【手続補正書】
【提出日】平成22年10月29日(2010.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短光パルスレーザを集光させる集光手段を有し、該集光手段の集光点を樹脂基板上の金属膜の該樹脂基板と該金属膜の界面から第１所定距離だけ該金属膜側に離した位置に設定する集光点設定ステップと、  前記金属膜に前記超短光パルスレーザを集光照射してレーザアブレーションにより該金属膜を除去する除去ステップと、  を有することを特徴とする基板上膜の除去方法。
【請求項２】
前記集光点設定ステップは最初前記集光点を前記界面から前記第１所定距離に変えて第２所定距離だけ前記金属膜側に離した位置に設定し、以後順次、前記集光点を前記第２所定距離より前記界面に近い位置に設定して前記除去ステップを前記樹脂基板が現れるまで繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の基板上膜の除去方法。
【請求項３】
超短光パルスレーザを集光させる集光手段を有し、該集光手段の集光点を樹脂基板上の金属膜の表面からレーリーレンジだけ離れた位置からレーリーレンジだけ前記金属膜内に入った位置の範囲内に設定する集光点設定ステップと、  前記集光点のフルーエンスを前記金属膜のアブレーション閾値に略等しくするフルーエンス制御ステップと、  を有することを特徴とする基板上膜の除去方法。
【請求項４】
さらに、前記集光手段に入射する前記超短光パルスレーザを歳差運動状ビームに偏向回転させる偏向回転ステップを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法。
【請求項５】
前記集光手段は集光レンズであり、さらに、前記歳差運動状ビームの節を前記集光レンズの入射瞳に伝達する伝達ステップを有することを特徴とする請求項４に記載の基板上膜の除去方法。
【請求項６】
前記集光手段のＮＡが０．４ 以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法。
【請求項７】
前記金属膜を前記樹脂基板のアブレーション閾値より小さい閾値の材料とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】基板上膜の除去方法
【技術分野】
【０００１】  この発明は、基板上に形成された膜をレーザアブレーションにより除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  これまで、１つ以上の金属、誘電体材料及び半導体材料からなる２層構造をしている材料をレーザ誘起破壊（ＬＩＢ：Laser Induced Breakdown）させ、ＬＩＢがほぼ１層に影響し、他の層には影響しない方法が知られていた（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】  この方法を基板上に形成された膜の除去に応用しようとすると、除去する幅を稼ぐために、集光点をトレパニングさせる（本明細書では、集光点を円形に動かすことを”トレパニングさせる”と記載する）ことが望ましい。【０００４】  集光点をトレパニングさせる方法としては、例えば図１０に示すような方法が知られている（例えば、特許文献２ 参照。）。レーザビーム７１が二つの平行面をもつ平行ブロック７２と、二つのウエッジ板７３によって主軸に対して傾けられ、前記主軸の回りに回転するダブプリズム（Ｄｏｖｅ−Ｐｒｉｓｍ）７４の傾斜した入射面に入射する。ダブプリズム７４から出射された傾けられたレーザビーム７１は、集光レンズ７５に入射し、主軸１００を中心とする円７６の縁部に集光される。ダブプリズム７４の回転によりこの集光点が円７６を描き（トレパニングして）、円７６が刳りぬかれる。【特許文献１】特開２００２−２０５１７９号公報
【特許文献２】特開２００１−５１６６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上述した従来のＬＩＢがほぼ１層に影響し、他の層には影響しない方法は、どうすればほぼ１層に影響し、他の層には影響しないようにできるかを開示していない。そこで、例えば、ポリイミド基板上の厚さ４．５μｍの銅に超短光パルスレーザを集光照射して、銅をアブレーションさせて除去すると、ポリイミド基板の表面も除去されてしまう。すなわち、従来は、基板上の膜を基板を傷つけることなく除去することができなかった。【０００６】  一方、上述した従来のトレパニング法では、平行ブロック、二つのウエッジ板、ダブプリズムといったレーザビームが通過する媒質の長さが長いバルクガラス光学部品を多用しているため、媒質の波長分散によりレーザパルスの時間幅（パルス幅）が広がったり、色収差により集光スポット径が拡大したりするなどの問題があった。