(57)【要約】【課題】ガスレーザー装置の動作方法。【解決手段】ガスレーザー装置の動作時、特にＣＯ２レーザーを使用することにより、それぞれ所定のパルス（ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、ＬＰＦ３）は、動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）において基板の特定の加工位置に偏向され、その後レーザー偏向は、ジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）において、次の加工位置に調整される。レーザー共振器の冷却のばらつきと、レーザーによって開けられた穴の、加工位置の間の不均等な間隔とそれに対応するジャンプ段階の不均等な長さによる穴品質のばらつきを抑えるため、高周波励起エネルギー（ＲＦ）は、ジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）の間もレーザー共振器に断続的に印加され、共振器のエネルギーレベルが動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の間とほぼ同じ高さに維持されるようになっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスレーザー、特にＣＯ２レーザーからなり、各動作段階（ＡＰＨ）において所定の励起レベルを発生させるために高周波電圧（ＲＦ）が印加され、所定の繰り返し周波数を有するパルス状レーザービーム（ＬＰ）がＱスイッチ（４）によって発生させられる、ガス充填レーザー共振器（１）において、レーザービームはそれぞれ偏向装置（１０）によって加工位置へ偏向され、動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の間に所定の数のパルス（ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、ＬＰＦ３）を出射し、その後ジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）の間に、前記偏向装置（１０）によって、次の加工位置に向けられ、前記レーザービーム（ＬＰ）は、１つの加工位置から次へ加工位置への各ジャンプ段階にはスイッチオフされてパルスを外部に放出しない、基板を加工するためのガスレーザー装置を動作する方法において、
前記高周波励起エネルギー（ＲＦ）は、前記ジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）の間、前記レーザー共振器（１）に断続的に印加され、これにより共振器のエネルギーレベルが前記動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の間とほぼ同じ高さに維持されるようになっていることを特徴とした、ガスレーザー装置の動作方法。
【請求項２】
それぞれレーザービームの全体のジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）の間、高周波励起エネルギー（ＲＦ）は、所定のパルス／分離間隔の比率（ｔ１、ｔ２）で変調されることを特徴した、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の後、高周波励起電圧（ＲＦ）は、所定の時間間隔で所定のパルス／分離間隔の比率（ｔ１、ｔ２）でそれぞれ変調され、その後、次の動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の開始までの所定の分離時間（ＰＺ）の間、決められた方法でスイッチオフ又はスイッチオンされることを特徴とした、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
動作段階（ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３）の後、高周波励起電圧（ＲＦ）は、最初に所定の分離時間（ＰＺ）だけスイッチオフされ、次に特定のパルス／分離間隔の比率（ｔ１、ｔ２）で変調されることを特徴とした、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ジャンプ段階（ＳＰＨ１、ＳＰＨ２）の始めと終わりの高周波励起エネルギー（ＲＦ）は、特定の分離時間（ＰＺ）だけスイッチオフ又はスイッチオンになり、残りのジャンプ段階の間、所定のパルス／分離間隔の比率（ｔ１、ｔ２）で変調されることを特徴とした、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
