(57)【要約】  ２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するように表面のアブレーションを引き起こすために、適切なエネルギー密度でパルス化レーザ源（１２）からパターニングされた照射にポリマーまたは他の基板（Ｓ）を露光するための方法は、一連の同一または異なる特徴を含むマスク（１３）を、基板（Ｓ）のターゲット領域（１４）に対して固定ピッチで配置するステップと、ターゲット領域（１４）上にマスク（１３）の複数の特徴からなる像を投影するために、マスク（１３）を介して均一なレーザビーム（１８）を投影するステップと、マスク（１３）とターゲット領域（１４）との間にビーム（１８）によって担持される像を縮小するステップと、ターゲット領域（１４）におけるアブレーションのために基板（Ｓ）を配置するステップと、マイクロ構造の投影されたアレイの１つの軸に平行な第１の方向（Ｄ１）、およびまた第１の方向に垂直な第２の方向（Ｄ２）に、少なくともターゲット領域の間に基板（Ｓ）を移動するステップと、ターゲット領域（１４）内の基板（Ｓ）の正確な位置に対するパルス化レーザ（１２）の発射を制御する（２０）ステップとを特徴とする。本発明は、さらに、パターニングされた照射によって２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するようにポリマーまたは他の基板（Ｓ）の表面をアブレーションするためのユニットを含み、ユニットは、パルス化可能なレーザ源（１２）と、固定ピッチで一連の同一または異なる特徴を含み、かつレーザ源（１２）とターゲット領域（１４）との間に配置されるマスク（１３）と、マスク（１３）上の複数の特徴を露光し、かつレーザ源（１２）とマスク（１３）との間に配置される均一なレーザビーム（１６）を生成するための照射システム（１５）と、マスクイメージをターゲット領域（１２）上に縮小するための光学投影システム（１７）とマスク（１３）とターゲット領域（１２）の間で配設するステップと、マイクロ構造の規則的なアレイの１軸に平行な第１の方向でターゲット領域（１４）における、また第１の方向に垂直な第２の方向における基板（Ｓ）を移動するために適合された基板（Ｓ）のための２軸ステージシステム（１９）と、ターゲット領域（１４）における基板（Ｓ）の正確な位置にパルス化レーザ（１２）の発射を結合する制御システムと（２０）を備える。
2009537333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するように表面にアブレーションを引き起こすために、適切なエネルギー密度でパルス化レーザ源（１２）からパターニングされた照射にポリマーまたは他の基板（Ｓ）を露光するための方法であって、
一連の同一または異なる特徴を含むマスク（１３）を、前記基板（Ｓ）のターゲット領域（１４）に対して固定ピッチで配置するステップと、
前記ターゲット領域（１４）上に前記マスク（１３）の複数の前記特徴からなる像を投影するために、前記マスク（１３）を介して均一なレーザビーム（１８）を投影するステップと、
前記マスク（１３）と前記ターゲット領域（１４）との間に前記ビーム（１８）によって担持される前記像を縮小するステップと、
前記ターゲット領域（１４）におけるアブレーションのために基板（Ｓ）を配置するステップと、
マイクロ構造の前記投影されたアレイの１つの軸に平行な第１の方向（Ｄ１）、およびまた前記第１の方向に垂直な第２の方向（Ｄ２）に、少なくとも前記ターゲット領域の間に前記基板（Ｓ）を移動するステップと、
前記ターゲット領域（１４）内の前記基板（Ｓ）の前記正確な位置に対する前記パルス化レーザ（１２）の発射を制御する（２０）ステップとを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板（Ｓ）を移動する前記ステップは、前記投影された像に対する停止なしに連続して行われ、かつ前記パルス化レーザ（１２）の前記発射を制御する前記ステップは、前記基板（Ｓ）が、前記アレイを形成する前記マイクロ構造の整数倍のピッチに等しい距離を移動されるときはいつでも発射を提供することを特徴とする基板（Ｓ）を露光するための請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マスクを配置する前記ステップは、開口（１１’−１５’）のいくつかまたは全てが、ハーフトーン構造を備えるマスク（１４）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
