JPH04507479A - レーザー加工 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー加工 この発明は、エフシマ・レーザーを用いて投射描画によりレーザ耐蝕加工するた めの装置および方法に関する。

かかる投射描画法は、例えば米国特許４５０８７４９号において公知であり、微 細電子集積回路素子上の薄い（５μｍ）ポリイミド層のエフシマ・レーザ融触エ ツチングが開示されている。エフシマ・レーザからの紫外線光はマスクを通して テレセントリック・レンズ系に入射腰該レンズ系は、５μｍのポリイミドターゲ ット層上にマスクパターンに対応した開口の側壁が５５乃至６０°のスロープを なすようにフォトエツチングする。

本発明は、例えば、ヨーロッパ出願ＥＰ−Ａ−０２１３７７４号や係属中の国際 出願ＰＣＴ／ＧＢ８９１００１１０、ＰＣＴ／ＧＢ８９１０　Ｏ１１１、ＰＣＴ ／ＧＢ８９１００１０８およびＰＣＴ／ＧＢ８９１００１０９に記載されている 、比較的厚いポリマ・フィルムとりわけ自己支持（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔ　 ｉｎｇ）フィルムに貫通穴を形成するのにとりわけ適したシステを提供するもの である。本発明によるシステムの他の用途は種々考えられるが、それらに限定さ れるものではない。

本発明の一つの態様は、目標物上に融触されるべきマスクパターンを投射する投 射レンズ系と、該レンズ系は投射経路の画像（目標物）端部に向ってテレセント リックである；目標物を投射経路に沿って移動させる手段とを備え、使用に際し て、目標物から融触されるべき投射画像領域のサイズが目標物上のそれらの相対 位置を変更することなしに実際上調整されるようになった、目標物のエフシマ・ レーザ画像投射耐蝕装置を提供する。レンズ系のテレセントリック性によって、 縮小倍率（ｄｅ−ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）は実質的に不変であり、目標物 を真の画像面から遠ざけるように移動させる際の僅かな焦点のゆるみは驚くべき ことに、融触パターンの明確性の許容し難い損失を伴うことなしに、形成される マスク開口についてより大きな画像を与える。正確な中心対中心の間隔を保ち、 かつ融触される特徴の許容しつる解像度を維持しながら、目標物を、例えば数十 もしくは数百μｍだけテレセントリックレンズの名目上の焦点面から移動できる ことが見い出された。例えば、２μｍかそれ以下の解像度が達成され、このこと は、加えられた強度（ｆｌｕｅｎｃｅ）に応じた融触深さの非線形性によって支 持され、強度が融触のしきい値以下になっている拡散された画像領域では融触が 抑制される。

好ましくは、多要素レンズ系は、画像（目標物）側においてのみテレセントリッ クであり、光軸上でのマスクの移動は、縮小倍率を僅かに変化させる、たとえば 、４．９：１から５．１：１の範囲内で変化させるために用いることができ、こ のようにして種々の仕様要求に適応するように、画像の開口間隔を僅かに変更す ることができる。かくして、例えば、新しいマスクの製作の必要なしに、種々の パターンを熱膨張を許容するように調整された寸法でポリマーフィルムに加工す ることができる。マスクと目標物の両方の調整を組み合わせることによって、大 きな汎用性が得られる。

本発明の他の態様によれば、より広い面積をカバーするため、移動可能な台（画 像が繰り返しパターンを有するものとして）に目標物を装着することによって投 射された画像が目標物を横切って多連されかつ繰り返されるか、或いは、好まし くは、エフシマ・レーザから発散するビームにより面積において大きいマスクの 表面を横切ってレーザ・ビームを線形に移動させるミラーを用いて偏向させるこ とにより、ビームを走査させるようにしてもよい。また、ビームを小さな角度だ け走査するためミラーを僅かに回転させるか、三角形状の鋭角水晶プリズムを回 転させ、屈折角を変化させることによってそれを通過するビームを走査させる。

