(57)【要約】【課題】各加工点に照射されるレーザービームのエネルギー密度を制御することにより、加工幅や深度の異なる複数の穴を、基板上に一括で形成することが可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供する。【解決手段】被加工物Ｗの被加工領域内で複数の被加工部分を一括で加工するレーザー加工装置において、レーザー装置と、レーザー装置から出射されるレーザービームの集光手段と、被加工物の配置手段と、を備えたレーザー加工装置であって、集光手段は、被加工部分の加工深度及び加工幅のうち、少なくとも何れか一方が異なる被加工部分に対応した異なるマイクロレンズの集合体からなり、マイクロレンズは、厚み方向に階段状の段差を備えた段差部が同心円上で対称に形成され、段差部の段差数、又は段差部の高さが被加工部分の加工幅及び加工深度に対応して形成されてなることを特徴とする。【選択図】図４
2011110560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の被加工領域内で複数の被加工部分を一括で加工するレーザー加工装置において、レーザー装置と、該レーザー装置から出射されるレーザービームの集光手段と、前記被加工物の配置手段と、を備えたレーザー加工装置であって、
前記集光手段は、前記被加工部分の加工深度及び加工幅のうち、少なくとも何れか一方が異なる前記被加工部分に対応した異なるマイクロレンズの集合体からなり、
前記マイクロレンズは、前記レーザービームが透過する材質で形成された回折型レンズであり、該回折型レンズの厚み方向に階段状の段差を備えた段差部が同心円上で対称に形成され、前記段差部の段差数、又は前記段差部の高さが前記被加工部分の加工幅及び加工深度に対応して形成されてなることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズの集合体は、直径が互いに等しく形成された前記マイクロレンズを備えてなることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズの集合体は、直径が互いに異なって形成された前記マイクロレンズを備え、
直径が大きく形成された前記マイクロレンズは、直径が小さく形成された前記マイクロレンズと比較して、前記段差部の段差数が少なく形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザー加工装置の配置手段に被加工物を固定して、被加工部分の加工深度及び加工幅のうち、少なくとも何れか一方が異なる前記被加工部分を一括で加工するレーザー加工方法であって、
集光手段として、厚み方向に階段状の段差を備えた段差部が同心円上で対称に形成され、前記段差部の段差数、又は前記段差部の高さが異なるマイクロレンズの集合体を前記被加工物と対向する位置に配設する第１の工程と、
前記被加工物の前記被加工部分上に、それぞれ異なる前記マイクロレンズの焦点位置を固定する第２の工程と、
被加工領域内及び領域外で、前記集光手段に対して前記レーザービームの照射を行う第３の工程と、
前記集光手段として配設された前記マイクロレンズの集合体によって、複数の前記被加工部分に集光される前記レーザービームのエネルギー密度を制御する第４の工程とを有することを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項５】
前記第１の工程において、前記集光手段として、直径が互いに等しく形成された前記マイクロレンズの集合体を配設し、
前記第２の工程において、加工深度が深く設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が多く形成された前記マイクロレンズの焦点位置を固定し、加工深度が浅く設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が少ない前記マイクロレンズの焦点位置を固定して加工することを特徴とする請求項４に記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記集光手段として、直径が互いに異なって形成された前記マイクロレンズの集合体であって、直径が大きく形成された前記マイクロレンズが、直径が小さく形成された前記マイクロレンズと比較して、前記段差部の段差数が少なく形成された前記マイクロレンズの集合体を配設し、
前記第２の工程において、加工幅が大きく設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が少なく形成された前記マイクロレンズの焦点位置を固定し、加工幅が小さく設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が多い前記マイクロレンズの焦点位置を固定して加工することを特徴とする請求項４に記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置及びレーザー加工方法に係り、特に、レーザービームを照射し、被加工物に穴径や深度の異なる複数の穴を一括で形成するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクノロジーやバイオテクノロジーの進展、また、半導体デバイスの微細化に伴い、部品微細化、多様化が進んでいる。特に半導体デバイス、磁気記録媒体の高密度化、大容量化は急速に進んでおり、それに伴い、微細パターン化が進んでいる。
【０００３】
上述のように微細化されたパターンを有する半導体デバイス、磁気記録媒体を扱う分野においては、レーザービームを用いて加工を行う技術の重要性が特に高まっており、レーザービームを照射して被加工物に微小な多数点加工を行う技術が提案されている。
【０００４】
そのような技術の一つとして、レーザービームを反射させるガルバノミラーの角度を調整することにより、レーザービームを被加工物上の任意の点に集光して加工するシステム、すなわち、ガルバノスキャナを用いたシステムが挙げられる。しかし、このガルバノスキャナを用いたシステムは、複数の点を加工する際、ミラー角度の調整が必要であるため、加工点数に比例して、加工時間が必要となる。したがって、多数の穴を加工する際、その加工速度が遅くなるという問題点がある。また、レーザービームによって加工する穴の位置は、ガルバノミラーの角度に依存するため、ガルバノミラーの角度調整が加工穴の位置精度に関係し、加工位置精度が悪いという問題点もあった。
【０００５】
また、レーザービームを用いて微細加工を行う技術において、マスク投影方式が挙げられる。マスク投影方式とは、パターンマスクを被加工面上に配設し、レーザービームを照射して被加工物の表面に投影することにより、ビーム透過部分のパターンを加工するシステムである。このシステムにおいては、複数の加工点の位置をパターンマスクによって一括で制御できるため、加工における位置精度は高い。
【０００６】
しかしながら、パターンマスクによって、被加工部以外のレーザービームが遮光されるため、その分のレーザービームが加工時に使用されず、エネルギーの利用効率が低い。そのため、多数点を一括で加工することが可能であるが、一括で加工できる範囲が狭いため、加工速度が遅いという問題点がある。
【０００７】
これらの加工方法に対し、微細なレンズを多数集積させたマイクロレンズアレイを被加工面上に配設し、レーザービームを照射してその光を多数に分岐させ、被加工面上に集光することにより、被加工物に多数の加工を行う多数点一括加工する技術、すなわち、マイクロレンズ方式が提案されている。
【０００８】
マイクロレンズアレイはフォトリソグラフィー工程で製作可能なため、その製作時、加工精度が高く、したがって、そのマイクロレンズアレイを用いて加工した被加工物の加工精度（位置精度）もまた高いものである。また、マイクロレンズアレイによってレーザービームを集めて加工に利用しているため、エネルギーの利用効率が高く、同一エネルギーを用いた場合、マスク投影方式に比べて一括で加工できる範囲が広いため、加工速度も向上する。
