JP2017528917A

JP2017528917A - 多重深さのエッチング用のマスクレチクルを含むレーザーエッチングシステム

Info

Publication number: JP2017528917A
Application number: JP2017514554A
Authority: JP
Inventors: マシューイーソウター; ブライアンエムアーウィン; ニコライエイポロモフ; クリストファーエルテスラー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-09-28
Also published as: CN107000116A; EP3191250A4; EP3191250A1; US20160074968A1; KR20170046793A; WO2016039881A1; TW201611166A

Abstract

レーザーエッチングシステムは、一エッチングパス中に複数のレーザーパルスを生成するように構成された１つのレーザー源を含む。ワークピースはレーザー源に対して位置合わせされる。ワークピースは、複数のレーザーパルスを受けたことに応答してエッチングされるエッチング材料を含む。マスクレチクルは、レーザー源とワークピースの間に挿置される。マスクレチクルは、互いに異なる深さを有する複数の造形部が、エッチング材料内にエッチングされるように、ワークピースによって実現されるレーザーパルスのフルエンスまたは数を調整するように構成された少なくとも１つのマスクパターンを含む。

Description

本開示は、レーザーに基づくエッチング技法に関し、より具体的には、レーザーに基づくエッチングプロセス中にエッチング深さを制御するように構成されたマスクレチクルに関する。

例えば半導体および／またはエッチング材料等の種々の材料は、ワークピースをパターニングする高エネルギーレーザーパルスを生成するように構成されたレーザーエッチングツールを用いてエッチングされ得る。従来型のレーザーに基づくエッチングプロセスは、レーザーパルスのフルエンス、ワークピースのパターニングされた領域がレーザーパルスに曝される時間量、および／またはパターニングされる領域に届くパルス量を制御することによって所望のパターン深さを達成する。様々な深さを有するパターンをエッチングするために、従来型のレーザーに基づくエッチングは、それぞれの深さを達成するために、複数のエッチングパスを、多重マスクレチクルと組み合わせて必要とする。結果として、レーザーエッチングツールは、各マスクに対応する多重パスを実行しなければならない。

少なくとも１つの実施形態によれば、レーザーエッチングシステムは、一エッチングパス中に複数のレーザーパルスを生成するように構成された１つのレーザー源を含む。ワークピースはレーザー源に対して位置合わせされる。ワークピースは、複数のレーザーパルスを受けたことに応答してエッチングされるエッチング材料を含む。マスクレチクルが、レーザー源とワークピースの間に挟置される。マスクレチクルは少なくとも１つのマスクパターンを含み、マスクパターンは、単一のエッチングパスに続いて、互いに異なる深さを有する複数の造形部がエッチング材料内にエッチングされるように、ワークピースによって実現されるレーザーパルスのフルエンスまたは数を調整するように構成される。

別の実施形態によれば、ワークピースをエッチングする方法は、一エッチングパス中に１つのフルエンスを有する複数のレーザーパルスを生成することを含む。方法はさらに、ワークピースを複数のレーザーパルスに対して位置合わせすることを含み、ワークピースは、複数のレーザーパルスを受けたことに応答してエッチングされるエッチング材料を含む。方法はさらに、互いに異なる深さを有する複数の造形部が、エッチング材料内にエッチングされるように、少なくとも１つのマスクパターンを用いてワークピースによって実現されるレーザーパルスのフルエンスまたは数の少なくとも１つを調整することを含む。

付加的な特徴が、本発明の技法によって実現される。別の実施形態は本明細書に詳細に説明され、特許請求された発明の一部と見做される。これらの特徴を有する本発明をより良く理解するために、説明と図面を参照されたい。

本発明として考慮される主題は、明細書の結論部分にある請求項に、特に指摘され、明瞭にクレームされている。上記の特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考慮すれば明らかとなる。
一例示的実施形態による、レーザー源とワークピースの間に挿置されるマスクレチクルの断面図である。一例示的実施形態による、マスクレチクルと対応する造形部の寸法を示す拡大図である。マスクレチクルの寸法とワークピースの深さに基づくエッチングされた造形部の例の図である。マスクレチクルの寸法とワークピースの深さに基づくエッチングされた造形部の例の図である。マスクレチクルの寸法とワークピースの深さに基づくエッチングされた造形部の例の図である。別の例示的実施形態による、レーザー源とワークピースの間に挿置されるマスクレチクルの断面図である。さらに別の例示的実施形態による、レーザー源とワークピースの間に挿置されるマスクレチクルの断面図である。さらに別の例示的実施形態による、レーザー源とワークピースの間に挿置されるマスクレチクルの断面図である。一例示的実施形態による、ワークピースにおける複数の異なる深さを有するパターンをエッチングするように構成された３つの異なるマスクパターンを有するマスクレチクルの斜視図である。一例示的実施形態による、第１の伝送パス中に、図７に示すマスクレチクルの第１のパターンを用いてワークピースのエッチング材料にレーザーフルエンスを伝送するレーザー源の図である。第１のパターンによる第１の深さを有する複数のエッチングされた造形部を含む、図８Ａに示すワークピースのエッチング材料の図である。第１の伝送パス中に、図６に示すマスクレチクルの第２のパターンを用いて図８Ａ−８Ｂに示すワークピースのエッチング材料にレーザーフルエンスを伝送するレーザー源の図である。第１のパターンによる第１の深さを有する第１の複数のエッチングされた造形部と、第２のパターンによる第２の深さを有する第２の複数のエッチングされた造形部を含む、図９Ａに示すワークピースのエッチング材料の図である。第１の伝送パス中に、図６に示すマスクレチクルの第３のパターンを用いて、図９Ａ−９Ｂに示すワークピースのエッチング材料にレーザーフルエンスを伝送するレーザー源の図である。第１のパターンによる第１の深さを有する第１の複数のエッチングされた造形部と、第２のパターンによる第２の深さを有する第２の複数のエッチングされた造形部と、第３のパターンによる第３の深さを有する第３の複数のエッチングされた造形部を含む、図１０Ａに示すワークピースのエッチング材料の図である。

