DE19531050C2 - Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur auf einem Werkstück unter Anwendung eines Excimer­ laserstrahls, der eine Maske beleuchtet und mittels eines Abbildungssystems ein Bild der Maske auf das Werkstück pro­ jiziert, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US 5,310,986 ist bereits ein Verfahren zum Ausbilden einer Struktur auf einem Werkstück bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Struktur einer Maske mittels eines Abbildungssystems auf dem Werkstück abgebildet. Die Struktur der Maske wird durch einen "aufgefächerten" Excimerlaserstrahl beleuchtet. Das durch den "aufgefächerten" Laserstrahl beleuchtete Gebiet weist aber eine asymmetrische Intensitätsverteilung auf, wobei die Intensität in Richtung der Vielfachreflexionen abnimmt. Um diese Intensitätsabnahme zu kompensieren, wird zunächst durch einen Leistungsmesser die Intensitätsabnahme erfasst. Durch die erfasste Intensitätsabnahme wird danach der Winkel zwischen der Maske und dem ebenen Reflexionsspiegel derart gesteuert, daß die Intensitätsabnahme in Richtung der Vielfachreflexion durch eine Verkippung des Spiegels ausgeglichen wird.

Diese Anordnung zur Vergleichmäßigung der Intensitätsverteilung des mehrfachreflektierten Excimerlaserstrahls ist jedoch relativ aufwendig und erfordert eine schnelle und genaue Regelung.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, mit einfacheren Mitteln eine gleichmäßige Werkstückbearbeitung trotz ungleichförmiger Intensitätsverteilung eines mehrfachreflektierten Excimerlaserstrahls durchzuführen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Kernidee des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, die an sich asymmetrische Intensitätsverteilung dadurch zu vergleichmäßigen, daß das Werkstück kontinuierlich bewegt wird und so die an sich asymmetrische Intensitätsverteilung "verschmiert" wird. Um das Bild der Maske auf dem Werkstück zu erhalten, muß als Folge dessen die Maske mit einer durch den Abbildungsfaktor vorgegebenen Geschwindigkeit exakt nachgeführt werden. Diese Nachführung wird durch eine Steuereinheit mit hoher Genauigkeit durchgeführt.

Insbesondere zur Bearbeitung von inhomogenen Werkstücken kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit auch die Geschwindigkeit der Maske und des Werkstücks vorgibt und daß die Steuereinheit zum Ausgleich von Inhomogenitäten des Werkstücks, wie Dicke und Werkstückbearbeitbarkeit, die Geschwindigkeit und/oder die Pulsfrequenz des Laserstrahls in Asymmetrierichtung verändert.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit die Bewegung des Werkstücks und der Maske derart steuert, daß eine Strecke, um welche die Maske und das Werkstück synchron kontinuierlich verlagert werden, während sie mit dem Laserstrahl abgetastet werden, länger als eine Länge einer effektiven Strukturfläche der Maske ist, in der eine auf das Werkstück abzubildende Struktur gebildet ist.

Durch diese Wahl der Strecke kann die Intensitätsverteilung des Laserstrahls über eine effektive Strukturfläche weiter vergleichmäßigt werden, so daß die auf das Werkstück aufge­ brachte Bearbeitungsenergie besser genutzt werden kann.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit die Maske bzw. das Werkstück vor dem Start der synchronen, kontinuierlichen Abtastung an Positionen außerhalb des Bestrahlungsbereiches führt, so daß die Maske und das Werkstück während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung mit einer stabilisierten Geschwindigkeit wenigstens über eine Strecke verlagert werden können, die einer Fläche des Werkstücks entspricht, die mit dem Excimerlaserstrahl zu bestrahlen ist.

Dadurch kann sichergestellt werden, daß die Bestrahlung mit dem Excimerlaserstrahl in dem Bereich durchgeführt wird, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit stabilisiert ist. Auf diese Weise kann die Intensitätsverteilung des Excimerlaserstrahls auf der effektiven Strukturfläche des Werkstücks weiter vergleichmäßigt werden, so daß die Bearbeitung des Werkstücks mit erhöhter Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchführbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, daß eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung die Ge­ schwindigkeit detektiert, mit der die Maske und das Werkstück während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung bewegt werden, wobei die Steuereinheit, wenn die Geschwin­ digkeitsmeßeinrichtung detektiert, daß die Abtastbewegungs­ geschwindigkeit, mit der die Maske und das Werkstück während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung verlagert werden, sich innerhalb einer mit dem Laserstrahl bestrahlten Fläche ändert, die Steuereinheit die Pulsfrequenz des Excimerlasers so steuert, daß diese unter eine vorbestimmte Frequenz abnimmt, wenn die Abtastgeschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit unterschreitet, wohingegen die Steuereinheit die Pulsfrequenz so steuert, daß diese über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn die Ab­ tastbewegungsgeschwindigkeit die vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.

Dadurch wird im Fall einer Änderung der synchronen Abtast­ geschwindigkeit der Maske und des Werkstücks innerhalb der Werkstücksfläche, die mit dem Excimerlaserstrahl bestrahlt wird, die Pulsfrequenz des Excimerlaseroszillators unter eine vorbestimmte Frequenz verringert, wenn die Abtastbewe­ gungsgeschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit unterschreitet. Wenn dagegen die Abtastbewegungsgeschwindigkeit die vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet, wird die Pulsfrequenz über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht, indem die Pulsfrequenz unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Änderung der Abtastbewegungsgeschwindigkeit gesteuert wird, so daß die Intensitätsverteilung des Excimerlaserstrahls über die effektive Strukturfläche auf dem Werkstück erheblich vergleichmäßigt und das Werkstück mit optimaler Bearbeitungsenergie bearbeitet werden kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß eine Dickenmeßeinrichtung, die der Steuereinheit zugeordnet ist, die Dicke des Werkstücks misst, und daß die Steuereinheit, wenn die Dickenmeßeinrichtung detektiert, daß sich die Dicke des Werkstücks während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung ändert, die Pulsfrequenz des Excimerlasers so steuert, daß diese über eine vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn die Dicke des Werkstücks eine vorbestimmte Dicke überschreitet, bzw. unter die vorbestimmte Frequenz verringert wird, wenn die Dicke des Werkstücks die vorbestimmte Dicke unterschreitet.

Die vorbestimmte Frequenz und die vorbestimmte Dicke können dabei so gewählt werden, daß das Werkstück, das die vorbe­ stimmte Dicke hat, gleichmäßig und stabil mit dem Excimer­ laserstrahl der vorbestimmten Frequenz bearbeitet werden kann, wenn es während der synchronen Abtastung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß eine Dicken­ meßeinrichtung, die der Steuereinheit zugeordnet ist, die Dicke des Werkstücks misst, wobei die Steuereinheit, wenn die Dickenmeßeinrichtung detektiert, daß sich die Dicke des Werkstücks während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung ändert, die Steuereinheit eine Abtastbewegungsgeschwindigkeit der Maske und des Werkstücks während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung so steuert, daß die Ab­ tastbewegungsgeschwindigkeit unter eine vorbestimmte Ge­ schwindigkeit verringert wird, wenn die Dicke des Werkstücks eine vorbestimmte Dicke überschreitet, bzw. die Ab­ tastbewegungsgeschwindigkeit über die vorbestimmte Ge­ schwindigkeit hinaus erhöht wird, wenn die Dicke des Werkstücks die vorbestimmte Dicke unterschreitet.

Durch die Verringerung der Abtastbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks und die vorbestimmte Geschwindigkeit, wenn die Dicke des Werkstücks eine vorbestimmte Dicke überschreitet, wohingegen die Abtastbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks über die vorbestimmte Geschwindigkeit hinaus erhöht wird, wenn die Dicke des Werkstücks die vorbestimmte Dicke des Werkstücks unterschreitet, kann auf das Werkstück eine optimale Bearbeitungsenergie wirkungsvoll und gleichmäßig über die zu bearbeitende Fläche aufgebracht werden, und zwar ungeachtet von Änderungen der Dicke des Werkstücks.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, daß eine Werkstückbearbeitbarkeit-Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob das Material des Werkstücks schwer oder leicht zu bearbeiten ist, und die Steuereinheit, wenn die Beurteilungseinrichtung detektiert, daß sich das Material des Werkstücks innerhalb einer Fläche, die mit dem Excimerlaserstrahl während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung bestrahlt wird, ändert, die Pulsfrequenz des Excimerlasers so steuert, daß diese unter eine vorbestimmte Frequenz verringert wird, wenn ein Material des Werkstücks leicht bearbeitbar ist, bzw. über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks schwer bearbeitbar ist.

Durch Verringern der Pulsfrequenz des Excimerlasers unter eine vorbestimmte Frequenz, wenn ein Material des Werkstücks leicht zu bearbeiten ist, wohingegen die Pulsfrequenz über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks schwer zu bearbeiten ist, kann auf das Werkstück eine optimale Bearbeitungsenergie wirkungsvoll und gleichförmig über die zu bearbeitende Fläche aufgebracht werden, und zwar ungeachtet von Änderungen des Materials des Werkstücks.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß eine Werkstückbearbeit­ barkeit-Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob das Material des Werkstücks schwer oder leicht zu bearbeiten ist, und die Steuereinheit, wenn die Beurteilungseinrichtung detektiert, daß sich das Material des Werkstücks innerhalb einer Fläche, die mit dem Laserstrahl während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung bestrahlt wird, ändert, die Bewegungsgeschwindigkeit der Maske und des Werkstücks während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung so steuert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit über eine vorbestimmte Geschwindigkeit hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks leicht bearbeitbar ist, bzw. unter die vorbestimmte Geschwindigkeit verringert wird, wenn das Material des Werkstücks schwer bearbeitbar ist.

Durch Erhöhen der Bewegungsgeschwindigkeit der Maske und des Werkstücks über die vorbestimmte Geschwindigkeit hinaus, wenn das Material des Werkstücks relativ leicht zu bearbeiten ist, wohingegen die Bewegungsgeschwindigkeit unter die vorbestimmte Geschwindigkeit verringert wird, wenn das Material des Werkstücks relativ schwer zu bearbeiten ist, kann auf das Werkstück eine optimale Bearbeitungsenergie effektiv und gleichförmig über die zu bearbeitende Fläche aufgebracht werden, und zwar ungeachtet von Änderungen in dem Material des Werkstücks.

