JP2024014997A - アブレーション加工用の加工装置および加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高エネルギー密度の光を用いてアブレーション加工を行う際に、投影光学系の一点に光が当たり続けることがなく、素子の劣化が起こりにくい加工装置を提供する。【解決手段】アブレーション加工用の加工装置100は、レーザー10から出たレーザー光をライン状に整形するラインビーム形成光学系25と、ラインビーム形成光学系25を収容するケーシング20Kとを有するラインビーム形成部20と、装置本体に設置される投影光学系30であって、ラインビーム形成部20から装置本体に配置されたマスクMへ導かれ、マスクMを透過した光を、装置本体に配置された基板に投影する投影光学系30と、ラインビーム形成部20を、装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させる走査機構60とを備える。走査機構60は、走査方向に沿って、ラインビーム形成部20のケーシング20Kと向かい合う。【選択図】 図1
Description
本発明は、レーザー光などの高エネルギー密度の光を用いて基板などをアブレーション加工し、パターンを形成するのに用いられる加工装置に関する。
電子機器などの小型化、高密度実装化に伴い、プリント配線基板などに対して高精度なパターン形成が要求される。例えば、積層型基板には、μmのオーダーの微細なビア(VIA)や溝(トレンチ)などの形成が必要となる。
微細加工を行う方法として、アブレーション加工が知られている。そこでは、エキシマレーザーなどの高エネルギー密度のレーザーをマスクに照射し、基板などに投影させる。マスクパターンに合わせて材料表面が瞬間的に除去されることによって、基板などにビアや配線用の溝などを形成することができる(例えば、特許文献1、2参照)。
アブレーション現象を生じさせるためには、基板表面に対してエネルギー密度(フルーエンシー)を高める必要がある。しかしながら、投影光学系の光学素子に劣化(クラック発生や透過率または反射率の低下など)が生じやすいため、高エネルギー密度の光の使用が制限される。
したがって、十分な高密度エネルギーを利用できる加工装置を提供することが求められる。
本発明の一態様であるアブレーション加工用の加工装置は、レーザー光源から出たレーザー光をライン状に整形するラインビーム形成光学系と、ラインビーム形成光学系を収容するケーシングとを有するラインビーム形成部と、装置本体に設置される投影光学系であって、ラインビーム形成部から装置本体に配置されたマスクへ導かれ、マスクを透過した光を、装置本体に配置された基板に投影する投影光学系と、ラインビーム形成部を、装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させる走査機構とを備え、走査機構が、走査方向に沿って、ラインビーム形成部のケーシングと向かい合う。
例えば、走査機構は、装置本体の上下方向に関し、前記ラインビーム形成部のケーシングより下方に位置する。例えば、走査機構は、マスクを支持するマスクステージの上方スペース外に配置される。
例えば、走査機構は、ラインビーム形成光学系の光軸が、走査方向に沿っている。例えば、走査機構は、ラインビーム形成光学系の光軸位置を維持させながら、ラインビーム形成部を相対移動させる。
加工装置は、マスクとラインビーム形成光学系との間の光路上に配置され、ライン状の光の幅を変更可能なシャッタ機構をさらに備えることが可能である。例えば、マスクに対するアライメントカメラは、ラインビーム形成部のケーシングに設置されている。
加工装置は、レーザー光源からラインビーム形成光学系に入射する光の光軸方向を検出する検出部と、レーザー光源からラインビーム形成光学系に入射する光の光軸を調整可能な補正光学系と、検出部からの出力に基づいて、光軸方向のずれを補償するように補正光学系を駆動する駆動機構とをさらに備えることができる。例えば、補正光学系は、レーザー光源とラインビーム形成光学系との間の光路上に設けられている。
本発明の他の一態様であるアブレーション加工装置の加工方法は、ラインビーム形成部のケーシングに収容されるラインビーム形成光学系によって、レーザー光源から発振された光をライン状に整形し、ライン状の光を、アブレーション加工装置の装置本体に配置されたアブレーション加工用マスクへ導き、装置本体に設置された投影光学系によって、マスクを透過した光を、装置本体に配置された基板に投影し、走査機構によって、ラインビーム形成部のケーシングを装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させるアブレーション加工装置の加工方法であって、ラインビーム形成光学系の光軸が走査方向に平行となるように、ラインビーム形成部のケーシング内に、ラインビーム形成光学系を収容し、走査機構を、走査方向に沿って、ラインビーム形成光学系のケーシングと向かい合うように配置する。
