JP2008030119A - 材料を微細加工する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料を微細加工する方法であって、光学系の所定の素子を介して或る部位に或る照明波長の照明を行うように光学系を構成し、該照明は上記部位から戻り放射を生じさせるように構成することを有する材料を微細加工する方法の提供。
【解決手段】該方法は、所定の素子を介して戻り放射を受けるように、且つ、戻り放射から上記部位の像を形成するように光学系を構成する工程と、像から部位の或る場所の実際の位置を計算し、且つ、該場所の実際の位置を示す信号を出力する工程と、照明波長とは異なる微細加工波長を有する微細加工放射ビームを生成する工程と、上記信号に応答して該場所に対して位置合わせされたビームを形成するようにビームを位置決めする工程と、及び、該場所で微細加工作業を行うように、光学系の少なくとも所定の素子を介して該場所に位置合わせされたビームを搬送する工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的に、光学的位置合わせに関し、特にプリント回路基板において処理すべきターゲットの光学的位置合わせに関する。

レーザ微細加工は、特にプリント回路基板（ＰＣＢ）に孔を形成するのに用いられる。

ＰＣＢの素子はサイズが縮小化しているため、レーザ加工の場所及び精度に対する要求が増えている。

本発明の一実施の形態において、微細加工装置は、或る部位（一般的には、プリント回路基板（ＰＣＢ）の電気回路誘電体基板内に埋設された物体（導体パッド等）を含む）の或る場所を微細加工する。本装置は、放射源を用いて部位を照明し、その照明に応じた部位からの戻り放射を受け、且つ、ビーム源からの微細加工ビームをその場所に搬送する、光学系を含む。光学系には、操作可能なミラー等、３つの機能全てに用いられる少なくとも１つの共通素子がある。放射源及びビーム源は種々の異なる波長で動作する。ビーム源は一般的にはレーザである。放射源は一般的にはレーザダイオードであるが、実施の形態によっては、放射源は発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。

像センサが、戻り放射を用いて部位を撮像し、プロセッサが、その像から、微細加工すべき場所（導体パッドの中心等）の実際の位置を計算する。プロセッサは、実際の位置を示す信号を生成し、その信号を用いて、一般的には操作可能なミラーを調整することによって微細加工ビームをその場所に対して位置合わせする。次いで、プロセッサは、位置合わせされたビームを用いてその場所を微細加工するようにビーム源を動作させる。ビームは、その場所に実質的に任意の形状の孔を微細加工することができる。部位照明、部位撮像、及びビーム伝送の機能に少なくとも１つの共通の素子を用いることにより、本装置は、部位に局所的な高強度照明を与えることができるため、部位の良好な像を形成し、したがって、微細加工ビームをその場所と迅速且つ正確に位置合わせする。

一般的には、本装置は、ＰＣＢの複数の部位（それぞれが異なる位置を有する）で微細加工するのに用いられる。各部位について、プロセッサは、例えば回路のコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）ファイルを分析することによって、微細加工すべき場所の基準座標を計算し、この基準座標を用いて基板の位置を求めることでその部位をビーム及び照明と名目上位置合わせさせる。各部位では、ビームの実際の位置は上述のように求められる。複数の部位の少なくともいくつかについて、部位間のビームの再位置合わせは、操作可能なミラーを操作するだけで行われるため、部位全てに対して正確なビーム位置合わせを維持しつつ、ＰＣＢの微細加工率が高まる。

開示される一実施の形態では、像センサは、一般的には部位のアブレーション閾値を下回る低出力でビーム源を動作させるプロセッサによって、ビームが当たる部位の当該位置の像を取得する。部位の像及びビームが当たる当該位置の像から、プロセッサは、上述のビーム位置合わせを行うようにビームに適用すべきオフセットを求める。

いくつかの実施の形態では、放射源は、蛍光放射を戻り放射として生成することができ、像センサは、蛍光放射から部位の像及び／又は較正ターゲットの像を形成する。プロセッサは一般的には部位の蛍光特性に従って、放射源の波長及び／又は出力を調整することができる。この調整は、放射源からの放射が部位及び／又は当該部位を囲む領域に浸透することで、蛍光放射からの部位の像が最適となるように行われ得る。放射源がレーザである場合、蛍光放射を用いることによりスペックルの問題がなくなる。

本発明の選択し得る一実施の形態では、放射源からの放射は直線偏光し、戻り放射は偏光分析される。埋設された導電性物体を含む部位の場合、その物体からの戻り放射は一般的には、物体の表面粗さに起因して少なくとも部分的に偏光解消する。したがって、像センサは、物体の周囲に対してコントラストのよい物体の像を形成することができ、そのため、戻り放射は一般的には偏光解消されない。

本発明のさらに代替的な一実施の形態では、スペックルの影響を実質的になくすために、放射源は、短いコヒーレント長を有するコヒーレントビームを生成するレーザを含む。代替的又は追加的に、放射源は、種々の異なる光路長を有する複数の光ファイバ等、スペックルを低減する且つ／又は除去する他の部品を有する。

開示される別の実施の形態では、放射源は、物体の部位の周りに環状リングを形成すること等によって、構造化照明を用いて部位を照明するように構成されるため、基板が拡散しやすい。環状照射と拡散性基板の組み合わせにより、物体に効果的に「バックライト」が当たる。

したがって、本発明の一実施の形態によれば、材料を微細加工する方法であって、
光学系を、当該光学系の所定の素子を介して材料の或る部位に或る照明波長の照明を行うように構成し、上記照明は部位から戻り放射を生じさせるように構成し、
光学系を、所定の素子を介して戻り放射を受けるように、且つ、当該戻り放射から部位の像を形成するように構成し、
像から部位の或る場所の実際の位置を計算し、且つ、当該場所の当該実際の位置を示す信号を出力し、
照明波長とは異なる微細加工波長を有する微細加工放射ビームを生成し、
上記ビームを、信号に応答して上記場所に対して位置合わせされたビームを形成するように位置決し、
上記場所で微細加工作業を行うように、光学系の少なくとも所定の素子を介して少なくとも場所に位置合わせされたビームを搬送することを特徴とする材料を微細加工する方法が提供される。

一般的には、上記部位は、１つ又は複数の誘電体基板内に埋設された物体を有し、上記部位に照明を行うことは、上記物体を囲む領域のみを照明する構造化照明を行うことを含む。この構造化照明は回折素子を用いて形成され得る。

一実施の形態では、上記部位に照明を行うことは、当該部位が蛍光する波長であるように照明波長を選択することを含み、上記戻り放射は、行われた照明に応じた部位で生じる蛍光放射を含む。当該方法は、上記部位の像を最適化するように蛍光放射をフィルタリングすることを含み得る。

代替的な一実施の形態では、上記部位に照明を行うことは、当該部位に偏光照明を行うことを含み、上記部位の像を形成することは、当該部位から戻り放射を偏光分析することを含む。

いくつかの実施の形態では、所定の素子は操作可能なミラーを有する。上記部位は、微細加工が行われるべき複数の種々の異なる細部位を含み、上記ビームを位置決めすることは、ミラーを操作するだけで複数の種々の異なる細部位にビームを方向付けることを含み得る。

さらなる代替的な一実施の形態では、所定の素子は、ビーム及び照明を上記部位に集束するように構成される光学素子列を有する。

上記部位は部位エリアを含み、当該部位に照明を行うことは、当該部位エリアに、且つ、当該部位エリアよりも広くなく当該部位エリアとひと続きになっているさらなるエリアに照明を行うことを含み得る。一般的には、上記像を形成することは、像センサ上に像を形成することを含み、上記照明は、３ミリ秒以下で像を像センサ上に生成する強度を有し得る。上記像を形成することは、当該像をピクセルのアレイを有する像センサ上に形成すること、及び、上記エリア及び上記さらなるエリアに応じてアレイから像を分析するようにピクセルを選択することを含み得る。

当該方法はまた、上記部位に照明を行うことの前に上記場所の基準位置を求めること、及び、当該基準位置に応じて上記照明を行うことを含み得る。

さらに他の代替的な一実施の形態では、微細加工放射ビームを生成することは、
上記部位のアブレーション閾値を下回るビームの出力で低出力ビームを生成することと、
上記低出力ビームを上記部位に搬送することと、
上記部位の低出力ビームの像に応じてビームのオフセットを求めることとを含む。

一般的には、上記ビームを位置決めすることは、オフセットに応じて上記ビームを位置決めすることを含み、上記位置決めされたビームを上記場所に搬送することは、アブレーション閾値以上の出力を有するように上記ビームを設定することを含む。

