(57)【要約】      （修正有）【課題】予め設定された雰囲気中でマスクに設けられた開口部を通過させたレーザ光により加工対象物の加工を行うレーザ加工装置における酸化によるマスクの劣化を抑止する方法を提供する。【解決手段】マスク２４の周囲を第一の雰囲気にするための第一の処理室１３と、前記加工対象物の周囲を第一の雰囲気とは異なる第二の雰囲気にするための第二の処理室２０とを有する。また、前記第一の処理室にガスを導入する第一のガス導入手段１６，１７と、前記第二の処理室にガスを導入する第二のガス導入手段１６，１７と、前記第一のガス導入手段及び前記第二のガス導入手段のガス導入の制御を行うガス制御手段１８とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された雰囲気中でマスクに設けられた開口部を通過させたレーザ光により加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記マスクの周囲を第一の雰囲気にするための第一の処理室と、
前記加工対象物の周囲を第一の雰囲気とは異なる第二の雰囲気にするための第二の処理室とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第一の処理室にガスを導入する第一のガス導入手段と、
前記第二の処理室にガスを導入する第二のガス導入手段と、
前記第一のガス導入手段及び前記第二のガス導入手段のガス導入の制御を行うガス制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ガス制御手段は、
前記第一の処理室を不活性ガス濃度が高い雰囲気になるよう前記第一のガス導入手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第一の処理室は、
レーザ光を前記第一の処理室内に入光させ、前記開口部を通過させて前記第一の処理室外へ出光させるための透過窓を少なくとも１つの面に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
予め設定された雰囲気中でマスクに設けられた開口部を通過させたレーザ光により加工対象物の加工を行うレーザ加工装置における雰囲気の制御方法において、
前記マスクの周囲を第一の雰囲気にする第一のガス導入ステップと、
前記加工対象物の周囲を第二の雰囲気にする第二のガス導入ステップとを有し、
更に前記第一のガス導入ステップ及び前記第二のガス導入ステップにおけるガスの導入制御を行うガス制御ステップとを有することを特徴とする制御方法。
【請求項６】
前記ガス制御ステップ手段は、
前記第一の雰囲気が不活性ガス濃度の高い雰囲気となるようガスの導入を制御することを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及び制御方法に係り、特に高稼働率を実現するためのレーザ加工装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＯ２（炭酸ガス）レーザやＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等を用いて、半導体等の加工対象物への加工が行われている。また、レーザ光は、主に加工対象物の加工面への照射に対し、マスクに設けられた開口部（スリット）を通過させることでビームスポット径を絞り、高いエネルギー密度を利用した溶接、切断、穴開け等の加工に用いられている。
【０００３】
また、別の方法として、マスクによりビームスポット径をある程度大きめ（１〜数ｍｍ）に設定して、加工面の限られた領域のみを溶融しながら材料の表面機能を向上させるアニール（表面改質）処理としても利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
なお、上述したアニール処理を行う場合は、外気（大気雰囲気）とは異なる雰囲気上での加工対象物の加工を行うためにチャンバ等の処理室を用いて処理が行われる。つまり、処理室に不活性ガスを導入したり、減圧したり、温度を上げたり、光、電気、又は磁気等を与えたりすることにより、多種の表面改質反応を起こさせることができる。
【０００５】
例えば、液晶基板等の比較的大型の基板をアニール処理する場合は、窒素等のアニール雰囲気を維持するための処理室を有し、また、処理室内にはＸ−Ｙステージ等の基板を移動させる機構を設けたレーザ加工装置により、レーザ光を照射させながらチャンバ内で加工対象物を様々な方向に移動することによりアニール処理を行う。
