JP4351955B2 - 基準点の位置決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板等を加工をする際に使用する基準点の位置決定方法に関するものである。

電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール（穴）を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。

ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣＯ2レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系を用いてレーザ光を走査させることにより、高速加工を実現している。しかしながら、穴の小径化や小ピッチ化が進むにつれて加工位置精度に対する要求が厳しくなっている。プリント基板の位置合わせは基板の四隅に設けられたアライメントマークを基準とすることが多い。具体的にはプリント基板をＸＹテーブルに搭載して、その上方からカメラ等でアライメントマークを撮像し、画像処理によりアライメントマークの中心を求める。そして、基板上の各点のずれ量を算出し、ずれ量を補正しながら加工をしていた。しかし、アライメントマークはエッチング不良や塵埃等により予め定めた形状と相違することがある。

アライメントマークの形状不良による位置誤差を低減させるため、ひとつのアライメントマークを複数の小マークで構成するものが提案されている（特許文献１）。

また、孔マークを同心円状に配置したものもある（特許文献２）。
特開２００１−２９１０９５号（第３頁，図１） 特開昭６１−１２５７１２号（第８図）

しかし、特許文献１の場合、各小マークの中心位置が異なるため、カメラレンズの収差等の影響を受け、安価なカメラとカメラレンズを組み合わせた場合、基準点の位置誤差を例えば５μｍ未満にすることが困難であった。

また、特許文献２の場合、カメラレンズの収差等の影響はほとんど受けないが、同心円状に配置された孔マークの一部を用いて孔マークの中心位置を求めるので、エッチング不良や塵埃等の影響を受け、基準点の位置誤差を例えば５μｍ未満にすることは困難であった。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、カメラレンズの収差等の影響を受けることがなく、また、アライメントマークの形状不良に起因する誤差を低減させることができる基準点の位置決定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、基準点の位置決定方法として、設計上の基準点に当該基準点を中心とし、複数のパターンからなるアライメントマークを設けておき、前記それぞれのパターンの輪郭線によって囲まれる図形の中心の座標値（Ｘ座標値およびＹ座標値）を求め、得られた複数の中心の各座標値をＸ，Ｙの各方向毎に平均し、得られた各方向の平均値を、そのアライメントマークに関する加工上の基準点の座標値とすることを特徴とする。

各基準点の位置を精度よく決定することができるので、加工精度を向上させることができる。

図１は本発明に係るアライメントマークの平面図、図２は本発明に係る加工上の基準点の位置決定方法を説明する図である。

図１において点線で囲んで示すアライメントマーク１は円形パターンが設計上の基準点Ｏ１を中心として、地の部分１ａ、１ｃ（白色部）とパターン部１ｂ、１ｄ（斜線部）が交互になるようにして同心円状に形成されている。このアライメントマーク１の基準点Ｏ１が、カメラレンズの光軸と概略一致するように位置決めした後、アライメントマーク１を撮像する。カメラレンズの光軸とアライメントマーク１の基準点Ｏ１を一致させると、カメラレンズの収差の影響を最も受けないので、画像検出系の誤差を低減することができる。なお、検出された設計上の基準点Ｏ１の位置とカメラレンズの光軸のずれが大きい場合は、ずれ量の分を補正して再度位置決めし、アライメントマーク１を検出する。

検出したアライメントマーク１の画像を２値化処理等の画像処理を施すことにより、図２に示すように、パターン部１ｂ、１ｄの輪郭線２、３、４、５が抽出される。

次に、抽出された輪郭線２〜５によって囲まれる図形の中心Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５の各座標値（Ｘ座標値とＹ座標値）を求め、中心Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５の各座標値をＸ，Ｙの各方向毎に平均し、得られた各方向の平均値を加工上の基準点Ｇ１の座標値とする。なお、画像処理により図形の中心座標を求める方法としては、輪郭線によって囲まれる図形の面積重心を求める方法や輪郭情報から指定形状の最適フィット位置を求め、求めた位置から当該図形の中心を求める方法などがあるが、ここでは、図形の面積重心を図形の中心という。

パターン部に変形が無く、かつ画像処理が理想的に行われた場合、中心Ｇ２〜Ｇ５は総て設計上の基準点Ｏ１に一致するので、加工上の基準点Ｇ１は設計上の基準点Ｏ１に一致する。

次に、アライメントマーク１に形状不良が発生している場合について説明する。

図３は形状不良が発生したアライメントマーク１の平面図、図４は本発明に係る加工上の基準点の位置決定方法を説明する図であり、図１と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、アライメントマーク１に不良箇所６が発生していると、図４（ｄ）に示すように、輪郭線５で囲まれる図形の中心はＧ５からＧ５１へずれるが、輪郭線２、３、４は不良箇所６の影響を受けないので、図示の場合、中心Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５１の各座標値を各方向毎に平均した座標値と中心とする加工上の基準点Ｇ１は、線分Ｏ１Ｇ５１上の中心Ｏ１から（Ｏ１Ｇ５１）／４の位置になる。