当該方法は、上記部位が非吸収性となる値を有するように上記照明波長を構成することを含み得る。

開示される代替的な一実施の形態では、上記部位は外表面を有し、上記部位に照明を行うことは、当該外表面に対して垂直な撮像放射を用いて上記部位を照明することを含む。

上記部位に照明を行うことは、当該部位にコヒーレントな撮像放射を行うことを含み、当該コヒーレントな撮像放射は、上記部位の寸法の２倍以下のコヒーレント長を有する。

開示されるさらに他の代替的な一実施の形態では、上記実際の位置を計算することは、
上記部位の予測像に従って理論的関係を提示し、
上記像から実際の関係を求め、
上記実際の関係を上記理論的関係に合わせることを含む。

上記部位の像を形成することは、当該部位の照明の浸透深さを変えるように上記照明波長及び上記照明の出力のうち少なくとも一つを調整することを含み得る。

一実施の形態では、上記部位は拡散層内に埋設された物体を有し、当該方法は、拡散層内に埋設された物体から形成される像に起因するずれを補正することを含む。

本発明の一実施形態によれば、材料を微細加工する方法であって、
物体が蛍光する動作波長で、且つ、微細加工に不十分なビーム出力で、或る場所を含む上記材料の或る部位に放射ビームを供給するように放射源を動作させ、上記部位から蛍光放射を生じさせる動作させ、
上記蛍光放射に応じて上記部位の像を形成し、
上記像に応じて上記場所に対してビームを位置決めし、
動作波長で、且つ、上記場所を微細加工させるのに十分な微細加工出力で、上記場所に放射ビームを供給するように放射源を動作させる材料を微細加工する方法がさらに提供される。

一般的には、上記ビーム出力で放射源を動作させることは、ビーム方向付け光学系を介して上記部位に放射ビームを供給することを含み、上記像を形成することは、ビーム方向付け光学系の少なくとも１つの素子を介して像センサに蛍光放射を送ることを含む。当該方法は、上記部位の像を最適化するように蛍光放射をフィルタリングすることを含み得る。

本発明の一実施の形態によれば、材料を微細加工する装置であって、
光学系の所定の素子を介して材料の或る部位に或る照明波長の照明を行うように構成され、照明は上記部位から戻り放射を生じさせる放射源と、
所定の素子を介して戻り放射を受けるように、且つ、当該戻り放射から部位の像を形成するように構成された像センサと、
照明波長とは異なる微細加工波長を有する微細加工放射ビームを生成するように構成されたビーム源と、
上記像から上記部位の或る場所の実際の位置を計算するように、当該場所の実際の位置を示す信号を出力するように、当該信号に応答して上記場所に対して位置合わせされたビームを形成するようビームを位置決めし、且つ、位置合わせされたビームが光学系の少なくとも所定の素子を介して上記場所に搬送されて当該場所で微細加工作業を行うようにビーム源を動作させるように構成されたプロセッサとを備える材料を微細加工する装置がさらに提供される。

当該装置は、蛍光放射をフィルタリングするように構成されるフィルタのセットを備え、プロセッサは、上記部位の像を最適化するようにセットのうちの一つを選択するように構成され得る。

上記照明は偏光照明を含み、当該装置は、像センサに上記部位からの戻り放射を偏光分析させることができるようにする偏光素子を有してもよい。

所定の素子は操作可能なミラーを有してもよい。

代替的に、所定の素子は、ビーム及び照明を上記部位に集束するように構成される光学素子列を有してもよい。

本発明の一実施の形態によれば、材料を微細加工する装置であって、
上記材料が蛍光する動作波長で、且つ、微細加工に不十分なビーム出力で、当該或る場所を含む上記材料の或る部位に放射ビームを供給するように構成され、上記場所から蛍光放射を生じさせるビーム源と、
上記蛍光放射に応じて、上記部位の像を形成するように構成された像センサと、
上記像に応じて、上記場所に対して上記ビームを位置決めし、且つ、上記動作波長で、且つ、上記場所を微細加工させるのに十分な微細加工出力で、上記場所に放射ビームを供給するよう上記ビーム源を動作させるように構成されるプロセッサとを備える材料を微細加工する装置がさらに提供される。

当該装置は、ビーム方向付け光学系を有し、ビーム源をビーム出力で動作させることは、当該ビーム方向付け光学系を介して上記部位に放射ビームを与えることを含み、像を形成することは、ビーム方向付け光学系の少なくとも１つの素子を介して像センサに蛍光放射を送ることを含み得る。

当該装置は、蛍光放射をフィルタリングするように構成されるフィルタのセットを備え、上記プロセッサは、上記部位の像を最適化するように上記セットの一方を選択するように構成され得る。

以上により、本発明は、上述の効果を得ることができる材料を微細加工する方法及び装置を提供することができる。

次に、本発明の一実施形態による、ビーム位置合わせ装置２０の概略図である図１を参照する。装置２０は部位４３を微細加工するのに用いられ、この部位４３は、例として以下ではプリント回路基板（ＰＣＢ）２４内に含まれるものとする。部位４３は一般的には、ガラスビーズ及び／又は繊維を有するエポキシ樹脂等の誘電体基板材料、並びに／又は銅パッド又は銅トレース等の導電性材料を含む。必ずしもそうである必要はないが、一般的には、部位４３は誘電体基板材料内に埋設された導電性材料を含む。装置２０は、コリメータ２７を介して放射ビーム２６を投影するビーム源２２を組み込んでいる。ビーム２６を用いて、部位４３の或る場所に孔を微細加工する。一実施形態では、ビーム源２２は約３５０ｎｍのビーム波長で動作する紫外線（ＵＶ）レーザを含む。ＵＶレーザは、長さがフェムト秒程度である短パルスレーザとして動作することができ、これら短パルスの非線形相互作用を用いてアブレーションを生じさせる。代替的な一実施形態では、ビーム源２２は、約１０μｍのビーム波長で動作する炭酸ガスレーザ装置を有する。しかしながら、装置２０は、微細加工に用いられ得る形態及びレベルの、部位４３が吸収することができる放射エネルギーを供給するように構成可能な任意の適した放射源を用いてもよい。以下では、例として、ビーム源２２はレーザ装置を含むものとし、そのため、ビーム２６はレーザ放射ビームである。

ビームスプリッタ２８、光学素子列３０、及びミラー３４を有する光学部品セット３１は、ＰＣＢ上にビームを搬送するためのビーム方向付け光学系として働く。一般的には、ミラー３４は前面ミラーであり、ビームスプリッタ２８は狭帯域ダイクロイックキューブビームスプリッタであり、このビームスプリッタはビーム波長を伝送すると共に他の波長を反射させる。光学素子列３０及びＰＣＢ２４は、各並進ステージ３３、４５上に取り付けられる。ミラー３４はビーム操作ステージ３５、一般的にはガルバノメータによる操作ステージ、又は米国特許出願第１１／４７２，３２５号に記載されているような２軸高速ビーム操作ステージ上に取り付けられる。レーザビーム２６はビームスプリッタを介して光学素子列に伝送され、この光学素子列がビームを方向付けして集束させる。

装置２０は「ポストスキャン」システムとして構成され、その場合、ミラー３４とＰＣＢ２４との間には光学素子はない。この構成では、ミラーは通常、約±３度の視野角（ＦＯＶ）を有する。

以下の説明は、別記しない限り、１つのレーザビームを用いてＰＣＢ２４を微細加工することに関する。しかしながら、本発明の実施形態はほぼ同時に動作する２つ以上のレーザビームを用いてもよいことが理解される。

オペレータ２３は、メモリ２５及び処理ユニット（ＰＵ）３２を有するワークステーション２１を用いて装置２０を動作させる。ＰＵ３２はメモリ２５に格納されている命令を用いて、ビーム源２２並びに並進ステージ及びビーム操作ステージ等、装置２０の個々の要素を制御する。操作ステージ３３、３５、及び４５に加え、ＰＵ３２は、部位４３に特定の孔が微細加工されている際に光学素子列３０の焦点を変えることができる。孔はＰＣＢ２４の上面３６の選択領域４２にて微細加工される。インセット４４が部位４３を示し、このインセットはより詳細には、領域４２及びこの領域を囲むエリアを含む。

本発明のいくつかの実施形態では、物体４６が領域４２の下側に位置し、この物体はＰＣＢ２４内に埋設されているため、その上にＰＣＢの層３８があり、その下に層４０がある。一般的には、埋設されている他の物体が物体４６に近接しており、他の層がＰＣＢ２４内に含まれ得るが、明確にするため、埋設されている他の物体及び層は図１には示していない。物体４６は一般的に、電気回路の一部であり、層３８及び４０は、電気回路が形成される基板として働く。一実施形態では、物体４６は、ほぼ円形の金属パッドであり、約１００μｍの直径を有する。一般的には、層３８及び４０は誘電体であり、充填されたエポキシ樹脂から形成される。開示されるいくつかの実施形態では、層３８及び４０は、当該技術分野において既知である、味の素ファインテクノ株式会社（ＮＪ）製のＡｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ Ｆｉｌｍ（ＡＢＦ）の種類のうちの１つから形成されるものとし、これらは図２及び図３を参照して以下に記載される。一実施形態では、層３８及び４０はＡＢＦ型ＧＸ３から実装され、約３５μｍの厚みを有する。しかしながら、層３８及び４０はプリント回路基板の構成に適した任意の材料から形成されてもよいことが理解されるであろう。例えば、層３８がＡＢＦ材料を含んでいてもよく、層４０がＦＲ４材料を含んでいてもよい。

