JPH07299576A - 光加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビーム整形光学系と結像光学系の各筒状体を
レーザビームの散乱光や反射光が照射しても、そのスパ
ッタリング粒子や反応生成物が組み合せレンズに付着し
たり化学蒸着するのを抑制して、その光学特性を低下さ
せることのない光加工装置を提供する。 【構成】 紫外レーザ光のレーザビームをビーム整形光
学系で拡大または縮小して整形し、微小な光の通過穴と
遮光部とからなる所定のパターンを有するマスクに照射
して通過穴を通過したレーザビームを結像光学系で被加
工物の表面に結像し、光化学反応によりパターンを転写
した穴明け加工を行なう光加工装置において、ビーム整
形光学系の組み合せレンズを装着した筒状体と結像光学
系の組み合せレンズを装着した筒状体にそれぞれレーザ
ビームの光路を空洞にした合成石英または光学ガラスか
らなる保護部材を内設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は微細な光の通過穴と遮
光部とからなるパターンのマスクに紫外レーザ光を照射
し、被加工物の表面にそのパターンを転写して穴明け加
工を行なう光加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば、レーザ学会研究会報告、
レーザ加工、Ｎｏ．ＲＴＭ−９２−３８，１９９２年１
０月，３７〜４１頁に掲載された従来の光加工装置の光
学系を示す構成図である。図において、１は紫外レーザ
光を発振してそのレーザビームを出力するエキシマレー
ザ発振器、２はエキシマレーザ発振器１からのレーザビ
ームを拡大して整形するビーム整形光学系のビームエキ
スパンダで凹レンズ２ａと凸レンズ２ｂの組み合わせレ
ンズからなる。３は透光性の合成石英板または光学ガラ
ス板の表面に微細な光の通過穴（直径３０μｍ程度）と
遮光部とからなる所定のパターンを薄膜により形成した
マスク、４はマスク３を通過したレーザビームを結像さ
せる結像光学系の転写レンズ、１０はマスク４のパター
ンを転写して穴明け加工を行なう被加工物である。

【０００３】従来の光加工装置は以上のように構成さ
れ、エキシマレーザ発振器１の出力するレーザビームを
ビームエキスパンダ２で拡大し整形してマスク３に照射
する。マスク３の通過穴を通過したレーザビームを転写
レンズ４で被加工物１０の表面に結像し、光化学反応に
よりマスク３のパターンを転写した穴明け加工を行な
う。微細な穴明け加工を一度に、熱損傷もなく精密に行
なうことができる。

【０００４】また、図６は上記と異なる従来の光加工装
置の光学系を示す構成図である。図において、１、４、
１０は図５で説明したものと同じものであり、６はエキ
シマレーザ発振器１からのレーザビームを縮小して整形
するビーム整形光学系のビームコントラクタで凸レンズ
６ａと凹レンズ６ｂの組み合わせレンズからなる。７は
ビームコントラクタ６で整形したレーザビームの方向を
変えるベンドミラー、８は透光性の合成石英板または光
学ガラス板の表面に微細な光の通過穴（直径２０μｍ程
度）と高反射性の遮光部とからなる所定のパターンを薄
膜により形成したマスク、９はマスク８の遮光部で反射
したレーザビームを繰り返し再反射する高反射ミラーで
ある。

【０００５】従来のこの光加工装置ではエキシマレーザ
発振器１の出力するレーザビームをビームコントラクタ
６で縮小してシート状に整形し、ベンドミラー７でその
方向を変えてマスク８に照射する。マスク８は通過穴の
占める面積が全体の面積に比べてごく僅かであるので、
マスク８の遮光部で反射するレーザビームを高反射ミラ
ー９との間で繰り返し再反射させて有効利用を図る。マ
スク８の通過穴を通過したレーザビームを転写レンズ４
で被加工物１０の表面に結像し、光化学反応によりマス
ク８のパターンを転写した穴明け加工を行なう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光加工装置は以
上のように構成され、ビームエキスパンダ２、転写レン
ズ４、ビームコントラクタ６がいずれも組み合わせレン
ズからなっているので、レーザビームが入射すると散乱
光を避けることができず、また、マスク３，８と被加工
物１０では反射光も生じる。この散乱光や反射光が組み
合わせレンズを装着した筒状体（図示せず）を照射して
スパッタリングすると、筒状体を構成する金属あるいは
プラスチックのスパッタリング粒子やその反応生成物を
生じ、これが組み合わせレンズに付着したり化学蒸着し
て紫外レーザ光を吸収し、組み合わせレンズを汚損して
その光学特性を低下させ、被加工物１０に十分な穴明け
加工ができないと云う解決すべき課題があった。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、レーザビームの散乱光や反射光が
ビームエキスパンダ、転写レンズ、ビームコントラクタ
の各筒状体を照射してもそのスパッタリング粒子や反応
生成物が組み合わせレンズに付着したり化学蒸着するの
を抑制してその光学特性を低下させることのない光加工
装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光加工装
置は紫外レーザ光のレーザビームを組み合せレンズから
なるビーム整形光学系で拡大または縮小して整形し、微
細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパターンを有
するマスクに照射して通過穴を通過したレーザビームを
組み合せレンズからなる結像光学系で被加工物の表面に
結像し、光化学反応によりパターンを転写した穴明け加
工を行なうものにおいて、ビーム整形光学系の組み合せ
レンズを装着した筒状体と結像光学系の組み合せレンズ
を装着した筒状体にそれぞれレーザビームの光路を空洞
にした合成石英または光学ガラスからなる保護部材を内
設したものである。

