WO2020013122A1 - レーザ加工装置、レーザ加工方法及び成膜マスクの製造方法 - Google Patents

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line beam
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齋藤　雄二
平山　秀雄
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株式会社ブイ・テクノロジー
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly, to a laser processing apparatus, a laser processing method, and a method for manufacturing a film forming mask that reduce the tact time in a laser processing step.
  • a conventional laser processing apparatus irradiates a shadow mask provided with a plurality of opening windows corresponding to a plurality of processing marks to be laser-processed on a workpiece with laser light, and a laser beam passing through the opening windows causes the laser beam to pass through the opening window.
  • the above processing marks are laser-processed (for example, see Patent Document 1).
  • a processing mark is laser-processed on a predetermined region of the workpiece while irradiating the shadow mask with a plurality of shots of laser light, and when the processing is completed, the workpiece is placed.
  • This is a so-called step-and-repeat method in which the stage is moved by a predetermined distance, and an operation of laser machining a processing mark in another region of the workpiece in the same manner as described above is repeated. Therefore, the time required to move the stage by controlling the acceleration and deceleration while securing the distance is much longer than the laser processing time, and it is difficult to reduce the tact time in the laser processing step. Therefore, there was a problem that the manufacturing cost of the processed product was increased.
  • a laser processing apparatus includes a laser optical system that generates a line beam, and a plurality of laser optical systems that are disposed downstream of the laser optical system in the light traveling direction and are laser-processed on a workpiece.
  • a shadow mask provided with a plurality of opening windows corresponding to processing marks, a projection lens for projecting an image of the shadow mask on the workpiece, and the shadow mask for projecting the line beam irradiated on the shadow mask
  • a moving mechanism for moving the line beam in a direction intersecting the long axis of the line beam relative to the projection lens; and a stage for mounting and holding the workpiece.
  • the laser processing method according to the present invention is a method of irradiating a line mask on a shadow mask provided with a plurality of opening windows corresponding to a plurality of processing marks to be laser-processed on a workpiece, and passing the laser beam through the opening window.
  • the method for manufacturing a film forming mask according to the present invention is applicable to a plurality of opening patterns to be laser-processed on a mask member in which a resin film and a metal sheet made of a magnetic metal material provided with a plurality of through holes are laminated.
  • a method of manufacturing a film forming mask comprising: irradiating a line beam onto a shadow mask provided with a plurality of opening windows, and laser processing the opening pattern on the mask member by a laser beam passing through the opening windows.
  • the laser processing time of the predetermined region is determined by the moving speed of the line beam, unlike the related art which depends on the step moving time of the stage, and the moving speed of the line beam is substantially determined by the oscillation frequency of the laser. Since it is determined, laser processing that makes full use of the oscillation frequency of the laser can be performed. Therefore, the tact time of the laser processing step can be reduced, and the cost of the processed product can be reduced. In addition, since the workpiece is laser-processed while moving the line beam, the intensity distribution in the moving direction of the line beam is averaged and uniform, and a uniform processing mark with no excess or shortage can be formed.
  • FIG. 3 is a plan view showing a relationship between a line beam and a shadow mask.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a moving mechanism.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a control device. 4 is a table comparing the laser processing method according to the present invention and the conventional method with respect to the processing time of laser processing under the same conditions.
  • FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.
  • This laser processing apparatus irradiates a workpiece with a laser beam through a shadow mask to form a processing mark.
  • the workpiece is a resin film 7 made of, for example, polyimide or polyethylene terephthalate (PET) and a metal sheet 8 made of a magnetic metal material provided with a plurality of through holes 10.
  • PKT polyethylene terephthalate
  • metal sheet 8 made of a magnetic metal material provided with a plurality of through holes 10.
  • the processing trace is an opening pattern 11 formed in a portion of the resin film 7 located in the through hole 10 as shown in FIG. 2B will be described.
  • reference numeral 12 denotes a frame that supports the mask member 9.
  • a metal foil sheet having a thickness substantially equal to that of the resin film 7 (about 3 ⁇ m to about 10 ⁇ m) may be used.
  • an infrared laser beam is used, unlike ultraviolet rays described below.
  • the laser optical system 1 generates a laser beam L of a line beam Lb, and includes a laser light source 13, a front optical system 14, and a rear optical system 15 from the upstream side in the light traveling direction. .
  • the laser light source 13 emits laser light L having a wavelength in an ultraviolet region capable of ablating the resin film 7, and is, for example, an excimer laser or a YAG laser.
  • the wavelengths of the laser and the laser beam L to be used are appropriately selected according to the material of the workpiece.
  • the pre-stage optical system 14 includes a beam expander that expands the diameter of the laser light L emitted from the laser light source 13, a collimator lens that converts the expanded laser light L into parallel light, and an attenuator that adjusts the laser intensity.
  • a shutter for opening and closing the optical path of the laser light L, and has functions such as a beam profile check, a power monitor, and a beam position correction.