その方向のうちの一つの方向に近似的にガウス強度分布をするビームの走査は、 ビームを均一化させ、融触の均一化という好ましい結果を得える。ビームは、例 えば走査ミラーとプリズムとを組合わせることにより、二次元において走査する ことができる。

本発明のいま一つの態様では、ビームの形状は、例えばその幅を拡大する等、好 ましく変更することができ、また、もともと強度分布は必要ならばそのままに保 持されるか、或は、対応的にビームの他の寸法を変更すること（例えば、高さを 減少させる）によって増加又は減少させることができる。例えば、シリンドリカ ルレンズがビーム形状を変更するのに用いることができる。このようなビーム形 状の変更は上記した如き走査方式と組合わせることにより、とりわけ有用である 。

本発明のいま一つの態様では、紫外線透過性のシート好ましくは溶融水晶上の高 反射性材料、好ましくは反射性マスクはゴーストイメージを形成する反射を防ぐ ために通常は用いられないが、本発明の融触系では、ゴーストイメージは、融触 のしきい値以下の強度であれば有害ではないことが見い出だされた。一方、ゴー ストイメージは、フォトレジストのような紫外線架橋系においては、許容するこ とのできない蓄積的な架橋効果を有する。紫外線透過性支持体上の紫外線反射性 マスク材の使用は、高価な高精度マスクへの紫外線吸収ダメージを減少させるこ とができる利点がある。

本発明の好ましい態様においては、５：１の線縮小率のもとで、好ましい歪（例 えば、１５ｍｍの視野に対して２μｍ以下の）および好ましい焦点深度（例えば 、１５μｍ以上）を伴った解像レベルが、目標物に伝達されるレーザー光の割合 を最大化するため最小の光学要素を用いて達成される。上述の融触深さの非線形 性は、画像のエツジにおける収差の補正のためのいかなる付加的な光学要素の必 要なしに融触パターンのエツジを尖鋭化することによって上記極小要素による最 大効率に寄与する。好ましくは上記テレセントリック・レンズ系であるレンズ要 素に反射防止コーチインを施すことが好ましい。少なくとも８０％の目標物への 透過効率が好ましく、８５％かそれ以上の透過効率をこの方法により実現できる 。好ましいコーティング材料としては、約１゜５の屈折率（２４９ｎｍで）を有 するコロイド状シリカがある。

本発明のいま一つの態様では、ある与えられたエフシマ・レーザのビーム面積は 、（例えば）シリンドカルレンズを用いて、単位面積当りの強度分布を増大させ るために減少させることができる。このことは、ポリマーの開口における側壁の スロープを減少させる効果を有するが、ある目標面積を融触させるために要求さ れるレーザパルス即ちショットの数は、強度の増加に伴って減少するとは限らな い。なぜならば、ビーム面積の減少はしばしば、目標面積以下となり、このこと で、ステッピングもしくは走査が必要となって、パルスの必要数の増加をもたら すからである。かくして、ビーム面積（径）と強度は必要なショツト数を最小に するように選定され、それによってレーザの寿命を長くする。８μｍ以上、好ま しくは２５μｍ以上、具体的には５０乃至１００μｍ以上５００乃至８００μｍ の厚さのポリイミドフィルムに２ｍｍ２以上の面積にわたって穴を融触形成する ためには、ショツト数の最小とするために好ましい強度はターゲット材料の融触 しきい値強度の２．５乃至３倍である。

本発明の他の態様において、ターゲットに印加するレーザ光強度は、融触パター ンから融触で発生した屑を吹き飛ばすのに十分なように選ばれる。例えば、ＰＣ Ｔ／ＧＢ　８９１０　Ｏ１０９に記載された約１００μｍのポリイミド−ポリア ミド−ポリイミド積層体に約３５μｍの直径の貫通穴を融触する場合には、少な くとも３ジユ一ル／ｃｍ２／ｐ　ｕ　１　ｓ　ｅの強度が好ましい。このように 、ターゲットにおける好ましいレーザ強度は、その用途を最適化するパラメータ 、壁角度、レーザの寿命或は保持される屑等に依存する。ビームの整形（例えば シリンドリカルレンズによる）は走査の柔軟性を確保するためにとりわけ有用で ある。

