JP2021049535A - Laser irradiation device and method for manufacturing resin molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ照射装置及び樹脂成形体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a laser irradiation device and a method for manufacturing a resin molded product.
画像濃度に応じて変調された複数の光ビームを光学系によって記録材料上に集光させ、走査する走査光学系が知られている(例えば特許文献1参照)。この走査光学系では、パルス幅を変調する際に、積算露光量を一定とするために、光ビームの強度を制御している。 A scanning optical system is known in which a plurality of light beams modulated according to an image density are focused on a recording material by an optical system and scanned (see, for example, Patent Document 1). In this scanning optical system, the intensity of the light beam is controlled in order to keep the integrated exposure amount constant when the pulse width is modulated.
しかしながら、描画パターンの線幅が細い場合、上記のように、積算露光量を一定にしても、当該描画パターンの線幅にばらつきが生じてしまう場合がある、という問題がある。 However, when the line width of the drawing pattern is narrow, there is a problem that the line width of the drawing pattern may vary even if the integrated exposure amount is constant as described above.
本発明の解決しようとする課題は、パターンの線幅のばらつきを抑制することができるレーザ照射装置及び樹脂成形体の製造方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a laser irradiation device and a method for manufacturing a resin molded product, which can suppress variations in line width of a pattern.
[1]本発明に係るレーザ照射装置は、パルスレーザ光をワークに照射する照射手段と、前記ワーク上で前記パルスレーザ光を移動させる移動手段と、前記ワーク上での前記パルスレーザ光の移動速度を検出する検出手段と、前記照射手段と前記移動手段とを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するように前記照射手段を制御するとともに、前記移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくするように前記照射手段を制御するレーザ照射装置である。 [1] The laser irradiation device according to the present invention includes an irradiation means for irradiating a work with pulsed laser light, a moving means for moving the pulsed laser light on the work, and a movement of the pulsed laser light on the work. The detection means for detecting the speed and the control means for controlling the irradiation means and the movement means are provided, and the control means intermittently irradiates the pulsed laser beam at regular movement distances. It is a laser irradiation device that controls the irradiation means and controls the irradiation means so that the pulse width of the pulsed laser light increases as the moving speed becomes slower.
[2]上記発明において、前記移動手段は、前記ワークを前記照射手段に対して相対移動させる移動ユニットであり、前記移動速度は、前記照射手段に対する前記ワークの相対速度であってもよい。 [2] In the above invention, the moving means is a moving unit that moves the work relative to the irradiation means, and the moving speed may be the relative speed of the work with respect to the irradiation means.
[3]上記発明において、前記制御手段は、前記移動速度が第1の移動速度である時の第1の積算露光量よりも、前記移動速度が前記第1の移動速度よりも遅い第2の移動速度である時の第2の積算露光量が大きくなるように前記照射手段を制御してもよい。 [3] In the above invention, the control means has a second movement speed that is slower than the first movement speed than the first integrated exposure amount when the movement speed is the first movement speed. The irradiation means may be controlled so that the second integrated exposure amount at the moving speed becomes large.
[4]上記発明において、前記移動速度が第1の移動速度である場合、デューティ比が40%以上60%以下であり、前記移動速度が第2の移動速度である場合、デューティ比が40%未満であってもよい。 [4] In the above invention, when the moving speed is the first moving speed, the duty ratio is 40% or more and 60% or less, and when the moving speed is the second moving speed, the duty ratio is 40%. It may be less than.
[5]上記発明において、前記制御手段は、前記パルスレーザ光のラップ率が50%以上90%以下となるように前記照射手段を制御してもよい。 [5] In the above invention, the control means may control the irradiation means so that the lap rate of the pulsed laser light is 50% or more and 90% or less.
[6]上記発明において、前記ワークは、光重合開始剤を含有する樹脂層を含み、前記照射手段は、前記樹脂層に前記パルスレーザ光を照射してもよい。 [6] In the above invention, the work includes a resin layer containing a photopolymerization initiator, and the irradiation means may irradiate the resin layer with the pulsed laser light.
[7]上記発明において、前記樹脂層上に前記パルスレーザ光によって描画されるパターンの線幅が10μm以下であってもよい。 [7] In the above invention, the line width of the pattern drawn by the pulsed laser beam on the resin layer may be 10 μm or less.
[8]本発明に係る樹脂成形体の製造方法は、パルスレーザ光を樹脂部に照射して、前記樹脂部上で移動させる樹脂成形体の製造方法であって、一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、前記樹脂部上での前記パルスレーザ光の移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくする樹脂成形体の製造方法である。 [8] The method for producing a resin molded product according to the present invention is a method for producing a resin molded product by irradiating a resin portion with a pulse laser beam and moving the resin molded product on the resin portion. This is a method for manufacturing a resin molded product in which pulsed laser light is intermittently irradiated and the pulse width of the pulsed laser light is increased as the moving speed of the pulsed laser light on the resin portion is slower.
