DE4106423A1 - Optische bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Bearbeitungsvorrichtung, die einen Laser­ strahl und eine Maske verwendet, um Löcher, wie Durchgangs- oder Sacklöcher, in einer Leiterplatte mit gedruckter Schaltung zu bilden.

Ein Beispiel einer optischen Bearbeitungsvorrichtung nach dem Stand der Technik ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 20 991/1988 offenbart und in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung und Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Maske mit dem Beispiel eines Musters.

Wie in diesen Figuren dargestellt, sendet eine Strahlungsquelle, die als KrF Excimer- Laseroszillator 101 ausgebildet ist, einen Laser­ strahl 107 der Wellenlänge von 248 nm aus.

Der Laseroszillator 101 umfaßt einen vollständig reflektierenden Spiegel 102, einen Laserausgangs­ spiegel 103, der einen gewissen Strahlungstransmissions­ grad t (<1) aufweist und ein Lasermedium 104, das zwischen den Spiegeln 102 und 103 angeordnet ist. Es ist eine Maske 105 mit Öffnungen vorge­ sehen, die ein Muster entsprechend dem Muster aufweisen, das durch die optische Bearbeitung auf einem Werkstück 109 hergestellt werden soll.

Ein von der Strahlungsquelle 101 ausgesandter Licht­ strahl 107 wird durch eine Strahlaufweitung 106 aufgeweitet und ein Teil des Lichtstrahls 107, der auf das Lochmuster der Maske 105 fällt, geht durch die Maske 105 hindurch.

Die Maske 105 umfaßt eine transparente Platte 105a aus synthetischem Quarz, die die Transmission von Strahlung erlaubt und lichtnichttransmittierende Teile 105c, die so ausgebildet sind, daß licht­ transmittierende Teile 105b eines bestimmten Musters übrigbleiben.

In Fig. 2 ist ein kontinuierliches Muster 105b dar­ gestellt, wobei dies nur wegen der Vereinfachung der Darstellung gilt. Das Muster 105b wird aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Fenstern von ungefähr 20 µm im Durchmesser gebildet, die derart angeordnet sind, daß das Muster 105b geformt wird. Ungefähr 100 solcher lichtdurchlässigen Fenster sind pro cm² vorgesehen. Das Öffnungsverhältnis (das Verhältnis der die lichtdurchlässigen Teile bildenden Flächen des Musters 105b zu der Fläche des gesamten Musters) beträgt ungefähr 0,03%.

Eine Abbildungslinse 110 mit einer Brennweite F ist vorgesehen, die einen Abstand A von der Maske 105 aufweist. Eine das zu bearbeitende Werkstück bildende gedruckte Leiterplatter aus Polyimid ist mit einem Abstand B zu der Abbildungs­ linse 110 angeordnet.

Durch die Wirkung der Abbildungslinse 110 wird der Teil des Laserstrahls 111, der durch das Lochmuster 105b der Maske 105 und durch die Abbildungslinse 110 hindurchgeht, auf der Fläche des Werkstückes 109 abgebildet.

Im folgenden wird die Funktionsweise beschrieben. Der durch die Oszillation des Laseroszillators 101 erzeugte Laserstrahl wird durch den Laserausgangs­ spiegel 103 ausgesandt, wie durch das Bezugszeichen 107 angegeben,und wird durch die Aufweitungsan­ ordnung 106 zu einer Abmessung der Fläche der Maske 105 aufgeweitet und auf die Maske 105 gestrahlt. Die Maske 105 weist ein bestimmtes Muster 105b aus Fig. 2 auf, das den Durchgang des Laserstrahls 107 erlaubt. Der Laserstrahl 107 fällt danach auf die Abbildungslinse 110 und wird auf das Werkstück 109 projiziert, wenn die Bedingung

1/A+1/B = 1/F

eingehalten wird. Das Bild, das auf das Werkstück 109 projiziert wird, ist eine Umkehrung des Musters 105b. Dabei wird die Bearbeitung von Durchgangslöchern an dem Werkstück 109 in Übereinstimmung mit dem Muster durchgeführt. Der Vergrößerungsfaktor des projizierten Bildes relativ zu dem Muster 105b auf der Maske 105 ist B/A.

Das Öffnungsverhältnis der Maske 105 beträgt nur 0,03% und der Rest der Strahlung, der 99,97% der gesamten einfallenden Strahlung beträgt, wird von der Maske 105 absorbiert oder reflektiert.