パルス周波数は、好ましくは、ビームがターゲツト面積上を走査する際に全体を 均一にカバーするために必要最小限の値より多くなければならない。パルスレー トは投射されたパルスが相互の端部で合致するか、ターゲット表面上で僅かに重 畳するような走査レートに相対して決められるであろう。

本発明の他の好ましい態様では、ターゲットに最も近いレンズ要素を融触で生じ た屑から保護する。このことは、ターゲットがレンズからできるだけ遠くなるよ うに縮小レンズを設計することによって達成されるが、好ましくは、縮小レンズ の最終要素として交換可能な層、好ましくは安価な紫外線透過性の平面水晶シー トを融触屑の収集のためのターゲットとレンズとの間に配置する。本発明のこの 特徴は複雑な静電的もしくは真空システムに対して簡便さの点で有利である。

拘束されていないポリマーフィルムに貫通穴を穿設することができる本発明のい まひとつの態様は、ターゲットに対する支持体を用いることであり、該支持体は 実質的に非反射性、即ち拡散的に反射性のみを有しくターゲットの裏面側への反 射によるダメージを回避するために）、かつ実質的に非吸収性であるか、ターゲ ットを損傷しうる加熱を回避するために冷却される。好ましくは、支持体はター ゲットを通ってくる紫外線光の吸収なしに透過させる艶消し水晶からなる。この 艶消し水晶は、小穴の配列を備え、耐蝕中、ポリマーフィルムを真空によって保 持するようにする。好ましくは、吸収体がターゲットの支持体の下方に設けられ るとともにターゲットを熱による損傷から守るため熱吸収を行なうように配置さ れる。

約２４９ｎｍの波長の光を発生するＫｒＦエクシマ争レーザは、ポリイミド製タ ーゲットの融触にとって好ましく、とりわけ出願中のＰＣＴ／ＧＢ８９１００１ ０８に記述されているような上記ポリアミド−ポリイミド−ポリアミド積層体に １ないし２５０、好ましくは１０から２００、例えば２５ないし１００μｍの穴 を０．　１ないしｌＱｃｍ”の領域に亙って融触による穴の穿設を行う場合に好 ましい。他の波長を生成するエフシマ・レーザも使用することができるが、その 場合には波長は２００ｎｍ以下に制限される。マスクからレンズ系を通してター ゲット上のマスク像に至る５：１の線形縮小は上記のごとき開口を融触するのに 好ましいが、■＝１ないし１０：１の範囲で他の縮小率を採用することができる 。１ないし１０μｍ１好ましくは約２μｍの解像度および１ないし３０、好まし くは約２μｍの歪みを全画像領域に亙って保証することが好ましい。

出願中の英国特許出願には好ましい投射レンズ系が記載されているが、他のレン ズ系が排除されるものではない。

本発明の一例が、本発明の種々の特徴を結合した形で示す添付の図面を参照して 記述される。記述された特徴は個々に、および２以上の結合の形で本発明に含ま れる。

図面を参照して図式的に示された本システムは、約２４９ｎｍの波長のレーザパ ルス光を発生するＫｒＦエクシマ・レーザ１を備えており、そのパルス光はビー ム整形および強度制御用のシリンドリカルレンズ２を通して走査ミラー３に至る 。走査ミラー３は融触されるべきパターンを画成するマスク４の全領域に亙って 整形ビームを操作するために図示しない手段によって両矢印で図示した方向にお いて移動される。マスクは紫外線透過性の水晶シート上に生成した反射性クロム 金属のパターンから成る。マスクにおけるレーザ強度はレーザパルスエネルギー とビーム形状（シリンドリカルレンズによって選択された）に依存する。いずれ にせよターゲットにおける強度よりはマスクにおける強度は極めて小さく　（も しも縮小メインレンズが用いられるならば）、シたがってマスクの損傷は最小化 される（とりわけマスク材料として高反射性クロム金属が用いられる場合には） 。

