TWI416267B - Laser processing device and processing method thereof - Google Patents

Description

雷射加工裝置及其加工方法

本發明是有關對由熱反應型基材所構成的加工對象物照射雷射光、在該加工對象物的表面形成特定的超微細圖案之雷射加工裝置及其加工方法，更詳細是有關利用半導體積體電路的製造及光學零件的超微細加工所使用的半導體雷射來對加工對象物製作光束點(BeamSpot)的徑以下的毫微單位大小的超微細圖案之雷射加工裝置及其加工方法。

以往，作為製造使用於積體電路的製造等的光罩或標線片(reticle)之雷射描繪裝置，較為人知的有驅動正交的2個滑件，而使載置於XY工作台上的被處理構件一邊移動於X方向及Y方向，一邊經由光學系來將雷射光集中於被處理構件上，在此被處理構件上形成光束點而來描繪圖案之XY工作台式雷射描繪裝置。

但，以如此的以往XY工作台式雷射描繪裝置來描繪圖案時，若畫素(pixel)數變多，則XY方向的滑件的移動次數或加減速次數會増加，而有描繪時間變長的問題。並且，在塗滿圖案內部時，反復運動會變多，高速描繪時，會有相當的負荷施加於線性馬達的同時，因XY工作台的加減速時的反作用而造成本身會振動，有位置精度或速度精度降低的問題。而且，需要製作複數個光罩，或在曝光工程亦需要光罩的片數量的對位或曝光，不僅製作時間會拉長，而且會有成本大幅度提高的問題。

因此，為了解決如此的問題點，提案一種即使在組合旋轉體及光學系而畫素數多時，照樣能夠縮短加工圖案的描繪時間，且可高精度加工之雷射描繪裝置。該旋轉體為使用碟型旋轉體之雷射描繪裝置，例如提案於日本特開2001－133987號公報者，且旋轉體為使用圓筒型旋轉體之雷射描繪裝置，例如提案於日本特開2001－208993號公報者。

記載於該日本特開2001－133987號公報的雷射描繪裝置，是一邊使塗佈光阻劑的圓盤狀的基板載置於轉盤而旋轉，一邊使光束點移動於徑方向，藉此來進行高速的描繪之裝置。在此裝置中，對構成描繪圖案的各畫素使曝光量(雷射功率)變化，且使軌距形成與光束點半徑同等，藉此可在更深的方向高精度加工微細的灰階的圖案。並且，此雷射描繪裝置是使轉盤的旋轉數與光調變的控制信號同步，藉此不管旋轉數，可記錄特定的2次元的圖案。

又，記在於日本特開2001－208993號公報之使用圓筒型旋轉體的雷射描繪裝置，是在旋轉圓筒上捲繞可撓性的長尺狀工件，鄰接於該旋轉圓筒的外周來設置延伸於其中心軸方向的引導機構，設置含可移動於該引導機構的雷射陣列之移動機構。在此雷射描繪裝置中是一邊使長尺狀的工件旋轉，一邊使雷射陣列移動，藉由從雷射陣列的各個雷射光源所照射的雷射光來除去形成於工件的銅膜，藉此可高精度地進行高速的描繪。而且，該等利用碟型旋轉體的雷射描繪裝置或利用圓筒型旋轉體的雷射描繪裝置是一邊考量各個的優點一邊按照用途來加以利用。

然，記載於該日本特開2001－133987號公報或日本特開2001－208993號公報的雷射描繪裝置，由於是在塗佈有光阻劑的石英母盤上或形成有銅膜的工件上集中雷射光，一邊使光學系移動，一邊在領域內描繪特定的圖案者，因此無法使各個圖案的徑形成光束點徑以下的大小，不能描繪超微細圖案。

亦即，記載於日本特開2001－133987號公報或日本特開2001－208993號公報的雷射描繪裝置，即使令雷射照射光量變化，雷射點的徑也只是相當於各個圖案的徑，因此即使可使各個圖案的加工深度變化，也無法使各個圖案的徑變化。

並且，在記載於上述日本特開2001－133987號公報或日本特開2001－208993號公報的雷射描繪裝置中，為了找出用以設定描繪時的最適條件，除了使條件變化進行幾次的描繪之後，以顯微鏡等來觀察加工圖案的形狀以外，別無方法，這會有至設定最適條件為止須花費莫大的時間之問題。

本發明是有鑑於如此的問題而研發者，其目的是在於提供一種可製作光束點的徑以下的超微細圖案，且可將製作的超微細圖案的大小調整成光束點的徑以下的任意大小，更能以短時間來進行製作後的超微細圖案的形狀的評價之雷射加工裝置及其加工方法。

本發明是為了達成如此的目的而研發者，其係對由熱反應型基材所構成的加工對象物照射雷射光，在該加工對象物的表面形成特定的超微細圖案之雷射加工裝置，其特徵為具備：旋轉機構，其係使上述加工對象物旋轉；移動機構，其係使朝向藉由該旋轉機構而旋轉的上述加工對象物的旋轉面照射的上述雷射光可相對性地直線移動於上述加工對象物所被照射上述雷射光的位置的旋轉方向及對上述雷射光的照射方向大略垂直的方向；照射機構，其係朝向上述加工對象物射出上述雷射光；光學機構，其係包含使來自該照射機構的上述雷射光集中於上述加工對象物的表面而形成光束點之對物透鏡；光檢出機構，其係檢測出來自照射於上述加工對象物的上述光束點的表面之反射光；雷射驅動機構，其係可直接調變上述雷射光的光強度；及調整機構，其係調整藉由上述光學機構而集光的上述光束點的光強度分布，利用藉由該調整機構而調整的光強度分布的光束點，來製作在上述加工對象物具有上述光束點的徑以下的特定 超微細圖案之毫微構造物。