  • the rear optical system 15 includes a homogenizer for equalizing the intensity distribution of the laser beam L in the cross section and a cylindrical lens for converting the laser beam L having an enlarged diameter into a line beam Lb, for example.
  • reference numeral 16 denotes a plane reflecting mirror.
  • a shadow mask 2 is provided on the downstream side of the laser optical system 1 in the light traveling direction.
  • the shadow mask 2 is provided with a plurality of opening windows 17 corresponding to a plurality of opening patterns 11 to be laser-processed on the mask member 9 and branches the line beam Lb into a plurality of laser beams B.
  • the mask member 9 is irradiated with a plurality of openings 17 formed by etching or the like on an opaque film such as chromium adhered to the surface of transparent glass.
  • a plurality of opening windows 17 penetrating a metal sheet may be provided.
  • the shadow mask 2 of the present invention is larger than the conventional shadow mask so as to cover a larger area than the processing area on the mask member 9 covered by the conventional shadow mask.
  • a projection lens 3 is provided downstream of the shadow mask 2 in the light traveling direction.
  • the projection lens 3 projects the image of the shadow mask 2 onto the mask member 9.
  • the image of the opening window 17 of the shadow mask 2 is formed by the resin in the through hole 10 of the metal sheet 8.
  • the image is projected on the film 7 by reducing it to 1/5.
  • a moving mechanism 4 is provided so as to move the line beam Lb irradiated on the shadow mask 2 in a direction (Y-axis direction) intersecting with the long axis (X-axis) of the line beam Lb.
  • the moving mechanism 4 moves the line beam Lb during laser processing at a constant speed (constant speed).
  • a constant speed for example, an air slider, a linear guide, or the like that moves the subsequent optical system 15 of the laser optical system 1 is provided. It is composed of a ball screw and the like.
  • the projection lens 3 including the shadow mask 2 described below may be moved with respect to the line beam Lb.
  • the case where the line beam Lb is moved will be described.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the moving mechanism 4.
  • the moving mechanism 4 has a mirror configuration inserted in the optical path on the output side of the post-stage optical system 15, and includes a fixed reflective mirror 19 having two outer reflective surfaces 18 intersecting at an angle of 90 ° with each other, It has two inner reflecting surfaces 20 that intersect at an angle of 90 °, and the two inner reflecting surfaces 20 maintain a parallel state with the two outer reflecting surfaces 18 of the fixed reflecting mirror 19, and And a movable reflective mirror 21 which is separated and approached in a direction connecting the intersections of the inner reflective surfaces 18 and 20, and a movable planar reflective mirror 22 which bends the optical path of the output light reflected by the fixed reflective mirror 19 by, for example, 90 °. And is provided.
  • the line beam Lb is moved on the shadow mask 2 by moving the movable flat reflecting mirror 22 along the optical axis of the incident light.
  • the optical path length of the rear optical system 15 can be maintained by moving the movable reflection mirror 21 in synchronization with the movement of the movable flat reflection mirror 22.
  • the movable flat reflecting mirror 22 is moved from left to right by a distance D in FIG. 4, the movable flat reflecting mirror 22 is moved so as to increase the distance between the movable reflecting mirror 21 and the fixed reflecting mirror 19 by D / 2.
  • the reflection mirror 21 may be moved.
  • the moving mechanism 4 may be a combination of a galvano mirror or a polygon mirror and an f ⁇ lens. Accordingly, the line beam Lb can be swung right and left by the galvanometer mirror or the polygon mirror, and the speed of the line beam Lb moving on the shadow mask 2 by the f ⁇ lens can be made uniform.
  • a stage 5 is provided to face the projection lens 3.
  • the stage 5 mounts and holds the mask member 9 and is configured to be movable in a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis of the projection lens 3.
  • a control device 6 is electrically connected to the laser light source 13, the pre-stage optical system 14, the moving mechanism 4 and the stage 5.
  • the control device 6 controls each component to drive appropriately.
  • a laser light source controller 23 a pre-stage optical system controller 24, a moving mechanism controller 25, a stage controller 26, a memory 27, a calculation unit 28, and a central control unit 29.
  • the laser light source controller 23 controls the turning on and off of the laser light source 13, the oscillation frequency, and the like.
  • the upstream optical system controller 24 controls the attenuator of the upstream optical system 14 so that the intensity of the laser beam L can be adjusted and controls the opening and closing of the shutter.
  • the moving mechanism controller 25 controls the moving mechanism 4 to control the moving speed of the line beam Lb on the shadow mask 2.
  • the stage controller 26 controls the rotation angle of the stage 5 about the normal line at the center of the mounting surface of the stage 5, the moving direction, the moving speed, and the moving amount of the stage 5.
