JP2000275581A - 回折光学素子（ｄｏｅ）を用いた二段縮小光学系及びこれを用いたレーザ加工システム - Google Patents
回折光学素子（ｄｏｅ）を用いた二段縮小光学系及びこれを用いたレーザ加工システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的なレーザ加工を行い得るレーザ加工シ
ステム及びそのシステムに用いるに適した光学系を提供
すること。 【解決手段】 レーザ加工システム１０は、レーザ発振
器１２からのレーザビームＢ１が照射されるパターンマ
スク１４と、入射ビームＢ３をＮ個の回折ビームＢ５に
分割して射出する回折光学素子３６と、パターンマスク
１４からのビームＢ２を縮小して回折光学素子３６への
入射ビームＢ３を与える第一の縮小光学系３２と、回折
光学素子３６からの回折ビームＢ５を被加工面Ｓに縮小
投影する第二の縮小光学系３８とを有する。ここで、二
段縮小光学系３０は、回折光学素子３６と、その上流側
及び下流側に夫々位置する第一及び第二の縮小光学系３
２及び３８とからなる。
ステム及びそのシステムに用いるに適した光学系を提供
すること。 【解決手段】 レーザ加工システム１０は、レーザ発振
器１２からのレーザビームＢ１が照射されるパターンマ
スク１４と、入射ビームＢ３をＮ個の回折ビームＢ５に
分割して射出する回折光学素子３６と、パターンマスク
１４からのビームＢ２を縮小して回折光学素子３６への
入射ビームＢ３を与える第一の縮小光学系３２と、回折
光学素子３６からの回折ビームＢ５を被加工面Ｓに縮小
投影する第二の縮小光学系３８とを有する。ここで、二
段縮小光学系３０は、回折光学素子３６と、その上流側
及び下流側に夫々位置する第一及び第二の縮小光学系３
２及び３８とからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学素子（Di
ffracitve Optical Element、以下では、「ＤＯＥ」と
もいう）を有する光学系及び該光学系を用いた加工シス
テムに係る。
ffracitve Optical Element、以下では、「ＤＯＥ」と
もいう）を有する光学系及び該光学系を用いた加工シス
テムに係る。
【０００２】この明細書において、回折光学素子はどの
ようなタイプの回折素子でもよいけれども、典型的に
は、デジタルホログラムタイプでフェイズマスクなどと
して知られるものを指す。
ようなタイプの回折素子でもよいけれども、典型的に
は、デジタルホログラムタイプでフェイズマスクなどと
して知られるものを指す。
【０００３】
【従来の技術】ＤＯＥは、基板上に形成された微細な凹
凸などに起因する位相差に伴う干渉により入射ビームを
所定の方向に回折させるもので、複数の所定方向にビー
ムを分割し得る。このビーム分割特性に着目して、分割
された回折ビームを被加工面の複数箇所に同時に照射し
て加工を行うことは、提案されている。
凸などに起因する位相差に伴う干渉により入射ビームを
所定の方向に回折させるもので、複数の所定方向にビー
ムを分割し得る。このビーム分割特性に着目して、分割
された回折ビームを被加工面の複数箇所に同時に照射し
て加工を行うことは、提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術をそのまま加工に利用しようとすると、種々の問題が
ある。例えば、パターン状開口を備えたマスクにレーザ
ビームを照射し、マスクの開口を通過したレーザビーム
をＤＯＥに入射させてＤＯＥでビームをＮ個に分割し、
分割ビームを被加工面に照射して加工を行おうとする場
合、被加工面上でのレーザ加工に必要なフルエンス（エ
ネルギ密度）を得ようとすると、ＤＯＥに照射するレー
ザ光のフルエンスは、少なくとも、ＤＯＥでのビーム分
割数Ｎ倍だけ高くする必要がある。
術をそのまま加工に利用しようとすると、種々の問題が
ある。例えば、パターン状開口を備えたマスクにレーザ
ビームを照射し、マスクの開口を通過したレーザビーム
をＤＯＥに入射させてＤＯＥでビームをＮ個に分割し、
分割ビームを被加工面に照射して加工を行おうとする場
合、被加工面上でのレーザ加工に必要なフルエンス（エ
ネルギ密度）を得ようとすると、ＤＯＥに照射するレー
ザ光のフルエンスは、少なくとも、ＤＯＥでのビーム分
割数Ｎ倍だけ高くする必要がある。
【０００５】加工を効率的に行うべく分割数Ｎを大きく
採ろうとすると、大きなフルエンス（従ってビーム強度
（単位時間当たりエネルギ密度））のレーザビームをマ
スク及びＤＯＥに照射することが必要になり、マスク及
びＤＯＥがレーザビームによって損傷を受ける虞があ
