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レーザ直接描画装置

レーザ直接描画装置

MEMS製作では、半導体プロセスを応用した作成方法が多く行われています。
一般的な半導体プロセスでは、Si 等の半導体基板上に塗布したレジストに対し、電子ビーム描画装置等で
作製したマスクパターンをステッパやアライナを使用して焼き付けることによりパターン形成を行います。

その後、現像、エッチングの各種処理を行っています。このような方法は量産には適していますが、
試作段階においてはマスク製作に時間がかかるため、開発期間短縮の妨げになっているのみならず、
費用もかさむという問題があります。

レーザ直接描画装置は、半導体基板などの上に塗布したレジストに直接レーザビームで描画することが可能な装置であり、
取り扱いが簡単であることから近年注目されています。ここではレーザ直接描画装置の特長と応用について紹介します。

1. レーザ直接描画装置

レーザ光を用いて写真感剤やフォトレジスト等の感光体にパターンを描画する装置です。
描画線幅 1 μm~数10 μm、位置精度 0.1 μm~1 μm程度で描画可能で、回折光学部品の製作や光導波路の製作、半導体マスク製作、高精度液晶用マスク製作、バイオテクノロジー関連のマイクロセルや流路の製作に使用されています。
レーザ直接描画装置の特徴としては、

① 大気中で描画できるため真空系を必要とせず、メンテナンスが容易
② 真空系を使用していないため大面積に対応可能
③ 操作が簡単
④ 線幅は電子ビーム描画装置と比較して太いが、焦点深度を深くすることが可能
⑤ 露光源にレーザを採用する事で、電子ビーム描画装置より安価

という特徴があります。

2. 描画方式

レーザ描画装置には描画方式として線画方式、ラスタスキャン方式、ステップ・アンド・スキャン方式の3つのタイプがあります。

 2.1 線画方式(ベクタ方式)

線画方式では、レーザ光が固定されておりサンプルをステージで移動させることによりパターンを描画します。基本的にはパターンを一筆描きするため、描画した線の側面が滑らかであり、曲線の描画に適しています。簡単な構成のため、安価な装置です。しかし、他の方式と比較すると描画速度が遅くなります。

 2.2 ラスタスキャン方式

ラスタスキャン方式は、レーザ光を一方向にスキャンしながらスキャン方向と垂直方向にサンプルをステージで移動させる方式です。
スキャンするビームを複数にしたマルチビーム方式もあり、描画速度は速くなります。

反面、構成が複雑なことから高価であり、ラスタスキャンしながら描画するためスキャン方向以外の線は
ドットをつなぐことになり、描画した線の側面は荒れやすく、また、精密かつ滑らかな曲線の描画には不向きとされています。

 2.3 ステップ・アンド・スキャン方式

微小領域を一つのパターンで描き、縦または横方向に移動してさらに微小領域を描きます。この作業をくりかえして、大きな面積の露光を行う方式です。描画速度が速い反面、曲線の描画は比較的不向きであり、構成が複雑になります。

これら3つの方式を比較すると、MEMS製作においては大規模なマスク製造用にはラスタスキャン方式やステップ・アンド・スキャン方式がてきしており、小規模のマスク製作や直接描画には線画方式(ベクタ方式)が適していると考えられています

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