  • the memory 27 stores the oscillation frequency of the laser light source 13, the number of shots of laser processing, the moving speed of the line beam Lb, the moving speed and the moving amount of the stage 5, and the like. Further, the arithmetic unit 28 compares the moving speed of the line beam Lb read from the memory 27 with the actual moving speed of the line beam Lb, and controls the moving mechanism controller 25 so that the moving mechanism 4 is appropriately driven. At the same time, the moving speed and the moving amount of the stage 5 are read from the memory 27, and the stage controller 26 is controlled so that the stage 5 is appropriately driven by comparing with the actual moving speed and the moving amount of the stage 5. .
  • the central control unit 29 controls each component in an integrated manner.
  • alignment marks provided on the left and right sides of the center line in the Y-axis direction of the mask member 9 are photographed by an imaging camera (not shown), and the center line of the mask member 9 is moved to the stage 5 based on the photographed image.
  • the rotation angle of the stage 5 is adjusted by the stage controller 26 so as to match the moving direction (Y-axis direction).
  • the stage 5 is moved in the X-axis and Y-axis directions to adjust the irradiation position of the laser beam B to the laser processing start position of the mask member 9.
  • the optical system including the projection lens 3 is moved in the Z-axis direction and adjusted automatically so that the laser beam B is condensed on the resin film 7 by an auto-focus means (not shown). This completes the preparation for laser processing.
  • the laser light source 13 is turned on through the laser light source controller 23 of the control device 6, and the shutter of the front optical system 14 is opened through the front optical system controller 24 to start laser processing.
  • the laser light source 13 emits a laser beam L oscillating at, for example, 300 Hz and having a wavelength of 308 nm.
  • the laser beam L emitted from the laser light source 13 is expanded in beam diameter by the pre-stage optical system 14, is converted into parallel light, and enters the post-stage optical system 15.
  • the attenuator is adjusted in advance through the pre-stage optical system controller 24 so that the energy density of the laser light L is, for example, 400 mJ / cm 2 .
  • the laser light L incident on the rear-stage optical system 15 is made uniform in laser intensity by a homogenizer constituting the rear-stage optical system 15, and then converted into one line beam Lb by, for example, a cylindrical lens. Irradiation.
  • the moving mechanism 4 is driven under the control of the moving mechanism controller 25 of the control device 6 to move the rear optical system 15 at a constant speed in the Y-axis direction.
  • the line beam Lb moves on the shadow mask 2 at a constant speed in the Y-axis direction.
  • the moving speed of the plurality of laser beams B passing through the shadow mask 2 and irradiating the mask member 9 has a predetermined area of the mask member 9, for example, a 3 mm width equal to the width of the laser beam B in the Y-axis direction. It is determined that the region is processed by laser irradiation of 60 shots (300 Hz). Therefore, in the embodiment of the present invention, the moving speed of the laser beam B is 15 mm / sec on the mask member 9. In the embodiment of the present invention, since the magnification of the projection lens 3 is 1/5, the moving speed of the line beam Lb on the shadow mask 2 is 75 mm / sec.
  • the plurality of laser beams B that have passed through the shadow mask 2 are reduced to 1/5 by the projection lens 3 and are applied to an area of the mask member 9 having a width of 3 mm. Thereby, the resin film 7 located in the through hole 10 of the metal sheet 8 of the mask member 9 is ablated by the plurality of laser beams B, and a plurality of opening patterns 11 are formed.
  • the mask member 9 is laser-processed while the line beam Lb moves over the shadow mask 2 at a distance of 160 mm at the above-described speed of 75 mm / sec.
  • the region width 29 mm in the direction is laser-processed, and a plurality of opening patterns 11 are formed.
  • the shutter is closed by being driven by the pre-stage optical system controller 24, and the stage 5 is moved by the stage controller 26 in the predetermined direction. Is moved by a predetermined distance. Then, a new region of the mask member 9 is laser-processed in the same manner as described above, and the next plurality of opening patterns 11 are formed.
  • the line beam Lb may be returned to the movement start position at a high speed and then moved in the same manner as described above, or may be moved in the opposite direction from the movement end position to the movement start position at a speed of 75 mm / sec. Is also good.
  • the mask member 9 is laser-processed while moving the line beam Lb at a speed of 75 mm / sec, for example, at a distance of 160 mm. Therefore, the line beam required for one-step laser processing is performed.
  • the moving time of Lb is 2.13 sec.
  • the acceleration / deceleration time (total) at the start and stop of the movement of the line beam Lb is 1.0 sec, and the communication time between the control device 6 and the laser light source 13 is 0.5 sec.
  • the processing time of one-step laser processing is 3.63 sec.
  • the conventional method laser processing is performed in a state where the line beam Lb and the stage 5 are stopped. Therefore, in one-step laser processing, a region with a width of 3 mm in the Y-axis direction is irradiated with a laser beam L of 300 Hz. Done with shots. Therefore, the laser processing time of the processing region having a width of 3 mm is 0.2 sec. Further, as in the present invention, if the communication time between the control device 6 and the laser light source 13 is 0.5 sec, the processing time of one-step laser processing is 0.7 sec.
  • the stage 5 is step-moved every time the laser processing of the processing area of 3 mm width is completed, and the laser processing of the next processing area of 3 mm width is performed.