Da bei der oben beschriebenen Laserbearbeitungsvor­ richtung nach dem Stand der Technik der Laserstrahl durch den halbtransparenten Film gesandt wird, ist die Leistungsdichte gering. Darüber hinaus wird der auf die Maske gestrahlte Laserstrahl weit­ gehend durch das magneto-optische Informationen aufzeichnende Medium der Maske 105 absorbiert oder reflektiert und das meiste (99,97% im obigen Beispiel) der Energie des Laserstrahls wird nicht direkt für die Bearbeitung verwendet sondern verschwendet, und der Ausnutzungsfaktor des Lichts ist gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, bei der der Ausnutzungsfaktor der Strahlung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Die optische Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zur Bestrahlung einer zu bearbeitenden Fläche mit Strahlung aus einer Strahlungsquelle, um Löcher durch diese Fläche zu bilden,und umfaßt eine in dem Strahlungspfad zwischen Strahlungsquelle und Fläche angeordnete Maske, die reflektierende Teile, die die Strahlung von der Strahlungsquelle auf eine erste Fläche, auf der sie die Strahlung von der Strahlungsquelle erhält, reflektiert, und strahlungstransmittierende Teile aufweist, die ein gewünschtes Muster haben und die Strahlung von der Strahlungsquelle hindurchlassen und Reflexionsmittel zum Zurücklenken der an den reflektierenden Teilen der Maske reflektierten Strahlung auf die Maske.

Eine optische Bearbeitungsvorrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zum Abstrahlen einer Strahlung von einer Strahlungs­ quelle auf eine zu bearbeitende Fläche, um Löcher durch die Fläche zu bilden,und sie umfaßt eine Mehrzahl von konvergierenden Mittel zum Konvergieren der Strahlung von der Strahlungsquelle auf die Fläche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer optischen Bearbeitungs­ vorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Maske, die ein Beispiel eines Musters einer Maske zeigt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Aus­ führungsbeispiels der optischen Bear­ beitungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4A und 4B die Vorderansicht und eine Schnittansicht, in denen ein Maskenausgangsspiegel der optischen Bearbeitungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 dargestellt sind,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 8 bis 13 schematische Ansichten von weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 15 Details einer Fresnelschen Zonenplatte,

Fig. 16 die Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 14, und

Fig. 17 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bechrieben. Die optische Bearbeitungsvorrichtung dieses Aus­ führungsbeispiels umfaßt einen Laseroszillator 112 mit einem mit einem Lasermedium 104 gefüllten Entladungsrohr 113 und mit zwei an den zwei gegenüberliegenden Enden des Entladungsrohres 113 angeordneten Fenstern 114a und 114b. Ein voll­ ständig reflektierender Spiegel 102 ist dem Fenster 114a gegenüberliegend angeordnet, um das von dem Fenster 114a emittierte Licht durch das Fenster 114a in das Entladungsrohr 113 zurückzu­ reflektieren. Ein Maskenausgangsspiegel 115 ist dem anderen Fenster 114b gegenüberliegend angeordnet, um den größten Teil der von dem Fenster 114b emittierten Strahlung durch das Fenster 114b in das Entladungsrohr 113 zurückzureflektieren.

Wie in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist, weist der Maskenausgangsspiegel 115 eine transpartente Platte 117 und einen auf der transparenten Platte 117 gebildeten Reflexionsfilm 118 auf, der aus einem Material mit einem hohen Reflexionsgrad besteht und mit einem gewünschten Lochmuster 119 versehen ist. Der Teil des von dem Fenster 114b emittierten und auf den Maskenausgangsspiegel 115 auf die Löcher des Lochmusters 119 treffenden Laserstrahls geht durch den Maskenausgangsspiegel hindurch. Ein optische Abbildungssystem 110 bildet ein Bild des Musters der durch den Maskenausgangsspiegel 115 hindurchgehenden Laserstrahlung 116 auf dem Werkstück 109 ab.