【０００９】ビーム整形光学系のマスクと対向する筒状
体の端面に紫外レーザ光を吸収し、ビーム整形光学系を
出射するレーザビームの断面に対応した開口部を有する
光吸収部材を装着し、結像光学系の被加工物と対向する
筒状体の端面に紫外レーザ光を吸収し、結像光学系を出
射するレーザビームの断面に対応した開口部を有する光
吸収部材を装着する。

【００１０】合成石英または光学レンズからなる保護部
材の光路側の表面に反射防止膜を被着する。

【００１１】光吸収部材の表面を微小な凹凸面にする。

【００１２】光吸収部材の表面に頂角を鈍角にした三角
溝を設ける。

【００１３】光吸収部材に被加工物の表面で反射する紫
外レーザ光を減衰させて吸収する空洞部を設ける。

【００１４】紫外レーザ光のレーザビームを組み合せレ
ンズからなるビーム整形光学系で拡大または縮小して整
形し、微細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパタ
ーンを有するマスクに照射して通過穴を通過したレーザ
ビームを組み合せレンズからなる結像光学系で被加工物
の表面に結像し、光化学反応によりパターンを転写した
穴明け加工を行なう光加工装置において、ビーム整形光
学系の組み合せレンズを装着した筒状体と結像光学系の
組み合せレンズを装着した筒状体とを合成石英または光
学ガラスからなるものとし、かつ両筒状体の外周面を紫
外レーザ光を吸収する光吸収部材で覆う。

【００１５】

【作用】この発明における保護部材はレーザビームの散
乱光、反射光がビーム整形光学系の筒状体や結像光学系
の筒状体を照射してスパッタリングしてもスパッタリン
グ粒子や反応生成物がビーム整形光学系の組み合せレン
ズや結像光学系の組み合せレンズに付着したり化学蒸着
するのを抑制する。

【００１６】ビーム整形光学系の筒状体の端面に装置し
た光吸収部材はマスクの遮光部で反射する紫外レーザ光
を吸収し、結像光学系の筒状体の端面に装置した光吸収
部材は被加工物の表面で反射する紫外レーザ光を吸収す
る。

【００１７】反射防止膜は保護部材に入射するレーザビ
ームの散乱光、反射光をほとんど反射せずに透過させ
る。

【００１８】光吸収部材の凹凸面は被加工物の表面で反
射する紫外レーザ光の吸収効果をたかめる。

【００１９】光吸収部材の表面の三角溝は被加工物の表
面で反射する紫外レーザ光の吸収効果をたかめる。

【００２０】光吸収部材の空洞部は被加工物の表面で反
射する紫外レーザ光を減衰させて吸収する。

【００２１】ビーム整形光学系の筒状体と結像光学系の
筒状体は合成石英または光学ガラスからなり、その外周
面を光吸収部材で覆うので、レーザビームの散乱光、反
射光が各筒状体に入射してスパッタリングしてもそのス
パッタリング粒子や反応生成物は殆ど生ぜず、光吸収部
材が各筒状体を透過した散乱光、反射光を吸収する。

【００２２】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１の結像光学系を示
す断面図である。図において、１０は従来の技術で図５
について説明したものと同じものであり、４１は凸レン
ズと凹レンズからなる組み合わせレンズ、４２は組み合
わせレンズ４１を装着した筒状体、４３は筒状体４２に
内設した合成石英または光学レンズからなる保護部材で
ある。

