JPS6376783A

JPS6376783A - レ−ザ加工装置

Info

Publication number: JPS6376783A
Application number: JP61219612A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Saitou; 啓谷斉藤; Takeoki Miyauchi; 宮内　建興; Mikio Hongo; 幹雄本郷; Katsuro Mizukoshi; 克郎水越
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-07

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、ガラス、セラミック等の基板に形成された回
路配線、ＩＣ％Ｌ８Ｉ等の回路配線、フォトマスクの配
線パターンや、金属、非金属材料表面の修正、切断、パ
ターン形成、マーキング等を行うレーザ加工装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のレーザ加工装置では第２図に示すような、パター
ン投影方式のレーザ加工装置が知られている。これはレ
ーザ発振器１から発振されたレーザ光を、集光レンズ２
により集光し、コリメータレンズ３によって平行光にし
、矩形開口スリット１８によって、レーザ光をスリット
のパターンに成形し、投影レンズ１５によって、被加工
物１６に照射するものである。このとき、被加工物１６
の加工面は矩形開口スリット１８の投影レンズ１５によ
る結像面の位置に設置し、レーザ発振器１から発振され
たレーザ光によって、矩形開口スリット１８のパターン
を被加工物１６の加工面上に縮小転写する。加工面では
レーザのエネルギにより、被加工物１６を溶融、蒸発さ
せ、加工部より除去することによって加工する。

ところで矩形開口スリット１８は、Ｘ方向にそれぞれ独
立に可動な２個のスリット１９　、２０とＹ方向にそれ
ぞれ独立に可動な２個のスリット２１．２２とからなっ
ている。スリットの駆動は、駆動部％。

２４　、２５　、２６で、手動又は電動による回転運動
をねじとナツトによって直進運動に変換して行う、これ
により矩形開口スリット１８の矩形の巾と長さが可変と
なり、矩形の面積を変化できる。しかし加工できるパタ
ーンは矩形１つであり、更に複雑なパターンの加工はで
きない。

パターン投影方式の他の例として、マーケムーエシアテ
ック株式会社カタログ「レーザマーキングシステム」に
おいて論じられているレーザマーキング装置がある。こ
れは、第４図（ａ）に示すようにレーザ発振器２７で見
損したレーザ光をマスク路によって、マスク路のパター
ンに成形し、投影レンズ２９によって対象物３０に照射
することにより、マスク２８のパターンを対象物３０に
転写するものである。対象物３０ではレーザ光のエネル
ギにより、表面部分が加工されマーキングが行われる。

マーキング装置では文字、数字等をマーキングするため
、マスク路のパターンは文字、数字等で構成され、矩形
を含む一般の幾例学的形状に比べて複雑となっているが
、矩形開口スリット１８の矩形の巾と長さを変えるよう
に変化させることはできない。

そのためマスクあのパターンを変化させるにはマスクそ
のものを取替える必要がある。しかしマスクを一枚一枚
取替えるには、手間がかかる。そこで、前記参照例には
第４図（ｂ）に示すように回転ディスク３１の周辺に異
なったパターンのマスク路をはめこみ、マスクのパター
ンも変化させるときは、回転ディスク３１を回転して、
必要とするマスクを光軸上に設置する方法がある。この
場合、回転ディスク３１上のマスクはそれぞれ、あらか
じめ作製しておく必要がある。そしであるパターンの寸
法比率のみがわずかに異なるパターンを数種必要とする
場合、その作製は現実的でない。更にマスクの一部のみ
を変化させる方法として同じく前記参照例に、第４図（
ｃ）に示すようにマスク３２　、３２’　、３２’を複
数枚作り、各マスクに他のマスクのパターンに相当する
位置を透過部とし、各マスクの１枚を取替えることによ
って、パターンの１部を変化させる方法がある。しかし
、マスクをあらかじめ作製しておくとともに、パターン
を一枚一枚取替える必要があるのは第４図（ａ）の場合
と同様である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ガラス、セラミック等の基板に形成された回路配線、Ｉ
Ｃ，ＬＳＩ等の回路配線の切断を行う場合、１回の修正
で１箇所のみでなく、複数箇所の配線を同時に切断しな
ければならない場合がでてくる。また、フォトマスクの
配線パターンや金属非金属材料表面のイＳ正、パターン
形成、マーキング等を行う場合、矩形以外のパターンの
加工が必要となってくる。しかし上記従来技術はこの点
に配慮がされていなかった。