Die Funktionsweise der Vorrichtung wird im folgenden beschrieben. Laseroszillation findet mittels des vollständig reflektierenden Spiegels 102 und des Maskenausgangsspiegels 115 statt. Da der reflektierende Film 118 des Maskenausgangs­ spiegels 115 mit Öffnungen 119 versehen ist, geht ein Teil des Laserstrahls durch den Maskenaus­ gangsspiegel 115 hindurch. Der durch den Masken­ ausgangsspiegel 115 hindurchgehende Laserstrahl wird durch das optische Abbildungssystem 110 auf das Werkstück 109 projiziert, so daß das Werkstück 109 bearbeitet wird und ein Muster entsprechend dem Lochmuster des Maskenausgangsspiegels 115 aufweist. Der durch den reflektierenden Film 118 reflektierte Laserstrahl wird in den Oszillator 112 zurückgelenkt und wieder verwendet.

Es wird angenommen, daß die Kupferpolyimidplatte einer Durchgangslochbearbeitung mit 100 Löchern eines Durchmessers von 20 µm in einem Viereck von 1 cm×1 cm unterworfen wird. Das Öffnungsverhältnis (Verhältnis der Gesamtfläche der die Strahlung hindurchlassenden Teile zu der Gesamtfläche der Maske) beträgt nur 0,03% und 99,97% der Laserstrahlung wird an den Oszillator 12 zurückgegeben und wird zur Verbesserung der Intensität des Laserlichts verwendet. Die Laserstrahlung 116 des gewünschten Musters weist eine Intensität auf, die ungefähr gleich der Intensität des Laserlichts in dem Laseroszillator 112 ist.

Im Falle eines CO₂ Lasers ist der Transmissionsgrad des Laserausgangsspiegels 103 (halbdurchlässiger Spiegel) in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik ungefähr 10%. Wenn angenommen wird, daß die Intensität des Laserlichts in dem Ausführungsbeispiel der beschriebenen Erfindung gleich der der Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist, so ist die Laser­ strahlung, wie sie auf das Werkstück gestrahlt wird, ungefähr 10 mal der in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik. Im Falle eines Excimers-Lasers, der die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert, hat der Laserausgangsspiegel 103 ungefähr 90%. Wenn der Maskenausgangsspiegel der vorliegenden Erfindung verwendet wird und wenn angenommen wird, daß die Intensität des Laserlichts in dem Laser­ oszillator gleich der in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist, dann ist das auf das Werkstück gestrahlte Laserlicht 1,1 mal (10% höher als) größer als in einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik.

In dem obigen Ausführungsbeispiel ist einer der zwei den Resonator bildenden Spiegel ein vollständig reflektierender Spiegel 102, während der andere der Maskenausgangsspiegel 115 ist. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der vollständig reflektierende Spiegel 102 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 durch einen weiteren Maskenausgangsspiegel 115 ersetzt werden. In anderen Worten gesagt, können zwei Maskenausgangsspiegel 115 den zwei Fenstern 114a, 114b gegenüberliegend vorgesehen sein. Das durch beide Maskenausgangsspiegel hindurch­ gehende Laserlicht wird durch jeweilige optische Abbildungssysteme 110 auf jeweilige Werkstücke 109 projiziert. Mit dieser Anordnung können zwei Werk­ stücke gleichzeitig bearbeitet werden.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann ein Aufweitungssystem 106 zwischen Maskenausgsangsspiegel 115 und Fenster 114b eingesetzt werden. Mit dieser Anordnung können Masken größerer Abmessungen verwendet werden.

Das in den obigen Ausführungsbeispielen verwendete optische Abbildungssystem umfaßt eine einzige Linse, aber andere Arten von optischen Abbildungssystemen können an dessen Stelle verwendet werden.

Das Öffnungsverhältnis des auf dem Maskenausgangs­ spiegel vorgesehenen Lochmusters kann verändert werden in einem Bereich, in dem die Laseroszillation aufrecht­ erhalten wird.

