JPH10323787A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
- Publication number
- JPH10323787A JPH10323787A JP9133589A JP13358997A JPH10323787A JP H10323787 A JPH10323787 A JP H10323787A JP 9133589 A JP9133589 A JP 9133589A JP 13358997 A JP13358997 A JP 13358997A JP H10323787 A JPH10323787 A JP H10323787A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- processing apparatus
- light
- modulation element
- laser processing
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ加工装置によって被加工物にマーキン
グされた穴は、ガウシアンビーム形状となり、斜め方向
からの視認性が悪かった。このような不具合を解消した
光学系は、被加工物を移動させるマーキングには適用す
ることができた。しかしｆθレンズを用いた走査光学系
には適用することができなかった。 【解決手段】 所望のビーム系に変換されたレーザビー
ムが、空間変調素子３によって強度分布が矩形状に変換
されるようにする。空間変調素子３は、回析光の高次次
数への光量を多く分配した位相板とする。位相板の空間
変調素子３は、格子の位相深さとピッチとの比が１．４
４ラディアン近傍とする。
グされた穴は、ガウシアンビーム形状となり、斜め方向
からの視認性が悪かった。このような不具合を解消した
光学系は、被加工物を移動させるマーキングには適用す
ることができた。しかしｆθレンズを用いた走査光学系
には適用することができなかった。 【解決手段】 所望のビーム系に変換されたレーザビー
ムが、空間変調素子３によって強度分布が矩形状に変換
されるようにする。空間変調素子３は、回析光の高次次
数への光量を多く分配した位相板とする。位相板の空間
変調素子３は、格子の位相深さとピッチとの比が１．４
４ラディアン近傍とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ハ（以下、「ウェハ」という）などのシリコン材料やガ
ラス材料などの被加工物にマーキングするためのレーザ
加工装置に関し、特に、ｆθレンズを用いた走査光学系
でも視認性の良好なマーキングをすることができるレー
ザ加工装置に関する。
ハ（以下、「ウェハ」という）などのシリコン材料やガ
ラス材料などの被加工物にマーキングするためのレーザ
加工装置に関し、特に、ｆθレンズを用いた走査光学系
でも視認性の良好なマーキングをすることができるレー
ザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザを利用して被加工物の表面に穴を
形成することによってマーキングするレーザ加工装置は
種々の分野で利用されており、例えば、ガラスやプラス
チック材料などへの製造者管理番号をマーキングするた
めに使用されている。また、半導体装置の製造工程にお
いてはプロセス管理のため、レーザによってウェハごと
にロット番号などが記録されるが、クリーンなプロセス
の中でゴミが発生しないようにするため、レーザ加工装
置が使用されている。
形成することによってマーキングするレーザ加工装置は
種々の分野で利用されており、例えば、ガラスやプラス
チック材料などへの製造者管理番号をマーキングするた
めに使用されている。また、半導体装置の製造工程にお
いてはプロセス管理のため、レーザによってウェハごと
にロット番号などが記録されるが、クリーンなプロセス
の中でゴミが発生しないようにするため、レーザ加工装
置が使用されている。
【０００３】最近ではマーキングされたウェハ上に膜が
多層成長されるため、マーキングはその多層の膜を通し
ても認識することができるようにドット状の穴を深くし
て、視認性を向上させている。マーキングの穴を深くす
るために、レーザのパワーを強くすると、ゴミが発生す
るという問題を生じる。
多層成長されるため、マーキングはその多層の膜を通し
ても認識することができるようにドット状の穴を深くし
て、視認性を向上させている。マーキングの穴を深くす
るために、レーザのパワーを強くすると、ゴミが発生す
るという問題を生じる。
【０００４】したがって、マーキングの穴を深くするた
めには、従来、ゴミが発生しないような弱いパワーのレ
ーザを回数を重ねて照射していた。しかし、複数回のレ
ーザ照射によって加工すると、時間がかかり作業効率が
悪く、また、マーキングの周辺部が熱の蓄積で変形を起
こすという不都合が生じる。
めには、従来、ゴミが発生しないような弱いパワーのレ
ーザを回数を重ねて照射していた。しかし、複数回のレ
ーザ照射によって加工すると、時間がかかり作業効率が
悪く、また、マーキングの周辺部が熱の蓄積で変形を起
こすという不都合が生じる。
【０００５】また、図４に示すように、被加工物６に形
成されたマーキングＭが、ガウシアンビームの形状に近
