KR20080088359A

KR20080088359A - 프린트 기판의 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20080088359A
Application number: KR1020080009302A
Authority: KR
Inventors: 고이찌 오오마에; 히로시 아오야마; 마사유끼 시가; 시게노부 마루야마
Original assignee: 히다치 비아 메카닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2008-10-02
Also published as: CN101277586A; JP2008244361A; TW200841785A; US20080237204A1

Abstract

레이저를 중복하여 조사하는 겹침 영역의 홈 바닥의 깊이를 다른 영역의 홈 바닥의 깊이와 거의 맞출 수 있는 프린트 기판의 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 해결하기 위해, 중심축과 직각 방향의 단면을, 일변이 타변보다도 충분히 큰 사각형으로 한 레이저(4)를 고정해 두고，레이저(4)의 짧은 변과 평행한 방향(X 방향)으로 마스크(1)와 프린트 기판(6)을 서로 역방향으로 주사시켜 프린트 기판(6)이 있는 영역을 띠 형상으로 가공한 후, 마스크(1)와 프린트 기판(6)을 주사 방향과 직각인 Y 방향으로 상대적으로 이동시켜 새로운 영역을 가공하는 것을 반복하여, 프린트 기판(6)에 홈을 가공하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서, 영역을 겹치는 경우에는, 영역을 겹치는 측의 레이저(4)의 짧은 변측을 비스듬한 변에 형성한 레이저(4)에 의해 가공한다.

프린트 기판, 레이저, 마스크, 겹침 영역, 홈

Description

프린트 기판의 레이저 가공 방법 {LASER BEAM MACHINING METHOD FOR PRINT-CIRCUIT BOARD}

본 발명은, 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

프린트 기판에 배선 패턴용의 홈을 형성하기 위해, 빔 단면 형상(이하, 빔 형상이라고 함)을 사각형 형상(이하, 라인 빔이라고 함)으로 한 엑시머 레이저를 이용해서 배선 패턴을 만드는(이하, 「애블레이션(ablation) 가공」이라고 함) 시도가 이루어지고 있다(비특허문헌1). 이 애블레이션 가공에서는，위치를 고정한 레이저에 대하여 마스크와 기판을 동시에 주사시킨다.

반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 사이즈가 큰 배선 패턴을 노광하는 리소그래피 노광의 경우에도, 애블레이션 가공의 경우와 마찬가지로, 위치를 고정한 조사 빔에 대하여 마스크와 기판을 동시에 주사시켜, 기판이 있는 영역을 종방향으로 띠 형상 노광한 후, 기판을 횡방향으로 이동시켜 새로운 영역을 노광하는 것을 반복하여, 기판 전체를 노광한다. 이 때, 조사 빔의 단면 형상을 육각형으로 하고, 노광 영역의 이음매부를 상보적으로 노광함으로써, 이음매가 눈에 띄지 않도록 한 기술이 있다(특허 문헌1). 이 기술에 의하면, 이음매의 부분에서의 노광량을 다른 부 분의 노광량에 거의 맞출 수 있었다.

<특허 문헌1> 일본 특개평2-229423호 공보

<비특허문헌1> Phil Rumsby 외, Proc. SPIE Vol.3184, p.176-185, 1997년

특허 문헌2의 기술은 유효하지만, 실용상 연결부의 어긋남을 0으로 할 수는 없기 때문에, 겹침값을 설정할 필요가 있다. 리소그래피 노광에서는 조사 위치의 어긋남이나 조사광량 변화가 가공 형상에 끼치는 영향은 그다지 크지 않은 것에 비해, 애블레이션 가공에서는，조사 위치의 어긋남이 홈 형상에 직접적인 영향을 준다.