Wie in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 6 beschrieben wurde, besteht der Oszillatorausgangsspiegel, der zur Aufrechterhaltung der Laseroszillation und zum Lenken des Laserstrahls in Richtung zum Werkstück dient, aus einer transparenten Platte und einer Maske aus einem reflektierenden Film mit einem gewünschten Lochmuster. Der Laserstrahl kann daher mit einem hohen Wirkungsgrad verwendet werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. In Fig. 7 wird ein Laserstrahl 201 von einem KrF Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm emittiert. Eine Sammellinse 211 konvergiert den Laserstrahl 201. Eine Maske 212 weist eine transparente Platte 212a aus synthetischem Quarz und einen re­ flektierenden Film 212c aus Aluminium auf, wobei der re­ flektierende Film 212c auf die transparente Platte 212a aufgedampft wird und ein gewünschtes Muster 212b bildet. Der Reflektionsgrad des reflektierenden Films 212c ist größer als 90%. Ein halbkugelförmiger Spiegel 213 mit einem Radius von R dient als Re­ flexionsmittel, wobei sein offenes Ende gegen die Maske 212 stößt und eine Öffnung 213a auf der Achse, die durch die Mitte der Kugel und senkrecht zur Fläche der Maske 212 hindurchgeht, vorgesehen ist. Das Loch 213a dient dazu, den Laserstrahl 201 in Richtung zur Maske 212 hindurchzulassen. Das an der reflektierenden Schicht 212c der Maske 212 auf den halbkugelförmigen Spiegel 213 reflektierte Licht wird an der inneren Fläche des halbkugelförmigen Spiegels 213 zurück auf die Maske 212 reflektiert. Die Reflexion wird wiederholt bis das Licht endlich durch das Lochmuster 212b hindurchgeht und zur Be­ arbeitung des Werkstückes 205 verwendet wird. Die restliche Anordnung ist identisch zu der, die in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, daher wird seine Beschreibung weggelassen.

Die Betriebsweise wird im folgenden beschrieben. Der Laserstrahl 201 wird durch die Sammellinse 211 gesammelt und durch das Loch 213a des halbkugelförmigen Spiegels 213 gelenkt. Wenn das Loch 213a in der Nähe des Brennpunktes der Sammellinse 212 angeordnet ist, kann der größte Teil des Laserstrahls durch das Loch 213a hindurchgelenkt werden, selbst wenn es sehr klein ist. Der durch das Loch 213a hindurch­ gehende Laserstrahl 201 bestrahlt die Maske 212. Ein Teil des Laserstrahls 201 geht durch das Muster 212b der Maske 212 hindurch und der Rest der Laser­ strahlung 201, der den größten Teil bildet, trifft auf die reflektierende Schicht 212c und wird auf den halbkugelförmigen Spiegel 213 reflektiert. Dieses reflektierte Licht wird erneut durch den halbkugelförmigen Spiegel 213 auf die Maske 212 gelenkt und ein Teil geht durch das Muster 212b der Maske 212 hindurch. Der Rest wird zum halbkugel­ förmigen Spiegel 213 zurückreflektiert. Auf diese Weise wiederholt das Laserlicht die Bestrahlung der Maske 212, die Reflexion an der reflektierenden Schicht der Maske 212 und des halbkugelförmigen Spiegels 13 und jedesmal, wenn der Laserstrahl 201 auf die Maske 212 trifft, geht ein Teil durch das Muster 212b der Maske hindurch. Das Licht, das durch das Muster 212b nach Reflexionen hindurchgeht, addiert sich zu dem Licht, das durch das Muster 212b bei der ersten Bestrahlung hindurchgeht. Somit geht das Licht mit größerer Stärke durch die Abbildungslinse 204 und wird zur Bearbeitung von Löchern 205a auf der gedruckten Leiterplatte 205 verwendet. Daher wird das auf das Werkstück strahlende Licht im Vergleich mit dem Stand der Technik verstärkt, bei dem nur das bei der ersten Bestrahlung hindurchgehende Licht verwendet wird.

Die Gründe, warum der durch das Muster 212b der Maske 212 hindurchgehende Laserstrahl 201 stärker ist als der der Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wird im folgenden beschrieben. Um die Erklärung zu vereinfachen, wird angenommen, daß die effektive Reflexionsfläche der reflektierenden Schicht 212c der Maske 212, auf die der Laserstrahl 201 trifft, die Form einer Scheibe mit dem Radius R hat, wie in Fig. 8 gezeigt. Die Flächen S0 und S1 der Oberflächen der Maske 212 und des halbkugelförmigen Spiegels 213, bei denen der Laserstrahl 201 reflektiert wird, werden wie folgt bestimmt:

S0 = πR²
S1 = 2πR² = 2 S0.

Anschließend wird die Intensität I0 des Laserstrahls 201, der anfangs auf die Maske 212 fällt und die Intensität I1 des Laserstrahls 201, der auf die Maske 212 fällt, nachdem er an der reflektierenden Schicht 212c der Maske und an dem halbkugelförmigen Spiegel 213 reflektiert wurde, berechnet. Unter der Annahme, daß die Ausgangsleistung des Laser­ strahls 201 P ist, wird I0 wie folgt vorgegeben:

I0 = P/S0.