る。
採ろうとすると、大きなフルエンス（従ってビーム強度
（単位時間当たりエネルギ密度））のレーザビームをマ
スク及びＤＯＥに照射することが必要になり、マスク及
びＤＯＥがレーザビームによって損傷を受ける虞があ
る。
【０００６】一方、特にエキシマレーザのような紫外光
による加工を行う場合、被加工面の被加工点において得
られるべき照射フルエンスの範囲が比較的狭いことも少
なくない。
による加工を行う場合、被加工面の被加工点において得
られるべき照射フルエンスの範囲が比較的狭いことも少
なくない。
【０００７】本発明は、前記した点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、効率的なレーザ加工
を行い得るレーザ加工システム及び該レーザ加工システ
ムに用いるに適した光学系を提供することにある。
であり、その目的とするところは、効率的なレーザ加工
を行い得るレーザ加工システム及び該レーザ加工システ
ムに用いるに適した光学系を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光学系は、前記
した目的を達成すべく、入射ビームをＮ個の回折ビーム
に分割して射出する回折光学素子（ＤＯＥ）と、回折光
学素子への入射ビームを与える第一の縮小光学系と、回
折光学素子からの回折ビームを縮小投影する第二の縮小
光学系とを有する二段縮小光学系からなる。
した目的を達成すべく、入射ビームをＮ個の回折ビーム
に分割して射出する回折光学素子（ＤＯＥ）と、回折光
学素子への入射ビームを与える第一の縮小光学系と、回
折光学素子からの回折ビームを縮小投影する第二の縮小
光学系とを有する二段縮小光学系からなる。
【０００９】本発明の二段縮小光学系において、第一の
縮小光学系への入射ビームのフルエンスをＦｉとし、第
一及び第二の縮小光学系の倍率を、夫々、１／Ｍ１、１
／Ｍ ２（但し、Ｍ１，Ｍ２＞１）とすると、光学系にお
けるビームの伝送損失（吸収損失、反射損失、発散等）
を無視し得る場合、回折光学素子（ＤＯＥ）への入射ビ
ームのフルエンスＦｄは（Ｍ１）２・（Ｆｉ）、第二の
縮小光学系における各分割入射ビームのフルエンスＦｍ
は（Ｍ１）２・（Ｆｉ）／Ｎ、第二の縮小光学系によっ
て縮小投影される被加工面での照射ビームのフルエンス
Ｆｏは、（Ｍ１・Ｍ２）２・（Ｆｉ）／Ｎになる。な
お、ここでは、説明の簡単化のために、ＤＯＥで分割さ
れた各ビームが同一の強度を持っていると想定している
けれども、必ずしも同一の強度でなくてもよく、所定の
強度範囲に入ればよい。また、ＤＯＥによって分割され
た所定強度範囲内のビームの全てを第二の縮小光学系で
縮小投影する代わりに、一部の分割ビームを縮小投影す
るようにしてもよい。この場合、ＤＯＥによるビーム分
割数がＮよりも大きい、換言すれば、ＤＯＥは少なくと
もＮ個のビームに分割することになる。
縮小光学系への入射ビームのフルエンスをＦｉとし、第
一及び第二の縮小光学系の倍率を、夫々、１／Ｍ１、１
／Ｍ ２（但し、Ｍ１，Ｍ２＞１）とすると、光学系にお
けるビームの伝送損失（吸収損失、反射損失、発散等）
を無視し得る場合、回折光学素子（ＤＯＥ）への入射ビ
ームのフルエンスＦｄは（Ｍ１）２・（Ｆｉ）、第二の
縮小光学系における各分割入射ビームのフルエンスＦｍ
は（Ｍ１）２・（Ｆｉ）／Ｎ、第二の縮小光学系によっ
て縮小投影される被加工面での照射ビームのフルエンス
Ｆｏは、（Ｍ１・Ｍ２）２・（Ｆｉ）／Ｎになる。な
お、ここでは、説明の簡単化のために、ＤＯＥで分割さ
れた各ビームが同一の強度を持っていると想定している
けれども、必ずしも同一の強度でなくてもよく、所定の
強度範囲に入ればよい。また、ＤＯＥによって分割され
た所定強度範囲内のビームの全てを第二の縮小光学系で
縮小投影する代わりに、一部の分割ビームを縮小投影す
るようにしてもよい。この場合、ＤＯＥによるビーム分
割数がＮよりも大きい、換言すれば、ＤＯＥは少なくと
もＮ個のビームに分割することになる。
【００１０】従って、Ｎ＞＞１であり、［Ｎ／｛（Ｍ１
・Ｍ２）２｝］＞１であるとしても、入射ビームのフル
エンスＦｉと比較して、（Ｍ１・Ｍ２）２／Ｎに留ま
り、縮小光学系がない場合と比較すると、（Ｍ１・
Ｍ２）２倍になる。従って、Ｎ＞＞１としてビームを多
数Ｎに分割しても、所望のフルエンスのビームが得られ
る。
・Ｍ２）２｝］＞１であるとしても、入射ビームのフル
エンスＦｉと比較して、（Ｍ１・Ｍ２）２／Ｎに留ま
り、縮小光学系がない場合と比較すると、（Ｍ１・
Ｍ２）２倍になる。従って、Ｎ＞＞１としてビームを多
数Ｎに分割しても、所望のフルエンスのビームが得られ