ＰＵ３２がＰＣＢ２４を位置合わせすることができるためには、ＰＣＢが放射源５０、一般的にはレーザダイオードからの照明によって照明され、撮像放射波長で撮像放射が行われる。いくつかの実施形態では、放射源５０は発光ダイオード（ＬＥＤ）、一般的には高輝度ＬＥＤを含む。放射源５０は、レーザダイオードを含む場合、一般的には光ファイバ束等のスペックル除去系を有する。代替的に又は付加的に、より詳細に以下に記載するように、放射源５０は短いコヒーレンス長を有するように選択されてもよい。装置２０は第２のダイクロイックビームスプリッタ５２を有し、このスプリッタはビーム波長に対して透過性があり、撮像放射波長で約５０／５０のビームスプリッタとして働く。本発明のいくつかの実施形態では、以下に記載するように、ビームスプリッタ５２は偏光ビームスプリッタを有する。撮像放射は、ビーム２６とほぼ同軸となるように、集束レンズ系４９を介してビームスプリッタ５２を通って搬送される。撮像放射は、ＰＣＢ２４において表面３６に対してほぼ垂直になるようにミラー３４から反射する。表面３６に達する撮像放射は、当該表面の延長エリアではなく、領域４２を囲むと共にその領域とひと続きになった比較的小さなエリアを照明するように構成され、この小さなエリアは通常、微細加工される部位のエリアの約４倍である。例えば、上述の例示的な１００μｍパッドの場合では、集束レンズ系４９は約２００μｍ程度の直径を有する円内で撮像放射を行うように構成され得る。

微細加工が行われるべき場所を囲む比較的小さなエリアを照明するように撮像放射を構成することにより、高強度照明放射が当該エリアに効率的に行われることができるため、当該エリアの良質な像を生成することができる。装置２０の素子（微細加工されるエリアに微細加工ビーム２６を方向付けるのにも用いられる）を介して撮像放射を方向付けることにより、装置２０が新たなエリアを微細加工するように再位置合わせされる際に、高強度照明放射がその新たなエリアを自動的に再位置合わせする。さらに、以下に記載するように、撮像用に用いられる戻り放射はまた、ビーム２６及び照明放射を方向付ける、装置２０の共通の素子を介して戻り、それにより、装置２０が新たなエリアを微細加工するように再位置合わせされる際に、新たなエリアはまた自動的に撮像される。より詳細に以下に説明するように、特徴の上記組み合わせにより、本発明の実施形態がほぼリアルタイムでその部位とビーム２６を位置合わせすることが可能となるため、ＰＣＢ２４の微細加工率全体が高まる。

部位４３からの戻り放射は、矢印５４で概略的に示すように、ミラー３４によってビームスプリッタ５２を介して光学素子列３０に反射し、光学素子列からビームスプリッタ２８に送られる。列３０は、ビームスプリッタ２８及び集束レンズ５５を介して、任意に、例えばバンドパスフィルタ及びロングパスフィルタを含む選択可能なフィルタセットを通常含むフィルタシステム５３を介して、光学センサ５６に戻り放射を方向付ける。かかるフィルタシステムは、以下に記載するように、部位４３が蛍光放射を生じる場合に用いられ得る。或る物体（部位４３内にある物体４６等）の場合では、センサ５６は、当該物体の場所に応じてＰＵ３２に信号を供給するように構成され、処理ユニットはこの信号を用いてビーム２６をＰＣＢ２４及び物体に対して位置合わせすると共に正確に向ける。センサ５６の動作は、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに関してより詳細に記載する。

いくつかの実施形態では、放射源５０を用いて部位４３から蛍光戻り放射を生じさせるため、戻り放射から形成された像には本質的にスペックルがない。米国特許出願公開第２００５／０１９５３８９Ａ１号は蛍光像の生成を記載している。かかる例では、放射源５０は都合のよいことに約４０５ｎｍで動作するレーザダイオードを含んでいてもよく、一般的にはスペックル除去系が全く必要ないであろう。さらに、ビームスプリッタ５２は都合のよいことにダイクロイックビームスプリッタとして構成され、放射源５０からの放射を反射させ、ビーム２６及び蛍光戻り放射を伝送し得る。都合のよいことにＰＵ３２は、放射源５０によって生成される撮像放射の波長及び／又は出力を調整するように構成されてもよい。波長及び／又は出力を調整することにより、部位４３への撮像放射の有効な浸透深さを変えることで、蛍光放射によって生成される像を最適化することができるようにしてもよい。部位４３が金属パッド等の蛍光しない物体を組み込んでいる場合、蛍光放射を用いて像を生成することにより、像のコントラストが高まる。以下に説明するように、部位４３は一般的には種々の異なる蛍光特性を有する複数の層を含むため、ＰＵ３２及び／又はオペレータ２３は、像を最適化するようにフィルタセット５３からフィルタを選択することができる。

いくつかの実施形態では、放射源５０は、図２を参照して以下に挙げる波長等、ＰＣＢが実質的に透過する動作波長又は動作波長範囲を有するように選択される。この例では、一般的には、少なくとも部分的に正反射性である物体４６の場合には、物体は比較的暗い背景に対して明るい物体として撮像され得る。このタイプの「明視野」撮像は、図２を参照して以下に挙げるような比較的長い源波長がＳＨ９Ｋ ＡＢＦ樹脂、ＧＸ３ ＡＢＦ樹脂、又はＧＸ１３ ＡＢＦ樹脂等の材料（上記の波長に対して比較的透過性がある）と共に用いられる場合に生成され得る。

一般的には、ＰＵ３２は並進ステージ４５を用いてＰＣＢ２４に対して粗い位置合わせを行い、ステージ３３及び３５を用いて精密な位置合わせを行うことで、領域４２が表面３６の所望の位置にあり、ビーム２６が表面に対して所望の向きにあるようにする。しかしながら、並進ステージ３３、４５、及びビーム操作ステージ３５の動作の任意の他の便宜的な組み合わせを用いて、ビーム２６を位置決めして向きを定めてもよい。

ビーム２６を用いてＰＣＢ２４に孔を微細加工するには、被加工材料が少なくとも部分的に効果的に吸収性がある必要があり、それにより、ビームのエネルギーが吸収される。効果的な吸収は、ビーム波長でのＰＣＢ樹脂によるビームの吸収によって、又は樹脂内に組み込まれている物体（例えばガラス粒子又はガラスファイバ）によって、又はＰＣＢ内に埋設されている物体４６等の物体によって生じ得る。代替的に又は付加的に、上記で言及した短パルスレーザの例では、ビームに対する効果的な吸収は、ＰＣＢ樹脂又は埋設された物体との短パルスの非線形相互作用によって生じ得る。一般に、微細加工は、ＰＣＢのいくつかの部分のアブレーションによってなされるため、微細加工の効率は、ビームの効果的な吸収が増すほど増大する。

以下の複数の他の要因が、ＰＣＢ２４において効率的に微細加工する装置２０の能力に影響を及ぼす可能性がある：

ビーム波長で微細加工すべきＰＣＢのいくつかの部分の所要の効果的な吸収は、表面３６の下側の物体（物体４６等）のビーム波長での効果的な撮像を制限する可能性がある。

装置２０の光学素子のいくつかは、源２２からのビーム放射及び放射源５０からの撮像放射の双方を搬送する。さらに、光学素子は蛍光放射（生成される場合）を搬送する可能性がある。３つの放射は異なる波長を有し、それら波長のいくつかは互いに非常に異なっていてもよい。このような例では、装置２０の光学素子は適宜、異なる波長を適正に送るように、反射素子、屈折素子、又はこれら２つのタイプの素子の組み合わせ、及び／又は回折素子等の他の素子を含むように選択され得る。これら素子の選択は当業者には明らかであろう。

ビームに関して選択され得る波長には、並びに撮像放射及び蛍光放射（用いられる場合）に関して選択され得る波長又は波長範囲に関して選択され得る波長には、実際的な制限がある。