又，上述調整機構具備對焦補偏電壓施加機構，其係至少對自動對焦機能為了驅動上述對物透鏡而輸出的信號施加相當於從上述加工對象物的表面錯開雷射光的焦點的量之信號。

又，具備評價機構，其係對上述毫微構造物照射雷射光，根據再生信號來評價上述超微細圖案的形狀，該再生信號係由根據上述光檢出機構所輸出的反射光的信號來產生。

又，上述評價機構為根據上述再生信號，檢測出來自上述超微細圖案的反射光的光量或反射光的光量比或反射光的偏光特性，而評價上述超微細圖案的形狀。

又，具備參數值設定機構，其係根據上述評價機構的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。

又，本發明之雷射加工方法，係對由熱反應型基材所構成的加工對象物照射雷射光，在該加工對象物的表面形成特定的超微細圖案之雷射加工方法，其特徵為具有：旋轉步驟，其係使上述加工對象物藉由旋轉機構而旋轉；移動步驟，其係使朝向藉由上述旋轉機構而旋轉的上述加工對象物的旋轉面照射的上述雷射光可相對性地直線移動於上述加工對象物所被照射上述雷射光的位置的旋轉方向及對上述雷射光的照射方向大略垂直的方向； 照射步驟，其係朝向上述加工對象物藉由照射機構來射出上述雷射光；形成步驟，其係使來自上述照射機構的上述雷射光藉由含對物透鏡的光學機構來集中於上述加工對象物的表面而形成光束點；光檢出步驟，其係藉由光檢出機構來檢測出來自照射於上述加工對象物的上述光束點的表面之反射光；雷射驅動步驟，其係藉由雷射驅動機構來直接調變上述雷射光的光強度；及調整步驟，其係利用調整機構來調整藉由上述光學機構而集光的上述光束點的光強度分布，利用藉由該調整機構而調整的光強度分布的光束點，來製作在上述加工對象物具有上述光束點的徑以下的特定超微細圖案之毫微構造物。

又，上述調整步驟具有對焦補偏電壓施加步驟，其係至少對自動對焦機能為了驅動上述對物透鏡而輸出的信號施加相當於從上述加工對象物的表面錯開雷射光的焦點的量之信號。

又，具有評價步驟，其係對上述毫微構造物照射雷射光，根據再生信號來評價上述超微細圖案的形狀，該再生信號係由根據上述光檢出機構所輸出的反射光的信號來產生。

又，上述評價步驟為根據上述再生信號，檢測出來自上述超微細圖案的反射光的光量或反射光的光量比或反射 光的偏光特性，而評價上述超微細圖案的形狀。

又，具有參數值設定步驟，其係根據上述評價步驟的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。

由於本發明具備可調整集中於熱反應型基材所構成的加工對象物的光束點的光強度分布之調整機構，因此可藉由該調整機構來調整光束點的光強度分布，藉此可使加工對象物上所被製作的超微細圖案的大小形成光束點的徑以下，且可使超微細圖案的大小形成光束點的徑以下的任意大小。

又，由於具備對毫微構造物照射雷射光，根據再生信號來評價超微細圖案的形狀之評價機構，該再生信號是由根據光檢出機構所輸出的反射光的信號來產生，因此可用短時間來進行超微細圖案的形狀之評價。

以下，參照圖面來說明有關本發明的實施例。

圖1是用以說明本發明的雷射加工裝置的構成圖，圖2是圖1所示之光加工頭103的構成圖。此雷射加工裝置是對由熱反應型基材所構成的加工對象物102照射雷射光，在此加工對象物102的表面形成特定的超微細圖案者。

此雷射加工裝置具有：載置加工對象物102而使旋轉的轉盤旋轉機構101、及可使朝向加工對象物102的旋轉面配置的光加工頭103相對移動於加工對象物102的半徑方向的線形馬達(thread motor)115所構成的移動機構，以雷射光能夠在加工對象物102的旋轉面一邊尋軌跡一邊移動之方式來構成。

並且，光加工頭103是以含第1半導體雷射201、第2半導體雷射215、第1發光二極體(PD1)214、第2發光二極體(PD2)206、第3發光二極體(PD3)225、第4發光二極體(PD4)220、超解像光學元件207、及對物透鏡210的光學系所構成。

第1半導體雷射201是朝向加工對象物102射出超微細圖案製作用的雷射光者。第2半導體雷射215是朝向加工對象物102射出超微細圖案評價用的雷射光者。對物透鏡210是使來自該第1半導體雷射201的雷射光經由第1平行光管透鏡202及第1變形稜鏡(anamorphic prism)203及分色鏡221等的光學系來集光於加工對象物102的表面而形成光束點者，且使來自第2半導體雷射215的雷射光經由第2平行光管透鏡及第2變形稜鏡217及分光器(beam splitter)218等的光學系來集光於加工對象物102的表面而形成光束點者。第1發光二極體(PD1)214及第3發光二極體(PD3)225是檢測出來自加工對象物102的反射光者。

