JPH08155667A

JPH08155667A - 加工装置

Info

Publication number: JPH08155667A
Application number: JP6299504A
Authority: JP
Inventors: Nobuyasu Suzuki; 信靖鈴木; Nobuaki Furuya; 伸昭古谷; Masataka Yamazaki; 正隆山嵜; Hidehiko Negishi; 英彦根岸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1996-06-18
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP3635701B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はレーザを用いた加工装置に関するも
のであり、容易に、加工位置および加工深さなどの加工
量を高精度に制御し、複雑かつ微細な加工を実施するこ
とを目的とする。【構成】本発明はエキシマレーザ発信器１１、マスク
移動ステージ１３、マスク基板１４、マスクパターン１
５、縮小光学系１７からなる装置構成のマスクパターン
１５をマスク移動ステージ１３により横方向（１軸）に
移動させ、マスクパターン１５の透過部分を移動させ被
加工物上でのレーザビームの照射位置を変化させて、被
加工物上で照射されるレーザパルス数を空間的に変化さ
せることにより、被加工物に対して加工位置や加工深さ
等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な
形状の加工を実施することができる加工装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザを用いた加工装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザの加工への応用は炭酸ガスレー
ザ、ＹＡＧレーザ等の赤外領域の波長を有するレーザを
中心に近年盛んに行われてきており、特に金属板加工分
野では加工方法として確立されている。更に最近ではエ
キシマレーザや、波長変換により高次高調波を発生させ
たＹＡＧレーザ等の紫外領域の波長を有する短パルスレ
ーザを用いた微細加工への応用が検討され始めている。

【０００３】この紫外領域の波長を有する短パルスレー
ザによる加工メカニズムは炭酸ガスレーザ等の赤外領域
の波長を有するレーザによる溶融、蒸発といった熱加工
とは大きく異なる。つまり、非常に短いパルス（数ナノ
から数十ナノ秒）で発振するエキシマレーザ等を用いる
と短時間に加工が行われ、加えて高いフォトンエネルギ
ーによる高速な加熱や光化学反応を利用するので、低
温、低損傷なアブレーション（除去）加工が可能となる
からである。またパルスレーザ加工のためパルス数によ
って加工量の制御を容易に行うことができる、即ち任意
の深さの加工が可能である。このように微細領域での加
工には非常に適しており、実際に産業分野への応用も検
討されている。

【０００４】レーザ加工装置の一般的な構成及び加工方
法はレーザ光源から発振されたレーザービームをある形
状のマスクを透過させ直接、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マスク形状のレーザビーム
を照射し加工を行うものである。具体的な例をエキシマ
レーザの加工において説明する。図１４は特開平３−１
４２０９１に示されたエキシマレーザ加工の従来例であ
る。エキシマレーザ発振器１４１から出射したビーム１
４２は円形状のマスク１４３を透過後ミラー１４４で折
り返され集光レンズ１４５によりポリイミドフィルム１
４６上に縮小投影され加工が行われる。ポリイミドフィ
ルム１４６の裏面には銅箔１４７がありパルス発振で１
パルスごとに徐々に加工を行いレーザビームが銅箔面ま
で到達すると加工しきい値がポリイミドより高いため加
工がそこで停止する。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、ポリイミドフィルム等
の被加工物の貫通は勿論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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マスクを用いたレーザ
光による加工において、加工量の制御はレーザの照射量
もしくはレーザのエネルギー密度を変化させて行う。し
かしながら、この場合に加工量が制御される加工形状は
マスク形状そのものであって、マスク形状と異なる複雑
かつ、微細な形状が得られるように加工量を制御するこ
とは困難である。フレネルレンズのような複雑かつ微細
な形状に加工するためには、所定の形状が加工可能なよ
うにレーザ光の強度分布やマスクの透過率分布を変化さ
せたり、または被加工物にレーザ光の吸収率分布をつけ
る等の処置を施す必要がある。こうした処置を施すこと
によって加工装置および加工方法自体が複雑になり、量
産性を低下させていた。

【０００６】また、フレネルレンズのような複雑かつ微
細な形状をマスクを用いフォトリソグラフィにより作製
する方法は、フォトレジストに対して露光する光の照射
量分布をつけることが必要となる。さらに照射量分布の
条件は露光後にエッチングされた形状から決定しなけれ
ばならず非常に困難である。加えて、露光量分布をつけ
るためには複雑な装置、数多い工程が必要となり、必然
的に加工装置が高コストとなる。

【０００７】電子線リソグラフィによる作製方法もフォ
トリソグラフィと同様の理由により問題点が多く困難で
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１に、被加工物を加工する加工光を射出する加工
用光源と、前記加工光に対して透明部分と不透明部分を
有し、前記加工光の少なくとも１部を透過して前記被加
工物の少なくとも１部に照射するマスクと、前記マスク
を前記加工光に対して移動させて前記被加工物上の前記
加工光の照射位置を変化させるマスク移動機構とを具備
する加工装置を用いることにより、前記被加工物の加工
量を前記時間割合に対応して制御することが可能となる
ものである。

【０００９】また、第２に、マスクと被加工物の間に、
前記マスクのマスクパターンの投影像を前記被加工物上
で変化させる投影光学系を具備することにより、前記マ
スクパターンの前記投影像に対応した複雑かつ微細な加
工を前記被加工物上で行うことができるものである。

【００１０】また、第３に、加工用光源とマスクの間
に、加工光を前記マスクの特定部分に入射させるか、あ
るいは前記マスクの前記特定部分を空間的に移動させる
入射光調整光学系を具備することにより、上記課題を解
決することができるものである。

【００１１】また、第４に、マスクと被加工物の間に、
前記被加工物に照射される加工光を複数に分岐する光分
岐光学系を具備することにより、従来の１対１対応の加
工から１対Ｎ（Ｎは１以上の整数）対応の加工が同時に
実現できるものである。

