TW202042948A - 雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]因為在裝置擺動的情況，亦可保持精度，在擺動狀態亦可實施雷射加工，所以作成提高生產力。 [解決手段]一種雷射加工裝置，其係包括：照明光學系統，係將線狀之加工用雷射光照射於遮罩，且藉掃描機構掃描遮罩；投影光學系統，係將經由遮罩之加工用雷射光照射於被加工物；被加工物載置工作台，係載置被加工物，且使被加工物在x－y方向移動；支撐體，係將照明光學系統、遮罩支撐部、投影光學系統以及被加工物載置工作台固定成一體地位移；以及制振裝置，係抑制支撐體之振動。

Description

雷射加工裝置
本發明係有關於一種雷射加工裝置，該雷射加工裝置係將線狀之雷射光對遮罩掃描，而以已通過遮罩之光對基板進行加工，尤其係作成防止光學性位置關係因振動而偏移。
已知藉由已透過遮罩之線狀的雷射光掃描樹脂、矽等是非金屬材料的被加工物(工件，例如印刷基板之樹脂層)，以融磨加工(ablation：利用融解、蒸發之除去加工)將被加工物加工成遮罩之圖案的形狀(例如貫孔)(例如參照專利文獻1)。此外，線狀之雷射光係意指在與光軸正交的平面之光束的截面形狀是線狀的雷射光。在是印刷配線板之一種的封裝基板，係使用貫孔(VIA)進行配線之層間連接。此外，貫孔直徑係數十μm~數μm。在貫孔直徑小而需要精密之加工的情況，進行使用準分子雷射(KrF雷射，波長248nm)之融磨加工。
在專利文獻1之雷射加工裝置，係雷射光之照射位置被固定，而遮罩被移動。又，在與遮罩之移動方向平行的方向移動自如的工作台13上固定印刷基板1。在加工時，對固定之雷射光束，雷射光源11與印刷基板1在反方向移動，使在遮罩11所形成的導體圖案縮小地轉印至印刷基板1。
又，在專利文獻2所記載之雷射加工裝置，係藉由對接觸遮罩14－2使具有與其相同的寬度以上之長度方向的尺寸之線狀光束在一軸方向掃描，而掃描印刷配線基板20之加工區域。例如，藉由作成使反射鏡13在L軸方向可動來實現。利用xy工作台機構30移動印刷配線基板20之加工區域。 [先行專利文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2001－079678號公報 [專利文獻2] 特開2008－147242號公報
[發明所欲解決之課題]
專利文獻1的構成係將雷射照射位置固定，但是因遮罩之移動、工作台13的動作而發生振動。在專利文獻2的情況，係在反射鏡13之掃描機構、xy工作台機構30等發生振動。可是，因為專利文獻1及2之任一專利文獻都未進行對振動的對策，所以可能加工精度降低。即，伴隨掃描機構或加工工作台之移動，發生振動、或發生裝置重心的變化。因此，因照明光學系統、遮罩、投影光學系統以及基板分別以不同的移動量振動，而在遮罩圖案之投影位置發生誤差。因此，需要等待振動收歛後才開始加工，但是生產力降低了該等待時間的份量。尤其，在制振機構是被動式防振裝置的情況，在振動之收歛費時。在使用主動式制振裝置的情況，係減輕振動，但是裝置昂貴。
因此，本發明之目的係在於提供一種雷射加工裝置，該雷射加工裝置係作成防止擺動所造成之加工精度的降低、或者生產力的降低。 [解決課題之手段]
本發明係一種雷射加工裝置，其係包括：照明光學系統，係將線狀之加工用雷射光照射於遮罩，且藉掃描機構掃描遮罩； 投影光學系統，係將經由遮罩之加工用雷射光照射於被加工物； 被加工物載置工作台，係載置被加工物，且使被加工物在x－y方向移動； 支撐體，係將照明光學系統、遮罩支撐部、投影光學系統以及被加工物載置工作台固定成一體地位移；以及 制振裝置，係抑制支撐體之振動。 [發明之效果]
若依據至少一個實施形態，本發明係因為在雷射加工裝置擺動(振動)的情況，亦可保持精度，在擺動狀態亦可實施雷射加工，所以可提高生產力。此外，此處所記載之效果係未必被限定，亦可是在本專利說明書所記載之任一個效果或與那些異質之效果。
以下，一面參照圖面，一面說明本發明之實施形態。此外，在以下所說明之實施形態等係本發明之適合的具體例，本發明之內容不是被限定為這些實施形態等。
