DE4106423C2 - Laser-Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents
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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 63-220991 (A) 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 Licht nicht transmittierende
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 ungefährt 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 beschrieben Laser-Bearbeitungsvor
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 weitgehend durch
das magnetooptische Informationen aufzeichnende Medi
um 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 Ausnutzungs
faktor des Lichtes ist gering.
Die US 3,742,182 betrifft ein Verfahren zum Herstel
len von Löchern mittels eines Laserstrahls, bei dem
eine Maske verwendet wird. Die Maske wird über das zu
perforierende Material gelegt und besteht aus einem
dünnen Material, beispielsweise Stahl, Messing, Alu
minium und Kupfer, und ist mit Löchern versehen. Die
Löcher werden jeweils einzeln mit einem stark gebün
delten Laserstrahl bestrahlt, wodurch Löcher in dem
unter der Maske liegenden zu perforierenden Material
entstehen.
JP 63-140787 beschreibt eine Vorrichtung, bei der
Laserlicht auf ein Werkstück gerichtet wird. Das von
dem Werkstück reflektierte Licht wird an einem halb
kugelförmigen Spiegel erneut reflektiert und auf das
Werkstück zurückgerichtet.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, eine Laser-Bearbeitungs
vorrichtung zu schaffen, bei der der Ausnutzungsfak
tor der Strahlung verbessert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn
zeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 3
in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes gelöst.
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 Laser-Bear
beitungsvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 4A und 4B die Vorderansicht und eine Schnittansicht,
in denen ein Maskenausgangsspiegel der
Laser-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.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben.
Die Laser-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 transparente
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 1,1mal (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 Maskenausgangsspiegel 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 Reflexionsgrad 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 = π R²
S1 = 2 π R² = 2S0.
S1 = 2 π R² = 2S0.
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-π)
S = S0 + S1 = 3S0,
S = S0 + S1 = 3S0,
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 Aluminium, 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.
Claims (10)
1. Laser-Bearbeitungsvorrichtung zur Bildung von
Löchern in einem Werkstück (109), mit einer in
dem Strahlengang zwischen der Laser-Strahlungs
quelle und dem Werkstück angeordneten Maske
(115), wobei die Maske (115) reflektierende Tei
le (118) zum Reflektieren der auf die Fläche der
Maske fallenden Laser-Strahlung (201) von der
Laser-Strahlungsquelle und die Laser-Strahlung
transmittierende Teile (119) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausgangsspiegel des Resonators der Laser-
Strahlungsquelle (112) so als Maske (115) ausge
bildet ist, daß ein zweiter Resonatorspiegel
(102) die an den reflektierenden Teilen (118)
der Maske (115) reflektierte Laser-Strahlung zur Maske
(115) zurücklenkt.
2. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Resona
torspiegel (102) als weitere Maske (105) ausge
bildet ist.
3. Laser-Bearbeitungsvorrichtung zur Bildung von
Löchern in einem Werkstück (109), mit einer in
dem Strahlengang zwischen der Laser-Strahlungs
quelle und der Fläche angeordneten Maske (221),
wobei die Maske (221) reflektierende Teile
(221c) zum Reflektieren der auf die Fläche der
Maske fallenden Laser-Strahlung von der
Laser-Strahlungsquelle und die Laser-Strahlung
transmittierende Teile (221b) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Spiegel (222, 213) vorgesehen ist, der ge
genüberliegend zu der Fläche der Maske (221)
angeordnet ist und der die an den reflektieren
den Teilen (221c) der Maske (221) reflektierte
Strahlung zur Maske (221) zurücklenkt, und daß
die Strahlung (201) so schräg auf einen Teil der
Maske (221) fällt, daß sie wiederholt zwischen
Spiegel (222) und Maske (221) reflektiert wird.
4. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlen (201)
von unterschiedlichen Richtungen schräg auf die
Maske (221) fallen.
5. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3
oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein wei
terer Spiegel (223, 224a, b) vorgesehen ist, der
die von der Maske (221) reflektierte und nicht
auf den Spiegel (222) fallende Strahlung zurück
reflektiert.
6. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
weitere Spiegel (224a, b) halbdurchlässig und die
schräg auf die Maske (221) gelenkte Strahlung
über ihn eingekoppelt wird.
7. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (222)
flach ausgebildet ist.
8. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (213)
halbkugelförmig ausgebildet ist.
9. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte der
Laser-Strahlungsquelle (112) zugewandte Fläche
der Maske (115, 221) mit Ausnahme der transmit
tierenden Teile (119, 221b) eine reflektierende
Schicht aufweist.
10. Laser-Bearbeitungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Strah
lungsquelle als Excimer-Laser ausgebildet ist.
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