そのため、例えば回路配線の切断を行う際、１回の修正
で複数箇所切断しなければならないとき、従来の矩形開
口スリットでは、切断箇所を１箇所づつ複数回にわけて
切断しなければならず、作業時間がかかるという問題点
があった。一方、レーザマーキング装置で述べた方法で
は複数個の切断箇所のパターンをマスクに作成しておく
方法で対処できる。しかし、パターンの寸法が修正する
毎に微小に変化する場合、マスクのパターンの寸法を微
調整することができない。また、１回に修正する切断箇
所の個数が変化するとき、切断箇所の個数に対応したマ
スクを数イ重類、作製する必要があり、マスク作製の手
間がかかるという問題があった。

また、配線パターンの修正や、材料表面のパターン形成
、マーキング等で矩形以外のパターンの加工を行なう場
合、従来の矩形開口スリットでは加工不可能である。一
方、レーザマーキング装置で述べた方法では、マスクに
あらかじめ必要とするパターンを作製しておく方法で対
処できるが、パターンの寸法の沈子の変化や、パターン
の形状の微小な変化等を得ることはむずかしい。

本発明の目的は、複数個のパターンの同時加工及び、矩
形以外のパターンの加工が可能で、かつ、その寸法の微
調整及び個数の変化を容易に行えるパターン投影方式レ
ーザ加工装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、レーザ光を所定のパターンに成形するため
の開口を、各層にパターンのある複数層構造にし、各層
を独立に移動可能とすることにより達成される。このと
きの移動方向としては、各層、独立にＸ方向、Ｙ方向の
平行移動、あるいは、各層、独立にそれぞれθ方向の回
転あるいは、各層、独立に平行移動、回転の組合せがあ
る。また各層のパ々−ンは同一にすることも、異なるパ
ターンにすることもできる。

〔作用〕

１／−ザ光を各層にパターンのある２層の開口に入射す
ると、レーザ光は上層と下層のパターンの一致部分によ
って形成されるパターンによって成形される。そして、
開口の各層は独立にＸ方向。

Ｙ方向の平行移動、θ方向の回転、あるいは平行移動と
回転可能な構造とする。

ところで、上層、下層が平行移動する場合、上層、下層
のパターンを、矩形の同一のパターンとすると一方を一
方向に微小に平行移動することによって、パターンの幅
を微小に変化できる。したがって、上層、下層を、複数
個の矩形を配置した同一のパターンとすると、上層、下
層が一致した位置で複数個の加工を同時に、上層又は下
層の一方を一方向に微小に平行移動することによって、
複数個の矩形の幅を同時に変化させて加工することがで
きる。また上層、下層のパターンが複数個の同一の矩形
で周期的に配置すると、上層、下層を平行移動して、矩
形がずれて重なるようにすることによって、同時に加工
できる数を変化させることができる。

また、開口の上層、下層を回転する場合、上層のパター
ン、下層のパターンが同一の大きさの矩形でも、回転の
中心に配置することによって、上層、下層の一致した部
分のパターンは矩形以外のパターンとなる。また、上層
、下層のパターンを回転する円周方向に沿ってパターン
を配置すると、上層、下層を微小角度、回転することに
よって、パターンの寸法を連続的に変化できる。

また、上層を回転、下層を平行移動することによっても
、矩形以外のパターンを得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図におけるレーザ加工装置は、レーザ光により被加
工物を加工する投影光学系と被加工物の観察及び位置合
わせを行なう観察光学系とスリ・ントの大きさ及び位置
合せを行う参照光学系とから構成されている。

投影光学系はレーザ発振器ｌ１見損したレーザ光を集光
する集光レンズ２、集光したレーザ光を平行光にするコ
リメータレンズ３、平行レーザ光を光路変更するダイク
ロイックミラー７、レーザ光を所定のパターンに成形す
る２層の開口お、成形されたレーザ光を被加工物上に結
像する投影レンズ１５、被加工物１６、被加工物１６を
設置するＸＹテーブル１７とから構成されている。

一方、観察光学系は、被加工物１６を照明する照明光源
１４、照明光を集光する集光レンズ１３、照明光の光路
変更を行うハーフミラ−１２、被加工物１６の反射光の
光路変更を行うハーフミラ−１０、反射光の投影レンズ
１５による実像を観察する接眼レンズ１１とから構成さ
れている。

また、参照光学系は、開口３３を照明する参照光源４、
参照光を集光する集光レンズ５、参照光を長波長の可視
光とする干渉フィルタ７とから構成されている。

次にその動作を説明する。レーザ発振器１から発振した
レーザ光は集光レンズ２によって集光する。集光したレ
ーザ光はコリメータレンズ３によって平行光となる。平
行レーザ光はダイクロイックミラー７によって光路を９
０χ更する。ダイクロイックミラーはレーザ光の波長は
反射し、可視光である参照可視光は透過する分光特性を
もっている。光路が変更されたレーザ光は、開口おによ
って所定のパターンに成形されハーフミラ−、１０。