圖1係表示可應用本發明之例如雷射加工裝置的加工裝置之一例的示意構成圖。雷射加工裝置係具有雷射光源11。雷射光源11係例如是將波長248nm之KrF準分子雷射光進行脈波照射之準分子雷射光源。向線狀雷射掃描機構12供給雷射光。
線狀雷射掃描機構12係具有：照明光學系統，係將雷射光束整形成長方形(線狀，例如100×0.1(mm))；及掃描機構(直線運動機構)，係供線狀雷射光LB掃描遮罩13。線狀雷射掃描機構12係在x方向位移。
在遮罩13，係形成遮罩圖案，該遮罩圖案係對應於藉融磨(ablation)對被加工物(以下適當地稱為基板W)所形成的加工圖案。即，在使KrF準分子雷射透過的基材(例如石英玻璃)，描繪根據遮斷KrF準分子雷射之遮光膜(例如Cr膜)的圖案。作為加工圖案，係貫穿貫孔、非貫穿貫孔、配線圖案用之溝(trench)等。在藉融磨加工形成加工圖案後，填充銅等之導體。
已通過遮罩13之線狀雷射光LB被射入投影光學系統14。從投影光學系統14所射出之線狀雷射光被照射於基板W之表面。投影光學系統14係在遮罩面與基板W之表面具有焦點面。基板W係在例如環氧樹脂等的基板形成銅配線層，再在其上形成絕緣層的樹脂基板。
基板W係設置複數個圖案區域WA，並被固定於被加工物載置用之載置工作台15上。藉由載置工作台15在x－y方向位移且轉動，可對遮罩13將圖案區域WA分別定位。又，為了作成在基板W之整體可對被加工區域進行加工，載置工作台15在例如x方向之掃描方向使基板W進行步進移動。
在上述之雷射加工裝置，在線狀雷射掃描機構12之掃描動作時、與載置工作台15之x－y方向的位移動作時，在雷射加工裝置發生振動。因該振動，而發生線狀雷射光LB未正確地掃描遮罩13或基板W上所造成之圖案形狀誤差或照射能量的不均。在本發明之實施形態，係為了抑制該振動所造成之雷射加工裝置的振動，而設置制振裝置。
參照圖2及圖3，說明本發明之一實施形態。對構成支撐體之基部21及上部機架22安裝雷射加工裝置。上部機架22係被固定於基部21上。基部21及上部機架22係由剛性高且使振動衰減之特性的材料所構成。在基部21與地板面之間，設置制振裝置23。作為制振裝置23，係使用例如被動式的制振裝置。將制振裝置23作為起點，基部21及上部機架22可擺動。
對上部機架22，固定由掃描機構16及照明光學系統17所構成之線狀雷射掃描機構、載置遮罩13之遮罩工作台18(遮罩之支撐部)、以及投影光學系統14。載置工作台15被固定於基部21上。即，這些掃描機構16、照明光學系統17、遮罩工作台18、投影光學系統14以及載置工作台15被定位成滿足既定光學性關係(加工用雷射光正確地射入照明光學系統17之關係)，在定位後，在因照明光學系統17之掃描動作及載置工作台15之位移動作所造成的振動等，而基部21及上部機架22擺動的情況，作成一體地位移。此擺動係藉制振裝置23被抑制，但是因為無法完全地除去，所以藉光束位置修正部27修正對照明光學系統17之加工用雷射光的入射位置及入射角度。
雷射光源11係被收容於與基部21及上部機架22係另外設置的框體24內。雷射光源11係將波長248nm之KrF準分子雷射光(稱為加工用雷射光)L1進行脈波照射。又，具有導引光束光源25，該導引光束光源25係產生用以調整雷射位置之導引用雷射光L2。加工用雷射光L1及導引用雷射光L2係作成具有以既定間隔平行的光路。
加工用雷射光L1及導引用雷射光L2被射入光束位置修正部(被稱為光束控制機構)27。光束位置修正部27係用以即時地進行加工用雷射光L1之定位(位置及入射角度)的機構。
圖4係表示光束位置修正部27之一例。在雷射光源11之側設置第1調整反射鏡28。第1調整反射鏡28所反射之加工用雷射光L1及導引用雷射光L2通過管29後，被射入在基部21或上部機架22所安裝的第2調整反射鏡30。第2調整反射鏡30所反射之加工用雷射光L1被反射鏡33反射，而射入照明光學系統17。
第2調整反射鏡30所反射之導引用雷射光L2被分光鏡31分支至2條光路，並被射入感測器32。感測器32係被安裝於基部21或上部機架22，並具有從分支之2條導引用雷射光檢測出位置的位置感測器及檢測出角度的角度感測器。作為位置感測器、角度感測器，使用例如PSD(Position Sensitive Detector)。第1調整反射鏡28及第2調整反射鏡30係作成藉2個致動器可在2軸方向調整反射鏡的角度。根據感測器32之檢測信號對此致動器進行回授控制。
