JP2001105165A

JP2001105165A - レーザー光学装置

Info

Publication number: JP2001105165A
Application number: JP28256399A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akaha; 崇赤羽; Naoaki Ikeda; 直昭池田; Takashi Ishide; 孝石出; Takeshi Satake; 武史佐竹; Shogo Ikunishi; 省吾生西
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザー光２を露光機７の光源として用いて
も、高効率な精密焼き付け加工を可能にする。【解決手段】レーザー発振器１から出力されるレーザ
ー光２は光ファイバー部材３で干渉性が低減され、拡大
光学系４で拡げられて均質化集光光学系統５の複数のレ
ンズ5aにより分岐されて強度が均質化されて干渉縞のな
いレーザー光２として集光され、全反射ミラー６で反射
されて露光機７に送られ、露光機７からは強度分布のな
いレーザービーム９が出力し、干渉性が高い質のよいレ
ーザー光２が災いすることがなくなり、高効率な精密焼
き付け加工を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て精密加工、例えば、微細パターンを焼き付ける加工を
行うレーザー光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】LSI 等の微細パターンを焼き付ける半導
体用の露光機の光源として、従来から超高圧水銀ランプ
や超高圧Xg-Hg ランプが使用されていた。近年、紫外域
の光を高出力で発振するレーザー装置が種々開発され、
半導体用の露光機の光源としてレーザー光が使用される
ようになってきている。レーザー光は、極めて指向性が
よく大エネルギーを有しているので、小さな点や線に集
光してレーザービームとすることにより、高効率な精密
加工が可能となる。

【０００３】露光機の光源としてレーザー光を使用した
場合、レーザー発振器から発振されたレーザー光は拡大
光学系で拡げられ、レーザー光は均質化集光レンズ系で
複数の光線束に分岐して光強度が均質化されると共に均
質化された複数の光線束が露光機の入光系に集光され
る。即ち、均質化集光レンズ系には多数のレンズが備え
られ、拡げられたレーザー光が各レンズで複数の光線束
に分岐されて光強度が均質化されて均質化された複数の
光線束が集光される。露光機の入光系にレーザー光が集
光されると、レーザー光は加工光学系を介して出力され
基板に照射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザー光を用
いたレーザー光学装置では、レーザー光は、位相がそろ
って可干渉性を有しており、光強度を均質化する過程で
干渉縞が発生し、露光機の入光系に集光された際に干渉
縞が集光されてしまう。このため、干渉性が高い質のよ
いレーザー光が災いしてレーザービームに強度分布がつ
いてしまい、微細パターンを精度よく加工できなくなる
虞があった。

【０００５】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、レーザービームの強度分布の平坦化が可能なレーザ
ー光学装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のレーザー光学装置は、レーザー発振器から発
振されたレーザー光が送給されレーザー光の干渉性を低
減させる干渉性低減手段と、前記干渉性低減手段で干渉
性が低減されたレーザー光を複数の光線束に分岐して光
強度を均質化すると共に光強度を均質化した複数の光線
束を集光する均質化集光光学系統と、前記均質化集光光
学系統で集光されたレーザー光が送られる加工光学系統
とからなることを特徴とする。

【０００７】そして、前記干渉性低減手段は、光ファイ
バーであることを特徴とする。また、前記光ファイバー
は、複数の光ファイバー心線が束状に備えられているこ
とを特徴とする。また、前記光ファイバーは、異なる径
の前記光ファイバー心線が混在して備えられていること
を特徴とする。また、前記光ファイバーを振動させる加
振手段を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、前記干渉性低減手段は、円柱導波管
部材であることを特徴とする。また、前記円柱導波管部
材は、複数の円柱導波管が束状に備えられていることを
特徴とする。また、前記円柱導波管部材は、異なる径の
前記円柱導波管が混在して備えられていることを特徴と
する

【０００９】そして、前記加工光学系統は、レーザービ
ームを基板に照射して微細パターンを焼き付ける露光機
であることを特徴とする。

【００１０】また、上記目的を達成するための本発明の
レーザー光学装置は、レーザー発振器から発振されたレ
ーザー光が送給されレーザー光を伝送することでレーザ
ー光の干渉性を低減させる光ファイバーと、前記光ファ
イバーからのレーザ光を拡げる拡大光学系と、複数のレ
ンズを有し前記拡大光学系で拡げられたレーザー光を複
数の光線束に分岐して光強度を均質化すると共に均質化
された複数の光線束を集光する均質化集光レンズ系と、
前記均質化集光レンズ系で集光されたレーザー光が送ら
れ基板に照射されるレーザービームを出力する露光機と
からなることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係るレーザー光学装置の全体構成、図２には干渉性低減
手段の一例を表す側面を示してある。