超解像光學元件207是用以縮小形成於加工對象物102表面的光束點的徑之元件，具體而言，有使雷射光的剖面形成環狀的元件或相位環元件等。就使雷射光的剖面形成環狀的元件而言，例如有環狀的遮光板或使對向的2個錐透鏡(axicon)等。相位環元件是使光透過的板在半徑方向形成階梯狀的光學元件，使相位變化於透過後之雷射光的剖面的半徑方向者。

半導體雷射驅動裝置具備：記錄信號產生電路110、雷射功率設定電路111、雷射驅動電路112及時脈信號產生電路119，可使第1半導體雷射201的光強度的脈衝狀的變化對應於轉盤旋轉機構101的旋轉數而調變者。並且，此半導體雷射驅動裝置可藉由調整從經由電腦裝置116而設定的第1半導體雷射201脈衝狀地射出至雷射功率設定電路111的雷射光的高位準時的雷射光強度值，來調整光束點的光強度分布。

另外，雷射功率設定電路111是隨時輸入相當於第2發光二極體(PD2)206所輸出的雷射光的光強度之信號，以能夠形成第1半導體雷射201射出的雷射光的強度所被設定的強度之方式來控制雷射驅動電路112之電路。

並且，含對物透鏡210的光學系是具備：1軸傳動器(actuator)103a，其係併設補償加工對象物102的垂直振動之振動補償機構，此振動補償機構是使對物透鏡210只可動於焦點方向的1方向；及自動對焦機能，其係利用來自加工對象物102的反射光，又，此自動對焦機能具備：對焦誤差信號產生電路105、自動對焦電路106及驅動電路107。

另外，輸入至對焦誤差信號產生電路105的信號是以信號放大電路104來放大相當於第1發光二極體(PD1)214及第3發光二極體(PD3)225所輸出的反射光的光強度的信號之信號。此信號放大電路104是根據電腦裝置116的指令來選擇輸入第1發光二極體(PD1)214及第3發光二極體(PD3)225所輸出的信號之一個的同時，以所被設定的放大率來放大之電路。

並且，在自動對焦電路106與驅動電路107之間具有經由加算器121來對自動對焦電路106所輸出的信號施加直流成份的電壓之對焦補偏電壓施加電路120。被設定於該對焦補偏電壓施加電路120的直流成份的電壓(補偏電壓)可由輸入裝置118經電腦裝置116來設定成任意的值。

藉由對自動對焦電路106所輸出的信號施加直流成份的電壓(補偏電壓(offset voltage))，可使位於加工對象物102的大致表面之雷射光的焦點位置移動於垂直方向，使形成於加工對象物102的表面之光束點的光強度分布變化。亦即，改變從輸入裝置118所輸入的值來調整被設定於對焦補偏電壓施加電路120的補偏電壓，藉此可調整形成於加工對象物102的表面之光束點的光強度分布。

藉由如此構成的雷射加工裝置，在加工對象物102的加工領域內形成特定的超微細圖案時，當加工對象物102為熱反應型材料(例如氧化白金膜)時，在雷射光所被照射的部份特定的光強度以上的部份會藉由熱反應來溶解而形成凹形狀的凹坑，因此可藉由調整形成於加工對象物102的表面之光束點的光強度分布來調整凹坑的形狀。

又，作為評價超微細圖案的機能有：設置於光加工頭103內的第3發光二極體(PD3)225之前的旋轉偏光子224、及安裝於光加工頭103使旋轉偏光子224的旋轉馬達103b、及對此旋轉馬達103b供給相當於旋轉位置的信號，控制旋轉偏光子224的旋轉位置之旋轉偏光子控制電路122、及由信號放大電路104所輸出的信號來產生再生信號而輸出之再生信號產生電路108、及測定此再生信號產生電路108所輸出的信號的位準，將該值形成數位信號來輸出至電腦裝置116之信號位準測定電路109。

旋轉偏光子224是形成只使1個偏光方向的光通過的偏光子繞者反射光的光軸旋轉之元件。使該旋轉偏光子224旋轉來檢測出以各個的旋轉角度通過後的光的光量，藉此可測定入射後的反射光的偏光特性。

在旋轉偏光子控制電路122中，自電腦裝置116輸入相當於旋轉偏光子224的旋轉角度之信號，旋轉偏光子控制電路122會由輸入後的旋轉角度來算出旋轉馬達103b的旋轉位置，而將相當於算出後的旋轉位置之信號供給至旋轉馬達103b。

由於信號放大電路104會分別放大至少分割成4個的第3發光二極體(PD3)的各個分割部份所輸出的信號而輸出，因此再生信號產生電路108是將該各個被放大的信號予以全部輸入，然後以信號的總計作為再生信號產生而輸出至信號位準測定電路109之電路。

信號位準測定電路109是使輸入後的再生信號通過低通濾波器而信號位準大致形成一定的信號之後，以特定的間隔使信號的波高值形成數位信號而取入，將取入後的複數個波高值予以平均，且將該平均值的數位信號供給至電腦裝置116之電路。

其次，根據圖1及圖2來說明有關本發明的雷射加工裝置的動作。首先，由輸入裝置118輸入雷射光強度及對焦補偏電壓的值。輸入後的值是經由電腦裝置116來分別設定於雷射功率設定電路111及對焦補偏電壓施加電路120。此值可想像成最適於對加工對象物102製作特定的超微細圖案之值，但此值可根據後述之超微細圖案的評價來適當變更。其次，將加工對象物102設定於轉盤旋轉機構101，旋轉轉盤旋轉機構101。此轉盤旋轉機構101是藉由主軸馬達控制電路113來控制旋轉數。

