DE60033257T2

DE60033257T2 - Vorrichtung zur Behandlung einer Anzahl von Laserstrahlen

Info

Publication number: DE60033257T2
Application number: DE60033257T
Authority: DE
Inventors: Serge Charbonnier; Damien Boureau
Original assignee: Automa Tech SA
Current assignee: Automa Tech SA
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: CN1295262A; KR20010051198A; TW554599B; CA2324910A1; FR2800522A1; FR2800522B1; EP1098403A1; CN1138166C; JP2001210904A; ATE353483T1; EP1098403B1; US6618402B1; ES2281330T3; DE60033257D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Darstellung einer Anzahl von Laserstrahlen, die insbesondere aber nicht ausschließlich in einem System zur Behandlung einer Fläche, die empfindlich auf das Auftreffen des Laserstrahls reagiert, verwendbar sind.
Bekanntlich besteht bei der Herstellung gedruckter Schaltungen einer der Schritte darin, die leitende Schicht der gedruckten Schaltung mit einer Schicht Reservematerial zu überdecken und diese Reserveschicht anhand einer Originalvorlage zu belichten, welche die Form der Leiterbahnen hervorbringt, die man auf der gedruckten Schaltung erhalten möchte. Nach der Isolierung der Reserveschicht wird das Entfernen der nicht isolierten Zonen, die den Teilbereichen der Leiterschicht entsprechen, die man entfernen möchte, vorgenommen.
Ferner ist bekannt, daß sich eine andere Technik zur Ausbildung von gedruckten Schaltungen durchsetzt, bei welcher die Reserveschicht lokal durch das Auftreffen eines Laserstrahls gedruckt wird. Das Auftreffen des Laserstrahls wird meistens durch ein Abtastsystem gesteuert, das einen rotierenden Polygonalspiegel aufweist, der mit einer Unterbrechungsvorrichtung kombiniert ist, die vom Laserstrahl, der häufig durch einen akusto-optischen Modulator gebildet wird, gesteuert wird.
Da die Anzahl der Auftreffpunkte von Laserstrahlen zur genauen Ausbildung einer gedruckten Leiterplatte großer Dimension selbstverständlich sehr wichtig ist, ist es natürlich von Interesse, die Möglichkeit zu haben, die Fläche der Platte der gedruckten Schaltung in eine bestimmte Anzahl von Zonen zu teilen und jede dieser Zonen mittels eines Laserstrahls abzutasten, um die zum Belichten des Leiterplattensystems benötigte Zeit signifikant zu reduzieren (siehe zum Beispiel die US-A-5 933 216).
Zur Erzielung dieses Ergebnisses muß sich jedoch die Energie jedes Laserstrahls in einem wohldefinierten Bereich befinden, der der Empfindlichkeit des Materials, das die Reserveschicht gegenüber der Laserstrahlung bildet, entspricht, um deren Zustand gleichförmig an jedem Auftreffpunkt zu ändern.
Darüber hinaus ist bekannt, daß sich die Kosten der akustooptischen Modulatoren entsprechend erhöhen, wenn sie einen optischen Strahl steuern müssen, der einen entsprechend größeren Wellenlängenbereich enthält. Daneben sind die akusto-optischen Modulatoren an einen bestimmten Energiebereich angepaßt, wobei das Überschreiten dieses Energiebereichs eine beschleunigte Änderung des Betriebs des Modulators verursacht.
Die Wirksamkeit der Modulation ist nämlich umso größer, je enger der Wellenlängenbereich ist.
Der Erfindung liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Darstellung einer Anzahl von Laserstrahlen zu schaffen, wobei jeder Strahl einem begrenzten Bereich von Wellenlängen angehört und jeder Laserstrahl eine Energie enthält, die einem Bereich mit relativ begrenztem Umfang angehört.
Um diese Aufgabe erfindungsgemäß zu lösen, ist die Vorrichtung zur Darstellung einer Anzahl von Laserstrahlen dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

– eine Laserquelle, die einen anfänglichen Strahl, der P Wellenlängen enthält, emittiert,
– ein System zur Teilung in Wellenlängen, um den anfänglichen Strahl in N Zwischenstrahlen (N ≤ P) zu teilen, wobei jeder Zwischenstrahl (FI) eine Gruppe von Wellenlängen enthält, die mindestens eine Wellenlänge umfaßt,
– N' Systeme zur Teilung von Energie (N' ≤ N), um einen Zwischenstrahl (FD) in ni geteilte Strahlen zu teilen,

