(57)【要約】 【課題】  光ビームの投射位置の回転調整を精度良くかつ簡単に行えるレーザ直接描画装置を提供する。【解決手段】ＤＭＤ７と基板Ｗとの間に設けられたガラス板１は、長方形の板状をなし、固定枠２０に支持されたピエゾ素子２１上に保持されている。ピエゾ素子２１はガラス板１の相対する２つの端部１０、１０の両端部、即ち長方形のガラス板１の４つの角部１１に設けられ、ねじり制御装置２の制御によりピエゾ素子２１ａｂｃｄのそれぞれを適宜伸長、短縮することにより端部１０、１０を反対方向にねじる。これにより、ガラス板１の表面角度が変動し、ガラス板１を透過して基板Ｗ上に照射するレーザビームの基板Ｗ上の照射位置の調整を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザビームをオンオフさせて対象物上に照射させることにより、所定のパターンの潜像を形成するレーザ直接描画装置において、
前記対象物上に設けられ、前記複数のレーザビームを透過させる板状の透過体と、
該板状の透過体の両端を反対方向にねじる手段と、を備え、
該ねじる手段によるねじり角を調整して該複数のレーザビーム間のピッチ間隔を調整する、
ことを特徴とするレーザ直接描画装置。
【請求項２】
前記レーザビームのオンオフを空間的光変調器により行う、
請求項１のレーザ直接描画装置。
【請求項３】
前記ねじる手段が、前記透過体の端部に設置したピエゾ素子を有する、
請求項１のレーザ直接描画装置。
【請求項４】
前記ねじる手段が、前記透過体の端部に設置した機械的ねじを有する、
請求項１のレーザ直接描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ直接描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ直接描画法（レーザダイレクトイメージング：laser Direct Imaging（以下ＬＤＩとする））では、移動ステージ上に搭載された対象物である基板等のあらかじめ決められた位置に、複数のレーザビームを投射することにより、基板上のレジスト中に配線パターンの潜像を形成しており、潜像の形成を配線パターンデータから実行することにより、フォトマスクを使用せずに直接露光が可能となる。これにより、露光プロセスの短時間化が可能となり、プリント配線基板の製造においても、レーザ直接描画法が使用されつつある。
【０００３】
このＬＤＩでは空間的光変調器であるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Digital Micromirror Device）を使ってレーザビームのON/OFFを個別に制御している。ＤＭＤには大きさ１４μm角のミラーが多数個（例えば1024×768個）形成されており、個別ミラーのオンオフ制御が可能になっている（特許文献１）。基板は移動ステージに載置され、この移動ステージを一方向に移動させながら、ラインパターン相当する位置に光ビームを照射し、基板に塗布したレジストに配線パターンの潜像を形成するように構成されている。この光学系では、μmレベルの精度で所望の場所に光ビームを照射する必要がありＤＭＤのミラーアレイを走査方向（移動ステージによる移動方向）に対して所定角度回転させて配置することにより解像度を上げている（特許文献２乃至４）。
【０００４】
これを図１１により説明する。ＤＭＤの回転方向は、ビーム位置の調整を行う上で最も重要な項目である。これにより、ＤＭＤ自体の素子間隔より小さな位置に光ビームを投影できるようになる。図１１（Ａ）においてＤＭＤのビーム間隔をpとし、その傾きをθとすると、隣のビームとの差分△dはp・θである。角度θを小さな値にすることにより△dをピッチdの1/10以下にすることが可能である。しかし、図１１（Ｂ）に示すようにθが所定の値から（θ+△θ）にずれると、隣ビーム位置との間隔がわずか（εd=p・△θ）に変化する。隣同士では偏移の大きさは小さいが、nピッチ離れたビーム間では差分（E）がn・εd倍になるため、差分Eの値は調整したいピッチdより大きくなってしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９５９５
【特許文献２】特開２００４−１８１７２３