本発明によれば、一定の移動距離ごとにパルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、移動速度が遅いほど前記パルス幅を大きくするので、パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, pulsed laser light is intermittently irradiated at regular movement distances, and the pulse width is increased as the movement speed is slower, so that variation in the line width of the pattern can be suppressed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態における露光装置を示す斜視図であり、図2は本実施形態における照射ユニットの構成を示す図であり、図3は本実施形態における制御システムの構成を示すブロック図であり、図4はラップ率の定義を示す説明図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an exposure apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an irradiation unit according to the present embodiment, and FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system according to the present embodiment. , FIG. 4 is an explanatory diagram showing the definition of the lap ratio.
本実施形態における露光装置1は、マスク(又はレチクル)等を介することなく、基板50に加工光を直接的に照射する直接描画型の露光装置である。基板50の表面には化学増幅型のレジスト層51が形成されており、露光装置1はレジスト層51の上に加工光を照射しながら走査してレジスト層51の上にパターンを描画する。その後、レジスト層51がアルカリ溶液等の現像液ですすがれることで基板50の表面にパターンが現像される。本実施形態では、レジスト層51は、光重合開始剤として光酸発生剤を含有している。本実施形態における露光装置1が本発明における「レーザ照射装置」の一例に相当し、本実施形態におけるレジスト層51を有する基板50が本発明における「ワーク」の一例に相当し、本実施形態におけるレジスト層51が本発明における「樹脂層」及び「樹脂部」の一例に相当し、本実施形態における光酸発生剤が本発明における「光重合開始剤」の一例に相当し、現像後のレジスト層51が本発明における「樹脂成形体」の一例に相当する。
The
露光装置1は、図1〜図3に示すように、ステージ10と、移動ユニット20と、照射ユニット30と、制御装置40と、を備えている。本実施形態における移動ユニット20が本実施形態における「移動手段」の一例に相当し、本実施形態における照射ユニット30が本実施形態における「照射手段」の一例に相当し、本実施形態における制御装置40が本実施形態における「制御手段」の一例に相当する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ステージ10は、露光対象の基板50が載置されて当該基板50を保持するための台である。このステージ10は、基板50を保持する保持板11と、当該保持板11を支持する脚部12と、を備えている。特に図示しないが、保持板11には、基板50を吸着保持する吸着機構が埋設されており、この吸着機構により基板50を保持板11に固定することが可能となっている。なお、本実施形態では、吸着機構は保持板11に埋設されているが、これに限定されず、吸着機構が保持板11と基板50との間に配置されていてもよい。
The
移動ユニット20は、照射ユニット30を水平方向(図中のXY方向)及び垂直方向(図中のZ方向)に移動させるユニットである。本実施形態では、移動ユニット20は、基板50の表面において、露光すべきパターンに沿って照射ユニット30を移動(走査)させる。すなわち、本実施形態の露光装置1では、走査方式としてベクタースキャン方式を採用している。なお、露光装置1の走査方式は、ベクタースキャンに限定されず、例えば、ラスタースキャン方式等であってもよい。
The moving
移動ユニット20は、図2に示すように、Y軸移動機構21と、X軸移動機構22と、Z軸移動機構23と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
Y軸移動機構21は、X軸移動機構22をY方向に移動させる機構であり、一対のY軸レール211と、ガントリ212と、Y軸アクチュエータ213と、Y軸センサ214と、を備えている。
The Y-
一対のY軸レール211は、Y方向に沿ってステージ10上に固定されている。ガントリ212はこのY軸レール211にスライド可能に設けられている。このガントリ212は、Y軸レール211上に設けられた一対の柱状の支持部212aと、一対の支持部212aを連結している連結部212bを有している。
The pair of Y-
Y軸アクチュエータ213は、ガントリ212を移動(スライド)させることができ、Y軸センサ214は、ガントリ212の位置を検出することができる。特に限定されないが、Y軸アクチュエータ213の一例としては、ボールネジ機構を備えた電動モータ等を例示することができ、Y軸センサ214の一例としては、ロータリエンコーダやリニアエンコーダ等を例示することができる。
