JP7023293B2 - レーザ照射システム、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
1.レーザ加工システムの全体説明
1.1 構成
1.2 動作
2.課題
3.実施形態1
3.1 構成
3.2 動作
3.3 MMDとフーリエ変換光学系を用いたパターンの形成について
3.4 MMDの反射光の干渉について
3.5 レーザビームの空間的コヒーレント長とコヒーレンスセルの説明
3.6 コヒーレンスセルとMMDの複数ミラーの関係
3.7 MMDのミラーによるレーザ光の反射について
3.8 実施形態1に係るレーザ加工システムの制御フローの例
3.8.1 メインルーチン
3.8.2 ステップS13のサブルーチン
3.8.3 ステップS14のサブルーチン
3.8.4 ステップS15のサブルーチン
3.8.5 変形例1
3.8.6 変形例2
3.8.7 変形例3
3.8.8 変形例4
3.9 作用・効果
3.10 他の形態例1
3.11 他の形態例2
3.12 その他
4.実施形態2
4.1 構成
4.2 ビーム特性計測器がビームプロファイラの場合
4.3 動作
4.3.1 メインルーチン
4.3.2 ステップS14Aのサブルーチン
4.3.3 ステップS14Bのサブルーチン
4.3.4 ステップS15Aのサブルーチン
4.4 作用・効果
4.5 ビーム特性計測器が波面センサの場合
4.5.1 構成
4.5.2 動作
4.5.3 メインルーチン
4.5.4 ステップS14Cのサブルーチン
4.5.5 ステップS14Dのサブルーチン
4.5.6 作用・効果
5.実施形態3
5.1 構成
5.2 動作
5.3 作用・効果
5.4 他の形態例3
5.5 他の形態例4
5.6 他の形態例5
6.MMDへの入射角度の調節による低コヒーレンス化の説明
7.実施形態4
7.1 構成
7.2 動作
7.3 作用・効果
7.4 ビーム特性を計測するタイミングについて
8. ビーム整形光学系のバリエーション
8.1 ビーム整形光学系の構成例1
8.2 ビーム整形光学系の構成例2
9.ビームコリメータ光学系の例
9.1 構成
9.2 動作
9.3 他の構成例
10.投影光学系のバリエーション
10.1 構成
10.2 動作
10.3 マスクの開口部の形状とフーリエ変換光学系の集光点のビーム径の関係
10.3.1 マスクの開口部の形状が円形の場合
10.3.2 マスクの開口部の形状が四角形の場合
10.3.3 フーリエ変換光学系の焦点面にマスクを配置する利点
10.3.4 その他の形態
10.4 作用・効果
10.5 他の形態例6
11.フーリエ変換光学系の焦点面にてレーザビームの一部を重ねる場合の例
12.多点加工の加工点数の好ましい範囲の例
13.レーザ加工システムを用いた加工の例
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
1.1 構成
図1に、例示的なレーザ加工システムの構成を概略的に示す。レーザ加工システム10は、レーザ装置12と、レーザ加工装置14と、を含む。レーザ装置12は、被加工材料16を加工するレーザ光を出力するレーザ装置である。例えば、レーザ装置12としては、空間コヒーレンスが高いYAGレーザの第3高調波光(355nm)又は第4高調波光(266nm)のパルスレーザ光を出力する紫外線レーザ装置を用いることができる。
図1を参照して、例示的なレーザ加工システムの動作を説明する。レーザ加工制御部80は、被加工材料16に加工するパターンのデータを外部装置から読み込む。
図2に示した構成では、MMD50の素子表面の像を転写光学系60によって、投影光学系64の物体面に結像し、MMD50の各ミラーのONとOFFで加工パターンの像を形成する。
3.1 構成
図3は、実施形態1に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図1との相違点を説明する。実施形態1に係るレーザ加工システム10に用いられるレーザ装置12は、紫外線のパルスレーザ光を出力するレーザ装置であって、例えば、レーザ装置12は、F2、ArF、KrF、XeCl、又はXeFをレーザ媒質とする放電励起式レーザ装置である。
レーザ加工制御部80は、被加工材料16をテーブル70にセットすると、最初の照射エリアと、投影光学系64の結像面と一致するように、XYZステージ72を制御する。