本開示の種々の実施形態は、レーザーフルエンスを通過させてワークピースに向けて通し、複数の異なる深さを有するパターンをエッチングするように構成されたマスクレチクルを提供する。こうして、少なくとも１つの実施形態によってもたらされるマスクレチクルは、より大きなコスト削減を提供し、同時に処理時間、ツールの磨耗、およびレーザーを作動させるために必要な消耗品の使用を低減もする。

ここで図１を参照すると、一例示的実施形態によるレーザーエッチングシステム１００が示されている。レーザーエッチングシステム１００は、ワークピース１０４を支持するためのステージ１０３と、レーザー源１０２とステージ１０３の間に挿置されたマスクレチクル１０６を含む。

レーザー源１０２は、例えば約３０８ナノメータ（ｎｍ）の波長を有する１つ以上の紫外線（ＵＶ）レーザーパルス１０８を生成することができるレーザー源のような、任意の市販のレーザー源を含んでもよい。代表的な高エネルギーＵＶパルス１０８は、例えば平方センチメートル（ｃｍ）当り約０．０５ジュール（Ｊ）から約１．０Ｊの範囲のフルエンスと、例えば約１ナノ秒（ｎｓ）から約１００ｎｓのパルス持続時間を含んでもよい。ＵＶパルス１０８の波長は、例えば約１２６ｎｍから約３５１ｎｍおよび／またはその他の波長等を制限なく含む、エキシマレーザーによって生成される全波長を含んでもよい。

ワークピース１０４は、エッチング耐性基部１１２上に形成されたエッチング材料１１０を含む。エッチング材料は、例えば、誘電材料製であってよい。誘電材料は、限定するわけではないが、感光性ポリマー、ポリイミド（ＰＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、エポキシおよびビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を含む。

マスクレチクル１０６は、その上面に形成された反射層１１６を有する透明層１１４を含む。透明層１１４は、限定するわけではないがクォーツを含む種々のレーザー透過性材料から形成される。反射層１１６は、限定するわけではないがアルミニウムを含む種々の反射材料から形成される。一実施形態によれば、第１開口部１１８ａは第１のクリティカル・ディメンションを有し、第２開口部１１８ｂは第１のクリティカル・ディメンションより小さい第２のクリティカル・ディメンションを有する。マスクレチクル１０６は、レーザー源１０２とワークピース１０４の間に挿置され得る。マスキングレチクル１０６は、透明層１１４の下方に配置された開口部１１８ａ、１１８ｂ等を備えて示されているが、マスキングレチクル１０６は、開口部１１８ａ、１１８ｂ等が透明層１１４の上方に配置されるように形成されてもよいことが理解される。

一実施形態によれば、レーザー源１０２によって生成されるレーザーパルス１０８は、単一のエッチングパス中にマスクレチクル１０６のほうに向けられる。反射層１１６は、レーザーパルス１０８が貫通してワークピース１０４に達することを防止する。しかしながら、開口部１１８ａ／１１８ｂは、レーザーパルス１０８の部分が透明層１１４を貫通して、マスクレチクル１０６の下方に配置されたワークピース１０４に達して、対応する開口部１２０ａ／１２０ｂを形成することを可能にする。開口部１１８ａ／１１８ｂのサイズは、エネルギーがワークピース１０４に印加される領域を制限する。印加される領域が十分狭いものであれば、側壁造形部の傾斜は互いに遮り合って、アブレーションプロセスを自己制限する。例えば、印加領域は、例えば、エッチングされる層の厚さより少ない寸法を有し得る。

図２を参照すると、第１開口部１１８ａと、例えば造形部１２０ａである対応する造形部の寸法を図示したマスクレチクル１０６の拡大図が示されている。マスクレチクル１０６内の開口部１１８ａのサイズ（ｌ）は、エッチングされる造形部１２０ａの最大サイズを決定する。エッチングされる造形部１２０ａのサイズは、光学系が拡大度を変えた（図示せず）場合にマスクレチクル１０６のサイズから変動し得ることが理解される。壁の角度／傾斜（θ）は、材料１１０、レーザーフルエンスおよびレーザー波長に依存する。エッチング深さ（ｄ）は、材料１１０、レーザーフルエンス、レーザー波長およびレーザーパルスの数に依存する。エッチング深さ（ｄ）と壁の角度／傾斜がラン（ｒ）、すなわち傾斜した側壁の下部の材料の長さを規定し、ｒ＝ｔａｎ（θ）／ｄである。エッチングされた開口部がｌ＜２^＊ｔａｎ（θ）／ｄであれば、造形部１２０のエッチングされた開口部は自己制限する。