  • the laser processing of the region is performed by ten processing steps and nine step movements of the stage 5. Since the step moving time of the stage 5 is 1.70 sec, the processing time required for laser processing the same 29 mm (Y) width region as in the present invention by the conventional method is 22.3 sec in total, which is the present invention. This is much longer than the processing time of 3.63 sec.
  • the processing time for laser processing the mask member 9 having the same area is much shorter in the present invention than in the conventional method, and the present invention shortens the tact time for manufacturing a film forming mask. be able to.
  • the processing time can be further reduced, and the tact time can be further reduced.
  • the present invention is not limited to this, and an apparatus that performs laser annealing on amorphous silicon of a semiconductor substrate, an exposure apparatus, or The present invention can also be applied to other laser processing devices and laser processing methods such as a device for forming a via in a printed circuit board.
  • the printed circuit board as a workpiece includes a flexible printed board and a rigid board, and the via as a processing mark includes a through-hole via, a blind via, a buried via, a micro via, and the like.

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Abstract

本発明は、ラインビームＬｂを生成するレーザ光学系１と、前記レーザ光学系１の光進行方向下流側に配置され、マスク用部材９にレーザ加工される複数の開口パターンに対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスク２と、前記シャドーマスク２の像を前記マスク用部材９上に投影する投影レンズ３と、前記シャドーマスク２上に照射される前記ラインビームＬｂを前記シャドーマスク２及び前記投影レンズ３に対して相対的に、前記ラインビームＬｂの長軸と交差する方向に移動させる移動機構４と、前記マスク用部材９を載置して保持するステージ５と、を備えたものである。

Description

レーザ加工装置、レーザ加工方法及び成膜マスクの製造方法
　本発明は、レーザ加工装置に関し、特にレーザ加工工程のタクトタイムを短縮しようとするレーザ加工装置、レーザ加工方法及び成膜マスクの製造方法に係るものである。
　従来のレーザ加工装置は、被加工物にレーザ加工される複数の加工痕に対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスクにレーザ光を照射し、開口窓を通過したレーザビームにより被加工物に上記加工痕をレーザ加工するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１７／１５４２３３号
　しかし、このような従来のレーザ加工装置においては、シャドーマスクに複数ショットのレーザ光を照射しながら被加工物の所定領域に加工痕をレーザ加工し、それが終了すると被加工物を載置するステージを所定距離だけ移動して、被加工物の別の領域に上記と同様にして加工痕をレーザ加工するという動作を繰り返し行う、いわゆるステップアンドリピート方式のものであるため、上記ステージの移動精度を確保しながらステージを加速減速制御して移動するのに要する時間がレーザ加工時間よりも遥かに長くなり、レーザ加工工程のタクトタイムを短縮することが困難であった。そのため、加工製品の製造コストが高くなるという問題があった。
　そこで、本発明は、このような問題点に対処し、レーザ加工工程のタクトタイムを短縮しようとするレーザ加工装置、レーザ加工方法及び成膜マスクの製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によるレーザ加工装置は、ラインビームを生成するレーザ光学系と、前記レーザ光学系の光進行方向下流側に配置され、被加工物にレーザ加工される複数の加工痕に対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスクと、前記シャドーマスクの像を前記被加工物上に投影する投影レンズと、前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを前記シャドーマスク及び前記投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸と交差する方向に移動させる移動機構と、前記被加工物を載置して保持するステージと、を備えたものである。