Dabei ist das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, daß die schwere und leichte Bearbeitbarkeit vorher als Ätzrate bestimmt wird, mit der das Material des Werkstücks unter Bestrahlung mit einem Einzelimpuls des Lases abgetragen wird, wobei Informationen, die die schwere und leichte Bearbeitbarkeit des Werkstückmaterials betreffen, in einem Speicher für jeden der Bereiche innerhalb einer Fläche des Werkstücks, die mit dem Laserstrahl zu bestrahlen ist, gespeichert sind, wobei diese Bereiche in bezug auf das Material voneinander verschieden sind und wobei der Speicher und die Werkstückbearbeitbarkeit- Beurteilungseinrichtung in Zuordnung zu der Steuereinheit vorgesehen sind.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Maske und das Werkstück unter Steuerung durch die Steuereinheit in einer Richtung schrittweise verlagert wird, die sowohl zu einer optischen Achse des optischen Abbildungssystems als auch zu der Bewegungsrichtung, in der die Maske und das Werkstück synchron kontinuierlich bewegt werden, orthogonal ist, so daß eine wiederholte Bestrahlung des Werkstücks mit dem Laserstrahl in dieser orthogonalen x-Richtung ermöglicht wird, wobei die schrittweise Verlagerung in der orthogonalen x-Richtung kleiner als die Breite des Excimerlaserstrahl-Flecks in x-Richtung auf der Maske ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Pulsfrequenz des Excimerlasers und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Maske und des Werkstücks so gesteuert wird, daß die Strecke, um die die Maske und das Werkstück in der Bewegungsrichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Excimerlaserstrahls bewegt werden, kleiner als die Breite des Laserstrahlflecks in y-Richtung auf der Maske ist. Dadurch kann die auf das Werkstück aufgebrachte optimale Bearbeitungsenergie weiter vergleichmäßigt werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit den Betrieb des Excimerlasers für einen keine Bestrahlung er­ fordernden Bereich während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung unterbricht.

Durch Anhalten oder Unterbrechen des Betriebs des Excimerlasers im Fall eines nicht zu bestrahlenden Bereiches kann der nutzlose Verbrauch von Bestrahlungsenergie und damit Laserantriebsenergie vermieden werden, so daß die Standzeit der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung verlängert werden kann.

Für die Behandlung eines Werkstücks, das nicht zu bestrahlende Bereiche aufweist, kann vorgesehen sein, daß Information in Bezug auf einen keine Bestrahlung erfordernden Bereich in einem Speicher gespeichert wird, der der Steuereinheit zugeordnet ist. Dadurch steht die Information jederzeit abrufbar zur Verfügung.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß durch eine Unter­ brecherplatte, die unter Steuerung durch die Steuereinheit selektiv in einen Lichtweg des Excimerlaserstrahls einschaltbar ist, verhindert wird, daß das Werkstück in einem keine Bestrahlung erfordernden Bereich bestrahlt wird.

Durch Einführen der Unterbrechungsplatte in den Lichtweg während der synchronen Abtastung, um so zu verhin­ dern, daß der Excimerlaserstrahl das Werkstück in dem nicht zu bestrahlenden Bereich bestrahlt, wenn ein solcher Bereich in der bestrahlten Fläche des Werkstücks vorhanden ist, kann der nutzlose Verbrauch von Bestrahlungsenergie und somit von Laserantriebsenergie vermieden werden, so daß die Standzeit der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung verlängert wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine Perspektivansicht, die schematisch eine allgemeine Anordnung der Excimerlaserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2A eine Seitenansicht, die schematisch und über­ trieben eine Anordnung aus einer Maske, einer Abbildungslinse und einem Werkstück der Bestrahlungsvorrichtung, gesehen in X-Achsen­ richtung, zeigt;

Fig. 2B ein Diagramm der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, der auf eine oberste Oberfläche eines Werkstücks auftrifft, gesehen entlang einer Y-Achsenrichtung orthogonal zu der X-Achsenrichtung;

Fig. 3A eine Seitenansicht, die schematisch und übertrie­ ben die Anordnung der Maske, der Abbildungslinse und des Werkstücks, gesehen in Y- Achsenrichtung, zeigt;

Fig. 3B ein Diagramm der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls auf der Oberfläche eines Werkstückes in X-Achsenrichtung;

Fig. 4A eine Seitenansicht einer Vielfachreflexionsanord­ nung aus einer Maske und einem hochreflexionsfähigen Spiegel in der Excimer­ laserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4B eine Draufsicht von oben auf die Maske;

Fig. 4C ein Diagramm, das die Steuerung einer Be­ wegungsgeschwindigkeit als eine Funktion von Positionen auf der Maske in der Bewegungsrichtung zeigt;

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer anderen Ausfüh­ rungsform der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungs­ vorrichtung der Erfindung;

Fig. 6A eine Seitenansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem ein Laserstrahl zwischen einer Maske und einem hochreflexi­ onsfähigen Spiegel vielfach reflektiert wird, während er in Richtung der Y-Achse verlagert wird;

Fig. 6B eine Draufsicht von oben auf die Maske;

Fig. 6C ein Diagramm, das Änderungen der Bewegungs­ geschwindigkeit der Maske während einer synchronen Abtastung in Richtung der Y-Achse zeigt;

Fig. 6D ein Diagramm, das die Steuerung einer Pulsfrequenz eines Excimerlasers in Abhängigkeit von der Änderung der Bewe­ gungsgeschwindigkeit während der synchronen Abtastung zeigt;

Fig. 7 eine Perspektivansicht, die schematisch den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 8A eine Seitenansicht, die eine Vielfachreflexions­ anordnung aus einer Maske, einem hochreflexionsfähigen Spiegel und einem Werkstück in der Bestrahlungsvorrichtung von Fig. 7, gese­ hen in Richtung der X-Achse, zeigt;

Fig. 8B eine Draufsicht von oben, die schematisch eine Fläche eines Werkstücks zeigt, die mit einem Laserstrahl zu bestrahlen ist, der von einer Abbildungslinse nach Durchsetzen der Maske projiziert wird;

Fig. 8C ein Diagramm, das Änderungen der Dicke des Werk­ stücks zeigt, gesehen entlang der Bewe­ gungsrichtung;

Fig. 8D ein Diagramm, das die Steuerung einer Be­ wegungsgeschwindigkeit oder der Pulsfrequenz (Laserschwin­ gungsfrequenz) in Abhängigkeit von Änderungen der Werkstücksdicke zeigt;

Fig. 9A eine Draufsicht von oben, die schematisch Positionen zeigt, die ein Laserstrahl auf dem Werkstück einnimmt;

Fig. 9B ein Diagramm, das Änderungen der Abtragsrate (Ätzrate) eines Laserstrahls, gesehen in einer Bewe­ gungsrichtung, zeigt;

Fig. 9C ein Diagramm, das die Steuerung einer Pulsfrequenz oder einer Bewegungs­ geschwindigkeit in Abhängigkeit von Änderungen der Ätzrate des Laserstrahls zeigt;

Fig. 10A eine Seitenansicht, die eine Vielfachreflexions­ anordnung aus einer Maske und einem hochreflexionsfähigen Spiegel, gesehen in Richtung der X-Achse, zeigt;

Fig. 10B eine Draufsicht von oben, die schematisch einen schrittweisen Vorschub der Maske in Richtung der X-Achse zeigt;

Fig. 11A eine Seitenansicht, die die Vielfachreflexion eines Excimerlaserstrahls zwischen einer Maske und einem hochreflexionsfähigen Spiegel in Richtung der X-Achse gemeinsam mit einer Abbildungslinse und einem Werkstück zeigt;

Fig. 11B ein Diagramm einer Intensitätsverteilung eines Laserstrahls auf einem Werkstück, gesehen in Richtung der X-Achse;

Fig. 12A eine Seitenansicht einer Vielfachreflexionsan­ ordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, gesehen in Richtung der X-Achse;

Fig. 12B eine Draufsicht von oben, die schematisch Posi­ tionen zeigt, die der Laserstrahl auf der Maske annimmt;

Fig. 13A eine Seitenansicht einer Anordnung aus einem Vielfachreflexionsabschnitt, einer Abbildungs­ linse und einem Werkstück, gesehen in Richtung der X-Achse, bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13B eine Draufsicht von oben, die die Position auf einem Werkstück zeigt, auf die ein Laser­ strahl projiziert ist;

In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder entspre­ chende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen ver­ sehen. Außerdem versteht es sich, daß Ausdrücke wie "links", "rechts", "oben", "unten", "X-Achsenrichtung", "Y-Achsen­ richtung" und dergleichen nicht als Einschränkung anzusehen sind.

Ausführungsform 1

Eine erste Ausführungsform der Excimerlaserstrahl-Bestrah­ lungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrie­ ben, die nur schematisch als Perspektivansicht eine allge­ meine Anordnung der Vorrichtung zeigt.

In Fig. 1 ist eine Steuereinheit 16A zur Steuerung des Excimerlasers 1 sowie des Maskenbewegungsmecha­ nismus 9 und des Werkstückbewegungsmechanismus 14 ausge­ bildet, die mit hoher Präzision angetrieben werden müssen, um ein Werkstück hochpräzise bearbeiten zu können.

Zum Bewegen der Maske 8 und des Werkstücks 12 synchron miteinander steuert die Steuereinheit 16A die Bewegungsrichtung (auch als die Synchronbewegungs­ richtung bezeichnet), so daß sie mit der Richtung über­ einstimmt, in der der Laserstrahl L1 verlagert wird, während er gleichzeitig vielfach reflektiert wird (diese Richtung wird auch als die reflexionsbedingte Verlagerungs­ richtung bezeichnet). Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß die Bewegungsrichtung oder die synchrone Bewegungsrichtung mit der Y-Achsenrichtung über­ einstimmt, wohingegen die vorher im Zusammenhang mit der herkömmlichen Vorrichtung erwähnte Schrittvorschubrichtung in der X-Achsenrichtung liegt, die zu der Y-Achsenrichtung orthogonal ist.

Fig. 2A ist eine Seitenansicht, die eine Anordnung aus der Maske 8, der Abbildungslinse 11 und dem Werkstück 12 in X-Achsenrichtung gesehen zeigt. Dabei be­ zeichnet 18 Kontaktlöcher oder dergleichen, die in dem Werkstück 12 durch Bestrahlen mit dem Laserstrahl L2 gebildet sind. Wie die Figur zeigt, sind sowohl die reflexi­ onsbedingte Verlagerungsrichtung des Laserstrahls L1 als auch die synchronen relativen Bewegungsrichtungen der Maske 8 und des Werkstücks 12 so gewählt, daß sie mit der Y-Achsenrichtung übereinstimmen.

Fig. 2B zeigt eine Intensitätsverteilung des Laser­ strahls L2, der auf die oberste Oberfläche des Werkstücks 12, gesehen in Y-Achsenrichtung, auftrifft.

Fig. 3A ist eine Seitenansicht, die die Anordnung der Maske 8, der Abbildungslinse 11 und des Werkstücks 12, gesehen in Y-Achsenrichtung, zeigt, und Fig. 3B zeigt die Intensitätsverteilung des Laserstrahls L2, der das Werkstück 12 bestrahlt, gesehen in der X-Achsenrichtung.

Nachstehend folgt die Beschreibung des Betriebs der Excimer­ laserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3.

