KR20240000353A - 어브레이션 가공 방법, 레이저 가공 장치 및 어브레이션 가공용 마스크 - Google Patents

Abstract

[과제] 어브레이션 가공에 있어서, 라인모양의 광을 반복하여 주사시키면서 기판 등에 대해서 가공 패턴을 적절히 형성 가능한 마스크의 디자인 및 레이저 가공 방법을 제공한다.
[해결 수단] 가공 장치(100)에 있어서, 마스크 패턴 P1~P4를 형성한 마스크 M을 마스크 스테이지(40)에 재치하고, 라인 빔 형성부(20)의 이동 및 각도 전환 미러(26)의 각도의 변환에 의해, 라인모양의 광 LB를 주주사 방향(X방향)으로 주사시키는 것과 동시에, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를 부주사 방향(Y방향)으로 시프트 시킨다. 그리고, 마스크 스테이지(40)의 이동에 의한 마스크 M의 이동에 의해, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를, 주사 영역 MR1~MR4의 위치에 맞춘다.

Description

어브레이션 가공 방법, 레이저 가공 장치 및 어브레이션 가공용 마스크{ABLATION PROCESSING METHOD, LASER PROCESSING APPARATUS AND MASK FOR ABLATION PROCESSING}

본 발명은, 자외 레이저광 등 고에너지 밀도의 광을 이용하여 기판 등을 어브레이션 가공하고, 패턴을 형성하는 레이저 가공 장치 및 가공 방법에 관한 것이다.

프린트 배선 기판 등에 대하여 패턴을 고정밀도로 형성하는 방법으로서, 어브레이션 가공이 알려져 있다. 거기서는, 엑시머 레이저 등의 고에너지 밀도의 레이저를 마스크에 조사하고, 기판 등에 투영 시킨다. 마스크 패턴에 맞추어 재료 표면이 순간적으로 제거되는 것에 의해, 적층형 기판 등에 대해, 비아(via)나 배선용의 도랑 등을 형성할 수 있다.

어브레이션 가공용의 레이저 가공 장치에서는, 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형한다. 예를 들면, 고정시킨 레이저 빔에 대해, 비아, 도랑 등에 따른 패턴을 형성한 마스크와, 기판을 탑재한 스테이지를 동기 이동시키는 것에 의해, 마스크 패턴을 기판에 묘화(drawing) 한다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 혹은, 라인모양 빔을 형성하는 광학계를 마스크에 대해서 주사 방향으로 이동시키는 것에 의해, 가공 패턴을 기판에 형성한다(특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특개 2008-244361호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개 2021-49560호 공보

마스크에서의 패턴 사이즈는, 기판에 정해진 가공 영역의 사이즈, 레이저 빔의 에너지 밀도, 투영 광학계의 축소 배율이라고 하는 광학계의 특성 등에 따라서 정해진다. 이 때문에, 라인모양의 광의 폭을 넘은 사이즈의 마스크 패턴에 대해서는, 라인모양의 광을 복수 회 주사시키는 것에 의해, 기판의 가공 영역에 대한 가공 처리를 한다.

이 경우, 라인모양의 빔 간의 연결 부분에 대한 조사 위치의 차이 등에 의해, 플루언스(fluence)(단위면적 당의 광강도) 부족에 기인하는 가공 불량을 막기 위해, 오버랩 시키면서 라인모양의 광을 주사 시킬 필요가 있다.

하지만, 오버랩 부분에 대해, 플루언스의 크기와 조사 횟수를 조정하여 총플루언스가 동일해지도록 조정해도, 비아나 도랑이라고 하는 패턴의 형상은, 오버랩 영역과 비오버랩 영역과의 사이에서 서로 다른 경우가 있다.

따라서, 어브레이션 가공에 있어서, 라인모양의 광을 반복하여 주사 시키면서 기판 등에 대해서 가공 패턴을 적절히 형성 가능한 마스크의 디자인 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것이 요구되고 있다.

본 발명에서는, 라인모양의 광을 오버랩 주사시키는 어브레이션 가공 방법, 또, 이러한 가공 방법으로 사용 가능한 어브레이션 가공용 마스크, 레이저 가공 장치 등에 대하여 기술적 방향이 향하고 있다.

본 발명의 일 실시예인 어브레이션 가공 방법은, 라인 빔 형성 광학계에 의해, 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형하고, 어브레이션 가공용의 마스크로 라인모양의 광을 유도하고, 라인모양의 광을 오버랩 주사시키는 것에 의해, 기판의 가공 영역을 어브레이션 가공한다.

여기서, 「라인모양의 광을 오버랩 주사시킨다」는, 주사폭 방향(부주사 방향)에서 보았을 때에, 주사폭 방향에 따라 서로 이웃이 되는 주사 영역끼리가 일부 중복 하는 주사를 나타낸다. 실제로, 마스크 형상에서의 라인모양의 광의 주사 영역이 부분적으로 겹쳐지고 있는지 아닌지는 관계하지 않는다.

본 발명의 일 실시예인 어브레이션 가공 방법에서는, 단일의 마스크에 근거하는 가공을 실시한다. 즉, 단일의 마스크에 대해, 라인모양의 광의 주사폭을 가지는 복수의 띠모양 주사 영역을, 주사 방향(주주사 방향)으로 서로 이간하도록 정하고, 가공 영역의 마스크 패턴을 복수의 띠모양 주사 영역에 따라 분할한 마스크 패턴(여기에서는, 복수의 분할 마스크 패턴이라고 한다)을, 단일의 마스크에 형성한다. 그리고, 라인모양의 광을, 복수의 띠모양 주사 영역에서 주사시킨다.

