JP4112355B2 - ビーム成形方法及び装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザビームを使用して基板表面の薄膜を除去する際のビーム成形方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
YAGレーザ等を用いて薄膜除去等の微細加工を実施する場合、従来はビームを均質化させるために高価なフライアイレンズ、シリンドリカルレンズ、ビームスプリット、プリズム等の光学部品を組み合わせて前記加工を実施していた(例えば、特許文献1,2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−23921号公報(第2頁、図5)
【特許文献2】
特開平9−295175号公報(第2頁、図1)
【0004】
しかしながら、上記の光学部品を組み合わせたものでは、光学系の設計や光学調整に多大な時間が必要となるわりに、加工時、光学部品の移動に対する自由度が小さいという問題があった。
【0005】
これに対し、前述の光学部品の組み合わせに比べて自由度の高いファイバーを使用することが考えられるが、ファイバーを使用した場合にはファイバーでの干渉性によりビームの均質化が困難になる。そのため、前記干渉を低減させるべく、ファイバーからの射出後に、高価なレンズや複雑な光学部品を透過させることになり、結果的に前述と同様の問題が生じていた(例えば、特許文献3,4参照。)。
【0006】
【特許文献3】
特開2001−105165号公報(第2頁、図1)
【特許文献4】
特開平11−337888号公報(第2頁、図1)
【0007】
一方、複数のファイバーを束ねた安価なバンドルファイバーによってビームを均質化させる方法もある(例えば、特許文献5参照。)。
【0008】
【特許文献5】
特開平11−326653号公報(第5頁)
【0009】
しかしながら、高出力のビームをバンドルファイバーに入射させると、生ビームは外周部に比べて中心部のエネルギー強度が高いため、中心部に配置したファイバーのみ劣化するという問題がある。
【0010】
また、バンドルファイバーのような多芯数のファイバーは断線しやすいので、取り替えや取り回しを等を考慮した固定構造としなければならないという問題があり、バンドルファイバー単独での使用はファイバーによる高い自由度を失うことになる。
【0011】
なお、バンドルファイバーに入射するビームを光学系で均質化した後入射するという方法もある(例えば、特許文献6参照。)。
【0012】
【特許文献6】
特開平11−277276号公報(第2頁、図1)
【0013】
しかしながら、この方法は、被加工物に形成する穴ピッチの自由度をもちつつマスクにおけるエネルギー損失を最小限とする為に上記の構成を採用しているのであって、ビームの均質化を目的にバンドルファイバーを使用しているのではない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ビームの均質化と高い自由度を両立させることができるビーム成形方法及び装置を提供することを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るビーム成形方法は、発射されたビームビームをシングルファイバーに照射して伝送した後、シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させる際、ウェッジ基板を用いてビームの光路を屈折させ、さらに前記ウェッジ基板を回転させて伝送し、バンドルファイバーから出射させることとしている。そして、このようにすることで、ビームの均質化と高い自由度を両立させることができるようになる。
【0016】
上記の本発明に係るビーム成形方法は、発射されたビームを入射されて所定位置まで伝送するシングルファイバーと、このシングルファイバーの出側に対向して入側が配置され、前記シングルファイバーを伝送されてきたビームを入射されて所定位置まで伝送するバンドルファイバーと、前記シングルファイバーとバンドルファイバー間に、シングルファイバーからバンドルファイバーへの入射ビームの光路をウェッジ基板により屈折させ、さらに前記ウェッジ基板を回転させる光路屈折装置を備えた本発明に係るビーム成形装置によって実施可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明は、図1(a)に示したように、先ず、発射されたビームB1 を、図1(b)に示したような、中心に配置した1本のファイバー1aの外周をクラッド2で被覆したシングルファイバーFSの入側FS1 から入射し、所定位置まで伝送する。
【0018】
その後、図1(c)に示したような、中心部に配置した多数本のファイバー1bの外周をクラッド2で被覆したバンドルファイバーFBの入側FB1を、前記シングルファイバーFSの出側FS2に対向して配置し、前記シングルファイバーFSを伝送されその出側FS2から照射されたビームB2を、このバンドルファイバーFBの入側FB1に入射させて所定位置まで伝送した後、バンドルファイバーFBの出側FB2から照射するのである。なお、図1中のB3はバンドルファイバーFBの出側FB2から照射されたビームを示す。この図1(b)(c)や以下の図面では、ビームB 1 ,B 2 を受けるファイバー1a,1bを黒く塗りつぶして示している。
【0019】
上記の基本構成によれば、例えば図1(d)に示したようなガウシアンモードのエネルギ分布を有する発射ビームB1が、シングルファイバーFSのファイバー1a内を伝送されてバンドルファイバーFBに照射される際には図1(e)に示したようなエネルギ分布のビームB2となり、更に、バンドルファイバーFB内の多数のファイバー1bを伝送されてその出側FB2から照射される際には図1(f)に示したような可及的トップハット形状に似た、加工に適した均質なエネルギ分布のビームB3となる。加えて、シングルファイバーFSによって高い自由度も確保できる。
【0020】
そして、上記の基本構成において、例えば図2(a)に示すように、前記シングルファイバーFSと前記バンドルファイバーFB間に、シングルファイバーFSからバンドルファイバーFBへの入射ビームB 2 の光路屈折装置4を備えさせ、前記シングルファイバーFSから更にバンドルファイバーFBに入射させる際、前記ビームB 2 の光路を屈折させるようにしているので、前記光路屈折装置4を備えさせない場合には図2(b)に示したようなエネルギ分布となるビームB 3 が、図2(c)に示したような振幅の小さなエネルギ分布のより均質なビームB 3 となる。前記光路屈折装置4として、図2(a)では2枚のウェッジ基板4a,4bを用いて光路を屈折させ、空洞モータ等で前記2枚のウェッジ基板4a,4bを回転するものを示している。