【０００７】  本発明は、上記の従来のアブレーション加工法の問題に鑑みてなされたものであり、樹脂基板上の金属膜のみを基板を損傷させることなく選択的に除去する方法を提供することを課題としている。【０００８】  また、本発明は、上記のトレパニング法の問題に鑑みてなされたものであり、波長分散によるパルス幅の広がりや色収差による集光スポット径の拡大のない方法でトレパニングすることで、除去する幅を拡大できる除去方法を提供することを別の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  課題を解決するためになされた請求項１ に係る発明は、超短光パルスレーザを集光させる集光手段を有し、該集光手段の集光点を樹脂基板上の金属膜の該樹脂基板と該金属膜の界面から第１所定距離だけ該金属膜側に離した位置に設定する集光点設定ステップと、前記金属膜に前記超短光パルスレーザを集光照射してレーザアブレーションにより該金属膜を除去する除去ステップと、を有することを特徴とする基板上膜の除去方法である。【００１０】  図１Ａに示すように、集光手段である集光レンズ３の集光点（ビームウエスト）が金属膜２の表面２aに位置すると、集光点前後のビーム径の増加が緩やかであるため、金属膜２の厚み方向（Ｚ方向）にアブレーション加工が進み、樹脂基板１も加工されてしまう。請求項１の発明では、集光点が樹脂基板１と金属膜２の界面２bから第１所定距離（Ｄ）だけ金属膜２側に焦点外しした位置であるので（図１Ｂ参照）、金属膜２の表面２aでの集光径が大きく、且つ表面２aから厚み方向（ｚ方向）に離れるにつれ急激にビーム径が増加する。その結果、表面２aでアブレーションが起きても表面２aから厚み方向に僅かに離れるだけでフルーエンスが急激に下がりアブレーションが起きにくくなり、樹脂基板１が加工されることがない。また、金属膜２の表面２aでの集光径が大きいので、トレパニングしなくても金属膜を広く除去することができる。ここで、第１所定距離とは、界面でのフルーエンスが樹脂基板のアブレーション閾値以下になる距離で、換言すれば、レーリーレンジ（後述の（７）、（ ７）’式参照）より大きな距離である。第１所定距離は、樹脂基板及び金属膜の材質や膜厚によって、最適値が変わるので、実験的に決める必要がある（後述の実施例１参照）。【００１１】  また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板上膜の除去方法であって、前記集光点設定ステップは最初前記集光点を前記界面から前記第１所定距離（Ｄ）に変えて第２所定距離（Ｄ’）だけ前記金属膜側に離した位置に設定し、以後順次、前記集光点を前記第２所定距離より前記界面に近い位置に設定して前記除去ステップを前記樹脂基板が現れるまで繰り返すことを特徴としている。【００１２】  集光点設定ステップが最初集光点を界面から所定距離だけ金属膜側に離した位置に設定し、以後順次、集光点を所定距離より界面に近い位置に設定して除去ステップを繰り返すので、膜厚が大きくても樹脂基板を損傷することなく金属膜のみ確実に選択除去することができる。ここで、第２所定距離とは、界面でのフルーエンスが樹脂基板のアブレーション閾値以下になる距離で、レーリーレンジより大きな距離である。第２所定距離は、第１所定距離より大である。【００１３】  課題を解決するためになされた請求項３に係る発明は、超短光パルスレーザを集光させる集光手段を有し、該集光手段の集光点を樹脂基板上の金属膜の表面からレーリーレンジだけ離れた位置からレーリーレンジだけ前記金属膜内に入った位置の範囲内に設定する集光点設定ステップと、前記集光点のフルーエンスを前記金属膜のアブレーション閾値に略等しくするフルーエンス制御ステップと、を有することを特徴とする基板上膜の除去方法である。【００１４】  図１Ｃに示すように、レーリーレンジをｚr、集光手段である集光レンズ３の焦点距離をｆとすると、請求項３の発明では、集光点を金属膜２の表面２aから上にｚr上がった位置から下にｚr下がった位置までの範囲内に設定する。また、集光点のフルーエンスを金属膜２のアブレーション閾値に略等しくする。例えば、金属膜２の膜厚が小さい場合は、表面２aが図１Ｃ の点線、すなわち、集光レンズ３から金属膜２の表面２aまでの距離を（ｆ ＋ｚr ）になるように集光点を設定することにより、最初のレーザパルスで金属膜がアブレーション加工され金属膜が除去されるが、次のレーザパルスが樹脂基板３をアタックしてもビーム径が増大しておりフルーエンスが低下してアブレーションを起こすことができない。ここで、金属膜のアブレーション閾値に略等しくする集光点のフルーエンスは、膜厚や集光点の設定位置、等で変化するので、一義的に決まらないが、金属膜のアブレーション閾値の１０％ 以上、樹脂基板のアブレーション閾値以下が好ましい。フルーエンスは、ビーム集光領域の平均値であり、これが金属膜のアブレーション閾値より大きいと、中心付近のフルーエンスはさらに大きくなり、樹脂基板の損傷を防ぐことが難しくなるからである。