JP2008180983A

JP2008180983A - レーザー微細加工方法

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Publication number: JP2008180983A
Application number: JP2007015210A
Authority: JP
Inventors: Josan Sei; 序三成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07

Abstract

【課題】液晶パネルの様な多層薄膜構造を有する大型試料に加工場所と対象薄膜層によるパターンとビームパワー密度の異なる加工に応じられる多機能レーザー微細加工光学システム、又は、加工精度と速度の向上と共に投影レンズの高解像度を保つ加工方法である。
【解決手段】レーザービームを投影レンズ１７の物体面１６にスキャンさせる機能を設けて、試料１８の様々な加工レイアウトに応じて、位置が移動できるマスク１０１の透過パターン上にスキャン照射する。照射されたパターンのレーザービーム２５の通過した軌跡の像を投影レンズ１７を通じて試料面１０３に転写し、加工を行う。マスク１０１上に予め用意した多種類のパターンの移動とそれに連動するビームのスキャンにより、異なる場所に異なる加工対象物の薄膜層に要求された異なるビーム強度で異なるパターンを一シェアに一度に加工できる装置でレーザー微細加工を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザー微細加工方法に係り、特に投影レンズを用いてレーザービームにより被加工面にリペア、マーカー、穴あけと直接描画等をして所望の微細加工を施すレーザー微細加工方法に関する。

従来、レーザービームでの微細加工は、投影レンズを通じてマスク面に照射するレーザービームの透過パターンを被加工試料面に転写する投影レンズ像転写方式（例えば、特許文献１参照）と、マスクを通さず、ガルバノミラーでレーザービームの角度を振りながら、レンズ（一般Ｆ−θ、つまりエフシータレンズという）で集光したレーザービームを加工面にスキャンし、レーザービームの集光形状と加工面のレーザービームの移動軌跡に決められたパターンで被加工物を加工する直接描画方式（例えば、特許文献２参照）の二タイプがある。

投影レンズ像転写方式に加工されるパターンの解像度は、投影レンズの性能、つまり投影レンズの分解能で左右され、露光装置等の様にサブミクロンオーダーの高解像度は、可能である。一方、直接描画方式では、ガルバノミラーとエフシータレンズで加工面にビームを集光しながらスキャン、或いは、レンズでビームを一点集光し、ステージで試料を加工位置に移動させて、加工を行う。レンズで集光された加工面におけるビーム径は、直接描画方式の最小パターンの幅、つまり加工されるパターンの解像度になる。

近年、レーザービームを用いる微細加工の応用が盛んである。実用化を伴うレーザー微細加工装置の開発は、加工精度を決める解像度の向上と共に、加工対象物のサイズも大きくなる傾向にあり、加工の効率化と高速化等の問題に直面している。例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）の世代交代で、３０インチ以上のＬＣＤパネルの製作に数メートル次元大面積ガラス上にミクロンオーダーのパターンの微細加工も要求されている。

今までの半導体製造装置、例えば紫外波長レーザーを用いる露光装置に、サブミクロン以下高い分解能のレンズで、数インチのウエハーに露光とエッチングでサブミクロン解像度での加工は既に実用化されている。また、露光法を使わず、数十インチ液晶テレビ用の数メートル次元の大型ＬＣＤパネル上にミクロン解像度のパターンをレーザービームで直接微細加工する装置、例えば、レーザー直接描画装置とレーザーリペア装置等は、高い生産性の実用化装置として期待されている。

特許第３２１９５０２号公報特公平８−２５０４４号公報

しかしながら、投影レンズ像転写方式で、高解像度の加工は可能であるが、非常に微細なパターンで加工する際に、マスク上に照射されるビームの殆どの部分は、マスクで切られ、加工に貢献しなく、レーザービームの利用効率は、極めて低い。

一方、直接描画方式では、元のレーザービームを切らないままで加工面に集光する場合、ビームの利用効率を高められるが、前述の様に、この方式では原則として、ビームを加工面に一点に集光するので、加工出来るパターンの微細度は、レンズの分解能で示される解像度だけではなく、レーザービーム自身の集光特性、つまりビームの形状と拡がり角から決まる集光スポットサイズなどによりビームの品質が左右される。

また、ＹＡＧレーザーなどガウシャンビームを高解像度レンズで加工面に一点に集光すると、ミクロンオーダーのスポット径を得られるが、この様な極めて小さいスポットをスキャンさせてパターンを塗り潰しに描くと、一つのパターンにかかる時間は極めて長く、大型試料の加工装置として生産性は極めて低い。