即，具有處理來自感測器32(位置感測器、角度感測器)之信號的處理裝置，藉由對驅動第1調整反射鏡及第2調整反射鏡之致動器進行回授控制，不論雷射加工裝置之基部21及上部機架22的傾斜，都將加工用雷射光調整成加工用雷射光總是以正確的位置及角度射入照明光學系統17。
對第1調整反射鏡28及第2調整反射鏡30，係波長例如248nm之加工用雷射光L1及波長例如400nm~700nm之導引用雷射光L2的雙方射入。為了反射波長大為相異的2種雷射光，第1調整反射鏡28及第2調整反射鏡30係形成2種相異的反射膜。
如圖5所示，第1調整反射鏡28及第2調整反射鏡30係分別在邊界B分離對應於加工用雷射光之反射膜41與對應於導引用雷射光之反射膜42所形成。在圖5，係表示在各區域所射入之加工用雷射光的光點43及導引用雷射光之光點44。將加工用雷射光與導引用雷射光的間隔設定成光點43及44不會進入相異之反射膜的區域。
第2調整反射鏡30所反射之加工用雷射光L1被射入照明光學系統17。照明光學系統17係具有光學單元，該光學單元係使雷射光源所射出之光的強度分布成為均勻且令變形成線狀的加工用雷射光。照明光學系統17係具有光學單元17a，該光學單元17a係具有：透鏡陣列17b(第1光學元件)，係使光在一方向(Y方向)擴大；及第2光學元件，係使光在與第1光學元件之擴大方向正交的方向縮小並成為線狀。第1光學元件係在光之擴大方向排列複數個透鏡的透鏡陣列。即，光學單元17a係具有：透鏡系統(未圖示)，係使擴大之光成為平行光；及透鏡系統17c(第2光學元件)，係使平行光在與透鏡陣列之擴大方向正交的方向(在遮罩上觀察時為X方向)縮小。光學單元17a係將雷射光之束光束整形成線狀光束，並向遮罩13導引線狀雷射光LB。例如被整形成長邊方向為100mm、縱向為0.1mm之線狀雷射光LB。
掃描機構16係使照明光學系統17的一部分，並包含光學單元17a之照明光學系統的整體移動。光學單元17a沿著掃描方向(x方向)在架台上滑動，而使光學單元17a進行往復移動。伴隨光學單元17a之移動而線狀雷射光LB對遮罩13移動，而以加工用雷射光掃描在遮罩工作台18及載置工作台15分別被固定的遮罩13及基板W。
在以往之使用位移的反射鏡之構成的情況，伴隨反射鏡之移動而加工用雷射光的形狀變形。結果，在加工範圍整體無法得到均勻的強度分布，而根據位置在加工結果發生不均。依此方式，在使線狀之加工用雷射光掃描時，具有無法高精度(在掃描時形狀不會變形)地掃描線形狀的課題。若依據本發明之一實施形態，因為線狀之雷射光在掃描時不變形，所以可提高加工精度。
遮罩13係藉由對使KrF準分子雷射光透過之基材(例如石英玻璃)形成遮斷KrF準分子雷射光的遮斷膜(鉻膜、鋁膜等)，描繪遮罩圖案。在遮罩13，係亦可描繪在基板W重複出現的圖案，或亦可作成描繪在基板W整體的圖案。
遮罩工作台18係具有固持遮罩13，並可進行遮罩之定位的xyθ工作台。具有相機(未圖示)，該相機係用以讀取在遮罩13所設置之對準記號，並進行遮罩13之定位。
通過遮罩13之加工用雷射光被射入投影光學系統14。投影光學系統14係在遮罩13之表面與基板W之表面具有焦點的投影光學系統，將透過遮罩13之光投影至基板W。此處，投影光學系統14係構成為縮小投影光學系統(例如1/4倍)。
載置工作台15係利用真空吸附等固定基板W，且藉工作台移動機構之往x－y方向的移動及轉動將基板W對遮罩13定位。又，為了在基板W整體可進行融磨加工，沿著掃描方向(此處，係x方向)可進行步進移動。在載置工作台15的旁邊，係設置對準相機(未圖示)，該對準相機係拍攝在基板W所設置之對準記號。進而，亦可設置焦點調整用的z機構等。
基板W(工件)係例如是印刷配線板用的有機基板，在表面形成進行雷射加工的被加工層。被加工層係例如是樹脂膜或金屬箔，並由藉雷射光可進行貫孔之形成等之加工處理的材料所形成。藉雷射加工機形成貫孔或配線圖案，並在以後的步驟對加工部分填充銅等之導體。