【００１５】  また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法であって、さらに、前記集光手段に入射する前記超短光パルスレーザを歳差運動状ビームに偏向回転させる偏向回転ステップを有することを特徴としている。【００１６】  超短光パルスレーザを回転ウエッジ板で偏向回転させることで歳差運動状ビームにすることができるので、波長分散によるパルス幅の広がりや、色収差による集光スポット径の増大を防止してトレパニング加工することができる。【００１７】  また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の基板上膜の除去方法であって、前記集光手段は集光レンズであり、さらに、前記歳差運動状ビームの節を前記集光レンズの入射瞳に伝達する伝達ステップを有することを特徴としている。【００１８】  集光レンズにテレセントリックレンズ（レンズの入射瞳がテレセントリックな位置にあるレンズ）を使用して、歳差運動状ビームをレンズの回折限界まで集光することができる。【００１９】  また、請求項６ に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法であって、前記集光レンズのＮＡが０．４以上であることを特徴としている。【００２０】  ＮＡ（開口数）は、図１Ａに示すように、幾何光学での集光点ｐ（ レンズ３から焦点距離ｆ離れた点）に向かう光線のうち最大の開き角をもつ光線の光軸（ｚ軸）とのなす角を（γ／２）とすると、ＮＡ＝ｓｉｎ（γ／２）であるので、ＮＡが大きいほどビーム径はｚ軸方向距離と共に急激に変化する。したがって、ＮＡが０．４以上になると、アブレーション閾値以上のフルーエンスをもつビーム径のｚ軸方向の範囲が狭くなり、より一層金属膜のみ選択的に除去することができる。【００２１】  また、請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板上膜の除去方法であって、前記金属膜を前記樹脂基板のアブレーション閾値より小さい閾値の材料とすることを特徴としている。【００２２】  集光点のフルーエンスを金属膜のアブレーション閾値に略等しくすることで、さらに有効に樹脂基板の損傷を防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】  集光点が樹脂基板と金属膜の界面から第１所定距離だけ金属膜側に焦点外しした位置であるので、金属膜の表面での集光径が大きく、且つ表面から厚み方向に離れるにつれ急激にビーム径が増加する。その結果、表面でアブレーションが起きても表面から厚み方向に僅かに離れるだけでフルーエンスが急激に下がりアブレーションが起きにくくなり、樹脂基板が加工されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。【００２５】  （実施形態１）  図２は、超短光パルスレーザを用いた実施形態１ の基板上膜除去装置の概略構成図である。１０は超短光パルスレーザを発生するレーザ発生器、３は集光手段である集光レンズ、２は金属膜、１は樹脂基板、２０は３軸（ｘｙｚ）移動ステージである。【００２６】  超短光パルスレーザを発生するレーザ発生器１０としては、例えば、モードロックＴｉ：サファイアレーザを用いることができるが、モードロックファイバレーザベースのＦＣＰＡ（Fiber Chirp Pulse Amplification）レーザを用いることが好ましい。なぜなら、膜材料が金属材料の場合、金属材料のアブレーション閾値が０．５Ｊ／ｃｍ2 以下であるので、１パルスエネルギが１ｍＪもあるモードロックＴｉ：サファイアレーザでは、減衰器で大幅に減衰させる必要があるが、ＦＣＰＡレーザの１パルスエネルギは１０μＪ程度であるので、ほとんど減衰させる必要がないからである。ここで、超短光パルスレーザのパルス幅は、レーザ誘起破壊が起こる１０ｐｓ以下である。下限値は特に限定されないが、１０ｆｓ程度である。なお、パルス幅は、好ましくは、３ｐｓより小さい方が良く、さらに好ましくは１ｐｓ以下が良い。基板が高分子材料で膜が金属材料の場合、パルス幅が大きいと、基板より膜のアブレーション閾値が高くなり、基板の損傷を抑えることが難しくなるからである。【００２７】  集光レンズ３としては、収差補正された顕微鏡対物レンズを用いるとよい。ＮＡは上記した理由から大きい方が望ましい。【００２８】 樹脂基板１は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメタクリル酸メチル、等の高分子材料等、特に限定されない。基板が高分子材料からなる場合、そのアブレーション閾値は、０．５〜１Ｊ／ｃｍ2である。