【００１２】また、第５に、マスクを透明材料上に形成
した不透明材料により構成することにより、複雑かつ微
細なマスクパターンを実現することができ、前記マスク
パターンに対応した複雑かつ微細な加工を被加工物上で
実現できるものである。

【００１３】また、第６に、マスクの透過部分の形状が
点対称あるいは、線対称である前記マスクを用いること
により、対称性を有する形状の加工が被加工物上で容易
に実現できるものである。

【００１４】また、第７に、マスク移動を特定の周期を
持った繰り返し移動とするマスク移動機構を用いること
により、被加工物上でのレーザビームの照射位置およ
び、照射量を周期的に制御することができ、高精度に制
御された複雑かつ微細な加工を前記被加工物上で実現で
きるものである。

【００１５】また、第８に、マスク移動を平行移動とす
るマスク移動機構を用いることにより、平行移動の方向
および速度を制御して、高精度に制御された複雑かつ微
細な加工を被加工物上で実現できるものである。

【００１６】また、第９に、マスク移動を回転とするマ
スク回転機構および、マスクの透過部分の形状が点対称
である前記マスク、加えて前記マスクの前記透過部分の
対称中心と前記回転の中心の相対位置を移動させる機構
を用いることにより、被加工物上で回転対称形状を有す
る複雑かつ微細な加工を容易に実現できるものである。

【００１７】また、第１０に、加工用光源としてエキシ
マレーザ、あるいはＹＡＧレーザの高調波のような紫外
パルスレーザを用いて、加工方法としてレーザ光による
アブレーション加工を実現することにより、被加工物に
対して低温、低損傷で複雑かつ微細な加工を実現できる
ものである。

【００１８】

【作用】本発明は、第１に、上記方法によって被加工物
に照射される加工光の量を任意に制御することにより、
従来の加工方法と比較して容易に、加工位置および加工
深さ等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微
細な形状の加工を実現することができる。

【００１９】また、第２に、被加工物に照射される加工
光を複数に分岐する光分岐光学系を用いることによって
同時に、複数の被加工物および、被加工物上の複数の場
所に加工位置および、加工量が高精度に制御された複雑
かつ微細な形状の加工を容易に施すことができる。

【００２０】また、第３に、レーザ光によるアブレーシ
ョン加工を行うことにより、被加工物に対して低温、低
損傷で複雑かつ微細な加工を実現できる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図１
を参照して説明する。

【００２２】図１は本発明の第１の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図１において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
を移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５
は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６は
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小
光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１
９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を
示す。

【００２３】以下、図１に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後の第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３
に固定されたマスクに入射する。マスクはエキシマレー
ザが透過する石英基板１４と、石英基板１４上に形成さ
れたマスクパターン１５で構成される。マスクに入射さ
れた第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５
の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイ
ミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１
６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透
過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を
加工する。

【００２４】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００２５】マスク移動ステージ１３を図１中では左か
ら右に横方向に移動することによって、マスク移動ステ
ージ１３に固定されたマスクも左から右に移動する構成
となっている。マスクが左から右に移動することによっ
てマスクパターン１５の透過部分も左から右に移動し、
第２のレーザビーム１６の照射位置をポリイミドフィル
ム１８上で空間的に（図１中では左から右に）変化させ
ることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置を
マスク移動によって変化させることにより、照射される
レーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的に
変化する。照射位置および、照射されるレーザパルス数
がポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状およ
び、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で
変化することになる。

【００２６】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さ等の加工量を高精度
に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施す
ることができる。

【００２７】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、マスク
移動を横方向の移動（１軸）としたが移動方向は横方向
（１軸）に限らない。さらに、加工形状を変化させるた
めには、マスクパターンの透過部分の形状を変化させる
ことも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パル
ス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるた
めのフィルター等を挿入するか、あるいはレーザの出力
自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のい
ずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源の
パルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良
い。

【００２８】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図２を参照して説明する。

【００２９】図２は本発明の第２の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図２において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
を移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５
は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６は
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１
９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板、
２１はマスクパターン１５の透過部分の像をポリイミド
フィルム１８に変形して投影する投影光学系、２２は投
影光学系２１を透過した第３のレーザビームを示す。

【００３０】以下、図２に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３
に固定されたマスクに入射する。マスクは実施例１と同
様に石英基板１４と、マスクパターン１５で構成され
る。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうち
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム１６が投影光学系２１（円柱レンズ）に入射し、
投影光学系２１を透過した第３のレーザビーム２２がポ
リイミドフィルム１８に照射されポリイミドフィルム１
８の加工が行われる。この際、投影光学系２１として円
柱レンズを用いているため、図２中の横方向にのみ縮小
された（紙面と垂直な方向は変形されない）マスクパタ
ーン１５の像がポリイミドフィルム１８に投影された形
状に被加工物の加工が行われる。

【００３１】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００３２】マスク移動ステージ１３を実施例１と同様
に移動することによって、レーザビーム２２の照射位置
および、照射されるレーザパルス数をポリイミドフィル
ム１８上で空間的に変化させることができる。照射位置
および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィル
ム１８上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加
工量もポリイミドフィルム１８上で変化することにな
る。さらに投影光学系２１を用いることにより、マスク
移動のみならず、ポリイミドフィルム１８上でのマスク
パターン１５の投影像の変化によって加工形状および、
加工深さ等の加工量を変化させることができる。

【００３３】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さ等の加工量を高精度
に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施す
ることができる。さらに、投影光学系を用いてマスクパ
ターンの投影像を被加工物上で変化させることによっ
て、変化した投影像に対応した複雑かつ微細な加工を被
加工物上で行うことができる。

【００３４】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、投影光
学系を円柱レンズとしたが投影光学系はその他の光学部
品を用いた構成でも良い。さらに、加工形状を変化させ
るためには、マスクパターンの透過部分の形状を変化さ
せることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射
パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させ
るためのフィルター等を挿入するか、あるいはレーザの
出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法
のいずれかを採用しても良い。さらに加えて、パルスレ
ーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期し
ていても良い。