い先細りの滑らかな形状の穴では、照明光が散乱される
方向は、垂直に近い成分が多く、斜め方向の視認性が悪
い。したがって、マーキングＭのプロファイルは矩形状
になるように加工することが好ましい。そこで、レーザ
光のプロファイルが矩形状の分布になるようなスリット
結像法を適用したレーザ加工装置が提案されている。
成されたマーキングＭが、ガウシアンビームの形状に近
い先細りの滑らかな形状の穴では、照明光が散乱される
方向は、垂直に近い成分が多く、斜め方向の視認性が悪
い。したがって、マーキングＭのプロファイルは矩形状
になるように加工することが好ましい。そこで、レーザ
光のプロファイルが矩形状の分布になるようなスリット
結像法を適用したレーザ加工装置が提案されている。
【０００６】この従来のレーザ加工装置は図５に示すよ
うに、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光源
１から出射されたレーザ光を所望のビーム径に変換する
コリメータ２と、ビーム径を変換するレンズ１８と、レ
ーザ光を切り出すスリット１９と、レーザ光の走査方向
を転換するミラー２０と、移動台２２上に載せられたウ
ェハなどの被加工物６にレーザ光を集光させる結像レン
ズ２１とから構成される。
うに、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光源
１から出射されたレーザ光を所望のビーム径に変換する
コリメータ２と、ビーム径を変換するレンズ１８と、レ
ーザ光を切り出すスリット１９と、レーザ光の走査方向
を転換するミラー２０と、移動台２２上に載せられたウ
ェハなどの被加工物６にレーザ光を集光させる結像レン
ズ２１とから構成される。
【０００７】このようなレーザ加工装置において、コリ
メータ２によって所望のビーム径に変換されたレーザ光
は、スリット１９によって切り出され、プロファイルが
矩形状となって被加工物上に結像する。しかし、レーザ
光がスリット１９を通過するときに、エネルギを大きく
損失する。したがって上記のレーザ加工装置は、効率が
悪いだけでなく、高いエネルギ密度を得られないなどの
欠点がある。
メータ２によって所望のビーム径に変換されたレーザ光
は、スリット１９によって切り出され、プロファイルが
矩形状となって被加工物上に結像する。しかし、レーザ
光がスリット１９を通過するときに、エネルギを大きく
損失する。したがって上記のレーザ加工装置は、効率が
悪いだけでなく、高いエネルギ密度を得られないなどの
欠点がある。
【０００８】このような欠点を解消する光学系が特開平
２−３２３１７号公報に開示されている。この光学系
は、横方向のエネルギ密度を均一にする凹面の複眼円筒
レンズと、それによって発散した光を集める凸面の円筒
レンズと、ビームを縮小又は拡大する球面レンズと、ビ
ームの縦方向の幅を所望の幅にするための円筒レンズと
から構成される。上記のような構成にすることによっ
て、所望の縦横比の矩形ビームが生成され、被加工物上
に結像する。
２−３２３１７号公報に開示されている。この光学系
は、横方向のエネルギ密度を均一にする凹面の複眼円筒
レンズと、それによって発散した光を集める凸面の円筒
レンズと、ビームを縮小又は拡大する球面レンズと、ビ
ームの縦方向の幅を所望の幅にするための円筒レンズと
から構成される。上記のような構成にすることによっ
て、所望の縦横比の矩形ビームが生成され、被加工物上
に結像する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】特開平２−３２３１７
号公報に開示された光学系は、結像光学系であるため、
被加工物を移動させてマーキングするには適用すること
ができるが、ｆθレンズを用いた走査光学系には適用す
ることができない。
号公報に開示された光学系は、結像光学系であるため、
被加工物を移動させてマーキングするには適用すること
ができるが、ｆθレンズを用いた走査光学系には適用す
ることができない。
【００１０】また、この光学系はマスクを用いないた
め、レーザ光の強度分布が周辺部で裾野を引いてしま
う。マスクを用いるとマスクによる損失が依然として生
じてしまい、十分な加工をするためには、大出力のレー
ザ走査加工装置が必要となる。
め、レーザ光の強度分布が周辺部で裾野を引いてしま
う。マスクを用いるとマスクによる損失が依然として生
じてしまい、十分な加工をするためには、大出力のレー
ザ走査加工装置が必要となる。
【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、ｆθレンズを用いた走査光学系でも視
認性の良好なマーキングをすることができるレーザ加工
装置を提供することを目的とする。
れたものであり、ｆθレンズを用いた走査光学系でも視
認性の良好なマーキングをすることができるレーザ加工
装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工装置
は、レーザ光を出射するレーザ光源と、そのレーザ光源
から出射されたレーザ光を所望のビーム径に変換するレ
ーザ光整形手段と、そのレーザ光整形手段によって変換
されたレーザ光の強度分布を矩形状に変換する空間変調
素子と、その空間変調素子によって変換されたレーザ光
を被加工物上に走査させる走査光学系と、を有すること