Wie Fig. 2A zeigt, geht ein Teil des Laserstrahls L1, der auf die Maske 8 an deren Oberfläche schräg von oben auftrifft, durch die Lichtdurchtrittslöcher 8c und das lichtdurchlässige Substrat 8a der Maske 8, wodurch der Laserstrahl L2 gebildet wird, der an der Bearbeitung des Werkstücks 12 entsprechend der Struktur, die durch die hohlen Löcher 8c der Maske 8 gebildet ist, beteiligt ist, während der andere Teil des Laserstrahls L1 wiederholt Vielfachrefle­ xionen zwischen der Reflexionsschicht 8b der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 erfährt.

Dabei wird die Position, an der der Laserstrahl L1 zwischen der Reflexionsschicht 8b der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 reflektiert wird, sequentiell in Y-Achsenrichtung (d. h. nach links in Fig. 2A) verlagert. Andererseits trifft der Laserstrahl L2, der durch die Lichtdurchtrittslöcher 8c der Maske 8 durchgelassen wird und eine vorbestimmte Struk­ tur entsprechend derjenigen der Maske 8 hat, auf das Werkstück 12 auf, so daß die Kontaktlöcher 18 oder dergleichen in dem Werkstück 12 durch die Ätzwirkung der Laserenergie gebildet werden.

Tatsächlich jedoch wird die Strahlintensität des Laserstrahls L1 allmählich geringer, während der Laserstrahl L1 in der Y-Achsenrichtung (d. h. in der refle­ xionsbedingten Verlagerungsrichtung) von der Einfallsseite des hochreflexionsfähigen Spiegels 10 zu dessen anderer Seite verlagert wird, während gleichzeitig die Reflexionen zwischen der Reflexionsschicht 8b der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 solange wiederholt werden, wie die Maske 8 und der hochreflexi­ onsfähige Spiegel 10 stationär bleiben. Anders ausgedrückt heißt das, daß die Intensitätsverteilung des Laser­ strahls L2 auf dem Werkstück 12 derart ist, daß die Inten­ sität des auf das Werkstück 12 auftreffenden Laser­ strahls L2 allmählich in der negativen Y-Achsenrichtung schwach wird, wenn die Maske 8 und der hoch­ reflexionsfähige Spiegel 10 stationär sind, wie die Strich­ linie mit der Legende "INTENSITÄTSVERTEILUNG VOR DER ABTASTUNG" zeigt (Fig. 2B).

Es ist daher vorgesehen, daß die Maske 8 in Y-Achsenrichtung bewegt wird, während das Werkstück 12 in der Y-Achsenrichtung entgegengesetzt zu der Maske 8 (d. h. in der negativen Y-Achsenrichtung) gleich­ zeitig mit der Verlagerung der Maske 8 bewegt wird, so daß das Werkstück 12 scheinbar mit dem Laserstrahl L2 abgetastet wird, obwohl der hochreflexions­ fähige Spiegel 10 ortsfest gehalten ist. In diesem Fall erfolgt eine kontinuierliche Überlappung des Laser­ strahls L2, wie die Intensitätsverteilungskurve entsprechend der Strichlinie in Fig. 2B zeigt, auf dem Werkstück 12 in der Y-Achsenrichtung, so daß eine im wesentlichen gleich­ mäßige Intensitätsverteilung des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks 12 realisiert wird, wie die Voll­ linie "BEI ABTASTUNG" in Fig. 2B zeigt. In diesem Zusammen­ hang werden die Bewegungen der Maske 8 und des Werkstücks 12, die, wie vorstehend gesagt, das schein­ bare Abtasten des Laserstrahls L2 bewirken, nachste­ hend als die Abtastung bezeichnet, deren Richtung als die Bewegungsrichtung bezeichnet wird.

Selbst wenn also die Intensitätsverteilung des Laser­ strahls L2 in der Y-Achsenrichtung vor dem Abtastvorgang ungleichmäßig ist, wie die Strichlinienkurve in Fig. 2B zeigt, bewirkt die synchrone Abtastung der Maske 8 und des Werkstücks 12, wie oben gesagt, daß der Laserstrahl L2 auf dem Werkstück 12 in der Y- Achsenrichtung überlappt, und infolgedessen kann die Inten­ sitätsverteilung (genauer gesagt der kumulierte Intensitäts­ wert) des Laserstrahls L2 vergleichmäßigt werden, wie die Vollinienkurve in Fig. 2B zeigt.

In der X-Achsenrichtung dagegen ist die Intensitätsvertei­ lung des Laserstrahls L2 im Vergleich mit der Inten­ sitätsverteilung in der Y-Achsenrichtung auch dann gleich­ mäßig, wenn die Maske 8 und das Werkstück 12 stationär sind (d. h. auch dann, wenn die Maske 8 und das Werkstück 12 nicht in der X-Achsenrichtung bewegt werden). Somit kann die Intensitätsverteilung des Laserstrahls L2 auf dem Werkstück 12 ungeachtet des schrittweisen Vorschubs der Maske 8 in der X- Achsenrichtung und des schrittweisen Vorschubs des Werk­ stücks 12 in der entgegengesetzten X-Achsenrichtung (d. h. in der negativen X-Achsenrichtung) im wesentlichen gleich­ mäßig gehalten werden.

Ausführungsform 2

Im Fall der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung wird die Start- und die Endposition der Maske 8 bei ihrer synchronen Abtastung zur scheinbaren Abtastung des Werkstücks 12 mit dem Laserstrahl L2 nicht berück­ sichtigt. In diesem Zusammenhang sollte aber beachtet wer­ den, daß dann, wenn der Gesamthub oder die Gesamtstrecke der synchronen Abtastung der Maske 8 länger als eine Länge einer effektiven Strukturfläche auf der Maske 8 (d. h. einer Fläche, über die eine Loch- oder Öffnungsstruktur geformt ist) gemacht wird, die Intensitätsverteilung des Laserstrahls L2, der das Werkstück 12 bestrahlt, weiter vergleichmäßigt werden kann.

Bei der zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, die Strecke oder den Hub der synchronen Abtastung der Maske 8 größer als die Länge der effektiven Struk­ turfläche der Maske 8 einzustellen. Die Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Dabei ist der Aufbau der Vorrichtung selbst im wesentlichen gleich dem Aufbau, der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Bei dieser Ausführungsform wird die Gesamtstrecke, um die die Maske 8 synchron mit dem Werkstück 12 bewegt wird, von der Steuereinheit 16A so gesteuert, daß sie größer als die Länge der effektiven Strukturfläche der Maske 8, gesehen in der Abtastbewegungsrich­ tung, ist. Außerdem sind die Startpositionen der Maske 8 und des Werkstücks 12 für den Abtastbetrieb so festgelegt, daß eine Zone, in der die Bewegungsgeschwin­ digkeit der Maske 8 während der synchronen Abtastung stabilisiert ist (diese Zone wird nach­ stehend auch als die stabile Geschwindigkeitszone bezeichnet), einen Bereich auf dem Werkstück 12 überdeckt, der tatsächlich von dem Laserstrahl L2 bestrahlt bzw. beleuchtet werden soll. Dieser Bereich des Werkstücks 12 wird auch als der bestrahlte Bereich bezeichnet.

Fig. 4A ist eine Seitenansicht einer Vielfachreflexions­ anordnung, bestehend aus der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10, gesehen in der X-Achsen­ richtung, und zeigt schematisch den Zustand, in dem der Laserstrahl L1 Vielfachreflexionen erfährt, während er in der Y-Achsenrichtung bewegt wird. Wie Fig. 4A zeigt, hat der Laserstrahl L1, mit dem die Maske 8 bestrahlt wird, eine scheinbare Breite bzw. Refle­ xionsverschiebungsdistanz ΔW (d. h. eine Länge oder Distanz, über die der Laserstrahl L1 in der Y-Achsenrichtung verlagert wird, während er die Vielfachreflexionen zwischen der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 in der Y-Achsenrichtung erfährt). Andererseits ist Fig. 4B eine Draufsicht von oben auf die Strukturie­ rungsmaske 8, und Fig. 4C zeigt die Änderung der Be­ wegungsgeschwindigkeit v als Funktion der Positionen der Maske 8 in der Bewegungsrichtung (in der negativen Y-Achsenrichtung).

In Fig. 4 bezeichnen L1a und L1b Bereiche auf der Maske 8, die mit dem Laserstrahl L bestrahlt werden (siehe Fig. 4B), a und b sind Mittenpositionen der bestrahlten Bereiche L1a und L1b (siehe Fig. 4C), Wab be­ zeichnet die Distanz der relativen Verlagerung des Laserstrahls L1 für den Abtastvorgang in der Y-Achsenrich­ tung (siehe Fig. 4C), 8d bezeichnet eine effektive Struktur­ fläche auf der Maske 8, W bezeichnet die Breite der effektiven Strukturfläche 8d (Länge in der Y- Achsenrichtung), RS bezeichnet einen stabilen Geschwindig­ keitsbereich, über den die Bewegungsgeschwindigkeit v stabil ist, RV bezeichnet einen geschwindigkeitsveränder­ lichen Bereich, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit v veränderlich ist, und ΔWa bzw. ΔWb bezeichnen Randbreiten des geschwindigkeitsstabilen Bereichs RS für die effektive Strukturflächenbreite W.

Es wird nunmehr angenommen, daß der vielfach reflektierte Laserstrahl L1 an der Position L1a (der Mittenposi­ tion a in der Y-Achsenrichtung) liegt, wie ein Vollinien­ viereck in Fig. 4B zeigt. Zu diesem Zeitpunkt bewegt die Steuereinheit 16A (siehe Fig. 1) die Maske in der negativen Y-Achsenrichtung, so daß der Excimerlaser­ strahl L1 von der Vollinienposition L1a in Richtung zu der Strichlinienposition L1b in der Y-Achsenrichtung bewegt wird, um die scheinbare Abtastung durchzuführen, so daß der Laserstrahl die Maske 8 entlang der Y- Achsenrichtung von der Position L1a zu der Position L1b scheinbar abtastet.

In diesem Fall ist die Abtaststrecke der Verlagerung Wab (d. h. die Strecke von der Mittenposition a zu der Position b) größer gewählt als die Länge W der Fläche, in der die Abbildungsstruktur in der Maske 8, d. h. die effektive Strukturfläche 8d, gebildet ist, gesehen in der synchronen Bewegungsrichtung (in Richtung der Y-Achse) des Abtastvorgangs.

Somit liegt die effektive Strukturfläche 8d, die von dem Laserstrahl L1 während der synchronen Abtastung von der Position a zu der Position b überdeckt ist, innerhalb des geschwindigkeitsstabilen Bereichs RS, wie die Fig. 4B und 4C zeigen, was wiederum bedeutet, daß die In­ tensitätsverteilung (der kumulierte Intensitätswert) des Laserstrahls L1, der die effektive Strukturfläche 8d bestrahlt, vergleichmäßigt ist.

