JP2023136389A - 基板加工装置、及び、基板加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の広い範囲に均一な穴を形成する。【解決手段】基板加工装置１００は、レーザー光源１と、反射型空間変調器２と、揺動ミラー４と、集光レンズ５と、結像光学系３と、移動機構６と、を備える。レーザー光源１は、レーザー光Ｌ１を出射する。反射型空間変調器２は、レーザー光Ｌ１を変調させて複数の加工レーザー光Ｌ２を生成する。揺動ミラー４は、複数の加工レーザー光Ｌ２を反射させる。集光レンズ５は、複数の加工レーザー光Ｌ２のそれぞれを基板ＳＵに集光する。結像光学系３は、反射型空間変調器２の反射面２１と揺動ミラー４の入射面４１とが結像する関係にある両側テレセントリック光学系を構成する。移動機構６は、複数の加工レーザー光Ｌ２に対して基板ＳＵを移動させる。反射型空間変調器２は、基板ＳＵの所定位置に複数の加工レーザー光Ｌ２を照射することで均一な形状及び寸法の複数の穴を形成するよう位相ホログラムを補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板に複数の加工痕をレーザー光により形成する基板加工装置、及び、基板加工方法に関する。

従来、直径１００μｍ程度の穴、マイクロメートルオーダーの線幅の溝など、基板の厚み方向に所定の寸法を有する微細な加工痕を、レーザー光を用いて基板に形成する装置が知られている。この装置は、意図した形状の加工痕を意図した位置に高い精度で形成できる。例えば、回折型光学部品と、ガルバノミラーと、多数の分岐ビームを集光するｆｓｉｎθレンズと、を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、この装置では、回折型光学部品の品質、レンズの歪み等により、実際の加工痕の加工位置が意図した位置からずれるか、及び／又は、実際の加工痕の加工形状が意図した形状からずれることがある。

上記の問題点を解決するために、回折型光学部品の代わりに反射型空間変調器を用いた装置が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この装置では、反射型空間変調器が、位相ホログラムを用いて、基板の複数の位置に加工痕を形成するためのレーザー光を同時に集光させる。

特許第３３４６３７４号 特許第６３８２７９６号

しかしながら、上記の装置を用いて基板の広い範囲（例えば、数ｍｍオーダーの範囲）に一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の均一な加工痕を形成する場合、基板に形成される加工痕の加工状態が基板の位置によって均一とならないことがあった。

本発明の目的は、基板の広い範囲に均一な加工形状の加工痕を形成することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る基板加工装置は、基板の厚み方向に所定の寸法を有する複数の加工痕を形成する装置である。基板加工装置は、レーザー光源と、反射型空間変調器と、ミラーと、集光レンズと、結像光学系と、移動機構と、を備える。レーザー光源は、レーザー光を出射する。反射型空間変調器は、位相ホログラムを用いてレーザー光を変調させて、基板に一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の加工痕を同時に形成するための複数の加工レーザー光を生成する。ミラーは、反射型空間変調器にて生成された複数の加工レーザー光を反射させる。集光レンズは、ミラーにより反射された複数の加工レーザー光のそれぞれを基板に集光する。結像光学系は、反射型空間変調器の反射面とミラーの入射面とが結像する関係にある両側テレセントリック光学系を構成する。移動機構は、複数の加工レーザー光に対して基板を移動させる。

上記の基板加工装置において、反射型空間変調器は、ミラーの反射角度を変化させて基板の所定位置に複数の加工レーザー光を照射することで当該所定位置に均一な形状及び寸法の複数の加工痕を同時に形成するよう位相ホログラムを補正する。

本発明の発明者らは、上記の基板加工装置に備わる結像光学系及び集光レンズの収差などの光学系が加工レーザー光に対して及ぼす影響が、基板の広い範囲に均一な加工形状の加工痕を形成できない原因であることを見いだした。すなわち、結像光学系及び集光レンズなどの光学系による光学収差の影響により、複数の加工レーザー光の集光点の高さが基板の位置により異なっていることが、基板の広い範囲に均一な加工形状の加工痕を形成できない原因であると考えられた。

そこで、上記の基板加工装置では、加工レーザー光を生成する位相ホログラムに対して補正を加えて、基板の任意の位置に均一な加工形状の複数の加工痕を形成できる加工レーザー光を生成している。つまり、複数の加工レーザー光の集光点のずれを位相ホログラムの補正により解消している。これにより、基板の広い範囲において加工レーザー光の集光点が同一となるので、基板の広い範囲に均一な加工形状の複数の加工痕を形成できる。

結像光学系及び集光レンズにより集光された複数の加工レーザー光に対して発生する収差は、像面湾曲収差が２０μｍ以下であり、非点隔差(横収差)が５μｍ以下であることが望ましい。これにより、基板の位置による加工レーザー光の焦点位置の変化が小さくなるので、基板の広い範囲に均一な加工状態の複数の加工痕を形成できる。

結像光学系は、２つの平凸レンズの凸面を向かい合わせて組み合わせた組レンズ、ダブレットレンズ、又は、非球面レンズで構成されてもよい。これにより、結像光学系により発生する収差を小さくできる。

