(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム（１２）の放射経路内に配置され、前記レーザビーム（１２）の強度分布の均質化を支援するように前記レーザビーム（１２）の各部分ビームを重ね合わせる均質化装置（１０）によって前記レーザビーム（１２）の強度分布をコントロールする装置であって、
前記均質化装置（１０）の後ろの前記レーザビーム（１２）の放射経路内に配置され、完全には互いに重ね合っていない少なくともいくつかのこれらの重ね合わされた部分ビーム（３０ａ，３０ｂ）の様々な部分が切除されるように、重ね合わされた部分ビーム（３４）の放射を切除するためのダイアフラム（３６，３８ａ，３８ｂ，４０）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ダイアフラム（３６，３８ａ，３８ｂ，４０）が前記レーザビームと同軸に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ダイアフラム（３６，３８ａ，３８ｂ，４０）が前記レーザビームに対するその相対位置および／またはその寸法に関して調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ダイアフラム（３６，３８ａ，３８ｂ，４０）が開口の付いたダイアフラムであることを特徴とする請求項1ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記ダイアフラム（４０）が前記レーザビームの中心領域を切除し、周辺ビームを通過させるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ダイアフラムが丸い形状、円形または楕円の形状をしていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ダイアフラムが角張った形状、長方形またはさらに正方形をしていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記均質化装置がシリンドリカルレンズ（ＬＡ１，ＬＡ２）のアレイおよびコンデンサレンズ（ＣＬ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記レーザビーム（１２）がエキシマーレーザのビームであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
レーザビーム（１２）の放射経路内に配置され、前記レーザビーム（１２）の部分ビーム（３０，３０ａ，３０ｂ，４０）を重ね合わせて前記レーザビームの強度分布の均質化を支援する均質化装置（１０）によって、前記レーザビーム（１２）の強度分布をコントロールする方法であって、
完全には互いに重なり合っていない少なくともいくつかのこれらの重ね合わされた部分ビーム（３０，３０ａ，３０ｂ，４０）の様々な部分が切除されるように、前記均質化装置（１０）の後ろの前記レーザビーム（１２）の放射経路内に配置されたダイアフラム（３６，３８ａ，３８ｂ，４０）によって前記レーザビーム（１２）から放射が切除されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項９の１つによる装置を使用することを特徴とする基板内に切除部を生成する方法。
【請求項１２】
前記切除部が前記基板内のホールであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均質化装置によってレーザビームの強度分布をコントロールする手段および方法の両方に関する。この均質化装置は、レーザビームの放射経路内に配置され、レーザビームの部分ビームを互いに重ね合わせてレーザビームの強度分布の均質化を支援する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような手段は、ＤＥ４２  ２０  ７０５  Ａ１号から周知である。それによれば、レーザビームの強度分布は、光軸に垂直な１つの列内に配置された複数のレンズによって均質化される（空間的に一様にされる）。これらのレンズは、レーザビームの部分ビームが互いに重なり合って、得られたレーザ放射が全体で高範囲に均質化されるようにそれぞれが形成される。