【０００９】
特許文献１には、複数の加工幅を有する穴を加工する場合、レンズ径の異なるレンズを備えたマイクロレンズアレイを用いて加工する技術が提案されている。
このとき、レンズ径が大きいレンズは小さいレンズ径のものと比較して透過する光量が多い。したがって、大きいレンズ径に相当する部分は、レーザービームのエネルギー密度が高く、小さいレンズ径の部分と比較して加工速度が大きくなるため、レンズ径が大きい部分において、光量を下げるために、入射するレーザービームをＮＤフィルタ等で減光する技術が開示されている。
また、強度分布変換光学部品によって、大きいレンズ径を透過する部分のレーザービームは、部分的にエネルギー密度を小さくしたレーザー光を照射することにより、異なるレンズ径に相当する部分であっても、均一に加工可能であることが開示されている。
【００１０】
一方、半導体デバイスの加工時等、微小な多数点加工においては、加工点毎に所望の深さの穴を形成する必要がある。特許文献２では、ガルバノスキャナを用いたシステムにおいて、レーザービームを分岐させ、分岐した各レーザービームの断面積又はレーザービームの強度分布を変化させることにより、穴の深さを調整して加工する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２６９７８９号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の技術では、ＮＤフィルタもしくは強度分布変換光学部品を用いて、大きいレンズ径の部分に入射するレーザー光のエネルギー密度を下げることにより、異なるレンズ径を備えたマイクロレンズを用いた場合であっても、均一の深さに加工する技術が開示されている。
【００１３】
一般に、マイクロレンズ方式では、理想平面波に近いレーザービームを用いることにより、一般的な球面レンズ設計のマイクロレンズの焦点径は以下の式１で近似される。
ｗ＝ｋ×λ×ｆ／Ｄ・・・（式１）
（ここで、ｗ：焦点径、ｋ：定数、λ：レーザービーム波長、ｆ：レンズ焦点距離、Ｄ：レンズ径）
【００１４】
異なるレンズ設計（レンズ径）のマイクロレンズをパターン内に混在させ、レーザービームを照射することにより一括加工を行う場合、レーザービーム波長（λ）とレンズ焦点距離（ｆ）は全てのマイクロレンズにおいて同一とする必要がある。したがって、上述の式１において、レーザービーム波長（λ）とレンズ焦点距離（ｆ）は一定となるため、焦点径（ｗ）とレンズ径（Ｄ）は、反比例の関係にある。
【００１５】
その際に、回折型マイクロレンズを用いる場合、マイクロレンズへの入射エネルギー密度に対する焦点におけるエネルギー密度の比率を焦点への集光倍率（ｃ）、入射光に対して集光に寄与する回折次数の比率を回折効率（ｅ）とすると、通常のマイクロレンズ設計では以下の式２に近似することができる。
ｃ＝ｅ×（Ｄ／ｗ）２・・・（式２）
【００１６】
したがって式１より、焦点径（ｗ）を小さく設計する場合はレンズ径（Ｄ）を大きくする必要があり、その場合、式２より、焦点におけるエネルギー密度（ｃに依存）が大きくなる。つまり、レンズ設計において、焦点径（ｗ）と焦点におけるエネルギー密度を独立に設定することができないことを示している。
【００１７】
そして、実際の加工プロセスにおいて、加工幅は焦点径（ｗ）に大きく依存しており、
多数点加工パターンの中に加工幅やビーム照射強度を変える必要がある加工点が複数混在する場合、一括加工を行うことが困難となる。ここで、ビーム照射強度を変える必要があるプロセスとして、加工穴深さが異なるパターンや、アニール温度が異なるパターンなどが挙げられる。
【００１８】
しかし、特許文献１の技術において、上述のように、加工穴深さが異なるパターン等を形成する場合、微小な領域で選択的にエネルギーを調整することは困難である。また、レンズ設計（レンズ径）の異なるレンズのパターンが距離的に離れていない場合は適用できない。したがって、加工幅が異なる領域において、その深さを任意に精度良く加工することは難しい。
【００１９】
また、特許文献２の技術においては、レーザービームを分岐させて、レーザービームの強度及び断面積を調整し、再度集光することにより、深さが異なる穴を形成する技術が開示されている。しかし、レーザービームを分岐させる光学系の装置が複雑になるという問題点がある。また、ガルバノスキャナを用いて加工する技術であるため、上述のように、多数点加工には長時間を要し、さらに位置精度が良くないという問題点があった。
【００２０】
本発明の目的は、各加工点に照射されるレーザービームのエネルギー密度を制御することにより、加工幅や深度の異なる複数の穴を、基板上に一括で形成することが可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、再現性よく、精度の高い多点加工が可能なレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記課題は、請求項１のレーザー加工装置によれば、被加工物の被加工領域内で複数の被加工部分を一括で加工するレーザー加工装置において、レーザー装置と、該レーザー装置から出射されるレーザービームの集光手段と、前記被加工物の配置手段と、を備えたレーザー加工装置であって、前記集光手段は、前記被加工部分の加工深度及び加工幅のうち、少なくとも何れか一方が異なる前記被加工部分に対応した異なるマイクロレンズの集合体からなり、前記マイクロレンズは、前記レーザービームが透過する材質で形成された回折型レンズであり、該回折型レンズの厚み方向に階段状の段差を備えた段差部が同心円上で対称に形成され、前記段差部の段差数、又は前記段差部の高さが前記被加工部分の加工幅及び加工深度に対応して形成されてなること、により解決される。
【００２２】
このように、本発明のレーザー加工装置では、レーザービームの集光手段として、同心円上で、厚み方向に階段状の段差部が形成され、その段差数または段差部の高さが異なる複数のマイクロレンズを用いることにより、各マイクロレンズにおいて回折効率を調整する。ここで回折効率とは、入射光に対し、集光に寄与する回折次数(通常は＋１次光)に回折される光の比率とする。このように、回折効率が異なるマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイによって、被加工物上に集光されるレーザービームのエネルギー密度を制御することにより、被加工物に所望の加工深度、加工幅を備えた加工を施すことができる。また、レンズ部と非レンズ部の位相段差を調整することにより、干渉の影響によって焦点におけるエネルギー密度を調整することもできる。
一般に、レンズの回折効率、焦点距離が同一である時、直径が大きいマイクロレンズに対応する被加工部分は焦点径が小さく、且つ、エネルギー密度が大きく、また、加工速度が速い。一方、直径が小さいマイクロレンズに対応する被加工部分は焦点径が大きく、且つ、エネルギー密度が小さく、また、加工速度が遅いため、直径が異なるマイクロレンズを用いて同じ加工時間で加工すると、加工幅とともに加工深度において差が生じる。
したがって、マイクロレンズアレイに一括でレーザービームを照射し、直径が異なるマイクロレンズを用いた場合は、直径が大きいレンズに対応する部分の加工深度が大きくなり、所望の加工深度を得ることが難しい。
さらに、同一直径のマイクロレンズを用いた場合は、その加工深度を独立に制御することが難しい。