を特徴とするものである。
は、レーザ光を出射するレーザ光源と、そのレーザ光源
から出射されたレーザ光を所望のビーム径に変換するレ
ーザ光整形手段と、そのレーザ光整形手段によって変換
されたレーザ光の強度分布を矩形状に変換する空間変調
素子と、その空間変調素子によって変換されたレーザ光
を被加工物上に走査させる走査光学系と、を有すること
を特徴とするものである。
【００１３】本発明によれば、空間変調素子が矩形状の
強度を有するレーザ光に変換するので、この矩形状のレ
ーザ光で被加工物上を走査すれば、浅くても視認性のよ
い加工形状のマーキングを得ることができる。
強度を有するレーザ光に変換するので、この矩形状のレ
ーザ光で被加工物上を走査すれば、浅くても視認性のよ
い加工形状のマーキングを得ることができる。
【００１４】空間変調素子は、回析光の高次次数への光
量を分配する位相板であることが好ましい。
量を分配する位相板であることが好ましい。
【００１５】上記空間変調素子は、２次元同心円状の単
純格子であることが好ましい。
純格子であることが好ましい。
【００１６】上記空間変調素子の単純格子の位相深さと
ピッチとの比は、1.44ラディアン近傍であることが好ま
しい。
ピッチとの比は、1.44ラディアン近傍であることが好ま
しい。
【００１７】上記レーザ光として短波長光、例えばＮｅ
−ＹＡＧレーザのＳＨＧ光を用いれば、表面層の加工が
感度よくでき、かつビーム径は波長の比の分だけ小さく
なるので、合成されたレーザ光が基本波に比べて大きく
ならずに、分解能が高く、しかもゴミの発生を防止でき
る。
−ＹＡＧレーザのＳＨＧ光を用いれば、表面層の加工が
感度よくでき、かつビーム径は波長の比の分だけ小さく
なるので、合成されたレーザ光が基本波に比べて大きく
ならずに、分解能が高く、しかもゴミの発生を防止でき
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図３を参照しながら説明する。
から図３を参照しながら説明する。
【００１９】図１は、本発明に係るレーザ加工装置を概
略的に示す構成図である。図１に示すように、本発明に
係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源
１と、そのレーザ光源１から出射されたレーザ光を所望
のビーム径に変換するコリメータ２と、そのコリメータ
２によって変換されたレーザ光の強度分布を矩形状に変
換する空間変調素子３と、その空間変調素子３によって
変換されたレーザ光を被加工物６上に走査させる走査光
学系Ａと、を有する。
略的に示す構成図である。図１に示すように、本発明に
係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源
１と、そのレーザ光源１から出射されたレーザ光を所望
のビーム径に変換するコリメータ２と、そのコリメータ
２によって変換されたレーザ光の強度分布を矩形状に変
換する空間変調素子３と、その空間変調素子３によって
変換されたレーザ光を被加工物６上に走査させる走査光
学系Ａと、を有する。
【００２０】空間変調素子３は回析光が高次次数への光
量を多く分配した位相板であることが好ましい。また、
位相板の空間変調素子３は、格子の位相深さとピッチと
の比が１．４４ラディアン近傍である２次元同心円状の
単純格子であることが好ましい。
量を多く分配した位相板であることが好ましい。また、
位相板の空間変調素子３は、格子の位相深さとピッチと
の比が１．４４ラディアン近傍である２次元同心円状の
単純格子であることが好ましい。
【００２１】走査光学系Ａはレーザ光を走査するスキャ
ナ４とレーザ光を被加工物６上に集光するｆθレンズで
ある走査レンズ５とから構成される。
ナ４とレーザ光を被加工物６上に集光するｆθレンズで
ある走査レンズ５とから構成される。
【００２２】図２は、本発明に用いる空間変調素子の動
作原理を示す説明図である。レーザ光源１から出射さ
れ、コリメータ２によって所望のビーム径に変換された
レーザ光は、図２に示すようにガウシアン状の滑らかな
強度分布７となっている。
作原理を示す説明図である。レーザ光源１から出射さ
れ、コリメータ２によって所望のビーム径に変換された
レーザ光は、図２に示すようにガウシアン状の滑らかな
強度分布７となっている。
【００２３】このようなレーザ光が位相板の空間変調素
子３を通過すると、回析され直進する０次の回析光１１
の他に＋１次の回析光９と−１次の回析光１０が生じ
る。
子３を通過すると、回析され直進する０次の回析光１１
の他に＋１次の回析光９と−１次の回析光１０が生じ
る。
【００２４】これらの回析光１１，９，１０の光強度と
分離角は、空間変調素子３の形状、例えば正弦波状の凹
凸の深さとピッチとによって任意の値に調節することが
できる。したがって、３つの回析光が図２に示すよう
に、強度が等しく、かつ少しずつずれて重なり合うよう
にすることによって、変換後のレーザ光は、矩形状の強
度分布８を有するようにすることができる。
分離角は、空間変調素子３の形状、例えば正弦波状の凹
凸の深さとピッチとによって任意の値に調節することが
できる。したがって、３つの回析光が図２に示すよう
に、強度が等しく、かつ少しずつずれて重なり合うよう
にすることによって、変換後のレーザ光は、矩形状の強