【０００３】
この現状の技術の継続した開発については、ＤＥ  １９６  ３２  ４６０    Ｃ１号に記載されている。それによれば、それぞれが均質な強度分布を有する複数の照射フィールドが生成され、これらの照射フィールドでは、１列のレンズがいくつかのグループの非中心円柱レンズ（non centric cylinder lens）のセグメントを示している（米国特許第５，７９６，５２１号も参照のこと）。
【０００４】
本発明は、前述した現状の技術の知識を必要とすると共に受け入れる。前述した文献は、参照することによって本願の開示の中に組み入れる。
【０００５】
前述した均質化装置によって、特に、エキシマーレーザのビームの放射はいくつかの用途について均質化される。すなわち、レーザビームの強度分布はそのプロフィールにわたって均質化される。エキシマーレーザによって放射された（まだ光学的に処理されていない）レーザビームの強度分布は、一般に、そのプロフィールにわたって均質ではない。エキシマーレーザによって放射されたレーザビームの形状は、寸法が約１０×３０ｍｍのほぼ長方形である。長方形の形状に関しては、短軸（例えば、長さ１０ｍｍを意味する）および長軸（例えば、長さ３０ｍｍを意味する）のことを指す。多数のアプリケーションに対して、このビームを光学的に極めて縮小する方法で画像形成する必要がある。さらに、多くのアプリケーションでは、ビーム強度の均質化、すなわち、ビームの強度分布がそのプロフィールにわたって一定になることも必要である。レーザビームを均質化する光学装置は、ＤＥ−Ａ−４２  ２０  ７０５号（米国特許第５，４１４，５５９号に対応する）、ＤＥ−３８  ２９  ７２８  Ａ１号、ＤＥ−３８  ４１  ０４５  Ａ１号およびＤＥ  １９５  ２０  １８７  Ａ１号から周知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ放射、特にエキシマーレーザの放射を工業的に使用する間には、加工すべき材料上を照射するレーザ放射を均質化することを必要とするだけでなく、さらに、好ましく均質化した後で、強度分布を意図的に調整するアプリケーションが出てくることが多い。個々の例には、薄いフォイル（例えば、ポリマフォイル）内のホールのアレイを製作するためにレーザ放射を利用することがある。そのようなフォイル（一般的に、厚さは２０〜１００μｍ）の中にホールのアレイを製作するために、レーザ放射はホールのアレイを製作するマスク上に周知の方法で向けられる。そのマスクを貫通するレーザ放射は、例えば、２．５から５分の１倍に縮小する対物レンズによって、基板（ここではフォイルを意味する）上に結像される。このとき、レーザ放射の強度は、縮小係数の２乗で増加する。例えば、５分の１倍に縮小する場合は、強度は２５倍に増加する。
【０００７】
前述した種類のフォイル内にホールを作成するためには、タイプにもよるが、１００〜３００パルスのエキシマーレーザの放射が必要とされる。現状では、レーザ放射は、始めに述べた現状の技術の手段によって均質化される。
【０００８】
それにも関わらず、例えば、前述したようにホールのアレイを穿孔する場合、それぞれの列内のホールの直径が完全には、特に出力側では、同一ではないことが起こる。列の外側に配置されたホールの直径は内側に位置するホールの直径よりも大きいことが観察できる。このことは、融除プロセスの間に発生した粒子によって放射が吸収されることにより説明される。吸収粒子の濃度は、ホールのトラックの中心の方が外側よりも大きい。その結果、ホールのトラックの外側のホールは、内側のホールよりも大きくなる。
【０００９】
また、別のアプリケーションでは、そのようなプロセスに制約された作用によって、有効なレーザエネルギーは均質化装置によって始めに極めて均質にされたようなほぼ均質な分布ではなくなることがある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、簡単な方法でレーザ放射の強度分布をコントロールし調整する装置および方法を提供することである。
【００１１】
この目的を達成するために本発明による装置は、均質化装置の後段の放射経路内に配置した、完全に互いに重ね合っていない少なくともいくつかの部分ビームから可変の部分が切除されるように、重ね合わされた部分ビームから放射を切除するダイアフラムによって特徴付けられる。