同一の被加工領域に対し、レーザービームを一括で照射した場合、被加工物上に集光されるレーザービームのエネルギー密度は、それぞれのマイクロレンズのレンズ径（焦点径）に加えて、回折効率に依存する。したがって、回折効率、すなわち段差数や段差の高さが互いに異なるマイクロレンズを複数備えたマイクロレンズアレイを集光手段として用いた場合、個々のマイクロレンズによって集光された被加工部分のエネルギー密度を、レンズ径（焦点径）によらず、調整することが可能となる。エネルギー密度が異なる点において加工される被加工部分は、その加工深度が異なるため、レーザービームを照射することにより、上記構成の集光手段を備えたレーザー加工装置は、異なる加工深度、加工幅を備えた複数の被加工部分を一括で形成することができる。
本発明によれば、マイクロレンズの回折効率を制御することにより、一つの被加工物上において、各被加工部分ごとに、所望のエネルギー密度で加工を行うことができるため、一括で異なる加工深度、加工幅の加工を施すことが可能である。
また、本発明のレーザー加工装置で使用されるマイクロレンズは、その厚み方向に階段状の段差部が形成されているため、曲面で形成されるレンズとは異なり、製作精度が高く、再現性のよい加工を行うことができる。
【００２３】
このとき、請求項２のように、前記マイクロレンズの集合体は、直径が互いに等しく形成された前記マイクロレンズを備えていてもよい。
このような構成の集光手段、すなわち直径が互いに等しく、且つ回折効率が異なるマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを用いることにより、被加工部分において、レーザービームのエネルギー密度が互いに異なるように設計することができる。その結果、一括でレーザービームを照射しても、互いに異なる加工深度の加工を施すことができる。
【００２４】
また、請求項３のように、前記マイクロレンズの集合体は、直径が互いに異なって形成された前記マイクロレンズを備え、直径が大きく形成された前記マイクロレンズは、直径が小さく形成された前記マイクロレンズと比較して、前記段差部の段差数が少なく形成されていてもよい。
このような構成の集光手段、すなわち直径が互いに異なり、且つ直径が大きく形成されたマイクロレンズの回折効率を小さくしたマイクロレンズアレイを用いることにより、被加工部分において、レーザービームのエネルギー密度を均一に制御することが可能となる。その結果、一括でレーザービームを照射しても、互いに異なる加工幅で同一の加工深度の加工を施すことができる。
【００２５】
前記課題は、請求項４のレーザー加工方法によれば、請求項１に記載のレーザー加工装置の配置手段に被加工物を固定して、被加工部分の加工深度及び加工幅のうち、少なくとも何れか一方が異なる前記被加工部分を一括で加工するレーザー加工方法であって、集光手段として、厚み方向に階段状の段差を備えた段差部が同心円上で対称に形成され、前記段差部の段差数、又は前記段差部の高さが異なるマイクロレンズの集合体を前記被加工物と対向する位置に配設する第１の工程と、前記被加工物の前記被加工部分上に、それぞれ異なる前記マイクロレンズの焦点位置を固定する第２の工程と、被加工領域内及び領域外で、前記集光手段に対して前記レーザービームの照射を行う第３の工程と、前記集光手段として配設された前記マイクロレンズの集合体によって、複数の前記被加工部分に集光される前記レーザービームのエネルギー密度を制御する第４の工程とを有すること、により解決される。
【００２６】
このように、本発明のレーザー加工方法では、厚み方向に段差状の段差部が形成され、段差数、又は段差部の段差の高さが異なるマイクロレンズを使用する。したがって、各マイクロレンズにおいてレーザービームに対する回折効率がそれぞれ相違している。その結果、被加工物におけるレーザービームのエネルギー密度を適宜制御することができ、複数の異なる加工深度、加工幅の加工を一括のレーザービームの照射により施すことが可能となる。
【００２７】
このとき、請求項５のように、前記第１の工程において、前記集光手段として、直径が互いに等しく形成された前記マイクロレンズの集合体を配設し、前記第２の工程において、加工深度が深く設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が多く形成された前記マイクロレンズの焦点位置を固定し、加工深度が浅く設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が少ない前記マイクロレンズの焦点位置を固定して加工してもよい。
このように、直径が等しく、且つ回折効率が異なるマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを用いることにより、互いに異なる加工深度の加工を、一括のレーザービームの照射で行うことができる。より詳細には、マイクロレンズの回折効率が高くなるように設計された被加工部分は、レーザービームのエネルギー密度を高くすることができるので、加工速度が速く、一方、回折効率が低いマイクロレンズに対応する被加工部分は、エネルギー密度を低くすることができるので、加工速度が遅くなる。したがって、加工時間が等しい場合、加工速度が速い部分、すなわちマイクロレンズの回折効率が高い部分では加工深度は大きくなり、一方、加工速度が遅い部分、すなわちマイクロレンズの回折効率が低い部分では加工深度は小さくなる。
【００２８】
また、請求項６のように、前記第１の工程において、前記集光手段として、直径が互いに異なって形成された前記マイクロレンズの集合体であって、直径が大きく形成された前記マイクロレンズが、直径が小さく形成された前記マイクロレンズと比較して、前記段差部の段差数が少なく形成された前記マイクロレンズの集合体を配設し、前記第２の工程において、加工幅が大きく設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が少なく形成された前記マイクロレンズの焦点位置を固定し、加工幅が小さく設計された前記被加工部分に、前記段差部の段差数が多い前記マイクロレンズの焦点位置を固定して加工してもよい。
このように、直径が異なるマイクロレンズを用い、直径が小さいマイクロレンズと比較して、直径が大きいマイクロレンズの段差数を少なく形成した場合、直径が大きいマイクロレンズは回折効率が小さくなる。一般に、回折効率が等しいマイクロレンズにおいて、その直径が大きいものは、小さいものと比較して、焦点（被加工部分）におけるエネルギー密度が高くなる。その結果、直径が異なるマイクロレンズを用い、同一時間で加工を行った場合は、異なる加工深度の加工が施される。
これに対し、請求項６のように、異なる回折効率のマイクロレンズを用いることにより、異なる加工幅で、且つ均一な加工深度の加工を施すことが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明によれば、回折効率の異なるマイクロレンズを組み合わせることにより、一括で加工深度、加工幅の異なる加工を施すことが可能なレーザー加工装置を提供することができる。また、同心円上で、厚み方向に階段状の段差部が形成されたマイクロレンズは、製作時の精度が高いので、再現性の良いレーザー加工を施すことが可能である。
請求項２の発明によれば、直径が等しく、且つ異なる加工深度を有する加工部分を一括で加工可能なレーザー加工装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、直径が異なる場合であっても、均一な加工深さを備えた加工部分を一括で加工可能なレーザー加工装置を提供することができる。
請求項４の発明によれば、レーザービームを照射することで加工深度、加工幅の異なる加工を一括で施すことができる。
請求項５の発明によれば、直径が等しい被加工部分を形成する際、その加工深度が互いに異なる被加工部分を形成することができる。
請求項６の発明によれば、直径が異なる被加工部分を形成する際、その加工深度が均一な被加工部分を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係るレーザー加工装置の構成を示す説明図である。