【特許文献３】特開２００７−１０７５８
【特許文献４】特開２００７−２１９０１１
【特許文献５】特開２００７−４７５６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上説明したように、従来はＤＭＤを搭載した光学系全体を回転したり、基板を搭載したステージを回転したりする方法により調整していたが、このような機械的な角度調整だけでは所定の精度が得られない問題があった。これを解決するために楔状のプリズムを二つもうけ、それらの厚みと傾きとを調整することにより、ビームの焦点(ｚ方向)と、x、 y方向の位置を個別に調整する方式も開示されている(文献５)が、十分な精度でレーザビームの間隔を調整することはできなかった。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ直接描画装置は、複数のレーザビームをオンオフさせて対象物上に照射させることにより、所定のパターンの潜像を形成するレーザ直接描画装置において、前記対象物上に設けられ、前記複数のレーザビームを透過させる板状の透過体と、該板状の透過体の両端を反対方向にねじる手段と、を備え、該ねじる手段によるねじり角を調整して該複数のレーザビーム間のピッチ間隔を調整する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のレーザ直接描画装置は光ビームの投射位置の回転調整を精度良くかつ簡単に行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明のレーザ直接描画装置をプリント配線基板の製造に適用した例である。ステージ６０には基板Ｗが載置され、このステージ６０をステージ制御装置５３を介してＹ方向に一定速度で移動させつつステージ６０位置をセンサ（図示せず）で検出し、ステージ６０の位置に対応した配線パターンを配線パターン記憶装置５１から取り出し、該パターンに対応するＤＭＤ７の素子をＤＭＤ制御装置５２によりオンとし、ステージ６０上のレジスト上に配線パターン記憶装置５１の配線パターンを直接露光するように構成されている。
【００１０】
配線パターン記憶装置５１の配線パターンは露光の準備段階で配線データに基づいて作成される。具体的には、ベクトルデータで書かれた配線データを二次元的な画像データであるビットマップデータに変換し、これを配線パターンとし、配線パターン記憶装置５１に格納する。この作業は制御装置５０で行ってもよいし、図示しない別の計算機で行ってもよい。
【００１１】
レーザ５からのレーザビームはビーム拡大光学系６を経由し、ＤＭＤ７で前記したように配線パターンに対応したオンオフにより透過光のみが結像光学系８を経由し、レーザビーム透過体であるガラス板１を透過して基板Ｗ上に照射される。ガラス板１はＤＭＤ７と基板Ｗとの間に設けられているが、レーザビームの光路中であれば他の位置であっても良い。
【００１２】
ガラス板１は、長方形の板状をなし、図２に示すように固定枠２０に支持されたピエゾ素子２１上に保持されている。ピエゾ素子２１は長方形のガラス板１の４つの角部１１に設けられており、ピエゾ素子２１ａｂの間隔とピエゾ素子２１ｃｄの間隔は同一で且つピエゾ素子２１ａｂ間の辺とピエゾ素子２１ｃｄ間の辺は平行になっている。図２の（Ｂ）に示すようにねじり制御装置２の制御によりピエゾ素子２１ａｂｃｄのそれぞれを適宜伸長、短縮することにより相対する平行な端部１０、１０を反対方向にねじるように構成されている。
【００１３】
このようにガラス板１の両端を反対方向にねじることにより、ガラス板１の表面角度が変動し、ガラス板１を透過し基板Ｗ上に照射するレーザビームの基板Ｗ上の照射位置の調整が可能になる。これを図3により説明する。
【００１４】
ガラス板１をねじることにより、ガラス板１のある部分を角度θ傾けたとすると、この部分を透過する透過ビームＢは△xだけ偏移する。傾斜角θのとき、偏移量△ｘは、tθ（1−1/n）で表される。ここで、 tはガラス板１の厚み、ｎはガラス板１の屈折率である。
またガラス板１の幅Wと端のz方向偏移△Zの間には△z=θWの関係がある。例えば、屈折率１．５、厚み１ｍｍ、幅１０ｍｍのガラス板１のを△Z=１５μm傾斜させると、ビーム偏移（△x）は０．５μmとなる。