본 발명의 목적은, 레이저를 중복하여 조사하는 영역(이하, 「겹침 영역」이라고 함)의 홈 바닥의 깊이를 다른 영역의 홈 바닥의 깊이와 거의 맞출 수 있는 프린트 기판의 레이저 가공 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 중심축과 직각 방향의 단면을, 일변이 타변보다도 충분히 큰 사각형으로 한 레이저를 고정해 두고, 상기 레이저의 상기 타변과 평행한 방향으로 마스크와 프린트 기판을 서로 역방향으로 주사시켜 상기 프린트 기판이 있는 영역을 띠 형상으로 가공한 후, 상기 마스크와 상기 프린트 기판을 주사 방향과 직각 방향으로 상대적으로 이동시켜 새로운 영역을 가공하는 것을 반복하여, 상기 프린트 기판에 홈을 가공하는 프린트 기판의 레이저 가공 방 법에 있어서, 상기 영역을 겹치는 경우는, 상기 영역을 겹치는 측의 상기 레이저의 상기 타변을 비스듬하게 형성한 상기 레이저에 의해 가공하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 타변을 비스듬하게 형성하는 각도로서, 상기 레이저의 상기 일변과 상기 비스듬한 변 사이에 끼인 내각의 한 쪽을 91도 내지 175도로 하는 것이 실용적이다.

또한, 상기 겹치는 영역을 나중에 가공하는 상기 레이저를, 상기 비스듬한 변의 중점의 궤적이 앞서 가공한 상기 레이저의 상기 비스듬한 변의 중점의 궤적으로부터 미리 정한 거리만큼 상기 앞서 가공한 영역측으로 이동하도록 위치 결정하는 것이 실용적이다.

또한, 상기 비스듬한 변을 상기 사각형의 레이저의 단부를 차광하는 차광판에 의해 형성하고，이 차광판을 상기 마스크로부터 상기 레이저의 조사 방향으로 미리 정한 거리만큼 떨어뜨려 배치하는 것이 실용적이다.

겹침 영역에 있어서의 조사광량을 다른 영역의 조사광량에 거의 맞출 수 있어, 균일한 홈을 가공할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명 실시 형태에 대해서 설명한다.

도1은, 본 발명을 적용하기에 적합한 엑시머 레이저 가공기의 주요부 구성도이다.

엑시머 레이저의 레이저빔은, 레이저 발진에 의해 생성된 빔을 호모지나이저(빔 강도 분포 정형기)를 이용하여, 빔 강도 분포가 균일한 사각형 빔(이하, 「라인 빔(4)」이라고 함)으로 정형되어, 펄스 형상으로 출력된다. 라인 빔(4)은 원통형 렌즈(3)에 의해, 마스크(1) 상에서 긴 변이 130㎜, 짧은 변이 6㎜인 사각형으로 집광되어 마스크(1)에 입사한다.

마스크(1)의 재질은 석영 글래스이며 한 면에는 크롬이 도포되어 있다. 도포된 크롬의 라인 빔(4)을 투과시키려는 부분, 즉 가공하려는 도체 패턴과 상사형(여기에서는, 5배)의 부분은 크롬이 깎아내어져 있다. 본 실시예에서의 마스크(1)의 크롬이 깎아내어져 있는 도면에서 점선으로 나타낸 범위(2)(이하, 「패턴 사이즈」라고 함)는 125㎜ × 125㎜이다. 마스크(1)는 도시를 생략하는 이동 수단에 의해 조사 위치가 고정된 라인 빔(4)의 짧은 변에 평행한 X 방향 및 라인 빔(4)의 긴 변에 평행한 Y 방향으로 이동 가능하다.

투영 렌즈(5)는, 직경부가 라인 빔(4)의 긴 변에 대응, 또한 중심축이 라인 빔(4)의 중심축과 동축이 되도록 하여 위치 결정되어 있다.

프린트 기판(6)은 도시를 생략하는 테이블 상에 고정되어 있고, 도시를 생략하는 이동 수단에 의해 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하다.

이 실시예의 경우, 축소율이 5배이기 때문에 프린트 기판(6) 상에 점선으로 나타내는 패턴 사이즈(7)는 25㎜×25㎜이다.

다음에 가공 수순에 대해서 설명한다.

