レーザ加工方法およびレーザ加工装置
【課題】レーザ加工方法において、加工速度の向上を図る。
【解決手段】本レーザ加工方法では、レーザ光を照射し、マスク５０１に形成されたパターンを介し、結像レンズ５０６を経て、基板６００上に像を照射する。なお、一度のパルス照射で、基板６００上には、複数の像が投影される。そして、一度に基板６００上に照射される像間の間隔を調整し、マスク５０１と基板６００の、１パルス間の相対移動量を当該間隔にあわせて調整し、そして、スキャン速度を調整する。これにより、スキャン速度を向上でき、生産性の向上に寄与できる。
【解決手段】本レーザ加工方法では、レーザ光を照射し、マスク５０１に形成されたパターンを介し、結像レンズ５０６を経て、基板６００上に像を照射する。なお、一度のパルス照射で、基板６００上には、複数の像が投影される。そして、一度に基板６００上に照射される像間の間隔を調整し、マスク５０１と基板６００の、１パルス間の相対移動量を当該間隔にあわせて調整し、そして、スキャン速度を調整する。これにより、スキャン速度を向上でき、生産性の向上に寄与できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、レーザ光をパターンが形成されたマスクに照射し、マスクパターンの像を被加工物上に投影してレーザ加工を行なうレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザでワークを加工する方法に関し、種々の技術が開示されている。たとえば、特許文献１（特開平８−２０１８１３号公報）には、液晶ディスプレイのリペア方法が開示されている。当該方法は、小径のパルスレーザスポットをスキャンして欠陥画素における配向性を低下させるものであって、被加工物である配向膜の温度上昇や、発生する気泡などを考慮して、パルスレーザスポット間のオーバラップ率と、パルスレーザスポット径と、パルスレーザの繰返し周波数ｆと、スキャン速度との関係を規定し、かつ、オーバラップ率の範囲や１パルスごとの加工対象物の移動距離を規定するものである。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００６−２８９３８８号公報）には、レーザ加工装置において、被加工物の加工ラインに沿って均一なレーザ加工を施すために、レーザ光線照射手段がパルスレーザ光線のスポットの形状を楕円形に成形し、楕円の短軸と長軸の長さの範囲を設定し、そして、パルスレーザー光線の繰返し周波数と囲う送り速度と楕円形のスポットの重なり率を制御する技術が開示されている。
【０００４】
なお、従来のレーザ加工方法において、微小な加工等のためにマスクを用いる技術についても開示されている。たとえば、特許文献３（特開平８−６６７８１号公報）には、マスクパターンの像を被レーザ加工物上に投影してレーザ加工を行なうレーザ加工方法に関する技術が開示されている。当該方法では、多重反射されたエキシマレーザビームの強度分布が均一ではない場合であっても適切な加工エネルギーをワークに与えるために、マスクとワークのスキャン移動方向とエキシマレーザビームの反射移動方向を一致させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０１８１３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９３８８号公報
【特許文献３】特開平８−６６７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーザ加工方法では、ワーク（被加工物）に対して均一にレーザ加工を施すことなどの検討はされていたが、加工速度の向上については検討はなされていなかった。従来のレーザ加工方法では、特に特許文献３に開示されているようなマスクを用いた加工方法では、オーバーラップ率を規定すると、スキャン速度は、レーザの繰返し周波数およびマスクに形成されたパターンのサイズによって一意的に決定されるため、加工速度の向上ができなかった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置において、加工速度の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従ったレーザ加工方法は、レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、レーザ光のパルスごとにパターンの像の一部が重畳するようにマスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工方法であって、マスクと被加工物を、パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させ、被加工物上に、第１の方向に配列されたｎ個のパターンの像を、第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、レーザ光のパルスごとの像の被加工物上の第１の方向についての移動量がｒであって、像と被加工物の第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たす。
【０００９】
本発明に従ったレーザ加工装置は、レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、レーザ光のパルスごとにパターンの像の一部が重畳するようにマスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工装置であって、マスクと被加工物を、パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させる移動手段と、レーザ光照射手段および移動手段を制御する制御手段と、被加工物上に、第１の方向に配列されたｎ個のパターンの像を、第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、かつ、レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、レーザ光のパルスごとの像の被加工物上の第１の方向についての移動量がｒであって、像と被加工物の第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たすように、レーザ光照射手段および移動手段を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、被加工物上に一度に複数のパターンの像でパルスのレーザ光を照射しながら、同一箇所に適切な回数（パルス）を照射できる。したがって、一度に単一のパターンの像のレーザ光を照射する方法よりも、加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のレーザ加工方法の一実施の形態が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の制御システムのハードウェア構成を示す図である。
【図３】図１のマスクの拡大斜視図である。
【図４】図１のレーザ装置において基板上にレーザビームが照射される様子を模式的に示す図である。
【図５】図１のレーザ装置において、１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図６】図１のレーザ装置において、連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図７】図１のレーザ装置の比較例（１）でのパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図８】図１のレーザ装置の比較例（２）での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図９】図１のレーザ装置の比較例（２）での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１０】（Ａ）は、図１のレーザ装置の第１の変形例での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、当該変形例での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１１】（Ａ）は、図１のレーザ装置の第２の変形例での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、当該変形例での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に従った情報処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一の機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
［１．レーザ装置の概略構成］
図１は、本発明のレーザ加工方法の一実施の形態が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【００１４】
図１を参照して、レーザ装置は、レーザ発振器４００と、ミラー５０４と、ビームエキスパンダ３００と、ミラー５０３と、マスク５０１と、結像レンズ５０６とを含む。また、レーザ装置は、被加工物である基板６００が載置されるＸＹテーブル２００を含む。