一方、レーザー微細加工機の応用の観点から見ると、液晶表示装置ＬＣＤの大型化に伴って、次元で数メートルに渡る大型平面状ガラス上に数ミクロンオーダー解像度パターンのレーザービームでの直接加工は、数インチサイズのウエハー上にサブミクロンのパターンを作製する露光法によるエッチングと比べ、レンズの解像度とシステム全体に要求される加工の精度が、同等レベルの難しさになる。但し、ミクロンオーダー微細構造のパターンをビームで削り加工する場合、レーザー光源は、露光装置の何倍から何十倍までに強い出力パワーを要求される。現段階に商用ベースで微細加工用光源とするレーザー発振器の出力パワー、又、加工機に使われる光学レンズ系と光学システムの解像度等に対する要求は、ぎりぎり限界までに来ていて、従来の投影レンズの像転写方式と直接描画のビームスキャン方式で、大型ＬＣＤパネルに対してレーザービームの微細加工装置の実用化に未だかなりの制限がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、上述の高い解像度の投影レンズ像転写方式での加工の際のビームの利用効率の問題と、直接描画方式での加工の解像度と加工の速度を如何に向上するかの問題、つまり、投影レンズ像転写方式に関するマスクにビームを切られる効率等の問題と、直接描画方式に関するビーム特性による加工面ビームの解像度の制限と細く絞ったビームでスキャンする際に高解像度であるが加工スピードが遅い等の問題を解決し得るレーザー微細加工方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、従来の投影レンズの像転写方式と直接描画のビームスキャン方式ではレーザービームの微細加工の実用化に未だかなりの制限がある大型ＬＣＤパネルに対して、効率と解像度を両立して実用化可能なレーザー微細加工方法を提供することにある。

なお、液晶パネルなど大型サンプルは、ガラス上に積層された金属薄膜、シリコン膜、誘電体コート、有機層コートなどいろいろ構造的な薄膜が多層で混在しており、加工の場所によって加工のパターンも加工の深さ、更に加工に要求されるビームの強度などがかなりの相違性が有り、複雑な構造になっている。本発明の更に他の目的は、この様な大型試料をレンズとレーザーを交換することなく一度に加工できるレーザー微細加工方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームを、投影レンズを通して被加工試料の試料面に照射して所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームを、投影レンズの物体面に実のマスクを置かず、仮想に設けられるマスクの面上で、所望のパターンに対応させ、かつ、投影レンズの光軸に対する振れ角度が、投影レンズの開口数で決められた許容角度より小さな角度範囲で仮想マスクパターンになぞってスキャンさせる第１のステップと、仮想に設けられるマスクの面上を投影レンズの分解能で決められた解像度を保ったままでレーザービームをスキャンして描画されたレーザービームのパターンを、像として投影レンズを通じて、投影レンズで決められた倍率で被加工試料の試料面に転写して微細加工する第２のステップとを含むことを特徴とする。

この発明では仮想マスクの面上を投影レンズの分解能で決められた解像度を保ったままでレーザーをスキャンして描画されたレーザービームのパターンを、像として投影レンズを通じて、投影レンズで決められた倍率で被加工試料の試料面に転写するようにしたため、投影レンズをエフシータレンズの様に使う方法で、被加工試料を動かさずレーザーを仮想マスク上にスキャンさせることにより、試料面に投影レンズの全シェアまでにビームを照射し加工することができる。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームをマスクの所望の透過パターンに沿ってスキャンし、スキャンで描画された所望のパターンを投影レンズを通して被加工試料の試料面に照射して所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームを、投影レンズの物体面に設置された、所望のパターンに対応させた透過パターンが形成されたマスクに対し、投影レンズの光軸に対する振れ角度が、投影レンズの開口数で決められた許容角度より小さな角度範囲で、かつ、透過パターンに沿ってスキャンさせる第１のステップと、マスクの面上をスキャンして形成されたレーザービームのパターンを、像として投影レンズを通じて、全シェアに投影レンズ自身の性能で決められた投影倍率と解像度を保って、被加工試料の試料面に転写して微細加工する第２のステップとを含むことを特徴とする。

エフシータレンズを用いた従来のビームスキャン方式ではビーム加工の解像度が制限されるが、この発明では、投影レンズの物体面に設置されたマスクの所望の透過パターンに沿ってマルチパルスのレーザービームをスキャンするようにしたため、元のレーザービームの品質と関係なく、投影レンズの全シェアにレンズの持つ解像度で微細パターンの加工を行うことができる。この発明ではマスクに照射するレーザーのビーム径は、十分大きくしても、解像度に影響しないし、加工に必要なパターンの所にしかレーザーをスキャンさせないので、前述した様な従来方式ではレンズ投影に使用するレーザービームのほぼ大半がマスクでカットされたが、本発明ではレーザービームをかなり有効に使えることになる。