Wenn übrigens die Maske 8 in der negativen Y- Achsenrichtung bewegt wird, um dadurch den Mittelpunkt des vielfachreflektierten Laserstrahls L1 von der Posi­ tion a zu der Position b zu verlagern, um den scheinbaren Abtastvorgang durchzuführen, ändert sich die Bewe­ gungsgeschwindigkeit v beispielsweise auf eine in Fig. 4C gezeigte Weise. In diesem Fall ist ohne weiteres ersicht­ lich, daß dann, wenn der geschwindigkeitsveränderliche Be­ reich RV der Bewegungsgeschwindigkeit v die effektive Strukturfläche 8d störend beeinflußt, die Bewegungsge­ schwindigkeit v sich innerhalb der effektiven Strukturfläche 8d ändert, und infolgedessen kann die Intensitätsverteilung (der kumulierte Intensitätswert) des Laserstrahls L1, der die effektive Strukturfläche 8d bestrahlt, ungleich­ förmig werden.

Aus den vorgenannten Gründen sind die Abtastverlagerungs- Startposition a und die Abtastverlagerungs-Endposition b so vorgegeben, daß das Werkstück 12 innerhalb des geschwindig­ keitsstabilen Bereichs RS bearbeitet werden kann, in dem die Geschwindigkeit v der Maske 8 stabil ist. Auf diese Weise kann die Intensitätsverteilung (der kumulative Intensitätswert) des Laserstrahls L1, der auf die effektive Strukturfläche 8d trifft, weitgehend ver­ gleichmäßigt werden, so daß das Werkstück 12 gleichmäßig bearbeitet werden kann.

Übrigens können die Beziehungen zwischen der Reflexions­ verlagerungsstrecke (scheinbaren Breite) ΔW des Laserstrahls L1 und den Rand- bzw. Toleranzbreiten ΔWa und ΔWb des geschwindigkeitsstabilen Bereichs Rs so gewählt werden, daß sie den nachstehenden Bedingungen genügen:

ΔWa < ΔW/2

ΔWb < ΔW/2

Wie aus den obigen Ausdrücken ersichtlich ist, muß jede der Rand- bzw. Toleranzbreiten ΔWa und ΔWb größer als die halbe Reflexionsverlagerungsstrecke (oder scheinbare Breite) ΔW des Laserstrahls L1 vorgegeben sein, damit die effektive Strukturfläche 8d mit Sicherheit innerhalb der effektiven Strukturfläche 8d abgetastet werden kann. Dabei sollte erneut gesagt werden, daß die scheinbare Breite ΔW des Laserstrahls L1 der Strecke entspricht, um die der Laserstrahl L1 während der Vielfachreflexionen verlagert wird, die der Laserstrahl L1 zwischen der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 erfährt.

Selbstverständlich bestimmt dabei die Steuereinheit 16A die Abtastverlagerungs-Start/Endpositionen des Werkstücks 12, das synchron mit der Maske 8 bewegt wird, wie bereits beschrieben wurde.

Ausführungsform 3

Bei der zweiten Ausführungsform der Laserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung wird die Bewegungsgeschwin­ digkeit v während der synchronen Abtastung der Maske 8 und des Werkstücks 12 innerhalb der effektiven Strukturfläche 8d konstantgehalten. Wenn jedoch die synchrone Bewegungsgeschwindigkeit sich ändert, ist es erwünscht, die Pulsfrequenz des Excimer­ lasers 1 als eine Funktion der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit zu steuern, um so die Intensi­ tätsverteilung des Laserstrahls L2, mit dem das Werkstück 12 durch die scheinbare Abtastung mit dem Laserstrahl L2 bestrahlt wird, zu vergleichmäßigen.

Bei der dritten Ausführungsform der Bestrahlungsvorrichtung ist vorgesehen, daß die Pulsfrequenz des Excimerlasers 1 in Abhängigkeit von der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit v gesteuert wird. Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 wird nachstehend die dritte Ausführungsform der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrich­ tung beschrieben; dabei ist Fig. 5 eine Perspektivansicht, die schematisch den Aufbau der Excimerlaserstrahl-Bestrah­ lungsvorrichtung zeigt und in der L0, L1 und L2, 1 bis 15 und 17 Teile oder Komponenten bezeichnen, die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszei­ chen versehen sind.

Der Maskenbewegungsmechanismus 9 und der Werkstückbewegungs­ mechanismus 14 werden mit hoher Präzision unter Steuerung durch eine Steuereinheit 16B angetrieben, die die Steuer­ einrichtung bildet und der Steuereinheit 16A von Fig. 1 entspricht. Es ist eine Geschwindigkeitsmeßeinheit 19 vor­ gesehen, um die Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8 und des Werkstücks 12 zu messen. Dabei sollte wiederum erwähnt werden, daß die Maske 8 und das Werkstück 12 in entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse synchron miteinander bewegt werden. Daher wird in der nachstehenden Beschreibung nur die Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8 berücksichtigt, und es versteht sich, daß diese Beschreibung auch auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks 12 zutrifft. Die von der Geschwindigkeitsmeßeinheit 19 gemessene Bewegungsgeschwindigkeit v wird in die Steuereinheit 16B eingegeben und zur Steuerung der Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 in Ab­ hängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit v genutzt.

Die in Fig. 5 gezeigte Steuereinheit 16B ist so ausgelegt oder programmiert, daß, wenn die Bewegungsgeschwin­ digkeit v der Maske 8 sich während ihrer Abtastung synchron mit dem Werkstück 12 innerhalb einer bearbeiteten Strukturfläche des Werkstücks 12 (d. h. der Fläche des Werkstücks 12, die durch Bestrahlen mit dem Laserstrahl L2 zu bearbeiten ist), die der vorher er­ wähnten (Fig. 4B) effektiven Strukturfläche 8d der Maske 8 entspricht, ändert, die Puls­ frequenz f des Excimerlasers 1 unter eine vorbe­ stimmte Frequenz f0 verringert wird, wenn die Bewe­ gungsgeschwindigkeit v eine vorbestimmte Geschwindigkeit v0 unterschreitet, wohingegen dann, wenn die Bewegungsge­ schwindigkeit v höher als die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 ist, die Pulsfrequenz f über die vorbestimmte Frequenz f0 hinaus erhöht wird.

Fig. 6A ist eine Seitenansicht, die eine Vielfachreflexi­ onsanordnung für den Laserstrahl L1, gesehen in X- Achsenrichtung, zeigt, und zeigt schematisch den Zustand, in dem der Laserstrahl L1 Vielfachreflexionen zwischen der Maske 8 und dem hochreflexionsfähigen Spiegel 10 erfährt, während er in der y-Achsenrichtung bewegt wird. Fig. 6B ist eine Draufsicht von oben auf die Maske 8, wobei 8d, L1a und L1b die gleiche Bedeutung haben, die sie vorher in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform hatten (siehe Fig. 4). Fig. 6C ist ein Diagramm, das nur beispielsweise Änderungen der Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8 während der synchronen Abtastung in der Y-Achsen­ richtung zeigt. Fig. 6D zeigt die Änderung der Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 während der synchronen Abtastung, und zwar ebenfalls nur bei­ spielsweise.

Nachstehend folgt die Beschreibung des Betriebs der Excimer­ laserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6.

Es wird angenommen, daß der vielfachreflektierte Laserstrahl L1 an der Position L1a liegt, die in Fig. 6B durch ein Vollinienviereck bezeichnet ist. Zu diesem Zeit­ punkt bewegt die Steuereinheit 16B die Maske 8 in der negativen Y-Achsenrichtung, so daß der Mittelpunkt des Laserstrahls L1 von der Position a zu der Posi­ tion b bewegt wird, um eine scheinbare Abtastung durchzu­ führen, um die Intensitätsverteilung (den kumulierten Inten­ sitätswert) des Laserstrahls in der Y-Achsenrichtung gleichmäßig zu machen.

Dabei wird angenommen, daß sich die Bewegungsgeschwin­ digkeit v während der synchronen Abtastung auf die in Fig. 6C gezeigte Weise ändert. Infolgedessen wird die Intensität (der kumulierte Intensitätswert) des Laserstrahls L2, der nach Durchsetzen der effektiven Struk­ turfläche 8d der Maske 8 auf das Werkstück 12 projiziert wird, hoch, wenn die Bewegungsgeschwindig­ keit v niedrig ist, wohingegen die Intensität niedrig wird, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit v hoch ist, und zwar unter der Annahme, daß die Pulsfrequenz f mit einer vorbestimmten konstanten Frequenz f0 vorgegeben ist, so daß auf die Bearbeitungsfähigkeit des Werkstücks 12 ein nachteiliger Einfluß ausgeübt wird.

Unter diesen Umständen überwacht die Steuereinheit 16B die Abtastbewegungsgeschwindigkeit v während der synchronen Ab­ tastung der Maske 8 mit Hilfe der Geschwindigkeitsmeßeinheit 19 und steuert die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 in Abhängig­ keit von der gemessenen bzw. erfaßten Bewegungsge­ schwindigkeit v auf die in Fig. 6D gezeigte Weise. Wenn dabei die Bewegungsgeschwindigkeit v höher als die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 ist, wird die Pulsfrequenz f höher als die vorbestimmte Frequenz f0 eingestellt, wohingegen die Pulsfrequenz f niedriger als die vorbestimmte Frequenz f0 eingestellt wird, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit v die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 unterschreitet.

Auf diese Weise kann die Intensitätsverteilung (der kumu­ lierte Intensitätswert) des auf das Werkstück 12 proji­ zierten Laserstrahls L2 vergleichmäßigt werden. In diesem Zusammenhang kann die Beziehung zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit v und der Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 durch die folgenden Aus­ drücke wiedergegeben werden:

f = f0 + k1 . Δv

Δv = v - v0

mit k1 = eine Proportionalitätskonstante mit einem positiven Wert und Δv = eine Abweichung bzw. Differenz zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit v und der vorbestimmten Ge­ schwindigkeit v0.

Die vorbestimmte Frequenz f0 und die vorbestimmte Geschwin­ digkeit v0, die als Referenzen oder Standards der Be­ wegungsgeschwindigkeit v und der Pulsfrequenz f genutzt werden, entsprechen jeweils der Puls­ frequenz f bzw. der Bewegungsgeschwindigkeit v, mit der das Werkstück im Normalzustand stabil bearbeitet werden kann. Indem also die Bewegungsgeschwindigkeit v mit v0 und die Pulsfrequenz f mit f0 vorgegeben werden, kann das Werkstück 12 stabil bearbeitet werden.

Bei der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann die Intensitätsverteilung des Laserstrahls im wesentlichen konstantgehalten werden, indem die Pulsfrequenz f in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit v erhöht oder verringert wird, wie Fig. 6D zeigt. Somit kann die Intensitätsvertei­ lung (der kumulierte Intensitätswert) des Laser­ strahls L1, mit dem die effektive Strukturfläche 8d der Maske 8 bestrahlt wird, vergleichmäßigt wer­ den, was wiederum bedeutet, daß das Werkstück 12 gleichmäßig bearbeitet werden kann.

Ausführungsform 4

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Excimerlaser­ strahl-Bestrahlungsvorrichtung werden Änderungen der Dicke, des Materials und anderer Faktoren des Werkstücks 12 nicht beachtet. Es wird aber bevorzugt, die effektive Intensi­ tätsverteilung des auf das Werkstück 12 projizierten Laserstrahls L2 dadurch zu vergleichmäßigen, daß die Pulsfrequenz f oder die Bewegungsgeschwin­ digkeit v in Abhängigkeit von Änderungen der Dicke, des Materials und/oder sonstiger Faktoren erhöht oder verringert wird, wenn solche Änderungen auftreten.

