(57)【要約】【課題】更なるビームの均質化とエネルギ効率の向上を図る。【解決手段】発射ビームを集光させて被加工物を加工する装置である。前記ビームのうちの略トップハット形状のビームＣ２  と、この略トップハット形状が除かれたビームＣ３  に分離する非均一反射ミラー２と、分離した前記ビームＣ３  ，Ｃ２  を再度合成してビームの均質化とエネルギ効率の向上を図るビーム合成光学系１１を備える。再度合成したビームＣ４  を集光させ、被加工材に照射する。【効果】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加工において、ビームの更なる均質化と、エネルギ効率の更なる向上を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発射ビームを集光させて被加工物を加工するに際し、前記ビームを非均一反射ミラーに照射し、非均一反射ミラーを反射したビームと、非均一反射ミラーを通過したビームを、再度合成した後集光させ、被加工材に照射することを特徴とする加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法において、前記合成は、非均一反射ミラーを通過又は反射したビームを、中心強度が弱いドーナツ形に換えて行うことを特徴とする加工方法。
【請求項３】
発射ビームを集光させて被加工物を加工する装置であって、前記ビームのうちの略トップハット形状のビームと、この略トップハット形状が除かれたビームに分離する非均一反射ミラーと、分離した前記ビームを再度合成してビームの均質化とエネルギ効率の向上を図るビーム合成光学系を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の加工装置において、ビーム合成光学系は、前記略トップハット形状が除かれたビームの位相を変化させる位相差板と、この位相差板によって位相を変化されたビームを、中心強度が弱いドーナツ形に換えるプリズム群と、このプリズム群でドーナツ形に換えられたビームと、前記反射したビームを合成するビームスプリッターを備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項４記載の加工装置において、前記プリズム群を構成するプリズムの各位置を調整可能に構成したことを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の加工装置において、前記プリズム群を構成するプリズム同士の間隔を調整可能に構成したことを特徴とする加工装置。
【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被加工材に加工を施す方法及びその方法を実施する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＹＡＧレーザ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や回折素子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１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２３９２１号公報（第２頁、図５）
【０００４】
しかしながら、均質化に上記の光学部品を組み合わせたものでは、エネルギー効率が悪く、ビーム拡散角の変化が大きく、しかも高価であるという問題があった。
【０００５】
そこで、近年、位置によって反射率が異なる非均一反射ミラーを使用することで、ビームの均質化を図るものが考えられている。
これは、図３（ｂ）に示すようなガウシアンモードのエネルギ分布を有するレーザビームＢ１  を、図３（ｃ）に示したように、エキスパンダー１でそのビーム径を調整した後、このビーム径を調整したレーザビームＢ２  を非均一反射ミラー２に導き、ミラー中央と周囲の反射率の相違により、図３（ｄ）に示したような略トップハット形状のレーザビームＢ３  のみ反射させ、ミラー３、集光レンズ４を介して被加工材に照射するものである（図３（ａ）参照）。
【０００６】
なお、ガウシアンモードのエネルギ分布から前記略トップハット形状が除かれた、図３（ｅ）に示したようなレーザビームＢ４  は、非均一反射ミラー２を通過しダンパー５に導かれてカットされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この非均一反射ミラーを使用するものは、光学部品を組み合わせたものに比べて、エネルギ効率も良く、ビーム拡散角の変化も小さく、しかも比較的安価であるものの、ビームの均質化やエネルギ効率の点では、まだ改良の余地を含んでいた。
【０００８】
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、非均一反射ミラーを用いたものにおいて、更なるビームの均質化とエネルギ効率の向上が図れる加工方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【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、本発明は、発射ビームを集光させて被加工物を加工するに際し、前記ビームを、ビームのうちの略トップハット形状のビームと、この略トップハット形状が除かれたビームに分離する非均一反射ミラーに照射し、分離したビームをビーム合成光学系で再度合成した後集光させ、被加工材に照射することとしている。そして、このようにすることで、更なるビームの均質化とエネルギ効率の向上が図れるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１を用いて詳細に説明する。
本発明は、発射された、例えば図１（ｂ）に示すようなガウシアンモードのエネルギ分布を有するレーザビーム（以下、単に「ビーム」と言う。）Ｃ１  を、非均一反射ミラー２に照射する。このビームＣ１  は、非均一反射ミラー２の中央と周囲の反射率の相違により、例えば図１（ｃ）に示したような略トップハット形状のビームＣ２  は反射させる一方、ガウシアンモードのエネルギ分布から前記略トップハット形状が除かれた、図１（ｄ）に示したようなビームＣ３  は通過する。
【００１１】