ビーム及び撮像放射波長の選択は、これら及び他の要因（例えばＰＣＢ２４及び物体４６の構成成分の光学特性を含む）に応じて決まる。結果として、本発明のいくつかの実施形態では、ビーム波長及び撮像放射波長はほぼ同じものであるように選択される。これらの実施形態の場合では、撮像放射波長は約５０ｎｍ以下だけビーム波長から離れている。他の実施形態では、これら２つの波長は異なるように選択されることで、撮像放射波長が約１００ｎｍ以上だけビーム波長から離れるようになっている。蛍光撮像の場合では、撮像放射波長は蛍光を生成するように選択され、ＰＣＢ樹脂による、撮像放射の本質的な部分吸収がある。

装置２０を用いてＰＣＢ２４に複数の孔を微細加工することができ、これら孔は通常、マイクロビア及び／又はブラインドビアに用いられる。複数の孔を微細加工するのに伴うステップは、ビーム２６を領域４２と位置合わせすること、この領域内に孔を微細加工すること、及び微細加工すべき領域を有する新たな部位にビームを再位置合わせすることである。このプロセスが繰り返し反復される。プロセスが効率的であるようにするために、ビームの位置合わせ及び再位置合わせは可能な限り迅速に行われるべきである。代替的に又は付加的に、装置２０の複数のセットを、複数の孔をほぼ同時に微細加工するように構成してもよい。本発明の一実施形態では、装置２０の１８個のセットがＰＣＢ上で同時に動作する。

本発明のいくつかの実施形態では、装置２０は素子５１を含む。素子５１の機能は図８を参照しながら以下に説明する。

図２は、種々の異なる波長で４５μｍの樹脂厚に対しての種々の異なるタイプのＡＢＦ樹脂のパーセント透過率の概略的なグラフである。

このグラフをよく見ると、レーザがＵＶレーザである場合にレーザ２２によって与えられる波長に相応する約３５０ｎｍの波長では、ＳＨ９Ｋ ＡＢＦ樹脂は約２０％透過するのに対し、ＧＸ３ ＡＢＦ樹脂は高い吸収性があることが示されている。したがって、層３８がＳＨ９Ｋ ＡＢＦ樹脂である場合、放射源５０はレーザ２２とほぼ同じ波長を有し、物体４６から戻り放射を生成するであろう。層３８がＧＸ３ ＡＢＦ樹脂を含み、そのため、ＳＨ９Ｋについての場合と同じであるか又はそれ以上の戻り放射を達成する場合、源波長は約４３０ｎｍ以上であるべきである。図２のグラフによって示される透過率に加え、ＰＣＢ及び物体４６の撮像に影響を及ぼす他の要因としては、照明放射の拡散が挙げられ、この拡散は、層３８及び４０を構成するエポキシ樹脂を充填するのに用いられるガラスビーズのサイズ及び密度によって変わる。

本発明者らは、上記の双方のタイプの樹脂が８００ｎｍ程度以上の近赤外波長で実質的に透過性があることを見出した。本発明者らはまた、層３８及び４０内の埋設されたビーズによって生じる拡散とは関係なく、放射源５０がこれら波長で動作する場合に、物体４６等の埋設された物体の良好な像が生成されることを見出した。

図３は、種々の異なるタイプの樹脂の蛍光の概略的なグラフである。ＡＢＦ樹脂ＧＸ３、ＳＨ９Ｋ、及びＧＸ１３についてのグラフ、並びにＦＲ４材料についてのグラフは、樹脂材料のそれぞれについての正規化蛍光強度対蛍光波長をプロットしている。これらグラフは、約３００ｎｍの励起波長について得られたものであるが、本発明者らは、上記で例示したＵＶレーザの場合での３５０ｎｍの波長を含め、他の励起波長の場合に、ほぼ同様のグラフが得られることを確認している。本発明のいくつかの実施形態は、装置２０を動作させる際に、図３のグラフで示されている蛍光特性を用いる。例えば、層４０（図１）がＦＲ４樹脂を含み、層３８がＧＸ３樹脂を含む場合、これら２つの層は、約４５０ｎｍで動作するバンドパスフィルタ、又はほぼ同じ波長でカットオフを有するロングパスフィルタを用いることによって十分に識別される。これら双方の層からの蛍光を観察するために、より短波長のバンドパスフィルタ又はロングパスフィルタを用いてもよい。

図４は、本発明の一実施形態による、装置２０を動作させる際に行われるステップを示すフローチャート６０である。

装置２０を用いて微細加工する前に、当該装置をＰＣＢ２４に対して初期較正する。この初期較正は、特定の較正パネル（ＰＣＢ２４とは異なる）等のパネルをマーキングし、そのマークを装置２０を用いて撮像し、且つ、撮像されたマークから当該装置の較正オフセットを求めることによってなされ得る。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ２４の一部がマーキングされてそのマークを較正に用いてもよい。

代替的に又は付加的に、図３のグラフで示されている蛍光特性は、より詳細に以下に記載するように、装置２０の整合に適宜用いられてもよい。

フローチャート６０のステップのついての以下の記載では、較正プロセス及び微細加工プロセスを説明する。

第１の較正ステップ６２において、オペレータ２３は、特定の較正パネル又は（ＰＣＢを較正に用いることになる場合は）ＰＣＢ２４をステージ４５に位置決めする。オペレータは、較正パネル又はＰＣＢ２４における、一般的には２〜４個のターゲットについての較正ターゲット座標、並びにそれらターゲットに対応する形状を装置２０に提供する。オペレータがコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）ファイルからターゲット座標及び形状を提供してもよく、又はそれらをオペレータが直接入力してもよい。上述したように、ターゲットは非破壊的又は破壊的であるように構成されてもよい。或いは、較正パネル又はＰＣＢ２４を、機械的に、一般的には基準ピン、コーナ、又はパネル若しくはＰＣＢの他の機械的基準領域を用いて、位置決めしてもよい。

第２の較正ステップ６４において、オペレータは、較正ターゲットを照明しその位置を求めるように装置２０の整合システムを動作させる。この照明は放射源５０からのものとすることができ、上述したように、この放射源５０は都合がよいことに、戻り放射が蛍光放射であるように選択される撮像放射波長を有し得る。また、上述したように、ＰＵ３２は、生成された像を最適化するように放射源５０の波長及び／又は出力を調整することができる。

代替的に又は付加的に、較正ターゲットの蛍光を用いる場合、ターゲットを含む領域を、ＰＣＢのアブレーション閾値出力を下回る出力でレーザ２２を動作させることによって照明してもよい。この例では、一般的には光学素子列３０を用いてビーム２６をデフォーカスすることによって、レーザ２２を「エリア照明」モードで動作させることにより当該領域を照明し得る。或いは、ビーム操作ステージ３５を用いて、ミラー３４、したがってレーザビームを走査することによってエリア照明モードを実施してもよい。較正ターゲットがセンサ５６上で撮像され、ＰＵ３２がセンサ上に形成されたターゲット像を用いて装置２０を較正する。蛍光が用いられる場合、ＰＵ３２及び／又はオペレータ２３は、一般的には層３８及び４０が上述したような、また、図３の説明にて例示したような種々の異なる樹脂を含む場合に、生成された像を最適化するようにセット５３のフィルタのうち一方を選択してもよい。

以下のステップは、ＰＣＢ２４が較正に用いられていること、及びＰＣＢが装置２０の所定の位置にあることを想定している。また、以下のステップでは、物体４６は、例として、ほぼ円形の孤立パッドであるものとし、孔はパッドの中心を表面３６に対して垂直に微細加工されているものとする。当業者は、矩形導体につながっている円形パッド、又はつながった円形パッドのアレイにつながっている円形パッド等、他のタイプの物体４６に対して、必要であれば変更を加えてフローチャートのステップの説明を適用することができる。

第１の微細加工ステップ６５において、オペレータ２３は、ＰＣＢ２４内に実装されている電気回路に対応するＣＡＭファイルをメモリ２５にロードする。

第２の微細加工ステップ６６において、ＰＵ３２はＣＡＭファイルを用いて、孔が微細加工される場所の形状及びその形状の基準座標を求める。以下の記載では、孔は物体４６の中心に微細加工されるものとし、そのため、基準座標が物体４６の基準座標又は物体４６を含む部位４３の基準座標となることができるようになっている。代替的に、物体４６の基準座標及び形状は電気回路の像の分析から得ることができ、この分析はオペレータ２３及び／又はＰＵ３２によって行われる。

第３の微細加工ステップ６８において、ＰＵ３２は基準座標に対応する信号を用いて、ＰＣＢ２４、光学素子列３０、及び／又はミラー３４を保持する移動ステージに粗調整制御信号を供給することで、物体４６をセンサ５６の視野角に移動する。位置決めは処理ユニットによって完全に自動的に行われてもよい。或いは、オペレータ２３が、一般的には基準座標をＰＵ３２に与えることによって位置決めを少なくとも部分的に実施してもよい。