A. 마스크(1)에서의 패턴 사이즈의 Y 방향의 폭이 125㎜ 이하인 경우

이 경우, 라인 빔(4)은 패턴 사이즈 이상이다. 그래서, 고정의 레이저 빔(4)과 투영 렌즈(5)에 대하여 마스크(1)를 이동 속도(Vs)로, 또한 프린트 기판(6)을 이동 속도를 Vs/5로, X 방향으로 반대로 이동시켜(주사시켜), 마스크(1)에 형성된 도체 패턴을 프린트 기판(6)의 표면에 축소 전사해서 프린트 기판(6)에 홈이나 구멍(5)을 가공한다(이하, 「스캔 가공」이라고 함). 이 경우, 축소율이 5배이기 때문에, 도1에 점선으로 나타내는 프린트 기판(6) 상에 축소 전사되는 패턴 사이즈(7)는 25㎜×25㎜ 이하이다.

B. 마스크(1)에 있어서의 패턴 사이즈의 Y 방향의 폭이 125㎜을 초과할 경우

이 경우, 라인 빔(4)은 패턴 사이즈 이하이다. 그래서, 레이저를 조사하는 영역을 Y 방향으로 분할한다. 이하, 가공 영역의 분할 방법에 대해서 설명한다.

도2는 라인 빔(4)의 평면도이고, 도3은 라인 빔(4)의 배치와 가공 형상의 관계를 나타내는 도면으로, 상단은 배치를 도시하고, 하단은 가공된 프린트 기판(6)의 단면도를 도시하고 있다.

도2에 도시한 바와 같이 가공 영역을 겹치는 경우, 겹치는 측의 라인 빔(4)의 단부를 비스듬히 성형으로 한다. 이 때, 라인 빔(4)의 긴 변과 짧은 변 사이에 끼인 내각(θ)을 91도 내지 175도로 한다. 또한，라인 빔(4)은 직사각형이므로, 다른 쪽의 내각은 5 내지 89도가 된다. 이하, 라인 빔(4)을 비스듬히 성형한 측의 변을, 「성형변」이라고 한다.

도3의 (a)에 도시한 바와 같이 우선, 제1 가공을 행한다. 성형변에 조사된 가공부는 서서히 얕아진다. 다음에 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 금회의 성형변 의 중점의 궤적(k2)이 제1 가공을 행했을 때의 성형변의 중점의 궤적(k1)에 대하여 거리(a)만큼 제1 가공측이 되도록 하여, 제2 가공을 행한다. 여기서, 거리(a)는 마스크(1) 및 프린트 기판(6)의 Y 방향의 위치 결정 공차의 최대값의 합으로 한다.

도3의 (b)에 도시한 바와 같이 겹침 영역에 형성된 홈 바닥은 가공 에너지가 여분으로 공급되기 때문에, 다른 영역에 형성된 홈 바닥보다도 깊어지지만, 그 차는 근소하다. 그리고, 각도(θ)를 크게 함으로써, 깊이 방향의 차를 작게 할 수 있다.

다음에 성형변을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

도4는, 차광판의 배치를 설명하는 도면이며, (a) 마스크(1) 부근의 측면도, (b)는 (a)의 B 화살표로 표시된 부분의 도면이다.

라인 빔(4)의 일부를 금속제의 차광판(17a, 17b)에 의해 차광함으로써, 성형변을 형성할 수 있다. 또한，라인 빔(4)의 도면에서 우측에 성형변을 형성하는 경우에는 차광판(17a)을 사용하고, 좌측에 성형변을 형성하는 경우에는 차광판(17b)을 사용한다.

또한, 도4에서는, 차광판(17a, 17b)은 마스크(1)로부터 투영 렌즈(5)측에 배치했지만, 도4의 (a)에 점선으로 나타낸 바와 같이, 투영 렌즈(5)와 반대측에 배치하도록 하여도 된다.

다음에 차광판(17a, 17b)과 마스크(1)의 거리(g)에 대해서 설명한다.

