(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する加工光を射出する加工用光源と、前記加工光に対して透明部分と不透明部分を有し、前記加工光の少なくとも１部を透過して前記被加工物の少なくとも１部に照射するマスクと、前記マスクを前記加工光に対して移動させて前記被加工物上の前記加工光の照射位置を変化させるマスク移動機構とを具備し、前記マスクの透明部分の形状は点対称であり、かつマスク移動機構はマスクを回転させ、前記マスクの対称中心と前記マスクの回転中心の相対位置を移動させる加工装置。
【請求項２】
被加工物を加工する加工光を射出する加工用光源と、前記加工光に対して透明部分と不透明部分を有し、前記加工光の少なくとも１部を透過して前記被加工物の少なくとも１部に照射するマスクと、前記マスクを前記加工光に対して移動させて前記被加工物上の前記加工光の照射位置を変化させるマスク移動機構とを具備し、前記加工用光源と前記マスクの間に、加工光を前記マスクの特定部分に入射させる入射光調整光学系を具備する加工装置。
【請求項３】
入射光調整光学系は、加工光が入射するマスクの特定部分を空間的に移動させる請求項２記載の加工装置。
【請求項４】
マスクと被加工物の間に、前記マスクのマスクパターンの投影像を前記被加工物上で変化させる投影光学系を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の加工装置。
【請求項５】
投影光学系が縮小光学系であることを特徴とする請求項４記載の加工装置。
【請求項６】
マスクが、透明材料と前記透明材料上に形成した不透明材料により構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の加工装置。
【請求項７】
透明材料が不均一な厚みを有することを特徴とする請求項６記載の加工装置。
【請求項８】
加工用光源がレーザ光源であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の加工装置。
【請求項９】
レーザ光源が紫外レーザであることを特徴とする請求項８記載の加工装置。
【請求項１０】
紫外レーザがエキシマレーザであることを特徴とする請求項９記載の加工装置。
【請求項１１】
紫外レーザがＹＡＧレーザの高調波であることを特徴とする請求項９
記載の加工装置。
【請求項１２】
レーザ光源がパルス発振である請求項８ないし１１のいずれか記載の加工装置。
【請求項１３】
レーザ光源が周期的なパルス発振であり、かつパルス周期とマスクの移動が同期する請求項８ないし１１のいずれか記載の加工装置。
【請求項１４】
加工がレーザ光によるアブレーション加工であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザを用いた加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザの加工への応用は炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等の赤外領域の波長を有するレーザを中心に近年盛んに行われてきており、特に金属板加工分野では加工方法として確立されている。更に最近ではエキシマレーザや、波長変換により高次高調波を発生させたＹＡＧレーザ等の紫外領域の波長を有する短パルスレーザを用いた微細加工への応用が検討され始めている。
【０００３】
この紫外領域の波長を有する短パルスレーザによる加工メカニズムは炭酸ガスレーザ等の赤外領域の波長を有するレーザによる溶融、蒸発といった熱加工とは大きく異なる。つまり、非常に短いパルス（数ナノから数十ナノ秒）で発振するエキシマレーザ等を用いると短時間に加工が行われ、加えて高いフォトンエネルギーによる高速な加熱や光化学反応を利用するので、低温、低損傷なアブレーション（除去）加工が可能となるからである。またパルスレーザ加工のためパルス数によって加工量の制御を容易に行うことができる、即ち任意の深さの加工が可能である。このように微細領域での加工には非常に適しており、実際に産業分野への応用も検討されている。
【０００４】
レーザ加工装置の一般的な構成及び加工方法はレーザ光源から発振されたレーザービームをある形状のマスクを透過させ直接、もしくはレンズ系で縮小または拡大した後に被加工物にマスク形状のレーザビームを照射し加工を行うものである。具体的な例をエキシマレーザの加工において説明する。図１４は特開平３−１４２０９１に示されたエキシマレーザ加工の従来例である。エキシマレーザ発振器１４１から出射したビーム１４２は円形状のマスク１４３を透過後ミラー１４４で折り返され集光レンズ１４５によりポリイミドフィルム１４６上に縮小投影され加工が行われる。ポリイミドフィルム１４６の裏面には銅箔１４７がありパルス発振で１パルスごとに徐々に加工を行いレーザビームが銅箔面まで到達すると加工しきい値がポリイミドより高いため加工がそこで停止する。これはポリイミドフィルムを選択的に除去する方法の例であるが、ポリイミドフィルム等の被加工物の貫通は勿論同一材料の場合でもパルス数をコントロールすることによって任意の深さの加工が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マスクを用いたレーザ光による加工において、加工量の制御はレーザの照射量もしくはレーザのエネルギー密度を変化させて行う。しかしながら、この場合に加工量が制御される加工形状はマスク形状そのものであって、マスク形状と異なる複雑かつ、微細な形状が得られるように加工量を制御することは困難である。フレネルレンズのような複雑かつ微細な形状に加工するためには、所定の形状が加工可能なようにレーザ光の強度分布やマスクの透過率分布を変化させたり、または被加工物にレーザ光の吸収率分布をつける等の処置を施す必要がある。こうした処置を施すことによって加工装置および加工方法自体が複雑になり、量産性を低下させていた。
【０００６】
また、フレネルレンズのような複雑かつ微細な形状をマスクを用いフォトリソグラフィにより作製する方法は、フォトレジストに対して露光する光の照射量分布をつけることが必要となる。さらに照射量分布の条件は露光後にエッチングされた形状から決定しなければならず非常に困難である。加えて、露光量分布をつけるためには複雑な装置、数多い工程が必要となり、必然的に加工装置が高コストとなる。
【０００７】
電子線リソグラフィによる作製方法もフォトリソグラフィと同様の理由により問題点が多く困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１に、被加工物を加工する加工光を射出する加工用光源と、前記加工光に対して透明部分と不透明部分を有し、前記加工光の少なくとも１部を透過して前記被加工物の少なくとも１部に照射するマスクと、前記マスクを前記加工光に対して移動させて前記被加工物上の前記加工光の照射位置を変化させるマスク移動機構とを具備し、マスク移動を回転とするマスク回転機構および、マスクの透過部分の形状が点対称である前記マスク、加えて前記マスクの前記透過部分の対称中心と前記回転の中心の相対位置を移動させる機構を用いることにより、被加工物上で回転対称形状を有する複雑かつ微細な加工を容易に実現できるものである。
【０００９】