また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームをマスクの所望の透過パターンに沿ってスキャンし、スキャンで描画された所望のパターンを投影レンズを通して被加工試料の試料面に照射して所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、マスクは異なる複数の任意の形状の透過パターンが予め形成されると共に、ステージにより加工位置に応じた位置に平面移動可能な構成とされており、投影レンズの物体面に設置されたマスクを、そのマスクに形成された複数の透過パターンのうち加工しようとする透過パターンが所定位置にくるようにステージにより平面移動して、加工用レーザー光源から出射されたレーザービームをその所定位置の透過パターンに沿ってスキャンさせる第１のステップと、マスクの透過パターンに沿ってスキャンして形成されたレーザービームのパターンを、像として投影レンズを通じて、投影レンズ自身の性能で決められた投影倍率と解像度を保って、被加工試料の試料面に転写して微細加工する第２のステップとを含むことを特徴とする。

一般に、高解像度で投影加工用マスクの作成に当たっては、レンズ投影倍率に応じたマスク上パターンの倍率の正確度が非常に要求される。また、広いシェアになる投影レンズ自身の結像の収差などによる加工パターンの歪みもシェア内の場所によって違ってくる。そういうマスクの製造上の精度の制限及びレンズとの倍率の誤差、又、投影レンズの広いシェア上に微妙な歪みによる加工されるパターンの誤差、それらによる加工結果の不具合の克服は、一つシェアにカバーする固定マスク上にビームをスキャンする第２の発明では液晶パネルの様な大型試料の微細加工が困難である。

そこで、この発明では、マスクは異なる複数の任意の形状の透過パターンが予め形成されると共に、ステージにより加工位置に応じた位置に平面移動可能な構成とされる。マスク上に形成される上記の任意の形状の透過パターンは局部のパターンであり、その正確さと倍率精度は、大きな投影レンズの全シェアに投影するためにマスク上に一杯に形成されるパターンの精度より、非常に容易に実現できる。また、この発明では、ビームのスキャンと連動されるマスクの移動による正確に作られた個別の透過パターンの切り換えと、パターン位置の正確な制御もできるため、マスクと投影レンズ自身の誤差分の補正もでき、高い解像度で、高い正確さのパターン加工を実現できる。

第１の発明によれば、エフシータレンズの様に被加工試料を動かさずレーザーを仮想マスク上にスキャンさせることにより、試料面に投影レンズの全シェアまでに加工用ビームを照射することができるため、レーザービームのフルパワーで効率良く高速に微細加工を行うことができる。

また、第２の発明によれば、投影レンズの物体面に設置されたマスクの所望の透過パターンに沿ってマルチパルスのレーザービームをスキャンすることにより、元のレーザービームの品質と関係なく、投影レンズの全シェアにレンズの持つ解像度で微細パターンの加工を行うことができるため、一パルスでカバーできない加工面の全シェアにマルチパルスで加工を完成できる。この発明では、マスクの透過パターンに沿ってレーザービームのみをスキャンすることで、従来投影方式ではマスクにより大半カットされた元のレーザービームを加工に寄与させることができる。

また、エフシータレンズ上のビームスキャン際に生ビームの集光特性で加工できる最小幅を制限されることと比べ、第２の発明によれば、レーザービームをマスク上にスキャンして投影レンズで結像するので、加工できる解像度は、マスクのパターンの微細度と投影レンズの解像度の両者によって決まり、元のレーザービームの集光特性に左右されない。従って、第２の発明によれば、加工の効率化と高速化の両方を実現できると同時に、投影レンズが本来有する高い解像度で高精度の微細加工ができる。

更に、第３の発明によれば、ビームのスキャンと連動されるマスクの移動による正確に作られた個別の透過パターンの切り換えと、パターン位置の正確な制御ができるため、投影レンズの一シェア内に、マスク上に予め用意された複数のパターンのうち所望のパターンを加工に要求される正確な位置に送ることができ、マスクと投影レンズ自身の誤差分の補正ができると共に、高い解像度で、高い正確さのパターン加工を実現できる。また、多層薄膜構造を有する液晶ガラスパネルなど大面積の被加工試料に対し、高度に制御されたマスクの移動により、パターンの入れ換えも、加工パターンの位置補正も、一つの投影レンズシェア内で繰返して行えるので、多層構造の薄膜の異なるパターン、または、異なる構造物（薄膜）で要求される異なるビーム強度での加工も一度ででき、加工パターンを高解像度でかつ高効率に微細加工することができる。