ステップ６８から、ＰＵ３２は２つの可能な経路のうち一方に従う。第１の経路６９は、ビーム整合ステップ７０及び７２を介して物体照明ステップ７４に至る。第２の経路７１は、物体照明ステップ７４に直接至る。フローチャート６０が最初に行われる際に第１の経路６９にＰＵ３２が従い、それ以後、周期的に繰り返されるため、ステップ７０及び７２において行われるビーム整合は、微細加工される各物体については行われない。そうではなくて、ビーム整合はｔ秒ごとに断続的に行われ、ここで、ｔはオペレータ２３によって選択されたパラメータであり、一般的には約１０程度である。

経路６９では、第１のビーム整合ステップ７０において、部位４３に衝当するようにレーザ２２がアブレーション閾値を下回る低出力で動作する。レーザビームは一般的には、衝当する部位４３の場所（ここでは領域４２であるものとする）に蛍光を生じさせ、その場合、戻り蛍光放射がセンサ５６に集束して、領域４２のセンサに像を形成する。或いは、ＰＣＢの蛍光を用いるのではなく、アブレーション較正ボードが部位４３に予め加えられてもよい。

経路６９では、第２のビーム整合ステップ７２において、ＰＵ３２はセンサ５６にレーザビームの場所を記録する。

物体照明ステップ７４において、ＰＵ３２はレーザ２２をオフに切り替え、物体４６を照明するように放射源５０を動作させる。代替的に又は付加的に、ステップ７４では、ＰＵ３２は低出力及び／又は上述のエリア照明モードにレーザ２２を維持し得る。一般的に、ＰＵ３２はＰＣＢの物体４６付近から生じた戻り蛍光放射を用いて、次のステップ７６において記載する像を生成する。蛍光放射はレーザ２２及び／又は放射源５０の放射から生じ得る。像は、戻り蛍光放射から単独に又は放射源５０の波長での戻り放射と共に形成され得る。一般的には、種々の異なる樹脂のタイプ（ＡＢＦ及びＦＲ４等）を含む層３８及び４０の上述した例の場合等、戻り蛍光放射の例では、ＰＵ３２は像を最適化するようにセット５３からフィルタを選択する。

物体記録ステップ７６において、ＰＵ３２は物体の像（センサ５６にて生成される）を記録する。ＰＵ３２はセンサ５６からの信号レベルを分析して、中心の実際の座標に対応する信号を求める。この分析の一例を図５Ｂ及び図５Ｃを参照しながら説明する。経路６９に従っている場合、処理ユニットは円形パッドの中心の実際の座標とステップ７２において得られるビーム位置の実際の座標とを記録し、それらの座標間のオフセットを求める。経路７１に従っている場合、処理ユニットは経路６９の最新の実施において求められたオフセットを用いる。

移動ステップ７８において、ＰＵ３２はステップ７６において求められたオフセットを用いて、物体４６の中心に対するビーム位置を調整する。一般的には、この調整はミラー３４を適正に位置合わせするようにビーム操作ステージ３５を動作させることによってなされる。

レーザ操作ステップ８０において、ＰＵ３２は、ビームが層３８及び物体４６をアブレートし、したがって物体４６の中心の実際の座標における孔を微細加工するように、アブレーション閾値を上回るように源２２の出力を切り替える。いくつかの実施形態では、微細加工の際、処理ユニットは、光学素子列３０を用いて、微細加工が進むにつれてビーム２６の焦点を変えるようにしてもよい。

第１の判定８２において、ＰＵ３２はＰＣＢ２４の他の部位で行うべきさらなる微細加工作業があるかどうかを確認する。作業がそれ以上ない場合、フローチャート６０は終了する。さらなる作業がある場合（ここでは、物体４６とほぼ同様の物体の中心に孔を加工するものとする）、フローチャート６０は続けて第２の判定８４を行う。

第２の判定８４において、ＰＵ３２は、物体４６から、加工すべき次の物体の基準場所までの間隔が、所定の間隔（一般的には１０ｍｍ程度）を上回っているかどうかを判定する。間隔が所定の間隔を上回っている場合、カウンタＮは０に設定され、フローチャートはステップ６６に戻って次の物体を加工する。

間隔が所定の間隔以下である場合、第３の判定８６において、ＰＵ３２は、ステップ７６において記録されたオフセットが所定の値よりも小さいかどうかを確認する。オフセットが所定の値より小さい場合、ステップ８８において、ＰＵ３２はステップ７８及び８０をＮ個の次の物体について行うことにより装置２０を動作させ、ここでは、Ｎは上述したカウンタであり、所定の値、一般的には約１０に設定される。オペレータ２３は、ステップ６５におけるＣＡＭファイルのロード時にＮの所定の値を設定してもよい。

ステップ８８を実行している間、ＰＵ３２は、各加工作業後に、物体間の間隔が所定の間隔を超えているかどうかを確認し、超えている場合、フローチャートはその破線６７で示されるようにステップ６６に戻る。Ｎ個の物体が加工中であるため所定の間隔を超えていない場合、ＰＵ３２はＮ個の物体の加工を完了し、Ｎを増分し、次いで、フローチャートのステップ６６に戻る。

判定８６において、オフセットが所定の値以上である場合、ＰＵ３２は最小値の０にＮを減分する。ステップ９０において、ＰＵ３２はＮ（減じられた値）個の次の物体についてステップ７８及び８０を行うことにより装置を動作させる。ステップ９０を実行している間、ＰＵ３２は、各加工作業後に、物体間の間隔が所定の間隔を超えているかどうか確認し、超えている場合、フローチャートはその破線７３で示すようにステップ６６に戻る。Ｎ個の物体が加工中であるため所定の間隔を超えていない場合、ＰＵ３２はＮ個の物体の加工を完了し、次いで、フローチャートのステップ６６に戻る。

判定ステップ８４により、オペレータは、物体の所定の間隔内（整合ステップ６６〜７６が行われている）の物体が整合ステップを行わずに加工され得るように装置２０を構成することが可能となる。換言すれば、所定の物体について求められたオフセットを用いて、所定の物体付近の一群の物体についてビームを位置決めする。

判定ステップ８６により、オペレータは、ステップ７６において得られたオフセットのサイズが上述の一群の物体の数を判定するように装置を構成することが可能となる。したがって、求められたオフセットが所定のオフセットを下回る場合、Ｎの値、すなわち一群の物体の数が、加工すべき次の群の物体について増分される。求められたオフセットが所定のオフセットを上回る場合、Ｎの値が加工すべき次の群の物体について減分される。

オペレータは一般的には、ステップ６５において所定の間隔の値及び所定のオフセットの値を入力する。

上記の説明は、円形パッドの中心を表面３６に対して垂直な円形孔を微細加工することに適用される。装置２０はまた、孔を非垂直方向に微細加工すること、及び／又は非円形孔（例えば、スリット形状の孔）を微細加工すること、及び／又はフローチャート６０において求められた実際の座標に対応する位置とは異なる位置の孔を微細加工すること等、他の微細加工作業も行うことができる。また、微細加工は、ＰＣＢを完全に貫通する孔、又はＰＣＢを完全には貫通しない孔を形成することに適用され得ることが理解されるであろう。当業者は、そのような他の微細加工作業（一般的には、ステップ７８及び８０における、処理ユニットの実施による）、並進ステージ３３、並進ステージ４５、及び／又はビーム操作ステージ３５のさらなる作業について、上記の説明を適応させることができるであろう。

一般的には、ステップ６８に対応する粗調整は、自動的に行われる場合は、前に微細加工された孔から約１〜３ｍｓかかる。ビーム操作ステージ３５（図１）がガルバノメータによる場合は一般的に適用される時間は短く、当該ステージが２軸走査系である場合は一般的に適用される時間は長い。都合の良いことに、ステップ７８における上述した微調整手順にかかる時間は約１ｍｓ未満である。この時間は、特に微細加工される各部位に向けられる高強度撮像放射により達成される。

本発明者らは、これらの時間により、ＰＣＢを加工するためのフローチャート６０の適用では、かかる加工のフローチャートのステップを適用しない従来技術のシステムに比して、実質的に時間の損失がないことを見出した。さらに、判定ステップ８４及び８６等のステップはＰＣＢの加工の際に行われてもよい。したがって、フローチャート６０をほぼリアルタイムで動作するように実施することができる。上述した時間で動作することによって、熱ドリフト等、比較的長期間の悪影響をなくすことができる。さらに、上述のように、整合ステップ７０及び７２を断続的に行うだけで、微細加工の精度に影響を及ぼすことなく動作時間全体が短縮される。

図５Ａは、本発明の一実施形態による、装置２０において用いられ得る光学センサ５６の一表面の概略図を示す。一般的には、上記に挙げた位置合わせ時間内で位置合わせ信号を生成するために、センサ５６は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術を用いる。或いは、センサ５６は、１つ又は複数のＣＣＤ（電荷結合素子）、又は他の適した検知素子を用いてもよい。