図4は、MMDとフーリエ変換光学系を用いてパターンを形成する原理を示す説明図である。図4に示したように、MMD50に入射した平行光は、ミラーの姿勢角度に応じて、反射光の進行方向が異なる複数の平行光群に分割される。図4では、説明を簡単にするために、ミラーの姿勢角度を2種類の角度のいずれかに制御して、MMD50からの反射光が進行方向(角度)の異なる2つの平行光群に分割された例が示されている。すなわち、MMD50に入射した平行光は、基準方向に対してθ1の角度を持つ第1の平行光群と、基準方向に対してθ2を持つ第2の平行光群とに分かれる。基準方向は、MMD50においてレーザ光がマクロに設定される反射面50Rに0°で入射した場合のレーザ光の正反射方向である。この場合の正反射方向は、この反射面の法線方向と同義である。
図5は、MMDのミラーに対する入射光と反射光を示した図である。MMD50にコヒーレントな平行光が入射した場合、MMD50のマクロに設定される反射面(基準反射面50R)による正反射方向の光線間では、波面が保存される。
ここで、m:次数、λ:波長、p:MMDのミラーのピッチ、α:入射角、θi:MMDのミラーMiから反射される角度である。ここでθiの角度の基準は、MMDの基準反射面50Rの法線に対する角度である。
本実施形態ではMMD50の各ミラーの姿勢角度を制御するために、「コヒーレンスセル」という概念を導入する。図6は、エキシマレーザ装置から出力され、ビーム整形光学系に入射するレーザビームのコヒーレンスセルを示す。レーザビームのビーム断面の長軸方向をH方向とし、H方向に直交する短軸方向をV方向とする。また、レーザビームの進行方向をL方向とする。
式(2)中のImaxは光強度の最大値である。Iminは光強度の最小値である。
図11に、MMDにおけるレーザビームのコヒーレンスセルと、コヒーレンスセルの配列の例を示す。この例では、コヒーレンスセルはV方向に16行、H方向に4列並び、それぞれのコヒーレンスセルの配置は「C(行,列)」で表現している。
図13は、MMDのミラーで反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系によって集光点に集光したと仮定した場合の模式図である。図13には、投影光学系の倍率を1として、入射光IがMMDのコヒーレンスセルC(m,n)におけるミラーM(k,J)で反射されたレーザ光がフーリエ変換光学系の焦点面の集光点P(k,J)に集光したと仮定した場合の模式図が示されている。
N(k,J)=[P(k,J)]-[I] (3)
で表される。
N(k,J)=[P(k,J)]-[I(k,J)] (4)
で表される。
3.8.1 メインルーチン
図14は、実施形態1に係るレーザ加工システムの制御例を示すメインルーチンのフローチャートである。MMDのミラーの姿勢角度を制御する処理を含む
ステップS11において、被加工材料16がテーブル70にセットされる。被加工材料16は、オペレータの手作業によってテーブル70にセットされてもよいし、図示せぬロボットその他の自動搬送装置によってテーブル70にセットされてもよい。セットされた後は図示しないアライメント光学系によりテーブル70上で被加工材料16の位置が決定され、加工位置との整合を図ることが可能とする。
図14の例では、被加工材料の各照射エリアにおける加工パターンが同じパターンの場合を示したが、この例に限定されることなく、照射エリア毎の加工パターンが異なっていてもよい。照射エリアごとの加工パターンが異なる場合は、図14のフローチャートにおいて、ステップS18からステップS16に戻るループに代えて、図14の破線で示したように、ステップS18からステップS13に移行してもよい。
図15は、図14のステップS13の処理内容を示すフローチャートである。図15のステップS31において、レーザ加工制御部80は、複数の加工点の位置P(k,J)を特定した位置データを読み込む。本例の場合、例えば、64×256個の加工点を加工することができる。この場合、P(1,1)からP(64,256)の各位置の位置データを読み込む。
図16は、図14のステップS14の処理内容を示すフローチャートである。図16のステップS41において、レーザ加工制御部80は、m=1~16、n=1~4の範囲で、各コヒーレンスセルC(m,n)の中の各ミラーM(k,J)の法線ベクトルN(k,J)を式(3)に従って置き換える。レーザ加工制御部80は、k=1~64、J=1~256の範囲で、各ミラーM(k,J)の法線ベクトルN(k,J)を[P(k,J)]-[I]に置き換える。
