KR20090096298A - 레이저 직접 묘화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 직접 묘화장치(描畵裝置)에 관한 것으로, 광 빔의 투사위치의 회전조정을 정밀도가 양호하고 간단하게 행하는 레이저 직접 묘화 장치를 제공하기 위한 것이다.

DMD(7)와 기판 W와의 사이에 설치된 글라스판(1)은 직사각형의 판상으로 이루어지고, 고정틀(20)에 지지된 피에조 소자(21) 위에 지지되어 진다. 피에조 소자(21)는 글라스판(1)의 상대되는 두 개의 단부(10, 10)의 양단부, 즉 직사각형의 글라스판(1)의 네 개의 각부(11)에 설치되어 지고, 비틀림 제어장치(2)의 제어에 의해 피에조 소자(21abcd)의 각각을 알맞게 신장, 단축하는 것에 의해 단부(10, 10)를 반대 방향으로 비틀리게 한다. 이에 의해 글라스판(1)의 표면 각도가 변동되고, 글라스판(1)을 투과하여 기판 W 상에 조사하는 레이저 빔의 기판 W 상의 조사위치의 조정이 이루어지게 된다.

글라스판, 광빔, 묘화, 레이저, 장치.

Description

레이저 직접 묘화 장치{Laser direct imaging device}

본 발명은 레이저 직접 묘화 장치에 관한 것이다.

레이저 직접 묘화법(Laser Direct Imaging; 이하 "LDI"라 칭함)으로는 이동 스테이지 상에 탑재된 대상물인 기판 등에 사전에 결정된 위치에 복수의 레이저 빔을 투사함에 의해 기판 상의 레지스트 중에 배선 패턴의 잠상(潛像)을 형성하여 두고, 잠상의 형성을 배선 패턴 데이터로부터 실행함으로서, 포토마스크를 사용하지 않고 직접노광이 가능하도록 한다. 이러한 것에 의해 노광 프로세스의 소요시간을 단축시킬 수 있고, 프린트 배선기판의 제조에 있어서도 레이저 직접 묘화법이 사용되어질 수 있게 된다.

이러한 LDI에서는 공간적 광변조기인 DMD(Digital Micromirror Device)를 사용하여 레이저 빔의 온/오프를 개별적으로 제어하게 된다. DMD에는 크기가 14㎛ 각의 밀러가 다수 개 (예를 들면, 1024×768개) 형성되어있어, 개별 밀러의 온 오프 제어가 가능하게 되어 있다(특허문헌 1). 기판은 이동 스테이지에 재치되어 이 이 동 스테이지를 일방향으로 이동시키면서 라인 패턴에 상당하는 위치에 광 빔을 조사하여, 기판에 도포된 레지스트에 배선 패턴의 잠상을 형성하도록 구성되어 있다. 이 광학계로는 ㎛ 수준의 정밀도로 희망하는 장소에 광 빔을 조사할 필요가 있으며, DMD의 밀러 어레이를 주사방향(이동 스테이지에 의한 이동방향)에 대하여 소정각도 회전을 시켜서 배치하는 것에 의해 해상도를 높이게 된다(특허문헌 2 내지 4).

이것을 도 11에 의해 설명한다. DMD의 회전방향은 빔 위치의 조정을 행하는 것 중에서 가장 중요한 항목이다. 따라서, DMD 자체의 소자간격 보다 적은 위치에서 광 빔을 투영하는 것이 좋다. 도 11(A)에서는 DMD의 빔 간격을 p로하고, 그의 기울기를 θ로 하면, 인접한 빔과의 공차 Δd는 p·θ로 된다. 각도 θ의 값을 적게함으로서 Δd를 피치 d의 1/10 이하로 하는 것이 가능하다. 그러나, 도 11(B)에 도시된 바와 같이 θ가 소정의 값에서 (θ+Δθ)만큼 어긋나면 인접 빔 위치와의 간격이 약간(εd=p·Δθ) 변화한다. 인접한 경우에는 한쪽으로 쏠리는 이동은 적게 되지만, n 피치 이격된 빔 간에서는 공차(E)가 n·εd 배로 되므로 공차 E의 값은 조정된 피치 d보다 크게 되어 진다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개공보 2004-9595