【００３５】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図３を参照して説明する。

【００３６】図３は本発明の第３の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図３において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
を移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５
は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、３１は
マスク１４の特定部分にレーザビームを入射させるため
の入射光調整光学系（開口絞り）、３２は入射光調整光
学系３１を透過した第２のレーザビーム、３３はマスク
パターン１５の特定部分の透過部分を透過した第３のレ
ーザビーム、１７はマスクパターン１５の特定部分を縮
小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミ
ドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定され
るガラス基板を示す。

【００３７】以下、図３に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後レーザビーム１２は開口絞り３１に入射し、開口絞り
３１を透過することで第２のレーザビーム３２がマスク
移動ステージ１３に固定されたマスクの特定部分に入射
する。マスクは実施例１、２と同様に石英基板１４とマ
スクパターン１５で構成される。マスクの特定部分に入
射されたレーザビームのうちマスクパターン１５の透過
部分を透過した第３のレーザビーム３３がポリイミドフ
ィルム１８に照射される。第３のレーザビーム３３は縮
小光学系１７を透過してマスクパターン１５の特定の透
過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を
加工する。

【００３８】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００３９】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも
移動する構成となっている。マスクが移動することによ
ってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第３のレ
ーザビーム３３の照射位置および、照射パルス数をポリ
イミドフィルム１８上で空間的に変化させることができ
る。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリ
イミドフィルム１８上で変化すれば加工形状および、加
工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化す
ることになる。さらに、開口絞り３１を用いることによ
り、同一マスク上で第２のレーザビーム３２の入射する
マスクパターン１５の透過部分を限定することが可能と
なり、開口絞り３１の径および、空間的な位置を変化さ
せれば１つのマスクで複数のパターンの加工が実現で
き、加工の制御性が向上することになる。

【００４０】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でマスク上の特定の部分に照射されたレーザビーム
の照射位置および、照射パルス数を制御することがで
き、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置
および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微
細な形状の加工を実施することができる。さらに、マス
クに入射するレーザビームを変化させる入射光調整光学
系を用いることによって、より加工用レーザビームの制
御性を向上させ、同一マスクでの複数のパターンの加工
が実現できる。

【００４１】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、入射光
調整光学系として固定した開口絞りを用いたが、入射光
調整光学系はマスクに入射するレーザビームの形状を変
化させるものであれば良く、開口絞り以外の光学部品を
用いても差し支えない。さらに、加工形状を変化させる
ためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも
可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数で
はなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフ
ィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させ
てエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用し
ても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマ
スク移動の移動速度が同期していても良い。

【００４２】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図４を参照して説明する。

【００４３】図４は本発明におけるレーザを用いた加工
装置の構成図である。図４において、１１は加工用光源
であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射
した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマス
ク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４
上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン
１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７は
マスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、４１は
被加工物であるポリイミド薄膜、４２はポリイミド薄膜
が堆積されるガラス基板、４３はガラス基板が固定さ
れ、光学機能を持った光を出射するレーザダイオードを
示す。

【００４４】以下、図４に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後レーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定さ
れたマスクに入射する。上述の実施例１、２、３と同様
にマスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成さ
れる。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のう
ちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレー
ザビーム１６がポリイミド薄膜４１に照射される。第２
のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスク
パターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミ
ド薄膜４１を加工する。ここでポリイミド薄膜４１はス
ピンコート法によってレーザダイオード４３上に固定さ
れたガラス基板４２上に所定の膜厚となるように堆積さ
れている。

【００４５】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ド薄膜４１の加工深さは照射されたレーザパルス数に依
存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μ
ｍ以下であるが、レーザ発振器から出射されるレーザビ
ームの加工レーザビームのエネルギー密度によって異な
る。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの
加工は非常に短時間で実現することが可能である。

【００４６】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも
移動する構成となっている。マスクが移動することによ
ってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第２のレ
ーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリ
イミド薄膜４１上で空間的に変化させることができる。
照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミ
ド薄膜４１上で変化すれば加工形状および、加工深さ等
の加工量もポリイミド薄膜４１上で変化することにな
る。

【００４７】ポリイミド薄膜４１、ガラス基板４２、レ
ーザダイオード４３は３つの部品で１つの光学素子を構
成する。ポリイミド薄膜４１に加工を施すことによっ
て、この光学素子は新たな光学機能を有することにな
る。ここで、ポリイミド薄膜４１はエキシマレーザビー
ムに対して不透明体であるため加工が可能であり、レー
ザダイオード４３から出射されるレーザビーム（波長６
８０ｎｍ）に対しては透明体である。このため、ポリイ
ミド薄膜４１、ガラス基板４２、レーザダイオード４３
から構成される光学素子は、レーザダイオード４３から
出射されるレーザビームに対して新たな光学機能を付加
された光学素子として用いることができる。

【００４８】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することがで
き、さらに被加工物の材料として光学機能を有する光に
対しては透明体であり、加工光に対しては不透明体であ
る材料を用いることで、高精度な加工が施された光学素
子を作製可能である。

【００４９】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工が
行われる光学素子を上記構成としたが、被加工物の材料
さえレーザ加工条件を満たしていれば、光学素子が他の
構成をとっても良い。さらに、加工形状を変化させるた
めには、マスクの透過部分の形状を変化させことも可能
である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではな
くビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィル
ター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエ
ネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても
良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク
移動の移動速度が同期していても良い。また、ポリイミ
ド薄膜の加工例として、集光用レンズの作製を実験によ
り確認している。

【００５０】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について図５を参照して説明する。

【００５１】図５は本発明の第５の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図５において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
を移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５
は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６は
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小
光学系、５１はレーザビーム１５で加工可能であるポリ
イミド薄膜、５２はレーザビーム１５で加工不可能であ
り、ポリイミド薄膜５１が堆積される石英基板を示す。

