JPH0783950B2

JPH0783950B2 - 光処理装置

Info

Publication number: JPH0783950B2
Application number: JP2114795A
Authority: JP
Inventors: 信行頭本; 俊憲八木; 康人名井; 淑恵内山; 正明田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-04-28
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPH03210987A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えばマスクを用いてレーザによりプリン
ト基板のバイアホール（via hole）の加工等を行なう光
処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図、第８図は、例えば特開昭63−220991号公報に示
された従来の光処理装置であるレーザ加工装置を示すも
ので、第７図は装置の構成を示す構成図、第８図はマス
クの平面図である。

これらの図において、（１）は光線（図示せず）から発
せられたレーザ光であり、エキシマレーザが用いられて
いる。（２）はレーザ光（１）のビームを拡大するビー
ムエキスパンダ、（３）はマスクであり、第８図に示さ
れるように光を透過させる合成石英製の光透過板（3a）
の上に光を通過させる光通過部が所定の形状のパターン
（3b）を構成するように光を遮断する遮光部（3c）を薄
膜により形成し、光透過板（3a）を通して光を通過、即
ち透過させるようにしている。

なお、第８図においては図示の都合上パターン（3b）を
連続した形状のようにして示しているが、正確には、直
径20〔μｍ〕程度の光通過窓が多数、図のパターン（3
b）のような模様を描くように配設されているもので、
１平方センチメートル当り100個程度散在している。従
って、マスク（３）の開口率（光の通過部であるパター
（3b）の面積のマスク全体の面積に対する割合）は0.03
％程度である。（４）は、焦点距離ｆの結像レンズであ
り、マスク（３）から距離Ａ離して設けられている。
（５）は被処理物であるポリイミド製のプリント基板で
あり、結像レンズ（４）と距離Ｂを置いて設けられてい
る。

次に動作について説明する。レーザ光（１）はビームエ
キスパンダ（２）により、マスク（３）のパターンの大
きさまで拡張されてマスク（３）に照射される。マスク
（３）は、例えば第８図に示される所定のパターン（3
b）に対応する部分のみレーザ光（１）が通過する。そ
の後レーザ光（１）は結像レンズ（４）に入射して、結
像レンズ（４）、マスク（３）及びプリント基板（５）
相互間の距離の間に次の関係式 1/A＋1/B＝1/f が成立する時、マスク（３）のパターン（3b）が反転し
た形状でプリント基板（５）上に投影され、プリント基
板（５）上にそのパターンに従ってバイアホール（5a）
が加工される。この時、マスク（３）のパターン（3b）
に対応する投影像の倍率は、B/Aとなる。

なお、マスク（３）の開口率は、0.03％と小さく、残る
99.97％の光はマスク（３）により吸収ないし反射され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のレーザ加工装置は以上のように構成されているの
で、マスクに照射されたレーザ光の大部分がマスク
（３）で吸収あるいは反射され、レーザ光のエネルギー
は殆ど（上記従来例では99.97％）が加工に使われるこ
となく損失となり、光の利用効率が低いという問題点が
あった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、光の利用効率が高い光処理装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る光処理装置は、光を反射する反射部をマ
スクに設けるとともにこの反射部に対向させて反射手段
を設けてマスクの反射部で反射された光をさらにマスク
に向けて反射させるようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、マスクに設けられた反射部が光通
過部を通らず有効に利用されない光を反射してマスクに
吸収されるのを防止し、反射手段により反射部から反射
された光を再びマスクへ反射しかえして光通過部を通ら
せ利用できるようにする。即ち、マスクに吸収されたり
反射され散乱して失なわれてしまう分を減少させて光の
エネルギーを有効に利用する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を構成図である第１図に基づ
いて説明する。第１図において、レーザ光（１）は波長
248〔nm〕のKrFエキシマレーザ光を用いた。（11）は集
光レンズであり、レーザ光（１）を集光する。（12）は
マスクで、合成石英板から成る光透過板（12a）の上に
所定の形状のパターン（12b）を残して蒸着されたアル
ミニウム膜から成る反射率90％以上の反射部である反射
膜（12c）により構成されている。（13）はレーザ光
（１）をマスク（12）上に導く穴（13a）を有し半径ｒ
の半球面を持つ反射手段としての球面鏡で、反射膜（12
c）で反射された光を再びマスク（12）へ反射する。他
は第７図の従来装置と同様であるので相当部分に同一符
号を付して説明を省略する。

次に動作について説明する。レーザ光（１）は集光レン
ズ（11）で集光されて球面鏡（13）の穴（13a）を通過
する。穴（13a）は集光レンズ（11）の焦点近くに設け
ると、小さい穴でもレーザ光は球面鏡（13）に妨げられ
ることなく通過する。次にレーザ光（１）の一部はマス
ク（12）のパターン（12b）を通過する。レーザ光
（１）の残りの大部分は反射膜（12c）で反射され、さ
らに球面鏡（13）で反射されてマスク（12）を再び照射
し、その一部がマスク（12）のパターン（12b）を通過
する。レーザ光は反射膜（12c）と球面鏡（13）との間
で上記の動作を繰り返す。以上のようにしてマスク（1
2）のパターン（12b）を通過したレーザ光（１）は、従
来の装置の場合より高強度であり、このレーザ光（１）
はさらに結像レンズ（４）に入射した後、従来の装置と
同様にしてプリント基板（５）にバイアホール（5a）を
加工する。