【００２９】 金属膜２は、銅、アルミ、チタン、錫、ステンレス、等の金属材料等、特に限定されないが、樹脂基板１ が高分子材からなる場合はアルミが望ましい。アルミのアブレーション閾値は０．０７〜０．０９Ｊ／ｃｍ2であり、高分子材からなる基板のアブレーション閾値より小さいので、基板を損傷することなく膜のみを選択的に除去することが容易になる。【００３０】  以下、各ステップについて説明する。【００３１】  ＜集光点設定ステップ＞  まず、集光レンズ３の集光点ｐを金属膜２の表面２aから上方Ｄ−ｔの位置に調節する（Ｄ：第１所定距離）。この調節は、集光点ｐを金属膜２の表面２aに合わせた後、移動ステージ２０のｚ軸ステージ２１をＤ−ｔだけ下げることで行うことができる。ここで、ｔ は、金属膜２の厚さである。なお、集光点ｐを金属膜２の表面２aに一致させるやり方は、例えば、レーザ発生器１０と集光レンズ３の間にミラーを挿入し、そのミラーを介して集光レンズ３を対物レンズとする顕微鏡を構成して、金属膜２の表面２aが鮮明に見えるようにｚ軸ステージを上下させて行われる。【００３２】  集光点ｐを金属膜２の表面２aから上方Ｄ−ｔの位置に設定する場合、Ｄを実験的に決めてもよいが、以下のようにすると、条件出しの実験量を減らすことができる。【００３３】  レーザビーム��、通常ガウスビームと近似することができる。ガウスビームを焦点距離ｆの集光レンズで集光したときのビームウエストのビーム径を２ｗ0、集光レンズに入射するレーザビームの径をｄ、強度が１／ｅ2 となる直径が張るビーム広がり全角をγ、とすると、シングルモードの場合、  ２ｗ0 ＝（４λ／π）（ｆ／ｄ）＝（４λ／πγ）     （ １ ）と表される。ここで、λは波長である。また、図１Ｂ に示されるようなビームウエスト近傍でのビーム径の変化は、  （２ｗ）2 ＝（２ｗ0）2＋γ2ｚ2             （ ２ ）となる。ここで２ｗは、ビームウエストからビーム軸（ｚ軸）に沿って距離±ｚにおける直径である。【００３４】  集光点ｐを金属膜２の表面２aから上方Ｄ−ｔの位置に設定する際、上記（１）、（２） 式を使って集光点ｐがＤ−ｔの位置にある時の表面でのフルーエンスを金属膜２のアブレーション閾値以上にすることで、実験量を減らすことができる。【００３５】  ＜除去ステップ＞  次に、レーザ発生器１０から所定の１パルスエネルギをもつ超短光パルスレーザを発生させることで、レーザが照射された領域がアブレーション加工され、図３に示すように直径２ａ、深さδの穴が掘られる。この状態で、例えば、ｘ軸ステージをプラス方向に移動させることで、ｘ軸に平行な幅２ａ、深さδの溝を掘ることができる。さらに、この状態でｘ軸ステージをマイナス方向に移動させることで往復加工され、δより深い溝を掘ることができる。金属膜２の厚さｔがδ以下であれば、樹脂基板１に達する穴があく。この状態でｘ軸ステージをｘ0 だけ移動させれば、金属膜２が幅２ａ、長さｘ0 に渡って、除去される。【００３６】  上記の所定の１パルスエネルギをＥ、金属膜２のアブレーション閾値をＡthとすると、損失がない場合、    Ｅ／（πａ2）≧Ａth              （ ３ ）の関係がある。レーザ発生器１０と金属膜２の間の光学要素での損失がρの場合、    Ｅ（１−ρ）／（πａ2）≧Ａth    （ ３ ） ’の関係がある。【００３７】 金属膜２の厚さｔが大きい場合は、上記ステップを繰り返す。すなわち、集光点設定ステップで、集光点ｐと金属膜２の表面２aとの間隔をＤ’−ｔ−δ、Ｄ’−ｔ−２δ、・・・Ｄ’−ｔ−ｎδと順次設定して、その都度除去ステップを繰り返す（Ｄ’： 第２所定距離） 。繰り返す回数は金属膜２の厚さｔにより異なる。少なくとも、樹脂基板１が現れるまで繰り返す。なお、往復回数によりδは変化するので、上記のように一定のステップで集光点ｐと表面２aとの間隔を減少させる代わりに、減少させるδの値を変えても良い。【００３８】  通常レーザビームの強度分布はガウス分布をしており、このようなガウスビームを例えば、ＮＡが０．８の集光レンズで集光すると、アブレーション加工された部位の断面形状が図３に示すようにレンズのＮＡにならったＶ字形状もしくはＵ字形状となる。樹脂基板１が絶縁材で金属膜２が導電性材の場合、この形状では基板に近い部分の膜の除去幅が狭くなり、除去領域を挟んでの膜の絶縁が不確かなものになってしまう可能性がある。レーザ発生器１０と集光レンズ３の間にフラットトップビームシェイパーを挿入することで、ガウスビームをフラットトップ型に補正し、前記断面形状を矩形に近い形状にすることができる。その結果、より確実な���縁が可能になる。フラットトップビームシェイパーには、ニューポート社のビームシェイパーや、ガウスビームをフラットトップ型に補正するように設計された非球面レンズなどを使用することができる。【００３９】  （実施形態２）  図４は、実施形態２の基板上膜除去装置の概略構成図である。