被加工物が有機物であることを特徴とするレーザ加工装
   置。