【特許文献１】特開２００１−４４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に示されているように、通常は加工対象物の周囲を所定の雰囲気にするためのチャンバが設けられており、マスクは外気に設置されている。しかしながら、特に上述したアニール処理を行う場合には、レーザ光を長時間照射し続けるため、マスクがレーザエネルギーを吸収して温度が上昇することで、マスクの酸化による劣化が生じる。したがって、酸化による劣化の都度、マスクを変えて更に開口部が正確な位置に調整する作業が必要になる。したがって、マスクの変更時にはレーザ加工を行うことができないため、レーザ加工装置の稼動率が低下してしまう。
【０００７】
なお、マスクの酸化を抑止する手法として、特許文献１に示されている加工対象物用のチャンバ内にマスクを入れ、酸化を抑止する雰囲気に設定する手法も考えられるが、このチャンバは加工対象物を加工するに適した雰囲気を調節するために設けられているため、マスクの酸化の抑止に適した雰囲気とは異なる。また、マスクをチャンバ内に含めると、チャンバの空間（体積）が大きくなり、不活性ガスの導入量が多くなると共に、チャンバ内の雰囲気を所定の雰囲気にするための時間もかかってしまうため、稼働率の向上にはならない。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、高稼働率を実現するためのレーザ加工装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明は、予め設定された雰囲気中でマスクに設けられた開口部を通過させたレーザ光により加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、前記マスクの周囲を第一の雰囲気にするための第一の処理室と、前記加工対象物の周囲を第一の雰囲気とは異なる第二の雰囲気にするための第二の処理室とを有することを特徴とする。これにより、マスクの酸化することにより劣化が生じるのを抑止することができる。したがって、レーザ加工装置の高稼働率化を実現することができる。
【００１０】
更に、前記第一の処理室にガスを導入する第一のガス導入手段と、前記第二の処理室にガスを導入する第二のガス導入手段と、前記第一のガス導入手段及び前記第二のガス導入手段のガス導入の制御を行うガス制御手段とを有することが好ましい。これにより、マスクの酸化の抑止と、最適な雰囲気上でのレーザ加工処理を実現することができる。
【００１１】
更に、前記ガス制御手段は、前記第一の処理室を不活性ガス濃度が高い雰囲気になるよう前記第一のガス導入手段を制御することが好ましい。これにより、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。
【００１２】
更に、前記第一の処理室は、レーザ光を前記第一の処理室内に入光させ、前記開口部を通過させて前記第一の処理室外へ出光させるための透過窓を少なくとも１つの面に有することが好ましい。これにより、透過窓を介してレーザ光を通過させることで、伝送による減衰を抑止することができる。
【００１３】
また、本発明は、予め設定された雰囲気中でマスクに設けられた開口部を通過させたレーザ光により加工対象物の加工を行うレーザ加工装置における雰囲気の制御方法において、前記マスクの周囲を第一の雰囲気にする第一のガス導入ステップと、前記加工対象物の周囲を第二の雰囲気にする第二のガス導入ステップとを有し、更に前記第一のガス導入ステップ及び前記第二のガス導入ステップにおけるガスの導入制御を行うガス制御ステップとを有することを特徴とする。これにより、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。したがって、レーザ加工装置の高稼働率化を実現することができる。
【００１４】