[특허문헌 2] 일본국 특허공개공보 2004-181723

[특허문헌 3] 일본국 특허공개공보 2007-10758

[특허문헌 4] 일본국 특허공개공보 2007-219011

[특허문헌 5] 일본국 특허공개공보 2007-47561

이상에서 설명한 바와 같이, 종래에는 DMD를 탑재한 광학계 전체를 회전시키거나, 기판을 탑재한 스테이지를 회전시키거나 하는 방법에 의해 조정하였으나, 이러한 기계적인 각도 조정만으로는 소정의 정밀도를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 쐐기 모양의 프리즘을 두 개 갖고, 이들의 두께와 기울기를 조정하는 것에 의해 빔의 초점(z 방향)과, x,y방향의 위치를 개별적으로 조정하는 방법도 개시하고 있지만(문헌 5), 충분한 정밀도로 레이저 빔의 간격을 조정할 수는 없었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 레이저 직접 묘화장치는 복수의 레이저 빔을 온오프시켜서 대상물 상에 조사시킴에 의해, 소정의 패턴의 잠상을 형성하는 레이저 직접 묘화장치에 있어서, 상기 대상물 위에 설치되고 상기 복수의 레이저 빔을 투과시키는 판상의 투과체와, 당해 판상의 투과체의 양단을 반대방향으로 비트는 수단을 구비하여, 당해 비트는 수단에 의해 비틀린 각을 조정하여 당해 복수의 레이저 빔 간의 피치 간격을 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이저 직접 묘화장치는 광 빔의 투사위치의 회전 조정을 정밀도가 양호하면서도 간단하게 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 레이저 직접 묘화장치를 프린트배선기판의 제조에 적용한 예이다. 스테이지(60)에는 기판 W가 재치되고, 이 스테이지(60)를 스테이지 제어장치(53)를 매개로 하여 Y 방향으로 일정한 속도로 이동시켜서 스테이지(60) 위치를 센서(도시 생략)로 검출하고 스테이지(60)의 위치에 대응한 배선 패턴을 배선패턴 기억장치(51)로부터 떼어 내어, 당해 패턴에 대응하는 DMD(7)의 소자를 DMD 제어장치(52)에 의해 온(on)하여, 스테이지(60) 위의 레지스트 상에 배선패턴 기억장치(51)의 배선패턴을 직접 노광하도록 구성되어 있다.

배선패턴 기억장치(51)의 배선패턴은 노광의 준비단계에서 배선 데이터에 근거하여 작성되어 진다. 구체적으로는, 벡터 데이터로 적혀진 배선 데이터를 이차원적인 화상 데이터로 비트맵데이터로 변환시키고, 이를 배선 패턴으로 하여 배선패턴 기억장치(51)에 격납한다. 이 작업은 제어장치(50)에서 행하여져도 좋고, 도시하지 않은 별도의 계산기로 행하여도 좋다.

레이저(5)로부터의 레이저 빔은 빔 확대 광학계(6)를 경유하고, DMD(7)에서 상기에서와 같이 배선 패턴에 대응하는 온오프에 의해 투과광 만이 결상광학계(8)를 경유하도록 하고, 레이저빔 투과체인 글라스판(1)을 투과하여 기판 W 위에 조사하도록 한다. 글라스판(1)은 DMD(7)와 기판 W와의 사이에 설치되어 있지만, 레이저 빔의 광로 중에 있으면 다른 위치라도 양호하다.

글라스판(1)은 직사각형의 판상으로 되고, 도 2에 도시된 것과 같이 고정틀(20)에 지지된 피에조 소자(21) 상에 지지되어 있다. 피에조 소자(21)는 직사각형의 글라스판(1)의 네 개의 각부(11)에 설치되어 있고, 피에조 소자(21ab)의 간격과 피에조 소자(21cd)의 간격은 서로 동일하고, 또 피에조 소자(21 a b) 간의 변과 피에조 소자(21 c d) 간의 변은 평행으로 되어 있다. 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 비틀림 제어장치(2)의 제어에 의해 피에조 소자(21 a b c d) 각각을 적의 신장, 축소하는 것에 의해 상대하는 평행의 단부(10, 10)을 반대 방향으로 비틀리게 하는 구성으로 되어 있다.

