CN111992893A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

提供激光加工装置。即使在装置发生了摆动的情况下，也能够保持精度，即使处于摆动状态，也能够实施激光加工，所以提高生产力。一种激光加工装置，其具有：照明光学系统，其将线状的加工用激光照射到掩模，并且利用扫描机构对掩模进行扫描；投影光学系统，其将通过掩模后的加工用激光照射到被加工物；被加工物载置台，其载置被加工物，并且使被加工物在x‑y方向上移动；支承体，照明光学系统、掩模的支承部、投影光学系统和被加工物载置台固定于该支承体，使得照明光学系统、掩模的支承部、投影光学系统和被加工物载置台一体地位移；以及减振装置，其抑制支承体的振动。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及针对掩模(mask)扫描线状的激光并利用通过掩模后的光对基板进行加工的激光加工装置，特别涉及防止光学上的位置关系由于振动而发生偏离的激光加工装置。

背景技术

已知有通过使透过掩模后的线状的激光对树脂、硅等非金属材料的被加工物(工件，例如，印刷基板的树脂层)进行扫描，将被加工物烧蚀加工(ablation：基于熔化、蒸发的去除加工)为掩模的图案的形状(例如，通孔)(例如，参照专利文献1)。另外，线状的激光是指与光轴垂直的平面上的光束的截面形状为线状的激光。在作为印刷布线板的一种的封装基板中，使用通孔(VIA)进行布线的层间连接。另外，通孔直径为几十μm～几μm。在通孔直径小且需要精密的加工的情况下，进行使用准分子激光(Excimer laser)(KrF激光、波长为248nm)的基于烧蚀的加工。

在专利文献1的激光加工装置中，使激光的照射位置固定，对掩模进行移动。此外，在工作台13上固定有印刷基板1，该工作台13在与掩模的移动方向平行的方向上移动自如。在加工时，掩模11和印刷基板1相对于固定的激光束沿相反的方向移动，使形成于掩模11上的导体图案缩小转印至印刷基板1。

此外，专利文献2所记载的激光加工装置通过在单轴方向上扫描线状光束，进行针对印刷布线基板20的加工区域的扫描，该线状光束相对于接触掩模14-2具有与该接触掩模14-2相同宽度或大于其宽度的长度方向上的大小。例如，通过使反射镜13在L轴方向上可移动来实现。通过x-y载台机构30进行印刷布线基板20的加工区域的移动。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-079678号公报

专利文献2：日本特开2008-147242号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

专利文献1的结构使激光照射位置固定，但是，由于掩模的移动、工作台13的运动而产生振动。在专利文献2的情况下，产生在反射镜13的扫描机构、x-y载台机构30等中产生的振动。但是，专利文献1和2中的任意一个都未采取针对振动的对策，因此，加工的精度有可能降低。即，伴随扫描机构、加工载台的移动而发生振动的产生、装置重心的变化。由此，照明光学系统、掩模、投影光学系统和基板分别以不同的移动量进行振动，由此，掩模图案的投影位置产生误差。因此，需要等待振动收敛而开始加工，但是，生产力与该时间量相对应地降低。特别是，在减震机构为被动除振装置的情况下，振动的收敛花费时间。在使用主动减振装置的情况下，可减轻振动，但装置的价格升高。

因此，本发明的目的在于提供一种防止由于摆动引起的加工的精度降低或者生产力的降低的激光加工装置。

[用于解决问题的手段]

本发明是一种激光加工装置，其具有：

照明光学系统，其将线状的加工用激光照射到掩模，并且通过扫描机构对掩模进行扫描；

投影光学系统，其将经过掩模后的加工用激光照射到被加工物；

被加工物载置台，其载置被加工物，并且使被加工物在x-y方向上移动；

支承体，其将照明光学系统、掩模支承部、投影光学系统和被加工物载置台固定成一体地位移；以及

减振装置，其抑制支承体的振动。

[发明的效果]

根据至少一个实施方式，在本发明中，即使在激光加工装置发生了摆动(振动)的情况下，也能够保持精度，即使处于摆动状态，也能够实施激光加工，因此，能够提高生产力。另外，这里所记载的效果不一定限定于此，也可以是本说明书所记载的任意一个效果或与这些效果不同性质的效果。

