レーザ加工装置
【課題】 マスクパターンを被加工物上に精度良く投影することができ、加工精度に優れるレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】 被加工物３２０表面に形成されたアライメントマークを観察するテレビカメラ３５１を内蔵し投影レンズ３１０の焦点距離を測定することができるオートフォーカスユニット３４０を設け、被加工物３２０の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、伸縮量Ｅｘに関しては投影レンズ３１０の結像倍率Ｍを補正することにより、伸縮量Ｅｙに関しては投影レンズの結像倍率Ｍを考慮してマスク３３０または／および被加工物３２０の移動速度を補正する。
【解決手段】 被加工物３２０表面に形成されたアライメントマークを観察するテレビカメラ３５１を内蔵し投影レンズ３１０の焦点距離を測定することができるオートフォーカスユニット３４０を設け、被加工物３２０の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、伸縮量Ｅｘに関しては投影レンズ３１０の結像倍率Ｍを補正することにより、伸縮量Ｅｙに関しては投影レンズの結像倍率Ｍを考慮してマスク３３０または／および被加工物３２０の移動速度を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンを透過したレーザ光を被加工物上に照射して被加工物表面を加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや薄型テレビ、携帯電話等の電子機器の高性能化・小型化に伴い、これらの機器を構成しているプリント配線板においては配線パターンの微細化と高密度化が進展している。特に、大規模な半導体チップを実装する用途で用いられるプリント配線板（以下、「パッケージ基板」という。）についてこの傾向が著しく、近年では配線パターンの最小線幅が１０〜２０マイクロメートル（μｍ）程度まで微細化してきた。パッケージ基板に関しては、今後も半導体集積回路の高密度化・高速化のトレンドに対応し、配線パターンの更なる微細化・高密度化と共に、高周波伝送線路としての信号伝送特性を考慮した機能等が要求されていくものと考えられる。
【０００３】
プリント配線板の主な製造手法には、貼り合わせ工法とビルドアップ工法があり、双方の手法共広く普及している。貼り合わせ工法は、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂を基材とした銅張積層板にフォト・リソグラフ技術によって配線パターンを形成し、この配線層と絶縁基材とを交互に重ね合わせ接着（加熱プレス）することで配線層を多層化していく工法である。貼り合わせ工法は、マザーボードや汎用用途のプリント配線板の製法として最も普及している低価格工法である。一方、ビルドアップ工法は絶縁基板上に配線層と絶縁層を交互に形成・積層して多層配線基板とするもので、貼り合わせ工法に比べて複雑な製造技術が必要となるが、層間パターンの位置合わせ（積層時の重ね合わせ）精度を向上することができ、結果的に配線パターンの微細化・高密度化を達成するのに適した工法である。
【０００４】
パッケージ基板は、ウエハレベルの寸法で製造された半導体集積回路をマザーボードに実装（はんだ接続）する際に用いる中継基板であり、通常のプリント配線板よりも高い寸法精度が要求されることから、ビルドアップ工法を用いて製造されている。しかし、現状のビルドアップ工法は、フォト・リソグラフ工程を併用しためっきプロセスが主流となっており、例えば５００ｍｍ×６００ｍｍ程度の大面積基板に塗布したフォトレジストの全面を露光するために、高精度な露光装置を用いている。またフォト・リソグラフ工程は、レジスト塗布・露光・現像・剥離工程を繰り返す必要があり、この工程の間に様々な欠陥を作りこんでしまう場合があり、配線パターンの微細化が進展すればその欠陥発生の確率が高くなる。さらに、配線パターンの微細化に対応したレジスト露光装置は高額となり、パッケージ基板の性能向上を進めていく上で、その製造コスト低減が困難となる可能性が考えられる。
【０００５】
この様な状況の中で、従来のビルドアップ工法からフォト・リソグラフ工程を削除した新たな工法（以下、「レーザパターニング法」という。）が提唱されている。
図５はレーザパターニング法の説明図である。また、図６はレーザパターニング法で製造されたパッケージ基板の配線パターンの平面図であり、Ａ−Ａ断面が図５（ｅ）に対応している。以下、図５及び図６を用いてレーザパターニング法によるパッケージ基板の製造方法を説明する。
【０００６】
図５（ａ）に示すように、層間絶縁材料であるエポキシ樹脂１０１と下層配線パターンである導体パターン１０２及び１０３で構成される下層配線層１００の上部に、エポキシ樹脂１０４を塗布して硬化させた後、炭酸ガスレーザや紫外線レーザを光源に用いた汎用的なレーザビア加工装置によりビアホール１０５及び１０６を形成する。ビアホール１０５及び１０６の開口寸法は、底面で直径４０μｍ、上部では直径５０μｍ、深さは４０μｍ程度である。次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁層（エポキシ樹脂１０４）表面に溝パターン１０８〜１１０を形成する。これらの溝パターンの幅は５〜２０μｍ、深さは５〜２０μｍであり、エキシマレーザ等の紫外線レーザを用いたアブレーション加工によって形成される。そして、図５（ｃ）に示すように、溝パターンが形成された基板は、表面に付着した加工残渣除去を兼ねた表面処理工程を経て、エポキシ樹脂１０４表面全体に無電解めっき１１１が施された後、図５（ｄ）に示すように、電解めっき処理によりエポキシ樹脂１０４表面全体にめっき層が形成される。そして、研磨工程において不要なめっきが除去され、図５（ｅ）に示すように、溝パターン１０８〜１１０に配線１１３〜１１５が形成される。以下、上記図５（ａ）〜（ｅ）の工程を繰り返すことで、フォト・リソグラフ工程を用いずに配線層を多層化していく。
【０００７】
レーザパターニング法の課題の一つとして、図５（ｂ）に示した溝パターン加工プロセスの確立が挙げられる。すなわち、図６に示したように、プリント配線板の配線パターン１１３〜１１５にはビアホール１０５〜１０７との接続のためのランド部分が設けられる場合が多い。プリント配線板のパターン実装密度を向上させるためには、ランドの直径Ｄをできるだけ小径にすると共に、下層配線層あるいはビアホール１０５〜１０７との間の位置ずれが小さい配線パターン１１３〜１１５を形成する必要がある。パッケージ基板のパターン配線幅Ｗについても今後更なる微細化が進展していくと考えられ、レーザ溝パターン１０８〜１１０の形成時には、加工パターンの位置や寸法を高精度に管理できる手段を採用する必要がある。
【０００８】
エポキシ樹脂等の高分子材料表面を精密加工するため、マスク上に形成したパターンを投影レンズで被加工物表面に結像し、開口絞りで整形したエキシマレーザ光をマスク上で走査することによって、大面積基板表面に均一且つ効率よくマスクパターンを投影加工する方法がある（特許文献１）。
【０００９】
また、エキシマレーザ光を用いたリソグラフィー装置の光学系構成は、マスクと被加工物（ウエハ）とが投影レンズを介して共役関係に維持されており、特定の形状に整形されたエキシマレーザ光をマスク上に照射し、マスクと被加工物とを同時に移動させることによって、投影レンズのフィールドよりも広い領域、またはレーザ照射領域よりも広い領域に対して均一な露光を可能としているので、高精度レーザ加工光学系として応用が可能である（特許文献２、３）。
そして、上記特許文献１〜３の技術に依れば、基板表面に入射させる光エネルギ密度を一定とすることができる。
【特許文献１】特許第３２８５２１４号公報
【特許文献２】特許第２９６００８３号公報
【特許文献３】特開平６−２３２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図５及び図６に示した製造工法においては、めっきやエポキシ樹脂の焼成等による加熱プロセスを数多く繰り返しながら配線層を積層していく。したがって、その製造工程中に被加工物が熱変形してしまい、被加工物上に形成した配線パターンの位置が変化したり、伸縮したりする。一方で、例えば５０ｍｍ四方の大きさの被加工物（パッケージ基板）上におけるレーザ加工パターンの位置決め精度は、被加工物上のアライメントマーク或いは下層に設けられたアライメントマークに対して、±５μｍ以下にする必要がある。