また、第２に、マスクと被加工物の間に、前記マスクのマスクパターンの投影像を前記被加工物上で変化させる投影光学系を具備することにより、前記マスクパターンの前記投影像に対応した複雑かつ微細な加工を前記被加工物上で行うことができるものである。
【００１０】
また、第３に、加工用光源とマスクの間に、加工光を前記マスクの特定部分に入射させるか、あるいは前記マスクの前記特定部分を空間的に移動させる入射光調整光学系を具備することにより、上記課題を解決することができるものである。
【００１２】
また、第４に、マスクを透明材料上に形成した不透明材料により構成することにより、複雑かつ微細なマスクパターンを実現することができ、前記マスクパターンに対応した複雑かつ微細な加工を被加工物上で実現できるものである。
【００１７】
また、第５に、加工用光源としてエキシマレーザ、あるいはＹＡＧレーザの高調波のような紫外パルスレーザを用いて、加工方法としてレーザ光によるアブレーション加工を実現することにより、被加工物に対して低温、低損傷で複雑かつ微細な加工を実現できるものである。
【００１８】
【作用】
本発明は、第１に、上記方法によって被加工物に照射される加工光の量を任意に制御することにより、従来の加工方法と比較して容易に、加工位置および加工深さ等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実現することができる。
【００１９】
また、第２に、被加工物に照射される加工光を複数に分岐する光分岐光学系を用いることによって同時に、複数の被加工物および、被加工物上の複数の場所に加工位置および、加工量が高精度に制御された複雑かつ微細な形状の加工を容易に施すことができる。
【００２０】
また、第３に、レーザ光によるアブレーション加工を行うことにより、被加工物に対して低温、低損傷で複雑かつ微細な加工を実現できる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明の第１の実施例について図１を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。
【００２３】
以下、図１に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後の第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクはエキシマレーザが透過する石英基板１４と、石英基板１４上に形成されたマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００２４】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００２５】
マスク移動ステージ１３を図１中では左から右に横方向に移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも左から右に移動する構成となっている。マスクが左から右に移動することによってマスクパターン１５の透過部分も左から右に移動し、第２のレーザビーム１６の照射位置をポリイミドフィルム１８上で空間的に（図１中では左から右に）変化させることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置をマスク移動によって変化させることにより、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的に変化する。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。
【００２６】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さ等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。
【００２７】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、マスク移動を横方向の移動（１軸）としたが移動方向は横方向（１軸）に限らない。さらに、加工形状を変化させるためには、マスクパターンの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入するか、あるいはレーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００２８】
（実施例２）
以下、本発明の第２の実施例について図２を参照して説明する。
【００２９】
図２は本発明の第２の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図２において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板、２１はマスクパターン１５の透過部分の像をポリイミドフィルム１８に変形して投影する投影光学系、２２は投影光学系２１を透過した第３のレーザビームを示す。
【００３０】
以下、図２に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは実施例１と同様に石英基板１４と、マスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６が投影光学系２１（円柱レンズ）に入射し、投影光学系２１を透過した第３のレーザビーム２２がポリイミドフィルム１８に照射されポリイミドフィルム１８の加工が行われる。この際、投影光学系２１として円柱レンズを用いているため、図２中の横方向にのみ縮小された（紙面と垂直な方向は変形されない）マスクパターン１５の像がポリイミドフィルム１８に投影された形状に被加工物の加工が行われる。
【００３１】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００３２】
マスク移動ステージ１３を実施例１と同様に移動することによって、レーザビーム２２の照射位置および、照射されるレーザパルス数をポリイミドフィルム１８上で空間的に変化させることができる。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。さらに投影光学系２１を用いることにより、マスク移動のみならず、ポリイミドフィルム１８上でのマスクパターン１５の投影像の変化によって加工形状および、加工深さ等の加工量を変化させることができる。
【００３３】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さ等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、投影光学系を用いてマスクパターンの投影像を被加工物上で変化させることによって、変化した投影像に対応した複雑かつ微細な加工を被加工物上で行うことができる。
【００３４】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、投影光学系を円柱レンズとしたが投影光学系はその他の光学部品を用いた構成でも良い。さらに、加工形状を変化させるためには、マスクパターンの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入するか、あるいはレーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００３５】