レーザー装置のスタンバイ動作モードの間、高周波励起電圧（ＲＦ）が断続的に印加されることを特徴とした、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
断続的高周波励起レベルのためのパルス／分離間隔の比率（ｔ２／ｔ１）の調整のため、前記共振器（１）のエネルギーレベルが、テスト穴を穿孔し、引き続いて穴の品質を調査することによって得られることを特徴とした、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
断続的高周波励起レベルのためのパルス／分離間隔の比率（ｔ２／ｔ１）の調整のため、前記共振器（１）のエネルギーレベルが、テストパルスを放射してパルス高さを測定することによって得られることを特徴とした、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記パルス高さは、フォトダイオードによって測定されることを特徴とした、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザー、特にＣＯ２レーザーを使って基板を加工するためのガスレーザー装置の動作方法に関し、各動作段階において所定の励起レベルを発生させるために高周波電圧が印加され、Ｑ（quality）スイッチによって、所定の繰り返し周波数を有するパルス状レーザービームが発生させられる、ガス充填レーザー共振器において、レーザービームは、偏向装置によって加工位置にそれぞれ偏向され、所定の数のパルスが、動作段階の間にそこで発生させられて、次に偏向装置によって、ジャンプ段階で次の加工位置に向けられ、１つの加工位置から次の加工位置への各ジャンプ段階ではレーザービームはスイッチオフされてパルスが外部に発射されないことを特徴とした、ガスレーザー装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板を加工する方法は、公知である。例えば、ＤＥ１０１４５１８４  Ａ１（特許文献１）は、ＣＯ２レーザーが好適に使われる、回路基板へのレーザー穿孔方法を記載している。ＣＯ２レーザーを用いて回路基板に穴を開ける場合、各穴ごとに所定の数のレーザーパルスが必要となり、これは用途によって異なる。かかるパルスのシーケンスは、バーストとも呼ばれる。一定で再現可能な穴の品質には、絶対的パルス高さと同じように一つのパルスシーケンス（パルス列）におけるパルス高さの推移が、一つのパルスシーケンスから次のパルスシーケンスまで同一であることが必要とされる。決められたパルス周波数を有するパルスが発射される時間からパルスが発射されない時間に対するパルス使用率は、負荷サイクルと呼ばれる。利用可能なレーザーの高パルス出力のため、ガスが冷却されずに効率が低減する可能性があるので、この負荷サイクルは、固有値を超えてはならない。
【０００３】
ＷＯ  ０２／０８２５９６  Ａ２（特許文献２）は、共振器に冷却装置が設けられた用途向けのＣＯ２レーザー源を記載している。各パルスシーケンスにおける共振器のエネルギー定量については、共振器内の温度又はエネルギー定量が同じレベルに維持され、従ってこのパルスシーケンス内のパルスも同じ大きさになるように、冷却を調整することができる。しかしながら、パルスシーケンスにおいてパルス数が多すぎる場合、パルス高が下がることに注意すべきである。
【０００４】
しかし、穿孔プログラムにおいて、各穴の間の間隔が異なり、従って、レーザーも異なった間隔でスイッチオフされる時、パルス列の間で異なった長さのジャンプ段階になる場合、問題が生じる。即ち、高出力の範囲では、レーザー共振器でのガスの冷却時間の長さが違うので、効率と、パルスシーケンスごとのパルスのレベルが変わる。従って、これが穴の品質の再現性に影響してくる。
【０００５】
対応する追加待ち時間によって、穴ごとの不均等な動作時間の悪影響を補償し、パルスシーケンスの間の一致させた持続時間の時間間隔を確実にすることは可能かも知れないが、その結果、パルスシーケンスの間で可能性のある最大の間隔を必ず予想する必要があるだろう。このように、穿孔工程は、全体として非常に遅くなり、従って処理能力も落ちる。
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ１０１４５１８４  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ  ０２／０８２５９６  Ａ２