【００１１】
また、加工速度の向上を図るためには、できるだけ大きな出力の光エネルギを加工光学系に導入し、被加工物を高速に移動させる方法をとるが一般的である。例えば、図５（ｂ）に示したパターン形成プロセスにおいては、平均出力が１００Ｗ以上のＸｅＣｌエキシマレーザが用いられる。平均出力が１００Ｗ以上の光エネルギを加工光学系に導入した際には、熱影響による光学定数の変化が無視できなくなる。すなわち、大きな光出力を用いて加工を繰り返していると徐々に投影レンズの焦点距離が変化し、結果的にマスクパターンの結像倍率が変化するため、被加工物上に投影（加工）するパターンの寸法が経時変化して加工精度が低下する。
【００１２】
しかし、上記特許文献１〜３には、被加工物上に形成した配線パターン位置の変化や伸縮、あるいは投影レンズの熱影響による結像倍率の変化に関して考慮されていないため、パッケージ基板の製造に適用した場合、必要なパターン寸法精度を得ることはできない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決し、マスクパターンを被加工物上に精度良く投影することができ、加工精度に優れるレーザ加工装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、固定の投影レンズを挟みマスクと被加工物とを共役関係に配置し、前記マスクと被加工物とを同時に移動させることにより前記マスクに形成されたパターンを前記被加工物に投影加工するレーザ加工装置において、前記被加工物表面に形成されたアライメントマークを観察する手段を設け、前記被加工物の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、伸縮量Ｅｘに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを補正することにより、伸縮量Ｅｙに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを考慮して前記マスクまたは／および前記被加工物の移動速度を補正することを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記被加工物を保持して移動する被加工物ステージを回転させる回転ステージまたは前記マスクの保持手段を回転させる回転ステージを設け、前記被加工物と前記マスクとが回転方向にずれている場合は、前記回転ステージにより前記ずれを補正することができる。
【００１６】
また、前記投影レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、前記投影レンズ、前記マスクの移動手段、前記被加工物の移動手段のうちの２つをそれぞれ前記投影レンズの光軸方向に移動させる２つの移動手段設け、前記焦点距離が予め定める値から変化した場合は、前記２つの移動手段を動作させて前記結像倍率Ｍを一定に保つことができる。
【００１７】
この場合、前記焦点距離測定手段を、投影レンズを利用した共焦点光学系にすることができる。
【００１８】
また、投影レンズを利用して被加工物表面を観察する手段を設けることができる。
【発明の効果】
【００１９】
マスクパターンを被加工物上に精度良く投影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について説明する。
【００２１】
図１は本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
図示を省略するＸｅＣｌエキシマレーザ発振器（発振波長３０８ｎｍ）から出射したレーザ光束３０１は、アッテネータ３０２で所望の光強度に減衰され、コリメータ３０３によって平行光束となりビーム成型器３０４に入射する。ビーム成型器３０４は入射したレーザ光束３０１の縦横寸法比を変更し、空間強度分布がほぼ一様（±３％程度）なレーザ光束３０７として出射させる。なお、この実施例におけるレーザ光束３０７の寸法は、５ｍｍ×１３０ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。レーザ光束３０７は反射鏡３０５で光路を偏向されてマスク３３０に入射する。
【００２２】
マスク３３０は図示を省略するマスクステージに位置決め固定されており、マスクステージはＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸・θ軸の移動機構を備えている。なお、θ軸はＸＹ平面内の回転軸である。マスク３３０の材質は石英ガラスであり、有効開口領域は１２５ｍｍ×１２５である。マスク３３０の裏面（レーザ光束３０７の入射面の反対側）には、Ｃｒ材料で形成された回路配線パターンが形成されている。マスク３３０を透過したレーザ光束３０７はダイクロイックミラー３０８及び３０９により光路を直角に偏向されて投影レンズ３１０に入射する。
【００２３】
投影レンズ３１０はレーザ発振波長（３０８ｎｍ）と特定の可視光（例えば波長５５０ｎｍ前後）とで色あわせされており、焦点距離ｆは１５０ｍｍである。マスク３３０のパターン面と被加工物３２０表面は、投影レンズ３１０を介して共役の関係となっており、マスク３３０の回路配線パターンは投影レンズ３１０によって５分の１に縮小されて被加工物３２０上に投影される。被加工物３２０上のレーザ照射領域３１１の最大寸法は、１ｍｍ×２５ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。
【００２４】
被加工物３２０は被加工物ホルダ３１２上に真空吸着によって位置決めされている。被加工物ステージ３１２は、ＸＹＺステージ３１８とθステージ３１９に搭載されている。なお、θ軸はＸＹ平面内の回転軸である。被加工物ステージ３１２上には、光学ガラスにアルミ等の金属膜を蒸着した１０ｍｍ□の反射ミラー３６０が設けられている。
【００２５】
図２は本発明で使用するマスク３３０の平面図（Ｃｒパターン面視）である。本実施例のマスク３３０は表裏と固定方向の取り違いを防ぐための面取り３３１が設けられている。マスク３３０の外形寸法は２００ｍｍ□で、その内側に一点鎖線で示す１２５ｍｍ□の有効開口領域３３４が存在する。有効開口領域３３４の内側には、パッケージ基板の回路配線パターンが形成されており、有効開口領域３３４の外側には、マスク３３０の固定位置を認識するための基準マーク３３２及び３３３が配置されている。回路配線パターンと基準マーク３３２及び３３３はフォト・リソグラフプロセスによって一括で形成されたＣｒパターンである。
【００２６】
図３は本発明に係るオートフォーカスユニットの説明図である。
半導体レーザ３４１から出射するレーザ光３４２を投影レンズ３１０を介して被加工物３２０に照射し、その表面からの反射光をハーフミラー３４３で反射して集光レンズ３４６で集光し、フォトセンサ３４９で受光する構成となっており、一般的な共焦点光学系の原理を使用している。そして、半導体レーザ３４１から出射するレーザ光３４２の平行度を調節することにより、集光レンズ３４６で集光される戻り光３４５の集光位置３４８を制御可能であり、被加工物３２０の表面変位に応じ、集光位置３４８に配置したピンホール３４７を通過する光量が変化するため、被加工物３２０の表面変位を１μｍ程度の精度で測定することができる。
【００２７】
また、オートフォーカスユニット３４０は、ハーフミラー３４４と投影レンズ３１０を介して被加工物３２０の表面を観察するためのテレビカメラ３５１を内蔵している。３１５は被加工物３２０の表面を観察するための照明光源であって、本実施例ではメタルハライドランプを使用している。なお、テレビカメラ３５１の観察像を鮮明にするために、緑色のバンドパスフィルタ３５０を使用し、投影レンズ３１０の色収差の影響を排除している。
【００２８】
次に、上記構成のレーザ加工装置の動作を説明する。