図17は、図14のステップS15の処理内容を示すフローチャートである。図17のステップS51において、レーザ加工制御部80は、被加工材料を加工するためのレーザ光の照射条件パラメータを読み込む。照射条件パラメータには、目標フルーエンスFt、繰り返し周波数f、及び照射パルス数Sが含まれる。
ステップS54において、レーザ加工制御部80は、アッテネータの透過率Tを計算する。目標フルーエンスは、次の式(5)で表される。
式(5)中のEtはレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギである。
T=Ft・Ssum/Et (6)
から計算することができる。
図17のフローチャートでは、レーザ加工制御部80がレーザ装置12の定格のパルスエネルギを、目標パルスエネルギEtとして予め記憶しているものとし、目標パルスエネルギEtが固定値である例を示した。しかし、この例に限らず、レーザ装置12の定格のパルスエネルギの範囲で目標パルスエネルギEtを変化させて、フルーエンスが目標のフルーエンスFtとなるように調節する形態も可能である。
図17の例では、レーザ加工装置のアッテネータから被加工材料までの光路におけるレーザ光の透過率を100%としての計算を示したが、これに限定されることなく、上記光路中の透過率Tpが予め計測されていれば、次の式(7)のように、
T=Ft・Ssum/(Tp・Et) (7)
透過率Tの計算式において透過率Tpを考慮してもよい。
図14~図17を用いて説明した例では、投影光学系の倍率M=1の場合を示したが、投影光学系の倍率がMの場合の被加工材料面でのフルーエンスは(1/M)2倍となる。この場合は加工面のトータルの面積Ssumは、次の式(8)、
Ssum=Np・Sp・M2 (8)
となる。
図14~図17を用いて説明した例では、加工点の数Npとコヒーレンスセル中のミラーの数が一致する場合の例を示したが、加工点の数がさらに多くなる場合は、コヒーレンスセルのミラー範囲を、大きくして設定してもよい。
実施形態1によれば、次のような作用効果が得られる。
実施形態1では、フーリエ変換光学系61の焦点面に集光した第1の像を、投影光学系64によって、第2の像に転写することによって、被加工材料16にレーザ光を照射しているが、この例に限定されない。例えば、実施形態1における投影光学系64を省略した構成を採用し、フーリエ変換光学系61の焦点面に、被加工材料16の表面を配置して、レーザ光を照射してもよい。
また、実施形態1では、フーリエ変換光学系61の焦点面に集光した第1の像を、投影光学系64によって、第2の像に転写することによって、被加工材料16にレーザ光を照射しているが、この例に限定されない。例えば、第1の像の位置に各集光点の大きさより小さく、かつ、集光点の大きさに近い光通過穴を有するマスクを配置してもよい。この場合、投影光学系によって、マスク像が被加工材料16の表面に結像するので、フーリエ変換光学系61による集光径よりも小さな直径(例えば、3μm~20μm)の穴加工が可能となる。また、マスクを用いることにより、深さ方向の加工形状が改善される(テーパの角度が急峻となる)。
本実施形態の複数の加工点のデータは、互いに異なる位置の加工点であって、各加工点のレーザビームは重なり合わないデータとする。各加工点のレーザビームが重なる場合は干渉して光強度分布が悪化する。
4.1 構成
図18は、実施形態2に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図3に示した実施形態1との相違点を説明する。なお、図18では、レーザ装置12の図示を簡略したが、図3に示したレーザ装置12と同様の構成を採用し得る。図18に示す実施形態2に係るレーザ加工システム10は、図3に示した実施形態1の高反射ミラー33に代えて、ビームスプリッタ81を備え、さらに、高反射ミラー36と、ビーム特性計測器84と、を備える。ビームスプリッタ81は、高反射ミラー36によって反射されたレーザ光の一部をMMDに向けて反射する。高反射ミラー36は、ビームスプリッタ81を透過したレーザ光を反射して、その反射光をビーム特性計測器84に入射させる。
図19は、ビーム特性計測器として用いられるビームプロファイラの構成を概略的に示す図である。ビーム特性計測器84は、MMD上に入射するレーザビームの光強度分布を計測するビームプロファイラであってもよい。ビームプロファイラは、転写レンズ85と、2次元イメージセンサ86とを、を含む。2次元イメージセンサ86は、レーザ光に感度があるCCDであってもよい。