ワークピース１０４内にエッチングされた造形部１２０の種々の例が、図３Ａ−３Ｃに示されている。図３Ａにおいて、ワークピース１０４ａは、第１の深さ（ｄ_１）を有するエッチング材料１１０ａにエッチングされた造形部１２０ａを含んで示されている。造形部１２０ａは、（ｌ_１）のサイズを有するマスキング開口部（図示せず）を用いて形成される。造形部１２０ａは、材料１１０ａを完全に貫通して拡がり、基底のエッチング耐性基部１１２ａ上で止まる。造形部１２０ａは、マスク開口部のサイズ（ｌ_１）にほぼ等しいサイズ（ｌ_１）の上部開口部１２１ａを有する。

図３Ｂにおいて、ワークピース１０４ｂは、図３Ａに示したエッチング材料１１０ａの深さ（ｄ_１）よりも大きい第２の深さ（ｄ_２）を有するエッチング材料１１０ｂを含んで示されている。造形部１２０ｂは、図３Ａの造形部１２０ａを形成するために用いられたマスク開口部のサイズと等しいサイズ（ｌ_１）を有するマスク開口部を用いてエッチングされる。したがって、造形部１２０ｂは、マスク開口部のサイズ（ｌ_１）とほぼ等しいサイズ（ｌ_１）を有する上部開口部１２１ｂを有する。しかしながら、深さ（ｄ_２）の増加により、造形部１２０ｂは、エッチング材料１１０ｂを完全に貫通してエッチングし基底のエッチング耐性基部１１２ｂ上で止まる代わりに、エッチング材料１１０ｂを部分的に通って拡がって自己制限する。

図３Ｃを参照すると、エッチング材料１１０ｃにエッチングされた造形部１２０ｃを含むワークピース１０４ｃが図示されている。エッチング材料１１０ｃは、図３Ａに説明されたエッチング材料１１０ａの深さ（ｄ_１）に等しい深さ（ｄ_１）を有する。しかしながら、この場合、造形部１２０ｃを形成するために用いられる開口部のサイズ（ｌ_２）は、図３Ａの造形部１２０ａを形成するために用いられる開口部のサイズ（ｌ_１）よりも小さい。このように、造形部１２０ｃは、エッチング材料１１０ｃを完全に貫通してエッチングし基底のエッチング耐性基部１１２ｃ上で止まる代わりに、部分的に材料１１０ｃを通って拡がって自己制限する。

図１を再び参照すると、第２開口部１１８ｂ（例えば、より小さい開口部）を用いてエッチング材料１１０内にエッチングされた第２の造形部１２０ｂの深さは、レーザーフルエンスによって制御されるが、印加されるパルスの数によっては制御されない。レーザーの材料と波長も、第２の造形部１２０ｂの深さを制御できる。例えば、第２の造形部１２０ｂの深さは、エッチングの幅ｌと壁の角度／傾斜θによって決まる。エッチングされる材料、レーザーフルエンスおよびレーザー波長も第２の造形部１２０ｂの深さに影響を与え得る。例えば、材料と波長が固定である場合、ビア側壁の角度は固定され、パルスの数は、例えば平方センチメートル当り約１００ミリジュール（ｍＪ／ｓｑｃｍ）から約４００ｍＪ／ｓｑｃｍの中程度のフルエンス範囲では重要でなくなる。

フルエンスの増加に応答して、エッチング材料１１０に導入される付加的なエネルギーは、エッチング閾値（エッチング材料が、パルス１０８からの露光により崩壊し始める閾値）を克服する能力を向上させ、１つ以上の第２の造形部１２０ｂが、自己制限造形部１２０ｂとして形成されるようにする。フルエンスが一定である場合には、自己制限造形部１２０ｂは、概ね同一の側壁を有して形成されるのに対し、低フルエンスは、より浅い深さの終端深さを形成する。低フルエンスでの付加的なパルス１０８は、側壁のエッチング閾値の克服を支援しない。

ここで図４を参照すると、別の例示的実施形態によるレーザーエッチングシステム１００が示されている。レーザーエッチングシステム１００は、レーザー源１０２とワークピース１０４の間に挿置されたマスクレチクル１０６を含む。ワークピース１０４とマスクレチクル１０６は、上記に詳細に説明したのと同じ材料で形成される。マスクレチクル１０６には、互いに異なるサイズを有する複数の開口部１１８ａ−１１８ｃが形成されている。レーザーパルス１０８は、開口部１１８ａ−１１８ｃを通過でき、それによりエッチング材料１１０にそれぞれ造形部１２０ａ−１２０ｃをエッチングする。

