JPH07108468B2 - レ−ザ加工装置 - Google Patents

レ−ザ加工装置

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JPH07108468B2
JPH07108468B2 JP61180811A JP18081186A JPH07108468B2 JP H07108468 B2 JPH07108468 B2 JP H07108468B2 JP 61180811 A JP61180811 A JP 61180811A JP 18081186 A JP18081186 A JP 18081186A JP H07108468 B2 JPH07108468 B2 JP H07108468B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工装置に関し、例えば半導体加工装置
に適用して好適なものである。
〔発明の概要〕
本発明は、レーザ光を可変開口を介して加工対象に照射
し加工するようになされたレーザ加工装置において、可
変開口に入射するレーザ光のレーザ光径及び総エネルギ
ーを開口径の変化に連動させて調整し、加工対象に最適
なレーザ光断面強度分布をもつたレーザビームを照射す
ることにより、操作が容易で、かつ加工精度の高いレー
ザ加工装置を容易に実現し得る。
〔従来の技術〕
半導体加工装置においては、半導体ウエハの表面部分に
生成された薄膜上にレーザビームを照射することによ
り、フオトレジスト層の切除や、導電性パターンの溶断
などの加工を高い精度で実施するレーザ加工装置が用い
られている。この種のレーザ加工装置においては、加工
対象の材質、形状及び厚さなどに応じて、レーザビーム
の断面強度分布を適切に調整する必要があり、この調整
が適切でないときには、加工精度が不十分になつたり、
薄膜に対して下地となる半導体ウエハに損傷を与える結
果になる不都合がある。従来、加工精度を維持するため
に、レーザ光源から射出されたレーザ光を開口を通すこ
とにより加工対象に応じた形状例えば矩形に成形し、こ
の成形されたレーザ光を対物レンズによつて加工対象の
表面にレーザビームとして結像して当該加工対象を加工
するようにした第3図に示すような構成のものが知られ
ている(特開昭57−193291号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第3図においてレーザ加工装置1は、レーザ光発生装置
5から射出されたレーザ光L1をレーザ光強度コントロー
ラ4に入射する構成を有する。レーザ光強度コントロー
ラ4はレーザ光L1の総エネルギーを変化させてなるレー
ザ光L2を得るもので、オペレータの手動操作によつて、
第4図に示すように、レーザ光L1のレーザ光断面強度分
布曲線deにおける中心位置0のレーザ光強度をレーザ光
の拡がりを一定に保ちながら、調整し得る。レーザ光強
度コントローラ4から得られるレーザ光L2はズーム光学
系3において光径wを調整されてレーザ光L3として射出
される。ここで、ズーム光学系3はレーザ光L3の総エネ
ルギーを一定に保ちながらレーザ光L3の光径wをオペレ
ータの手動操作によつて変化させるもので、第5図に示
すように、光径w0から光径w1に縮小すると、レーザ光L3
のエネルギー密度が大きくなることにより、レーザ光L3
の中心位置0におけるレーザ光強度がE0からE1に尖鋭化
するように上昇する。これに対して光径をw0からw2に拡
大するとレーザ光L3のエネルギー密度が小さくなること
により、中心位置0におけるレーザ光強度はE0からE2に
鈍化するように低下する。
かくしてズーム光学系3から得られるレーザ光L3は、予
め加工対象7に応じて決められた開口系aを有する可変
開口2に照射され、可変開口2によつて形成されたレー
ザ光L4が対物レンズ6を通して加工対象7上にレーザビ
ームとして結像される。
しかし第3図の構成によると、ズーム光学系3及びレー
ザ光強度コントローラ4の調節をするにつき高度な熟練
を要し、調節が不適切であれば、エネルギー分布が不均
一なため、加工予定範囲の一部に加工できない部分がで
きたり、一部にエネルギーが集中して下地となる半導体
基板にダメージを与えたりするおそれがある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、加工対象
