光加工方法及掩模的制作方法

专利名称：光加工方法及掩模的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光加工方法及掩模，更具体地，涉及一种当将光经由掩模照射到加工物体(processing object)上时通过移动照射区域而利用照射光的能量在加工物体中 形成3D形状的光加工方法及掩模。
背景技术：
作为利用光能加工3D形状的方法，存在一种不需要光刻而直接模制加工物体的 形状的方法。这样的加工方法的示例包括利用受激准分子激光器的激光加工方法，正如 JP-A-2004-160518中所公开的。更具体地，受激准分子激光器具有足够高的光子能量以切 断化学键(chemical bonding)，因此能够通过被称作烧蚀的光化学反应从加工物体去除材 料且抑制热影响。通过照射具有被调节的能量密度的受激准分子激光束，此种通过烧蚀的激光加工 使得烧蚀加工可应用于各种材料，诸如，塑料、金属和陶瓷。因为这种加工将加工形状修整 成期望的形状，所以有必要设计和制造限制激光束照射区域的掩模。

发明内容
然而，受激准分子激光器的照射区域是有限的。因此，为了在大面积的基板上获得 期望的加工形状，有必要接合多段中的经由掩模的激光束照射区域。当经由掩模的激光束 照射区域以此方式接合时，在接缝处会出现异常形状。因此，在经由掩模照射光而实施3D形状的加工期间，期望抑制在经由掩模的光照 射区域的接缝部分处的异常形状的发生。根据本发明的实施例，提供一种包括以下步骤的光加工方法当将光经由掩模照 射到加工物体上时，在与掩模的宽度方向正交的方向上移动光的照射区域，该掩模具有沿 宽度方向排列的多个开口 ；以及当在前段中遍及掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移 动之后在后段中遍及掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动时，叠加前段中遍及掩模 的一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分与后段中遍及掩模的 一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分，以使得与各个开口相对 应的每个照射行中的光照射量相等。由于根据本发明实施例的构造，因为在光经由掩模的照射区域的接缝部分中的光 照射量与接缝部分之外的部分中的光照射量相等，所以可以获得无缝且光滑的加工形状。这里提及的术语“掩模M中的开口 ”意指透光部分且除了开口孔之外还包括光透 射窗口。而且，这里提及的术语“照射行”意指通过移动穿过各个开口的光的照射区域而以 线性形状形成在加工物体上的照射区域。为了实施以上的光照射，可以以这样的方式进行构造沿掩模宽度方向成行的多 个开口在与宽度方向正交的方向上设置成多行，且与被叠加的部分相对应的多个开口的数 量可以逐行改变。
而且，可以以这样的方式构造与被叠加的部分相对应的多个开口的数量可以逐 行逐渐地改变，或者与被叠加的部分相对应的多个开口的数量可以在一部分行中改变。而且，可以以这样的方式构造在加工物体上沿相互正交的两个方向实施光的照 射区域的移动，使得可以形成矩阵形式的3D形状(例如，透镜形状)。而且，可以以这样的方式构造具有不同形状且节距相同的多个开口的第一掩模 和第二掩模用作掩模，光的照射和照射区域的移动可以利用第一掩模和第二掩模在加工物 体上的相同位置处实施。例如，当第一掩模中每个开口的边缘形状由曲线形成而第二掩模中每个开口的边 缘形状由直线形成时，多种光照射量的改变可以通过利用这些掩模叠加光照射而实现。因 此，可以形成复杂的3D形状。
根据本发明的另一实施例，提供一种掩模，该掩模包括开口形成区域，在该开口 形成区域中多个开口垂直且水平地排列；在开口形成区域的沿水平方向上的中心轴一侧的 预定区域中的一区域，该区域包括与该中心轴成预定角的斜线；以及在该中心轴另一侧的 预定区域中的另一区域，该区域包括与该中心轴成与该预定角相等的角的斜线。此外，根据本发明再一个实施例，提供一种掩模，该掩模包括开口形成区域，在该 开口形成区域中多个开口垂直且水平地排列；在开口形成区域的沿水平方向的中心轴一侧 的预定区域中的第一区域，该第一区域包括在与该中心轴成预定角的斜线；以及在中心轴 另一侧的预定区域中的第二区域，该第二区域关于中心轴与第一区域线对称。由于根据本发明实施例的这些构造，在中心轴的一侧和另一侧的包括斜线的两个 区域中的光照射部分在光经由掩模的照射区域的接缝部分中叠加，且接缝部分中的光照射 量等于接缝部分之外的部分中的光照射量。因此，可以获得无缝且光滑的加工形状。根据本发明的实施例，可以获得以下优点。也就是，通过利用实施经由掩模的光照 射以及照射区域的扫描而形成加工物体中的形状，可以以相同的形状形成照射区域的接缝 部分和接缝部分之外的部分。