Man sieht, daß, indem zunächst eine Teilung des durch die Quelle emittierten Laserstrahls in eine bestimme Anzahl von Zwischenstrahlen vorgenommen wird, am Ausgang dieses Teilers Strahlen erhalten werden, die wohldefinierten Wellenlängenbereichen ohne Überlappung angehören. Man sieht ferner, daß im zweiten Schritt, der darin besteht, Energie von mindestens bestimmten der Zwischenstrahlen zu teilen, schließlich geteilte Strahlen erhalten werden, die einen wohldefinierten Bereich von Wellenlängen und eine Energie, die sich mühelos definieren läßt, enthalten.
Vorzugsweise umfaßt das System zur Teilung in Wellenlängen

– eine Vorrichtung zur Teilung des anfänglichen Strahls in P einheitliche Strahlen (FI), wobei jeder einheitliche Strahl (FI) einer Wellenlänge entspricht, und
– N Mittel zur Zusammenfassung bestimmter der einheitlichen P Strahlen, die der gleichen Gruppe von Wellenlängen angehören, wobei die Wellenlängen einer gleichen Gruppe von den Wellenlängen einer anderen Gruppe getrennt sind, wodurch N Zwischenstrahlen erhalten werden.

Dank dieses teilweisen Rekombinationsschritts der monochromatischen Laserstrahlen werden die monochromatischen Strahlen, die der gleichen Gruppe angehören, wieder kollinear gemacht. Sie können beispielsweise durch akustooptische Modulatoren behandelt werden oder allgemeiner durch optische Systeme mit im wesentlichen derselben Genauigkeit wie ein monochromatischer Strahl.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zur Darstellung einer Fläche, die empfindlich auf einen Laserstrahl reagiert, zu schaffen, insbesondere zur Darstellung der Reserveschicht, die auf der Metallschicht einer gedruckten Schaltung ausgebildet wird, um die Leiterbahnen dieser gedruckten Schaltung zu erhalten, oder zur direkten Behandlung der Metallschicht.
Das System zur Darstellung ist dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt

– eine Vorrichtung zur Darstellung von Laserstrahlen der zuvor erwähnten Art
– K akusto-optische Modulatoren, wobei jeder Modulator einen geteilten Strahl empfängt, wobei jeder Modulator an die Wellenlängengruppe des geteilten Strahls, den er empfängt, und an seine Energie angepaßt ist,
– Mittel zur Ablenkung jedes modulierten Laserstrahls, damit jeder modulierte Laserstrahl einen Bruchteil der Fläche abtastet.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser beim Lesen der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung, die als nicht einschränkende Beispiele gegeben werden, deutlich. Die Beschreibung nimmt auf die beiliegenden Figuren Bezug, in welchen:
1 eine vereinfachte Ansicht des Systems der Vorrichtung zur Darstellung der Laserstrahlen ist;
2 eine teilweise Ansicht der Vorrichtung von 1 ist, die einer perfektionierten Ausführungsform entspricht;
3 ein Verwendungsbeispiel der Vorrichtung zur Darstellung des Laserstrahls zur Ausbildung einer gedruckten Schaltung veranschaulicht, und
4 eine Ausführungsform des Strahlenteilers von Energie veranschaulicht.
Das System der Vorrichtung zur Darstellung von Laserstrahlen wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine Laserquelle 10 auf, die einen Strahl F emittiert. Der Strahl F tritt in einen Teiler von Laserstrahlen in Wellenlängen mit dem Bezugszeichen 12 ein. Dieser Teiler 12 stellt an seinem Ausgang Zwischenlaserstrahlen FI₁, FI₂, FI₃ bereit. Es versteht sich, daß man je nach Art des anfänglichen Laserstrahls F eine verschiedene Anzahl von Zwischenstrahlen haben könnte. Bestimmte der Zwischenstrahlen, im beschriebenen Sonderbeispiel die Strahlen FI₁ und FI₂, werden an dem Eingang von Leistungsstrahlenteiler angelegt, die jeweils die Bezugszeichen 14 und 16 aufweisen. Im veranschaulichten Sonderbeispiel liefert der Teiler 14 drei geteilte Strahlen FD_1.1, FD_1.2, FD_1.3. Jeder der geteilten Strahlen enthält 1/3 der im Zwischenstrahl FI₁ enthaltenen Leistung. Der Strahlenteiler 16 liefert an seinem Ausgang zwei geteilte Strahlen FD_2.1 und FD_2.1, die jeweils die Hälfte der im Strahl FI₂ enthaltenen Leistung enthalten. Der Strahl FI₃ wird nicht geteilt und liefert den geteilten Strahl FD₃ direkt.
Man sieht, daß dieses System zur Darstellung von geteilten Laserstrahlen ausgehend vom gleichen anfänglichen Laserstrahls F es ermöglicht, daß am Ausgang geteilte Strahlen erhalten werden, die Wellenlängen enthalten, welche einem relativ eingeschränkten Wellenlängenbereich angehören, der durch den Teiler von Wellenlängen 12 definiert wird, und damit die Leistungen alle in einem relativ eingeschränkten Leistungsbereich liegen können, indem die Zusammenfassung der Wellenlängen und die Teilung von Energie der Zwischenstrahlen in Abhängigkeit von der in jeder Länge des anfänglichen Strahls enthaltenen Leistung auf geeignete Weise gewählt wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Laserquelle 10 ein Laser der Art ionisiertes Argon, der insbesondere im Sonderfall zwischen den Wellenlängen von 333,6 Nanometern und 363,8 Nanometern arbeitet, indem er auf den zuvor erwähnten Wellenlängen eine kontinuierliche Leistung von 7 Watt liefert.
Die Wellenlängen und Leistungen der geteilter. Strahlen sind sehr gut an die Materialien, die üblicherweise die Reserveschicht bilden, angepaßt.
Genau sind die emittierten Wellenlängen mit ihren Energien nachstehend angegeben.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Strahlenteilers von Wellenlängen. Dieser Teiler 12 setzt sich aus einem eigentlichen Strahlenteiler 20 mit beispielsweise zwei Prismen zusammen, welcher an seinem Ausgang so viele einheitliche Strahlen FU liefert, wie der anfängliche Strahl F Wellenlängen enthält. Die gelieferten einheitlichen Strahlen werden anhand von Rekombinationsvorrichtungen wie 22 und 24 zusammengefasst, um an ihrem Ausgang die Zwischenstrahlen FI, welche die gewünschten Wellenlängenbereiche enthalten, zu erhalten. Im Sonderbeispiel, das dem zuvor erwähnten Laser entspricht, sind die drei ersten Frequenzen, die den Wellenlängen von 333,6, 334,4 und 335,8 Nanometern entsprechen, in der Rekombinationsvorrichtung 22 zusammengefaßt. Die Wellenlängen von 351,1 und 341,4 Nanometern sind in der Rekombinationsvorrichtung 24 rekombiniert.
Im Fall des Sonderbeispiels enthält der Zwischenstrahl FI₁ eine Leistung von 3 Watt, der Strahl FI₂ enthält eine Leistung von 2,1 Watt und der Strahl FT₃ eine Leistung von 1,88 Watt. In diesem Sonderfall findet man die geteilten Strahlen FD_1.1 bis FD₃, deren Leistung zwischen 1,1 Watt und 1,88 Watt liegt. Dieser Leistungsbereich ist für die in Erwägung gezogenen Verwendungen ausreichend eingeschränkt.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Teilung von Energie 14 dargestellt. Dieses umfaßt auf bekannte Weise eine erste teilreflektierende dünne Platte 30, die den Strahl FI₁ empfängt, um den geteilten Strahl FD_1.1, der 1/3 der Leistung des Zwischenstrahls enthält, zu liefern, wobei die teilreflektierende dünne Platte 30 einen komplementären Strahl FC durchlässt, der 66% der Leistung enthält. Eine zweite teilreflektierende dünne Platte 32 teilt den Strahl FC in einen zweiten geteilten Strahl FD_1.2 und in einen dritten geteilten Strahl FD_1.3 von gleicher Leistung. Dieser dritte geteilte Strahl wird parallel zu den zwei ersten durch einen Spiegel 34 reflektiert.
In 3 ist auf vereinfachte Weise ein Verwendungsbeispiel der Vorrichtung zur Darstellung von Laserstrahlen zur Ausbildung eines Herstellungsschritts einer gedruckten Schaltung dargestellt. In dieser Figur ist die Teilerschaltung der 1, welche die geteilten Strahlen FD_1.1 bis FD₃ liefert, mit 40 dargestellt. Ferner ist in dieser Figur der Isolierträger 42 der gedruckten Schaltung 44 vereinfacht dargestellt. Außerdem ist die Leitermaterialschicht vereinfacht dargestellt, zum Beispiel Kupfer 46, das mit der Reserveschicht 48 überdeckt ist, deren Zustand sich durch das Auftreffen der Laserstrahlen ändert. Das System zur Behandlung der gedruckten Schaltung weist im betrachteten Sonderbeispiel 6 akusto-optische Modulatoren 50 auf, die jeweils an ihrem Eingang einen der geteilten Strahlen FD empfangen. Die akusto-optischen Modulatoren 50 werden in ihrem Durchlaß- oder Nichtdurchlaßzustand durch ein Steuersystem 52, das einem Speicher 54 zugeordnet ist, gesteuert. Die modulierten Strahlen FM, die aus den Modulatoren 50, austreten, werden in Richtung der rotierenden Polygonalspiegel 56 gelenkt, die das Abtasten der Reserveschicht in einer zur Ebene der 3, senkrechten Richtung, die Richtung X genannt wird, über eine Länge, die dem Bereich relativ zu einem Laserstrahl entspricht, ermöglichen. Der durch den Spiegel 56 abgeleitete Lichtstrahl durchläuft ein optisches Fokussierungssystem 58, wobei diese Vorrichtung zusätzlich den Lichtstrahl in einer zur gedruckten Schaltung senkrechten Richtung richtet. In dieser Figur sind außerdem Mittel 60 zum Verschieben der Leiterplatte in Richtung Y dargestellt.
Der Laserstrahlenteiler könnte selbstverständlich in Anlagen zur Herstellung von gedruckten Leiterplatten, in welchen der Laserstrahl die direkte Ablation der Reserveschicht ermöglicht, verwendet werden. Diese Anlage könnte auch von der Art sein, in welcher es keine Reserveschicht gibt und der Laserstrahl die direkte Ablation der leitenden Schicht, die beispielsweise in Kupfer ausgeführt ist, erlaubt.