レーザ加工の開始に先立ち、先ず、マスク３３０を図示を省略するマスクステージに固定する。マスク３３０が固定されると、テレビカメラと照明光源を内蔵したマスクアライメントユニット３１３及び３１４はマスク３３０上の基準マーク３３２及び３３３をそれぞれ画像認識し、設計上の基準位置に対するマスク３３０のθ方向の回転量とＸＹ方向の位置ずれ量をそれぞれ算出し、マスクステージのθＸＹ軸を調節してマスク３３０の回転方向θ並びにＸＹ方向の位置ずれを除去する。以上の動作でマスク３３０の初期位置が確定する。この時、マスク３３０上におけるレーザ照射位置３０７は、図２に点線で示すように、マスク３３０の有効開口領域３３４の外側の予め定められた位置に配置される。
【００２９】
次に、被加工物ステージ３１２上の所定の位置に被加工物３２０を搭載してから、レーザ加工装置に加工開始を指示する。図示を省略する装置制御部は、プリント配線板の設計情報を管理するホストコンピュータからの情報に基づいて被加工物ホルダ３１２をＸＹ方向に移動させ、投影レンズ３１０の中心軸（視野中央）を被加工物３２０の設計上のアライメントマークの中心に位置決めする。また、オートフォーカスユニット３４０で被加工物３２０の表面にフォーカスを合わせる。
【００３０】
図４は被加工物３２０の仕様を示す図である。
被加工物３２０は２５ｍｍ□のパッケージ基板Ｐの多面取り基板であり、被加工物３２０上には同一のパターンがｍ列×ｎ行で整列している。被加工物３２０全体の寸法は４００ｍｍ×３００ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）であり、ｍ列×ｎ行の整列したパターン群は２箇所に分けられて配置されている。アライメントマーク３２１〜３２８はメカニカルドリルにより被加工物３２０の絶縁基材（エポキシ樹脂）に貫通穴として形成されている。
【００３１】
次に、ＸＹＺステージ３１８によりアライメントマーク３２１〜３２８を順次テレビカメラ３５１の視野内に移動させ、オートフォーカスユニット３４０でフォーカス位置（Ｚ軸方向位置）を調節してから画像認識により、アライメントマーク３２１〜３２８の座標を装置制御部に記憶する。装置制御部は、記憶したアライメントマーク３２１〜３２８の各座標情報に基づいてＸＹＺステージ３１８を駆動し、１箇所目のパターンＰ（１，１）が投影レンズ３１０の直下となるように位置決めする。そして更にパターンＰ（１，１）のローカルアライメントマーク３３５〜３３８（例えば回路配線パターンと共に既に被加工物３２０上に形成されている）を順次テレビカメラ３５１で観察し、各ローカルアライメントマークの重心座標（ＸＹ座標）を計測することによって、既に形成されたパターンＰ（１，１）のＸＹ平面内における正確な位置及び被加工物３２０の熱履歴による伸縮状態を算出する。
【００３２】
また、例えば、アライメントマーク３３５と３５７の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）の回転成分θｅ（角度）を算出することができる。ここで、回転成分θｅは、ＸＹＺステージ３１８のＹ軸とアライメントマーク３３５と３３７を最短距離で結んだ直線とが成す角度のことで、θｅが正の方向（時計回りの方向）に生じていることがわかれば、θステージ３１９を同じ角度だけ負の方向（反時計回りの方向）に回転させることにより回転成分θｅをキャンセル（θｅ＝０）する。なお、パターンＰ（１，１）の回転成分θｅの算出方法としては、アライメントマーク３３６と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３３６を用いても良いし、それらの算出結果の平均値としても良い。
【００３３】
また、アライメントマーク３３５と３５７の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）のＹ軸方向の伸縮率Ｅｙを算出することができる。ここで、伸縮率Ｅｙは、アライメントマーク３３５と３５７を結ぶ直線距離の設計値に対する計測値の割合である。ここで、伸縮率Ｅｙが１より大きい場合は被加工物３２０上のパターンＰ（１，１）がＹ軸方向に伸展しており、１より小さい場合は逆に収縮している状態になっている。なお、伸縮率Ｅｙの算出方法としては、アライメントマーク３３６と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３５７による算出結果を考慮し、それらの平均値としても良い。
【００３４】
上記と同様にして、アライメントマーク３３５と３５６の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）のＸ軸方向の伸縮率Ｅｘを算出することができる。なお、Ｘ軸方向の伸縮率Ｅｘの算出には、アライメントマーク３３７と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３５６による算出結果を考慮し、それらの平均値としても良い。
【００３５】
ところで、仮にパターン伸縮率Ｅｙが０．０２％とごく僅かであっても、２５ｍｍ□の加工パターンの対角に換算すると７μｍの誤差となってしまうため、本発明で対象としているパッケージ基板の製法においては、致命的な寸法の誤差要因となりうる。そこで、この実施例では、パターンＰ（１，１）のＹ軸方向の伸縮率Ｅｙが設計値と相違している場合、加工パターンの結像倍率Ｍを補正する。
【００３６】
次に、この実施例における結像倍率Ｍの補正方法を説明する。
いま、物点（マスク面）から投影レンズの主点までの距離をａ、像面（被加工物面）から投影レンズの主点までの距離をｂ、投影レンズの焦点距離をｆ、投影レンズの結像倍率をＭとするとき、一般的な結像光学系では、下記の式１及び式２が成立する。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ ・・・（式１）
Ｍ＝ｂ／ａ ・・・（式２）
式１及び式２に、ｆ＝１５０ｍｍ、Ｍ＝０．２倍の初期条件を当てはめると、ａ＝９００ｍｍ、ｂ＝１８０ｍｍであり、レーザ加工装置が稼動している間はこの設計値（正規の光学定数）が常に維持され、一定の結像倍率でマスク３３０のパターンを被加工物３２０上に投影加工するのが理想である。
【００３７】
投影レンズ３１０の結像倍率Ｍを補正するためには、式２から距離ａと距離ｂの比率を変更すれば良いことがわかる。ただし、距離ａと距離ｂは式１及び式２を同時に満足する必要がある。一方、レーザ加工装置を長時間稼動させると、装置の稼働率や設置環境温度の変化等の影響によって、投影レンズ３１０の焦点距離ｆが経時変化してしまう。したがって、所望の結像倍率Ｍｏを得るためには、投影レンズ３１０の焦点距離ｆを把握する必要がある。ここで、反射ミラー３６０を投影レンズ３１０の視野内に配置し、オートフォーカスユニット３４０を用いて反射ミラー３６０の表面位置を測定することにより、投影レンズ３１０の合焦位置の変化をＸＹＺステージ３１８のＺ軸変位の変化として高精度に検出することができる。
【００３８】
次に、結像倍率Ｍｏの補正方法を説明する。
例えば、ａが一定の条件下において、投影レンズ３１０の合焦位置が初期値（ｂ＝１８０ｍｍに相当する位置）よりも０．１４４ｍｍだけ−Ｚ方向に移動した（ｂ＝１８０．１４４ｍｍとなった）場合、経時変化後の焦点距離ｆｓは式１から、１５０．１ｍｍとして求めることができる。
【００３９】
ここで、伸縮率Ｅｙを仮に１．０００４（０．０４％の伸展）とすると、Ｙ軸方向の所望の結像倍率Ｍｙは、１．０００４×０．２（正規のパターン結像倍率）＝０．２０００８倍として求められる。投影レンズ３１０の焦点距離ｆｓが判明しているため、式１及び式２からａ＝９００．３ｍｍ、ｂ＝１８０．１３２ｍｍが得られる。そこで、マスク３３０を搭載したマスクステージのＺ変位を０．３ｍｍだけ移動し、ａの距離を長くする。その後、反射ミラー３６０上でオートフォーカスユニット３４０を用いて合焦位置を検出すれば、ｂの距離が初期値（１８０ｍｍ）よりも０．１３２ｍｍだけ長くなった状態で検知される。すなわち、投影レンズ３１０の位置を固定した状態で、マスク３３０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向の位置を変更することにより、ａとｂの距離（光路長）を修正し、結像倍率Ｍｏを所望の値（０．２０００８倍）に調節することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の装置によれば、加工対象のパターンＰ（１，１）のθ方向（回転方向）の位置ずれ量θｅとパターン結像倍率Ｍｙ（Ｙ軸方向のパターン収縮率Ｅｙに基づく）を補正した後、パターンＰ（１，１）をレーザ照射領域３１１に位置決めする。なおレーザ照射領域３１１でのレーザ光束の寸法は１ｍｍ×２５ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。