图1是用于描述激光加工装置的构造的视图，根据本发明实施例的光加工方法应 用于该激光加工装置；图2是用于描述OG方法(正交方法，orthogonal method)的加工原理的视图；图3是用于描述掩模和作为加工物体的基板的相对位置的示意性透视图；图4是用于描述利用OG方法的加工的比较例的视图；图5A和5B是分别示出图4中示出的照射区域的接缝部分的表面形状和测量结果 的视图；图6A和6B是分别示出照射区域的接缝处的加工形状是槽形的情况下的表面形状 和测量结果的视图；图7是用于描述根据本发明实施例的光加工方法使用的掩模的视图；图8是用于描述照射区域和照射量的叠加的示意图；图9A到图9C是用于描述根据本发明实施例的光加工方法(第一半)的示意图；图IOA到图IOC是用于描述根据本发明实施例的光加工方法(第二半)的示意图；图11是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的另一示例(示例1)的平面图；图12是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例2)的平面 图；图13是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例3)的平面 图；图14是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例4)的平面 图；图15是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例5)的平面 图；图16是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例6)的平面 图；图17是用于描述激光加工装置的另一示例的示意性透视图，根据本发明实施例 的光加工方法应用于该激光加工装置；图18是用于描述形成3D形状的多维多项式的视图；图19是用于描述获得期望的凸形状的刻蚀截面区域的示意图；图20是用于描述获得期望的凸形状的掩模形状的示意图；图21是用于描述获得期望的凹形状的刻蚀截面区域的示意图；图22是用于描述获得期望的凹形状的掩模形状的示意图；图23是示出激光束的照射能与刻蚀深度之间的关系的示意图；图24是示出台输送速度与刻蚀深度之间的关系的示意图；图25A和图25B是用于描述掩模的纵横比的示意图；图26是用于描述掩模构造的第一示例中的刻蚀截面区域的示意图；图27是用于描述掩模构造的第一示例的示意图；图28是用于描述掩模构造的第一示例中的叠加的示意图；图29A和图29B是用于描述在掩模构造的第二示例中的具有椭圆弧的掩模的示意 图；图30A和图30B是用于描述在掩模构造的第二示例中的具有直线的掩模的示意 图；图31A和图31B是用于描述利用具有椭圆弧的掩模和具有直线的掩模的叠加的照 射的视图。
具体实施例方式下文中，将按以下顺序描述本发明的实施例。1.激光加工装置的构造(装置构造和各个部分的构造)2. OG方法的加工原理(0G方法的加工原理图和利用OG方法的加工方法)3.比较例(掩模构造和接合以及接合部分的表面形状)4.根据本发明实施例的掩模(掩模构造、第一区域和第二区域)5.根据本发明实施例的光加工方法
6.根据本发明实施例的掩模构造的其他示例(构造的示例1到6)7.另一激光加工装置的示例(装置构造和加工方法)8.掩模构造(基本思想、掩模构造的第一示例和掩模构造的第二示例)9.使用领域1.激光加工装置的构造图1是用于描述激光加工装置的构造的视图，根据本发明实施例的光加工方法将 应用于该激光加工装置。根据本发明实施例的光加工方法利用光能在加工物体中形成期望 的3D形状。激光束，具体地，受激准分子激光束用作该光。然而，也可以使用除了激光束的 可见光和非相干光，诸如，UV光。这里，将描述采用受激准分子激光束的情况。装置构造如图1所示，激光加工装置1包括基板吸附台10，基板S作为加工物体设置在其 上；照射头20，照射受激准分子激光束；掩模M，设定与加工形状相对应的激光束透射部位 和非透射部位；以及掩模台30，掩模M设置在其上。激光加工装置1也包括振荡器40，该振 荡器40振荡受激准分子激光束；以及光学系统50，该光学系统50集中受激准分子激光束。各个部分的构造基板吸附台10通过真空吸附等支持作为加工物体的基板S,且可沿基板S的表面 在X和Y方向上移动。照射头20是发射端且具有可沿X和Y方向的至少之一移动的机构， 其中受激准分子激光束从该发射端发射到基板S。由于该构造，可以调节激光束在基板S上 的照射位置。而且，当有必要时，照射头20是可沿高度方向(Z方向)从基板S移动。掩模台30是其上设置根据以下描述的本发明实施例的掩模M的台。振荡器40是 利用{超链接"http://ja. wikipedia. org/wiki/% E7% AC% AC18% E6% 97% 8F% E5% 85% 83%E7%B4%A0", "H 18族元素”，稀有气体}与{超链接"http://ja. wikipedia. org/wiki/% E7% AC% AC17% E6% 97% 8F% E5% 85% 83%E7%B4% AO”，“第17族元素”，卤素}的混合气体产生受激准分子{超链接"http //ja. wikipedia. org/wiki/% E3 % 83 % AC % E3 % 83 % BC % E3 % 82 % B6%E3%83%BC”，“> 一廿一(激光)”，激光束}的装置。光学系统50包括透镜，该透镜 集中从振荡器40发射的受激准分子激光束。以上描述的各个部分连接到消振台(vibration-free stand) 60，以便抑制外部振 动传输到该各个部分。激光加工装置1通过当将受激准分子激光束经由具有预定形状的开口的掩模M照 射到基板S的表面上时来移动基板吸附台10而扫描照射区域，因此根据掩模M的开口形状 对基板进行加工。这样的加工根据以下的加工原理而完成。2. OG方法的加工原理OG方法的加工原理2是用于描述OG方法(正交方法，orthogonal method)的加工原理的视图。更具体地，OG方法是通过在将激光束经由具有期望的开口的掩模M照射到作为加工物体的基 板S上的同时而扫描照射区域来在基板S中获得3D形状的方法。掩模M提供有预定形状的开口 ml和光屏蔽部分m2，其中开口 ml透射激光束，光屏蔽部分m2不透射激光束。