JP4076341B2 - レーザ描画方法とその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板などの被描画体に対してレーザビームを照射して、被描画体に所望のパターンを描画するレーザ描画方法とその装置に係り、特に、被描画体へのレーザ描画精度を向上させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として、例えば、特開平10−227988号公報に開示されるレーザ描画装置が知られている。このレーザ描画装置は、描画テーブルに搭載された被描画体に対して、ラスターデータに基づいて変調されたレーザビームを主走査方向に走査するとともに、主走査方向に直交する副走査方向に描画テーブルを移動させることで、被描画体にレーザ描画を施している。この結果、被描画体の被描画領域全体に回路パターン等の所望のパターンが描画される。
【0003】
また、前記のレーザ描画装置では、温度変化等によりレーザビームの光軸が変化して描画位置ずれを起こすという問題を解決するために、このレーザ描画装置の描画テーブルには、レーザビームの走査位置の位置ずれ量を検出するためのCCD(charge coupled device )カメラが固定されている。そして、前記CCDカメラにより検出したレーザビームの位置ずれ量に基づいて、描画開始位置データを補正している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来のレーザ描画装置では、描画テーブルに設けられたCCDカメラでもって、温度変化等に起因するレーザビームの光軸の変化、つまり、レーザビームの走査位置の位置ずれ量を検出し、前記CCDカメラにより検出したレーザビームの位置ずれ量に基づいて、描画開始位置データを補正したとしても、レーザビームの描画開始位置が十分に補正されておらず、高精度にレーザ描画することができないという問題がある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被描画体へのレーザ描画精度を向上させることができるレーザ描画方法とその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、発明者が鋭意研究をした結果、次のような知見を得た。すなわち、温度変化等に起因してレーザビームの光軸変化のみが起こるのではなく、レーザ描画装置内の温度変化等の環境変化に起因して、描画テーブル(保持手段)に対するCCDカメラ(ビーム位置検出手段)の固定位置(配置位置)が変化するという現象も存在することを解明した。このように、環境変化に起因してCCDカメラの固定位置が変化すると、レーザビームの走査位置の位置ずれ量が正確に検出できないので、CCDカメラで検出したレーザビームの位置ずれ量のみに基づいて描画開始位置データを補正しただけでは、描画開始位置が十分に補正することができないという因果関係を見出したのである。
【0007】
このような知見に基づく本発明は次のような構成を採る。
すなわち、請求項1に記載の発明は、主走査方向に沿ってレーザビームを走査するビーム走査手段に対して、被描画体を保持した保持手段を主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動手段により相対的に移動させつつ、被描画体に所望のパターンを描画するレーザ描画方法において、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量をビーム位置検出手段によって検出するビーム位置検出工程と、前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出工程とを含み、前記ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出工程で検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするものである。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ描画方法において、前記保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を被描画***置検出手段によって検出する被描画***置検出工程と、前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第2の配置位置検出工程とをさらに含み、前記ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出工程で検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量と、前記被描画***置検出工程で検出された被描画体の位置ずれ量と、前記第2の配置位置検出工程で検出された前記被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするものである。
【0009】
また、請求項3に記載の発明は、主走査方向に沿ってレーザビームを走査するビーム走査手段に対して、被描画体を保持した保持手段を主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動手段により相対的に移動させつつ、被描画体に所望のパターンを描画するレーザ描画装置において、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段と、前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出手段と、前記ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出手段によって検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する位置補正手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のレーザ描画装置において、前記保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を検出する被描画***置検出手段と、前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第2の配置位置検出手段とをさらに備え、前記位置補正手段は、前記ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出手段によって検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量と、前記被描画***置検出手段によって検出された被描画体の位置ずれ量と、前記第2の配置位置検出手段によって検出された前記被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするものである。
【0011】
また、請求項5に記載の発明は、請求項3または請求項4に記載のレーザ描画装置において、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に前記保持手段に対して固定されるとともに、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンを有する校正用部材をさらに備え、前記ビーム位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像する第1の撮像手段を有し、この第1の撮像手段によって得られた画像データに基づいて、前記保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出し、前記第1の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンを前記第1の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対する前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出することを特徴とするものである。
【0012】
また、請求項6に記載の発明は、請求項4に記載のレーザ描画装置において、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に前記保持手段に対して固定されるとともに、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンおよび前記保持手段に対する前記被描画***置検出手段の配置位置を校正するための第2の校正用パターンを有する校正用部材をさらに備え、前記ビーム位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出し、前記第1の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンをビーム位置検出手段で撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出し、被描画***置検出手段は、前記保持手段に保持された被描画体を撮像する第2の撮像手段を有し、この第2の撮像手段によって得た画像データに基づいて前記保持手段に対する被描画体の位置ずれ量を検出し、前記第2の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第2の校正用パターンを前記第2の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対する前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出することを特徴とするものである。