【００４１】
レーザ加工開始前の全ての準備が整った時点で、ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器は１００Ｈｚのパルス繰返し周波数で発振を開始する。その後マスク３３０と被加工物ホルダ３１２がそれぞれ矢印３１６、矢印３１７の方向に一定速度で移動する。ここで、レーザ発振周波数をＦ[Ｈｚ]、被加工物３２０上でのＸ軸方向のレーザ照射寸法をｗ、被加工物ホルダ３１２の走査速度をＶｓ[ｍｍ／ｓ]とすると、被加工物３２０表面におけるレーザパルスの重ね回数ｎは、式３によって決定される。
ｎ＝Ｆ×ｗ／Ｖｓ ・・・（式３）
すなわち、例えば被加工物ホルダ３１２が５ｍｍ／ｓで移動した場合、ｎは２０[回]となる。
【００４２】
ところで、Ｘ軸方向のパターン伸縮率Ｅｘを仮に１．０００２（０．０２％の伸展）とすると、Ｘ軸方向の所望の結像倍率Ｍｘは、１．０００２×０．２（正規のパターン結像倍率）＝０．２０００４倍とする必要がある。しかし、結像レンズ３１０の結像倍率はＹ軸方向のパターン収縮率Ｅｙに基づいてＭｙに変更されているので、マスクステージの移動速度Ｖｍ[ｍｍ／ｓ]を、被加工物ホルダ３１２の走査速度ＶｓとＸ軸方向のパターン収縮率ＥｘおよびＹ軸方向のパターン収縮率Ｅｙを用いて式４によって定まる値にする。
Ｖｍ＝Ｖｓ／（Ｅｘ／Ｅｙ×０．２） ・・・（式４）
上記したように、投影レンズ３１０の結像倍率Ｍｙを０．２０００８倍に設定したので、マスク３３０から出射するレーザ光束のＸ軸方向の寸法５ｍｍは、被加工物３２０上で１．０００４ｍｍになる。したがって、被加工物３２０表面におけるレーザパルスの重ね回数ｎを一定（２０回）とする場合、被加工物ホルダ３１２の走査速度Ｖｓは式３を変形して５．００２ｍｍ／ｓと求めることができる。
すなわち、例えば、Ｅｘ＝１．０００２、Ｅｙ＝１．０００４の条件下において、被加工物ホルダ３１２を５．００２ｍｍ／ｓで走査する場合、マスクステージの走査速度Ｖｍは、式４から２５．０１５ｍｍ／ｓと求めることができる。
【００４３】
この実施例の場合、被加工物３２０表面におけるレーザ照射エネルギ密度は、１パルス当たり約１Ｊ／ｃｍ２であり、パルス重ね回数ｎを２０回して加工を行うと、エポキシ樹脂の加工深さは１５μｍとなり、マスク３３０パターンを均一な深さで被加工物３２０表面に転写（投影加工）することができる。
【００４４】
ここで、結像倍率を変更することによるレーザ照射エネルギ密度について説明を補足する。
投影レンズ３１０の結増倍率Ｍｙを０．２０００８倍にした場合、被加工物３２０上におけるレーザ照射エネルギ密度は１／Ｅｙ２ となる。そして、Ｅｙ＝１．０００４とすると、上記１Ｊ／ｃｍ２は、０．９９９２Ｊ／ｃｍ２ となり、ほぼ同一と見なすことができる。
なお、必要に応じてエキシマレーザ発振器からのレーザ出力を増減させて、被加工物３２０上におけるレーザ照射エネルギ密度を調節してもよい。
【００４５】
被加工物３２０上のパターンＰ（１，１）に対する加工が終了すると、マスク３３０は加工前の初期位置に戻り、マスクアライメントユニット３１３及び３１４によってその位置が確認され、位置ずれが生じている場合は図示しないマスクステージによってマスク３３０の初期位置を調節し直す。また、被加工物３２０上の次の加工対象パターンＰ（１，２）に対してθ方向（回転方向）の位置ずれ量を検出し、以降上述した手順で加工を繰り返していく。
【００４６】
なお、θ方向の位置ずれの補正は、必要に応じて任意に定めた単位の個数のパターン群毎に行っても良い。
【００４７】
また、投影レンズ３１０の焦点距離の測定についても、加工パターン毎に測定し直すことに代えて、例えば被加工物３２０単位、あるいは１時間に１回程度の頻度で行うようにしても良い。このようにすると、レーザ加工装置の加工スループットの向上を図ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象のパターン毎に、あるいはパターン群毎にパターンの位置ずれ量と、Ｘ軸方向（レーザ照射の主走査方向）の伸縮量Ｅｘと、Ｙ軸方向（レーザ照射の副走査方向）の伸縮量Ｅｙを検出し、ＸＹＺステージ３１８の位置と投影レンズ３１０の結増倍率及びマスク３３０と被加工物ステージ３１２の相対的な走査速度を補正し加工を行うので、高性能なパッケージ基板を製造することができる。
【００４９】
なお、上記の実施例では、θステージ３１９を回転させることによって加工対象パターンの回転方向の位置ずれを補正したが、マスク３３０を保持するマスクステージのθ軸によって補正することもできる。
【００５０】
また、投影レンズ３１０の結像倍率を補正するために、マスク３３０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向の位置を調節したが、被加工物ステージ３１２の位置を固定してマスク３３０と投影レンズ３１０のＺ軸方向の位置を調節しても良いし、マスク３３０の位置を固定して投影レンズ３１０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向位置を調節する方法でも良い。いずれの方法においても、マスク３３０、投影レンズ３１０、被加工物ステージ３１２の内、少なくとも２つのＺ軸方向の位置を調節することによって、投影レンズ３１０の結像倍率を修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】本発明で使用するマスクの平面図（Ｃｒパターン面視）である。
【図３】本発明に係るオートフォーカスユニットの説明図である。
【図４】被加工物の仕様を示す図である。
【図５】レーザパターニング法の説明図である。
【図６】レーザパターニング法で製造されたパッケージ基板の配線パターンの平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３１０ 投影レンズ
３２０ 被加工物
３３０ マスク
３４０ オートフォーカスユニット
３５１ テレビカメラ
Ｅｘ 伸縮量（主走査方向の伸縮量）
Ｅｙ 伸縮量（副走査方向の伸縮量）
Ｍ 投影レンズ３１０の結像倍率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンを透過したレーザ光を被加工物上に照射して被加工物表面を加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータや薄型テレビ、携帯電話等の電子機器の高性能化・小型化に伴い、これらの機器を構成しているプリント配線板においては配線パターンの微細化と高密度化が進展している。特に、大規模な半導体チップを実装する用途で用いられるプリント配線板（以下、「パッケージ基板」という。）についてこの傾向が著しく、近年では配線パターンの最小線幅が１０〜２０マイクロメートル（μｍ）程度まで微細化してきた。パッケージ基板に関しては、今後も半導体集積回路の高密度化・高速化のトレンドに対応し、配線パターンの更なる微細化・高密度化と共に、高周波伝送線路としての信号伝送特性を考慮した機能等が要求されていくものと考えられる。
【０００３】
プリント配線板の主な製造手法には、貼り合わせ工法とビルドアップ工法があり、双方の手法共広く普及している。貼り合わせ工法は、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂を基材とした銅張積層板にフォト・リソグラフ技術によって配線パターンを形成し、この配線層と絶縁基材とを交互に重ね合わせ接着（加熱プレス）することで配線層を多層化していく工法である。貼り合わせ工法は、マザーボードや汎用用途のプリント配線板の製法として最も普及している低価格工法である。一方、ビルドアップ工法は絶縁基板上に配線層と絶縁層を交互に形成・積層して多層配線基板とするもので、貼り合わせ工法に比べて複雑な製造技術が必要となるが、層間パターンの位置合わせ（積層時の重ね合わせ）精度を向上することができ、結果的に配線パターンの微細化・高密度化を達成するのに適した工法である。