这里提及的术语“掩模M中的开口 ml”意指透射光的部分且除了开口孔之外还包括光透射窗口。当激光束经由掩模M被照射时，具有与掩模M中的开口 ml 匹配的形状的激光束照射到基板S上。当与开口 ml的形状匹配的激光束照射到基板S上时，由于激光束诱导的光能而发 生被称为烧蚀的光化学反应，其能够加工基板S而抑制热影响。加工形状由经由掩模M中的开口 ml的激光束的照射量的积分值 (valueofintegral)确定，且激光束的加工深度根据该积分值而确定。更具体地，加工深度 随着掩模M中的开口区域的变小而变浅，这是因为照射量变小。当经由掩模M照射的激光束的照射区域在基板S上扫描时，照射量取沿扫描方向 的积分值。也就是，对于掩模M中的开口 ml的形状，假设与扫描方向正交的方向是χ轴而 扫描方向是y轴，则加工深度随开口 ml沿y轴方向的长度而改变。更具体地，当开口 ml沿y轴方向的长度变短时，照射量沿扫描方向的积分值变小， 因此，加工深度变浅。相反，当开口 ml沿y轴方向的长度变长时，照射量沿扫描方向的积分 值变大，因此，加工深度变深。通过扫描照射区域，具有加工深度作为截面的形状在扫描方 向上连续且形成在扫描方向上延伸的3D形状。例如，如图2所示，在掩模M提供有三角形开口 ml (具有沿扫描方向放置的顶点) 的情况下，与三角形的顶点相对应的部分被加工得最深，且当观察截面时三角形的凹面在 扫描方向上连续形成。在所发射的激光束的能量恒定的情况下，由激光束照射的加工深度与照射区域的 扫描速度有关联。更具体地，当扫描速度变慢时，基板S因为每单位面积照射量的增加而被 加工的更深。根据上述，可以通过掩模M中的开口 ml的形状和照射区域的扫描速度的设定 而控制形成在基板S中的3D形状。利用OG方法的加工方法图3是用于描述掩模和作为加工物体的基板的相对位置的示意性透视图。掩模M 提供有预定形状的开口 ml，经由掩模M发送激光束到缩小投影透镜51。与掩模M中的开口 ml的形状相匹配的激光束入射到缩小投影透镜51。从而，与掩 模M中的开口 ml的形状相匹配的照射区域缩小预定缩小比率而照射到基板S上。缩小投 影透镜51将照射区域缩小到例如原始尺寸的分数。通过缩小照射区域，不仅可以加工比开 口 ml的实际尺寸更小的形状，而且可以由于照射能量的集中而实施有效的加工。基板S和光学系统之一或者二者在照射激光束的同时沿一方向相对移动。因此， 激光束照射区域沿预定方向扫描且沿扫描方向连续地实施加工。当一段(one stage)扫描结束时，照射区域在与扫描方向正交的方向上移动一段， 且以相同的方式实施激光束的照射和扫描。通过重复实施上述操作，对遍及基板的宽范围 实施加工。通过在几段中沿一个方向实施激光束照射区域的扫描，可以在扫描方向上连续 地形成3D形状。在第一扫描方向上连续的3D形状形成之后，通过将激光束的扫描方向设定为与 第一扫描方向正交，以相同的方式重复该扫描。然后，在两个正交方向上的加工操作叠加。 从而形成3D形状的矩阵。更具体地，在通过沿一个方向扫描经由掩模M的激光束的照射区域而沿扫描方向加工基板S之后，通过将扫描方向改变为与上次的扫描方向正交而将激光束照射到被加工 的基板S上。从而，通过沿一个方向的扫描而被加工的形状沿正交方向进一步被加工。从 而可以获得3D形状的矩阵。例如，在形成当观察截面时具有半圆形且沿激光束的扫描方向延伸的3D形状的情形下，通过在两个正交方向上实施此加工，可以实施形成以矩阵方式排列的多个半圆形 (例如，透镜形)的加工。然而，应该理解的是，当激光束沿两个方向扫描时两个扫描方向之间的角可以被 设定为不同于直角的角。从而，可以获得具有不同的纵横尺寸比(aspect size ratio)的 3D形状的矩阵。3.比较例 在描述本发明的实施例之前，将描述本发明实施例的比较例。掩模构造及接合图4是用于描述利用OG方法的加工的比较例的视图。在比较例中使用的掩模M提 供有矩形形状的开口形成区域，在该开口形成区域中，多个开口垂直且水平地排列。参考附 图，掩模M’中示出为白色的部分代表开口，示出为黑色的部分代表光屏蔽部分。在图4中， 掩模M’用于示出通过第一段中的扫描且通过第二段中的扫描经由掩模M’的照射区域的接 合。也就是，因为掩模M’的形状与激光束的照射区域相对应，所以为了便于图示照射区域 及照射区域的接合用掩模M’表示。经由掩模M’的激光束的照射区域沿由图中的箭头指示的方向扫描。照射区域在 与扫描方向正交的方向上偏移，且前段中的照射区域和后段中的照射区域接合到一起。通 过利用掩模M’进行加工，照射区域的接缝形成加工形状中的角形部分。图4中的下图是落在照射区域的接缝上的加工形状的放大图。在比较例中，凸的 异常形状形成在接缝处的照射区域中。作为用于去除这样的异常形状的手段，可以向前段 中的照射区域和后段中的照射区域的接缝提供交叠。因为接缝部分中的光照射量增加，所 以凸的异常形状变小。然而，交叠使得接缝部分中的3D形状的节距相应地单独变窄。因此， 获得以规则的节距连续的精确形状变得相当困难。接合部分的表面形状图5A和5B是分别是示出图4中示出的照射区域的接缝部分的表面形状和测量结 果的视图。如图5A所示，在利用给定段中的扫描以及利用接下来的段中的扫描得到的经由 掩模的照射区域接合到一起时，凸的异常形状出现在接合部分中。图5B是示出接合部分的表面形状的测量结果的视图。接合部分中的照射量变得 比其他部分中的照射量少且加工深度变得较浅。因此，此部分保留为凸形状。图6A和6B是分别示出照射区域的接缝处的加工形状是槽形的情况下的表面形状 和测量结果的视图。如图6A所示，在利用给定段中的扫描以及利用接下来的段中的扫描得 到经由掩模的照射区域接合到一起时，凸的异常形状出现在接合部分中。