集光レンズはｆｓｉｎθレンズであってもよい。これにより、複数の加工レーザー光を基板上に適切に集光できる。

反射型空間変調器は、集光レンズにより集光された複数の加工レーザー光に対して発生する像面湾曲収差を小さくするよう位相ホログラムを補正してもよい。これにより、結像光学系及び集光レンズにより加工レーザー光に発生した像面湾曲収差を小さくして、基板の位置による加工レーザー光の照射状態の変化を小さくできる。この結果、基板の広い範囲に均一に複数の加工痕を形成できる。

反射型空間変調器は、集光レンズにより集光された複数の加工レーザー光の強度が均一になるよう位相ホログラムを補正してもよい。これにより、加工レーザー光の強度が基板の広い範囲で均一となるので、基板の広い範囲に均一な加工状態の複数の加工痕を形成できる。

反射型空間変調器は、複数の加工痕の実際の加工ピッチが所望の加工ピッチとなるよう位相ホログラムを補正してもよい。これにより、複数の加工レーザー光の照射ピッチが基板の位置により変化することを抑制できるので、加工ピッチが均一である複数の加工痕を基板の広い範囲に形成できる。

反射型空間変調器は、集光レンズによる複数の加工レーザー光の集光位置が０次光の集光位置とは異なるよう位相ホログラムを補正してもよい。これにより、加工レーザー光と比較して強度が大きい０次光が加工痕の形成に用いられないので、基板の広い範囲に均一に複数の加工痕を形成できる。

移動機構は、基板を一次元的又は二次元的に移動させて、基板に連続した加工痕群を形成させてもよい。これにより、基板のさらに広い範囲に均一な複数の加工痕を形成できる。

移動機構により基板を移動させて加工痕群を形成する際に、移動機構により移動後の基板の位置と、基板において複数の加工レーザー光を照射すべき位置との間にずれが生じていれば、反射型空間変調器は、当該ずれを補正するよう位相ホログラムを補正してもよい。これにより、移動機構により基板を適切な位置に移動させることができなくても、位相ホログラムの補正により高精度に位置ずれを補正することができる。この結果、基板の広い範囲に均一な複数の加工痕を形成できる。

本発明の他の見地に係る基板加工方法は、基板に複数の加工痕を形成する方法である。基板加工方法は、以下のステップを備える。
◎レーザー光源からレーザー光を出射し、反射型空間変調器位に入射すること。
◎反射型空間変調器の位相ホログラムを用いてレーザー光を変調させて、基板に一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の加工痕を同時に形成するための複数の加工レーザー光を生成すること。
◎反射型空間変調器にて生成された複数の加工レーザー光を両側テレセントリック光学系にて結像させること。
◎結像された複数の加工レーザー光をミラーで反射させること。
◎ミラーにより反射された複数の加工レーザー光のそれぞれを基板に集光すること。

上記の基板加工方法において、位相ホログラムは、ミラーの反射角度を変化させて基板の所定位置に複数の加工レーザー光を照射することで所定位置に均一な形状及び寸法の複数の加工痕を同時に形成するよう補正される。

上記の基板加工方法では、加工レーザー光を生成する位相ホログラムに対して補正を加えて、基板の任意の位置に均一な加工形状の複数の加工痕を形成できる加工レーザー光を生成している。つまり、複数の加工レーザー光の集光点のずれを位相ホログラムの補正により解消している。これにより、基板の広い範囲において加工レーザー光の集光点が同一となるので、基板の広い範囲に均一な加工形状の複数の加工痕を形成できる。

基板の広い範囲に均一な加工痕を形成できる。

基板加工装置の構成を示す図。 基板への穴の形成例を示す図。 基板に形成した穴の断面形状の例を示す図。 加工レーザー光の配置例を示す図。 テーパ状の穴加工における集光点の周回動作の例を示す図。 像面湾曲収差の影響を受けた複数の加工レーザー光の照射状態を示す図。 像面湾曲収差を補正するために基準位相ホログラムを補正した後の設定上の集光点と、補正後の加工レーザー光集光点の配置例を示す図。 加工レーザー光の強度を均一とするための集光点の基準位相ホログラムの設定上の光強度と補正後の光強度を示す図。 貫通穴の加工ピッチがずれた状態の一例を示す図。 加工ピッチのずれを補正するための集光点の配置例を示す図。 ０次光と加工レーザー光Ｌ２の集光点との位置関係の一例を示す図。 前回形成された貫通穴と今回形成された貫通穴との配置の方向が異なる状態の一例を示す図。 移動機構の移動により生じる貫通穴の形成位置のずれを補正するための集光点の配置例を示す図。 基板に形成可能な穴の他の例を示す図。

１．第１実施形態
（１）基板加工装置の構成
以下、図１を用いて、基板加工装置１００の構成を説明する。図１は、基板加工装置の構成を示す図である。基板加工装置１００は、一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の加工レーザー光Ｌ２を基板ＳＵに同時に照射することにより、基板ＳＵに一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の加工痕を同時に形成する装置である。この基板加工装置１００は、基板ＳＵの厚み方向に所定の寸法を有する加工痕を形成できる。すなわち、基板加工装置１００は、基板ＳＵを貫通する加工痕、及び、基板ＳＵを貫通しない加工痕をいずれも形成できる。複数の加工レーザー光Ｌ２は、レーザー光源から出射されたレーザー光Ｌ１を反射型空間変調器により変調することで生成される。基板加工装置１００は、レーザー光源１と、反射型空間変調器２と、結像光学系３と、揺動ミラー４と、集光レンズ５と、移動機構６と、制御部７と、を備える。

