KR20230062360A - 조명 광학계 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

조명 광학계 및 레이저 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230062360A
KR20230062360A KR1020220098303A KR20220098303A KR20230062360A KR 20230062360 A KR20230062360 A KR 20230062360A KR 1020220098303 A KR1020220098303 A KR 1020220098303A KR 20220098303 A KR20220098303 A KR 20220098303A KR 20230062360 A KR20230062360 A KR 20230062360A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axis
lens
lens array
optical system
cylindrical lens
Prior art date
Application number
KR1020220098303A
Other languages
English (en)
Inventor
마사루 야마가
히로유키 와시야마
Original Assignee
가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼 filed Critical 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Publication of KR20230062360A publication Critical patent/KR20230062360A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0966—Cylindrical lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0043—Inhomogeneous or irregular arrays, e.g. varying shape, size, height
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

[과제] 렌즈의 두께가 일정하지 않은 렌즈 어레이에 의해 레이저광을 균일화하여 레이저광의 로스(loss)의 발생을 방지한다.
[해결수단] 레이저광을 조사면으로 인도하는 조명 광학계에 있어서, z축을 광축 방향으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 하고, z축에 따라 배열되고, x축 및 y축 중 적어도 일방의 방향에 따라 배열된 복수의 렌즈를 각각 가지는 제1 렌즈 어레이 및 제2 렌즈 어레이를 갖추고, 제1 렌즈 어레이 및 제2 렌즈 어레이의 일방의 렌즈의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것으로 된 조명 광학계이다.

Description

조명 광학계 및 레이저 가공 장치{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM AND LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 라인상(line shape)의 레이저광을 포토마스크(photomask)에 대해서 조사하기 위해 사용되는 조명 광학계, 및 조명 광학계를 갖춘 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
수지, 실리콘 등의 비금속 재료인 피가공물(워크피스, 예를 들면, 프린트 기판의 수지층)을, 포토마스크를 투과한 레이저광이 주사(走査)되는 것에 의해 피가공물을 포토마스크의 패턴 형상(예를 들면, 비아)으로 어블레이션 가공(ablation: 융해, 증발에 의한 제거 가공)하는 것이 알려져 있다. 정밀한 가공을 필요로 하는 경우, 엑시머 레이저(KrF 레이저, 파장 248nm)를 이용한 어블레이션에 의한 가공이 이루어진다.
일례로서, 이러한 가공 장치의 조명 광학계는, 조사 에리어가 라인상이 되도록 빔을 성형해, 조사 에리어(포토마스크면)에서의 광의 플루언스(Fluence)가 균등해지도록, 예를 들면, 플라이아이 렌즈(fly-eye lens)에 의해 광을 균일화 하고 있다. 덧붙여, 라인상의 레이저광이란, 광축에 직교하는 평면에서의 광속(光束)의 단면(斷面) 형상이 라인상인 레이저광을 의미한다.
이 조명 광학계에서는, 광원이 코히어런트성(Coherence)이 높은 레이저광이기 때문에, 플라이아이 렌즈에서 분할된 각 파장이 서로 간섭하지 않으면, 포토마스크면의 조명은 평균화되어 균일해진다. 일반적으로 플라이아이 렌즈의 분할 수가 많을(플라이아이를 협(狹)피치화할)수록 조명의 균일도가 높아진다. 그렇지만, 엑시머 레이저 광원은 파장이 협대역화 되어 있기 때문에, 공간 코히어런스가 높고, 플라이아이 렌즈의 피치를 좁게 한 경우, 포토마스크면에서 조명의 간섭무늬(interference fringe)가 발생한다. 이 간섭무늬는, 플라이아이 렌즈의 광축 방향의 광로(光路) 길이에 차를 마련함으로써 회피할 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 이러한 광로차를 생기게 하기 위해, 위상차 생성부로서 두께가 현격히 다른 유리판을 플라이아이 렌즈와 평행하게 설치하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2016-38456호 공보
특허문헌 1의 구성은, 조명 광학계에 대해서 위상차 생성부로서의 광학 부재를 부가할 필요가 있어, 그 광학 부재에서의 레이저광의 에너지 로스(energy loss)가 발생한다. 가공 장치는 고(高) 플루언스의 레이저이므로, 광로차 부재에 의한 로스는 무시할 수 없는 양이 된다. 또한, 광학 부재와 플라이아이 렌즈와의 위치 결정에 오차가 있는 경우, 한층 더 에너지 로스가 생기는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 플라이아이 렌즈 자신에게 위상차를 발생하는 기능을 가지게 함으로써, 에너지 로스가 적고, 또한 부재의 위치맞춤이 불필요해지는 조명 광학계 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 레이저광을 조사면으로 인도하는 조명 광학계에 있어서,
z축을 광축 방향으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 하고,
z축에 따라 배열되고, x축 및 y축 중 적어도 일방의 방향에 따라 배열된 복수의 렌즈를 각각 가지는 제1 렌즈 어레이 및 제2 렌즈 어레이를 갖추고,
제1 렌즈 어레이 및 제2 렌즈 어레이의 일방의 렌즈의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것으로 된 조명 광학계이다.
