JP4997073B2 - レーザ直接描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームをポリゴンミラーによりＸ方向（主走査方向）に走査させると共に被描画体をＸ方向と直角なＹ方向（副走査方向）に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：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｍａｚｉｎｇ）に関するものである。

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ォーマット変換して輪郭線を算出した後、さらに描画用ラスターデータに変換してレーザ光のＯＮ−ＯＦＦ画素を求め、ＯＮ画素にレーザを照射する。

図５は、従来のレーザ直接描画装置の構成図である。

レーザ源１は光学ベース１６上に搭載されている。光学ベース１６はベッド１８上のコラム１７上に配置されている。レーザ源１から出力されたレーザビーム５はミラー２ａ、エキスパンダ３、ミラー２ｂを介して音響光学素子（以下、「ＡＯＭ」という。）４に入射する。ＡＯＭ４で変調されたレーザビーム５ａはミラー２ｃを介してポリゴンミラー６に入射し、ポリゴンミラー６により偏向されてｆθレンズ７に入射する。ｆθレンズ７を透過したレーザビーム５ａは折り返しミラー８により図の下方に偏向されてシリンドリカルレンズ９に入射する。そして、シリンドリカルレンズ９を透過したレーザビーム５ａは被描画体１０に入射して被描画体１０上のドライフィルムレジスト（以下、「ＤＦＲ」という。）やフォトレジスト等を描画する（露光させる）。このとき、被描画体１０を搭載したテーブル１２は副走査方向（図中のＹ方向）へ等速移動する。リニアモータ１４はテーブル１２を移動させる。一対のガイド１３はテーブル１２を案内する（特許文献１）。なお、レーザビーム５ａのＯＮ／ＯＦＦは、所定のクロックパルスに従って行われる。

図６はスタートセンサの位置を示す図であり、（ａ）は図５におけるＸ方向（レーザビーム５ａの主走査方向）から見た図、（ｂ）は図５におけるＹ方向から見た図である。

シリンドリカルレンズ９の図５における左端側の下方にはミラー１１が配置されており、ミラー１１からの反射光が入射する側にスタートセンサ１５が配置されている。そして、行毎の走査開始位置を揃えるため、主走査方向の１スキャンの描画はミラー１１で反射されたレーザビーム５ａをスタートセンサ１５が検知してから所定時間後に開始される。図示の場合、検出位置と描画開始位置との距離は１０ｍｍとなるように前記所定時間が設定されている。

被描画体１０の表裏両面を描画する必要がある場合は、先ず、表裏いずれか一方の面を描画した後、被描画体１０の表裏を反転させ、他方の面を描画する。表裏の反転は手動で行う場合もあるし反転装置を設けて自動で反転させる場合もある。また、レーザ直接描画装置を２台設け、一方のレーザ直接描画装置で表面側を描画した後、反転装置により被描画体１０の表裏を反転させ、他方のレーザ直接描画装置で裏面側を描画する場合もある。
特開２００７−９４１２２号公報

しかし、被描画体の表裏両面を描画する場合、最低限被描画体を反転させる工程が必要であるため、１台のレーザ直接描画装置では加工能率を向上させることができなかった。また、レーザ直接描画装置を２台設ける場合、加工能率は低下しないが、設備費が高価になるだけでなく、レーザ直接描画装置の設置面積が大きくなった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、被描画体の表裏両面を描画する場合であっても、設置面積が小さく、加工能率を向上させることができるレーザ直接描画装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、レーザビームをポリゴンミラーによりＸ方向に走査させると共に被描画体をＸ方向と直角なＹ方向に移動させて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、レーザビームを出力する光源とｎ個の反射面を備える前記ポリゴンミラーとセンサとを２組設けると共に前記被描画体の表面側と裏面側の被描画領域が前記レーザビームに照射されるようにして前記被描画体を保持する保持手段とを設け、第１の前記ポリゴンミラーにより第１のレーザビームを前記被描画体の表面側または裏面側で走査させると共に第２の前記ポリゴンミラーにより第２のレーザビームを前記被描画体の裏面側または表面側で走査させるように構成しておき、第１の前記ポリゴンミラーの各反射面で反射された前記第１のレーザビームが予め定める位置に配置された第１のセンサに入射するまでのｎ個の時間のうちの最も短い時間がｔ１ｍｉｎであり、第２の前記ポリゴンミラーの各反射面で反射された前記第２のレーザビームが前記第１のセンサのｘ座標と同一のｘ座標に配置された第２のセンサに入射するまでのｎ個の時間のうちの最も短い時間がｔ２ｍｉｎ（ただし、ｔ２ｍｉｎ≧ｔ１ｍｉｎ）であるとき、第１の前記ポリゴンミラーによる描画開始時刻を、前記第１のセンサが前記第１のレーザビームを検出した時刻を起点として、（ｔ２ｍｉｎ−ｔ１ｍｉｎ）に予め定める時間Δｔ加えた時刻とし、第２の前記ポリゴンミラーによる描画開始時刻を、前記第２のセンサが前記第２のレーザビームを検出した時刻を起点として、予め定める時間Δｔ加えた時刻として、前記被描画体の表裏両面を同時に描画することを特徴とする。