例えば、本発明の一態様であるアブレーション加工用の加工装置は、レーザーから発振された光をライン状に整形し、装置本体に配置されたアブレーション加工用のマスクへ導くラインビーム形成光学系と、装置本体に設置され、マスクを透過した光を装置本体に配置された基板に投影する投影光学系と、ラインビーム形成光学系を内包するラインビーム形成部を装置本体に対して移動させ、ライン状の光を走査させる走査機構とを備える。
ラインビーム形成部は、ラインビーム形成光学系の光軸が走査方向と平行となるように、装置本体に配置することが可能である。例えば、ラインビーム形成部は、ラインビーム形成光学系を内包するケース、ハウジングを備え、装置本体が架台などの支持部材によってマスクより上方に支持することが可能である。ラインビーム形成部が走査方向に沿って装置本体に対し相対移動することにより、ライン状の光をマスク、投影光学系そして基板に対し走査させることができる。レーザーは、加工装置内、加工装置外部いずれに装備してもよい。
走査機構の配置としては、ラインビーム形成部より下方であって、マスクを支持するマスクステージの上方スペース外、すなわち上方スペースに入り込まない場所に配置することが可能である。例えば、走査機構は、走査方向に沿ってラインビーム形成部と向かい合うように配置することが可能である。
加工装置は、マスクとラインビーム形成光学系との間の光路上に配置され、ライン状の光の幅を変更可能なシャッタ機構を設けることが可能である。また、マスクに対するアライメントカメラを、ラインビーム形成部のケーシングに設置することも可能である。
加工装置は、レーザー光源からラインビーム形成光学系に入射する光の光軸方向を検出する検出部と、レーザー光源からラインビーム形成光学系に入射する光の光軸を調整可能な補正光学系と、検出部からの出力に基づいて、光軸方向のずれを補償するように補正光学系を駆動する駆動機構とを備えることも可能である。例えば、補正光学系は、レーザー光源とラインビーム形成光学系との間の光路上に設けられ、レーザー光源とラインビーム形成光学系との間の光路を、装置本体の上下方向に沿って折り返すことができる。
例えば、本発明の他の態様であるアブレーション加工装置による加工方法は、ラインビーム形成光学系によって、レーザー光源から発振された光をライン状に整形し、アブレーション加工装置の装置本体に配置されたアブレーション加工用のマスクへ導き、装置本体に設置された投影光学系によって、マスクを透過した光を装置本体に配置された基板に投影し、走査機構によって、ラインビーム形成光学系を内包するラインビーム形成部を装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させる。
本発明によれば、高エネルギー密度の光を用いてアブレーション加工を行う際に、投影光学系の一点に光が当たり続けることがなく、素子の劣化が起こりにくい加工装置を提供することができる。
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態である加工装置の側面側から見た概略的構成図である。図2は、加工装置の概略的ブロック図である。なお、図1では、加工装置の一部構成要素を図示している。
加工装置100は、アブレーション加工によって基板(ワークピース)Wにパターンを形成することが可能な加工装置であり、レーザー10、ラインビーム形成部20、投影光学系30、マスクステージ40、加工ステージ50とを備える。ラインビーム形成部20、投影光学系30、マスクステージ40、加工ステージ50は、装置本体15に装備され、マスクM、基板Wは、それぞれマスクステージ40、加工ステージ50に設置される(図2参照)。基板Wは、ここではプリント基板などの樹脂基板によって構成される。
レーザー10は、高エネルギー密度のレーザー光をレーザー光源10Sから発振する。ここでは、波長248nmのKrFエキシマレーザー光をパルス照射するエキシマレーザーが適用されている。レーザー光源10Sから放射されたレーザー光は、補正光学系70によって、ラインビーム形成部20へ導かれる。