投影する前記ステップおよび縮小する前記ステップは、構造の平行列が互いに隣接して形成されるときに、リッジの凸状マイクロ構造の投影された列の側方縁部での形成を避けるように、前記第１および第２の方向に垂直な軸で像面に十分に高いレーザビーム（１８）角度を生成するように作用することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記投影するステップについて、列が互いに隣に配置されるとき、前記マスク（１３）は、これら傾斜する側部が正確に重なり合い、かつリッジまたはトラフが前記境界に生成されないように形成される凸状マイクロ構造の前記投影された列に傾斜する側部を生成するために、前記マスク内の前記特徴の列に対して両方チルトされる側部縁部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
パターニングされた照射によって２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するようにポリマーまたは他の基板（Ｓ）の表面をアブレーションするためのユニットであって、
パルス化可能なレーザ源（１２）と、
固定ピッチで一連の同一または異なる特徴を含み、かつ前記レーザ源（１２）とターゲット領域（１４）との間に配置されるマスク（１３）と、
前記マスク（１３）上の複数の前記特徴を露光し、かつ前記レーザ源（１２）と前記マスク（１３）との間に配置される均一なレーザビーム（１６）を生成するための照射システム（１５）と、
前記ターゲット領域（１２）上に前記マスク像を縮小し、かつ前記マスク（１３）と前記ターゲット領域（１２）との間に配置される光学投影システム（１７）と、
マイクロ構造の前記規則的なアレイの１つの軸に平行な第１の方向、およびまた前記第１の方向に垂直な第２の方向に、前記ターゲット領域（１４）に前記基板（Ｓ）を移動するように構成された前記基板（ｓ）のための二軸ステージシステム（１９）と、
前記ターゲット領域（１４）内の前記基板（Ｓ）の前記正確な位置に対する前記パルス化レーザ（１２）の発射に関連する制御システム（２０）とを備えるユニット。
【請求項７】
前記二軸ステージシステムは、前記投影された像に対して連続して前記基板（Ｓ）を駆動するために駆動されることを可能にされ、かつ前記制御システム（２０）は、前記基板（Ｓ）が、前記アレイを形成する前記マイクロ構造の整数倍のピッチに等しい距離を移動されるときはいつでも前記レーザ源（１２）を発射させる請求項６に記載のユニット。
【請求項８】
前記マスク（１３）内のいくつかまたは全ての開口は、ハーフトーン構造である請求項６または請求項７に記載のユニット。
【請求項９】
前記光学マスク照射（１５）および前記投影システム（１７）は、構造の平行列が互いに隣接して形成されるときにリッジが生成されないように、凸状マイクロ構造の列の側方縁部に垂直方向壁を形成するために、前記第１または第２の方向に垂直な軸で前記基板（Ｓ）の像面に十分に高いレーザビーム角度を生成する請求項６から８のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１０】
前記光学マスク（１３）は、列が互いに隣に投影されるとき、傾斜する側部の前記像が重なり合い、かつリッジまたはトラフが前記列間の前記境界に生成されないように形成される凸状マイクロ構造の前記列に傾斜する側部を生成するために、前記マスク（１３）内の前記特徴の列に対して両方チルトされる側部縁部を有する請求項６から９のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１１】
請求項１から５に記載された方法によって製造された基板製品。
【請求項１２】
請求項６から１０に記載された装置によって製造された基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の表面上に３Ｄ構造を形成するためのレーザアブレーション技術に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、大きなサイズのポリマーまたは他の基板の表面上に密度の高い繰り返し３Ｄマイクロ構造を生成するためのレーザマスク投影アブレーションプロセスに対して行われる改善に関する。
【背景技術】
【０００３】