【図２】エキスパンダ機構を示す説明図である。
【図３】エキスパンダ機構の他の例を示す説明図である。
【図４】レーザー加工工程を示す流れ図である。
【図５】被加工物に対するビーム領域とレンズ領域との関係の説明図である。
【図６】被加工物に対するビーム領域とレンズ領域との関係の説明図である。
【図７】被加工物に対するビーム領域とレンズ領域との関係の説明図である。
【図８】回折型レンズの断面図である。
【図９】実施例１の変形例を示すもので、マイクロレンズと被加工領域との関係を示す説明図である。
【図１０】実施例１の変形例を示すもので、ワーク調整手段の説明図である。
【図１１】実施例１の変形例を示すもので、狭ピッチ加工の例を示す説明図である。
【図１２】被加工物とマイクロレンズアレイとの相対移動加工を示すもので、線状加工の例の説明図である。
【図１３】被加工物とマイクロレンズアレイとの相対移動加工を示すもので、円形加工の例の説明図である。
【図１４】図１３の円形加工の例の説明図である。
【図１５】被加工物とマイクロレンズアレイとの相対移動加工を示すもので、ザグリ加工の例の説明図である。
【図１６】被加工物とマイクロレンズアレイとの相対移動加工を示すもので、テーパ加工の例の説明図である。
【図１７】加工深度が異なる場合におけるマイクロレンズの組み合わせの説明図である。
【図１８】半導体集積回路の断面図である。
【図１９】半導体集積回路及びそれに対応するマイクロチップアレイの概略図である。
【図２０】加工幅が異なる場合におけるマイクロレンズの組み合わせの説明図である。
【図２１】本発明の第２実施例に係るレーザー加工装置の構成を示す説明図である。
【図２２】第２実施例における走査パターンを示す説明図である。
【図２３】本発明の第３実施例に係るレーザー加工装置の構成を示す説明図である。
【図２４】第３実施例のミラースキャンユニットの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００３２】
図１乃至図８は、本発明に係る一実施形態を示すものであり、図１は本発明の第１実施例に係るレーザー加工装置の構成を示す説明図、図２及び図３はエキスパンダ機構を示す説明図、図４は加工工程を示す流れ図、図５乃至図７は被加工物に対するビーム領域とレンズ領域との関係の説明図、図８は回折型レンズの断面図である。
本実施形態のレーザー加工装置は、加工幅均一化機構を有する多点一括レーザー加工を行うように構成されている。本明細書において「加工」とは、穿孔加工が主であるが、アニール、エッチング、ドーピング、成膜なども含む意味で用いている。また、「加工深度」とはレーザービームを照射することによって穿孔される孔の深さを示し、「加工幅」とは、レーザービームを照射することによって穿孔される孔の、被加工物表面における直径を示すもの、または孔を連続的に形成して線状加工した場合はその幅を示すものである。
【００３３】
＜実施例１＞
本実施形態のレーザー加工装置１０は、図１に示すように、レーザー装置と、集光手段としてのマイクロレンズアレイ３０（マイクロレンズ３１の集合体）と、被加工物Ｗの配置手段であるワーク調整手段４０等を備えて構成されている。そして、ワーク調整手段４０上に配置されたマイクロレンズアレイ３０と、被加工物ＷからユニットＵが構成される。
【００３４】
本例のレーザー加工装置１０は、レーザー装置として、レーザー光源１１、アッテネータ１２、スリット１３、部分反射ミラー１４、エネルギーモニタ１５、シャッター（メカニカルシャッター）１６、ビームエキスパンダ１７、ミラー１８、ビームプロファイラ２０などを備えている。
【００３５】
レーザー光源１１は、不図示の制御部の制御に応じてレーザービームを放出し、アッテネータ１２、スリット１３、シャッター１６を介してビームエキスパンダ１７に入射するようになされている。また、スリット１３を通ったレーザービームは部分反射ミラー１４で部分的に反射され、エネルギーモニタ１５に導かれる。本例のエネルギーモニタ１５は、レーザービームのエネルギーを測定するものである。エネルギーモニタは公知のものを用いることができる。
【００３６】
なお、エネルギーモニタ１５が制御系を備えることにより、アッテネータ１２と連動してエネルギー制御のフィードバック機構を持たせることもできる。アッテネータの例として、ウエッジ基板へのビームの入射角度による透過率の変化を利用したタイプが挙げられ、ステッピングモータによりウエッジ基板角度を制御することにより、エネルギーの透過率を調整することができる。
【００３７】
本例のレーザー光源１１としては、不安定共振器を備えたエキシマレーザーを用いているが、これに限定されず、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー等他のレーザーを用いても良い。また、注入同期型のレーザーを用いても良い。そしてレーザー装置としては、出射光のエネルギー調整機構を備えていることが好ましい。
【００３８】
本例のアッテネータ１２は、ビーム強度調整用フィルタであり、透過率が可変なもので、透過率の自動切換え機構があると好ましい。透過率を自動切換えにすると、エネルギーモニタと連動してエネルギー制御が可能という効果がある。
【００３９】
本例のスリット１３は加工に必要なレーザービーム寸法を切り出すものであり、レーザービーム品質の良い部分がスリット１３を通過する。
【００４０】
本例の部分反射ミラー１４は、光路上に配置され、レーザービームの一部をエネルギーモニタ１５へ導くものである。
【００４１】
本例のシャッター（メカニカルシャッター）１６は、光路上に配置され、被加工物Ｗの加工時に開き、非加工時は閉じてレーザービームを遮光するものである。
【００４２】
本例のビームエキスパンダ１７は、レーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿ってビーム拡大率を独立に変更し、且つレーザービームの主光線が平行光となるように構成されている。
本例では、図２に示すズーム機構１７ａを備えており、レーザービームの発散角（ビームダイバージェンスθとも言う）をレーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿って調整可能とされている。ズーム機構１７ａは、シリンドリカルレンズ１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを備え、このシリンドリカルレンズ１７ｃと１７ｄの間の距離は、図２（ａ）に示す状態から、図２（ｂ）に示す状態へ連続的にズーム倍率の調整が可能に構成されている。ズーム倍率を変更する際、成形されるレーザービームの主光線が平行光を維持するように、シリンドリカルレンズ１７ｃと１７ｄの位置を連動して変化させる。ズーム機構１７ａは公知の技術を用いるもので、例えば、各レンズ間の距離を調節するものである。
【００４３】
エキシマレーザーなどのレーザーはレーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿ってレーザービームの発散角が異なることが多く、その場合は出射されたビームを集光しても焦点は楕円形状となる。
その補正として、本例のレーザー加工装置１０は、レーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿ってビームサイズを独立に変更するビームエキスパンダを備え、ビーム拡大倍率を２方向で独立に変えることが可能とされている。これにより、集光手段に入射するレーザービームの発散角をレーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿って等しくすることにより、加工形状を真円にすることができる。