エッチングされた造形部１２０ａ−１２０ｃは、開口部１１８ａ−１１８ｃのサイズに比例する深さとサイズで形成される。例えば、開口部１１８ａ−１１８ｃの中で最小のサイズを有する第１開口部１１８ａは、エッチングされた造形部１２０ａ−１２０ｃの中で最も浅い深さを有する第１の造形部１２０ａの形成を促進するのに対し、開口部１１８ａ−１１８ｃの中で最大のサイズを有する第３開口部１１８ｃは、最も深い深さを有する第３の造形部１２０ｃの形成を促進する。したがって、開口部１１８ａ−１１８ｃのサイズのバリエーションは、互いに異なる深さを有するそれぞれの自己制限造形部１２０ａ−１２０ｃの形成を促進する。

図５に関して、別の例示的実施形態によるレーザーエッチングシステム１００が示されている。レーザーエッチングシステム１００は、レーザー源１０２とワークピース１０４の間に挿置されたマスクレチクル１０６を含む。ワークピース１０４とマスクレチクル１０６は、上記に詳細に説明したのと同じ材料から形成される。しかしながら、マスクレチクル１０６は、ワークピース１０４を複数のエッチレートでエッチングするように構成された複数のサブレイヤを有する積層反射層を含む。より具体的には、マスクレチクル１０６は、部分反射型サブレイヤ１２２と完全反射型サブレイヤ１２４を含む。部分反射型サブレイヤ１２２は、レーザーパルス１０８の入射エネルギーの約２０％から約８０％を反射する、透明層１１４の上面上に形成されたティントフィルムを含む。完全反射型サブレイヤ１２４は、レーザーパルス１０８の入射エネルギーの約９９％−１００％を反射し、部分反射型サブレイヤ１２２に直接積層される。

マスクレチクル１０６の第１の部分は、部分反射型サブレイヤ１２２と完全反射型サブレイヤ１２４両方を貫通して延在する第１開口部１１８ａを形成するようにパターニングされる。マスクレチクル１０６の第２の部分は、完全反射型サブレイヤ１２４のみを貫通して部分反射型サブレイヤ１２２の基底部分を露出する第２開口部１１８ｂを形成するようにパターニングされる。第１開口部１１８ａは、レーザーパルス１０８の完全フルエンスが透明層１１４を通過することを可能にするのに対し、第２開口部１１８ｂは、レーザーパルス１０８’の部分フルエンスが透明層１１４を通過することを可能にする。したがって、完全フルエンスのレーザーパルス１０８は、エッチング材料１１０に完全にエッチングされた造形部１２０ａを形成するのに対し、レーザーパルス１０８’の部分フルエンスは、エッチング材料１１０に部分的にエッチングされた造形部１２０ｂを形成する。加えて、レーザーパルス１０８のフルエンスおよびレーザーパルス１０８の数は、エッチングされた造形部１２０ａ／１２０ｂの寸法を制御するために調節され得る。例えば、レーザーパルス１０８のフルエンスと、マスクレチクル１０６に向けられるレーザーパルス１０８の数を増加させると、エッチングされた造形部１２０ａ／１２０ｂの深さが増加する。しかしながら、１２０ａをエッチングするフルエンスの変化は、エッチ深さに影響を与えないことが理解される。レーザーパルス１０８のフルエンスを増加させるか減少させると、各造形部１２０ａ／１２０ｂによって規定される側壁の角度をそれぞれ増加させるか減少させることにもなる。このため、レーザーフルエンスを減少させることにより、エッチングされた造形部１２０ａはエッチング材料１１０（造形部１２０ｂと同様に）または部分的にエッチングされたビア１０２ｂ（あるいは完全にエッチングされたビア１０２ａ）を部分的にのみ通って拡がって、フルエンスの減少により壁の角度／傾斜が減少するため自己制限性になり得る。

ここで図６を参照すると、別の例示的実施形態によるレーザーエッチングシステム１００が示されている。レーザーエッチングシステム１００は、レーザー源１０２とワークピース１０４の間に挿置されたマスクレチクル１０６を含む。ワークピース１０４とマスクレチクル１０６は、上記に詳細に説明したのと同じ材料で形成される。マスクレチクル１０６は、ワークピース１０４を複数のエッチレートでエッチングするように構成された複数のサブレイヤを有する１つの積層反射層をも含む。マスクレチクル１０６は、上記に詳細に説明した部分反射型サブレイヤ１２２と完全反射型サブレイヤ１２４を含む。

少なくとも１つの実施形態によれば、積層反射層は、単一の隔離された部分反射型サブレイヤ１２２’が、第１と第２の開口部１１８の間に挿置されるようにパターニングされる。積層反射層は、透明層１１４上に形成される。積層反射層は、部分反射型サブレイヤ１２２上に上記のように直接積層された完全反射型サブレイヤ１２４を含む。各開口部１１８は、隔離された部分反射型サブレイヤ１２２’からそれぞれの積層反射層を分離する。開口部１１８は、部分反射型サブレイヤ１２２と完全反射型サブレイヤ１２４を貫通して拡がって透明層１１４を露出する。したがって、完全フルエンスレーザーパルス１０８は開口部１１８を貫通してエッチング材料１１０に達し、エッチング材料１１０内に第１の造形部１２０をエッチングする。

