レーザ微細孔明機 - JSW日本製鋼所

製品・技術紹介
レ ーザ 微 細 孔 明 機
表 1　装置仕様
1.　はじめに
レーザによる孔明加工機は、フレキシブル基板やインク
レーザ
ジェットノズル等の工程に使われ広く普及している。加工孔
の大きさはレーザ波長が短いほど小さくすることが可能で、
前者には CO2 レーザ（波長 10.6μm）、後者にはエキシマ
光学系
レーザ（波長 248nm）が使われ、各々の加工孔の大きさ
は、20μm 以上、4 ～ 20μm である。今後、加工孔の大
きさは、フレキシブル基板の性能向上、半導体工程での
採用，化粧品や医薬品をはじめするバイオ分野への適用等
により、益々微細化が進むことが予想される。このように、
微細孔を形成する加工機は今後需要が見込まれるため、当
社では数μm 以下の微細孔加工が可能な、レーザ微細孔
ステージ
リーラ
項目
波長
周波数
パルス幅
ビームサイズ
最大エネルギー密度
マスクサイズ
投影レンズ倍率
投影レンズ NA
位置精度
ストローク
最大速度
最大テープ幅
荷重コントロール
仕様
248nm（KrF）
250Hz
25ns
4mm □
800mJ/cm2
6inch
1/5
0.12
± 2μm
550mm
350mm/s
70mm
空気圧
加工機 ELD-A-D4-550（写真１）を開発し、客先に納入し
た。本稿ではこの装置の概要について説明する。
写真１　ELD-A-D4-550 の外観
2.　装置構成
装置は、レーザ発振器、光学系、マスク・試料台のステ
ージ、ポリイミドフィルムのリーラ、観察系、システムコント
図１　マニュアル動作画面（リーラ制御画面）
ローラ、で構成され、その主な仕様は表１の通りである。
レーザ発振器は波長 248nm を発振するエキシマレーザ
発振器を採用し、光学系はレーザを均一強度に整形する照
明光学系と、マスクを 1/5 倍に縮小投影する投影光学系、
ロール状のポリイミドフィルムを巻き取るリーラ、ポリイミド
フィルムを吸着して所定の位置に移動する精密ステージ、レ
ーザの出力、強度プロファイル、マスク位置をアライメント
するカメラ等の観察系、で構成される。システムコントロー
ラの操作画面を図１、２に示す。装置の個別機器は図１のマ
ニュアル動作の画面で操作することができる。また試料作
製など繰返し同じ動作を実行する場合には、図２のマクロ
プログラム画面でユーザがプログラムできる。
図２　マクロプログラム画面
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製品・技術紹介
3.　特　徴
（１）エキシマレーザによる加工
5.　おわりに
エレクトロニクス分野をはじめ、多くの分野で微細加工へ
レーザ加工は熱処理プロセスと光化学プロセスに大別さ
の需要は高まっており、本装置をベースにして、更に微細な
れ、本装置は光化学プロセスに適した装置である。レーザ
加工や、加工品質の向上、生産性の向上等の技術開発を
が材料に照射され吸収されると、照射された部位の温度が
行い、適応材料を広げて新規分野へと展開していきたい。
上昇して沸点に達すれば気化状態になり、蒸発飛散する。
熱処理プロセスはこのような材料の温度を上げて加工するプ
ロセスで、加工部周辺の温度が上昇するために熱変位層が
発生し、加工跡は明瞭にならず精密加工には向かない。一
方、光化学プロセスは光子エネルギーの高い光を材料に照
射して、分子骨格を形成している化学結合を切断するプロセ
スで、周辺の熱影響が小さく品質の良い加工が可能である。
尚、熱影響を小さくするには照射時間が短いことも重要で
ある。採用したエキシマレーザは、レーザ加工に広く採用さ
れている CO2 レーザ（波長：9.4 ～ 10.6μm）や、固体レー
ザ（波長：355 ～ 1,064m）と比べて、波長 248nm（光子エ
ネルギー：5eV）と短く、パルス幅も 25ns のため、熱影響の
少ない加工が可能である。
（２）マスク投影方式
レーザ加工の光学系は、集光ビームをスキャンして順次加
工する方式と、マスクにレーザを照射して、マスクパターンを
照射面に投影して加工する方式がある。前者はビームの利用
効率が高いが、照射位置精度はビームをスキャンするため十
分でない。一方、マスク投影方式は、マスクで遮光されるた
め光利用効率は低下するが、マスクパターンが精密に照射面
に投影されるため、照射位置精度はステージ精度に依存し、
2μm 以下の精密位置合わせが可能である。また、マスクの
写真２　加工孔形状
パターンにより円形以外の複雑形状の加工が可能なこと、複
数のマスクパターンを組み合わせることで、深さ方向の加工
孔形状を変えることができる等の特長がある。
４.　加工例
（１）加工孔形状
50μm のポリイミドテープに、照射エリア 4mm □内に、
直径 4μm の加工孔を均一に形成したときの加工孔形状を写
真２に示す。写真のように真円度の良好な加工孔が均一に形
成されることがわかる。
（２）複数のマスクによる多段階照射
写真 3 は 2 種類のマスクを使ってポリイミドフィルムを２段
に加工したときの断面形状である。まず小径パターンを使っ
て貫通孔を形成し、その後２段目の孔を形成した。
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写真３　加工孔の断面
日本製鋼所技報　No.65（2014.10）