차광판(17a, 17b)을 마스크(1)에 밀착시켰을 경우, 차광판(17a, 17b)의 엣지의 상(像)이 프린트 기판(6) 상(上)에 결상되기 때문에, 겹침 영역의 홈 바닥에 줄 무늬 형상이 발생하는 경우가 있다. 줄무늬를 구성하는 홈 바닥의 고저차는 극히 근소하기는 하지만, 가공 품질의 신뢰성을 손상시키는 요인이 된다. 이러한 경우, 차광판(17a, 17b)을 마스크(1)로부터 떨어뜨려 배치하면, 차광판(17a, 17b)의 상은 프린트 기판(6) 상으로부터 떨어진 위치에 형성되고, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 겹침부의 단부와 그 이외의 경계가 작아져, 목시했을 때에는 거의 눈에 띄지 않도록 할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

<실시예>

엑시머 레이저로서, 파장 308㎚, 펄스폭 40㎱, 가공부의 에너지 밀도 0.85J/㎠, 펄스 반복 주기 50㎐로 하고, 15펄스에서 프린트 기판(6) 상에 홈폭 10㎛, 인접하는 홈의 간격이 10㎛, 깊이 10㎛가 얻어지는 가공 조건에서 이음매 가공을 행하였다. 각도(θ)는 100°, 거리(L)를 20㎜로 하여 마스크(1)의 하측에 배치하였다.

또한, 투영 렌즈(5)의 개구수는 0.1, 마스크(1)로부터 투영 렌즈(5)의 전방측 초점까지의 거리(L)는, 750㎜로 했다.

이 경우, 거리(a)를 마스크(1) 및 프린트 기판(6)의 Y 방향의 위치 결정 공차의 최대값의 합보다도 큰 1.7㎜로 하면, 겹침부의 홈 바닥에 줄무늬 형상이 발생하지 않아, 가공 깊이를 균일하게 할 수 있었다. 또한，거리(L)는 10㎜ 이상으로 하면 되는 것도 확인할 수 있었다.

또한，이 가공 방법은, 인코히런트광의 성질을 갖는 레이저 전반(특히, 엑시 머 레이저)에 적응 가능하다.

도1은 본 발명을 적용하기에 적합한 엑시머 레이저 가공기의 주요부 구성도.

도2는 라인 빔의 평면도.

도3은 라인 빔의 배치와 가공 형상의 관계를 나타내는 도면.

도4는 차광판의 배치를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 마스크

4 : 레이저

6 : 프린트 기판

Claims

중심축과 직각 방향의 단면을, 일변이 타변보다도 충분히 큰 사각형으로 한 레이저를 고정해 두고，상기 레이저의 상기 타변과 평행한 방향으로 마스크와 프린트 기판을 서로 역방향으로 주사시켜 상기 프린트 기판이 있는 영역을 띠 형상으로 가공한 후, 상기 마스크와 상기 프린트 기판을 주사 방향과 직각의 방향으로 상대적으로 이동시켜 새로운 영역을 가공하는 것을 반복하여, 상기 프린트 기판에 홈을 가공하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서,

상기 영역을 겹치는 경우는, 상기 영역을 겹치는 측의 상기 레이저의 상기 타변을 비스듬하게 형성한 상기 레이저에 의해 가공하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 타변을 비스듬하게 형성하는 각도로서, 상기 레이저의 상기 일변과 상기 비스듬한 변 사이에 끼인 내각의 한 쪽을 91도 내지 175도로 하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 겹치는 영역을 나중에 가공하는 상기 레이저를, 상기 비스듬한 변의 중점의 궤적이 앞서 가공한 상기 레이저의 상기 비스듬한 변의 중점의 궤적으로부터 미리 정한 거리만큼 상기 앞서 가공한 영역측으로 이동하도록 위치 결정하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 비스듬한 변을 상기 사각형의 레이저의 단부를 차광하는 차광판에 의해 형성하고，이 차광판을 상기 마스크로부터 상기 레이저의 조사 방향으로 미리 정한 거리만큼 떨어뜨려 배치하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.