詳述すると、レーザー光源10Sから放射されたレーザー光は、下方に配置された補正光学系70Aで反射し、同じ高さに配置されたもう一方の補正光学系70Bへ水平方向に沿って進行する。補正光学系70Bで反射したレーザー光は、上方に進行し、ミラー29Aを介してラインビーム形成部20へ入射する。
補正光学系70は、ラインビーム形成部20に入射するレーザー光の光軸調整を行うことが可能である。駆動機構90は、補正光学系70を駆動して補正光学系70の位置(姿勢)を調整する。ラインビーム形成部20の光入射口付近およびレーザー光源10S付近には、レーザー光の光軸方向を検出する検出部(フォトセンサ)95が設けられている。なお、検出部95には、CCDカメラやラインセンサ等を用いることも可能である。
ラインビーム形成部20は、シリンドリカルレンズなどを含むラインビーム形成光学系25を有し、走査方向に沿って入射するレーザー光のビーム光束をライン状のビームに整形する。ライン状の光は、ミラー29Bを介してマスクMへ導かれる。例えば、レーザー光は、長手方向が300mm、幅方向が100μm以下の光に整形される。
ラインビーム形成部20は、ラインビーム形成光学系25をそのケーシング20Kに収容し、マスクステージ40より上方に位置するように、架台27によって保持される。また、ラインビーム形成部20は、ラインビーム形成光学系25の光軸が走査方向と平行となるように設置されている。架台27を支持する走査機構60は、マスクステージ40と略同じ高さに位置し、走査方向Xに沿って隣り合う位置に配置されている。走査機構60は、ここではマスクステージ40と同じ支持台15Sに設置されている。走査機構60は、ラインビーム形成部20を走査方向(X方向)に沿って往復移動させることが可能であり、ラインビーム形成部20の移動に伴い、走査方向(X方向)に垂直なライン状の光が、マスクMおよび投影光学系30に対して相対移動し、マスクステージ40、加工ステージ50にそれぞれ固定されたマスクM、基板Wがスキャニングされる。
マスクステージ40は、マスクMを保持するとともに、X―Y方向への移動および回転によってマスクMを位置決めすることができる。ラインビーム形成部20のケーシング20Kの表面(ここでは側面)には、マスクMに設けられたアライメントマークを撮像するアライメントカメラ91が設置されている(図3では図示せず)。
マスクステージ40の上方には、シャッタ機構93が設けられている。シャッタ機構93は、ラインビーム形成部20とマスクMとの間に配置され、ライン状の光の幅(Y方向長さ)を調整することで、マスクMの露光領域サイズを変更可能である。
投影光学系30は、マスクMの表面と基板Wの表面に焦点をもつ投影光学系であり、マスクMを透過した光を基板Wに投影する。ここでは、投影光学系30は縮小投影光学系として構成される(例えば倍率1/4)。
加工ステージ50は、基板Wを真空吸着などによって固定するとともに、X―Y方向への移動および回転によってマスクMに対して基板Wを位置決めすることができる。また、基板W全体に渡ってアブレーション加工できるように、走査方向(ここではX方向)に沿ってステップ移動可能である。加工ステージ50の傍には、基板Wに設けられたアライメントマークを撮像するアライメントカメラ(図示せず)が設置されている。
マスクMは、KrFエキシマレーザー光を透過する基材(例えば石英ガラス)に対し、KrFエキシマレーザー光を遮断する遮光膜(例えばAl膜)を形成することによって、マスクパターンが描画されている。マスクMには、基板Wに繰り返し現れるパターンを描画してもよく、あるいは、基板W全体に渡るパターンを描画することも可能である。
上述したように、ここでの基板Wは樹脂基板であり、エポキシ樹脂などの基材に銅配線層を形成し、その上に絶縁層が形成されている。エキシマレーザー10から高エネルギー密度のエキシマレーザー光を照射することによって、基板Wに対してアブレーションが生じ、マスクパターンに応じたパターン(以下、加工パターンという)が形成される。
加工パターンとしては、貫通ビア、非貫通ビア、あるいは配線パターン用の溝(トレンチ)などが形成可能である。アブレーション加工によって加工パターンが基板Wに形成された後、銅などの導体が充填される。
図2に示すコントローラ80は、加工装置100の動作を制御する。アブレーション加工を行うための入力操作がオペレータによって行われると、レーザー10を駆動し、走査機構60を駆動制御してライン状の光をX方向に走査させ、駆動機構90を駆動して光軸調整を行う。また、コントローラ80は、マスクステージ40、加工ステージ50の移動を制御するとともに、検出部95からの出力信号に基づいて光軸ずれ調整を行い、さらに、アライメントカメラ91によるアライメント処理、シャッタ機構93の開閉制御などを行う。