（実施例３）
以下、本発明の第３の実施例について図３を参照して説明する。
【００３６】
図３は本発明の第３の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図３において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、３１はマスク１４の特定部分にレーザビームを入射させるための入射光調整光学系（開口絞り）、３２は入射光調整光学系３１を透過した第２のレーザビーム、３３はマスクパターン１５の特定部分の透過部分を透過した第３のレーザビーム、１７はマスクパターン１５の特定部分を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。
【００３７】
以下、図３に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後レーザビーム１２は開口絞り３１に入射し、開口絞り３１を透過することで第２のレーザビーム３２がマスク移動ステージ１３に固定されたマスクの特定部分に入射する。マスクは実施例１、２と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクの特定部分に入射されたレーザビームのうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第３のレーザビーム３３がポリイミドフィルム１８に照射される。第３のレーザビーム３３は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の特定の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００３８】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００３９】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第３のレーザビーム３３の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィルム１８上で空間的に変化させることができる。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。さらに、開口絞り３１を用いることにより、同一マスク上で第２のレーザビーム３２の入射するマスクパターン１５の透過部分を限定することが可能となり、開口絞り３１の径および、空間的な位置を変化させれば１つのマスクで複数のパターンの加工が実現でき、加工の制御性が向上することになる。
【００４０】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でマスク上の特定の部分に照射されたレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、マスクに入射するレーザビームを変化させる入射光調整光学系を用いることによって、より加工用レーザビームの制御性を向上させ、同一マスクでの複数のパターンの加工が実現できる。
【００４１】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、入射光調整光学系として固定した開口絞りを用いたが、入射光調整光学系はマスクに入射するレーザビームの形状を変化させるものであれば良く、開口絞り以外の光学部品を用いても差し支えない。さらに、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００４２】
（実施例４）
以下、本発明の第４の実施例について図４を参照して説明する。
【００４３】
図４は本発明におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図４において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、４１は被加工物であるポリイミド薄膜、４２はポリイミド薄膜が堆積されるガラス基板、４３はガラス基板が固定され、光学機能を持った光を出射するレーザダイオードを示す。
【００４４】
以下、図４に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後レーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。上述の実施例１、２、３と同様にマスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミド薄膜４１に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミド薄膜４１を加工する。ここでポリイミド薄膜４１はスピンコート法によってレーザダイオード４３上に固定されたガラス基板４２上に所定の膜厚となるように堆積されている。
【００４５】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミド薄膜４１の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下であるが、レーザ発振器から出射されるレーザビームの加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００４６】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミド薄膜４１上で空間的に変化させることができる。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミド薄膜４１上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミド薄膜４１上で変化することになる。
【００４７】
ポリイミド薄膜４１、ガラス基板４２、レーザダイオード４３は３つの部品で１つの光学素子を構成する。ポリイミド薄膜４１に加工を施すことによって、この光学素子は新たな光学機能を有することになる。ここで、ポリイミド薄膜４１はエキシマレーザビームに対して不透明体であるため加工が可能であり、レーザダイオード４３から出射されるレーザビーム（波長６８０ｎｍ）に対しては透明体である。このため、ポリイミド薄膜４１、ガラス基板４２、レーザダイオード４３から構成される光学素子は、レーザダイオード４３から出射されるレーザビームに対して新たな光学機能を付加された光学素子として用いることができる。
【００４８】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができ、さらに被加工物の材料として光学機能を有する光に対しては透明体であり、加工光に対しては不透明体である材料を用いることで、高精度な加工が施された光学素子を作製可能である。