に照射するレーザビームを自動的に適正加工領域PDに一
様に設定し得るようにすることにより、簡易な操作によ
つて加工精度の高い加工をなし得るようにしたレーザ加
工装置を提案しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
かかる問題点を解決するため本発明においては、レーザ
光発生装置15から出射したレーザ光L11を、開口径aが
可変な可変開口12によつて成形し、成形したレーザ光L1
4を対物レンズ16により加工対象17上にレーザビームと
して結像して加工するレーザ加工装置11において、可変
開口12に入射するレーザ光L13のレーザ光径wを変化さ
せるズーム光学系13と、当該可変開口12に入射するレー
ザ光L12の総エネルギーEを変化させるレーザ光強度コ
ントローラ14と、開口径aが変化したとき、開口径aと
レーザ光径wの比が所定の値になり、かつレーザビーム
が適切なエネルギーEを有するように可変開口12、ズー
ム光学系13及びレーザ光強度コントローラ14を同期させ
て駆動する駆動手段21、23、25とを有するようにする。
〔作用〕
加工対象17の材質、形状及び厚さに応じて決まる開口径
aに可変開口12が駆動されるのと同期して、ズーム光学
系13及びレーザ光強度コントローラ14を駆動し、可変開
口12に入射するレーザ光L13のレーザ光径w及び総エネ
ルギーEを適正に調整する。
かくしてレーザビーム14は、加工対象17に対して最適な
レーザ光断面強度分布deを有することとなり、よつて高
い精度で加工対象17を加工することができる。
〔実施例〕
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
第1図において、11は全体としてレーザ加工装置を示
し、レーザ光発生装置15において発生されたレーザ光L1
1の総エネルギーをレーザ光強度コントローラ14におい
て調整する。レーザ光強度コントローラ14の出力レーザ
光L12のレーザ光径はズーム光学系13において調整さ
れ、その出力レーザ光L13が可変開口12によつて加工レ
ーザ光L14に成形された後、対物レンズ16によつて加工
対象17上に結像される。
可変開口12及び対物レンズ16間には一部反射ミラー19が
設けられ、加工レーザ光L14の一部がエネルギー検出器2
0に取り出されてそのエネルギーEa及びレーザ光断面強
度分布曲線deが測定され、エネルギー測定信号S1として
制御回路21に送出される。
可変開口12は第2図に示すように、直角二等辺三角形形
状の切込みを互いに対向するように重ね合わせた構成の
可動絞り羽根12A及び12Bを有し、対向する切込みにより
矩形形状の開口12Cを形成する。この2枚の可動絞り羽
根12A及び12Bは制御回路21から可変開口駆動信号S2を受
けた可変開口駆動機構23によつて摺動され、これにより
開口径aを変化させる。開口径aは開口径検出器24によ
って測定され、開口径検出器24は開口径測定信号S3を制
御回路21に送出する。
開口径測定信号S3を受けた制御回路21は、予め加工対象
17に応じてキーボード22から入力された設定値に開口径
aが等しくなるように、可変開口駆動機構23に対して可
変開口駆動信号S2を送出するようになされている。かく
して開口径aは加工対象17の加工寸法に適合するように
設定され、可変開口12から射出した加工レーザビームL1
4を加工対象17の所定の加工部分に照射させる。
ズーム光学系13は、入射したレーザ光L12の光径wを、
制御回路21から送出されるズーム光学系駆動信号S4によ
つてズーム光学系駆動機構25を介して変更する。レーザ
光径wは例えばズーム光学系13の変位量から倍率を検出
する構成のレーザ光径検出器26によつて測定され、レー
ザ光径検出器26はレーザ光径測定信号S5を制御回路21に
送出する。レーザ光径測定信号S5を受けた制御回路21
は、予めキーボード22から入力された設定値にレーザ光
径/開口径比r(=w/a)が達するようズーム光学系駆
動機構25にレーザ光学系駆動信号S4を送出するようにな
されている。かくしてズーム光学系13に入射したレーザ
光L12のレーザ光径wは所定のレーザ光径/開口径比r
をもつよう設定される。
また、レーザ光強度コントローラ14は、レーザ光発生装
置15から入射したレーザ光L11の総エネルギーEを、制