【００１２】
本発明によるコントロールおよび調整の方法により、完全に互いに重なり合っていない少なくともいくつかの部分ビームから可変の部分が切除されるように、ダイアフラムによって放射がレーザビームから切除される。
【００１３】
本願で記載した種類の均質化装置に関して、ダイアフラムおよびマスクをそれぞれ使用することは、ＤＥ  １９６  １９  ４８１  Ｃ１号から周知である。これによれば、マスクは放射経路の後部に離して配置されるが、レーザビームがこのマスク内の１つのアパーチャを均質に照明し、この均質に照明されたアパーチャが次に表面上に結像される。これにより、部分ビームがマスクの位置ですでに完全に互いに重ね合わされ、部分ビームのそれぞれの等しい部分は切除される。
【００１４】
本発明はさらに、基板内に構造体を生成するための、特に、直径が一定のホールのアレイを作成するための手段および方法のアプリケーションに関する。
【００１５】
本発明による手段の好ましい実施形態により、ダイアフラムはレーザビームと同軸で配置される。このことは、ダイアフラムの有効領域の中心がレーザビームの軸と少なくとも密接に一致することを意味する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態により、ダイアフラムは調整可能とされる、すなわち、ダイアフラムが放射をレーザビームから切除する有効領域は手動ならびに自動で変更できる。
【００１７】
放射をレーザビームの中心領域から切除し、周辺ビームを通過させるダイアフラムならびに開口が付いたダイアフラムは、本発明にとって好ましい。
【００１８】
特に、丸いダイアフラム、とりわけ、円形または長円形のダイアフラムが好ましい。角張ったダイアフラム、特に、長方形ならびに正方形のダイアフラムも好ましい。
【００１９】
本発明で使用される均質化装置に対して、始めの現状において記述したように、１つの凸レンズが付いたシリンドリカルレンズのアレイが特に考慮される。
【００２０】
本発明は、エキシマーレーザのビームの強度分布を均質化すると共にコントロールするために特に好適である。
【００２１】
以後、本発明の実施形態の例を、図面を参照して一層詳細に説明する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、例えば、エキシマーレーザにおけるレーザビーム１２を均質化できる均質化装置１０を示す。
【００２３】
この均質化装置１０は、２つの平列に配置したシリンドリカルレンズＬＡ１およびＬＡ２の列（「アレイ」）を備えている。シリンドリカルレンズの長手方向の軸は、図面の面に垂直に立っている。図面内のシリンドリカルレンズの形状の概略図においても、このように示されている。このため、エキシマーレーザのビームを使用する場合、シリンダ軸は、前述したレーザビームの「長軸」に平列になる。図面においては、レーザビーム１２の放射経路は、左から右に伸びている。凸レンズ（コンデンサレンズ）ＣＬが、シリンドリカルレンズＬＡ１およびＬＡ２のアレイの背後の放射経路内に配置されている。その程度の均質化装置は、始めに述べた現状の技術から周知である。
【００２４】
入射したレーザビームは、シリンドリカルレンズＬＡ１の第１のアレイによって複数の部分ビームに分割される。図１では、直径を「ｄ」でマークした３つの部分ビームしか示していない。通常は、５〜２０個の多数の部分ビームが使用される。
【００２５】
光学素子ＬＡ１，ＬＡ２およびＣＬによって、図１において左から入射するレーザ放射１２は面１４上に結像される。この面では、結像した放射の直径は、ここ、すなわち図面の面に関する方向では、「Ｄ」である。レーザ放射の中心軸は、「Ａ」とマークされている。
【００２６】
光学素子、特にコンデンサレンズＣＬによって、すべての部分ビームは面１４上で互いに完全に重ね合う（オーバラップする）。このことは、入射するレーザビーム１２になお存在する強度のどのような不均一性も完全に平坦にされる、すなわち面１４上に結像するレーザビームは均質にされることを意味する。
【００２７】
入射するレーザ放射が図面の面に垂直な方向でも不均質である場合は、図１に示す図に比較して９０゜回転させた第２の均質化装置（図示せず）が必要となる。