１６４はセンサ５６の表面を示している。センサ５６は一般的には、検出器素子１７０の矩形アレイを有する。適した像センサのいくつかの例を以下に記載する。アイダホ州ボイズのマイクロン・テクノロジー・インコーポレイテッドは、ＭＴＭ００１ ＣＭＯＳ １．３ Ｍｐｉｘｅｌの矩形アレイセンサを提供しており、本発明者らはこの矩形アレイセンサが本発明に適していることを見出した。このセンサの対応する要素の数を、プログラム可能な対象領域（ＡＯＩ）を用いて限定することができるため、１〜３ｍｓ程度の短い取得時間だけアレイを用いることが可能となる。日本の浜松ホトニクス株式会社は、２５６×２５６の検出器素子Ｓ９１３２アレイを提供しており、このアレイは２つの一次元アレイとして動作することができ、より詳細に以下で説明する和出力を与える。センサ５６として使用するのに適した他のアレイが当業者にはよく知られているであろう。

ＰＵ３２は、要素１７０からの信号を用いて物体４６に対する特定の位置を適宜正確に判定してもよい。図５Ｂ及び図５Ｃは、物体４６の像のいくつかの例を示す。例として、物体４６は円形パッドを含むものとし、円形パッドの中心が微細加工されることになる。図５Ｂでは、物体４６はほぼ円形の孤立パッドを含み、このパッドが像１６６を生じる。図５Ｃでは、物体４６は矩形導体につながったほぼ円形のパッドを含み、このパッドが、矩形部分１８０につながった円形部分１７８から成る像１７６を生じる。

センサ５６が上記で言及したＭｉｃｒｏｎアレイ等、個々のピクセルの矩形アレイを有する場合、像１６６について、ＰＵ３２は、像１６６を囲むピクセル１６８の矩形セットに対して分析すべきピクセルの数を減らすことができ、このピクセルの数の減少により像の取得時間が短縮される。そのため、ＰＵ３２は、一般的にはエッジ検出アルゴリズムを用いることによって、撮像されたピクセル全てを円に合わせて、像１６６の中心をサブピクセルに精度良く一致させることができる。

例えば、１００×１００ピクセルの１．３ Ｍｐｉｘｅｌｓを用いることによって、像取得時間を３０Ｈｚの公称のフレームレートに比してほぼ１００倍高めることができ、これによりサブミリ秒の取得時間が得られる。かかる短い取得時間は、ミラー３４（図１）を介して放射源５０から方向付けられた部位照明によって与えられる高い像照明強度を必要とする。

像１７６について、ＰＵ３２は、部分１７８を囲むピクセル１７９の矩形セットに対して分析すべきピクセルの数を減らすことができ、可能な場合は矩形部分１８０のピクセルのいくつかをカットオフする。エッジ検出アルゴリズムを用いることにより、ＰＵ３２は次いで、非線形エッジを形成する撮像されたピクセルを円に合わせて、円形部分１７８の中心をサブピクセルの精度でぴったり一致させることができる。或いは、ＰＵ３２は、エッジ検出アルゴリズムを用いて、ピクセル全てを、円の一方の側において２つの平行ラインが交差する当該円によって生成される予測理論的エッジに合わせることができる。

一般的には、ＰＵ３２による分析のために選択されるピクセルは、単純な矩形アレイである必要はない。例えば、撮像された部位は、大きな円形パッドに取り付けられた小さな円形パッドを含んでいてもよく、その場合、ＰＵ３２によって選択されたピクセルは、部位をまさに包囲するように選択された概して不規則なピクセルセットとして構成されてもよい。

センサ５６は、上記で言及した浜松ホトニクス株式会社のアレイ等、アレイの各ピクセルごとに出力を与えることができないアレイを含み得る。この例では、ＰＵ３２は、アレイの和出力に合う曲線を加えて、像１６６及び１７８の中心を見つけるようにすることができる。

図６は、本発明の代替的な一実施形態による、ビーム位置合わせ装置３２０の概略図である。以下に記載する相違点は別として、装置３２０の動作は、装置２０（図１）の動作とほぼ同様であり、装置２０及び３２０において同じ参照符号で示されている要素は、構成及び動作がほぼ同様である。

装置３２０はビームスプリッタ３２６を有し、ビームスプリッタ５２は取り外されている。ビームスプリッタ３２６は放射源５０からの撮像放射を伝送するように、且つ、部位４３からセンサ５６へ戻る放射を反射させるように構成される。戻り放射が放射源５０の波長と同じ波長を有する場合、ビームスプリッタ３２６は５０／５０ビームスプリッタとすることができる。戻り放射が蛍光放射である場合、ビームスプリッタ３２６はダイクロイックビームスプリッタとして構成され得る。或いは、以下に説明するように、ビームスプリッタ３２６は偏光ビームスプリッタとすることができる。

装置３２０において、光学素子列３０は２つの光学セットに分けられる。第１のセット３２４は一般的には、源２２からのビームの大きさを変えるのに用いられ得る可動光学素子を含む。第２のセット３２２は一般的には、固定光学素子を含む。光学素子列３０をこれら２つのセットに分割することにより、ビームスプリッタ２８とミラー３４との間の照明及び撮像経路に影響を及ぼすことなく源２２からのビームの大きさを調整することができる。

装置３２０における素子３２３及び３２５を以下に説明する。

装置３２０内で行われる通常の撮像照明が部位４３にわたってほぼ均一である場合、すなわち、照明に対して構造化がほとんど又は全くない場合、結果として得られる鏡面物体４６の像は一般的には、物体を囲む領域の暗い背景像に対して物体の像は明るく、これら２つの像はコントラストがよい。

装置２０及び３２０を考察すると、操作可能なミラー３４及び光学素子列３０等の光学素子は少なくとも２つの異なる波長、すなわちビーム２６のビーム波長及び放射源５０の撮像放射波長を搬送し得ることが示されている。蛍光が用いられる場合、光学素子は３つの異なる波長、すなわちビーム波長、撮像放射波長、及び蛍光波長を搬送し得る。２つ又は３つの異なる波長を搬送するように当該光学素子を構成することにより、異なる波長に対して別個の素子セットを用いる場合に必要とされるであろう光学素子の数が大幅に減る。

図７は、本発明のさらなる代替的な実施形態による、ビーム位置合わせ装置３３０の概略図である。以下に記載する相違点は別として、装置３３０の動作は装置２０（図１）及び装置３２０（図７）の動作とほぼ同様であり、装置２０、３２０、及び３３０において同じ参照符号で示されている要素は、構成及び動作がほぼ同様である。

装置３３０はミラー３４と部位４３との間にレンズ系３３６を含む。レンズ系３３６は一般的には、テレセントリックレンズを含み、これにより、ミラー３４が約±２０度のＦＯＶを有することが可能となる。レンズ系を加えることにより、装置３３０が「プレスキャン」システムとして構成される。上述のポストスキャンシステムに比して、ミラーのより大きなＦＯＶにより、ＰＣＢ２４のより大きなエリアへのビーム２６の投影及びそのエリアの撮像の双方をミラーに行わせることが可能となる。

光学セット３２４及び３２２は一般的には、可動素子を含む第１のセット３３４及び固定素子を含む第２のセット３３２に各自再構成され、これらセット３３４及びセット３３２はレンズ系３３６に対応するように選択される。

装置２０、３２０、及び３３０についての上記の説明は、撮像照明が表面３６に対してほぼ垂直であり、概して構造化されていないものと想定していた。本発明のいくつかの実施形態では、撮像照明はまた、以下に記載するように当該照明が構造化を有するように構成されてもよい。

図８は、本発明の一実施形態による、放射源５０によってもたらされる撮像放射構成３４４を示す。ＰＣＢ２４の断面３４０及び上面３４２が放射構成３４４に関して示されている。構成３４４では、表面３６の撮像放射は、例えば撮像放射のほぼ環状のリング３４６として構造化されている。撮像放射は層３８及び４０に浸透し、特にそれら層に組み込まれている充填材料に起因した当該層内への拡散により、当該層内で部分的に拡散している。浸透と部分拡散の組み合わせにより、矢印３４８で概略的に示すように、物体４６に効果的に「バックライトが当たり」、そのため、センサ５６上にハイコントラストな像が生成される。ハイコントラストな像は、物体が鏡面であるか非鏡面であるかにかかわらず生成される。さらに、バックライトによって生成されるハイコントラストな像は、像のブレ（層内での放射拡散によって生じる可能性がある）を効果的に補正する。バックライト効果を用いなければ、像のブレにより、像の測定位置にずれが生じるであろう。