附图说明

图1是示出能够应用本发明的激光加工装置的概略结构的图。

图2是本发明的一个实施方式的主视图。

图3是本发明的一个实施方式的立体图。

图4是用于说明本发明的一个实施方式中的光束位置校正部的原理图。

图5是用于说明本发明的一个实施方式中使用的反射镜的放大立体图。

图6是本发明的一个实施方式中使用的基板的一例的放大俯视图。

标号说明

W：被加工物(基板)；11：激光光源；12：激光扫描机构；13：掩模；14：投影光学系统；15：载置台；16：扫描机构；17：照明光学系统；18：掩模载台；25：引导光束光源；27：光束位置校正部；32：传感器。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式等。另外，以下说明的实施方式等是本发明的优选具体例，本发明的内容不限定于这些实施方式等。

图1是本发明能够应用的加工装置例如激光加工装置的一例的概略结构图。激光加工装置具有激光光源11。激光光源11例如是对波长为248nm的KrF准分子激光进行脉冲照射的准分子激光光源。激光被供给到线状激光扫描机构12。

线状激光扫描机构12具有：照明光学系统，其将激光束整形为长方形(线状，例如100×0.1(mm))；以及扫描机构(直线运动机构)，其用于供线状激光LB对掩模13进行扫描。线状激光扫描机构12在x方向上位移。

在掩模13上形成有与通过烧蚀对被加工物(以下，适当称作基板W)形成的加工图案对应的掩模图案。即，在使KrF准分子激光透过的基材(例如石英玻璃)上描绘有基于遮光膜(例如Cr膜)的图案，该遮光膜阻断KrF准分子激光。作为加工图案，存在贯穿通孔、非贯穿通孔、布线图案用槽(沟(Trench))等。在通过烧蚀加工形成加工图案之后，填充铜等导体。

将通过掩模13后的线状激光LB入射到投影光学系统14。从投影光学系统14射出的线状激光照射到基板W的表面。投影光学系统14在掩模面和基板W的表面具有焦点面。基板W是在例如环氧树脂等的基板上形成有铜布线层并在该铜布线层之上形成有绝缘层的树脂基板。

在基板W上设置有多个图案区域WA，该基板W被固定在被加工物载置用的载置台15上。载置台15在x-y方向上位移并且旋转，由此能够将图案区域WA分别相对于掩模13定位。此外，载置台15构成为使基板W在扫描方向例如x方向上步进移动(step move)，以便能够遍及基板W的整体而对被加工区域进行加工。

在上述的激光加工装置中，在线状激光扫描机构12的扫描动作时和载置台15的x-y方向上的位移动作时，在激光加工装置中产生振动。由于该振动而产生由于线状激光LB未对掩模13或者基板W上准确地进行扫描而引起的图案形状误差或者照射能量的不均。在本发明的实施方式中，为了抑制由于该振动引起的激光加工装置的振动，设置有减振装置。

参照图2和图3，对本发明的一个实施方式进行说明。激光加工装置安装于构成支承体的基座部21和上部框架22。上部框架22被固定在基座部21上。基座部21和上部框架22由刚性高、使振动衰减的特性的材料构成。在基座部21与地板面之间设置有减振装置23。作为减振装置23，例如使用被动型的减振装置。基座部21和上部框架22能够以减振装置23为起点而摆动。

在上部框架22上固定有：线状激光扫描机构，其由扫描机构16和照明光学系统17构成；掩模载台18(掩模的支承部)，其载置掩模13；以及投影光学系统14。在基座部21上固定有载置台15。即，将这些扫描机构16、照明光学系统17、掩模载台18、投影光学系统14和载置台15定位成满足规定的光学关系(加工用激光准确地入射到照明光学系统17的关系)，在定位之后，在基座部21和上部框架22由于照明光学系统17的扫描动作和载置台15的位移动作引起的振动等而进行了摆动的情况下，一体地位移。该摆动通过减振装置23被抑制，但是，无法完全地去除，因此，通过光束位置校正部27对加工用激光相对于照明光学系统17的入射位置和入射角度进行校正。

激光光源11收纳于壳体24内，该壳体24与基座部21以及上部框架22独立地设置。激光光源11对波长为248nm的KrF准分子激光(称作加工用激光)L1进行脉冲照射。此外，具有引导光束光源25，该引导光束光源25产生激光位置调整用的引导用激光L2。加工用激光L1和引导用激光L2构成为具有按规定的间隔平行的光路。