マスク投影によるパルス化レーザアブレーションの方法は良く知られている。レーザからのビームは、マスクの表面に可能な限り均一にビームをするために光学機器を通過される。マスクの画像は、投影レンズの使用によって構造化されるべき基板の表面上に投影される。基板表面上に到達するレーザ放射の各パルスのエネルギー密度が、アブレーションのための閾値を超えるように、このレンズは、一般的にマスク像を縮小する。このプロセスで使用されるレーザは、一般にＵＶ領域で動作するエキシマレーザであるが、より長い波長で動作するパルス化レーザを使用する同一の技術を実行することも可能である。一般に、多くのレーザショットは、必要な深さの構造を生成するために必要である。
【０００４】
基板の表面上に大領域の繰り返し２Ｄおよび３Ｄマイクロ構造を生成するために、この技術を使用する要件が存在する。２Ｄ構造のために、マスクは、露光の完全なセットに対して同一のままであるが、正確に所望の形状の３Ｄマイクロ構造を生成するために、マイクロ構造の正しい輪郭に対応する各レーザショットの後に、マスクを変更する必要がある。マイクロ構造が１つずつ処理されるなら、特にマイクロ構造が小さく、かつ基板が大きいなら、そのようなステップアンドリピートプロセスは、非常に遅い。典型的な要件は、１ｍ×１ｍ基板の表面上に０．１ｍｍ×０．１ｍｍ構造のアレイを生成することであり得る。この場合に、１億個の個別構造が、必要である。レーザが十分なパルスエネルギーを有するなら、複数の構造が、各ショットで処理され得るが、３Ｄ構造に関して、マスクは、まだショット間に変更される必要があり、プロセスは、まだ比較的遅い。典型的なレーザを用いて、各ショットが０．１ｍｍサイズの１０００個を超えるマイクロ構造を露光することができることを意味する、１０ｍｍ２を超える領域を有する像を生成することが、一般に可能である。これは、著しくプロセスを速くするが、そのようなステップアンドリピートプロセスは、レーザビームの不均一性、アブレーションされた残骸の堆積、およびステージ移動の精度における誤差によって一般に生じる像境界での整合問題を導く。
【０００５】
これを解消する一方法は、欧州特許第０８２２８８１号に記載され、欧州特許第０８２２８８１号において、基板は、この領域の処理の完了後に像の全視野によってステップ移動されないが、各レーザショットの後、形成されるべきマイクロ構造のピッチ（または複数のピッチ）に対応する全視野より短い距離だけステップ移動された。マスクは、単純な２Ｄ構造が必要である場合について、正しいピッチで離間される一連の同一開口を含むが、３Ｄ構造が必要である場合について、マスクは、形成される３Ｄ構造の異なる輪郭にそれぞれ対応する一連の異なる開口を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第０８２２８８１号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｂｙ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｈａｌｆ  ｔｏｎｅ  ｍａｓｋｓ」、ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ４２７４、２００１、４２０頁
【非特許文献２】「Ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｈａｌｆ  ｔｏｎｅ  ｍａｓｋ：  Ｍａｓｋ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ、ＬＰＭ２００５、２１５−２１８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ビーム下で基板の完全な通過後、整数倍のマイクロ構造ピッチに等しい距離で基板をステップ移動することによって、３Ｄ構造の全てまたは一部は、異なる深さ輪郭に対応する完全な範囲の異なるマスク開口に露光される基板の各領域として生成される。この技術は、構造の深さに差異を導くビームの均一性の欠如に関連する問題の解消に非常に有効であるが、３つの主要な問題を被る、すなわち、低速の処理速度、不十分な表面平滑性、および特に凸状構造が加工されるとき、像視野間の境界に生じる「スティッチング」効果である。これら主要な問題の第１は、処理のステップアンドリピートの性質に起因して生じ、第２は、マイクロ構造の表面上にマイクロステップを生じる各レーザショットでアブレーションの限定深さに起因して生じ、第３は、通常垂直であるアブレーションされる構造の側壁に生じる正のテーパ角度、およびアブレーションされる材料の堆積に起因する。本発明は、これら３つの問題を解消することを求める。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態によれば、２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するように表面にアブレーションを引き起こすために、適切なエネルギー密度でパルス化レーザ源（１２）からパターニングされた照射にポリマーまたは他の基板（Ｓ）を露光するための方法が提供され、方法は、