【0013】
また、請求項7に記載の発明は、請求項5または請求項6に記載のレーザ描画装置において、前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームを透過させる透過性を有する部材であり、前記校正用部材は、前記ビーム走査手段と前記第1の撮像手段との間に配置されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、請求項8に記載の発明は、請求項5から請求項7のいずれかに記載のレーザ描画装置において、前記ビーム走査手段からのレーザビームを前記第1の撮像手段によって撮像するときに、前記ビーム走査手段と前記第1の撮像手段との間に配置され、前記第1の撮像手段に入射するレーザビームを減光する減光手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【0015】
また、請求項9に記載の発明は、請求項5から請求項7のいずれかに記載のレーザ描画装置において、前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、入射したレーザビームを減光する部材であることを特徴とするものである。
【0016】
また、請求項10に記載の発明は、請求項5から請求項9のいずれかに記載のレーザ描画装置において、前記第1の撮像手段によって第1の校正用パターンを撮像するときに、前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域を照明する照明手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【0017】
また、請求項11に記載の発明は、請求項5から請求項10のいずれかに記載のレーザ描画装置において、前記第1の撮像手段が、前記ビーム走査手段によって走査されるレーザビームの主走査領域の両端付近にそれぞれ設けられていることを特徴とするものである。
【0018】
【作用】
請求項1に記載の発明の作用は次のとおりである。
ビーム位置検出工程では、ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量をビーム位置検出手段によって検出する。第1の配置位置検出工程では、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。そして、ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、第1の配置位置検出工程で検出されたビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する。したがって、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、レーザビームの位置ずれとを補正した正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0019】
また、請求項2に記載の発明によれば、被描画***置検出工程では、保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を被描画***置検出手段によって検出する。
第2の配置位置検出工程では、被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。そして、ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、第1の配置位置検出工程で検出されたビーム位置検出手段の位置ずれ量と、被描画***置検出工程で検出された被描画体の位置ずれ量と、第2の配置位置検出工程で検出された被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する。したがって、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、レーザビームの位置ずれと、被描画体の位置ずれと、被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれとを補正した、より正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0020】
また、請求項3に記載の発明によれば、ビーム位置検出手段は、ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量を検出する。第1の配置位置検出手段は、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。位置補正手段は、ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、第1の配置位置検出手段によって検出されたビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する。したがって、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、レーザビームの位置ずれとを補正した正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0021】
また、請求項4に記載の発明によれば、被描画***置検出手段は、保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を検出する。第2の配置位置検出手段は、被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。位置補正手段は、ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、第1の配置位置検出手段によって検出されたビーム位置検出手段の位置ずれ量と、被描画***置検出手段によって検出された被描画体の位置ずれ量と、第2の配置位置検出手段によって検出された被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する。したがって、ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、レーザビームの位置ずれと、被描画体の位置ずれと、被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれとを補正した、より正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0022】
また、請求項5に記載の発明によれば、校正用部材は、ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンを有しており、ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に保持手段に対して固定されている。ビーム位置検出手段は、校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像する第1の撮像手段を有し、この第1の撮像手段によって得られた画像データに基づいて、保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出する。第1の配置位置検出手段は、校正用部材の第1の校正用パターンを第1の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。したがって、保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、保持手段に対するレーザビームの位置ずれとを補正した正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0023】
また、請求項6に記載の発明によれば、校正用部材は、ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンおよび保持手段に対する被描画***置検出手段の配置位置を校正するための第2の校正用パターンを有しており、ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に保持手段に対して固定されている。ビーム位置検出手段は、校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像して得た画像データに基づいて、保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出する。第1の配置位置検出手段は、校正用部材の第1の校正用パターンをビーム位置検出手段で撮像して得た画像データに基づいて、保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。被描画***置検出手段は、保持手段に保持された被描画体を撮像する第2の撮像手段を有し、この第2の撮像手段によって得た画像データに基づいて保持手段に対する被描画体の位置ずれ量を検出する。第2の配置位置検出手段は、校正用部材の第2の校正用パターンを第2の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、保持手段に対する被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する。したがって、保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれと、保持手段に対するレーザビームの位置ずれと、保持手段に対する被描画体の位置ずれと、保持手段に対する被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれとを補正した正確な描画開始位置でもって、被描画体に対してレーザ描画が施される。