또한, 본 발명은, 레이저광을 조사면으로 인도하는 조명 광학계에 있어서,
z축을 광축 방향으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 하고,
z축에 따라, 빔 성형부, 렌즈 어레이부 및 콜리메이트 렌즈부(Collimate Lens unit)가 순서대로 배열되고,
빔 성형부 및 콜리메이트 렌즈부가, x축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 제1 실린드리컬(cylindrical) 렌즈와, y축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 제2 실린드리컬 렌즈에 의해 구성되고,
렌즈 어레이부가, z축에 따라 배열된 2매의 제1 실린드리컬 렌즈 어레이로 이루어진 제1 쌍과, z축에 따라 배열된 2매의 제2 실린드리컬 렌즈 어레이로 이루어진 제2 쌍에 의해 구성되고,
제1 실린드리컬 렌즈 어레이가 x축 방향으로 렌즈 작용을 가지고, 제2 실린드리컬 렌즈 어레이가 y축 방향으로 렌즈 작용을 가지고,
제1 쌍 또는 제2 쌍의 제1 실린드리컬 렌즈 어레이 또는 제2 실린드리컬 렌즈 어레이의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것으로 된 조명 광학계이다.
더욱이, 본 발명은, 레이저광을 출사하는 광원과,
레이저광을 단면이 라인상의 레이저광으로 해서 포토마스크에 조사하는 것과 함께, 주사 기구에 의해 포토마스크를 주사하는 조명 광학계와,
포토마스크를 개재(介在)하게 된 레이저광을 피가공물에 조사하는 투영 광학계와,
피가공물이 재치(載置)되는 것과 함께, x-y방향으로 피가공물을 이동시키는 피가공물 재치 테이블을 갖추고,
조명 광학계가 상술한 구성으로 된 레이저 가공 장치이다.
적어도 하나의 실시 형태에 의하면, 본 발명은, 렌즈 어레이 자신의 두께를 다르게 함으로써 간섭을 방지하므로, 레이저광의 에너지 로스의 발생을 방지할 수 있다. 덧붙여, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니며, 본 명세서에 기재된 어느 하나의 효과 또는 그것들과 이질의 효과여도 무방하다.
[도 1] 도 1은, 본 발명을 적용할 수 있는 레이저 가공 장치의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.
[도 2] 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태의 정면도이다.
[도 3] 도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에서의 포토마스크와 라인상 빔의 관계를 나타내는 평면도이다.
[도 4] 도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 사용하는 기판의 일례의 확대 평면도이다.
[도 5] 도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에서의 광학계를 나타내는 블록도이다.
[도 6] 도 6의 A는, 조명 광학계의 일례의 구성의 측면도이고, 도 6의 B는, 조명 광학계의 일례의 구성의 상면도이며, 도 6의 C는, 조명 광학계의 일례의 일부를 생략한 구성의 측면도이며, 도 6의 D는, 조명 광학계의 일례의 일부를 생략한 구성의 상면도이다.
[도 7] 도 7은, 본 발명의 일 실시 형태의 일부의 구성의 확대 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태 등에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 덧붙여, 이하에 설명하는 실시 형태 등은 본 발명의 바람직한 구체 예이며, 본 발명의 내용이 이러한 실시 형태 등으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명이 적용 가능한 가공 장치, 예를 들면, 레이저 가공 장치의 일례의 개략 구성도이다. 레이저 가공 장치는, 레이저 광원(11)을 가진다. 레이저 광원(11)은, 예를 들면, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저광을 펄스 조사하는 엑시머 레이저 광원이다. 레이저광이 라인상 레이저 주사 기구(12)에 공급된다.
라인상 레이저 주사 기구(12)는, 레이저 광속을 장방형상(라인상)으로 정형하는 조명 광학계와, 레이저광(LB)이 포토마스크(13)를 주사하기 위한 주사 기구(직동(直動) 기구)를 가지고 있다.