【００２３】この実施例１の光学系も図示は省略する
が、図５に示す従来の光加工装置のものと同様であり、
エキシマレーザ発振器１の出力するレーザビームをビー
ム整形光学系で拡大し整形してマスクに照射する。マス
クの通過穴を通過したレーザビームを結像光学系で被加
工物１０の表面に結像し、光化学反応によりマスクのパ
ターンを転写した穴明け加工を行なう。ところで、この
結像光学系は以上のように構成されており、組み合わせ
レンズ４１による散乱光、被加工物１０の表面での反射
光（それらの例を図１に破線で示す）が合成石英または
光学ガラスからなる保護部材４３に入射すると、約９２
％は保護部材４３を透過し、残りの約８％は保護部材４
３の入射面で反射、吸収する。保護部材４３の吸収する
紫外レーザ光は僅かであるので、それを構成する合成石
英または光学ガラスのスパッタリング粒子は殆ど生じな
い。また、保護部材４３を透過した紫外レーザ光は筒状
体４２を照射しスパッタリングして筒状体４２を構成す
る金属あるいはプラスチックのスパッタリング粒子やそ
の反応生成物を生じるが、保護部材４３に阻止されて組
み合わせレンズ４１に付着したり化学蒸着することは殆
どなく、組み合わせレンズ４１の汚損は大いに抑制され
る。なお、ビーム整形光学系も組み合わせレンズを装着
した筒状体に合成石英または光学ガラスからなる保護部
材を内設するので、組み合わせレンズによる散乱光、マ
スクの遮光部での反射光によるスパッタリング粒子やそ
の反応生成物に対し同様の効果がある。

【００２４】実施例２．図２はこの発明の実施例２の結
像光学系を示す断面図であり、１０、４１〜４３は実施
例１で説明した。４５は筒状体４２の被加工物１０と対
向する端面に装着した板状の光吸収部材、４５ａは光吸
収部材４５の開口部である。実施例２の結像光学系は以
上のように筒状体４２の被加工物１０と対向する端面に
紫外レーザ光を吸収し、この結像光学系を出射するレー
ザビームの断面に対応した開口部４５ａを有する光吸収
部材４５を装着する。これにより被加工物１０の表面で
反射し、開口部４５ａの外側に入射する紫外レーザ光を
吸収するので、この紫外レーザ光に帰因する組み合わせ
レンズ４１の汚損は一層少なくなる。なお、図示はしな
いが、ビーム整形光学系もマスクと対向する筒状体の端
面に紫外レーザ光を吸収し、このビーム整形光学系を出
射するレーザビームの断面に対応した開口部を有する光
吸収部材を装着してマスクの遮光部で反射し、開口部の
外側に入射する紫外レーザ光を吸収するので、同様の効
果がある。

【００２５】実施例３．実施例１と実施例２でビーム整
形光学系と結像光学系の各筒状体に内設した合成石英ま
たは光学ガラスからなる保護部材の光路側の表面に反射
防止膜を蒸着すると、組み合わせレンズによる散乱光、
マスクの遮光部や被加物の表面での反射光は殆ど保護部
材を透過し、保護部材の表面で反射するものはごく僅か
であるので、筒状体の保護部材でカバーすることが困難
な部分にその散乱光、反射光が照射してスパッタリング
するのを抑制することができる。

【００２６】実施例４．実施例２でビーム整形光学系の
マスクと対向する筒状体の端面と結像光学系の被加工物
と対向する筒状体の端面にそれぞれ装着する光吸収部材
の表面を微小な凹凸面にしたり、頂角を鈍角にした三角
溝を設けて表面積を大きくすることによりマスクの遮光
部や被加工物の表面で反射する紫外レーザ光の吸収効果
を高めることができる。

【００２７】実施例５．図３はこの発明の実施例５の結
像光学系を示す断面図であり、１０，４１〜４３は実施
例１で説明した。４６は筒状体４２の被加工物１０と対
向する端面に装着した光吸収部材、４６ａは光吸収部材
４６の開口部、４６ｂは光吸収部材４６の空洞部であ
る。実施例５の結像光学系は以上のように筒状体４２の
被加工物１０と対向する端面に紫外レーザ光を吸収し開
口部４６ａと空洞部４６ｂを有する光吸収部材４６を装
着する。これにより被加工物１０の表面で反射し、開口
部４６ａの外側に入射する紫外レーザ光を吸収するとと
もに、空洞部４６ｂに入射するその紫外レーザ光を減衰
させて吸収する。この光吸収部材４６により被加工物の
表面で反射する紫外レーザ光の吸収効果を一層高めるこ
とができる。なお、図示はしないが、ビーム整形光学系
もマスクと対向する筒状体の端面に紫外レーザ光を吸収
し，このビーム整形光学系を出射するレーザビームの断
面に対応した開口部とマスクの遮光部で反射する紫外レ
ーザ光を減衰させて吸収する空洞部を設けるので、同様
の効果がある。