여기서, 「복수의 띠모양 주사 영역을, 주사 방향으로 서로 이간한다」는, 주사폭 방향에 관해서 서로 이웃이 되는 띠모양 주사 영역이, 주사폭 방향에 따라서 일부 서로 겹치는 부분이 없도록, 소정의 거리 간격 만큼 주사 방향에 따라서 떨어져 있다. 즉, 일방의 띠모양 주사 영역 단부와, 타방의 띠모양 주사 영역 단부와의 사이에 주사 방향으로 소정의 스페이스가 존재한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예인 어브레이션 가공 방법에서는, 복수의 마스크에 근거하는 가공을 실시한다. 즉, 복수의 마스크에 대해, 라인모양의 광의 주사폭을 가지는 복수의 띠모양 주사 영역을 정하고, 가공 영역의 마스크 패턴을 복수의 띠모양 주사 영역에 따라 분할한 복수의 분할 마스크 패턴을, 복수의 마스크에 형성한다. 그리고, 복수의 마스크를 교환하면서, 라인모양의 광을, 복수의 띠모양 주사 영역에서 주사시킨다.

복수의 마스크에 대해서 복수의 분할 마스크 패턴을 형성하는 구성에 대해서는, 다양하고, 마스크의 수, 마스크에 형성하는 분할 마스크 패턴의 수도 임의이다. 예를 들면, 1개의 마스크 마다 1개의 분할 마스크 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 한편, 복수의 마스크 중에서 적어도 1개의 마스크에 대해, 적어도 2개의 분할 마스크 패턴을 형성하는 구성도 가능하다. 예를 들면, 분할 마스크 패턴의 형성수(예를 들면 4)에 맞추어 복수(예를 들면 2개)의 마스크를 준비하고, 마스크 마다 동수(예를 들면 2개)의 분할 마스크 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

라인모양의 광을 복수의 띠모양 주사 영역에서 주사시키는 구성은, 레이저 가공 장치의 구성 등에 따라서 정하면 무방하다. 예를 들면, 라인 빔 형성 광학계를 주사 방향으로 이동시키는 것에 의해, 라인모양의 광을, 마스크 스테이지에 재치(載置)된 마스크에 대해서 주사 방향(주주사 방향)으로 주사 시킬 수 있다. 혹은, 마스크 스테이지의 이동에 의해, 라인모양의 광을 분할 마스크 패턴의 띠모양 영역을 따라서 주사시키는 것도 가능하다.

한편, 복수의 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역에 대해서 다음의 주사대상이 되는 띠모양 주사 영역으로 이동시키는 구성에 관해서는, 마스크 스테이지의 이동에 의해서 실현될 수 있다. 혹은, 기판을 재치한 가공 스테이지와 라인 빔 형성 광학계의 동기 이동에 의해서 실현될 수 있다. 이것에 의해, 라인모양의 광의 조사 위치를, 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역의 주사개시 위치에 맞추도록 이동시킨다.

예를 들면, 주주사 방향에 따른 분할 마스크 패턴의 띠모양 영역에 대한 주사를, 라인 빔 형성 광학계의 이동에 의하여 실행하고, 주사순서인 분할 마스크 패턴으로부터 다음의 분할 마스크 패턴으로의 라인모양의 광의 조사 위치의 위치 맞춤에 관해서는, 마스크 스테이지의 주사 방향의 이동과 라인 빔 형성 광학계의 부주사 방향의 이동에 의해서 실시한다.

복수의 분할 마스크 패턴의 주사순서 및 주사방법에 관해서는, 단일의 마스크를 이용하는 경우, 복수의 마스크를 이용하는 경우 각각에 따라 정하는 것이 가능하고, 혹은, 똑같이 정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 단일의 마스크의 경우, 복수의 분할 마스크 패턴의 주사폭 방향에 따른 정렬 순서에 따라서, 라인모양의 광을 오버랩 주사시킨다.

복수의 마스크를 이용하는 경우, 라인모양의 광을, 마스크 마다 형성된 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역을 순서대로 주사시키는 것이 가능하다. 예를 들면, 복수의 마스크 각각 소정수의 분할 마스크 패턴이 형성되고 있는 경우, 라인모양의 광을, 각 마스크에 형성된 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역에 대해서 순차 주사시킨다. 즉, 1개의 마스크에 형성된 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역에 대한 주사의 종료 후, 다음의 마스크에 대한 주사를 실시하도록 하는 것이 가능하다.

이상 설명한 어브레이션 가공 방법에 대해, 본 발명에서는, 단일의 마스크로서 구성되는 어브레이션 가공용 마스크를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예인 어브레이션 가공용 마스크는, 기판의 가공 영역에 대해, 레이저 가공 장치의 라인 빔 형성 광학계에 의해서 형성되는 라인모양의 광의 주사폭에 따라 정해지는 복수의 띠모양 주사 영역에, 가공 영역의 마스크 패턴을 띠모양 주사 영역에 따라 분할시킨 복수의 분할 마스크 패턴을 형성한 단일의 어브레이션 가공용 마스크이며, 복수의 분할 마스크 패턴이, 주사 방향에 따라서 서로 떨어져 있다.

단일의 마스크에 대해서 형성되는 분할 마스크 패턴의 형성 위치는, 상술한 「주사 방향에 따라서 서로 떨어져 있다」의 구성을 만족하는 범위에서, 다양하게 설정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 복수의 분할 마스크 패턴은, 지그재그 모양으로 형성 가능하고, 예를 들면, 주사 방향(주주사 방향) 및/또는 주사폭 방향(부주사 방향)에 관해서 규칙적, 등간격으로 나란해지도록 형성할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 복수의 마스크로서 구성되는 어브레이션 가공용 마스크를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예인 어브레이션 가공용 마스크는, 기판의 가공 영역에 대해, 레이저 가공 장치의 라인 빔 형성 광학계에 의해서 형성되는 라인모양의 광의 주사폭에 따라 정해지는 복수의 띠모양 주사 영역에, 가공 영역의 마스크 패턴을 띠모양 주사 영역에 따라 분할시킨 복수의 분할 마스크 패턴을 형성한 복수의 어브레이션 가공용 마스크이며, 주사폭 방향으로 서로 이웃이 되는 분할 마스크 패턴이, 다른 마스크에 형성되고 있다.