I1 ist die Summe der Intensitäten der Lichtstrahlen, die abgestrahlt werden, nachdem sie an der Maske 212 und dem halbkugelförmigen Spiegel 213 reflektiert worden sind. Unter der Annahme, daß der halbkugel­ förmige Spiegel 213 eine perfekte Halbkugelform aufweist, sind die Ergebnisse der Berechnungen wie folgt:

I1 = (P/S · ρ/(1-ρ)
S = S0+S1 = 3 S0,

wobei ρ der Reflexionsgrad der reflektierenden Ober­ flächen ist, und

S die Reflexionsfläche darstellt.

Die Gesamtintensität des auf die Maske 212 gestrahlten Laserstrahls 201 ist wie folgt:

I = I0+I1 = I0+(I0/3) · ρ/(1-ρ).

Der Reflexionsgrad ρ der aus einer aufgedampften Schicht aus Aluminium bestehenden reflektierenden Schicht 212c ist 0,9 oder mehr, so daß

I 4 × I0 ist.

Die Intensität des auf die Maske 212 gestrahlten Laserstrahls 201 ist mehr als viermal so groß wie die Intensität I0 der Vorrichtung nach dem Stand der Technik und der Ausnutzungsfaktor des Laser­ strahls 201 ist somit sehr viel höher.

In dem Ausführungsbeispiel besteht die reflektierende Schicht 212c aus aufgedampftem Alumium, aber sie kann auch aus einer mehrschichtigen dielektrischen Schicht gebildet sein.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das durch die Maske hindurchgehende Licht durch eine Abbildungslinse 204 auf die gedruckte Schaltplatine 205 gelenkt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 kann die gedruckte Schaltplatine 205 angrenzend zur Maske 212 angeordnet sein, wobei ähnliche Wirkungen erzielt werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein halbkugelförmiger Spiegel 212 verwendet, aber es können auch an dessen Stelle Spiegel anderer Formen, beispielsweise ein Paraboloidspiegel verwendet werden. Der Spiegel kann eine kontinuierlich gekrümmte Fläche aufweisen, oder die Spiegelfläche kann aus einer Anordnung einer Vielzahl von kleinen flachen Spiegeln bestehen, die in guter Nährung eine ge­ wünschte Reflexionsfläche ergeben.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Maske 221 eine transparente Platte 221a aus synthetischem Quarz und eine mehr­ lagige dielektrische Schicht 221c umfaßt, die ein Lochmuster 221b bildet und ein Reflexionsgrad von 99% aufweist. Ein flacher Spiegel mit einer reflektierenden mehrlagigen dielektrischen Schicht mit einem Reflexionsgrad von 99% ist parallel zu und gegenüber der reflektierenden Schicht 221c der Maske 221 angeordnet.

Die Funktionsweise wird nunmehr beschrieben. Der Laserstrahl 201 wird schräg von oben kommend auf den oberen Teil der Maske 221 gelenkt. Der Laserstrahl 201 wird an der reflektierenden Schicht 221c und dem flachen Spiegel 222 wiederholt reflektiert, bis er den unteren Teil der Maske 221 erreicht. Wenn der Laserstrahl 201 in direkter Bestrahlung oder nach Reflexionen auf die Maske fällt, geht ein Teil des Laserstrahls 201 durch das Lochmuster 221b hindurch und wird durch die Abbildungslinse 204 gelenkt und für die Bearbeitung des Werkstückes 205 in der gleichen Weise wie in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet. Der Winkel, bei dem der Laserstrahl 201 ursprünglich fällt, ist so bestimmt, daß die Folge der Reflexionen im gesamten Bereich der Maske 221 bestrahlt, wobei verhindert wird, daß nichtbestrahlte Bereiche zwischen den durch die nacheinander-folgende Bestrahlung erzeugt werden. Der Laserstrahl 201 wird nicht an den Löchern des Lochmusters 221b reflektiert und Lücken werden dadurch im Laserstrahl erzeugt, aber der Abstand zwischen der Maske 221 und dem flachen Spiegel 220 ist im Vergleich mit der Breite des Lochmusters 221b aus Bereichen groß (genau gesagt, hat die Anordnung der Licht durchlassenden Fenster einen Durchmesser von 20 µm) und beträgt beispielsweise 20 mm, wodurch die Lücken aufgrund der Diffraktion gefüllt werden, wenn der an der Maske 221 reflektierte Laserstrahl 201 zu dem flachen Spiegel 222 fortschreitet und zur Maske 221 zurückgelenkt wird.