【００１２】図１に示すように、レーザー発振器１から
発振されたレーザー光２が干渉性低減手段としての光フ
ァイバー部材３に送給され、光ファイバー部材３を伝送
されることによりレーザー光２の干渉性が低減される。
光ファイバー部材３で干渉性が低減されたレーザー光２
は拡大光学系４で拡げられ、拡げられたレーザー光２は
均質化集光光学系統５に送られる。

【００１３】均質化集光光学系統５は複数のレンズ5aを
有し、均質化集光光学系統５では、拡大光学系４で拡げ
られたレーザー光２を複数のレンズ5aにより複数の光線
束2aに分岐して光強度を均質化すると共に、光強度を均
質化した複数の光線束2aを集光する。均質化集光光学系
統５で集光されたレーザー光２は全反射ミラー６で反射
されて加工光学系統としての露光機７に送られ、露光機
７からは基板８に照射されるレーザービーム９が出力す
る。

【００１４】図２に基づいて干渉性低減手段としての光
ファイバー部材３を具体的に説明する。光ファイバー部
材３は、両端がコネクタ１０で固定された光ファイバー
１１を備え、光ファイバー１１は加振機１２により振動
が与えられるようになっている。加振機１２は、例え
ば、一方向（Ｘ軸）に往復移動する可動部１３を有し、
可動部１３に光ファイバー１１が固定されている。加振
機１２の駆動により可動部１３を介して光ファイバー１
１が往復移動（振動）される。

【００１５】尚、加振機１２による可動部１３の可動軸
は、一方向（Ｘ軸）以外に、Ｘ軸に直交するＹ軸方向と
の組み合わせや、回転方向との組み合わせ、Ｙ軸方向や
回転方向の単独の軸方向であってもよい。また、可動周
期は、一定周期やランダム周期等、適宜選定可能であ
り、可動ストロークも種々選定可能である。また、加振
機１２を設けなくてもよい。

【００１６】レーザー発振器１から発振されたレーザー
光２が光ファイバー１１を伝送されることにより、干渉
性が低減されて位相が不揃いとなったレーザー光２が出
力される。また、加振機１２により光ファイバー１１に
振動が与えられることにより、レーザー光２が伝送され
る光路の曲率が変化して伝送距離・時間が変化し、干渉
性が低減されて位相が不揃いとなったレーザー光２が出
力される。

【００１７】図１に示すように、光ファイバー部材３で
干渉性が低減されて位相が不揃いとなったレーザー光２
は、拡大光学系４で拡げられて均質化集光光学系統５の
複数のレンズ5aにより複数の光線束2aに分岐されて強度
が均質化される。複数のレンズ5aにより分岐された光線
束2aは強度が均質化された状態で集光される。拡大光学
系４で拡げられたレーザー光２は干渉性が低減されてい
るので、光強度を均質化する過程で干渉縞が発生するこ
とがなく、干渉縞のない状態で集光させることができ
る。

【００１８】均質化集光光学系統５で集光された干渉縞
のないレーザー光２は、全反射ミラー６で反射されて加
工光学系統としての露光機７に送られる。露光機７に集
光されたレーザー光２には干渉縞が集光されることがな
く、露光機７からは強度分布のないレーザービーム９が
出力する。

【００１９】このため、基板８に照射されるレーザービ
ーム９には強度分布がついていないので、微細パターン
を精度よく加工することができる。従って、レーザー発
振器１から発振された高出力が得られるレーザー光２を
露光機７の光源として用いても、干渉性が高い質のよい
レーザー光２が災いすることがなくなり、高効率な精密
焼き付け加工が可能となる。

【００２０】図３に基づいて干渉性低減手段の他の実施
形態例を説明する。図３(a) には干渉性低減手段の他の
実施形態例としての光ファイバー部材の側面、図３(b)
には光ファイバーの端面の拡大状況を示してある。

【００２１】図３(a) に示すように、干渉性低減手段と
しての光ファイバー部材２１は、両端がコネクタ２２に
固定された光ファイバー２３を備えている。図３(b) に
示すように、光ファイバー２３は複数の光ファイバー心
線２４が束状に備えられ、光ファイバー心線２４は異な
る径が混在して備えられている。光ファイバー心線２４
は異なる径が混在して束状になっているので、光ファイ
バー２３としての径内のファイバー心線２４の占積率を
増加させることができ、伝送ロスを最小限に抑えること
ができる。