度分布８を有するようにすることができる。
【００２５】空間変調素子３を通過したレーザ光は、ス
キャナ４及び走査レンズ５によってウェハ等の被加工物
６上に集光され、スキャンされる。
キャナ４及び走査レンズ５によってウェハ等の被加工物
６上に集光され、スキャンされる。
【００２６】図３は、本発明に係るレーザ加工装置によ
ってマーキングされた被加工物の断面図である。図３に
示すように、加工されたマーキングＭは壁が急峻な穴で
あり、照明光の散乱分布は高次方向に広がり、斜め方向
からの視認性がよくなる。特にレーザ光として短波長
光、例えばＮｅ−ＹＡＧレーザのＳＨＧ光を用いれば、
表面層の加工が感度よくでき、かつビーム径は波長の比
の分だけ小さくなるので、合成されたレーザ光が基本波
に比べて大きくならずに、分解能が高く、しかもゴミの
発生を防止できる。
ってマーキングされた被加工物の断面図である。図３に
示すように、加工されたマーキングＭは壁が急峻な穴で
あり、照明光の散乱分布は高次方向に広がり、斜め方向
からの視認性がよくなる。特にレーザ光として短波長
光、例えばＮｅ−ＹＡＧレーザのＳＨＧ光を用いれば、
表面層の加工が感度よくでき、かつビーム径は波長の比
の分だけ小さくなるので、合成されたレーザ光が基本波
に比べて大きくならずに、分解能が高く、しかもゴミの
発生を防止できる。
【００２７】ところで、０次の回析光１１と＋１次の回
析光９及び−１次の回析光１０とのなす角度θは、空間
変調素子３のピッチをｐ、レーザ光の波長をλとする
と、下式のようになる。
析光９及び−１次の回析光１０とのなす角度θは、空間
変調素子３のピッチをｐ、レーザ光の波長をλとする
と、下式のようになる。
【００２８】ｓｉｎθ＝λ／ｐ 例えば、ＨｅーＮｅレーザの波長は０．６３μｍ、ＣＯ
2レーザの波長は１０．６μｍ、青色のＡｒレーザの波
長は０．４８８μｍ、緑色のＡｒレーザの波長は０．５
１５μｍである。
2レーザの波長は１０．６μｍ、青色のＡｒレーザの波
長は０．４８８μｍ、緑色のＡｒレーザの波長は０．５
１５μｍである。
【００２９】入射光と回析光１１，９，１０のビーム径
は変化しないが、光量は空間変調素子３の回析格子の変
調度による。０次の回析光１１と＋１次の回析光９及び
−１次の回析光１０の強度が等しくなるのは、位相差が
１．４４ｒａｄのときである。このような位相格子は、
ホログラフィックな干渉で正弦波状の強度パターンを形
成し、このパターンをレジストに記録して金型を作り、
ガラス、プラスチックにその凹凸を転写して、作成する
ことができる。また、位相格子はレーザでプラスチック
やガラスなどに直接、加工することもできる。
は変化しないが、光量は空間変調素子３の回析格子の変
調度による。０次の回析光１１と＋１次の回析光９及び
−１次の回析光１０の強度が等しくなるのは、位相差が
１．４４ｒａｄのときである。このような位相格子は、
ホログラフィックな干渉で正弦波状の強度パターンを形
成し、このパターンをレジストに記録して金型を作り、
ガラス、プラスチックにその凹凸を転写して、作成する
ことができる。また、位相格子はレーザでプラスチック
やガラスなどに直接、加工することもできる。
【００３０】本発明のレーザ加工装置によれば、ｆθレ
ンズを用いた走査光学系Ａであっても、位相板３である
空間変調素子３によって、レーザ光の強度分布が矩形状
に変換されるため、矩形状のマーキングが得られ、視認
性が向上する。
ンズを用いた走査光学系Ａであっても、位相板３である
空間変調素子３によって、レーザ光の強度分布が矩形状
に変換されるため、矩形状のマーキングが得られ、視認
性が向上する。
【００３１】したがって、本発明のレーザ加工装置は、
半導体ウェハのシリコン材料やガラス材料などへマーキ
ングを行うスループットを高くすることができ、プラス
チック材料や金属材料などのマーキングにも有効とな
る。
半導体ウェハのシリコン材料やガラス材料などへマーキ
ングを行うスループットを高くすることができ、プラス
チック材料や金属材料などのマーキングにも有効とな
る。
【００３２】本発明は、上記実施の形態に限定されるこ
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明のレーザ加工装置によれば、ｆθ
レンズを用いた走査光学系であっても、空間変調素子に
よって、レーザ光の強度分布が矩形状に変換されるた
め、矩形状のマーキングが得られ、視認性が向上する。
したがって、本発明のレーザ加工装置は、半導体ウェハ
のシリコン材料やガラス材料などへマーキングを行うス
ループットを高くすることができ、プラスチック材料や
金属材料などのマーキングにも有効となる。
レンズを用いた走査光学系であっても、空間変調素子に
よって、レーザ光の強度分布が矩形状に変換されるた
め、矩形状のマーキングが得られ、視認性が向上する。
したがって、本発明のレーザ加工装置は、半導体ウェハ
のシリコン材料やガラス材料などへマーキングを行うス
ループットを高くすることができ、プラスチック材料や
金属材料などのマーキングにも有効となる。
【図１】本発明に係るレーザ加工装置を概略的に示す構
成図である。
成図である。
【図２】本発明に用いる空間変調素子の動作原理を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】本発明に係るレーザ加工装置によってマーキン