加工用激光L1和引导用激光L2入射到光束位置校正部(称作光束转向机构)27。光束位置校正部27是用于实时地进行加工用激光L1的定位(位置和入射角)的机构。

图4示出光束位置校正部27的一例。在激光光源11的一侧设置有第1调整反射镜28。被第1调整反射镜28反射的加工用激光L1和引导用激光L2通过管(pipe)29后入射到第2调整反射镜30，该第2调整反射镜30安装于基座部21或上部框架22。被第2调整反射镜30反射后的加工用激光L1被反射镜33反射，入射到照明光学系统17。

被第2调整反射镜30反射后的引导用激光L2通过分束器31分支为两个光路，入射到传感器32。传感器32具有安装于基座部21或上部框架22、由分支后的两个引导用激光来检测位置的位置传感器、以及检测角度的角度传感器。作为位置传感器、角度传感器，例如使用PSD(Position Sensitive Detector：位置灵敏检测器)。第1调整反射镜28和第2调整反射镜30能够利用两个致动器在2轴方向上调整反射镜的角度。利用传感器32的检测信号，对该致动器进行反馈控制。

即，具有对来自传感器32(位置传感器、角度传感器)的信号进行处理的处理装置，通过对驱动第1调整反射镜和第2调整反射镜的致动器进行反馈，无论激光加工装置的基座部21和上部框架22的斜率如何，都可将加工用激光调整成使得加工用激光始终以准确的位置和角度入射到照明光学系统17。

波长例如为248nm的加工用激光L1和波长例如为400nm～700nm的引导用激光L2双方入射到第1调整反射镜28和第2调整反射镜30。第1调整反射镜28和第2调整反射镜30形成有两种不同的反射膜，以反射波长差异大的两个激光。

如图5所示，第1调整反射镜28和第2调整反射镜30是在边界B处将分别与加工用激光对应的反射膜41和与引导用激光对应的反射膜42分离而形成的。在图5中，示出了入射到各区域的加工用激光的光点43和引导用激光的光点44。设定了加工用激光与引导用激光的间隔，以使光点43和44不会进入到不同的反射膜的区域。

被第2调整反射镜30反射后的加工用激光L1入射到照明光学系统17。照明光学系统17具有光学单元，该光学单元使激光光源射出的光的强度分布均匀并且变形为线状的加工用激光。照明光学系统17具有光学单元17a，该光学单元17a具有：透镜阵列17b(第1光学元素)，其使光在一个方向(Y方向)上放大；以及第2光学元素，其使光在与第1光学元素的放大方向垂直的方向上缩小并成为线状。第1光学元素是在光进行放大的方向上排列有多个透镜的透镜阵列。即，光学单元17a具有：透镜系统(未图示)，其使放大后的光成为平行光；以及透镜系统17c(第2光学元素)，其使平行光在与透镜阵列的放大方向垂直的方向(在掩模上观察时为X方向)缩小。光学单元17a将激光的光束整形为线状光束，将线状激光LB引导至掩模13。整形为例如长度方向为100mm、纵向为0.1mm的线状激光LB。

扫描机构16是照明光学系统17的一部分，使包含光学单元17a的照明光学系统全体移动。光学单元17a构成为沿着扫描方向(x方向)在架台上滑动，使光学单元17a往复移动。线状激光LB伴随光学单元17a的移动而相对于掩模13移动，利用加工用激光分别对固定在掩模载台18和载置台15上的掩模13和基板W进行扫描。

在构成为使用现有的位移的反射镜的情况下，加工用激光的形状伴随反射镜的移动而发生变形。其结果，无法在整个加工范围内获得均匀的强度分布，加工结果根据场所而产生偏差。这样，存在如下问题：在使线状的加工用激光进行扫描时，无法高精度地(使得在扫描时形状不发生变形)扫描线形状。根据本发明的一个实施方式，由于线状的激光在扫描时不发生变形，所以能够提高加工精度。

掩模13通过在使KrF准分子激光透过的基材(例如石英玻璃)上形成阻断KrF准分子激光的阻断膜(铬膜、铝膜等)，描绘掩模图案。可以在掩模13上描绘反复出现在基板W上的图案，或者也可以描绘遍及基板W全体的图案。