　また、本発明によるレーザ加工方法は、被加工物にレーザ加工される複数の加工痕に対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスク上にラインビームを照射し、前記開口窓を通過したレーザビームにより前記被加工物に前記加工痕をレーザ加工するレーザ加工方法であって、前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを、レーザ加工中に前記シャドーマスク、及び該シャドーマスクの像を前記被加工物上に投影する投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸に交差する方向に移動するものである。
　さらに、本発明による成膜マスクの製造方法は、樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けた磁性金属材料から成るメタルシートとを積層したマスク用部材にレーザ加工される複数の開口パターンに対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスク上にラインビームを照射し、前記開口窓を通過したレーザビームにより前記マスク用部材に前記開口パターンをレーザ加工する成膜マスクの製造方法であって、前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを、レーザ加工中に前記シャドーマスク、及び該シャドーマスクの像を前記マスク用部材上に投影する投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸に交差する方向に移動するものである。
　本発明によれば、所定領域のレーザ加工処理時間は、ステージのステップ移動時間に依存する従来技術と違って、ラインビームの移動速度により決まり、ラインビームの移動速度は、略レーザの発振周波数により決まるので、レーザの発振周波数を十分に生かしたレーザ加工を行うことができる。したがって、レーザ加工工程のタクトタイムを短縮することができ、加工製品のコストを低減することができる。また、被加工物がラインビームを移動しながらレーザ加工されるため、ラインビームの移動方向の強度分布が平均化されて均一になり、過不足のない均一な加工痕を形成することができる。
本発明によるレーザ加工装置の一実施形態の概略構成を示す正面図である。 被加工物としてのマスク用部材を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は加工痕である開口パターンを示す要部拡大断面図である。 ラインビームとシャドーマスクとの関係を示す平面図である。 移動機構の一構成例を示す説明図である。 制御装置の一構成例を示すブロック図である。 同一条件の下でのレーザ加工の処理時間について、本発明によるレーザ加工方法と従来方法とを比較した表である。
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ加工装置の一実施形態の概略構成を示す正面図である。このレーザ加工装置は、シャドーマスクを介して被加工物にレーザビームを照射し加工痕を形成しようとするもので、レーザ光学系１と、シャドーマスク２と、投影レンズ３と、移動機構４と、ステージ５と、制御装置６と、を備えて構成されている。
　ここでは、被加工物が、図２（ａ）に示すように、例えばポリイミド又はポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルム７と複数の貫通孔１０を設けた磁性金属材料から成るメタルシート８とを積層したマスク用部材９であり、上記加工痕が、図２（ｂ）に示すように上記貫通孔１０内に位置する樹脂フィルム７の部分に形成された開口パターン１１である場合について説明する。なお、図２（ａ）において、符号１２は、マスク用部材９を支持するフレームである。
　樹脂フィルム７に替えて厚みが該樹脂フィルム７と略同等（約３μｍ～約１０μｍ）のメタル箔シートを使用してもよい。この場合、メタル箔シートに開口パターン１１を形成するためには、後述の紫外線と違って、赤外線のレーザ光が使用される。
　上記レーザ光学系１は、ラインビームＬｂのレーザ光Ｌを生成するものであり、光進行方向上流側からレーザ光源１３と、前段光学系１４と、後段光学系１５とを備えて構成されている。
　上記レーザ光源１３は、上記樹脂フィルム７をアブレート可能な紫外領域の波長を有するレーザ光Ｌを放射するものであり、例えばエキシマレーザやＹＡＧレーザ等である。なお、使用するレーザ及びレーザ光Ｌの波長は、被加工物の材料に応じて適宜選択される。また、上記前段光学系１４は、レーザ光源１３から放射されたレーザ光Ｌの径を拡大するビームエキスパンダや、拡大されたレーザ光Ｌを平行光にするコリメータレンズや、レーザ強度を調整するアッテネータや、レーザ光Ｌの光路を開閉するシャッタ等を備えて構成され、ビームプロファイルチェック、パワーモニター、ビーム位置補正等の機能を有するようにされている。さらに、上記後段光学系１５は、レーザ光Ｌの横断面内の強度分布を均一化するホモジナイザーや、径が拡大されたレーザ光ＬをラインビームＬｂに変換する、例えばシリンドリカルレンズ等を備えて構成されている。なお、図１において符号１６は、平面反射ミラーである。
　上記レーザ光学系１の光進行方向下流側には、シャドーマスク２が配置して設けられている。このシャドーマスク２は、図３に示すように、マスク用部材９にレーザ加工される複数の開口パターン１１に対応して複数の開口窓１７を設け、ラインビームＬｂを複数のレーザビームＢに分岐してマスク用部材９に照射するものであり、例えば透明ガラスの表面に被着されたクロム等の不透明膜に複数の開口窓１７をエッチング等により形成したものである。又は、メタルシートに貫通する複数の開口窓１７を設けたものであってもよい。詳細には、本発明のシャドーマスク２は、従来のシャドーマスクがカバーするマスク用部材９上の加工領域よりも広い領域をカバーするように、従来のシャドーマスクよりも大型のものである。