【0024】
また、請求項7に記載の発明によれば、校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、ビーム走査手段から出射されたレーザビームを透過させる透過性を有する部材であり、校正用部材は、ビーム走査手段と第1の撮像手段との間に配置されている。したがって、ビーム走査手段から出射されて校正用部材の第1の校正用パターンの領域を透過したレーザビームを検出することで、レーザビームの保持手段に対する位置ずれが検出される。
【0025】
また、請求項8に記載の発明によれば、減光手段は、ビーム走査手段からのレーザビームを第1の撮像手段によって撮像するときに、ビーム走査手段と第1の撮像手段との間に配置され、第1の撮像手段に入射するレーザビームを減光する。
【0026】
また、請求項9に記載の発明によれば、校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、入射したレーザビームを減光する部材としているので、ビーム走査手段からのレーザビームが校正用部材の第1の校正用パターンの領域を透過することで減光されてビーム位置検出手段に入射される。
【0027】
また、請求項10に記載の発明によれば、照明手段は、第1の撮像手段によって第1の校正用パターンを撮像するときに、校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域を照明するので、照明を受けた第1の校正用パターンがビーム位置検出手段で撮像される。
【0028】
また、請求項11に記載の発明によれば、第1の撮像手段は、ビーム走査手段によって走査されるレーザビームの主走査領域の両端付近にそれぞれ設けられている。したがって、主走査開始位置付近および主走査終了位置付近でのレーザビームの位置ずれがそれぞれ検出される。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係るレーザ描画装置の一例の概略構成を示す斜視図であり、図2はその平面図、図3はその側面図である。
【0030】
図1に示すように、レーザ描画装置は、感光材料が被着されたプリント配線基板(被描画体)Sを載置する描画ステージ5と、描画用のレーザビームLBを主走査方向(x方向)に偏向させるポリゴンミラー94やfθレンズ95などを含むビーム走査機構21と、描画ステージ5を副走査方向(y方向)に移動させる移動機構などを備えている。
【0031】
描画ステージ5の移動機構は以下のように構成されている。この装置の基台1の上面には、一対のガイドレール3が配設されており、それらのガイドレール3の間には、サーボモータ7によって回転される送りネジ9が配備されている。この送りネジ9には、描画ステージ5がその下部で螺合されている。図3に示すように、描画ステージ5は、送りネジ9が螺合され、ガイドレール3に沿って摺動自在に取り付けられたステージ基台10と、鉛直のz軸周りに回転させるための回転機構11と、鉛直のz方向に昇降させるための昇降機構13とを下から順に備え、最上部にプリント配線基板Sを吸着載置するための載置テーブル15を備えている。
【0032】
なお、上述した描画ステージ5が本発明における保持手段に相当し、上述したガイドレール3と、サーボモータ7と、送りネジ9とで構成される移動機構が本発明における移動手段に相当する。
【0033】
描画ステージ5がサーボモータ7の駆動により移動されるy方向(副走査方向)には、処理位置PYにて描画用のレーザビームLBをx方向(主走査方向)に偏向しながら下方に向けて照射するビーム走査機構21が配設されている。このビーム走査機構21は門型状のフレームによって基台1の上部に配設されており、サーボモータ7が駆動されると描画ステージ5がビーム走査機構21に対して進退するようになっている。
【0034】
次に、ビーム走査機構21について図1を用いて説明する。
レーザ光源81は、例えば、半導体を励起光源とした波長532nmの固体レーザである。このレーザ光源81から射出されたレーザビームLBaは、コーナーミラー82によって方向をほぼ90°変えられ、ビームエキスパンダー83に入射される。このビームエキスパンダー83によって所定のビーム径に調整されたレーザビームLBaは、ビームスプリッタ84によって例えば8本のレーザビームLBbに分割される(図1中では省略してある)。8本に分割されたレーザビームLBbは、集光レンズ85およびコーナーミラー86によって各々、音響光学変調器(acousto optical modulator :AOM)87に対して平行に入射されるとともに、音響光学変調器87内の結晶中で結像し、後述する主走査制御回路57(図8参照)からの制御信号により各々が独立して描画信号に基づき変調されるようになっている。
【0035】
音響光学変調器87で変調されたレーザビームLBcは、コーナーミラー88で反射されてリレーレンズ系89に入射される。リレーレンズ系89から射出されたレーザビームLBcは、シリンドリカルレンズ90と、コーナーミラー91と、球面レンズ92と、コーナーミラー93とを介してポリゴンミラー94に導かれる。そして、ポリゴンミラー94の各面上で主走査方向(x方向)に長い線状のスポットを形成する。
【0036】
ポリゴンミラー94の回転によって水平面内で偏向走査された線状のレーザビームLBcは、fθレンズ95を通った後、主走査方向に長尺の折り返しミラー96で下方に向けて折り返される。そして、露光面への入射角がほぼ垂直になるようにフィールドレンズ97で補正された後、シリンドリカルレンズ98を通して載置テーブル15に向けて照射されるようになっている。シリンドリカルレンズ98は、主走査方向に長尺であり、副走査方向にのみパワーを有している。
【0037】
上述したポリゴンミラー94上の線状スポットは、fθレンズ95と、フィールドレンズ97と、シリンドリカルレンズ98との作用によって、載置テーブル15上で所定径のスポットを形成して結像し、ポリゴンミラー94が回転することにより主走査方向(x方向)に移動するレーザビームLB(最大8本のレーザビームからなる)を形成する。
【0038】
また、上述したフィールドレンズ97とシリンドリカルレンズ98との間には、図1に示すようにスタートセンサ99へレーザビームLBを導くためのミラー100が配設されている。ミラー100は、フィールドレンズ97を通過した描画開始位置直前のレーザビームLBを、スタートセンサ99が配設されている斜め上方に向けて導くように反射させている。スタートセンサ99から出力されるタイミングパルスは、後述する主走査制御回路57(図8参照)に与えられて、その時点から所定時間後に描画が開始されるようになっている。
【0039】
シリンドリカルレンズ98は、その円柱面が上向きの状態で配設されている。シリンドリカルレンズ98を副走査方向(y方向)に移動させるための位置補正機構101が、シリンドリカルレンズ98の両端部にそれぞれ配備されている。シリンドリカルレンズ98の位置を副走査方向(y方向)に左右独立に移動させることにより、走査位置そのものを移動させることが可能となっている。
【0040】
なお、上述したビーム走査機構21が本発明におけるビーム走査手段に相当する。
【0041】
次に、載置テーブル15について図4〜図7を用いて説明する。図4は載置テーブル15の部分断面図であり、図5は載置テーブル15の部分平面図であり、図6(a),(b)は第1の校正用パターンCRをCCDカメラ19で撮像した画像を示す図であり、図7は図1に示したレーザ描画装置のCCDカメラ19の周辺構成を説明するための概略側面図である。
【0042】
すなわち、図4に示すように、載置テーブル15の基台15aの上面に基準マスクRMが配設され、その上に吸着テーブル17が配設されている。基準マスクRMの上面には、図5に示すように周縁部分を除いた領域の全面にわたって格子状の第2の校正用パターンPRが形成されているが、後述するアライメントスコープ33,35,37,39の移動可能な範囲だけに形成するようにしてもよい。基準マスクRM上の第2の校正用パターンPRは、例えば、50μmの線幅で5mm間隔に形成されている。
【0043】
吸着テーブル17の上面には、下方の第2の校正用パターンPRと平面視で重複しない位置に吸着溝17aが穿たれている。この吸着溝17aには、図示しない真空吸引源が連通接続されており、上面に載置されたプリント配線基板Sの下面を吸着溝17aを通して吸着して保持する。この実施形態では、上述した基準マスクRMと吸着テーブル17が共に透明ガラスで形成されており、最下層の基台15aに内蔵されたバックライト(図示省略)からの照射光がプリント配線基板Sに照射されて基準穴SRを浮かび上がらせるように構成されている。
【0044】
図5,図7に示すように、基準マスクRMのビーム走査機構21から遠い側の周縁部分の上面には、2個の第1の校正用パターンCRが主走査方向(x方向)に間隔を空けて形成されている。一方の第1の校正用パターンCRはレーザビームLBの主走査開始位置付近に位置しており、他方の第1の校正用パターンCRはレーザビームLBの主走査終了位置付近に位置している。
【0045】
図6(a)に示すように、第1の校正用パターンCRは、例えば、4本のラインLからなる井桁形状のものを採用している。y方向に平行な2本のラインLを間隔Wxだけ空けて配置するとともに、x方向に平行な2本のラインLを間隔Wyだけ空けて配置するようにして井桁が形成されている。この井桁の中央部分、つまり、4本のラインLで囲まれた部分は、レーザビームLBの位置ずれを検出する際に、これらのラインLがレーザビームLBに干渉することがないように、レーザビームLBのスポット径よりも大きくしている。なお、レーザビームLBの主走査開始位置付近に位置する第1の校正用パターンCRは基準マスクRMの座標(X0,Y0)の位置に、レーザビームLBの主走査終了位置付近に位置する第1の校正用パターンCRは基準マスクRMの座標(Xn,Y0)の位置に形成されている。なお、上述した基準マスクRMが本発明における校正用部材に相当する。