图6B是示出接合部分的表面形状的测量结果的视图。如同以上描述的情况，接合 部分中的照射量变得比其他部分中的照射量少且加工深度变浅。因此，此部分保留为凸形 状。作为用于去除这样的异常形状的手段，如以上所述，交叠可以提供给前段中的照射区域和后段中的照射区域的接缝。然而，交叠使得接缝部分中的3D形状的节距相应地变窄。因此，获得以规则的节距连续的精确形状变得相当困难。本发明的实施例解决了上述比较例中存在的问题。更具体地，因为利用OG方法得 到的3D加工形状与掩模的激光透射区域相关联，所以通过在接缝处叠加前段和后段中经 由掩模的照射区域而照射激光束。在这种情况下，本发明实施例的特征在于在每个照射行 中，照射到照射区域叠加的区域的照射量和照射到照射区域不叠加的区域的照射量相等。4.根据本发明实施例的掩模掩模构造图7是用于描述根据本发明实施例的光加工方法使用的掩模的视图。参考附图， 掩模M中示出为白色的部分代表开口 ml，阴影部分代表光屏蔽部分m2。掩模M包括开口形 成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml垂直且水平地排列。在图7中，掩模M的宽度 方向是图中的水平方向，经由掩模M的激光束的照射区域的扫描方向是图中的垂直方向。在掩模M的开口形成区域R中，多个开口 ml沿掩模M的宽度方向设置成行。而且， 成行的多个开口 ml在与掩模M的宽度方向的正交方向上设置成多行。第一区域和第二区域此外，开口形成区域R提供有一区域(第一区域Rl)，在附图中，在中心轴一侧的预 定区域中该区域包括关于在垂直方向上的中心轴成预定角度的斜线。而且，开口形成区域 R提供有一区域(第二区域R2)，在中心轴另一侧的预定区域中该区域包括角度与预定角度 相同的斜线。换言之，在平行四边形形状的开口形成区域R中设置在中心线一侧和另一侧 的三角形区域是第一区域Rl和第二区域R2。在第一区域Rl和第二区域R2( 二者都是包括斜线的区域)中，多个开口 ml以这 样的方式设置行中的开口 ml的数目对应于斜线部分而逐行地改变。更具体地，多个开口 ml以这样的方式设置开口 ml的数目在第一区域Rl和第二区域R2之间逐行逐渐地改变。在如上构造的掩模M中，与第一区域Rl和第二区域R2相对应的照射区域中的部 分在通过给定段中的扫描而遍及掩模M —个宽度照射的照射区域与接下来的段中的照射 区域中叠加。而且，开口面积被设定为使得光照射量在与各个开口 ml相对应的所有照射行 中相等。因此，可以获得无缝且光滑的加工形状。图8是用于描述照射区域和照射量的叠加的示意图。示意图示出通过后段中利用 掩模M的扫描的照射区域的一部分叠加在前段的照射区域上的状态。更具体地，利用前段中的扫描，对于在掩模M的宽度方向上排列的多个开口 ml中 的每个，形成沿扫描方向的照射行L。在这些照射行L中，因为第一区域Rl和第二区域R2 沿扫描方向具有比其他区域更少的开口，所以在这些区域中与开口 ml相对应的照射行L中 的光照射量相应于开口 ml的数量而变小。换言之，在与第一区域Rl和第二区域R2相对应的照射行L中，光照射量随着沿扫 描方向的开口变少而变小。根据本发明的实施例，在利用前段中的扫描的照射行L中，利用 后段中的扫描的第一区域Rl中的照射行L叠加在第二区域R2中的照射行L上。根据此叠加，后段中扫描的第一区域Rl的沿照射量上升的顺序的照射行L叠加在 利用前段扫描的第二区域R2中的沿照射量递减的顺序的照射行L上。因此，在所有的照射 行L上，总照射量变得相等。
存在在前段和后段中叠加的照射行以及未叠加的照射行。然而，这些照射行的照 射量被设定为相等。图8示出前段和后段的叠加。然而，这也适用于其他的段中且照射行 在后段和接下来的段中以及在接下来的段和再接下来的段中叠加。从而，即使当前段中照 射行的一部分与后段中照射行的一部分叠加时，在所有照射行中的照射量也变得相等。在第一段中与第一区域Rl相对应的照射行和在最后段中与第二区域相对应的照 射行分别在之前的段和接下来的段中不叠加。因此，这些照射行的照射量不等于其他照射 行的照射量。然而，可以通过将此部分设定在基板的有效区域外部而忽略此部分，以使其实 际上对形状加工不起作用。5.根据本发明实施例的光加工方法
图9A到图9C以及图IOA到图IOC是用于描述根据本发明实施例的光加工方法的 示意图。这里，采用图7中示出的根据本发明实施例的掩模M。在附图中，以平面图示出掩 模M，以截面图示出作为加工物体的基板S。而且，对于平面图中示出的掩模M，附图中由箭 头表示的方向指示照射区域的扫描方向。同时，对于截面图中示出的基板S，垂直于纸面的 方向为照射区域的扫描方向。最初，如图9A所示，受激准分子激光束经由掩模M而照射，且扫描照射区域。因此， 如图9B所示，基板S通过与段中的各个开口相对应的每个照射行而遍布掩模的一个宽度被加工。利用此加工，与掩模M的第一区域Rl和第二区域R2相对应的照射行的加工深度 朝着掩模M的外侧而变浅。在第一区域Rl和第二区域R2中，这与开口在斜线部分中朝着 外侧而变少的构造相对应。也就是，加工深度随着开口变少而因为光照射量变少而变浅。在图9B示出的情况中，对应于沿扫描方向排列的开口形成一个照射行且形成一 个凸形。加工深度随着与第一区域Rl相对应的十一个峰顶(crest)和与第二区域R2相对 应的十一个峰顶而逐渐改变，但是加工深度在中心处与八个峰顶保持相同。随后，如图9C所示，经由掩模M的光照射区域偏移一段。在这种情况下，在前段中 被加工的区域中，与掩模M的第二区域R2相对应的被加工的部分(照射行)和在后段中与 掩模M的第一区域Rl相对应的照射区域(照射行)叠加。