なお、塗潰し加工の場合にビームの効率に重視しマスクがなくビームを仮想マスクによるスキャンでレーザーのフルパワーを使い、また、解像度を重視される場所のみに正確のマスクパターンを加工位置に合わせて移動しビームをスキャンするなどのように、それぞれ、加工のレイアウトに応じて、同じ装置で第１の発明から第３の発明を併用することによって、複雑な加工に柔軟に対応できる非常に有用な多機能レーザー微細加工装置の実現ができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に詳細に説明する。図１は本発明になるレーザー微細加工方法の第１の実施の形態が適用されるレーザー微細加工装置の構成を示す。同図において、加工用レーザー光源１１は、パルス又はＱスイッチパルスのＹＡＧ固体レーザー、あるいはエキシマと炭酸ガスレーザーなどのパルス発振するレーザー発振器により構成されている。

ここで、一般に、微細加工用のレーザー光源は、パルス駆動の方が多い。また、後述する投影レンズ１７の解像度を向上する為、特に紫外波長のレーザーを使う場合が多い。中には、数ヘルツから数百ヘルツ程度の低繰返し周波数で発振し、かつ、数十から数百ミニジュールの高いパルスエネルギー出力のパルスレーザー、例えば、フラッシュランプ励起のＹＡＧレーザーとエキシマレーザーなどと、また、数キロヘルツから数百キロヘルツの繰返し周波数で、最大数ミニジュール程度の低いパルスエネルギーのＱスイッチ型レーザー、例えばＬＤ励起（ＤＰＳＳ）ＹＡＧレーザーのおおよその二種類がある。

また、後述する投影レンズ１７での像転送の観点から考慮すると、レンズの有効径で決められた試料面に投影加工できる最大範囲（これは、レンズのシェアという）が広い投影レンズで、シェア毎に加工を行うことが理想的である。但し、一パルス当たりのレーザーのエネルギーが足りなければ、レンズシェアほどまでに加工出来る方法は、マルチパルスで、ビームをスキャンさせるか、或いは、試料を移動させる方法しかない。

この加工用レーザー光源１１から出射されたレーザーは、平行光ビーム２１であり、全反射ミラー２１_１により全反射されて光路が９０度変えられた後、ビームホモジナイザー１３によりレーザービーム強度分布の不均一性が解消されたビーム２２とされ、更に全反射ミラー１２_２により全反射されて光路が９０度変えられる。

全反射ミラー１２_２により全反射されたビーム２２は、ガルバノミラー１４_Ｘ及び１４_Ｙにより、微細加工用投影レンズ１７の物体面１６、つまりマスクユニット１５のマスク面と呼ばれる平面上にスキャンされる。レーザーマスク１０１をマウントされたマスクユニット１５に、投影レンズの物体面１６のＸ方向とＹ方向に移動でき、また、光軸Ｚ方向の微調整と回転機構などを有する多軸ステージ（図示せず）を設けて、マスクユニット１５の平面移動とピント合わせ高さ方向の移動、または、投影レンズ１７の光軸に対し、マスクユニット１５の回転と、マスク面の光軸の垂直性を保つ斜め角度の微調整を行う。

マスクユニット１５の移動と連動して、ガルバノミラー１４_Ｘを角度Δθ_Ｘ／２振らし、かつ、ガルバノミラー１４_Ｙを角度Δθ_Ｙ／２振らすことにより、レーザービームは２４で示す様に、投影レンズ１７の光軸に対しＸ方向に角度Δθ_Ｘ、Ｙ方向に角度Δθ_Ｙ振られる。この際に投影レンズ１７の中心を通るビーム光軸２３に対し、レーザービームのなす角は、Ｘ方向のΔθ_ＸとＹ方向のΔθ_Ｙの両方で決められた総合角度（図中にΔθ_Ｘ×Δθ_Ｙと表記）になる。この様に、ガルバノミラー１４_Ｘと１４_ＹでビームをΔθ_Ｘ×Δθ_Ｙ角度で振りながら、図中マスク１０１面上にあるパターン１０２にビームをなぞってスキャンさせる。図中パターン１０２になぞってマスク面から抜け通ったレーザービームを、投影レンズ１７に通じて、試料の被加工面１０４、つまり投影レンズ１７の結像面に、図示の１０３の様なパターンを形成し、加工を行う。ここで、解像度を保つため、上記ビームの最大振り角度（Δθ_ＸとΔθ_Ｙ共に最大の際）は、投影レンズ１７のＮＡ（開口数）で決められた許容角度より、小さくすれば良い。

図１に示すように、レーザーマスク１０１上のパターン１０２の位置が投影レンズ１７の光軸から距離Δであり、投影レンズ１７の縮小倍率がｍであるものとすると、レーザーマスク１０１を通ったレーザービーム２５は投影レンズ１７によりレーザービーム２６として被加工試料１８の試料面１０３に像として投影され、加工されるパターン１０４の位置が光軸からΔ／ｍの距離で加工面にある。なお、図示を省略したが、被加工試料１８を、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれレンズの光軸と垂直の水平面内で移動するＸ軸とＹ軸のステージや、投影レンズ１７の焦点を合せるためのＺ軸ステージが設けられている。