マスクMには、基板Wに形成すべき加工パターンに対応するマスクパターンが形成され、マスクパターンを通った光が基板Wに投影される。マスクパターンの周囲には、マスクパターンの領域を規定する遮光部が形成されている。
アブレーション加工は、ラインビーム形成部20を移動させながら行われる。このとき、ラインビーム形成光学系25の走査方向に沿った光軸の位置がずれずに維持されるように、ラインビーム形成部20が移動する。その一方で、組み立て誤差などにより、レーザー10からラインビーム形成部20へ入射する光の光軸がずれる場合がある。また、基板Wが、多面取り基板の場合、加工ステージ50をステップ&リピートさせるため、加工ステージ50の移動の影響によってラインビーム形成部20が振動する。そのため、補正光学系70が、光軸ずれを補償するように駆動される。
このように本実施形態によれば、アブレーション加工を行う加工装置100において、レーザー10からの光を、ラインビーム形成光学系25によって、走査方向Xに垂直な方向に沿ったライン状の光に整形し、マスクMへ導くとともに、ラインビーム形成部20を装置本体15に対して移動させることによって、ライン状の光を走査させる。
ライン状の光を走査させることで、基板表面に対してフルーエンシーを高め、アブレーション現象を生じさせることができる。また、投影光学系30の一か所に高出力のレーザー光を照射し続けることがなく、透過率など光学特性が劣化する事態が生じるのを抑制することができる。その結果、十分な高フルーエンシーの光を利用することができる。
さらに、ラインビーム形成部20を装置ごと移動させることで、光学系のみを移動させたときに生じるライン状光の整形乱れが抑えられ、安定した高エネルギー密度の光をマスクに対し走査させることができる。そして、光走査を簡易な走査機構で実現可能となる。
ラインビーム形成光学系25の光軸は走査方向に平行であり、その光軸位置は、ラインビーム形成部20の移動中維持される。これによって、マスクMおよび基板Wに対して正確な位置にライン状の光を投影することが容易となる。また、ラインビーム形成部20へ入射する光の進行方向を走査方向に合わせているため、光走査の乱れを抑えることができる。
ラインビーム形成部20を移動させる走査機構60は、ラインビーム形成部20より下方であって、装置本体15においてマスクステージ40と同じ高さに設置されている。走査機構60がマスクステージ40の上方に設置されないため、走査機構配置のためのスペースを上方に確保することが要求とされず、ラインビーム形成光学系25とマスクMとをできる限り近接配置することができ、アブレーション加工による高精度のパターン形成を可能にする。
特に、走査機構60が、走査方向Xに沿ってマスクステージ40と隣り合うことにより、ラインビーム形成部20を直上に配置することが可能となり、ラインビーム形成部20の移動方向を安定してガイドすることができる。なお、何らかの部材、デバイスなどをラインビーム形成部20と走査機構60に配置してもよい。また、マスクステージ40と同じ台に設置しなくてもよく、ラインビーム形成部20より下方であって、マスクステージ40の上方スペースSP(図2参照)外に配置すればよい。
また、補正光学系70がラインビーム形成部20の外部に設けられることによって、光軸調整を容易に行うことができる。特に、レーザー光を下方へ進行させて、その後上方へ進行させる光路、すなわち折り返しの光路を形成することにより、補正光学系70を光路中に配置することが容易であり、装置本体15とレーザー10とを近接配置することが可能となる。
さらに、シャッタ機構93を設けることによって、様々な加工領域(チップ領域)に対してもパターン形成を可能にする。また、アライメントカメラ91がラインビーム形成部20のケーシング20Kに設置することで、アライメントカメラ91専用の移動機構を設ける必要がなく、ラインビーム形成部20の移動と干渉せずにアライメントを行うことができる。
図6は、上述した加工装置の変形例を示した図である。シャッタ機構93’は、ラインビーム形成部20内に設けられ、ミラー29Bとマスクステージ40との間の光路上に配置されている。アライメントカメラ91’は、マスクステージ40の隣り合う位置に設置される。
シャッタ機構93’がラインビーム形成部20に設けられるため、走査機構60の駆動範囲にシャッタ機構93’が干渉することがなく、マスクステージ40とラインビーム形成部20の下方側との距離をより近接させることが可能となる。