レーザー光源１は、レーザー光Ｌ１を出射する。レーザー光源１から出射されるレーザー光Ｌ１は、例えば、近赤外光領域の波長（例えば、１０００ｎｍ～１２００ｎｍの波長）を有する。レーザー光源１は、短パルス光としてレーザー光Ｌ１を出射する。レーザー光Ｌ１のパルス幅は、例えば、ピコ秒～フェムト秒のパルス幅とできる。レーザー光Ｌ１の波長及びパルス幅は、基板ＳＵの材質等により適宜変更できる。

レーザー光源１から出射されたレーザー光Ｌ１は、第１ミラー１１と、第２ミラー１３と、により反射され、反射型空間変調器２に入射される。なお、第２ミラー１３は、例えば、プリズムである。

反射型空間変調器２は、レーザー光源１から出射されたレーザー光Ｌ１を反射面２１にて入射し、入射されたレーザー光Ｌ１を変調して加工レーザー光Ｌ２を生成する。反射型空間変調器２は、例えば、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）による空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。反射型空間変調器２は、レーザー光Ｌ１を変調して加工レーザー光Ｌ２を生成するとともに、当該加工レーザー光Ｌ２を反射させて外部に出射する。

反射型空間変調器２は、反射面２１にアレイ状に形成された画素電極と、当該画素電極に対向して設けられた対向電極と、画素電極と対向電極との間に配置された液晶と、を有している。この反射型空間変調器２においては、各画素電極と対向電極との間に電圧を印加して、画素電極に対応する領域の液晶の配向状態を制御することにより、画素電極毎に屈折率を調整できる。

画素電極に入射したレーザー光Ｌ１は、反射面２１上の各画素電極における光の屈折率に依存した位相を有して反射される。すなわち、レーザー光Ｌ１は、各画素電極の屈折率に依存して位相変調される。従って、反射面２１上の複数の画素電極のそれぞれに対して屈折率を適切に調整し、反射型空間変調器２に入射されたレーザー光Ｌ１を反射面２１上の画素電極単位で位相変調することで、反射型空間変調器２は、任意の形態を有する加工レーザー光Ｌ２を生成できる。反射型空間変調器２にて生成される加工レーザー光Ｌ２の形態は、各画素電極の屈折率を表す「位相ホログラム」により決定される。また、反射型空間変調器２の各画素電極に印加する電圧は、位相ホログラムに基づいて決定できる。

本実施形態において、反射型空間変調器２は、上記の位相ホログラムを用いてレーザー光Ｌ１を位相変調して、一次元的又は二次元的に並んで配置された複数の加工レーザー光Ｌ２を生成する。１つの加工レーザー光Ｌ２は、基板ＳＵに照射されることで１つの穴を形成する。すなわち、本実施形態の基板加工装置１００では、複数の加工レーザー光Ｌ２を同時に基板ＳＵに照射して、基板ＳＵに複数の穴を同時に形成できる。

結像光学系３は、反射型空間変調器２と揺動ミラー４との間に配置され、第１レンズ３１と、第２レンズ３２と、により構成される光学系である。第１レンズ３１は、加工レーザー光Ｌ２の光路上において、反射型空間変調器２の反射面２１から第１レンズ３１の焦点距離だけ離れた位置に配置される。第２レンズ３２は、加工レーザー光Ｌ２の光路上において、揺動ミラー４の入射面４１から第２レンズ３２の焦点距離だけ離れた位置に配置される。また、第１レンズ３１と第２レンズ３２は、第１レンズ３１の焦点距離と第２レンズ３２の焦点距離の合計と同じ距離だけ離間して配置される。なお、第１レンズ３１と第２レンズ３２の焦点距離は、例えば、１００ｍｍ～２００ｍｍとできる。

上記のように配置された２つのレンズ（第１レンズ３１、第２レンズ３２）を有する結像光学系３は、反射型空間変調器２の反射面２１と揺動ミラー４の入射面４１とが結像する関係にある両側テレセントリック光学系を構成する。これにより、結像光学系３は、反射型空間変調器２から出射された加工レーザー光Ｌ２が空間伝播によって波面形状が変化して収差が増大するのを抑制できる。

結像光学系３で用いられる第１レンズ３１及び第２レンズ３２は、２つの平凸レンズの凸面を向かい合わせて組み合わせた組レンズである。なお、平凸レンズの組レンズに代えて、ダブレットレンズ、又は、非球面レンズを使用してもよい。ダブレットレンズは、屈折率の異なる凸レンズと凹レンズとを貼り合わせることで形成されたレンズである。第１レンズ３１及び第２レンズ３２として平凸レンズの組レンズ、ダブレットレンズ又は非球面レンズを使用することで、結像光学系３により発生する加工レーザー光Ｌ２の収差を小さくできる。

なお、結像光学系３は、後述する反射型空間変調器２による補正により加工レーザー光Ｌ２の集光位置を目的の位置に補正可能な範囲で収差を抑えるように、種類や形状が選定される。具体的には、結像光学系３に平凸レンズの組レンズを使用する場合、反射型空間変調器２で補正可能な集光位置の高さに影響する像面湾曲収差は２０μｍ以下とするのが望ましい。平凸レンズの組レンズである結像光学系３の像面湾曲収差は、例えば、１５μｍである。また、反射型空間変調器２による補正が困難な非点隔差については、５μｍ以下とするのが望ましい。一方、結像光学系３にタブレットレンズ、又は、非球面レンズを使用する場合、この結像光学系３の像面湾曲収差は、例えば、６０μｍ以下にすることが望ましい。