視野レンズ５はマスクの走査像をメインの縮小レンズ６に伝達する。レンズ要素 は合成溶解シリカ製であり、レーザビームの透過性を最大にするために前述した 反射防止コーティング（図示せず）を有している。５：１の線形縮小率は画像面 積において２５：１の縮小を与えるとともに、強度において実用的に需要できる ような効率でマスクパターンをポリマーターゲット（目標物）に融触することが できるような増加をもたらす。

前述したごとき種類の３５ｍｍのテープ状にカットされたボリア　、ミド−ポリ イミド−ポリアミド積層体は架橋シリカ製の支持体７上に平坦に保持され、該支 持体は紫外線吸収性のヒートシンク８上に支持されており、このヒートシンクは フィルム供給および巻上手段１０を収容する支持体９に支持されていて、積層体 のストリップに一連の融触パターンを生成する。上記の各要素の全てはターゲッ トをＸＳＹおよびＺ軸上で移動させかっ、支持面内においてターゲットを回転さ せる（すなわち垂直Ｚ軸の廻りで回転させる）ための位置決め手段（図示せず） に取り付けられており、この位置決め装置は約１μｍまでのステップを約０．　 １μｍの精度で再現することができる。このことはパターンをステップおよび繰 り返し移動させることを可能にする。縮小レンズ６はターゲットに向かってテレ セントリックであるのでＺ軸上の垂直移動はその相対的な中心対中心の空間関係 を変更することなしにターゲットに融触されるべき円形開口のサイズを変更する 上記の方法に使用することができる。マスク４は上記レンズ系の非テレセントリ ック端部において図示しない手段によって光軸に沿って移動され、イメージサイ ズを変更しかつ、開口の間隔を変更するための方法を与える。

交換可能な平面状の水晶シート１１が処理中にターゲットから出る融触屑から下 側の縮小レンズ面を保護するために設けられている。

レーザのパルスレートは約１００ヘルツが望ましい。より高いレート例えば１０ ００ヘルツのレートを与えることのできるレーザは一般的に言って本発明の目的 にとっては不適当である。

国際調査報告 １□ｅｍａ＋：。６．３．工ｌ’ｌｌ＋＋。、。ＰＣＴ／ＧＢ　９ｏ１０１ｏ’ ｙｌ国際調査報告 ＧＢ　９００１０７１ Ｓ＾　３８５９２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．目標上に融蝕されるべきマスクパターンを投射する投射レンズ系と、該レン ズ系は投射経路の画像（目標物）端部に向かってテレセントリックである；目標 物を投射経路に沿って移動させる手段とを備え、使用に際して、目標物から融蝕 されるべき投射画像領域のサイズが目標物上のそれらの相対位置を変更すること なしに実際上調整されるようになうた、目標物のエクシマ・レーザ画像投射融蝕 装置。
2. ２．請求項１記載の装置において、上記レンズ系は上記画像端部に向かってのみ テレセントリックであり、光源とレンズ系との間の投射経路に沿ったマスクの移 動は使用に際して、投射されるマスク画像のサイズを全体として調整するもの。
3. ３．目標物に対する支持体を有し、該支持率は使用に際して、そこに透過してく るレーザ光を実質的に非吸収性で拡散的に反射性である、エクシマ・レーザ画像 投射融蝕装置。
4. ４．請求項３記載の装置において、上記支持体は艶消し水晶であるもの。
5. ５．請求項３または４記載の装置において、上記支持体を通過する光の吸収体を 有し、該吸収体は目標物の許容し難い加熱を避けるように配置されているもの。
6. ６．前述した発明の態様のいずれか一つもしくは二つ以上の組み合わせからなる 、エクシマ・レーザ画像投射融蝕装置もしくは方法。