JP2013186288A

JP2013186288A - レーザ直描装置

Info

Publication number: JP2013186288A
Application number: JP2012051241A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Ishimaru; 研太郎石丸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】プリント配線基板の製造において、マスク不要のレーザ直描（LDI）法は通常スループットが低く、基板交換時のアラインメント処理に時間を要していた。
【解決手段】基板にレーザ光を照射し直接描画パターンを形成するレーザ直描装置であって、レーザ光源からのレーザ光を２分岐し、一方のレーザ光を基板側に照射して描画パターンを形成するとともに、他方のレーザ光を前記基板と反対側に設けられ表面に前記レーザ光に感光する感光材が塗布された記録部側に照射する双方向レーザ銃を備える。前記双方向レーザ銃は、前記記録部の方向に光を照射する位置検出用ライトと、前記記録部で反射された反射光を検出する反射光検知センサを有しており、前記描画パターンの描画開始点を前記光検知センサが前記反射光の強度により特定した前記記録部に記録された前記感光剤の感光位置に基づいて決定するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明はレーザ直描装置に関するものである。特に、レーザ描画を開始する開始点を決めるアライメントを容易としたレーザ直描装置に関するものである。

従来プリント基板の量産においては、パターンを形成するために層毎に１枚のマスターマスクと、層数×基板枚数分のフィルムマスクを準備する必要があった。基板の層数が多いほどマスク枚数が多くなりマスク費用が増大するが、露光を連続して行うことができるため量産品には適していた。
一方、少量多種の基板の製造では、マスクが不要となるレーザ直描（ＬＤＩ：ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＩｍａｇｉｎｇ）によるパターン形成がコスト面で適しているが、一般に初期アライメントのための時間や描画時間が長くなるという傾向があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２７９４０３号公報

ＬＤＩ法によるパターン形成は各層のパターンを一筆書きで描画していくため、マスクを用いた通常のパターン形成に比べてスループットが低いという課題があった。
パターン形成のスループットはレーザ走査速度のほか、レジストの感度や基板交換の際のアラインメント処理（初期位置調整）時間等が関係する。通常、基板原点と描画開始位置との間をレーザ銃が往復を繰り返して位置精度を高め、アラインメント処理が完了してはじめてパターンの描画を開始できる。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、レーザ直描装置において描画開始位置を決めるアライメントの時間を短縮するアライメント方法を提供することを目的とする。

この発明に係るレーザ描画装置は、描画パターンデータに基づいて基板にレーザ光を照射し、前記基板に直接描画パターンを形成するレーザ直描（ＬＤＩ：ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＩｍａｇｉｎｇ）装置であって、レーザ光源から入射したレーザ光を２分岐し、一方のレーザ光を基板側に照射して描画パターンを形成し、他方のレーザ光を前記基板と反対側に設けられ表面に前記レーザ光に感光する感光材が塗布された記録部側に照射する双方向レーザ銃を備え、前記双方向レーザ銃は前記記録部の方向に光を照射する位置検出用ライトと、前記記録部で反射された反射光を検出する反射光検知センサを有し、前記描画パターンの描画開始位置を、前記光検知センサが前記反射光の強度により特定した前記記録部に記録された前記感光剤の感光位置に基づいて決定する。

この発明に係るレーザ描画装置によれば、描画開始位置を決定する初期アライメントを短時間で行うことができる。

この発明の実施形態１に係るレーザ描画装置の構成を説明する図である。この発明の実施形態１に係るレーザ描画装置の双方向レーザ銃の構成を説明する図である。この発明の実施形態１に係るレーザ描画装置による描画状態を説明する図である。この発明の実施形態１に係るレーザ描画装置のアラインメント基準位置検出方法を説明する図である

実施の形態１．
図１は、この発明の実施形態１に係るレーザ描画装置１００（以下「ＬＤＩ１００」という）の構成を説明する図である。なお、ここでは発明に係る構成について主に記載し、ＬＤＩを構成する他の構成要素については省略する。

ＬＤＩ１００は、レーザ光源４０と、反射鏡２と、基板にパターンを形成するパターンデータを入力するパターンデータ入力端末３と、双方向レーザ銃５を制御するインターフェース部にあたるレーザ銃制御インターフェース４と、レーザ光源４０からのレーザ光を上下双方向に出射する双方向レーザ銃５と、双方向レーザ銃５の直上に設置された記録部８と、を備える。
双方向レーザ銃５で下方向に分岐された基板側レーザ光５１は、基板６に描画パターンを記録する。また、双方向レーザ銃５で上方向に分岐された記録部側レーザ光５２は、記録部８にアライメント基準位置９を記録する。
双方向レーザ銃５は、例えば反射鏡を用いるなどして、同軸かつ互いに逆方向に入射レーザ光を射出する。
また、記録部８には例えば感光物質が塗布されており、レーザ光が照射されることによりその照射箇所が変色する