本実施の形態によれば、マスクユニット１５の移動位置の制御と、作製したマスクパターンの精度の両方を高度に維持できれば、レーザービームのスキャン精度は、それほど正確に要求されなく、照射されたマスクのパターン１０４を投影レンズ１７の分解能で決めた解像度のまま、加工面に結像させて加工を精密に行うことができる。すなわち、本実施の形態によれば、投影レンズ１７の物体面にそれぞれのパターンのレーザーマスク１０１を用意して、そのレーザーマスク１０１上のパターンの移動と連動してビームをスキャンしながら照射するようにしているため、照射場所と加工パターンも試料面１０３に対応して変えられ、しかも、レンズ全シェアに投影レンズ１７の解像度の限界までの加工ができる。本実施形態での加工は、レーザーマスク１０１のパターン模様に応じてビームが照射位置に追って行く形であるので、解像度を常に確保しながら、加工のスピードとビームの利用効率も向上する。

なお、上記の説明では、マスクユニット１５を多軸ステージによって投影レンズの物体面１６のＸ方向とＹ方向に移動できる構成として説明したが、本実施の形態の変形例としては、マスクユニット１５を固定にして、レーザーマスク１０１にマルチパルスのレーザービームをスキャンする第１の方法や、マスクユニット１５を設けず、仮想のレーザーマスク面に、加工パターンに対応したレーザービームのスキャンを行う第２の方法がある。

第１の方法では、投影レンズ１７の全シェアをカバー出来るレーザーマスクを用意することにより、レーザービームをガルバノミラーにより、用意した上記のマスク上を加工パターンのみスキャンすることにより、マスクを移動しなくても投影レンズ全シェアの加工を一度に加工できる。また、投影レンズ１７の物体面にマルチパルスのレーザービームのスキャンにより、元のビームの品質と関係なく、投影レンズ１７の全シェアにレンズの持つ解像度で微細パターンの加工を行うことができる。この方式でマスクに照射するビーム径は、十分大きくしても、解像度に影響しないし、加工に必要なパターンの所にしかビームをスキャンさせないので、前述した従来のエフシータレンズを使用した方式では単なるレンズ投影にほぼ大半にマスクでカットされたレーザービームを、かなり有効に使えることになる。

また、塗潰しの様な解像度を要求されない加工パターンの場合、マスクユニット１５を削除し、レーザーマスク１０１を用いず、レーザービームを想像の仮想のマスクを置いた所でその仮想のマスクの面上の仮想のマスクパターンをなぞってスキャンさせる第２の方法を適用することができる。この場合は、レーザーフルパワーまでの高い効率の加工もできる。

ここで、レーザービームで直接描画する観点から考えると、エフシータレンズでビームを集光し、ガルバノミラーでビームを投影レンズのシェア内にスキャンする従来の方法では、レンズ全シェアまでにビームをスキャンするが、加工されるパターンの解像度に注目すると、ビームのスポット径をレンズで小さく絞るほど試料面に描くビームの幅が狭くなり、レンズシェア毎の、パターンの塗潰し加工の際のビームスキャンの所要時間は、かなり長くなる。

しかし、上記の第２の方法のように、投影レンズ１７をエフシータレンズの様に使う方法で、試料１８を動かさず、ビームを仮想マスク上にスキャンさせることにより試料面１０３にレンズシェアまでに加工ビームを照射するようにした場合は、ビームのフルパワーで効率良く高速に加工を行うことができる。

更に、レーザー本体に出力パワーの調整機構、或いは、インライン上にレーザー出力制御用可変減衰器を設ければ、多層薄膜構造が有する大型試料に対し、異なる加工位置に応じて異なるパターンを切換ながら加工ビームの強度も調整でき、異なる薄膜に要求された異なる加工要求に応じて、レンズと加工試料の移動がなく、一つシェア内に、多様な仕様の多様な加工が一度にできる。

また、液晶パネルの様な大型試料に対しては、上記シェア毎の多機能の加工に加えて、露光装置の様に、試料１８をＸ方向とＹ方向に移動できるステージでレンズシェア毎に移動させて繰返し加工することにより、或いは、マスク交換しながらビームを連動してマスク上にスキャンの方式でシェア毎に違うレイアウトの加工を行うことにより、試料全面に渡って微細加工を行える。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明になるレーザー微細加工方法の第２の実施の形態が適用されるレーザー微細加工装置の構成を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図２は図１と同じ、複数機能を有するレーザー微細加工装置であるが、レーザービームのマスク上のスキャンを、ガルバノミラーでなく、Ｘ軸とＹ軸にレーザービームを平行移動できるステージ付の複数の全反射ミラー（図中１２_４）を設けた点に特徴がある。これらの全反射ミラー１２_４は、実際にＸ方向とＹ方向にそれぞれ移動できるようにする為に複数枚設けられている。