る。
【００１１】また、この二段縮小光学系では、縮小を二
段階で行わせるようにしているから、収差などを生じさ
せる虞の少ない適度な大きさにＭ１及びＭ２を選択して
おくことが可能になり、夫々の光学系を構成するレンズ
等の光学素子の特性に対する要求が余りシビアにならな
いから、夫々の光学系を比較的容易かつ低コストに形成
し得る。特に、ＤＯＥから出た各回折ビームは、光軸方
向に対して比較的大きく傾いた斜め方向のビームになる
が、この二段縮小光学系では、第二の縮小光学系の設計
・製作が容易になる。
段階で行わせるようにしているから、収差などを生じさ
せる虞の少ない適度な大きさにＭ１及びＭ２を選択して
おくことが可能になり、夫々の光学系を構成するレンズ
等の光学素子の特性に対する要求が余りシビアにならな
いから、夫々の光学系を比較的容易かつ低コストに形成
し得る。特に、ＤＯＥから出た各回折ビームは、光軸方
向に対して比較的大きく傾いた斜め方向のビームになる
が、この二段縮小光学系では、第二の縮小光学系の設計
・製作が容易になる。
【００１２】更に、この光学系では、第一の光学系で縮
小したビームをＤＯＥに入射するようにしているから、
第一の光学系に入るビームの径を大きくすることによ
り、ビームのエネルギ密度を比較的低くしておいてもビ
ームエネルギを十分に利用し得るのみでなく、ＤＯＥの
サイズを比較的小型化し得るから、大面積のＤＯＥを用
いる必要がないので、ＤＯＥの設計・製作も容易にな
る。
小したビームをＤＯＥに入射するようにしているから、
第一の光学系に入るビームの径を大きくすることによ
り、ビームのエネルギ密度を比較的低くしておいてもビ
ームエネルギを十分に利用し得るのみでなく、ＤＯＥの
サイズを比較的小型化し得るから、大面積のＤＯＥを用
いる必要がないので、ＤＯＥの設計・製作も容易にな
る。
【００１３】なお、例えば、第一の縮小光学系の像点
（像面）を物点側の焦点とするリレーレンズ等をＤＯＥ
の前に配置して、ＤＯＥへの入射ビームを平行光線化し
て、ＤＯＥを照明するようにしてもよい。
（像面）を物点側の焦点とするリレーレンズ等をＤＯＥ
の前に配置して、ＤＯＥへの入射ビームを平行光線化し
て、ＤＯＥを照明するようにしてもよい。
【００１４】また、伝送光学部品として、折返し（偏
向）ミラーなどを用いる場合、ビーム幅やビームの拡が
り角を調整すべく、折返しミラーを部分円筒状などの凹
面鏡で形成してもよい。
向）ミラーなどを用いる場合、ビーム幅やビームの拡が
り角を調整すべく、折返しミラーを部分円筒状などの凹
面鏡で形成してもよい。
【００１５】ビームは、典型的には、レーザビームから
なるけれども、場合によっては、他のものでもよい。ビ
ームは、紫外域のものでも、可視領域のものでも、赤外
域のものでもよいが、典型的には、エキシマレーザビー
ムのような紫外域のレーザビームからなる。
なるけれども、場合によっては、他のものでもよい。ビ
ームは、紫外域のものでも、可視領域のものでも、赤外
域のものでもよいが、典型的には、エキシマレーザビー
ムのような紫外域のレーザビームからなる。
【００１６】また、本発明のレーザ加工システムは、前
記した目的を達成すべく、レーザ発振器からのレーザビ
ームが照射されるパターンマスクと、入射ビームをＮ個
の回折ビームに分割して射出する回折光学素子（ＤＯ
Ｅ）と、パターンマスクからのビームを縮小して回折光
学素子への入射ビームを与える第一の縮小光学系と、回
折光学素子からの回折ビームを被加工面に縮小投影する
第二の縮小光学系とを有する。
記した目的を達成すべく、レーザ発振器からのレーザビ
ームが照射されるパターンマスクと、入射ビームをＮ個
の回折ビームに分割して射出する回折光学素子（ＤＯ
Ｅ）と、パターンマスクからのビームを縮小して回折光
学素子への入射ビームを与える第一の縮小光学系と、回
折光学素子からの回折ビームを被加工面に縮小投影する
第二の縮小光学系とを有する。
【００１７】このレーザ加工システムでは、パターンマ
スクに対して、フルエンスＦｉのレーザ光を照射して、
被加工面上にＮ個の同一のマスクパターンを投影する場
合、被加工面上の夫々の被加工点において、フルエンス
Ｆｏ＝Ｆｉ／［Ｎ／（Ｍ１・Ｍ２）２］のビームで加工
を行い得る。この場合においても、Ｎ個に分割されたビ
ームは同一の強度なくてもよく、所定強度範囲に入れば
よい。
スクに対して、フルエンスＦｉのレーザ光を照射して、
被加工面上にＮ個の同一のマスクパターンを投影する場
合、被加工面上の夫々の被加工点において、フルエンス
Ｆｏ＝Ｆｉ／［Ｎ／（Ｍ１・Ｍ２）２］のビームで加工
を行い得る。この場合においても、Ｎ個に分割されたビ