포토마스크(13)에는, 피가공물(이하, 기판(W)이라고 적당히 칭한다)에 대해서 어블레이션에 의해 형성되는 가공 패턴에 대응한 마스크 패턴이 형성되어 있다. 즉, KrF 엑시머 레이저를 투과하는 기재(예를 들면, 석영유리)에, KrF 엑시머 레이저를 차단하는 차광막(예를 들면, Cr막)에 의한 패턴이 묘화되어 있다. 가공 패턴으로는, 관통 비아, 비관통 비아, 배선 패턴용 홈(溝, groove)(트렌치) 등이다. 어블레이션 가공에 의해 가공 패턴이 형성된 후에, 구리 등의 도체가 충전된다.
포토마스크(13)를 통과한 레이저광(LB)이 투영 광학계(14)에 입사된다. 투영 광학계(14)로부터 출사된 레이저광이 기판(W)의 표면에 조사된다. 투영 광학계(14)는, 포토마스크면과 기판(W)의 표면에 초점면을 가진다. 기판(W)은, 예를 들어 에폭시 수지 등의 기판에 구리배선층이 형성되고, 그 위에 절연층이 형성된 수지 기판이다.
기판(W)은, 복수의 패턴영역(WA)이 마련되어 있고, 피가공물 재치용의 재치 테이블(15) 상에 고정되어 있다. 재치 테이블(15)이 2차원 방향으로 변위하고, 또한, 회전함으로써 패턴영역(WA)을 포토마스크(13)에 대해서 각각 위치 결정하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 기판(W)의 전체에 걸쳐서 피가공 영역을 가공 가능하게 하기 위해, 재치 테이블(15)이 주사 방향으로 기판(W)을 스텝 이동시키도록 되어 있다.
도 2를 참조해 레이저 가공 장치의 일 실시 형태에 대해 설명한다. 레이저 가공 장치가 지지체를 구성하는 베이스부(21) 및 상부 프레임(22)에 대해서 장착된다. 상부 프레임(22)은, 베이스부(21) 상에 고정되어 있다. 베이스부(21) 및 상부 프레임(22)은, 강성(剛性)이 높고, 진동을 감쇠시키는 특성의 재료로 이루어진다.
상부 프레임(22)에 대해서, 주사 기구(16) 및 조명 광학계(17)로 이루어진 라인상 레이저 주사 기구와, 포토마스크(13)가 재치되는 마스크 스테이지(18)(포토마스크의 지지부)와, 투영 광학계(14)가 고정된다. 베이스부(21) 상에 재치 테이블(15)이 고정된다. 즉, 이러한 주사 기구(16), 조명 광학계(17), 마스크 스테이지(18), 투영 광학계(14) 및 재치 테이블(15)이 소정의 광학적 관계(레이저광이 조명 광학계(17)에 대해서 정확하게 입사하는 관계)를 만족하도록 위치 결정되고, 위치 결정 후, 조명 광학계(17)의 주사 동작 및 재치 테이블(15)의 변위 동작에 의한 진동 등에 의해서, 베이스부(21) 및 상부 프레임(22)이 요동했을 경우에, 일체로 변위하도록 이루어진다. 빔 위치 보정부(27)에 의해 조명 광학계(17)에 대한 레이저광의 입사 위치 및 입사 각도가 보정된다.
레이저 광원(11)은, 베이스부(21) 및 상부 프레임(22)과는 별개로 설치된 하우징(24) 내에 수납되어 있다. 레이저 광원(11)은, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저(레이저광이라고 칭한다)(L1)를 펄스 조사한다. 레이저광(L1) 및 가이드용 레이저광(미도시)이 빔 위치 보정부(빔 스티어링 기구라고 칭한다)(27)에 입사된다.
빔 위치 보정부(27)는, 레이저광(L1)의 위치 결정(위치 및 입사각)을 리얼타임으로 행하기 위한 기구이다. 빔 위치 보정부(27)에 의해서, 레이저 가공 장치의 베이스부(21) 및 상부 프레임(22)의 경사에 관계없이, 조명 광학계(17)에 대해서 레이저광(L1)이 항상 정확한 위치 및 각도로 입사하도록 조정된다. 덧붙여, 가이드용 레이저광의 파장은, 예를 들면 400nm~700nm로 되어 있다. 빔 위치 보정부(27)에 포함되는 미러(mirror)는, 파장이 상이한 레이저광(L1)과 가이드용 레이저광의 파장을 각각 반사하는 2개의 반사막을 가진다. 각 반사막에 각 레이저광이 입사되도록 하기 위한 빔 성형부가 빔 위치 보정부(27)에 설치되어 있다.