【００５２】以下、図５に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３
に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施例
と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成され
る。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうち
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム１６がエキシマレーザで加工可能な物質であるポ
リイミド薄膜５１上に照射される。ここで、ポリイミド
薄膜５１は、エキシマレーザを９０％以上透過し、レー
ザビーム１６では加工不可能な石英基板５２上にスピン
コート法で所定の膜厚となるように堆積されている。第
２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマス
クパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイ
ミド薄膜５１を選択的に加工する。

【００５３】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ド薄膜５１の加工深さは照射されたレーザパルス数に依
存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μ
ｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異
なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたり
の加工は非常に短時間で実現することが可能である。

【００５４】また、マスク移動ステージ１３を移動する
ことによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマ
スクも移動する構成となっている。マスクが移動するこ
とによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、ポ
リイミド薄膜５１上で第２のレーザビーム１６の照射位
置および、照射パルス数を空間的に変化させることがで
きる。第２のレーザビーム１６の照射位置および照射パ
ルス数がポリイミド薄膜５１上で空間的に変化すれば加
工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミド薄膜５
１上で変化することになる。さらに、エキシマレーザで
加工不可能な物質である石英基板５２上に、加工可能な
物質であるポリイミド薄膜５１を所定の膜厚となるよう
に堆積することによって、層状構造を有する被加工物の
加工深さがポリイミド薄膜５１の膜厚以上にはならな
い。言い換えれば被加工物の加工深さをポリイミド薄膜
５１の膜厚で制御可能となり、加工深さの制御性が向上
する。

【００５５】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することがで
きる。さらに、被加工物を加工光で加工不可能な物質
と、加工光で加工可能な物質で構成することにより、被
加工物自体が加工深さの制御性を有するようになり、容
易に３次元形状の作製が可能となる。

【００５６】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工可
能な物質をポリイミドとしたが、ＰＭＭＡ等の加工光を
吸収する物質であればポリイミドに限るものではない。
さらに加工不可能な物質は石英としたが、フッ化カルシ
ウムのような加工光を９０％以上透過する物質であれば
良い。加えて加工形状を変化させるためには、マスクの
透過部分の形状を変化させることも可能である。さら
に、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経
路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入
したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度
を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。そし
て、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動
速度が同期していても良い。

【００５７】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について図６を参照して説明する。

【００５８】図６は本発明の第６の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図６において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上
に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１
５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、６１は第
２のレーザビーム１６を２つに分岐する光分岐光学系、
６２及び６３はそれぞれ光分岐光学系６１で分岐された
第３及び第４のレーザビーム、６４、６５はマスクパタ
ーン１５を縮小投影する縮小光学系、６６、６７は被加
工物であるポリイミドフィルム、６８、６９はそれぞれ
ポリイミドフィルム６６、６７が固定されるガラス基板
を示す。

【００５９】以下、図６に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３
に固定されたマスクに入射する。上述の実施例と同様に
マスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成され
る。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうち
マスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザ
ビーム１６が光分岐光学系（ハーフミラー）６１に入射
し、光分岐光学系によって２つに分岐された第３及び第
４のレーザビーム６２、６３がそれぞれポリイミドフィ
ルム６６、６７に照射される。第３及び第４のレーザビ
ーム６２、６３はそれぞれ縮小光学系６４、６５を透過
してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状
にポリイミドフィルム６６、６７を加工する。

【００６０】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム６６、６７の加工深さは照射されたレーザパ
ルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは
約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度
によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パ
ルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能
である。

【００６１】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスク１
４も移動する構成となっている。マスクが移動すること
によってマスクパターン１５の透過部分も移動し、光分
岐光学系６１によって２つに分岐された第３及び第４の
レーザビーム６２、６３の照射位置および、照射パルス
数をそれぞれポリイミドフィルム６６、６７上で空間的
に変化させることができる。照射位置および、照射され
るレーザパルス数がポリイミドフィルム６６、６７上で
変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリ
イミドフィルム６６、６７上で変化することになる。

【００６２】以上のように、マスク移動および、光分岐
光学系によって被加工物上でレーザビームの照射位置お
よび、照射パルス数を制御することができ、従来の加工
方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さ
を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工
を同時に複数の被加工物上で実施することができる。

【００６３】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工光
の分岐数を２としたが、加工が可能な加工光の強度が得
られれば分岐数は３以上の整数であっても良い。加え
て、被加工物を複数としたが、被加工物は１つで加工箇
所が複数であっても良い。さらに、加工形状を変化させ
るためには、マスクの透過部分の形状を変化させること
も可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数
ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるための
フィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化さ
せてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用
しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期と
マスク移動の移動速度が同期していても良い。

【００６４】（実施例７）以下、本発明の第７の実施例
について図７を参照して説明する。

【００６５】図７は本発明の第７の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図７において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク
移動ステージ、７１は第１のレーザビーム１２に対して
透明体である石英基板、７２は第１のレーザビーム１２
に対して不透明な材料であるクロムを用いて形成されて
いるマスクパターン、７３はマスクパターン７２の透過
部分を透過した第２のレーザビーム、１８は被加工物で
あるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１
８が固定されるガラス基板を示す。

【００６６】以下、図７に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後レーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定さ
れたマスクに入射する。マスクはエキシマレーザに対し
て透明であり、しかも厚みが均一でない石英基板７１上
にエキシマレーザに対して不透明材料であるクロムを蒸
着してマスクパターン７２を形成した構成である。マス
クに入射された第１のレーザビーム１２はマスクの出射
面が加工光の光軸に対して垂直でないため屈折する。第
１のレーザビーム１２のうちマスクパターン７２の透過
部分を透過し、マスクの出射面で屈折した第２のレーザ
ビーム７３がポリイミドフィルム１８上に照射される。
第３のレーザビーム７３は縮小光学系１７を透過してマ
スクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリ
イミドフィルム１８を加工する。