本実施形態の除去装置は、図２の実施形態１の除去装置で集光レンズ３に入射する超短光パルスレーザを歳差運動状ビームに偏向回転させる偏向回転手段４を付加し、３軸移動ステージ２０を省略した以外は、図２と基本的に同じである。実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。【００４０】  偏向回転手段４は、光軸Ｏ．Ａの回りに回転する回転体４２と、回転体４２に取り付けられ、回転体４２と共に回転するウエッジ板４１とからなる。【００４１】  次に、偏向回転手段４でトレパニングするメカニズムについて説明する。入射面４１１と出射面４１２のなす角度がαの実線で示すウエッジ板４１に光軸Ｏ．Ａ方向からパルスレーザＬが入射すると、スネルの法則により光軸Ｏ．Ａとθをなす方向に偏向され、実線で示すレーザＬaを出射する。θとαの間には次式の関係がある。【００４２】  θ＝ｓｉｎ-1［ｎｓｉｎα］−α           （ ４ ）ここで、ｎはウエッジ板４１の屈折率である。【００４３】  光軸Ｏ．ＡとθをなすレーザＬaが集光レンズ３に入射すると、実線で示すようにレンズ３から焦点距離ｆ離れた位置にある金属膜２の表面における光軸Ｏ．Ａからｒの位置に集光され、集光点ｐとなる。ｒとθには次式の関係がある。【００４４】  ｒ＝ｆｔａｎθ                           （ ５ ）  レーザＬが点線で示す１８０°回転したウエッジ板４１に入射すると、光軸Ｏ．Ａと−θをなす方向に偏向され、点線で示すレーザＬbを出射する。【００４５】  光軸Ｏ．Ａと−θをなすレーザＬbが集光レンズ３に入射すると、やはり、点線で示すように金属膜２の表面における光軸Ｏ．Ａからｒの位置に集光され、集光点ｐとなる。【００４６】  図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の金属膜２をｚ軸（光軸Ｏ．Ａ）方向から見た図であるが、ウエッジ板４１が矢印１１方向に回転すると、ウエッジ板４１に入射するレーザビームＬ は、偏向回転して歳差運動状ビームＬａ、Ｌｂとなり、集光点ｐも矢印１２方向に順次移動し、半径ｒのトレパニング円８を描く。【００４７】  （４）式と（５）式からトレパニング円８の大きさ（半径ｒ）は、集光レンズ３の焦点距離ｆ、ウエッジ板４１のウエッジ角αで制御できることがわかる。【００４８】  以下、各ステップについて説明する。【００４９】  ＜集光点設定ステップ＞  集光レンズ３の集光点ｐを金属膜２の表面近傍に調節する。ここで表面近傍とは、レーリーレンジをｚrとしたとき、幾何光学における集光点ｐ（波動光学におけるビームウエスト位置ｚ＝０）が金属膜２の表面から上にｚr上がった位置から下にｚr下がった位置までの範囲である。すなわち、図１Ｃに示すように、金属膜２の表面２ aが±ｚrの範囲内（集光レンズ３から金属膜２の表面２aまでの距離をｆ±ｚrの範囲内）にすることである。レーリーレンジｚrは、ビームウエストｚ＝０でのビーム径の√２倍以内の距離であり、これより外側ではレーザビームの広がり角γの漸近線（点線で示す直���）のように距離と共にビーム径が大きくなる。【００５０】 金属膜２の膜厚が薄い場合は、表面２aが図１Ｃの点線、すなわち、集光レンズ３から金属膜２の表面２aまでの距離を（ｆ＋ｚr）になるように集光点を設定するとよい。最初のレーザパルスで膜がアブレーション加工され膜が除去されるが、次のレーザパルスが樹脂基板３をアタックしてもビーム径が増大しておりフルーエンスが低下してアブレーションを起こすことができない。【００５１】 金属膜２の膜厚が大きく、厚さが２ｚr前後の場合は、表面２aが図１Ｃの実線、すなわち、集光レンズ３から金属膜２の表面までの距離を（ｆ−ｚr）になるように、集光点を設定するとよい。表面から２ｚr下がってもビーム径が余り増大せず、金属膜２を順次除去することができる。そして、２ｚrよりさらに下がると、ビーム径が距離と共に漸近線のように増大するので、フルーエンスが低下してアブレーションを起こすことができなくなる。その結果、樹脂基板１が加工されることがない。【００５２】  ガウスビームを集光レンズで集光したときのビームウエストのビーム径を２ｗ0 とすると、  ｚr＝πｗ02／λ           （ ６ ）と表される。（１）、（６）式から  ｚr＝（４λ／π）（ｆ／ｄ）2  ＝ （４λ／π）（１／γ2）     （ ６ ） ’である。例えば、集光レンズ３に５０倍の顕微鏡対物レンズを使用すると、ｆ＝３ｍｍであるので、λ＝１．５μｍ、ｄ＝２ｍｍとすると、ｚr＝４．３μｍとなる。【００５３】  ＜フルーエンス制御ステップ＞  集光点ｐのフルーエンスが金属膜２のアブレーション閾値に略等しくなるように、レーザ発生器１０から発生される１パルスエネルギＥを調節する。すなわち、レーザ発生器１０と金属膜２の間の光学要素での損失がρの場合、    ０．