【００１５】
レーザ発振器４００から発振されるレーザビームは、ミラー５０４で反射されてビームエキスパンダ３００へ送られ、ビームエキスパンダ３００によってその広がり角を調整された後ミラー５０３へ送られ、ミラー５０３によってマスク５０１に送られる。マスク５０１には、後述するパターンが形成される。そして、レーザビームの、マスク５０１のパターンの像が、結像レンズ５０６によって基板６００に所定倍率で結像される。
【００１６】
なお、マスク５０１の光照射領域の全域に渡って均一な強度のレーザ光を照射するために、ビームエキスパンダ３００とマスク５０１の間に、ビームホモジェナイザ（強度均一化光学系）が追加されても良い。
【００１７】
ＸＹテーブル２００は、基板６００を載置される載置台２０２と、当該載置台２０２をマスク５０１に対して移動させる駆動部２０１を含む。駆動部２０１は、たとえばモータなどの駆動源を含み、ＸＹテーブル２００をＸ方向（図１の両矢印ＡＸ方向）およびＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）に移動させる。
【００１８】
制御システム１００は、レーザ発振器４００および駆動部２０１の動作を制御する。制御システム１００のハードウェア構成を、図２に示す。
【００１９】
［２．制御システムのハードウェア構成］
図２を参照して、制御システム１００を構成するコンピュータは、処理装置１０２、記憶装置１０３、ＲＯＭ（Reed Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５、表示装置１０６、操作パネル１０７、および、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０８を備えている。これらの各要素は、バス１０１によって互いに接続されている。
【００２０】
処理装置１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを含む。当該プロセッサ（処理装置１０２）が記憶装置１０３に記憶されたプログラムを実行することにより、処理装置１０２は、本明細書に記載された、レーザ発振器４００やＸＹテーブル２００の動作の制御を実行する。なお、処理装置１０２が実行するプログラムは、必ずしも記憶装置１０３に記憶されていなくてもよく、処理装置１０２を含むコンピュータに着脱可能に構成された記録媒体に記録されていても良く、レーザ装置がネットワークに介して通信可能な記憶装置に記憶されていても良い。
【００２１】
ＲＡＭ１０５は、処理装置１０２のワークエリアとなる。操作パネル１０７は、キーボードやマウス、タッチパネル等の、情報を入力するための周知の装置である。
【００２２】
記憶装置１０３には、本実施の形態において利用されるパルスエネルギ強度などの種々のデータが記憶されている。その記憶内容については、後述する。
【００２３】
制御システム１００は、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して、ＸＹテーブル２００の駆動部２０１およびレーザ発振器４００に制御信号を送信する。これにより、レーザ発振器４００は、制御システム１００から指示されたタイミングで、指示された強度のレーザビームを発振する。また、駆動部２０１は、制御システム１００から指示されたパターンで、載置台２０２を移動させる。
【００２４】
［３．マスクの構成］
図３は、マスク５０１の拡大斜視図である。マスク５０１には、ほぼ正方形の４つのパターン５１１〜５１４が形成されている。
【００２５】
図４に、本実施の形態において基板６００上にレーザビームが照射される様子を模式的に示す。
【００２６】
図４から理解されるように、ミラー５０３からマスク５０１に送られるビームＢＭは、マスク５０１のパターン５１１〜５１４のそれぞれを介して、ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４として、基板６００上に送られる。基板６００上では、ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４のそれぞれの像が投影される。
【００２７】
本実施の形態では、上記したように、載置台２０２をマスク５０１に対して移動させながら連続的にレーザビームを基板６００上に照射することにより、基板６００の全体に渡ってレーザビームを照射する。なお、レーザビームの照射の際に、載置台２０２とマスク５０１が相対的に移動されれば良く、基板６００上のレーザビームの照射位置がＸ軸方向に移動されれば良い。つまり、載置台２０２（基板６００）を固定して、マスク５０１（および、マスク５０１にレーザビームを照射する光学系（ミラー５０３，５０４等））を移動させても良いし、載置台２０２（基板６００）とマスク５０１（および上記光学系）の双方を移動させても良い。なお、本実施の形態では、基板６００上のレーザビームの照射位置の移動方向を、スキャン方向と言う。
【００２８】
図４では、Ｘ軸とＹ軸が記載されている。Ｘ軸の方向は、図１の両矢印ＡＸ方向に相当する。
【００２９】
ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４の像は、Ｘ軸方向に配列されている。そして、基板６００をマスク５０１に対してＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向に沿ったライン状にレーザビームを照射する。ラインＥ１〜Ｅ４は、基板６００上にレーザビームを照射されたラインを示している。
【００３０】
本実施の形態では、１ラインずつレーザビームが照射される。具体的には、矢印Ａ１１に沿って照射が行なわれることによりラインＥ１が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされた後、矢印Ａ１２に沿って照射が行なわれてラインＥ２が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされて、矢印Ａ１３に沿って照射が行なわれてラインＥ３が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされる。図４では、ラインＥ２が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされた後、矢印Ａ１３に沿ってラインＥ３を形成するようにレーザビームの照射が行なわれている状態が示されている。
【００３１】
図４では、マスク５０１によってレーザビームが遮蔽される領域（マスク５０１の外郭の像が基板６００に投影された場合の当該像）のＹ軸方向の寸法がＭで示されている。本実施の形態では、ＭはＬよりも短くなるように構成されている。
【００３２】
［４．レーザビームの１回のパルス照射におけるワーク上の像］
図５に、１回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００３３】
図５の矢印Ｘは、上記したスキャン方向を示す。
像Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ、マスク５０１のパターン５１１〜５１４を介して基板６００上に形成された像である。像Ｓ１〜Ｓ４は、スキャン方向の寸法がａ（ｍｍ）とされ、また、各像は、スキャン方向に距離ｐ（ｍｍ）だけ離間されて投影される。寸法ａ（ｍｍ）は、たとえば０．４（ｍｍ）とされる。距離ｐ（ｍｍ）は、たとえば０．１（ｍｍ）とされる。
【００３４】
［５．レーザビームの連続照射におけるワーク上の像］
図６に、連続した複数回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００３５】
図６において、像Ｓ１１〜Ｓ１４は、基板６００に対して、図５に示されたような像の配列で１回目のパルス照射が行なわれた場合の、基板６００上の像の組である。図６中の矢印Ｘは、スキャン方向を示す。
【００３６】
本実施の形態では、パルスごとに、スキャン方向にｒ（ｍｍ）だけレーザ光の照射位置が移動するものとする。ｒは、ｒ＝ｎ×ｐで表され、ｎは、一度のパルス照射で基板６００上に形成される像の数であり、マスク５０１においてスキャン方向に対応する方向に形成されるパターンの数である。このようにｒが調整されることにより、位置Ｐ１より右方で、隙間無く、かつ効率よく、基板６００に対して４回のパルス照射ができる。
【００３７】
パルスごとに、上記のようにレーザ光の照射位置が移動するため、本実施の形態では、２回目以降のパルス照射による像は、図６の像Ｓ２１〜Ｓ２４等に示されるような位置に投影される。具体的には、像Ｓ２１〜Ｓ２４は、２回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ３１〜Ｓ３４は、３回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ４１〜Ｓ４４は、４回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ５１〜Ｓ５４は、５回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００３８】