【００６７】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００６８】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも
移動する構成となっている。マスクが移動することによ
ってマスクパターン１５の透過部分も移動し、ポリイミ
ドフィルム１８上で第２のレーザビーム７３の照射位置
および、照射パルス数を空間的に変化させることができ
る。第２のレーザビーム７３の照射位置および照射パル
ス数がポリイミドフィルム１８上で空間的に変化すれば
加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィ
ルム１８上で変化することになる。第１のレーザビーム
１２に対して透明材料である石英をマスク基板として用
いることで光の屈折現象を利用することができる。つま
り、厚みが一様でない石英基板７１を用いれば透過光で
ある第２のレーザビーム７３は第１のレーザビーム１２
の光軸とずれた角度で、被加工物であるポリイミドフィ
ルム１８に入射するので、深さ方向に角度を持った方向
に加工ができ、加工の制御性が向上する。さらに、石英
基板７１上に、第１のレーザビーム１２に対して不透明
な材料であるクロムを蒸着してマスクパターン７２を形
成することによって、高精度に複雑かつ微細なマスクパ
ターンを実現できる。マスクパターン７２が高精度に複
雑かつ微細なパターンであれば、マスクパターンに対応
した複雑かつ微細な加工をポリイミドフィルム１８上に
施すことができる。

【００６９】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することがで
きる。さらに、マスクを透明材料の基板上に不透明材料
のマスクパターンを形成した構成とすることで、加工の
制御性が向上し、被加工物に対して、複雑かつ微細なマ
スクパターンに対応した高精度な加工を施すことが可能
となる。

【００７０】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形
状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変
化させてもかまわない。さらに、加工深さの制御は照射
パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させ
るためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体
を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれ
かを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパル
ス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
さらに、マスク基板の材料は石英、マスクパターンの材
料はクロムとしたが、加工光に対する透過、不透過の条
件を満たせば、例えばマスク基板としてフッ化カルシウ
ム及びマスクパターンとしてアルミニウム等の他の材料
を用いても良い。

【００７１】（実施例８）以下、本発明の第８の実施例
について図１および８を参照して説明する。

【００７２】図８は本発明の第８の実施例における対称
中心を有するマスクの模式図であり、装置の全体構成は
図１、マスク本体については図８に基づいて説明する。
図１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、
１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビー
ム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４
は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスク
パターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過
した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を
縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイ
ミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定さ
れるガラス基板を示す。図８において８１は加工光が透
過するマスクパターン１５の点対称な形状の透過部分、
８２は加工光が透過しないマスクパターン１５の不透過
部分を示す。

【００７３】以下、図１および、図８に基づき本発明の
加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は
波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振
器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の
形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器
１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動
ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは
上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１
５で構成される。マスクパターン１５の透過部分８１を
透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム
１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学
系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分８１の
縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工す
る。

【００７４】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００７５】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも
移動する構成となっている。マスクが移動することによ
ってマスクパターン１５の透過部分８１も移動し、第３
のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数を
ポリイミドフィルム１８上で空間的に変化させることが
できる。照射位置および、照射されるレーザパルス数が
ポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状およ
び、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で
変化することになる。

【００７６】マスクパターン１５に点対称な形状の透過
部分８１を用いることにより、ポリイミドフィルム１８
上に投影されるマスクパターン１５の透過部分８１の像
も点対称な形状となる。マスク移動によって第２のレー
ザビーム１６の照射位置および、照射パルス数を変化さ
せることで、対称形状を有する加工がポリイミドフィル
ム１８上に施されることになる。

【００７７】以上のように、マスクの移動によって被加
工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数
を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、対称中心を有するマスクの透過部分の形状を反
映した、複雑かつ微細な対称形状を有する加工を実施す
ることができる。

【００７８】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形
状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変
化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は
照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰
させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力
自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のい
ずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源の
パルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良
い。さらに、対称中心を有するマスクパターンを用いた
が対称線を有するマスクパターンを用いても良い。

【００７９】（実施例９）以下、本発明の第９の実施例
について図９を参照して説明する。

【００８０】図９は本発明の第９の実施例におけるレー
ザを用いた加工装置の構成図である。図９において、１
１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振
器１１より出射した第１のレーザビーム、９１はマスク
を移動するマスク移動ステージ、９２はマスク移動ステ
ージを駆動するファンクションジェネレータ、１４は石
英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパタ
ーン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した
第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小
投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミド
フィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定される
ガラス基板を示す。

【００８１】以下、図９に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後、第１のレーザビーム１２はファンクションジェネレ
ータ９２で駆動され、マスクを特定の周期で繰り返し移
動させるマスク移動ステージ９１に固定されたマスクに
入射する。上述の実施例と同様にマスクは石英基板１４
とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射され
た第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の
透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミ
ドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６
は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の縮小
投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。

【００８２】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００８３】マスク移動ステージ９１をファンクション
ジェネレータ９２の駆動で特定の周期で繰り返し移動さ
せることによって、マスク移動ステージ９１に固定され
たマスクも特定の周期で繰り返し移動が可能な構成とな
っている。マスクが移動することによってマスクパター
ン１５の透過部分も特定の周期で繰り返し移動し、第２
のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数を
ポリイミドフィルム１８上で空間的かつ、周期的に変化
する。第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射
パルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的かつ周期
的に変化すれば、加工形状および、加工深さ等の加工量
もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。

【００８４】以上のように、周期的なマスク移動によっ
て被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パ
ルス数を周期的に制御することができ、従来の加工方法
と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高
精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実
施することができる。さらに、被加工物に照射されるレ
ーザパルス数を周期的に変化させることによって、被加
工物の加工形状および、加工量をマスクの移動周期およ
び、移動速度によって容易かつ高精度に制御することが
できる。