Da der Strahl, der einmal auf die Maske 221 fällt, nach den Reflexionen wiederholt auf die Maske 221 gestrahlt wird, ist der Ausnutzungsfaktor hoch. Dies wird genauer beschrieben. Es wird angenommen, daß in Fig. 10 die Ausgangsleistung des Laserstrahls 201 P ist, der Querschnitt des Strahls die Form eines Rechteckes von 10 mm×30 mm und die Maske 221 die Form eines Quadrates von 30 mm×30 mm aufweist und das Öffnungsverhältnis des Musters 221b 0,03% wie in dem Beispiel nach dem Stand der Technik nach Fig. 2 beträgt.

Der Laserstrahl 201 mit einer Intensität von I0 wird von der Laserstrahlquelle ausgesandt und durch einen Kollimator (nicht gezeigt) in einen Strahl mit einem Querschnitt eines Rechtecks von 2 mm×30 mm geformt, wobei er auf 1/5 des ursprünglichen Strahls komprimiert wird. Die Intensität I des Strahls ist dann 5 mal so groß wie die Intensität I0 des ur­ sprünglichen Strahls. Dieser Laserstrahl der Intensität I wird schräg von oben auf die Maske 221 gestrahlt und wird danach wiederholt reflektiert. Der Teil des Laserstrahls, der auf die Löcher des Lochmusters 221b fällt, wird durchgelassen, aber da das Öffnungs­ verhältnis mit 0,03% sehr niedrig ist und der Verlust aufgrund des Durchganges durch das Lochmuster 221b geringer als der Verlust von 1% während der Reflexion an der reflektierenden Schicht 221c und an dem flachen Spiegel 222 ist, kann der Verlust aufgrund des Durchganges durch das Muster 221b vernachlässigt werden. Die Reflexion wird achtmal wiederholt. Die Intensität des Laserstrahls nach den acht Reflexionen ist 0,99⁸-0,92 mal der ursprüng­ lichen Intensität. Der Dämpfungsfaktor ist daher 0,92% und es besteht ein Abfall von ungefähr 8% in der Intensität des Laserstrahls, der am unteren Ende auffällt, verglichen mit der Intensität des Laserstrahls am oberen Ende. Das heißt, die Intensität des auf das untere Ende gestrahlten Laserstrahls ist 0,92×5×I0. Im Stand der Technik nach Fig. 2 ist die Intensität des Laserstrahls, der auf die Maske 103 fällt, gleich der ursprüng­ lichen Intensität I0. Somit ist die Intensität des Laserstrahls in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 mindestens 4,6 mal der des Standes der Technik.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 wird der Teil des Laserstrahls, der mehrfach zwischen der Maske 221 und dem flachen Spiegel 222 reflektiert wird und das untere Ende erreicht, verschwendet. Wenn allerdings ein zusätzlicher Spiegel 223 am unteren Ende in der Weise vorgesehen wird, daß der Laser­ strahl zur Maske zurückgeworfen wird, wie in Fig. 11 gezeigt, wird der Ausnutzungsgrad des Laserstrahls weiter erhöht.

Wenn zwei Laserstrahlen von zwei unterschiedlichen Richtungen, d. h. von dem oberen Ende und dem unteren Ende, wie in Fig. 12 gezeigt, auf die Maske 221 auftreffen, wird die Bestrahlung durch die Maske gleichmäßiger.

Darüber hinaus können die Laserstrahlen, wie in Fig. 13 gezeigt, vom oberen Ende und vom unteren Ende über halbdurchlässige Spiegel 224a, 224b auf die Maske gelenkt werden. Der halbdurchlässige Spiegel 224b ist in der gleichen Weise angeordnet wie der Spiegel 223 am unteren Ende des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11, derart, daß der am unteren Ende ankommende und reflektierte Laserstrahl, nachdem er zwischen der Maske 221 und dem Spiegel 222 reflektiert wurde, teilweise auf das untere Ende der Maske 221 zurück­ reflektiert wird. Der halbdurchlässige Spiegel 224a ist am oberen Ende in ähnlicher Weise ange­ ordnet, derart, daß der an dem oberen Ende ankommende und am oberen Ende reflektierte Laserstrahl, nachdem er zwischen der Maske 221 und dem Spiegel 222 reflektiert wurde, teilweise zum oberen Ende der Maske 221 zurückreflektiert wird.