ビーム特性計測器84は、MMD50上に入射するレーザビームの光強度分布を計測することができる。ビーム特性計測器84による計測結果は、レーザ加工制御部80に送られる。レーザ加工制御部80は、MMD50上に入射するレーザビームの光強度分布をビーム特性計測器84から取得する。
図20は、ビーム特性計測器がビームプロファイラである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。図20において、図14に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図14との相違点を説明する。
図21は、図20のステップS14Aの処理内容を示すフローチャートである。図21のステップS61において、レーザ加工制御部80は、ビームプロファイラによって、MMDの各ミラーの位置におけるレーザ光の光強度を計測する。
Asum(k,J)=A(1,1,k,J)+A(1,2,k,J)+・・・+A(m,n,k,J)+・・・+A(16,4,k,J) (9)
に従って行われる。レーザ加工制御部80は、Asum(k,J)の計算を、k=1~64、J=1~256の範囲で行う。
Asumav={Asum(1,1)+Asum(1,2)+・・・+Asum(k,J)+・・・+Asum(64,256)}/(64×256) (10)
に従って行われる。
Ncは、コヒーレンスセルの数である。コヒーレンスセルC(m,n)についてのmの最大値をmmaxとし、nの最大値をnmaxとする場合、Nc=mmax・nmaxである。本例では、mmax=16であり、nmax=4であるため、Nc=16×4=64である。したがって、本例のステップS65にて計算されるAsは、As=Asumav/63となる。
図22は、図20のステップS14Bの処理内容を示すフローチャートである。図22のステップS71において、レーザ加工制御部80は、m=1~16、n=1~4の範囲で、各コヒーレンスセルC(m,n)の中の各ミラーM(k,J)の法線ベクトルN(k,J)をk=1~64、J=1~256の範囲で置き換える。
図23は、図20のステップS15Aの処理内容を示すフローチャートである。図23において、図17に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図17との相違点を説明する。
T=Ft・Ssum/(TMMD・Et) (12)
式(12)中のTMMDは、MMD中のONミラーとして利用されるミラーの割合である。本例では、図21のステップS65にて、1つのコヒーレンスセルの数のミラーをOFFにするようになっているため、
TMMD=(Nc-1)/Nc
である。本実施形態の場合、具体的には、Nc=64であるから、
TMMD=(64-1)/64=0.984
である。
T=Ft・Ssum/(TMMD・Tp・Et) (13)
のように、アッテネータの透過率Tの計算式において、透過率Tpを考慮してもよい。
実施形態2によれば、MMD50に入射するレーザビームの光強度分布を計測して、その結果に基づいて、各ミラーの姿勢角を制御することによって、被加工材料16に照射される各点の光強度は均一化される。
4.5.1 構成
図24は、ビーム特性計測器の一例である波面センサを概略的に示す図である。ビーム特性計測器84は、波面センサであって、いわゆる、シャックハルトマン干渉計であってもよい。波面センサは、マイクロレンズアレイ87と、2次元イメージセンサ88とを、を含む。2次元イメージセンサ86は、レーザ光に感度があるCCDであってもよい。マイクロレンズアレイ87は、例えば、直径1mm程度のマイクロレンズ87Aを整列させたものである。マイクロレンズアレイ87は、計測位置A1に配置される。
波面センサを用いることにより、以下の計測が可能である。
図25は、ビーム特性計測器が波面センサである場合の制御例のメインルーチンを示すフローチャートである。図25において、図14に示したフローチャートと同一のステップには同一のステップ番号を付し、その説明は省略する。図14との相違点を説明する。
図26は、図25のステップS14Cの処理内容を示すフローチャートである。図26のステップS81において、レーザ加工制御部80は、波面センサによって、MMDの各ミラーの位置におけるレーザ光の進行方向を計測する。MMDの各ミラーの位置でのレーザ光の進行方向は、波面センサを用いて計測することができる。波面センサのマイクロアレーレンズのピッチ以下の分解能はないので、マイクロレンズと同じ範囲内のレーザ光の進行方向は同一方向で計算してもよいし、マイクロレンズで計測された近傍点から補間して求めてもよい。