ームは同一の強度なくてもよく、所定強度範囲に入れば
よい。
【００１８】従って、このレーザ加工システムでは、マ
スクパターンのところにおけるビームのフルエンス（従
ってビーム強度（単位時間当たりエネルギ密度））を過
度に高めることなく多数の被加工点にマスクパターンに
従ったパターンのレーザ加工を行い得るので、マスクが
加工用レーザビームで損傷を受ける虞がないだけでな
く、マスクパターンのところで大きな径のビームを利用
し得るから、ビームの利用効率が高くなる。
スクパターンのところにおけるビームのフルエンス（従
ってビーム強度（単位時間当たりエネルギ密度））を過
度に高めることなく多数の被加工点にマスクパターンに
従ったパターンのレーザ加工を行い得るので、マスクが
加工用レーザビームで損傷を受ける虞がないだけでな
く、マスクパターンのところで大きな径のビームを利用
し得るから、ビームの利用効率が高くなる。
【００１９】以上において、Ｍ１，Ｍ２は、典型的に
は、例えば、２＜Ｍ１，Ｍ２＜１０程度（４＜Ｍ１ ２，
Ｍ２ ２＜１００程度）であるけれども、所望に応じて選
択され得、例えば、１に近くても、１０より大きくても
よい。また、典型的には、ＤＯＥの前でマスク像を十分
縮小させておく（Ｍ１＞Ｍ２）ことが好ましいけれど
も、所望ならば（例えばＤＯＥへの入射ビームのフルエ
ンスを低く抑える場合）、Ｍ１＜Ｍ２でもよい。
は、例えば、２＜Ｍ１，Ｍ２＜１０程度（４＜Ｍ１ ２，
Ｍ２ ２＜１００程度）であるけれども、所望に応じて選
択され得、例えば、１に近くても、１０より大きくても
よい。また、典型的には、ＤＯＥの前でマスク像を十分
縮小させておく（Ｍ１＞Ｍ２）ことが好ましいけれど
も、所望ならば（例えばＤＯＥへの入射ビームのフルエ
ンスを低く抑える場合）、Ｍ１＜Ｍ２でもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に本発明による好ましい一実施
の形態を添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて
説明する。二段縮小光学系を用いたレーザ加工装置につ
いて説明する。
の形態を添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて
説明する。二段縮小光学系を用いたレーザ加工装置につ
いて説明する。
【００２１】
【実施例】本発明の一実施例のエキシマレーザ加工装置
１０を示した図１から３のうち、図１は、エキシマレー
ザ加工装置１０を模式的に示したものであり、（ａ）は
光学素子の配置を、（ｂ）は光線の結像の仕方を、
（ｃ）はビームの形状の変化を示し、図２はレーザ加工
装置１０の斜視図を示し、図３は被加工物面Ｓ上に形成
される加工パターンを示す。
１０を示した図１から３のうち、図１は、エキシマレー
ザ加工装置１０を模式的に示したものであり、（ａ）は
光学素子の配置を、（ｂ）は光線の結像の仕方を、
（ｃ）はビームの形状の変化を示し、図２はレーザ加工
装置１０の斜視図を示し、図３は被加工物面Ｓ上に形成
される加工パターンを示す。
【００２２】レーザ加工装置１０は、例えばＫｒＦのよ
うなエキシマレーザ装置１２からのレーザビームＢ１を
パターンマスク１４に照射し、該マスク１４の開口Ａを
通過したビームＢ２を二段縮小光学系３０を介して被加
工物１６の被加工面Ｓに照射して、被加工面Ｓのレーザ
加工を行うものである。被加工物１６は、例えば、図２
に示したように、Ｘ，Ｙ方向に可動なＸ−Ｙステージ１
８上のテーブル２０上に載置されている。
うなエキシマレーザ装置１２からのレーザビームＢ１を
パターンマスク１４に照射し、該マスク１４の開口Ａを
通過したビームＢ２を二段縮小光学系３０を介して被加
工物１６の被加工面Ｓに照射して、被加工面Ｓのレーザ
加工を行うものである。被加工物１６は、例えば、図２
に示したように、Ｘ，Ｙ方向に可動なＸ−Ｙステージ１
８上のテーブル２０上に載置されている。
【００２３】レーザ発振器１２は、エキシマレーザの代
わりに、他の紫外域レーザでも、可視又は赤外域のレー
ザでもよい。
わりに、他の紫外域レーザでも、可視又は赤外域のレー
ザでもよい。
【００２４】開口Ａは、この例では、一つの円形の孔か
らなる。但し、開口Ａは、円形孔の代わりに、被加工点
又は領域の形状に応じた所望形状（例えば円形（丸）の
代わりに正方形や文字の形）の孔又はビーム透過性領域
からなっていてもよい。
らなる。但し、開口Ａは、円形孔の代わりに、被加工点
又は領域の形状に応じた所望形状（例えば円形（丸）の
代わりに正方形や文字の形）の孔又はビーム透過性領域
からなっていてもよい。