The Y-
X軸移動機構22は、Z軸移動機構23をX方向に移動させる機構であり、ガントリ212の連結部212bに設けられている。このX軸移動機構22は、X軸レール221と、X軸ステージ222と、X軸アクチュエータ223と、X軸センサ224と、を備えている。
The
X軸レール221は、X方向に沿って連結部212bに固定されている。X軸ステージ222は、X軸レール221にスライド可能に設けられている。X軸アクチュエータ223は、X軸ステージ222を移動(スライド)させることができ、X軸センサ224は、X軸ステージ222の位置を検出することができる。特に限定されないが、X軸アクチュエータ223としてY軸アクチュエータ213と同様のアクチュエータを用いることができ、X軸センサ224としてY軸センサ214と同様のセンサを用いることができる。
The
Z軸移動機構23は、X軸ステージ222上に設けられており、Z軸レール231と、Z軸アクチュエータ233と、Z軸センサ234と、を備えている。
The Z-
Z軸レール231は、Z方向に沿ってX軸ステージ222上に固定されている。照射ユニット30は、Z軸レール231にスライド可能に設けられている。Z軸アクチュエータ233は、照射ユニット30を移動(スライド)させることができ、Z軸センサ234は、照射ユニット30の位置を検出することができる。特に限定されないが、Z軸アクチュエータ233としてY軸アクチュエータ213と同様のアクチュエータを用いることができ、Z軸センサ234としてY軸センサ214と同様のセンサを用いることができる。
The Z-
また、本実施形態の移動ユニット20は、照射ユニット30からのパルスレーザ光Lの合焦機能を有している。露光装置1は、パルスレーザ光Lの合焦状態を検出する検出部(不図示)を有しており、当該検出部の検出結果に基づいて、移動ユニット20が、集光レンズ33の焦点位置を基板50の表面上に一致させるように、照射ユニット30をZ軸方向に移動させる。
Further, the moving
なお、本実施形態では、ステージ10を固定して移動ユニット20によって照射ユニット30を移動させることで、基板50を照射ユニット30に対して相対移動させているが、特にこれに限定されない。ステージ10の保持板11を移動可能とし、照射ユニット30を固定して基板50をXYZ方向に移動させることで、照射ユニット30に対して基板50を相対移動させてもよい。或いは、ステージ10の保持板11及び照射ユニット30の双方を移動可能とすることで、基板50を照射ユニット30に対して相対移動させてもよい。また、照射ユニット30とステージ10との間にミラーを介在させて、当該ミラーを駆動させながらパルスレーザ光Lを反射することで、露光すべきパターンに沿ってパルスレーザ光Lを移動(走査)させてもよい。
In the present embodiment, the
照射ユニット30は、図2に示すように、レーザ光源31と、コリメータレンズ32と、集光レンズ33と、を有している。レーザ光源31は、レジスト層51を形成するレジスト材料を感光させることができるパルスレーザ光Lを間欠的に出射する。このパルスレーザ光Lの出力は、特に限定されないが、0.1mW以上10W以下とすることができる。
As shown in FIG. 2, the
このレーザ光源31は、制御装置40からパルス信号SPを入力された時に、一定の出力でパルスレーザ光Lを出射する。レーザ光源31としては、特に限定されないが、半導体レーザ(レーザーダイオード)等を用いることができる。
When the pulse signal SP is input from the
また、照射ユニット30は、パルスレーザ光Lのパルス幅を検出するために、ハーフミラー34と、集光レンズ35と、受光ユニット36と、を有している。
Further, the
なお、レーザ光源31、コリメータレンズ32、集光レンズ33、ハーフミラー34、集光レンズ35、及び、受光ユニット36は、照射ユニット30の筐体37(図1参照)に固定されている。
The
露光装置1は、照射ユニット30を移動ユニット20によって基板50に対して相対移動させながら、パルスレーザ光Lを間欠的に基板50の表面に照射することで、レジスト層51に所望のパターンを描画する。このとき、レーザ光源31から出射されたパルスレーザ光Lは、コリメータレンズ32によって平行光にされる。平行光にされたパルスレーザ光Lは、ハーフミラー34において分岐される。ハーフミラー34を透過したパルスレーザ光Lは、集光レンズ33によって集光されて基板50の表面で結像する。一方、ハーフミラー34で反射したパルスレーザ光Lrは、集光レンズ35を透過して受光ユニット36に入射する。
The
制御装置40は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器、及び、入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータである。この制御装置40は、図3に示すように、駆動制御部41と、演算部42と、レーザ制御部43と、を機能的に有している。
The
駆動制御部41は、移動ユニット20のY軸アクチュエータ213、X軸アクチュエータ223、及び、Z軸アクチュエータ233を制御する。この駆動制御部41により、照射ユニット30は、XY方向に水平移動しながら、同時に、Z方向に垂直移動する。すなわち、照射ユニット30は、レジスト層51上を走査しながら、レジスト層51との相対的な距離を調整される。