Bei der vierten Ausführungsform ist vorgesehen, die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 oder die Bewegungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von Änderungen der Dicke und des Materials des Werkstücks 12 zu steuern. Diese Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 9 beschrieben, wobei Fig. 7 eine Perspektivansicht der Excimerlaserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung ist, in der L0, L1 und L2, 1 bis 15 und 17 gleiche oder äquivalente Teile oder Komponenten wie in der Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsformen bezeichnen.

Der Maskenbewegungsmechanismus 9 und der Werkstückbewegungs­ mechanismus 14 werden mit hoher Präzision unter Steuerung durch eine Steuereinheit 16C angetrieben, die die Steuer­ einrichtung bildet und der Steuereinheit 16A von Fig. 1 entspricht. Eine Dickenmeßeinrichtung 20 ist vorgesehen, um Abweichungen der Dicke des Werkstücks 12 zu messen. Die von der Dickenmeßeinrichtung 20 gemessene Dicke d wird in die Steuereinheit 16C eingegeben.

Die in Fig. 7 gezeigte Steuereinheit 16C ist so ausgelegt oder programmiert, daß dann, wenn die Dicke d des Werkstücks 12 größer als eine vorbestimmte Dicke d0 ist, die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 über eine vorbestimmte Frequenz f0 hinaus erhöht wird, wohingegen die Pulsfrequenz f unter die vorbestimmte Frequenz f0 verringert wird, wenn die Dicke d die vorbestimmte Dicke d0 unterschreitet.

Alternativ kann die in Fig. 7 gezeigte Steuereinheit 16C so ausgelegt oder programmiert sein, daß dann, wenn die Dicke d des Werkstücks 12 größer als die vorbestimmte Dicke d0 ist, die Bewegungsgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 (sowie der Maske 8) unter die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 verringert wird, wohingegen die Bewegungsgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 (sowie der Maske 8) über die vorbestimmte Geschwindig­ keit v0 hinaus erhöht wird, wenn die Dicke d eine vorbe­ stimmte Dicke d0 unterschreitet. Zur Vereinfachung der Be­ schreibung wird hier die Bewegungsgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 betrachtet, wobei es sich versteht, daß die Geschwindigkeit v des Werkstücks 12 derjenigen der Maske 8 entspricht, auch wenn sie streng ge­ nommen nicht miteinander übereinstimmen.

Fig. 8A ist eine Seitenansicht und zeigt Vielfachreflexions­ anordnungen der Maske 8 und des hochreflexi­ onsfähigen Spiegels 10 gemeinsam mit der Abbildungslinse 11 und einem Werkstück 12, gesehen in Richtung der X-Achse, und Fig. 8B ist eine Draufsicht, die schematisch eine Fläche zeigt, die mit dem Laserstrahl L2 zu bestrahlen ist, der von der Abbildungslinse 11 nach Durchsetzen der Maske 8 auf das Werkstück 12 projiziert wird.

Fig. 8B zeigt eine bestrahlte Fläche (effektive bearbeitete Fläche) 12a, die auf dem Werkstück 12 gebildet ist durch Abbilden der effektiven Strukturfläche 8d der Maske 8 darauf, eine Fläche L2a auf dem Werkstück 12, die mit dem Laserstrahl L2 vor der synchronen Abtast­ verlagerung des Werkstücks 12 bestrahlt wird, und eine Posi­ tion L2b auf dem Werkstück 12, die mit dem Laser­ strahl L2 nach der synchronen Verlagerung des Werkstücks 12 bestrahlt wird.

Fig. 8C zeigt eine Änderung der Dicke d des Werkstücks 12, gesehen in seiner Bewegungsrichtung (d. h. in der Y- Achsenrichtung), wobei d0 eine vorbestimmte Dicke bezeich­ net, die als Referenz- oder Standarddicke dient, und a und b Mittenpositionen des Laserstrahls L2 am Beginn und am Ende der synchronen Abtastung bezeichnen.

Fig. 8D zeigt die Pulsfrequenz f oder die Bewegungsgeschwindigkeit v, die in Abhängigkeit von Änderungen der Dicke d des Werkstücks 12 gesteuert wird, wobei f0 eine vorbestimmte Frequenz bezeichnet, die als Vergleichsstandard dient. Außerdem ist v0 ein Vergleichs­ standard für die Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8.

Es wird nunmehr angenommen, daß der Mittelpunkt des Laserstrahls L1, der vielfach reflektiert und durch die Maske 8 und die Abbildungslinse 11 projiziert worden ist, an einer Position a auf der Y-Achse liegt (siehe die Fig. 4C und 4D). Ausgehend von dieser Position wird das Werkstück 12 in der Y-Achsenrichtung synchron mit der Ab­ tastung der Maske 8 bewegt, so daß der Laserstrahl L1 scheinbar von der Position a zu der Position b bewegt wird, um den Abtastvorgang durchzu­ führen und die Intensitätsverteilung (den kumulierten Inten­ sitätswert) des Laserstrahls in der y-Achsenrichtung ungeachtet der Vielfachreflexionen zu vergleichmäßigen, wie bereits erläutert wurde.

Wenn dabei die Dicke d des Werkstücks 12 sich auf eine in Fig. 8C gezeigte Weise innerhalb der bestrahlten Fläche 12a auf dem Werkstück 12, über die die effektive Strukturfläche 8d der Maske 8 projiziert wird (siehe Fig. 6B), ändert, muß dementsprechend die Strahlungsmenge des Laserstrahls L2 in Abhängigkeit von der Dicke d des Werkstücks 12 geändert werden, um das Werkstück 12 wir­ kungsvoll gleichmäßig zu bearbeiten.

Wenn beispielsweise die Dicke d des Werkstücks 12 die vorbe­ stimmte Dicke d0 überschreitet, muß die Bestrahlungsquan­ tität des Laserstrahls L2 erhöht werden, wohingegen dann, wenn die Dicke d die vorbestimmte Dicke d0 unter­ schreitet, die Bestrahlungsquantität des Laserstrahls L2 verringert werden muß.

Dazu überwacht die Steuereinheit 16C die Änderung der Dicke d des Werkstücks 12 mit Hilfe der Dickenmeßeinrichtung 20. Alternativ kann die Dicke d des Werkstücks 12 separat gemessen werden. Die Pulsfrequenz f des Excimer­ lasers 1 oder die Bewegungsgeschwindigkeit v während der synchronen Abtastung wird von der Steuereinheit 16C variabel in Abhängigkeit von der Dicke d des Werkstücks 12 in der in Fig. 8D gezeigten Weise ge­ steuert.

In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß die Pulsfrequenz f in Abhängigkeit von der Dicke d des Werk­ stücks 12 mittels der Steuereinheit 16C gesteuert werden soll. In diesem Fall gelten die nachstehenden Beziehungen für die Dicke d und die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1.

f = f0 + k2 . Δd

Δd = d - d0

mit k2 = eine Proportionalitätskonstante mit einem positiven Wert und Δd = eine Abweichung bzw. Differenz zwischen der Dicke d des Werkstücks 12 und der vorbestimmten Dicke d0. Die vorbestimmte Frequenz f0 und die vorbestimmte Dicke d0 sind die Standardwerte für die Pulsfrequenz f bzw. die Dicke d, die erforderlich sind, um das Werkstück 12, das mit einer vorbestimmten gleichförmigen Dicke ange­ nommen wird, stabil zu bearbeiten, wobei die Standard- oder Referenzwerte d0 und f0 so gewählt sind, daß das Werkstück 12 stabil bearbeitet werden kann, indem das Werkstück mit dem Laserstrahl L2 der vorbestimmten Frequenz f0 bestrahlt wird, wenn das Werkstück 12 während der synchronen Abtastung mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird.

In dem Fall dagegen, in dem die Bewegungsgeschwindig­ keit v von der Steuereinheit 16C zu steuern ist, gilt die durch den nachstehenden Ausdruck erhaltene Beziehung:

v = v0 - k3 . Δd

mit k3 = eine Proportionalitätskonstante. In diesem Fall wird die Bewegungsgeschwindigkeit v in umgekehrt proportionaler Beziehung zu der Abweichung Δd der Dicke d gesteuert.

Die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 und die vorbestimmte Dicke d0 sind jeweilige Standardwerte, die eine stabile Bearbeitung des Werkstücks 12 zulassen, und daher werden sie so gewählt, daß dann, wenn das Werkstück 12 der vorbestimm­ ten gleichmäßigen Dicke d0 mit dem Laserstrahl L2 einer vorbestimmten konstanten Pulsfrequenz bestrahlt wird, das Werkstück 12 stabil und gleichmäßig bearbeitet werden kann, indem das Werkstück 12 während der synchronen Abtastung mit der Standardgeschwindigkeit v0 bewegt wird.

Durch variable Steuerung der Pulsfrequenz f oder der Bewegungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von der Dicke d des Werkstücks 12 ist es möglich, das Werkstück 12 durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L2 auch dann effektiv gleichmäßig zu bearbeiten, wenn die Dicke d des Werkstück 12 veränderlich ist, wie in den Fig. 8C und 8D zu sehen ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird nun die Steuerung der Pulsfrequenz f oder der Bewegungsgeschwin­ digkeit v in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks 12 beschrieben.

In diesem Fall bestimmt die Steuereinheit 16C rechnerisch eine Ätzrate e für einen Einzelimpuls des Laser­ strahls L2 auf der Basis der von dem Dickenmeßeinrichtung 20 gemessenen Dicke d, um so auf der Basis einer Abweichung Δe von einer vorbestimmten Ätzrate e0 zu entscheiden, ob das Material des Werkstücks 12 leicht oder schwer zu bearbeiten ist.

Wenn sich dabei das Material des Werkstücks 12 innerhalb der Fläche 12a des Werkstücks 12, die mit dem Laserstrahl L2 während der synchronen Abtastung bestrahlt wird, ändert, wird die Pulsfrequenz f des Excimer­ lasers 1 von der Steuereinheit 16C unter die vorbestimmte Frequenz f0 verringert, wenn entschieden wird, daß das Material des Werkstücks 12 relativ leicht zu be­ arbeiten ist, wohingegen die Pulsfrequenz f über die vorbestimmte Frequenz f0 hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks 12 relativ schwer zu bearbeiten ist.

Als Alternative kann die Bewegungsgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 (und der Maske 8) über die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 unter Steuerung durch die Steuereinheit 16C erhöht werden, wenn das Material des Werkstücks 12 relativ leicht zu bearbeiten ist, wohingegen die Bewegungsgeschwindigkeit v unter die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 verringert wird, wenn das Material des Werkstücks 12 relativ schwer zu bearbeiten ist.