在图9C中示出的情况中，在前段中与第二区域R2对应地形成的十一个峰顶叠加 在后段中与第一区域Rl相对应的照射区域(照射行)上。当在这种状态下照射区域在后 段中被扫描时，获得图IOA中示出的加工情形。更具体地，各个叠加照射行中的照射量是掩模M的第一区域Rl和第二区域R2的 照射量的和。因为此照射量等于每个非叠加照射行中的照射量，所以非叠加照射行的加工 深度和叠加照射行的加工深度变得相等。因此，相同的加工形状无缝地连续。然后，如图IOB所示，经由掩模M的光照射区域再偏移一段，且通过与以上相同的 方式设定叠加区域而实施激光束的照射和扫描。通过在基板S的加工区域中重复以上操 作，可以获得如图IOC所示的无缝的3D形状。而且，通过在两个相互正交的方向上如图9A到图IOC所示沿扫描方向移动照射区 域而重复实施3D形状加工，在该两个正交方向上的形状加工操作被叠加。因此可以获得3D 形状的矩阵。例如，利用形成3D形状(其中在截面中看时，半圆形形状沿激光束的扫描方向延伸)的加工，通过在两个正交方向上实施此加工，可以实施获得以矩阵方式排列的多个半圆形(例如，透镜形)的加工。然而，应该理解的是，当激光束沿两个方向扫描时两个扫描方向之间的角可以被 设定为不同于直角的角。从而，可以获得具有不同的纵横尺寸比的3D形状的矩阵。6.根据本发明实施例的掩模构造的其他示例示例 1图11是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的另一示例(示例1)的平面图。 这里，附图中的垂直方向是掩模M的宽度方向，附图中的水平方向是经由掩模M的光照射区 域的扫描方向。掩模M包括开口形成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml垂直且水平地排 列。在开口形成区域R中，第一区域Rl和第二区域R2分别设置在沿扫描方向的中心轴的 一侧和另一侧。第一区域Rl和第二区域R2关于中心轴线对称。利用如上构造的掩模M，与第一区域Rl相对应的照射行和与第二区域R2相对应的 照射行在通过遍布掩模M—个宽度的照射的给定段的照射区域中和在接下来的段的照射 区域中叠加。即使当第一区域Rl和第二区域R2关于中心轴线性对称时，开口区域也以这样 的方式被设定叠加的照射行中的光照射量和非叠加的照射行中的光照射量变得相等。而 且，开口区域以这样的方式被设定光照射量在所有的照射行中相等。因此，可以获得无缝 且光滑的加工形状。示例 2图12是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例2)的平面 图。这里，附图中的垂直方向是掩模M的宽度方向，附图中的水平方向是经由掩模M的光照 射区域的扫描方向。掩模M具有分别在沿扫描方向的中心轴的一侧和另一侧的第一区域Rl和第二区 域R2。从而，掩模M作为整体具有菱形形状的开口形成区域R。即使利用上述具有菱形形状的开口形成区域R的掩模M，与第一区域Rl相对应的 照射行和与第二区域R2相对应的照射行也在通过遍布掩模M —个宽度的照射的给定段的 照射区域中和在接下来的段的照射区域中叠加。因为叠加的照射行中的光照射量在所有段 中相等，所以即使当光照射整个叠加区域时，也可以获得无缝且光滑的加工形状。示例 3图13是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例3)的平面 图。这里，附图中的垂直方向是掩模M的宽度方向，附图中的水平方向是经由掩模M的光照 射区域的扫描方向。掩模M具有开口形成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml垂直且水平地排 列。在开口形成区域R中，第一区域Rl和第二区域R2分别设置在沿扫描方向的中心轴的 一侧和另一侧。第一区域Rl具有梯形形状，且沿掩模M的宽度方向的多个开口 ml以这样的方式 设置部分行中开口 ml的数量改变。同时，第二区域R2具有三角形形状。这里，梯形形状 的对应于第一区域Rl的外接矩形的缺少部分和第二区域R2的三角形具有相同的尺寸。利用上述构造的掩模M，与第一区域Rl相对应的照射行和与第二区域R2相对应的照射行在通过遍及掩模M的一个宽度的照射的给定段的照射区域中和在接下来的段的照射区域中叠加。在这种情况下，叠加的照射行中的光照射量和非叠加的照射行中的光照射 量变得相等。此外，在所有的照射行中光照射量相等。因此，可以获得无缝且光滑的加工形 状。示例 4图14是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例4)的平面 图。这里，附图中的垂直方向是掩模M的宽度方向，附图中的水平方向是经由掩模M的光照 射区域的扫描方向。掩模M具有开口形成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml垂直且水平地排 列。在开口形成区域R中，第一区域Rl和第二区域R2分别设置在沿扫描方向的中心轴的 一侧和另一侧。第一区域Rl和第二区域R2具有三角形形状且关于中心轴线性对称。利用上述构造的掩模M，与第一区域Rl相对应的照射行和与第二区域R2相对应的 照射行在通过遍布掩模M—个宽度的照射的给定段的照射区域中和在接下来的段的照射 区域中叠加。即使当第一区域Rl和第二区域R2关于中心轴线性对称时，开口区域也以这样 的方式被设定叠加的照射行中的光照射量和非叠加的照射行中的光照射量变得相等。而 且，开口区域以这样的方式被设定光照射量在所有的照射行中相等。因此，可以获得无缝 且光滑的加工形状。