(57)【要約】【課題】  走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上させることができる技術を提供する。【解決手段】  光源から放射されたレーザ光を、走査器が走査する。第１の光学系が、走査器によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。第１の光学系は、走査器がレーザ光を走査することに伴って、第１の仮想平面内におけるレーザ光の通過位置が移動するように構成されている。第２の光学系が、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。第１の仮想平面内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、第２の仮想平面内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘよりも短い距離Ｙだけ移動するように、第２の光学系が構成されている。【選択図】  図１
2006259127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射する光源と、
前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、
前記走査器によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第１の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第１の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第１の光学系と、
前記第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第２の光学系であって、前記第１の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、前記第２の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Ｘよりも短い距離Ｙだけ移動するように構成された第２の光学系と
を備えた光学装置。
【請求項２】
前記第２の光学系は、前記距離Ｙが前記距離Ｘに比例するように構成されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第２の光学系が両側テレセントリック光学系である請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１の光学系がｆθレンズを含む請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
さらに、前記第２の光学系を通過したレーザ光が入射する位置に、前記第２の仮想平面とほぼ平行に被照射基板を保持する保持手段を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を走査する走査器を備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、レーザ光を用いて被加工基板に穴を形成するレーザ加工技術が開示されている。被加工基板の表面上におけるレーザ光の入射位置に穴が形成される。光源から放射されたレーザ光をガルバノスキャナ等の走査器によって走査することにより、レーザ光の入射位置を被加工基板の表面上で移動させることができる。これにより、被加工基板を静止させた状態で、その被加工基板に複数の穴を形成することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７３５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被加工基板に形成すべき穴の小径化が望まれている。穴径が小さい程、穴を形成する位置に高い精度が要求される。また、２つの穴をより近接して配置することが望まれる。しかし、走査器そのものの性能を改善することによって、レーザ光の入射位置の精度を向上させるには限界がある。
【０００５】
本発明の目的は、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上させることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、レーザ光を放射する光源と、前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、前記走査器によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第１の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第１の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第１の光学系と、前記第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第２の光学系であって、前記第１の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、前記第２の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Ｘよりも短い距離Ｙだけ移動するように構成された第２の光学系とを備えた光学装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