レーザー10を加工装置100の外部に設置する構成にしてもよい。ラインビーム形成部20には、他の光学系(照明光学系など)を収容するように構成してもよい。また、上述した加工装置は、遮光パターンの形成されていないマスクに対しても有効である。
10 レーザー
15 装置本体
20 ラインビーム形成部
25 ラインビーム形成光学系
30 投影光学系
100 加工装置
M マスク
W 基板
15 装置本体
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100 加工装置
M マスク
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Claims (10)
- レーザー光源から出たレーザー光をライン状に整形するラインビーム形成光学系と、前記ラインビーム形成光学系を収容するケーシングとを有するラインビーム形成部と、
装置本体に設置される投影光学系であって、前記ラインビーム形成部から装置本体に配置されたマスクへ導かれ、前記マスクを透過した光を、前記装置本体に配置された基板に投影する投影光学系と、
前記ラインビーム形成部を、前記装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させる走査機構とを備え、
前記走査機構が、走査方向に沿って、前記ラインビーム形成部のケーシングと向かい合うことを特徴とするアブレーション加工用の加工装置。 - 前記走査機構が、前記ラインビーム形成部のケーシングより下方に位置することを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 前記走査機構が、前記マスクを支持するマスクステージの上方スペース外に配置されることを特徴とする請求項2に記載の加工装置。
- 前記ラインビーム形成光学系の光軸が、走査方向に沿っていることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 前記走査機構が、前記ラインビーム形成光学系の光軸位置を維持させながら、前記ラインビーム形成部を相対移動させることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 前記マスクと前記ラインビーム形成光学系との間の光路上に配置され、前記ライン状の光の幅を変更可能なシャッタ機構をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 前記マスクに対するアライメントカメラが、前記ラインビーム形成部のケーシングに設置されていることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 前記レーザー光源から前記ラインビーム形成光学系に入射する光の光軸方向を検出する検出部と、
前記レーザー光源から前記ラインビーム形成光学系に入射する光の光軸を調整可能な補正光学系と、
前記検出部からの出力に基づいて、光軸方向のずれを補償するように前記補正光学系を駆動する駆動機構とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。 - 前記補正光学系が、前記レーザー光源と前記ラインビーム形成光学系との間の光路上に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の加工装置。
- ラインビーム形成部のケーシングに収容されるラインビーム形成光学系によって、レーザー光源から発振された光をライン状に整形し、ライン状の光を、アブレーション加工装置の装置本体に配置されたアブレーション加工用マスクへ導き、
前記装置本体に設置された投影光学系によって、前記マスクを透過した光を、前記装置本体に配置された基板に投影し、
走査機構によって、前記ラインビーム形成部のケーシングを前記装置本体に対して相対移動させ、ライン状の光を走査させるアブレーション加工装置の加工方法であって、
前記ラインビーム形成光学系の光軸が走査方向に平行となるように、前記ラインビーム形成部のケーシング内に、前記ラインビーム形成光学系を収容し、
前記走査機構を、走査方向に沿って、前記ラインビーム形成光学系のケーシングと向かい合うように配置することを特徴とするアブレーション加工装置の加工方法。
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