【0046】
図4,図5,図7に示すように、載置テーブル15の基台15aにおける第1の校正用パターンCRの対応する箇所、つまり、基台15aにおける第1の校正用パターンCRの下方位置の箇所には、レーザビームLBの露光スポットの位置が計測可能なCCDカメラ19が固定されている。図1に示す載置テーブル15における2個の第1の校正用パターンCRのそれぞれの下方位置の箇所に、CCDカメラ19が固定されている。なお、上述したCCDカメラ19が本発明における第1の撮像手段に相当する。
【0047】
図7に示すように、載置テーブル15の基台15aにおける第1の校正用パターンCRの近傍には、z方向に垂設され、折れ曲り部74aが載置テーブル15の載置面と平行となるように第1の校正用パターンCRの上方位置の方に折れ曲がったフィルター支持部74が備えられている。この折れ曲り部74aには、レーザビームLBの光量を減光するためのNDフィルター(ニュートラルデンシティフィルター)75が備えられている。レーザビームLBの露光スポットの位置を計測する際には、描画ステージ5がサーボモータ7の駆動により処理位置PYに移動され、ビーム走査機構21からのレーザビームLBは、NDフィルター75と第1の校正用パターンCRとを介してCCDカメラ19に入射される。このように、レーザビームLBの露光スポットを直接にCCDカメラ19に入力すると光量オーバーとなるので、CCDカメラ19上部に設けられたNDフィルター75により、適切な光量に減光している。なお、上述したフィルター支持部74とNDフィルター75とが本発明における減光手段に相当する。
【0048】
なお、ビーム走査機構21とCCDカメラ19との間にNDフィルター75を設けることで、レーザビームLBを減光してCCDカメラ19に入力することができる。さらに好ましくは、ビーム走査機構21と基準マスクRMとの間にNDフィルター75を設けた方がよい。この場合には、レーザビームLBを撮像するときにはレーザビームLBが減光されてCCDカメラ19に入力することができるし、CCDカメラ19で第1の校正用パターンCRを撮像するときに減光されず、第1の校正用パターンCRが暗くならないという利点がある。つまり、基準マスクRMとCCDカメラ19との間にNDフィルター75を設けると、第1の校正用パターンCRが暗くなってしまう。
【0049】
また、図7に示すように、基台1におけるビーム走査機構21から遠い側(図7の紙面の左端側)には、z方向に垂設された柱部76aと、この柱部76aの上部側から載置テーブル15の載置面と平行となるように突出した突出部76bと、この突出部76bに設けられた透過照明用ランプ77とからなるランプ支持部材76が備えられている。描画ステージ5がサーボモータ7の駆動により待機位置に移動されると、フィルター支持部74のNDフィルター75と、描画ステージ5の第1の校正用パターンCRとの間に透過照明用ランプ77が位置し、透過照明用ランプ77からの光が描画ステージ5の第1の校正用パターンCRに照射されて、図6に示すようにCCDカメラ19で第1の校正用パターンCRが撮像されるようになっている。なお、上述した透過照明用ランプ77が本発明における照明手段に相当する。
【0050】
図3に示すように、描画ステージ5をz方向に昇降させるための昇降機構13は、基台15aの下部に配備されており、上面が傾斜した傾斜部材13aと、これが螺合された螺軸13bと、この螺軸13bを回転駆動するパルスモータ13cとを備えている。基台15aの下面に取り付けられている自由輪が、パルスモータ13cの駆動によりy方向に進退する傾斜部材13aの傾斜面に昇降されるようにして、図示しないガイドレールに沿ってz方向に昇降するようになっている。
【0051】
基台1には、図2,図3に示すように待機位置にある描画ステージ5の上方を覆うようにアライメントスコープユニット31が配設されている。このアライメントスコープユニット31は、水平面内でそれぞれ独立に移動可能な4台のアライメントスコープ33,35,37,39を備えている。各アライメントスコープ33,35,37,39は、CCDカメラ33a,35a,37a,39aとレンズ部33b,35b,37b,39bとを備えている。
【0052】
アライメントスコープユニット31は、基台1に立設されたスコープステージ41を備え、この上部にアライメントスコープ33,39を搭載した左ステージ43と、アライメントスコープ35,37を搭載した右ステージ45とを備えている。左ステージ43は、スコープステージ41上に配設されたリニアガイド41aにx方向に摺動自在に嵌め付けられており、パルスモータ41bにより回転される送りネジ41cに螺合されている。その上部には、y方向にリニアガイド43aが配設され、これにはアライメントスコープ39が取り付けられた移動ブロック43bが嵌め付けられている。この移動ブロック43bは、パルスモータ43cにより回転される送りネジ43dに螺合されている。したがって、パルスモータ41bを駆動した場合には、アライメントスコープ33,39が左ステージ43ごとx方向に移動され、パルスモータ43cを駆動した場合には、リニアガイド43aに設けられているアライメントスコープ33は移動せず、アライメントスコープ39だけがy方向に移動されるようになっている。なお、アライメントスコープ33をy方向に移動させるためのパルスモータ(図示省略)を駆動した場合には、アライメントスコープ39は移動せず、アライメントスコープ33だけがy方向に移動されるようになっている。
【0053】
右ステージ45は、スコープステージ41上に配設されたリニアガイド41aに対してx方向に摺動自在に搭載され、パルスモータ41dにより回転される送りネジ41eに螺合されている。その上部には、リニアガイド45aが配設され、これにはアライメントスコープ37が取り付けられた移動ブロック45bが搭載されている。移動ブロック45bは、パルスモータ45cによって回転される送りネジ45dに螺合されている。そのためパルスモータ41dを駆動した場合には、アライメントスコープ35,37が右ステージ45ごとx方向に移動される一方、パルスモータ45cを駆動した場合には、アライメントスコープ37だけが単独でy方向に移動される。なお、アライメントスコープ35をy方向に移動させるためのパルスモータ(図示省略)を駆動した場合には、アライメントスコープ37は移動せず、アライメントスコープ35だけがy方向に移動されるようになっている。
【0054】
次に、図8のブロック図を参照する。図8は、レーザ描画装置の制御系の構成を示すブロック図である。
各アライメントスコープ33,35,37,39のCCDカメラ33a,35a,37a,39aは全て画像処理部49のアライメント画像処理部50aに接続されている。アライメント画像処理部50aでは、各映像信号を処理し、重心位置の算出や、第2の校正用パターンPRに対する各アライメントスコープ33,35,37,39の配置位置の位置ずれ量である『アライメントスコープの位置ずれ量』や、第2の校正用パターンPRに対するプリント配線基板Sの位置ずれ量『基板の位置ずれ量』の演算が行われる。上述したCCDカメラ33a,35a,37a,39aが本発明の第2の撮像手段に相当する。
【0055】
また、レーザビームLBの露光スポットの位置を計測するCCDカメラ19は、全て画像処理部49のビームずれ画像処理部50bに接続されており、ここにおいて各映像信号が処理されて『ビーム位置ずれ量』や『CCDカメラの位置ずれ量』の演算が行われる。なお、上述したCCDカメラ19とビームずれ画像処理部50bとが本発明のビーム位置検出手段および本発明の第1の配置位置検出手段に相当する。
【0056】
また、画像処理部49には、処理の開始などを指示するキーボード51や、各アライメントスコープ33,35,37,39が捉えている映像やCCDカメラ19が捉えている映像を映し出したり、処理内容などを表示したりするCRT53が接続されている。
【0057】
この装置全体を統括的に制御するのはシステム制御部55である。ここには、主走査制御回路57と、副走査制御回路59と、校正データ記憶部61などが接続されている。
【0058】
ラスター変換回路63は、CAD(Computer Aided Design )を使って設計されたプリント配線基板のアートワークデータから変換されたラスター走査描画のためのランレングスデータを、ラスターデータに変換して主走査制御回路57に順次出力する。
【0059】
システム制御部55は、描画時には、ラスター変換回路63から主走査制御回路57へ順次に送られたラスターデータに基づきレーザビームLBのx方向の位置を設定するための主走査制御回路57を制御する。この主走査制御回路57は、システム制御部55からの指示とラスターデータに基づいてビーム走査機構21を制御する。
【0060】
副走査制御回路59は、レーザビームLBの主走査に応じて生成されたクロックパルスに基づいてサーボモータ7を駆動する。これにより描画ステージ5がy方向(副走査方向)に移動される。その移動位置は、図示しないYリニアスケールからの光信号を検出するセンサによって検出され、移動位置に応じた信号に変換されてシステム制御部55に与えられる。システム制御部55は、その信号に応じてサーボモータ7の駆動にフィードバックをかける。
【0061】