レーザ直接描画装置の設置面積を従来のレーザ直接描画装置の設置面積と同じにすることができると共に、被描画体を表裏反転させる必要がないので加工能率を向上させることができる。

図１は本発明の実施形態に係る両面レーザ直接描画装置の全体図、図２は図１におけるテーブル部を説明するための図、図３は被描画体を保持する保持枠の説明図であり、図５、６と同一構成のものまた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。なお、この実施形態ではレーザ照射光学系を２組備え、それぞれ被描画体の上側と下側に配置しているので、上側に配置されている構成要素にはｕを、下側に配置されているレーザ照射光学系の構成要素にはｄを付してある。

始めに、テーブル部および被描画体を保持する保持枠について説明する。

図２に示すように、ベッド１８上のＸ方向の両側には一対のコラム２３が載置されている。Ｙテーブル２１ａはコラム２３上に配置されたリニアモータ１４と一対のガイド１３ａによりＹ方向に移動自在である。Ｙテーブル２１ａの中央部には方形の貫通穴２０ａが形成されている。Ｘテーブル２１ｂはＹテーブル２１ａ上に配置されたモータ３５、ボールネジ３６および一対のガイド１３ｂよりＸ方向に移動自在である。Ｘテーブル２１ｂの中央部には方形の貫通穴２０ｂが形成されている。Ｘテーブル２１ｂ上には被描画体１０を保持する保持枠３０が固定されている。以上の構成であるから、被描画体１０をＸＹ方向の所望の位置に位置決めすることができる。

図３において、（ａ）は保持枠３０の斜視図、（ｂ）は側面図である。

保持枠３０は、上側保持枠３０ａと下側保持枠３０ｂとから構成されている。上側保持枠３０ａおよび下側保持枠３０ｂの中央部にはそれぞれ方形の貫通穴３２ａ、３２ｂが形成されており、中空方形の枠状である。上側保持枠３０ａの下面には貫通穴３２ａよりも大きい透明ガラス３１ａが上側保持枠３０ａと一体に、下側保持枠３０ｂの下面には貫通穴３２ｂよりも大きい透明ガラス３１ｂが下側保持枠３０ｂと一体に、配置されている。透明ガラス３１ａの上面および透明ガラス３１ｂの下面にはレーザビーム５ａの反射を防止するコーティングがされている。上側保持枠３０ａと下側保持枠３０ｂは被描画体１０を間に挟んだ状態で図示を省略する手段により固定され、被描画体１０を保持する。

次に、全体について説明する。

図１に示すように、上テーブル２５はスタンド２４を介してコラム２３上に固定されている。上テーブル２５上には、レーザ源１ｕ、ミラー２ａｕ、エキスパンダ３ｕ、ミラー２ｂｕ、ＡＯＭ４ｕ、ポリゴンミラー６ｕ、ｆθレンズ７ｕおよび折り返しミラー８ｕが配置されている。折り返しミラー８ｕの下方には点線で示すシリンドリカルレンズ９ｕが配置されている。また、シリンドリカルレンズ９ｕの図における左方には図示を省略するスタートセンサ１５ｕ（図示はしていないが、配置状態を区別するために符号を付す。以下、同様）が配置されている。そして、レーザ源１ｕから出力されたレーザビーム５ｕはミラー２ａｕ、エキスパンダ３ｕ、ミラー２ｂｕを介してＡＯＭ４ｕに入射し、ＡＯＭ４ｕで変調されたレーザビーム５ａｕはポリゴンミラー６ｕ、ｆθレンズ７ｕ、折り返しミラー８ｕおよびシリンドリカルレンズ９ｕを介して被描画体１０の表面側に入射して表面側のドライフィルムレジスト（以下、「ＤＦＲ」という。）やフォトレジスト等を描画する。なお、折り返しミラー８ｕで反射されたレーザビーム５ａｕを下方のシリンドリカルレンズ９ｕに導くため、折り返しミラー８ｕの下方の上テーブル２５には貫通孔２６設けられている。