The
この駆動制御部41は、X軸制御信号S1をX軸アクチュエータ223に出力し、Y軸制御信号S2をY軸アクチュエータ213に出力し、Z軸制御信号S3をZ軸アクチュエータ233に出力する。X軸アクチュエータ223とY軸アクチュエータ213の駆動は、所望の描画パターンに基づいて制御される。
The
Z軸アクチュエータ233の駆動は、パルスレーザ光Lがレジスト層51の表面と合焦するように制御される。Z軸センサ234は、Z方向に沿った移動距離LZを駆動制御部41に出力し、駆動制御部41は当該移動距離LZを合焦のための制御に用いる。
The drive of the Z-
演算部42は、照射ユニット30の水平方向の移動距離LHと、照射ユニット30の水平方向の移動速度vHと、を演算する。そして、演算部42は、演算した移動距離LH及び移動速度vHをレーザ制御部43に出力する。
The
本実施形態では、X軸センサ224は、照射ユニット30のX方向に沿った移動距離Lxを演算部42に入力し、一方で、Y軸センサ214から照射ユニット30のY方向に沿った移動距離Lyを演算部42に入力する。
In the present embodiment, the
演算部42は、当該移動距離Lx,Lyに基づいて、照射ユニット30の水平方向の移動距離LHと、照射ユニット30の水平方向の移動速度vHと、を演算する。一例を挙げれば、移動距離LHは、(Lx 2+Ly 2)1/2を演算することで算出する。移動速度vHは、一例を挙げれば、時間tでLHを除する((Lx 2+Ly 2)1/2/t)ことで算出する。あるいは、移動距離LHは、LHを時間tで微分することで算出してもよい。本実施形態におけるY軸センサ214とX軸センサ224と演算部42が本発明における「検出手段」の一例に相当する。本実施形態における水平方向の移動速度vHが、本発明における「ワーク上でのパルスレーザ光の移動速度」及び「ワークの照射手段に対する相対速度」の一例に相当する。
レーザ制御部43は、レーザ光源31を制御する。具体的には、レーザ制御部43は、レーザ光源31のパルスレーザ光Lを出射する間隔と、パルスレーザ光Lのパルス幅と、を制御する。
The
本実施形態では、レーザ制御部43は、照射ユニット30が水平方向に一定の距離Lconstを移動するごとに、照射ユニット30にパルス信号SPを出力し、一定の出力のパルスレーザ光Lを出射するように制御する。
In the present embodiment, the
また、レーザ制御部43は、演算部42から入力された移動速度vHに応じて、パルスレーザ光Lのパルス幅(パルスのオン時間)WPを変更するように照射ユニット30を制御する。本実施形態では、レーザ制御部43は、移動速度vH(mm/sec)が遅い(小さい)ほど、パルス幅WP(μsec)を大きくするようにレーザ光源31を制御する。但し、パルス幅WPは、移動速度vHが最も大きくなった時の一定距離Lconst(μm)の通過時間を超えないように変更する。
The
具体的には、予め、所定の範囲の移動速度vH毎に最適なパルス幅WPをそれぞれ求め、当該移動速度vHに対するパルス幅WPの対応表を作成して、レーザ制御部43に保存しておく。そして、レーザ制御部43は、入力された移動速度vHに対応するパルス幅WPを対応表から選択し、レーザ光源31に選択したパルス幅WPを有するパルスレーザ光Lを出射させる。特に限定されないが、パルス幅はレーザドライバ等で変調することができる。
Specifically, in advance, respectively determined the optimum pulse width W P for each moving speed v H of the predetermined range, and a correspondence table of the pulse width W P with respect to the moving velocity v H, the
なお、パルス幅WPの値の決定方法は、上記の対応表を用いた方法のみに限定されない。例えば、移動速度vHが小さいほどパルス幅WPが大きくなる関数を用いてもよい。この関数は、例えば、移動速度vHに反比例した変数を現在のパルス幅WPに乗じる演算を行うものであってもよく、この関数により算出された値を、次に出射されるパルスレーザ光Lのパルス幅WPに設定してもよい。 Incidentally, the method of determining the value of the pulse width W P is not limited only to the method using the correspondence table described above. For example, it is possible to use a function that moving velocity v as H is smaller pulse width W P increases. This function may be, for example, performs a calculation of multiplying the variable that is inversely proportional to the moving velocity v H to the current pulse width W P, pulsed laser light with this calculated value by the function, is then emitted L of may be set to the pulse width W P.