校正データ記憶部61は、基準マスクRMを吸着テーブル17の下層に備えた描画ステージ5を待機位置に移動した際(図7参照)に、描画ステージ5に配備されている2台のCCDカメラ19からの映像信号を画像処理部49のビームずれ画像処理部50bが処理することにより得られる各CCDカメラ19の中心位置と第1の校正用パターンCRの中心位置とのずれ量である『CCDカメラの位置ずれ量』と、各アライメントスコープ33,35,37,39からの映像信号を画像処理部49のアライメント画像処理部50aが処理することにより得られる各アライメントスコープ33,35,37,39の中心位置と第2の校正用パターンPRの交点位置とのずれ量である『アライメントスコープの位置ずれ量』と、各アライメントスコープ33,35,37,39からの映像信号を画像処理部49のアライメント画像処理部50aが処理することにより得られるプリント配線基板Sと第2の校正用パターンPRの交点位置とのずれ量である『基板の位置ずれ量』とを格納するものである。
【0062】
さらに、校正データ記憶部61は、描画ステージ5に固定された2台のCCDカメラ19でレーザビームLBを受光するように描画ステージ5をビームずれ検出位置(処理位置PY)に移動した際(図7参照)に、この2台のCCDカメラ19からの映像信号を画像処理部49のビームずれ画像処理部50bが処理することにより得られる各CCDカメラ19で撮像したレーザビームの露光スポットの中心位置とCCDカメラ19の視野中心とのずれ量である『ビーム位置ずれ量』についても格納する。
【0063】
システム制御部55は、上述した『CCDカメラの位置ずれ量』と『ビーム位置ずれ量』と『アライメントスコープの位置ずれ量』と『基板の位置ずれ量』とに基づいて、それらの位置ずれを補正するよう主走査制御回路57を制御する。つまり、描画開始位置を補正する。なお、上述したシステム制御部55と主走査制御回路57と校正データ記憶部61とが本発明における位置補正手段に相当する。(描画開始位置補正において、サーボモータ7は、その速度等を制御されない。)
【0064】
ここで、「描画開始位置」について説明する。「描画開始位置」とは、主走査方向に沿った走査ラインのそれぞれの描画開始端のことである。スタートセンサ99から出力されたタイミングパルスを受け取った主走査制御回路57が、その時点から所定時間後に描画が開始することから、描画開始位置のX方向位置は前記所定時間によって決定される。したがって、描画開始位置のX方向における補正は、システム制御部55の指示に基づいて主走査制御回路57が前記所定時間を変更することにより行われる。
【0065】
描画開始位置のY方向位置は、Yリニアスケール(図示省略)によって検出された描画ステージ5の位置に基づいて決定される。すなわち、描画ステージ5が所望位置に到達したときに描画が開始される。したがって、描画開始位置のY方向における補正は、前記所望位置を変更するようにシステム制御部55の指示に基づいて主走査制御回路57が描画開始タイミングを変更することにより行われる。これとは別に、システム制御部55の指示に基づいて主走査制御回路57がシリンドリカルレンズ98を位置補正機構101によって移動させて、描画開始位置のY方向位置を変更しても良い。
【0066】
最初に、『CCDカメラの位置ずれ量』について図6を参照しつつもう少し具体的に説明する。なお、初期取り付け状態では、図6(a)に示すように、第1の校正用パターンCRを見上げるようにして載置テーブル15の基台15aに取り付けられるCCDカメラ19で捉えた視野像Vの視野中心Cと、第1の校正用パターンCRの中心点(破線の交点)とが一致するようにして、CCDカメラ19が載置テーブル15に固定されている。
【0067】
『CCDカメラの位置ずれ量』は次のようにして求める。図6(b)に示すように、載置テーブル15の基台15aに固定されたCCDカメラ19で捉えた視野像Vの視野中心Cと、第1の校正用パターンCRの中心点とのずれをx方向(Δx)とy方向(Δy)について求める。図6(b)に示すように、第1の校正用パターンCRの中心点は視野中心Cに対してx方向(Δx)とy方向(Δy)にずれている。なお、このときの『CCDカメラの位置ずれ量』がxy方向ともに『0』である場合には、図6(a)に示すように第1の校正用パターンCRの中心点と視野中心Cとが一致することになる。上述した校正データ記憶部61には、上記のΔx,Δyを記憶する。つまりCCDカメラ19の固定位置が何らかの原因により位置ずれした場合であっても、設計的に位置不変である基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを基準として、その位置からのずれ量を記憶する。したがって、この『CCDカメラの位置ずれ量』を読み出してその分だけ補正すれば、CCDカメラ19の視野中心Cにある実際の位置が正確に判る。
【0068】
続いて、『アライメントスコープの位置ずれ量』を図9を参照しつつもう少し具体的に説明する。図9は第2の校正用パターンPRをアライメントスコープ39のCCDカメラ39aで撮像した画像を示す図である。
【0069】
例えば、アライメントスコープ39のCCDカメラ39aで捉えた視野像Vの視野中心Cと、所定位置の第2の校正用パターンPRの中心点とのずれをx方向(Δx)とy方向(Δy)について求める。このときの『アライメントスコープの位置ずれ量』がxy方向ともに『0』である場合には、図9における第2の校正用パターンPRの交点と視野中心Cとが一致することになる。上述した校正データ記憶部61には、上記のΔx,Δyを記憶する。つまりアライメントスコープ39の位置が何らかの原因により位置ずれした場合であっても、設計的に位置不変である基準マスクRM(第1の校正用パターンCRを有する)の第2の校正用パターンPRを基準として、その位置からのずれ量を記憶する。したがって、この『アライメントスコープの位置ずれ量』を読み出してその分だけ補正すれば、アライメントスコープ39の視野中心Cにある実際の位置が正確に判る。
【0070】
また、図8に示すように、各アライメントスコープ33,35,37,39の駆動部65は、各アライメントスコープ33,35,37,39ごとに対応して設けられているが、各々パルスモータが異なるだけであるので、アライメントスコープ33を例にとって説明する。この駆動部65は、システム制御部55からの指示に基づいてパルスモータ41bを制御する駆動回路65aを備える。なお、図8中では、アライメントスコープ33以外の駆動部についてはブロックを省略して記載してある。
【0071】
昇降制御回路67は、載置テーブル15のz方向の昇降を制御するものである。システム制御部55は、後述するように処理に応じて駆動回路69を介しパルスモータ13cの回転を制御する。パルスモータ13cの駆動により載置テーブル15が昇降するが、このときの高さが図示しないZリニアスケールを含む高さ検出回路73によって検出され、システム制御部55にフィードバックされる。
【0072】
なお、上述したアライメントスコープユニット31とアライメント画像処理部50aとが本発明における被描画***置検出手段に相当し、上述した第2の校正用パターンPRとアライメントスコープユニット31とアライメント画像処理部50aとが本発明における第2の配置位置検出手段に相当する。
【0073】
続いて、『基板の位置ずれ量』についてもう少し具体的に説明する。プリント配線基板Sの四隅に設けられた基準穴SR上に対応するアライメントスコープ33,35,37,39を位置させる。各アライメントスコープ33,35,37,39のCCDカメラ33a,35a,37a,39aで捉えた各視野像Vの基準穴SRから求めた重心位置と、その各視野像Vの視野中心とのずれをx方向(Δx)とy方向(Δy)について求める。このときの『基板の位置ずれ量』がxy方向ともに『0』である場合には、視野中心と基準穴SRの重心位置とが一致することになる。上述した校正データ記憶部61には、上記のΔx,Δyを記憶する。したがって、この『基板の位置ずれ量』を読み出してその分だけ補正すれば、プリント配線基板Sの実際の位置が正確に判る。
【0074】
最後に、『ビーム位置ずれ量』について、図10を参照しつつもう少し具体的に説明する。図10は、レーザビームLBの露光スポットをCCDカメラ19で撮像した画像を示す図である。
【0075】
描画ステージ5に固定された2台のCCDカメラ19でレーザビームLBを受光するように描画ステージ5がビームずれ検出位置(処理位置PY)に移動される(図7参照)と、CCDカメラ19で捉えた視野像Vの視野中心Cと、レーザビームLBの露光スポットの中心点とのずれをx方向(Δx)とy方向(Δy)について求める。このときの『ビーム位置ずれ量』がxy方向ともに『0』である場合には、図10におけるレーザビームLBの露光スポットの中心点と視野中心Cとが一致することになる。上述した校正データ記憶部61には、上記のΔx,Δyを記憶する。つまりレーザビームLBの位置が温度変化等の原因により位置ずれした場合であっても、設計的に位置不変である基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを基準として位置校正されるCCDカメラ19の視野中心Cからのずれ量を記憶する。したがって、この『ビーム位置ずれ量』を読み出してその分だけ補正すれば、レーザビームLBの露光スポットの実際の位置が正確に判る。
【0076】
次に、図11のフローチャートを参照して本実施形態のレーザ描画装置における位置校正処理について説明する。図11は、位置校正処理を示したフローチャートである。
【0077】
ステップS1
システム制御部55は、図7に実線で示すように、描画ステージ5を待機位置に位置させる。システム制御部55は、描画ステージ5が待機位置にある状態で、透過照明用ランプ77を動作させてこの透過照明用ランプ77から第1の校正用パターンCRに光を照射させるとともに、CCDカメラ19を動作させてこの第1の校正用パターンCRを撮像する。こうすることで、図6に示すような視野像V(画像データ)を取得する。
【0078】
ステップS2
ビームずれ画像処理部50bは、CCDカメラ19で第1の校正用パターンCRを撮像した視野像V(画像データ)から『CCDカメラの位置ずれ量』を求めて、システム制御部55を介して校正データ記憶部61に記憶させる。なお、このステップS1,S2は、本発明の第1の配置位置検出工程に相当する。