すなわち、図２では、全反射ミラー１２_２、１２_３でそれぞれ全反射されたレーザービーム２２は、レーザービームを平行移動できるステージ付の複数の全反射ミラー１２_４で全反射され、かつ、平行移動されてマスクユニット１５に入射する。図１のガルバノミラー１４_Ｘ、１４_Ｙは、高速でビームをスキャンする場合に適用して好適であるが、図２の全反射ミラー１２_４で、レーザービームをマスクユニット１５上で平行移動させる方法は、レーザービームはビームの投影レンズ１７の光軸に対し曲がり角度がなく、光軸に沿ってマスクユニット１５に平行入射するので、投影レンズ１７の開口数（ＮＡ）は小さくまで抑えられ、投影レンズ１７の設計が図１に比べて若干容易になる。

図１と図２に示すレーザー微細加工装置は、液晶パネルの様な多層且つ多様な薄膜構造を有する大型試料に対し、パターンの直接な削りと修正（リペア）、穴あけとマトリックス状のラインのスクライバ、又、それらの多種類加工の任意の組合せに高い精度を持ちながら効率良く一度に加工できるレーザー微細加工複合機になる。

次に、図１、図２に示した本発明の各実施の形態におけるレーザービームのマスク上と加工面の加工の際のレイアウトの各例について、図３と共に説明する。図３（Ａ１）は、投影レンズ物体面にスキャンされたビームの模様２１２を示す。ビームスキャンの軌跡は仮想されたバーチャルマスクパターン２１１で、スキャンで形成されたビームの軌跡の像（図３（Ａ２）に２１３で示す）を投影レンズで加工面に転写されて、加工を行う。ここで注意すべきポイントは、パターンの形状２１１（例えば図示の三角形状の鋭い角の部分）に応じた解像度を達成するため、スキャンされるビームが解像度と相当するサイズに小さくしなければならない。この様に解像度に制限されて小さくさせたビーム形状は、加工速度の向上にかなりの制限が有る。

その代わりに投影レンズの物体面にリアルマスクを置ければ、マスク上にスキャンされるレーザービームのビームサイズが大きくなっても構わず、投影レンズ本来の解像度を保ったままで加工のスピードを向上できる。図３（Ｂ１）に示すパターン２２１は、投影レンズ物体面に位置固定されるリアルマスク上にあるパターンである。図３（Ｂ１）に示す照射ビーム２２２の場合、パターン２２１をすべてカバーできるまでのビームサイズを有するので、ビームのスキャンは不要のまま、加工面に図３（Ｂ２）に示すパターン２２３を作ることができる。

一般レンズ投影方式に、この様なビームをマスク上に照射するが、加工できるパターンの大きさは、投影レンズのシェアの広さで決められず、一レーザービームの持つパルスエネルギーの強度で制限される。つまり、レーザービームのサイズは、通常、図３（Ｂ３）に２２４で示すように、加工パターンより小さい。この場合、ビームをパターンに沿って図３（Ｂ３）に矢印で示す方向にスキャンさせるので、ビームのスキャン軌跡とマスクのカット効果で、投影レンズで決められた解像度で図３（Ｂ４）に２２５で示すように加工を行う。なお、図３（Ｂ１）、（Ｂ３）では、ビームは２２２と２２４で示すように丸い形状であるが、ホモジナイザー光学系の設計によって角型形状もできる。

図３（Ｃ１）、（Ｄ１）、（Ｅ１）に示すパターン２３１_１、２３１_２、２３１_３は、三回照射する丸い（四角いビームもできる）形状のビーム２３２_１、２３２_２、２３２_３で照射される投影レンズ物体面のマスクのパターンである。この例では、各々パターン２３１_１、２３１_２、２３１_３を有する全部で三種類のマスクを三回に分けて、加工位置に移動し、レーザービームを連動して移動してそれぞれのパターンを照射する。

これにより、図３（Ｃ１）に示すパターン２３１_１を有する第１のマスクに丸い形状のビーム２３２_１を照射することで、加工面に図３（Ｃ２）に示すパターン２３３_１の加工を行い、続いて、図３（Ｄ１）に示すパターン２３１_２を有する第２のマスクに丸い形状のビーム２３２_２を照射することで、加工面に図３（Ｄ２）に示すパターン２３３_２の加工を行い、最後に、図３（Ｅ１）に示すパターン２３１_３を有する第３のマスクに丸い形状のビーム２３２_３を照射することで、加工面に図３（Ｅ２）に示すパターン２３３_３の加工を行い、全部で三種類のマスクを使用して三回のレーザービームの照射でパターン２３３_１から２３３_３なる所望のパターンの試料の加工を行うことができる。