このようにすると、アライメントマーク１を１つのパターン（マーク）で構成する場合に比べて誤差が平均化されるので、検出誤差を低減することができる。

なお、ずれ量の大きい中心Ｇ５１を除いて、中心Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の各座標値を平均することにより、更に検出誤差を低減することができる。平均値を計算する際に除く中心の判定方法としては、いったん総ての中心の座標値を演算し、求められた中心から最も遠い中心を除外してもよいし、座標値の分布の平均値からの誤差量が予め定めた許容値を超える中心を除外してもよい。また、中心の座標値の分布の平均値±標準偏差の範囲から外れる中心を除外す等、予め規則を定めておけばよい。

図５は、アライメントマークを構成するパターンの形状の例を示す図である。

アライメントマークを構成するパターンの形状は、パターンの輪郭線で囲まれる図形の中心が一致していればよいので、（ａ）に示す正方形マーク、（ｂ）に示す長方形マーク、（ｃ）に示す十字マーク等のように相似形の形状を組み合わせてもよいし、（ｄ）に示す形状の異なるパターンの組合せでもよい。

次に、本発明を用いたレーザ加工機の動作を説明する。

図６は、本発明に係るレーザ加工装置の概略構成図である。

ＮＣ装置１６は、レーザ制御ユニット１７、ガルバノ制御ユニット１８、テーブル制御ユニット１９、画像処理ユニット２０を制御する。

レーザ制御ユニット１７はレーザ発振器８にレーザ光９を出力させる。ガルバノ制御ユニット１８はガルバノミラー１０，１１の回転角度を制御する。テーブル制御ユニット１９はＸＹテーブル１３を介してプリント基板７を位置決めする。画像処理ユニット２０はカメラ１４で撮像されたアライメントマーク１を構成する各パターンの画像を処理し、パターンの輪郭線によって囲まれる図形の中心の座標を求めた後、得られた複数の中心の各座標値を各軸方向に平均して、加工上の基準点の座標とする。

プリント基板７の四隅には加工位置の基準となるアライメントマーク１が描画されている。プリント基板７はＸＹテーブル１３に載置されている。

レーザ発振器８の光路上にはガルバノミラー１０，１１、ｆθレンズ１２が配置されている。

ｆθレンズ１２は、入射角度θで入射する光の基板７の上の位置が、光軸からｆ×θ（ただし、ｆはｆθレンズ１２の焦点距離）の位置になるように設計されたレンズであり、レーザ光９をプリント基板上に集光する機能も有する。

カメラ１４は、カメラレンズ１５の光軸が鉛直方向になるようにして、ＸＹテーブル１３と対向する位置に配置されている。

つぎに動作について説明する。

加工に先立ち、ＸＹテーブル１３を移動させ、カメラ１４によりアライメントマーク１を撮像し、上述した手順により各基準点（図示の場合は４個）の位置を決定する。そして、決定された各基準点の位置に基づき、例えば、プリント基板７のＸＹテーブル１３上の位置や、Ｘ、Ｙ軸に対する傾き等を求める。

以下、予めＮＣ装置１６に組み込まれた所定の加工プログラムによりレーザ加工を行う。

レーザ光９は加工する穴の種類によって予め求められた加工条件（ピーク出力、繰返し周波数、パルスショット数等）に応じてレーザ制御ユニット１７の指令によりレーザ発振器８から発振され、ガルバノミラー１０，１１に入射してｆθレンズ１２に入射する角度を制御される。

ｆθレンズ１２の大きさで定まる領域（通常、５０×５０ｍｍ角程度）の加工が終了すると、プリント基板７を次の被加工領域に移動させる。このような動作を繰り返すことにより、レーザ光９を用いてプリント基板７の全面を加工する。

以上、説明したように本発明によれば、アライメントマークの不良等により発生する検出誤差およびカメラレンズ収差による誤差を低減できるので高精度且つ高信頼性な加工できる。

本発明に係るアライメントマークの平面図である。 本発明に係る加工上の基準点の位置決定方法を説明する図である。 形状不良が発生したアライメントマークの平面図である。 本発明に係る加工上の基準点の位置決定方法を説明する図である。 アライメントマークを構成するパターンの形状例を示す図である。 本発明に係るレーザ加工装置の概略構成図である。

符号の説明

１ アライメントマーク
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ パターン部
２〜５ パターン１ｂ、１ｄの輪郭線
Ｇ１ 中心Ｇ２〜Ｇ５の各座標値を平均した位置（加工上の基準点）
Ｇ２〜Ｇ５ 輪郭線２〜５で囲まれる図形の中心
Ｏ１ 設計上の基準点

Claims (3)

1. 設計上の基準点に当該基準点を中心とし、複数のパターンからなるアライメントマークを設けておき、
   前記それぞれのパターンの輪郭線によって囲まれる図形の中心の座標値（Ｘ座標値およびＹ座標値）を求め、得られた複数の中心の各座標値をＸ，Ｙの各方向毎に平均し、得られた各方向の平均値を、そのアライメントマークに関する加工上の基準点の座標値とすることを特徴とする基準点の位置決定方法。
2. 予め定める規則に基づき、得られた複数の中心のうちのいくつかの中心を除外し、残りの中心の座標値を平均することにより、そのアライメントマークに関する加工上の基準点の座標値を求めることを特徴とする請求項１に記載の基準点の位置決定方法。
3. 前記除外される中心は、いったん総ての中心の座標値を演算し、求められた中心から最も遠い中心であることを特徴とする請求項２に記載の基準点の位置決定方法。

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