JP2007094122A

JP2007094122A - レーザ直接描画装置

Info

Publication number: JP2007094122A
Application number: JP2005284819A
Authority: JP
Inventors: Yoshitatsu Naito; 芳達内藤; Yoshitada Oshida; 良忠押田; Mitsuhiro Suzuki; 光弘鈴木; Bunji Uchiyama; 文二内山
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】主走査方向のレーザビームの軌跡をほぼ直線にすることができ、描画精度に優れるレーザ直接描画装置を提供すること。
【解決手段】ポリゴンミラー６に入射するレーザビーム５の光軸Ｏ上にレーザビーム５を偏向させる光軸偏向手段２０を設け、描画時、光軸偏向手段２０を動作させ、ポリゴンミラー６により偏向されたレーザビーム５を被描画体１０に入射させる光学系の特性を相殺させ、被描画体１０上のレーザビーム５の軌跡を略直線とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビームをラスタデータに基づいて変調させながら直線方向（主走査方向）へ偏向させると共に、被描画体を主走査方向と直角な副走査方向へ移動させて被描画体上に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置（ＬＤＩ：ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＩｍａｚｉｎｇ）に関するものである。

図６は従来のレーザ直接描画装置の構成図、図７はシリンドリカルレンズ配置部の拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

図６に示すように、レーザ源１から出力されたレーザビーム５の光軸Ｏ上には、コーナーミラー２ａ、エキスパンダ３、コーナーミラー２ｂ、ＡＯＭ４、コーナーミラー２ｃ、ポリゴンミラー６、ｆθレンズ７、折り返しミラー８、シリンドリカルレンズ９および被描画体１０が配置されている。

図７に示すように、シリンドリカルレンズ９の出射側の端部にはミラー１１が配置されている。ミラー１１の反射側には、スタートセンサ１５が配置されている。スタートセンサ１５は図示を省略する制御装置に接続されている。

ＡＯＭ４は、ＯＮの場合にはレーザビーム５を入射する光軸Ｏ方向に透過させ、ＯＦＦの場合にはレーザビーム５を入射する光軸Ｏから外れた方向に反射する。

ｆθレンズ７、シリンドリカルレンズ９からなる光学系により、ポリゴンミラー６のミラー面と結像面は副走査方向へ光学的に共役な位置関係となっており、ポリゴンミラー６の各面の製作誤差あるいは取り付け誤差によりミラ一面が鉛直面に対して傾いていても、照射位置にずれが発生しないように構成されている。

被描画体１０はテーブル１２上に載置されている。テーブル１２はリニアガイド１３を案内としてリニアモータ１４により駆動され、副走査方向（Ｙ方向）に移動自在である。被描画体１０の表面にはＤＦＲやフオトレジスト等の感光性材料が塗布されている。

ＡＯＭ４がＯＮの場合（以下、ＡＯＭ４がＯＮの場合を「レーザビームがＯＮ」、ＡＯＭ４がＯＦＦの場合を「レーザビームがＯＦＦ」であるという。）、レーザ源１から出力されたレーザビーム５はＡＯＭ４を透過してポリゴンミラー６に入射する。ポリゴンミラー６により反射されたレーザビーム５は、ｆθレンズ７を通過した後、折り返しミラー８で下方へ向けられシリンドリカルレンズ９を通過して被描画体１０に入射し、感光性材料を感光させる。

レーザビーム５のＯＮ／ＯＦＦは、所定のクロックパルスに従って行なわれ、スタートセンサ１５がレーザビーム５を検知した時を基準にして１列の描画を行う。ポリゴンミラー６が回転することにより、レーザビーム５は、主走査方向（Ｘ方向）に移動する。

このように、レーザ直接描画装置では回路パターン設計時のＣＡＤデータをベクタデータヘフオーマット変換し、輪郭線と画素単位の各走査方向毎の交点座標とを算出し、レーザビームを照射する画素数（すなわち、レーザビームをＯＮ／ＯＦＦする画素数）を求める。そして、求めたデータを描画タイミングに同期した描画用ラスターデータに変換し、ＡＯＭをＯＮ−０ＦＦしてスキャンすることで描画する。

図８は、描画結果の説明図であり、（ａ）は主走査方向の設計上の描画軌跡、（ｂ）は実際の描画軌跡、（ｃ）は描画されたパターンの一例である。

同図（ａ）に示すように、主走査方向の設計上の描画軌跡は直線である。しかし、同図（ｂ）に示すように、実際には副走査方向にずれが発生する。このため、同図（ｃ）に示すように、パターンに曲がりが発生する。このような曲がり（ずれ）は３０μｍに達する場合がある。