　上記シャドーマスク２の光進行方向下流側には、投影レンズ３が設けられている。この投影レンズ３は、シャドーマスク２の像をマスク用部材９上に投影するものであり、本実施形態においては、シャドーマスク２の開口窓１７の像をメタルシート８の貫通孔１０内の樹脂フィルム７上に１／５に縮小して投影するようになっている。
　図１に示すように、上記シャドーマスク２上に照射されるラインビームＬｂを、該ラインビームＬｂの長軸（Ｘ軸）と交差する方向（Ｙ軸方向）に移動可能に移動機構４が設けられている。この移動機構４は、レーザ加工中のラインビームＬｂの移動を等速（一定速度）で行わせるものであり、レーザ光学系１の後段光学系１５を移動させる例えばエアスライダーや、リニアガイドや、ボールねじ等で構成されている。なお、ラインビームＬｂに対してシャドーマスク２を含む後述の投影レンズ３を移動させてもよいが、ここでは、ラインビームＬｂを移動させる場合について説明する。
　図４は上記移動機構４の一構成例を示す説明図である。この移動機構４は、後段光学系１５の出力側の光路に挿入されたミラー構成のものであり、互いに９０°の角度で交差する二つの外側反射面１８を有する固定型反射ミラー１９と、互いに９０°の角度で交差する二つの内側反射面２０を有し、該二つの内側反射面２０が上記固定型反射ミラー１９の二つの外側反射面１８に対して平行状態を維持して、上記外側及び内側反射面１８，２０の各交点を結ぶ方向に離隔及び接近する可動型反射ミラー２１と、上記固定型反射ミラー１９で反射された出力光の光路を例えば９０°折り曲げる可動型平面反射ミラー２２と、を備えて構成されている。
　そして、上記可動型平面反射ミラー２２を入射光の光軸に沿って移動させることにより、ラインビームＬｂがシャドーマスク２上を移動するようにしている。この場合、可動型平面反射ミラー２２の移動に同期して可動型反射ミラー２１を移動させることにより、後段光学系１５の光路長を維持できるようにしている。具体的には、図４において可動型平面反射ミラー２２を左から右へ距離Ｄだけ移動させる場合、可動型反射ミラー２１と固定型反射ミラー１９との間隔をＤ／２だけ広げるように可動型反射ミラー２１を移動させるとよい。
　また、上記移動機構４は、ガルバノミラー又はポリゴンミラーとｆθレンズとを組み合わせたものであってもよい。これにより、ラインビームＬｂをガルバノミラー又はポリゴンミラーで左右に振ると共に、ｆθレンズでシャドーマスク２上を移動するラインビームＬｂの速度を等速にすることができる。
　上記投影レンズ３に対向してステージ５が設けられている。このステージ５は、マスク用部材９を載置して保持するものであり、投影レンズ３の光軸に直交する二次元平面内を移動可能に構成されている。
　上記レーザ光源１３、前段光学系１４、移動機構４及びステージ５に電気的に接続して制御装置６が設けられている。この制御装置６は、各構成要素が適切に駆動するように制御するものであり、図５に示すように、レーザ光源コントローラ２３と、前段光学系コントローラ２４と、移動機構コントローラ２５と、ステージコントローラ２６と、メモリ２７と、演算部２８と、中央制御部２９と、を備えている。
　ここで、上記レーザ光源コントローラ２３は、レーザ光源１３の点灯及び消灯、発振周波数等を制御するものである。また、前段光学系コントローラ２４は、前段光学系１４のアッテネータを制御してレーザ光Ｌの強度を調整可能とすると共に、シャッタの開閉を制御するものである。さらに、移動機構コントローラ２５は、移動機構４を制御してシャドーマスク２上のラインビームＬｂの移動速度を制御するものである。また、ステージコントローラ２６は、ステージ５の載置面の中心における法線を軸とするステージ５の回動角度、ステージ５の移動方向、移動速度及び移動量を制御するものである。さらに、メモリ２７は、レーザ光源１３の発振周波数及びレーザ加工のショット数、ラインビームＬｂの移動速度、ステージ５の移動速度及び移動量等を記憶するものである。さらにまた、演算部２８は、メモリ２７から読み出したラインビームＬｂの移動速度と実際のラインビームＬｂの移動速度とを比較して移動機構４が適切に駆動するように移動機構コントローラ２５を制御すると共に、メモリ２７からステージ５の移動速度及び移動量を読み出し、実際のステージ５の移動速度及び移動量と比較してステージ５が適切に駆動するようにステージコントローラ２６を制御するようになっている。そして、中央制御部２９は、各構成要素を統合して制御するものである。
　次に、このように構成されたレーザ加工装置を使用したレーザ加工方法について説明する。特に、ここでは、図６に示す同一の加工条件の下で行う成膜マスクの製造方法について、従来方式と比較して説明する。
　先ず、図１及び図２（ａ）に示すように、マスク用部材９の樹脂フィルム７を平坦なガラス基板３０に密着させた状態でステージ５上に載置する。
　次いで、マスク用部材９のＹ軸方向の中心線に対して左右に設けられたアライメントマークを図示省略の撮像カメラにより撮影し、その撮影画像に基づいてマスク用部材９の上記中心線がステージ５の移動方向（Ｙ軸方向）に合致するように、ステージコントローラ２６によりステージ５の回動角度を調整する。
　続いて、ステージ５をＸ軸及びＹ軸方向に移動してレーザビームＢの照射位置をマスク用部材９のレーザ加工開始位置に合せる。併せて、図示省略のオートフォーカス手段により、レーザビームＢが樹脂フィルム７上に集光するように投影レンズ３を含む光学系をＺ軸方向に移動して自動調整する。これにより、レーザ加工の準備が終了する。
　次に、制御装置６のレーザ光源コントローラ２３を通してレーザ光源１３が点灯されると共に、前段光学系コントローラ２４を通して前段光学系１４のシャッタが開かれてレーザ加工が開始される。この場合、レーザ光源１３からは、例えば３００Ｈｚで発振する波長が３０８ｎｍのレーザ光Ｌが放射される。レーザ光源１３から放射されたレーザ光Ｌは、前段光学系１４によりビーム径が拡大され、平行光にされて後段光学系１５に入射する。なお、事前に、レーザ光Ｌのエネルギー密度が例えば４００ｍＪ／ｃｍ２となるように、前段光学系コントローラ２４を通してアッテネータが調整されている。