第１の造形部１２０は、例えば、基底にある基部１１２の一部を露出する完全にエッチングされた造形部１２０である。しかしながら、分離した部分反射型サブレイヤ１２２′は、透明層１１４を貫通するレーザーパルス１０８を完全にブロックせずにレーザーパルス１０８のフルエンスを減少させる。したがって、部分フルエンスレーザーパルス１０８ ′は、エッチング材料１１０に突き当たり、完全にエッチングされた造形部１２０間に挿置される部分的にエッチングされた、分離した造形部１２６を形成する。このように、完全にエッチングされた造形部１２０と部分的にエッチングされた分離した造形部１２６は、導電性配線を形成でき、それは例えば、当業者によって理解される、種々のプレートアップおよびデュアルダマシン製造プロセスを用いて１つ以上のビアを接続する。同様の組の造形部が、図１−５に関連して上記に説明した、種々のエッチ造形部開口部と技法を用いて単一のパスで形成され得ることが理解される。

ここで図７を参照すると、一例示的実施形態によるマスクレチクル１０６の斜視図が示されている。マスクレチクル１０６は、その上に形成された複数の個々の反射層１１６ａ−１１６ｃを含む。各反射層１１６ａ−１１６ｃは、それぞれのマスクパターンを規定する異なる開口部の配置を含む。例えば、第１の反射層１１６ａは、第１のマスクパターン１２８ａを規定する複数の開口部１１８を含み、第２の反射層１１６ｂは、第２のマスクパターン１２８ｂを規定する複数の開口部１１８を含み、第３の反射層１１６ｃは、第３のマスクパターン１２８ｃを規定する複数の開口部１１８を含む。

マスクレチクル１０６の位置は、１つ以上のレーザーパルス１０８に対して調節可能である。一実施形態によれば、マスクレチクル１０６は、可動マスクステージ（図７には図示せず）によって支持されてもよい。マスクステージは、レーザー源１０２と、ワークピース１１０を支持するステージ１０３との間にマスクレチクル１０６を位置決めできる。別の実施形態によれば、ステージ１０３は、ワークピース１０４をマスクパターン１２８ａ−１２８ｃのうち１つ以上に対して移動させ位置合わせできるように構成される。このように、マスクパターン１２８ａ−１２８ｃを、以下により詳細に説明する１つ以上のシーケンスに従ってレーザーパルス１０８とワークピース１０４に位置合わせすることによって、異なる深さを有する造形部の特定のパターンがワークピースにエッチングされ得る。

マスクパターン１２８ａ−１２８ｃを複数のレーザーパルス１０８とワークピース１０４に対して位置合わせするアライメント操作のシーケンスが、一例示的実施形態により図８Ａ−１０Ｂを参照して示される。図８Ａにおいて、第１のマスキングパターン１２８ａが、複数のレーザーパルス１０８とワークピース１０４の間に挿置される。レーザーパルス１０８の第１の部分が、第１のマスキングパターン１２８ａを画定する開口部１１８を介して伝達される。レーザーパルス１０８は、ワークピース１０４上に形成されたエッチング材料１１０の上面に衝突し、第１の複数の造形部１２０ａをエッチングする。第１の複数の造形部１２０ａは、エッチング材料１１０内に、図８Ｂに示すような第１の深さ（ｄ１）で拡がる。

図９Ａでは、第２のマスキングパターン１２８ｂが、レーザーパルス１０８とワークピース１０４の間に挿置される。レーザーパルス１０８の第２の部分が、第２のマスキングパターン１２８ｂを画定する開口部１１８を介して伝達される。レーザーパルス１０８は、１つ以上の第１の造形部１２０ａの深さを増加させる。このように、エッチング材料１１０に、ｄ１より大きい第２の深さ（ｄ２）で拡がる１つ以上の第２の造形部１２０ｂが形成される。したがって、エッチング材料１１０には、図９Ｂに示すように、第１の深さｄ１でエッチング材料１１０内に拡がる複数の第１の造形部１２０ａと、第２の深さｄ２でエッチング材料１１０内に拡がる複数の第２の造形部１２０ｂが形成される。

図１０Ａでは、第３のマスキングパターン１２８ｃが、レーザーパルス１０８とワークピース１０４の間に挿置される。レーザーパルス１０８の第３の部分が、第３のマスキングパターン１２８ｃを画定する開口部１１８を介して伝達される。レーザーパルス１０８は、１つ以上の第２の造形部１２０ｂの深さを増加させる。このように、エッチング材料１１０に、ｄ１およびｄ２より深い第３の深さ（ｄ３）で拡がる１つ以上の第３の造形部１２０ｃが形成される。したがって、エッチング材料１１０には、図１０Ｂに示すように、第１の深さｄ１でエッチング材料１１０内に拡がる少なくとも１つの第１の造形部１２０ａと、第２の深さｄ２でエッチング材料１１０内に拡がる少なくとも１つの第２の造形部１２０ｂと、第３の深さｄ３でエッチング材料１１０内に拡がる少なくとも１つの第３の造形部１２０ｃが形成される。