【発明の開示】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、加工位置の間隔や、対応するレーザービームのスイッチオフ時間が異なる場合でも、何ら時間の付加損失なしに、全ての加工位置において一定の加工品質が得ることができるようにした、最初に述べたようなレーザー加工装置の動作方法を改善することにある。
【０００８】
本発明によれば、共振器のエネルギーレベルが動作段階時とほぼ同じ高さに維持されるように、ジャンプ段階時に高周波励起電圧（高周波ポンピング電圧）をレーザー共振器に断続的（間欠的）に印加することにより、この目的は達成される。
【０００９】
本発明によって定義されるように、レーザー共振器における高周波電圧の駆動により、パルスシーケンスとパルス分離間隔の間の、パルス使用率と負荷サイクルはそれぞれ、レーザースイッチオフの時でも、ほぼ同じレベルに維持され、ガスの冷却も決められた方法で制御され、従って共振器のエネルギーレベルも分離間隔で同じに維持されるようになっている。このように、レーザーが再びスイッチオンになると、前のパルスシーケンスの時と同じ高さのパルスが直ちに発射され得る。
【００１０】
高周波励起電圧を用いた共振器の駆動は、ジャンプ段階において異なるバージョンで実行可能である。例えば、これらのジャンプ段階の間に、高周波電圧を継続的に変調することができる。しかし、ジャンプ段階の最初及び／又は最後において決められたスイッチオフ時間に対して、ＲＦ電圧を完全にスイッチオフ又はスイッチオンしたり、残りの時間だけ、所定のパルス使用率を有する変調電圧を印加することも可能である。
【００１１】
更に、本発明の方法を拡大して、特定の加工領域を加工するジャンプ段階の間だけではなく、例えば１つの加工領域から次へ移る、より長い分離間隔の間、又はシステムのスタンバイ動作状態の間にも、共振器での高周波電圧の変調が継続する効果が得られる。
【００１２】
本発明の変調のために必要なパルス使用率を得るために、多様な基準、特に具体的なレーザー共振器の特性を考慮すべきである。従って、このパルス使用率は、実験から、例えば、レーザースイッチオフにした状態での高周波電圧の、異なったパルス／分離間隔の比率を用いてテスト穴を穿孔し、その穴の品質を調査することによって、得られることが望ましい。しかし、レーザーのテストパルスを発射してパルス高さを測定することによって共振器の中のエネルギーレベルを得ることも可能である。この工程で、パルス高さは、フォトダイオードなどを用いて測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面による実施の形態を参照して、本発明を以下により詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本発明の方法ためのレーザー装置を示す。ここで、混合ガス、好適にはＣＯ２、が充填されたチャンバーからなる共振器１が設けられ、そこに電極装置２を経由して高周波電圧ＲＦが印加される。更に、共振器１は、対応する冷却液を接続して構成される冷却装置３により冷却される。対応するパルス起動部５を介して高周波電圧が供給される、電気光学モジュレータの形をしたＱ（quality）スイッチ４により、概略的にのみ図示されたミラー配置６に助けられて、窓７を経て共振器１の内部にパルスが照射され、更にミラー配列８を経由して導かれる。小さい空間にミラーをうまく配列することにより、動作共振器の有効長さが長くなる。このようにして、例えば穴を開ける各動作位置でこの加工対象物を加工するために、出力窓９を経て共振器から出力されて可動ミラー配列を有する偏向装置１０を経由して偏向されたレーザーパルスＬＰが加工対象物１１に対して発生される。加工対象物１１は、位置調整可能なテーブル１２上に配置されるが、これは、加工対象物の具体的な加工領域をそれぞれレーザービームの範囲内に移動できることを意味する。テーブル１２と偏向装置１０は、位置決め装置１３によって制御され、これは更に中央制御装置１４によって制御される。この中央制御装置１４はまた、共振器の高周波電圧ＲＦと、Ｑスイッチ４及びその起動部５を介してパルスの発生を、それぞれ調整する。図１によるこのシステムは公知であり、その本質的要素はＷＯ  ０２／０８２５９６  Ａ２（特許文献２）に記載されている。
【００１５】
図２は、通常の動作モードによる図１記載の装置のパルス波形を示す。パルスシーケンスを開始するため、制御装置１４は時間ｔｂ１の時点で共振器に高周波電圧ＲＦを印加し、この印加された電圧の間は励起状態にある。そして、制御装置５がトリガパルスＴＰをＱ（quality）スイッチ４に加えた場合、共振器はレーザーパルスＬＰの対応するシーケンスを放射することになる。
【００１６】