　後段光学系１５に入射したレーザ光Ｌは、該後段光学系１５を構成するホモジナイザーによりレーザ強度が均一化された後、例えばシリンドリカルレンズにより１本のラインビームＬｂに変換されて後段のシャドーマスク２に照射する。
　同時に、制御装置６の移動機構コントローラ２５により制御されて移動機構４が駆動し、上記後段光学系１５をＹ軸方向に一定速度で移動する。これにより、ラインビームＬｂがシャドーマスク２上をＹ軸方向に等速で移動することになる。
　この場合、シャドーマスク２を通過し、マスク用部材９に照射する複数のレーザビームＢの移動速度は、マスク用部材９の所定領域、例えばレーザビームＢのＹ軸方向の幅に等しい３ｍｍ幅の領域が６０ショット（３００Ｈｚ）のレーザ照射により加工されるように決められている。したがって、本発明の実施例においては、レーザビームＢの移動速度はマスク用部材９上で１５ｍｍ／ｓｅｃとなる。本発明の実施例においては、投影レンズ３の倍率が１／５であるから、シャドーマスク２上のラインビームＬｂの移動速度は、７５ｍｍ／ｓｅｃとなる。
　シャドーマスク２を通過した複数のレーザビームＢは、投影レンズ３により１／５に縮小されてマスク用部材９の３ｍｍ幅の領域に照射する。これにより、マスク用部材９のメタルシート８の貫通孔１０内に位置する樹脂フィルム７が上記複数のレーザビームＢによりアブレートされ、複数の開口パターン１１が形成される。
　このとき、ラインビームＬｂが上記７５ｍｍ／ｓｅｃの速度でシャドーマスク２上を距離１６０ｍｍ移動しながらマスク用部材９がレーザ加工されるから、マスク用部材９には、１ステップの加工処理でＹ軸方向の領域幅２９ｍｍがレーザ加工され、複数の開口パターン１１が形成される。
　上記のようにしてラインビームＬｂを移動しながら、マスク用部材９の所定領域がレーザ加工されると、前段光学系コントローラ２４により駆動されてシャッタが閉じられ、ステージコントローラ２６によりステージ５が所定方向に所定距離だけステップ移動される。そして、マスク用部材９の新たな領域が上記と同様にしてレーザ加工され、次の複数の開口パターン１１が形成される。この場合、ラインビームＬｂは、一旦移動開始位置まで高速で戻ってから上記と同様に移動させてもよく、移動終了位置から移動開始位置に向けて反対方向に７５ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させてもよい。
　このように、本発明によれば、ラインビームＬｂを例えば７５ｍｍ／ｓｅｃの速度で距離１６０ｍｍを移動しながらマスク用部材９をレーザ加工するものであるので、１ステップのレーザ加工処理に要するラインビームＬｂの移動時間は、２．１３ｓｅｃとなる。また、図６に示すように、ラインビームＬｂの移動開始及び停止時の加減速時間（トータル）を１．０ｓｅｃとし、制御装置６とレーザ光源１３との間の通信時間を０．５ｓｅｃとすると、１ステップのレーザ加工の処理時間は３．６３ｓｅｃとなる。
　一方、従来方式によれば、レーザ加工は、ラインビームＬｂ及びステージ５を停止した状態で行われるため、１ステップのレーザ加工は、Ｙ軸方向の幅３ｍｍの領域が３００Ｈｚのレーザ光Ｌにより６０ショットで行われる。したがって、３ｍｍ幅の加工領域のレーザ加工時間は、０．２ｓｅｃとなる。また、本発明と同様に制御装置６とレーザ光源１３との間の通信時間を０．５ｓｅｃとすると、１ステップのレーザ加工の処理時間は０．７ｓｅｃとなる。
　従来方式においては、３ｍｍ幅の加工領域のレーザ加工が終了する毎にステージ５をステップ移動して次の３ｍｍ幅の加工領域がレーザ加工されるから、本発明と同様にＹ軸方向の幅２９ｍｍの領域をレーザ加工するには、１０回の処理ステップと、ステージ５の９回のステップ移動により実施されることになる。ステージ５のステップ移動時間は、１．７０ｓｅｃであるから、従来方式により本発明と同じ２９ｍｍ（Ｙ）幅の領域をレーザ加工するのに要する処理時間は、トータルで２２．３ｓｅｃとなり、本発明の処理時間３．６３ｓｅｃに比べて遥かに長くなる。
　したがって、同じ面積を有するマスク用部材９をレーザ加工する処理時間は、従来方式に比べて本発明の方が遥かに短くなり、本発明は、成膜マスクを製造するためのタクトタイムを短縮することができる。
　特に、本発明においては、シャドーマスク２のサイズが大きくなり、１回の処理面積が大きくなるほど処理時間をより短縮することができ、タクトタイムをより短縮することができる。
　なお、以上の説明においては、成膜マスクの製造装置及び成膜マスクの製造方法について説明したが、本発明はこれに限られず、半導体基板のアモルファスシリコンをレーザアニールする装置や、露光装置、又はプリント基板にビアを形成する装置等の他のレーザ加工装置及びレーザ加工方法にも適用することができる。被加工物としてのプリント基板には、フレキシブルプリント基板及びリジッド基板等が含まれ、加工痕としてのビアには、スルーホールビア、ブラインドビア、ベリードビア及びマイクロビア等が含まれる。
　１…レーザ光学系
　２…シャドーマスク
　３…投影レンズ
　４…移動機構
　５…ステージ
　７…樹脂フィルム
　８…メタルシート
　９…マスク用部材（被加工物）
　１０…貫通孔
　１１…開口パターン（加工痕）
　１７…開口窓
　Ｌｂ…ラインビーム
　Ｂ…レーザビーム

Claims (17)

  1. 　ラインビームを生成するレーザ光学系と、
    　前記レーザ光学系の光進行方向下流側に配置され、被加工物にレーザ加工される複数の加工痕に対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスクと、
    　前記シャドーマスクの像を前記被加工物上に投影する投影レンズと、