【0079】
ステップS3
システム制御部55は、処理対象のプリント配線基板Sに関するCADデータを図示しないコンピュータから読み込む。
【0080】
ステップS4
システム制御部55は、受け取ったCADデータに基づいて、後述するステップS10でロードされるプリント配線基板Sの基準穴SRの位置に相当する位置にアライメントスコープ33,35,37,39を移動して、第2の校正用パターンPRを視野内に入れる。これにより、アライメントスコープ33,35,37,39の各視野内には、非合焦状態ではあるが基準マスクRMの所定位置の第2の校正用パターンPRの交点が位置することになる。
【0081】
ステップS5
システム制御部55は、昇降制御回路67を介して載置テーブル15をz方向に上昇させ、アライメントスコープ33,35,37,39を第2の校正用パターンPRに合焦させる。
【0082】
ステップS6
アライメント画像処理部50aは、各アライメントスコープ33,35,37,39の視野像V(画像データ)を画像処理し、視野中心Cと第2の校正用パターンPRの交点との差分、つまり、校正用パターンPRに対するアライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量である『アライメントスコープの位置ずれ量』をそれぞれ求めて、システム制御部55を介して校正データ記憶部61に記憶させる(図9参照)。なお、上述したステップS3〜S6は、本発明の第2の配置位置検出工程に相当する。
【0083】
ステップS7
システム制御部55は、図7に2点鎖線で示すように、描画ステージ5に固定された2台のCCDカメラ19でレーザビームLBを受光するように描画ステージ5をビームずれ検出位置(処理位置PY)に移動させる。システム制御部55は、ビーム走査機構21を動作させてこのビーム走査機構21からのレーザビームLBをNDフィルター75に出射させて光量を減光させるとともに、減光されたレーザビームLBの露光スポットを第1の校正用パターンCRを介してCCDカメラ19で撮像させる。
【0084】
ステップS8
ビームずれ画像処理部50bは、CCDカメラ19でレーザビームLBの露光スポットを撮像した画像データから『ビーム位置ずれ量』、つまり、CCDカメラ19で捉えた視野像Vの視野中心Cと、レーザビームLBの露光スポットの中心点とのずれをx方向(Δx)とy方向(Δy)について求めて、システム制御部55を介して校正データ記憶部61に記憶させる。なお、このステップS7,S8は、本発明のビーム位置検出工程に相当する。
【0085】
なお、上述したステップS1〜S8までの工程は、少なくとも装置立上げ時や基板の種類が変更されたときや所望の定期診断時などに行えば良く、描画動作前に毎回実行する必要はない。以下のステップS9〜S12は描画動作毎に毎回実行するものである。
【0086】
ステップS9
システム制御部55は、図7に実線で示すように描画ステージ5を待機位置に戻し、上記のステップS5で上昇させた載置テーブル15を、アライメントスコープ33,35,37,39の焦点位置から遠ざけるように待機位置にまでZ方向に下降させる。
【0087】
ステップS10
図7に実線で示すように、待機位置にある描画ステージ5上に、例えばローダ(図示省略)によってプリント配線基板Sが載置され、システム制御部55は、描画ステージ5を制御して、真空吸引によってプリント配線基板Sが描画ステージ5に吸着保持される。
【0088】
ステップS11
アライメント画像処理部50aは、各アライメントスコープ33,35,37,39により基板Sの『位置ずれ量』を求めて、システム制御部55を介して校正データ記憶部61に記憶させる。
具体的には、各アライメントスコープ33,35,37,39によって基準穴SRを撮像して、基準穴SRの重心位置を求め、この重心位置と視野中心との位置ずれ量を求めて校正データ記憶部61に記憶させる。この位置ずれ量は、アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量に基づいて補正される。この位置ずれ量に基づいて主走査制御回路57やビーム走査機構21が制御される。また、各重心位置に基づいて求めた基板Sのθ方向のずれは、載置テーブル15を回転させて補正される。なお、このステップS9〜S11は、本発明の被描画***置検出工程に相当する。
【0089】
ステップS12
基板SにレーザビームLBを走査する描画処理を実行する。
具体的には、再び、図7に2点鎖線で示すように、描画ステージ5をビームずれ検出位置まで移動させた後、図7に実線で示すように、この位置から待機位置に向かって描画テーブル5を移動させつつ、レーザビームを走査する。このとき、以下の〔1〕〜〔4〕に示す4つのずれ量に基づいて、描画開始位置の補正が実行される。
【0090】
〔1〕基準マスクRM(第2の校正用パターンPR)に対する各アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量(ステップS6で算出)
〔2〕基準マスクRM(第2の校正用パターンPR)に対する基板Sの位置ずれ量(ステップS11で算出)
〔3〕基準マスクRM(第1の校正用パターンCR)に対するCCDカメラ19の位置ずれ量(ステップS2で算出)
〔4〕基準マスクRM(第1の校正用パターンCR)に対するレーザビームLBの位置ずれ量(ステップS8で算出)
【0091】
上述したように本実施形態のレーザ描画装置によれば、描画ステージ5に設けられたCCDカメラ19と、ビームずれ画像処理部50bとからなる、CCDカメラ19の描画ステージ5に対する位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出手段および第1の校正用パターンCRを備えているので、レーザビームLBの位置ずれ量を検出するCCDカメラ19の描画ステージ5に対する固定位置(配置位置)が環境変化等によりずれていても、その位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、CCDカメラ19自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、高精度なレーザ描画ができる。
【0092】
また、CCDカメラ19の描画ステージ5に対する配置位置や、描画ステージ5に対するプリント配線基板Sの位置を検出するためのアライメントスコープ33,35,37,39の基準マスクRMの第2の校正用パターンPRに対する配置位置が環境変化等によりずれていても、それらの位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、CCDカメラ19自体の位置ずれおよびアライメントスコープ33,35,37,39自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下も解消することができ、より高精度なレーザ描画ができる。
【0093】
また、レーザビームLBの位置ずれ量およびCCDカメラ19の位置ずれ量のみならず、アライメントスコープ33,35,37,39による基板Sの位置ずれ量およびアライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量を加えて、上記描画開始位置の補正を実行しているので、より正確に補正でき、高精度なレーザ描画が実現できる。
【0094】
また、ビーム走査機構21から出射されて基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを透過したレーザビームLBを検出してこのレーザビームLBの走査位置のずれを検出しているので、CCDカメラ19の描画ステージ5に対する位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出手段を、簡易な構成で実現できる。
【0095】
また、NDフィルター75は、ビーム走査機構21からのレーザビームLBを減光してCCDカメラ19に入射しているので、CCDカメラ19への光量の過入力を防止できる。
【0096】
また、CCDカメラ19で基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを撮像する際に、透過照明用ランプ77により基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを照明するので、第1の校正用パターンCRがCCDカメラ19で好適に撮像される。
【0097】
また、CCDカメラ19は、レーザビームLBの主走査方向の走査領域の両端付近にそれぞれ設けられているので、主走査開始位置付近および主走査終了位置付近でのレーザビームLBの走査位置のずれがそれぞれ検出され、プリント配線基板Sの主走査方向に対する実際のレーザビームLBの走査位置のずれを検出することができる。
【0098】
具体的は、CCDカメラ19が、主走査方向領域の両端付近にそれぞれ設けられているので、次のような倍率補正や傾き補正もできる。描画開始側のCCDカメラ19で検出したレーザビームLBの位置ずれ量を(ΔXS,ΔYS)とし、描画終了側のCCDカメラ19で検出したレーザビームの位置ずれ量を(ΔXE,ΔYE)とする。次に示す計算式(1)によりX方向における倍率を算出し、この倍率により描画クロック幅を補正して倍率補正する。
倍率=((ΔXE − ΔXS)/両センサ間の距離)+1 …… (1)
【0099】
また、ΔYSとΔYEとの差により主走査ラインの傾きも検出できる。この検出した傾きに基づいて、シリンドリカルレンズ98を位置補正機構101によって移動させることにより傾き補正ができる。
【0100】
なお、本発明は以下のように変形実施することも可能である。
【0101】