복수의 마스크 간의 형상, 사이즈 등은 다양하고, 예를 들면, 동일 형상, 사이즈로 정하는 것이 가능하고, 다른 형상, 사이즈로 하는 것도 가능하다. 각 마스크에 있어서, 최초로 주사되는 분할 마스크 패턴의 마스크 기준 위치(예를 들면, 마스크의 일방의 가장자리, 네 귀퉁이 등)로부터의 거리가 동일해지도록 구성할 수 있다.

또한, 단일의 마스크 또는 복수의 마스크로 구성되는 어브레이션 가공용 마스크에서는, 상술한 오버랩 주사에 관계없이, 본 발명의 기술적 과제를 해결하는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 상술한 어브레이션 가공 방법을 실현하는 레이저 가공 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예인 레이저 가공 장치는, 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형하는 라인 빔 형성 광학계와, 라인 빔 형성 광학계를 이동시키는 것에 의해, 라인모양의 광을 주사 방향으로 주사시키는 주사부와, 가공 영역이 정해지는 기판을 재치 가능한 가공 스테이지를 이동시키는 가공 스테이지 이동부와, 라인모양의 광의 주사폭을 가지고, 서로 떨어져 있는 복수의 띠모양 주사 영역에 대해, 가공 영역의 마스크 패턴을 분할한 복수의 분할 마스크 패턴이 형성되는 하나 또는 복수의 마스크를 재치 가능한 마스크 스테이지를 이동시키는 마스크 이동부를 구비하고, 라인모양의 광을, 복수의 띠모양 주사 영역에서 순차 주사시키는 것이 가능하다.

라인모양의 광을, 주사를 종료한 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역으로부터 다음의 주사대상이 되는 띠모양 주사 영역으로 이동시키는 구성에 관해서는, 다양한 구성이 가능하다. 예를 들면, 마스크 이동부가, 마스크 스테이지를 이동시키는 것에 의해, 라인모양의 광의 주사위치를, 순차 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역의 주사개시 위치에 맞출 수 있다. 혹은, 가공 스테이지 이동부 및 주사부가, 각각 가공 스테이지와 라인 빔 형성 광학계를 동기 이동시키는 것에 의해, 라인모양의 광의 조사 위치를, 각 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역의 주사개시 위치에 맞출 수 있다.

본 발명에 의하면, 어브레이션 가공에 있어서, 라인모양의 광을 반복하여 주사시키면서 기판 등에 대해서 패턴을 적절히 형성 가능한 마스크의 디자인 및 레이저 가공 방법을 제공할 수 있다.

[도 1] 제1 실시 형태인 레이저 가공 장치의 개략적 구성도이다.
[도 2] 레이저 가공 장치의 개략적 블록도이다.
[도 3] 제1 실시 형태에서의 어브레이션 가공용의 마스크를 나타낸 도이다.
[도 4] 기판 W의 가공 영역 AR 전체에 대응한 일그룹의 마스크 패턴을 나타낸 도이다.
[도 5] 제2 실시 형태인 레이저 가공 장치의 어브레이션 가공용의 마스크를 나타낸 도이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 레이저 가공 장치의 개략적 구성도이다. 도 2는, 레이저 가공 장치의 개략적 블록도이다.

레이저 가공 장치(100)는, 어브레이션 가공에 의해서 기판 W에 패턴을 형성하는 것이 가능한 가공 장치이며, 라인 빔 형성부(20), 투영 광학계(30), 마스크 스테이지(40), 가공 스테이지(50)를 구비한다. 라인 빔 형성부(20), 마스크 스테이지(40), 가공 스테이지(50)는, 도시하지 않는 장치 본체에 장비되고, 장치 본체에 대해서 이동 가능하다. 마스크 M, 기판 W는, 각각 마스크 스테이지(40), 가공 스테이지(50)에 탑재된다. 기판 W는, 여기에서는 프린트 기판 등의 수지 기판에 의해서 구성되어 있다.

장치 본체 옆에 설치되는 레이저(10)는, 고에너지 밀도의 레이저광을 발진한다. 여기에서는, 파장 248 nm의 KrF 엑시머 레이저광을 펄스 조사하는 엑시머 레이저가 적용되고 있다. 레이저(10)로부터 발진된 레이저광은, 도시하지 않는 광축 조정용의 보정 광학계를 경유하여, 라인 빔 형성부(20)로 유도된다. 레이저(10)는, 레이저 가공 장치(100)의 일부로서 구성해도 무방하고, 혹은 개별 장치로서, 구성해도 무방하다.

라인 빔 형성부(20)는, 렌즈 어레이(24), 레이저광 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens) 등을 포함한 라인 빔 형성 광학계(25), 각도 전환 미러(26) 등의 광학계를 구비하고 있다. 렌즈 어레이(24)는, 입사한 레이저광의 강도 분포를 조정한다. 라인 빔 형성 광학계(25)는, 입사한 레이저광의 빔 광속을 라인모양의 광 LB으로 정형한다. 예를 들면, 라인모양의 광 LB로서, 긴방향이 26 mm, 폭방향이 0.1 mm의 사각형 모양의 광으로 정형하는 것이 가능하다.