以下にマスク（12）のパターン（12b）を通過するレー
ザ光（１）が、従来の装置の場合よりも高強度になる理
由を説明する。ここでは説明を簡単にするために、第２
図に示すようにレーザ光（１）が照射されるマスク（1
2）の反射膜（12c）の有効反射面を半径ｒの円形とす
る。マスク（12）及び球面鏡（13）のレーザ光（１）を
反射する面の表面積S0及びS1は、それぞれ次のようにな
る。

S0＝πr² S1＝２πr²＝2S0 次にマスク（12）を最初に照射するレーザ光（１）の強
度I0とその後マスク（12）の反射膜（12c）及び球面鏡
（13）で繰り返し反射してマスク（12）を照射するレー
ザ光（１）の強度I1を計算する。レーザ光（１）の出力
をＰとすると、I0は次のようになる。

I0＝P/S0 I1はマスク（12）と球面鏡（13）との間の多重反射光強
度の和であって、直接計算することは困難であるので、
完全な球面内における多重反射光強度計算の結果を代用
すると、次のようになる。

I1＝（P/S）・ρ／（１−ρ）Ｓ＝S0＋S1＝3S0 ここで ρ：反射面の反射率 s:反射面積従って、マスク（12）を照射するレーザ光（１）の全強
度Ｉは次のようになる。

Ｉ＝I0＋I1＝I0＋（I0/3）・ρ／（１−ρ）アルミニウム蒸着膜から成る反射膜（12c）の反射率ρ
は、0.9以上であるから、Ｉ≧４・I0 となるので、マスク（12）を照射するレーザ光（１）の
強度がI0である従来の装置に比べて、この一実施例によ
るレーザ光（１）の強さは４倍以上となり利用効率がは
るかに高いことは明らかである。

なお、上記一実施例では反射膜（12c）アルミニウム蒸
着膜を用いたが、誘電体多層膜を用いてもよい。

また、上記一実施例ではマスク（12）を通過した光を結
像レンズ（４）によってプリント基板（５）上へ転写し
ているが、第３図のように、マスク（12）とプリント基
板（５）とを近接させて転写しても、同様の効果を奏す
る。この場合マスク（12）のパターン（12b）に対応す
るプリント基板（５）上への投影像の倍率は１のままで
あるが、装置に第３図に結像レンズ（４）を備える必要
がなく、装置の構成が容易になる。さらに、第１図の実
施例では球面鏡（12）を使用しているが、放物面鏡その
他の形状のものや小さい平面鏡を組み合せて所要の反射
面を有する反射鏡としたものであってもよい。

第４図はさらにこの発明の他の実施例を示す構成図であ
り、図において、（21）はマスクであり、合成石英板の
光透過板（21a）の上にパターン（21）を形成するよう
に反射率99％の誘電体多層膜による反射膜（21c）を設
けている。（22）は同じく誘電体多層膜による反射面を
有する反射率99％の平面鏡であり、図のようにマスク
（21）の反射膜（21c）平行に対向されて配設されてい
る。

次に動作について説明する。レーザ光（１）がマスク
（21）の上端部に斜め上方から照射される。このレーザ
光（１）は反射膜（21c）と平面鏡（22）との間で反射
を繰り返しながらマスク（21）の下端部まで移動する。
その間、マスク（21）のパターン（21b）を通過したレ
ーザ光（１）は結像レンズ（４）に入射した後、従来の
装置と同様にしてプリント基板（５）を加工する。この
時、最初にレーザ光（１）がマスク（21）を照射する角
度は、平面鏡（22）で反射されたレーザ光（１）が隙間
なくマスク（21）面を照射するように決められている。
また、マスク（21）のパターン（21b）を通過した箇所
は、レーザ光（１）の欠けになるが、レーザ光（１）が
通過したパターン（21b）の幅（正確には直径20〔μ
ｍ〕の光通過窓の集合）寸法に比べてマスク（21）と平
面鏡（22）との距離は十分大きい（例えば20〔mm〕）の
で、マスク（21）で反射されたレーザ光（１）が平面鏡
（22）で反射されて再びマスク（21）へ戻るまでにレー
ザ光の（１）の欠けは消えている。

以上のように、マスク（21）を一度照射した光が繰り返
し利用されるようにしているので、レーザ光（１）の光
利用効率が高くなる。

以下にレーザ光（１）の利用効率が従来の装置の場合に
比べて向上することを具体的に説明する。第４図におい
て、レーザ光（１）の出力はP,ビームの断面形状は10×
30〔mm×mm〕の長方形、マスク（21）は一辺30〔mm〕の
正方形で、マスク（21）におけるこのパターン（21b）
の開口率は第８図の従来例と同様0.03％である。