(1)上述した実施形態では、描画ステージ5に設けられた基準マスクRMの第1の校正用パターンCRをこの描画ステージ5に固定されたCCDカメラ19で撮像することにより、CCDカメラ19の描画ステージ5に対する位置ずれを検出しているが、CCDカメラ19の描画ステージ5に対する位置ずれを機械的あるいは光学的に検出する位置検出センサなど、第1の校正用パターンCRを使用することなくCCDカメラ19の描画ステージ5に対する位置ずれが検出可能な種々のセンサを採用してもよい。
【0102】
(2)上述した実施形態では、アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれを検出するために基準マスクRMの第2の校正用パターンPRを用いているが、基準マスクRMの第1の校正用パターンCRを用いるようにしてもよい。
【0103】
(3)上述した実施形態では、第1の校正用パターンCRと第2の校正用パターンPRのように異なる校正用パターンを設けているが、校正用パターンとして第1の校正用パターンCRまたは第2の校正用パターンPRのみを採用するようにしてもよい。CCDカメラ19および各アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量を第1の校正用パターンCRから検出してもよいし、CCDカメラ19および各アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量を第2の校正用パターンPRから検出してもよい。
【0104】
(4)基準マスクRMに形成した第1の校正用パターンCRは、図6に示したような井桁形状だけに限定されるものではなく、図12(a)に示すようにセンター部分を除いた十字標線パターンや、図12(b)に示すようにボックス形状など、レーザビームLBが干渉せず、なおかつ、校正用パターンの中心が画像処理により算出可能である種々のものを採用してもよい。
【0105】
(5)上述した実施形態では、ビーム走査機構21が位置固定で描画ステージ5が移動する構成であったが、逆にビーム走査機構21が移動する構成であっても本発明を適用可能である。
【0106】
(6)上述した実施形態では、図7に示すように、基準マスクRMとは別体のNDフィルター75でレーザビームLBを減光させてCCDカメラ19に入射させるようにしているが、図12(c)に示すように、校正用部材としての基準マスクRMの第1の校正用パターンCRにおけるレーザビームLBが入射される領域(斜線で示す部分)を、入射したレーザビームLBを減光するために適切な濃度をもった減光部材78としてもよい。この場合には、CCDカメラ19に入射するレーザビームLBを減光するために、ビーム走査機構21からのレーザビームLBをCCDカメラ19で撮像する際に、ビーム走査機構21と基準マスクRMとの間に位置させる図7に示すNDフィルター75を別途設ける必要がない。なお、上述した減光部材78が本発明の請求項9に記載の「減光する部材」に相当する。
【0107】
(7)例えばプリント配線基板Sが描画ステージ5上に正確に載置されている場合は、アライメントスコープ33,35,37,39の位置ずれ量およびプリント配線基板Sの位置ずれ量を検出する必要がなく、レーザビームLBの位置ずれおよびCCDカメラ19の位置ずれのみに基づいて描画開始位置を補正すればよい。
【0108】
(8)アライメントスコープの個数は、上述の実施形態のように4台に限定されるものではなく、1台以上であれば本発明を適用可能である。
【0109】
但し、アライメントスコープが一台の場合には、プリント配線基板を載置テーブル15に載置した状態でアライメントに関する位置校正処理を実施する。そして、四隅の基準穴に順にアライメントスコープを移動させて、各位置にて視野中心と第2の校正用パターンPRの交点との位置ずれ量を計測すると同時に、基準穴SRの重心を求めて第2の校正用パターンPRの交点との相対的な位置誤差を求めておく必要がある。
【0110】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項1に記載の方法発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の配置位置が環境変化等によりずれていても、その位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、高精度なレーザ描画ができる。
【0111】
また、請求項2に記載の方法発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の配置位置や、被描画体の位置を検出するための被描画***置検出手段の配置位置が環境変化等によりずれていても、それらの位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれおよび被描画***置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、より高精度なレーザ描画ができる。
【0112】
また、請求項3に記載の装置発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の配置位置が環境変化等によりずれていても、その位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、高精度なレーザ描画ができる。
【0113】
また、請求項4に記載の装置発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の配置位置や、被描画体の位置を検出するための被描画***置検出手段の配置位置が環境変化等によりずれていても、それらの位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれおよび被描画***置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、より高精度なレーザ描画ができる。
【0114】
また、請求項5に記載の装置発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の保持手段に対する配置位置が環境変化等によりずれていても、その位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、高精度なレーザ描画ができる。
【0115】
また、請求項6に記載の装置発明によれば、レーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段の保持手段に対する配置位置や、被描画体の位置を検出するための被描画***置検出手段の保持手段に対する配置位置が環境変化等によりずれていても、それらの位置ずれ量が検出され補正されてレーザ描画されるので、ビーム位置検出手段自体の位置ずれおよび被描画***置検出手段自体の位置ずれに起因するレーザ描画精度の低下を解消することができ、高精度なレーザ描画ができる。
【0116】
また、請求項7に記載の装置発明によれば、ビーム走査手段から出射されて校正用部材の第1の校正用パターンの領域を透過したレーザビームを検出してこのレーザビームの位置ずれを検出しているので、ビーム位置検出手段の保持手段に対する位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出手段を、簡易な構成で実現できる。
【0117】
また、請求項8に記載の装置発明によれば、減光手段は、ビーム走査手段からのレーザビームを減光してビーム位置検出手段に入射しているので、ビーム位置検出手段への光量の過入力を防止できる。
【0118】
また、請求項9に記載の装置発明によれば、校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、入射したレーザビームを減光する部材としているので、ビーム走査手段からのレーザビームをビーム位置検出手段で撮像する際に、ビーム走査手段とビーム位置検出手段との間に位置させて、ビーム位置検出手段に入射するレーザビームを減光するような減光手段を別途設ける必要がない。
【0119】
また、請求項10に記載の装置発明によれば、ビーム位置検出手段で校正用部材の第1の校正用パターンを撮像する際に、照明手段により校正用部材を照明するので、第1の校正用パターンがビーム位置検出手段で好適に撮像される。
【0120】
また、請求項11に記載の装置発明によれば、第1の撮像手段は、レーザビームの主走査方向の走査領域の両端付近にそれぞれ設けられているので、主走査開始位置付近および主走査終了位置付近でのレーザビームの位置ずれがそれぞれ検出され、被描画体の主走査方向に対する実際のレーザビームの位置ずれを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ描画装置の概略構成を示す斜視図である。
【図2】図1に示したレーザ描画装置の概略構成を示す平面図である。
【図3】図1に示したレーザ描画装置の概略構成を示す側面図である。
【図4】載置テーブルの部分断面図である。
【図5】載置テーブルの部分平面図である。
【図6】(a),(b)は校正用パターンをCCDカメラで撮像した画像を示す図である。
【図7】図1に示したレーザ描画装置のCCDカメラの周辺構成を説明するための概略側面図である。
【図8】レーザ描画装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図9】基準パターンをアライメントスコープのCCDカメラで撮像した画像を示す図である。
【図10】レーザビームの露光スポットをCCDカメラで撮像した画像を示す図である。
【図11】位置校正処理を示したフローチャートである。
【図12】(a)〜(c)は変形実施における校正用パターンを示す図である。
【符号の説明】
3 … ガイドレール(移動手段)
5 … 描画ステージ(保持手段)