빔 위치 보정부(27)로부터 출사된 레이저광(L1)이 미러(28)에서 반사되어 조명 광학계(17)에 대해서 입사된다. 조명 광학계(17)는, 레이저 광원이 출사한 광의 강도 분포를 균일화하는 것과 함께, 라인상의 가공용 레이저광으로 성형한다. 조명 광학계(17)는, 라인상 레이저광을 성형하기 위한 렌즈 어레이(플라이아이 렌즈 어레이라고도 칭한다)를 가진다. 렌즈 어레이는, 레이저광을 확대하는 방향으로 복수의 볼록렌즈가 배열된 렌즈 어레이이다. 조명 광학계(17)로부터의 라인상 레이저광(LB)이 포토마스크(13)를 조사한다. 덧붙여, 조명 광학계(17)의 구체적인 예에 대해서는 후술한다.
주사 기구(16)는, 조명 광학계(17)의 일부로서, 조명 광학계(17)의 전체를 이동시킨다. 주사 기구(16)에 의해 레이저광(LB)이 포토마스크(13)에 대해서 이동하고, 마스크 스테이지(18) 및 재치 테이블(15)에 각각 고정되어 있는 포토마스크(13) 및 기판(W)이 레이저광으로 주사된다.
도 3은, 레이저광(LB)과 포토마스크(13)의 크기 관계를 나타낸다. 예를 들면, 레이저광(LB)은, (길이×폭)이 (100×0.1(mm)), (35×0.3(mm)) 등으로 된다. 레이저광(LB)의 길이방향과 직교하는 폭방향이 주사 방향으로 되어 있다.
포토마스크(13)는, KrF 엑시머 레이저광을 투과하는 기재(예를 들면, 석영유리)에 대해서, KrF 엑시머 레이저광을 차단하는 차단막(크롬막, 알루미늄막 등)을 형성하는 것에 의해, 마스크 패턴이 묘화되고 있다. 포토마스크(13)에는, 기판(W)에 반복해서 나타나는 패턴을 묘화해도 무방하고, 또는 기판(W) 전체에 걸친 패턴을 묘화하도록 해도 무방하다.
마스크 스테이지(18)는, 포토마스크(13)를 보관유지(保持)하고, 포토마스크의 위치 결정이 가능한 xyθ 스테이지를 갖춘다. 포토마스크(13)에 마련된 얼라이먼트 마크를 독취해 포토마스크(13)의 위치 결정을 행하기 위한 카메라(미도시)가 구비되어 있다.
포토마스크(13)를 통과한 레이저광이 투영 광학계(14)에 입사된다. 투영 광학계(14)는, 포토마스크(13)의 표면과 기판(W)의 표면에 초점을 가지는 투영 광학계이며, 포토마스크(13)를 투과한 광을 기판(W)에 투영한다. 여기에서는, 투영 광학계(14)는 축소 투영 광학계로서 구성된다(예를 들면, 1/4배).
재치 테이블(15)은, 기판(W)을 진공 흡착 등에 의해 고정하는 것과 함께, 테이블 이동 기구에 의해서 x-y방향으로의 이동 및 회전에 의해 포토마스크(13)에 대해 기판(W)을 위치 결정한다. 또한, 기판(W) 전체에 걸쳐서 어블레이션 가공할 수 있도록, 주사 방향에 따라서 스텝 이동 가능하다. 재치 테이블(15)의 근방에는, 기판(W)에 마련되어 있는 얼라이먼트 마크를 촬상하는 얼라이먼트 카메라(미도시)가 설치되어 있다. 또한, 초점 조정용의 z기구 등을 설치해도 무방하다.
기판(W)(워크피스)은, 예를 들면, 프린트 배선판용의 유기 기판이며, 표면에 레이저 가공을 하는 피가공층이 형성되어 있다. 피가공층은 예를 들면, 수지막이나 금속박이며, 레이저광에 의해 비아 형성 등의 가공 처리가 가능한 재료로 형성되어 있다. 레이저 가공기에 의해 비아나 배선 패턴을 형성하고, 그 후의 공정에서 가공 부분에 구리 등의 도체를 충전한다.
도 4는, 기판(W)의 일례를 확대해 나타낸다. 기판(W)은, 다면취(多面取) 기판으로서, 기판(W)에는, 포토마스크(13)의 패턴과 대응하는 패턴영역(WA)이 (8×8)의 매트릭스상(matrix shape)으로 반복해서 마련되어 있다. 도 4에서 가로방향이 부(副) 스텝 방향이고, 세로방향이 주(主) 스텝 방향으로 되어 있다. 어느 패턴영역(WA)이 주사되면, 다음의 패턴영역이 주사된다. 덧붙여, 도시되어 있는 주사의 방향(화살표)은, 일례이다.
덧붙여, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 도시하지 않지만 반송 기구가 설치되어 있고, 반송 기구에 의해, 피가공물의 재치 테이블로의 재치나 꺼내기가 행해진다. 예를 들면, 스칼라 로봇 등을 이용할 수 있다. 또한, 가공 장치와 레이저 광원의 하우징을 덮는 도시하지 않은 공조(空調) 챔버를 갖추고 있다.