이와 같이 글라스판(1)의 양단을 반대방향으로 비틀리게 함에 의해, 글라스판(1)의 표면 각도가 변동되고, 글라스판(1)을 투과하여 기판 W 상에 조사하는 레이저 빔의 기판 W 상의 조사위치의 조정이 가능하게 된다. 이를 도 3에 의해 상세하게 설명한다.

글라스판(1)을 비틀리게 함에 의해 글라스판(1)의 어느 부분을 각도 θ로 기울게 하면, 이 부분을 투과하는 투과 빔 B는 Δx만큼 한쪽으로 쏠리게 된다. 경사각 θ에 의해, 한쪽으로 쏠리는 편이량 Δx는 tθ(1-1/n)으로 표시된다. 여기서, t는 글라스판(1)의 두께이고, n은 글라스판(1)의 굴절율이다. 또한, 글라스판(1)의 폭 W와 단의 z 방향의 편이 Δz 간에는 Δz = θW의 관계가 있다. 예로서, 굴절율 1.5, 두께 1mm, 폭 10mm의 글라스판(1)을 Δz = 15㎛되게 경사를 갖도록 하면, 빔의 편이(Δx)는 0.5㎛가 된다.

다음으로 도 4 내지 도 6에 의해 글라스판(1) 전체의 빔 편이를 설명한다.

다음 도 4에 도시된 바와 같이 글라스판(1) 위에, a b c d의 레이저 빔이 입사되어질 때, 도시된 네 개의 레이저 빔이 투과하는 점 a와 b, c와 d를 예로 들어서, 이들의 위치 조정을 설명한다. 특히, 글라스판(1)의 중심 O와 광축은 일치하여 있는 것으로 하고, 글라스판(1)의 xy방향의 중심선이 비틀림의 중심축 T1, T2와 일치하는 것으로 본다. 바꾸어 말하면, 글라스판(1)의 xy방향의 중심선을 중심축으로 하여 글라스판(1)이 비틀어지게 되는 것으로 본다. 이때에, 점 a b c d는 중심 O에 대하여 대칭의 위치에 있다. 즉, 중심축 T1에 대하여, a b와 c는 각각 선대칭이고, 중심축 T2에 대하여서는 a c와 b d가 각각 선대칭이다. 이러한 조건에 있어서, 글라스판(1)의 두 개의 단부(10, 10)를 실선, 또는 점선으로 나타낸 방향으로 비틀리게 한 때의 레이저 빔의 위치변동을 도 5에 나타냈다.

도 5는 도 4에 도시하는 점선으로 나타낸 방향으로 글라스판(1)을 비트는 경우의 빔 조사위치 변화, 도 6은 글라스판(1)을 도 4에 나타낸 실선으로 나타나는 방향으로 비틀었을 때의 빔 위치변화이다. 도 5의 A, B는 각각 a, b에 입사한 광 빔이 기판 W 위에 조사된 위치를 나타낸다. 글라스판(1)의 양단을 반대방향으로 비트는 것에 의하여, 각각 점 a가 각도 θ, 점 b에서 각도-θ로 경사지게 하면, 이 때에, 도 3에서 검토한 바와 같이, 점 a, b를 투과하여 대상물에 투영하는 레이저 빔의 X방향 간격은 초기값 D에 비하여 2Δx 증가한다. 한편 도 6에서는, 점 a b를 투과하는 광 빔은 A', B'에 조사되어 양자의 간격은 2Δx 만큼 좁게 된다.

도 7에는 점 a b c의 기판 W 상의 조사위치의 상태를 나타낸다. 당초의 조사 위치(A0, B0, C0, D0)에 대하여, 글라스판(1)의 비틀림 방향을 파선 화살표시, 실선 화살표시와 같이 변화하게 되어, ABCD, 또는 A'B'C'D'로 조사위치가 변화한다. 그 결과, 각각의 x 방향간극을 변화시키는 것이 가능하여 지고, 비트는 방향과 비트는 각도를 변화시킴에 의해 피치 간극의 미세한 조정이 가능하다. 이러한 구성에 의해, 미크론 레벨의 미세한 빔 위치의 조정이 가능하게 된다.