図８Ａ−１０Ｂを依然として参照すると、第１のマスクパターン１２８ａを用いて形成された第１の造形部１２０ａの深さは、エッチング材料１１０に届いたパルス１０８のフルエンスレベルと数によって決まる。任意の所与のパターンに届くパルス１０８の数を制御することにより、第１のパターンの深さは任意の所望の深さとなるように選択され得る。第２のマスクパターン１２８ｂの位置決めに引き続いて、１つ以上の選択された第１の造形部１２０ａは、所望の深さまたはストップ層を達成するために続けてレーザーエッチングされ得る。マスクパターン１２８ａ−１２８ｃの位置決めは、エッチング材料１１０のさらに深部へのエッチングを継続して合計したエッチ深さを達成するために、順にまたは互いに重なるための任意の特定の位置合わせ操作のシーケンスを必要としないことが理解される。

本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのみであって、本発明を限定する意図はない。本明細書で使用される、単数の「１」「１つの」および「その」は、文脈が別段明白に示さない限り、複数形態も含むことを意図している。「備える」および／または「備えた」は、本明細書で使用される場合、述べられた造形部、整数、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の別の造形部、整数、ステップ、操作、要素構成要素および／またはそれらの群の存在または追加を除外しないことも理解される。

以下の特許請求の範囲内の全ての手段またはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、行為および等価物は、具体的に請求項に記載されたその他の主張される要素と組み合わせて、任意の構造、材料または機能を実行する行為を含むことを意図している。本発明の説明は、図示と説明のために提示されており、網羅的であること、あるいは本発明を開示された形態に限定する意図はない。本発明の範囲と趣旨から逸脱せずに、当業者には多くの変更と変形が明らかとなろう。実施形態は、本発明の開示の原理と実用的な用途を最も良く説明して、別の当業者に、想定される特定の用法に適した種々の変更を伴って種々の実施形態に関して本発明を理解できるようにするために選択され説明された。

本明細書において描写される流れ図は一例に過ぎない。本発明の趣旨から逸脱せずに、この図またはそこに説明された操作に多くの変形が存在し得る。例えば、操作は、異なる順で実行されてもよく、または、操作が追加、削除もしくは修正されてもよい。これらの変形は全て、特許請求された発明の一部と見做される。

種々の実施形態について説明してきたが、当業者ならば、現在でも将来でも、以下の特許請求の範囲内の様々な変形をなし得るであろう。これらの請求項は、最初に説明された本発明の適正な保護を維持するために解釈されるべきである。

１００レーザーサブシステム、１０２レーザー源、１０３ステージ、１０４ワークピース、１０６マスクレチクル、１０８レーザーパルス、１１０エッチング材料、１１０ａエッチング材料、１１２エッチング耐性基部、１１４透明層、１１６反射層、１１８ａ第１開口部、１１８ｂ第２開口部、１２０造形部、１２０ａ造形部、１２０ｂ造形部、１２１ａ上部開口部、１２６部分的にエッチングされた分離した造形部、１２８ａマスクパターン、１２８ｂマスクパターン、１２８ｃマスクパターン。