圖6係放大地表示基板W之一例。基板W係多片基板(multiple board)，在基板W，係以(8×8)之陣列重複地設置與遮罩13之圖案對應的圖案區域WA。在圖6，x方向是副步進方向，y方向是主步進方向。掃描某圖案區域WA時，掃描下一個圖案區域。此外，圖示之掃描方向(箭號)係一例。
此外，在本發明之一實施形態，設置未圖示之搬運機構，藉搬運機構進行被加工物之對載置工作台的載置或取出。例如，可使用選擇順應性裝配機械手臂等。又，具有覆蓋加工裝置與雷射光源之框體之未圖示的空調室。
在上述之本發明的一實施形態，具有用以控制裝置整體的制振裝置(未圖示)。控制裝置係進行雷射光源11之控制、驅動部各部之控制、遮罩、基板W之對準、生產資訊之管理或方法(recipe)管理等。
以上，具體地說明了本技術之一實施形態，但是本發明係不是被限定為上述之一實施形態，可根據本發明之技術性構想，進行各種的變形。又，在上述之實施形態所列舉的構成、方法、步驟、形狀、材料以及數值等係完全只是舉例，亦可因應於需要，使用與此相異之構成、方法、步驟、形狀、材料以及數值等。
W:被加工物(基板) 11:雷射光源 12:雷射掃描機構 13:遮罩 14:投影光學系統 15:載置工作台 16:掃描機構 17:照明光學系統 18:遮罩工作台 25:導引光束光源 27:光束位置修正部 32:感測器
[圖1] 係表示可應用本發明之雷射加工裝置之示意構成的圖。 [圖2] 係本發明之一實施形態的正視圖。 [圖3] 係本發明之一實施形態的立體圖。 [圖4] 係在本發明之一實施形態的光束位置修正部之說明所使用的示意線圖。 [圖5] 係在本發明之一實施形態所使用的反射鏡之說明使用的放大立體圖。 [圖6] 係在本發明之一實施形態所使用的基板之一例的放大平面圖。
W:被加工物(基板)
11:雷射光源
13:遮罩
14:投影光學系統
15:載置工作台
16:掃描機構
17:照明光學系統
17a:光學單元
17b:透鏡陣列
17c:透鏡系統
18:遮罩工作台
21:基部
22:上部機架
23:制振裝置
24:框體
25:導引光束光源
27:光束位置修正部
33:反射鏡
L1:加工用雷射光
L2:導引用雷射光
LB:線狀雷射光

Claims (6)

  1. 一種雷射加工裝置，係包括： 照明光學系統，係將線狀之加工用雷射光照射於遮罩，且藉掃描機構掃描該遮罩； 投影光學系統，係將經由該遮罩之該加工用雷射光照射於被加工物； 被加工物載置工作台，係載置該被加工物，且使該被加工物在x－y方向移動； 支撐體，係將該照明光學系統、該遮罩支撐部、該投影光學系統以及該被加工物載置工作台固定成一體地位移；以及 制振裝置，係抑制該支撐體之振動。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中作成該照明光學系統射出線狀之該加工用雷射光，該掃描機構使該加工用雷射光在與線方向正交之方向直線性地位移。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中 與該支撐體分開地設置產生該加工用雷射光的雷射光源； 藉光束位置修正部，作成將該加工用雷射光之對該照明光學系統的入射位置及入射角度控制成既定者。
  4. 如申請專利範圍第3項之雷射加工裝置，其中 與該支撐體分開地設置產生該加工用雷射光及導引用雷射光的雷射光源； 該加工用雷射光射入該照明光學系統； 向該光束位置修正部供給該加工用雷射光及該導引用雷射光； 藉該光束位置修正部，作成根據該導引用雷射光將該加工用雷射光之對該照明光學系統的入射位置及入射角度修正成既定者。
  5. 如申請專利範圍第4項之雷射加工裝置，其中 該光束位置修正部係具有至少一個光學元件； 該光學元件係對一個面內施行對應於該加工用雷射光之表面處理及對應於該導引用雷射光之表面處理。
  6. 如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中藉由被加工物載置工作台在該線方向間歇性地移動，對該被加工物之複數個區域逐次地進行加工。
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