【００２８】
それぞれの焦点距離は、シリンドリカルレンズＬＡ１のアレイについてはｆ１であり、シリンドリカルレンズＬＡ２のアレイについてはｆ２であり、またコンデンサレンズＣＬについてはｆ３である。結像面１４上の照射フィールドの寸法と形状（正方形、長方形、またはライン状）は、シリンドリカルレンズＬＡ２のアレイの幅と焦点距離ｆ２ならびにコンデンサレンズＣＬの焦点距離ｆ３によって決定される。
【００２９】
以下に、例えば、寸法が８０×３ｍｍの細長いセクション（ライン）のいわゆる長軸（上記を参照のこと）について説明する。このセクション（従って、ラインの厚さ）の幅Ｄについては、Ｄ＝（ｆ３／ｆ２）ｄが適用される。面１４上に結像されたこの照射フィールドを用いて、例えば、マスクが照明される。これについては、図２に一層詳細に示されている。
【００３０】
図２は、本発明による均質化装置１０を示す。この図では、入射するレーザビーム１２内の拡大光学機器１６，さらに、マスク２６の直前に配置された視野レンズ２２、ならびに処理すべき基板上に放射を結像する結像光学素子２４など、光学素子がさらに加えられている。
【００３１】
以下に、始めに述べた種類のフォイル、例えば、典型的な厚さが２０〜１００μmのポリマフォイル内にホールを生成する典型的なアプリケーションに関して、本発明を説明する。同時に、レーザ放射によって穿孔されたホールの直径はすべて、レーザ放射が強ければそれだけ大きくなることも説明される。
【００３２】
図３は、ビームをわたるレーザ放射の均質なフィールドを示しており、この図では、図２に基づく均質化装置によって放射が均質化される。図３は、横座標にビームの断面の位置（例えば、図１および図２では、ペーパ面上のビームの境界からの位置の距離）を示し、縦座標には任意単位の放射強度を示す。図３によれば、強度がゼロから最終値まで上昇する極めて狭い側面を除けば、達成された強度分布は高範囲にわたり均質である。
【００３３】
均質化された放射、形成されたホールを有するマスク２６、ならびに結像光学素子２４によって面１４の中に配置されたフォイル（基板）を穿孔する場合、図４によるホールの直径の変動、すなわち実施形態に関しては直径が４５μmの完全に一定なホールが理論的に期待される。
【００３４】
しかしながら、ホールの直径について実際に結果として得られた変動は、図５の通りである。すなわち、外側のホールの直径は内側のホールの直径よりも広い。これは、外側のホールは内側のホールよりも大きい強度のレーザビームで穿孔された結果である。この理由として、ホールの穿孔プロセスの間に、切除の生成物が中央のホールの周りに一層集中して、外側のホールの領域におけるよりも、ここではレーザ放射が一層強く吸収されることが仮定される。
【００３５】
従って、すべてのホールの直径が同じになるように、強度分布を調整することが必要である。図６は、図５によるホールの直径の変動ではなく、図４によるホールの直径の理想的な変動を達成できるレーザ放射用の適切な強度分布を示す。
【００３６】
以下に説明する図面は、どのようにしてこれが達成されるかを概略的に示している。図７は、例えば、図１の断面I−IIにおいて発生する複数の部分ビーム２８の構成を示す。放射のこのスポット、すなわちコンデンサレンズＣＬの少し後ろでは、個々の部分ビーム（図１により、直径はｄ）は、まだ互いに分離している。すなわち、それらはまだ互いに重ね合っていない（オーバラップしていない）。図７による描写は、図１による２つの均質化装置の構成に基づいている。図１では、各均質化装置は互いに垂直に配置された２つのシリンドリカルレンズのアレイから成り、各アレイは５つの垂直なシリンドリカルレンズと４つの水平なシリンドリカルレンズとを示している。従って、シリンドリカルレンズは互いに対で垂直に位置する、すなわち、均質化がレーザビームの両方の軸、すなわち、図１および図２による図面の面ならびにそれに垂直な面で達成される。
【００３７】
そのような構成によって、２０個の部分ビーム３０に対応する２０個の正方形の照射フィールドが作成される。結像面においては、この結像面は図２による配置では本質的にマスク２６の面に一致するが、個々の部分ビーム３０は、図７に示す正方形から図８に示す細長い形状３２に変換される。すなわち、シリンドリカルレンズによって、個々の部分ビーム３０は図８に示すような細長い形状３２に引き伸ばされる。このことは、図７に示す部分ビーム３０のすべての２０個のフィールドが、実際に図８に示す部分ビームの形状３２により互いに完全に重なり合うことを意味する。