【００４９】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工が行われる光学素子を上記構成としたが、被加工物の材料さえレーザ加工条件を満たしていれば、光学素子が他の構成をとっても良い。さらに、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させことも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。また、ポリイミド薄膜の加工例として、集光用レンズの作製を実験により確認している。
【００５０】
（実施例５）
以下、本発明の第５の実施例について図５を参照して説明する。
【００５１】
図５は本発明の第５の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図５において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、５１はレーザビーム１５で加工可能であるポリイミド薄膜、５２はレーザビーム１５で加工不可能であり、ポリイミド薄膜５１が堆積される石英基板を示す。
【００５２】
以下、図５に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がエキシマレーザで加工可能な物質であるポリイミド薄膜５１上に照射される。ここで、ポリイミド薄膜５１は、エキシマレーザを９０％以上透過し、レーザビーム１６では加工不可能な石英基板５２上にスピンコート法で所定の膜厚となるように堆積されている。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミド薄膜５１を選択的に加工する。
【００５３】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミド薄膜５１の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００５４】
また、マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、ポリイミド薄膜５１上で第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数を空間的に変化させることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置および照射パルス数がポリイミド薄膜５１上で空間的に変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミド薄膜５１上で変化することになる。さらに、エキシマレーザで加工不可能な物質である石英基板５２上に、加工可能な物質であるポリイミド薄膜５１を所定の膜厚となるように堆積することによって、層状構造を有する被加工物の加工深さがポリイミド薄膜５１の膜厚以上にはならない。言い換えれば被加工物の加工深さをポリイミド薄膜５１の膜厚で制御可能となり、加工深さの制御性が向上する。
【００５５】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、被加工物を加工光で加工不可能な物質と、加工光で加工可能な物質で構成することにより、被加工物自体が加工深さの制御性を有するようになり、容易に３次元形状の作製が可能となる。
【００５６】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工可能な物質をポリイミドとしたが、ＰＭＭＡ等の加工光を吸収する物質であればポリイミドに限るものではない。さらに加工不可能な物質は石英としたが、フッ化カルシウムのような加工光を９０％以上透過する物質であれば良い。加えて加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。そして、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００５７】
（実施例６）
以下、本発明の第６の実施例について図６を参照して説明する。
【００５８】
図６は本発明の第６の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図６において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、６１は第２のレーザビーム１６を２つに分岐する光分岐光学系、６２及び６３はそれぞれ光分岐光学系６１で分岐された第３及び第４のレーザビーム、６４、６５はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、６６、６７は被加工物であるポリイミドフィルム、６８、６９はそれぞれポリイミドフィルム６６、６７が固定されるガラス基板を示す。
【００５９】
以下、図６に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。上述の実施例と同様にマスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６が光分岐光学系（ハーフミラー）６１に入射し、光分岐光学系によって２つに分岐された第３及び第４のレーザビーム６２、６３がそれぞれポリイミドフィルム６６、６７に照射される。第３及び第４のレーザビーム６２、６３はそれぞれ縮小光学系６４、６５を透過してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム６６、６７を加工する。
【００６０】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム６６、６７の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００６１】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスク１４も移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、光分岐光学系６１によって２つに分岐された第３及び第４のレーザビーム６２、６３の照射位置および、照射パルス数をそれぞれポリイミドフィルム６６、６７上で空間的に変化させることができる。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム６６、６７上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム６６、６７上で変化することになる。
【００６２】
以上のように、マスク移動および、光分岐光学系によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を同時に複数の被加工物上で実施することができる。
【００６３】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工光の分岐数を２としたが、加工が可能な加工光の強度が得られれば分岐数は３以上の整数であっても良い。加えて、被加工物を複数としたが、被加工物は１つで加工箇所が複数であっても良い。さらに、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００６４】
（実施例７）
以下、本発明の第７の実施例について図７を参照して説明する。
【００６５】