御回路21から与えられるレーザ光強度制御信号S6によつ
て変化させるもので、制御回路21はエネルギー測定信号
S1から得られる有効エネルギーEaの大きさ及びレーザ光
断面強度分布曲線deに基づいて、予めキーボード22から
設定入力された適正加工領域PDにレーザ光断面強度分布
曲線deが入るように、加工レーザ光L14の総エネルギー
Eを計算して対応するレーザ光強度制御信号S6を送出す
るようになされている。かくしてレーザ光強度コントロ
ーラ14から射出したレーザ光L12は適切な総エネルギー
Eを有することとなる。
レーザ光発生装置15は、制御回路21からレーザ光発振パ
ルスS7が到来したとき、レーザ光L11をレーザ光強度コ
ントローラ14に射出するようになされている。
以上の構成において、予め加工対象17の種類に応じてキ
ーボード22から設定値を入力すれば、適正なレーザ光断
面強度分布曲線deをもつた加工レーザ光L14が得られ
る。
すなわち第1図のレーザ加工装置11において、可変開口
駆動機構23を介して可変開口12を可変操作すれば、加工
対象17への加工レーザ光L14の投影像の大きさ、すなわ
ち加工寸法を調節することができる。ここで加工レーザ
光L14のレーザ光断面強度分布曲線deは、一般に第6図
に示すように、中心位置0が最も強く、周辺部に行くに
従つて0に収束するような、いわゆるガウス分布形状を
有する。
これに対して加工対象17となる半導体は第7図(A)に
示すように、下地にダメージを与えず、かつその表面に
形成された薄膜を適正に加工し得る適正加工領域PDを有
し(その上限値をEVとし、かつ下限値をELとする)、加
工時には、可変開口12の開口径aを全ての範囲において
レーザ光断面強度分布曲線deが適正加工領域PDに含まれ
ることが望ましい。
ところが、可変開口12だけを制御してその開口径をa0か
らa1に拡大した場合には、第7図(B)に示すように、
開口径a1の周縁部分u1のレーザ光強度が加工できない値
に低下するような状態になるおそれがある。これとは逆
に、第8図に示すように、可変開口12だけを制御してそ
の開口径をa0からa2に縮小した場合には、開口径a2の外
側の周囲に、実用上十分に加工し得るレーザ光強度をも
ちながら加工に使用されていない無駄なレーザ光部分が
生ずるおそれがある。
この問題点を解決するため第1図のレーザ加工装置11に
おいては、例えば第9図に示すように開口をa0からa1に
拡大したとき、制御回路21によつてズーム光学系13又は
レーザ光強度コントローラ14を調節することにより、中
心位置0における加工レーザ光L14のレーザ光断面強度
分布曲線deを鈍化させる(第5図)ことによつて加工範
囲を拡大させると共に、総エネルギーを高める(第4
図)ことにより加工領域の全部が適正加工領域PDに入る
ように調整する。
これに対して開口径をa1からa0に縮小した場合には、同
様にして制御回路21によつてズーム光学系13又はレーザ
光強度コントローラ14を調節することによつて、加工レ
ーザ光L14の中心位置0におけるレーザ光断面強度分布
曲線deを尖鋭化させる(第5図)ことによつて加工範囲
を縮小させると共に、総エネルギーを低める(第4図)
ことにより加工領域の全部が適正加工領域PDに入るよう
に調整する。
以上の構成によれば、可変開口12、ズーム光学系13及び
レーザ光強度コントローラ14を有するレーザ加工装置11
において、加工対象17が変わり、それにともなつて適正
加工領域PD及び加工寸法、すなわち開口径が変化した場
合には、その都度可変開口12、ズーム光学系13及びレー
ザ光強度コントローラ14を制御回路21によつて制御する
ことにより、常に適正なレーザ光断面強度分布曲線deを
有する加工レーザ光L14を得ることができる。
因にレーザ光径wの開口径aに対する比(すなわちレー
ザ光径/開口径比と呼ぶ)r=w/aが大きくなるに従つ
て、レーザ光L14の開口径aの範囲におけるレーザ光断
面強度分布曲線deを一様に近づける(第5図)反面、開
口径aの範囲におけるレーザ光L14のエネルギー(これ
を有効エネルギーと呼ぶ)Eaの総エネルギーEに対する
比(これを有効エネルギー/総エネルギー比と呼ぶ)Er
=Ea/Eは小さくなる。
従つて第1図の構成によれば、制御回路21は、加工材
料、加工寸法等に応じて、可変開口12及びズーム光学系