また、レーザ制御部43が実行するパルス幅の制御方式としては、例えば、フィードバック制御を例示することができる。本実施形態では、受光ユニット36でパルスレーザ光Lのパルス幅を検出し、検出したパルス幅とレーザ制御部43が設定しているパルス幅との差分を、次に出射するパルスレーザ光Lにフィードバックして補正を行っている。
Further, as a pulse width control method executed by the
本実施形態では、パルスレーザ光Lのラップ率RL(%)を、50%以上90%以下(50%≦RL≦90%)の範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、レーザ制御部43によって、ラップ率RL(%)が上記範囲内の値になるように、照射ユニット30のレーザ光源31を制御することができる。例えば、ラップ率RLを80%に設定することができる。
In the present embodiment, it is preferable to set the lap ratio RL (%) of the pulsed laser beam L in the range of 50% or more and 90% or less (50% ≤ RL ≤ 90%). In the present embodiment, the
図4は、ラップ率の定義を示す説明図である。ここでいうラップ率RLとは、パルスレーザ光Lの個々のパルスレーザ光(単パルスレーザ光)のレジスト層51の表面に到達した瞬間の被照射領域同士の重なりの程度を示す値である。このような被照射領域は、個々のパルスレーザ光の集光径を直径とする円と仮定することができる。なお、本実施形態では、被照射領域上でのパルスレーザ光Lの照射形状を円としているが、これに限定されず、照射形状は楕円や多角形であってもよい。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the definition of the lap ratio. The lap ratio RL referred to here is a value indicating the degree of overlap between the irradiated regions at the moment when the individual pulse laser light (single pulse laser light) of the pulse laser light L reaches the surface of the resist
図4において、Pnは被照射領域Cnの中心点、Pn+1は被照射領域Cn+1の中心点、Dは被照射領域Cn及び被照射領域Cn+1の直径、Pは中心点Pnと中心点Pn+1との間の距離(中心間距離)である。また、lは中心点Pnと中心点Pn+1とを通過する仮想直線であり、Xは被照射領域Cn及び被照射領域Cn+1が重なる領域における仮想直線lの長さである(換言すると、被照射領域Cn+1の左端から、被照射領域Cnの右端までの距離である)。 In FIG. 4, P n is the center point of the irradiated area C n , P n + 1 is the center point of the irradiated area C n + 1 , D is the diameter of the irradiated area C n and the irradiated area C n + 1 , and P is the center point P n + 1. It is the distance between the center point P n + 1 and the center point P n + 1 (inter-center distance). Further, l is a virtual straight line passing through the center point P n and the center point P n + 1, and X is the length of the virtual straight line l in the region where the irradiated region C n and the irradiated region C n + 1 overlap (in other words,). , The distance from the left end of the irradiated area C n + 1 to the right end of the irradiated area C n).
具体的には、本実施形態では、ラップ率RLは、下記(1)式のように定義することができる。ここで、被照射領域Cnの形状と被照射領域Cn+1の形状は、互いに直径が等しい円であるため、(1)式中のXは、下記(2)式のように直径Dと中心間距離Pの差となる。
RL=X/D …(1)
X=D−P …(2)
Specifically, in the present embodiment, the lap ratio RL can be defined as the following equation (1). Here, the shape and the irradiation regions C n + 1 the shape of the irradiated region C n are the circle equal in diameter to each other, X in formula (1), the diameter D and the center as the following equation (2) It is the difference of the distance P.
RL = X / D ... (1)
X = DP ... (2)
ラップ率RLを50%以上とすることで、レジスト層51の表面に十分な光量をより確実に照射することができる。ラップ率RLを90%以下とすることで、積算露光量が局所的に大きくとなることを一層抑制することができる。従って、ラップ率RLを上記範囲内に制御することで、パターンの線幅のばらつきを一層抑制することができる。
By setting the wrap ratio RL to 50% or more, it is possible to more reliably irradiate the surface of the resist
次に、上記のような露光装置1を用いたレジスト層51の露光方法(加工方法)を説明する。図5は、本発明の実施形態における照射ユニット30の移動速度vHと、パルスレーザ光のパルス幅WPの関係を説明するグラフである。図5(a)(上側のグラフ)は照射ユニット30の移動速度vHと経過時間tとの関係を示すグラフであり、図5(b)(下側のグラフ)はパルスレーザ光のパルス幅WPと経過時間tとの関係を示すグラフである。図5の各グラフにおいて、Pはパルスレーザ光Lの出力を表しており、WPはパルス幅を表しており、Wfはパルスのオフ時間を表しており、Tはパルス周期を表している。ここで、WP、Wf、及びTは変数である。なお、図5(b)は、本実施形態におけるパルス幅Wpの制御を簡単に説明するための図であり、周期T、パルス幅Wp、オフ時間Wf等の値を正確に示しているわけではない。