此主軸馬達控制電路113是由位於轉盤旋轉機構101的主軸馬達內的編碼器101a來輸入相當於旋轉數的頻率的脈衝信號，以所算出後的旋轉數能夠形成主軸馬達控制電路113內所被設定的旋轉數之方式來控制轉盤旋轉機構101的旋轉數。主軸馬達控制電路113內的旋轉數的設定是由輸入裝置118來輸入旋轉數，而經由電腦裝置116來進行。

其次，由輸入裝置118來輸入最初照射雷射光的半徑位置。藉此，線形馬達115會作動，轉盤旋轉機構101移動於徑方向而停止於所被輸入的半徑位置。轉盤旋轉機構101是被連接至藉由線形馬達115所構成的移動機構，可藉由線形馬達115的旋轉來移動於徑方向。

其次，由輸入裝置118來輸入終了雷射加工的半徑位置。此值會被記憶於電腦裝置116內，電腦裝置116由隨時輸入之來自線形馬達115的編碼器115a的脈衝信號來隨時算出雷射照射的半徑位置，因此當雷射照射的半徑位置形成所被記憶之終了雷射加工的半徑位置時，停止雷射光照射，且停止線形馬達115的驅動及自動對焦機能。

另外，亦可不拘泥於此，只要從電腦裝置116輸入至記錄信號產生電路110的記錄信號為有限者，當無來自記錄信號產生電路110的信號輸出時，便為雷射光照射停止時，因此可根據雷射光照射的停止，來停止線形馬達115的驅動及自動對焦機能。

其次，由輸入裝置118來輸入超微細圖案的各個圖案(凹坑)之加工對象物102的徑方向的間隔。此值是如後述那樣，藉由電腦裝置116在線形馬達控制電路114內設定線形馬達115的旋轉數時使用。

其次，由輸入裝置118來指示雷射光的照射開始。藉此，除了信號位準測定電路109以外的所有電路會作動，線形馬達115是以超微細圖案的各個圖案(凹坑)之加工對象物102的徑方向的間隔形成預先設定的間隔之旋轉數來旋轉，雷射光的照射位置由加工對象物102來看是一邊旋轉一邊移動於徑方向，而於加工對象物102的表面製作超微細圖案。

在利用線形馬達115之往加工對象物102的半徑方向的移動中，線形馬達115是藉由線形馬達控制電路114來控制旋轉位置及旋轉數。線形馬達控制電路114是從位於線形馬達115內的編碼器115a來輸入相當於旋轉數之頻率的脈衝信號，至算出後的半徑位置形成由輸入裝置118所輸入的半徑位置為止，使線形馬達115旋轉。且，線形馬達控制電路114是以由同脈衝信號所算出後的旋轉數能夠形成線形馬達控制電路114內所被設定的旋轉數之方式來控制線形馬達115的旋轉數。

線形馬達控制電路114內的旋轉數是與由輸入裝置118所輸入之轉盤旋轉機構101的旋轉數相同從由輸入裝置118所輸入之超微細圖案的各個圖案(凹坑)的徑方向的間隔來計算設定於電腦裝置116。另外，線形馬達控制電路114是在從輸入裝置118輸入半徑位置時進行旋轉位置的控制，在轉盤旋轉機構101的旋轉及雷射光照射開始後，進行旋轉數的控制。

從第1半導體雷射201射出的雷射光是藉由平行光管透鏡202來變換成平行光束。更，藉由第1變形稜鏡203來進行將雷射光的剖面形狀形成真圓的整形。通過此第1變形稜鏡203的光束是藉由PBS(polarization beam splitter；偏光分光器)204來偏光分離，其幾乎會形成往加工對象物102行進的光束。

藉由該PBS204來偏光分離的一部份的光是經由第1凸透鏡205來集光，且利用第2發光二極體(PD2)206來進行光檢出。雷射功率設定電路111及雷射驅動電路112係使用該第2發光二極體(PD2)206所輸出之相當於檢測出的光的光量之信號，進行將自半導體雷射201射出之雷射光的高位準時的光強度設成一定之自動功率控制。

通過PBS204後的光束會通過超解像光學元件207。在使通過該超解像光學元件207之下，可縮小藉由對物透鏡(OL)210來形成於加工對象物102表面的光束點的徑。

圖3A，圖3B是表示藉由對物透鏡210所形成之光束點的徑方向的光強度分布。圖3A是表示無超解像光學元件207時，圖3B是表示有超解像光學元件207時。由此來看可知，當有超解像光學元件207時，光束點的徑方向的光強度分布狹窄(亦即，徑變小)。因此，可在使雷射光通過超解像光學元件207之下進行更微小的加工。

又，圖4A，圖4B是表示對熱反應型材料的加工對象物之光束點的徑以下的尺寸之圖案的加工狀態，圖4A是表示無超解像光學元件207時，圖4B是表示有超解像光學元件207時。此圖4A，圖4B是顯示製作點圖案(dot pattern)的實施例，可知與圖4A所示未使用超解像光學元件207時相較之下，圖4B所示使用超解像光學元件207時，不僅可以使點圖案微小化，且能夠均一地製作。

