(57)【要約】【課題】  高品質のレーザ加工を行う。【解決手段】  （ａ）結像位置と試料表面との位置関係が異なる複数の照射条件で、レーザビームを試料に照射して穴を形成する。（ｂ）試料に第１の断面形状の穴が形成される照射条件を決定する。（ｃ）工程（ｂ）で決定された照射条件で、レーザビームを加工対象物に照射する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）結像位置と試料表面との位置関係が異なる複数の照射条件で、レーザビームを試料に照射して穴を形成する工程と、
（ｂ）前記試料に第１の断面形状の穴が形成される照射条件を決定する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で決定された照射条件で、レーザビームを加工対象物に照射する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザビームの焦点深度が０．５ｍｍ以上である請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第１の断面形状は、中央部が浅く周辺部が深い形状である請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物に照射するレーザビームの最適なビームプロファイル（強度分布）は、アプリケーションに応じて様々である。一般的に、ビームプロファイルは「ガウシアン型」、「トップフラット型」、「凹型」の３種類に分類される。
【０００３】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に一般的なレーザビームプロファイルを示す。横軸は位置を示し、縦軸はビーム強度を示す。
【０００４】
図３（Ａ）は、「ガウシアン型」のビームプロファイルである。ビーム中央部の強度が周辺部よりも強い。たとえば「ガウシアン型」のビームプロファイルをもつレーザビームを用いて穴開け加工を行った場合、形成される穴の断面は中央部が深く周辺部が浅い形状となる。
【０００５】
図３（Ｂ）は、「トップフラット型」のビームプロファイルである。ビーム中央部の強度と周辺部の強度とがほぼ等しい。たとえば「トップフラット型」のビームプロファイルをもつレーザビームを用いて穴開け加工を行った場合、形成される穴の断面は中央部の深さと周辺部の深さとがほぼ等しい形状となる。
【０００６】
図３（Ｃ）は、「凹型」のビームプロファイルである。ビーム中央部の強度が周辺部よりも弱い。たとえば「凹型」のビームプロファイルをもつレーザビームを用いて穴開け加工を行った場合、形成される穴の断面は中央部が浅く周辺部が深い形状となる。
【０００７】
これら３種類のビームプロファイルを成形する数多くの技術が考案され、実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。しかしそれらにおいてはレンズの複雑な組み合わせや非球面レンズのような特殊レンズを使用する光学系が採用されている。このためコストアップやレンズ調整の複雑化という問題が生じる。
【０００８】
レーザ加工において、透光領域と遮光領域とを備えるマスクを通過した後のレーザビームの回折光を多く取り込むほど、加工点（結像点）での結像性能が向上することが知られている。結像性能とはマスク面でのイメージを加工点に転写する際の再現性に類するものであり、再現性にはマスク形状、縮小率（Ｍ値）、ビームプロファイル等が含まれる。
【０００９】
しかし結像性能が高くても、たとえばレーザ光源としてＣＯ２レーザ発振器を用いた場合には、ＣＯ２レーザの波長の長さゆえ、加工点においてビームプロファイルを忠実に再現することは困難である（回折限界）。たとえばガウシアン型で与えられるＣＯ２レーザのビームプロファイルをマスクイメージング法で加工点に転写した場合、結像性能が十分に高くても加工点でのビームプロファイルはガウシアン型になりにくい。このため従来技術においては、各種レンズを複雑に組み合わせて使用することでビームプロファイルの制御を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１３７０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、簡易に高品質の加工を行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、（ａ）結像位置と試料表面との位置関係が異なる複数の照射条件で、レーザビームを試料に照射して穴を形成する工程と、（ｂ）前記試料に第１の断面形状の穴が形成される照射条件を決定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で決定された照射条件で、レーザビームを加工対象物に照射する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易に高品質の加工が可能なレーザ加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例によるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、試料に形成された穴の断面形状を示す。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、一般的なレーザビームプロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は実施例によるレーザ加工方法を行うレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置は、レーザ光源１０、コリメートレンズ１１、マスク１２、凸レンズ１３、可変アパーチャ１４、集光レンズ（集光光学系）１５、レンズ移動機構１６、制御装置１７、及びステージ２０を含んで構成される。
【００１６】
レーザ光源１０はたとえばＣＯ２レーザ発振器を含み、制御装置１７からの制御信号を受けて、ＣＯ２レーザのパルス波（レーザビーム４０）を出射する。レーザビーム４０は、入射光を平行光として出射するコリメートレンズ１１を透過することにより、平行光としてマスク１２に入射する。マスク１２は透光領域と遮光領域とを備える。マスク１２に入射したレーザビーム４０は、遮光領域の縁で画定される形状に断面を整形されて透光領域を通過し、凸レンズ１３を経由して可変アパーチャ１４に入射する。