In den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungs­ beispielen kann ebenfalls eine andere Strahlung als Laserstrahlung verwendet werden und die Erfindung ist für andere Verfahren als die Ablationsbearbeitung anwendbar, zum Beispiel für Belichtungsverfahren in der Photolithographie.

Wie in Zusammenhang mit den obigen Ausführungsbei­ spielen nach Fig. 7 bis 13 beschrieben wurde, sind reflektierende Mittel auf der Maske vorgesehen und eine reflektierendes Element ist gegenüberliegend zu den reflektierenden Mitteln der Maske angeordnet, um das Licht von der Maske zurück zur Maske zu reflektieren. Der Ausnutzungsfaktor des Lichts wird daher verbessert.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt in Zusammenhang mit Fig. 14 beschrieben. Wie dargestellt, wird das Laserlicht 303, das aus einer ebenen Welle besteht, von einem Laseroszillator wie dem in den obigen Ausführungsbeispielen erzeugt und wird auf ein Maskenmuster 302 gelenkt, das Öffnungen eines Musters einer Fresnelschen Zonenplatte 301 aufweist, und das Laserlicht 304, das ebenfalls aus einer ebenen Welle besteht und durch die Öffnungen 301 hindurchgeht, wird auf ein Werkstück 305 gestrahlt.

Die Öffnungen der Fresnelschen Zonenplatte wird genauer in Fig. 15A) dargestellt, in der die gestrichelten Bereiche den nichttransmittierenden Flächen, durch die das Licht nicht hindurchgeht, entsprechen, während die nichtgestrichelten Bereiche den das Licht hindurchlassenden transmittierenden Flächen entsprechen. In der Mitte ergibt sich eine scheibenförmige transmittierende Fläche T₁ mit einem Radius E. Andere transmittierende Flächen T₂ bis T_M sind ringförmig ausgebildet und sind von dem mittleren scheibenförmigen transmittierenden Bereich und voneinander durch ringförmige nicht­ transmittierende Flächen N₁ bis N_(M-1) getrennt. Die Grenzen zwischen einer transmittierenden Fläche und einer nichttransmittierenden Fläche sind kreis­ förmig und der Radius der m-ten Grenze, von der inneren Grenze zur äußeren Grenze gezählt, ist E (2 m-1)^1/2. Die Verteilung der Intensität des durch das Muster hindurchgehenden Lichts ist in Fig. 15B) dargestellt.

Der Abstand von der Fresnelschen Zonenplatte 301 in die Richtung, in die das Licht emittiert wird, ist durch Q dargestellt, wie in Fig. 16 gezeigt.

Die Funktionsweise wird nunmehr mit Bezug auf die Fig. 14, 15 und 16 beschrieben. Wenn der eine ebene Welle darstellende Laserstrahl auf das Maskenmuster 302 mit Fresnelscher Zonenplatte 301 fällt, wird der Laserstrahl 303 gebeugt und erreicht das Werkstück 305, das dabei bearbeitet wird. Die Verteilung des Lichts auf dem Maskenmuster 302 ist in Fig. 15B) dargestellt. Das Licht mit der Verteilung der ebenen Welle gemäß Fig. 15B) wird auf den Brennpunkt Fp an der Seite, an der das Licht von dem Maskenmuster 303 emittiert wird, gelenkt und die Lichtintensität an dem Brennpunkt Fp ist höher als an dem Masken­ muster (Fig. 16). Die Beziehung zwischen dem Abstand zu dem Brennpunkt Fp und dem Parameter E der Fresnel­ schen Zonenplatte wird ausgedrückt durch:

E²/(λ · F) = 1,

wobei λ die Wellenlänge des Laserlichts ist. Die Intensität des Lichts am Brennpunkt Fp wird vorgegeben durch:

I = M² · Im,

wobei Im die Intensität des Lichts auf dem Masken­ muster ist und

M die Zahl der Fresnelschen Zonenplatte.

Die Zahl der Fresnelschen Zonenplatte beträgt üblicher­ weise 6 bis 10. Wenn diese Angaben eingesetzt werden, ist die Intensität des Lichts 36 mal oder 100 mal der Intensität des Lichts auf dem Maskenmuster. Wenn die Fresnelsche Zonenplatte mit einer Vielzahl von Maskenmustern versehen ist, kann die Lochbildungs­ bearbeitung an einer Vielzahl von unterschiedlichen Orten gleichzeitig ausgeführt werden.