通過超解像光學元件207後的光束會通過1/4波長板208來變換成圓偏光，經由反射鏡209及對物透鏡(OL)210來照射至加工對象物102。來自該加工對象物102的反射光會經由對物透鏡(OL)210來透過1/4波長板208而變換成與通過超解像光學元件207後的光束呈偏光方向相異90度的直線偏光，通過超解像光學元件207，藉由PBS204來反射至反射鏡211的方向。

被反射於該反射鏡211的光束會經由第2凸透鏡212及柱面透鏡(Cylindrical Lens)213在第1發光二極體(PD1)214被光檢出。相當於該檢出後的光的光量之信號會自第1發光二極體(PD1)214來輸出至信號放大電路104，藉由此信號放大電路104、對焦誤差信號產生電路105及自動對焦電路106、以及驅動電路107的作動來驅動控制1軸傳動器103a，利用對物透鏡(OL)210來集光於加工對象物102表面的雷射光是以其焦點位置能夠追隨加工對象物102的表面之方式來控制。此外，用以進行該對焦控制的反射光檢出機構並非限於使用第2凸透鏡212及柱面透鏡213的非點収差法，亦可採用焦點刀口法(knife－edge method)等更多的方法。

藉由附有自動對焦機能，如圖5所示，即使加工對象物為非平面，還是可以加工，對於至今難以加工的自由曲面可直接加工。

利用對焦補偏電壓施加電路120經由加算器121來對自動對焦電路106所輸出的信號施加直流成份的電壓(補偏電壓)。如上述，藉由使該補偏電壓變化，可使雷射光在加工對象物102的表面附近被對焦控制的位置變化於垂直方向，使形成於加工對象物102的光束點的光強度分布變化。

從第1半導體雷射201射出根據雷射驅動電路112所輸出的信號波形之雷射光。雷射驅動電路112所輸出的信號是使由：記錄信號產生電路110所輸出的高位準及低位準的脈衝信號，及相當於雷射功率設定電路111所輸出的高位準的雷射光強度的信號，等生成之信號波形的信號同步於時脈信號產生電路119所輸出的時脈信號之信號。

然後，雷射驅動電路112是在檢測出編碼器101a所輸出的索引信號(每1旋轉發生的信號)時開始進行信號的輸出。由於後述的記錄信號產生電路110所輸出的信號是形成分配於每1旋轉的信號，因此雷射驅動電路112是分別依每1旋轉，在檢測出編碼器101a所輸出的索引信號時開始進行信號的輸出。

記錄信號產生電路110是將電腦裝置116所設定的任意記錄信號變換成相當於加工對象物102的光束點的行進方向之超微細圖案的製作部份及製作外部份的高位準及低位準的脈衝信號之電路。而且，此記錄信號產生電路110會將該脈衝信號分配於每一旋轉來供給至雷射驅動電路112。

時脈信號產生電路119是在於產生以編碼器101a所輸出的脈衝信號的特定個數量作為1脈衝的信號而輸出之電路。亦即，時脈信號產生電路119是在於輸出依轉盤旋轉機構101的特定旋轉角度而重複高位準及低位準的脈衝信號之電路。

藉此，第1半導體雷射201所射出的雷射光是形成同步於轉盤旋轉機構101的旋轉之脈衝波形，可不問轉盤旋轉機構101的旋轉數，在加工對象物102製作同一超微細圖案。

又，由於是分別在每一旋轉產生編碼器101a所輸出的索引信號之後開始超微細圖案的製作，因此如圖6所示，可分別在每一旋轉以高精度來對合前頭的圖案(凹坑)的位置。

一旦形成終了雷射加工的半徑位置，或記錄信號產生電路110所輸出的信號停止，則電腦裝置116會停止雷射驅動電路112、記錄信號產生電路110、雷射功率設定電路111、線形馬達控制電路115、自動對焦電路106及對焦補偏電壓施加電路120的作動。藉此，雷射光照射會停止，且停止往加工對象物102的半徑方向之移動。

其次，進行所被製作之超微細圖案的評價，確認所意圖的雷射加工是否被進行。首先，由輸入裝置118來輸入進行評價的半徑位置。藉此如上述，線形馬達會驅動，轉盤旋轉機構101會移動至進行雷射照射的半徑位置。然後，由輸入裝置118來指示評價用的雷射照射。藉此，電腦裝置116會開始雷射驅動電路123及雷射功率設定電路124的作動，從第2半導體雷射215射出雷射光。

其次，信號放大電路104會將為了放大而選擇的信號切換成來自第3發光二極體(PD3)225的信號，開始信號位準測定電路109的作動，而對電腦裝置116輸入再生信號的信號位準值。更，開始線形馬達控制電路114的作動，藉由線形馬達115使加工對象物102以和雷射加工時同等的速度來移動於半徑方向，開始自動對焦電路106的作動，和雷射加工時同様地以雷射光焦點位置能夠追隨於加工對象物102的表面之方式來進行對焦控制。

從第2半導體雷射215射出的雷射光的強度，是以能夠形成設定於雷射功率設定電路124的雷射強度之方式，使用經由第4凸透鏡219來檢測出於第4發光二極體(PD4)220的光的強度，以自動功率控制來控制，但此雷射光為一定的雷射光強度，且不對加工對象物102進行雷射加工的雷射光強度。並且，從第2半導體雷射215射出的雷射光是反射於分色鏡221而使光軸與雷射加工時的雷射光一致，因此與從第1半導體雷射201射出的雷射光相異波長。