【００１７】
可変アパーチャ１４は透光領域と遮光領域とを有し、透光領域のサイズ（アパーチャ径）を変化させることができる。凸レンズ１３を出射したレーザビーム４０のうち、可変アパーチャ１４の透光領域を通過した光は集光レンズ１５に入射する。可変アパーチャ１４の遮光領域は、マスク１２を通過した後のレーザビーム４０の回折光を遮蔽する。
【００１８】
集光レンズ１５はレンズ移動機構１６に保持されており、制御装置１７はレンズ移動機構１６に制御信号を送信し、レンズ移動機構１６を介して集光レンズ１５をレーザビーム４０の光軸方向と平行な方向に移動させることができる。
【００１９】
集光レンズ１５を透過したレーザビーム４０は、ステージ２０上に保持された加工対象物３０に入射する。加工対象物３０はたとえば銅等の金属で形成された下地部材上に、たとえばポリイミドで形成された樹脂層が積層された基板である。レーザビーム４０は、加工対象物３０の樹脂層に入射し、たとえば樹脂層に穴を開ける穴開け加工が行われる。
【００２０】
ステージ２０はたとえばＸＹステージである。制御装置１７から与えられる制御信号により、たとえば加工対象物３０をレーザビーム４０の光軸方向と垂直な２次元方向に移動させることができる。
【００２１】
なお、マスク１２の位置を通過するレーザビーム４０は、凸レンズ１３及び集光レンズ１５により、加工対象物３０の表面に結像させることができる。また、レンズ移動機構１６で集光レンズ１５を移動させることにより、結像位置を加工対象物３０表面の位置と異ならせることができる。これによって加工対象物３０表面に入射するレーザビーム４０のビームプロファイルを変化させることができる。
【００２２】
以下、実施例によるレーザ加工方法を説明する。
【００２３】
まず、可変アパーチャ１４の透光領域のサイズを調整することにより、結像位置における焦点深度（裕度）を０．５ｍｍ以上とする。透光領域のサイズを小さくし、遮光領域のサイズを大きくすることで可変アパーチャ１４に入射するレーザビーム４０の回折光の遮蔽量を増加させることができる。回折光の遮蔽量の増加（取り込み量の減少）に伴い焦点深度は深くなる。実施例によるレーザ加工方法においては、焦点深度が０．５ｍｍ以上となるように、可変アパーチャ１４の透光領域を狭め、回折光の取り込み量を制限する。
【００２４】
次にステージ２０上のレーザビーム４０入射位置に試料を載置する。試料はたとえば加工対象物３０と等しい構成を有する基板である。
【００２５】
続いて、マスク１２の結像位置と試料表面との位置関係が異なる複数の照射条件、すなわち複数の異なるビームプロファイルで、レーザビーム４０を試料に照射し、試料のポリイミド層に複数の穴を形成する。結像位置と試料表面との位置関係は、レンズ移動機構１６で集光レンズ１５を、レーザビーム４０の光軸方向に変位させることで異ならせることができる。たとえばパルスレーザビーム４０（レーザパルス）を１ショット、試料に入射させ、入射位置のポリイミド層に穴を形成した後、集光レンズ１５の変位とステージ２０の移動とを行い、試料の異なる位置に異なるビームプロファイルをもつレーザパルスを入射させて当該位置に断面形状の異なる穴を形成する。
【００２６】
０．５ｍｍ以上の深い焦点深度となるように可変アパーチャ１４径を調整しているため、図１に示すレーザ加工装置の結像性能は低下し、結像位置でのビームプロファイル持続性（集光レンズ１５を変位させたときのビームプロファイル変化の鈍感度）は向上している。このため、高精度、安定的、容易にビームプロファイルの制御を行うことができ、高い制御性で異なる複数の断面形状の穴を形成することができる。
【００２７】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、試料に形成された穴の断面形状を示す。図２（Ａ）に示すのは、中央部が浅く周辺部が深い形状である穴の断面である。図２（Ａ）に示す穴は、レーザビーム４０が、たとえば図３（Ｃ）に一例を示した凹型のビームプロファイルとなる位置で試料に入射した結果、形成されるものである。
【００２８】
図２（Ｂ）に示すのは、中央部の深さと周辺部の深さとがほぼ等しい形状である穴の断面である。図２（Ｂ）に示す穴は、レーザビーム４０が、たとえば図３（Ｂ）に一例を示したトップフラット型のビームプロファイルとなる位置で試料に入射した結果、形成されるものである。
【００２９】
図２（Ｃ）に示すのは、中央部が深く周辺部が浅い形状である穴の断面である。図２（Ｃ）に示す穴は、レーザビーム４０が、たとえば図３（Ａ）に一例を示したガウシアン型のビームプロファイルとなる位置で試料に入射した結果、形成されるものである。
【００３０】
試料に複数の穴を形成した後、穴の断面形状に基づいて、加工対象物３０の樹脂層に開けようとする形状の穴が形成される照射条件を決定する。たとえば図２（Ａ）に示すような、中央部が浅く周辺部が深い断面形状をもつ穴を形成しようとするときには、試料に当該断面形状の穴が形成された集光レンズ１５の位置と等しい位置に集光レンズ１５を配置することを決定する。そして決定された照射条件で、レーザビーム４０を加工対象物３０に照射する。
【００３１】
実施例によるレーザ加工方法によれば、図１に示すような簡易な光学系で構成されるレーザ加工装置を用いて、レーザビームのプロファイルを制御し、高精度、高品質で多様な加工を行うことができる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
レーザ加工一般に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  レーザ光源
１１  コリメートレンズ
１２  マスク
１３  凸レンズ
１４  可変アパーチャ
１５  集光レンズ
１６  レンズ移動機構
１７  制御装置
２０  ステージ
３０  加工対象物
４０  レーザビーム
【図１】
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【図３】
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【図２】
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