また、レーザービームの発散角が経時的に変化した場合でも、ズーム機構の調整により、集光手段に入射するレーザービームの発散角をレーザービーム方向に対し垂直面内の直交する２軸に沿って等しくすることにより、加工形状を真円にすることができる。
【００４４】
なお、ビームエキスパンダ１７は、図３に示すように、凹型シリンドリカルレンズ１７ｅ及び凸型シリンドリカルレンズ１７ｆを用いた構成としても良い。
また、さらに光軸の調整を可能とするために、ビームエキスパンダ１７のホルダには、位置・角度調整機構を備えていると好ましい。位置・角度調整機構としては、例えば、市販されている位置・角度調整を備えたレンズホルダを用いることが可能である。
なお、強度分布を変える強度分布光学部品などを備えてもよい。
【００４５】
本例のミラー１８は、レーザービームの方向を変えるためのものであり、光軸調整用に２個以上あることが好ましい。
【００４６】
マイクロレンズアレイ３０は数多くのマイクロレンズ３１が集積してなる（図５参照）ものであり、本発明ではマイクロレンズアレイ３０として、回折型レンズを用いている。ここで回折レンズとは、複数の溝が同心円状に形成されたレンズであり、溝の間隔が回折する角度に応じて設計され、溝の深さも波長に応じて設計される。そして、各加工点において同一の焦点距離とし、異なるレンズ径、異なる回折効率のレンズを組み合わせることによりマイクロレンズアレイ３０が設計される。
【００４７】
本発明のマイクロレンズアレイ３０に用いられるマイクロレンズ３１は、図８のように、板厚を階段状に変化させた位相段差ｄ（段差部）が同心円上に設けられた透明基板、すなわち、回折型レンズによって形成されている。また、マイクロレンズ３１の中央部（略凸面状の部分）と非レンズ部（マイクロレンズ３１の周辺領域）との位相段差ｓが設けられる構成としても良いし（図８（ｄ）、（ｅ）参照）、さらに、マイクロレンズ３１の中央部において、段差部が形成され始める高さの最も低い部分と、非レンズ部の高さ、すなわち、マイクロレンズ３１と非レンズ部の位相が異なるようにマイクロレンズアレイ３０を設計しても良い。さらにまた、マイクロレンズ３１の中央部と外周部において、位相段差ｄの数が互いに異なる構成としても良い（図８（ｆ）参照）。なお、このような回折型レンズは、レーザー波長を透過する材料基板（エキシマレーザーの場合、合成石英など）に対し、エッチング等、公知の技術によって階段状の凹凸を形成することによって作製される。
【００４８】
一般に回折型レンズは、同心円状の溝を適切な直径と間隔で形成することにより、回折現象を生じ、レンズと同様の効果を持たせることができる。この溝を適切な深さ（位相段差）で、複数段形成することにより、段差ごとに干渉を生じ、集光に寄与する回折次数の回折の効率を高めることができる。段差数Ｎに対して、最も回折効率の高い位相段差ｄＮは式３で求められる。
ｄＮ＝λ／Ｎ（ｎ−１）・・・（式３）
（ここで、ｄＮ：位相段差、λ：レーザー波長、ｎ：レンズ材料屈折率、Ｎ：位相段差の数）
回折型レンズは、この位相段差ｄの数Ｎ、及び位相段差ｄの高さに依存して、回折効率が決定される。より詳細には、段数（Ｎ）の数が多いほど、回折効率が高く、例えば、式３を満たす位相段差ｄＮの条件では、Ｎ＝２の時（図８の（ａ）の時）、回折効率は４０％となり、Ｎ＝１６の時（図８の（ｃ）の時）、回折効率は９９％となる。
また、レンズ中央部と外周部で位相段差ｄの数Ｎを変えた構造をとることにより、レンズ全体の回折効率を、任意に調整することが可能である。位相段差ｄと回折効率に関し、具体的な例を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2011110560.tif 000003
【００５０】
また、回折型レンズのレンズ部の位相段差ｄの高さを、最も回折効率の高い位相段差ｄＮから変えることによってもまた、回折効率を変えることが可能である。
また、回折型レンズのレンズ部中心と非レンズ部の位相段差ｓを変えることにより、焦点周辺の干渉が変化し、焦点におけるエネルギー密度（ピーク強度）を変えることが可能である。
【００５１】
そして、このような回折効率（すなわち、位相段差ｄの数Ｎ及び高さ、また、位相段差ｓの高さ）が異なるマイクロレンズ３１を用いることにより、加工点の深さ、加工幅の大きさを制御することができる。後述の実施例１−１及び実施例１−２において、加工点の深さ、加工幅の大きさを制御して加工した例を具体的に説明する。
【００５２】
図８のような構造の回折型レンズは、デジタル構造のため、製作精度が高く、また複雑なレンズ設計が可能である。一方、球面形状のレンズは、マイクロレンズの微細な曲面形状の製作精度が高くないことや、マイクロレンズアレイ３０のパターン内において、複数の異なる設計のレンズが作製困難である。したがって、回折型レンズを用いることにより、再現性の良い多点加工が可能となる。
【００５３】
集光手段としてのマイクロレンズアレイ３０に備えられた複数のマイクロレンズ３１に、レーザー光を垂直に入射させることにより、被加工物Ｗに穿孔加工が施される。なお、本例のマイクロレンズアレイ３０は、光学系調整が可能なように、マイクロレンズ３１の高さ，あおり，角度調整用機構を備えた構成とされている。
【００５４】
本例のレーザー加工装置１０は、さらに図示しないガスフロー機構を備えている。ガスフロー機構は、被加工物Ｗの加工時に、加工によって飛散する汚染物が光学系に付着しないように、ガスを流すものである。そして、ガスを流しだす機構と、反対側にガスを排気する機構を設ける。ガスを流しだす手段としては、例えば空気をファンで送風、または空気・窒素・ヘリウムなどをボンベや工場配管から供給するなどの手段を採用することができ、反対側に排出口や吸引口を設けるものである。排出口及び吸引口は、例えばガス排出ポンプ等によって構成することができる。
【００５５】
本例のワーク調整手段４０は、被加工物Ｗを配置する配置手段として、加工位置変更用のＸＹＺ方向に移動可能なステージ４１からなるものであり、光学調整用の高さ調整・角度調整機構などを備えている。
被加工物Ｗがステージ４１上に配置されると、不図示の制御部は、ステージ４１を水平方向に移動させ、照射レンズ系の光軸位置に来るようにする。そして、制御部により、レーザー光源を制御し、レーザービームを照射させる。
【００５６】
照射パターンの面積は予め、特定されているので、制御部は、不図示のエネルギメータの出力信号の値を照射パターンの面積で除算し、エネルギー密度を計算する。そして、制御部は、このエネルギー密度が所定の値となるように、レーザー光源を制御する。
また、本例のステージ４１には、被加工物Ｗを把持できるように、吸着ステージとしている。なおステージは加工時の貫通したビームでダメージを受けない材質、例えばステンレス、アルミなどを使用している。
【００５７】
ステージ４１は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構と一体とし、最低でもビーム領域とマイクロレンズアレイ３０のサイズの和以上のストロークを持つものを使用する。
好ましくは、照射ビーム領域と、マイクロレンズアレイ３０のサイズの倍の長さとを加算した距離以上のストロークを持つものが良い。
ステージ４１は、走り精度、すなわちステージ移動時の角度ブレが小さいものを使用すると良い。
【００５８】
なお、本例のレーザー加工装置１０では、レーザービームのプロファイルの変化に応じて、ステージ４１の速度や、被加工物へのスキャン回数を制御する構成としても良い。或いは、レーザービームのプロファイルの変化に応じて、レーザービームのエネルギー強度を制御する構成としても良い。
【００５９】
次に、上記構成からなるレーザー加工装置によるレーザー加工工程について、図４に基づいて説明する。