１２を透過し、投影レンズ１５に入射する。投影レンズ
１５は、開口真の投影像があらかじめ被加工物１６の加
工面に結像するように設置しである。そして投影レンズ
１５によって、開口おのパターンを被加工物１６の加工
面上に縮小転写する。加工面ではし−ザ光のエネルギに
より、被加工物を溶融、蒸発させ、加工部より除去する
ことによって加工を行う。

被加工物１６の加工部への位置合わせは、観察光学系に
おける照明光源１４による被加工物１６の像を接眼レン
ズ１１で観察し、ＸＹテーブル１７を動かして、加工部
を参照光学系による開口の投影像に一致させることによ
って行なう。

開口３３の参照光学系による投影像は、参照光源４の照
明光を集光レンズ５で集光、干渉フィルタ６て長波長の
可視光にし、ダイクロツクミラー７を透過して、開口お
で所足のパターンに成形し、ハーフミラ−１０、１２を
透過して、投影レンズ１５で被加工物１６の加工面上に
結像すること（こよりてえられる。

開口３３のパターンの調整は、観察光学系により、参照
光学系による開口３３の投影像を観察し、開口羽の駆動
部によって行う。

次に開口３３について述べる。開口あの構造は第５因に
示すように、パターンのある上ＷＩＢとパターンのある
下層９との２層構造になっている。各層は平行移動又は
回転可能な構造であるが、本実施例では、上層８は駆動
部３４′によってＹ方向、下層９は駆動部別によってＸ
方向に移動する。駆動部３４　、３４’では手動又は電
動による回転運動をねじとナツトによって直進運動に変
換し、上ｒα８．下層９を平行移動させる。上層８にあ
るパターンと下層９にあるパターンは同一にすることも
、異なるパターンにすることもできるが、不実施例では
同一のパターンである。８５図では、２つの同一の大き
さの矩形の場合であるが、上層８．下／８９は両者のパ
ターンが一致した位置から、それぞれ、微小寸法平行移
動した場合を示している。ところで開口おに入射したレ
ーザ光は、この上Ｎ２２下層９のパターンの一致した部
分のパターン４０で成形され、パターン４０の投影像と
して投影レンズ１５によって被加工物１６の加工面上に
２つの矩形の官として縮小転写される。したがって、あ
らかじめ上層８．下層９の２つの矩形のパターンの距離
を被加工物１６の配線パターンの切断箇所の距離に対応
させておけば、一度に２箇所の配線切断を行うことがで
きる。また、上層８．下層９を微小寸法平行移動するこ
とによって、切断箇所の距離は一定だが線幅が微小寸法
変化する場合、線幅に合わせて投影像のパターンの太き
さも変化できる。

次に本実施例において、上層８．下層９のパターンを種
々変えた場合について述べる。この場合上層８のパター
ンと下層９のパターンはすべて同一とする。

始めに第６図に示すように矩形１個の場合である。上層
８のパターン３５．下層９のパターン３６が一致した場
合が第６図（、）でこのとき一致した部分のパターン３
７の面積が最大となる。そしてこの位置から上層８．下
層９を微小寸法、平行移動することによって、一致部分
のパターン３７の幅、長さを遂次減少させていくことが
できる。これらは、従来の矩形開口スリットでも実現可
能である。

次に第７図に示すように同じ大きさの矩形が２個の場合
である。第５図で述べた例はこの場合である。上層８の
パターン３８と下層９のパターン３９が一致した場合が
第７図（ａ）で上層８．下層９を微小寸法平行移動した
場合が第７図（めである。これにより、一度に２箇所の
配線切断が可能になるとともに、切断箇所の距離は一定
だが線幅が微小寸法変化する場合、線幅に合わせて加工
できるようになる。

一方、下層９を２つの矩形の距離分平行移動すると、第
７図（ｂ）のように上層８のパターン３８と下層９のパ
ターン３９は一個ずれ、ちょうど重り合う。

したがって一致した部分のパターン４０は矩形１個とな
り、開口３３の上層８．下層９を取り替えることなく、
２箇所同時に切断することと、１箇のみ切断することを
、上１８．下層９の平行移動で達成できる。また、１箇
所のみの切断でも第７図（ｂｌに示すように、上ｒ６８
．下層９を微小寸法平行移動することによって、線幅が
微小寸法変化する場合も、線幅に合わせて投影像のパタ
ーンの大きさを変化し加工できるようになる。