【０００４】
パッケージ基板は、ウエハレベルの寸法で製造された半導体集積回路をマザーボードに実装（はんだ接続）する際に用いる中継基板であり、通常のプリント配線板よりも高い寸法精度が要求されることから、ビルドアップ工法を用いて製造されている。しかし、現状のビルドアップ工法は、フォト・リソグラフ工程を併用しためっきプロセスが主流となっており、例えば５００ｍｍ×６００ｍｍ程度の大面積基板に塗布したフォトレジストの全面を露光するために、高精度な露光装置を用いている。またフォト・リソグラフ工程は、レジスト塗布・露光・現像・剥離工程を繰り返す必要があり、この工程の間に様々な欠陥を作りこんでしまう場合があり、配線パターンの微細化が進展すればその欠陥発生の確率が高くなる。さらに、配線パターンの微細化に対応したレジスト露光装置は高額となり、パッケージ基板の性能向上を進めていく上で、その製造コスト低減が困難となる可能性が考えられる。
【０００５】
この様な状況の中で、従来のビルドアップ工法からフォト・リソグラフ工程を削除した新たな工法（以下、「レーザパターニング法」という。）が提唱されている。
図５はレーザパターニング法の説明図である。また、図６はレーザパターニング法で製造されたパッケージ基板の配線パターンの平面図であり、Ａ−Ａ断面が図５（ｅ）に対応している。以下、図５及び図６を用いてレーザパターニング法によるパッケージ基板の製造方法を説明する。
【０００６】
図５（ａ）に示すように、層間絶縁材料であるエポキシ樹脂１０１と下層配線パターンである導体パターン１０２及び１０３で構成される下層配線層１００の上部に、エポキシ樹脂１０４を塗布して硬化させた後、炭酸ガスレーザや紫外線レーザを光源に用いた汎用的なレーザビア加工装置によりビアホール１０５及び１０６を形成する。ビアホール１０５及び１０６の開口寸法は、底面で直径４０μｍ、上部では直径５０μｍ、深さは４０μｍ程度である。次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁層（エポキシ樹脂１０４）表面に溝パターン１０８〜１１０を形成する。これらの溝パターンの幅は５〜２０μｍ、深さは５〜２０μｍであり、エキシマレーザ等の紫外線レーザを用いたアブレーション加工によって形成される。そして、図５（ｃ）に示すように、溝パターンが形成された基板は、表面に付着した加工残渣除去を兼ねた表面処理工程を経て、エポキシ樹脂１０４表面全体に無電解めっき１１１が施された後、図５（ｄ）に示すように、電解めっき処理によりエポキシ樹脂１０４表面全体にめっき層が形成される。そして、研磨工程において不要なめっきが除去され、図５（ｅ）に示すように、溝パターン１０８〜１１０に配線１１３〜１１５が形成される。以下、上記図５（ａ）〜（ｅ）の工程を繰り返すことで、フォト・リソグラフ工程を用いずに配線層を多層化していく。
【０００７】
レーザパターニング法の課題の一つとして、図５（ｂ）に示した溝パターン加工プロセスの確立が挙げられる。すなわち、図６に示したように、プリント配線板の配線パターン１１３〜１１５にはビアホール１０５〜１０７との接続のためのランド部分が設けられる場合が多い。プリント配線板のパターン実装密度を向上させるためには、ランドの直径Ｄをできるだけ小径にすると共に、下層配線層あるいはビアホール１０５〜１０７との間の位置ずれが小さい配線パターン１１３〜１１５を形成する必要がある。パッケージ基板のパターン配線幅Ｗについても今後更なる微細化が進展していくと考えられ、レーザ溝パターン１０８〜１１０の形成時には、加工パターンの位置や寸法を高精度に管理できる手段を採用する必要がある。
【０００８】
エポキシ樹脂等の高分子材料表面を精密加工するため、マスク上に形成したパターンを投影レンズで被加工物表面に結像し、開口絞りで整形したエキシマレーザ光をマスク上で走査することによって、大面積基板表面に均一且つ効率よくマスクパターンを投影加工する方法がある（特許文献１）。
【０００９】
また、エキシマレーザ光を用いたリソグラフィー装置の光学系構成は、マスクと被加工物（ウエハ）とが投影レンズを介して共役関係に維持されており、特定の形状に整形されたエキシマレーザ光をマスク上に照射し、マスクと被加工物とを同時に移動させることによって、投影レンズのフィールドよりも広い領域、またはレーザ照射領域よりも広い領域に対して均一な露光を可能としているので、高精度レーザ加工光学系として応用が可能である（特許文献２、３）。
そして、上記特許文献１〜３の技術に依れば、基板表面に入射させる光エネルギ密度を一定とすることができる。
【特許文献１】特許第３２８５２１４号公報
【特許文献２】特許第２９６００８３号公報
【特許文献３】特開平６−２３２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図５及び図６に示した製造工法においては、めっきやエポキシ樹脂の焼成等による加熱プロセスを数多く繰り返しながら配線層を積層していく。したがって、その製造工程中に被加工物が熱変形してしまい、被加工物上に形成した配線パターンの位置が変化したり、伸縮したりする。一方で、例えば５０ｍｍ四方の大きさの被加工物（パッケージ基板）上におけるレーザ加工パターンの位置決め精度は、被加工物上のアライメントマーク或いは下層に設けられたアライメントマークに対して、±５μｍ以下にする必要がある。
【００１１】
また、加工速度の向上を図るためには、できるだけ大きな出力の光エネルギを加工光学系に導入し、被加工物を高速に移動させる方法をとるが一般的である。例えば、図５（ｂ）に示したパターン形成プロセスにおいては、平均出力が１００Ｗ以上のＸｅＣｌエキシマレーザが用いられる。平均出力が１００Ｗ以上の光エネルギを加工光学系に導入した際には、熱影響による光学定数の変化が無視できなくなる。すなわち、大きな光出力を用いて加工を繰り返していると徐々に投影レンズの焦点距離が変化し、結果的にマスクパターンの結像倍率が変化するため、被加工物上に投影（加工）するパターンの寸法が経時変化して加工精度が低下する。
【００１２】
しかし、上記特許文献１〜３には、被加工物上に形成した配線パターン位置の変化や伸縮、あるいは投影レンズの熱影響による結像倍率の変化に関して考慮されていないため、パッケージ基板の製造に適用した場合、必要なパターン寸法精度を得ることはできない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決し、マスクパターンを被加工物上に精度良く投影することができ、加工精度に優れるレーザ加工装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、固定の投影レンズを挟みマスクと被加工物とを共役関係に配置し、前記マスクと被加工物とを同時に移動させることにより前記マスクに形成されたパターンを前記被加工物に投影加工するレーザ加工装置において、前記被加工物表面に形成されたアライメントマークを観察する手段を設け、前記被加工物の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、伸縮量Ｅｘに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを補正することにより、伸縮量Ｅｙに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを考慮して前記マスクまたは／および前記被加工物の移動速度を補正することを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記被加工物を保持して移動する被加工物ステージを回転させる回転ステージまたは前記マスクの保持手段を回転させる回転ステージを設け、前記被加工物と前記マスクとが回転方向にずれている場合は、前記回転ステージにより前記ずれを補正することができる。
【００１６】
また、前記投影レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、前記投影レンズ、前記マスクの移動手段、前記被加工物の移動手段のうちの２つをそれぞれ前記投影レンズの光軸方向に移動させる２つの移動手段設け、前記焦点距離が予め定める値から変化した場合は、前記２つの移動手段を動作させて前記結像倍率Ｍを一定に保つことができる。