先ず、不図示のスイッチを投入しスタートすると、装置全体が通電し、予め、被加工物Ｗに対する加工幅などのデータを制御部へ指示するが、この後で、シャッター１６を閉めた状態で、レーザー光源１１が発振する（ステップＳ１）。次に、エネルギーモニタ１５でエネルギーを測定する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ２で測定したエネルギーに基づいて、被加工物Ｗの加工に適切なエネルギーとなるように、アッテネータ１２の透過率を調整する（ステップＳ３）。ここで、一定時間内でエネルギー変動が少なく、発振が安定であることを確認する。
【００６０】
次に、マイクロレンズアレイ３０をユニットＵにセットする（ステップＳ４）。そのセット位置は、照射ビーム領域から外れている位置とする。
そしてさらに被加工物Ｗをステージ４１にセットする（ステップＳ５）。被加工物Ｗのセット位置もまた、照射ビーム領域から外れている位置とする。なお、ステップＳ４とステップＳ５とは、その順が入れ替わっても良い。
そして、シャッター１６を開け（ステップＳ６）、マイクロレンズアレイ３０と被加工物ＷからなるユニットＵの走査を開始する（ステップＳ７）。
【００６１】
ステップＳ７では、所定の加工条件にて、ユニットＵを走査し、加工を行う。ここで所定の加工条件とは、被加工物によって異なるが、ステージ速度、走査範囲などを基に決定されるものである。
このとき、ステージ４１をＸ，Ｙ方向に移動（揺動）させ、ユニットＵを照射ビーム領域を通過させて穿孔加工を行う。
【００６２】
ステップＳ７でのステージ４１の移動（揺動）について、その詳細を図５乃至図７に示す。
図５に示すように、ビーム領域Ｂは固定されており、このビーム領域Ｂを、マイクロレンズアレイ３０及び被加工物ＷからなるユニットＵが通過する。
図５では、穿孔加工の状況を明確に示すために、マイクロレンズアレイ３０の構成要素であるマイクロレンズ３１を図示している。
【００６３】
先ず、図５（ａ）に示すように、ビーム領域Ｂから外れた位置にユニットＵを位置させる。次いで、図５（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ステージ４１を移動させ、図５の矢印方向にユニットＵを移動させる。
【００６４】
ビーム領域ＢをユニットＵが通過するにしたがい、被加工物Ｗに孔Ｈが形成される。
本例では、図５（ｅ）に示すように、ビーム領域Ｂがマイクロレンズ３１上を完全に通り過ぎるまで走査が行われる。
【００６５】
図６は、マイクロレンズ３１のレンズ領域Ｒと、ビーム領域Ｂと、スキャン範囲ＳＣとの関係を示す模式図である。
図６（ａ）に示すように、はじめは、レンズ領域Ｒはビーム領域Ｂの外側に位置している。
次いでステージ４１を移動させる。これにより、図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ビーム領域Ｂをレンズ領域Ｒが通過する。
【００６６】
図６に示されているように、スキャン範囲ＳＣは、最低でもビーム領域Ｂとレンズ領域Ｒの和以上となっている。
図６に示すように、ビーム領域Ｂがマイクロレンズ３１上を完全に通り過ぎるまで走査が行われる。
【００６７】
図７は、ユニットＵ（レンズ領域Ｒ）の走査パターンを示すものである。
ユニットＵの走査は、マイクロレンズアレイ３０のパターンが１次元配列でない限り、図示されているような２次元のパターンで走査が行われる。
これは、エキシマレーザーなどのビーム強度分布は、厳密な均一径加工を実施する上では、２次元的な分布があるためである。
【００６８】
図７に示す２次元パターンの走査を行うとき、それぞれの走査において、図５及び図６に示すように、ビーム領域Ｂがマイクロレンズ３１上を完全に通り過ぎるまで走査する。
このようにして、２次元方向に重ね合わせながら被加工物Ｗへの走査を行うことで、被加工物Ｗ上は均一な条件で、加工点毎に異なる加工幅、又は異なる加工深度で一括穿孔される。
【００６９】
図４で示すように、ステップＳ８では、予め加工時間が設定されているため、タイマーにより所定の加工時間だけ被加工物Ｗに対する加工が行われる。
ステップＳ８での加工が終了した時点で、ユニットＵは照射ビーム位置から外れている位置で停止する（ステップＳ９）。その後に、シャッター１６を閉め（ステップＳ１０）、被加工物Ｗを取り外す（ステップＳ１１）。
最後に、レーザー光源１１の発振を停止する（ステップＳ１２）。
以上のようにして被加工物Ｗの加工を行う。
【００７０】
図９乃至図１１は、実施例１の変形例を示す説明図であり、図９はマイクロレンズと被加工領域との関係を示す説明図、図１０はワーク調整手段の説明図、図１１は狭ピッチ加工の例を示す説明図である。
図１０に示すワーク調整手段４０は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段など）の相対位置を変更可能なステージを備える。すなわち、図１０に示すように、ＸＹ方向に移動可能なステージ４１の下に、さらにＸＹＺ方向に移動可能なステージ４３を備えている。
ステージ４１は２軸のリニアステージなどで構成し、ステージ４３は３軸のリニアステージなどで構成する。ステージ４１、ＸＹＺステージ４３をモーションコントローラにより制御を行い、動作パラメータの設定などは、ＰＣによって行なう。ＸＹＺステージ４３のコントローラは円弧補間機能をもつことが望ましい。モーションコントローラは、例えばＤｅｌｔａ  Ｔａｕ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製ＵＭＡＣＪ−Ｔｕｒｂｏなど、公知のコントローラを用いることができる。
図１０に示すワーク調整手段４０によれば、被加工領域加工後に前記相対位置を変更し、新たな被加工領域を加工することにより、多数の加工部分を任意の間隔で加工することが可能となる。
これにより、広範囲な被加工領域の加工や、被加工部分の狭い間隔の加工が可能となる。
【００７１】
つまり、図９で示すような、広範囲な被加工領域の加工方法が可能である。すなわち、図１０で示すような、ＸＹ方向に移動可能なステージ４１（図１の例ではステージ４１はＸＹＺ方向であるが本例の場合はＸＹ方向である）を用いて、被加工物Ｗに対してマイクロレンズアレイ３０（マイクロレンズ３１）を相対的に移動した後、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０の相対位置を固定する。その後、固定した被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０を、ＸＹＺ方向に移動可能なステージ４３を用いてビーム領域Ｂの範囲を走査することにより、被加工領域１の加工を行う。
このようにして被加工領域１の加工が終了後、ＸＹ方向に移動可能なステージ４１を用いて、被加工物Ｗに対してマイクロレンズアレイ３０を被加工領域２へ移動し、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０の相対位置を固定し、被加工領域２の加工を実施する。
以上の工程を繰り返すことにより、広範囲な被加工領域の加工を実施する。
【００７２】
また図１１で示すように、１回目の加工を行なった後で、被加工物を移動させずに、マイクロレンズアレイ３０を移動させて、２回目の加工を行ない、被加工領域が重なるようにして加工することにより、加工部分の間に加工を施すことで、狭ピッチ加工が可能となる。
【００７３】
図１０に示すワーク調整手段４０により、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構を任意の相対移動をさせながら加工を行うことにより、多数の被加工部分を任意の形状に加工することが可能となる。
【００７４】
図１２乃至図１６は、被加工物とマイクロレンズアレイとの相対移動加工を示すもので、図１２は線状加工の例の説明図、図１３及び図１４は円形加工の例の説明図、図１５はザグリ加工の例の説明図、図１６はテーパ加工の例の説明図である。
【００７５】