なお、図６では、各像は、説明を容易にするために、パルス照射の回数ごとに少しずつＹ軸方向にずらされて記載されているが、実際には、図６中のＹ軸方向について同じ位置に配置される。図６において、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に交わる方向であり、Ｘ軸方向は、スキャン方向である。また、図６において、Ｘ軸方向に配列された複数の破線は、説明を容易にするために補助的に記載されているものであり、Ｘ軸方向に、図５において示した像間の距離ｐに相当する間隔で配列されている。
【００３９】
本実施の形態では、説明を容易にするために、基板６００上に４回パルス照射がされると、加工が完了するものとする。
【００４０】
図６に示された例では、像Ｓ１４と像Ｓ２３と像Ｓ３２と像Ｓ４１が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされいている。つまり、図６では、基板６００上の位置Ｐ１より右方の領域において、像が４つ重ねられる。図６では、パルス照射が４回なされることによりレーザ加工が完了した、位置Ｐ１〜Ｐ１´の領域が、有効領域として示されている。
【００４１】
［６．比較例との対比］
（６−１．比較例（１））
本実施の形態の比較例として、図７に、１回のパルス照射で１つの像のみが基板６００上に投影される場合の、連続した複数回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００４２】
図７では、各回のパルス照射によって基板６００上に形成される像ＳＡ０１〜ＳＡ３６が、基板６００上に投影される順序で、左から右へと配列されている。なお、図７では、スキャン方向がＸ軸で示されている。また、像ＳＡ０１〜ＳＡ３６は、実際には、Ｙ軸方向について同じ位置に配置されるが、図７では、説明を容易にするために、４つの像ごとにずらされて記載されている。また、図７において、Ｘ軸方向に配列された複数の破線は、補助的に、図５の像間の距離ｐに相当する間隔を示す。
【００４３】
この比較例では、像ＳＡ０１〜ＳＡ０４が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この比較例での有効領域は、位置Ｐ２〜Ｐ２´となる。
【００４４】
本実施の形態では、位置Ｐ２より右方の領域で、隙間無く、同一箇所に４回パルス照射がなされるようにするため、レーザ照射位置の、パルスごとのスキャン方向の移動距離をｒ（ｒ＝ｎ×１／４ａ）とされる必要がある。
【００４５】
ここで、図６に示した例と図７の比較例とで、スキャンに要する時間の比較を行なう。
図６に示した例および本比較例において、基板６００上に照射される各像のスキャン方向の寸法（ａ）を０．４（ｍｍ）とし、レーザパルスの繰返し周波数を１０００（Ｈｚ）とする。
【００４６】
図７の比較例では、パルス毎のレーザ光（の像）と基板６００とのスキャン方向の相対移動量を０．１（ｍｍ）とする。この場合、レーザ光（の像）と基板６００とのスキャン方向の相対移動速度（スキャン速度）は、１００（ｍｍ／ｓｅｃ）となる。なお、スキャンは、載置台２０２を駆動部２０１で駆動させることにより行なわれるものとし、その加速度を１Ｇ（＝９８０６ｍｍ／ｓｅｃ２）、加減速距離を除く加工距離（Ｘ軸方向についての加工を行なうべき寸法。図４のＬ１。）を１０００ｍｍ（等速区間長さ)とすると、上記加工距離を加工するのに要する時間（スキャン時間）は、次の式（１）で表されるように、１０．０２（ｓｅｃ）となる。
【００４７】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／１００＋１００／９８０６×２
＝１０．０２（ｓｅｃ） …（１）
一方、図６の例では、一度に照射される像の数（マスク５０１上のパターンの数）を４とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の４倍にできるので、スキャン時間は、次の式（２）で表されるように、２．５２（ｓｅｃ）となる。
【００４８】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×４）＋１００／９８０６×２
＝２．５２（ｓｅｃ） …（２）
なお、上記式（２）では、等速区間長さをスキャンする速度を速度ｓとした場合、これと等速区間長さ（１０００ｍｍ）との積として、等速区間長さをスキャンする時間が算出されている。速度ｓは、次の式（３）で表される。
【００４９】
ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ …（３）
式（３）において、ｎは、一度のパルス照射での基板６００上に投影される像の数である。上記式（２）では、ｎは４とされている。
【００５０】
ｐは、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の間隔である。上記式（２）では、ｐは０．１（ｍｍ）とされている。
【００５１】
ｆは、レーザパルスの繰返し周波数である。上記式（２）では、ｆは１０００（Ｈｚ）とされている。
【００５２】
なお、本実施の形態では、上記した相対移動量ｒは、次の式（４）で表される。
ｒ＝ｎ×ｐ …（４）
式（４）において、ｎは、上記したように、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像の数である。ｐは、上記したように、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の間隔である。また、ｐは、各像のスキャン方向についての寸法を寸法ａとすると、次の式（５）で表される。
【００５３】
ｐ＝ａ／ｎ …（５）
以上の次第で、図６を主に参照して説明した本実施の形態のように、マスク５０１に複数のパターンを形成することにより基板６００上に複数の像を一度のパルス照射で投影できるようにし、また、一度に基板６００上に照射される像間の間隔を上記のように調整し、相対移動量を上記間隔にあわせて調整し、そして、スキャン速度を上記のように調整することにより、スキャン速度が向上できて、生産性の向上に寄与できる。
【００５４】
（６−２．比較例（２））
本実施の形態の第２の比較例として、１回のパルス照射で基板６００上に投影される像の間隔が、図５を主に参照して説明したｐよりも長くされた例を説明する。
【００５５】
図８（Ａ）は、図５に示した、本実施の形態に従って一度のパルス照射で基板６００上に照射される複数の像Ｓ１〜Ｓ４を模式的に示す。
【００５６】
一方、図８（Ｂ）は、比較例に従って、一度のパルス照射で基板６００上に照射される複数の像ＳＡ１〜ＳＡ４を模式的に示す。図８（Ａ）および図８（Ｂ）において、下向きの矢印はそれぞれスキャン方向を示す。
【００５７】
図８（Ｂ）において、像ＳＡ１〜ＳＡ４のスキャン方向についての寸法は、像Ｓ１〜Ｓ４と同様にａとされている。一方、像ＳＡ１〜ＳＡ４のスキャン方向についての像間の間隔は距離２ｐとされている。つまり、像Ｓ１〜Ｓ４における間隔の２倍とされている。
【００５８】
図９に、図８（Ｂ）に従った態様でのスキャン（レーザの連続照射）が行なわれた際の、基板６００上に照射される像を模式的に示す。
【００５９】
図９を参照して、像Ｓ９０１〜Ｓ９０４は、基板６００に対して、図８（Ｂ）に示されたような像の配列で１回目のパルス照射が行なわれた場合の、基板６００上の像の組である。図９中のＸ軸方向は、スキャン方向を示す。
【００６０】
本比較例では、パルスごとに、スキャン方向にｒ（ｍｍ）だけレーザ光の照射位置が移動する。ｒは、ｒ＝ｎ×ｐで表され、ｎは、一度のパルス照射で基板６００上に形成される像の数である。
【００６１】
パルスごとに、上記のようにレーザ光の照射位置が移動するため、本比較例では、２回目以降のパルス照射による像は、像Ｓ９１１〜Ｓ９１４等に示されるような位置に投影される。具体的には、像Ｓ９１１〜Ｓ９１４は、２回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９２１〜Ｓ９２４は、３回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９３１〜Ｓ９３４は、４回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９４１〜Ｓ９４４は、５回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９５１〜Ｓ９５４は、６回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００６２】
図９では、図６等と同様に、各像は、説明を容易にするために、パルス照射の回数ごとに少しずつＹ軸方向にずらされて記載されているが、実際には、図９中のＹ軸方向について同じ位置に配置される。また、図９では、複数の破線が、Ｘ軸方向に、補助的に、図５において示した像間の距離ｐに相当する間隔で配列されている。
【００６３】
本比較例では、像９０４と像９１３と像９２２と像９３４が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。
【００６４】
ただし、本比較例では、本比較例では、同一箇所に４回のパルスが照射されているが、オーバラップ率が５０％となっている。一方、図６に示す本発明の実施の形態に従ったレーザ照射では、同一箇所に４回のパルスが照射され、オーバラップ率は２５％である。加工特性上、オーバラップ率を規定する必要のある加工（例えば、特許文献１や特許文献２に記載されるように、所定のオーバラップ率とすること、すなわち、１パルス毎に少しずつ照射位置をずらしながら加工を行なうことによって、加工性が良好になる場合がある）では、本発明の実施の形態による方法が有効となる。