【００３８】
コンデンサレンズＣＬからの距離が増えるにつれて、図１ではハッチングによって見分けることができる増大する重ね合わせが、図９に概略的に示されている。この図９では、図７に示すように、２つの部分ビーム３０ａおよび３０ｂが例として取り上げられている。前述した種類のシリンドリカルレンズは、各水平方向（すなわち、図面では「左から右への」方向）の部分ビームが非常に拡大され、一方、これに対する垂直方向（すなわち、図面では「上から下への」方向）に走る各部分ビームはあまり拡大されないように動作する。図９は、部分ビームすなわちボールド体で囲まれた部分ビーム３０ａおよび３０ｂを拡大して示している。図９は、図２の位置III−IV、すなわち光学システムの軸Ａに垂直な断面にほ
ぼ対応する。これにより、２つの部分ビーム３０ａ，３０ｂは、水平方向には大きく拡大され、垂直方向にはそれほど拡大されない。この結果、重ね合わせは水平方向では垂直方向よりも大きい（本願では、「水平方向」および「垂直方向」という用語は、地表に関してではなく、システムの相対的な方向に関するか、そうでない場合は、これらの方向は広く任意に選択できる）。
【００３９】
ダイアフラム３６を図１０に基づいて部分的に重なり合っている部分ビーム３４内に挿入すると、放射の様々な部分が、部分的に拡大され互いに重なり合う（まだ完全ではないが）種々の部分ビームから切除される。図１０による実施形態のダイアフラム３６は、開口があるダイアフラムである。すなわち、図示した円内にあるすべての放射はこれを通過できる。具体例として示した部分ビーム３０ｃ（これは部分ビーム３０ａと同様であるが、１列上にシフトされている）については、これは結果として、例えば、ほぼ半分の放射がカットされているが、３０ｂからは放射のわずかな部分しかカットされていない。本発明のこの実施形態においては、様々な部分が少なくともいくつかの部分ビームから切除されるように、部分ビームの外側の範囲の放射がカットされる。このことは、動作面（例えば、図１の面１４または図２のマスク面２６）において示したレーザビームの寸法を変えることではなく、レーザビーム内の強度分布を変えるだけである。レーザビームの寸法は、変化しないままである。図１０によるダイアフラム３６を配置する結果、中心領域でのレーザビームの強度が増加し、周辺近くでは強度が減少する。このため、ほぼ図６による強度分布が達成される。
【００４０】
ダイアフラム３６のアパーチャの寸法を変更すると、基板面上に結像したレーザビームの強度分布も変更される。ダイアフラム３６が完全な開口である場合、すなわち、放射がカットされない場合、結果として図３による完全に均質な強度分布が得られる。次に、ダイアフラム３６のアパーチャがゆっくりと減少して、放射の部分を少しずつ切除すると、境界の強度がゆっくりと減少する（図６）。ダイアフラムのアパーチャをさらに減少させると、レーザビームの強度が中央部で減少するまで、効果は絶えずより強くなる。ダイアフラムのアパーチャをさらに一層減少させると、内側から外側への強度間の関係を変えることなく、全体の強度のみが減少し続ける。このため、ダイアフラムを調整する有効領域は、完全にオーブンな位置と、放射強度が中心領域でも減少始める前述した位置との間にある。
【００４１】
図１１は変更したダイアフラムを示す。このダイアフラムは、この図では円形ではなく、２つの部分的なダイアフラム３８ａおよび３８ｂによって角張っている。これら両方のダイアフラムは、それぞれ左および右から放射経路内への挿入に適している。その他の点では、これらの関係は、図１０の関係に極めて一致している。すなわち、強度分布の変更は、２つの部分的なダイアフラム３８ａ，３８ｂの位置関係にもよるが、前述した詳細に類似している。
【００４２】
図６に概略的に示した強度分布によって、図５によるホールの直径の望ましくない変動は、ホールのアレイを作成する間に、結果として図４による理想的に一定なホールの直径が得られるまで修正できる。
【００４３】
例えば、図１０および図１１によるダイアフラムを用いて、ビームの中心における放射強度に影響を与えることなく、ビームの周辺領域におけるレーザ放射の強度を最大８０％まで減少させることが達成可能である。