図２は双方向レーザ銃５の外観を示した図である。図において、双方向レーザ銃５は基板側レーザ出射部１６と記録部側レーザ出射部１８を備え、分岐部２０の内部で２分岐されたレーザ光１が基板側レーザ出射部１６と記録部側レーザ出射部１８を経由して、各々基板６と記録部８に射出される。
基板側レーザ出射部１６や記録部側レーザ出射部１８には、レーザ光源４０が出射し、反射鏡２を介して入射された入射レーザ光１のビーム形状を所望の形状に整える光学系等が組み込まれている。
また、双方向レーザ銃５は、記録部１１上に記録されたアラインメント基準位置を特定するための位置検出用ライト１７と反射光検知センサ１９を備える。位置検出用ライト１７は、記録部側レーザ出射部１８から出射される記録部側レーザ光５２と同軸とするため、記録部側レーザ出射部１８を囲む円環形状となっており、位置検出光２３を出射する。

次に、本実施の形態に係るレーザ直描装置１００の動作について説明する。なおここでは、複数枚の基板６に対して、パターンデータ入力端末３に格納されている積層基板の層ごとの描画パターンを描画する動作について説明する。
図３は、レーザ直描装置１００において基板にパターンを形成する動作を示した図である。図３において、まずパターン描画をする１枚目の基板６をレーザ直描装置１００の所定位置にセットする。基板１０の固定には、基板位置を微調整する機構は必要とせず、レーザ直描装置１００内のステージに固定された例えばＬ字型固定具に基板の角を固定させることにより、基板１０の縦位置と横位置を固定する。また基板を水平に保つために、基板下のステージ上には基板吸着用の吸入口を備えるようにしてもよい。ポンプで吸入経路内の空気を吸入することにより真空に保ち、基板をステージに密着させることができる。パターンの描画が終わり基板を交換するときには吸着を解除し、次の基板に交換する。

双方向レーザ銃５は、パターンデータ入力端末３に入力されているパターンデータに従い、レーザ描画開始位置７ａに向かって基板６上を移動する。そしてパターンデータに記録された描画開始地点７ａまで至ると移動を停止する。
双方向レーザ銃５は次に基板６に対して描画を開始する。基板６に対するパターン描画は、双方向レーザ銃５で分岐され出射されるレーザ光のうち基板側に出射された基板側レーザ光５１により行う。
描画を開始した描画開始地点７ａにおいて、双方向レーザ銃５は記録部８方向にもレーザ光の照射を開始する。すなわち、双方向レーザ銃５は描画開始地点７ａにおいて、分岐部２０で分岐された記録部側レーザ光５２を記録部８側にも照射し、記録部８にアライメント基準位置（開始位置）１３をマーカとして記録する。
記録部８は、記録部側レーザ光５２からのレーザ光にのみ感光する材料が表面に塗布されており、感光した部分は変性する。アラインメント基準位置を記録した記録部８は、パターニングを行う層ごとに交換する。

次に、双方向レーザ銃５は基板側レーザ光５１を照射した状態で、パターンデータ入力端末３のパターンデータに従い基板６上を移動する。基板側レーザ光５１が照射された基板６上には描画パターン７が形成される。

一方、双方向レーザ銃５がパターンデータに従い移動している間、双方向レーザ銃５は記録部側レーザ光５２の照射を停止する。そして、双方向レーザ銃５がパターンデータの描画終了位置まで達すると、基板側レーザ光５１は照射を停止するとともに、記録部側レーザ光５２は照射を開始する。そして、記録部８側にアライメント基準位置（終了位置）１４を記録する。

このように、双方向レーザ銃５が基板６の描画開始点に向けて移動している間や、描画終了点から双方向レーザ銃５の待機位置に戻るまでの間など、パターン描画の形成に係りない双方向レーザ銃５の移動時には、基板側レーザ光５１、記録部側レーザ光５２ともに非照射状態とする。
双方向レーザ銃５は、描画開始点に達すると基板６に向けて基板側レーザ光５１の照射を開始し、描画終了点で照射を終了する。
記録部側レーザ５２は、描画開始点と描画終了点に至ったタイミングにおいて、記録部側レーザ５２の上方に設けられた記録部８に向けてレーザ照射を行うことで、記録部８にアラインメント基準位置１３、１４を記録する。このように少なくとも２点のアラインメント基準位置を記録部８上に記録する。
なお、記録部側レーザ５２は描画開始点と描画終了点のタイミングのほか、基板側レーザ光５１が基板６上にパターンを形成している間にも記録部８に向けて照射を行ってよく、このとき記録部８にはアライメント基準位置１３、１４のほかアライメント基準位置が複数形成されることになる。
また、一般に、アラインメント基準位置はビアなど、配線の終端点である場合が多く、層間で共通するものが多い。
本実施の形態のレーザ直描装置では、記録部８に形成されたこれらのアライメント基準位置が、アラインメント情報として次の基板のパターニングに利用される。

