第3章 プロセス装置

3. プロセス制御システム

著者:山崎 和則
 本節では光源を除くレーザープロセス装置の構成要素技術に関して概説する。

1. 光学系

 ここでは、均一化光学系(ホモジナイズド光学系)、集光光学系、結像光学系、走査光学系の4つに分けて説明する。

1.1 均一化光学系(ホモジナイズド光学系)

 レーザープロセス、特に表面処理や一括微細穴加工では加工範囲内に於いて均一な強度分布を持ったビームが要求される。前者のプロセスの1例としてレーザーアニーリングがある。ライン状に整形された均一ビームとステージ走査によりガラス基板全面を一括処理するプロセスである。後者の代表的プロセスはリソグラフィである。マスクパターンを結像光学系を用いてウェハ上に転写加工をするプロセスであり、マスクには均一ビームを照射する必要がある。代表的な均一化方法として以下の3つが挙げられ、それらに関して概要を示す。①と②はオリジナルビームの強度分布を複数の要素に分割し、分割された各要素を一箇所に重ね合わせる方式である。一方③は光の回折を利用するものであり、反射・屈折を基にした幾何光学的手法の①および②とは異なる。

①フライアイレンズ方式
本方式の原理図を図1に示す。フライアイレンズとは球面あるいはシリンダレンズを一つの要素としてこれらが並列に並べられた光学系である。入射光であるレーザービームはこれらの各要素レンズで分割され複数の2次光源を形成する。これら複数の2次光源をコンデンサレンズにより被照射面に重ね合わせることにより均一ビームを形成する。実用上重要な性能はビームサイズと均ー度である。ビームサイズは式(1)により決定され、アレイレンズのピッチカおよびアレイレンズの焦点距離fa

コンデンサレンズの焦点距離£を適当に選ぶことにより必要なサイズが得られる。一方照射均一度を達成するには、フライアイレンズを構成する各面素と被照射面とを相似に対応させる必要がある。アレイレンズでの正弦条件違反量OSCを式(2)で定義した場合式(3)を満たす歪曲収差Dをコンデンサレンズに与えてやれば良い1)。さらにレーザーの可干渉性に対しても十分考慮の上アレィレンズの分割数やサイズを決定する必要がある2)

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