距離Ｙが距離Ｘよりも短くなるような構成とすることにより、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、実施例によるレーザ加工装置の構成を示す。光源１がレーザ光を放射する。光源１は、ＣＯ２レーザ発振器を含んで構成されている。光源１から放射されるレーザ光は、赤外域の波長（約１０μｍ）を有するパルスレーザ光である。
【０００９】
光源１から放射されたレーザ光が入射する位置に、マスク２が配置されている。マスク２には、ピンホール２ａが形成されていて、そのピンホール２ａの部分だけがレーザ光を通過させる。これにより、レーザ光のビーム径が制限されると共に、ビーム断面が整形される。マスク２を通過したレーザ光が入射する位置に、コリメータ３が配置されている。コリメータ３は、レーザ光をコリメートする。
【００１０】
コリメートされたレーザ光がミラー４で反射され、ガルバノスキャナ５に入射する。ガルバノスキャナ５は、Ｘ用ミラー５１及びＹ用ミラー５２を含む。Ｘ用ミラー５１は、１次元方向（Ｘ方向）にレーザ光を走査する。Ｙ用ミラー５２は、Ｘ用ミラー５１によるレーザ光の走査方向とは直交する１次元方向（Ｙ方向）にレーザ光を走査する。
【００１１】
ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光が入射する位置に、第１の光学系６が配置されている。第１の光学系６は、ｆθレンズからなる。第１の光学系６は、ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光を収束するとともに、第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
【００１２】
第１の仮想平面ＶＰ１を通過したレーザ光が入射する位置に、第２の光学系７が配置されている。第２の光学系７は、第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
【００１３】
第２の仮想平面ＶＰ２を通過したレーザ光Ｌが入射する位置に、被加工基板Ｗが配置されている。被加工基板Ｗは、プリント基板の中間生成体としての多層基板である。被加工基板Ｗは、ＸＹテーブル８によって、第２の仮想平面ＶＰ２とほぼ平行に保持されている。被加工基板Ｗの表面のうち、レーザ光Ｌの入射位置にビアホールが形成される。ＸＹステージ８は、被加工基板Ｗの位置を２次元方向に移動させる。なお、コリメータ３、第１の光学系６、及び第２の光学系７が、マスク２のピンホール２ａを、被加工基板Ｗの表面に結像させる。
【００１４】
被加工基板Ｗの表面上には、ビアホールを形成する被加工位置を示す加工点が多数（例えば、数千〜数万個）画定されている。ガルバノスキャナ５でレーザ光を走査することにより、被加工基板Ｗを静止させた状態で、ガルバノスキャナ５の走査可能な領域内に位置する被加工位置にレーザ光を入射させ、その位置にビアホールを形成することができる。
【００１５】
ガルバノスキャナ５で走査可能な領域内に配置されたすべての被加工位置にビアホールを形成したら、ＸＹステージ８が被加工基板Ｗの位置を移動させる。これにより、ガルバノスキャナ５で走査可能な領域内に、被加工基板Ｗの表面の未加工領域を配置することができる。この状態で被加工基板Ｗを静止させ、未加工領域内の被加工位置に穴あけ加工を行う。
【００１６】
図２に、第２の光学系７の概略図を示す。第２の光学系７は、第１の仮想平面ＶＰ１に垂直な光軸をもつ第１のレンズ７１と、第１のレンズ７１の光軸と一致する光軸をもち、かつ第１のレンズ７１の後側焦点を自己の前側焦点とするように配置された第２のレンズ７２とを含む。第１のレンズ７１及び第２のレンズ７２は、ともに凸レンズである。第２のレンズ７２の焦点距離Ｂは、第１のレンズ７１の焦点距離Ａよりも短い。第２のレンズ７２の有効径は、第１のレンズ７１の有効径よりも小さい。
【００１７】
第１のレンズ７１と第２のレンズ７２との間に、絞り７３が配置されている。第１のレンズ７１から絞り７３までの距離は、第１のレンズ７１の焦点距離Ａに等しい。絞り７３から第２のレンズ７２までの距離は、第２のレンズ７２の焦点距離Ｂに等しい。絞り７３は、第１のレンズ７１の後側焦点位置、即ち第２のレンズ７２の前側焦点位置に、レーザ光を通過させる開口をもつ。
【００１８】
このように第２の光学系７は、第１のレンズ７１、第２のレンズ７２、及び絞り７３を含む両側テレセントリック光学系を構成する。なお、第１のレンズ７１に対しては、この第１のレンズ７１の光軸に平行なレーザ光のみが入射するから、絞り７３は必須ではない。また、第２のレンズ７２として凹レンズを用い、ガリレオタイプのアフォーカル系により第２の光学系７を構成してもよい。
【００１９】
第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫いたレーザ光が、第１のレンズ７１に入射する。第１のレンズ７１に入射するレーザ光は、その伝搬方向が第１のレンズ７１の光軸に平行であるため、第１のレンズ７１の後側焦点を通る。第１のレンズ７１の後側焦点、即ち第２のレンズ７２の前側焦点を通って第２のレンズ７２に入射するレーザ光は、第２のレンズ７２を通過した後、第２のレンズ７２の光軸と平行に進む。従って、第２のレンズ７２は、自己に入射したレーザ光を、第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように伝搬させることができる。
【００２０】
第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光は、被加工基板Ｗの表面に入射する。被加工基板Ｗは、第２の仮想平面ＶＰ２とほぼ平行に保持されている。従って、被加工基板Ｗの表面には、レーザ光がほぼ垂直に入射する。そのため、ビアホールを被加工基板Ｗの表面にほぼ垂直に掘ることができる。