本発明では、前記非均一反射ミラー２を反射したビームＣ２  と透過したビームＣ３  を、ビーム合成光学系１１で再度合成し、図１（ｅ）に示したような、より均質化したトップハット形状のビームＣ４  となした後、集光レンズ４を介して被加工材に照射するのである。なお、３ａは前記非均一反射ミラー２を反射したビームＣ２  をビーム合成光学系１１に向けて反射させるミラー、３ｂは前記非均一反射ミラー２を透過したビームＣ３  をビーム合成光学系１１に向けて反射させるミラーである。
【００１２】
図２は、前記非均一反射ミラー２の前段にエキスパンダー１を配置して発射されたビーム径を調整可能となすと共に、位相差板１１ａと、プリズム群１１ｂと、ビームスプリッター１１ｃで前記ビーム合成光学系１１を構成したものを示している。
【００１３】
この図２に示した例では、エキスパンダー１で径を調整されたビームＣ１ａのうち、非均一反射ミラー２を通過したビームＣ３  は、位相差板１１ａで例えばその位相（偏光方向）を９０°変化された後、プリズム群１１ｂで中心強度が弱いドーナツ形のビームに換えられる。
【００１４】
プリズム群１１ｂは、例えばその円錐頂面を向かい合わせて配置された２個の円錐プリズム１１ｂａ，１１ｂｂで構成され、これら円錐プリズム１１ｂａ，１１ｂｂで、前記位相差板１１ａでその位相（偏光方向）を９０°変化されたビームＣ３  を、図２（ｆ）を経て図２（ｇ）に示したように、その中心強度が弱いドーナツ形のビームＣ３ａに換える。このドーナツ形のビームビームＣ３ａは、円錐プリズム１１ｂｂから平行ビームとしてビームスプリッター１１ｃに導かれる。
【００１５】
ビームスプリッター１１ｃでは、前記プリズム群１１ｂからの、位相（偏光方向）が９０°変化されたビームＣ３ａは反射する一方、非均一反射ミラー２で反射した位相が変化していないビームＣ２  は透過させることで、これらビームＣ２  とＣ３ａを合成し（図２（ｈ）参照）、より均質化とエネルギ効率を向上させた状態で集光レンズ４に至らせる。
【００１６】
上記の本発明によれば、例えば図１（ｂ）、図２（ｂ）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ビームＣ１  が、非均一反射ミラー２で反射されて、図１（ｃ）に示したような略トップハット形状のエネルギ分布のビームＣ２  のまま集光レンズ４を経て被加工材に照射されるのではなく、前記ビームＣ２  に、非均一反射ミラー２を通過した、ガウシアンモードのエネルギ分布から前記略トップハット形状が除かれたビームＣ３  を合成して、更に均質化とエネルギ効率を向上させたビームＣ４  を集光レンズ４で集光して被加工材に照射できるようになる。
【００１７】
前記ビーム合成光学系１１は、図２に示したものに限らないことは言うまでもない。非均一反射ミラー２で反射した位相が変化していないビームＣ２  に合成させて、より完全なトップハット形状のビームとなるように、プリズム群１１ｂ  を構成する円錐プリズム１１ｂａ，１１ｂｂの各位置を調整可能に構成したり、また、円錐プリズム１１ｂａ，１１ｂｂ同士の間隔を調整可能に構成しても良い。
【００１８】
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、エキスパンダー１の有無やビーム合成光学系の各構成要素についての設計変更は任意である。
【００１９】
【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加工において、ビームの更なる均質化と、エネルギ効率の更なる向上を図ることができる。
【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）は加工装置の概略構成図、（ｂ）は発射ビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｃ）は非均一反射ミラーで反射されたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｄ）は非均一反射ミラーを透過したビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｅ）はビーム合成光学系で合成されたビームのエネルギ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）は加工装置の概略構成図、（ｂ）は発射ビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｃ）はエキスパンダーで径を調整されたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｄ）は非均一反射ミラーで反射されたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｅ）は非均一反射ミラーを透過したビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｆ）（ｇ）はプリズム群で換えられたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｈ）はビームスプリッターで合成されたビームのエネルギ分布の一例を示た図である。
【図３】非均一反射ミラーを使用した従来例を説明する図であり、（ａ）は加工装置の概略構成図、（ｂ）は発射ビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｃ）はエキスパンダーで径を調整されたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｄ）は非均一反射ミラーで反射されたビームのエネルギ分布の一例を示した図、（ｅ）は非均一反射ミラーを透過したビームのエネルギ分布の一例を示した図である。
【符号の説明】
１    エキスパンダー
２    非均一反射ミラー
４    集光レンズ
１１    ビーム合成光学系
１１ａ    位相差板
１１ｂ    プリズム群
１１ｂａ，ｂｂ    円錐プリズム
１１ｃ    ビームスプリッター
Ｃ１  ，Ｃ２  ，Ｃ３  ，Ｃ４      ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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