揺動ミラー４は、結像光学系３を通過した加工レーザー光Ｌ２を、集光レンズ５に向けて反射させるミラーである。揺動ミラー４は、加工レーザー光Ｌ２の伝搬方向に対して垂直な軸Ａ１回りに回動可能となっており、加工レーザー光Ｌ２の伝搬方向に対する揺動ミラー４の入射面４１の角度を変更可能となっている。これにより、揺動ミラー４は、入射面４１における加工レーザー光Ｌ２の反射角度を変化させて、移動機構６に載置された基板ＳＵの所定の範囲に加工レーザー光Ｌ２を照射できる。

集光レンズ５は、揺動ミラー４と基板ＳＵとの間に配置され、揺動ミラー４により反射された複数の加工レーザー光Ｌ２のそれぞれを基板ＳＵに集光する。集光レンズ５の瞳位置は、揺動ミラー４の入射面４１と一致させる。これにより、集光レンズ５から出射した複数の加工レーザー光Ｌ２は、テレセントリックとなるので、基板ＳＵの平面に対して垂直に入射するようになる。基板ＳＵに集光された各加工レーザー光Ｌ２は、基板ＳＵに穴を形成する。なお、集光レンズ５は、図示しない移動機構により、基板ＳＵとの間の距離を変更可能となっている。集光レンズ５は、例えば、焦点距離が５０ｍｍ～１５０ｍｍであるｆｓｉｎθレンズである。

基板加工装置１００においては、上記の結像光学系３及び集光レンズ５は、集光レンズ５により集光された加工レーザー光Ｌ２に対して発生する像面湾曲収差が、２０μｍ以下となるように選択されている。これにより、基板ＳＵの位置による加工レーザー光Ｌ２の照射状態の変化が小さくなるので、基板ＳＵの広い範囲に均一に複数の穴を形成できる。

移動機構６は、集光レンズ５により集光された複数の加工レーザー光Ｌ２に対して、基板ＳＵを移動させる。具体的には、移動機構６は、基板ＳＵを載置するステージ６１と、ステージ６１を三次元的（図１においては、紙面の上下左右方向、及び、紙面の法線方向）に移動させるステージ移動部６２と、を有する。移動機構６により、基板ＳＵを複数の加工レーザー光Ｌ２に対して一次元的（図１の紙面の左右方向、又は、紙面の法線方向）に移動させることで、基板ＳＵに一次元的に並んで連続配置された穴群を形成できる。また、基板ＳＵを複数の加工レーザー光Ｌ２に対して二次元的（図１の紙面の左右方向、及び、紙面の法線方向）に移動させることで、基板ＳＵに二次元的に並んで配置された穴群を形成できる。

制御部７は、ＣＰＵ、記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭなど）、各種インタフェースにて構成されるコンピュータシステムであり、基板加工装置１００の各構成要素を制御する。制御部７は、上記の構成を個別の部品とするコンピュータシステムにより実現されてもよいし、上記の構成を１つのチップに集積したＳｏＣにより実現されてもよい。制御部７は、以下に説明する基板加工装置１００の制御を、制御部７を構成するコンピュータシステムで実行可能であるプログラムにより実現する。また、以下の制御の一部をソフトウェア的に実現し、残りの制御をハードウェア的に実現してもよい。

具体的には、制御部７は、レーザー光源１を制御して、レーザー光源１からレーザー光Ｌ１を出射させる。制御部７は、位相ホログラムに基づいて反射型空間変調器２の各画素電極に印加する電圧を決定し、当該電圧を各画素電極に出力することで、反射型空間変調器２を制御する。制御部７は、揺動ミラー４を回動させて、入射面４１における加工レーザー光Ｌ２の反射角度を変化させる。制御部７は、移動機構６のステージ移動部６２を制御してステージ６１を移動させることで、ステージ６１に載置された基板ＳＵを移動させる。

（２）基板加工装置による穴形成動作
以下、上記の構成を有する基板加工装置１００による基板ＳＵへの穴形成動作を説明する。以下では、図２及び図３に示すような、縦に２個、横に１６個の合計３２個の基板ＳＵの表面から裏面にかけて穴径が小さくなるテーパ形状の貫通穴Ｈを形成する動作を例にとって説明する。また、基板加工装置１００は、レーザー光Ｌ１を反射型空間変調器２により変調して、図４に示すような縦に２個、横に８個の合計１６個の加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐを基板ＳＵに形成するものとする。すなわち、基板加工装置１００は、縦に２個、横に８個の合計１６個の貫通穴Ｈを同時に形成できる。図２は基板表面から見た穴の形成例を示す図であり、図３は個々の穴の断面形状を示す図である。図４は、加工レーザー光の配置例を示す図である。