【００２２】レーザー発振器１（図１参照）から発振さ
れたレーザー光２（図１参照）が光ファイバー２３の径
の異なる光ファイバー心線２４を伝送されることによ
り、それぞれの光ファイバー心線２４でのレーザー光２
のモードが変わってマルチモード化され、干渉性が低減
されて位相が不揃いとなったレーザー光２（図１参照）
が出力される。尚、同径の光ファイバー心線を束状にし
た光ファイバーとすることも可能である。

【００２３】図４に基づいて干渉性低減手段の他の実施
形態例を説明する。図４(a) には干渉性低減手段の他の
実施形態例としての円柱導波管部材の側面、図４(b) に
は円柱導波管の端面の状況を示してある。

【００２４】図４(a),(b) に示すように、干渉性低減手
段としての円柱導波管部材３１は、レーザー光２を管内
で反射させて通過させる円柱導波管３２を備えている。
即ち、円柱導波管３２の材質は、例えば銅製で、内周面
に紫外域波長のレーザー光２を全反射させる部材であ
る、例えば銀がコーティングされている。レーザー発振
器１（図１参照）から発振されたレーザー光２が円柱導
波管３２内を反射して通過することにより、レーザー光
２がマルチモード化されて干渉性が低減されて位相が不
揃いとなったレーザー光２が出力される。

【００２５】図５に基づいて干渉性低減手段の他の実施
形態例を説明する。図５(a) には干渉性低減手段の他の
実施形態例としての円柱導波管部材の側面、図５(b) に
は円柱導波管の端面の状況を示してある。

【００２６】図５(a) に示すように、干渉性低減手段と
しての円柱導波管部材４１は円柱管４２を備えており、
図５(b) に示すように、円柱管４２内には複数の円柱導
波管４３が束状に備えられている。円柱導波管４３は異
なる径が混在して備えられている。円柱導波管４３は異
なる径が混在して束状になっているので、円柱管４２と
しての径内の円柱導波管４３の占積率を増加させること
ができ、伝送ロスを最小限に抑えることができる。

【００２７】各円柱導波管４３は、レーザー光２を管内
で反射させて通過させる材質製、例えば銅製で、内周面
に紫外域波長のレーザー光２を全反射させる部材であ
る、例えば銀がコーティングされている。レーザー発振
器１（図１参照）から発振されたレーザー光２が各円柱
導波管４３内を反射して通過することにより、レーザー
光２がマルチモード化されて干渉性が低減されて位相が
不揃いとなったレーザー光２が出力される。

【００２８】

【発明の効果】本発明のレーザー光学装置は、レーザー
発振器から発振されたレーザー光が送給されレーザー光
の干渉性を低減させる干渉性低減手段と、前記干渉性低
減手段で干渉性が低減されたレーザー光を複数の光線束
に分岐して光強度を均質化すると共に光強度を均質化し
た複数の光線束を集光する均質化集光光学系統と、前記
均質化集光光学系統で集光されたレーザー光が送られる
加工光学系統とからなるので、レーザー光の干渉性が低
減されて光強度を均質化する過程で干渉縞が発生するこ
とがなく、干渉縞のない状態で加工光学系統にレーザー
光を集光させることができる。この結果、レーザー発振
器から発振された高出力が得られるレーザー光を加工光
学系統の光源として用いても、干渉性が高く質のよいレ
ーザー光が災いすることがなくなり、強度分布のないレ
ーザービームが得られ、高効率な精密加工が可能とな
る。

【００２９】そして、前記干渉性低減手段は、光ファイ
バーであるので、また、前記光ファイバーは、複数の光
ファイバー心線が束状に備えられているので、簡単な構
成でレーザー光の干渉性を低減させることができる。ま
た、前記光ファイバーは、異なる径の前記光ファイバー
心線が混在して備えられているので、光ファイバーにお
ける光ファイバー心線の占積率を向上させることがで
き、伝送損失を低減することができる。また、前記光フ
ァイバーを振動させる加振手段を備えたので、レーザー
光の干渉性を任意に低減させることができる。

【００３０】また、前記干渉性低減手段は、円柱導波管
部材であるので、また、前記円柱導波管部材は、複数の
円柱導波管が束状に備えられているので、簡単な構成で
レーザー光の干渉性を低減させることができる。また、
前記円柱導波管部材は、異なる径の前記円柱導波管が混
在して備えられているので、円柱導波管部材における円
柱導波管の占積率を向上させることができ、伝送損失を
低減することができる。そして、前記加工光学系統は、
レーザービームを基板に照射して微細パターンを焼き付
ける露光機であるので、高効率な精密な焼き付け加工が
可能となる。