Fig. 9A ist eine Draufsicht von oben, die schematisch Positionen, die der Laserstrahl L2 einnimmt, und einen bestrahlten Bereich auf dem Werkstück 12 zeigt, Fig. 9B zeigt Änderungen der Ätzrate e, gesehen in der Bewegungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Werkstücks 12, und Fig. 9C zeigt die Steuerung der Pulsfrequenz f und der Bewegungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von der Ätzrate e. In der Figur bezeichnet e0 eine Referenz- oder Standardrate zum Vergleich mit der Ätzrate e.

Wenn sich das Material des Werkstücks 12 innerhalb der be­ strahlten Fläche 12a ändert, wie beispielhaft in Fig. 9B gezeigt ist, bestimmt die Steuereinheit 16C vorher rech­ nerisch die Ätzrate e, die dem Material des Werkstücks 12 entspricht oder damit vergleichbar ist, auf der Basis der von der Dickenmeßeinrichtung 20 gemessenen Dicke d. Dabei kann die Ätzrate e auch auf der Basis der Tiefe des Kontaktlochs (siehe Fig. 3) bestimmt werden, das in dem Werkstück 12 durch Bestrahlen mit einem Einzelimpuls des Laser­ strahls L2 gebildet wird.

In Abhängigkeit von der so bestimmten Ätzrate e steuert die Steuereinheit 16C auf variable Weise die Puls­ frequenz f des Excimerlasers 1 oder alternativ die Bewegungsgeschwindigkeit v des Werkstücks 12 während der Abtastung auf die Weise, die beispielhaft in Fig. 9C gezeigt ist.

Wenn dabei die Ätzrate e niedriger als die vorbestimmte Ätzrate e0 ist, was bedeutet, daß das Werkstück 12 aus einem relativ schwer zu bearbeitenden Material besteht, erhöht die Steuereinheit 16C die Pulsfrequenz f über die vorbestimmte Frequenz f0 hinaus oder verringert alternativ die Bewegungsgeschwindigkeit v.

Wenn dagegen festgestellt wird, daß die Ätzrate e höher als die vorbestimmte Ätzrate e0 ist, was bedeutet, daß das Material des Werkstücks 12 relativ leicht zu bearbeiten ist, verringert die Steuereinheit 16C die Pulsfre­ quenz f unter die vorbestimmte Frequenz f0 oder erhöht alternativ die Bewegungsgeschwindigkeit v über die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 hinaus.

Wenn die Pulsfrequenz f von der Steuereinheit 16C gesteuert werden soll, gelten die nachstehenden Bezie­ hungen für die Ätzrate e, die anzeigt, ob das Material des Werkstücks 12 leicht oder schwer zu bearbeiten ist, und für die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1:

f = f0 + k4 . Δe

Δε = ε - ε0

mit k4 = eine Proportionalitätskonstante mit einem positiven Wert und Δe = eine Abweichung bzw. Differenz der Ätzrate e des Werkstücks 12 von der vorbestimmten Ätzrate e0.

Die vorbestimmte Frequenz f0 und die vorbestimmte Ätzrate e0 sind die Standardwerte für die Pulsfrequenz f bzw. die Dicke d, die erforderlich sind, um das Werkstück 12 stabil und gleichmäßig zu bearbeiten, wobei der Standardwert e0 und die vorbestimmte Frequenz f0 so gewählt sind, daß das Werkstück 12 stabil bearbeitet werden kann, indem es mit dem Laserstrahl L2 der vorbestimmten Frequenz f0 be­ strahlt wird, wenn das Werkstück 12 während der synchronen Abtastverlagerung mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird.

Wenn dagegen die Bewegungsgeschwindigkeit v von der Steuereinheit 16C gesteuert werden soll, gilt der nachste­ hende Ausdruck für die Ätzrate e und die Bewegungsge­ schwindigkeit v während der synchronen Abtastverlagerung:

v = v0 - k5 . Δe

mit k5 = eine Proportionalitätskonstante.

Die vorbestimmte Geschwindigkeit v0 und die vorbestimmte Ätzrate e0 sind jeweilige Standardwerte, die eine stabile und gleichmäßige Bearbeitung des Werkstücks 12 ermöglichen, und sie sind daher so gewählt, daß dann, wenn das Werkstück 12 des der vorbestimmten Ätzrate e0 entsprechenden Materials mit dem Laserstrahl L2 einer vorbestimmten konstanten Pulsfrequenz bestrahlt wird, das Werkstück 12 stabil und gleichmäßig bearbeitet werden kann, indem es mit der Standardgeschwindigkeit v0 während der synchronen Ab­ tastung bewegt wird.

Durch Steuerung der Pulsfrequenz f oder der Bewegungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von der Ätzrate e auf die in Fig. 9C gezeigte Weise kann eine Bestrahlungsintensität des Laserstrahls L2 über die bestrahlte Fläche 12a auf dem Werkstück 12 realisiert werden, die die Durchführung der Bearbeitung wirkungsvoll und gleichmäßig erlaubt, selbst wenn sich das Material des Werkstücks 12 innerhalb der bestrahlten Fläche 12a ändert.

Ausführungsform 5

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Excimerlaser­ strahl-Bestrahlungsvorrichtung wird der Einfluß eines Schrittvorschubinkrements ΔS der Maske 8 und des Werkstücks 12 in X-Achsenrichtung nicht berücksichtigt. Es wird aber bevorzugt, das Schrittvorschubinkrement ΔS kleiner als eine Breite ΔWx des Laserstrahls L1 auf der Maske 8 in Richtung der X-Achse vorzu­ geben, um dadurch die Intensitätsverteilung des Laserstrahls zu vergleichmäßigen, wenn die Maske 8 und das Werkstück 12 stufenweise in der X-Achsen­ richtung bewegt werden.

Bei der fünften Ausführungsform ist vorgesehen, die In­ tensitätsverteilung des Laserstrahls in Richtung der X-Achse dadurch zu vergleichmäßigen, daß das Schrittvor­ schubinkrement ΔS kleiner als die Breite ΔWx des Laserstrahls vorgegeben wird. Die Excimerlaserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Dabei kann diese Vorrichtung im wesentlichen mit der gleichen Konstruktion implementiert werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Das Grundkonzept, auf dem diese Ausführungsform der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung basiert, liegt darin, daß, wenn die Maske 8 und das Werk­ stück 12 schrittweise in X-Achsenrichtung vorwärtsbewegt werden, um die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L2 entlang der Y-Achsenrichtung zu wiederholen, die Maske 8 und das Werkstück 12 in einer Richtung (X- Achsenrichtung) bewegt werden, die orthogonal zu der Ab­ tastbewegungsrichtung (Y-Achsenrichtung), in der die Maske 8 und das Werkstück 12 bewegt werden, um den vorher beschriebenen Abtastvorgang durchzuführen, und zu der optischen Achse der Abbildungslinse 11 ist, wobei das Schrittvorschubinkrement ΔS in der X-Achsenrichtung kleiner als die Breite ΔWx des Laserstrahls L1, gesehen in Richtung der X-Achse, vorgegeben ist.

Fig. 10A ist eine Seitenansicht, die eine Vielfachreflexi­ onsanordnung der Maske 8 und des hochrefle­ xionsfähigen Spiegels 10 für den Laserstrahl L1, gesehen in X-Achsenrichtung, zeigt, und Fig. 10B ist eine Draufsicht von oben, die schematisch Positionen, die mit dem Laserstrahl L2 bestrahlt werden, und eine effektive Strukturfläche auf der Maske 8 zeigt.

Nach Fig. 10B hat der Laserstrahl L1, der die Viel­ fachreflexionan an der Maske 8 erfährt und auf die Position L1a projiziert wird, einen Mittelpunkt, der an einer Position a auf der Y-Achse liegt. In der Figur ist die Breite des Laserstrahls L1 auf der Maske 9 in der X-Achsenrichtung mit ΔWx bezeichnet, das Schrittvorschubinkrement der Maske 8 in X- Achsenrichtung ist mit ΔS bezeichnet, und der Mittelpunkt oder die Position des Laserstrahls L1 nach dem schrittweisen Vorschub ist mit c bezeichnet.

Fig. 11A ist eine Seitenansicht, gesehen in Richtung der Y- Achse, um eine Anordnung der Maske 8 und des hochreflexionsfähigen Spiegels 10, zwischen denen der Laserstrahl L1 vielfach reflektiert wird, gemeinsam mit der Abbildungslinse 11 und dem Werkstück 12 zu zeigen, und Fig. 11B zeigt eine Intensitätsverteilung auf dem Werkstück 12, gesehen entlang seiner X-Achsenrichtung.

Nachstehend wird der Betrieb der Excimerlaserstrahl-Be­ strahlungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 10 und 11 beschrieben.

Bei dem synchronen Abtastbetrieb der Maske 8 und des Werkstücks 12 bewegt die Steuereinheit 16A die Maske 8 in der negativen Y-Achsenrichtung, so daß der Mittelpunkt des Laserstrahls L1 von der Position a zu der Position b bewegt wird (siehe Fig. 10), um den scheinbaren Abtastvorgang durchzuführen, so daß die Intensitätsverteilung des Laserstrahls in Richtung der Y-Achse vergleichmäßigt wird.

Anschließend wird die Maske 8 in X-Achsen­ richtung um das Inkrement ΔS vorwärtsbewegt, so daß dadurch der Laserstrahl L1 schrittweise von der Position b zu der Position c scheinbar verlagert wird. Danach wird die synchrone Abtastung der Maske 8 in der Y-Achsenrichtung durchgeführt. Auf diese Weise wird die Bestrahlung des Werkstücks 12 mit dem Laserstrahl L2 in der Y-Achsenrichtung sequentiell in der X-Achsenrichtung wiederholt.

Das Schrittvorschubinkrement ΔS in der X-Achsenrichtung ist kleiner als die Breite ΔWx (Fig. 10B) des Laser­ strahls L1, in X-Achsenrichtung gesehen, vorgegeben, so daß der folgenden Bedingung genügt ist:

ΔS < ΔWx/2

Ferner wird die Breite ΔWx des vielfachreflektierten Laserstrahls L1 in X-Achsenrichtung so bestimmt, wie das in Fig. 11A gezeigt ist. Dabei trifft der Laser­ strahl L1 auf den hochreflexionsfähigen Spiegel 10 in dessen Mitte auf und erfährt wiederholte Reflexionen zu beiden Enden des hochreflexionsfähigen Spiegels 10. In diesem Fall ist die Intensitätsverteilung des Laserstrahls L1 in der X-Achsenrichtung entsprechend einer Vollinienkurve oder einer Strichlinienkurve in Fig. 11B. Wie die Figur zeigt, unterliegt die Intensitätsverteilung des Excimerlaserstrahls L1 außerdem einer Änderung mehr oder weniger in der X-Achse.