    　前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを前記シャドーマスク及び前記投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸と交差する方向に移動させる移動機構と、
    　前記被加工物を載置して保持するステージと、
    を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 　前記ラインビームの相対的な移動速度は、一定であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 　前記ステージは、前記投影レンズの光軸に直交する二次元平面内を移動可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
  4. 　前記被加工物は、樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けたメタルシートとを積層したマスク用部材であり、
    　前記加工痕は、前記貫通孔内に位置する前記樹脂フィルムの部分に形成される開口パターンである、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
  5. 　前記被加工物は、樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けたメタルシートとを積層したマスク用部材であり、
    　前記加工痕は、前記貫通孔内に位置する前記樹脂フィルムの部分に形成される開口パターンである、
    ことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
  6. 　前記被加工物は、プリント基板であり、
    　前記加工痕は、前記プリント基板に形成されるビアである、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記被加工物は、プリント基板であり、
    　前記加工痕は、前記プリント基板に形成されるビアである、
    ことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
  8. 　被加工物にレーザ加工される複数の加工痕に対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスク上にラインビームを照射し、前記開口窓を通過したレーザビームにより前記被加工物に前記加工痕をレーザ加工するレーザ加工方法であって、
    　前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを、レーザ加工中に前記シャドーマスク、及び該シャドーマスクの像を前記被加工物上に投影する投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸に交差する方向に移動することを特徴とするレーザ加工方法。
  9. 　前記ラインビームの相対的な移動速度は、一定であることを特徴とする請求項８記載のレーザ加工方法。
  10. 　前記シャドーマスク上の前記ラインビームの移動を終えると、前記被加工物を移動して該被加工物上の別の領域に、前記ラインビームを前記シャドーマスク及び前記投影レンズに対して相対移動しながら前記加工痕をレーザ加工することを特徴とする請求項８又は９記載のレーザ加工方法。
  11. 　前記被加工物は、樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けたメタルシートとを積層したマスク用部材であり、
    　前記加工痕は、前記貫通孔内に位置する前記樹脂フィルムの部分に形成される開口パターンである、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ加工方法。
  12. 　前記被加工物は、樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けたメタルシートとを積層したマスク用部材であり、
    　前記加工痕は、前記貫通孔内に位置する前記樹脂フィルムの部分に形成される開口パターンである、
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。
  13. 　前記被加工物は、プリント基板であり、
    　前記加工痕は、前記プリント基板に形成されるビアである、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ加工方法。
  14. 　前記被加工物は、プリント基板であり、
    　前記加工痕は、前記プリント基板に形成されるビアである、
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。
  15. 　樹脂フィルムと複数の貫通孔を設けた磁性金属材料から成るメタルシートとを積層したマスク用部材にレーザ加工される複数の開口パターンに対応して複数の開口窓を設けたシャドーマスク上にラインビームを照射し、前記開口窓を通過したレーザビームにより前記マスク用部材に前記開口パターンをレーザ加工する成膜マスクの製造方法であって、
    　前記シャドーマスク上に照射される前記ラインビームを、レーザ加工中に前記シャドーマスク、及び該シャドーマスクの像を前記マスク用部材上に投影する投影レンズに対して相対的に、前記ラインビームの長軸に交差する方向に移動することを特徴とする成膜マスクの製造方法。
  16. 　前記ラインビームの相対的な移動速度は、一定であることを特徴とする請求項１５記載の成膜マスクの製造方法。
  17. 　前記シャドーマスク上の前記ラインビームの移動を終えると、前記マスク用部材を移動して該マスク用部材上の別の領域に、前記ラインビームを前記シャドーマスク及び前記投影レンズに対して相対移動しながら前記開口パターンをレーザ加工することを特徴とする請求項１５又は１６記載の成膜マスクの製造方法。
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