更に、前記ガス制御ステップ手段は、前記第一の雰囲気が不活性ガス濃度の高い雰囲気となるようガスの導入を制御することが好ましい。これにより、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。これにより、レーザ加工装置の高稼働率化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明におけるレーザ加工装置及び制御方法を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明におけるレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。図１に示すレーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１と、反射ミラー１２と、第一チャンバ（第一の処理室）１３と、マスクステージ１４と、マスクステージ駆動手段１５と、ガス導入手段１６と、ガス排出手段１７と、ガス制御手段１８と、イメージングレンズ１９と、第二チャンバ（第二の処理室）２０と、加工ステージ２１と、加工ステージ駆動手段２２と、制御手段２３とを有するよう構成されている。
【００１７】
レーザ発振器１１は、制御手段２３から得られる制御信号により所定のタイミングでパルスレーザ光を出射する。ここで、本実施形態において、レーザ光は、例えば１パルスエネルギが１Ｊで、発振周波数が３００Ｈｚ、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。なお、本発明におけるレーザ光の種類について特に限定されることはなく、例えば波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザや、波長が２２２ｎｍのＫｒＣｌエキシマレーザ、あるいはＹＡＧレーザやＣＯ２レーザ等を用いることもできる。
【００１８】
また、反射ミラー１２は、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光を、第一チャンバ１３側へ反射させる。
【００１９】
第一チャンバ１３は、マスク２４の周囲を不活性ガスが所定濃度となる雰囲気にしたり、マスクの周囲が所定の圧力となるよう調整される。また、第一チャンバ１３は、チャンバ内にレーザ光を入光させ、マスク２４に形成された所定の形状からなる開口部（スリット）を通過させて第一チャンバ１３の外に出光させるために、第一チャンバ１３の少なくとも１つの面に石英ガラス等の透過性のある素材からなる透過窓を設ける。これにより、レーザ光の伝送中の減衰を抑止することができる。なお、透過窓の設置位置等、詳細については後述する。
【００２０】
また、マスクステージ１４は、マスク２４を所定の位置に移動させるためのステージであり、例えば真空吸着等によってマスク２４がマスクステージ１４上に固定されている。なお、マスク２４は、例えば安価で短納期製作が可能なクロムマスク等を使用することができる。また、マスク２４は、レーザ光を所定の形状にするための開口部（スリット）を有している。
【００２１】
ここで、マスクステージ１４は、マスク２４のスリットを通過したレーザ光がマスクステージを通過する際、レーザ光と接触しないようレーザ光の通過位置に開口部を設けている。なお、マスクステージ１４の詳細については後述する。
【００２２】
また、マスクステージ駆動手段１５は、制御手段２３から得られる制御信号によりマスクステージ１４を、図１に示すレーザ光の光軸に対して垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）や光軸方向（Ｚ方向）、及び光軸に対して所定の傾斜角θ方向へ移動させることで、マスク２４を所定の位置に移動する。
【００２３】
また、マスクステージ駆動手段１５は、マスク２４の交換時にマスク２４をマスクステージ１４と共に第一チャンバ１３の外へ出す等の駆動を行う。なお、マスク２４の交換時等におけるマスク２４の位置決めの際には、マスク２４に設けられた複数のアライメントマークをレーザ加工装置１０に設けられたＣＣＤカメラ（図示せず）等により確認することで、正確な位置にマスク２４を位置付けることができる。
【００２４】
また、ガス導入手段（第一のガス導入手段）１６−１は、第一チャンバ１３内が所定の不活性ガス濃度の雰囲気となるように、ガス制御手段１８から得られる制御信号により、不活性ガスを導入する。なお、不活性ガスとしては、安価である窒素ガスが好ましいが、本発明においては特に制限されることはなく、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等、他の不活性ガスを使用することもできる。
【００２５】
また、ガス排出手段１７−１は、第一チャンバ１３内を真空にする場合等に、ガス制御手段１８から得られる制御信号により、第一チャンバ１３内の気体の排出等が行われる。
【００２６】