１×Ａt h≦Ｅ（１−ρ）／（πｗ02 ）≦Ａth      （ ７ ）を満たすようにする。【００５４】  ＜偏向回転ステップ＞  フルーエンス制御ステップで（７）式を満たすように制御されたレーザパルスＬを回転ウエッジ板４１に入射させ、歳差運動状ビームＬａ、Ｌｂを出射させる。すると、集光レンズ３による金属膜２の表面２aでの集光ビーム断面領域がアブレーション加工され、半径ｒのドーナツ状溝が形成される。【００５５】  この状態で、図示しない３軸移動ステージで例えば、ｘ軸方向にｘ0 移動させると、幅２ｒ長さｘ0の溝を加工することができる。【００５６】  本実施形態のように所謂トレパニング加工する場合は、断面が矩形に近い幅広（２ｒ）の加工ができるので、実施形態１のようにフラットトップビームジェネレータなどを用いる必要がない。【００５７】  （実施例１）  図２に示す実施形態１の基板上膜除去装置で厚さ２５μｍのポリイミド基板１の上に形成された厚さｔ＝４．５μｍの銅膜２を除去した。【００５８】  レーザ発生器１には、以下の特性を持つＦＣＰＡレーザ発生器を用いた。【００５９】        中心波長：１．５６μｍ        パルスエネルギ：１μＪ／パルス        パルス幅：０．９ｐｓ        繰り返し周波数：１９４ｋＨｚ        ビーム強度分布：ガウシアン        ビーム径：２ｍｍ  本実施例のように、高分子材料であるポリイミド基板上の金属材料膜を除去する場合は、レーザの中心波長が５００〜２０００ｎｍであることが好ましい。５００ｎｍより���くなると、光子エネルギが高くなり、高分子材料のアブレーション閾値が下がる。その結果、基板の損傷をなくすことが難しくなる。【００６０】  集光レンズ３には、倍率１００倍の赤外顕微鏡用対物レンズを用いた。集光点での集光径は約３．６μｍ（計算値）である。したがって、集光点でのフルーエンスは、集光レンズ３の透過率を５０％とすると、４．９Ｊ／ｃｍ2 と見積もられる。銅のアブレーション閾値が０．４７Ｊ／ｃｍ2であるので、このフルーエンスは、それより約１ 桁大きく、当然（３）’式を満たしている。【００６１】  ＜集光点設定ステップ＞  まず、集光レンズ３ の集光点ｐを銅膜２の表面２aから上方Ｄ−ｔの位置に調節する。この調節は、集光点ｐを銅膜２の表面２aに合わせた後、移動ステージ２０のｚ軸ステージ２１をＤ−ｔだけ下げることで行うことができる。Ｄ−ｔの値は次のようにして決められた。【００６２】  （１）式からγ＝０．５５ｒａｄである。Ｄ−ｔの位置でのフルーエンスが集光点でのフルーエンスの約１／１０ 、すなわち銅のアブレーション閾値に略等しくする必要があることから、（３）式を使って、ａ＝５．６μｍと見積もられる。したがって、（２）式で２ｗ＝１１．２μｍ、２ｗ0＝３．６μｍ、γ＝０．５５ｒａｄとすることで、ｚ＝Ｄ−ｔ＝２０μｍとなる。【００６３】  本実施例のレーリーレンジｚｒは、（６）’ 式からｚｒ＝１．６μｍであるので、基板と膜の界面から集光点ｐまでの所定距離Ｄ（＝２０＋４．５＝２４．５μｍ）は、レーリーレンジｚｒの約１５倍大きい。【００６４】  ＜除去ステップ＞  Ｄ＝２４．５μｍにして、銅膜２にレーザ発生器１０からの超短光パルスを照射しながら、銅膜２のｘ軸方向の幅３７０μｍ全幅に渡って、ｘ軸移動ステージ２３を３０ｍｍ／ｓｅｃの速度で１往復走査した（図５のＬ１）。なお、銅膜２が樹脂基板１から除去される程度をモニターするために、除去溝を挟んで抵抗値を測定しながら加工を行った。【００６５】  次に、＜集光点設定ステップ＞ に戻り、ｙ軸ステージでｙ軸方向に５０μｍ移動させ、ｚ軸ステージ２１で集光点ｐと銅膜２の表面２aとの間隔をＤ−ｔ−δ＝（２０−１）＝１９μｍにして＜除去ステップ＞を実施した（図５のＬ２）。【００６６】  次に、＜集光点設定ステップ＞ に戻り、ｙ軸ステージでｙ軸方向に５０μｍ移動させ、集光点ｐと銅膜２の表面２aとの間隔をＤ−ｔ−２δ＝（２０−２）＝１８μｍにして＜除去ステップ＞を実施した（図５のＬ３）。【００６７】  以後、順次同様の操作を抵抗値が急増するまで繰り返した。【００６８】  図５は、銅膜２の表面写真で、ｘ軸に平行な黒い線Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌ１５が銅膜２の加工痕である。図６は、抵抗値の変化をモニターした結果で、横軸はＤ−ｔ−ｎδである。Ｌ１４までは、低抵抗であるが、Ｌ１５で抵抗値が急増し、ポリイミド基板１の上の銅膜２が完全に除去されたことがわかる。【００６９】  図７は、図５ におけるＬ１５のＡ−Ａ線断面観察結果を描画したものであるが、銅膜２の表面で幅１６．９μｍ、底部で幅８μｍの比較的幅の広いテーパ状溝であることがわかる。また、ポリイミド基板１の表面（銅膜２との界面）の損傷はほとんど見られなかった。【００７０】  このＬ１５に対応するＤ−ｔ���６μｍ、すなわち、Ｄ＝１０．