【００１５】
次に図４乃至図６によりガラス板１全体のビーム偏移を説明する。
いま図４に示すようにガラス板１上に、ａｂｃｄのレーザビームが入射しているとき、図示する４つのレーザビームが透過する点ａとｂ、ｃとｄを例にとって、これらの位置調整を説明する。なお、ガラス板１の中心Ｏと光軸とは一致しているものとし、ガラス板１のｘｙ方向の中心線はねじりの中心軸Ｔ１、Ｔ２と一致しているものとする。換言すれば、ガラス板のｘｙ方向の中心線を中心軸としてガラス板１がねじられるものとする。この時、点ａｂｃｄは中心Ｏに対して対称の位置にある。即ち、中心軸Ｔ１について、ａｂとｃは夫々線対称、中心軸Ｔ２に対してａｃとｂｄは夫々線対称である。このような条件においてガラス板１の２つの端部１０、１０を実線、あるいは点線で示す方向にねじったときのレーザビームの位置変動を図５に示す。
【００１６】
図５が図４に示す点線で示す方向にガラス板１をねじった場合のビーム照射位置変化、図６がガラス板１を図４に示す実線で示す方向にねじったときのビーム位置変化である。図５のＡ、Ｂはそれぞれａ、ｂに入射した光ビームが基板Ｗ上を照射した位置を示す。ガラス板１の両端を反対方向にねじることにより、それぞれ点ａが角度θ、点ｂにおいて角度−θ傾斜すると、このとき、図３で検討したように、点ａ、ｂを透過し、対象物に投影されるレーザビームのX方向間隔は初期値Dに比べ2△x増加する。一方図６では、点ａｂを透過する光ビームはＡ’、Ｂ’に照射し両者の間隔は2△xだけ狭くなる。
【００１７】
図7に点ａｂｃの基板Ｗ上の照射位置の状態を示す。当初の照射位置(Ａ０、Ｂ０、Ｃ０、Ｄ０）に対し、ガラス板１のねじり方向を破線矢印、実線矢印のように変えることによりＡＢＣＤ、あるいはＡ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’に照射位置が変化する。その結果、それぞれのx方向間隔を変化させることが可能であり、ねじり方向とねじり角を変えることにより、ピッチ間隔の微調整が可能になる。この構成により、ミクロンレベルの微細なビーム位置の調整が可能となる。
なお、ガラス板１の中心Ｏは、ねじりによっても傾斜せず、その結果その照射位置Ｏは移動しない。またガラス板１のねじりによるガラス板１上の各点Ｎの傾斜角度は中心Ｏからの距離に比例して大きくなり、その結果照射位置の移動距離は、この中心Ｏからの距離に比例して大きくなる。
【００１８】
図８に他の実施形態を示す。この実施形態ではガラス板１の角部１１に表裏から１対のピエゾ素子２１、２１を配設してねじりの力を大きくしている。
図９に更に他の実施形態を示す。この実施形態ではピエゾ素子２１に代えて高さ調整ねじ２２を用いている。２５は固定枠、２６は枠体である。高さ調整ねじ２２はモータ（図示せず）により駆動され、該モータの回転により加える力を調整することによりビーム位置の調整が可能となる。
【００１９】
図１０により制御方法を説明する。
最初にＤＭＤの見かけ角度の調節を、以下の手順に従って行う。
第１工程）ＤＭＤ傾斜角の計測
第２工程）ガラス板１ねじり角とＤＭＤ見かけ傾斜角との関係を計測
第３工程）ガラス板１のねじり角調整
第４工程）ＤＭＤみかけ傾斜角の確認と修正
【００２０】
第１工程のＤＭＤ傾斜角の計測方法としては、基板に塗布したレジスト上にテストパターンを露光し、現像後、寸法測定器でテストパターンの位置を計測する方法と、露光ビームの位置を装置内に設置したセンサで計測し、その計測結果をもとに傾斜角度を計測する方法とがある。前者は露光した潜像の現像を別工程で行うため時間がかかる問題があり、後者はラインの露光・現像プロセスを省略でき調整時間を短くできる利点があるので、より効率的な計測が可能な後者の方法について説明する。
【００２１】
ステージ６０上に、ラインＣＣＤ４０を基板Ｗのレジストと同じ高さで、且つラインＣＣＤ４０方向がステージ６０移動方向と直行するように設置する。入手可能なラインＣＣＤ４０の素子ピッチは約５−１０μmで、素子数は1Kから4K個であるため１つのラインＣＣＤ４０で最大４０ｍｍ（１０μm×４０００）までの範囲の計測が可能である。
【００２２】