더욱이, 글라스판(1)의 중심 0는 비틀림에 의해서도 경사되지 않고, 그 결과 그의 조사위치 0는 이동하지 않는다. 글라스판(1)의 비틀림에 의한 글라스판(1) 위의 각 점 N의 경사각도는 중심 0로부터의 거리에 비례하여서 크게 되어 지고, 그 결과 조사위치의 이동거리는 그의 중심 0로부터의 거리에 비례하여 크게 된다.

도 8은 다른 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에서는 글라스판(1)의 각부(11)에 표리로부터 한 쌍의 피에조 소자(21), (21)를 배설하여 비트는 힘을 크게 되도록 하였다.

도 9는 또 다른 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에서는 피에조 소자(21)에 대신하여 높이 조정 나사못(22)를 사용한다. 25는 고정틀이고, 26은 틀체이다. 높이 조정 나사못(22)는 모터(도시 생략)에 의해 구동되고, 당해 모터의 회전에 의하여 가하여 진 힘을 조정하는 것에 의해 빔 위치의 조정이 가능하다.

도 10에 의해 제어방법을 상세하게 설명한다.

최초에 DMD의 겉보기 각도의 조절을 이하의 수순에 따라 하도록 한다.

제 1공정) DMD의 경사각의 계측

제 2공정) 글라스판(1) 비틀림 각과 DMD의 겉보기 경사각과의 관계를 계측

제 3공정) 글라스판(1)의 비틀림 각 조정

제 4공정) DMD 겉보기 경사각의 확인과 수정

제 1공정의 DMD 경사각의 계측방법으로는 기판에 도포된 레지스트 상에 테스트 패턴을 노광하고, 현상 후, 치수 측정기로 테스트 패턴의 위치를 계측하는 방법과, 노광 빔의 위치를 장치 내에 설치된 센서로 계측하고, 그 계측결과를 이용하여 경사각도를 계측하는 방법이 있다. 전자는 노광한 잠상의 현상을 별도의 공정으로 실행함에 의해 시간이 소요되는 문제가 있고, 후자는 라인의 노광·현상 프로세스를 생략할 수 있어 조정시간을 단축할 수 있는 이점이 있어서, 보다 효율적인 계측이 가능한 후자의 방법에 대하여 설명한다.

스테이지(60) 위에 라인 CCD(40)를 기판 W의 레지스트와 같은 높이로 하고, 또한 라인 CCD(40) 방향이 스테이지(60) 이동방향과 직행하도록 설치한다. 입수가능한 라인 CCD(40)의 소자 피치는 약 5-10㎛이고, 소자수는 1K 내지 4K개이기 때문에 하나의 라인 CCD(40)로 최대 40mm(10㎛ × 4000)까지의 범위의 계측이 가능하다.

하나의 라인 CCD(40)로 DMD(7)의 노광범위를 커버하지 못하는 경우는 라인 CCD(40)를 복수 라인 사용하는 것으로 그 대응이 가능하다. 또한, 라인 CCD(40)의 대신으로 이차원 CCD를 사용하는 것도 좋다. 이 경우에는, DMD(7)의 결상위치가 CCD 위에 이루어지도록 스테이지(60)를 이동하여, 정지시킨다. DMD(7)의 각도의 산정방법은 하기에 설명하는 라인 CCD의 경우와 동일하다.

DMD(7)의 경사각도 θ를 계측하는 경우에는, 예를 들어 두 개의 DMD 소 자(70, 71) 만을 ON 상태로 하여 라인 CCD(40) 위를 통과시켜, 그의 신호화상을 축적한다. 이 때에 점 DMD 소자(70), (71)의 기판 상의 결상위치를 각각 A', B'로 한다. 계측의 결과로부터, A', B' 스폿트의 센서 상의 거리 Δp, 양자가 검출된 시간 간극 Δt를 알게 된다. 이 때의 스테이지(60)의 이동속도를 v라 하면, 결상점의 각도 θ는 tanθ = Δp/(Δt·v)로 계산된다. 이것이 겉보기 경사각도 DMD의 경사각도이다.

특히, 여기서는 계측점을 2점으로 하였지만, 다수의 계측점을 설치하는 것이 정확하게 각도를 계측할 수 있기 때문에 필요에 따라 계측점을 증가하는 것도 가능하다.