一連の同一または異なる特徴（フィーチャー）を含むマスク（１３）を、基板（Ｓ）のターゲット領域（１４）に対して固定ピッチで配置するステップと、
ターゲット領域（１４）上にマスク（１３）の複数の特徴からなる像を投影するために、マスク（１３）を介して均一なレーザビーム（１８）を投影するステップと、
マスク（１３）とターゲット領域（１４）との間にビーム（１８）によって担持される像を縮小するステップと、
ターゲット領域（１４）におけるアブレーションのために基板（Ｓ）を配置するステップと、
マイクロ構造の投影されたアレイの１つの軸に平行な第１の方向（Ｄ１）、およびまた第１の方向に垂直な第２の方向（Ｄ２）に、少なくともターゲット領域の間に基板（Ｓ）を移動するステップと、
ターゲット領域（１４）内の基板（Ｓ）の正確な位置に対するパルス化レーザ（１２）の発射を制御する（２０）ステップとを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様の第１の好ましいバージョンによれば、基板（Ｓ）を移動するステップは、投影された像に対する停止なしに連続して行われ、かつパルス化レーザ（１２）の発射を制御するステップは、基板（Ｓ）が、アレイを形成するマイクロ構造の整数倍のピッチに等しい距離を移動されるときはいつでも発射を提供することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の態様の第２の好ましいバージョンまたはその第１の好ましいバージョンによれば、この方法は、マスクを配置するステップが、開口（１１’−１５’）のいくつかまたは全てが、ハーフトーン構造を備えるマスク（１４）を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の態様の第３の好ましいバージョンまたはその任意の前述の好ましいバージョンによれば、投影するステップおよび縮小するステップは、構造の平行列が互いに隣接して形成されるときに、リッジの凸状マイクロ構造の投影された列の側方縁部での形成を避けるように、第１および第２の方向に垂直な軸で像面に十分に高いレーザビーム（１８）角度を生成するように作用することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の態様の第４の好ましいバージョンまたはその任意の前述の好ましいバージョンによれば、方法は、投影するステップについて、マスク（１３）が、列が互いに隣に配置されるとき、これら傾斜する側部が正確に重なり合い、かつリッジまたはトラフが境界に生成されないように形成される凸状マイクロ構造の投影された列に傾斜する側部を生成するために、マスク内の特徴の列に対して両方チルトされる側部縁部を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、パターニングされた照射によって２Ｄまたは３Ｄマイクロ構造の密度が高い規則的なアレイを形成するようにポリマーまたは他の基板（Ｓ）の表面をアブレーションするためのユニットが提供され、ユニットは、
パルス化可能なレーザ源（１２）と、
固定ピッチで一連の同一または異なる特徴を含み、かつレーザ源（１２）とターゲット領域（１４）との間に配置されるマスク（１３）と、
マスク（１３）上の複数の特徴を露光し、かつレーザ源（１２）とマスク（１３）との間に配置される均一なレーザビーム（１６）を生成するための照射システム（１５）と、
ターゲット領域（１２）上にマスク像を縮小し、かつマスク（１３）とターゲット領域（１２）との間に配置される光学投影システム（１７）と、
マイクロ構造の規則的なアレイの１つの軸に平行な第１の方向、およびまた第１の方向に垂直な第２の方向に、ターゲット領域（１４）に基板（Ｓ）を移動するように構成された基板（ｓ）のための二軸ステージシステム（１９）と、
ターゲット領域（１４）内の基板（Ｓ）の正確な位置に対するパルス化レーザ（１２）の発射に関連する制御システム（２０）とを備える。
【００１５】
本発明の第２の態様の第１の好ましいバージョンによれば、ユニットは、二軸ステージシステムが、投影された像に対して連続して基板（Ｓ）を駆動するために駆動されることを可能にされ、かつ制御システム（２０）は、基板（Ｓ）が、アレイを形成するマイクロ構造の整数倍のピッチに等しい距離を移動されるときはいつでもレーザ源（１２）を発射させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の態様の第２の好ましいバージョンまたはその第１の好ましいバージョンによれば、ユニットは、マスク（１３）内のいくつかまたは全ての開口は、ハーフトーン構造であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の態様の第３の好ましいバージョンまたはその任意の前述の好ましいバージョンによれば、光学マスク照射（１５）および投影システム（１７）は、構造の平行列が互いに隣接して形成されるときにリッジが生成されないように、凸状マイクロ構造の列の側方縁部に垂直方向壁を形成するために、第１または第２の方向に垂直な軸で基板（Ｓ）上の像面に十分に高いレーザビーム角度を生成する。
【００１８】
本発明の第２の態様の第４の好ましいバージョンまたはその任意の前述の好ましいバージョンによれば、光学マスク（１３）は、列が互いに隣に投影されるとき、傾斜する側部の像が重なり合い、かつリッジまたはトラフが列間の境界に生成されないように形成される凸状マイクロ構造の列に傾斜する側部を生成するために、マスク（１３）内の特徴の列に対して両方チルトされる側部縁部を有する。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様の方法によって製造される基板製品が提供される。
【００２０】
本発明の第４の態様によれば、第２の態様のユニットによって製造される基板製品が提供される。
【００２１】
本発明は、欧州特許第０８２２８８１号に記載されるような直接レーザアブレーションによる、基板の表面上に一連の２Ｄおよび３Ｄ構造を生成するために規則的にパターニングされた放射を基板に露光するための方法および装置を提供するが、その発明とは異なり、最終製品は、マイクロ構造に対する平坦な表面を有し、かつアブレーション帯域間の境界で最小のリッジまたはシーム効果を有して高速に生成される。
【００２２】
本発明の例示的な実施形態は、ポリマーまたは他の基板の表面をアブレーションするためのユニットに関連する添付の図面を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】構成部品レイアウトを示す図である。
【図２】得ることができるアブレーションの代わりの形態の図である。
【図３】マイクロ構造化の可能なシーム効果を抑制する方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（図１）
ユニット１１は、パルス化可能なレーザ源１２を含む。マスク１３は、固定ピッチの一連の同一または異なる特徴を含み、レーザ源１２とターゲット領域１４との間に配置される。
【００２５】
照射システム１５は、マスク１３上の複数の特徴を露光する均一なレーザビーム１６を生成するように作用する。
【００２６】
光学投影システム１７は、ビーム１８を縮小するように作用し、マイクロ構造の規則的なアレイの１つの軸に平行な第１の方向Ｄ１、およびまた第１の方向に垂直な第２の方向Ｄ２に、ターゲット領域１４を通して基板Ｓを移動するように作用する二軸ステージシステム１９によって、ターゲット領域１４内に配置される基板Ｓ上にマスク像の低減された縮尺の像を提供する。方向Ｄ１およびＤ２の両方は、ビーム１８に垂直である。
【００２７】
制御システム２０は、ステージシステム１９によって確立される基板Ｓの正確な位置にパルス化されたレーザ源１２の発射を制御するように作用する。
【００２８】
本発明において、アブレーションプロセスは、存在するプロセスのステップアンドリピート性質を排除し、かつ基板を動作して、規則的なマイクロ構造アレイの軸の１つに正確に平行な方向に連続して移動することによって迅速に実行される。そのようなプロセスについてレーザ発射を有効に作用するために、ステージ移動に対して正確にタイミングを合わされなければならない。これは、ステージが、取り付けられた高解像度符号器を有し、かつ高度に繰り返し可能でなければならないことを意味する。それは、また、ステージ速度におけるわずかな変化（サーボループ制御誤差に起因する）が像の正確な位置決めに影響しないように、高速でジッタの無い制御電子機器が、ステージ符号器信号からレーザ発射パルスを生成するために必要であることを意味する。これを、プロセス同期化像走査（ＳＩＳ）と呼ぶ。
【００２９】
最も高速の処理のために、マイクロ構造が、ビームによる単一のパスの後で完全に完了することが好ましい。これは、マスクで矩形ビームをしたがって矩形像を形成するように成形されるレーザビームを使用することによって容易に達成される。基板が、矩形像の長軸に平行に走査され、かつこの方向に、マスクが、マイクロ構造の全ての異なる深さに対応する全ての輪郭を含むなら、構造は、単一の連続するパスの後に完了する。
【００３０】
側方サイズが０．１ｍｍのマイクロ構造および１０ｍｍ長さのビームについて、１００個の異なる構造輪郭を呈する１００個の異なる開口が、像にはめ込まれることができ、単一のパスは、基板上の各点に１００個のレーザショットを受けさせる。基板がポリマーであり、かつエネルギー密度が正しく選択されたなら、０．２ミクロンから０．３ミクロンの深さが、各レーザショットでアブレーションされることが可能であり、１００個のショットの後で、２０ミクロンから３０ミクロンの深さが達成される。そのような深さは、多くのマイクロ構造要件について十分であるが、より深い深さについて、多数の開口を含むより長いビーム長さが使用され得る。像サイズが、３Ｄ構造の全ての輪郭を組み込むには不十分であるより深い深さを達成するための代わりの方法は、パス間で変更されるマスクを用いて、表面上に１つ以上のビームのパスを使用することである。この場合、各マスクは、３Ｄ構造の全ての輪郭を画定するために必要な全数の開口のサブセットを含み、基板が、全てのマスクに露光された後、各個別の３Ｄマイクロ構造は、全ての異なる開口に露光される。
【００３１】
基板が異なる開口に露光される特定の時間順番は、構造の表面平坦性に影響を及ぼす可能性があるが、本発明には重要ではないことに留意すべきである。いくつかの場合に、増大する開口が続く最も小さい第１の開口に基板を露光することが好ましい。他の場合において、反対が好ましい。また、ランダムな順番で開口に対して表面を露光することが可能である。
【００３２】
マスクが、基板の表面上に複雑な３Ｄ構造を生成するために、ある範囲の異なる透明または不透明な特徴サイズを含み、かつこれらの特徴が二値マスクとして作用する鋭い縁部を有するなら、マイクロ構造の表面は、個別のレーザパルスに対応してその上にわずかなステップを有する可能性がある。この問題は、マイクロレンズの中心内などの曲率が小さいマイクロ構造の区域でより重要である。本発明において、この表面不規則性は、マスク特徴の少なくともいくつかおよびしばしば全てにハーフトーン特徴を導入することによって排除される。
【００３３】
ハーフトーンマスク技術は、複数レベルのデバイスを作りかつ平滑な３Ｄ構造を生成するために、ステップアンドリピートアブレーションプロセスにおいて広範に使用される。完全な情報は、いくつかの刊行物に与えられる。“Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｂｙ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｈａｌｆ  ｔｏｎｅ  ｍａｓｋｓ”（ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ４２７４，  ２００１，  ４２０頁）は、ハーフトーンマスク概念を説明し、ステップアンドリピートモードにおいて複数レベルの回折光学要素を形成するためのその使用を示す。“Ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｏｆ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ｈａｌｆ  ｔｏｎｅ  ｍａｓｋ：  Ｍａｓｋ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ”（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ６ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ＬＰＭ２００５，  ２１５−２１８頁）は、ハーフトーンマスク設計の原理、およびステップアンドリピートモードおよび非同期走査モードの両方において平滑な３Ｄおよび２Ｄ構造の製造のための使用を記載する。本発明は、高速で大きな領域にわたる高い表面品質を有する繰り返し３Ｄマイクロ構造を生成するために、フライ同期化像走査（ＳＩＳ）技術での連続性に関連してこれらハーフトーンマスク技術の使用を提案する。
【００３４】
ハーフトーン技術は、マスク設計において全ての特徴に適用されることを必ずしも必要としない。しかしながら、その使用は、マイクロ構造深さにおける漸進的な変化だけが必要である場合に重要であり、二値マスクの使用は、表面上のアブレーションステップを示す。ハーフトーンマスク技術は、凹状および凸状マイクロレンズアレイが製造されるべきである場合に特に重要である。この場合に、生成されるべき表面が、元の表面に対して小さな角度だけを有するレンズの重要な区域を画定するマスク上の透明または不透明な特徴は、表面上の別個のアブレーションステップを排除するためにハーフトーン技術の使用から実質的に利益を得る。
【００３５】
数１００Ｈｚの繰り返しレートを有する典型的なエキシマレーザについて、像でのビームは、１０ｍｍ２−２０ｍｍ２の範囲の領域を有することができる。これは、ビームが１０ｍｍから２０ｍｍの長さであるなら、幅はほんの１ｍｍまたは２ｍｍであり、基板は、一連の連続するこの幅のストリップで処理されることを意味する。３Ｄマイクロ構造形成のためのこの連続して同期化された走査プロセスでの１つの問題は、隣接する走査帯域間で生じるスティッチング誤差である。そのような誤差は、走査幅に等しいピッチで基板上の可視ラインとして現れる。像視野の縁部で、わずかな材料がアブレーションされまたは材料がアブレーションされない凹状マイクロ構造について、これらは、通常、さらに露光されるべき表面上に到達するビーム内の領域からアブレーションされた残骸の堆積によって引き起こされる。しかしながら、材料が、像視野縁部でマイクロ構造の全深さにアブレーションされる凸状構造について、可視ラインは、壁に対する内側傾斜によって引き起こされるリッジに起因する。
【００３６】
この境界問題を最小化するための最も簡単な方法は、単一のパスでマイクロ構造の単一のラインだけを走査することである。このように、残骸またはリッジアーテファクトが生じる場合でも、それらは、最も小さい構造と同じピッチにあり、したがって欠陥と見られない。上記で考慮された場合について、ビームは、ほんの０．１ｍｍ幅×１０ｍｍ長さである。２００Ｈｚでのレーザ発射およびレーザショット間で１マイクロ構造ピッチで移動する基板を有する、ステージ速度は、ほんの毎秒２０ｍｍであり、したがって大きな領域を覆うための処理時間は非常に長い。したがって、大きな領域の迅速な３Ｄマイクロ構造形成のための理想的なレーザは、高い繰り返しレートで動作する。理想的なレーザは、正しいエネルギー密度で狭い矩形像領域を照射するために十分な適度なエネルギーを有するが、毎秒少なくも１０００個のパルスの繰り返しレートでこれを作る。０．１ｍｍ×１０ｍｍの像領域が使用され、かつ５ｍＪ／ｍｍ２（０．５Ｊ／ｃｍ２）のエネルギー密度が必要であるなら、レーザは、パルス当たり数１０ｍＪのエネルギーを放出する必要がある。そのようなエキシマレーザは、存在するがパワーが制限され、プロセス時間は、大きな領域のマイクロ構造については長い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明において、凸状構造が、１つ以上のマイクロ構造ピッチに等しい幅を有するビームを用いて加工されるとき、走査された領域間の境界で生じる「テーパゾーン」リッジを排除するために３つの方法を提案する。
【００３８】
第１のアプローチにおいて、視野縁部での壁上のテーパが有効にゼロであるように、光学システムが動作される。これを達成することは、走査された領域間の境界でリッジが生じないことを意味する。ゼロテーパ角度を達成することは、レンズ入口ひとみ（ピューピル）を正しく充填するために、ビーム均一性の正しい設計に結合される投影レンズ開口数とマスク照射システムの正しい選択によって可能である。これらの光学体が正しく制御されるなら、基板上の像への入射ビームの角度は、十分に高く、構造のアブレーションされる列の外側側壁での内側テーパ角度が、ゼロに低減され、かつ構造の隣接する列間の境界にリッジは生成されない。像でのビームの１つの軸が、ビームまたは基板走査方向に垂直である軸である限り、像でのビームのこの軸においてアブレーションテーパ角度をゼロに低減するように、レンズ開口および照射角度を制御することだけが必要である。しかしながら、この方法の問題は、一般に、ポリマー材料におけるゼロテーパ角度を達成するために、比較的高い開口数（＞０．２）を有するレンズおよび比較的高いエネルギー密度での動作を必要とする。そのような高い開口レンズの使用は、焦点深度が制限され、かつ大きな領域の基板にわたるプロセス制御が困難であることを意味する。高いエネルギー密度の使用は、また、アブレーションの効率が低いエネルギー密度での効率より低いので、しばしば望ましくない。
【００３９】
第２のアプローチにおいて、マスクは、各側部に限定されたテーパによって生じるゾーンの幅に等しい透明ゾーンを追加することによって、投影された像の幅の単純な増大を組み込むように修正される。これを行うことによって、リッジは排除されるが、プロセス帯域間のステップは、正確な数の構造ピッチでなければならず、かつ像幅はこれより広いので、重なり合う点で多すぎる材料が取り除かれ、隣接する走査帯域間に溝を生じる。所定の適用において、これは、リッジに対して好ましいが、それにもかかわらず、それは、プロファイルにおいて望ましくない不連続性を呈する。
【００４０】
第３のアプローチにおいて、自然のテーパに正確に等しいが反対である傾斜を生成する一連のレーザパルスに、テーパ区域における表面を露光する特徴を組み込むように、自然のテーパが、マスクパターンを修正することによって排除される。これは、マスク上にマイクロ構造を画定する特徴の軸に対してわずかな量だけマイクロ構造の列（または複数の列）を画定するマスクの側方境界をチルトさせることによって最も容易に達成される。凸状マイクロ構造の生成のために、マスクは、規則的なピッチで離間される一連のセルからなり、各セルは、凸状マイクロ構造に特定の輪郭を画定するためにセル内側に不透明な特徴を有する。不透明な特徴は、マイクロ構造の外側境界または最も低いレベルを呈するセルを完全に充填するために十分に拡大するために、凸状特徴の頂部表面を呈する非常に小さいサイズから増大する。これは、全ての不透明な領域が小さいマスクにおける不透明な特徴の列の一端部で、マスクが、ほぼ完全に透明であることを意味する。チルトが、テーパ効果を解消するためにマスクパターンの２つの外側側部端部に与えられるのは、特徴の列のこの「透明」端部である。マスクのこの領域における外側縁部にチルトを与えることは、それらがマスクのこの領域において小さいので、不透明な区域に効果を有さない。マスク縁部に与えられるチルトのレベルは、任意のテーパ訂正なしに生じる自然のテーパに正確に対応しなければならない。０．１ｍｍサイズのマイクロ構造が、基板の表面に１００個の異なる輪郭を受けさせる１０ｍｍ長さのビームの使用によって２５μｍの深さに、ポリカーボネートなどのポリマーに形成される場合について、走査されたパターンの側部縁部で生じる自然のアブレーション角度は、垂直に対して５度から１０度の範囲にある可能性があるが、より大きな角度も可能である。これは、この場合において、マイクロ構造の最も低いレベルでの自然のテーパ区域の側方幅は、数ミクロンから約５ミクロンの範囲にある可能性があるが、より大きな値も可能であることを意味する。これは、マスクパターンの側部縁部に与えられるチルトは、同様の量の像の側方縁部へのチルトを導くべきであることを意味する。したがって、像の「透明」端部での側方縁部のオフセットは、数ミクロンから約５ミクロンの程度であり、したがって、１０ｍｍビーム長さにわたる縁部チルトは、約０．０５度より小さい角度に達する。より大きなまたは小さな角度が、レーザアブレーション状況および使用される材料に応じて必要であり得る。基板が、マスク上の特徴の列に正確に平行な方向にビーム下を移動されるとき、像の各側部のチルトされた縁部は、形成された構造の列の両側部で傾斜する側壁に生じる。この縁部チルトのテーパ訂正は、マスクパターンの両側部に等しく与えられ、両方のチルト角度が走査方向の軸に対する同一な方向である。したがって、基板が、単一または複数のピッチ距離に正確に等しい量だけ側方に移動され、かつ構造の平行列が形成されるときに、列の各側部での傾斜側壁は、境界にリッジまたはトラフが形成されないように、正確に重なり合う。
【符号の説明】
【００４１】
１１  ユニット
１２  パルス化可能なレーザ源
１３  マスク
１４  ターゲット領域
１５  照射システム
１６  レーザビーム
１７  光学投影システム
１８  ビーム
１９  二軸ステージシステム
２０  制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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