13を調整することによつてレーザ光径/開口径比rを決
めた後、ズーム光学系13及びレーザ光強度コントローラ
14を調整することによつて有効エネルギー/総エネルギ
ー比Erを決定し、かくして加工レーザ光L14の開口径a
の範囲におけるレーザ光断面強度分布曲線deの一様性を
実現することができ、その結果加工対象17に対する加工
精度を一段と高めることができる。
なお第1図の実施例においては、レーザ光エネルギー検
出器20を可変開口12及び対物レンズ16間に配設した場合
について述べたが、これに代え、可変開口12及びズーム
光学系13間に配設しても上述と同様の効果を得ることが
できる。
また上述の実施例においては、各設定値の入力をキーボ
ード22より行つたが、これに代え、マウス、レバー等、
種々の入力装置を用いても良い。
さらに上述においては、本発明を半導体ウエハにおける
フオトレジスト層の切除や、導電性パターンの溶断等に
使用する加工装置に適用した場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、種々の目的の加工装置に適用し得
る。
〔発明の効果〕 上述のように本発明によれば、簡易な操作によつて加工
精度の高いレーザ加工装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるレーザ加工装置の一実施例の構成
を示すブロツク図、第2図はその可変開口12の構成を示
す略線図、第3図は従来のレーザ加工装置を示すブロツ
ク図、第4図及び第5図はそれぞれレーザ光強度コント
ローラ及びズーム光学系の動作の説明に供する特性曲線
図、第6図はレーザ光断面強度分布の説明に供する略線
図、第7図、第8図は開口径を変化させたときのレーザ
光断面強度分布を示す略線図、第9図は開口径を変化さ
せたとき適正な調整を受けたレーザ光断面強度分布を示
す略線図である。 1、11……レーザ加工装置、2、12……可変開口、3、
13……ズーム光学系、4、14……レーザ光強度コントロ
ーラ、5、15……レーザ光発生装置、21……制御回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光発生装置から出射したレーザ光
    を、開口径が可変な可変開口によつて成形し、上記成形
    したレーザ光を対物レンズにより加工対象上にレーザビ
    ームとして結像して加工するレーザ加工装置において、 上記可変開口に入射する上記レーザ光のレーザ光径を変
    化させるズーム光学系と、 上記可変開口に入射する上記レーザ光の総エネルギーを
    変化させるレーザ光強度コントローラと、 上記開口径が変化したとき、上記開口径と上記レーザ光
    径の比が所定の値になり、かつ上記レーザビームが適切
    なエネルギーを有するように上記可変開口、上記ズーム
    光学系及び上記レーザ光強度コントローラを同期させて
    駆動する駆動手段と を具えることを特徴とするレーザ加工装置。
JP61180811A 1986-07-30 1986-07-30 レ−ザ加工装置 Expired - Fee Related JPH07108468B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4035820A1 (en) * 2021-01-28 2022-08-03 Precitec GmbH & Co. KG Laser processing head having a diaphragm to increase scan field of the laser beam

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JP6584053B2 (ja) * 2014-03-27 2019-10-02 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
KR101718677B1 (ko) * 2014-04-14 2017-03-21 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 제어 장치 및 레이저 가공 장치
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