ここで、一般に、高解像度で投影加工用マスクの作りに当たって、レンズ投影倍率に応じるマスク上パターンの倍率の正確度が非常に要求される。また、広いシェアになる投影レンズ自身の結像の収差などによる加工パターンの歪みもシェア内の場所によって違ってくる。そういうマスクの製造上の精度の制限及びレンズとの倍率の誤差、また、投影レンズの広いシェア上に微妙な歪みによる加工されるパターンの誤差、それらによる加工結果の不具合の克服は、一つのシェアにカバーする固定マスク上にビームをスキャンする方法では、液晶パネルの様な大型試料の微細加工は困難である。

そこで、この問題を解決するため、本発明では、マスク移動方式用のマスク上に一つずつで作られる局部のパターンの正確さと倍率精度は、大きな投影レンズの全シェアに投影する為のマスク上に一杯のパターンを作るときの精度より、非常に容易に実現できることに着目し、マスクに図３（Ｃ１）、（Ｄ１）、（Ｅ１）のような異なる任意の形状の複数の局部のパターンである透過パターン（ここでは三種類の透過パターン）を予め形成すると共に、マスクをステージにより加工位置に応じた位置に平面移動可能な構成とする。

これにより、投影レンズでビームのスキャンと連動されるマスクの移動による正確に作られた個別のパターンの切り換え、パターン位置の正確な制御も出来るため、マスクと投影レンズ自身の誤差分の補正もでき、高い解像度で、高い正確さのパターン加工を実現できる。なお、液晶パネルなど大型サンプルの積層された構造的な多層膜に対し、レーザービームを移動させるマスク上にスキャンする方法により、異なる場所に異なる加工パターン、またそれらの加工レイアウトの組合せの構成の手法で、レンズのシェア毎にかなり複雑な構造での加工も一度で行える。

この様なマスクとビームともに移動出来る加工装置は、それほど大きくならず、レーザービームのサイズも、つまり、それほど大きいパルスエネルギーのレーザーでなくでも、レンズの一シェアの加工をマルチのパルスで一度にできる。この様に、高速、かつ、高効率でありながら、装置のレーザービームでの加工精度も高く保つことができる。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、投影レンズ１７を用いるレーザービームのバーチャルマスクスキャンする方法（前記第２の方法）と、マスクユニット１５を固定してビームをマスク上にスキャンする方法（前記第１の方法）と、加工パターンの可変、かつ、位置可変の為のマスクユニット１５の移動と連動してマスクユニット１５上をビームスキャンする方法（第１の実施の形態）の三つの方法は、一つのレーザー微細加工装置にまとめて、それらをリアルタイムで切換えして使うこともできる。

このレーザー微細加工装置では、基本的に、低解像度、かつ、大きなパターンを加工する場合には、バーチャルマスクスキャンでビームが百パーセントにフルで利用できるようにする。また、高い繰返し率発振のレーザーの場合に一シェアに加工パターンがカバーできるマスクでビームをマスク上に高速スキャンする場合は第１の方法で微細加工し、一シェア内に同じパターンが高い重複度で繰返す加工する場合、或いは一シェア内に異なる場所に異なるパターンと異なるビーム強度を要求される加工を行う場合には、マスクの移動によるパターンの切り換え、かつ、加工位置の移動を行って微細加工を行う。

このように、３種類の方法を切り換えて使用できる加工装置の場合は、様々なケースバイケースで、加工の方式とレイアウトを切換えながら常にビームの利用率を最大にし、効率良く加工を行える。また、例えば、大型液晶パネルでは、多層薄膜のそれぞれの層に多様な加工パターンとそれらの繰返しの構成で一シェア中にも要求される加工が多い。３種類の方法を切り換えて使用できる加工装置では、これらの要求に応じて加工でき、特にマスク移動による加工位置の移動かつ加工パターンの切換えがリアルタイムにオンラインで行え、装置の生産性が向上できる。

本発明のレーザー微細加工方法の第１の実施の形態が適用されるレーザー微細加工装置の構成図である。本発明のレーザー微細加工方法の第２の実施の形態が適用されるレーザー微細加工装置の構成図である。本発明の図１、図２の各実施の形態におけるレーザービームのマスク上と加工面の加工の際のレイアウトの各例を示す図である。