従って、図２に示すような配置の貫通穴Ｈを形成する場合、基板加工装置１００においては、図４に示すような配置の加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐを、揺動ミラー４の入射面４１の角度を変更することにより、図５に示すように、形成しようとする貫通穴Ｈの外形に沿って周回移動させながら基板ＳＵを上方向に移動させて、貫通穴Ｈを形成する。このとき、図５に示すように、基板ＳＵを上方向に移動させるに従って（すなわち、貫通穴Ｈの深さが深くなるに従い）、集光点Ｐを周回移動させる形状を小さくすることによりテーパ形状の穴を形成する。図４に示す配置の加工レーザー光Ｌ２で１６個の貫通穴Ｈを形成した後に、基板ＳＵを加工レーザー光Ｌ２に対して横方向に移動させ、当該特定位置と隣接する位置に再び図４に示す配置の貫通穴Ｈを形成することにより、図２に示すような配置の３２個の貫通穴Ｈを形成する。

以下、穴形成動作を具体的に説明する。まず、制御部７が、加工レーザー光Ｌ２を生成するための位相ホログラムのモデルを生成する。具体的には、図４に示す配置の加工レーザー光Ｌ２を基板ＳＵ上に同時に照射可能な位相ホログラムのモデルが生成される。この位相ホログラムのモデルは、集光レンズ５により集光された加工レーザー光Ｌ２に対して収差などが発生しないと仮定して生成される。以後、この位相ホログラムのモデルを、「基準位相ホログラム」と呼ぶ。

次に、制御部７が、基板加工装置１００の光学的な要因により加工レーザー光Ｌ２の照射状態が基板ＳＵの位置により変化しないように、基準位相ホログラムを補正する。具体的には、以下の補正が基準位相ホログラムに対してなされる。なお、以下に説明する複数の補正の全て又は一部が基準位相ホログラムに対して適用されてもよいし、複数の補正のうちいずれか１つのみが適用されてもよい。

第１に、結像光学系３及び集光レンズ５により加工レーザー光Ｌ２に対して発生する像面湾曲収差を小さくするよう、基準位相ホログラムが補正される。像面湾曲収差の影響を受けた加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐ(Ｐ１～Ｐ８)は、図６に示すように、基板ＳＵからは外れた位置に配置される。具体的には、集光点Ｐが基板ＳＵの表面から上方向（以後、Ｚ方向と呼ぶ）にずれる。このずれは、複数の加工レーザー光Ｌ２の照射中心位置から離れるほど大きくなる。例えば、複数の加工レーザー光Ｌ２の照射中心位置から離れた位置にある集光点Ｐ１～Ｐ３、Ｐ６～Ｐ８は、特に基板ＳＵの表面よりも上に配置される。この結果、基準位相ホログラムに補正を加えない場合には、基板ＳＵの位置により加工レーザー光Ｌ２の照射位置が異なるため、基板ＳＵの位置により形状及び／又は寸法が異なる複数の貫通穴Ｈが形成される。図６は、像面湾曲収差の影響を受けた加工レーザー光の照射状態を収差の影響を強調して示す模式図である。

そこで、像面湾曲収差により集光点Ｐが目的の位置（すなわち、基板ＳＵの表面）からずれる場合には、集光点Ｐが目的の位置からずれた距離だけ目的の位置の方向に集光点Ｐの位置を変更した加工レーザー光Ｌ２を生成するよう、基準位相ホログラムを補正する。

例えば、像面湾曲収差の影響を考慮しない場合に基板ＳＵの表面に集光点が形成されるように基準位相ホログラムを設定したとき、図７に示すように、加工レーザー光Ｌ２を照射して形成された集光点Ｐ１～Ｐ８の一部の位置が実際には像面湾曲収差により基板ＳＵよりも上の位置に配置される場合には、図７に示すように、加工レーザー光Ｌ２の設定上の集光点Ｑ１～Ｑ８が目標の照射位置（基板ＳＵの表面）よりも下に配置されるよう、基準位相ホログラムを補正する。その結果、加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｒ１～Ｒ８が、基板ＳＵの表面に位置するようになる。図７は、像面湾曲収差を補正する前の集光点（Ｐ１～Ｐ８）と、像面湾曲収差を補正するために基準位相ホログラムを補正した後の設定上の集光点（Ｑ１～Ｑ８）と、補正後の加工レーザー光の集光点（Ｒ１～Ｒ８）の配置例を示す図である。

目標の照射位置からずれた加工レーザー光Ｌ２の集光点を生成するよう基準位相ホログラムの設定を補正することにより、加工レーザー光Ｌ２に対して発生する像面湾曲収差の影響を縮小できる。この結果、複数の加工レーザー光Ｌ２の全ての集光点Ｐを目標の照射位置（基板ＳＵの表面）に配置できる。つまり、基板ＳＵの表面上において、基板ＳＵの位置による加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐを同一にして、基板ＳＵの広い範囲に均一な加工形状の複数の貫通穴Ｈを形成できる。

第２に、集光レンズ５により集光された複数の加工レーザー光Ｌ２の強度が均一になるよう基準位相ホログラムが補正される。具体的には、例えば、図８（ａ）に示すように、複数の加工レーザー光Ｌ２のうち、強度が他の加工レーザー光Ｌ２よりも大きくなっている加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐ（図８（ａ）では集光点Ｐ３）は、図８（ｂ）に示すように、基準位相ホログラムの設定上の加工レーザー光の強度が他の加工レーザー光よりも弱くなるように基準位相ホログラムが補正される。レーザー光の強度を弱める量は、対応する加工レーザー光Ｌ２の強度に応じて変更する。具体的には、他の加工レーザー光Ｌ２と比較して強度の差が大きい加工レーザー光Ｌ２ほどレーザー光の強度を弱める量を大きくする。これにより、図８（ｃ）に示すように、加工レーザー光Ｌ２の全ての集光点Ｐの強度が均一となる。図８は、加工レーザー光の強度を均一とするための集光点の基準位相ホログラムの設定上の光強度と補正後の光強度とを示す図である。

