TWI428629B - Laser direct imaging device - Google Patents

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TWI428629B TW097128587A TW97128587A TWI428629B TW I428629 B TWI428629 B TW I428629B TW 097128587 A TW097128587 A TW 097128587A TW 97128587 A TW97128587 A TW 97128587A TW I428629 B TWI428629 B TW I428629B
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Description

雷射直接成像裝置
本發明係關於一種雷射直接成像裝置(LDI：Laser Direct Imaging)，其係藉由圓柱透鏡，使根據光域資料調變之雷射光束聚光於副掃描方向、往主掃描方向偏向，且使被描繪體往副掃描方向移動，並對被描繪體描繪出所欲之圖案。
雷射直接成像裝置中，將設計電路圖案時之CAD(電腦輔助設計)資料格式轉換為向量資料，算出輪廓線後，再轉換為描繪用光域資料，求出雷射光之導通－不導通(ON－OFF)像素，將雷射照射於導通(ON)像素。
圖7係習知雷射直接成像裝置的構成圖。
雷射源1係裝載於光學基座16上。光學基座16係配置於床18上之立柱17上。從雷射源1輸出之雷射光束5係透過反射鏡2、擴大器(expander)3射入聲光調變器(以下，簡稱「AOM(Acousto－Optic Modulator)」)4。被AOM4調變之雷射光束5a係藉由多面鏡(polygon mirror)6偏向而射入fθ透鏡7後，透射過fθ透鏡7之雷射光束5a係藉由返折鏡8而偏向於圖之下方，再射入圓柱透鏡9。接著，透射過圓柱透鏡9之雷射光束5a係射入被描繪體10，使被描繪體10上之乾膜光阻(以下，簡稱「DFR(Dry Film Resist)」)或光阻等感光。此時，裝載被描繪體10之台12係往副掃 描方向(圖中之Y方向。又，主掃描方向係圖中之X方向)等速移動。線性馬達係使台12移動。一對導件13係用以導引台12(專利文獻1)。
此處，fθ透鏡7之前焦點係定位於多面鏡6之反射面上，與被多面鏡6反射之雷射光束5之XY面平行的成分係平行，與XY面成直角的成分係以多面鏡6之反射點為起點之擴散光。因此，雖與雷射光束5之XY面平行的成分係藉由fθ透鏡7聚光，但會直接透射過圓柱透鏡9。另一方面，與雷射光束5之XY面成直角的成分係藉由fθ透鏡7轉換成平行後，再藉由圓柱透鏡9聚光。
圖8係顯示起始感測器之位置的圖，(a)係從圖7之X方向觀察之圖，(b)係從圖7之Y方向觀察之圖。
在圓柱透鏡9之圖7中左端側下方配置有反射鏡11，在反射鏡11之反射側配置有起始感測器15。接著，為使每列之掃描開始位置一致，主掃描方向之1條掃描之描繪係起始感測器15偵測被反射鏡11反射之雷射光束5a後，經既定時間後開始(圖示之情形，檢測位置與描繪開始位置之距離為10mm)。
然而，由於雷射光束往主掃描方向掃描，且台12(亦即被描繪體10)亦往副掃描方向移動，因此若使雷射光束5往X方向掃描，則如圖9所示，照射軌跡(曝光軌跡)會相對X方向(主掃描方向)，往順時針方向傾斜角度α，以下，稱此角度α為「掃描角度」。
因此，以往，係以台12之移動方向為基準，配置照射 光學系統以使掃描角度α為0，配置照射系統以使曝光軌跡與Y方向(副掃描方向)成直角。
專利文獻1：日本特開2007-94122號公報
當感光材料對光之感度(以下，簡稱感度)相同時，能將掃描角度α設為一定。然而，DFR之光阻感度中有值不同者。例如，當雷射輸出一定時，光阻感度為50mJ/cm2 時，使雷射光束之掃描速度(亦即，多面鏡之旋轉次數)與台之移動速度分別為光阻感度為10mJ/cm2 時之1/5即可。