상술한 본 발명의 일 실시 형태에서는, 장치 전체를 제어하기 위한 제어 장치(미도시)가 구비되어 있다. 제어 장치는, 레이저 광원(11)의 제어, 구동부 각부의 제어, 포토마스크, 기판(W)의 얼라이먼트, 생산 정보의 관리나, 레시피 관리 등을 실시한다.
상술한 레이저 가공 장치에서의 광학계를 블록도로서 나타내면 도 5에 나타낸 것이 된다. 도 5에서의 도 1 및 도 2와 대응하는 부분에는 동일 참조 부호를 붙여 나타낸다. 레이저 광원(11)으로부터의 레이저광이 빔 성형부(30)에 공급된다. 빔 성형부(30)로부터의 레이저광이 빔 위치 보정부(27)에 공급된다. 빔 위치 보정부(27)에 의해, 조명 광학계(17)에 대해서 레이저광이 항상 정확한 위치 및 각도로 입사하도록 레이저광이 조정된다. 빔 성형부(30)는, 상술한 것처럼, 레이저 광원(11)으로부터의 레이저광과 가이드용 레이저광을 미러와 상이한 반사막에 입사시키기 위해 레이저광을 성형하는 것이다.
조명 광학계(17)는, 빔 성형부(31), 광량 균일화부로서의 렌즈 어레이부(32) 및 콜리메이트 렌즈부(33)가 광축에 따라서 순번대로 배치된 구성을 가진다. 빔 성형부(31)에 의해, 소정의 길이 및 폭을 가지는 장방형의 레이저광이 형성되고, 렌즈 어레이부(32)에 의해 레이저광의 분포가 균일하게 되는 것과 함께, 라인상의 레이저광이 된다. 렌즈 어레이부(32)는, 광축 방향에 따라 배열된 2매의 제1 실린드리컬 렌즈 어레이(도 5에서는 SLA로 표기한다)(36a, 36b)로 이루어진 제1 쌍(34)과, 광축 방향에 따라 배열된 2매의 제2 실린드리컬 렌즈 어레이(37a, 37b)로 이루어진 제2 쌍(35)에 의해 구성된다.
렌즈 어레이부(32)로부터의 레이저광이 콜리메이트 렌즈부(33)에 의해 거의 평행광으로 된다. 조명 광학계(17)의 콜리메이트 렌즈부(33)로부터의 레이저광이 포토마스크(13)에 대해서 조사된다. 포토마스크(13)를 통과한 레이저광이 투영 광학계(14)에 입사된다. 투영 광학계(14)는, 포토마스크(13)를 투과한 광을 기판(W)에 투영한다.
조명 광학계(17)의 일례에 대해 도 6을 참조해 설명한다. 조명 광학계(17)의 광축의 방향과 평행한 방향을 z축으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 한다. 즉, z축과 수직하며, 서로 직교하는 축을 x축 및 y축으로 한다. 도 6의 A는, 조명 광학계(17)의 측면도이며, 도 6의 B는, 조명 광학계(17)의 상면도이다. 게다가, 라인상 레이저광의 폭방향이 x축 방향이 되고, 라인상 레이저광의 길이방향이 y축 방향으로 되어 있다.
도 6의 A의 측면도에서, 굵은선(bold line)으로 나타내는 실린드리컬 렌즈(31a), 실린드리컬 렌즈 어레이(36a, 36b), 실린드리컬 렌즈(33a)가 x축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 요소이다. 이러한 렌즈 작용을 가지는 요소를 추출해 도 6의 C에 나타낸다. 또한, 도 6의 B의 측면도에서, 굵은선으로 나타내는 실린드리컬 렌즈(31b), 실린드리컬 렌즈 어레이(37a, 37b), 실린드리컬 렌즈(33b)가 y축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 요소이다. 이러한 렌즈 작용을 가지는 요소를 추출해 도 6의 D에 나타낸다.
