JP2855866B2

JP2855866B2 - 液晶マスク型レーザマーキングシステム

Info

Publication number: JP2855866B2
Application number: JP3041570A
Authority: JP
Inventors: 皓二桑原; 忠佐藤; 真矢野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH04220189A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被加工物にパターン情報
を転写するための液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子，抵抗等の電気部品は、合成
樹脂部材の被覆からなる絶縁層に包囲されている。絶縁
層には製造会社のマーク，製造番号等のパターン情報を
附している。パターン情報は電気部品の種類，製造年月
日等の相違により変更する必要がある。近年、外部より
パターン情報が自由に変更できる液晶マスク型レーザマ
ーキングシステムが注目され、特開昭64−11088 号公報
及び特開平2−165880 号公報にも提案されている。

【０００３】液晶マスク型レーザマーキングは、外部よ
りパターン情報を表示した液晶素子より成る液晶マスク
にレーザ光を照射する。液晶マスクを通過したレーザ光
が絶縁層である被加工物に照射し、被加工物の一部を熱
的に蒸発させて、パターン情報を刻印する。

【０００４】ところで、電子部品の一部には、例えばプ
リント基板や液晶セルなど、基板上にレジストを塗布
し、このレジストを紫外域光に露光し、現像してエッチ
ングして、基板上に電気回路を形成して成る電子部品が
存する。このような電子部品の製造にあたって、従来の
技術を用いることは、次の理由によってできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】１）レジストが感光す
る波長とレーザ発振器が発する赤外レーザ光又は可視レ
ーザ光の波長とが一致しない。すなわち、赤外レーザ光
又は可視レーザ光ではレジストが感光しない。

【０００６】２）レジストが感光する波長、たとえば紫
外域のレーザ光を液晶マスクに照射すると、液晶マスク
内の液晶分子が分解してしまう。

【０００７】本発明の目的は、液晶マスクに損傷を与え
ることなく、被加工物たとえばレジストに鮮明なパター
ン情報を転写することができる液晶マスク型レーザマー
キングシステムを提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、レーザ光の波長変換
効率を良くして、システム全体を小型化した液晶マスク
型レーザマーキングシステムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶マスク型レ
ーザマーキングシステムは、赤外レーザ光又は可視レー
ザ光を発するレーザ発振器と、パターンマスクを有し、
且つ前記レーザ発振器からのレーザ光が照射される液晶
マスクと、この液晶マスクからの出射レーザ光を被加工
物が感光する波長のレーザ光に変換し、且つこの変換さ
れたレーザ光を被加工物に照射する波長変換装置とを含
む。

【００１０】波長変換装置と被加工物との間に結像レン
ズを配置することもできる。また、液晶マスクと波長変
換装置との間に集光レンズを配置することもできる。

【００１１】本発明の他の液晶マスク型レーザマーキン
グシステムは、紫外レーザ光を発するレーザ発振器と、
このレーザ発振器からの紫外レーザ光を可視レーザ光に
変換する第１の波長変換装置と、該第１の波長変換装置
からの可視レーザ光が照射される液晶マスクと、この液
晶マスクからの出射レーザ光を紫外レーザ光に変換し、
且つこの変換されたレーザ光を被加工物に照射する第２
の波長変換装置とを含む。紫外レーザ光を発するレーザ
発振器はエキシマレーザ発振器とすることができる。

【００１２】本発明の更に他の液晶マスク型レーザマー
キングシステムは、液晶マスクにパターン情報を表示さ
せるとともに、表示させた後にレーザ発振器からのレー
ザ光を液晶マスクに照射するように制御する制御装置を
含む。

【００１３】本発明の更に他の液晶マスク型レーザマー
キングシステムは、被加工物をその内に配置する、反応
ガスを充填した容器と、液晶マスクからの出射レーザ光
を紫外レーザ光に変換するとともに、変換された紫外レ
ーザ光を前記容器内に照射して、この紫外レーザ光と前
記反応ガスとの反応によって生成される物質により、被
加工物にパターン情報を転写する波長変換装置とを含
む。

【００１４】本発明のまた更に他の液晶マスク型レーザ
マーキングシステムは、液晶マスクより出射されるレー
ザ光の互いに直交する２つの偏向方向が、波長変換装置
を構成する非線形光学素子の光軸に対して、それぞれ特
定の角度をなすように、このレーザ光を波長変換装置に
入射させて、第２種位相整合の条件を満足させるよう
に、前記液晶マスクに対して前記波長変換装置を指向，
配列させている。