【００８５】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形
状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変
化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は
照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰
させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力
自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のい
ずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源の
パルス周期とマスク移動の移動速度、移動周期の少なく
とも一方が同期していても良い。

【００８６】（実施例１０）以下、本発明の第１０の実
施例について図１及び１０を参照して説明する。

【００８７】図１０（ａ）は本発明の第１０の実施例に
おけるマスクパターンを示し、（ｂ）はポリイミドフィ
ルムの加工状態の模式図であり、装置の全体構成につい
ては図１に、マスクパターンおよび加工状態については
図１０に基づいて説明する。図１において、１１は加工
用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１よ
り出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを平行移
動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石
英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマス
クパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビー
ム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学
系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９は
ポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示
す。図１０（ａ）において、１０１はマスクパターン１
５の透過部分、１０２はマスクパターン１５の不透過部
分を示す。図１０（ｂ）はポリイミドフィルム１８の加
工状態を示す図である。

【００８８】以下、図１および、図１０に基づき本発明
の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１
は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発
振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２
の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振
器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスクを
平行移動させるマスク移動ステージ１３に固定されたマ
スクに入射する。マスクは上述の実施例と同様に石英基
板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入
射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン
１５の透過部分１０１を透過した第２のレーザビーム１
６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレー
ザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパター
ン１５の透過部分１０１の縮小投影像の形状にポリイミ
ドフィルム１８を加工する。

【００８９】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００９０】マスク移動ステージ１３を平行移動するこ
とによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマス
クも平行移動する構成となっている。マスクが平行移動
することによってマスクパターン１５の透過部分１０１
も図１０（ａ）のように平行移動し、第２のレーザビー
ム１６の照射位置をポリイミドフィルム１８上で平行移
動させることができる。第２のレーザビーム１６の照射
位置をポリイミドフィルム１８上で平行移動させること
により、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィル
ム１８上でマスクの平行移動方向に空間的に変化する。
ポリイミドフィルム上で第２のレーザビーム１６の照射
位置および、照射パルス数がマスクの平行移動方向に変
化することにより、図１０（ｂ）の様な加工形状にポリ
イミドフィルム１８は加工される。ここで、マスクは図
１０（ａ）の矢印の方向に等速に平行移動する。

【００９１】図１０（ｂ）においてポリイミドフィルム
は均等な鋸刃形状に加工されているが、マスクの平行移
動の方向および、移動速度を変化させれば、鋸刃の角度
および、加工深さ等を容易に変化させることができる。

【００９２】以上のように、マスクの平行移動によって
被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パル
ス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して
容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御
可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施すること
ができる。さらに、マスクの平行移動の方向および、移
動速度によって被加工物の加工形状および、加工量を容
易かつ高精度に制御することができる。

【００９３】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形
状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変
化させても良い。さらに、加工深さの制御は照射パルス
数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるため
のフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化
させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採
用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期
とマスク移動の移動速度が同期していても良い。

【００９４】（実施例１１）以下、本発明の第１１の実
施例について図１１および図１２を参照して説明する。

【００９５】図１１は本発明の第１１の実施例における
レーザを用いた加工装置の構成図であり、図１２（ａ）
は本発明の第１１の実施例における点対称な形状を有す
るマスクパターンを示し、（ｂ）はポリイミドフィルム
の加工状態の模式図である。装置の全体構成については
図１１に、マスクパターンおよび、加工状態については
図１２に基づいて説明する。図１１において、１１は加
工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１
より出射した第１のレーザビーム、１１１はマスクを固
定するマスク取り付け円筒、１１２は駆動ベルト、１１
３は駆動ベルト１１２を介してマスク取り付け円筒１１
１を回転させる同期モータ、１４は石英基板、１５は石
英基板１４上に形成されたマスクパターン、１１４はマ
スクパターン１５の中心とマスク回転の中心の相対位置
を移動させる中心位置移動機構、１６はマスクパターン
１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７は
マスクパターン１５を縮小投影する縮小投影光学系、１
８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイ
ミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。図１
２において１２１は点対称な形状を有するマスクパター
ン１５の透過部分、１２２はマスクパターン１５の不透
過部分を示す。

【００９６】以下、図１１および、図１２に基づき本発
明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１
１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ
発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１
２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発
振器１１より出射後、第１のビーム１２はマスク取り付
け円筒１１１に入射し、続いてマスクに入射する。ここ
で、マスク取り付け円筒は内径が第１のレーザビーム１
２よりも小さいので開口絞りとしても作用する。マスク
取り付け円筒１１１は駆動ベルト１１２によって結合さ
れた同期モータ１１３によって定速回転する。マスク取
り付け円筒１１１に固定されたマスクは上述の実施例と
同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成され
る。ここで、マスクは中心位置移動機構１１４によって
移動可能な構成となっている。マスクに入射された第１
のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の点対称
形状を有する透過部分１２１を透過した第２のレーザビ
ーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２
のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスク
パターン１５の透過部分１２１の縮小投影像の形状にポ
リイミドフィルム１８を加工する。

【００９７】エキシマレーザはパルスレーザでポリイミ
ドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数
に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．
５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によっ
て異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあ
たりの加工は非常に短時間で実現することが可能であ
る。

【００９８】同期モータ１１３を駆動することによっ
て、駆動ベルト１１２で同期モータ１１３と結合された
マスク取り付け円筒１１１が回転する構成になってい
る。マスク取り付け円筒１１１が回転することによっ
て、マスク取り付け円筒１１１に固定されたマスクも回
転する。マスクが回転することによって、マスクパター
ン１５の透過部分１２１も回転し、第２のレーザビーム
１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィ
ルム１８上で回転方向に変化させることができる。第２
のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数が
ポリイミドフィルム１８上で回転方向に変化することに
より、図１２（ｂ）の様な球面形状にポリイミドフィル
ム１８を加工することができる。