Wie die Verlagerung der Strichlinienkurve relativ zu der Vollinienkurve von Fig. 11B zeigt, kann die Nichtgleich­ förmigkeit der Intensitätsverteilung des Laserstrahls L1 in der Schrittvorschubrichtung auf ein Minimum unter­ drückt werden, indem das Schrittvorschubinkrement ΔS kleiner als die Breite ΔWx des Laserstrahls L1 vorgegeben wird. Auf diese Weise kann die Ungleichförmigkeit bei der Bearbeitung des Werkstücks 12, die auf die Ungleichförmig­ keit der Intensitätsverteilung des Laserstrahls in der X-Achsenrichtung zurückgeht, minimiert werden.

Ausführungsform 6

Die vorhergehenden Ausführungsformen der Excimerlaserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung berücksichtigen nicht eine Impuls­ zwischenraum-Abtastverlagerung Δy der Maske 8 und des Werkstücks 12 in der Y-Achsenrichtung (d. h. ein Inkrement der Abtastung der Maske 8 und des Werkstücks 12, das in einer Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen des Laserstrahls L0, L1 oder L2 in der Y-Achsenrichtung stattfindet). Es wird jedoch bevorzugt, die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy für den Laserstrahl kleiner als die reflexionsbedingte Verlagerungsstrecke (scheinbare Breite) ΔW des Laser­ strahls L1 (d. h. die Länge oder Distanz, um die der Laserstrahl L1 in der Y-Achsenrichtung verlagert wird, während er reflektiert wird) vorzugeben, um so die Intensitätsverteilung (den kumulierten Intensitätswert) des Laserstrahls L1 zu vergleichmäßigen.

Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, die Intensitäts­ verteilung des Laserstrahls dadurch weiter zu ver­ gleichmäßigen, daß die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy für den Laserstrahl L0, L1 oder L2 kleiner als die reflexionsbedingte Verlagerungsstrecke ΔW des Laser­ strahls L1 vorgegeben wird.

Fig. 12A ist eine Seitenansicht, die eine Vielfachreflexi­ onsanordnung gemäß der sechsten Ausführungsform, in X-Ach­ senrichtung gesehen, zeigt, und Fig. 12B ist eine Drauf­ sicht, die schematisch Positionen zeigt, die der Laserstrahl L1 auf der Maske 8 einnimmt, wobei die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung mit Δy bezeichnet ist. Im übrigen kann diese Laserstrahl- Bestrahlungsanordnung im wesentlichen die gleiche Konstruk­ tion wie diejenige von Fig. 1 haben.

Der wesentliche Gedanke dieser Excimerlaserstrahl-Bestrah­ lungsvorrichtung ist darin zu sehen, daß die Impulszwischen­ raum-Abtastverlagerung Δy der Maske 8 und des Werkstücks 12 während ihrer synchronen Abtastung so gesteuert wird, daß sie kleiner als die reflexionsbedingte Verlagerungsstrecke ΔW des Excimerlaserstrahls L1 ist, indem die Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8 und des Werkstücks 12 unter Steuerung durch die Steuereinheit 16A geändert wird.

Zur Vereinfachung der Erläuterung wird in der folgenden Be­ schreibung nur die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy der Maske 8 und die Bewegungsgeschwin­ digkeit v berücksichtigt, wobei es sich versteht, daß die nachstehende Beschreibung gleichermaßen für das Werkstück 12 gilt.

Die Steuereinheit 16A ist so ausgelegt, daß sie die Pulsfrequenz f des Laseroszillators 1 so ändert, daß die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy der Maske 8 und des Werkstücks 12 während der synchronen Abtastung kleiner als die reflexionsbe­ dingte Verlagerungsdistanz ΔW des Laserstrahls L1 ist.

Bei der synchronen Abtastung der Maske 8 und des Werkstücks 12 wird die Maske 8 für den Abtastvorgang auch während einer Periode bewegt, die zwischen den aufeinanderfolgenden Einzelimpulsen des Laserstrahls L1 liegt (d. h. während einer Periode, in der die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1 impulsweise unterbrochen ist). Die Distanz, um die die Maske 8 während des Zeitraums zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen des Laserstrahls L1 (d. h. anders ausgedrückt in der Impuls-Ausperiode) bewegt wird, ist mit Δy bezeichnet und wird als die Impulszwi­ schenraum-Abtastverlagerung bezeichnet. Die Steuereinheit 16A steuert die Bewegungsgeschwindigkeit v der Maske 8 so, daß die Impulszwischenraum- Abtastung Δy kleiner als die reflexionsbedingte Verlagerungsdistanz ΔW des Laserstrahls L1 ist.

Ferner steuert die Steuereinheit 16A die Pulsfrequenz f des Excimerlasers 1 derart, daß die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy der Maske 8 kürzer als die reflexionsbedingte Verlagerungs­ distanz ΔW des Laserstrahls L1 ist.

Selbstverständlich kann die Steuereinheit 16A so program­ miert sein, daß sie entweder die Bewegungsgeschwin­ digkeit v oder die Pulsfrequenz f so steuert, daß der vorgenannten Bedingung (d. h. die Impulszwischen­ raum-Abtastung Δy ist kleiner als die reflexions­ bedingte Verlagerungsdistanz ΔW) genügt ist.

In diesem Zusammenhang kann die Impulszwischenraum-Abtast­ verlagerung Δy der Maske 8 für den Laserstrahl L1 auf der Basis der Pulsfrequenz f und der Bewegungsgeschwindigkeit v entsprechend dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

Δy = v/f

Andererseits ist die Beziehung zwischen der Impulszwischen­ raum-Abtastverlagerung Δy und der reflexionsbedingten Ver­ lagerungsdistanz ΔW des Laserstrahls L1 wie folgt gegeben:

Δy < k6 . ΔW

mit k6 = eine Proportionalitätskonstante, die so gewählt ist, daß sie der Bedingung genügt, daß 1 < k6 < 0.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, wird die Impuls­ zwischenraum-Abtastverlagerung Δy kleiner, je niedriger die Bewegungsgeschwindigkeit v wird. Außerdem wird die Impulszwischenraum-Abtastverlagerung Δy mit zunehmender Pulsfrequenz f kleiner.

Bei einem durchgeführten Versuch konnte eine Gleichmäßigkeit der Bearbeitung mit einer Streuung in der Größenordnung von ±10% für die Intensitätsverteilung der Laserstrahlen L1 und L2 realisiert werden, wenn die Proportionalitätskon­ stante k6 mit 0,2 vorgegeben ist. Wenn die Gleichförmigkeit der Intensitätsverteilung mit einer Streuung in der Größen­ ordnung von ±2% realisiert werden soll, sollte der Propor­ tionalitätskoeffiziant k6 mit 0,05 oder ähnlich gewählt werden.

Auf diese Weise kann durch Verringerung der Impulszwischen­ raum-Abtastverlagerung Δy die Intensitätsverteilung (der kumulierte Intensitätswert) des Laserstrahls L2 weiter vergleichmäßigt werden, so daß die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung des Werkstücks 12 entsprechend verbessert werden kann.

Ausführungsform 7

Die vorhergehenden Ausführungsformen berücksichtigen nicht das Vorhandensein eines keine Bestrahlung erfordernden Bereichs in der bestrahlten Fläche 12a auf dem Werkstück 12 (siehe Fig. 9). Es wird aber bevorzugt, eine Bestrahlung des keine Bestrahlung erfordernden Bereichs mit dem Laserstrahl L2 während der synchronen Abtastung zu inhibieren.

Die siebte Ausführungsform richtet sich auf eine Anordnung, die das Bestrahlen des keine Bestrahlung erfordernden Be­ reichs mit dem Laserstrahl L2 inhibiert.

Fig. 13A ist eine Seitenansicht einer Anordnung eines Vielfachreflexionsabschnitts, der Abbildungslinse 11 und des Werkstücks 12, gesehen in der X-Achsenrichtung, und Fig. 13B ist eine Draufsicht von oben und zeigt Positionen auf dem Werkstück 12, auf die der Laserstrahl L2 projiziert wird. Ein keine Bestrahlung (bzw. keine Bearbeitung) erfordernder Bereich innerhalb der zu bestrahlenden Fläche 12a ist mit 12b bezeichnet, wobei die beiden Endpositionen dieses keine Bestrahlung erfordernden Bereichs 12b mit m bzw. n bezeichnet sind. Dabei kann die Laserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung die gleiche Konstruktion wie in Fig. 1 haben.

Bei dieser Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ist die Steuereinheit 16A so ausgelegt, daß sie den Betrieb des Excimerlasers 1 für den keine Bestrahlung erfor­ dernden Bereich 12, falls dieser in der bestrahlten Fläche 12a des Werkstücks 12 existiert, während der synchronen Abtastung unterbricht.

Alternativ kann eine Unterbrecherplatte (nicht gezeigt) vor­ gesehen sein, die selektiv in einen Lichtweg des Laserstrahls L0, L1 oder L2 unter Steuerung durch die Steuereinheit 16A eingeschaltet werden kann. Dabei wird angenommen, daß die Unterbrecherplatte beispielsweise in den Lichtweg des Laserstrahls L2 während eines Zeitraums eingeschaltet wird, in dem der keine Bestrahlung erfordernde Bereich 12b innerhalb der bestrahlten Fläche 12a die syn­ chrone Abtastung erfährt, um so ein Bestrahlen des Werkstücks 12 mit dem Laserstrahl L2 zu inhibieren.

Wenn gemäß den Fig. 13A und 13B das Werkstück 12 in der Y- Achsenrichtung synchron mit der Maske 8 für den Abtastvorgang bewegt wird, bewegt sich die Position, an der das Werkstück 12 mit dem Laserstrahl L2 bestrahlt wird, von einer Position L2a (in Vollinien in Fig. 13B gezeigt) zu einer Position L2b (in Strichlinien in Fig. 13B gezeigt).

In diesem Fall wird während eines Zeitraums, der einer Entfernung zwischen den Positionen m und n entspricht, die den keine Bestrahlung erfordernden Bereich 12b begrenzen, der Betrieb des Excimerlasers 1 unterbrochen, oder als Alternative wird die Unterbrecherplatte in den Lichtweg des Laserstrahls L0, L1 oder L2 eingeschaltet.

Damit wird eine Bestrahlung des keine Bestrahlung erfordern­ den Bereichs 12b mit dem Laserstrahl L2 verhindert, so daß nur die Bereiche innerhalb der bestrahlten Fläche 12a, die zu bearbeiten sind, selektiv mit dem Laser­ strahl L2 bestrahlt werden können. Infolgedessen wird eine nutzlose Bestrahlung und Bearbeitung des Werkstücks 12 ver­ hindert, so daß ein unnötiger Betrieb der Bestrahlungsvor­ richtung vermieden und ihre Standzeit entsprechend verlän­ gert werden kann. Selbstverständlich kann eine hohe Zuver­ lässigkeit der Bearbeitungsleistung der Excimerlaserstrahl- Bestrahlungsvorrichtung gewährleistet werden.

Im übrigen können die Positionen m und n, die den keine Bestrahlung erfordernden Bereich 12b begrenzen, vorher als Meßdaten in einem in der Steuereinheit 16A befindlichen Speicher gespeichert werden.

