(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光されたパルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが入射し、外部からの制御によりパルスレーザビームの偏光方向を変えることができる偏光方向制御素子と、
前記偏光方向制御素子で偏光方向を制御されたパルスレーザビームの強度を偏光方向に依存して減衰させる減衰素子と、
前記減衰素子がパルスレーザビームの強度を減衰させるように、前記偏光方向制御素子を制御するドライバと、
加工対象物を保持する保持手段と、
前記減衰素子で減衰されたパルスレーザビームを、前記保持手段に保持された加工対象物上に集光させる集光レンズと
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記減衰素子が、偏光方向を制御された前記パルスレーザビームの進行方向に対して斜めに配置された偏光板であり、該偏光板で反射されたパルスレーザビーム及び該偏光板を透過したパルスレーザビームの一方が、前記集光レンズで、前記保持手段に保持された加工対象物上に集光される請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
少なくとも第１の層、第２の層及び第３の層がこの順番に積層された積層構造を有し、第２の層が、第１の層及び第３の層の材料よりもレーザビームでエッチングされやすい材料で形成された加工対象物を準備する工程と、
直線偏光されたパルスレーザビームを、偏光方向に依存して減衰量が変化する減衰素子に入射させ、減衰されたパルスレーザビームを、前記加工対象物の第３の層に入射させ、該第３の層を貫通する穴を形成する工程と、
前記減衰素子に入射するパルスレーザビームの偏光方向を変えてパルスレーザビームの減衰量を大きくし、減衰されたパルスレーザビームを、前記加工対象物の第３の層に形成された穴の底面の第２の層に入射させ、該第２の層を貫通し、前記第１の層の一部を露出させる穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置及び加工方法に関し、特に加工対象物にパルスレーザビームを入射させて穴を形成するレーザ加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
支持基板の表面上に内層配線、樹脂層、上層膜が形成されたプリント配線板にレーザビームを入射させて、上層膜及び樹脂層を貫通し、内層配線の一部を露出させる穴を形成することができる。内層配線及び上層膜は、通常、銅で形成されている。上層膜は、樹脂層よりもレーザビームによってエッチングされにくい。例えば、波長３５１ｎｍの紫外域のパルスレーザビームを用いる場合、上層膜に穴を形成するのに必要なパルスエネルギが約２０Ｊ／ｃｍ2であるのに対し、樹脂層に穴を形成するのに必要なパルスエネルギは約２Ｊ／ｃｍ2である。
【０００３】
上層膜に穴を形成するときには、レーザビームのパルスエネルギを２０Ｊ／ｃｍ2以上にする。上層膜を貫通する穴が形成されると、パルスエネルギを２Ｊ／ｃｍ2程度まで低下させ、樹脂層の加工が行われる。２Ｊ／ｃｍ2のパルスエネルギでは内層配線がエッチングされないため、内層配線に損傷を与えることなく、樹脂層を貫通する穴を形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
固体レーザのパルスエネルギの調整は、通常、パルス周波数を変えることにより行われる。例えば、パルス周波数を高くすると、パルスエネルギが低下する。従って、上層膜を貫通する穴が形成されると、パルス周波数を高くして樹脂層の加工を行う。ところが、パルス周波数を変化させると、レーザビームの品質、例えばパルスエネルギの安定性、拡がり角、ビームプロファイル等も変わってしまう。
【０００５】
また、一般に固体レーザ発振器の出力の調整は、ある特定のパルス周波数で行われる。従って、出力の調整されたパルス周波数以外のパルス周波数における出力は、レーザ発振器間でばらつく。例えば、上層膜を形成するときのパルス周波数で出力の調整が行われると、樹脂層を形成するときの出力が装置間でばらついてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、パルス周波数を変えることなく、材料の異なる複数層に穴あけを行うことができるレーザ加工装置及び加工方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、直線偏光されたパルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームが入射し、外部からの制御によりパルスレーザビームの偏光方向を変えることができる偏光方向制御素子と、前記偏光方向制御素子で偏光方向を制御されたパルスレーザビームの強度を偏光方向に依存して減衰させる減衰素子と、前記減衰素子がパルスレーザビームの強度を減衰させるように、前記偏光方向制御素子を制御するドライバと、加工対象物を保持する保持手段と、前記減衰素子で減衰されたパルスレーザビームを、前記保持手段に保持された加工対象物上に集光させる集光レンズとを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、少なくとも第１の層、第２の層及び第３の層がこの順番に積層された積層構造を有し、第２の層が、第１の層及び第３の層の材料よりもレーザビームでエッチングされやすい材料で形成された加工対象物を準備する工程と、直線偏光されたパルスレーザビームを、偏光方向に依存して減衰量が変化する減衰素子に入射させ、減衰されたパルスレーザビームを、前記加工対象物の第３の層に入射させ、該第３の層を貫通する穴を形成する工程と、前記減衰素子に入射するパルスレーザビームの偏光方向を変えてパルスレーザビームの減衰量を大きくし、減衰されたパルスレーザビームを、前記加工対象物の第３の層に形成された穴の底面の第２の層に入射させ、該第２の層を貫通し、前記第１の層の一部を露出させる穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００９】