7 … サーボモータ(移動手段)
9 … 送りネジ(移動手段)
19 … CCDカメラ(第1の撮像手段)
21 … ビーム走査機構(ビーム走査手段)
31 … アライメントスコープユニット(被描画***置検出手段)
33a,35a,37a,39a, … CCDカメラ(第2の撮像手段)
50a … アライメント画像処理部(被描画***置検出手段)
50b … ビームずれ画像処理部(ビーム位置検出手段)
55 … システム制御部(位置補正手段)
57 … 主走査制御回路(位置補正手段)
61 … 校正データ記憶部(位置補正手段)
74 … フィルター支持部(減光手段)
75 … NDフィルター(減光手段)
77 … 透過照明用ランプ(照明手段)
CR… 第1の校正用パターン
LB… レーザビーム
PR… 第2の校正用パターン
RM… 基準マスク(校正用部材)
S … プリント配線基板(被描画体)
Claims (11)
- 主走査方向に沿ってレーザビームを走査するビーム走査手段に対して、被描画体を保持した保持手段を主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動手段により相対的に移動させつつ、被描画体に所望のパターンを描画するレーザ描画方法において、
前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量をビーム位置検出手段によって検出するビーム位置検出工程と、
前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出工程とを含み、
前記ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出工程で検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするレーザ描画方法。 - 請求項1に記載のレーザ描画方法において、
前記保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を被描画***置検出手段によって検出する被描画***置検出工程と、
前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第2の配置位置検出工程とをさらに含み、
前記ビーム位置検出工程で検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出工程で検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量と、前記被描画***置検出工程で検出された被描画体の位置ずれ量と、前記第2の配置位置検出工程で検出された前記被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするレーザ描画方法。 - 主走査方向に沿ってレーザビームを走査するビーム走査手段に対して、被描画体を保持した保持手段を主走査方向と直交する副走査方向に沿って移動手段により相対的に移動させつつ、被描画体に所望のパターンを描画するレーザ描画装置において、
前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置ずれ量を検出するビーム位置検出手段と、
前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第1の配置位置検出手段と、
前記ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出手段によって検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正する位置補正手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項3に記載のレーザ描画装置において、
前記保持手段に保持された被描画体の位置ずれ量を検出する被描画***置検出手段と、
前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出する第2の配置位置検出手段とをさらに備え、
前記位置補正手段は、前記ビーム位置検出手段によって検出されたレーザビームの位置ずれ量と、前記第1の配置位置検出手段によって検出された前記ビーム位置検出手段の位置ずれ量と、前記被描画***置検出手段によって検出された被描画体の位置ずれ量と、前記第2の配置位置検出手段によって検出された前記被描画***置検出手段の位置ずれ量とに基づいて、描画開始位置を補正することを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項3または請求項4に記載のレーザ描画装置において、
前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に前記保持手段に対して固定されるとともに、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンを有する校正用部材をさらに備え、
前記ビーム位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像する第1の撮像手段を有し、この第1の撮像手段によって得られた画像データに基づいて、前記保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出し、
前記第1の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンを前記第1の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対する前記ビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出することを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項4に記載のレーザ描画装置において、
前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームが入射可能な位置に前記保持手段に対して固定されるとともに、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームの位置を校正するための第1の校正用パターンおよび前記保持手段に対する前記被描画***置検出手段の配置位置を校正するための第2の校正用パターンを有する校正用部材をさらに備え、
前記ビーム位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンに入射したレーザビームを撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対するレーザビームの位置ずれ量を検出し、
前記第1の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第1の校正用パターンをビーム位置検出手段で撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対するビーム位置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出し、
被描画***置検出手段は、前記保持手段に保持された被描画体を撮像する第2の撮像手段を有し、この第2の撮像手段によって得た画像データに基づいて前記保持手段に対する被描画体の位置ずれ量を検出し、
前記第2の配置位置検出手段は、前記校正用部材の第2の校正用パターンを前記第2の撮像手段によって撮像して得た画像データに基づいて、前記保持手段に対する前記被描画***置検出手段の配置位置の位置ずれ量を検出することを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項5または請求項6に記載のレーザ描画装置において、
前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、前記ビーム走査手段から出射されたレーザビームを透過させる透過性を有する部材であり、前記校正用部材は、前記ビーム走査手段と前記第1の撮像手段との間に配置されていることを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項5から請求項7のいずれかに記載のレーザ描画装置において、
前記ビーム走査手段からのレーザビームを前記第1の撮像手段によって撮像するときに、前記ビーム走査手段と前記第1の撮像手段との間に配置され、前記第1の撮像手段に入射するレーザビームを減光する減光手段をさらに備えることを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項5から請求項7のいずれかに記載のレーザ描画装置において、
前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域は、入射したレーザビームを減光する部材であることを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項5から請求項9のいずれかに記載のレーザ描画装置において、
前記第1の撮像手段によって第1の校正用パターンを撮像するときに、前記校正用部材の少なくとも第1の校正用パターンが形成された領域を照明する照明手段をさらに備えることを特徴とするレーザ描画装置。 - 請求項5から請求項10のいずれかに記載のレーザ描画装置において、
前記第1の撮像手段が、前記ビーム走査手段によって走査されるレーザビームの主走査領域の両端付近にそれぞれ設けられていることを特徴とするレーザ描画装置。
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