Next, an exposure method (processing method) of the resist
図5では、照射ユニット30が等速移動した後に、一旦減速し、再び等速移動に戻る場合における、パルス幅WPの変化を説明している。図5では、等速移動時の速度をvH1、減速時及び加速時の速度をvH2としている。本実施形態における等速移動時の速度vH1が本発明における「第1の移動速度」の一例に相当し、本実施形態における減速時及び加速時の速度vH2が本発明における「第2の移動速度」の一例に相当する。
In Figure 5, when the
図5に示すように、照射ユニット30が一定(通常)の速度vH1で移動している場合には、レーザ制御部43は、パルス幅WPを一定に制御している。一方で、照射ユニット30が減速する区間では、レーザ制御部43は、移動速度vH2の減少に応じてパルス幅WPを増加させている。逆に、照射ユニット30が加速する区間では、レーザ制御部43は、移動速度vH2の増加に応じてパルス幅WPを減少させている。
As shown in FIG. 5, when the
照射ユニット30が一定(通常)の速度vH1で移動している場合には、レーザ制御部43は、デューティ比DR(%)が40%以上60%以下(40%≦DR≦60%)となるように照射ユニット30のレーザ光源31を制御する。ここで、デューティ比とは、周期的にパルス波を出したときの1周期T(μsec)に対するパルス幅(μsec)の比を意味しており、下記(3)式で表される。なお、下記(3)式では、WPはパルス幅を表し、Tはパルス周期を表している。すなわち、Tは、パルスのオン時間WPとオフ時間Wfの合計(T=WP+Wf)である。また、オフ時間Wfは、パルス幅WPの増減に伴って変化する変数である。
DR=WP/T …(3)
When the
DR = W P / T ... ( 3)
この場合のように、照射ユニット30が比較的高速で移動している場合には、デューティ比DRを40%以上とすることで、照射ユニット30が高速で移動してパルスに鈍りが生じたとしても(即ち、パルスレーザ光Lの立ち上がりに遅れが生じたとしても)、レジスト層51の表面に十分な光量をより確実に照射することができる。また、デューティ比DRを60%以下とすることで、照射ユニット30が高速で移動した場合にも、パルスレーザ光Lが連続的に照射されにくくなる(すなわち、パルスレーザ光Lがオフとなる時間をより確実に確保し、個々のパルスレーザ光を区切ることができる)ため、積算露光量が局所的に大きくなることを一層抑制することができる。
When the
一方で、照射ユニット30の移動速度が小さい場合(図5中の移動速度がvH2となる場合)には、パルスレーザ光Lの照射間隔(周期)が長くなることから、デューティ比Dは40%未満となる。本実施形態では、このような場合に、照射ユニット30の移動速度がvH1である時よりもパルス幅WPを大きくしている。
On the other hand, when the moving speed of the
結果的に、レーザ制御部43は、移動速度がvH1である時の積算露光量(J/cm2)が、移動速度がvH1よりも小さいvH2である時の積算露光量(J/cm2)より小さくなるように照射ユニット30を制御している。
Consequently, the
照射ユニット30が等速移動する場合としては、描画パターンの直線の部分を描画している場合を挙げられる。すなわち、照射ユニット30が直線運動している時に、照射ユニット30が等速移動する。一方で、照射ユニット30が減速及び加速する場合としては、例えば、描画パターンに折れ線や曲線が含まれる場合が挙げられる。この場合、照射ユニット30は、水平面内において、方向転換や曲線的な移動等が必要となるため、方向転換や曲線的な移動等をする際に局所的な減速及び加速が生じやすい傾向がある。
Examples of the case where the
このように、照射ユニット30の局所的な減速が生じた場合に、パルスレーザ光のパルス幅を一定とすると、化学増幅型のレジスト材料が十分に反応しないことがある。レジスト材料が十分に反応しない場合、所望の線幅を一部のパターンで得ることができないため、線幅のばらつきが生じてしまう。
As described above, when the
この場合のレジスト材料の化学反応について、図6及び図7を参照して説明する。図6はパルスレーザ光のパルス幅を一定とした露光において通常の移動速度(例えば、上記の一定の速度vH2)で照射ユニットを移動させた場合のレジスト材料の化学反応についての説明図であり、図7は図6の露光において照射ユニットの移動速度を図6の場合よりも遅くした場合(例えば、移動速度を上記の移動速度vH2とした場合)のレジスト材料の化学反応についての説明図である。なお、いずれの場合も一定の距離を移動するごとにパルスレーザ光を出射するように制御している。 The chemical reaction of the resist material in this case will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is an explanatory diagram of a chemical reaction of the resist material when the irradiation unit is moved at a normal moving speed (for example, the above-mentioned constant speed v H2 ) in an exposure in which the pulse width of the pulsed laser beam is constant. FIG. 7 is an explanatory diagram of the chemical reaction of the resist material when the moving speed of the irradiation unit is slower than that in the case of FIG. 6 in the exposure of FIG. 6 (for example, when the moving speed is the above moving speed v H2). Is. In either case, the pulsed laser beam is controlled to be emitted every time the vehicle travels a certain distance.