Claims

Vorrichtung zur Darstellung einer Anzahl von Laserstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfasst: – eine Laserquelle, die einen anfänglichen Strahl in P Wellenlängen emittiert, – ein System zur Teilung in Wellenlängen, um den ersten Strahl in N Zwischenstrahlen (N ≤ P) zu teilen, wobei jeder Zwischenstrahl (FI) eine Gruppe von Wellenlängen enthält, die mindestens eine Wellenlänge umfaßt, – N' Systeme zur Teilung von Energie (N' ≤ N), um einen Zwischenstrahl (FI) in ni geteilte Strahlen zu teilen, wobei jeder der ni geteilten Strahlen im wesentlichen die gleiche Energie aufweist, wodurch K geteilte Strahlen (FD) erhalten werden
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System zur Teilung in Wellenlängen umfaßt: – ein System zur Teilung des anfänglichen Strahls in P einheitliche Strahlen (FU), wobei jeder einheitliche Strahl (FU) einer Wellenlänge entspricht, und – N Mittel zur Zusammenfassung bestimmter einheitlichen Strahlen, die der gleichen Gruppe von Wellenlängen angehören, wobei die Wellenlängen einer gleichen Gruppe von den Wellenlängen einer anderen Gruppe getrennt sind, wodurch N Zwischenstrahlen (FI) erhalten werden. mit
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserquelle ein Laser der Art ionisiertes Argon ist, der im Wellenlängenbereich 333,6 nm bis 363,8 nm emittiert wird und eine Leistung von 7 Watt liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass P gleich 6 ist, N gleich 3 ist und N' gleich 2 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass n₁ gleich 3 ist und n₂ gleich 2 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass: – der erste Wellenlängenbereich zwischen 333 und 335 Nanometern liegt, – der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen von 351,1 und 351,4 Nanometern aufweist und – der dritte Wellenlängenbereich die Wellenlänge von 363,8 Nanometern enthält.
Verwendung der Vorrichtung zur Darstellung einer Anzahl von Laserstrahlen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Ausbildung eines Systems zur Behandlung einer Fläche, die empfindlich auf einen Laserstrahl reagiert, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: – eine Vorrichtung zur Darstellung von K Laserstrahlen, die nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geteilt sind, – K akusto-optische Modulatoren, wobei jeder Modulator einen geteilten Strahl empfängt, wobei jeder Modulator an die Wellenlängengruppe des geteilten Strahls, den er empfängt und an seine Energie angepasst ist, – Mittel zur Ablenkung jedes modulierten Laserstrahls, damit jeder modulierte Laserstrahl einen Bruchteil der Fläche abtastet.