または、複数の加工レーザー光Ｌ２のうち、強度が他の加工レーザー光Ｌ２よりも小さくなっている加工レーザー光Ｌ２の強度を増大させるように、基準位相ホログラムが補正されてもよい。

上記のように、集光レンズ５により集光された複数の加工レーザー光Ｌ２の強度が均一になるよう基準位相ホログラムを補正することにより、加工レーザー光Ｌ２の強度が基板ＳＵの広い範囲で均一となるので、基板ＳＵの広い範囲に均一に複数の貫通穴Ｈを形成できる。

第３に、複数の貫通穴Ｈの実際の加工ピッチが所望の加工ピッチとなるよう基準位相ホログラムが補正される。例えば、複数の加工レーザー光Ｌ２を基板ＳＵに同時に照射したときに、図９に示すように、加工レーザー光Ｌ２を照射した領域の側部において貫通穴Ｈの加工ピッチが大きくなった場合（ｄ１＜ｄ２、ｄ１：内側の貫通穴Ｈのピッチ、ｄ２：外側の貫通穴Ｈのピッチ）を考える。なお、所望の貫通穴Ｈのピッチはｄ１とする。図９は、貫通穴の加工ピッチがずれた状態の一例を強調して示す模式図である。

この場合には、図１０に示すように、側部における加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチＤ２が、内部における加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチＤ１よりも小さくなる（すなわち、Ｄ２＜Ｄ１となる）よう、基準位相ホログラムを補正する。なお、加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチＤ１が、基準位相ホログラムにより決められていた照射ピッチである。図１０は、加工ピッチのずれを補正するための設定上の集光点の配置例を示す図である。

このように、例えば、貫通穴Ｈの加工ピッチが所望の加工ピッチよりも大きくなったときに、貫通穴Ｈの加工ピッチが大きくなった箇所に照射される加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチを小さくするよう位相ホログラムを補正することにより、実際に加工レーザー光Ｌ２が基板ＳＵに照射されたときに、上記箇所における加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチが、貫通穴Ｈの所望の加工ピッチと同じとなる。この結果、複数の加工レーザー光Ｌ２の照射ピッチが基板ＳＵの位置により変化することを抑制できるので、加工ピッチが均一である複数の貫通穴Ｈを基板ＳＵの広い範囲に形成できる。

第４に、集光レンズ５による複数の加工レーザー光Ｌ２の集光位置が０次光の集光位置とは異なるよう基準位相ホログラムが補正される。ここでいう０次光とは、反射型空間変調器２により位相変調されていないレーザー光を意味する。このような０次光は、位相変調により生成された加工レーザー光Ｌ２よりも大きい強度を有する。その結果、０次光で基板ＳＵの加工がされた場合には、所望の加工がなされない。従って、基準位相ホログラムを補正して、０次光が基板ＳＵの加工に使用されないようにする。具体的には、図１１に示すように、０次光の集光点が基板ＳＵから離れて位置する一方で、加工レーザー光Ｌ２の集光点Ｐが基板ＳＵの目標の照射位置に位置するように、基準位相ホログラムを補正する。図１１は、０次光と加工レーザー光Ｌ２の集光点との位置関係の一例を示す図である。

このように、０次光が基板ＳＵの加工に使用されないよう加工レーザー光Ｌ２の集光点の高さ方向の位置を０次光の焦点位置とずらすように基準位相ホログラムを補正することにより、加工レーザー光Ｌ２と比較して強度が大きい０次光が貫通穴Ｈの形成に用いられないので、基板ＳＵの広い範囲に均一に複数の貫通穴Ｈを形成できる。

上記のようにして基準位相ホログラムが補正された後、制御部７が、補正後の基準位相ホログラムに基づいて、反射型空間変調器２の各画素電極に印加する電圧を決定し、当該決定した電圧を対応する画素電極に出力する。これにより、反射型空間変調器２は、反射面２１において、補正後の基準位相ホログラムに対応する屈折率分布（位相ホログラム）を形成できる。

反射面２１に位相ホログラムを形成後、制御部７が、レーザー光源１からレーザー光Ｌ１を出射させる。これにより、レーザー光Ｌ１が反射型空間変調器２の反射面２１に入射される。反射面２１に入射されたレーザー光Ｌ１が位相変調されて、加工レーザー光Ｌ２が生成される。反射型空間変調器２にて生成された加工レーザー光Ｌ２は、集光レンズ５により集光されて、基板ＳＵに照射される。

基板ＳＵの特定の位置に複数の加工レーザー光Ｌ２を照射して複数の貫通穴Ｈを同時に形成した後、制御部７は、移動機構６により基板ＳＵを横方向に移動させ、前回とは異なる位置に複数の加工レーザー光Ｌ２を照射する。これにより、例えば、図４に示すような配置の加工レーザー光Ｌ２を基板ＳＵの特定の領域に照射した後に、基板ＳＵの当該特定の位置と横方向に隣接する領域に図４に示す配置の加工レーザー光Ｌ２を照射することで、図２に示すような３２個の貫通穴Ｈが横方向に並んだ穴群を形成できる。