図３は、回路基板上に異なる間隔で穴を開ける際の、対応するパルスシーケンス（パルス列）を示す（図３乃至６において、全ての記号は、例えば低い方をアクティブとして示す；もちろん、高い方をアクティブとして図示することもできる）。個々の動作段階ＡＰＨ１、ＡＰＨ２及びＡＰＨ３は、それぞれ穴を穿孔する働きをし、一方各動作段階の間のジャンプ段階ＳＰＨ１及びＳＰＨ２はそれぞれ第１の穴から第２の穴などへのビーム偏向のジャンプを可能にする、という実施例が示されている。図３からわかるように、開けられる穴の間隔の寸法が異なるので、ジャンプ段階の長さは異なっている。実際、間隔は、例えば２００μｍから５０ｍｍの範囲で、ジャンプには約２００μｓから３００ｍｓかかる。図３から更にわかるように、ジャンプ段階ＳＰＨ１及びＳＰＨ２の間、（トリガパルスなしによる）レーザービームのみがスイッチオフされるのではなく、共振器の高周波電圧ＲＦもスイッチオフされる。この結果、ジャンプ段階の異なる長さに応じて、共振器の冷却やエネルギーレベルの減少が違ってくる。
【００１７】
図４は、本発明による動作モードの第１の実施例を示す。ここで、従来方法の時と同じように、レーザーのトリガは、ジャンプ段階でＱスイッチを経由して停止させられる。しかし、ジャンプ段階ＳＰＨから動作段階ＡＰＨまで（「ＲＦ出力オフ」から「ＲＦ出力オン」まで）の合計のバランスが取れるように、ＲＦ（高周波）出力は、ジャンプ段階の間中、ｔ１：ｔ２の所定のパルス占有率で断続的（間欠的）に印加される。このように、動作段階ＡＰＨに比べてより大きい電圧段階ＳＰＨが補償され、バランスの取れたエネルギーレベルが達成される。
【００１８】
図５は、動作段階ＡＰＨ１からＡＰＨ３と中間のジャンプ段階ＳＰＨ１及びＳＰＨ２が先の実施例と同じ長さを有したまま、少し変更した実施の形態を示す。この場合、ＲＦ出力の断続的変調は、それぞれジャンプ段階のちょうど開始時に生成される。しかし、その後、共振器の励起は、次の動作段階が開始するまでの期間ｔ３を有する所定の分離時間ＰＺの間、永続的にスイッチオフ又はスイッチオンになる。
【００１９】
図６に示すように、別のバージョンでは、ジャンプ段階ＳＰＨ１及びＳＰＨ２をそれぞれ、期間ｔ３あるいは異なる期間の定められた分離時間ＰＺで開始し、その後、次の動作段階の開始まで断続ＲＦ出力を共振器に印加することが可能である。また、図５及び６のバージョンを組み合わせて、すなわちジャンプ段階の始めと終わりに分離時間をそれぞれ持ち、その間に断続ＲＦ出力を共振器に印加して、いずれの場合も次の動作段階の開始時に、共振器の温度とエネルギーレベルがそれぞれ、前の動作段階での比率に対応するようにさせることも、可能である。その結果としてのレーザーパルス列ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、及びＬＰＦ３と、動作段階ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、及びＡＰＨ３もまた、長さが異なる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の動作方法のためのガスレーザー装置の概略図である。
【図２】レーザーパルスを発生させるためのレーザー共振器内における有効な様々な信号を示す図である。
【図３】従来の方法における動作段階及びジャンプ段階中のレーザー共振器に対する活性化パルスを含む時間依存図である。
【図４】本発明の方法における第１の実施例でのレーザー共振器に対する活性化パルスを含む、対応する時間依存図である。
【図５】本発明の方法における第１の実施例とは異なる第２の実施例でのレーザー共振器に対する活性化パルスを含む、対応する時間依存図である。
【図６】本発明の方法における第１及び第２の実施例と異なる第３の実施例でのレーザー共振器に対する活性化パルスを含む、対応する時間依存図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…ガス充填レーザー共振器、２…電極装置、３…冷却装置、４…Ｑ（quality）スイッチ、５…起動部（制御装置）、６…ミラー配置、７…窓、８…ミラー配列、９…出力窓、１０…偏向装置、１１…被加工物、１２…テーブル、１３…位置決め装置、１４…中央制御装置、
ＲＦ…高周波電圧（高周波励起エネルギー）、ＬＰ…パルス状レーザービーム、ＡＰＨ１、ＡＰＨ２、ＡＰＨ３…動作段階、ＬＰＦ１、ＬＰＦ２、ＬＰＦ３…パルス、ＳＰＨ１、ＳＰＨ２…ジャンプ段階、ＰＺ…間隔時間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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