つまり、第一チャンバ１３の照射されたレーザ光は、マスク２４に設けられたスリットを通過することにより所定の形状のレーザ光となり、第一チャンバ１３からイメージングレンズ１９に照射される。イメージングレンズ１９は、加工対象物（ワーク）２５に照射されるレーザ光の強度が所定の強度で結像させるためレーザ光を集束する結像レンズである。また、イメージングレンズ１９を通過したレーザ光は、第二チャンバ２０に照射される。
【００２７】
第二チャンバ２０は、加工対象物２５の周囲を不活性ガスが所定濃度となっている雰囲気にしたり、マスクの周囲が所定の圧力となるよう調整される。また、第二チャンバ２０は、チャンバ内にレーザ光を入光させるため、少なくとも１つの面に石英ガラス等の透過性のある素材からなる透過窓を設ける。
【００２８】
また、加工ステージ２１は、加工対象物２５を所定の位置に移動させるためのステージであり、例えば真空吸着等によってマスク２４がマスクステージ１４上に固定されている。なお、本実施形態で用いられる加工対象物２５としては、例えば樹脂基板やガラス、セラミックやＳｉの半導体材料、金属、プラスチック等があるが本発明においては特に限定されない。また、第二チャンバ２０におけるレーザ光の入光面には、例えば石英ガラス等の透過性のある素材からなる透過窓が設けられている。
【００２９】
加工ステージ駆動手段２２は、制御手段２３から得られる制御信号により、加工ステージ２１を図１に示すレーザ光の光軸に対して垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）や光軸方向（Ｚ方向）、及び光軸に対して所定の傾斜角θ方向へ移動させることで、加工対象物２５を所定の位置に移動する。また、レーザ照射中は所定の方向へ所定の速度で移動させることにより、加工対象物２５の表面にアニール処理等のレーザ加工を行うことができる。
【００３０】
また、加工ステージ駆動手段２２は、加工対象物２５の交換時に加工対象物２５を加工ステージ２１と共に第二チャンバ２０の外へ出す等の駆動を行う。なお、加工対象物２５の交換時等における加工対象物２５の位置決めの際には、加工ステージ２１に設けられた複数のアライメントマークをレーザ加工装置１０に設けられたＣＣＤカメラ（図示せず）等により確認することで、正確な位置に加工対象物２５を位置付けることができる。
【００３１】
また、ガス導入手段（第二のガス導入手段）１６−２は、第二チャンバ２０内が所定の不活性ガス濃度の雰囲気となるように、ガス制御手段１８から得られる制御信号により、不活性ガスを導入する。なお、不活性ガスとしては、安価である窒素ガスが好ましいが、本発明においては特に制限されることはなく、例えば、アルゴンガスやヘリウムガス等、他の不活性ガスを使用することもできる。
【００３２】
また、ガス排出手段１７−２は、第二チャンバ２０内を真空にする場合等に、ガス制御手段１８から得られる制御信号により、第二チャンバ２０内の気体の排出等が行われる。
【００３３】
なお、ガス制御手段１８は、上述したように第一チャンバ１３内及び第二チャンバ２０内の不活性ガスの調整を行うことができる。具体的には、ガス制御手段１８は、第一チャンバ１３内の雰囲気（第一の雰囲気）及び第二チャンバ２０内の雰囲気（第二の雰囲気）における不活性ガスの濃度をガス計測手段（図示せず）等により随時取得し、所定の雰囲気となるように制御を行う。
【００３４】
このとき、第一チャンバ１３の不活性ガス濃度は、マスクの酸化速度がなるべく遅く（もしくは酸化しなく）なるように、不活性ガスが高濃度になるように設定する。例えば、窒素ガスを用いた場合、全雰囲気の９９．９９％程度が窒素ガスになるよう設定する。一方、第二チャンバ２０の不活性ガス濃度は、加工対象物２５のアニール処理等の加工に適した不活性ガス濃度になるように設定する。例えば、窒素ガスを用いた場合、全雰囲気の８５〜９９％程度が窒素ガスになるように設定する。
【００３５】
これにより、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。そのため、マスク交換の回数が減り、レーザ加工装置の高効率化を実現することができる。また、それぞれのチャンバ内を最適な雰囲気に制御することで、高精度なレーザ加工を実現することができる。
【００３６】
また、制御手段２３は、レーザ発振器１１からのレーザ光の発振タイミング、マスクステージ駆動手段１５によるマスクステージ１４の駆動タイミング、加工ステージ駆動手段２２による加工ステージ２１の駆動タイミング、ガス制御手段１８におけるガス導入、排出タイミングを制御する。
【００３７】
＜第一チャンバ１３＞