在此狀態下由輸入裝置118來指示旋轉偏光子224的旋轉。藉此，電腦裝置116會使旋轉偏光子控制電路122作動，且對此旋轉偏光子控制電路122以特定時間間隔來傳送相當於旋轉角度的信號。由於旋轉偏光子控制電路122是以能夠形成所被指示的旋轉角度之方式來使旋轉馬達103b旋轉，因此旋轉偏光子224會以特定時間間隔來變化旋轉角度，從信號位準測定電路109輸入至電腦裝置116的再生信號的信號位準值是根據旋轉偏光子224的旋轉角度來變化其值。

輸入至電腦裝置116的再生信號的信號位準值是相當於反射光的光量的值。在電腦裝置116中預先將加工對象物102改變成反射鏡或反射率大的物體時之再生信號的信號位準值會依旋轉偏光子224的每個旋轉角度而記憶，將輸入後的再生信號的信號位準值除以該被記憶的信號位準值之信號位準比是與反射光的光量比同值。而且，通過旋轉偏光子224的光是僅偏光方向為1方向的光，因此旋轉偏光子224的每個旋轉角度的再生信號的信號位準值是相當於反射光的各個偏光方向之偏光的大小(亦即，各個偏光方向的向量值)。

電腦裝置116會將輸入後的信號位準值、信號位準比(反射光的光量比)依旋轉偏光子224的每個旋轉角度來顯示於顯示裝置117。根據依該被顯示的值而藉由實驗所取得的資料來評價超微細圖案的各個圖案(凹坑)的大小或圖案的加工對象物102的半徑方向的凹坑的寬度。

圖8是表示反射光之內，偏光方向為加工對象物的接線方向之光的光量比與超微細圖案的各個圖案(凹坑)的直徑的關係。由圖8可知，一旦圖案(凹坑)的直徑變大，則光量比會變小，可由顯示於顯示裝置117之旋轉偏光子224的1個旋轉角度(亦即反射光的1個偏光方向)的光量比來特定圖案(凹坑)的直徑。

又，圖9是表示對超微細圖案的半徑方向的凹坑的寬度之偏光方向的相異2個偏光的信號位準比(光量比)的差。由該圖9可知，一旦凹坑的寬度變大，則2個偏光方向的光的光量比的差會變大，只要由顯示於顯示裝置117的旋轉偏光子224的2個旋轉角度(亦即反射光的2個偏光方向)之各個的光量比來算出差，便可特定加工對象物102的半徑方向的凹坑的寬度。

如此進行超微細圖案的各個圖案(凹坑)的評價，確認是否為進行意圖的雷射加工，當其結果偏離意圖的雷射加工的寸法時，將設定於雷射功率設定電路112及對焦補偏電壓施加電路120的雷射強度值及補偏電壓值變更成可進行意圖的雷射加工的值，回到最初進行再度雷射加工。並且，若需要，可變更設定於主軸馬達控制電路113的旋轉數或相當於設定於時脈信號產生電路119的時脈信號1脈衝之編碼器的脈衝數或設定於記錄信號產生電路110的高位準信號與低位準信號的負載比。

此刻設定於雷射功率設定電路112及對焦補偏電壓施加電路120的值，若有藉由實驗所取得的資料，則根據該資料來估計。

圖10是表示雷射光強度與所被製作的超微細圖案的各個圖案(凹坑)的面積的關係及與根據反射光的光量的信號位準的關係。由此圖10可知，若增強進行雷射加工時的雷射光強度，則在超微細圖案評價中所取得的信號位準是至某雷射光強度為止急速變小，但之後趨於緩和，在某位準形成一定。並且，超微細圖案的各個圖案(凹坑)的面積是與此形成相反的關係。因此，由此資料可知用以使超微細圖案的各個圖案(凹坑)形成所望大小的雷射光強度，所以若利用超微細圖案的評價結果及其資料，則可估計形成所望大小的凹坑之雷射光強度。

然後，再度進行雷射加工之後，如上述照射評價用雷射光來再度進行超微細圖案的評價，確認是否進行意圖的雷射加工。藉由重複進行，在雷射加工時，可使設定於雷射功率設定電路112及對焦補偏電壓施加電路120的雷射光強度值及補偏電壓值成為最適的值，可進行意圖的雷射加工。

只要如此地重複利用本發明的雷射加工裝置來對加工對象物102進行加工，接著進行評價，便能以意圖的形狀來製作具有光束點的徑以下的尺寸之超微細圖案的構造物。

另外，本發明的實施並非限於上述實施形態，只要不脫離本發明的目的，亦可實施各種的變更。

在上述實施形態中，雖是針對圖7A所示之具有轉盤(碟旋轉型)旋轉機構的雷射加工裝置來適用本發明，但亦可針對圖7B所示之具有圓筒旋轉型旋轉機構的雷射加工裝置來加以適用。

碟旋轉型時，搭載於旋轉機構的熱反應型的基材為平面圓板，圓筒旋轉型時，是被捲於圓筒那樣的長尺基材。該等是根據超微細圖案的利用形態來分開使用。

並且，在上述實施形態中，為了在加工對象物102的半徑方向移動光束點，而將轉盤旋轉機構101安裝於由線形馬達115所構成的移動機構，藉此移動機構來使加工對象物102能夠移動於半徑方向，但並非限於此，只要能夠在加工對象物102的半徑方向移動光束點即可。亦可在光加工頭103安裝由線形馬達115所構成的移動機構，使光加工頭103能夠移動於加工對象物102的半徑方向。藉此亦可期待與上述實施形態同様的效果。