なお、移動機構６により基板ＳＵを横方向に移動させる代わりに、揺動ミラー４の入射面４２の角度を変えて加工を行う領域を移動さてもよい。加工レーザー光Ｌ２の入射面４１の反射角度を変更して基板ＳＵの異なる位置に加工レーザー光Ｌ２を照射する場合、加工レーザー光Ｌ２の集光レンズ５への入射位置が前回の入射位置と異なる。この場合、今回の加工レーザー光Ｌ２に対して発生する収差等が前回の照射時とは異なる場合がある。このような場合には、上記にて説明した基準位相ホログラムの補正をさらに適用して、前回と同じ照射状態にて加工レーザー光Ｌ２を基板ＳＵに照射できる。

また、移動機構６により基板ＳＵを移動させて基板ＳＵの異なる位置に加工レーザー光Ｌ２を照射する場合、移動機構６による移動方向と図４に示される集光点Ｐの配置の方向の不一致により、基板ＳＵに形成される貫通穴Ｈの配置の方向がずれてしまう場合がある。この場合、例えば、図１２に示すように、前回形成された貫通穴Ｈと、今回形成された貫通穴Ｈにおいて、貫通穴Ｈの配置が、他の貫通穴Ｈの配置とずれてしまうことがある。図１２は、前回形成された貫通穴と今回形成された貫通穴との境界部分で加工位置が異なる状態の一例を示す図である。

従って、移動機構６により基板ＳＵが移動する方向と、基板ＳＵにおいて加工レーザー光Ｌ２の配置の方向との間にずれが生じている場合には、当該ずれを補正するよう基準位相ホログラムが補正される。例えば、図１２に示すように、形成された貫通穴Ｈの位置が移動機構６による移動方向に対して傾いている場合には、図１３に示すように、基準位相ホログラムによる加工レーザー光Ｌ２の各集光点Ｐの配置の方向を、図１２に示した位置ずれとは逆方向に傾斜させるよう基準位相ホログラムを補正する。図１３は、移動機構の移動により生じる貫通穴の形成位置のずれを補正するために基準位相ホログラムを補正した後の設定上の集光点の配置例を示す図である。

なお、集光点Ｐの配置の方向を傾斜することに伴い加工レーザー光Ｌ２に収差等が生じた場合には、集光点Ｐの配置の方向を傾斜させるよう補正された位相ホログラムに対して、上記にて説明した収差等を解消する補正をさらに適用してもよい。

（３）実施形態の特徴
上記実施形態は、下記のようにも説明できる。
基板加工装置（例えば、基板加工装置１００）は、レーザー光源（例えば、レーザー光源１）と、反射型空間変調器（例えば、反射型空間変調器２）と、ミラー（例えば、揺動ミラー４）と、集光レンズ（例えば、集光レンズ５）と、結像光学系（例えば、結像光学系３）と、移動機構（例えば、移動機構６）と、を備える。レーザー光源は、レーザー光（例えば、レーザー光Ｌ１）を出射する。反射型空間変調器は、位相ホログラムを用いてレーザー光を変調させて、基板（例えば、基板ＳＵ）に複数の穴（例えば、貫通穴Ｈ）を同時に形成するための複数の加工レーザー光（例えば、加工レーザー光Ｌ２）を生成する。ミラーは、反射型空間変調器にて生成された複数の加工レーザー光を反射させる。集光レンズは、ミラーにより反射された複数の加工レーザー光のそれぞれを基板に集光する。結像光学系は、反射型空間変調器の反射面（例えば、反射面２１）とミラーの入射面（例えば、入射面４１）とが結像する関係にある両側テレセントリック光学系を構成する。移動機構は、複数の加工レーザー光に対して基板を移動させる。

上記の基板加工装置において、反射型空間変調器は、基板を移動して又はミラーの反射角度を変化させて基板の所定位置に複数の加工レーザー光を照射することで当該所定位置に均一な形状及び寸法の複数の穴を同時に形成するよう位相ホログラムを補正する。

本発明の発明者らは、上記の基板加工装置に備わる結像光学系及び集光レンズの収差などに起因して、基板の広い範囲に均一な加工形状の穴を形成できない原因であることを見いだした。すなわち、結像光学系及び集光レンズの光学収差の影響により、複数の加工レーザー光の集光点の高さが基板の位置により異なっていることが、基板の広い範囲に均一な加工形状の穴を形成できない原因であると考えられた。

そこで、上記の基板加工装置では、加工レーザー光を生成する位相ホログラムに対して補正を加えて、基板の任意の位置に均一な加工形状の複数の穴を形成できる加工レーザー光を生成している。つまり、結像光学系及び集光レンズによる光学収差などにより、複数の加工レーザー光の集光点のずれを位相ホログラムの補正により解消している。これにより、基板の広い範囲において加工レーザー光の集光点が同一となるので、基板の広い範囲に均一な加工形状の複数の穴を形成できる。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）基板加工装置１００により基板ＳＵに形成できる貫通穴Ｈは、上記にて説明したテーパ形状に限られず、穴径が段階的に小さくなる段付き穴、断面が楕円や方形の穴など基板ＳＵの用途に応じて任意の形状とできる。