図７は本発明の第７の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図７において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスク移動ステージ、７１は第１のレーザビーム１２に対して透明体である石英基板、７２は第１のレーザビーム１２に対して不透明な材料であるクロムを用いて形成されているマスクパターン、７３はマスクパターン７２の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。
【００６６】
以下、図７に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後レーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクはエキシマレーザに対して透明であり、しかも厚みが均一でない石英基板７１上にエキシマレーザに対して不透明材料であるクロムを蒸着してマスクパターン７２を形成した構成である。マスクに入射された第１のレーザビーム１２はマスクの出射面が加工光の光軸に対して垂直でないため屈折する。第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン７２の透過部分を透過し、マスクの出射面で屈折した第２のレーザビーム７３がポリイミドフィルム１８上に照射される。第３のレーザビーム７３は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００６７】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００６８】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、ポリイミドフィルム１８上で第２のレーザビーム７３の照射位置および、照射パルス数を空間的に変化させることができる。第２のレーザビーム７３の照射位置および照射パルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的に変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。
第１のレーザビーム１２に対して透明材料である石英をマスク基板として用いることで光の屈折現象を利用することができる。つまり、厚みが一様でない石英基板７１を用いれば透過光である第２のレーザビーム７３は第１のレーザビーム１２の光軸とずれた角度で、被加工物であるポリイミドフィルム１８に入射するので、深さ方向に角度を持った方向に加工ができ、加工の制御性が向上する。さらに、石英基板７１上に、第１のレーザビーム１２に対して不透明な材料であるクロムを蒸着してマスクパターン７２を形成することによって、高精度に複雑かつ微細なマスクパターンを実現できる。マスクパターン７２が高精度に複雑かつ微細なパターンであれば、マスクパターンに対応した複雑かつ微細な加工をポリイミドフィルム１８上に施すことができる。
【００６９】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、マスクを透明材料の基板上に不透明材料のマスクパターンを形成した構成とすることで、加工の制御性が向上し、被加工物に対して、複雑かつ微細なマスクパターンに対応した高精度な加工を施すことが可能となる。
【００７０】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させてもかまわない。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。さらに、マスク基板の材料は石英、マスクパターンの材料はクロムとしたが、加工光に対する透過、不透過の条件を満たせば、例えばマスク基板としてフッ化カルシウム及びマスクパターンとしてアルミニウム等の他の材料を用いても良い。
【００７１】
（実施例８）
以下、本発明の第８の実施例について図１および８を参照して説明する。
【００７２】
図８は本発明の第８の実施例における対称中心を有するマスクの模式図であり、装置の全体構成は図１、マスク本体については図８に基づいて説明する。図１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。図８において８１は加工光が透過するマスクパターン１５の点対称な形状の透過部分、８２は加工光が透過しないマスクパターン１５の不透過部分を示す。
【００７３】
以下、図１および、図８に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクパターン１５の透過部分８１を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分８１の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００７４】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００７５】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分８１も移動し、第３のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィルム１８上で空間的に変化させることができる。照射位置および、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上で変化すれば加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。
【００７６】
マスクパターン１５に点対称な形状の透過部分８１を用いることにより、ポリイミドフィルム１８上に投影されるマスクパターン１５の透過部分８１の像も点対称な形状となる。マスク移動によって第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数を変化させることで、対称形状を有する加工がポリイミドフィルム１８上に施されることになる。
【００７７】
以上のように、マスクの移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、対称中心を有するマスクの透過部分の形状を反映した、複雑かつ微細な対称形状を有する加工を実施することができる。
【００７８】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。さらに、対称中心を有するマスクパターンを用いたが対称線を有するマスクパターンを用いても良い。
【００７９】
（実施例９）
以下、本発明の第９の実施例について図９を参照して説明する。
【００８０】
図９は本発明の第９の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図９において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、９１はマスクを移動するマスク移動ステージ、９２はマスク移動ステージを駆動するファンクションジェネレータ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。