【００９９】中心位置移動機構１１４によって、マスク
パターン１５の透過部分１２１の対称中心をマスク回転
の中心に一致させることによって完全な球面形状にポリ
イミドフィルム１８を加工することができる。さらに、
中心移動機構１１４によって、透過部分１２１の対称中
心とマスク回転中心を故意にずらすことにより、ポリイ
ミドフィルム１８上の加工中心付近の加工量を微小に変
化させることができる。

【０１００】以上のように、マスク回転によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、回転対称形状を有する複雑かつ微細な加工を実
施することができる。

【０１０１】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは
連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、マスク
の透過部分の形状は点対称でなくても良い。さらに、加
工形状を変化させるために、マスクの透過部分の形状を
変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御
は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減
衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出
力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法の
いずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源
のパルス周期とマスクの回転速度、回転周期の少なくと
も一方が同期していても良い。

【０１０２】（実施例１２）以下、本発明の第１２の実
施例について図１を参照して説明する。

【０１０３】図１において、１１は加工用光源であるレ
ーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１
のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ス
テージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成
されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透
過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパ
ターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物
であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム
１８が固定されるガラス基板を示す。

【０１０４】以下、図１に基づき本発明の加工方法につ
いて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出
射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５
×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射
後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３
に固定されたマスクに入射する。マスクは石英基板１４
とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射され
た第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の
透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミ
ドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６
は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の縮小
投影像の形状にポリイミドフィルム１８をアブレーショ
ン（除去）加工する。

【０１０５】エキシマレーザによるアブレーション加工
は、非常に短いパルス（数十ナノ秒）で発振するエキシ
マレーザを用いることにより、短時間で加工を行うこと
ができ、加えて高いフォトンエネルギーによる高速な加
熱や光化学反応を利用するので、低温、低損傷な加工を
行うことができる。また、エキシマレーザはパルスレー
ザであるため、ポリイミドフィルム１８の加工深さは照
射されたレーザパルス数に依存する。さらに、１パルス
当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビー
ムのエネルギー密度によって制御可能である。加えて、
加工される材質によって上記アブレーション加工に必要
なレーザビームのエネルギー密度が異なり、例えば本実
施例で用いたポリイミドのような高分子材料では１Ｊ／
ｃｍ²前後であり、金属、セラミック、ガラス材料では
１０Ｊ／ｃｍ²以上必要となる。従って、被加工物の材
質によってレーザ発振器１１の出力を決定し被加工物上
でのレーザビームのエネルギー密度を設定する必要があ
る。

【０１０６】また、マスク移動ステージ１３を移動する
ことによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマ
スクも移動する構成となっている。マスクが移動するこ
とによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、レ
ーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリ
イミドフィルム１８上で空間的に変化させることができ
る。レーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数
がポリイミドフィルム１８上で空間的に変化すれば、加
工形状および、加工深さ等の加工量がポリイミドフィル
ム１８上で変化することになる。

【０１０７】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能
であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することがで
きる。また、加工機構として、レーザビームによるアブ
レーション加工を用いることで短時間で、低温、低損傷
な制御性の高い加工を容易に行うことができる。

【０１０８】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えばＹＡＧレーザの高調波等
のエキシマレーザ以外のアブレーション加工が可能なレ
ーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるために
は、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能で
ある。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなく
ビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルタ
ー等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネ
ルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良
い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移
動の移動速度が同期していても良い。

【０１０９】（実施例１３）以下、本発明の第１３の実
施例について図１３を参照して説明する。

【０１１０】図１３は本発明の第１３の実施例における
レーザを用いた加工装置の構成図である。図１３におい
て、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレー
ザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３は
マスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基
板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパター
ン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第
２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投
影する縮小光学系、１３１は被加工物であるフォトレジ
スト、１３２はフォトレジスト１３１が塗布されている
シリコンウェハを示す。

【０１１１】以下、図１３に基づき本発明の加工方法に
ついて簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８
ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から
出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１
５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出
射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１
３に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施
例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成さ
れる。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のう
ちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレー
ザビーム１６がフォトレジスト１３１に照射される。第
２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマス
クパターン１５の縮小投影像の形状にフォトレジスト１
３１を露光する。第２のレーザビーム１６が照射された
フォトレジスト１３１のレーザビーム１６の照射された
部分で材料変性（感光現象）が生じ、現像することによ
って除去することが可能となる。

【０１１２】マスク移動ステージ１３を移動することに
よって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも
移動する構成となっている。マスクが移動することによ
ってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第２のレ
ーザビーム１６の照射位置および、照射量をフォトレジ
スト１３１上で空間的に変化させることができる。第２
のレーザビーム１６の照射位置および、照射量がフォト
レジスト１３１上で変化すれば、加工形状および、露光
量もフォトレジスト１３１上で変化することになる。

【０１１３】以上のように、マスク移動によって被加工
物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を
制御することができ、従来の加工方法と比較して容易
に、加工位置および物性変化量を高精度に制御可能であ
り、形状変化を伴わない複雑かつ微細な材料変性加工を
実施することができる。

【０１１４】なお、本実施例では加工用光源としてエキ
シマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡ
Ｇレーザ等のエキシマレーザ以外の材料変性が可能なパ
ルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良
い。また、材料変性はフォトレジストの感光現象とした
が屈折率変化等の光学定数変化を伴う物性変化でも良
い。さらに、加工位置および、加工量を変化させるため
には、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能
である。加えて、加工量の制御は照射量ではなくビーム
の経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を
挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー
密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さ
らに、パルスレーザ光源を用いてパルス周期とマスク移
動の移動速度が同期していても良い。

【０１１５】

【発明の効果】以上のように、本発明の加工装置を用い
ることで、第１に、上記構成によって被加工物に照射さ
れる加工光の量を任意に制御することにより、従来の加
工装置と比較して容易に、加工位置および加工深さ等の
加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状
の加工を実現することができる。