【００２５】レーザ加工装置１０では、マスク１４をレ
ーザ発振器１２の近くに配置し得るから、ポインティン
グスタビリティの低い光源の場合でも、ビームＢ１がマ
スク１４の開口Ａに対してズレが生じる虞が少ない。
ーザ発振器１２の近くに配置し得るから、ポインティン
グスタビリティの低い光源の場合でも、ビームＢ１がマ
スク１４の開口Ａに対してズレが生じる虞が少ない。
【００２６】二段縮小光学系３０は、第一の縮小光学系
３２と、回折光学素子（ＤＯＥ）３６と、第二の縮小光
学系を構成する光学素子３４，３８とを有する。４２，
４４，４６は、偏向用のミラーである。
３２と、回折光学素子（ＤＯＥ）３６と、第二の縮小光
学系を構成する光学素子３４，３８とを有する。４２，
４４，４６は、偏向用のミラーである。
【００２７】第一の縮小光学系３２はマスク１４の開口
パターンＡの像を図１の（ｂ）で示した仮想結像面Ｖ１
のところに倍率１／Ｍ１（Ｍ１＞１）で縮小結像させる
ように構成されており、例えば凸レンズのような結像系
からなる。但し、第一の縮小光学系３２は、エネルギ損
失を最小限にしてマスクパターンＡを縮小結像させるよ
うに、入射エキシマレーザビームＢ２を出射ビームＢ３
に変換し得る限り、複数のレンズを含むリレーレンズの
形態になっていても、他のどのような形態でもよい。
パターンＡの像を図１の（ｂ）で示した仮想結像面Ｖ１
のところに倍率１／Ｍ１（Ｍ１＞１）で縮小結像させる
ように構成されており、例えば凸レンズのような結像系
からなる。但し、第一の縮小光学系３２は、エネルギ損
失を最小限にしてマスクパターンＡを縮小結像させるよ
うに、入射エキシマレーザビームＢ２を出射ビームＢ３
に変換し得る限り、複数のレンズを含むリレーレンズの
形態になっていても、他のどのような形態でもよい。
【００２８】このレーザ加工装置１０では、第一の縮小
光学系３２でマスクパターンＡを縮小・結像させるよう
にしているから、マスク１２の開口Ａを大きくし得る。
従って、エキシマレーザ１２からのビームＢ１の大半の
部分Ｂ２が開口Ａを通過して、後の加工に利用され得る
ので、ビームＢ１のエネルギの利用効率が高められ得
る。また、大きなビームエネルギを得るために、断面積
の大きなビームＢ２を利用するようにしているから、ビ
ームＢ１の強度を過度に高めようとする必要がないか
ら、マスク１４がビームＢ１によって損傷を受ける虞が
少ない。
光学系３２でマスクパターンＡを縮小・結像させるよう
にしているから、マスク１２の開口Ａを大きくし得る。
従って、エキシマレーザ１２からのビームＢ１の大半の
部分Ｂ２が開口Ａを通過して、後の加工に利用され得る
ので、ビームＢ１のエネルギの利用効率が高められ得
る。また、大きなビームエネルギを得るために、断面積
の大きなビームＢ２を利用するようにしているから、ビ
ームＢ１の強度を過度に高めようとする必要がないか
ら、マスク１４がビームＢ１によって損傷を受ける虞が
少ない。
【００２９】リレーレンズ３４は、仮想結像面Ｖ１にで
きる縮小マスク像からの光線Ｂ３を平行光線Ｂ４化して
ＤＯＥ３６に入射させるもので、例えば凸レンズの形態
を有し、仮想結像面Ｖ１がレンズ３４の焦点に位置する
ように、位置決めされる。レンズ３４は、ＤＯＥ３６へ
の入射ビームの拡がりを抑えるだけでなく、ＤＯＥ３６
の回折条件に合わせたビームの入射条件を与えるにも役
立つ。但し、場合によっては、レンズ３４はなくてもよ
い（図２の斜視図では、レンズ３４を省いた状態の二段
縮小光学系３０が示されている）。
きる縮小マスク像からの光線Ｂ３を平行光線Ｂ４化して
ＤＯＥ３６に入射させるもので、例えば凸レンズの形態
を有し、仮想結像面Ｖ１がレンズ３４の焦点に位置する
ように、位置決めされる。レンズ３４は、ＤＯＥ３６へ
の入射ビームの拡がりを抑えるだけでなく、ＤＯＥ３６
の回折条件に合わせたビームの入射条件を与えるにも役
立つ。但し、場合によっては、レンズ３４はなくてもよ
い（図２の斜視図では、レンズ３４を省いた状態の二段
縮小光学系３０が示されている）。
【００３０】ＤＯＥ３６は、入射ビームＢ４を多数の回
折ビームＢ５に分割する。この例では、各回折ビームＢ
５は、同一の加工に用いられるのでそのビーム強度ない
しフルエンスが実際上同程度であることが好ましい。但
し、各回折ビームとしてどのような強度のものを得るべ
きかは、最終的に形成されるべき加工パターンに応じて
決定され、例えば、多数の回折ビームのうちの夫々の又
は少なくとも一部のビームのフルエンスが異なるよう
に、ＤＯＥ３６を形成しておいてもよい。
折ビームＢ５に分割する。この例では、各回折ビームＢ
５は、同一の加工に用いられるのでそのビーム強度ない