【００６５】
［７．変形例］
以上説明した本実施の形態では、１回のパルス照射で基板６００上に照射される像の数は４とされているが、本発明に従ったレーザ加工方法における当該数はこれに限定されない。
【００６６】
図１０（Ａ），図１０（Ｂ）および図１１（Ａ），図１１（Ｂ）に、当該数が２にされた場合の変形例、当該数が３にされた場合の変形例をそれぞれ示す。
【００６７】
（７−１．ｎ＝２の場合）
図１０（Ａ）では、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像の数が２である場合の、像Ｓ１および像Ｓ２が示されている。像Ｓ１と像Ｓ２の、スキャン方向（矢印Ｘ方向）についての寸法はａであり、間隔はｐである。
【００６８】
図１０（Ａ）に示された変形例のスキャンでは、図１０（Ｂ）に示されるように、各回のパルス照射による基板６００上の像が、像Ｓ１１〜Ｓ８２で示される。具体的には、像Ｓ１１〜Ｓ１２は、１回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。また、像Ｓ２１〜Ｓ２２は２回目の、像Ｓ３１〜Ｓ３２は３回目の、像Ｓ４１〜Ｓ４２は４回目の、像Ｓ５１〜Ｓ５２は５回目の、像Ｓ６１〜Ｓ６２は６回目の、像Ｓ７１〜Ｓ７２は７回目の、そして、像Ｓ８１〜Ｓ８２は８回目の、それぞれのパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００６９】
図１０（Ａ）を参照して説明した変形例においても、図５および図６を主に参照して説明した実施の形態と同様に、等速区間長さのスキャン速度ｓ、相対移動量ｒおよび一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の距離（間隔）ｐは、式（３）、式（４）および式（５）を用いて決定することができる。これにより、連続でパルス照射された際の像は、図１０（Ｂ）に示されるように投影される。本変形例ではｎが２であるため、図１０（Ｂ）では、図５および図６を参照して説明したｎが４である例と比較して、相対移動量ｒが、４ｐから２ｐに変更されている。つまり、たとえば、像Ｓ１１と像Ｓ２１の対応する箇所の距離や像Ｓ２１と像Ｓ３１の対応する箇所の距離が、２ｐとされている。
【００７０】
この変形例では、像Ｓ１２と像Ｓ２２と像Ｓ３１と像Ｓ４１とが重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この変形例での有効領域は、位置Ｐ３より右方の領域となる。
【００７１】
式（１）等で説明したスキャン時間について検討する。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）を参照して説明した変形例では、一度に照射される像の数を２とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の２倍にできる。これにより、スキャン時間は、次の式（６）で表されるように、５．０２（ｓｅｃ）となる。
【００７２】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×２）＋１００／９８０６×２
＝５．０２（ｓｅｃ） …（６）
つまり、式（１）により算出される比較例のスキャン時間（１０．０２（ｓｅｃ））よりも短縮できる。
【００７３】
（７−２．ｎ＝３の場合）
図１１（Ａ）に示された変形例のスキャンでは、図１１（Ｂ）に示されるように、各回のパルス照射による基板６００上の像が、像Ｓ１１〜Ｓ６３で示される。具体的には、像Ｓ１１〜Ｓ１３は、１回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。また、像Ｓ２１〜Ｓ２３は２回目の、像Ｓ３１〜Ｓ３３は３回目の、像Ｓ４１〜Ｓ４３は４回目の、像Ｓ５１〜Ｓ５３は５回目の、そして、像Ｓ６１〜Ｓ６３は６回目の、それぞれのパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００７４】
図１１（Ａ）を参照して説明した変形例においても、図５および図６を主に参照して説明した実施の形態と同様に、等速区間長さのスキャン速度ｓ、相対移動量ｒおよび一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の距離ｐは、式（３）、式（４）および式（５）を用いて決定することができる。これにより、連続でパルス照射された際の像は、図１１（Ｂ）に示されるように投影される。本変形例ではｎが３であるため、図１１（Ｂ）では、図５および図６を参照して説明したｎが４である例と比較して、相対移動量ｒが、４ｐから３ｐに変更されている。つまり、たとえば、像Ｓ１１と像Ｓ２１の対応する箇所の距離や像Ｓ２１と像Ｓ３１の対応する箇所の距離が、３ｐとされている。
【００７５】
この変形例では、像Ｓ１３と像Ｓ２２と像Ｓ３２と像Ｓ４１とが重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この変形例での有効領域は、位置Ｐ４より右方の領域となる。
【００７６】
式（１）等で説明したスキャン時間について検討する。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して説明した変形例では、一度に照射される像の数を３とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の３倍にできる。これにより、スキャン時間は、次の式（７）で表されるように、３．３５（ｓｅｃ）となる。
【００７７】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×３）＋１００／９８０６×２
＝３．３５（ｓｅｃ） …（７）
つまり、式（１）により算出される比較例のスキャン時間（１０．０２（ｓｅｃ））よりも短縮できる。
【００７８】
［８．その他の変形例等］
以上説明した本実施の形態およびその変形例では、レーザ光が照射されることによりマスク５０１を介して基板６００上に投影される各像の形状は矩形とされたが、本発明はこれに限定されない。また、スキャンは、直線状になされたが、曲線状であっても良い。また、レーザパルスの繰返し周波数や等速区間長さも、上記した値は単なる一例であって、これに限定されるものではない。本発明が適用される系ごとに適宜変更されて良い。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１００ 制御システム、１０２ 処理装置、１０３ 記憶装置、２００ テーブル、２０１ 駆動部、２０２ 載置台、３００ ビームエキスパンダ、４００ レーザ発振器、５０１ マスク、５１１〜５１４ パターン、６００ 基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、レーザ光をパターンが形成されたマスクに照射し、マスクパターンの像を被加工物上に投影してレーザ加工を行なうレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザでワークを加工する方法に関し、種々の技術が開示されている。たとえば、特許文献１（特開平８−２０１８１３号公報）には、液晶ディスプレイのリペア方法が開示されている。当該方法は、小径のパルスレーザスポットをスキャンして欠陥画素における配向性を低下させるものであって、被加工物である配向膜の温度上昇や、発生する気泡などを考慮して、パルスレーザスポット間のオーバラップ率と、パルスレーザスポット径と、パルスレーザの繰返し周波数ｆと、スキャン速度との関係を規定し、かつ、オーバラップ率の範囲や１パルスごとの加工対象物の移動距離を規定するものである。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００６−２８９３８８号公報）には、レーザ加工装置において、被加工物の加工ラインに沿って均一なレーザ加工を施すために、レーザ光線照射手段がパルスレーザ光線のスポットの形状を楕円形に成形し、楕円の短軸と長軸の長さの範囲を設定し、そして、パルスレーザー光線の繰返し周波数と囲う送り速度と楕円形のスポットの重なり率を制御する技術が開示されている。
【０００４】
なお、従来のレーザ加工方法において、微小な加工等のためにマスクを用いる技術についても開示されている。たとえば、特許文献３（特開平８−６６７８１号公報）には、マスクパターンの像を被レーザ加工物上に投影してレーザ加工を行なうレーザ加工方法に関する技術が開示されている。当該方法では、多重反射されたエキシマレーザビームの強度分布が均一ではない場合であっても適切な加工エネルギーをワークに与えるために、マスクとワークのスキャン移動方向とエキシマレーザビームの反射移動方向を一致させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０１８１３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９３８８号公報