【０１１６】また、第２に、被加工物に照射される加工
光を複数に分岐する光分岐光学系を用いることによって
同時に、複数の被加工物および、被加工物上の複数の場
所に加工位置および、加工量が高精度に制御された複雑
かつ微細な形状の加工を容易に施すことができる。

【０１１７】また、第３に、レーザ光によるアブレーシ
ョン加工を行うことにより、被加工物に対して低温、低
損傷で複雑かつ微細な加工を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第８、第１０、第１２の実施例
におけるレーザを用いた加工装置の構成図

【図２】本発明の第２の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図３】本発明の第３の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図４】本発明の第４の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図５】本発明の第５の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図６】本発明の第６の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図７】本発明の第７の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図８】本発明の第８の実施例における対称中心を有す
るマスクパターンの模式図

【図９】本発明の第９の実施例におけるレーザを用いた
加工装置の構成図

【図１０】本発明の第１０の実施例におけるマスクパタ
ーンおよび加工状態の模式図

【図１１】本発明の第１１の実施例におけるレーザを用
いた加工装置の構成図

【図１２】本発明の第１１の実施例における点対称な形
状を有するマスクパターンおよび加工状態の模式図

【図１３】本発明の第１３の実施例におけるレーザを用
いた加工装置の構成図

【図１４】従来のエキシマレーザによる加工装置の構成
図

【符号の説明】

１１レーザ発振器１２第１のレーザビーム１３マスク移動ステージ１４石英基板１５マスクパターン１６第２のレーザビーム１７縮小光学系１８ポリイミドフィルム１９ガラス基板２１投影光学系２２第３のレーザビーム３１入射光調整光学系３２第２のレーザビーム３３第３のレーザビーム４１ポリイミド薄膜４２ガラス基板４３レーザダイオード５１ポリイミド薄膜５２石英基板６１光分岐光学系６２第３のレーザビーム６３第４のレーザビーム６４縮小光学系６５縮小光学系６６ポリイミドフィルム６７ポリイミドフィルム６８ガラス基板６９ガラス基板７１石英基板７２マスクパターン７３第２のレーザビーム８１透過部分８２不透過部分９１マスク移動ステージ９２ファンクションジェネレータ１０１透過部分１０２不透過部分１１１マスク取り付け円筒１１２駆動ベルト１１３同期モータ１１４中心位置移動機構１２１透過部分１２２不透過部分１３１フォトレジスト１３２シリコンウェハ１４１エキシマレーザ発振器１４２レーザビーム１４３マスク１４４折返しミラー１４５集光レンズ１４６ポリイミドフィルム１４７銅箔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根岸英彦神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を加工する加工光を射出する加
工用光源と、前記加工光に対して透明部分と不透明部分
を有し、前記加工光の少なくとも１部を透過して前記被
加工物の少なくとも１部に照射するマスクと、前記マス
クを前記加工光に対して移動させて前記被加工物上の前
記加工光の照射位置を変化させるマスク移動機構とを具
備する加工装置。
【請求項２】マスクと被加工物の間に、前記マスクの
マスクパターンの投影像を前記被加工物上で変化させる
投影光学系を具備することを特徴とする請求項１記載の
加工装置。
【請求項３】投影光学系が縮小光学系であることを特
徴とする請求項２記載の加工装置。
【請求項４】加工用光源とマスクの間に、加工光を前
記マスクの特定部分に入射させる入射光調整光学系を具
備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか記載の加工装置。
【請求項５】入射光調整光学系は、加工光が入射する
マスクの特定部分を空間的に移動させる請求項４記載の
加工装置。
【請求項６】マスクと被加工物の間に被加工物に照射
される加工光を複数に分岐する光分岐光学系を具備する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記
載の加工装置。
【請求項７】マスクが、透明材料と前記透明材料上に
形成した不透明材料により構成されることを特徴とする
請求項１ないし請求項６のいずれか記載の加工装置。
【請求項８】透明材料が不均一な厚みを有することを
特徴とする請求項７記載の加工装置。
【請求項９】マスクの透明部分の形状が点対称あるい
は線対称である請求項１ないし請求項８のいずれか記載
の加工装置。
【請求項１０】マスク移動機構がマスクを特定の周期
を持った繰り返し移動を行わせる請求項１ないし請求項
９のいずれか記載の加工装置。
【請求項１１】マスク移動機構がマスクを平行移動さ
せる請求項１ないし請求項１０のいずれか記載の加工装
置。
【請求項１２】マスク移動機構がマスクを回転させる
請求項１ないし請求項１０のいずれか記載の加工装置。
【請求項１３】マスクの透明部分の形状は点対称であ
り、かつマスク移動機構はマスクを回転させ、前記マス
クの対称中心と前記マスクの回転中心の相対位置を移動
させる移動機構を具備する請求項１ないし請求項１０の
いずれか記載の加工装置。
【請求項１４】加工用光源がレーザ光源であることを
特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか記載の
加工装置。
【請求項１５】レーザ光源が紫外レーザであることを
特徴とする請求項１４記載の加工装置。
【請求項１６】紫外レーザがエキシマレーザであるこ
とを特徴とする請求項１５記載の加工装置。
【請求項１７】紫外レーザがＹＡＧレーザの高調波で
あることを特徴とする請求項１５記載の加工装置。
【請求項１８】レーザ光源がパルス発振である請求項
１４ないし請求項１７のいずれか記載の加工装置。
【請求項１９】レーザ光源が周期的なパルス発振であ
り、かつパルス周期とマスクの移動が同期する請求項１
４ないし請求項１７のいずれか記載の加工装置。
【請求項２０】加工がレーザ光によるアブレーション
加工であることを特徴とする請求項１５ないし請求項１
９のいずれか記載の加工装置。