グされた被加工物の断面図である。
グされた被加工物の断面図である。
【図４】従来のレーザ加工装置によってマーキングされ
た被加工物の断面図である。
た被加工物の断面図である。
【図５】従来のレーザ加工装置を概略的に示す構成図で
ある。
ある。
Ａ：走査光学系 Ｍ：マーキング １：レーザ光源 ２：コリメータ（レーザ光整形手段） ３：空間変調素子（位相板） ４：スキャナ ５：走査レンズ ６：被加工物 ７：ガウシアン状の滑らかな強度分布 ８：矩形状の強度分布 ９：＋１次の回析光 １０：−１次の回析光 １１：０次の回析光
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｅ
Claims (6)
- 【請求項１】レーザ光を出射するレーザ光源と、 そのレーザ光源から出射されたレーザ光を所望のビーム
径に変換するレーザ光整形手段と、 そのレーザ光整形手段によって変換されたレーザ光の強
度分布を矩形状に変換する空間変調素子と、 その空間変調素子によって変換されたレーザ光を被加工
物上に走査させる走査光学系と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】前記空間変調素子は、回析光の高次次数へ
の光量を分配する位相板であることを特徴とする請求項
１に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】前記空間変調素子は、２次元同心円状の単
純格子であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ
加工装置。 - 【請求項４】前記空間変調素子の単純格子の位相深さと
ピッチとの比は、１．４４ラディアン近傍であることを
特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項５】前記レーザ光は、短波長光であることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの項に記載のレ
ーザ加工装置。 - 【請求項６】前記レーザ光は、ＮｅーＹＡＧレーザのＳ
ＨＧ光であることを特徴とする請求項５に記載のレーザ
加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9133589A JPH10323787A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9133589A JPH10323787A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10323787A true JPH10323787A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15108350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9133589A Pending JPH10323787A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10323787A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003500220A (ja) * | 1999-05-28 | 2003-01-07 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | ビアを開けるスループットを増加させる方法、および、レーザシステム |
| WO2011075851A1 (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Institut National D'optique | System and method for the spatial tailoring of laser light using temporal phase modulation |
| EP2239602A4 (en) * | 2008-09-22 | 2011-09-21 | Sony Corp | PHASE DIFFERENTIAL PLATE, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND DISPLAY DEVICE |
| WO2018150759A1 (ja) * | 2017-02-15 | 2018-08-23 | Ａｇｃ株式会社 | マークを有するガラス基板およびその製造方法 |
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| WO2024242075A1 (ja) * | 2023-05-22 | 2024-11-28 | 浜松ホトニクス株式会社 | 顕微鏡装置 |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP9133589A patent/JPH10323787A/ja active Pending
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