光學處理方法及其實施裝置制造方法及圖紙

一種用光束對工件進行光學處理的光學處理裝置。該裝置不管是否更換掩模和工件，均能自動將成像放大倍數調整至一預定值，并同時使成像放大倍數保持為常數，并能延長掩模的使用壽命。該裝置包括一光源、一成像透鏡、一掩模移動機構、一工件移動機構、一成像放大倍數改變機構以及一中央控制單元。該中央控制單元含有一實際成像放大倍數運算模塊、一放大倍數判定模塊、一光軸位移控制模塊以及一位移控制模塊。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術總的說來涉及處理或加工工件的光學處理方法和裝置，例如，采用激光之類的光束能量，在多層印刷基板上形成所謂穿孔、通孔之類的孔。更確切地說，本專利技術涉及一種形成高精確度孔的光學鉆孔方法和裝置。為了更好地理解本專利技術的基本原理，首先將結合附圖較詳細地描述上述類型的光學處理或加工裝置。圖20描述了一個典型的光學處理裝置，下面對此作一簡略描述。為更確切起見，請參見“Collec-tion of Theses in 28th Convention of Laser Processing Engineersof Japan″pp.51—58，(1992)。參見圖20，其中的光學處理裝置通常含有用來產生照射掩膜3的光束的光源系統1、一移動或移置掩膜3的掩膜移動機構4、一將掩膜3的圖案圖像復制或傳送到一工件7的成像透鏡5以及一移動或移置工件7的工件移動機構6。光源系統1含有一準分子(excimer)激光振蕩器11，該準分子激光振蕩器作為一光源，用來輻射截面呈矩形的激光束A。位于準分子激光振蕩器11下一級的是一個光路調節系統12，用來調節從準分子激光振蕩器11輻射的激光束A的射束方向和射束旋轉角。為此，光路調節系統12由三個鏡面12a、12b和12c構成。另一方面，光路調節系統12的下一級是一個光束成形光學系統13，該光束成形光學系統13由二組發散柱面透鏡13a、13b以及會聚柱面透鏡13c、13d構成，用來將激光束A線性會聚成一平面激光束B，其中，上述透鏡元件固定安裝在固定支架13e上。離開光束成形光學系統13的激光束B經入射角調節鏡14反射而投射到掩膜3上。參見圖21，掩膜3由一作為底板的透光基片3a構成，該基片由一種合成石英材料組成，使激光束B可以從中透過。在透光基片3a上面通過汽相淀積工藝淀積呈一預定圖形的反射部分3b。該反射部分3b由一種具有高反射率(例如反射率不低于99％)的如鋁膜、多層介電膜之類的薄膜組成。反射部分3b含有大量精細通孔形式的透光部分3C，在預定位置上的每一通孔的直徑數量級為20μm，使得離開光束成形光學系統13的激光束13能夠穿過通孔，從而形成與掩膜圖形對應的光圖像圖形。正如圖20所示的那樣，掩膜3可以由掩膜移動機構4分別沿X方向和Y方向移動。掩膜3的上方是一個位置與之相對的高反射率鏡面2，用來將反射部分3b反射的激光束B導向掩膜3。另一方面，成像透鏡5位于掩膜3的下方，而工件7位于掩膜3的下方。工件7固定安裝在一工件固定平臺74上，工件固定平臺借助于安裝在防振固定平臺200上的工件移動機構6，分別可以沿X方向和Y方向移動。工件移動機構6和掩膜移動機構4二者的運行受精密驅動控制系統201的控制，該精密驅動控制系統可以由一個相應編程的計算機構成。另外，工件7的定位以及形成的孔的觀測是通過處理監測系統202來實施的。下面回過來描述具有上述結構的光學處理裝置的運行。再參見圖21，在側端部分(圖中為右側)傾斜入射到掩掩膜3上的一部分成形激光束B的光線通過透光部分3C傳送出去形成一光束，構成光學處理，而其他光線被反射部分3b反射到高反射率鏡面2，將入射光線再次反射到掩膜3上。如圖21所示，由高反射率鏡面2反射的連續投射掩膜3的光線，相對于掩膜3的入射位置，與先前投射掩膜3的光線相背離。換言之，平直激光束B在掩膜3和高反射率鏡面2之間經歷了多次反射。由于掩膜3和高反射率鏡面2之間平直光束B的重復或多次反射，從而平直光束B保持其光強面不出現衰耗。通過透光部分3C傳送的激光束B經成像透鏡5聚焦到工件7上。結果，在工件7上形成其圖形與掩膜3透光部分3C圖形相對應的穿孔7a。此時，應該指出，成像透鏡5是由高性能透鏡系統來實現的，該系統的像差在成像平面的大部分區域內盡可能取最大，從而將掩膜3中形成的圖形高精度地光學轉換或復制到工件7上。舉例來說，在工件7為多層印刷基片的情況下，其尺寸通常為100mm×100mm的數量級。因此，當以一個步驟對該區域進行光學處理時，必須采用極其昂貴的透鏡系統作為成像透鏡5。這種情況下的前述光學處理裝置中，工件7上大面積的光學處理是通過采用激光束來掃描掩膜3和工件7來實現的，即如圖20所示，是能過對掩膜3和工件7進行所謂同步掃描來實現的。