化学増幅型のレジストは光が当たらなかった場所も、パルスレーザ光の照射時に発生した酸が拡散することで、現像時にアルカリ溶液に溶けだすことが可能である。照射ユニットの移動速度が速い場合(通常の場合)には、一定の距離を移動する時間も短く、パルスレーザ光の照射間隔(周期)も短くなる。そのため、図6に示すように、パルスレーザ光は、レジスト材料に短い間隔で照射されるため、酸の発生過程で連鎖的反応が進み、アルカリ溶液への溶解性の増幅作用が得られる。結果として、現像時にアルカリ溶液に溶けだす領域を十分に確保できる。 The chemically amplified resist can be dissolved in an alkaline solution during development by diffusing the acid generated during irradiation with pulsed laser light even in places not exposed to light. When the moving speed of the irradiation unit is high (normal case), the time for moving a certain distance is short, and the irradiation interval (cycle) of the pulsed laser beam is also short. Therefore, as shown in FIG. 6, since the pulsed laser light irradiates the resist material at short intervals, a chain reaction proceeds in the process of acid generation, and an effect of amplifying the solubility in an alkaline solution can be obtained. As a result, it is possible to sufficiently secure a region that dissolves in the alkaline solution during development.
一方で、照射ユニットの移動速度が遅い場合には、一定の距離を移動する時間が増加し、パルスレーザ光の照射間隔(周期)が長くなってしまう。そのため、図7に示すように、酸の発生過程で連鎖的反応が生じず、反応が単発的になることから、上記のような増幅作用が生じず、現像後のパターンはアルカリ溶液に溶けだす領域が減ってしまう。結果として、現像後のパターンに局所的に線幅が細くなる部分が生じてしまう。 On the other hand, when the moving speed of the irradiation unit is slow, the time for moving a certain distance increases, and the irradiation interval (cycle) of the pulsed laser light becomes long. Therefore, as shown in FIG. 7, a chain reaction does not occur in the acid generation process and the reaction becomes sporadic, so that the above-mentioned amplification action does not occur and the developed pattern dissolves in the alkaline solution. The area is reduced. As a result, there is a portion where the line width is locally narrowed in the developed pattern.
この現象は目的とする現像後のパターンの線幅が10μm以下である場合に特に顕著である。この場合には、パルスレーザ光の集光径が分子サイズに近づき、レーザを照射したときの光重合開始剤に光が当たる確率が低下し、酸が放出される際の連鎖的反応が特に起きにくくなるためである。 This phenomenon is particularly remarkable when the line width of the target developed pattern is 10 μm or less. In this case, the focused diameter of the pulsed laser light approaches the molecular size, the probability of the light hitting the photopolymerization initiator when the laser is irradiated decreases, and a chain reaction when the acid is released occurs in particular. This is because it becomes difficult.
また、パルスレーザ光の代わりに連続発振方式(CW方式)のレーザを用いた場合にも、照射ユニットの減速が生じると過剰露光が生じてしまうため、現像後のパターンに局所的に線幅が太くなる部分が生じてしまう。 Further, even when a continuous oscillation method (CW method) laser is used instead of the pulsed laser light, overexposure occurs when the irradiation unit is decelerated, so that the line width is locally generated in the developed pattern. There will be a thickened part.
これに対して、本実施形態では、レーザ制御部43は、照射ユニット30の移動速度vHが速くなる区間(図5中の移動速度がvH1である区間)の積算露光量よりも、当該移動速度vHが遅くなる区間(図5中の移動速度がvH2である区間)の積算露光量が大きくなるように制御している。これにより、照射ユニット30の移動速度vHが小さい区間においても、レジスト層51のレジスト材料を連続的に反応させることが可能となるため、パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。特に、パターンの線幅を10μm以下とする場合においても、当該線幅のばらつきを抑制することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 It should be noted that the embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above-described embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、上記の実施形態では、レーザ照射装置の一例として、露光装置1を例示したがこれに限定されず、他の加工装置であってもよい。例えば、材料の紫外線硬化に用いられる紫外線照射装置、及び、3Dプリンタ等の加工装置に用いてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記の実施形態では照射ユニット30をZ軸方向に移動させることで、パルスレーザ光Lを合焦させているが、これに限定されない。例えば、基板50をZ軸方向に移動させてもよい。または、集光レンズ33のみをZ軸方向に移動させてもよい。
Further, in the above embodiment, the pulsed laser beam L is focused by moving the
また、上記の実施形態では、受光ユニット36においてパルス幅を検出しているが、これに限定されず、ハーフミラー34にパルス幅を検出できる機構を設けてもよい。また、上記の実施形態では、受光ユニット36は、ハーフミラー34において分岐されたパルスレーザ光Lに基づきパルス幅を検出しているが、これに限定されず、パルスレーザ光Lのレジスト層51の表面における反射光に基づきパルスレーザ光Lのパルス幅を検出してもよい。
Further, in the above embodiment, the pulse width is detected by the
1…露光装置
10…ステージ
11…保持板
12…脚部
20…移動ユニット
21…Y軸移動機構
211…一対のY軸レール
212…ガントリ
212a…支持部
212b…連結部
213…Y軸アクチュエータ
214…Y軸センサ
22…X軸移動機構
221…X軸レール
222…X軸ステージ
223…X軸アクチュエータ
224…X軸センサ
23…Z軸移動機構
231…Z軸レール
233…Z軸アクチュエータ
234…Z軸センサ
30…照射ユニット
31…レーザ光源
32…コリメータレンズ
33…集光レンズ
34…ハーフミラー
35…集光レンズ
36…受光ユニット
37…筐体
40…制御装置
41…駆動制御部
42…演算部
43…レーザ制御部
50…基板
51…レジスト層
L…パルスレーザ光
1 ...