示例 5图15是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的再一个示例(示例5)的平面 图。这里，附图中的水平方向是掩模M的宽度方向，附图中的垂直方向是经由掩模M的光照 射区域的扫描方向。掩模M具有开口形成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml垂直且水平地排 列。在开口形成区域R中，存在分别设置在沿扫描方向的中心轴的一侧和另一侧的第一区 域Rl和第二区域R2。在附图中，第一区域Rl和第二区域R2是三角形区域，每个三角形区 域由沿垂直方向(扫描方向)排列的开口 ml的行形成。更具体地，对于在开口形成区R域 的任一端处的一行开口，开口的面积在第一区域Rl中沿扫描方向逐渐变小，而开口的面积 在第二区域R2中沿扫描方向逐渐变大。示例 6图16是用于描述根据本发明实施例的掩模构造的另一示例(示例6)的平面图。 这里，附图中的水平方向是掩模M的宽度方向，附图中的垂直方向是经由掩模M的光照射区 域的扫描方向。掩模M具有开口形成区域R，在开口形成区域R中，多个开口 ml水平地排列成行。 在开口形成区域R中，存在分别设置在沿扫描方向的中心轴的一侧和另一侧的第一区域Rl 和第二区域R2。第一区域Rl和第二区域R2是三角形区域，每个三角形区域由在任一端处 的一个开口 ml形成。更具体地，对于开口形成区域R任一端处的一个开口 ml，第一区域Rl 中的开口 ml沿扫描方向逐渐变宽，而第二区域R2中的开口 ml沿扫描方向逐渐变窄。在图15和图16的每个中，与第一区域Rl相对应的照射行和与第二区域R2相对 应的照射行在通过遍布掩模M—个宽度的照射的给定段的照射区域中和在接下来的段的 照射区域中叠加。在这种情况下，叠加的照射行中的光照射量和非叠加的照射行中的光照射量变得相等。此外，在与各个开口相对应的照射行中光照射量相等。因此，可以获得无缝 且光滑的加工形状。7.另一激光加工装置的示例装置构造图17是用于描述另一激光加工装置的示例的示意性透视图，根据本发明实施例的光加工方法应用于该激光加工装置。对于以上参考图1描述的激光加工装置，加工物体 是板状基板。图17中示出的激光加工装置的不同之处在于加工物体是圆柱构件CS。圆柱构件CS由例如树脂材料制成且以在圆柱体的圆周方向(X方向)上可旋转的 方式连接。而且，圆柱构件CS以在圆柱体的轴向方向(Y方向)上可移动的方式连接。掩模M放置在掩模台30上，且可沿掩模平面方向中的两个轴和旋转轴移动。从未 示出的激光振荡器发射的激光束(例如，受激准分子激光束)穿过掩模M且被缩小投影透 镜51而缩小，之后激光束照射到圆柱构件CS的表面上。加工方法当利用激光加工装置1实施加工时，圆柱构件CS在激光束经由掩模M照射到圆柱 构件CS的表面上的同时沿圆柱体轴向方向(Y方向)移动。从而，照射区域被扫描。当遍及掩模M —个宽度的照射和扫描结束时，圆柱构件CS沿旋转方向(X方向) 旋转，以便使利用掩模M的照射区域旋转一段。遍及掩模M —个宽度的照射位置因此偏移 一段。如以上所述，在采用根据本发明实施例的掩模M的情况下，前段和后段中的照射区域 部分叠加。之后，圆柱构件CS在激光束经由掩模M照射到圆柱构件CS的表面上的同时沿圆 柱体轴向方向(Y方向)移动。此操作遍及圆柱构件CS的整个圆周表面重复实施。因此， 无缝地实现在圆周方向上的无缝加工。上述的本发明的实施例由于能够光滑地加工大面积的基板而可应用于大尺寸的 显示器等。而且，因为甚至可以在圆柱形状上实现无缝加工，所以可以形成用于功能膜等的 金属管芯的原始板(original plate)。此外，上述的本发明的实施例也可以应用于在大尺 寸显示器等中使用的漫射板(diffusionplate)。在任一种情况中，根据本发明的实施例，力口 工形状具有规则的节距且可以形成精确的形状。8.掩模构造现将描述应用于本发明实施例的掩模构造。根据以上描述的OG方法，加工深度 (这里为刻蚀深度)由透过掩模中开口的激光束的光量决定。从而，加工深度根据开口沿扫 描方向的尺寸(长度)而设定。基本思想为了通过OG方法利用掩模获得期望的加工形状，许多参数，诸如，激光束的照射 能、基板输送速度以及掩模的开口率(aperture)，是必要的，且花费大量的劳动来设定掩模 而使其适应单个的加工形状。而且，在利用CAD (计算机辅助设计)设计OG方法所用的掩 模的情况下，利用CAD绘制多维多项式曲线必须复杂的转换软件。为了消除这样的不便，本发明的实施例提供容易形成用于形成具有多维多项式曲 线的3D形状的掩模的构造示例。首先，关注图18中示出的多维多项式(1)和其曲线。多维多项式(1)表示为
<formula>formula see original document page 14</formula>
接下来，关注用于获得与多维多项式(1)的轮廓一致的凸加工形状的掩模。这里， 用于加工形状的激光束的加工深度由与掩模中透射激光束的开口部分的边缘形状相对应 的积分值而确定。因此，为了在基板S中获得图19所示的期望的凸形状，将要从基板表面 刻蚀掉的截面区域S(X)在图19中由阴影部分表示，且根据以下的公式(2)获得该截面区 域 S (χ) 。
公式⑵表示为<formula>formula see original document page 14</formula>