【００１７】
この場合、前記焦点距離測定手段を、投影レンズを利用した共焦点光学系にすることができる。
【００１８】
また、投影レンズを利用して被加工物表面を観察する手段を設けることができる。
【発明の効果】
【００１９】
マスクパターンを被加工物上に精度良く投影することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について説明する。
【００２１】
図１は本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
図示を省略するＸｅＣｌエキシマレーザ発振器（発振波長３０８ｎｍ）から出射したレーザ光束３０１は、アッテネータ３０２で所望の光強度に減衰され、コリメータ３０３によって平行光束となりビーム成型器３０４に入射する。ビーム成型器３０４は入射したレーザ光束３０１の縦横寸法比を変更し、空間強度分布がほぼ一様（±３％程度）なレーザ光束３０７として出射させる。なお、この実施例におけるレーザ光束３０７の寸法は、５ｍｍ×１３０ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。レーザ光束３０７は反射鏡３０５で光路を偏向されてマスク３３０に入射する。
【００２２】
マスク３３０は図示を省略するマスクステージに位置決め固定されており、マスクステージはＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸・θ軸の移動機構を備えている。なお、θ軸はＸＹ平面内の回転軸である。マスク３３０の材質は石英ガラスであり、有効開口領域は１２５ｍｍ×１２５である。マスク３３０の裏面（レーザ光束３０７の入射面の反対側）には、Ｃｒ材料で形成された回路配線パターンが形成されている。マスク３３０を透過したレーザ光束３０７はダイクロイックミラー３０８及び３０９により光路を直角に偏向されて投影レンズ３１０に入射する。
【００２３】
投影レンズ３１０はレーザ発振波長（３０８ｎｍ）と特定の可視光（例えば波長５５０ｎｍ前後）とで色あわせされており、焦点距離ｆは１５０ｍｍである。マスク３３０のパターン面と被加工物３２０表面は、投影レンズ３１０を介して共役の関係となっており、マスク３３０の回路配線パターンは投影レンズ３１０によって５分の１に縮小されて被加工物３２０上に投影される。被加工物３２０上のレーザ照射領域３１１の最大寸法は、１ｍｍ×２５ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。
【００２４】
被加工物３２０は被加工物ホルダ３１２上に真空吸着によって位置決めされている。被加工物ステージ３１２は、ＸＹＺステージ３１８とθステージ３１９に搭載されている。なお、θ軸はＸＹ平面内の回転軸である。被加工物ステージ３１２上には、光学ガラスにアルミ等の金属膜を蒸着した１０ｍｍ□の反射ミラー３６０が設けられている。
【００２５】
図２は本発明で使用するマスク３３０の平面図（Ｃｒパターン面視）である。本実施例のマスク３３０は表裏と固定方向の取り違いを防ぐための面取り３３１が設けられている。マスク３３０の外形寸法は２００ｍｍ□で、その内側に一点鎖線で示す１２５ｍｍ□の有効開口領域３３４が存在する。有効開口領域３３４の内側には、パッケージ基板の回路配線パターンが形成されており、有効開口領域３３４の外側には、マスク３３０の固定位置を認識するための基準マーク３３２及び３３３が配置されている。回路配線パターンと基準マーク３３２及び３３３はフォト・リソグラフプロセスによって一括で形成されたＣｒパターンである。
【００２６】
図３は本発明に係るオートフォーカスユニットの説明図である。
半導体レーザ３４１から出射するレーザ光３４２を投影レンズ３１０を介して被加工物３２０に照射し、その表面からの反射光をハーフミラー３４３で反射して集光レンズ３４６で集光し、フォトセンサ３４９で受光する構成となっており、一般的な共焦点光学系の原理を使用している。そして、半導体レーザ３４１から出射するレーザ光３４２の平行度を調節することにより、集光レンズ３４６で集光される戻り光３４５の集光位置３４８を制御可能であり、被加工物３２０の表面変位に応じ、集光位置３４８に配置したピンホール３４７を通過する光量が変化するため、被加工物３２０の表面変位を１μｍ程度の精度で測定することができる。
【００２７】
また、オートフォーカスユニット３４０は、ハーフミラー３４４と投影レンズ３１０を介して被加工物３２０の表面を観察するためのテレビカメラ３５１を内蔵している。３１５は被加工物３２０の表面を観察するための照明光源であって、本実施例ではメタルハライドランプを使用している。なお、テレビカメラ３５１の観察像を鮮明にするために、緑色のバンドパスフィルタ３５０を使用し、投影レンズ３１０の色収差の影響を排除している。
【００２８】
次に、上記構成のレーザ加工装置の動作を説明する。
レーザ加工の開始に先立ち、先ず、マスク３３０を図示を省略するマスクステージに固定する。マスク３３０が固定されると、テレビカメラと照明光源を内蔵したマスクアライメントユニット３１３及び３１４はマスク３３０上の基準マーク３３２及び３３３をそれぞれ画像認識し、設計上の基準位置に対するマスク３３０のθ方向の回転量とＸＹ方向の位置ずれ量をそれぞれ算出し、マスクステージのθＸＹ軸を調節してマスク３３０の回転方向θ並びにＸＹ方向の位置ずれを除去する。以上の動作でマスク３３０の初期位置が確定する。この時、マスク３３０上におけるレーザ照射位置３０７は、図２に点線で示すように、マスク３３０の有効開口領域３３４の外側の予め定められた位置に配置される。
【００２９】
次に、被加工物ステージ３１２上の所定の位置に被加工物３２０を搭載してから、レーザ加工装置に加工開始を指示する。図示を省略する装置制御部は、プリント配線板の設計情報を管理するホストコンピュータからの情報に基づいて被加工物ホルダ３１２をＸＹ方向に移動させ、投影レンズ３１０の中心軸（視野中央）を被加工物３２０の設計上のアライメントマークの中心に位置決めする。また、オートフォーカスユニット３４０で被加工物３２０の表面にフォーカスを合わせる。
【００３０】
図４は被加工物３２０の仕様を示す図である。
被加工物３２０は２５ｍｍ□のパッケージ基板Ｐの多面取り基板であり、被加工物３２０上には同一のパターンがｍ列×ｎ行で整列している。被加工物３２０全体の寸法は４００ｍｍ×３００ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）であり、ｍ列×ｎ行の整列したパターン群は２箇所に分けられて配置されている。アライメントマーク３２１〜３２８はメカニカルドリルにより被加工物３２０の絶縁基材（エポキシ樹脂）に貫通穴として形成されている。
【００３１】
次に、ＸＹＺステージ３１８によりアライメントマーク３２１〜３２８を順次テレビカメラ３５１の視野内に移動させ、オートフォーカスユニット３４０でフォーカス位置（Ｚ軸方向位置）を調節してから画像認識により、アライメントマーク３２１〜３２８の座標を装置制御部に記憶する。装置制御部は、記憶したアライメントマーク３２１〜３２８の各座標情報に基づいてＸＹＺステージ３１８を駆動し、１箇所目のパターンＰ（１，１）が投影レンズ３１０の直下となるように位置決めする。そして更にパターンＰ（１，１）のローカルアライメントマーク３３５〜３３８（例えば回路配線パターンと共に既に被加工物３２０上に形成されている）を順次テレビカメラ３５１で観察し、各ローカルアライメントマークの重心座標（ＸＹ座標）を計測することによって、既に形成されたパターンＰ（１，１）のＸＹ平面内における正確な位置及び被加工物３２０の熱履歴による伸縮状態を算出する。
【００３２】