パルスレーザビームの減衰量を調整することにより、レーザ光源の出力を変化させること無く、加工対象物の表面におけるレーザビームのパルスエネルギ密度を変化させることができる。これにより、穴を形成すべき材料に適したパルスエネルギ密度を有するレーザビームで加工を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、加工用のパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用いた固体レーザと波長変換素子とを含んで構成され、出射されるパルスレーザビームは直線偏光された第３高調波である。レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを用いた場合には、第３高調波の波長は３５１ｎｍである。なお、レーザ媒質として、Ｎｄ：ＹＡＧ以外にＮｄ：ＹＬＦやＮｄ：ＹＶＯ4を用いてもよい。波長変換素子として、ＢＢＯやＫＤＰ光学結晶を用いることができる。なお、第３高調波以外の紫外域の高調波を用いることも可能である。
【００１１】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、電気光学素子２に入射する。電気光学素子２は、ドライバ９から電圧を印加され、入射するレーザビームの偏光方向を旋回させる。旋回角は印加される電圧に依存する。レーザ光源１及びドライバ９は、制御装置１０により制御される。
【００１２】
電気光学素子２を通過したパルスレーザビームがマスク３に入射する。マスク３に設けられたビーム透過孔を透過したレーザビームが、偏光板４に入射する。偏光板４は、入射するレーザビームの入射角が４５°になるように配置されており、入射面に平行な偏光成分（Ｐ成分）を透過させ、入射面に垂直な偏光成分（Ｓ成分）を反射させる。偏光板４を透過したＰ成分のパルスレーザビームがダンパ８に入射する。
【００１３】
偏光板４で反射されたＳ成分のパルスレーザビームが、ガルバノスキャナ５に入射する。ガルバノスキャナ５は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ５で走査されたレーザビームがｆθレンズ６で集束され、ＸＹステージ７に保持された加工対象物１０に入射する。ｆθレンズ６は、マスク３のビーム透過孔を加工対象物２０の表面上に結像させる。
【００１４】
電気光学素子２でパルスレーザビームの偏光方向を旋回させると、Ｐ成分とＳ成分との強度比が変化する。これにより、加工対象物２０に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを変化させることができる。すなわち、偏光板４は、入射するパルスレーザビームの偏光方向に依存して減衰率を変えることができる減衰器として機能する。
【００１５】
図２を参照して、本発明の実施例によるレーザ加工方法について説明する。なお、必要に応じて図１が参照される。
図２（Ａ）に加工対象物２０であるプリント配線板の断面図を示す。ガラスエポキシからなる支持基板３０の表面上に、銅からなる内層配線３１が形成されている。内層配線３１を覆うように、支持基板３０の上にポリイミドからなる絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２の表面上に銅からなる上部層３３が形成されている。例えば、絶縁層３２の厚さは２５μｍであり、上部層３３の厚さは１２μｍであり、この２層に直径７５μｍの穴を形成する場合を考える。
【００１６】
まず、電気光学素子２を通過したパルスレーザビームが全てＳ成分になるように、電気光学素子２を制御する。このとき、レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームのほぼ全ての成分が加工対象物２０に入射する。加工対象物２０の表面におけるパルスエネルギ密度が２０Ｊ／ｃｍ2になるパルス周波数でレーザ光源１を動作させる。例えば、パルス周波数が３ｋＨｚ、出力が６Ｗである。パルスレーザビームが上部層３３に入射し、約１０ショットで上部層３３を貫通する穴３４が形成される。
【００１７】
レーザ光源１のパルス周波数を変化させることなく、加工対象物２０の表面におけるパルスエネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ2になるように電気光学素子２を制御する。より具体的には、電気光学素子２を通過したパルスレーザビームのＳ成分の強度が、レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームの強度の１０％になるように電気光学素子２を制御する。
【００１８】
図２（Ｂ）に示すように、約３０ショットで、穴３４の底面に露出した絶縁層３２を貫通する穴３５が形成される。このときのパルスエネルギ密度が２Ｊ／ｃｍ2であるため、穴３５の底面に露出した内層配線３１はほとんど損傷を受けない。
【００１９】
電気光学素子２の応答特性はＭＨｚオーダであり、パルスレーザビームのパルス周波数がｋＨｚオーダであるため、加工対象物２０に到達するパルスエネルギをパルス単位で切り替えることができる。
【００２０】
上記実施例では、穴あけ加工の途中でレーザ光源のパルス周波数が変動しない。このため、パルスレーザビームの品質が安定し、高品質の穴を形成することができる。また、使用するパルス周波数における出力特性を調整しておくことにより、予め出力特性が調整されているパルス周波数のみを用いて加工を行うことができる。これにより、レーザ発振器間の出力特性のばらつきに依存しない加工を行うことが可能になる。
【００２１】
上記実施例では、内層配線３１、絶縁層３２、及び上部層３３がこの順番に積層された加工対象物２０に穴を形成した。より一般的には、少なくとも第１の層、第２の層及び第３の層がこの順番に積層された積層構造を有し、第２の層が、第１の層及び第３の層の材料よりもレーザビームでエッチングされやすい材料で形成された加工対象物の第３の層及び第２の層を貫通する穴を形成することができる。このとき、穴の底面に露出した第１の層はほとんど損傷を受けない。
【００２２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルスレーザビームの減衰量を制御することにより、材料の異なる複数層に、各層の材料に適したパルスエネルギで穴あけ加工を行うことができる。パルス周波数を変える必要が無いため、パルスレーザビームの品質が安定し、高品質の穴を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】  本発明の実施例によるレーザ加工方法で加工される加工対象物及び加工された加工対象物の断面図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  電気光学素子
３  マスク
４  偏光板
５  ガルバノスキャナ
６  ｆθレンズ
７  ＸＹステージ
８  ダンパ
１０  制御装置
２０  加工対象物
３０  支持基板
３１  内層配線
３２  絶縁層
３３  上部層
３４、３５  穴
【図１】
0003667705.tif 000002
【図２】
0003667705.tif 000003