【特許文献３】特開平８−６６７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーザ加工方法では、ワーク（被加工物）に対して均一にレーザ加工を施すことなどの検討はされていたが、加工速度の向上については検討はなされていなかった。従来のレーザ加工方法では、特に特許文献３に開示されているようなマスクを用いた加工方法では、オーバーラップ率を規定すると、スキャン速度は、レーザの繰返し周波数およびマスクに形成されたパターンのサイズによって一意的に決定されるため、加工速度の向上ができなかった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置において、加工速度の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従ったレーザ加工方法は、レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、レーザ光のパルスごとにパターンの像の一部が重畳するようにマスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工方法であって、マスクと被加工物を、パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させ、被加工物上に、第１の方向に配列されたｎ個のパターンの像を、第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、レーザ光のパルスごとの像の被加工物上の第１の方向についての移動量がｒであって、像と被加工物の第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たす。
【０００９】
本発明に従ったレーザ加工装置は、レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、レーザ光のパルスごとにパターンの像の一部が重畳するようにマスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工装置であって、マスクと被加工物を、パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させる移動手段と、レーザ光照射手段および移動手段を制御する制御手段と、被加工物上に、第１の方向に配列されたｎ個のパターンの像を、第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、かつ、レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、レーザ光のパルスごとの像の被加工物上の第１の方向についての移動量がｒであって、像と被加工物の第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たすように、レーザ光照射手段および移動手段を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、被加工物上に一度に複数のパターンの像でパルスのレーザ光を照射しながら、同一箇所に適切な回数（パルス）を照射できる。したがって、一度に単一のパターンの像のレーザ光を照射する方法よりも、加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のレーザ加工方法の一実施の形態が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の制御システムのハードウェア構成を示す図である。
【図３】図１のマスクの拡大斜視図である。
【図４】図１のレーザ装置において基板上にレーザビームが照射される様子を模式的に示す図である。
【図５】図１のレーザ装置において、１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図６】図１のレーザ装置において、連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図７】図１のレーザ装置の比較例（１）でのパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図８】図１のレーザ装置の比較例（２）での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図９】図１のレーザ装置の比較例（２）での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１０】（Ａ）は、図１のレーザ装置の第１の変形例での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、当該変形例での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【図１１】（Ａ）は、図１のレーザ装置の第２の変形例での１回のパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図であり、（Ｂ）は、当該変形例での連続したパルス照射によって基板上に形成される像を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に従った情報処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一の機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
［１．レーザ装置の概略構成］
図１は、本発明のレーザ加工方法の一実施の形態が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【００１４】
図１を参照して、レーザ装置は、レーザ発振器４００と、ミラー５０４と、ビームエキスパンダ３００と、ミラー５０３と、マスク５０１と、結像レンズ５０６とを含む。また、レーザ装置は、被加工物である基板６００が載置されるＸＹテーブル２００を含む。
【００１５】
レーザ発振器４００から発振されるレーザビームは、ミラー５０４で反射されてビームエキスパンダ３００へ送られ、ビームエキスパンダ３００によってその広がり角を調整された後ミラー５０３へ送られ、ミラー５０３によってマスク５０１に送られる。マスク５０１には、後述するパターンが形成される。そして、レーザビームの、マスク５０１のパターンの像が、結像レンズ５０６によって基板６００に所定倍率で結像される。
【００１６】
なお、マスク５０１の光照射領域の全域に渡って均一な強度のレーザ光を照射するために、ビームエキスパンダ３００とマスク５０１の間に、ビームホモジェナイザ（強度均一化光学系）が追加されても良い。
【００１７】
ＸＹテーブル２００は、基板６００を載置される載置台２０２と、当該載置台２０２をマスク５０１に対して移動させる駆動部２０１を含む。駆動部２０１は、たとえばモータなどの駆動源を含み、ＸＹテーブル２００をＸ方向（図１の両矢印ＡＸ方向）およびＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）に移動させる。
【００１８】
制御システム１００は、レーザ発振器４００および駆動部２０１の動作を制御する。制御システム１００のハードウェア構成を、図２に示す。
【００１９】
［２．制御システムのハードウェア構成］
図２を参照して、制御システム１００を構成するコンピュータは、処理装置１０２、記憶装置１０３、ＲＯＭ（Reed Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５、表示装置１０６、操作パネル１０７、および、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０８を備えている。これらの各要素は、バス１０１によって互いに接続されている。
【００２０】
処理装置１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを含む。当該プロセッサ（処理装置１０２）が記憶装置１０３に記憶されたプログラムを実行することにより、処理装置１０２は、本明細書に記載された、レーザ発振器４００やＸＹテーブル２００の動作の制御を実行する。なお、処理装置１０２が実行するプログラムは、必ずしも記憶装置１０３に記憶されていなくてもよく、処理装置１０２を含むコンピュータに着脱可能に構成された記録媒体に記録されていても良く、レーザ装置がネットワークに介して通信可能な記憶装置に記憶されていても良い。
【００２１】
ＲＡＭ１０５は、処理装置１０２のワークエリアとなる。操作パネル１０７は、キーボードやマウス、タッチパネル等の、情報を入力するための周知の装置である。
【００２２】
記憶装置１０３には、本実施の形態において利用されるパルスエネルギ強度などの種々のデータが記憶されている。その記憶内容については、後述する。
【００２３】
制御システム１００は、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して、ＸＹテーブル２００の駆動部２０１およびレーザ発振器４００に制御信号を送信する。これにより、レーザ発振器４００は、制御システム１００から指示されたタイミングで、指示された強度のレーザビームを発振する。また、駆動部２０１は、制御システム１００から指示されたパターンで、載置台２０２を移動させる。