また、例えば、アライメントマーク３３５と３５７の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）の回転成分θｅ（角度）を算出することができる。ここで、回転成分θｅは、ＸＹＺステージ３１８のＹ軸とアライメントマーク３３５と３３７を最短距離で結んだ直線とが成す角度のことで、θｅが正の方向（時計回りの方向）に生じていることがわかれば、θステージ３１９を同じ角度だけ負の方向（反時計回りの方向）に回転させることにより回転成分θｅをキャンセル（θｅ＝０）する。なお、パターンＰ（１，１）の回転成分θｅの算出方法としては、アライメントマーク３３６と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３３６を用いても良いし、それらの算出結果の平均値としても良い。
【００３３】
また、アライメントマーク３３５と３５７の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）のＹ軸方向の伸縮率Ｅｙを算出することができる。ここで、伸縮率Ｅｙは、アライメントマーク３３５と３５７を結ぶ直線距離の設計値に対する計測値の割合である。ここで、伸縮率Ｅｙが１より大きい場合は被加工物３２０上のパターンＰ（１，１）がＹ軸方向に伸展しており、１より小さい場合は逆に収縮している状態になっている。なお、伸縮率Ｅｙの算出方法としては、アライメントマーク３３６と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３５７による算出結果を考慮し、それらの平均値としても良い。
【００３４】
上記と同様にして、アライメントマーク３３５と３５６の相対的な位置関係からパターンＰ（１，１）のＸ軸方向の伸縮率Ｅｘを算出することができる。なお、Ｘ軸方向の伸縮率Ｅｘの算出には、アライメントマーク３３７と３３８を用いても良いし、アライメントマーク３３５と３５６による算出結果を考慮し、それらの平均値としても良い。
【００３５】
ところで、仮にパターン伸縮率Ｅｙが０．０２％とごく僅かであっても、２５ｍｍ□の加工パターンの対角に換算すると７μｍの誤差となってしまうため、本発明で対象としているパッケージ基板の製法においては、致命的な寸法の誤差要因となりうる。そこで、この実施例では、パターンＰ（１，１）のＹ軸方向の伸縮率Ｅｙが設計値と相違している場合、加工パターンの結像倍率Ｍを補正する。
【００３６】
次に、この実施例における結像倍率Ｍの補正方法を説明する。
いま、物点（マスク面）から投影レンズの主点までの距離をａ、像面（被加工物面）から投影レンズの主点までの距離をｂ、投影レンズの焦点距離をｆ、投影レンズの結像倍率をＭとするとき、一般的な結像光学系では、下記の式１及び式２が成立する。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ ・・・（式１）
Ｍ＝ｂ／ａ ・・・（式２）
式１及び式２に、ｆ＝１５０ｍｍ、Ｍ＝０．２倍の初期条件を当てはめると、ａ＝９００ｍｍ、ｂ＝１８０ｍｍであり、レーザ加工装置が稼動している間はこの設計値（正規の光学定数）が常に維持され、一定の結像倍率でマスク３３０のパターンを被加工物３２０上に投影加工するのが理想である。
【００３７】
投影レンズ３１０の結像倍率Ｍを補正するためには、式２から距離ａと距離ｂの比率を変更すれば良いことがわかる。ただし、距離ａと距離ｂは式１及び式２を同時に満足する必要がある。一方、レーザ加工装置を長時間稼動させると、装置の稼働率や設置環境温度の変化等の影響によって、投影レンズ３１０の焦点距離ｆが経時変化してしまう。したがって、所望の結像倍率Ｍｏを得るためには、投影レンズ３１０の焦点距離ｆを把握する必要がある。ここで、反射ミラー３６０を投影レンズ３１０の視野内に配置し、オートフォーカスユニット３４０を用いて反射ミラー３６０の表面位置を測定することにより、投影レンズ３１０の合焦位置の変化をＸＹＺステージ３１８のＺ軸変位の変化として高精度に検出することができる。
【００３８】
次に、結像倍率Ｍｏの補正方法を説明する。
例えば、ａが一定の条件下において、投影レンズ３１０の合焦位置が初期値（ｂ＝１８０ｍｍに相当する位置）よりも０．１４４ｍｍだけ−Ｚ方向に移動した（ｂ＝１８０．１４４ｍｍとなった）場合、経時変化後の焦点距離ｆｓは式１から、１５０．１ｍｍとして求めることができる。
【００３９】
ここで、伸縮率Ｅｙを仮に１．０００４（０．０４％の伸展）とすると、Ｙ軸方向の所望の結像倍率Ｍｙは、１．０００４×０．２（正規のパターン結像倍率）＝０．２０００８倍として求められる。投影レンズ３１０の焦点距離ｆｓが判明しているため、式１及び式２からａ＝９００．３ｍｍ、ｂ＝１８０．１３２ｍｍが得られる。そこで、マスク３３０を搭載したマスクステージのＺ変位を０．３ｍｍだけ移動し、ａの距離を長くする。その後、反射ミラー３６０上でオートフォーカスユニット３４０を用いて合焦位置を検出すれば、ｂの距離が初期値（１８０ｍｍ）よりも０．１３２ｍｍだけ長くなった状態で検知される。すなわち、投影レンズ３１０の位置を固定した状態で、マスク３３０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向の位置を変更することにより、ａとｂの距離（光路長）を修正し、結像倍率Ｍｏを所望の値（０．２０００８倍）に調節することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の装置によれば、加工対象のパターンＰ（１，１）のθ方向（回転方向）の位置ずれ量θｅとパターン結像倍率Ｍｙ（Ｙ軸方向のパターン収縮率Ｅｙに基づく）を補正した後、パターンＰ（１，１）をレーザ照射領域３１１に位置決めする。なおレーザ照射領域３１１でのレーザ光束の寸法は１ｍｍ×２５ｍｍ（Ｘ方向×Ｙ方向）である。
【００４１】
レーザ加工開始前の全ての準備が整った時点で、ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器は１００Ｈｚのパルス繰返し周波数で発振を開始する。その後マスク３３０と被加工物ホルダ３１２がそれぞれ矢印３１６、矢印３１７の方向に一定速度で移動する。ここで、レーザ発振周波数をＦ[Ｈｚ]、被加工物３２０上でのＸ軸方向のレーザ照射寸法をｗ、被加工物ホルダ３１２の走査速度をＶｓ[ｍｍ／ｓ]とすると、被加工物３２０表面におけるレーザパルスの重ね回数ｎは、式３によって決定される。
ｎ＝Ｆ×ｗ／Ｖｓ ・・・（式３）
すなわち、例えば被加工物ホルダ３１２が５ｍｍ／ｓで移動した場合、ｎは２０[回]となる。
【００４２】
ところで、Ｘ軸方向のパターン伸縮率Ｅｘを仮に１．０００２（０．０２％の伸展）とすると、Ｘ軸方向の所望の結像倍率Ｍｘは、１．０００２×０．２（正規のパターン結像倍率）＝０．２０００４倍とする必要がある。しかし、結像レンズ３１０の結像倍率はＹ軸方向のパターン収縮率Ｅｙに基づいてＭｙに変更されているので、マスクステージの移動速度Ｖｍ[ｍｍ／ｓ]を、被加工物ホルダ３１２の走査速度ＶｓとＸ軸方向のパターン収縮率ＥｘおよびＹ軸方向のパターン収縮率Ｅｙを用いて式４によって定まる値にする。
Ｖｍ＝Ｖｓ／（Ｅｘ／Ｅｙ×０．２） ・・・（式４）
上記したように、投影レンズ３１０の結像倍率Ｍｙを０．２０００８倍に設定したので、マスク３３０から出射するレーザ光束のＸ軸方向の寸法５ｍｍは、被加工物３２０上で１．０００４ｍｍになる。したがって、被加工物３２０表面におけるレーザパルスの重ね回数ｎを一定（２０回）とする場合、被加工物ホルダ３１２の走査速度Ｖｓは式３を変形して５．００２ｍｍ／ｓと求めることができる。
すなわち、例えば、Ｅｘ＝１．０００２、Ｅｙ＝１．０００４の条件下において、被加工物ホルダ３１２を５．００２ｍｍ／ｓで走査する場合、マスクステージの走査速度Ｖｍは、式４から２５．０１５ｍｍ／ｓと求めることができる。
【００４３】
この実施例の場合、被加工物３２０表面におけるレーザ照射エネルギ密度は、１パルス当たり約１Ｊ／ｃｍ２であり、パルス重ね回数ｎを２０回して加工を行うと、エポキシ樹脂の加工深さは１５μｍとなり、マスク３３０パターンを均一な深さで被加工物３２０表面に転写（投影加工）することができる。
【００４４】
ここで、結像倍率を変更することによるレーザ照射エネルギ密度について説明を補足する。
投影レンズ３１０の結増倍率Ｍｙを０．２０００８倍にした場合、被加工物３２０上におけるレーザ照射エネルギ密度は１／Ｅｙ２ となる。そして、Ｅｙ＝１．０００４とすると、上記１Ｊ／ｃｍ２は、０．９９９２Ｊ／ｃｍ２ となり、ほぼ同一と見なすことができる。
なお、必要に応じてエキシマレーザ発振器からのレーザ出力を増減させて、被加工物３２０上におけるレーザ照射エネルギ密度を調節してもよい。