例えば、通常のプリント基板のようにパターンの線巾あるいはパターン間の距離が１００μｍ以上である場合、このような曲がりは余り問題にならない。

しかし、パターンの線巾あるいはパターン間の距離が１０〜５０μｍである高精細基板の場合、このような曲がりは許容されない。

本発明の目的は、上記課題を解決し、主走査方向のレーザビームの軌跡をほぼ直線にすることができ、描画精度に優れるレーザ直接描画装置を提供するにある。

本発明者は、図８（ｂ）で示した実際の描画軌跡の曲がりが装置固有のものであり、光学系（主としてｆθレンズのレンズ特性）に起因するものであることを見いだした。そこで、本発明は、ポリゴンミラーによりレーザビームを主走査方向へ移動させると共に、被描画体を前記主走査方向と直角な副走査方向へ移動させ、前記被描画体上に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置において、前記ポリゴンミラーに入射する前記レーザビームの光軸上に設けられた前記レーザビームを偏向させる光軸偏向手段と、前記光軸変更手段を操作し、前記ポリゴンミラーから前記被描画体に至る光学系の特性を相殺させる制御手段とを備え、前記レーザビームの前記主走査方向の軌跡を略直線とすることを特徴とする。

その際、前記被描画体を載置するテーブルの前記走査方向に前記レーザビームの光軸の位置を検出するための位置検出手段を設ければ、前記制御手段は前記位置検出手段により検出された前記レーザビームの光軸の位置に基づいて前記光軸偏向手段の操作量を設定することができる。

光軸変更手段を操作することにより被描画体に入射させる光学系の特性を相殺させるので、レーザビームの描画軌跡がほぼ直線になり、描画精度を向上させることができる。

図１は、本発明に係るレーザ直接描画装置の構成図、図２はレーザビームを偏向させる光軸偏向手段の構成図であり、図６と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１において、レーザビーム５のＡＯＭ４とポリゴンミラー６との間の光軸Ｏ上には光軸偏向装置２０のミラー２１が配置されている。図２に示すように、ミラー２１はチルトステージ２２に固定されている。チルトステージ２２は軸２３の回りに回転自在である。軸２３はホルダ２６に支持されている。軸２３を挟み、ホルダ２６の一方にはピエゾアクチュエータ２４が、他方にはばね２５が配置されている。ピエゾアクチュエータ２４は付加された電圧の値に応じて軸方向に伸びる。ピエゾアクチュエータ２４は、ドライバ３０を介して制御装置３１に接続されている。ばね２５はチルトステージ２２を図において時計回りに付勢している。

次に、本発明の描画手順を説明する。

図３は、補正量の決定手順を示す説明図である。

実際の描画に先立ち、ピエゾアクチュエータ２４の制御量を定める。すなわち、
（１）テスト用の被描画体をテーブル１２に載置して描画する。

（２）描画した被描画体を現像する（図３（ａ））。

（３）描画軌跡の副走査方向へのずれ量を測定し、折線Ｍを作成する（図３（ｂ））。

なお、この実施形態では描画領域を１４等分（領域Ｅ１〜Ｅ１４）し、各領域の境界におけるずれ量を測定している。

（４）折れ線Ｍの各領域の両端における値の平均値を当該領域の値Ｋとする階段状のずれ曲線Ｋを作成する。

（５）値Ｋの符号が逆の値を補正値ｋをとする（すなわち、ｋ＝−Ｋ）。

（６）ポリゴンミラー６に入射するレーザビーム５が補正値ｋとなるミラー２１の角度を求め、ミラー２１を当該角度回転させるために必要なピエゾアクチュエータ２４の伸び量からピエゾアクチュエータ２４に付加する電圧値を定める。なお、スタートセンサ１５の位置に対する各領域の始端および終端（次の領域の始端）の位置（Ｘ座標値またはクロック値）は容易に定まる。

実際の描画においては、従来と同様にスタートセンサ１５のスタート信号をトリガとするクロックパルスに従ってレーザビーム５の位置（すなわち、ポリゴンミラー６の回転角度）に合わせてレーザビーム５をＯＮ／ＯＦＦすると共に、領域Ｅ１〜Ｅ１４毎にピエゾアクチュエータ２４に付加する電圧値を変化させる。すると、レーザビーム５のポリゴンミラー６に入射する位置がポリゴンミラー６の回転の軸線方向に変化し、副走査方向のずれがキャンセルされるので、言い換えれば相殺されるので被描画体１０上のレーザビーム５の軌跡はほぼ直線になる。