【0021】
また、シングルファイバーFSとバンドルファイバーFB間に、シングルファイバーFSからバンドルファイバーFBへの入射ビームB 2 の光路屈折装置4を備えさせた上記の本発明において、例えばバンドルファイバーFBの入側FB1から出側FB2にビームを伝送するファイバー1bの整列状態を、入側FB1と出側FB2で変化させれば、例えば入側FB1で、図3(a)に示したような中心部に円形状に配置されたファイバー1bで受けたビームB2を、例えば出側FB2では、図3(b)に示したように矩形状のビームB3として照射することもできる。
【0022】
また、上記の本発明において、例えば図4(a)に示すように、前記シングルファイバーFSと前記バンドルファイバーFBにこれらを加振する装置3、例えば圧電素子3aや超音波振動素子等を備えさせ、シングルファイバーFSとバンドルファイバーFBを加振するようにしても良い。
【0023】
このようにすれば、シングルファイバーFSからバンドルファイバーFBを経て照射されるビームB3 は、先に図1(d)〜(f)を用いて説明したように、図4(b)に示したようなエネルギ分布を有する発射ビームB1 から、図4(c)に示したようなエネルギ分布のビームB2 を経て、図4(d)に示したようなエネルギ分布のビームB3 となるところが、図4(e)(f)に示したように、どちらのビームB2 ,B3 も図4(c)(d)に比べて振幅の小さなエネルギ分布のより均質なビームとなる。なお、加振するのはシングルファイバーFS、バンドルファイバーFBの何れか一方でも良い。
【0024】
この際、前記加振装置3は、図5に示したように、ファイバーFS,FBを複数回巻いた状態で加振装置3によって加振させるようにした場合には、前述の作用効果はより助長される。
【0025】
更にこの際、前記加振するファイバーFS,FBにおける加振動部を、図6に示したように複数(図6の例では2箇所)とし、それぞれの圧電素子3aによる加振装置3の振動を相殺するようにした場合には、装置全体の振動を防止することもできる。なお、図6における3bはパルスジェネレータを示す。
【0028】
上記の本発明において、図7に示したように、前記バンドルファイバーFBの入側FB1 端部に冷却装置5を設けた場合には、バンドルファイバーFBの熱ダメージを抑制することができる。
【0031】
本発明は以上説明した例に限るものではなく、本発明の技術的範囲に含まれるものであれば、特にビーム成形装置の各構成要素についての設計変更は任意である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えばレーザビームを使用して基板表面の薄膜を除去する際のビーム成形において、バンドルファイバーによるビームの均質化と、シングルファイバーによる高い自由度の両立を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本構成を説明する図であり、(a)はビーム成形装置の概略構成図、(b)はシングルファイバーの断面図、(c)はバンドルファイバーの断面図、(d)は発射ビームのエネルギー分布の一例を示した図、(e)はシングルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、(f)はバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図である。
【図2】 本発明の第1の例を説明する図であり、(a)はビーム成形装置の概略構成図、(b)は基本構成におけるバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、(c)は第1の例における(b)と同様の図である。
【図3】 本発明の第2の例を説明する図であり、(a)はバンドルファイバーの入側での説明図、(b)はバンドルファイバーの出側での説明図である。
【図4】 本発明の第3の例を説明する図であり、(a)はビーム成形装置の概略構成図、(b)は発射ビームのエネルギー分布の一例を示した図、(c)(d)は基本構成におけるシングルファイバーとバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、(e)(f)は第3の例における(c)(d)と同様の図である。
【図5】 本発明の第3の例における加振装置の構造の一例を示した図である。
【図6】 本発明の第3の例における加振装置の構造の他の例を示した図である。
【図7】 本発明の第4の例を説明するビーム成形装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1a,1b ファイバー
3 加振装置
4 光路屈折装置
5 冷却装置
B1,B2,B3 ビーム
FS シングルファイバー
FB バンドルファイバー
Claims (7)
- 発射されたビームから所定の形状・大きさのビームを成形する方法であって、
前記ビームをシングルファイバーに照射して伝送した後、シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させる際、ウェッジ基板を用いてビームの光路を屈折させ、さらに前記ウェッジ基板を回転させて伝送し、バンドルファイバーから出射させることを特徴とするビーム成形方法。 - 請求項1に記載のビーム成形方法において、
前記バンドルファイバーから出射するビーム形状を、バンドルファイバーに入射時のビーム形状から変化させることを特徴とするビーム成形方法。 - 請求項1又は2に記載のビーム成形方法において、
シングルファイバー又はバンドルファイバーの少なくとも何れか一方を加振することを特徴とするビーム成形方法。 - 前記加振は、複数箇所で、それぞれの振動を相殺するように行うことを特徴とする請求項3に記載のビーム成形方法。
- 発射されたビームを入射されて所定位置まで伝送するシングルファイバーと、
このシングルファイバーの出側に対向して入側が配置され、前記シングルファイバーを伝送されてきたビームを入射されて所定位置まで伝送するバンドルファイバーと、
前記シングルファイバーとバンドルファイバー間に、シングルファイバーからバンドルファイバーへの入射ビームの光路をウェッジ基板により屈折させ、さらに前記ウェッジ基板を回転させる光路屈折装置を備えたことを特徴とするビーム成形装置。 - 請求項5に記載のビーム成形装置において、
前記シングルファイバー又はバンドルファイバーの少なくとも何れか一方を加振する装置を備えたことを特徴とするビーム成形装置。 - 前記加振装置は複数個設けられ、それぞれの加振装置による振動を相殺するようにしたことを特徴とする請求項6に記載のビーム成形装置。
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