라인 빔 형성부(20)는, 라인 빔 형성 광학계(25) 등의 광학계를 이 케이싱(20K)에 수용하고, 케이싱(20K)은 주사기구(60)에 의해서 지지를 받고 있다. 주사기구(60)는, 라인 빔 형성부(20)를, 주주사 방향(X방향)에 따라서 정해진 속도로 이동시키는 것이 가능하고, 라인모양의 광 LB를, 마스크 M에 대해서 주사 방향인 주주사 방향(X방향)으로 상대 이동시키는 것이 가능하다.

라인 빔 형성부(20)에 설치된 각도 전환 미러(26)는, 그 각도(위치)를 바꾸는 것에 의해, 마스크 M 상에서의 라인모양의 광 LB의 조사 위치를, 부주사 방향(Y방향)에 따라서 시프트 시킨다. 즉, 주사 에리어를 바꾸는 것이 가능하다. 여기에서는, 각도 전환 미러(26)는, 렌즈 어레이(24)와, 라인 빔 형성 광학계(25)의 사이의 공역위치에 설치되고 있다.

마스크 스테이지(40)는, 마스크 M을 지지하는 것과 동시에, 주주사 방향(X방향) 및 라인모양의 광 LB의 주사폭 방향이 되는 부주사 방향(Y방향)으로 이동시키고, 또 회전시키는 것이 가능하다. 마스크 스테이지 이동 기구(70)는, 미도시의 위치 검출용 엔코더로부터 출력되는 신호에 근거하여, 마스크 스테이지(40)를 구동한다.

투영 광학계(30)는, 마스크 M의 표면과 기판 W의 표면에 초점을 가지는 결상 광학계이며, 마스크 M에 형성된 마스크 패턴 부분을 투과한 광(패턴광)을 기판 W에 투영 한다. 여기에서는, 투영 광학계(30)가 축소 투영 광학계로서 구성되고, 예를 들면 0.5배의 투영 배율로 정해진다.

가공 스테이지(50)는, 기판 W를 진공 흡착 등에 의해서 고정하는 것과 동시에, 기판 W를 주주사 방향(X방향), 부주사 방향(Y방향)으로 이동시키고, 또 회전시키는 것이 가능하다. 가공 스테이지 이동 기구(80)는, 미도시의 위치 검출용 엔코더로부터 출력되는 신호에 근거하여, 가공 스테이지(50)를 구동한다. 가공 스테이지(50)의 옆에는, 기판 W에 설치된 얼라이먼트 마크를 촬상하는 얼라이먼트 카메라(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

수지 기판인 기판 W에는, 에폭시 수지 등의 기재(基材)에 구리 배선층이 형성되고, 그 위에 절연층이 형성되고 있다. 엑시머 레이저(10)로부터 고에너지 밀도의 엑시머 레이저광을 조사하는 것에 의해, 기판 W에 대해서 어브레이션이 생기고, 마스크 M에 형성되고 있는 마스크 패턴에 따른 패턴(이하, 가공 패턴이라고 한다) WA가 형성된다. 가공 패턴 WA로서는, 관통 비아, 비관통 비아, 혹은 배선 패턴용의 도랑(트렌치(trench) 등이 형성 가능하다.

주사기구(60)가 라인 빔 형성부(20)를 주주사 방향(X방향)으로 이동시키는 데에 따라, 주주사 방향(X방향)에 수직이며 부주사 방향(Y방향)에 평행한 라인모양의 광 LB가, 마스크 M(마스크 스테이지(40)), 투영 광학계(30), 기판 W(가공 스테이지(50))에 대해서 상대 이동한다. 이것에 의해, 마스크 스테이지(40), 가공 스테이지(50)에 각각 탑재된 마스크 M, 기판 W가 주사된다. 여기에서는, 기판 W에 반복하여 형성되는 패턴 WA에 따른 마스크 패턴이, 마스크 M에 형성되고 있다.

가공 패턴 WA가 형성되는 가공 영역 AR 및 투영 광학계(30)의 투영 배율에 따라 마스크 M에 형성된 마스크 패턴은, 라인모양의 광 LB의 폭을 넘는 에리어 사이즈를 가진다. 본 실시 형태에서는, 각도 전환 미러(26)에 의해서 라인모양의 광 LB의 조사 위치를 바꾸면서, 주주사 방향(X방향)에 따른 주사를 반복하여 실시하는 것에 의해, 가공 영역 AR 전체에 대한 가공 패턴 WA가 형성된다.

후술 하듯이, 가공 스테이지(50)는, 가공 영역에 가공 패턴 WA가 형성될 때마다, 주주사 방향(X방향), 부주사 방향(Y방향)에 따라서 스텝 이동하고, 기판 W 전체에 걸쳐 어브레이션 가공 처리를 한다. 어브레이션 가공에 의해서 가공 패턴이 기판 W에 형성된 후, 구리 등의 도체가 충전된다. 또한, 기판 W 전체에 걸쳐 패턴을 묘화 하는 마스크 패턴을, 마스크 M에 형성해도 무방하다.

컨트롤러(90)는, 라인 빔 형성부(20)의 각도 전환 미러(26), 주사기구(60), 마스크 스테이지 이동 기구(70), 가공 스테이지 이동 기구(80)를 제어하고, 어브레이션 가공 처리에서의 제어, 즉, 마스크 M의 위치 결정, 기판 W의 위치 결정, 라인모양의 광 LB의 주주사 방향(X방향)으로의 이동 및 부주사 방향(Y방향)에 따른 조사 위치의 변환 등을 실행한다.

본 실시 형태에서는, 라인모양의 광 LB의 주사로서, 주주사 방향(X방향), 부주사 방향(Y방향)에 따라서 오버랩 주사를 실시한다. 한편, 마스크 패턴은, 기판 W의 일그룹으로서의 가공 영역 AR에 대응한 일그룹의 패턴으로서 구성되는 것이 아니라, 복수의 마스크 패턴이, 서로 떨어진 위치로 형성된 구성이 되고 있다. 그리고, 이들을 종합 시킨 패턴이, 가공 영역 AR 전체에 대한 패턴으로서 구성된다. 이하, 이것에 관해서 상세히 설명한다.