Die synchrone Abtastverlagerung und der schrittweise Vor­ schubbetrieb wurden zwar in der vorstehenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit nur der Maske 8 oder nur dem Werkstück 12 be­ schrieben; es versteht sich aber, daß sowohl die Maske 8 als auch das Werkstück 12 der synchronen Ver­ lagerungssteuerung unterliegen und somit die synchrone Abtastverlagerung und den gleichzeitigen schrittweisen Vorschub erfahren.

Für den Fachmann sind zahlreiche Modifikationen und Kom­ binationen ohne weiteres ersichtlich, und die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen und gezeigten Aufbau und Betrieb beschränkt.

Beispielsweise können die einzelnen Ausführungsformen selektiv und auf geeignete Weise kombiniert werden, um die Vergleichmäßigung der Intensitätsverteilung des Excimer­ laserstrahls zu verbessern und eine höhere Betriebszuver­ lässigkeit der Excimerlaserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung sowie der optischen Bearbeitungsvorrichtung gewährleisten. Es wurde zwar in Verbindung mit der dritten und vierten Ausführungsform erläutert, daß entweder die Pulsfrequenz f oder die Bewegungsgeschwindigkeit v gesteuert wird, es versteht sich jedoch, daß auch beide in geeigneten Kombinationen mit im wesentlichen der gleichen Auswirkung gesteuert werden können.

Claims (16)

1. Verfahren zum Ausbilden einer Struktur auf einem Werk­ stück (12) unter Anwendung eines Excimerlaserstrahls, der eine Maske (8) beleuchtet und mittels eines Abbil­ dungssystems (11) ein Bild der Maske (8) auf das Werk­ stück (12) projiziert,

• 1. wobei der Laserstrahl unter einem Winkel von Θ ≠ 90° auf die Maske (8) mit lichtdurchlässigen Bereichen, die der Laserstrahl durchsetzen kann, und mit einer Reflexions­ schicht (8b), die den Laserstrahl reflektiert, auftrifft und,
• 2. wobei der von der Reflexionsschicht (8b) reflektierte Laserstrahl auf eine gegenüber der Maske (8) angeordnete Reflexionseinrichtung (10) auftrifft und zwischen dieser und der Maske (8) mehrfach reflektiert wird, so daß die Maske (8) von einem Lichtfleck beleuchtet wird und die Intensität des Lichtflecks auf der Maske (8) entlang der durch die Einfallsebene des Laserstrahls definierten Richtung abnimmt, derart daß eine Asymmetrierichtung y definiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergleichmäßigung der auf das Werkstück (12) auf­ treffenden Intensitätsverteilung das Werkstück (12) kon­ tinuierlich parallel zur Asymmetrierichtung y mit einer Geschwindigkeit (v(y)) linear in eine Richtung kontinuierlich bewegt wird und daß die Maske (8) mittels einer Steuereinrichtung (16A) synchron zum Werkstück (12) ebenfalls parallel zur Asymmetrierichtung (y) linear in die entgegengesetzte Richtung kontinuierlich bewegt wird, und zwar derart, daß das auf das Werkstück (12) projizierte Bild der Maske (8) relativ zum Werkstück (12) stationär ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (16A) auch die Geschwindigkeit (v(y)) der Maske und des Werkstücks (12) vorgibt und daß die Steuereinheit (16A) zum Ausgleich von Inhomoge­ nitäten des Werkstücks, wie Dicke und Werkstückbearbeit­ barkeit, die Geschwindigkeit (v(y)) und/oder die Pulsfre­ quenz des Laserstrahl in Asymmetrierichtung (y) verändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (16A) die Bewegung des Werkstücks (12) und der Maske (8) derart steuert, daß eine Strecke, um welche die Maske (8) und das Werkstück (12) synchron kontinuierlich verlagert werden, während sie mit dem La­ serstrahl abgetastet werden, länger als eine Länge einer effektiven Strukturfläche (8d) der Maske (8) ist, in der eine auf das Werkstück abzubildende Struktur gebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (16A) die Maske (8) bzw. das Werk­ stück (12) vor dem Start der synchronen, kontinuierlichen Abtastung an Positionen außerhalb des Bestrahlungsbereichs führt, so daß die Maske (8) und das Werkstück (12) während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung mit einer stabilisierten Geschwindigkeit wenigstens über eine Strecke verlagert werden können, die einer Fläche des Werkstücks entspricht, die mit dem Excimerlaserstrahl zu bestrahlen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (19) die Geschwin­ digkeit (v(y)) detektiert, mit der die Maske (8) und das Werkstück (12) während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung bewegt werden;
• 2. wobei die Steuereinheit (16B), wenn die Geschwindig­ keitsmeßeinrichtung (19) detektiert, daß die Abtastbe­ wegungsgeschwindigkeit, mit der die Maske (8) und das Werkstück (12) während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung verlagert werden, sich innerhalb einer mit dem Laserstrahl bestrahlten Fläche ändert, die Steuereinheit die Pulsfrequenz des Excimerlasers (1) so steuert, daß diese unter eine vorbestimmte Frequenz abnimmt, wenn die Abtastgeschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit unterschreitet, wohingegen die Steuereinheit die Impulsfrequenz so steuert, daß diese über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn die Abtastbe­ wegungsgeschwindigkeit die vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Dickenmeßeinrichtung (20), die der Steuereinheit (16C) zugeordnet ist, die Dicke des Werkstücks (12) mißt
• 2. und daß die Steuereinheit (16C), wenn die Dickenmeß­ einrichtung (20) detektiert, daß sich die Dicke des Werkstücks (12) während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung ändert, die Pulsfrequenz des Excimerlasers (1) so steuert, daß diese über eine vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn die Dicke des Werkstücks eine vorbestimmte Dicke überschreitet, bzw. unter die vorbe­ stimmte Frequenz verringert wird, wenn die Dicke des Werkstücks die vorbestimmte Dicke unterschreitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Dickenmeßeinrichtung (20), die der Steuereinheit zugeordnet ist, die Dicke des Werkstücks mißt; und
• 2. wobei die Steuereinheit, wenn die Dickenmeßeinrichtung detektiert, daß sich die Dicke des Werkstücks während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung ändert, die Steuereinheit eine Abtastbewegungsgeschwindigkeit der Maske und des Werkstücks während der synchronen, konti­ nuierlichen Abtastung so steuert, daß die Abtastbewe­ gungsgeschwindigkeit unter eine vorbestimmte Geschwin­ digkeit verringert wird, wenn die Dicke des Werkstücks eine vorbestimmte Dicke überschreitet, bzw. die Abtast­ bewegungsgeschwindigkeit über die vorbestimmte Geschwin­ digkeit hinaus erhöht wird, wenn die Dicke des Werkstücks die vorbestimmte Dicke unterschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die vorbestimmte Geschwindigkeit und die vorbe­ stimmte Dicke so gewählt sind, daß das Werkstück mit der vorbestimmten Dicke gleichmäßig und stabil mit dem La­ serstrahl der vorbestimmten Pulsfrequenz bearbeitbar ist, wenn das Werkstück während der synchronen Abtastverlage­ rung mit der vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Werkstückbearbeitbarkeit-Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob das Material des Werkstücks (12) schwer oder leicht zu bearbeiten ist; und
• 2. die Steuereinheit (16C), wenn die Beurteilungseinrich­ tung detektiert, daß sich das Material des Werkstücks innerhalb einer Fläche (12a), die mit dem Excimerlaser­ strahl während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung bestrahlt wird, ändert, die Pulsfrequenz des Excimerlasers (1) so steuert, daß diese unter eine vorbestimmte Frequenz verringert wird, wenn ein Material des Werkstücks leicht bearbeitbar ist, bzw. über die vorbestimmte Frequenz hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks schwer bearbeitbar ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Werkstückbearbeitbarkeit-Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob das Material des Werkstücks (12) schwer oder leicht zu bearbeiten ist; und
• 2. die Steuereinheit (16C), wenn die Beurteilungseinrich­ tung detektiert, daß sich das Material des Werkstücks innerhalb einer Fläche (12a), die mit dem Laserstrahl während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung be­ strahlt wird, ändert, die Bewegungsgeschwindigkeit (v(y)) der Maske (8) und des Werkstücks (12) während der syn­ chronen, kontinuierlichen Abtastung so steuert, daß die Bewegungsgeschwindigkeit über eine vorbestimmte Geschwindigkeit hinaus erhöht wird, wenn das Material des Werkstücks leicht bearbeitbar ist, bzw. unter die vorbestimmte Geschwindigkeit verringert wird, wenn das Material des Werkstücks schwer bearbeitbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. daß die schwere und die leichte Bearbeitbarkeit vorher als Ätzrate bestimmt wird, mit der das Material des Werkstücks unter Bestrahlung mit einem Einzelimpuls des Laserstrahls abgetragen wird;
• 2. wobei Informationen, die die schwere und die leichte Bearbeitbarkeit des Werkstückmaterials betreffen, in einem Speicher für jeden der Bereiche innerhalb einer Fläche des Werkstücks, die mit dem Laserstrahl zu bestrahlen ist, gespeichert sind, wobei diese Bereiche in bezug auf das Material voneinander verschieden sind; und
• 3. wobei der Speicher und die Werkstückbearbeitbarkeit- Beurteilungseinrichtung in Zuordnung zu der Steuerein­ heit (16C) vorgesehen sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Maske (8) und das Werkstück (12) unter Steuerung durch die Steuereinheit (16A) in einer Richtung (x) schrittweise verlagert wird, die sowohl zu einer optischen Achse des optischen Abbildungssystems (11) als auch zu der Bewegungsrichtung (y), in der die Maske (8) und das Werkstück (12) synchron, kontinuierlich bewegt werden, orthogonal ist, so daß eine wiederholte Bestrahlung des Werkstücks mit dem Laserstrahl in dieser orthogonalen x- Richtung ermöglicht wird; und
• 2. wobei die schrittweise Verlagerung (Δs) in der orthogonalen x-Richtung kleiner als die Breite (ΔWx) des Excimerlaserstrahlflecks in x-Richtung auf der Maske (8) ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Pulsfrequenz des Excimerlasers und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit (v(y)) der Maske (8) und des Werkstücks (12) so gesteuert wird, daß die Strecke (Δy), um die die Maske und das Werkstück in der Bewegungsrichtung (y) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Excimerlaserstrahls bewegt werden, kleiner als die Breite (ΔWy) des Laserstrahlflecks in y-Richtung auf der Maske ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Steuereinheit den Betrieb des Excimerlasers (1) für einen keine Bestrahlung erfordernden Bereich (12b) während der synchronen, kontinuierlichen Abtastung unterbricht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. durch eine Unterbrecherplatte, die unter Steuerung durch die Steuereinheit selektiv in einen Lichtweg des Excimerlaserstrahls einschaltbar ist, verhindert wird, daß das Werkstück in einem keine Bestrahlung erfordernden Bereich bestrahlt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß Information in bezug auf einen keine Bestrahlung erfordernden Bereich in einem Speicher gespeichert wird, der der Steuereinheit (16A) zugeordnet ist.