【００３１】また、本発明のレーザー光学装置は、レー
ザー発振器から発振されたレーザー光が送給されレーザ
ー光を伝送することでレーザー光の干渉性を低減させる
光ファイバーと、前記光ファイバーからのレーザ光を拡
げる拡大光学系と、複数のレンズを有し前記拡大光学系
で拡げられたレーザー光を複数の光線束に分岐して光強
度を均質化すると共に均質化された複数の光線束を集光
する均質化集光レンズ系と、前記均質化集光レンズ系で
集光されたレーザー光が送られ基板に照射されるレーザ
ービームを出力する露光機とからなるので、レーザー光
の干渉性が低減されて光強度を均質化する過程で干渉縞
が発生することがなく、干渉縞のない状態で露光機にレ
ーザー光を集光させることができる。この結果、レーザ
ー発振器から発振された高出力が得られるレーザー光を
露光機の光源として用いても、干渉性が高く質のよいレ
ーザー光が災いすることがなくなり、強度分布のないレ
ーザービームが得られ、高効率な精密な焼き付け加工が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係るレーザー光学装置
の全体構成図。

【図２】干渉性低減手段の一例を表す側面図。

【図３】干渉性低減手段の他の実施形態例としての光フ
ァイバー部材の説明図。

【図４】干渉性低減手段の他の実施形態例としての円柱
導波管部材の説明図。

【図５】干渉性低減手段の他の実施形態例としての円柱
導波管部材の説明図。

【符号の説明】

１レーザー発振器２レーザー光３，２１光ファイバー部材４拡大光学系５均質化集光光学系６全反射ミラー７露光機８基板９レーザービーム１０，２２コネクタ１１，２３光ファイバー１２加振機１３可動部２４光ファイバー心線３１円柱導波管部材３２，４３円柱導波管４２円柱管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田直昭兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者石出孝兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者佐竹武史兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者生西省吾兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 4E068 CA05 CB08 CD05 CE08 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー発振器から発振されたレーザー
光が送給されレーザー光の干渉性を低減させる干渉性低
減手段と、前記干渉性低減手段で干渉性が低減されたレ
ーザー光を複数の光線束に分岐して光強度を均質化する
と共に光強度を均質化した複数の光線束を集光する均質
化集光光学系統と、前記均質化集光光学系統で集光され
たレーザー光が送られる加工光学系統とからなることを
特徴とするレーザー光学装置。
【請求項２】請求項１において、前記干渉性低減手段
は、光ファイバーであることを特徴とするレーザー光学
装置。
【請求項３】請求項２において、前記光ファイバー
は、複数の光ファイバー心線が束状に備えられているこ
とを特徴とするレーザー光学装置。
【請求項４】請求項３において、前記光ファイバー
は、異なる径の前記光ファイバー心線が混在して備えら
れていることを特徴とするレーザー光学装置。
【請求項５】請求項２乃至請求項４のいずれか一項に
おいて、前記光ファイバーを振動させる加振手段を備え
たことを特徴とするレーザー光学装置。
【請求項６】請求項１において、前記干渉性低減手段
は、円柱導波管部材であることを特徴とするレーザー光
学装置。
【請求項７】請求項６において、前記円柱導波管部材
は、複数の円柱導波管が束状に備えられていることを特
徴とするレーザー光学装置。
【請求項８】請求項７において、前記円柱導波管部材
は、異なる径の前記円柱導波管が混在して備えられてい
ることを特徴とするレーザー光学装置。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一項に
おいて、前記加工光学系統は、レーザービームを基板に
照射して微細パターンを焼き付ける露光機であることを
特徴とするレーザー光学装置。
【請求項１０】レーザー発振器から発振されたレーザ
ー光が送給されレーザー光を伝送することでレーザー光
の干渉性を低減させる光ファイバーと、前記光ファイバ
ーからのレーザ光を拡げる拡大光学系と、複数のレンズ
を有し前記拡大光学系で拡げられたレーザー光を複数の
光線束に分岐して光強度を均質化すると共に均質化され
た複数の光線束を集光する均質化集光レンズ系と、前記
均質化集光レンズ系で集光されたレーザー光が送られ基
板に照射されるレーザービームを出力する露光機とから
なることを特徴とするレーザー光学装置。