도 3은, 어브레이션 가공용의 마스크 M에 형성된 마스크 패턴을 나타낸 도이다. 도 4는, 기판 W의 가공 영역 AR 전체에 대응시킨 일그룹의 마스크 패턴을 나타낸 도이다.

마스크 M에는, KrF 엑시머 레이저광을 투과 하는 기재(예를 들면 석영 유리)에 대해, KrF 엑시머 레이저광을 차단하는 차광막(예를 들면 Al막)이 마스크 패턴 이외의 부분으로 형성되고 있다. 여기에서는, 가공 패턴으로서 관통 비아를 형성하는 마스크 패턴(검은 원 부분 참조)이, 마스크 M에 형성되고 있다.

도 3에 나타내듯이, 마스크 M에는, 복수(여기에서는 4개)의 마스크 패턴(이하, 분할 마스크 패턴이라고 한다) P1~P4가, 주주사 방향(X방향), 부주사 방향(Y방향)에 관해서 서로 떨어진 위치에 형성되고 있다. 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 각각 사각형 모양의 띠모양 주사 영역에 포함되어 있다.

도 4에서는, 일그룹의 가공 영역 AR에 맞추어 일그룹의 패턴으로서 구성되는 (가상의)마스크 패턴 P0를 나타내고 있다. 일체적인 일그룹의 마스크 패턴 P0를 구성했을 경우, 그 마스크 패턴 P0가 포함되는 패턴 영역 MR의 형상 및 사이즈는, 가공 영역 AR의 형상 및 사이즈, 그리고 투영 광학계(30)의 축소 배율 등에 따른다.

라인 빔 형성 광학계(25)에 의해서 형성되는 라인모양의 광 LB는, 상술한 것처럼, 그 주사폭 LW가 복수 회의 주사를 필요로 하는 길이로 정해져 있다. 이것은, 가공 대상(여기에서는 기판 W의 수지층)의 어브레이션 임계치를 넘는 데에 충분한 플루언스를 얻기 위해 주사폭을 축소하고, 단위면적 당의 에너지 밀도를 크게 하는 등의 이유에 근거하고 있다.

라인모양의 광 LB의 주사폭 LW는, 라인모양의 광 LB가 마스크 패턴 P0를 오버랩 주사하도록 정해져 있다. 마스크 패턴 P0의 패턴 영역 MR를 부주사 방향(Y방향)에 따라서 복수 분할하고, 그 하나의 폭을 주사폭 LW로서 정하는 것이 아니라, 오버랩 영역 OL를 설치하도록, 주사폭 LW가 정해져 있다. 여기서의 라인모양의 광 LB는, 가공 영역 AR에 대해서 4회로 나누어 오버랩 주사를 필요로 하는 주사폭 L를 가진다.

도 3에 나타내는 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 도 4에 나타내는 라인모양의 광 LB의 주사폭 LW에 따른 띠모양의 주사 영역 M1~M4를, 주사순서에 따라, 주주사 방향(X방향)에 따라서 서로 이간하도록 정하는 것에 의해, 분할 형성된 패턴이다. 따라서, 분할 마스크 패턴 P1~P4(띠모양의 주사 영역 MR1~MR4)는, 주주사 방향(X방향)에 따라서 서로 평행이다. 주사 영역 M1~M4에 따른 패턴 영역 MR1~MR4는, 마스크 패턴 P0의 주주사 방향(X방향)에 따른 긴방향 길이 LL를 각각 가진다.

도 3에 나타내는 띠모양의 주사 영역 M1~M4에 설치되는 오버랩 영역 OL1, OL2, OL3에 따라, 분할 마스크 패턴 P1~P4의 띠모양의 주사 영역 MR1~MR4 에 있어서도, 부주사 방향(Y방향)에 따라서 위치적으로 중복 하는 영역 OG1, OG2, OG3이 설치된다. 여기에서는, 영역으로서 중첩 부분이 없어도, 부주사 방향(Y방향)에 관해서 위치적으로 중복 하는 영역 OG1~OG3를, 오버랩 영역이라고 한다.

분할 마스크 패턴 P1~P4는, 띠모양의 주사 영역 MR1~MR4에 따라, 마스크 패턴 P0를 분할하고, 배분하는 것에 의해서 형성된다. 이 때문에, 서로 이웃이 되는 주사 영역 부근으로 형성되는 일부 패턴이 양쪽 모두의 주사 영역에 형성되고 있는 것은 아니고, 어느쪽이든 일방의 주사 영역에 배분되고 있다.

이와 같이, 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 가공 영역 AR에 맞추어 일그룹의 패턴으로서 구성되는 (가상의)마스크 패턴 P0에 대해, 오버랩 주사시켰을 경우에 규정되는 띠모양의 주사 영역 M1~M4를, 주사순서의 전후에서 주주사 방향(X방향)으로 오프셋 배치한 이산적인 패턴으로서, 형성되고 있다.

또, 서로 이웃이 되는 분할 마스크 패턴의 주사 영역의 주주사 방향(X방향)에 따른 거리 간격은, 여기에서는 같은 거리 간격이 되도록 정해져 있다. 분할 마스크 패턴 P1과 분할 마스크 패턴 P2의 오프셋 거리 간격 D1은, 분할 마스크 패턴 P3과 분할 마스크 패턴 P4의 오프셋 거리 간격 D2와 동일하다. 바꾸어 말하면, 4개의 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 주주사 방향(X방향)에 관해서 서로 거리 간격 d만큼 떨어져 있다.