放射構成３４４は都合が良いことに、レンズ４９とビームスプリッタ５２との間に素子５１（図１）（一般的にはストッパ）を位置決めすることによって装置２０内に設けられる。明確にするため図示していないが、構成３４４はまた、レンズ５５とビームスプリッタ２８との間に適当なストッパを位置決めすることによって装置３２０内に設けられてもよい。構造化照明を与えるように設計された回折素子を用いること等によって、装置２０、３２０、及び３３０内で環状放射を生成する他の方法が当業者に明らかであろうし、また、本発明の範囲内に含まれるものとする。例えば、素子５１はそのような回折素子を含んでいてもよい。構造化照明の他の形態は放射源５０によってもたらされてもよく、構造化照明は一般的には、撮像される部位に従って構造化される。例えば、矩形の照明を用いてほぼ線形のトレースの周りの領域を照明してもよい。かかる形態の構造化照明は全て、本発明の範囲内に含まれるものとする。

構成３４４について、放射源５０は、スペックルが実質的にないように非常に短いコヒーレント長を有するレーザエミッタであるように選択されてもよい。本発明者らは、加工される物体の寸法（円形パッドの直径等）の１〜２倍程度のコヒーレント長を有するレーザが好適であることを見出した。

図６を再び参照すると、代替的な放射構成は偏光照明放射を用いる。図６に示されるように、偏光子３２３は放射源５０の次に位置決めされることができ、分析器３２５はセンサ５６の前に位置決めされる。或いは、放射源５０は一般的に偏光放射を行うため、偏光子３２３の必要性は全くないであろう。偏光子３２３の向き又は放射源５０（その放射が偏光される場合）の向き、及び分析器３２５の向きは、ＰＵ３２によって制御されてもよい。或いは、これらの向きはオペレータ２３によってほぼ固定値に予め設定されてもよい。表面３６からの反射、及び層３８と層４０との間の界面等、ＰＣＢ２４の中間表面からの反射は、実際には低入射角で入射する偏光放射と同じ偏光を有する。層３８及び４０からの戻り拡散放射は比較的弱く、主として、入射する偏光放射と同じ方向に偏光する。しかしながら、一般的には、樹脂（単数又は複数）を埋設することで物体の粘着を高めるようにする場合のように、物体４６が部分的に粗加工された金属面を有する場合、その面が反射する放射は実質的に偏光解消されるため、入射する偏光放射に対して９０度成分を有する。ここで説明している代替的な構成では、ＰＵ３２は、偏光子３２３及び分析器３２５が交差偏光を有するように配置され、又はオペレータ２３はこれらの向きを予め設定することで、層３８及び層４０の表面及び内部からの鏡面反射が吸収されるようにし、その一方、物体４６からの偏光解消した放射は伝送される。したがって、交差偏光は、物体を囲む材料とのハイコントラストを有する、物体４６の良好な像をもたらす。

偏光照明放射についての代替的な実施では、偏光子３２３も分析器３２５も用いない。そうではなく、放射源５０が偏光照明を行うように実施され、ビームスプリッタ３２６が、源からの偏光照明を伝送する偏光ビームスプリッタとして構成される。偏光ビームスプリッタは、物体４６のからの放射を含む偏光解消放射をセンサ５６に反射するように働き、上述したように物体の良好な像を形成する。

図１を再び参照すると、ビームスプリッタ５２は、放射源５０の波長で偏光ビームスプリッタとして構成されてもよく、それにより、センサ５６が装置２０内で、装置３２０内で形成される像とほぼ同様の物体４６の像を形成する。

上述の偏光の実施形態により、センサ５６に物体４６及びその周囲からの戻り放射を偏光分析させることが可能となる。

偏光の実施形態の場合では、スペックルを減らすために、放射源５０は加工される物体の寸法を下回るコヒーレンス長を有するレーザエミッタを有することができる。例えば、円形パッドの場合、コヒーレンス長は当該パッドの直径よりも著しく小さい。上記に例示したように、スペックルを減らす他の方法も用いてもよい。

上記に説明した実施形態は、ＰＣＢ２４及び／又は埋設された物体４６の光学像を用いて、ＰＣＢを微細加工する実際の位置を調整することに関していた。しかしながら、ＰＣＢ及び／又は埋設された物体の他のタイプの像をＰＵ３２によって用いて所要の実際の位置を求めることができることが理解されるであろう。さらに、本発明の実施形態を用いて、セラミック又はガラス等、ＰＣＢ以外の材料内に埋設されているか又はその材料の表面上にある物体を撮像することができることが理解されるであろう。当業者は、過度の実験を必要とすることなく、他のタイプの像が必要とする変更に対応するように上記説明を変更することができるであろう。

上記に説明した実施形態は例として挙げられていること、及び本発明は上記に特に示し且つ説明したものに限定されないことが理解されるであろう。そうではなくて、本発明の範囲は、上記で説明された各種特徴の組み合わせ及び詳細な組み合わせの双方、並びに、上記の説明を読めば当業者に想起されるであろう、且つ従来技術において開示されていない変更及び改変を含む。

本発明の一実施形態によるビーム位置合わせ装置の概略図。 種々の異なるタイプのＡｊｉｎｏｍｏｔｏ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ Ｆｉｌｍ（ＡＢＦ）樹脂のパーセント透過率のグラフ。 種々の異なるＡＢＦ樹脂及びＦＲ４樹脂の正規化蛍光の概略的なグラフ。 本発明の一実施形態による、ビーム位置合わせ装置を動作させるために行われるステップを示すフローチャート。 本発明の一実施形態による光学センサの表面の概略図を示す図。 本発明の一実施形態による、図５Ａのセンサの像の概略図を示す図。 本発明の一実施形態による、図５Ａのセンサの像の概略図を示す図。 本発明の代替的な一実施形態によるビーム位置合わせ装置の概略図。 本発明のさらに代替的な一実施形態によるビーム位置合わせ装置の概略図。 本発明の一実施形態による、図１、図６、及び／又は図７のビーム位置合わせ装置の源によってもたらされる撮像照明構成を示す図。

符号の説明

２０、３２０、３３０ ビーム位置合わせ装置
２１ ワークステーション
２２ ビーム源
２４ プリント回路基板（ＰＣＢ）
２７ コリメータ
２８、５２、３２６ ビームスプリッタ
３０ 光学素子列
３１ 光学部品セット
３４ ミラー
４６ 物体
４９ 集束レンズ系
５６ センサ
３３６ レンズ系

Claims (52)