【００８１】
以下、図９に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はファンクションジェネレータ９２で駆動され、マスクを特定の周期で繰り返し移動させるマスク移動ステージ９１に固定されたマスクに入射する。上述の実施例と同様にマスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００８２】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００８３】
マスク移動ステージ９１をファンクションジェネレータ９２の駆動で特定の周期で繰り返し移動させることによって、マスク移動ステージ９１に固定されたマスクも特定の周期で繰り返し移動が可能な構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も特定の周期で繰り返し移動し、第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィルム１８上で空間的かつ、周期的に変化する。第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的かつ周期的に変化すれば、加工形状および、加工深さ等の加工量もポリイミドフィルム１８上で変化することになる。
【００８４】
以上のように、周期的なマスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を周期的に制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、被加工物に照射されるレーザパルス数を周期的に変化させることによって、被加工物の加工形状および、加工量をマスクの移動周期および、移動速度によって容易かつ高精度に制御することができる。
【００８５】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度、移動周期の少なくとも一方が同期していても良い。
【００８６】
（実施例１０）
以下、本発明の第１０の実施例について図１及び１０を参照して説明する。
【００８７】
図１０（ａ）は本発明の第１０の実施例におけるマスクパターンを示し、（ｂ）はポリイミドフィルムの加工状態の模式図であり、装置の全体構成については図１に、マスクパターンおよび加工状態については図１０に基づいて説明する。図１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを平行移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。図１０（ａ）において、１０１はマスクパターン１５の透過部分、１０２はマスクパターン１５の不透過部分を示す。図１０（ｂ）はポリイミドフィルム１８の加工状態を示す図である。
【００８８】
以下、図１および、図１０に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスクを平行移動させるマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分１０１を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分１０１の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００８９】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００９０】
マスク移動ステージ１３を平行移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも平行移動する構成となっている。マスクが平行移動することによってマスクパターン１５の透過部分１０１も図１０（ａ）のように平行移動し、第２のレーザビーム１６の照射位置をポリイミドフィルム１８上で平行移動させることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置をポリイミドフィルム１８上で平行移動させることにより、照射されるレーザパルス数がポリイミドフィルム１８上でマスクの平行移動方向に空間的に変化する。ポリイミドフィルム上で第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数がマスクの平行移動方向に変化することにより、図１０（ｂ）の様な加工形状にポリイミドフィルム１８は加工される。ここで、マスクは図１０（ａ）の矢印の方向に等速に平行移動する。
【００９１】
図１０（ｂ）においてポリイミドフィルムは均等な鋸刃形状に加工されているが、マスクの平行移動の方向および、移動速度を変化させれば、鋸刃の角度および、加工深さ等を容易に変化させることができる。
【００９２】
以上のように、マスクの平行移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。さらに、マスクの平行移動の方向および、移動速度によって被加工物の加工形状および、加工量を容易かつ高精度に制御することができる。
【００９３】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させても良い。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【００９４】
（実施例１１）
以下、本発明の第１１の実施例について図１１および図１２を参照して説明する。
【００９５】
図１１は本発明の第１１の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図であり、図１２（ａ）は本発明の第１１の実施例における点対称な形状を有するマスクパターンを示し、（ｂ）はポリイミドフィルムの加工状態の模式図である。装置の全体構成については図１１に、マスクパターンおよび、加工状態については図１２に基づいて説明する。図１１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１１１はマスクを固定するマスク取り付け円筒、１１２は駆動ベルト、１１３は駆動ベルト１１２を介してマスク取り付け円筒１１１を回転させる同期モータ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１１４はマスクパターン１５の中心とマスク回転の中心の相対位置を移動させる中心位置移動機構、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小投影光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。図１２において１２１は点対称な形状を有するマスクパターン１５の透過部分、１２２はマスクパターン１５の不透過部分を示す。
【００９６】