【００４４】
本発明は、開口したダイアフラムを用いるだけでなく、レーザビームの中心領域の放射部分を切除するようなダイアフラムを用いても実現できる。このことは、図１２および図１３に示されている。
【００４５】
図１２によれば、ダイアフラム４０が部分的に重ね合わされた部分ビームのフィールド３４の中央に配置されている（この図は、図７および図８に同様に相当する）。それゆえ、このダイアフラム４０は開口が付いたダイアフラムではないが、中央に配置されたダイアフラムであり、ビームの中央部分を切除しビームの周辺領域を通過させる。個々の部分ビームに対するそのようなダイアフラム４０の効果は、部分ビーム３０ａ，３０ｂと共に図１２に概略的に示されている。すなわち、このダイアフラム４０は、外側に位置する部分ビーム３０ｂからはもっと内側に位置する部分ビーム３０ａからよりも切除する放射は少ない（この図でも、両方の部分ビーム３０ａ，３０ｂはボールド体で示されており、図１０と同様に、ダイアフラム４０はほぼ図２の位置III−IVに配置されている）。従って、
このようにして得られた強度分布は、図１３の概略図の通りである。周辺領域の放射強度は、中央部よりも高い。このことは、レーザ放射の特定の用途については望ましく、またダイアフラムによって簡単に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザビームの強度分布をコントロールする手段の中で好適に使用される均質化装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明によるレーザビームの強度分布をコントロールする手段の中で使用可能なマスクを含む、均質化装置さらに光学素子を概略的に示す図である。
【図３】図１および図２による装置を用いて達成できる、エキシマーレーザのビームの典型的な均質な強度分布を示す図である。
【図４】均質な強度分布を有するレーザ放射によって、ホールのアレイを穿孔する場合に期待できる、ホール直径の変動を示す図である。
【図５】レーザ放射によって穿孔したホールについて実際に発生する直径の変動を示す図である。
【図６】直径が一定のホールを生成するための、レーザビームの好ましい強度分布を概略的に示す図である。
【図７】均質化装置の凸レンズの直後の、レーザビームの部分ビームの配置を概略的に示す図である。
【図８】所望の面、例えば、マスクの面上に結像した場合の、レーザ放射の単一の部分ビームを示す図である。
【図９】図７に示すよりも比較的大きな、凸レンズに対して距離をおいた、レーザ放射の軸に垂直なセクションを示す図であり、ここでは、個々の部分ビームはすでに部分的に拡大され、このため互いにオーバラップしている。
【図１０】均質化装置の効果により、レーザビームの部分ビームがまだ完全に互いにオーバラップしていない位置において、レーザビーム内に配置されたダイアフラムを概略的に示す図である。
【図１１】ダイアフラムの変更した実施形態を示す図である。
【図１２】レーザビーム内の中心の放射を切除するダイアフラムの別の実施形態を示す図である。
【図１３】図１２を用いて達成された、レーザビーム内の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０  均質化装置
１２  レーザビーム
１４  結像面
１６  拡大光学機器
２６  マスク
ＬＡ１，ＬＡ２  シリンドリカルレンズ
ＣＬ  コンデンサレンズ
【図１】
0003738170.tif 000002
【図２】
0003738170.tif 000003
【図３】
0003738170.tif 000004
【図４】
0003738170.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003738170.tif 000008
【図８】
0003738170.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003738170.tif 000011
【図１１】
0003738170.tif 000012
【図１２】
0003738170.tif 000013
【図１３】
0003738170.tif 000014