また、ベッド１８上には、レーザ源１ｄ、ミラー２ａｄ、エキスパンダ３ｄ、ミラー２ｂｄ、ＡＯＭ４ｄ、ポリゴンミラー６ｄ、ｆθレンズ７ｄおよび折り返しミラー８ｄが配置されている。折り返しミラー８ｄの上方には点線で示すシリンドリカルレンズ９ｄが配置されている。また、シリンドリカルレンズ９ｄの図における左方には図示を省略するスタートセンサ１５ｄが配置されている。そして、レーザ源１ｄから出力されたレーザビーム５ｄはミラー２ａｄ、エキスパンダ３ｄ、ミラー２ｂｄを介してＡＯＭ４ｄに入射し、ＡＯＭ４ｄで変調されたレーザビーム５ａｄはポリゴンミラー６ｄ、ｆθレンズ７ｄ、折り返しミラー８ｄおよびシリンドリカルレンズ９ｄを介して被描画体１０の裏面側に入射して裏面側のドライフィルムレジスト（以下、「ＤＦＲ」という。）あるいはフォトレジスト等を描画する。

ところで、表面側のパターンと裏面側のパターンとを電気的に接続する場合、両者の交差部に貫通穴を明け、貫通穴の内部をめっき処理により表面側のパターンと裏面側のパターンとを電気的に接続する。このような場合、表面側のパターンと裏面側のパターンの位置を合わせなければならない。

しかし、通常、ポリゴンミラー６ｕとポリゴンミラー６ｄの形状を同じとし、両者を同一角速度で回転させたとしても、表面側のパターンと裏面側のパターンの位置を合わせることはできない。表面側のパターンと裏面側のパターンの位置を合わせることができない原因としては、以下のものがある。

すなわち、第１の原因はポリゴンミラー６ｕとポリゴンミラー６ｄの形状を同じにしても製作誤差があるため両者が完全に一致することはないことであり、第２の原因はポリゴンミラー６ｕに対するスタートセンサ１５ｕの位置関係と、ポリゴンミラー６ｄに対するスタートセンサ１５ｄの位置関係とを、同一に製作することが困難であるからである。

そこで、本発明では、以下のようにして表面側のパターンと裏面側のパターンのＸ方向の位置を一致させる。

図４は描画開始時刻と描画開始位置を説明する図であり、（Ａ）はスタートセンサ１５ｕ、１５ｄの動作を示すもので横軸は時間である。また、同図（Ｂ）は描画開始位置を示すもので横軸はｘ座標値である。また、（Ａ）、（Ｂ）における縦方向の（ａ）〜（ｆ）は断面が六角形であるポリゴンミラー６ｕの各面の場合を、（ｇ）〜（ｌ）はポリゴンミラー６ｄの場合をそれぞれ示している。

同図（Ａ）に示すように、ポリゴンミラー６ｕの場合、スタートセンサ１５ｕがオンするまでの時間はｔ１１〜ｔ１６であり、最も短い時間（ｔ１ｍｉｎ）はｔ１３（＝０）である。また、ポリゴンミラー６ｄの場合、スタートセンサ１５ｄがオンするまでの時間はｔ２１〜ｔ２６であり、最も短い時間（ｔ２ｍｉｎ）はｔ２２である。ここで、スタートセンサ１５ｕ、１５ｄがオンするまでの時間の起点（時刻０）は、設計上におけるポリゴンミラーの各反射面の端面で反射されたレーザビームが入射する位置であり、スタートセンサ１５ｕ（１５ｄ）の左方の位置である。

図示の場合、ｔ２２とｔ１３との時間差はΔＴである。そこで、被描画体１０の裏面側はスタートセンサ１５ｄがオンしてから時間Δｔ経過後に描画を開始する。また、被描画体１０の表面側はスタートセンサ１５ｕがオンしてから時間（ΔＴ＋Δｔ）経過後に描画を開始する。このようにすると、同図（Ｂ）に示すように、表面側と裏面側のＸ方向の描画開始位置を揃えることができる。なお、この実施例では、Δｔが経過した位置をスタートセンサの位置から右方１０ｍｍの位置としている。