しフルエンスが実際上同程度であることが好ましい。但
し、各回折ビームとしてどのような強度のものを得るべ
きかは、最終的に形成されるべき加工パターンに応じて
決定され、例えば、多数の回折ビームのうちの夫々の又
は少なくとも一部のビームのフルエンスが異なるよう
に、ＤＯＥ３６を形成しておいてもよい。
【００３１】例えば、図３に示したように、同一のパタ
ーンＡを複数の行Ｒ１及び複数の列Ｃ１からなるマトリ
ックスＴ１の形態に形成し且つ該マトリックスＴ１自体
が複数行Ｒ及び複数列ＣからなるマトリックスＴを形成
するように、ＤＯＥ３６を形成し得る。なお、図３の例
では、Ｒ１＝Ｃ１＝５で、Ｒ＝Ｃ＝６である。
ーンＡを複数の行Ｒ１及び複数の列Ｃ１からなるマトリ
ックスＴ１の形態に形成し且つ該マトリックスＴ１自体
が複数行Ｒ及び複数列ＣからなるマトリックスＴを形成
するように、ＤＯＥ３６を形成し得る。なお、図３の例
では、Ｒ１＝Ｃ１＝５で、Ｒ＝Ｃ＝６である。
【００３２】レンズ３４と協働して第二の縮小光学系を
構成する光学素子３８はＤＯＥ３６により多数の方向に
分割された各回折ビームＢ５を被加工物１６の被加工面
Ｓ上の対応する位置に倍率１／Ｍ２（Ｍ２＞１）で縮小
結像させるように構成されており、例えば凸レンズのよ
うな結像系からなる。その結果、マスク１４の開口パタ
ーンＡは、倍率１／（Ｍ１・Ｍ２）に縮小されて被加工
面Ｓ上の多数の箇所に像Ａｉとして結像され、当該箇所
に空間分布・断面形状が像Ａｉによる加工の穴に一致す
るビームＢ６が照射され被加工面Ｓの加工が行われる。
レンズ３４と協働して第二の縮小光学系を構成する光学
素子３８は、入射ビームＢ５の入射角に依存する収差が
少なくエネルギ損失を最小限にし得る限り、どのような
複合レンズ等からなっていてもよい。
構成する光学素子３８はＤＯＥ３６により多数の方向に
分割された各回折ビームＢ５を被加工物１６の被加工面
Ｓ上の対応する位置に倍率１／Ｍ２（Ｍ２＞１）で縮小
結像させるように構成されており、例えば凸レンズのよ
うな結像系からなる。その結果、マスク１４の開口パタ
ーンＡは、倍率１／（Ｍ１・Ｍ２）に縮小されて被加工
面Ｓ上の多数の箇所に像Ａｉとして結像され、当該箇所
に空間分布・断面形状が像Ａｉによる加工の穴に一致す
るビームＢ６が照射され被加工面Ｓの加工が行われる。
レンズ３４と協働して第二の縮小光学系を構成する光学
素子３８は、入射ビームＢ５の入射角に依存する収差が
少なくエネルギ損失を最小限にし得る限り、どのような
複合レンズ等からなっていてもよい。
【００３３】例えば、入射ビームＢ４に対してマトリッ
クスＴ１（Ｒ１×Ｃ１）のマトリックスＴ（Ｒ×Ｃ）の
形態の回折ビームＢ５をＣ１＝Ｒ１＝５でＣ＝Ｒ＝６の
状態で生成するように、ＤＯＥ３６を形成すると共に、
第一及び第二の縮小光学系３２及び３４，３８の縮小倍
率１／Ｍ１，１／Ｍ２を１／５．８，１／１０とし、開
口パターンＡとして直径約４ｍｍの円形孔を用いると、
図３に示したように、被加工物基板１６の表面Ｓに一辺
の長さＬ１が約１０ｍｍの矩形のマトリックスＴ状に分
布した直径約５０μｍの円形穴Ａｉが得られた（図３に
おいては表示の都合上穴の径を小さく示してある）。こ
こで、マトリックスＴを構成する小マトリックスＴ１の
一辺の長さＬ２は約８００μｍで、穴Ａｉの間隔Ｌ３は
約１００μｍであった。なお、ビームＢ１のフルエンス
Ｆｉは、例えば、約１１５ｍＪ／ｃｍ２であり、各小穴
ＡｉのところでのフルエンスＦｏは、約３００ｍＪ／ｃ
ｍ ２であった。勿論、エキシマレーザ装置１２により出
力可能なビームＢ１の強度（平均出力）、ビームＢ１の
断面のサイズ、被加工物１６の被加工面Ｓ上での望まれ
るフルエンスＦｏの範囲、被加工面Ｓ上の所望加工領域
の大きさ、所要加工時間などを考慮して、所望に応じ
て、ＤＯＥにより分割生成される回折ビームの数、方向
などを選択し、該条件を満たすようなＤＯＥを準備すれ
ばよい。
クスＴ１（Ｒ１×Ｃ１）のマトリックスＴ（Ｒ×Ｃ）の
形態の回折ビームＢ５をＣ１＝Ｒ１＝５でＣ＝Ｒ＝６の
状態で生成するように、ＤＯＥ３６を形成すると共に、
第一及び第二の縮小光学系３２及び３４，３８の縮小倍
率１／Ｍ１，１／Ｍ２を１／５．８，１／１０とし、開
口パターンＡとして直径約４ｍｍの円形孔を用いると、
図３に示したように、被加工物基板１６の表面Ｓに一辺
の長さＬ１が約１０ｍｍの矩形のマトリックスＴ状に分
布した直径約５０μｍの円形穴Ａｉが得られた（図３に
おいては表示の都合上穴の径を小さく示してある）。こ
こで、マトリックスＴを構成する小マトリックスＴ１の
一辺の長さＬ２は約８００μｍで、穴Ａｉの間隔Ｌ３は
約１００μｍであった。なお、ビームＢ１のフルエンス
