JPS61198210A - レ−ザ加工用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、レーザ加工用の光学装置に関するものである
。

従来の技術 集積回路用フォトマスクあるいは、液晶表示デバイスの
金属薄膜や透明導電性薄膜の除去加工においては、それ
らの薄膜を除去する際レーザ出力を高めすぎると、ガラ
ス基板に損傷を与えることがある。

従来、このような損傷を防ぐため、レーザビームの時間
幅を１０ナノ秒程度まで短くする方法がとられている。

この程度の時間幅のレーザビームを使用する□と、加工
薄膜物質を瞬時に蒸散できるため、溶融した薄膜物質が
ガラス基板に熱損傷を与えたり、ガラス基板と化学反応
を起こしたりしにくくなる。

しかしながら、これだけではガラス基板の損傷防止策と
しては不充分である。なぜなら、短形のレーザビーム照
射部分の中央部分と周辺部分ではビームパワーが異なる
ため、周辺部分のパワーを薄膜物質の蒸散に必要なしき
い値まで高めると、中央部分では基板ガラスに照射損傷
を与えるパワーに達するからである。

これを防止するため、従来、ガウシアンビームの中心軸
部分のみを加工に利用している。

発明が解決しようとする問題点 上記従来技術では、ガウシアンビームの中心軸部分のみ
加工に利用しているため、レーザパワーの利用効率が低
下するという問題がある。

発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明のレーザ加工用光学装置は、ガウシアンビームを
そのまま開口に導くのではなく、一旦仮想的に４本のガ
ウシアンビームに分解し、再びそれぞれの中心をずらし
て重ねあわせたのち開口に導くことにより、ビーム中心
部の平坦部分を拡大し、その分レーザパワーの利用効率
を高めるように構成されている。

上記中心をずらして重ねあわされた強度分布をもつレー
ザビームをつくるため、適宜な光学軸の方向を持った２
個の複屈折結晶と、１／２波長板と、位相差補償板から
なる部分光学系が備えられる。

作用 この光学系の作用は次の通りである。

まず、第１の複屈折結晶により、ガウシアンビームを水
平面内でガウシアンビームのスポットサイズだけ離れた
鉛直方向および水平方向に偏光した２つのレーザビーム
に分解する。次に、この複合ビームを１／２波長板に通
し、その偏光方向を鉛直方向に対して逆向きに４５度ず
つ傾いた２方向に変換する。さらにこのビームを位相差
補償板に通し、２つの偏光の位相差をπ／２とする。こ
のビームを第２の複屈折結晶に通し、そのビームに垂直
な鉛直面内でもとのガウシアンビームのスポットサイズ
だけの間隔を有するビームに分解する。

このようにして得られるレーザビームは、４本のガウシ
アンビームがそのガウシアンビームのスポットサイズだ
け移動した中心軸をもつように重ねあわされたものと同
じ強度分布をもっている。

実施例 以下、本発明の一実施例を、図面を参照して、説明する
。

第１図は、本発明の一実施例のレーザ加工用光学装置の
構成を示す図であ、る。

ｌは水平方向に偏光したガウシアンモードのＱスイッチ
レーザパルスを発生させるＮｄ：Ｙ’ＡＧレーザ発振器
である。２は直線偏光を円偏光に変換するための水晶の
１７４波長板である。３は入射ビームに垂直に置かれた
方解石の平行平板であり、その光学軸は水平面内にあり
、入射ビームに対して４８度傾いている。この結晶を通
過したレーザビームは水平方向の偏光を持つガウシアン
ビームと鉛直方向の偏光をもつガウシアンビームを水平
方向でずらせて重ねあわせたものとなる。

４は水晶の１／２波長板であり、その光学軸は鉛直方向
から２２．５度傾いた方向に設定されている。この１／
２波長板により、水平方向と鉛直方向の偏光は鉛直方向
から逆むきに４５度ずつ傾いた２つの偏光に変換される
。