然而，由於多面鏡旋轉次數穩定之區域狹窄(例如，額定旋轉次數~額定旋轉次數之1/2)，因此掃描角度α之可變範圍小，能曝光之工件種類少。
本發明之目的在於提供一種能解決上述問題，使各種感度之感光材料曝光，且能按照工件之變形來修正描繪位置之雷射直接成像裝置。
為解決上述問題，本發明之雷射直接成像裝置，係藉由圓柱透鏡，使根據光域資料調變之雷射光束一邊聚光於副掃描方向一邊往主掃描方向偏向，且使被描繪體往副掃描方向移動，並對被描繪體描繪出所欲之圖案，其特徵在於，具備：中空鉸鏈銷，設有將環狀之一部分切開之中空馬蹄形之凸起部；透鏡保持具，用以支撐圓柱透鏡；以及 圓形部，係設置於該透鏡保持具，嵌合於該凸起部之外周，以使該圓柱透鏡之軸線通過該凸起部之中心；預先使該圓柱透鏡之軸線能旋轉於與該被描繪體上之光阻感度不同之乾膜光阻之表面平行的方向，而能變更該圓柱透鏡之軸線相對該主掃描方向之角度；使該旋轉中心與該雷射光束之掃描開始點一致。
由於能容易設定圓柱透鏡相對主掃描方向之角度(掃描角度α)，因此能使各種感度之感光材料曝光。
以下，說明本發明。
圖1係本發明之雷射直接成像裝置的構成圖，(a)係俯視圖，(b)係側視圖。又，圖2係圖1之A部分放大圖，(a)係俯視圖，(b)係側視圖。此外，圖示之情形，圖2係顯示相對圖1旋轉90度之情形。又，圖3係後述銷44附近之截面圖，圖4係圖2之B-B截面圖。此外，與圖7相同或同一功能者係附予同一符號，以省略重複說明。
托架23係固定於立柱17。底板43係藉由螺栓49固定在托架23上。中空鉸鏈銷34具備有將環狀之一部分切開之中空馬蹄形之凸起部34a，固定於底板43。凸起部34a之中心係定位於描繪開始點。如後所述，在凸起部34a設置缺口之原因在於，為防止凸起部34a與透射過圓柱透鏡9之雷射光束5a產生干涉。又，凸起部34a之內側半徑係不妨礙雷射光束5a射入起始感測器15之半徑(此處為15mm)。
圓柱透鏡9係支撐於透鏡保持具35。設置於透鏡保持具35之圓形部38係嵌合於凸起部34a之外周，以使圓柱透鏡9之軸線通過凸起部34a之中心。因此，透鏡保持具35(亦即圓柱透鏡9)能以凸起部34a之中心(亦即描繪開始點)為中心，於描繪開始點的周圍自由定位。在透鏡保持具35形成有孔37與3個孔50。孔37係形成為在透鏡保持具35能旋轉的範圍，且不干涉透射過圓柱透鏡9之雷射光束5a之大小。
如圖3所示，銷44係貫通孔50而螺合於底板43。皿形彈簧41係使透鏡保持具35向底板43施力，以防止透鏡保持具35從底板43浮起。此外，皿形彈簧41之彈壓力小，不妨礙透鏡保持具35在描繪開始點之周圍旋轉。又，銷44之外徑較孔50之直徑為細，容許透鏡保持具35在描繪開始點之周圍旋轉。
在透鏡保持具35一側之側面側旋轉自如地支撐凸輪從動件33。在底板43配置有由軸承39a與軌道39b構成之直線導引裝置39。軌道39b係固定於保持具51，將軸承39a導引至X方向。保持具51係藉由保持具52固定於底板43。直線凸輪32係固定於軸承39a。與直線凸輪32之凸輪從動件33相對向之端面係形成於圖2(a)中之右下方。
直線凸輪32係連接於線性致動器31之軸31a。馬達30驅動線性致動器31，使軸31a在X方向移動。馬達30係透過L形之支座55固定於底板43。螺栓56將支座55固定於底板43。
彈簧36係對透鏡保持具35向圖2(a)之左方施力，使凸輪從動件33抵接於相對向之直線凸輪32之面32a。
藉由以上之構成，使馬達30旋轉時，直線凸輪32就會在X方向移動，隨著抵接於直線凸輪32之凸輪從動件33之X方向之移動，透鏡保持具35會以描繪開始點為中心旋轉(亦即，增減掃描角度α之值)。因此，定位導件39，以使掃描角度α為所欲之值。
其次，說明本發明之動作。
首先，說明掃描角度α。
設多面鏡之旋轉次數為N[rpm]，面數為m，則多面鏡之1面之掃描時間tm與偏向角度θ之掃描時間ts能用式1、2來表示。