빔 성형부(31)는, x축 방향으로 렌즈 작용을 가지는(환언하면, x축 방향으로 파워를 가지는) 실린드리컬 렌즈(31a)와, y축 방향으로 렌즈 작용을 가지는(환언하면, y축 방향으로 파워를 가지는) 실린드리컬 렌즈(31b)가 z축 방향으로 순번대로 배열된 구성을 가진다. 광원으로부터의 레이저광이 실린드리컬 렌즈(31a)에 입사되면, 실린드리컬 렌즈(31a)로부터 x축 방향(폭방향)으로 넓어짐을 가지는 레이저광이 발생한다. 게다가, 레이저광이 실린드리컬 렌즈(31b)에 입사되면, 실린드리컬 렌즈(31b)로부터 y축 방향(길이방향)으로 넓어짐을 가지는 레이저광이 발생한다. 실린드리컬 렌즈(31b)로부터의 레이저광이 빔 성형부(31)로부터 출사된다. 빔 성형부(31)는, 렌즈 어레이부(32)의 실린드리컬 렌즈 어레이의 입사면의 크기에 맞추어 레이저광을 확대하는 것과 함께, 실린드리컬 렌즈 어레이에 대해서 레이저광이 평행하게 입사하도록 이루어진다. 덧붙여, 플라이아이 렌즈에 입사하는 레이저광은, 가우시안 커브 등의 강도(强度)의 편향을 가지고 있다.
빔 성형부(31)로부터 출사된 레이저광이 렌즈 어레이부(32)의 제1 쌍(34)의 광원측의 실린드리컬 렌즈 어레이(36a)에 입사된다. z축 방향에 따라서 실린드리컬 렌즈 어레이(36a)와 평행하게 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)가 배열되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(36a 및 36b)는, x축 방향으로 복수의 소경(小徑)의 실린드리컬 렌즈(볼록렌즈)가 배열된 것이다. 실린드리컬 렌즈 어레이(36a)의 입사측의 렌즈면이 볼록모양(凸狀)으로 되어 있고, 출사측의 렌즈면이 평면으로 되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 입사측의 렌즈면이 평면으로 되어 있고, 출사측의 렌즈면이 볼록모양으로 되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(36a 및 36b)에 의해 레이저광의 균일화가 이루어진다.
제1 쌍(34)으로부터 출사된 레이저광이 렌즈 어레이부(32)의 제2 쌍(35)의 광원측의 실린드리컬 렌즈 어레이(37a)에 입사된다. z축 방향에 따라서 실린드리컬 렌즈 어레이(37a)와 평행하게 실린드리컬 렌즈 어레이(37b)가 배열되어 있다. 실린드리컬 렌즈 어레이(37a 및 37b)는, y축 방향으로 복수의 소경의 실린드리컬 렌즈(볼록렌즈)가 배열된 것이다. 실린드리컬 렌즈 어레이(37a 및 37b)에 의해 레이저광의 균일화가 이루어진다.
렌즈 어레이부(32)의 제2 쌍(35)의 실린드리컬 렌즈 어레이(37b)로부터 출사된 레이저광이 콜리메이트 렌즈부(33)의 제1 실린드리컬 렌즈(33a)에 입사된다. 실린드리컬 렌즈(33a)는, x축 방향으로 렌즈 작용을 가진다. 실린드리컬 렌즈(33a)와 평행하게 제2 실린드리컬 렌즈(33b)가 배열되어 있다. 실린드리컬 렌즈(33b)는, y축 방향으로 렌즈 작용을 가진다. 콜리메이트 렌즈부(33)는, 분할된 레이저광을 평행광으로 하는 것과 함께, 조사면 상에 중첩시켜 균일화한다.
본 발명의 일 실시 형태에서는, 렌즈 어레이부(32)의 제1 쌍(34) 및/또는 제2 쌍(35)에 포함되는 제1 실린드리컬 렌즈 어레이 및 제2 실린드리컬 렌즈 어레이의 일방의 렌즈의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것이 된다. 도 7은, 제1 쌍(34)의 일방의 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 렌즈의 두께가 일정하지 않은 예를 나타낸다. 실린드리컬 렌즈 어레이(36a 및 36b)는, 예를 들면, 5개의 소경의 실린드리컬 렌즈 어레이가 x방향으로 배열된 것이다.
실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 평면측의 렌즈면이 측면에서 볼 때 ΔT의 단차(段差)를 가지도록 렌즈의 두께가 교대로 달라지고 있다. ΔT는, 간섭무늬의 명암이 생기지 않는 값이 된다(예를 들면, ΔT가 약 1(mm)). 이러한 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)에 의해 광로 길이차가 발생해, 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 출사측에서 간섭무늬가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 엑시머 레이저광의 빔 단면 형상은 일반적으로 종횡비가 1:2, 1:5등의 직사각형(矩形)을 이루고 있어, 공간적 코히어런스는 등방적이지 않고, 특히, 빔 단면의 긴쪽(長手) 방향보다 짧은쪽(短手) 방향에 있어서 높게 되어 있다. 이 때문에, 간섭무늬는 빔 단면의 짧은쪽 방향에 발생하기 쉽다. 이와 같이, 레이저광의 공간적 코히어런스가 등방향이 아닌 경우에, 공간적 코히어런스가 높은 방향으로 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 한다.