이러한 이산적으로 분할 마스크 패턴 P1~P4를 형성한 마스크 M에 대해, 어브레이션 가공을 실시한다. 이 때, 마스크 M의 간헐적인 이동을 수반하면서, 오버랩 주사를 실시한다. 오버랩 주사에서는, 라인모양의 광 LB를, 분할 마스크 패턴 P1~P4(띠모양의 주사 영역 MR1~MR4)에 대해, 이 순서대로 주사한다.

각 주사 영역에 대한 라인모양의 광 LB의 주주사 방향(X방향)에 따른 주사는, 상술한 것처럼, 라인 빔 형성 광학계(25)(라인 빔 형성부(20))의 이동에 의해서 실행된다. 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 부주사 방향(Y방향)에 따라서 연결되지 않고, 오프셋 배치되어 있기 때문에, 라인모양의 광 LB의 조사 영역을 중첩하는 주사는 행해지지 않는다.

부주사 방향(Y방향)에 따른 라인모양의 광 LB의 조사 위치의 시프트는, 상술한 것처럼, 각도 전환 미러(26)의 위치 제어에 의해서 행해진다. 이 때의 라인모양의 광 LB의 시프트량, 즉 밀러 각도 변경량은, 오버랩 영역 OG1~OG3를 고려하여 정해진다.

한편, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를 단지 부주사 방향(Y방향)에 따라서 시프트 시켜도, 분할 마스크 패턴 P1~P4가 서로 이간하고 있기 때문에, 다음의 주사 영역의 위치를, 라인모양의 광 LB의 시프트 위치에 맞출 필요가 있다. 이 때문에, 1개의 주사 영역에 대한 주사가 종료하면, 마스크 스테이지(40)의 이동에 의해서 마스크 M을 이동시켜, 마스크 M을 다음의 주사 영역의 주사개시 위치에 위치 결정 한다.

구체적으로는, 마스크 M이, 하나의 분할 마스크 패턴을 주사할 때마다, ＋X방향 또는 -X방향에 따라서 거리 D만큼 간헐적으로 이동한다. 예를 들면, 분할 마스크 패턴 P1(띠모양의 주사 영역 MR1)에 대한 주사에 의해, 라인모양의 광 LB의 조사 위치가 단부 LP1(도 3 참조)에 도달하면, 각도 전환 미러(26)에 의해서 라인모양의 광 LB의 조사 위치를 부주사 방향(Y방향)으로 시프트 시키는 것과 동시에, 마스크 M을 -X방향에 따라서 거리 D 만큼 이동시킨다.

이것에 의해, 라인모양의 광 LB의 조사 위치는, 띠모양의 주사 영역 MR2의 주사개시 위치로 이동한다. 분할 마스크 패턴 P2로부터 분할 마스크 패턴 P3, 분할 마스크 패턴 P3으로부터 분할 마스크 패턴 P4의 라인모양의 광 LB의 이동에 대해서도, 똑같이 마스크 M을 이동시킨다. 라인 빔 형성부(20)에 의해서 라인모양의 광 LB를 되접어 오버랩 주사시키면서, 마스크 스테이지(40)의 이동에 의해서 마스크 M을 간헐적으로 이동시키는 것으로, 기판 W의 가공 영역 AR에 가공 패턴 WA가 형성된다.

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 분할 마스크 패턴 P1~P4를 형성한 마스크 M을 마스크 스테이지(40)에 재치하고, 라인 빔 형성부(20)의 이동 및 각도 전환 미러(26)의 각도의 변환에 의해, 라인모양의 광 LB를 주주사 방향(X방향)으로 주사시키는 것과 동시에, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를 부주사 방향(Y방향)으로 시프트 시킨다.

그리고, 마스크 스테이지(40)의 이동에 의한 마스크 M의 이동에 의해, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를, 주사 영역 MR1~MR4의 위치에 맞춘다. 그 결과, 기판 W 에 있어서, 가공 처리 영역이 연결되고, 가공 영역 AR에 가공 패턴이 형성된다.

이러한 어브레이션 가공 처리를 실시하는 것에 의해, 플루언스 부족의 빔 조사에 의한 가공 부족(가공 불량)의 발생을 억제하는 것과 동시에, 다른 가공 영역 부분에서 가공 패턴에 서로 다름이 생기는 것을 억제할 수 있다.

즉, 분할 마스크 패턴 P1~P4의 주위의 차광막 형성 부분에 의해, 라인모양의 광 LB는 차광 된다. 이 때문에, 기판 W에서의 가공 영역 AR의 단부는, 분할 마스크 패턴 P1~P4의 형성되는 띠모양의 주사 영역 M1~M4의 위치에 따라서 정해진다.

여기서, 분할 마스크 패턴 P1~P4의 형성 위치는, 라인모양의 광 LB의 초점 위치에 상당한다. 이 때문에, 정밀도 좋게 라인모양의 광 LB를 차광 할 수 있다. 즉, 기판 W의 가공 영역 AR의 주사 영역 MR1~MR4에 오버랩 부분 OG1~OG3(도 4의 OL1~OL3에 상당)에 있어서, 정밀도 좋게 가공 패턴을 형성할 수 있다.

한편, 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 띠모양의 주사 영역 MR1~MR4에 따라 마스크 패턴 P0(도 4)를 분할하고, 몇 개의 주사 영역으로 배분된 패턴으로서 구성되어 있다. 이 때문에, 라인모양의 광 LB가 같은 패턴을 중복 하여 주사하지 않는다.