舉例來說，當成像透鏡5的放大倍數M為“1/2”時，掩膜3是用橫截面為平面的激光束B以速度V沿X方向掃描的，而工件7同時以V/2的速度沿相反的方向(即(—X)方向)進行掃描。在完成X方向的掃描以后，沿Y方向對工件7逐步移置再進行上述掃描。通過以這種方式重復該掃描操作，可以對工件7的整個表面進行光學處理。圖23描述的另一例光學處理裝置見1992年1月日本NikkanKogyon Shinbun-sha出版的“表面封裝技術(Surface PackageTechnique)”中揭示的內容。在這種已知的光學處理裝置中，具有形成一圖形的透光部分31a的金屬掩膜31用作實現上述同一目的的掩膜。所設計的這種已知的光學處理裝置以與圖20中描述的光學處理裝置同樣的方式進行光學處理和機械加工。更具體地說，通過光束成形光學系統13使準分子激光振蕩器11輻射的激光束A形成一準直激光束，其中，掩膜31由平直光束B輻照。通過掩膜31透光部分31a傳送的平直光束B到達成像透鏡5，從而在成像透鏡5的光學作用下，透光部分31a的圖形被成像到工件7上。通過這種方式，可以實現諸如孔、槽、標記之類形式的磨蝕處理。然而，圖20中所示的光學處理裝置有下面幾個問題。首先要指出的問題是成像透鏡5的放大倍數M與設計值之間有一偏差。更具體地說，當采用具有高強度的紫外線激光束進行光學處理而像準分子激光器產生的激光束那樣容易在玻璃材料中引入應力時，放大倍數開始時極其嚴格或精確調整的成像透鏡5的折射率將在使用了一定時間后發生變化，從而導致放大倍數的變化，盡管這一變化很小。另外，更換掩膜3時，由于掩膜厚度的變化，掩膜3和成像透鏡5之間的位置偏差也會使放大倍數發生改變。此外，當工件7為一多層印刷基板時，成像透鏡5和工件7之間的距離將隨堆積或迭加的接線層和絕緣層的數量而發生變化，這就導致工件7的厚度發生變化，致使成像透鏡5和工件7之間的距離發生變化，從而改變了放大倍數。當成像透鏡5的放大倍數M由于上述原因而偏離設計值，即使偏離的幅度極小，工件7中形成的孔的幾何形狀和圖形也將發生變形。舉例來說，假定掩膜3中形成的圖形孔徑為40μm，入射在成像透鏡5上的激光束的直徑為20mm，放大倍數M為“1/2”，同步掃描沿X方向進行。在這種情況下，放大倍數M變化0.1％將使形成的穿孔的中心位置偏差±5μm，從而如圖22所示，形成的孔沿X方向從要求的直徑拉長10μm。因此，在前述已知的光學處理裝置中，放大倍數偏離設計值不可避免地伴隨著工件7中形成的穿孔幾何形狀的失真，以及穿孔定位精度的誤差而出現。換言之，前述光學處理裝置的問題是，不能以所要求的精度或精確性進行光學處理。作為解決上述問題的一種方法，構思了一種不采用同步掃描的結構。即使在這種情況下，在上述假定下，孔的位置仍將偏離設計位置約5μm。因此，應該指出的是，在多層印刷基片的情況下，接線圖形是用與光學處理裝置分離的一個裝置形成的，因此，二裝置中的偏差將導致本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學處理裝置，其特征在于，它包含：一光源系統，用來產生輻照具有預定圖形掩膜的光束；一成像透鏡，用來將所述掩膜的圖形圖像復制到一工件上；一掩膜移動機構，用來沿垂直于所述成像透鏡之光軸方向移動所述掩膜；一工件移動機構，用來沿 垂直于所述成像透鏡之所述光軸方向移動所述工件；一成像放大倍數改變機構，用來改變所述掩膜、所述成像透鏡和所述工件之間的掩膜／透鏡／工件之間距；以及一中央控制單元；其中，所述中央控制單元包括：一實際成像放大倍數運算裝置，用來按照 所述復制圖形圖像一所述預定圖像之間的圖形比例，運算判定一實際成像放大倍數值；放大倍數判定裝置，用來確定所述實際成像放大倍數值和期望成像放大倍值之差是否小于一允許值；光軸位移控制裝置，用來響應于所述差值超過所述允許值的所述放大倍數判定 裝置之指示，根據所述實際成像放大倍數值和所述期望成像放大倍數值，運算判定所述實際成像放大倍數值與所述期望成像放大倍數值相等的所述掩膜／透鏡／工件之間距，以此控制所述成像放大倍數改變機構，從而使所述掩膜／透鏡／工件之間距與所述運算判定之間距吻合；以及位移控制裝置，用來控制所述掩膜移動機構和所述工件移動機構。...

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：中谷元，杉立厚志，出云正雄，皆川忠郎，八木俊，頭本信行，南谷靖史，松下嘉文，
申請(專利權)人：三菱電機株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]