또한, 렌즈의 두께가 동일할 때에 조사면에 있어서 x축 방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, 도 7의 예와 같이, 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 x축 방향으로 렌즈의 두께를 변화시킨다. 또한, 렌즈의 두께가 동일할 때에 조사면에 있어서 y축 방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, 실린드리컬 렌즈 어레이(37b)의 y축 방향으로 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 한다. 게다가, 렌즈의 두께가 동일할 때에 조사면에 있어서 x축 및 y축의 양방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, 실린드리컬 렌즈 어레이(36b)의 x축 방향, 및 실린드리컬 렌즈 어레이(37b)의 y축 방향의 양방향으로 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시 형태에서는, 실린드리컬 렌즈 어레이 자신의 두께를 다르게 하기 때문에, 별개의 광학 부재를 설치하는 구성과 비교해 레이저광의 에너지 로스를 줄일 수 있다.
덧붙여, 상술한 본 발명의 일 실시 형태에서는, 렌즈 어레이의 렌즈의 두께를 변화시키는데, 렌즈면이 측면에서 볼 때 단차를 가지도록 렌즈의 두께가 교대로 달라지고 있는 배치를 나타냈다. 본 발명은 이 형태로 한정되지 않고, 예를 들면 측면에서 볼 때 계단상(step shape)으로 일방향에 소정량씩 두께가 변화하도록 해도 무방하고, 혹은 랜덤으로 두께가 상이한 렌즈를 배열하도록 해도 무방하다. 렌즈 어레이를 구성하는 각 렌즈가, 적어도 일방향에서 인접하는 다른 렌즈와 상이한 두께이면 무방하다.
이상, 본 기술의 일 실시 형태에 대해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상술의 일 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 근거한 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, x축 방향 및 y축 방향의 양방향에 렌즈가 배열된 렌즈 어레이를 사용해도 무방하다. 게다가, 2개의 쌍을 마련하는 구성에 한정되지 않고, 1개의 렌즈 어레이의 쌍을 마련하는 구성에 대해서 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상술의 실시 형태에서 열거한 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등은 어디까지나 예에 불과하고, 필요에 따라 이와 다른 구성, 방법, 공정, 형상, 재료 및 수치 등을 이용해도 무방하다.
W … 피가공물(기판),
11 … 레이저 광원,
12 … 라인상 레이저 주사 기구,
13 … 포토마스크,
14 … 투영 광학계,
15 … 재치 테이블,
16 … 주사 기구,
17 … 조명 광학계,
18 … 마스크 스테이지,
30, 31 … 빔 성형부,
32 … 렌즈 어레이부,
33 … 콜리메이트 렌즈부

Claims (7)

  1. 레이저광을 조사면으로 인도하는 조명 광학계에 있어서,
    z축을 광축 방향으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 하고,
    상기 z축에 따라 배열되고, 상기 x축 및 y축 중 적어도 일방의 방향에 따라 배열된 복수의 렌즈를 각각 가지는 제1 렌즈 어레이 및 제2 렌즈 어레이를 갖추고,
    상기 제1 렌즈 어레이 및 상기 제2 렌즈 어레이의 일방의 상기 렌즈의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것으로 된,
    조명 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이에 입사하는 레이저광의 공간적 코히어런스(Coherence)가 등방향(等方向)이 아닌 경우에,
    상기 공간적 코히어런스가 높은 방향으로 상기 렌즈의 두께를 변화시키도록 한,
    조명 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈의 두께가 동일할 때에 상기 조사면에 있어서 x축 방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, x축 방향으로 상기 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 하고,
    y축 방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, y축 방향으로 상기 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 하고,
    x축 및 y축의 양방향에 간섭무늬의 명암이 생기는 경우에는, x축 및 y축의 양방향으로 상기 렌즈의 두께를 일정하지 않은 것으로 하도록 한,
    조명 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 어레이의 각 렌즈를 각각 출사한 광선속(光線束)이 간섭하는 방향으로, 두께가 서로 변화하는 상기 렌즈를 교대로 가지는,
    조명 광학계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈 어레이가 실린드리컬 렌즈 어레이인,
    조명 광학계.