最初レーザ光源から光強度I0のレーザ光が放出され、こ
の光は引き続きコリメータ（図示せず）によってビーム
断面形状が２×30〔mm×mm〕と1/5に縮小された矩形状
ビームに整形される。この時のレーザ光（１）の光強度
Ｉは初期強度I0の５倍になる。この光強度Ｉのレーザ光
（１）は、マスク（21）に斜め上方から照射されて、マ
スク（21）と平面鏡（22）との間で繰り返し反射され
る。この時、丁度パターン（21b）の所へ来たレーザ光
（１）がマスク（21）を通過するが、マスク（21）にお
けるパターン（21b）の開口率は0.03％と小さいため、
マスク（21）を通過する光の損失はマスク（21）の反射
膜（21c）と平面鏡（22）の反射面の損失の１％に比べ
て無視できる。そこでマスク（21）の反射膜（21c）及
び平面鏡（22）の反射率は99％であるから、レーザ光
（１）の多重反射に伴う減衰は、マスク（21）の下端部
に到達するまでに計８回反射がくりかえされるので（0.
99）の８乗≒0.92と求められる。即ち、マスク（21）に
照射されるレーザ光（１）は８％程度の分布を持つこと
になる。従って、レーザ光（１）の照射強度Ｉ＝５・I0
に対し92％の強度を維持しながら、マスク（21）の全面
にレーザ光（１）を照射することができる。第７図の従
来の装置の場合、マスク（３）に照射されるレーザ光
（１）の強度Ｉは、初期強度I0に等しいので、本発明に
よれば、光利用効率は従来の装置に比べて少なくとも５
×0.92＝4.6倍になっている。

なお、第４図の実施例ではマスク（21）と平面鏡（22）
との間を多重反射して、利用されずにマスクの下端部か
ら出たレーザ光（１）はそのまま損失となってしまう
が、第５図に示されるように、その光を再度マスク（2
1）に戻すようにミラー（23）を平面鏡（22）の下方に
設置すれば更に光利用効率を高めることができる。

また、第６図に示されるように、二つのレーザ光（１）
をそれぞれ別の方向から、即ちマスク（21）の上，下端
部からマスク（21）に照射すると、より均一にマスク
（21）面を照射することができる。さらに第６図の実施
例において、第５図の実施例におけるミラー（23）をハ
ーフミラーに置き換えてレーザ光（１）をこのハーフミ
ラーを通してマスク（21）に入射させるとともにマスク
（21）の反射膜（21c）によって反射されたレーザ光も
ハーフミラーによって反射させるようにすることも可能
である。

以上の各実施例において、光の通過部であるパターン
（12b），（21b）は光透過板（12a），（21a）の上に形
成されるものを示したが、光透過板を用いずに例えば金
属薄板に所定の形状の透孔を穿設して、光の通過部とし
ても良い。

また、光はレーザ光に限られるものではなく、他の光で
あっても同様の効果を奏するし、光処理装置はレーザ光
によるアブレーション（ablation）加工に限らず他の加
工を行うものやフォトリソグラフィにおける露光装置等
であっても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればマスクに反射部を設け
るとともに反射手段によりマスクへ再び光を反射しかえ
すように構成したので、光の利用効率が高い光処理装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はこの発明の一実施例によるレーザ加工
装置を示すもので、第１図は構成図、第２図はマスクと
球面鏡の関係を示す平面図、第３図〜第６図はそれぞれ
この発明の他の実施例であるレーザ加工装置を示す構成
図、第７図は従来のレーザ加工装置を示す構成図、第８
図はマスクの平面図である。図において、（１）はレーザ光、（５）はプリント基
板、（12），（21）はマスク、（12b），（21b）はパタ
ーン、（12c），（21c）は反射膜、（13）及び（22）は
それぞれ反射手段としての球面鏡及び平面鏡である。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山淑恵兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者田中正明兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内 (56)参考文献特開平３−94989（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の形状を有し光源からの光を通過させ
る光通過部と上記光を反射する反射部とを設けたマスク
及び上記反射部に対向して設けられ上記反射部で反射さ
れた上記光を上記マスクに向けて反射する反射手段を備
え、上記光通過部を通過した上記光により上記所定の形
状に従って被処理物を処理する光処理装置。
【請求項２】反射手段はマスクに向かい合わせて配置し
た球面鏡であることを特徴とする特許請求範囲第１項記
載の光処理装置。
【請求項３】反射手段はマスクに向かい合わせて配置し
た平面鏡であることを特徴とする特許請求範囲第１項記
載の光処理装置。
【請求項４】光源から発せられる光は斜め上方よりマス
クに入射することを特徴とする特許請求範囲第３項に記
載の光処理装置。
【請求項５】反射手段はマスクの面に平行に配置し、反
射部より反射された光を上記マスクに向かって反射する
第一の平面と上記マスクの面と非平行に配置し、上記反
射部より反射された光のうち上記第一の平面により反射
されない光を上記マスクに向けて反射する第二の平面か
ら構成される鏡であることを特徴と特許請求範囲第１項
に記載の光処理装置。