211 ... A pair of Y-axis rails
212 ... Gantry
212a ... Support
212b ... Connecting part
213 ... Y-axis actuator
214 ... Y-
221 ... X-axis rail
222 ... X-axis stage
223 ... X-axis actuator
224 ...
231 ... Z-axis rail
233 ... Z-axis actuator
234 ... Z-
Claims (7)
前記ワーク上で前記パルスレーザ光を移動させる移動手段と、
前記ワーク上での前記パルスレーザ光の移動速度を検出する検出手段と、
前記照射手段と前記移動手段とを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するように前記照射手段を制御するとともに、
前記移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくするように前記照射手段を制御するレーザ照射装置。 Irradiation means for irradiating the work with pulsed laser light,
A moving means for moving the pulsed laser beam on the work, and
A detection means for detecting the moving speed of the pulsed laser beam on the work, and
A control means for controlling the irradiation means and the moving means is provided.
The control means
The irradiation means is controlled so as to intermittently irradiate the pulsed laser beam at regular movement distances, and the irradiation means is controlled.
A laser irradiation device that controls the irradiation means so that the pulse width of the pulsed laser light increases as the moving speed becomes slower.
前記制御手段は、前記移動速度が第1の移動速度である時の第1の積算露光量よりも、前記移動速度が前記第1の移動速度よりも遅い第2の移動速度である時の第2の積算露光量が大きくなるように前記照射手段を制御するレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to claim 1.
The control means has a second movement speed when the movement speed is slower than the first movement speed than the first integrated exposure amount when the movement speed is the first movement speed. A laser irradiation device that controls the irradiation means so that the integrated exposure amount of 2 becomes large.
前記移動速度が第1の移動速度である場合、デューティ比が40%以上60%以下であり、
前記移動速度が第2の移動速度である場合、デューティ比が40%未満であるレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to claim 2.
When the moving speed is the first moving speed, the duty ratio is 40% or more and 60% or less.
A laser irradiation device having a duty ratio of less than 40% when the moving speed is the second moving speed.
前記制御手段は、前記パルスレーザ光のラップ率が50%以上90%以下となるように前記照射手段を制御するレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to claim 1 or 2.
The control means is a laser irradiation device that controls the irradiation means so that the lap ratio of the pulsed laser light is 50% or more and 90% or less.
前記ワークは、光重合開始剤を含有する樹脂層を含み、
前記照射手段は、前記樹脂層に前記パルスレーザ光を照射するレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to any one of claims 1 to 4.
The work includes a resin layer containing a photopolymerization initiator.
The irradiation means is a laser irradiation device that irradiates the resin layer with the pulsed laser light.
前記樹脂層上に前記パルスレーザ光によって描画されるパターンの線幅が10μm以下であるレーザ照射装置。 The laser irradiation device according to any one of claims 1 to 5.
A laser irradiation device having a line width of 10 μm or less of a pattern drawn on the resin layer by the pulsed laser beam.
一定の移動距離ごとに前記パルスレーザ光を間欠的に照射するとともに、
前記樹脂部上での前記パルスレーザ光の移動速度が遅いほど前記パルスレーザ光のパルス幅を大きくする樹脂成形体の製造方法。 A method for manufacturing a resin molded product, which irradiates a resin portion with a pulsed laser beam and moves the resin portion on the resin portion.
While intermittently irradiating the pulsed laser beam at regular movement distances,
A method for producing a resin molded body in which the pulse width of the pulsed laser light is increased as the moving speed of the pulsed laser light on the resin portion is slower.
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