以下、図１１および、図１２に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のビーム１２はマスク取り付け円筒１１１に入射し、続いてマスクに入射する。ここで、マスク取り付け円筒は内径が第１のレーザビーム１２よりも小さいので開口絞りとしても作用する。マスク取り付け円筒１１１は駆動ベルト１１２によって結合された同期モータ１１３によって定速回転する。マスク取り付け円筒１１１に固定されたマスクは上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。ここで、マスクは中心位置移動機構１１４によって移動可能な構成となっている。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の点対称形状を有する透過部分１２１を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の透過部分１２１の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８を加工する。
【００９７】
エキシマレーザはパルスレーザでポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。また、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって異なる。１パルスは２０ｎｓ程度であり、１パルスあたりの加工は非常に短時間で実現することが可能である。
【００９８】
同期モータ１１３を駆動することによって、駆動ベルト１１２で同期モータ１１３と結合されたマスク取り付け円筒１１１が回転する構成になっている。マスク取り付け円筒１１１が回転することによって、マスク取り付け円筒１１１に固定されたマスクも回転する。マスクが回転することによって、マスクパターン１５の透過部分１２１も回転し、第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィルム１８上で回転方向に変化させることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数がポリイミドフィルム１８上で回転方向に変化することにより、図１２（ｂ）の様な球面形状にポリイミドフィルム１８を加工することができる。
【００９９】
中心位置移動機構１１４によって、マスクパターン１５の透過部分１２１の対称中心をマスク回転の中心に一致させることによって完全な球面形状にポリイミドフィルム１８を加工することができる。さらに、中心移動機構１１４によって、透過部分１２１の対称中心とマスク回転中心を故意にずらすことにより、ポリイミドフィルム１８上の加工中心付近の加工量を微小に変化させることができる。
【０１００】
以上のように、マスク回転によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、回転対称形状を有する複雑かつ微細な加工を実施することができる。
【０１０１】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外のパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、マスクの透過部分の形状は点対称でなくても良い。さらに、加工形状を変化させるために、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源のパルス周期とマスクの回転速度、回転周期の少なくとも一方が同期していても良い。
【０１０２】
（実施例１２）
以下、本発明の第１２の実施例について図１を参照して説明する。
【０１０３】
図１において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１８は被加工物であるポリイミドフィルム、１９はポリイミドフィルム１８が固定されるガラス基板を示す。
【０１０４】
以下、図１に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がポリイミドフィルム１８に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の縮小投影像の形状にポリイミドフィルム１８をアブレーション（除去）加工する。
【０１０５】
エキシマレーザによるアブレーション加工は、非常に短いパルス（数十ナノ秒）で発振するエキシマレーザを用いることにより、短時間で加工を行うことができ、加えて高いフォトンエネルギーによる高速な加熱や光化学反応を利用するので、低温、低損傷な加工を行うことができる。また、エキシマレーザはパルスレーザであるため、ポリイミドフィルム１８の加工深さは照射されたレーザパルス数に依存する。さらに、１パルス当たりの加工深さは約０．５μｍ以下で加工レーザビームのエネルギー密度によって制御可能である。加えて、加工される材質によって上記アブレーション加工に必要なレーザビームのエネルギー密度が異なり、例えば本実施例で用いたポリイミドのような高分子材料では１Ｊ／ｃｍ2前後であり、金属、セラミック、ガラス材料では１０Ｊ／ｃｍ2以上必要となる。従って、被加工物の材質によってレーザ発振器１１の出力を決定し被加工物上でのレーザビームのエネルギー密度を設定する必要がある。
【０１０６】
また、マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、レーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数をポリイミドフィルム１８上で空間的に変化させることができる。レーザビーム１６の照射位置および、照射パルス数がポリイミドフィルム１８上で空間的に変化すれば、加工形状および、加工深さ等の加工量がポリイミドフィルム１８上で変化することになる。
【０１０７】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、しかも加工位置および加工深さを高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実施することができる。また、加工機構として、レーザビームによるアブレーション加工を用いることで短時間で、低温、低損傷な制御性の高い加工を容易に行うことができる。
【０１０８】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えばＹＡＧレーザの高調波等のエキシマレーザ以外のアブレーション加工が可能なレーザ光源でも良い。また、加工形状を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。さらに、加工深さの制御は照射パルス数ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。加えて、パルスレーザ光源のパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【０１０９】
（実施例１３）
以下、本発明の第１３の実施例について図１３を参照して説明する。
【０１１０】