또, 복수의 분할 마스크 패턴 P1~P4가, 부주사 방향(Y방향)에 따라서 서로의 거리 간격이 동일해지도록 지그재그 모양으로 형성되고 있어, 서로의 거리 간격 d가 동일하다. 부주사 방향(Y방향)에 관해서는, 분할 마스크 패턴 P1~P4는 오프셋 배치되지 않았다. 따라서, 마스크 M의 이동은 주주사 방향(X방향) 만으로 끝나고, 가공 영역 AR의 가공 연결 부분에 있어서도 정밀도 좋게 패턴을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 5를 이용하여, 제2 실시 형태인 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 복수의 마스크에 분할 마스크 패턴이 형성되고 있다.

도 5는, 제2 실시 형태에서의 어브레이션 가공용의 마스크를 나타낸 도이다. 분할 마스크 패턴 P1~P4는, 2개의 마스크 MA, MB로 나누어져 형성되고 있다. 구체적으로는, 부주사 방향(Y방향)에 따라서 서로 이웃이 되는 띠모양 영역으로 형성되는 분할 마스크 패턴이, 다른 마스크에 형성되고 있다.

마스크 MA, MB의 형상, 사이즈는, 여기에서는 동일하다. 분할 마스크 패턴 P1~P4의 부주사 방향(Y방향)에 따른 형성 위치는, 제1 실시 형태와 같은 오버랩 영역 OG1~OG4를 가지도록 정해져 있다. 또, 분할 마스크 패턴 P1, P2의 주주사 방향(X방향)에 따른 형성 위치는, 마스크 MA, MB의 기준 위치(여기에서는 마스크 단변)로부터 분할 마스크 패턴 P1, P2의 거리 A, A＇가 동일해지도록 정해져 있다.

제2 실시 형태에서는, 이러한 2개의 마스크 MA, MB를 준비하고, 마스크 MA, MB를 교환하면서 어브레이션 가공을 실시한다. 우선, 마스크 MA를 마스크 스테이지(40)로 탑재하면, 분할 마스크 패턴 P1의 띠모양의 주사 영역 MR1를 주사한다. 그리고, 마스크 MA를 이동시키는 것에 의해, 라인모양의 광 LB의 조사 위치를, 주사종료 위치 LP1로부터, 분할 마스크 패턴 P3의 띠모양의 주사 영역 MR1의 주사개시 위치 LP2로 이동시킨다.

분할 마스크 패턴 P1, P3에 대한 라인모양의 광 LB의 주사가 종료하면, 마스크 MA로부터 마스크 MB로 교환한다. 그리고, 마스크 MB의 분할 마스크 패턴 P1, P3의 띠모양의 주사 영역 MR2, MR4에 대해서 라인모양의 광 LB를 주사한다. 각 주사 영역에 대한 가공이 연결되어, 가공 영역 AR 전체에 가공 패턴 WA가 형성된다. 이것은, 가공 영역 AR를 복수로 분할하여 규정되는 주사 영역(분할 가공 영역)을, 마스크 마다 정리하여 순서대로 주사하는 것을 나타낸다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 의하면, 분할 마스크 패턴 P1~P4를, 제1 실시 형태와 같이 단일의 마스크가 아니고, 2개의 마스크 MA, MB로 나누어 형성한다. 이것에 의해, 마스크의 소형화 및 코스트 저감을 도모할 수 있다.

또, 각 마스크에 형성된 분할 마스크 패턴에 대해, 이들 띠모양의 주사 영역에 따른 주사를 모두 수행한 후, 다음의 마스크로 교환하여 같은 주사를 실시한다. 이것에 의해, 1회의 마스크 교환에 의해, 가공 영역 AR에 대하여 가공 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 2장의 마스크 사용에 의한 가공 처리의 처리량(throughput) 저하를 억제할 수 있다.

아울러, 각 마스크에 있어서 최초로 주사되는 분할 마스크 패턴 P1, P2의 주주사 방향(X방향)에 따른 형성 위치가, 마스크 MA, MB 에 있어서 기준 위치로부터 동일하다. 이 때문에, 마스크 교환 후, 마스크 위치 조정하는 일 없이, 즉시 주사할 수 있다.

또한, 마스크 교환에 관해서는, 작업자가 수행해도 무방하고, 자동 제어에 의해서 마스크 교환해도 무방하다. 자동 제어에 의한 마스크 교환의 경우, 각각 프레임에 고정한 복수의 마스크를 준비하여 선반 형상의 수납부에 배치하고, 자동 반송 기구에 의해서 순차 필요한 마스크를 취출하고, 마스크 스테이지(40)에 탑재, 취출하도록 구성하면 무방하다.

마스크 스테이지(40)의 상방에 셔터 기구를 설치하고, 라인모양의 광 LB의 폭(Y방향 길이)을 조정하는 것으로, 마스크 M의 조사 영역 사이즈를 변경할 수 있도록 구성해도 무방하다. 또, 가공 영역 AR에 근거하는 마스크 패턴 P0의 사이즈, 형상 등에 따라서, 라인모양의 광 LB의 주사폭(부주사 방향(Y방향)에 따른 길이) 및 분할 패턴 수, 오버랩 영역의 크기 등을 정하는 것이 가능하다. 제2 실시 형태에 있어서는, 패턴 분할 수 등에 따라, 사용하는 마스크의 매수를 정해도 무방하다.

제1, 제2 실시 형태에서는, 마스크의 간헐적 이동에 의해, 라인모양의 광 LB를 띠모양의 주사 영역 MR1~MR4에 맞추는 구성이지만, 라인 빔 형성부(20) 및 가공 스테이지(50)의 주주사 방향(X방향)에 따른 동기 이동에 의해, 동일하게 주사위치 맞춤을 실시해도 무방하다. 이 경우, 투영 광학계(30)의 축소 배율 등에 따라서, 라인 빔 형성부(20) 및 가공 스테이지(50)의 이동량이 정해진다.