図27は、図25のステップS14Dの処理内容を示すフローチャートである。図27のステップS91において、レーザ加工制御部80は、m=1~16、n=1~4の範囲で、各コヒーレンスセルC(m,n)の中の各ミラーM(k,J)の法線ベクトルN(k,J)を式(4)に従って置き換える。レーザ加工制御部80は、k=1~64、J=1~256の範囲で、各ミラーM(k,J)の法線ベクトルN(k,J)を[P(k,J)]-[I(k,J)]に置き換える。
波面センサによって、MMD上に入射するレーザビームのビーム断面における位置におけるレーザ光の進行方向を計測して、その結果に基づいて、各ミラーの姿勢角度を制御することによって、被加工材料に照射される各点の光強度は均一化され、かつ、各結像点における重ね合わせ精度が改善される。
5.1 構成
図28は、実施形態3に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。図18に示した実施形態1との相違点を説明する。図28に示す実施形態3に係るレーザ加工システム10は、ビーム整形光学系47と、ビームコリメータ光学系48の間に低コヒーレンス光学系90が配置される。低コヒーレンス光学系90は、レーザビーム内の異なる位置のレーザ光に対し空間的に時間的コヒーレント長以上の光路差を生成する光学素子である。低コヒーレンス光学系90は、例えば、階段状のプリズム(以下、「階段プリズム」という。)を用いて構成されてもよい。
ΔLt=λ2/Δλ (14)
で表される。式(14)中のΔλはスペクトル線幅を表す。
ΔLt=0.2≦(1.468-1)Lp (15)
つまり、Lp≧0.427mmである。
図29に示した位置PA、位置PB、及び位置PCの各位置におけるレーザビームのコヒーレンスセルを、それぞれ図30、図31及び図32に示す。図30は、ビーム整形前のコヒーレンスセルを示す図である。図31は、ビーム整形後のコヒーレンスセルを示す図である。図32は、低コヒーレンス光学系を用いて低コヒーレンス化した後のコヒーレンスセルを示す図である。
実施形態3によれば、階段プリズムを用いて、レーザビームの各位置において、時間的コーレント長以上に長い光路差を発生させることによって、コヒーレンスセルの数を増加させることができる。
本例の階段プリズムは、H方向のみ光路差をつけて、H方向の低コヒーレンス化を実現しているがこの例に限定されることなく、例えば、V方向とH方向を組み合わせて時間的コヒーレント長の光路差を付けて、更に、コヒーレンスセルの数を増加させてもよい。
本例では、透過型の階段プリズムの例を示したが、各階段の入射側の面に高反射膜をコートして、反射させることによって、空間的に光路差を付けてもよい。この場合は、Lp≧ΔLtとなるようにしてもよい。
本例では、CaF2結晶の板を複数枚重ね合わせる例を示したが、この例に限定されることなく、CaF2結晶に直接加工して階段プリズムを製作してもよい。また、階段プリズムの材料として、紫外線のレーザ光を透過する合成石英を使用してもよい。
実施形態3の説明では低コヒーレンス光学系90を用いる例を説明したが、低コヒーレンス光学系90の採用に代えて、又はこれと組み合わせて、MMDへのレーザビームの入射角度を調節することにより低コヒーレンス化が可能である。
ここで、psは光路差が時間的コヒーレント長ΔLgとなるピッチpである。
式(16)から、
0.2≦ps( sin 23.5° -sin 0)
ps=0.5(mm)
となる。
7.1 構成
図36は、実施形態4に係るレーザ加工システムの構成を概略的に示す図である。実施形態4は、実施形態2で説明した構成に代えて、ビーム特性計測器84がMMD50からの反射光を計測するよう配置されている形態となっている。実施形態1との相違点を説明する。
レーザ加工制御部80は、被加工材料16にレーザ光を照射しない時に、MMD50の反射光のビーム特性を計測する。
実施形態4によれば、MMD50からの反射光のビーム特性を計測可能であるため、例えば、MMD50の各々のミラーの反射率のばらつきも含めて光強度の補正が可能となる。
被加工材料にレーザ光を照射しない時の例としては、被加工材料の交換している時間等がある。また、定期的にレーザ加工を中止して、本実施形態によるビーム特性の計測を行ってもよい。
8.1 ビーム整形光学系の構成例1