次に第８図に示すように同じ大きさの矩形が３個並んだ
場合である。これは被加工物１６の配線パターンがＸ方
向、Ｙ方向直交しているパターンの加工に適している。

上層８のパターン４１と下層９のパターン４２が一致し
た場合が第８図（ａ）で上層８゜下層９を微小寸法平行
移動した場合が第８図（ａｌである。これにより、一度
に３箇所の配線切断が可能になるとともに、切断箇所の
距離は一定だが線幅が微小寸法変化する場合、線幅に合
わせて投影像のパターンの大きさを変化し加工できるよ
うになる。また第８図（ｂ）に示すように下層９を平行
移動し、上層８と下層９の矩形が１個ずれて重なりあう
よう番こし、更に第８図（ｂ３に示すように、上層８、
下層９を微小寸法平行移動すると、上層８゜下層９を取
替えることなく、切断箇所１個の場合にも、その線幅の
修正も可能にして加工可能となる。

次に第９図に示すように同じ大きさの矩形が３個横に並
んだ場合である。この場合、矩形３個が周期的に配置し
ているため第９図（ａ）　−（ｂ）　＋　（ｃ）のよう
に下層９を矩形１個分づつずらして重ねていくことによ
って、上層８のパターン必と下層のパターン４５の一致
した部分のパターン４６を３個、２個。

１個と変化させ、切断箇所を３箇所、２箇所、１箇所と
同一の上層８．下層９による開口間で加工できるように
なる。また、第９図（ａｆｆｉ　、　（ψ、　（ｃりの
ように上層８と下層９を微小寸法平行移動することによ
って、切断箇所の距離は一定であるが、線幅が微小に変
化した場合の加工も行える。

次に第１０図に示すように同じ大きさの矩形が４個マト
リックス状に並んだ場合である。この場合、第１０図（
ａ）、　（ｂ）　、　（Ｃ）　ｌ　（ｄ）のように、上
層８．下層９を矩形１個分づつずらして重ねていくこと
によって切断箇所を４箇所、縦２１！ｉ所、横２箇所、
１箇所と同一の上層８．下層９による開口おで加工でき
る。また、第１０図（ａｌ　、　（ｂｌ、　（（’３　
、　（梢のように上層８と下層９を微小寸法平行移動す
ることによって、切断箇所の距離は一定であるが、線幅
が微小の変化にも対応できる。

次に本発明の第２の実施例について述べる。第２の実施
例は、第１の実施例における開口おを第１１図に示す開
口５２にした場合で、その他の構成要素はすべて第１の
実施例と同一である。

開口５２の構造は第１１図に示すように、パターンのあ
る上層５０とパターンのある下層５１との２層構造にな
っていて、各層は第１の実施例と異なり、回転する構造
となっている。駆動部５３　、５３’は手動又は電動に
よる回転運動を歯車の組合わせで上層５０、下層５１の
回転運動に変換して回転させる。上層５０にあるパター
ン５４と下層５１にあるパターン５５は同一にすること
も、異なるパターンにすることもできるが、本実施例で
は同一のパターンとする。

この場合、破加工物Ｊ６にできる投影パターンは開口５
２に２ける上層５０のパターン５４．下層５１のパター
ン５５の形状、および、上層（資）と下層５１の回転量
によって種々のパターンが形成される。ここでは２つの
例について述べる。

始めは第１２図に示すように上層（資）のパターン８と
下層５１のパターン５５が回転の中心に配置された場合
である。形状は矩形である。この場合、上層５０と下層
５１の回転量を変化させることによって櫨々の入角形の
パターンが得られる。

次は第１３図に示すように、上層（資）のパターン５７
と下層５１のパターン郭を円周に沿って配置した場合で
ある。パターンは大きさの等しい４個の扇形である。こ
の場合、上層（資）と、下層５１の回転角を変化するこ
とによって、扇形の広がりの角を種々に変化したパター
ン５９を得ることができる。

次に本発明の第３の実施例について述べる。第３の実施
例は、第１の実施例における開口３３を第１４図に示す
開口Ｂにした場合で、その他の構成要素はすべて第１の
実施例と同一である。