Die Größe der Fresnelschen Zonenplatte ist wie folgt: Wenn die Wellenlänge des Lichts λ=248 nm ist und die Brennweite F 50 nm beträgt, dann ist E 111 µm. Wenn M=10 ist, ist der Durchmesser der Fresnelschen Mustern

E · (2 M+1)^1/2 = 509 µm.

Es ist daher notwendig, daß der Abstand zwischen den Löchern nicht geringer als 509 µm ist.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das von der Fresnelschen Zonenplatte emittierte Licht direkt auf das Werkstück geleitet. Aber wie in Fig. 17 dargestellt ist, wird die Verteilung des Lichts auf der Brennebene 306 bei Fp unter Verwendung eines optischen Abbildungssystems 307 auf die Oberfläche des Werkstücks übertragen.

Die in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendete Fresnelsche Zonenplatte ist wie in Fig. 15 aufgebaut und wenn die Besselfunktion erster Ordnung mit J₁(r) bezeichnet wird, der Radius R ist, die Fresnel-Zahl durch N dargestellt wird und der Abstand zu dem äußersten Teil der Fresnelschen Zonenplatte mit L bezeichnet wird, wird die Intensität I des Lichts am Brennpunkt bestimmt zu:

I = c · {J₁(2 Nπ R/L)/(Nπ R/L)}²

wobei c eine Proportionalkonstante darstellt.

Wenn andere Muster für die Fresnelsche Zonenplatte verwendet werden, kann die Lichtverteilung am Brennpunkt ähnlich einem Rechteck oder einem Ring gemacht werden.

Darüber hinaus ist durch Verwendung eines linearen Musters der Fresnelschen Zonenplatte möglich, eine schlitzförmige Verteilung des Lichts zu erhalten.

Es ist ebenfalls möglich, eine Mikrolinse anstelle der Fresnelschen Zonenplatte zu verwenden.

Wie entsprechend den oberen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird eine Maske mit einer Viel­ zahl von Fresnelschen Zonenplattenmustern, die eine fokussierende Funktion aufweisen, verwendet, so daß der Laserstrahl mit einem höheren Wirkungs­ grad ausgenutzt werden kann und die Bearbeitung zur Bildung von zerstreuten Löchern kann in einfacher Weise erreicht werden wie im Falle eines optischen Übertragungssystems. Der Durchsatz wird dabei wesentlich im Vergleich mit der Vor­ richtung nach dem Stand der Technik verbessert.

Claims (9)

1. Optische Bearbeitungsvorrichtung zum Aussenden einer Strahlung von einer Strahlungsquelle auf eine zu bearbeitende Fläche zur Bildung von Löchern durch diese Fläche mit einer in dem Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und der Fläche angeordneten Maske, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (115) reflektierende Teile (118) zum Reflektieren der auf die Fläche der Maske fallenden Strahlung von der Strahlungsquelle und die Strahlung transmittierende Teile (119) in einem gewünschten Muster aufweist, die die Strahlung von der Strahlungsquelle (112) hindurchlassen und daß Reflexionsmittel (102) vorgesehen sind, die die an den reflektierenden Teilen (118) der Maske (115) reflektierte Strahlung zur Maske (115) zurücklenken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reflexionsmittel einen flachen Spiegel (102) aufweisen, der gegenüber­ liegend zu der Fläche der Maske (115) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reflexionsmittel einen kugelförmigen Spiegel (213) aufweisen, der gegenüberliegend zu der Fläche der Maske (212) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maske als Ausgangsspiegel aus­ gebildet ist, der Teil eines die Strahlungsquelle umfassenden Resonators ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlungsquelle als Excimer-Laser ausgebildet ist.

6. Optische Bearbeitungsvorrichtung zum Aussenden einer Strahlung von einer Strahlungsquelle auf eine zu bearbeitende Fläche zur Bildung von Löchern durch diese Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von konvergierenden Mitteln zum Ablenken der Strahlung von der Strahlungs­ quelle auf die Fläche vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die konvergierenden Mittel eine Fresnelsche Zonenplatte (301) umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Maske vorgesehen ist, die eine Vielzahl von Fresnelschen Zonenplatten umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlungsquelle als Excimer-Laser ausgebildet ist.