５μｍ（＝６＋４．５）が請求項１における第１所定距離である。集光点ｐを基板と膜の界面から１０．５μｍ膜側に設定することにより、基板を損傷することなく膜を選択的に除去することができた。【００７１】  （実施例２）  本実施例は、実施例１の銅膜２をアルミ膜にし、Ｄ−ｔの位置すなわち、膜表面２aでのフルーエンスをアルミのアブレーション閾値（０．０７Ｊ／ｃｍ2）より少し大きい０．０８Ｊ／ｃｍ2に調節した以外は、実施例１と同じである。【００７２】  厚さ２５μｍのポリイミド基板上の厚さ４．５μｍのアルミ膜の選択除去を実施した結果、ポリイミド基板を全く損傷することなくアルミ膜を選択除去することができた。【００７３】  これは、アルミ膜が除去され、０．０８Ｊ／ｃｍ2のフルーエンスでレーザがポリイミド基板に照射されても、ポリイミドのアブレーション閾値が０．５Ｊ／ｃｍ2以上あるため、損傷されないものと考えられる。【００７４】  （実施例３）  図８に示す基板上膜除去装置を使用して本実施例を実施した。本実施例で使用した基板上膜除去装置は、レーザビームLを発生するレーザ発生器１０と、レーザビームＬの強度を調節するアッテネータ４５と、レーザビームＬをＯＮ−ＯＦＦ制御するシャッター４６と、折り曲げミラー１５と、レーザビームＬを歳差運動状ビームＬa、Ｌbにするモータ４２に取り付けられたウエッジ板４１と、歳差運動状ビームＬa、Ｌbの節Ｎを伝達する第１リレーレンズ７ａ、第２リレーレンズ７ｂと、歳差運動状レーザビームＬa、Ｌbを反射するダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１を反射した歳差運動状レーザビームＬa、Ｌbを集光する集光レンズ３と、集光レンズ３で集光された歳差運動状レーザビームＬa、Ｌbがｚ軸方向から入射される基板１の上に形成された膜２をｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動させるための移動ステージ２０と、制御用パソコン４０と、を備える。【００７５】  基板上膜除去装置は、さらに、膜２を可視光線で照明して観察するための可視光線を発生する観察光源１８と、観察光源１８からの可視光線を９０°曲げてダイクロイックミラー２１に入射させるハーフミラーを備えたカップラー１９と、集光レンズ３、ダイクロイックミラー２１、及びカップラー１９を介して膜２を撮像するＣＣＤカメラ２２を備える。【００７６】  基板上膜除去装置は、さらに、折り曲げミラー１５、回転ウエッジ板４１、第１リレーレンズ７ａ、第２リレーレンズ７ｂ、ダイクロイックミラー２１、集光レンズ３を配置する光学ベンチ３０と、光学ベンチ３０をｚ軸方向に駆動する駆動部（図示せず）と、を備える。【００７７】  レーザ発生器１０を制御するコントローラ２０、アッテネータ４５、シャッター４６、３軸移動ステージ２０、ＣＣＤカメラ２２、及び光学ベンチ３０の駆動部は、制御用パソコン４０に接続されており、レーザ発生器１０から発生するレーザビームＬとその強度の制御、シャッター４６のＯＮ−ＯＦＦ制御、ＣＣＤカメラ２２の撮像データ処理、駆動部、３軸移動ステージ２０の駆動制御が行われる。【００７８】  レーザ発生器１０は、ＦＣＰＡレーザ発生器で、発生器１０からは中心波長が１．０４５μｍ、最大平均出力が４００ｍＷ、パルス幅が０��４５ｐｓ、繰り返し周波数ｆが１６２．３ｋＨｚ、ビーム径２ｍｍのレーザビームＬが出射される。【００７９】  モータ４２は、中空シャフトエアタービンで、回転数は最大２００，０００ｒｐｍまで可能である。【００８０】  ウエッジ板４１は、ＢＫ７製で、ウエッジ角度が０．５°である。【００８１】  第１リレーレンズ７ａ、第２リレーレンズ７ｂは、いずれも焦点距離１００ｍｍの赤外アクロマートレンズを組み合わせたもので、１：１の実像を伝達することができる。すなわち、第１リレーレンズ７ａ及び第２リレーレンズ７ｂでウエッジ板４１の上にある節Ｎが集光レンズ３の入射瞳３１に伝達され、Ｎ’となる。【００８２】  集光レンズ３は、倍率５０倍（ｆ＝３．６ｍｍ）の顕微鏡用赤外対物レンズで、入射瞳３１が鏡筒内のテレセントリックな位置にあり、ＮＡ（開口数）は０．５５である。【００８３】  基板１は、厚さ２５μｍのポリイミドであり、膜２は、厚さ４．５μｍの銅膜である。【００８４】  集光点ｐでのスポット径は（１）式から２ｗ0＝２．４μｍ、レーリーレンジは（６）’式からｚr＝４．３μｍであり、トレパニング円の半径は、（４）、（５）式からｒ＝１５．７μｍである。【００８５】  以下、各ステップについて説明する。【００８６】  ＜集光点設定ステップ＞  先ず、アッテネータ４５を制御してレーザビームＬの平均パワーを０．５ｍＷにし、シャッター４６をＯＮする。次に、ＣＣＤカメラ２２で撮像した画像をパソコン４０のモニターで観察しながら、集光スポットｐが銅膜２の表面に位置するように光学ベンチ３０の駆動部で光学ベンチ３０をｚ軸方向（矢印３２方向）に微動させる。