図37は、ビーム整形光学系の構成例1を示す模式図である。図37に例示したビーム整形光学系47は、シリンドリカル凹レンズ47Aと、シリンドリカル凸レンズ47Bとを含む。図37のように、長方形のビーム形状を持つレーザビームが略正方形のビーム形状となるように、シリンドリカル凹レンズ47Aと、シリンドリカル凸レンズ47Bの両シリンドリカルレンズをレーザ光の光路上に配置する。
図38は、ビーム整形光学系の構成例2を示す模式図である。図38に例示したビーム整形光学系47は、2個のプリズム47C、47Dを含む。長方形のビーム形状を持つレーザビームが略正方形のビーム形状となるように、2個のプリズム47C、47Dをレーザ光の光路上に配置する。
9.1 構成
図39は、ビームコリメータ光学系の構成例を示す模式図である。ビームコリメータ光学系48は、共役の光学系であって、例えば、第1の凸レンズ48Aと、第2の凸レンズ48Bと、を含む。第1の凸レンズ48Aと第2の凸レンズ48Bは、紫外線のレーザ光を透過する材料で構成される。紫外線のレーザ光を透過する材料として、例えば、合成石英、CaF2結晶などを用いることができる。第1の凸レンズ48Aの焦点距離F1と第2の凸レンズの焦点距離F2は、同じ焦点距離であってよい。図39において、第1の凸レンズ48Aと第2の凸レンズ48Bは、同じ焦点距離Fのレンズである。第1の凸レンズ48Aと第2の凸レンズ48Bの間隔は、焦点距離Fの2倍の距離となるように配置される。
ビーム整形光学系47によってビーム整形されたレーザ光のビームは、第1の凸レンズ48Aの前側焦点の位置P1を通過し、第1の凸レンズ48Aによって、第1の凸レンズ48Aの後側焦点の位置P2で集光する。位置P2で集光したレーザ光のビームは、広がって、第2の凸レンズ48Bによって、コリメートされる。
〈1〉図39の例では、凸レンズを2個組み合わせた場合を示したが、この例に限定されることなく、例えば、同じ焦点距離の凹面ミラーの組み合わせであってもよい。
10.1 構成
図40は、投影光学系の構成例を示す図である。図40には、投影光学系としてマイクロレンズアレイを採用した例が示されている。図示を簡略化するために、図40において、MMD50とフーリエ変換光学系61を含む光学系を符号150として図示した。
レーザ加工制御部80は、MMD50とフーリエ変換光学系61とによって、マスク94の開口部94Aの各々に、開口部94Aの大きさよりも大きく、かつ、開口部94Aの大きさに近いレーザ光を照射するように、MMD50の各ミラーの姿勢角度を制御する。
10.3.1 マスクの開口部の形状が円形の場合
図41は、マスク94に形成されている開口部94Aと、マスク94に照射されるレーザ光の関係を例示した図である。図41には、1つの開口部94Aのみを示した。図41に示すように、フーリエ変換光学系61によって集光されたレーザビーム152は、マスク94を照明する。フーリエ変換光学系61によって集光されたレーザビーム152は、マスク94に形成された開口部94Aを全て含むように照明する。
DI:マスクに照明されるフーリエ変換光学系によって集光されるビームの直径、
Dm:マスクに形成されたレーザ光が透過する領域の直径。
0.8≦Dm/DI≦0.90
である。
図41では、円形の開口部を有するマスクを用いて、被加工材料16に円形の穴加工を行う例を示したが、この例に限定されることなく、マスク94の開口部の形状は、四角形その他の多角形であってもよい。例えば、マスク94の開口部の形状は、正方形であってもよい。正方形の開口部を有するマスク94を使用することにより、被加工材料16に、正方形の形状の穴加工やアニールを行ってもよい。
0.49≦St/{π・(DI/2)2}≦0.63
St:マスクの開口面積、
に示す範囲が好ましい。
以上のように、フーリエ変換光学系61の焦点面にマスク94を配置することによって、マスク94の像が投影光学系64によって、結像するため、被加工材料16に照射されるレーザ光の光強度分布がトップハットに近い形状となる。これにより、被加工材料16の深さ方向の加工形状が改善される。すなわち、深さ方向のテーパの角度が急峻となる。
図41及び図42では、マスクの透過領域が円形の場合と四角形の場合の例を示したが、この例に限定されることなく、集光されたレーザビームのエリアはマスクの透過領域を完全に含んでいればよい。
図40から図42を用いて説明した形態によれば、次の作用効果が得られる。