次に、ピエゾアクチュエータ２４の具体的な制御方法について説明する。

いま、ポリゴンミラー６の鏡面数を６、回転数を６０００ｒｐｍとする。また、描画領域を上記図３のように１４等分するとする。また、ピエゾアクチュエータ１６の負荷容量が０．８４μＦ、ステップ電圧２０Ｖ、充電時間０．１２ｍｓであるとする。

この場合、鏡面間の周期は１／６００秒であるので、チルトステージを０．１２ｍｓ毎に、すなわち周波数８４００Ｈｚで制御すればよい。

ピエゾアクチュエータ１６の充電電流Ｉは０．１４Ａ（Ｉ＝Ｃ×Ｖ／ｔ）であるから、ドライバ１９が、０．１４Ａ以上のものを選定すればポリゴンミラー６の１面の走査中にチルトステージ１７を１４ステップ逐次傾けることが可能となる。

上記したように、図３（ａ）で示した副走査方向のずれは、光学系の製作誤差や取り付け誤差に起因するものであるため、ポリゴンミラー６の総ての反射面に関して上記の制御を行うことにより主走査方向の描画軌跡をほぼ直線にすることができる。

次に、本発明の変形例について説明する。

図４は、本発明の変形例を示すレーザ直接描画装置の構成図、図５は、センサの平面図である。

図４に示すレーザ直接描画装置は、上記図１に示したレーザ直接描画装置のテーブル１２端部に複数のセンサ４０を等間隔で直線上に配置したものである。

図５に示すように、センサ４０は４個のフォトセンサ４０ａ〜４０ｄから構成されている。

センサ４０の受光面におけるレーザビーム５のビームスポット径５ａを大きくすると、センサ４０の検出精度を向上させることができる。そこで、この実施形態では、センサ４０の受光面におけるビームスポット径５ａが描画の場合よりも大径になるように、センサ４０は受光面が描画面からオフセットした位置に位置決めされている。

次に、この変形例の動作を説明する。

副走査方向へのずれ量を求める場合は、センサ４０の中心にレーザビーム５を走査させる。そして、フォトセンサ４０ａとフォトセンサ４０ｃの出力の差からビームスポット５ａの副走査方向のずれ量を演算する。

補正値ｋの演算方法および描画時の動作は上記図１の場合と実質的に同じであるので、重複する説明を省略する。

この変形例の場合、描画された軌跡の副走査方向へのずれ量を直接求めることができるので、上記図１に示したレーザ直接描画装置に比べてずれ量の測定が容易であり、かつ、
作業能率を向上させることができる。

なお、上記の説明においてはレーザビームが１本である場合について説明したが、例えば、レーザビームを副走査方向に複数本並べて描画する場合であても、本発明を適用することができる。

本発明に係るレーザ直接描画装置の構成図である。本発明に係るレーザビームを偏向させる光軸偏向手段の構成図である。本発明に係る補正量の決定手順を示す説明図である。本発明の変形例を示すレーザ直接描画装置の構成図である。センサの平面図である。従来のレーザ直接描画装置の構成図である。従来のレーザ直接描画装置のシリンドリカルレンズ配置部の拡大図である。従来のレーザ直接描画装置の描画結果の説明図でである。

符号の説明

５レーザビーム
６ポリゴンミラー
１０被描画体
２０光軸偏向手段
３０ドライバ
３１制御装置
Ｏレーザビームの光軸

Claims

ポリゴンミラーによりレーザビームを主走査方向へ移動させると共に、被描画体を前記主走査方向と直角な副走査方向へ移動させ、前記被描画体上に所望のパターンを描画するレーザ直接描画装置において、
前記ポリゴンミラーに入射する前記レーザビームの光軸上に設けられ、前記レーザビームを偏向させる光軸偏向手段と、
前記光軸変更手段を操作し、前記ポリゴンミラーから前記被描画体に至る光学系の特性を相殺させる制御手段と、
を備え、前記レーザビームの前記主走査方向の軌跡を略直線とすることを特徴とするレーザ直接描画装置。
前記被描画体を載置するテーブルの前記走査方向に前記レーザビームの光軸の位置を検出するための位置検出手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ直接描画装置。
前記制御手段は、前記位置検出手段により検出された前記レーザビームの光軸の位置に基づいて前記光軸偏向手段の操作量を設定することを特徴とする請求項２に記載のレーザ直接描画装置。