図１２に示すように、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段など）を一次元的に相対移動させながら加工を行うことにより、多数の線状の被加工部分の形成が可能である。
また、図１３は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構を相対的に円形に移動させながら加工を行う例（トレパニング加工）であり、図１４は、そのときのビーム焦点と加工穴の図を示している。つまり、図１４で示すように、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段４０）を相対移動させながら、ビーム焦点を円形（白抜き矢印のように）に移動させるものである。
このようにトレパニング加工を行うことにより、マイクロレンズの焦点径より大きい任意の加工幅を持つ円形加工が可能となり、焦点径が異なるマイクロレンズに交換をすることなしに、加工幅の異なるパターンの加工が可能となる。
【００７６】
また、レーザービームの発散角の経時的な変化により、加工形状が楕円形となった場合は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構の相対的な移動の軌道を補正することにより、加工穴を真円に調整することが可能となる。
【００７７】
更に、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段４０）を相対的に円形に移動させながら加工を行う際、加工時間中にその回転半径を変化させることにより、加工穴のテーパ角度や深さ方向の三次元形状を調整することが可能となる。図１５は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段４０）を相対的に円運動させながら加工する際に、加工初期に大きい回転半径ｒ１の円運動を行い、加工幅の大きい加工穴を形成し、加工後期は小さい回転半径ｒ２の円運動を行い、中央部に小さい加工穴を形成することにより、ザグリ形状の加工を行う例である。
【００７８】
図１６は、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構（ワーク調整手段４０）を相対的に円運動させながら加工する際に、加工初期に大きい回転半径ｒ１の円運動を行い、徐々に回転半径を小さくすることにより（ｒ２、ｒ３）、加工穴のテーパ角を調整する例である。図は理解を容易とするために、段のある断面形状となっているが、回転半径を連続的に変化させることにより、断面形状は滑らかとすることができる。なお、回転半径を小さい径から大きい径に変化させることによっても同様な加工が得られる。
【００７９】
また、加工時間内における、被加工物Ｗとマイクロレンズアレイ３０およびその保持機構の相対移動の条件と、ビームの照射条件を調整することにより、被加工物の加工速度を調整することが可能であり、三次元形状の細かい調整が容易となる。ここで言う相対移動の条件とは、ステージ４１及びＸＹＺステージ４３の移動速度や走査パターンなどであり、ビームの照射条件とは、エネルギー密度や発振周波数などである。そして、ここでは主に円形の加工例を示したが、相対移動の形状に制限はなく、楕円形、多角形、自由曲線などの任意形状の加工に適用が可能である。
【００８０】
＜実施例１−１＞
実施例１−１では、回折効率の異なるマイクロレンズ３１（回折型レンズ）を用いて複数の加工点の深さを制御する技術について、図１７乃至図１９に基づき説明する。図１７は加工深度が異なる場合におけるマイクロレンズの組み合わせの説明図、図１８は半導体集積回路の断面図、図１９は半導体集積回路及びそれに対応するマイクロチップアレイの概略図である。なお、本発明において、マイクロレンズ３１は、図８のように凹凸が形成されているものを用いるが、他の図においては省略して曲面状のレンズを記載している。また、マイクロレンズアレイ３０には、二つ以上のマイクロレンズ３１が設けられることは勿論である。
【００８１】
図１７において、レンズ径Ｄが等しいマイクロレンズ３１ａ及び３１ｂは、それぞれ回折効率が異なるレンズである。マイクロレンズ３１ａは、位相段差ｄの数Ｎが多く、回折効率が高い。一方、マイクロレンズ３１ｂは、位相段差ｄの数Ｎが少なく、回折効率が低い。
【００８２】
その結果、照射されるレーザービームのエネルギー密度は、マイクロレンズ３１ａを透過した方が高く、マイクロレンズ３１ｂを透過した方が低くなる。その結果、各レンズの焦点部分に形成される孔Ｈａ及びＨｂの加工幅は互いに等しく、深度が異なる。したがって本発明は、回折効率を適宜設計することにより、等しい加工幅で異なる深度を有する多点加工を行うことができるものである。
【００８３】
上記設計に関し、以下、図１８に基づき、さらに具体的に説明する。
半導体チップの高密度三次元実装技術において、チップ７０を積載したウェハ７１上に塗布された絶縁樹脂膜７２に、チップ電極７３までの浅いビア７５ａと、チップ外の電極（外部電極７４）までの深いビア７５ｂを形成する必要がある。このように、パターン内に深さの異なる加工を行う必要がある場合、従来技術によれば、浅いビア７５ａと深いビア７５ｂを同じ加工条件で加工すると、浅いビア７５ａの部分の加工が過剰になり、レーザービームが入射することにより、チップ電極７３やチップ７０が損傷することが問題となっていた。
【００８４】
このように、同一加工幅で、深さの異なる穴加工を行う場合、以下のようなレンズ設計を行う。焦点距離ｆ、レンズ径Ｄ、焦点径ｗは同一とした回折型レンズで、深いビア７５ｂを形成するための回折レンズには位相段差ｄの数Ｎが８のレンズを用い、浅いビ７５ａを形成するための回折レンズにはＮ＝４のレンズを用いる。それぞれのレンズの位相段差ｄの高さが式３を満たす場合、レンズの回折効率がＮ＝８の時、９５％であるのに対し、Ｎ＝４の時は８１％であり、約２割の焦点エネルギー密度の差が生じる。これにより、絶縁樹脂膜７２において、ビア７５ａ、７５ｂの加工速度（加工深度）が調整可能となる。
【００８５】
上記構成のように、レンズ径Ｄ、焦点径ｗを等しくして位相段差ｄの数Ｎをそれぞれ８及び４とし、エポキシ樹脂に対し、多点の一括加工を行った場合、下記の結果が得られた。なお、詳細な実験条件は以下に示す通りである。
【００８６】
レーザーの種類：不安定共振器型ＫｒＦエキシマレーザー
レーザー波長λ：２４８ｎｍ
焦点径ｗ：φ３５μｍ  
トレパニング径：φ５０μｍ−φ３５μｍ−φ２０μｍ
照射パルス数：１０００パルス−１０００パルス−１０００パルス
焦点エネルギー密度（理想値）：４００ｍＪ／ｃｍ２
材料：エポキシ樹脂
下地電極：外部電極  銅、内部電極  アルミ
【００８７】
浅いビア７５ａは深さ５０μｍ、絶縁樹脂膜７２の表面付近の直径（トップ径）が７５μｍ、チップ電極７３の表面付近直径（ボトム径）が５５μｍであった。一方、深いビア７５ｂは深さ１００μｍ、絶縁樹脂膜７２の表面付近の直径（トップ径）が７５μｍ、チップ電極７３の表面付近直径（ボトム径）が４５μｍであり、回折レンズの設計を調整することにより、一括で異なる深度の加工を行うことができた。なお、この時、加工点付近を光学顕微鏡及びＳＥＭにより観察したところ、加工点のトップ付近の周囲に絶縁樹脂が盛り上がることはなく、良好な切断面が形成されていた。また、各加工点のボトム部は、加工時の絶縁樹脂膜７２の残渣がなく、且つ、電極へのダメージがない、電気的接合に良好な加工状態が得られていた。
【００８８】
このように、加工深度が異なる点を複数加工する技術は、図１９のような、半導体集積回路を製造する際に好適に用いられる。図１９（ａ）のように、中央側にチップ電極７３、周縁側に外部電極７４を備えた半導体集積回路では、その表面に絶縁樹脂膜７２が形成されており、この絶縁樹脂膜７２には、外部回路に接続するため、中央側のチップ電極７３に対応したビア７５ａ（図１８参照）、周縁側の外部電極７４に対応したビア７５ｂが形成されている。そしてこれらのビア７５ａ及びビア７５ｂの加工深度は互いに異なるものである。