【００４５】
被加工物３２０上のパターンＰ（１，１）に対する加工が終了すると、マスク３３０は加工前の初期位置に戻り、マスクアライメントユニット３１３及び３１４によってその位置が確認され、位置ずれが生じている場合は図示しないマスクステージによってマスク３３０の初期位置を調節し直す。また、被加工物３２０上の次の加工対象パターンＰ（１，２）に対してθ方向（回転方向）の位置ずれ量を検出し、以降上述した手順で加工を繰り返していく。
【００４６】
なお、θ方向の位置ずれの補正は、必要に応じて任意に定めた単位の個数のパターン群毎に行っても良い。
【００４７】
また、投影レンズ３１０の焦点距離の測定についても、加工パターン毎に測定し直すことに代えて、例えば被加工物３２０単位、あるいは１時間に１回程度の頻度で行うようにしても良い。このようにすると、レーザ加工装置の加工スループットの向上を図ることができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象のパターン毎に、あるいはパターン群毎にパターンの位置ずれ量と、Ｘ軸方向（レーザ照射の主走査方向）の伸縮量Ｅｘと、Ｙ軸方向（レーザ照射の副走査方向）の伸縮量Ｅｙを検出し、ＸＹＺステージ３１８の位置と投影レンズ３１０の結増倍率及びマスク３３０と被加工物ステージ３１２の相対的な走査速度を補正し加工を行うので、高性能なパッケージ基板を製造することができる。
【００４９】
なお、上記の実施例では、θステージ３１９を回転させることによって加工対象パターンの回転方向の位置ずれを補正したが、マスク３３０を保持するマスクステージのθ軸によって補正することもできる。
【００５０】
また、投影レンズ３１０の結像倍率を補正するために、マスク３３０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向の位置を調節したが、被加工物ステージ３１２の位置を固定してマスク３３０と投影レンズ３１０のＺ軸方向の位置を調節しても良いし、マスク３３０の位置を固定して投影レンズ３１０と被加工物ステージ３１２のＺ軸方向位置を調節する方法でも良い。いずれの方法においても、マスク３３０、投影レンズ３１０、被加工物ステージ３１２の内、少なくとも２つのＺ軸方向の位置を調節することによって、投影レンズ３１０の結像倍率を修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】本発明で使用するマスクの平面図（Ｃｒパターン面視）である。
【図３】本発明に係るオートフォーカスユニットの説明図である。
【図４】被加工物の仕様を示す図である。
【図５】レーザパターニング法の説明図である。
【図６】レーザパターニング法で製造されたパッケージ基板の配線パターンの平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
３１０ 投影レンズ
３２０ 被加工物
３３０ マスク
３４０ オートフォーカスユニット
３５１ テレビカメラ
Ｅｘ 伸縮量（主走査方向の伸縮量）
Ｅｙ 伸縮量（副走査方向の伸縮量）
Ｍ 投影レンズ３１０の結像倍率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定の投影レンズを挟みマスクと被加工物とを共役関係に配置し、前記マスクと被加工物とを同時に移動させることにより前記マスクに形成されたパターンを前記被加工物に投影加工するレーザ加工装置において、
前記被加工物表面に形成されたアライメントマークを観察する手段を設け、
前記被加工物の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、
伸縮量Ｅｘに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを補正することにより、
伸縮量Ｅｙに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを考慮して前記マスクまたは／および前記被加工物の移動速度を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記被加工物を保持して移動する被加工物ステージを回転させる回転ステージまたは前記マスクの保持手段を回転させる回転ステージを設け、前記被加工物と前記マスクとが回転方向にずれている場合は、前記回転ステージにより前記ずれを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記投影レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、
前記投影レンズ、前記マスクの移動手段、前記被加工物の移動手段のうちの２つをそれぞれ前記投影レンズの光軸方向に移動させる２つの移動手段設け、
前記焦点距離が予め定める値から変化した場合は、
前記２つの移動手段を動作させて前記結像倍率Ｍを一定に保つ
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記焦点距離測定手段は、投影レンズを利用した共焦点光学系である
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
投影レンズを利用して被加工物表面を観察する手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
固定の投影レンズを挟みマスクと被加工物とを共役関係に配置し、前記マスクと被加工物とを同時に移動させることにより前記マスクに形成されたパターンを前記被加工物に投影加工するレーザ加工装置において、
前記被加工物表面に形成されたアライメントマークを観察する手段を設け、
前記被加工物の主走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｘおよび副走査方向の設計値に対する伸縮量Ｅｙを求め、
伸縮量Ｅｘに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを補正することにより、
伸縮量Ｅｙに関しては前記投影レンズの結像倍率Ｍを考慮して前記マスクまたは／および前記被加工物の移動速度を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記被加工物を保持して移動する被加工物ステージを回転させる回転ステージまたは前記マスクの保持手段を回転させる回転ステージを設け、前記被加工物と前記マスクとが回転方向にずれている場合は、前記回転ステージにより前記ずれを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記投影レンズの焦点距離を測定する焦点距離測定手段と、
前記投影レンズ、前記マスクの移動手段、前記被加工物の移動手段のうちの２つをそれぞれ前記投影レンズの光軸方向に移動させる２つの移動手段設け、
前記焦点距離が予め定める値から変化した場合は、
前記２つの移動手段を動作させて前記結像倍率Ｍを一定に保つ
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記焦点距離測定手段は、投影レンズを利用した共焦点光学系である
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
投影レンズを利用して被加工物表面を観察する手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２２１２９９（Ｐ２００８−２２１２９９Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６５１５３（Ｐ２００７−６５１５３）
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（０００２３３３３２）日立ビアメカニクス株式会社 (237)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（０００２３３３３２）日立ビアメカニクス株式会社 (237)
【Ｆターム（参考）】
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