【００２８】実施例６．図４はこの発明の実施例６の結
像光学系を示す断面図であり、１０，４１は実施例１で
説明した。１４２は組み合わせレンズ４１を装着した筒
状体で合成石英または光学ガラスからなる。１４３は筒
状体１４２の外周面を覆い、紫外レーザ光を吸収する光
吸収部材である。この結像光学系は以上のように構成さ
れており、組み合わせレンズ４１による散乱光、被加工
物１０の表面での反射光（それらの例を図４に破線で示
す）が合成石英または光学ガラスからなる筒状体１４２
に入射すると、約９２％は透過し、残りの約８％は入射
面で反射、吸収する。筒状体１４２の吸収する紫外レー
ザ光は僅かであるので、合成石英または光学ガラスのス
パッタリング粒子は殆ど生じない。また、筒状体１４２
を透過した紫外レーザ光は光吸収部材１４３を照射して
吸収される。したがって、実施例１よりも大きな効果を
期待することができる。なお、図示は省略するが、ビー
ム整形光学系も組み合わせレンズを装着した筒状体を合
成石英または光学ガラスにするので結像光学系と同様の
効果がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通りこの発明によれば、次
に示すような効果がある。

【００３０】紫外レーザ光のレーザビームを組み合せレ
ンズからなるビーム整形光学系で拡大または縮小して整
形し、微細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパタ
ーンを有するマスクに照射して通過穴を通過したレーザ
ビームを組み合せレンズからなる結像光学系で被加工物
の表面に結像し、光化学反応によりパターンを転写した
穴明け加工を行なう光加工装置において、ビーム整形光
学系の組み合せレンズを装着した筒状体と結像光学系の
組み合せレンズを装着した筒状体にそれぞれレーザビー
ムの光路を空洞にした合成石英または光学ガラスからな
る保護部材を内設するので、レーザビームの散乱光や反
射光が保護部材に入射し各筒状体を照射してスパッタリ
ングしても、そのスパッタリング粒子や反応生成物が組
み合せレンズに付着したり化学蒸着するのが抑制され、
その光学特性が低下することはない。

【００３１】ビーム整形光学系のマスクと対向する筒状
体の端面に紫外レーザ光を吸収し、ビーム整形光学系を
出射するレーザビームの断面に対応した開口部を有する
光吸収部材を装着し、結像光学系の被加工物と対向する
筒状体の端面に紫外レーザ光を吸収し、結像光学系を出
射するレーザビームの断面に対応した開口部を有する光
吸収部材を装着するので、マスクの遮光部や被加工物の
表面で反射する紫外レーザ光が吸収されて各筒状体から
のスパッタリング粒子や反応生成物の発生が抑制され
る。

【００３２】合成石英または光学レンズからなる保護部
材の光路側の表面に反射防止膜を被着するので、各筒状
体の保護部材でカバーできない部分をレーザービームの
散乱光、反射光が照射してスパッタリングするのが抑制
され、そのスパッタリング粒子や反応生成物の発生が殆
どなくなる。

【００３３】光吸収部材の表面を微小な凹凸面にするの
で、マスクの遮光部や被加工物の表面で反射する紫外レ
ーザ光の吸収効果が高まり、各筒状体からのスパッタリ
ング粒子や反応生成物の発生が抑制される。

【００３４】光吸収部材の表面に頂角を鈍角にした三角
溝を設けるので、マスクの遮光部や被加工物の表面で反
射する紫外レーザ光の吸収効果が高まり、各筒状体から
のスパッタリング粒子や反応生成物の発生が抑制され
る。

【００３５】光加工部材に被加工物の表面で反射する紫
外レーザ光を減衰させて吸収する空洞部を設けるので、
マスクの遮光部や被加工物の表面で反射する紫外レーザ
光の吸収効果が一層高まり、各筒状体からのスパッタリ
ング粒子や反応生成物の発生が抑制される。