【００２４】
［３．マスクの構成］
図３は、マスク５０１の拡大斜視図である。マスク５０１には、ほぼ正方形の４つのパターン５１１〜５１４が形成されている。
【００２５】
図４に、本実施の形態において基板６００上にレーザビームが照射される様子を模式的に示す。
【００２６】
図４から理解されるように、ミラー５０３からマスク５０１に送られるビームＢＭは、マスク５０１のパターン５１１〜５１４のそれぞれを介して、ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４として、基板６００上に送られる。基板６００上では、ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４のそれぞれの像が投影される。
【００２７】
本実施の形態では、上記したように、載置台２０２をマスク５０１に対して移動させながら連続的にレーザビームを基板６００上に照射することにより、基板６００の全体に渡ってレーザビームを照射する。なお、レーザビームの照射の際に、載置台２０２とマスク５０１が相対的に移動されれば良く、基板６００上のレーザビームの照射位置がＸ軸方向に移動されれば良い。つまり、載置台２０２（基板６００）を固定して、マスク５０１（および、マスク５０１にレーザビームを照射する光学系（ミラー５０３，５０４等））を移動させても良いし、載置台２０２（基板６００）とマスク５０１（および上記光学系）の双方を移動させても良い。なお、本実施の形態では、基板６００上のレーザビームの照射位置の移動方向を、スキャン方向と言う。
【００２８】
図４では、Ｘ軸とＹ軸が記載されている。Ｘ軸の方向は、図１の両矢印ＡＸ方向に相当する。
【００２９】
ビームＢＭ０１〜ＢＭ０４の像は、Ｘ軸方向に配列されている。そして、基板６００をマスク５０１に対してＸ軸方向に移動させることにより、Ｘ軸方向に沿ったライン状にレーザビームを照射する。ラインＥ１〜Ｅ４は、基板６００上にレーザビームを照射されたラインを示している。
【００３０】
本実施の形態では、１ラインずつレーザビームが照射される。具体的には、矢印Ａ１１に沿って照射が行なわれることによりラインＥ１が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされた後、矢印Ａ１２に沿って照射が行なわれてラインＥ２が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされて、矢印Ａ１３に沿って照射が行なわれてラインＥ３が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされる。図４では、ラインＥ２が形成され、Ｙ軸方向にレーザ照射位置が距離Ｌだけずらされた後、矢印Ａ１３に沿ってラインＥ３を形成するようにレーザビームの照射が行なわれている状態が示されている。
【００３１】
図４では、マスク５０１によってレーザビームが遮蔽される領域（マスク５０１の外郭の像が基板６００に投影された場合の当該像）のＹ軸方向の寸法がＭで示されている。本実施の形態では、ＭはＬよりも短くなるように構成されている。
【００３２】
［４．レーザビームの１回のパルス照射におけるワーク上の像］
図５に、１回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００３３】
図５の矢印Ｘは、上記したスキャン方向を示す。
像Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ、マスク５０１のパターン５１１〜５１４を介して基板６００上に形成された像である。像Ｓ１〜Ｓ４は、スキャン方向の寸法がａ（ｍｍ）とされ、また、各像は、スキャン方向に距離ｐ（ｍｍ）だけ離間されて投影される。寸法ａ（ｍｍ）は、たとえば０．４（ｍｍ）とされる。距離ｐ（ｍｍ）は、たとえば０．１（ｍｍ）とされる。
【００３４】
［５．レーザビームの連続照射におけるワーク上の像］
図６に、連続した複数回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００３５】
図６において、像Ｓ１１〜Ｓ１４は、基板６００に対して、図５に示されたような像の配列で１回目のパルス照射が行なわれた場合の、基板６００上の像の組である。図６中の矢印Ｘは、スキャン方向を示す。
【００３６】
本実施の形態では、パルスごとに、スキャン方向にｒ（ｍｍ）だけレーザ光の照射位置が移動するものとする。ｒは、ｒ＝ｎ×ｐで表され、ｎは、一度のパルス照射で基板６００上に形成される像の数であり、マスク５０１においてスキャン方向に対応する方向に形成されるパターンの数である。このようにｒが調整されることにより、位置Ｐ１より右方で、隙間無く、かつ効率よく、基板６００に対して４回のパルス照射ができる。
【００３７】
パルスごとに、上記のようにレーザ光の照射位置が移動するため、本実施の形態では、２回目以降のパルス照射による像は、図６の像Ｓ２１〜Ｓ２４等に示されるような位置に投影される。具体的には、像Ｓ２１〜Ｓ２４は、２回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ３１〜Ｓ３４は、３回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ４１〜Ｓ４４は、４回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ５１〜Ｓ５４は、５回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００３８】
なお、図６では、各像は、説明を容易にするために、パルス照射の回数ごとに少しずつＹ軸方向にずらされて記載されているが、実際には、図６中のＹ軸方向について同じ位置に配置される。図６において、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に交わる方向であり、Ｘ軸方向は、スキャン方向である。また、図６において、Ｘ軸方向に配列された複数の破線は、説明を容易にするために補助的に記載されているものであり、Ｘ軸方向に、図５において示した像間の距離ｐに相当する間隔で配列されている。
【００３９】
本実施の形態では、説明を容易にするために、基板６００上に４回パルス照射がされると、加工が完了するものとする。
【００４０】
図６に示された例では、像Ｓ１４と像Ｓ２３と像Ｓ３２と像Ｓ４１が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされいている。つまり、図６では、基板６００上の位置Ｐ１より右方の領域において、像が４つ重ねられる。図６では、パルス照射が４回なされることによりレーザ加工が完了した、位置Ｐ１〜Ｐ１´の領域が、有効領域として示されている。
【００４１】
［６．比較例との対比］
（６−１．比較例（１））
本実施の形態の比較例として、図７に、１回のパルス照射で１つの像のみが基板６００上に投影される場合の、連続した複数回のパルス照射によって基板６００上に形成される像を模式的に示す。
【００４２】
図７では、各回のパルス照射によって基板６００上に形成される像ＳＡ０１〜ＳＡ３６が、基板６００上に投影される順序で、左から右へと配列されている。なお、図７では、スキャン方向がＸ軸で示されている。また、像ＳＡ０１〜ＳＡ３６は、実際には、Ｙ軸方向について同じ位置に配置されるが、図７では、説明を容易にするために、４つの像ごとにずらされて記載されている。また、図７において、Ｘ軸方向に配列された複数の破線は、補助的に、図５の像間の距離ｐに相当する間隔を示す。
【００４３】
この比較例では、像ＳＡ０１〜ＳＡ０４が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この比較例での有効領域は、位置Ｐ２〜Ｐ２´となる。
【００４４】
本実施の形態では、位置Ｐ２より右方の領域で、隙間無く、同一箇所に４回パルス照射がなされるようにするため、レーザ照射位置の、パルスごとのスキャン方向の移動距離をｒ（ｒ＝ｎ×１／４ａ）とされる必要がある。
【００４５】
ここで、図６に示した例と図７の比較例とで、スキャンに要する時間の比較を行なう。
図６に示した例および本比較例において、基板６００上に照射される各像のスキャン方向の寸法（ａ）を０．４（ｍｍ）とし、レーザパルスの繰返し周波数を１０００（Ｈｚ）とする。
【００４６】
図７の比較例では、パルス毎のレーザ光（の像）と基板６００とのスキャン方向の相対移動量を０．１（ｍｍ）とする。この場合、レーザ光（の像）と基板６００とのスキャン方向の相対移動速度（スキャン速度）は、１００（ｍｍ／ｓｅｃ）となる。なお、スキャンは、載置台２０２を駆動部２０１で駆動させることにより行なわれるものとし、その加速度を１Ｇ（＝９８０６ｍｍ／ｓｅｃ２）、加減速距離を除く加工距離（Ｘ軸方向についての加工を行なうべき寸法。図４のＬ１。）を１０００ｍｍ（等速区間長さ)とすると、上記加工距離を加工するのに要する時間（スキャン時間）は、次の式（１）で表されるように、１０．０２（ｓｅｃ）となる。
【００４７】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／１００＋１００／９８０６×２
＝１０．０２（ｓｅｃ） …（１）