【００１５】

【作用】上述のように、本発明の液晶マスク型レーザマ
ーカシステムは、パターン情報を有する液晶マスクを通
過した後の光を、被加工物が感光する波長の光に変換さ
れるように構成されているから、液晶を損傷させない波
長の光を液晶に照射することが出来る。従って、本発明
によれば、液晶マスクに損傷を与えることなく、被加工
物に鮮明なパターン情報を転写することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１により説明す
る。図１は本発明の液晶マスク型レーザマーキングシス
テムの概略説明図である。図１において、赤外レーザ光
又は可視レーザ光を発するレーザ発振器１からの直線偏
光レーザ光２(例えばＰ偏向)は、パターンマスクを有す
る液晶マスク３に照射される。すると、刻印パターンに
相当する部分を通るレーザ光は偏光方向が変わらない
が、背景に相当する部分を通るレーザ光は偏光方向が回
転してＳ偏光のレーザ光４となる。

【００１７】制御装置５は液晶マスク３にパターン情報
を表示させるとともに、表示させた後にレーザ発振器１
からのレーザ光２を液晶マスク３に照射するようにレー
ザ発振器１及び液晶マスク３を制御している。ビームス
プリッタ６はＰ偏光のレーザ光２とＳ偏光のレーザ光４
とを分離する役目を果たしている。かくて、ビームスプ
リッタ６を通過したレーザ光はＰ偏光のレーザ光２だけ
である。

【００１８】刻印パターンに相当するこのレーザ光２
は、被加工物１０が感光する波長のレーザ光、例えば紫
外レーザ光８に、波長変換装置７によって変換される。
この変換された紫外レーザ光８は結像レンズ９を経て、
被加工物１０の表面にパターン情報を転写する。この被
加工物１０は、赤外レーザ光及び可視レーザ光には感光
しないが、紫外レーザ光には感光するものである。

【００１９】波長変換装置７の動作について説明する。
一例として、レーザ発振器１にＮｄ：ＹＡＧレーザ、被
加工物１０として、プリント基板１１の場合を述べる。

【００２０】Ｎｄ：ＹＡＧレーザの発振波長は１０６４
ｎｍ、である。プリント基板１１は、図２に示すように
樹脂製の基板１２上に銅板１３が積層され、その上にホ
トレジスト１４が塗布されている。ホトレジスト１４と
しては種々あるが例えば、(株)日立化成工業の感光性ポ
リイミドPhoto −ＰＡＬ登録商標の場合、図４に示すよ
うな分光感度特性を有しており、波長２５０〜４６０ｎ
ｍの範囲で感光する。したがって、ホトレジスト１４に
直接Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光を照射しても、刻印パターン
に相当する部分を感光させることはできない。

【００２１】そこで、本発明ではレーザ波長変換装置７
にたとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの波長変換素子であるＫ
ＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）とＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄)とを
組合わせて用いて、波長をまず１０６４ｎｍから５３
２.１ｎｍに変換し、更に３５４.７ｎｍと波長変換さ
れて、上述のホトレジスト１４を感光させることができ
る。感光されたプリント基板１１は、エッチング等の処
理により、図３に示す如く、紫外レーザ光８が照射され
た部分（刻印パターン相当部）のみ銅板１３が残り、結
果として、鮮明な刻印パターンを形成することができ
る。

【００２２】また波長変換装置７で波長変換されないレ
ーザ光２に対しては、波長変換装置７の後にレーザ光２
を排除するフィルター（図示せず）を配置して、これを
除去することにより鮮明な刻印パターンをすることがで
きる。

【００２３】ここで、波長変換装置７へ入射するレーザ
光の偏光方向について説明する。

【００２４】波長変換装置７を構成する非線形光学結晶
は、入射したレーザ光の偏光方向を、この非線形光学結
晶の光軸に対して特定の角度になるように選ぶと、波長
変換効率が高くなるという特性を有している。この特性
は「角度位相整合」と呼ばれている。