【００３６】紫外レーザ光のレーザビームを組み合せレ
ンズからなるビーム整形光学系で拡大または縮小して整
形し、微細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパタ
ーンを有するマスクに照射して通過穴を通過したレーザ
ビームを組み合せレンズからなる結像光学系で被加工物
の表面に結像し、光化学反応によりパターンを転写した
穴明け加工を行なう光加工装置において、ビーム整形光
学系の組み合せレンズを装着した筒状体と結像光学系の
組み合せレンズを装着した筒状体とを合成石英または光
学レンズからなるものとし、かつ両筒状体の外周面を紫
外レーザ光を吸収する光吸収部材で覆うので、レーザビ
ームの散乱光や反射光が各筒状体に入射し光吸収部材を
照射しても、合成石英または光学ガラスのスパッタリン
グ粒子が生じることは殆どなく、光吸収部材で吸収され
て組み合せレンズの光学特性が低下することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の結像光学系を示す断面図
である。

【図２】この発明の実施例２の結像光学系を示す断面図
である。

【図３】この発明の実施例５の結像光学系を示す断面図
である。

【図４】この発明の実施例６の結像光学系を示す断面図
である。

【図５】従来の光加工装置の光学系を示す構成図であ
る。

【図６】図５と異なる従来の光加工装置の光学系を示す
構成図である。

【符号の説明】

１０ 被加工物 ４１ 組み合わせレンズ ４２ 筒状体 ４３ 保護部材 ４５ 光吸収部材 ４５ａ 開口部 ４６ 光吸収部材 ４６ａ 開口部 ４６ｂ 空洞部 １４２ 筒状体 １４３ 光吸収部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 頭本 信行 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外レーザ光のレーザビームを組み合せ
   レンズからなるビーム整形光学系で拡大または縮小して
   整形し、微細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパ
   ターンを有するマスクに照射して前記通過穴を通過した
   前記レーザビームを組み合せレンズからなる結像光学系
   で被加工物の表面に結像し、光化学反応により前記パタ
   ーンを転写した穴明け加工を行なう光加工装置におい
   て、前記ビーム整形光学系の前記組み合せレンズを装着
   した筒状体と前記結像光学系の前記組み合せレンズを装
   着した筒状体にそれぞれ前記レーザビームの光路を空洞
   にした合成石英または光学ガラスからなる保護部材を内
   設したことを特徴とする光加工装置。
2. 【請求項２】 ビーム整形光学系のマスクと対向する筒
   状体の端面に紫外レーザ光を吸収し、前記ビーム整形光
   学系を出射するレーザビームの断面に対応した開口部を
   有する光吸収部材を装着し、結像光学系の被加工物と対
   向する筒状体の端面に前記紫外レーザ光を吸収し、前記
   結像光学系を出射する前記レーザビームの断面に対応し
   た開口部を有する光吸収部材を装着したことを特徴とす
   る請求項１に記載の光加工装置。
3. 【請求項３】 合成石英または光学ガラスからなる保護
   部材の光路側の表面に反射防止膜を被着したことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の光加工装置。
4. 【請求項４】 光吸収部材の表面を微小な凹凸面にした
   ことを特徴とする請求項２に記載の光加工装置。
5. 【請求項５】 光吸収部材の表面に頂角を鈍角にした三
   角溝を設けたことを特徴とする請求項２に記載の光加工
   装置。
6. 【請求項６】 光吸収部材に被加工物の表面で反射する
   紫外レーザ光を減衰させて吸収する空洞部を設けたこと
   を特徴とする請求項２に記載の光加工装置。
7. 【請求項７】 紫外レーザ光のレーザビームを組み合せ
   レンズからなるビーム整形光学系で拡大または縮小して
   整形し、微細な光の通過穴と遮光部とからなる所定のパ
   ターンを有するマスクに照射して前記通過穴を通過した
   前記レーザビームを組み合せレンズからなる結像光学系
   で被加工物の表面に結像し、光化学反応により前記パタ
   ーンを転写した穴明け加工を行なう光加工装置におい
   て、前記ビーム整形光学系の前記組み合せレンズを装着
   した筒状体と前記結像光学系の前記組み合せレンズを装
   着した筒状体とを合成石英または光学レンズからなるも
   のとし、かつ前記両筒状体の外周面を前記紫外レーザ光
   を吸収する光吸収部材で覆ったことを特徴とする光加工
   装置。