一方、図６の例では、一度に照射される像の数（マスク５０１上のパターンの数）を４とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の４倍にできるので、スキャン時間は、次の式（２）で表されるように、２．５２（ｓｅｃ）となる。
【００４８】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×４）＋１００／９８０６×２
＝２．５２（ｓｅｃ） …（２）
なお、上記式（２）では、等速区間長さをスキャンする速度を速度ｓとした場合、これと等速区間長さ（１０００ｍｍ）との積として、等速区間長さをスキャンする時間が算出されている。速度ｓは、次の式（３）で表される。
【００４９】
ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ …（３）
式（３）において、ｎは、一度のパルス照射での基板６００上に投影される像の数である。上記式（２）では、ｎは４とされている。
【００５０】
ｐは、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の間隔である。上記式（２）では、ｐは０．１（ｍｍ）とされている。
【００５１】
ｆは、レーザパルスの繰返し周波数である。上記式（２）では、ｆは１０００（Ｈｚ）とされている。
【００５２】
なお、本実施の形態では、上記した相対移動量ｒは、次の式（４）で表される。
ｒ＝ｎ×ｐ …（４）
式（４）において、ｎは、上記したように、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像の数である。ｐは、上記したように、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の間隔である。また、ｐは、各像のスキャン方向についての寸法を寸法ａとすると、次の式（５）で表される。
【００５３】
ｐ＝ａ／ｎ …（５）
以上の次第で、図６を主に参照して説明した本実施の形態のように、マスク５０１に複数のパターンを形成することにより基板６００上に複数の像を一度のパルス照射で投影できるようにし、また、一度に基板６００上に照射される像間の間隔を上記のように調整し、相対移動量を上記間隔にあわせて調整し、そして、スキャン速度を上記のように調整することにより、スキャン速度が向上できて、生産性の向上に寄与できる。
【００５４】
（６−２．比較例（２））
本実施の形態の第２の比較例として、１回のパルス照射で基板６００上に投影される像の間隔が、図５を主に参照して説明したｐよりも長くされた例を説明する。
【００５５】
図８（Ａ）は、図５に示した、本実施の形態に従って一度のパルス照射で基板６００上に照射される複数の像Ｓ１〜Ｓ４を模式的に示す。
【００５６】
一方、図８（Ｂ）は、比較例に従って、一度のパルス照射で基板６００上に照射される複数の像ＳＡ１〜ＳＡ４を模式的に示す。図８（Ａ）および図８（Ｂ）において、下向きの矢印はそれぞれスキャン方向を示す。
【００５７】
図８（Ｂ）において、像ＳＡ１〜ＳＡ４のスキャン方向についての寸法は、像Ｓ１〜Ｓ４と同様にａとされている。一方、像ＳＡ１〜ＳＡ４のスキャン方向についての像間の間隔は距離２ｐとされている。つまり、像Ｓ１〜Ｓ４における間隔の２倍とされている。
【００５８】
図９に、図８（Ｂ）に従った態様でのスキャン（レーザの連続照射）が行なわれた際の、基板６００上に照射される像を模式的に示す。
【００５９】
図９を参照して、像Ｓ９０１〜Ｓ９０４は、基板６００に対して、図８（Ｂ）に示されたような像の配列で１回目のパルス照射が行なわれた場合の、基板６００上の像の組である。図９中のＸ軸方向は、スキャン方向を示す。
【００６０】
本比較例では、パルスごとに、スキャン方向にｒ（ｍｍ）だけレーザ光の照射位置が移動する。ｒは、ｒ＝ｎ×ｐで表され、ｎは、一度のパルス照射で基板６００上に形成される像の数である。
【００６１】
パルスごとに、上記のようにレーザ光の照射位置が移動するため、本比較例では、２回目以降のパルス照射による像は、像Ｓ９１１〜Ｓ９１４等に示されるような位置に投影される。具体的には、像Ｓ９１１〜Ｓ９１４は、２回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９２１〜Ｓ９２４は、３回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９３１〜Ｓ９３４は、４回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９４１〜Ｓ９４４は、５回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。像Ｓ９５１〜Ｓ９５４は、６回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００６２】
図９では、図６等と同様に、各像は、説明を容易にするために、パルス照射の回数ごとに少しずつＹ軸方向にずらされて記載されているが、実際には、図９中のＹ軸方向について同じ位置に配置される。また、図９では、複数の破線が、Ｘ軸方向に、補助的に、図５において示した像間の距離ｐに相当する間隔で配列されている。
【００６３】
本比較例では、像９０４と像９１３と像９２２と像９３４が重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。
【００６４】
ただし、本比較例では、本比較例では、同一箇所に４回のパルスが照射されているが、オーバラップ率が５０％となっている。一方、図６に示す本発明の実施の形態に従ったレーザ照射では、同一箇所に４回のパルスが照射され、オーバラップ率は２５％である。加工特性上、オーバラップ率を規定する必要のある加工（例えば、特許文献１や特許文献２に記載されるように、所定のオーバラップ率とすること、すなわち、１パルス毎に少しずつ照射位置をずらしながら加工を行なうことによって、加工性が良好になる場合がある）では、本発明の実施の形態による方法が有効となる。
【００６５】
［７．変形例］
以上説明した本実施の形態では、１回のパルス照射で基板６００上に照射される像の数は４とされているが、本発明に従ったレーザ加工方法における当該数はこれに限定されない。
【００６６】
図１０（Ａ），図１０（Ｂ）および図１１（Ａ），図１１（Ｂ）に、当該数が２にされた場合の変形例、当該数が３にされた場合の変形例をそれぞれ示す。
【００６７】
（７−１．ｎ＝２の場合）
図１０（Ａ）では、一度のパルス照射で基板６００上に投影される像の数が２である場合の、像Ｓ１および像Ｓ２が示されている。像Ｓ１と像Ｓ２の、スキャン方向（矢印Ｘ方向）についての寸法はａであり、間隔はｐである。
【００６８】
図１０（Ａ）に示された変形例のスキャンでは、図１０（Ｂ）に示されるように、各回のパルス照射による基板６００上の像が、像Ｓ１１〜Ｓ８２で示される。具体的には、像Ｓ１１〜Ｓ１２は、１回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。また、像Ｓ２１〜Ｓ２２は２回目の、像Ｓ３１〜Ｓ３２は３回目の、像Ｓ４１〜Ｓ４２は４回目の、像Ｓ５１〜Ｓ５２は５回目の、像Ｓ６１〜Ｓ６２は６回目の、像Ｓ７１〜Ｓ７２は７回目の、そして、像Ｓ８１〜Ｓ８２は８回目の、それぞれのパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００６９】
図１０（Ａ）を参照して説明した変形例においても、図５および図６を主に参照して説明した実施の形態と同様に、等速区間長さのスキャン速度ｓ、相対移動量ｒおよび一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の距離（間隔）ｐは、式（３）、式（４）および式（５）を用いて決定することができる。これにより、連続でパルス照射された際の像は、図１０（Ｂ）に示されるように投影される。本変形例ではｎが２であるため、図１０（Ｂ）では、図５および図６を参照して説明したｎが４である例と比較して、相対移動量ｒが、４ｐから２ｐに変更されている。つまり、たとえば、像Ｓ１１と像Ｓ２１の対応する箇所の距離や像Ｓ２１と像Ｓ３１の対応する箇所の距離が、２ｐとされている。
【００７０】
この変形例では、像Ｓ１２と像Ｓ２２と像Ｓ３１と像Ｓ４１とが重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この変形例での有効領域は、位置Ｐ３より右方の領域となる。
【００７１】
式（１）等で説明したスキャン時間について検討する。図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）を参照して説明した変形例では、一度に照射される像の数を２とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の２倍にできる。これにより、スキャン時間は、次の式（６）で表されるように、５．０２（ｓｅｃ）となる。
【００７２】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×２）＋１００／９８０６×２
＝５．０２（ｓｅｃ） …（６）
つまり、式（１）により算出される比較例のスキャン時間（１０．０２（ｓｅｃ））よりも短縮できる。
【００７３】
（７−２．ｎ＝３の場合）