而且，在上述實施形態中是在光加工頭103內設置雷射加工加工對象物102時所使用的部份及評價雷射加工加工對象物102而製作的超微細圖案時所使用的部份，藉由分色鏡221來使2種情況時的照射雷射光的光軸一致，共通使用對物透鏡(OL)210，但並非限於此，只要是能夠評價雷射加工加工對象物102而製作的超微細圖案即可。可在光加工頭103分別設置雷射加工用與評價用的對物透鏡，使雷射加工用的部份與評價用的部份完全獨立，或分別設置雷射加工用與評價用的光學頭。藉此亦可期待與上述實施形態同様的效果。

另外，在上述實施形態中，用以調整形成於加工對象物102表面的光束點的光強度分布之機構，雖是舉雷射光強度的調整及對焦補偏電壓的調整等兩種，但並非限於此，只要是能夠調整光束點的光強度分布即可。例如，超解像光學元件207為使用對向的2個錐透鏡時，只要藉由變化該錐透鏡的間隔來使雷射光的剖面的環部份的內徑變化，便可使形成於加工對象物102表面的光束點的徑，亦即光強度分布變化。並且，即使是在光加工頭103內準備複數個改變開口數(NA)的對物透鏡，形成可選擇其中任何一個的構成，還是可使光束點的徑、亦即光強度分布變 化。若將該等加諸於上述實施形態，且增加光束點的光強度分布的調整機構，則更可設定最適的光束點的光強度分布。

此外，在上述實施形態中，製作於加工對象物的超微細圖案的評價值，雖具體舉信號位準值、信號位準比(反射光的光量比)、旋轉偏光子224的每個旋轉角度的信號位準比(亦即，反射光的偏光特性)，但並非限於此，只要能夠適當地評價超微細圖案即可。例如，可準備別的構成的光加工頭，以能夠檢測出反射光的各個偏光方向的相位之方式來評價偏光方向的相位差，或使反射光與参照光干涉來檢測出干涉條紋，算出反射光的波面収差，而以該波面収差作為評價值。若將該等加諸於上述實施形態的評價值，則更可適切地進行超微細圖案的評價。

101．．．轉盤旋轉機構

101a．．．編碼器

102．．．加工對象物

103．．．光加工頭

103a．．．1軸傳動器

103b．．．旋轉馬達

104．．．信號放大電路

105．．．對焦誤差信號產生電路

106．．．自動對焦電路

107．．．驅動電路

108．．．再生信號產生電路

109．．．信號位準測定電路

110．．．記錄信號產生電路

111．．．雷射功率設定電路

112．．．雷射驅動電路

113．．．主軸馬達控制電路

114．．．線形馬達控制電路

115．．．線形馬達

115a．．．編碼器

116．．．電腦裝置

117．．．顯示裝置

118．．．輸入裝置

119．．．時脈信號產生電路

120．．．對焦補偏電壓施加電路

121．．．加算器

122．．．旋轉偏光子控制電路

123．．．雷射驅動電路

124．．．雷射功率設定電路

201．．．第1半導體雷射

202．．．第1平行光管透鏡

203．．．第1變形稜鏡

204．．．PBS(polarization beam splitter；偏光分光器)

206．．．第2發光二極體(PD2)

207．．．超解像光學元件

208．．．1/4波長板

210．．．對物透鏡

211．．．反射鏡

212．．．第2凸透鏡

213．．．柱面透鏡

214．．．第1發光二極體(PD1)

215．．．第2半導體雷射

217．．．第2變形稜鏡

218．．．分光器

219．．．第4凸透鏡

220．．．第4發光二極體(PD4)

221．．．分色鏡

224．．．旋轉偏光子

225．．．第3發光二極體(PD3)