为了获得此加工形状，图20中示出的掩模M中的开口 ml的形状是必须的。因此， 根据本发明的实施例，采用用于与函数F(X)的各个单项式相对应的f(x)、g(x)和h(x)的 单独的掩模，且激光束通过这些掩模重复地照射到相同的位置。因为加工形状由透过照射 的激光束的开口部分的积分值确定，所以可以获得与期望的多维多项式相对应的加工形 状。图21是用于描述为了获得凸形状的基板的刻蚀截面区域的示意图。图22是用于 描述为了获得凹形状的掩模形状的示意图。这里，为了获得凹形状，用于与凹面相对应的 f(x)、g(x)和h(x)的单独的掩模是必要的。图23是示出由横坐标表示的激光束的照射能与由纵坐标表示的刻蚀深度之间的 关系的示意图。图24是示出由横坐标表示的基板台输送速度与由纵坐标表示的刻蚀深度 之间的关系的示意图。由这些关系可以看出随着激光束的照射能变高，刻蚀深度变深。还 可以看出刻蚀深度随着基板台输送速度变高而变浅。图25A和图25B是分别示出掩模及利用该掩模获得的加工形状的截面的示意图。 这里，假定图25A中示出的掩模M中的一个开口 ml的纵横比w/h比图25B中示出的实际获 得的加工形状的纵横比W/H大几倍。然后，关系式由以下的公式(3)表示。公式(3)表示为<formula>formula see original document page 14</formula>
系数a随着激光束的照射能和基板台输送速度而改变。因此，用于与掩模相对应 Wf(X)的系数a预先根据经验而确定。在采用与其他掩模相对应的g(x)和h(x)等的情 况中，与系数a类似的且与这些g(x)和h(x)等相对应的系数b和c等也根据经验而预先 确定。因此，可以加工与包括由以下的公式(4)表示的许多系数的多维多项式相对应的形 状。公式(4)表示为<formula>formula see original document page 14</formula>
因此，可以利用用于与有限多维单项式相对应的f(x)、g(x)和h(x)的掩模而获得 由无限多维多项式表示的加工形状。这种能力是本发明实施例最显著的特性。掩模构造的第一示例掩模构造的第一示例是利用由公式(5) :F(x) = X2表示的函数而加工的凸形状的 情况。在这种情况下，从基板表面利用激光加工(刻蚀)而加工的截面区域S(X)是由图26 中的阴影表示的部分。截面区域S(X)由以下的公式(6)表示。公式(6)表示为
S (χ) =S X2dx为了获得此种加工形状，使用与图27中示出的函数f (χ) = 1/2X2相对应的掩模M，且激光束利用相同的掩模M重复照射两次。因此，可以获得由F(X) =X2表示的凸加工 形状。更具体地，如图28所示，通过利用由函数f(x)表示的掩模重复照射激光束两次，所 得到的可以由以下的公式(7)表示。也就是，公式(7)表示为F (χ) = f (χ)+f (χ)，可以改写为X2 = 1/2X2+1/2X2。这意味着由函数F(x) =X2表示的加工形状可以通过利用与f(x) = 1/2X2相对应 的掩模重复照射激光束两次而实现。同样，为了加工与表示为F(X) = X2的公式(8)的轮廓相对应的凸形状，激光束利 用与以上的f(x) = 1/2X2相对应的掩模重复照射激光束四次。因此，可以获得与F(X)= 2X2相对应的加工形状。掩模构造的第二示例掩模构造的第二示例是利用图29A中示出的具有椭圆形弧的掩模和图30A中示出 的线性掩模的情况。首先，采用如图29A所示的在开口 ml的边缘上具有椭圆形弧的掩模M(I)，且设定 光能和作为加工物体的基板的输送速度。最终所获得的加工形状被预先测量。图29B是示出数学模拟(mathematically approximate)从利用掩模M(I)而实际 被加工的形状获得的轮廓的曲线的视图。这里，设定在凸加工形状的底部处具有在附图中 左端处的原点的X和Y轴。所得到的具体的加工形状具有高度为16的凸面及长度为160 的底部。这里所用的数值的单位是μπι。根据此曲线，获得以下的公式(9)作为椭圆的近似表达(当0<Χ<80时)，并获 得以下的公式(10)作为椭圆的近似表达(当80 < X < 160时)。公式(9)表示为 {(Χ-80)2/ (80)2} + {(Υ1+16) 7 (16)2} = 1。公式(10)表示为{(Χ-80)2/ (80)2} + {(Υ1+32) 7 (32)2} = 1。而且，图30Β示出数学模拟从利用掩模Μ(2)而实际被加工的形状获得的轮廓的曲 线，掩模Μ(2)具有如图30(A)所示的在开口 ml边缘上的直线。这里，附图中，设定具有在 将要加工的基板表面上的加工部分左端处的原点的X和Y轴。当观察截面时，实际上所得 到的加工形状是倒转的三角形，且深度为40，宽度为160。这里所用的数值的单位是ym。 从该曲线获得的近似表达是以下的公式(11)。公式(11)表示为Y2 = (X/4) -40因此，根据以上的公式(9)和公式(11)，当0<X< 80时获得以下的公式(12)， 当80 <X< 160时获得以下的公式(13)。因此，根据以下的公式(14)获得实际的刻蚀量。公式(12)表示为