図40では、マスク94を用いる形態の例を示したが、この例に限定されることなく、マスク94を省略する形態も可能である。すなわち、図40に示したマスク94を省略した構成とし、MMD50とフーリエ変換光学系61によって形成された結像のパターンを、マスクなしで、マイクロレンズアレイ64Aによって、被加工材料16の表面に結像させてもよい。このような形態は、加工すべきパターンの直径が比較的大きい場合や、深さ方向の加工形状があまり問題にならない場合に適用できる。この形態の場合、マスクでけられる光がないので、さらに、光の利用効率が改善される。
図43は、MMDからの反射光をフーリエ変換光学系によって集光する例を模式的に示した図である。図44は、図43の例におけるフーリエ変換光学系の焦点面での集光像の拡大図である。
MMD50のミラーの数をMnとすると、加工点の数Ncの範囲は、
Mn/600≦Nc≦Mn/8
であることが好ましい。
100≦Nc≦13000
であることが好ましい。
上述した各実施形態に係るレーザ加工システムは、例えば、以下に示すような各種の電子デバイスの部品の加工に適用できる。
Claims (16)
- 第1のパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記第1のパルスレーザ光のビーム断面形状を整形して第2のパルスレーザ光に変換し、前記第2のパルスレーザ光を転写する第1の光学系と、
前記第1の光学系の転写位置に配置され、複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第2のパルスレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のパルスレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のパルスレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第2のパルスレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れた前記ミラーによって分割された複数のレーザ光が前記フーリエ変換光学系によって重ね合わさるように前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、
前記フーリエ変換光学系の焦点位置に結像した第1の像を、被加工材料の表面に第2の像として結像させる投影光学系と、
を備えるレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、
前記レーザ装置は、放電励起式レーザ装置であるレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記第2のパルスレーザ光の前記空間的コヒーレント長に基づいて、複数のコヒーレンスセルを設定し、
前記マルチミラーデバイスにおける前記複数のミラーの配列を前記コヒーレンスセルに対応させて複数のミラー配列領域に区画することにより、前記コヒーレンスセルごとに複数のミラーを含む前記ミラー配列領域を定め、
前記複数のコヒーレンスセルの各々から1つのミラーを選択して、前記選択したミラーの各々が同一方向にパルスレーザ光を反射するように、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。 - 請求項3に記載のレーザ照射システムであって、
前記コヒーレンスセルは、直交する2軸方向の第1の軸方向の空間的コヒーレント長を第1の辺とし、第2の軸方向の空間的コヒーレント長を第2の辺とする四角形の大きさ以上の領域であるレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、さらに追加して、
前記第2のパルスレーザ光のビーム特性を計測するビーム特性計測器と、を備え、
前記制御部は、前記ビーム特性計測器の計測結果に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。 - 請求項5に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビーム特性計測器は、前記第2のパルスレーザ光のビーム断面の光強度分布を計測するビームプロファイラであるレーザ照射システム。 - 請求項6に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記ビームプロファイラによって計測された前記ビーム断面の各位置の光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。 - 請求項5に記載のレーザ照射システムであって、