図１３は本発明の第１３の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図である。図１３において、１１は加工用光源であるレーザ発振器、１２はレーザ発振器１１より出射した第１のレーザビーム、１３はマスクを移動するマスク移動ステージ、１４は石英基板、１５は石英基板１４上に形成されたマスクパターン、１６はマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム、１７はマスクパターン１５を縮小投影する縮小光学系、１３１は被加工物であるフォトレジスト、１３２はフォトレジスト１３１が塗布されているシリコンウェハを示す。
【０１１１】
以下、図１３に基づき本発明の加工方法について簡単に説明する。レーザ発振器１１は波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いた。レーザ発振器１１から出射された直後の第１のレーザビーム１２の形状は約１５×３０ｍｍの長方形である。レーザ発振器１１より出射後、第１のレーザビーム１２はマスク移動ステージ１３に固定されたマスクに入射する。マスクは上述の実施例と同様に石英基板１４とマスクパターン１５で構成される。マスクに入射された第１のレーザビーム１２のうちマスクパターン１５の透過部分を透過した第２のレーザビーム１６がフォトレジスト１３１に照射される。第２のレーザビーム１６は縮小光学系１７を透過してマスクパターン１５の縮小投影像の形状にフォトレジスト１３１を露光する。第２のレーザビーム１６が照射されたフォトレジスト１３１のレーザビーム１６の照射された部分で材料変性（感光現象）が生じ、現像することによって除去することが可能となる。
【０１１２】
マスク移動ステージ１３を移動することによって、マスク移動ステージ１３に固定されたマスクも移動する構成となっている。マスクが移動することによってマスクパターン１５の透過部分も移動し、第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射量をフォトレジスト１３１上で空間的に変化させることができる。第２のレーザビーム１６の照射位置および、照射量がフォトレジスト１３１上で変化すれば、加工形状および、露光量もフォトレジスト１３１上で変化することになる。
【０１１３】
以上のように、マスク移動によって被加工物上でレーザビームの照射位置および、照射パルス数を制御することができ、従来の加工方法と比較して容易に、加工位置および物性変化量を高精度に制御可能であり、形状変化を伴わない複雑かつ微細な材料変性加工を実施することができる。
【０１１４】
なお、本実施例では加工用光源としてエキシマレーザを用いたが、例えば紫外レーザあるいはＹＡＧレーザ等のエキシマレーザ以外の材料変性が可能なパルス駆動あるいは連続発振（ＣＷ）のレーザ光源でも良い。また、材料変性はフォトレジストの感光現象としたが屈折率変化等の光学定数変化を伴う物性変化でも良い。さらに、加工位置および、加工量を変化させるためには、マスクの透過部分の形状を変化させることも可能である。加えて、加工量の制御は照射量ではなくビームの経路にビーム強度を減衰させるためのフィルター等を挿入したり、レーザの出力自体を変化させてエネルギー密度を変化させる方法のいずれかを採用しても良い。さらに、パルスレーザ光源を用いてパルス周期とマスク移動の移動速度が同期していても良い。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の加工装置を用いることで、第１に、上記構成によって被加工物に照射される加工光の量を任意に制御することにより、従来の加工装置と比較して容易に、加工位置および加工深さ等の加工量を高精度に制御可能であり、複雑かつ微細な形状の加工を実現することができる。
【０１１６】
また、第２に、被加工物に照射される加工光を複数に分岐する光分岐光学系を用いることによって同時に、複数の被加工物および、被加工物上の複数の場所に加工位置および、加工量が高精度に制御された複雑かつ微細な形状の加工を容易に施すことができる。
【０１１７】
また、第３に、レーザ光によるアブレーション加工を行うことにより、被加工物に対して低温、低損傷で複雑かつ微細な加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第８、第１０、第１２の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図３】本発明の第３の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図４】本発明の第４の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図５】本発明の第５の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図６】本発明の第６の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図７】本発明の第７の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図８】本発明の第８の実施例における対称中心を有するマスクパターンの模式図
【図９】本発明の第９の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図１０】本発明の第１０の実施例におけるマスクパターンおよび加工状態の模式図
【図１１】本発明の第１１の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図１２】本発明の第１１の実施例における点対称な形状を有するマスクパターンおよび加工状態の模式図
【図１３】本発明の第１３の実施例におけるレーザを用いた加工装置の構成図
【図１４】従来のエキシマレーザによる加工装置の構成図
【符号の説明】
１１  レーザ発振器
１２  第１のレーザビーム
１３  マスク移動ステージ
１４  石英基板
１５  マスクパターン
１６  第２のレーザビーム
１７  縮小光学系
１８  ポリイミドフィルム
１９  ガラス基板
２１  投影光学系
２２  第３のレーザビーム
３１  入射光調整光学系
３２  第２のレーザビーム
３３  第３のレーザビーム
４１  ポリイミド薄膜
４２  ガラス基板
４３  レーザダイオード
５１  ポリイミド薄膜
５２  石英基板
６１  光分岐光学系
６２  第３のレーザビーム
６３  第４のレーザビーム
６４  縮小光学系
６５  縮小光学系
６６  ポリイミドフィルム
６７  ポリイミドフィルム
６８  ガラス基板
６９  ガラス基板
７１  石英基板
７２  マスクパターン
７３  第２のレーザビーム
８１  透過部分
８２  不透過部分
９１  マスク移動ステージ
９２  ファンクションジェネレータ
１０１  透過部分
１０２  不透過部分
１１１  マスク取り付け円筒
１１２  駆動ベルト
１１３  同期モータ
１１４  中心位置移動機構
１２１  透過部分
１２２  不透過部分
１３１  フォトレジスト
１３２  シリコンウェハ
１４１  エキシマレーザ発振器
１４２  レーザビーム
１４３  マスク
１４４  折返しミラー
１４５  集光レンズ
１４６  ポリイミドフィルム
１４７  銅箔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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