開口ωの構造は第１４図に示すように、パターンのある
上層６１とパターンのある下層６２との２層構造になっ
ていて、各層は第１の実施例と異なり、上層６１は回転
下層６２はＸ方向に平行移動する構造となっている。駆
動部６４′は上層６１の回転移動、駆動部−は下層６２
のＸ方向の平行移動の駆動を行なうものでその方法は第
１の実施例、第２の実施例と同一である。上層６１にあ
るパターン６５と下層６２にあるパターン印とは同一に
することも、異なるパターンにすることもできるが、本
実施例では同−のパターンとする。レーザ光はこれまで
と同様、上層６１のパターン６５と下層６２のパターン
６６の一致した部分のパターン６７で成形され、パター
ンも７かり加工物の加工面上に結像される。投影像パタ
ーンは上層６１のパターン６５と下層６２のパターン６
６の形状、及び上層６１の回転角度、下層６２の平行移
動量で種々のものが得られるが、ここでは第１５図に示
す例について述べる。上層６１のパターン６５と下層６
２のパターン６６は同一の大さきの矩形で上層６１が４
５°回転、下層６２がＸ方向に平行移動した場合である
。一致した部分のパターン６７は矩形の一辺が他の矩形
によって切り取られたパターンとなっている。パターン
６７は上層６１の回転移動量、下層６２のＸ方向の平行
移動量により被加工部の形状にできるだけ近い形に調整
することが可能である。

本発明の第４の実施例について述べる。第４の実施例は
第１の実施例において開口おの上層８と下層９のパター
ンが異なる場合である。上層８がＸ方向に平行移動、下
層９がＹ方向に平行移動することは、第１の実施例と同
一である。上層８のパターンと下層９のパターンが異な
る場合、パターンの組合せは種々あるが、第１６図に示
すような、線対称のパターンについて述べる。第１６図
の場合、上層８と下層９には大きな矩形と小さな矩形が
１個づつあり、大きな矩形と小さな矩形が重なり合うよ
うに配置されている。したがって上層８のパターン簡と
下層９のパターン６９とが一致すると、一致した部分の
パターン７０は第１６図（、）のように大きさの等しい
小さな矩形が２個となる。そして第１６図（ｂ）のよう
に上層８をＸ方向に平行移動することによって、２個の
矩形のＸ方向の距離を変化させ、下層９をＹ方向に平行
移動することによって２個の矩形のＹ方向の距離を変化
させることができる。したがって、例えばレーザ加工装
置で、配線切断を行う場合、切断箇所が加工する毎に微
小寸法変化する場合も、上層８．下層９を微小寸法平行
移動することによって、一度に２箇所の加工を常に行う
ことが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザ光を成形する開口を。

各層に同一または異なるパターンのある２層構造にし、
各層、独立にＸ方向、Ｙ方向の平行移動、又はθ方向の
回転、又はＸ方向の平行移動とθ方向の回転により、複
数個の矩形および矩形以外のパターンの加工が可能とな
り、かつその寸法の微調整及び個数の変化を容易に行え
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のレーザ加工装置の構成
図、第２図は従来技術のレーザ加工装置の構成図、記３
図は従来技術のスリットの平面図と断面図、第４図は従
来技術のレーザマーキング装置の構成図、第５図は本発
明の第１の実施例の開口の平面図と断面図、第６　、７
　、８　、９　、１０図は第１の実施例の開口の説明図
、第１１図は本発明の第２の実施例の開口の平面図と断
面図、第１２゜１３図は本発明の第２の実施例の開口の
説明図、第１４図は本発明の第３の実施例の開口の平面
図と断面図、第１５図は本発明の第３の実施例の開口の
説明図、第１６図は本発明の第４の実施例の開口の説明
図である。１・・・レーザ発揚器　　　２・・・集光レンズ３・・
・コリメータレンズ　１５・・・投影レンズお、　５２
　、６３・・・開口　　　８　、５０　、６１・・・上
層９　、５１　、６２・・・下層第　１　図１　　Ｌ−１ｆ’！’＄凰　　　　　３３　　開口２ｔ
ＩＩｒ尤しンズ　　　　　ｌＳ　筏１シレンス゛３　コ
リー−２１ンズ第２図第３図り（（ｂ）（ａ）（ｂ）Ｒ（り第Ｓ図も６図窄７図吻８図槽９図第１Ｏ図Ｙ　　　Ｃ（１’）　　　　　　　　　　　ｑ（ｂ′）
第１０図半１１　　図 τ２第１２図第１５図力１４図Ａ／もＩｓ図第１６図ｑ ′（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振したレーザ
光の径を拡大する光学系と、拡大されたレーザ光を所定
のパターンに成形するための開口と、開口で成形されレ
ーザ光の投影像を被加工物に結像する投影レンズとを備
え、レーザ光で被加工物のレーザ光照射部分を除去する
レーザ加工装置において、開口を、各層にパターンがあ
り、各層独立に可動な２層の開口で構成したことを特徴
とするレーザ加工装置。