また、ミラー２ｂｕ又は折り返しミラー８ｕの傾きを変えることにより、レーザビーム５ａｕのＹ方向の位置をレーザビーム５ａｄのＹ方向の位置に一致させる。なお、レーザビーム５ａｕのＹ方向の位置をレーザビーム５ａｄのＹ方向の位置に一致させることは容易に行うことができる。

そして、ポリゴンミラー６ｕとポリゴンミラー６ｄとを同期して回転させると共に、テーブルをＹ方向に等速度で移動させながらスタートセンサ信号に基づいてレーザビーム５ａｕ、５ａｄを照射して、表裏両面を同時に描画する。

この実施形態では、被描画体１０の厚さ方向の両側を透明ガラス３１ａ、３１ｂで支持するようにしたので、被描画体１０が上下方向に変形せず、精度に優れる描画を行うことができる。

なお、この実施形態では、被描画体１０を水平に配置してレーザビーム照射光学系を上下方向に２組配置したが、被描画体１０を垂直方向に配置し、レーザビーム照射光学系を左右方向に配置してもよい。

また、この実施形態では、ＡＯＭによりレーザビームを変調するようにしているので、レーザ源１を１個とし、レーザ源１から出力されたレーザビームをビームスプリッタあるいはハーフミラーにより２分し、一方をＡＯＭ４ｕに、他方をＡＯＭ４ｄに供給するようにしてもよい。

また、レーザ源１として複数のレーザダイオードを使用し、画素データに応じてレーザダイオードを直接ＯＮ／ＯＦＦする場合は、ＡＯＭ４を省略することができる。

さらに、被描画体１０の曲げ剛性が大きい場合には、透明ガラス３１ａ、３１ｂを設けなくてもよい。

なお、本発明の第１の手段は、ポリゴンミラーによりレーザビームを走査させる場合に限らず、複数のマイクロミラーが列方向と行方向に並べて配置されたデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）にレーザビーム等の光を照射し、ＤＭＤと被描画体とを前記行方向に相対的に移動させながらマイクロミラーを個々にオンオフ制御してマイクロミラーで反射された光を被描画体に照射することにより被描画体上に所望のパターンを描画するようにしたレーザ直接描画装置にも適用することができる。

本発明に係る両面レーザ直接描画装置の全体図である。 図１におけるテーブル部を説明するための図である。 被描画体を保持する保持枠の説明図である。 描画開始時刻と描画開始位置を説明する図である。 従来のレーザ直接描画装置の構成図である。 スタートセンサの位置を示す図である。

符号の説明

５ａｄ レーザビーム
５ａｕ レーザビーム
６ｄ ポリゴンミラー
６ｕ ポリゴンミラー
１０ 被描画体
３０ 保持枠

Claims (1)

1. レーザビームをポリゴンミラーによりＸ方向に走査させると共に被描画体をＸ方向と直角なＹ方向に移動させて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、
   レーザビームを出力する光源とｎ個の反射面を備える前記ポリゴンミラーとセンサとを２組設けると共に前記被描画体の第１の面側と第２の面側の被描画領域が前記レーザビームに照射されるようにして前記被描画体を保持する保持手段とを設け、
   第１の前記ポリゴンミラーにより第１のレーザビームを前記被描画体の第１の面側で走査させると共に第２の前記ポリゴンミラーにより第２のレーザビームを前記被描画体の第２の面側で走査させるように構成しておき、
   第１の前記ポリゴンミラーの各反射面で反射された前記第１のレーザビームが予め定める位置に配置された第１のセンサに入射するまでのｎ個の時間のうちの最も短い時間がｔ１ｍｉｎであり、第２の前記ポリゴンミラーの各反射面で反射された前記第２のレーザビームが前記第１のセンサのｘ座標と同一のｘ座標に配置された第２のセンサに入射するまでのｎ個の時間のうちの最も短い時間がｔ２ｍｉｎ（ただし、ｔ２ｍｉｎ≧ｔ１ｍｉｎ）であるとき、
   第１の前記ポリゴンミラーによる描画開始時刻を、前記第１のセンサが前記第１のレーザビームを検出した時刻を起点として（ｔ２ｍｉｎ−ｔ１ｍｉｎ）に予め定める時間Δｔ加えた時刻に設定し、
   第２の前記ポリゴンミラーによる描画開始時刻を、前記第２のセンサが前記第２のレーザビームを検出した時刻を起点として予め定める時間Δｔ加えた時刻に設定し、
   前記被描画体の表裏両面を同時に描画することを特徴とするレーザ直接描画装置。

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