【００２５】「角度位相整合」には、単一の偏光成分の
レーザ光が前記非線形光学結晶の光軸に対して特定の角
度になるようにする第１種位相整合と、互いに垂直な偏
光方向を持つレーザ光のそれぞれの偏光方向を前記非線
形光学結晶の光軸に対してそれぞれ特定の角度になるよ
うにする第２種位相整合とがある。

【００２６】第１種位相整合に比して第２種位相整合の
方が波長変換効率が高い。

【００２７】例えば、前述したＫＴＰ結晶の場合、第１
種位相整合よりも第２種位相整合の方がおよそ一桁だけ
高い波長変換効率を提供する。

【００２８】従来の技術においては、第２種位相整合を
行なうには２つの単一の偏光成分のレーザ光が、非線形
光学結晶内で、互いに垂直な２つの偏光成分となるよう
な方向に、２つのレーザ光を非線形、光学結晶に入射し
ていた。

【００２９】しかし、図１の実施例で説明したように、
液晶マスク３から出射されるレーザ光２及び４は、互い
に垂直な偏光方向を有しているので、図１の実施例のご
とく、レーザ光４をビームスプリッタ６で分離してしま
わないで、互いに垂直な偏光方向をもつレーザ光２及び
４を、そのまま波長変換装置７に入射して、第２種位相
整合を行なうことができる。このようにする液晶マスク
型レーザマーカシステムの実施例が図５に示されてい
る。図５において、図１と同じ符号は、図１のシステム
におけると同じ又は相当部分を示しているので、以下、
図１においては説明していなかったことだけを、図５に
ついて説明する。

【００３０】図５の実施例においては、液晶マスク３か
ら出射された、互いに垂直な偏光方向を有するレーザ光
２及び４が、第２種位相整合を行なうように、波長変換
装置７の非線形光学結晶の光軸に対して、それぞれの偏
光方向がそれぞれ特定の角度になるように、波長変換装
置７に入射される。

【００３１】この実施例では不要な光として除かれてい
たレーザ光４（パターンにより変化するが、通常、入射
レーザ光の６０〜７０％を占める）を利用して、レーザ
光２に対しての波長変換効率を高めることができる。な
お、波長変換効率は１００％ではないので、未変換のレ
ーザ光が被加工物１０に照射されることになるが、この
レーザ光では、被加工物１０は感光されない。

【００３２】このように本発明によれば、一般に紫外領
域（波長３５４.７ｎｍ)では有機物である液晶材料自体
も吸収率が高く、液晶マスク内の液晶分子が分解する
為、マスクとしてくり返し使用できない。しかし、本発
明では、液晶材料を分解することがないＮｄ：ＹＡＧレ
ーザ１の出射レーザ光２が液晶マスク３を通過後、波長
変換装置７で紫外レーザ光８に波長変換して被加工物１
０に照射するようにしたので、液晶マスク３を損傷する
ことなく、紫外レーザ光８で感光する被加工物にパター
ン情報を鮮明に転写できるようになった。

【００３３】また、レーザ光２，４をそのまま波長変換
装置７に入射して第２種位相整合を行ない波長変換効率
を向上させて、この分レーザ発振器１を小型化できるの
で、液晶マスク型レーザマーキングシステムを小型化で
きるようになった。

【００３４】次に、本発明の更に他の実施例を図６から
図９までにより説明する。

【００３５】これらの図において、図１に用いたと同じ
符号に図１のシステムにおけると同じ又は相当部分を示
している。

【００３６】図６に示した実施例においては、液晶マス
ク３からの出射レーザ光を結像させる結像レンズ９ａが
配置され、結像レンズ９ａの焦点近傍に波長変換装置７
を配置した点が図１の装置とは異なる。つまり、結像レ
ンズ９ａの出射レーザ光側に波長変換装置７を配置す
る。

【００３７】結像レンズ９ａの焦点近傍に波長変換装置
７を配置することにより、波長変換装置７においてレー
ザパワー強度が高くなり、波長変換の効率が高くなると
いう利点がある。このことは、従来、被加工物の入射光
側にレーザ光を絞る焦点レンズを配置していたが、その
役目を波長変換装置７が兼ねることにより、焦点レンズ
を省略した分、波長変換装置７と被加工物１０との間を
縮少できる。更に焦点距離近傍に波長変換装置７を配置
して変換効率を良くしたので、この分レンズ発振器１を
小型化できる。これらの小型化により、本発明の液晶マ
スク型レーザマーキングシステム全体を小型化すること
ができるようになった。