  6. 레이저광을 조사면으로 인도하는 조명 광학계에 있어서,
    z축을 광축 방향으로 하고, z축 및 y축과 직교하는 방향을 x축으로 하고, z축 및 x축과 직교하는 방향을 y축으로 하고,
    상기 z축에 따라, 빔 성형부, 렌즈 어레이부 및 콜리메이트 렌즈부가 순서대로 배열되고,
    상기 빔 성형부 및 상기 콜리메이트 렌즈부가, x축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 제1 실린드리컬 렌즈와, y축 방향으로 렌즈 작용을 가지는 제2 실린드리컬 렌즈에 의해 구성되고,
    상기 렌즈 어레이부가, 상기 z축에 따라 배열된 2매의 제1 실린드리컬 렌즈 어레이로 이루어진 제1 쌍과, 상기 z축에 따라 배열된 2매의 제2 실린드리컬 렌즈 어레이로 이루어진 제2 쌍에 의해 구성되고,
    상기 제1 실린드리컬 렌즈 어레이가 x축 방향으로 렌즈 작용을 가지고, 상기 제2 실린드리컬 렌즈 어레이가 y축 방향으로 렌즈 작용을 가지고,
    상기 제1 쌍의 상기 제1 실린드리컬 렌즈 어레이 또는 상기 제2 쌍의 상기 제2 실린드리컬 렌즈 어레이의 두께가 적어도 일방향에서 일정하지 않은 것으로 된,
    조명 광학계.
  7. 레이저광을 출사하는 광원과,
    상기 레이저광을 단면이 라인상의 레이저광으로 해서 포토마스크에 조사하는 것과 함께, 주사 기구에 의해 상기 포토마스크를 주사하는 조명 광학계와,
    상기 포토마스크를 개재하게 된 레이저광을 피가공물에 조사하는 투영 광학계와,
    상기 피가공물이 재치되는 것과 함께, x-y방향으로 상기 피가공물을 이동시키는 피가공물 재치 테이블
    을 갖추고,
    상기 조명 광학계가 제1항에 기재된 구성으로 된,
    레이저 가공 장치.
KR1020220098303A 2021-10-29 2022-08-08 조명 광학계 및 레이저 가공 장치 KR20230062360A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021177222A JP2023066564A (ja) 2021-10-29 2021-10-29 照明光学系及びレーザ加工装置
JPJP-P-2021-177222 2021-10-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230062360A true KR20230062360A (ko) 2023-05-09

Family

ID=86170581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220098303A KR20230062360A (ko) 2021-10-29 2022-08-08 조명 광학계 및 레이저 가공 장치

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2023066564A (ko)
KR (1) KR20230062360A (ko)
CN (1) CN116060798A (ko)
TW (1) TW202317299A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038456A (ja) 2014-08-07 2016-03-22 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 光照射装置、描画装置および位相差生成器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038456A (ja) 2014-08-07 2016-03-22 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 光照射装置、描画装置および位相差生成器

Also Published As

Publication number Publication date
CN116060798A (zh) 2023-05-05
JP2023066564A (ja) 2023-05-16
TW202317299A (zh) 2023-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102484974B1 (ko) 다이렉트 이미징 노광 장치 및 다이렉트 이미징 노광 방법
KR20050099609A (ko) 패턴 생성 방법
JP2024014997A (ja) アブレーション加工用の加工装置および加工方法
CN112384323B (zh) 激光加工装置、激光加工方法以及成膜掩模的制造方法
KR20120120670A (ko) 레이저 분할빔을 이용한 선택적 박막 제거장치
KR20180104028A (ko) 2차원의 신속한 온도 제어 환경에서 솔더 레지스트의 직접 노광을 위한 직접 노광 장치
JP2006287129A (ja) レーザ照射装置、及びレーザ照射方法
KR102033059B1 (ko) 노광 장치 및 그 고정 방법
KR20230062360A (ko) 조명 광학계 및 레이저 가공 장치
US7755741B2 (en) Substrate exposure apparatus and illumination apparatus
JP3309046B2 (ja) レーザ加工機
KR20230062356A (ko) 조명 광학계 및 레이저 가공 장치
KR20230062357A (ko) 조명 광학계 및 레이저 가공 장치
KR20220146323A (ko) 레이저 가공 장치의 조정 방법, 및 레이저 가공 장치
KR102627053B1 (ko) 레이저 가공 장치
CN111992893B (zh) 激光加工装置
KR102012297B1 (ko) 멀티빔 스캐너 시스템을 이용한 패턴 형성방법
KR101724640B1 (ko) 레이저 노광 장치
KR20170092171A (ko) 레이저 가공장치 및 이를 이용한 레이저 가공방법
KR20240000353A (ko) 어브레이션 가공 방법, 레이저 가공 장치 및 어브레이션 가공용 마스크
TWM645015U (zh) 雷射加工裝置
JP2022163478A (ja) 描画装置および描画方法
JP2019090961A (ja) 露光装置
JP3522717B2 (ja) レーザ加工装置及び加工方法
KR101390512B1 (ko) 개선된 패턴 형성용 노광 광원, 노광 장치, 노광 시스템, 및 노광 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination