(57)【要約】【課題】ビームの均質化と高い自由度を両立させること。【解決手段】発射されたビームＢ１  を入射されて所定位置まで伝送するシングルファイバーＦＢと、このシングルファイバーＦＢの出側ＦＢ１  に対向して入側ＦＢ１  が配置され、前記シングルファイバーＦＳを伝送されてきたビームＢ２  を入射されて所定位置まで伝送するバンドルファイバーＦＢを備える。ビームＢ１  をシングルファイバーＦＳに照射して伝送した後、シングルファイバーＦＳから更にバンドルファイバーＦＢに入射させて伝送し、バンドルファイバーＦＢから出射する。【効果】レーザビームを使用して基板表面の薄膜を除去する際のビーム形成において、バンドルファイバーによるビームの均質化と、シングルファイバーによる高い自由度の両立を可能とすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発射されたビームから所定の形状・大きさのビームを成形するに際し、前記ビームをシングルファイバーに照射して伝送した後、シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させて伝送し、バンドルファイバーから出射することを特徴とするビーム成形方法。
【請求項２】
請求項１記載のビーム成形方法において、前記バンドルファイバーから出射するビーム形状を、バンドルファイバーに入射時のビーム形状から変化させることを特徴とするビーム成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のビーム成形方法において、前記ビームを、前記シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させる際、バンドルファイバーに入射させるビームの大きさ（面積）を変化させることを特徴とするビーム成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか記載のビーム成形方法において、シングルファイバー又はバンドルファイバーの少なくとも何れか一方を加振することを特徴とするビーム成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか記載のビーム成形方法において、前記シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させる際、前記ビームの光路を屈折させることを特徴とするビーム成形方法。
【請求項６】
発射されたビームを入射されて所定位置まで伝送するシングルファイバーと、このシングルファイバーの出側に対向して入側が配置され、前記シングルファイバーを伝送されてきたビームを入射されて所定位置まで伝送するバンドルファイバーを備えたことを特徴とするビーム成形装置。
【請求項７】
請求項６記載のビーム成形装置において、前記シングルファイバー又はバンドルファイバーの少なくとも何れか一方を加振する装置を備えたことを特徴とするビーム成形装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のビーム成形装置において、前記シングルファイバーとバンドルファイバー間に、シングルファイバーからバンドルファイバーへの入射ビームの光路屈折装置を備えたことを特徴とするビーム成形装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか記載のビーム成形装置において、前記シングルファイバーとバンドルファイバー間に、光学部品を介在させたことを特徴とするビーム成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザビームを使用して基板表面の薄膜を除去する際のビーム成形方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ等を用いて薄膜除去等の微細加工を実施する場合、従来はビームを均質化させるために高価なフライアイレンズ、シリンドリカルレンズ、ビームスプリット、プリズム等の光学部品を組み合わせて前記加工を実施していた（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３９２１号公報（第２頁、図５）
【特許文献２】
特開平９−２９５１７５号公報（第２頁、図１）
【０００４】
しかしながら、上記の光学部品を組み合わせたものでは、光学系の設計や光学調整に多大な時間が必要となるわりに、加工時、光学部品の移動に対する自由度が小さいという問題があった。
【０００５】
これに対し、前述の光学部品の組み合わせに比べて自由度の高いファイバーを使用することが考えられるが、ファイバーを使用した場合にはファイバーでの干渉性によりビームの均質化が困難になる。そのため、前記干渉を低減させるべく、ファイバーからの射出後に、高価なレンズや複雑な光学部品を透過させることになり、結果的に前述と同様の問題が生じていた（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００６】
【特許文献３】
特開２００１−１０５１６５号公報（第２頁、図１）
【特許文献４】
特開平１１−３３７８８８号公報（第２頁、図１）
【０００７】
一方、複数のファイバーを束ねた安価なバンドルファイバーによってビームを均質化させる方法もある（例えば、特許文献５参照。）。
【０００８】
【特許文献５】
特開平１１−３２６６５３号公報（第５頁）
【０００９】
しかしながら、高出力のビームをバンドルファイバーに入射させると、生ビームは外周部に比べて中心部のエネルギー強度が高いため、中心部に配置したファイバーのみ劣化するという問題がある。
【００１０】
また、バンドルファイバーのような多芯数のファイバーは断線しやすいので、取り替えや取り回しを等を考慮した固定構造としなければならないという問題があり、バンドルファイバー単独での使用はファイバーによる高い自由度を失うことになる。
【００１１】
なお、バンドルファイバーに入射するビームを光学系で均質化した後入射するという方法もある（例えば、特許文献６参照。）。
【００１２】
【特許文献６】
特開平１１−２７７２７６号公報（第２頁、図１）
【００１３】
しかしながら、この方法は、被加工物に形成する穴ピッチの自由度をもちつつマスクにおけるエネルギー損失を最小限とする為に上記の構成を採用しているのであって、ビームの均質化を目的にバンドルファイバーを使用しているのではない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ビームの均質化と高い自由度を両立させることができるビーム成形方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るビーム成形方法は、発射されたビームをシングルファイバーに照射して伝送した後、シングルファイバーから更にバンドルファイバーに入射させて伝送し、バンドルファイバーから出射することとしている。そして、このようにすることで、ビームの均質化と高い自由度を両立させることができるようになる。
【００１６】
上記の本発明に係るビーム成形方法は、発射されたビームを入射されて所定位置まで伝送するシングルファイバーと、このシングルファイバーの出側に対向して入側が配置され、前記シングルファイバーを伝送されてきたビームを入射されて所定位置まで伝送するバンドルファイバーを備えた本発明に係るビーム成形装置によって実施可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１（ａ）に示したように、先ず、発射されたビームＢ１  を、図１（ｂ）に示したような、中心に配置した１本のファイバー１ａの外周をクラッド２で被覆したシングルファイバーＦＳの入側ＦＳ１  から入射し、所定位置まで伝送する。
【００１８】
その後、図１（ｃ）に示したような、中心部に配置した多数本のファイバー１ｂの外周をクラッド２で被覆したバンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  を、前記シングルファイバーＦＳの出側ＦＳ２  に対向して配置し、前記シングルファイバーＦＳを伝送されその出側ＦＳ２  から照射されたビームＢ２  を、このバンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  に入射させて所定位置まで伝送した後、バンドルファイバーＦＢの出側ＦＢ２  から照射するのである。なお、図１中のＢ３  はバンドルファイバーＦＢの出側ＦＢ２  から照射されたビームを示す。
【００１９】
上記の本発明によれば、例えば図１（ｄ）に示したようなガウシアンモードのエネルギ分布を有する発射ビームＢ１  が、シングルファイバーＦＳのファイバー１ａ内を伝送されてバンドルファイバーＦＢに照射される際には図１（ｅ）に示したようなエネルギ分布のビームＢ２  となり、更に、バンドルファイバーＦＢ内の多数のファイバー１ｂを伝送されてその出側ＦＢ２  から照射される際には図１（ｆ）に示したような可及的トップハット形状に似た、加工に適した均質なエネルギ分布のビームＢ３  となる。加えて、本発明では、シングルファイバーＦＳによって高い自由度も確保できる。
【００２０】
そして、上記の本発明において、前記シングルファイバーＦＳの出側ＦＳ２  とバンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  との相対距離を調整する装置を備えさせ、前記相対距離を図２（ａ）に示したように調整可能にした場合には、シングルファイバーＦＳからの入射ビームＢ２  を受けるバンドルファイバーＦＢのファイバー１ｂを、例えば図２（ｂ）に示すような中心部に配置されたファイバー１ｂのみで受ける場合から、図２（ｃ）に示すように全てのファイバー１ｂで受ける場合まで、バンドルファイバーＦＢで受けるビームＢ２  の大きさ（面積）を変化させることができるようになる。前記図１及び図２の（ｂ）（ｃ）では、ビームＢ１  ，Ｂ２  を受けるファイバー１ａ，１ｂを黒く塗りつぶして示している。なお、以下の図面においてもビームＢ１  ，Ｂ２  を受けるファイバー１ａ，１ｂを黒く塗りつぶして示す。
【００２１】
また、例えば図３（ａ）に示すように、シングルファイバーＦＳの出側ＦＳ２  とバンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  との相対距離を調整可能にした上記の本発明において、バンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  から出側ＦＢ２  にビームを伝送するファイバー１ｂの整列状態を、入側ＦＢ１  と出側ＦＢ２  で変化させれば、例えば入側ＦＢ１  で、図３（ｂ）に示したような中心部に円形状に配置されたファイバー１ｂで受けたビームＢ２  を、例えば出側ＦＢ２  では、図３（ｃ）に示したように矩形状のビームＢ３  として照射することもできる。
【００２２】
また、上記の本発明において、例えば図４（ａ）に示すように、前記シングルファイバーＦＳと前記バンドルファイバーＦＢにこれらを加振する装置３、例えば圧電素子３ａや超音波振動素子等を備えさせ、シングルファイバーＦＳとバンドルファイバーＦＢを加振するようにしても良い。
【００２３】
このようにすれば、シングルファイバーＦＳからバンドルファイバーＦＢを経て照射されるビームＢ３  は、先に図１（ｄ）〜（ｆ）を用いて説明したように、図４（ｂ）に示したようなエネルギ分布を有する発射ビームＢ１  から、図４（ｃ）に示したようなエネルギ分布のビームＢ２  を経て、図４（ｄ）に示したようなエネルギ分布のビームＢ３  となるところが、図４（ｅ）（ｆ）に示したように、どちらのビームＢ２  ，Ｂ３  も図４（ｃ）（ｄ）に比べて振幅の小さなエネルギ分布のより均質なビームとなる。なお、加振するのはシングルファイバーＦＳ、バンドルファイバーＦＢの何れか一方でも良い。
【００２４】
この際、前記加振装置３は、図５に示したように、ファイバーＦＳ，ＦＢを複数回巻いた状態で加振装置３によって加振させるようにした場合には、前述の作用効果はより助長される。
【００２５】
更にこの際、前記加振するファイバーＦＳ，ＦＢにおける加振動部を、図６に示したように複数（図６の例では２箇所）とし、それぞれの圧電素子３ａによる加振装置３の振動を相殺するようにした場合には、装置全体の振動を防止することもできる。なお、図６における３ｂはパルスジェネレータを示す。
【００２６】
また、上記の本発明において、例えば図７（ａ）に示すように、前記シングルファイバーＦＳと前記バンドルファイバーＦＢ間に、シングルファイバーＦＳからバンドルファイバーＦＢへの入射ビームＢ２  の光路屈折装置４を備えさせ、前記シングルファイバーＦＳから更にバンドルファイバーＦＢに入射させる際、前記ビームＢ２  の光路を屈折させるようにした場合も、前記光路屈折装置４を備えさせない場合には図７（ｂ）に示したようなエネルギ分布となるビームＢ３  が、図７（ｃ）に示したような振幅の小さなエネルギ分布のより均質なビームＢ３  となる。
【００２７】
前記光路屈折装置４として、図７（ａ）では２枚のウェッジ基板４ａ，４ｂを用いて光路を屈折させ、空洞モータ等で前記２枚のウェッジ基板４ａ，４ｂを回転するものを示しているが、ウェッジ基板に替えて例えばレンズ等を使用したものでも良い。
【００２８】
上記の本発明において、図８に示したように、前記バンドルファイバーＦＢの入側ＦＢ１  端部に冷却装置５を設けた場合には、バンドルファイバーＦＢの熱ダメージを抑制することができる。
【００２９】
以上説明した例では、シングルファイバーＦＳから照射したビームＢ２  を直接バンドルファイバーＦＢに入射するものについて説明したが、本発明はこれに限らず、図９（ａ）に示したように、シングルファイバーＦＳとバンドルファイバーＦＢとの間に例えば２枚のレンズ６ａ，６ｂを介在させても良い。
【００３０】
このようにシングルファイバーＦＳとバンドルファイバーＦＢとの間に光学部品を介在させた場合にも、ビームＢ１  は図９（ｂ）のようにシングルファイバーＦＳを伝送されてきた後、図９（ｃ）のようにバンドルファイバーＦＢを伝送されて、その出側ＦＢ２  からエネルギ分布のより均質なビームとして照射される。
【００３１】
本発明は以上説明した例に限るものではなく、本発明の技術的範囲に含まれるものであれば、特にビーム成形装置の各構成要素についての設計変更は任意である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えばレーザビームを使用して基板表面の薄膜を除去する際のビーム成形において、バンドルファイバーによるビームの均質化と、シングルファイバーによる高い自由度の両立を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）はシングルファイバーの断面図、（ｃ）はバンドルファイバーの断面図、（ｄ）は発射ビームのエネルギー分布の一例を示した図、（ｅ）はシングルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、（ｆ）はバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図である。
【図２】本発明の第２の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）は中央でビームを受ける場合のバンドルファイバーの説明図、（ｃ）は全体でビームを受ける場合のバンドルファイバーの説明図である。
【図３】本発明の第３の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）はバンドルファイバーの入側での説明図、（ｃ）はバンドルファイバーの出側での説明図である。
【図４】本発明の第４の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）は発射ビームのエネルギー分布の一例を示した図、（ｃ）（ｄ）は第１の例におけるシングルファイバーとバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、（ｅ）（ｆ）は第４の例における（ｃ）（ｄ）と同様の図である。
【図５】本発明の第４の例における加振装置の構造の一例を示した図である。
【図６】本発明の第４の例における加振装置の構造の他の例を示した図である。
【図７】本発明の第５の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）は第１の例におけるバンドルファイバーから照射されたビームのエネルギー分布の一例を示した図、（ｃ）は第５の例における（ｂ）と同様の図である。
【図８】本発明の第６の例を説明するビーム成形装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第７の例を説明する図であり、（ａ）はビーム成形装置の概略構成図、（ｂ）はシングルファイバーの断面図、（ｃ）はバンドルファイバーの断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ    ファイバー
３    加振装置
４    光路屈折装置
５    冷却装置
６ａ，６ｂ    レンズ
Ｂ１  ，Ｂ２  ，Ｂ３      ビーム
ＦＳ    シングルファイバー
ＦＢ    バンドルファイバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004188457.tif 000009
【図８】
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【図９】
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