掩模载台18具有xyθ载台，该xyθ载台保持掩模13，能够进行掩模的定位。具备照相机(未图示)，该照相机(未图示)用于读取设置于掩模13的校准标记并进行掩模13的定位。

通过掩模13后的加工用激光入射到投影光学系统14。投影光学系统14是在掩模13的表面和基板W的表面具有焦点的投影光学系统，将透过掩模13后的光投影到基板W。这里，投影光学系统14构成为缩小投影光学系统(例如，1/4倍)。

载置台15通过真空吸附等对基板W进行固定，并且通过工作台移动机构借助向x-y方向的移动和旋转将基板W相对于掩模13定位。此外，能够沿着扫描方向(这里为x方向)进行步进移动，以使能够遍及基板W全体进行烧蚀加工。在载置台15的旁边设置有校准照相机(未图示)，该校准照相机(未图示)拍摄设置于基板W的校准标记。并且，也可以设置焦点调整用的z机构等。

基板W(工件)例如是印刷布线板用的有机基板，形成有对表面进行激光加工的被加工层。被加工层例如是树脂膜、金属箔，由能够利用激光进行通孔形成等加工处理的材料形成。通过激光加工器形成通孔、布线图案，在之后的工序中，在加工部分中填充铜等导体。

图6放大示出基板W的一例。基板W是多倒角基板，在基板W上呈(8×8)的矩阵状地反复设置有与掩模13的图案对应的图案区域WA。在图6中，x方向为副步进方向，y方向为主步进方向。当对某个图案区域WA进行了扫描后，对下一个图案区域进行扫描。另外，所图示的扫描的方向(箭头)是一例。

另外，在本发明的一个实施方式中，虽然未图示，但是设置有输送机构，通过输送机构进行被加工物在载置台上的载置、卸下。例如，能够使用SCARA机器人(SCARArobot)等。此外，具有未图示的空调腔室，该空调腔室覆盖加工装置和激光光源的壳体。

在上述本发明的一个实施方式中，具备用于对装置全体进行控制的减振装置(未图示)。减振装置进行激光光源11的控制、驱动部的各部的控制、掩模、基板W的校准、生产信息的管理、诀窍(recipe)管理等。

以上，对本技术的一个实施方式具体地进行了说明，但是，本发明不限定于上述的一个实施方式，能够进行基于本发明的技术构思的各种变形。此外，在上述实施方式中所列举的结构、方法、工序、形状、材料和数值等只不过是一例，也可以根据需要使用与其不同的结构、方法、工序、形状、材料和数值等。

Claims (6)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：

照明光学系统，其将线状的加工用激光照射到掩模，并且利用扫描机构对所述掩模进行扫描；

投影光学系统，其将通过所述掩模后的所述加工用激光照射到被加工物；

被加工物载置台，其载置所述被加工物，并且使所述被加工物在x-y方向上移动；

支承体，所述照明光学系统、所述掩模的支承部、所述投影光学系统和所述被加工物载置台固定于该支承体，使得所述照明光学系统、所述掩模的支承部、所述投影光学系统和所述被加工物载置台一体地位移；以及

减振装置，其抑制所述支承体的振动。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述照明光学系统射出线状的所述加工用激光，所述扫描机构使所述加工用激光在与线方向垂直的方向上直线地位移。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

产生所述加工用激光的激光光源与所述支承体独立地设置，

由光束位置校正部将所述加工用激光相对于所述照明光学系统的入射位置和入射角度控制为规定的入射位置和入射角度。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

产生所述加工用激光和引导用激光的激光光源与所述支承体独立地设置，

所述加工用激光入射到所述照明光学系统，

所述加工用激光和所述引导用激光供给至所述光束位置校正部，

由所述光束位置校正部根据所述引导用激光将所述加工用激光相对于所述照明光学系统的入射位置和入射角度校正为规定的入射位置和入射角度。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

所述光束位置校正部具有至少一个光学元件，所述光学元件在一个面内被实施与所述加工用激光对应的表面处理和与所述引导用激光对应的表面处理。

6.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

被加工物载置台通过在所述线方向上间歇地移动，对所述被加工物的多个区域依次进行加工。

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