次に、１枚目の基板の描画パターンが終了し、レーザ直描装置１００が２枚目の基板について描画を開始する動作について説明する。
１枚目の基板の描画パターンが終了した時点で、記録部８には少なくとも２点のアラインメント基準位置１３、１４がアライメント情報として記録されている。２枚目の基板がレーザ直描装置１００内に導入されると、基板のアラインメント処理を行うため、双方向レーザ銃５が記録部８上のアラインメント基準位置の捜索を開始する。

記録部８上のアラインメント基準位置の捜索は、次のように行われる。図４は、アライメント基準位置の検出を説明する図である。双方向レーザ銃５は、前述のように位置検出用ライト１７と反射光検知センサ１９を備える。位置検出用ライト１７は基板側レーザ５１と同軸とするため、レーザ射出口を囲む円環形状となっている。
反射光検知センサ１９は、アラインメント基準位置の捜索中、位置検出用ライト１７が記録部８に対して照射した光（位置検出光２３）の反射光を常に観測する。アラインメント基準位置１３、１４では記録部８上の他の点とは反射光強度が異なる。すなわち、アライメント基準位置１３、１４においては記録部８からの反射光２４が強く検出され、アライメント基準位置１３、１４以外の記録部８上の点では反射光２４が弱く検出されない。このように反射光検知センサ１９は、記録部８からの反射光の強度の変化を検知することにより、記録部上のアラインメント基準位置１３、１４を特定することができる。

記録部８上には少なくとも２点のアラインメント基準位置１３、１４が記録されており、反射光検知センサ１９は各々のアラインメント基準位置に対して同様の作業を繰り返す。そして、反射光検知センサ１９により特定されたアラインメント基準位置同士の相対位置が、パターンデータ入力端末３のパターンデータ上で対応する点の相対位置と比較し、所定の範囲内に収まっていることを確認する。

このようにしてアライメント基準位置１３、１４を特定すると、レーザ直描装置１００はこの特定された基準位置１３、１４に基づいて、基板原点との相対距離と角度を検出し、２枚目の基板に対して描画を開始する描画開始点とパターンを形成する走査経路を決定する。
そして、１枚目のパターン描画のときと同様に、記録部側レーザ５２は、描画開始点と描画終了点に至ったタイミングにおいて、記録部側レーザ５２の上方に設けられた記録部８に向けてレーザ照射を行うことで、記録部８にアラインメント基準位置１３、１４を記録する。このように少なくとも２点のアラインメント基準位置を記録部８上に記録する。

このように、本発明に係るレーザ直描装置によれば、記録部上に特定された基準位置に基づいて２枚目以降の基板に対して描画を開始する描画開始点を決定するようにしたので、従来のように基板原点と描画開始点との間をレーザ銃が何度も往復を繰り返し位置精度を高めた後にパターンの描画を開始するようなことがなく、描画開始点を決定するアライメント処理に要する時間を短縮することができる。

１入射レーザ光、２反射鏡、３パターンデータ入力端末、４レーザ銃制御インターフェース、５双方向レーザ銃、６基板、７描画パターン、７ａ描画開始位置、７ｂ描画終了位置、８記録部、９アラインメント基準位置、１３アラインメント基準位置（開始位置）、１４アラインメント基準位置（終了位置）、１６基板側レーザ出射部、１７位置検出用ライト、１８記録部側レーザ出射部、１９反射光検知センサ、２０分岐部、２２アラインメント基準位置、２３位置検出光、２４記録部からの反射光（有効）、２５記録部からの反射光（無効）、３０アライメント情報、４０レーザ光源、５１基板側レーザ光、５２記録部側レーザ光、１００レーザ直描装置。

Claims

描画パターンデータに基づいて基板にレーザ光を照射し、前記基板に直接描画パターンを形成するレーザ直描（ＬＤＩ：ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＩｍａｚｉｎｇ）装置であって、
レーザ光源から入射したレーザ光を２分岐し、一方のレーザ光を基板側に照射して描画パターンを形成し、他方のレーザ光を前記基板と反対側に設けられ表面に前記レーザ光に感光する感光材が塗布された記録部側に照射する双方向レーザ銃を備え、
前記双方向レーザ銃は前記記録部の方向に光を照射する位置検出用ライトと、前記記録部で反射された反射光を検出する反射光検知センサを有し、前記描画パターンの描画開始位置を、前記光検知センサが前記反射光の強度により特定した前記記録部に記録された前記感光剤の感光位置に基づいて決定することを特徴とするレーザ直描装置。
前記基板はプリント配線基板であり、前記プリント配線基板の層ごとに前記描画パターンの描画開始位置を決定することを特徴とする請求項１記載のレーザ直描装置。