Ｆｉは、例えば、約１１５ｍＪ／ｃｍ２であり、各小穴
ＡｉのところでのフルエンスＦｏは、約３００ｍＪ／ｃ
ｍ ２であった。勿論、エキシマレーザ装置１２により出
力可能なビームＢ１の強度（平均出力）、ビームＢ１の
断面のサイズ、被加工物１６の被加工面Ｓ上での望まれ
るフルエンスＦｏの範囲、被加工面Ｓ上の所望加工領域
の大きさ、所要加工時間などを考慮して、所望に応じ
て、ＤＯＥにより分割生成される回折ビームの数、方向
などを選択し、該条件を満たすようなＤＯＥを準備すれ
ばよい。
【００３４】被加工物１６としてポリイミドのような材
料からなるパッケージ基板又は該基板をマトリックス状
に多数個含む母材を用いれば、この例だと、該基板又は
その母材１６にＣＳＰ用の穴Ａｉを９００個（５×５×
６×６個）所定の位置関係で分布した状態で、同時に、
且つ、典型的には、１秒以内のような短時間に形成し得
る。
料からなるパッケージ基板又は該基板をマトリックス状
に多数個含む母材を用いれば、この例だと、該基板又は
その母材１６にＣＳＰ用の穴Ａｉを９００個（５×５×
６×６個）所定の位置関係で分布した状態で、同時に、
且つ、典型的には、１秒以内のような短時間に形成し得
る。
【００３５】従って、例えば、加工用に絞ったビームを
ガルバノミラーなどで振って順次マトリックスＴ１状に
ビアホールを形成する場合と比較して、はるかに短時間
に且つはるかに高いエネルギ利用効率でビアホールを形
成し得る。
ガルバノミラーなどで振って順次マトリックスＴ１状に
ビアホールを形成する場合と比較して、はるかに短時間
に且つはるかに高いエネルギ利用効率でビアホールを形
成し得る。
【００３６】本発明は、他の任意のレーザ加工に適用さ
れ得る。特に、Ｒ×Ｃ×Ｒ１×Ｃ１Ｒ１本に分割される
回折ビームの夫々をどのようの相対的な強度分布ないし
フルエンスにするか、各回折ビームの向きをどのように
分布させるか、Ｒ，Ｃ，Ｒ１，Ｃ１をどの程度の値にす
るか等は、所望に応じて、決定すればよい。被加工点が
実際上二次元面内で分布している限り、被加工点はマト
リックス状に分布していなくてもよい。
れ得る。特に、Ｒ×Ｃ×Ｒ１×Ｃ１Ｒ１本に分割される
回折ビームの夫々をどのようの相対的な強度分布ないし
フルエンスにするか、各回折ビームの向きをどのように
分布させるか、Ｒ，Ｃ，Ｒ１，Ｃ１をどの程度の値にす
るか等は、所望に応じて、決定すればよい。被加工点が
実際上二次元面内で分布している限り、被加工点はマト
リックス状に分布していなくてもよい。
【００３７】第一及び第二の縮小光学系並びに回折光学
素子の機能を妨げない限り、ビームの光路中に所望に応
じて、任意の光学素子を配置してビームの状態に所望の
変更を加えたり、ビーム強度やその分布などをモニタし
てもよい。例えば、光路中にビームエクスパンダなどを
入れてビーム幅を変えてもよい。
素子の機能を妨げない限り、ビームの光路中に所望に応
じて、任意の光学素子を配置してビームの状態に所望の
変更を加えたり、ビーム強度やその分布などをモニタし
てもよい。例えば、光路中にビームエクスパンダなどを
入れてビーム幅を変えてもよい。
【図１】本発明による好ましい一実施例のレーザ加工装
置を示したもので、（ａ）は、装置の光学素子の模式的
な配置を示し、（ｂ）は光線の結像の仕方を示し、
（ｃ）はビーム形状の変化を示す。
置を示したもので、（ａ）は、装置の光学素子の模式的
な配置を示し、（ｂ）は光線の結像の仕方を示し、
（ｃ）はビーム形状の変化を示す。
【図２】図１の装置を用いて基板の穴明加工を行う例の
模式的な斜視説明図。
模式的な斜視説明図。
【図３】図１及び２の装置によって被加工面上に形成さ
れる加工パターンの平面説明図。
れる加工パターンの平面説明図。
１０ エキシマレーザ加工装置 １２ エキシマレーザ（レーザ発振器） １４ パターンマスク １６ 基板（被加工物） １８ Ｘ−Ｙステージ ２０ テーブル ３０ 二段縮小光学系 ３２ 第一の縮小光学系 ３４ レンズ（第二の縮小光学系の一部を構成） ３６ 回折光学素子（ＤＯＥ） ３８ レンズ（第二の縮小光学系の一部を構成） ４２，４４，４６ 偏向ミラー Ａ 開口（マスクの開口のパターン） Ａｉ 被加工面上における開口の像（被加工孔の外形） Ｂ１ レーザビーム Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ Ｂ５ 回折ビーム Ｂ６ 最終の加工ビーム Ｃ，Ｃ１ 列 Ｆｄ，Ｆｉ，Ｆｍ，Ｆｏ フルエンス Ｍ１，Ｍ２ 縮小倍率の逆数 Ｎ ビームの回折方向の数（ビーム分割数） Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 大きさ Ｒ，Ｒ１ 行 Ｓ 被加工面 Ｔ，Ｔ１ マトリックス Ｖ１ 仮想結像面