다음으로 제 2공정에 있어서는, 이 측정계를 사용하여 본격적인 노광 전에, 피에조 소자(21)로의 인가전압과 겉보기 DMD 각도의 변화량과의 관계를 측정한다. 구체적으로는 각 피에조 소자(21)에 가하여지는 전압을 변화시켜, 각각의 빔 위치의 변화를 제 1의 공정에서 설명한 방법을 사용하여 계측하고, 결과를 기록한다. 이 계측에서는 계측하는 DMD(7)의 소자 쌍(pair) 수를 많게 하는 것이 인가전압과 빔과의 관계를 보다 정확하게 계측하는 것이 가능하다. 인가전압과 각 빔의 변화의 관계는 제어장치(50)에 기록되어 진다.

제 3공정에 있어서는, 노광장치를 사용하여 본격적인 노광을 행하기 전의 준비로서 DMD(7)의 경사 각도를 조정한다. 먼저, 제 1의 공정을 이용하여 DMD(7)의 각도를 계측한다. 제어장치(50)는 계측된 각도가 설정각의 허용범위 내에 있는가 아닌가를 판정하고, 계측각도가 당초의 설정범위로부터 벗어나는 경우에는, 제 2공 정에서 구한 관계를 이용하여, 계측범위 내로 들어오도록 피에조 소자(21)에 전압을 인가한다.

제 4공정에 있어서는, 노광장치를 일정시간 사용한 후, 제 3의 공정을 행하고 DMD(7)의 겉보기 각도가 설정값 내로 들어와 있는지를 확인한다. 이것은 노광장치를 사용하므로서 개시시점과는 상이한 온도분포가 되고, 빔 위치가 변화하는 경우가 있기 때문이다.

만약, 계측한 각도가 설정범위에서 벗어난 경우에는 제 2공정으로 구한 관계를 이용하여 글라스판(1)의 각도의 수정을 행할 수 있도록 피에조 소자(21)로의 인가전압을 조정한다.

또한, 도 9에 도시된 실시형태의 경우에는, 높이 조정 나사못(22)의 메모리를 읽어서, 손으로 회전·수정하는 것에 의해 피에조 소자(21)와 동일하게 동작을 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 1 실시형태를 나타나는 개략도이고,

도 2는 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 3은 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 4는 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 5는 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 6은 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 7은 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 8은 본 발명의 다른 실시형태를 나타나는 개략도이고,

도 9는 본 발명의 다른 실시형태를 나타나는 개략도이고,

도 10은 본 발명의 1 실시형태의 동작을 나타나는 설명도이고,

도 11은 종래예의 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 --- 글라스판 2 --- 비틀림 제어장치

5 --- 레이저 6 --- 빔 확대 광학계

7 --- DMD 8 --- 결상광학계

10 --- 단부 11 --- 각부

20 --- 고정틀 21 --- 피에조 소자

22 --- 높이 조정 나사못 25 --- 고정틀

26 --- 틀체 40 --- 라인 CCD

50 --- 제어장치 51 --- 배선패턴 기억장치

52 --- DMD 제어장치 53 --- 스테이지 제어장치

60 --- 스테이지 70, 71 --- DMD 소자

Claims (4)

1. 복수의 레이저 빔을 온 오프시켜서 대상물 위에 조사시킴에 의해, 소정의 패턴의 잠상(潛像)을 형성하는 레이저 직접 묘화장치에 있어서,

   상기 대상물 위에 설치되고 상기 복수의 레이저 빔을 투과시키는 판상의 투과체와,

   상기 판상의 투과체의 양단을 반대방향으로 비틀어 주는 수단을 구비하고,

   상기 비틀어 주는 수단에 의해 비틀림 각을 조정하여 당해 복수의 레이저 빔 간의 피치 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 직접 묘화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 온 오프를 공간적 광변조기에 의하여 행함을 특징으로 하는 레이저 직접 묘화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 비틀어 주는 수단이 상기 투과체의 단부에 설치된 피에조 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 직접 묘화장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 비틀어 주는 수단이 상기 투과체의 단부에 설치된 기 계적 나사못을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 직접 묘화장치.

Images