ここで、図１に示す実施形態における第一チャンバ１３における透過窓の設置例について図を用いて説明する。図２は、第一チャンバにおける透過窓の設置例を説明するための一例の図である。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、第一チャンバ１３は、第一チャンバ１３内をレーザ光がマスクを介して通過するための透過窓３１、３２を、レーザ光の光軸と交差する第一チャンバ１３の対面に設けている。これにより、透過窓３１を通過して第一チャンバ１３内に入光されたレーザ光をマスク２４を介して所定の形状で透過窓３２から第一チャンバ１３の外に出光させることができる。
【００３９】
また、図２（ｂ）に示すように、透過窓３３を１つだけ有する構成にすることで、第一チャンバ１３の構成をより簡素化し安価にすることができる。なお、この場合には、１つの透過窓によりレーザ光の入出光を行うため、チャンバ内に反射ミラー４１−１、４１−２を設ける。これにより、透過窓３３を通過して第一チャンバ１３内に入光したレーザ光をマスク２４及び反射ミラー４１−１、４１−２を介して所定の形状で透過窓３３から第一チャンバ１３の外に出光させることができる。
【００４０】
なお、透過窓３１，３２，３３としては、例えば石英ガラス等を用いることができる。石英ガラスを用いることでレーザ光の伝送中の減衰を少なくすることができる。また、本発明においては通過窓の素材は、これに限定されるものではない。更に、第一チャンバ１３の透過窓以外の部分は、例えばステンレス等により形成される。
【００４１】
＜マスクステージ１４＞
次に、マスクステージ１４について説明する。マスクステージ１４は、マスク２４に形成された所定の形状からなるスリットを通過して所定の形状になったレーザ光の減衰を防止するため、所定の位置に所定の大きさの開口部（マスクステージ開口部）を設けている。
【００４２】
ここで、図３は、マスクステージとマスクの位置関係を説明するための図である。なお、図３では、マスクステージ１４とマスク２４とが離れた図を示しているが、使用中は上述したように真空吸着等によってマスク２４がマスクステージ１４上に固定されている。
【００４３】
図３に示すように、マスク２４には、レーザ光を所定の形状にするためのスリット５１を有している。マスクステージ１４は、マスク２４を通過した所定の形状のレーザ光が接触することがないようにスリット５１の開口面積よりも面積の大きいマスクステージ開口部５２を有する。なお、図３に示すマスクステージ開口部５２は、矩形に形成されているが、本発明においてはこれに限定されず、例えば円形や多角形であってもよい。これにより、マスク２４のマスク形状を通過したレーザ光がマスクステージ１４に接触することなく通過することができる。したがって、レーザ光の無駄な減衰を防止することができる。
【００４４】
上述したように本発明によれば、マスクの酸化による劣化を抑止することができる。したがって、レーザ加工装置の高稼働率化を実現することができる。
【００４５】
なお、本発明におけるレーザ加工は、アニール処理に限定されるものではなく、例えば、穴あけや溝加工等のアニール以外の加工にも適用することができる。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明におけるレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】第一チャンバにおける透過窓の設置例を説明するための一例の図である。
【図３】マスクステージとマスクの位置関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  レーザ加工装置
１１  レーザ発振器
１２，４１  反射ミラー
１３  第一チャンバ（第一の処理室）
１４  マスクステージ
１５  マスクステージ駆動手段
１６  ガス導入手段
１７  ガス排出手段
１８  ガス制御手段
１９  イメージングレンズ
２０  第二チャンバ（第二の処理室）
２１  加工ステージ
２２  加工ステージ駆動手段
２３  制御手段
２４  マスク
２５  加工対象物
３１，３２，３３  透過窓
５１  スリット
５２  マスクステージ開口部
【図１】
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【図２】
2007229785.tif 000004
【図３】
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