Claims

ワークピースをエッチングする方法であって、
１つのエッチングパス中に１つのフルエンスを有する複数のレーザーパルスを生成し、
ワークピースを前記複数のレーザーパルスに対して位置合わせし、前記ワークピースは、前記複数のレーザーパルスを受けたことに応答してエッチングされるエッチング材料を含み、
少なくとも１つのマスクパターンを用いて、前記ワークピースによって実現されるレーザーパルスのフルエンスと数のうち少なくとも１つを調整して、互いに異なる深さを有する複数の造形部がエッチング材料内にエッチングされるようにすることを含む方法。
請求項１に記載の方法であって、第１のエッチングパス中に第１の組のレーザーパルスを、少なくとも１つのマスクパターンの少なくとも１つの第１の開口部を介して前記ワークピースのほうに伝達して、第１の造形部をエッチング材料にエッチングし、前記第１のエッチングパス中に第２の組のレーザーパルスを、少なくとも１つのマスクパターンの少なくとも１つの第２の開口部を介して前記ワークピースのほうに伝達して、第２の造形部をエッチング材料にエッチングすることを含む方法。
請求項２に記載の方法であって、さらに、第１の数のレーザーパルスを、第１のサイズを有する少なくとも１つの第１の開口部を介して通し、第２の数のレーザーパルスを、第１のサイズとは異なる第２のサイズを有する少なくとも１つの第２の開口部を介して通し、レーザーパルスの第２の数はレーザーパルスの第１の数とは異なることを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法であって、エッチング材料内にエッチングされる各造形部の深さは、対応する開口部のサイズに比例することを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法であって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された全反射層を備え、前記全反射層内に前記第１と第２の開口部が、前記透明層の一部が露出されるように形成され、
前記全反射層は、前記複数のレーザーパルスを反射するように構成され、前記透明層は前記複数のレーザーパルスを前記ワークピースに通すように構成されることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、さらに、前記第１の組のレーザーパルスを前記第１の開口部を介して通すことで第１のフルエンスを生成し、前記第２の組のレーザーパルスを前記第２の開口部を介して通して、前記第１のフルエンスよりも小さい第２のフルエンスを生成することを含む方法。
請求項６に記載の方法であって、さらに、部分反射層を前記第２の開口部に配置して、そこを通過するレーザーパルスのフルエンスを減少させることを含む方法。
請求項７に記載の方法であって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された積層反射層を備え、前記積層反射層が、
前記透明層の上に直接形成された部分反射層と、
前記部分反射層の上に直接積層された全反射層とを含むことを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法であって、前記第１の開口部は前記部分反射層と前記全反射層を貫通して拡がって前記透明層を露出し、前記第２の開口部は前記全反射層のみを通って拡がって前記部分反射層を露出することを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法であって、前記第１の開口部によって露出される前記透明層は、第１のフルエンスを有する第１の組のレーザーパルスを通すように構成され、前記部分反射層と前記透明層の組み合わせは、前記第１のフルエンスよりも小さい第２のフルエンスを有する第２の組のレーザーパルスを通すように構成されることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、前記少なくとも１つの第１の開口部は前記マスクレチクル上に第１のマスクパターンを画定し、前記少なくとも１つの第２の開口部は前記マスクレチクル上に、前記第１のマスクパターンとは異なる第２のマスクパターンを画定することを特徴とする方法。
請求項１１に記載の方法であって、前記第１のパターンは第１のパス中に、第１の深さを有する第１の造形部と、第２の深さを有する第２の造形部を形成するように位置合わせされ、前記第２のパターンは、前記第１の造形部と前記第２の造形部のうち一方の深さを延長するように、第２のパス中に位置合わせされることを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法であって、互いに異なる深さを有する複数の造形部が、単一のエッチングパス中に前記エッチング材料内にエッチングされることを特徴とする方法。
レーザーエッチングシステムに含まれるマスクレチクルであって、
レーザーパルスの完全フルエンスを通過させるように構成された透明層と、
前記透明層上に積層された反射層を備え、前記反射層は、レーザーパルスが前記反射層を通過することを阻止するように構成され、さらに、
前記反射層の一部に形成された少なくとも１つのマスクパターンを備え、前記少なくとも１つのマスクパターンは、前記マスクパターンを通過するレーザーパルスのフルエンスと数のうち少なくとも１つを調整して、レーザーエッチングシステムに含まれるワークピースに形成される少なくとも１つの造形部の深さを制御するように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項１４に記載のマスクレチクルであって、前記少なくとも１つのマスクパターンは少なくとも１つの第１の開口部と少なくとも１つの第２の開口部を含み、前記少なくとも１つの第１の開口部は、第１のエッチングパス中に第１の組のレーザーパルスを前記ワークピースのほうに伝達させるように構成され、前記少なくとも１つの第２の開口部は、前記第１のエッチングパス中に第２の組のレーザーパルスを前記ワークピースのほうに伝達させるように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項１５に記載のマスクレチクルであって、前記少なくとも１つの第１の開口部は、第１の数のレーザーパルスを通過させるように構成された第１のサイズを有し、前記少なくとも１つの第２の開口部は、第２の数のレーザーパルスを前記第２の開口部を介して通過させるように構成された、前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有し、前記レーザーパルスの第２の数は前記レーザーパルスの第１の数とは異なることを特徴とする方法。
請求項１６に記載のマスクレチクルであって、前記第１の開口部と前記第２の開口部は、前記サイズと前記第２のサイズにそれぞれ比例した深さを前記エッチング材料内に形成するように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項１７に記載のマスクレチクルであって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された全反射層を備え、前記全反射層内に前記第１と第２の開口部が、前記透明層の一部が露出されるように形成され、
前記全反射層は、前記複数のレーザーパルスを反射するように構成され、前記透明層は前記複数のレーザーパルスを前記ワークピースに通すように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項１５に記載のマスクレチクルであって、前記第１の開口部は、第１のフルエンスを有する前記第１の組のレーザーパルスを伝達するように構成され、前記第２の組のレーザーパルスは、前記第１のフルエンスよりも小さい第２のフルエンスを有する前記第２の組のレーザーパルスを伝達するように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項１９に記載のマスクレチクルであって、前記第２の開口部に部分反射層が配置され、前記部分反射層は、前記部分反射層を通過するレーザーパルスのフルエンスを減少させるように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