【００２１】
Ｙ用ミラー５２及びＸ用ミラー５１（図１参照）のうち少なくとも一方がレーザ光を走査することに伴なって、第１の仮想平面ＶＰ１内におけるレーザ光の通過位置が移動する。第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が移動するときは、第２の仮想平面ＶＰ２内におけるレーザ光の通過位置も移動する。
【００２２】
第２のレンズ７２の焦点距離Ｂが、第１のレンズ７１の焦点距離Ａよりも短いから、例えば第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときには、第２の仮想平面ＶＰ２内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘよりも短い距離Ｙだけ移動する。距離Ｙが距離Ｘの１／Ｎ倍になるように、第２の光学系７が構成されている。ここでＮは１よりも大きな実数であり例えば２である。
【００２３】
第１の光学系６としてｆθレンズを用いるから、上記距離Ｘは、ｆθレンズ６に入射するレーザ光とｆθレンズ６の光軸とのなす角度に比例する。上記距離Ｙは、上記距離Ｘに比例する。従って、上記距離Ｙ、即ち被加工基板Ｗの表面上におけるレーザ光の入射位置の移動距離が、ｆθレンズ６に入射するレーザ光とｆθレンズ６の光軸とのなす角度に比例するというｆθ特性は担保される。
【００２４】
ガルバノスキャナ５を作動させて変化させることのできるレーザ光の偏向角の最小分解能をθＭＩＮとする。ガルバノスキャナ５においてレーザ光の偏向角をθＭＩＮだけ変化させたときに、第１の仮想平面ＶＰ１上を移動するビームスポットの変位量をＸＭＩＮとする。このとき、第２の仮想平面ＶＰ２上を移動するビームスポットの変位量ＹＭＩＮは、ＸＭＩＮの１／Ｎ倍になる。このため、第１の仮想平面ＶＰ１の位置に被加工基板を配置する場合に比べて、形成する２つの穴を、より近接させることができる。
【００２５】
また、第２の仮想平面ＶＰ２上におけるビームスポットの位置ずれ量は、第１の仮想平面ＶＰ１上におけるビームスポットの位置ずれ量の１／Ｎ倍になる。このため、形成する穴の位置精度を高めることができる。
【００２６】
マスク２に形成された貫通孔２ａを円形にすることにより、ビーム断面の真円度を高めることができる。さらに、絞り７３に形成されている貫通孔を円形にすることにより、被加工基板Ｗ上におけるビームスポットの真円度を高めることができる。
【００２７】
図２に示した第１のレンズ７１及び第２のレンズ７２を、焦点距離の異なる他のレンズに置き換えることにより、第２の光学系７の縮小倍率を変化させることができる。また、第１のレンズ７１及び第２のレンズ７２を、その光軸方向に微小距離、例えば１ｍｍ程度移動させる機構を設けてもよい。レンズ位置の微調整を行うことにより、レンズの加工精度に起因する光学特性のばらつきを補償することができる。
【００２８】
図３に、被加工基板Ｗの断面図を示す。被加工基板Ｗは、コア層２０の上に、内層の銅層２１、及び樹脂層２２がこの順に積層された構造をもつ。この被加工基板Ｗに対し、上記レーザ加工装置を用いてビアホールを形成する。
【００２９】
図３(Ａ)に示すように、樹脂層２２の表面の加工すべき位置にレーザ光Ｌを入射させる。例えば、レーザ光Ｌのスポット径は３０μｍである。
図３(Ｂ)に示すように、形成される穴が樹脂層２２を貫通すると、ビアホール２５が完成する。なお、穴の底部に第１の銅層２１の表面が露出すると、光源１（図１参照）から放射された赤外域の波長（約１０μｍ）をもつレーザ光Ｌは、第１の銅層２１の表面で反射される。これにより、ビアホールの形成が自動的に終了する。
【００３０】
１つの被加工位置に穴が形成されると、レーザ光Ｌの入射位置を、次に加工する被加工位置に移動させる。レーザ光Ｌの入射位置の移動は、ガルバノスキャナ５（図１参照）を制御することにより行う。こうして、被加工基板Ｗに多数のビアホールを形成する。
【００３１】
図１及び図２に示した加工装置を用いることにより、被加工基板Ｗに形成する穴の最小間隔を小さくすることができる。さらに、穴の位置精度を高めることができる。
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、マスク２（図１参照）のピンホール２ａが被加工基板Ｗの表面に結像される構成としたが、必ずしもマスク２のピンホール２ａが結像されなくてもよい。
【００３２】
実施例ではビアホールを形成するレーザ加工装置について説明したが、本発明は、レーザ光を走査することにより、そのレーザ光の入射位置を移動させる光学装置、例えばレーザ描画装置、表面検査装置、あるいは情報読み取り装置等にも適用できる。上記コリメータ３、ｆθレンズ６、第１のレンズ７１、及び第２のレンズ７２は、赤外線透過材料としてのＧｅ、ＺｎＳ、又はＺｎＳｅ等を用いて構成することができる。この他、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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】第２の光学系の構成を示す概略図である。
【図３】被加工基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光源
２  マスク
３  コリメータ
４  ミラー
５  ガルバノスキャナ（走査器）
６  第１の光学系（ｆθレンズ）
７  第２の光学系（両側テレセントリック光学系）
ＶＰ１  第１の仮想平面
ＶＰ２  第２の仮想平面
Ｗ  被加工基板（多層基板）
【図１】
2006259127.tif 000003
【図２】
2006259127.tif 000004
【図３】
2006259127.tif 000005