圖1是用以說明本發明的雷射加工裝置的構成圖。

圖2是圖1所示之光加工頭的構成圖。

圖3A是表示藉由對物透鏡所形成的光束點的徑方向的光強度分布圖，顯示無超解像光學元件時的圖。

圖3B是表示藉由對物透鏡所形成的光束點的徑方向的光強度分布圖，顯示有超解像光學元件時的圖。

圖4A是表示對熱反應型材料的加工對象物之光束點的徑以下的尺寸的圖案加工狀態，無超解像光學元件時的圖。

圖4B是表示對熱反應型材料的加工對象物之光束點的徑以下的尺寸的圖案加工狀態，有超解像光學元件時的圖。

圖5是表示對自由曲面的自動對焦機構。

圖6是用以說明不問轉盤旋轉機構的旋轉數，在加工對象物製作同一超微細圖案的圖。

圖7A是表示使用旋轉機構的光加工裝置之例圖，顯示轉盤型(碟旋轉型)的圖。

圖7B是表示使用旋轉機構的光加工裝置之例圖，顯示圓筒旋轉型的圖。

圖8是表示反射光的內，偏光方向為加工對象物的接線方向之光的光量比與超微細圖案的各個圖案(凹坑)的直徑的關係。

圖9是表示對超微細圖案的半徑方向的凹坑的寬度之偏光方向的相異2個偏光的信號位準比(光量比)的差。

圖10是表示雷射光強度與所被製作的超微細圖案的各個圖案(凹坑)的面積的關係及與根據反射光的光量之信號位準的關係。

101．．．轉盤旋轉機構

101a．．．編碼器

102．．．加工對象物

103．．．光加工頭

103a．．．1軸傳動器

103b．．．旋轉馬達

104．．．信號放大電路

105．．．對焦誤差信號產生電路

106．．．自動對焦電路

107．．．驅動電路

108．．．再生信號產生電路

109．．．信號位準測定電路

110．．．記錄信號產生電路

111．．．雷射功率設定電路

112．．．雷射驅動電路

113．．．主軸馬達控制電路

114．．．線形馬達控制電路

115．．．線形馬達

115a．．．編碼器

116．．．電腦裝置

117．．．顯示裝置

118．．．輸入裝置

119．．．時脈信號產生電路

120．．．對焦補偏電壓施加電路

121．．．加算器

122．．．旋轉偏光子控制電路

123．．．雷射驅動電路

124．．．雷射功率設定電路

Claims (12)

1. 一種雷射加工裝置，係對由熱反應型基材所構成的加工對象物照射雷射光，在該加工對象物的表面形成特定的超微細圖案之雷射加工裝置，其特徵為具備：旋轉機構，其係使上述加工對象物旋轉；移動機構，其係使朝向藉由該旋轉機構而旋轉的上述加工對象物的旋轉面照射的上述雷射光可相對性地直線移動於上述加工對象物所被照射上述雷射光的位置的旋轉方向及對上述雷射光的照射方向大略垂直的方向；照射機構，其係朝向上述加工對象物射出上述雷射光；光學機構，其係包含使來自該照射機構的上述雷射光集中於上述加工對象物的表面而形成光束點之對物透鏡；光檢出機構，其係檢測出來自照射於上述加工對象物的上述光束點的表面之反射光；雷射驅動機構，其係可直接調變上述雷射光的光強度；及調整機構，其係調整藉由上述光學機構而集光的上述光束點的光強度分布，利用藉由該調整機構而調整的光強度分布的光束點，來製作在上述加工對象物具有上述光束點的徑以下的特定超微細圖案之毫微構造物。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，上述調整機構具備對焦補偏電壓施加機構，其係至少對自動 對焦機能為了驅動上述對物透鏡而輸出的信號施加相當於從上述加工對象物的表面錯開雷射光的焦點的量之信號。
3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中，具備評價機構，其係對上述毫微構造物照射雷射光，根據再生信號來評價上述超微細圖案的形狀，該再生信號係由根據上述光檢出機構所輸出的反射光的信號來產生。
4. 如申請專利範圍第3項之雷射加工裝置，其中，具備參數值設定機構，其係根據上述評價機構的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。
5. 如申請專利範圍第3項之雷射加工裝置，其中，上述評價機構為根據上述再生信號，檢測出來自上述超微細圖案的反射光的光量或反射光的光量比或反射光的偏光特性，而評價上述超微細圖案的形狀。
6. 如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，具備參數值設定機構，其係根據上述評價機構的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。
7. 一種雷射加工方法，係對由熱反應型基材所構成的加工對象物照射雷射光，在該加工對象物的表面形成特定的超微細圖案之雷射加工方法，其特徵為具有：旋轉步驟，其係使上述加工對象物藉由旋轉機構而旋轉；移動步驟，其係使朝向藉由上述旋轉機構而旋轉的上 述加工對象物的旋轉面照射的上述雷射光可相對性地直線移動於上述加工對象物所被照射上述雷射光的位置的旋轉方向及對上述雷射光的照射方向大略垂直的方向；照射步驟，其係朝向上述加工對象物藉由照射機構來射出上述雷射光；形成步驟，其係使來自上述照射機構的上述雷射光藉由含對物透鏡的光學機構來集中於上述加工對象物的表面而形成光束點；光檢出步驟，其係藉由光檢出機構來檢測出來自照射於上述加工對象物的上述光束點的表面之反射光；雷射驅動步驟，其係藉由雷射驅動機構來直接調變上述雷射光的光強度；及調整步驟，其係利用調整機構來調整藉由上述光學機構而集光的上述光束點的光強度分布，利用藉由該調整機構而調整的光強度分布的光束點，來製作在上述加工對象物具有上述光束點的徑以下的特定超微細圖案之毫微構造物。
8. 如申請專利範圍第7項之雷射加工方法，其中，上述調整步驟具有對焦補偏電壓施加步驟，其係至少對自動對焦機能為了驅動上述對物透鏡而輸出的信號施加相當於從上述加工對象物的表面錯開雷射光的焦點的量之信號。
9. 如申請專利範圍第7或8項之雷射加工方法，其中，具有評價步驟，其係對上述毫微構造物照射雷射光，根據再生信號來評價上述超微細圖案的形狀，該再生信號 係由根據上述光檢出機構所輸出的反射光的信號來產生。
10. 如申請專利範圍第9項之雷射加工方法，其中，具有參數值設定步驟，其係根據上述評價步驟的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。
11. 如申請專利範圍第9項之雷射加工方法，其中，上述評價步驟為根據上述再生信號，檢測出來自上述超微細圖案的反射光的光量或反射光的光量比或反射光的偏光特性，而評價上述超微細圖案的形狀。
12. 如申請專利範圍第11項之雷射加工方法，其中，具有參數值設定步驟，其係根據上述評價步驟的評價結果，設定調整上述光強度分布之上述調整機構的調整參數的值。