請求項２０に記載のマスクレチクルであって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された積層反射層を備え、前記積層反射層が、
前記透明層上に直接形成された部分反射層と、
前記部分反射層上に直接積層された全反射層とを含むことを特徴とするマスクレチクル。
請求項２１に記載のマスクレチクルであって、前記第１の開口部は前記部分反射層と前記全反射層を貫通して延在して前記透明層を露出し、前記第２の開口部は前記全反射層のみを通って拡がって前記部分反射層を露出することを特徴とするマスクレチクル。
請求項２２に記載のマスクレチクルであって、前記第１の開口部によって露出される前記透明層は、第１のフルエンスを有する第１の組のレーザーパルスを通すように構成され、前記部分反射層と前記透明層の組み合わせは、前記第１のフルエンスよりも小さい第２のフルエンスを有する第２の組のレーザーパルスを通すように構成されることを特徴とする方法。
請求項１５に記載のマスクレチクルであって、前記少なくとも１つの第１の開口部は前記マスクレチクル上に第１のマスクパターンを画定し、前記少なくとも１つの第２の開口部は前記マスクレチクル上に、前記第１のマスクパターンとは異なる第２のマスクパターンを画定することを特徴とするマスクレチクル。
請求項２４に記載のマスクレチクルであって、前記第１のパターンは、前記第１のエッチングパス中に生成されたレーザーパルスを伝達したことに応答して、第１の深さを有する第１の造形部を形成するように構成され、前記第２のパターンは、前記第１のエッチングパス中に生成されたレーザーパルスを伝達したことに応答して、第１の深さを延長するように構成されることを特徴とするマスクレチクル。
レーザーエッチングシステムであって、
一エッチングパス中に１つのフルエンスを有する複数のレーザーパルスを生成するように構成されたレーザー源と、
ワークピースを前記レーザー源に対して位置合わせするように構成されたステージを備え、前記ワークピースは、前記複数のレーザーパルスを受けたことに応答してエッチングされるエッチング材料を含み、
さらに、前記レーザー源と前記ワークピースの間に挿置されたマスクレチクルを備え、前記マスクレチクルは、互いに異なる深さを有する複数の造形部が、前記エッチング材料内にエッチングされるように、前記ワークピースによって実現されるレーザーパルスのフルエンスと数のうち少なくとも１つを調整するように構成された少なくとも１つのマスクパターンを含むことを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２６に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記少なくとも１つのマスクパターンは、少なくとも１つの第１の開口部と少なくとも１つの第２の開口部を含み、前記少なくとも１つの第１の開口部は、前記レーザー源によって実行される１つの第１のエッチングパス中に前記ワークピースに第１の組のレーザーパルスを伝達するように構成され、前記少なくとも１つの第２の開口部は、前記第１のエッチングパス中に前記ワークピースに第２の組のレーザーパルスを伝達するように構成されることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２７に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記少なくとも１つの第１の開口部は、第１の数のレーザーパルスを前記第１の開口部を介して通過させるように構成された第１のサイズを有し、前記少なくとも１つの第２の開口部は、第２の数のレーザーパルスを前記第２の開口部を介して通過させるための、前記第１のサイズとは異なる第２のサイズを有し、前記第２のレーザーパルスの数は前記第１のレーザーパルスの数とは異なることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２８に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記エッチング材料内に形成される各造形部の深さは、対応する開口部のサイズに比例することを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２９に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された全反射層を備え、前記全反射層内に前記第１と第２の開口部が、前記透明層の一部が露出するように形成され、
前記全反射層は、前記複数のレーザーパルスを反射するように構成され、前記透明層は、前記複数のレーザーパルスを前記ワークピースに通すように構成されることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２７に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記第１の開口部は、第１のフルエンスを有する前記第１の組のレーザーパルスを伝達するように構成され、前記第２の組のレーザーパルスは、前記第１のフルエンスよりも少ない第２のフルエンスを有する前記第２の組のレーザーパルスを伝達するように構成されることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項３１に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記第２の開口部に部分反射層が配置されて、前記複数のレーザーパルスと前記ワークピースの間に位置合わせされ、前記部分反射層は、前記部分反射層を通過するレーザーパルスのフルエンスを減少させるように構成されることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項３２に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記マスクレチクルが、
透明層の上面に形成された積層反射層を備え、前記積層反射層が、
前記透明層上に直接形成された部分反射層と、
前記部分反射層上に直接積層された全反射層とを含むことを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項３３に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記第１の開口部は前記部分反射層と前記全反射層を貫通して延在して前記透明層を露出し、前記第２の開口部は前記全反射層のみを通って拡がって前記部分反射層を露出することを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項３４に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記第１の開口部によって露出される前記透明層は、第１のフルエンスを有する第１の組のレーザーパルスを通すように構成され、前記部分反射層と前記透明層の組み合わせは、前記第１のフルエンスよりも小さい第２のフルエンスを有する第２の組のレーザーパルスを通すように構成されることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２７に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記少なくとも１つの第１の開口部は前記マスクレチクル上に第１のマスクパターンを画定し、前記少なくとも１つの第２の開口部は前記マスクレチクル上に、前記第１のマスクパターンとは異なる第２のマスクパターンを画定することを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項３６に記載のレーザーエッチングシステムであって、前記第１のパターンは、第１のパス中に位置合わせされて、第１の深さを有する第１の造形部と、第２の深さを有する第２の造形部を形成し、前記第２のパターンは、前記第１の造形部と前記第２の造形部のうち１つの深さを延長するように、第２のパス中に位置合わせされることを特徴とするレーザーエッチングシステム。
請求項２６に記載のレーザーエッチングシステムであって、互いに異なる深さを有する前記複数の造形部は、前記レーザー源によって実行される単一のエッチングパス中に、前記エッチング材料内にエッチングされることを特徴とするレーザーエッチングシステム。