【００３８】図７に示した実施例においては、図６の実
施例と相違して、ビームスプリッタ６を用いていない。
垂直な偏光方向をもつレーザ光２及び４は、そのまま波
長変換装置７に入射されて、図５の実施例で説明したと
同様に、第２種位相整合を行なうようにされる。すなわ
ち、波長変換装置７を構成する非線形光学結晶の光軸に
対して、レーザ光２及び４の２つの偏光方向がそれぞれ
特定の角度になるように、液晶マスク３に対して波長変
換装置７を指向，配列させているのである。このように
することによって、レーザ光２の波長変換効率を高くす
ることができることは、図５の実施例で既に説明したと
同様な効果を達成することができる。

【００３９】図８に示した実施例においては、反射形液
晶マスク１５を採用している。反射形液晶マスク１５は
レーザ光の光路を所望の方向に変更できる利点があると
共に、液晶マスク１５が反射ミラーを兼ねるのでこの分
液晶マスク型マーキングシステムを小型化できる利点が
ある。

【００４０】図９の実施例においては、スキャニングミ
ラー１６，１７を用いて、液晶マスク２上をレーザ光が
走査するようにしている。この構成によれば、比較的小
出力のレーザ発振器１で広範囲のマーキングを実現でき
る。

【００４１】これら上述の実施例では、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザと波長変換素子としてのＫＴＰ，ＢＢＯの組合わせ
について説明したが、レーザとしては、他のレーザ、例
えば、アレキサンドライトレーザ，ルビーレーザ，アル
ゴンレーザ等を、波長変換装置には、有機材料から成る
波長変換素子を、それぞれ使うこともできる。

【００４２】また、エキシマレーザ発振器を使用する場
合、エキシマレーザ光は紫外光なので、液晶マスクの入
射側光路に紫外光を可視光に変換する第１波長変換装置
を使用すれば、エキシマレーザ発振器も使用出来る。

【００４３】図１ａは、かようなエキシマレーザ発振器
１ａを採用した実施例を示すものである。

【００４４】エキシマレーザ発振器１ａから発された紫
外レーザ光は、第１の波長変換装置７ａによって可視レ
ーザ光に変換される。液晶マスク３から出射されたレー
ザ光は第２の波長変換装置７ｂによって紫外レーザ光に
変換されるのである。

【００４５】尚、実施例として、液晶マスク３によるパ
ターンは基本的にはドット構成となるが、ドットとドッ
ト間のレーザ光に照射されない部分を除く為に、被加工
物をレーザ光に対し、微小幅で振動させても良い。

【００４６】さらに、被加工物としてレジストが塗布さ
れたプリント板の例を述べたが、特にこれに限るもので
はなく、液晶セルや半導体ウェハー等でも良い。また、
被加工物に照射するレーザ光は紫外レーザ光でなくて
も、被加工物が反応する波長のレーザ光であれば良い。

【００４７】図１１の実施例においては、レジストを用
いない半導体基板又はプリント基板などに金属膜を形成
するために本発明が利用されている。

【００４８】例えば基板２０は、気密容器２１の内部に
位置決めされる。気密容器２１は反応性ガス室２２に連
通されており、金属反応ガス２４例えば六弗化タングス
テン（ＷＦ₆）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）が気密容器
２１内に注入される。レーザ発振器１からのレーザ光は
ミラー１８によって直角方向に反射されて液晶マスク３
に照射される。液晶マスク３から出射したパターン情報
を有する可視レーザ光２は結像レンズ９ａを通り、結像
レンズ９ａの焦点近傍に配置された波長変換装置７に照
射される。波長変換装置７から出射する紫外レーザ光８
は気密容器２１の紫外レーザ光透過窓２５を透過し、気
密容器２１内の蒸気金属２３たとえばタングステン，チ
タンに衝突する。すると、図１２に示すように蒸気金属
２３は活性化されて基板２０上に液晶のパターン情報に
対応したパターンの金属のデポジット２３Ａを形成す
る。

【００４９】この実施例の変更例として、反応性ガス２
４と紫外レーザ光との反応により生じた活性ガスによっ
て、気密容器内に配置された被加工物にパターン情報を
刻印することもできる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、液晶マ
スクに損傷を与えることなく、紫外光で感光する被加工
物に鮮明なパターン情報を転写することができると共
に、液晶マスク型レーザマーキングシステムを小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの一実施例の構成を示す概略説明図である。