５はバビネ＝ソレイユの補償板であり、鉛直方向から逆
向きに４５度ずつ傾いた２つの偏光の位相差がπ／２に
なるように調整されている。

６は入射ビームに対して垂直に設置された方解石の平行
平板であり、その光学軸はビーム入射面に垂直な面内に
ありビーム入射面の垂線に対して４８度傾いている。こ
の結晶を通過したレーザビームは、４本のガウシアンビ
ームを重ねあわせたもので、そのうちの２本のガウシア
ンビームは鉛直方向の偏光を有し、残りの２本のガウシ
アンビームは水平方向の偏光を有している。また同一方
向の偏光を有する２本のガウシアンビームの位相差は　
＋π／２となっている。

その重ねあわせの様子は、第２図に示すように、もとの
ガウシアンビームのスポットサイズの大きさを一辺とす
る正方形ＡＢＣＤの角に中心を持つ４本のガウシアンビ
ームが重ねあわせられたものとなる。

このような４本のレーザビームをずらして重ねあわせた
強度を持つレーザビームにおいては、第３図に示すよう
に、断面内の中央部の強度分布が単一のガウシアンビー
ムに対するものより平坦になっている。すなわち、第３
図は、第２図の直線ＡＢ上での強度分布であり、Ａを原
点とした位置座標Ｘに　対してレーザ相対強度■が示さ
れている。

このレーザビームは、ビームエキスパンダ７によりビー
ム径が拡大され、反射鏡８で反射され、矩形開口９に導
かれ、その開口像が結像レンズ１０によって被加工物１
１上に結像される。

なお、レーザビームが方解石３に入射するときのスポッ
トサイズは０．３ｍｍであり、方解石３と６の厚さはい
ずれも２．７ｍｍ　　である。

また、元々のレーザビーム径と矩形開口との寸法の関係
によっては、ビームエキスパンダが省略れる場合もある
。

本発明の光学装置をレーザ薄膜加工装置に適用。

した場合の実験結果を説明する。

まず、従来の光学装置により、ガラス基板上の厚さ８０
００ＡのＩＴＯ膜を２０Ｘ３０μｍの大きさで短形状に
除去するために、時間幅１５ナノ秒、レーザ発振器出力
約１ミリジユールのレーザパルスを照射したところ、そ
のＩＴＯ膜を短形状に除去することができた。しかしな
がら、ＩＴＯ膜が除去されたガラス基板上の短形の中央
付近に凹凸と不透明が生じた。

これに対して、本発明の光学装置で、時間幅１５ナノ秒
、レーザ発振器出力約１ミリジユールのレーザパルスを
照射することにより、ＩＴＯ膜を短形状に取り除き、ガ
ラス基板の損傷を検査したところ、そのような照射損傷
が全く発生しないことが確認された。

発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明の光学装置は、ガウ
シアンビームを４本ずらして重ねあわせものを開口に導
く構成であるから、ビーム中心部の平坦部分が拡大され
、その分レーザパワーの利用効率を低下させることなく
、ガラス基板に損傷を与えることもなく薄膜の除去等の
加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図と第３図は短形開口に導かれるレーザビームの断面
内強度分布を示す図である。 １・・レーザ発振器、２・・１／４波長板、３・・方解
石の平行平板、４・・１／２波長板、５・・バビネ＝ソ
レイユの補償板、６・・方解石の平行平板、７・・ビー
ムエキスパンダ、８・・反射鏡、９・・短形開口、１０
・・結像レンズ、１１・・被加工物、ＡＢＣＤ・・・４
本のガウシアンビームの中心軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガウシァンビームを発生させるレーザ光源、ビーム断面
   内に挿入される開口及びこの開口の像を被加工物上に結
   像させる結像レンズを備えたレーザ加工用光学装置にお
   いて、 光路内に２個の複屈折結晶、１／２波長板及び位相差補
   償板を有し前記ガウシァンビームの中心をその断面内で
   水平及び垂直方向にずらした４本のガウシァンビームの
   重ね合わせに変換する手段を備えたことを特徴とするレ
   ーザ加工用光学装置。