１つのラインＣＣＤ４０でＤＭＤ７の露光範囲をカバーできない場合には、ラインＣＣＤ４０を複数ライン使用ずることで対応が可能である。またラインＣＣＤ４０の代わりに、二次元ＣＣＤを用いてもよい。この場合は、ＤＭＤ７の結像位置がＣＣＤ上になるようステージ６０を移動し、静止させる。ＤＭＤ７の角度の算定方法は下記説明するラインＣＣＤの場合と同じである。
【００２３】
ＤＭＤ７の傾斜角度θを計測する場合は、たとえば２つのＤＭＤ素子７０、７１のみを、ＯＮ状態にしてラインＣＣＤ４０上を通過させ、その信号画像を蓄積する。このとき点ＤＭＤ素子７０、７１の基板上の結像位置をそれぞれＡ’、Ｂ’とする。計測の結果から、Ａ’、Ｂ’スポットのセンサ上の距離△p、両者が検出された時間間隔△tが分かる。このときのステージ６０の移動速度をvとすると、結像点の角度θは、tanθ=△p/(△t・v)で計算できる。これが、見かけのＤＭＤ傾斜角度である。
【００２４】
なお、ここでは計測点を2点としたが、多数の計測点を設けたほうが正確に角度を計測できるため、必要に応じて計測点を増加することは可能である。
【００２５】
次に第２工程においては、この測定系を用いて、本格的な露光前に、ピエゾ素子２１への印加電圧と見かけのＤＭＤ角度の変動量との関係を計測する。具体的には、各ピエゾ素子２１に加える電圧を変化させ、それぞれのビーム位置の変化を第１の工程で説明した方法を用いて計測し、結果を記録する。この計測では測定するＤＭＤ７の素子ペア数を多くしたほうが、印加電圧とビームとの関係をより正確に計測することが可能となる。印加電圧と各ビームの変化の関係は制御装置５０に記録しておく。
【００２６】
第３工程においては、露光装置を用いて本格的な露光を行う前の準備としてＤＭＤ７の傾き角を調整する。まず、第１の工程を用いてＤＭＤ７の角度を計測する。制御装置５０は、計測した角度が設定角の許容範囲内にあるか否かを判定し、計測角度が当初の設定範囲からずれていた場合には、第２工程で求めた関係を用いて、計測範囲に入るようにピエゾ素子２１に電圧を印加する。
【００２７】
第４工程においては、露光装置を一定時間使用した後、第３の工程を行いＤＭＤ７の見かけの角度が設定値内に入っていることを確認する。これは、露光装置を使用したことにより開始時点とは異なる温度分布となり、ビーム位置が変化することがあるからである。もしも、計測した角度が設定範囲から逸脱しそうな場合には、第２工程で求めた関係を用いてガラス板１の角度の修正を行うようにピエゾ素子２１への印加電圧を調整する。
【００２８】
なお、図９に示す実施形態の場合は、高さ調整ねじ２２のメモリを読み取り、人手で回転・修正することによりピエゾ素子２１と同じ動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図３】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図４】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図５】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図６】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図７】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図８】本発明の他の実施形態を示す概略図。
【図９】本発明の他の実施形態を示す概略図。
【図１０】本発明の一実施形態の動作を示す説明図。
【図１１】従来例の説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１：ガラス板、２：ねじり制御装置、５：レーザ、６：ビーム拡大光学系、７：ＤＭＤ、８：結像光学系、１０：端部、１１：角部、２０：固定枠、２１：ピエゾ素子、２２：高さ調整ねじ、２５：固定枠、２６：枠体、４０：ラインＣＣＤ、５０：制御装置、５１：配線パターン記憶装置、５２：ＤＭＤ制御装置、５３：ステージ制御装置、６０：ステージ、７０：ＤＭＤ素子、７１：ＤＭＤ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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