tm=60/N/m[rpm]…(式1)
ts=tm×θ/(360/m)…(式2)
當多面鏡之偏向角度為θ時，射入f θ透鏡7之雷射之入射角度為2 θ。因此，設f為f θ透鏡7之焦距，V為台之移動速度(曝光速度)，則掃描角度α能用式3來表示。
α=tan-1 (ts×V/(2×f×θ))…(式3)
圖5係與圓柱透鏡之軸線成直角方向的截面圖，P係圓柱透鏡9之軸線。
如上所述，射入圓柱透鏡9之雷射光束5a之圓柱透鏡9之寬度方向之成分係平行。因此，當垂直射入圓柱透鏡9之雷射光束5a之中心軸通過中心軸P時，雷射光束5a係聚光於離中心軸P距離F(其中，F係圓柱透鏡9之焦距)的 位置F0。此處，在固定雷射光束5a之中心軸之狀態下，使圓柱透鏡9如圖5之2點鏈線所示在圖之右方僅移動δ時(亦即，使中心軸P移動至圖之右方)，雷射光束5a聚光於從圖中F僅往右方δ之F1。亦即，即使雷射光束5a之中心軸係相同，使圓柱透鏡9之中心軸P之位置與工件10之表面平行錯開時，聚光位置亦僅移動錯開的距離。亦即，使圓柱透鏡9之中心軸P相對工件之移動方向傾斜角度α時，雷射光束5a之聚光位置亦相對移動方向傾斜角度α。因此，能設定掃描角度作為圓柱透鏡9之中心軸P相對掃描方向之角度。
又，此實施形態中，由於以描繪開始點為中心使圓柱透鏡9旋轉，因此描繪開始點不會偏離X方向，能進行品質優異之描繪。
圖6係顯示本發明之變型例的圖。
透鏡保持具35係配置於底板43上，能以鉸鏈銷42為中心進行旋轉。
該變型例之情形，由於鉸鏈銷42之軸線偏離描繪開始點，因此描繪開始位置僅偏離Y方向tan α。但是，由於預先知道掃描角度α，因此使被描繪體10之台配置位置僅錯開Y方向tan α，藉此能描繪於工件之所欲位置。
又，由於動作實質上係相同，因此重複說明予以省略。
又，上述中，雖利用AOM來調變雷射光束，但亦能應用於使用雷射二極體作為光源，直接導通/不導通(ON/OFF)控制雷射二極體之雷射直接成像裝置。
1‧‧‧雷射源
2‧‧‧反射鏡
3‧‧‧擴大器
4‧‧‧聲光調變器(AOM)
5‧‧‧雷射光束
5a‧‧‧雷射光束
6‧‧‧多面鏡
7‧‧‧f θ透鏡
8‧‧‧返折鏡
9‧‧‧圓柱透鏡
10‧‧‧被描繪體
12‧‧‧台
16‧‧‧光學基座
17‧‧‧立柱
23‧‧‧托架
P‧‧‧圓柱透鏡9之中心軸
圖1(a)、(b)係本發明之雷射直接成像裝置的構成圖。
圖2(a)、(b)係圖1之A部分放大圖。
圖3係本發明之雷射直接成像裝置的主要部分截面圖。
圖4係圖2之B-B截面圖。
圖5係與圓柱透鏡之軸線成直角方向的截面圖。
圖6(a)、(b)係顯示本發明之變型例的圖。
圖7係習知雷射直接成像裝置的構成圖。
圖8(a)、(b)係習知雷射直接成像裝置的說明圖。
圖9係掃描角度的說明圖。
1‧‧‧雷射源
2‧‧‧反射鏡
3‧‧‧擴大器
4‧‧‧聲光調變器(AOM)
5‧‧‧雷射光束
5a‧‧‧雷射光束
6‧‧‧多面鏡
7‧‧‧fθ透鏡
8‧‧‧返折鏡
9‧‧‧圓柱透鏡
10‧‧‧被描繪體
12‧‧‧台
16‧‧‧光學基座
17‧‧‧立柱
23‧‧‧托架

Claims (1)

  1. 一種雷射直接成像裝置，係藉由圓柱透鏡，使根據光域資料調變之雷射光束一邊聚光於副掃描方向一邊往主掃描方向偏向，且使被描繪體往副掃描方向移動，並對被描繪體描繪出所欲之圖案，其特徵在於，具備：中空鉸鏈銷，設有將環狀之一部分切開之中空馬蹄形之凸起部；透鏡保持具，用以支撐圓柱透鏡；以及圓形部，係設置於該透鏡保持具，嵌合於該凸起部之外周，以使該圓柱透鏡之軸線通過該凸起部之中心；預先使該圓柱透鏡之軸線能旋轉於與該被描繪體上之光阻感度不同之乾膜光阻之表面平行的方向，而能變更該圓柱透鏡之軸線相對該主掃描方向之角度；使該旋轉中心與該雷射光束之掃描開始點一致。
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