【図２】本発明のプリント基板の側断面図である。

【図３】本発明のホットエッチングされたプリント基板
の側断面図である。

【図４】本発明のホットレジストの分光感度特性を示す
特性図である。

【図５】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図６】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図７】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図８】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図９】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシステ
ムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図１０】本発明の液晶マスク型レーザマーキングシス
テムの別の実施例の構成を示す概略説明図である。

【図１１】本発明の基板に金属膜を形成するために本発
明を適用した別の実施例の概略構成図である。

【図１２】本発明の基板上に金属膜が形成された被加工
物の側断面図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、３…液晶マスク、２…レーザ光、７
…波長変換装置、１０…被加工物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/06 G02F 1/13 505 G02F 1/37

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物にパターン情報を転写する液晶マ
スク型レーザマーキングシステムにおいて、赤外レーザ
光及び可視レーザ光のうち一方を発するレーザ発振器
と、パターンマスクを有し、かつ前記レーザ発振器から
のレーザ光が照射される液晶マスクと、この液晶マスク
からの出射レーザ光を被加工物が感光する波長のレーザ
光に変換し、かつこの変換されたレーザ光を前記被加工
物に照射する波長変換装置とを含むシステム。
【請求項２】被加工物にパターン情報を転写する液晶マ
スク型レーザマーキングシステムにおいて、赤外レーザ
光及び可視レーザ光のうち一方を発するレーザ発振器
と、パターンマスクを有し、かつ前記レーザ発振器から
のレーザ光が照射される液晶マスクと、該液晶マスクか
らの出射レーザ光を結像させる結像レンズと、該結像レ
ンズからの焦点近傍に配置され、前記出射レーザ光を被
加工物が感光する波長のレーザ光に変換し、かつこの変
換されたレーザ光を前記被加工物に照射する波長変換装
置を、含むシステム。
【請求項３】被加工物にパターン情報を転写する液晶マ
スク型レーザマーキングシステムにおいて、紫外レーザ光を発するレーザ発振器と、このレーザ発振
器からの紫外レーザ光を可視レーザ光に変換する第１の
波長変換装置と、前記第１の波長変換装置からの可視レ
ーザ光を照射させる液晶マスクと、前記液晶マスクから
の出射レーザ光を紫外レーザ光に変換し、かつこの変換
されたレーザ光を前記被加工物に照射する第２の波長変
換装置を、含むシステム。
【請求項４】被加工物であるホトレジスト上にパターン
情報を移し、この部分を感光させる、液晶マスク型レー
ザマーカーシステムであって、赤外レーザ光及び可視レーザ光のうち一方を発するレー
ザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザ光が照射さ
れる液晶マスクと、該液晶マスクにパターン情報を表示
させるとともに、表示させた後に前記レーザ発振器から
のレーザ光を前記液晶マスクに照射するように制御する
制御装置と、前記液晶マスクを透過した出射レーザ光を
紫外レーザ光に変換するとともに、この紫外レーザ光を
被加工物であるホトレジストに照射する波長変換装置を
含むシステム。
【請求項５】被加工物にパターン情報を転写する液晶マ
スク型レーザマーカシステムであって、前記被加工物をその内部に収容する、反応ガスを充填し
た容器と、赤外レーザ光及び可視レーザ光のうち一方を
発するレーザ発振器と、前記レーザ発振器１からのレー
ザ光が照射され且つパターンマスクを有する液晶マスク
と、前記液晶マスクからの出射レーザ光を紫外レーザ光
に変換するとともに、変換された紫外レーザ光を前記容
器内に照射して、該紫外レーザ光と前記反応ガスとの反
応によって生成される物質により、前記被加工物にパタ
ーン情報を転写する波長変換装置と、を含むシステム。
【請求項６】請求項１，２，３，４，５のうちいずれか
１つにおいて、前記液晶マスクより出射されるレーザ光
の互いに直交する３つの偏向方向が、前記波長変換装置
を構成する非線形光学素子の光軸に対して、それぞれ特
定の角度をなすように、このレーザ光を前記波長変換装
置に入射させて、第２種位相整合の条件を満足させるよ
うに、前記液晶マスクに対して前記波長変換装置が指
向，配列されているシステム。