【００８９】
このような半導体集積回路に対応して、絶縁樹脂膜７２にビア７５ａ、ビア７５ｂを形成するため、マイクロレンズアレイ３０は、図１９（ｂ）のように、チップ電極７３に対応した位置にマイクロレンズ３１ｃ、外部電極７４に対応した位置にマイクロレンズ３１ｄが形成されている。そして、これらマイクロレンズ３１ｃ、３１ｄの回折効率は互いに異なり、浅い加工深度が必要なビア７５ａに対応するマイクロレンズ３１ｃの回折効率は、深い加工深度が必要なビア７５ｂに対応するマイクロレンズ３１ｄよりも低く設計されている。
【００９０】
＜実施例１−２＞
実施例１−２では、レンズ径Ｄ及び回折効率が異なるマイクロレンズ３１（回折型レンズ）を用いて複数の加工点の直径を制御する技術について、図２０に基づき説明する。なお、本発明において、マイクロレンズ３１は、図８のように凹凸が形成されているものを用いるが、他の図においては省略して曲面状のレンズを記載している。また、マイクロレンズアレイ３０には、二つ以上のマイクロレンズ３１が設けられることは勿論である。
【００９１】
図２０において、レンズ径Ｄが異なるマイクロレンズ３１ｅ及び３１ｆは、それぞれ回折効率が異なるレンズである。マイクロレンズ３１ｅは、レンズ径Ｄａがマイクロレンズ３１ｆのレンズ径Ｄｂよりも大きく設計されている。つまり、マイクロレンズ３１ｅの焦点径は、マイクロレンズ３１ｆの焦点径よりも小さい設計となる。また、マイクロレンズ３１ｅは、位相段差ｄの数Ｎが少なく、回折効率が低い。一方、マイクロレンズ３１ｆは、Ｎが多く、回折効率が高い。
【００９２】
一般に、回折効率が等しいレンズであれば、レンズ径Ｄが大きいほど、焦点への集光倍率ｃは大きくなる。その結果、レンズ径Ｄが大きいレンズを用いてレーザービームによる加工を行うと、焦点におけるエネルギー密度が高く、加工速度が速く（加工深度が深く）なる。したがって、レンズ径Ｄ、すなわち焦点径ｗの異なるマイクロレンズ３１ｅと３１ｆは、回折効率が等しい場合、その加工深度を等しくすることが難しい。
【００９３】
しかし、本発明によれば、回折効率が異なるマイクロレンズ３１ｅと３１ｆを用いることにより、照射されるレーザービームの集光する光の効率は、マイクロレンズ３１ｅを透過した方が低く、マイクロレンズ３１ｆを透過した方が高い。そしてさらに、マイクロレンズ３１ｅと３１ｆの焦点におけるエネルギー密度を等しく調整することができる。その結果、各レンズの焦点部分に形成される孔Ｈｃ及びＨｄの加工幅は互いに異なり、深度は等しくなる。したがって本発明は、回折効率を適宜設計することにより、均一な加工深度で、所望の加工幅を得ることができるものである。
【００９４】
上記設計に関し、以下、樹脂シートに加工幅の異なる穿孔加工を行う場合についてさらに具体的に説明する。
レーザービームを用いた加工を行う場合、安定に加工を行うためには、マイクロレンズ３１の焦点におけるエネルギー密度は均一であることが好ましい。
【００９５】
一般に、マイクロレンズ３１ｅとマイクロレンズ３１ｆの目標焦点径ｗをｗ１、ｗ２とした場合、それぞれのレンズ径Ｄａ、Ｄｂは以下の式４で表される。
ｗ１・Ｄａ＝ｗ２・Ｄｂ・・・（式４）
【００９６】
回折効率が等しいレンズを用いる場合、エネルギー密度の比は、以下の式５の関係で表される。
１：（Ｄｂ・ｗ１／（Ｄａ・ｗ２））２＝１：（ｗ１／ｗ２）４・・・（式５）
したがって、焦点におけるレーザービームのエネルギー密度を等しくするには、マイクロレンズ３１ｅとマイクロレンズ３１ｆの集光効率の比を、１：（ｗ２／ｗ１）４に設定するのが好ましい。
例えば、焦点径ｗをそれぞれφ５０μｍとφ４０μｍとした場合、回折効率の比は、１：０．４１とすることが好ましい。
【００９７】
＜実施例２＞
次に、図２１乃至図２２に基づき、実施例２に係るレーザー加工装置１０について説明する。各実施例において、前記実施例と同様部材・同様配置等には、同一符号を付してその説明を省略する。
図２１及び図２２は、第２実施例に係るレーザー加工装置１０を示すものである。第２実施例に係るレーザー加工装置１０は、実施例１と同様の構成において、被加工物Ｗのワーク調整手段４０として、ステージ４１に回転テーブル４２を装備した構成とされている。
【００９８】
本例では、図２１に示すように、マイクロレンズアレイ３０と被加工物Ｗを一体としたユニットＵを、照射ビームの光軸方向を軸に角度を変えて、ビーム領域Ｂをスキャンするものである。
【００９９】
エキシマレーザーなどの特性として、レーザーの経時変化によりレーザービームの発散角が変化することがある。この場合、通常は縦横で異方的に変化が生じる。それにより加工点が楕円形に変化していく傾向を持つ。
【０１００】
しかし、本例のように構成すると、ユニットＵが回転するため、図２２の右側に示すように、加工が進むに従って、真円形状の穿孔がなされていく。本例によれば、レーザービームの発散角の変化に拘らず加工点を真円形状に加工することが可能となる。
【０１０１】
＜実施例３＞
さらに、図２３及び図２４に基づき、第３実施例に係るレーザー加工装置１０について説明する。第３実施例に係るレーザー加工装置１０は、実施例１の構成において、ミラー１８とビームプロファイラ２０以外の構成は同様であり、さらにミラースキャンユニット５０を備えている。ミラースキャンユニット５０の構成を図２４に示す。ミラースキャンユニット５０は、第１のミラー５１と第２のミラー５２を備えている。
【０１０２】
第１のミラー５１は、図２４における上方向から下方向に向けて光を反射するものである。第２のミラー５２は、図２４における紙面表方向から裏方向に向けて光を反射するものである。
【０１０３】
第１のミラー５１と第２のミラー５２は、それぞれ、図２４における矢印方向に移動可能とされている。
それぞれを連動して駆動させることにより、マイクロレンズ３１上を２次元的に走査することが可能となる。
但し、移動ミラーでは、ステージ移動時の機械的な角度変動が、ミラー反射により光学的角度変動が２倍と大きくなる。
【０１０４】
なお、第３実施例において、ステージ４１と、第１のミラー５１、第２のミラー５２のそれぞれを連動して駆動させても良い。
或いは、ミラーを少なくとも一つ備えた構成とし、ステージ４１との組み合わせで、ユニットＵへの２次元的な走査を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  レーザー加工装置
１１  レーザー光源
１２  アッテネータ
１３  スリット
１４  部分反射ミラー
１５  エネルギーモニタ
１６  シャッター
１７  ビームエキスパンダ
１７ａ  ズーム機構
１７ｂ〜１７ｆ  シリンドリカルレンズ
１８  ミラー
２０  ビームプロファイラ
３０  マイクロレンズアレイ（集光手段）
３１、３１ａ〜３１ｆ  マイクロレンズ
４０  ワーク調整手段（配置手段）
４１  ステージ
４２  回転テーブル
４３  ＸＹＺステージ
５０  ミラースキャンユニット
５１  第１のミラー
５２  第２のミラー
７０  チップ
７１  ウェハ
７２  絶縁樹脂膜
７３  チップ電極
７４  外部電極
７５ａ、７５ｂ  ビア
θ  ダイバージェンス
Ｂ  ビーム領域
Ｂｓ  ビームサイズ
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ  レンズ径
Ｈ、Ｈａ〜Ｈｄ  孔
Ｎ  位相段差の数
Ｒ  レンズ領域
ＳＣ  スキャン範囲
Ｕ  ユニット
Ｗ  被加工物
ｃ  集光倍率
ｄ、ｓ  位相段差（段差部）
ｆ  焦点距離
ｗ  焦点径
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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