【００８７】  ＜フルーエンス制御ステップ＞  次に、シャッター４６をＯＦＦにして、アッテネータ４５を制御して集光点ｐのフルーエンスが銅膜２のアブレーション閾値に略等しくなるようにする。【００８８】  本実施例では予備実験の結果からレーザビームＬの平均パワーを２．５ｍＷ、すなわちパルスエネルギを０．０１５６μＪ／パルス（＝２．５ｍＷ／１６２ｋＨｚ）にする。このときの集光点ｐでのフルーエンスは、集光レンズ３の透過率が５８％ で、集光径が約２．４μｍであるので、０．２Ｊ／ｃｍ2である。この値は銅のアブレーション閾値の約半分（約５０％）で、（７）式を満たしているが、このようにした理由については後述する。【００８９】  ＜偏向回転ステップ＞  次に、中空シャフトエアタービン６を１５３，５００ｒｐｍで回転させながらシャッター４６をＯＮして歳差運動状ビームＬａ、Ｌｂを回転ウエッジ板４２から出射させる。【００９０】  ＜伝達ステップ＞  リレーレンズ７a、７bで前記歳差運動状ビームＬａ、Ｌｂの節Ｎを集光レンズ３の入射瞳に伝達する。【００９１】  ＜除去ステップ＞  銅膜２をｘ軸方向に３０ｍｍ／ｓｅｃの速度で１６５μｍ１往復走査させる。【００９２】  次に、ｚ軸ステージ２１でポリイミド基板１／銅膜２を集光レンズ３に２μｍ近づけ＜除去ステップ＞を繰り返す。さらに、ｚ軸ステージ２１でポリイミド基板１／銅膜２を集光レンズ３に２μｍ近づけ＜除去ステップ＞ を繰り返す。【００９３】  以上の方法でポリイミド基板上の銅膜を選択除去した結果を図９に示す。幅約３０μｍ、長さ１６５μｍ���渡って銅膜２を完全に除去することができた。除去領域をレーザ顕微鏡で観察したところポリイミド基板１の銅膜２と接する表面が全く加工されていなかった。【００９４】  次に、集光点ｐでのフルーエンスを０．２Ｊ／ｃｍ2と銅のアブレーション閾値の約１／２にすることで上記のような良好な結果が得られ理由について考察する。【００９５】  まず、フルーエンスが銅のアブレーション閾値の約１／２でもアブレーション加工できるのは、ビーム強度がガウス分布で、強度が１／ｅ2となるビーム径が２ｗ0 であることによる。集光点ｐでのフルーエンス０．２Ｊ／ｃｍ2は、２ｗ0＝２．４μｍ内の平均フルーエンスであり、当然集光点ｐの中心が最もフルーエンスが高く、周辺にいくほどフルーエンスが低くなる。その結果、中心付近のフルーエンスが銅のアブレーション閾値０．４７Ｊ／ｃｍ2を上回り、アブレーション加工されるものと考えられる。【００９６】  また、ｚr＝４．３μｍであるため、集光点ｐ（銅膜２の表面）でのフルーエンスを銅のアブレーション閾値０．４７Ｊ／ｃｍ2にすると、集光点ｐから４．５μｍ下がったポリイミド基板１の表面でもフルーエンスが０．４Ｊ／ｃｍ2近くあり、ポリイミド基板１もアブレーション加工されてしまう。【００９７】  以上の考察により、集光点ｐのフルーエンスを銅のアブレーション閾値の約１／２にして２μｍずつ集光点ｐをポリイミド基板１に近づけながら往復除去加工することで、ポリイミド基板１を全く損傷させることなく、銅膜２のみ選択除去することができたものと結論される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】  本発明は、樹脂基板上の金属膜を膜のみ選択的に除去する方法であり、半導体集積回路やディスプレーパネル等のドライエッチング等に利用でき、産業上の利用可能性が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】集光点と膜の位置関係を説明する図である。
【図２】実施形態１の基板上膜除去装置の概略構成図である。
【図３】アブレーション加工領域を模式的に示す図である。
【図４】実施形態２の基板上膜除去装置の概略構成図である。
【図５】実施例１のポリイミド基板上の銅膜の表面写真で、ｘ軸に平行な黒い線Ｌ１、Ｌ２、・・・が銅膜の加工痕である。
【図６】抵抗値の変化を示すグラフである。
【図７】図５におけるＬ１５のＡ−Ａ線断面観察結果を描画したものである。
【図８】実施例３で使用した基板上膜除去装置の概略構成図である。
【図９】実施例３のポリイミド基板上の銅膜の表面写真である。
【図１０】従来のトレパニング加工装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１００】１・・・・・・・・・・樹脂基板２・・・・・・・・・・金属膜２b・・・・・・・・・ 界面３・・・・・・・・・・集光レンズ（集光手段）ｐ・・・・・・・・・・集光点Ｌ・・・・・・・・・・超短光パルスレーザＤ・・・・・・・・・・第１ 所定距離Ｄ’・・・・・・・・・ 第２ 所定距離Ｚr・・・・・・・・ ・レーリーレンジＬａ、Ｌｂ・・・・・・歳差運動状ビームＮ、Ｎ’・・・・・・・ 歳差運動状ビームの節