Yl = 1^/6400-(Ζ-80)2 —16。公式(13)表示为<formula>formula see original document page 16</formula>公式(14)表示为Y = Υ1+Υ20因此，通过利用具有图29Α所示的椭圆弧的掩模M(I)和图30Α中示出的线性掩模 M(2)重复照射激光束，可以获得图31Α和图31Β所示的合并轮廓作为加工形状。图31Α示出与以上的数学模拟的公式(12)和(13)相对应的Yl以及与以上的公 式(11)相对应的Υ2。而且，图31Β示出实际上获得的形状，且示出当激光束重复照射时而 实际获得的形状以及实际获得的Yl、Υ2和刻蚀量Y。根据以上掩模构造，即使采用用于获得具有复杂轮廓的加工形状的掩模，也可以 节省用于掩模设定的必要时间以及制造成本。而且，即使采用由少量的多维单项式给出的 掩模，也可以通过适当地结合这些掩模而获得具有与各种多维多项式相对应的轮廓的加工 形状。在提供有废料(加工废物)收集机构的加工装置中，每次收集的量是有限的。然 而，根据本发明的实施例，因为通过将多维单项式给出的掩模结合而分成多个操作来实施 加工，所以可以提高废料的收集效率。而且，通过以重数的形式控制掩模图案的纵横比和加工形状的纵横比，可以精确 地将2D掩模转换成独立于掩模的开口率等的3D加工形状。而且，因为没必要利用CAD设计多维多项式曲线，所以转换软件不是必须的。此 夕卜，可以避免转换中的错误。而且，随着当基板移动时大量的照射在被加工的表面上行进而 掩模中的激光束透射部分和激光束不透射部分之间的边界线通过激光加工被转移。然而， 根据本发明的实施例，因为激光束通过分成多次操作而被照射，所以可以获得具有较少照 射轨迹的光滑形状。9.应用领域本发明的实施例可应用于激光加工装置和激光加工方法，该激光加工装置和激 光加工方法用于在透明导电膜上加工用作透明电极的图案，该透明电极在FPD (平板显示 器)、太阳能电池、树脂膜和金属薄膜中在多层薄膜上。具体地，本发明的实施例可以适当地 应用于通过从加工物体的顶表面经由掩模照射激光束而根据掩模形状向加工物体实施3D 加工的手段。本申请包括涉及2009年3月6日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009-053083中所公开的主题，其全部内容以参考的方式合并在此。本领域的技术人员应该理解的是，各种修改、组合、部分组合以及改变可以根据设 计需要和其他因素而发生，而这些都在权利要求书或者其等同特征的范围内。
权利要求
一种光加工方法，包括以下步骤当将光经由掩模照射到加工物体时，在与所述掩模的宽度方向正交的方向上移动所述光的照射区域，该掩模具有沿所述宽度方向排列的多个开口；以及当前段中遍及所述掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动结束之后在后段中遍及所述掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动时，叠加所述前段中遍及所述掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分与所述后段中遍及所述掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分，以使得与各个所述开口相对应的每个照射行中的光照射量相等。
2.根据权利要求1所述的光加工方法，其中沿所述掩模的所述宽度方向成行的多个开口在与所述宽度方向正交的方向上设 置成多行，且与被叠加的部分相对应的所述多个开口的数量逐行改变。
3.根据权利要求1所述的光加工方法，其中沿所述掩模的所述宽度方向成行的多个开口在与所述宽度方向正交的方向上设 置成多行，且与被叠加的部分相对应的所述多个开口的数量逐行逐渐地改变。
4.根据权利要求1所述的光加工方法，其中沿所述掩模的所述宽度方向成行的多个开口在与所述宽度方向正交的方向上设 置成多行，且与被叠加的部分相对应的所述多个开口的数量在一部分行中改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光加工方法，其中在所述加工物体上沿相互正交的两个方向实施所述光照射的移动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光加工方法，其中具有不同形状且节距相同的多个开口的第一掩模和第二掩模用作所述掩模，所述 光照射和所述照射区域的移动利用所述第一掩模和所述第二掩模在所述加工物体上的相 同位置处实施。
7.根据权利要求6所述的光加工方法，其中所述第一掩模中每个开口的边缘形状由曲线形成而所述第二掩模中每个开口的 边缘形状由直线形成。
8.一种掩模，包括开口形成区域，在该开口形成区域中多个开口垂直且水平地排列；在所述开口形成区域的沿水平方向的中心轴一侧的预定区域中的第一区域，该第一区 域包括与所述中心轴成预定角的斜线；以及在所述中心轴另一侧的预定区域中的第二区域，该第二区域包括与所述中心轴成等于 所述预定角的角的斜线。
9.一种掩模，包括开口形成区域，在该开口形成区域中多个开口垂直且水平地排列；在所述开口形成区域的沿水平方向的中心轴一侧的预定区域中的第一区域，该第一区 域包括与所述中心轴成预定角的斜线；以及在所述中心轴另一侧的预定区域中的第二区域，该第二区域关于所述中心轴与所述第 一区域线对称。
全文摘要
本发明提供一种光加工方法及掩模。该光加工方法包括以下步骤当将光经由掩模照射到加工物体上时，在与掩模的宽度方向正交的方向上移动光的照射区域，该掩模具有沿宽度方向排列的多个开口；以及当在前段中遍及掩模的一个宽度的光照射并照射区域的移动结束之后在后段中遍及所述掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动时，叠加前段中遍及掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分与后段中遍及掩模的一个宽度的光照射和照射区域的移动得到的光照射部分的一部分，以使得与各个开口相对应的每个照射行中的光照射量相等。
文档编号B23K26/06GK101823180SQ20101012502
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月6日
发明者七瀬信五, 城崎友秀, 村瀬英寿, 松井俊辅 申请人:索尼公司