1. 材料を微細加工する方法であって、
   光学系を、該光学系の所定の素子を介して該材料の或る部位に或る照明波長の照明を行うように構成し、該照明は該部位から戻り放射を生じさせるように構成し、
   該光学系を、該所定の素子を介して該戻り放射を受けるように、且つ、該戻り放射から該部位の像を形成するように構成し、
   該像から該部位の或る場所の実際の位置を計算し、且つ、該場所の該実際の位置を示す信号を出力し、
   該照明波長とは異なる微細加工波長を有する微細加工放射ビームを生成し、
   該ビームを、該信号に応答して該場所に対して位置合わせされたビームを形成するように位置決めし、
   該場所で微細加工作業を行うように、該光学系の少なくとも該所定の素子を介して該場所に該位置合わせされたビームを搬送することを特徴とする材料を微細加工する方法。
2. 該部位は、１つ又は複数の誘電体基板内に埋設された物体を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
3. 該部位に照明を行うことは、該物体を囲む領域のみを照明する構造化照明を行うことを含むことを特徴とする請求項２に記載の材料を微細加工する方法。
4. 該構造化照明を行うことは、該構造化照明を回折素子を用いて行うことを特徴とする請求項３に記載の材料を微細加工する方法。
5. 該部位に照明を行うことは、該部位が蛍光する波長であるように該照明波長を選択することを含み、該戻り放射は、行われた照明に応じて該部位で生じる蛍光放射を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
6. 該部位の該像を最適化するように該蛍光放射をフィルタリングすることを含むことを特徴とする請求項５に記載の材料を微細加工する方法。
7. 該部位に照明を行うことは、該部位に偏光照明を行うことを含み、該部位の像を形成することは、該部位からの該戻り放射を偏光分析することを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
8. 該所定の素子は操作可能なミラーを含む、請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
9. 該部位は、微細加工が行われるべき複数の種々の異なる細部位を含み、該ビームを位置決めすることは、該ミラーを操作するだけで該複数の種々の異なる細部位に該ビームを方向付けることを特徴とする請求項８に記載の材料を微細加工する方法。
10. 該所定の素子は、該ビーム及び該照明を該部位に集束するように構成される光学素子列を有することを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
11. 該部位は部位エリアを有し、該部位に照明を行うことは、該部位エリアに、且つ、該部位エリアよりも広くなく該部位エリアとひと続きになっているさらなるエリアに照明を行うことを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
12. 該像を形成することは、該像を像センサ上に形成することを含み、該照明は、３ミリ秒以下で該像を該像センサ上に生成する強度を有することを特徴とする請求項１１に記載の材料を微細加工する方法。
13. 該像を形成することは、該像をピクセルのアレイを含む像センサに形成すること、及び、該エリア及び該さらなるエリアに応じて該像を分析するように該アレイからピクセルを選択することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の材料を微細加工する方法。
14. 該部位に照明を行うことの前に、該場所の基準位置を求めること、及び、該基準位置に応じて該照明を行うことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
15. 該微細加工放射ビームを生成することは、
    該部位のアブレーション閾値を下回る該ビームの出力で低出力ビームを生成し、
    該低出力ビームを該部位に搬送し、
    該部位の該低出力ビームの像に応じて該ビームのオフセットを求めることを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
16. 該ビームを位置決めすることは、該オフセットに応じて該ビームを位置決めすることを含むことを特徴とする請求項１５に記載の材料を微細加工する方法。
17. 該位置決めされたビームを該場所に搬送することは、該ビームを、該アブレーション閾値以上の出力を有するように設定することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の材料を微細加工する方法。
18. 該照明波長を、該部位が非吸収性となる値を有するように構成することを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
19. 該部位は外表面を有し、該部位に照明を行うことは、該外表面に対して垂直な撮像放射を用いて該部位を照明することを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
20. 該部位に照明を行うことは、該部位にコヒーレントな撮像放射を行うことを含み、該コヒーレントな撮像放射は、該部位の寸法の２倍以下のコヒーレント長を有することを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
21. 該実際の位置を計算することは、
    該部位の予測像に従って理論的関係を提示し、
    該像から実際の関係を求め、
    該実際の関係を該理論的関係に合わせることを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
22. 該部位の像を形成することは、該部位の照明の浸透深さを変えるように該照明波長及び該照明の出力のうち少なくとも一方を調整することを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
23. 該部位は拡散層内に埋設された物体を有し、該方法は、該拡散層内に埋設された該物体から形成される像に起因するずれを補正することを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料を微細加工する方法。
24. 材料を微細加工する方法であって、
    該材料が蛍光する動作波長で、且つ、微細加工に不十分なビーム出力で、或る場所を含む該材料の或る部位に放射ビームを供給するように放射源を動作させることであって、それにより、該部位から蛍光放射を生じさせる作動させ、
    該蛍光放射に応じて該部位の像を形成し、
    該像に応じて、該場所に対して該ビームを位置決めし、
    該動作波長で、且つ、該場所を微細加工させるのに十分な微細加工出力で、該場所に放射ビームを供給するように該放射源を動作させることを含むことを特徴とする材料を微細加工する方法。
25. 該ビーム出力で放射源を動作させることは、ビーム方向付け光学系を介して該部位に該放射ビームを供給することを含み、該像を形成することは、該ビーム方向付け光学系の少なくとも１つの素子を介して像センサに該蛍光放射を送ることを含むことを特徴とする請求項２４に記載の材料を微細加工する方法。
26. 該部位の該像を最適化するように該蛍光放射をフィルタリングすることを特徴とする請求項２４に記載の材料を微細加工する方法。
27. 材料を微細加工する装置であって、
    光学系の所定の素子を介して該材料の或る部位に或る照明波長の照明を行うように構成され、該照明は該部位から戻り放射を生じさせる放射源と、
    該所定の素子を介して該戻り放射を受けるように、且つ、該戻り放射から該部位の像を形成するように構成された像センサと、
    該照明波長とは異なる微細加工波長を有する微細加工放射ビームを生成するように構成されたビーム源と、
    該像から該部位の或る場所の実際の位置を計算するように、該場所の該実際の位置を示す信号を出力するように、該信号に応答して該場所に対して位置合わせされたビームを形成するように該ビームを位置決めし、且つ、該位置合わせされたビームが該光学系の少なくとも該所定の素子を介して該場所に搬送されて該場所で微細加工作業を行うように該ビーム源を動作させるように構成されるプロセッサとを備えることを特徴とする材料を微細加工する装置。
28. 該部位は、１つ又は複数の誘電体基板内に埋設された物体を含むことを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
29. 該部位に照明を行うことは、該物体を囲む領域のみを照明する構造化照明を行うことを含むことを特徴とする請求項２８に記載の材料を微細加工する装置。
30. 該構造化照明を形成する回折素子を有することを特徴とする請求項２９に記載の材料を微細加工する装置。
31. 該照明波長は該部位が蛍光する波長を含み、該戻り放射は、行われた照明に応じて該部位で生じる蛍光放射を含むことを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
32. 該蛍光放射をフィルタリングするように構成されるフィルタのセットを備え、該プロセッサは、該部位の該像を最適化するように該セットのうちの一つを選択するように構成されることを特徴とする請求項３１に記載の材料を微細加工する装置。
33. 該照明は偏光照明装置を含み、該装置は、該像センサに該部位からの該戻り放射を偏光分析させることができるようにする偏光素子を有することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
34. 該所定の素子は操作可能なミラーを有することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
35. 該部位は微細加工が行われるべき複数の種々の異なる細部位を有し、該ビームを位置決めすることは、該ミラーを操作するだけで該複数の異なる細部位に該ビームを方向付けることを含むことを特徴とする請求項３４に記載の材料を微細加工する装置。
36. 該所定の素子は、該ビーム及び該照明を該部位に集束するように構成される光学素子列を有することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
37. 該部位は部位エリアを有し、該部位に照明を行うことは、該部位エリアに、且つ、該部位エリアよりも広くなく該部位エリアとひと続きになっているさらなるエリアに照明を行うことを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
38. 該照明は、３ミリ秒以下で該像を該像センサ上に生成する強度を有することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
39. 該像センサはピクセルのアレイを有し、該プロセッサは、該エリア及び該さらなるエリアに応じて該像を分析するように該アレイからピクセルを選択するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
40. 該プロセッサは、該放射源が該部位に照明を行う前に該場所の基準位置を求めるように構成され、該基準位置に応じて該照明を行うよう該放射源を方向付けるように構成されることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
41. 該微細加工放射ビームを生成することは、該部位のアブレーション閾値を下回るビームの出力で低出力ビームを生成することを含み、該プロセッサは、該部位に該低出力ビームを搬送するように、且つ、該部位での該低出力ビームの該像センサの像に応じて該ビームのオフセットを求めるように構成されることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
42. 該ビームを位置決めすることは、該オフセットに応じて該ビームを位置決めすることを含むことを特徴とする請求項４１に記載の材料を微細加工する装置。
43. 該位置合わせされたビームを該場所に搬送することは、該ビームを、該アブレーション閾値以上の出力を有するように設定することを含むことを特徴とする請求項４２に記載の材料を微細加工する装置。
44. 該部位が非吸収性となる値を有するように該照明波長を構成することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
45. 該部位は外表面を有し、該部位に照明を行うことは、該外表面に対して垂直な撮像放射を用いて該部位を照明することを含むことを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
46. 該放射源は、該部位にコヒーレントな撮像放射を行うように構成され、該コヒーレントな撮像放射は、該部位の寸法の２倍以下のコヒーレント長を有することを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
47. 該プロセッサは、
    該部位の予測像に従って理論的関係を受け取り、
    該像から実際の関係を求め、
    該実際の関係を該理論的関係に合わせることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
48. 該プロセッサは、該部位での該照明の浸透深さを変えるように該照明波長及び該照明の出力のうち少なくとも一方を調整するように構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
49. 該部位は拡散層内に埋設された物体を含み、該プロセッサは、該拡散層内に埋設された該物体から形成される像に起因するずれを補正するように構成されることを特徴とする請求項２７に記載の材料を微細加工する装置。
50. 材料を微細加工する装置であって、
    該材料が蛍光する動作波長で、且つ、微細加工に不十分なビーム出力で、或る場所を含む該材料の或る部位に放射ビームを供給するように構成され、該場所から蛍光放射を生じさせるビーム源と、
    該蛍光放射に応じて該部位の像を形成するように構成される像センサと、
    該像に応じて、該場所に対して該ビームを位置決めし、且つ、該動作波長で、且つ、該場所を微細加工させるのに十分な微細加工出力で、該場所に該放射ビームを供給するよう該ビーム源を動作させるように構成されたプロセッサとを備えることを特徴とする材料を微細加工する装置。
51. ビーム方向付け光学系を備え、該ビーム出力で該ビーム源を動作させることは、該ビーム方向付け光学系を介して該部位に該放射ビームを供給することを含み、該像を形成することは、該ビーム方向付け光学系の少なくとも１つの素子を介して該像センサに該蛍光放射を送ることを含むことを特徴とする請求項５０に記載の材料を微細加工する装置。
52. 該蛍光放射をフィルタリングするように構成されるフィルタのセットを備え、該プロセッサは、該部位の該像を最適化するように該セットのうちの一つを選択するように構成されていることを特徴とする請求項５０に記載の材料を微細加工する装置。

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