（Ｂ）基板加工装置１００は、基板ＳＵを貫通する貫通穴Ｈだけでなく、基板ＳＵを貫通しない穴（例えば、溝穴）も形成できる。

（Ｃ）基板加工装置１００は、移動機構６により基板ＳＵを二次元的に移動させることにより、図１４に示すような基板ＳＵの縦横に均等に配置された穴Ｈ’を形成することもできる。図１４は、基板に形成可能な穴の他の例を示す図である。

（Ｄ）基板加工装置１００は、例えば、反射型空間変調器２にて位相ホログラムを適切に形成することにより、基板ＳＵに線状の溝などの任意の形状の加工痕を形成することもできる。

本発明は、基板に複数の加工痕をレーザー光により形成する装置に広く適用できる。

１００ 基板加工装置
１ レーザー光源
２ 反射型空間変調器
２１ 反射面
３ 結像光学系
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
４ 揺動ミラー
４１ 入射面
５ 集光レンズ
６ 移動機構
６１ ステージ
６２ ステージ移動部
７ 制御部
１１ 第１ミラー
１３ 第２ミラー
Ｌ１ レーザー光
Ｌ２ 加工レーザー光
Ｐ 集光点
ＳＵ 基板
Ｈ 貫通穴
Ｈ’ 穴

Claims (11)

1. 基板の厚み方向に所定の寸法を有する複数の加工痕を形成する基板加工装置であって、
   レーザー光を出射するレーザー光源と、
   位相ホログラムを用いて前記レーザー光を変調させて、前記基板に一次元的又は二次元的に並んで配置された前記複数の加工痕を同時に形成するための複数の加工レーザー光を生成する反射型空間変調器と、
   前記反射型空間変調器にて生成された前記複数の加工レーザー光を反射させるミラーと、
   前記ミラーにより反射された前記複数の加工レーザー光のそれぞれを前記基板に集光する集光レンズと、
   前記反射型空間変調器の反射面と前記ミラーの入射面とが結像する関係にある両側テレセントリック光学系を構成する結像光学系と、
   前記複数の加工レーザー光に対して前記基板を移動させる移動機構と、を備え、
   前記反射型空間変調器は、前記ミラーの反射角度を変化させて前記基板の所定位置に前記複数の加工レーザー光を照射することで前記所定位置に均一な形状及び寸法の複数の加工痕を同時に形成するよう前記位相ホログラムを補正する、
   基板加工装置。
2. 前記結像光学系及び前記集光レンズにより集光された前記複数の加工レーザー光に対して発生する収差が２０μｍ以下であり、非点隔差が５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の基板加工装置。
3. 前記結像光学系は、２つの平凸レンズの凸面を向かい合わせて組み合わせた組レンズ、ダブレットレンズ又は非球面レンズで構成される、請求項１又は２に記載の基板加工装置。
4. 前記集光レンズはｆｓｉｎθレンズである、請求項１～３のいずれかに記載の基板加工装置。
5. 前記反射型空間変調器は、前記集光レンズにより集光された前記複数の加工レーザー光に対して発生する像面湾曲収差を小さくするよう前記位相ホログラムを補正する、請求項１～４のいずれかに記載の基板加工装置。
6. 前記反射型空間変調器は、前記集光レンズにより集光された前記複数の加工レーザー光の強度が均一になるよう前記位相ホログラムを補正する、請求項１～５のいずれかに記載の基板加工装置。
7. 前記反射型空間変調器は、前記複数の加工痕の実際の加工ピッチが所望の加工ピッチとなるよう前記位相ホログラムを補正する、請求項１～６のいずれかに記載の基板加工装置。
8. 前記反射型空間変調器は、前記集光レンズによる前記複数の加工レーザー光の集光位置が０次光の集光位置とは異なるよう前記位相ホログラムを補正する、請求項１～７のいずれかに記載の基板加工装置。
9. 前記移動機構は、前記基板を一次元的又は二次元的に移動させて、前記基板に連続した加工痕群を形成させる、請求項１～８のいずれかに記載の基板加工装置。
10. 前記移動機構により前記基板を移動させて前記加工痕群を形成する際に、前記移動機構により移動後の前記基板の位置と前記基板において前記複数の加工レーザー光を照射すべき位置との間にずれが生じていれば、前記反射型空間変調器は、当該ずれを補正するよう前記位相ホログラムを補正する、請求項９に記載の基板加工装置。
11. 基板に複数の加工痕を形成する基板加工方法であって、
    レーザー光源からレーザー光を出射し、反射型空間変調器に入射することと、
    反射型空間変調器の位相ホログラムを用いて前記レーザー光を変調させて、前記基板に一次元的又は二次元的に並んで配置された前記複数の加工痕を同時に形成するための複数の加工レーザー光を生成することと、
    前記反射型空間変調器にて生成された前記複数の加工レーザー光を両側テレセントリック光学系にて結像させることと、
    前記結像された前記複数の加工レーザー光をミラーで反射させることと、
    前記ミラーにより反射された前記複数の加工レーザー光のそれぞれを前記基板に集光することと、
    を備え、
    前記位相ホログラムは、前記ミラーの反射角度を変化させて前記基板の所定位置に前記複数の加工レーザー光を照射することで前記所定位置に均一な形状及び寸法の複数の加工痕を同時に形成するよう補正される、
    基板加工方法。
    

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