Claims (2)
- 【請求項１】 入射ビームをＮ個の回折ビームに分割し
て射出する回折光学素子と、 回折光学素子への入射ビームを与える第一の縮小光学系
と、 回折光学素子からの回折ビームを縮小投影する第二の縮
小光学系とを有する二段縮小光学系。 - 【請求項２】レーザ発振器からのレーザビームが照射さ
れるパターンマスクと、 入射ビームをＮ個の回折ビームに分割して射出する回折
光学素子と、 パターンマスクからのビームを縮小して回折光学素子へ
の入射ビームを与える第一の縮小光学系と、回折光学素
子からの回折ビームを被加工面に縮小投影する第二の縮
小光学系とを有するレーザ加工システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11082513A JP2000275581A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 回折光学素子（ｄｏｅ）を用いた二段縮小光学系及びこれを用いたレーザ加工システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11082513A JP2000275581A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 回折光学素子（ｄｏｅ）を用いた二段縮小光学系及びこれを用いたレーザ加工システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275581A true JP2000275581A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13776615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11082513A Pending JP2000275581A (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 回折光学素子（ｄｏｅ）を用いた二段縮小光学系及びこれを用いたレーザ加工システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000275581A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007251149A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-09-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US8426324B2 (en) | 2006-02-03 | 2013-04-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of memory element, laser irradiation apparatus, and laser irradiation method |
| US8580700B2 (en) | 2006-02-17 | 2013-11-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP11082513A patent/JP2000275581A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8426324B2 (en) | 2006-02-03 | 2013-04-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of memory element, laser irradiation apparatus, and laser irradiation method |
| JP2007251149A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-09-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US8580700B2 (en) | 2006-02-17 | 2013-11-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070326 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070807 |