符号の説明

１１加工用レーザー光源
１２_１〜１２_３レーザービームの折り返し全反射ミラー
１２_４マスク上にビームの照射位置を平行移動させる全反射ミラー
１３レーザービーム強度分布を均一化させるビームホモジナイザー
１４_Ｘ〜１４_Ｙマスク上にビームの照射位置をスキャンするガルバノミラー
１５マスクユニット
１６投影レンズの物体面
１７微細加工用投影レンズ
１８投影レンズの像平面に置く被加工試料
２１生のレーザービーム
２２ホモジナイザーで強度分布を均一化されたレンズのマスクに照射用ビーム
２３レンズの中心に通るレーザービームの光軸
２４ガルバノミラー１４で光軸に対してΔθ角度で斜めに入射するビームの光軸
２５マスク面を通った後のレーザービーム
２６投影レンズで転送された加工面に向かうレーザービーム
１０１投影レンズの物体面に置くレーザーマスク
１０２投影加工用マスク上の照射ビーム
１０３投影加工される試料面
１０４投影レンズで転送されたレーザービームのパターン、つまり、試料面に加工されたパターンの模様
２１１投影レンズ物体面にバーチャルマスク上の仮想パターン
２１２投影レンズ物体面にバーチャルマスクパターン上にスキャンされるレーザービームの軌跡
２１３投影レンズの像転写面にレーザービームのスキャンされる軌跡、つまり、ビームで試料面に加工されるパターン
２２１投影レンズ物体面に置くマスクのパターン
２２２マスクのパターン上に照射されるレーザービーム（図中に丸い形状だが、四角い形状も出来る）
２２３投影レンズの像転写面（被加工試料面）の加工ビームのパターン
２３１_１〜２３１_３投影レンズ物体面上に加工位置に移動されてくるマスクパターン
２３２_１〜２３２_３マスク移動と連動する照射レーザービーム
２３３_１〜２３３_３マスクの移動と連動されたビームの照射で投影レンズの像転写面（被加工試料面）に加工を実施されたパターンの模様

Claims

加工用レーザー光源から出射されたレーザービームを、投影レンズを通して被加工試料の試料面に照射して所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、
前記加工用レーザー光源から出射された前記レーザービームを、前記投影レンズの物体面に実のマスクを置かず、仮想に設けられるマスクの面上で、前記所望のパターンに対応させ、かつ、前記投影レンズの光軸に対する振れ角度が、該投影レンズの開口数で決められた許容角度より小さな角度範囲で仮想マスクパターンになぞってスキャンさせる第１のステップと、
前記仮想に設けられるマスクの面上を前記投影レンズの分解能で決められた解像度を保ったままで前記レーザービームをスキャンして描画されたレーザービームのパターンを、像として前記投影レンズを通じて、該投影レンズで決められた倍率で前記被加工試料の試料面に転写して微細加工する第２のステップと
を含むことを特徴とするレーザー微細加工方法。
加工用レーザー光源から出射されたレーザービームをマスクの所望の透過パターンに沿ってスキャンし、スキャンで描画された所望のパターンを投影レンズを通して試料の被加工面に照射して前記所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、
前記加工用レーザー光源から出射された前記レーザービームを、前記投影レンズの物体面に設置された、前記所望のパターンに対応させた透過パターンが形成された前記マスクに対し、前記投影レンズの光軸に対する振れ角度が、該投影レンズの開口数で決められた許容角度より小さな角度範囲で、かつ、前記透過パターンに沿ってスキャンさせる第１のステップと、
前記マスクの面上をスキャンして形成されたレーザービームのパターンを、像として前記投影レンズを通じて、全シェアに該投影レンズ自身の性能で決められた投影倍率と解像度を保って、前記試料の被加工面に転写して微細加工する第２のステップと
を含むことを特徴とするレーザー微細加工方法。
加工用レーザー光源から出射されたレーザービームをマスクの所望の透過パターンに沿ってスキャンし、スキャンで描画された所望のパターンを投影レンズを通して被加工試料の試料面に照射して前記所望のパターンの微細加工を行うレーザー微細加工方法であって、
前記マスクは異なる複数の任意の形状の透過パターンが予め形成されると共に、ステージにより加工位置に応じた位置に平面移動可能な構成とされており、
前記投影レンズの物体面に設置された前記マスクを、そのマスクに形成された前記複数の透過パターンのうち加工しようとする透過パターンが所定位置にくるように前記ステージにより平面移動して、前記加工用レーザー光源から出射された前記レーザービームをその所定位置の前記透過パターンに沿ってスキャンさせる第１のステップと、
前記マスクの前記透過パターンに沿ってスキャンして形成されたレーザービームのパターンを、像として前記投影レンズを通じて、該投影レンズ自身の性能で決められた投影倍率と解像度を保って、前記被加工試料の試料面に転写して微細加工する第２のステップと
を含むことを特徴とするレーザー微細加工方法。