図１１（Ａ）に示された変形例のスキャンでは、図１１（Ｂ）に示されるように、各回のパルス照射による基板６００上の像が、像Ｓ１１〜Ｓ６３で示される。具体的には、像Ｓ１１〜Ｓ１３は、１回目のパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。また、像Ｓ２１〜Ｓ２３は２回目の、像Ｓ３１〜Ｓ３３は３回目の、像Ｓ４１〜Ｓ４３は４回目の、像Ｓ５１〜Ｓ５３は５回目の、そして、像Ｓ６１〜Ｓ６３は６回目の、それぞれのパルス照射が行なわれた場合の基板６００上の像の組である。
【００７４】
図１１（Ａ）を参照して説明した変形例においても、図５および図６を主に参照して説明した実施の形態と同様に、等速区間長さのスキャン速度ｓ、相対移動量ｒおよび一度のパルス照射で基板６００上に投影される像間の距離ｐは、式（３）、式（４）および式（５）を用いて決定することができる。これにより、連続でパルス照射された際の像は、図１１（Ｂ）に示されるように投影される。本変形例ではｎが３であるため、図１１（Ｂ）では、図５および図６を参照して説明したｎが４である例と比較して、相対移動量ｒが、４ｐから３ｐに変更されている。つまり、たとえば、像Ｓ１１と像Ｓ２１の対応する箇所の距離や像Ｓ２１と像Ｓ３１の対応する箇所の距離が、３ｐとされている。
【００７５】
この変形例では、像Ｓ１３と像Ｓ２２と像Ｓ３２と像Ｓ４１とが重なるところで、初めて、基板６００上の同一箇所に４回のパルス照射がなされている。これにより、この変形例での有効領域は、位置Ｐ４より右方の領域となる。
【００７６】
式（１）等で説明したスキャン時間について検討する。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）を参照して説明した変形例では、一度に照射される像の数を３とし、その他の条件を図７の比較例と同じであるとすると、等速スキャン時の速度は図７の比較例の３倍にできる。これにより、スキャン時間は、次の式（７）で表されるように、３．３５（ｓｅｃ）となる。
【００７７】
スキャン時間＝等速区間長さをスキャンする時間＋載置台の加速および減速時間
＝１０００／（１００×３）＋１００／９８０６×２
＝３．３５（ｓｅｃ） …（７）
つまり、式（１）により算出される比較例のスキャン時間（１０．０２（ｓｅｃ））よりも短縮できる。
【００７８】
［８．その他の変形例等］
以上説明した本実施の形態およびその変形例では、レーザ光が照射されることによりマスク５０１を介して基板６００上に投影される各像の形状は矩形とされたが、本発明はこれに限定されない。また、スキャンは、直線状になされたが、曲線状であっても良い。また、レーザパルスの繰返し周波数や等速区間長さも、上記した値は単なる一例であって、これに限定されるものではない。本発明が適用される系ごとに適宜変更されて良い。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１００ 制御システム、１０２ 処理装置、１０３ 記憶装置、２００ テーブル、２０１ 駆動部、２０２ 載置台、３００ ビームエキスパンダ、４００ レーザ発振器、５０１ マスク、５１１〜５１４ パターン、６００ 基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、前記レーザ光のパルスごとに前記パターンの像の一部が重畳するように前記マスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工方法であって、
前記マスクと被加工物を、前記パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させ、
被加工物上に、前記第１の方向に配列されたｎ個の前記パターンの像を、前記第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、
前記レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、前記レーザ光のパルスごとの前記像の被加工物上の前記第１の方向についての移動量がｒであって、前記像と前記被加工物の前記第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、
ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たす、レーザ加工方法。
【請求項２】
被加工物に対して、前記第１の方向に沿ったライン状であって、前記第１の方向に交わる第２の方向に配列された複数本のライン状に、前記レーザ光を照射し、
前記ラインは、前記第２の方向において寸法Ｌごとに配列され、
前記レーザ光による前記マスク全体の像が被加工物上に投影される前記第２の方向についての寸法Ｍは、前記寸法Ｌより小さい、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、前記レーザ光のパルスごとに前記パターンの像の一部が重畳するように前記マスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工装置であって、
前記マスクと被加工物を、前記パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させる移動手段と、
前記レーザ光照射手段および前記移動手段を制御する制御手段と、
被加工物上に、前記第１の方向に配列されたｎ個の前記パターンの像を、前記第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、かつ、前記レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、前記レーザ光のパルスごとの前記像の被加工物上の前記第１の方向についての移動量がｒであって、前記像と前記被加工物の前記第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たすように、前記レーザ光照射手段および前記移動手段を制御する制御手段とを備える、レーザ加工装置。
【請求項１】
レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、前記レーザ光のパルスごとに前記パターンの像の一部が重畳するように前記マスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工方法であって、
前記マスクと被加工物を、前記パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させ、
被加工物上に、前記第１の方向に配列されたｎ個の前記パターンの像を、前記第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、
前記レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、前記レーザ光のパルスごとの前記像の被加工物上の前記第１の方向についての移動量がｒであって、前記像と前記被加工物の前記第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、
ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たす、レーザ加工方法。
【請求項２】
被加工物に対して、前記第１の方向に沿ったライン状であって、前記第１の方向に交わる第２の方向に配列された複数本のライン状に、前記レーザ光を照射し、
前記ラインは、前記第２の方向において寸法Ｌごとに配列され、
前記レーザ光による前記マスク全体の像が被加工物上に投影される前記第２の方向についての寸法Ｍは、前記寸法Ｌより小さい、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ光によるマスクのパターンの像を被加工物上に投影し、前記レーザ光のパルスごとに前記パターンの像の一部が重畳するように前記マスクと被加工物を相対的に移動させるレーザ加工装置であって、
前記マスクと被加工物を、前記パターンの像が被加工物上で第１の方向に移動するように、相対的に移動させる移動手段と、
前記レーザ光照射手段および前記移動手段を制御する制御手段と、
被加工物上に、前記第１の方向に配列されたｎ個の前記パターンの像を、前記第１の方向についての各像の寸法がａで間隔がｐとなるように投影し、かつ、前記レーザ光のパルスの繰返し周波数がｆであって、前記レーザ光のパルスごとの前記像の被加工物上の前記第１の方向についての移動量がｒであって、前記像と前記被加工物の前記第１の方向についての相対的な移動速度がｓである場合に、ｓ＝ｎ×ｐ×ｆ、ｒ＝ｎ×ｐ、および、ｒ＝ａ／ｎの関係を満たすように、前記レーザ光照射手段および前記移動手段を制御する制御手段とを備える、レーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−３５２９７（Ｐ２０１２−３５２９７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７４３１（Ｐ２０１０−１７７４３１）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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