아울러, 마스크 스테이지(40)의 이동 만, 혹은, 마스크 스테이지(40)와 가공 스테이지(50)와의 협동적인 이동에 의해, 라인모양의 광 LB의 오버랩 주사를 실시하는 것도 가능하다. 이 경우, 라인 빔 형성부(20)의 주주사 방향(X방향)에 따른 이동, 및 부주사 방향(Y방향)에 따른 조사 위치 시프트를 실시할 필요가 없기 때문에, 간단하고 쉬운 레이저 가공 장치에 의해, 제1, 제2 실시 형태에서 나타내는 것 같은 마스크를 적용하는 것에 의해, 동일의 적절한 가공 패턴 형성을 실현할 수 있다.

10　레이저
20　라인 빔 형성부
25　라인 빔 형성 광학계
26　각도 전환 미러
30　투영 광학계
40　마스크 스테이지
50　가공 스테이지
100　레이저 가공 장치
M　마스크
W　기판

Claims (10)

1. 라인 빔 형성 광학계에 의해, 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형하고, 어브레이션 가공용의 마스크로 라인모양의 광을 유도하고,
   상기 라인모양의 광을 오버랩 주사시키는 것에 의해, 기판의 가공 영역을 어브레이션 가공하는 어브레이션 가공 방법이며,
   단일의 마스크에 대해, 상기 라인모양의 광의 주사폭을 가지는 복수의 띠모양 주사 영역을, 주사 방향으로 서로 이간하도록 정하고, 상기 가공 영역의 마스크 패턴을 상기 복수의 띠모양 주사 영역에 따라 분할한 복수의 분할 마스크 패턴을, 상기 단일의 마스크에 형성하고,
   상기 라인모양의 광을, 상기 복수의 띠모양 주사 영역에서 주사시키는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공 방법.
2. 라인 빔 형성 광학계에 의해, 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형하고, 어브레이션 가공용의 마스크로 라인모양의 광을 유도하고,
   상기 라인모양의 광을 오버랩 주사시키는 것에 의해, 기판의 가공 영역을 어브레이션 가공하는 어브레이션 가공 방법이며,
   복수의 마스크에 대해, 상기 라인모양의 광의 주사폭을 가지는 복수의 띠모양 주사 영역을 정하고, 상기 가공 영역의 마스크 패턴을 상기 복수의 띠모양 주사 영역에 따라 분할한 복수의 분할 마스크 패턴을, 상기 복수의 마스크에 형성하고,
   상기 복수의 마스크를 교환하면서, 상기 라인모양의 광을, 상기 복수의 띠모양 주사 영역에서 주사시키는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 라인 빔 형성 광학계를 주사 방향으로 이동시키는 것에 의해, 상기 라인모양의 광을, 마스크 스테이지에 재치된 마스크에 대해서 주사 방향으로 주사시키고,
   상기 마스크 스테이지의 이동, 또는 상기 기판을 재치한 가공 스테이지와 상기 라인 빔 형성 광학계의 동기 이동에 의해, 상기 라인모양의 광의 조사 위치를, 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역의 주사개시 위치에 맞추는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분할 마스크 패턴의 주사폭 방향에 따른 정렬 순서에 따라서, 상기 라인모양의 광을 오버랩 주사시키는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 마스크 중에서 적어도 하나의 마스크에 대해, 적어도 2개의 분할 마스크 패턴을 형성하고,
   상기 라인모양의 광을, 마스크 마다 형성된 분할 마스크 패턴의 띠모양 주사 영역을 순서대로 주사시키는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공 방법.
6. 기판의 가공 영역에 대해, 레이저 가공 장치의 라인 빔 형성 광학계에 의해서 형성되는 라인모양의 광의 주사폭에 따라 정해지는 복수의 띠모양 주사 영역에, 상기 가공 영역의 마스크 패턴을 상기 띠모양 주사 영역에 따라 분할시킨 복수의 분할 마스크 패턴을 형성한 단일의 어브레이션 가공용 마스크이며,
   상기 복수의 분할 마스크 패턴이, 주사 방향에 따라서 서로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공용 마스크.
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 분할 마스크 패턴이, 지그재그 모양으로 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공용 마스크.
8. 기판의 가공 영역에 대해, 레이저 가공 장치의 라인 빔 형성 광학계에 의해서 형성되는 라인모양의 광의 주사폭에 따라 정해지는 복수의 띠모양 주사 영역에, 상기 가공 영역의 마스크 패턴을 상기 띠모양 주사 영역에 따라 분할시킨 복수의 분할 마스크 패턴을 형성한 복수의 어브레이션 가공용 마스크이며,
   주사폭 방향으로 서로 이웃이 되는 분할 마스크 패턴이, 다른 마스크에 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 복수의 어브레이션 가공용 마스크.
9. 제8항에 있어서,
   각 마스크에 있어서, 최초로 주사되는 분할 마스크 패턴의 마스크 기준 위치로부터의 거리가 동일한 것을 특징으로 하는 어브레이션 가공용 마스크.
10. 레이저로부터 발진된 광을 라인모양으로 정형하는 라인 빔 형성 광학계와,
    상기 라인 빔 형성 광학계를 이동시키는 것에 의해, 상기 라인모양의 광을 주사 방향으로 주사시키는 주사부와,
    가공 영역이 정해지는 기판을 재치 가능한 가공 스테이지를 이동시키는 가공 스테이지 이동부와,
    상기 라인모양의 광의 주사폭을 가지고, 서로 떨어져 있는 복수의 띠모양 주사 영역에 대해, 상기 가공 영역의 마스크 패턴을 분할한 복수의 분할 마스크 패턴이 형성되는 하나 또는 복수의 마스크를 재치 가능한 마스크 스테이지를 이동시키는 마스크 이동부를 구비하고,
    상기 라인모양의 광을, 상기 복수의 띠모양 주사 영역에서 순차 주사시키는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.

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