前記ビーム特性計測器は、前記第2のパルスレーザ光のビーム断面の各位置におけるパルスレーザ光の進行方向と光強度を計測する波面センサであるレーザ照射システム。 - 請求項8に記載のレーザ照射システムであって、
前記制御部は、前記波面センサによって計測された前記ビーム断面の各位置におけるパルスレーザ光の進行方向と光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御するレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、
前記第1の光学系は、低コヒーレンス光学系を含むレーザ照射システム。 - 請求項10に記載のレーザ照射システムであって、
前記低コヒーレンス光学系は、レーザビーム内の異なる位置のパルスレーザ光に対し空間的に時間的コヒーレント長以上の光路差を生成する光学素子であるレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、
前記第2のパルスレーザ光を前記マルチミラーデバイスによって反射して分割されたパルスレーザ光の光路差ΔLgが前記第2のパルスレーザ光の時間的コヒーレント長ΔLt以上となるように、前記第2のパルスレーザ光が前記マルチミラーデバイスに入射する角度が設定されているレーザ照射システム。 - 請求項1に記載のレーザ照射システムであって、
前記第1の像の位置に、前記第1の像の集光ビームよりも小さい開口部が配置されたマスクを備えるレーザ照射システム。 - 請求項13に記載のレーザ照射システムであって、
前記マスクに設けられた前記開口部の直径をDm、前記第1の像の集光ビームの直径をDIとする場合に、0.3<Dm/DI<0.99を満たすレーザ照射システム。 - 電子デバイスの製造方法であって、
第1のパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記第1のパルスレーザ光のビーム断面形状を整形して第2のパルスレーザ光に変換し、前記第2のパルスレーザ光を転写する第1の光学系と、
前記第1の光学系の転写位置に配置され、複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第2のパルスレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のパルスレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のパルスレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第2のパルスレーザ光の空間的コヒーレント長以上互いに離れた前記ミラーによって分割された複数のパルスレーザ光が前記フーリエ変換光学系によって重ね合わさるように前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、
前記フーリエ変換光学系の焦点位置に結像した第1の像を、被加工材料の表面に第2の像として結像させる投影光学系と、
を備えるレーザ照射システムによってパルスレーザ光を生成し、
前記レーザ照射システムによって生成されたパルスレーザ光を被加工材料に照射して前記被加工材料を加工すること
を含む電子デバイスの製造方法。 - 第1のパルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記第1のパルスレーザ光のビーム断面形状を整形して第2のパルスレーザ光に変換し、前記第2のパルスレーザ光を転写する第1の光学系と、
前記第1の光学系の転写位置に配置され、複数のミラーを含み、前記複数のミラーの各々の姿勢角度を制御可能なマルチミラーデバイスであって、前記第2のパルスレーザ光を分割して複数の方向に反射することによって、分割された複数のパルスレーザ光を生成するマルチミラーデバイスと、
前記分割された複数のパルスレーザ光を集光するフーリエ変換光学系と、
前記第2のパルスレーザ光のビーム断面の各位置におけるパルスレーザ光の進行方向と光強度を計測する波面センサと、
前記波面センサによって計測された前記ビーム断面の各位置におけるパルスレーザ光の進行方向と光強度に基づいて、前記複数のミラーの姿勢角度を制御する制御部と、
前記フーリエ変換光学系の焦点位置に結像した第1の像を、被加工材料の表面に第2の像として結像させる投影光学系と、
を備えるレーザ照射システム。
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