(57)【要約】【課題】レーザビームを照射して、高品質の穴を形成する。【解決手段】第１の表面、及び第１の面とは反対側の第２の表面を有する加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生する光を観測しながら、第１の面の第１の位置にレーザビームを入射させ、加工対象物に穴を形成する。加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生した光を検出すると、加工対象物の第１の位置へのレーザビームの入射を停止させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の表面、及び該第１の面とは反対側の第２の表面を有する加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生する光を観測しながら、該第１の面の第１の位置にレーザビームを入射させ、該加工対象物に穴を形成する工程と、
（ｂ）前記加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生した光を検出すると、前記加工対象物の前記第１の位置へのレーザビームの入射を停止させる工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）が、前記加工対象物の第２の表面側の空間に入射した光の強度が基準値を超えたときに、前記加工対象物の前記第１の位置へのレーザビームの入射を停止させる工程を含む請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）が、前記加工対象物を貫通したレーザビームが散乱面に入射し、該散乱面によって散乱された光を検出する工程を含む請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）が、前記加工対象物の第２の表面側の空間に発生したプルームを検出する工程を含む請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
第１の表面、及び該第１の表面とは反対側の第２の表面を有する加工対象物を、該第２の表面側から保持するとともに、該第２の表面側に空洞を画定する保持台と、
前記保持台に保持された加工対象物の第１の表面にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、
前記空洞内に入射または発生した光を検出する光検出器と、
前記加工対象物を貫通する穴が形成されて、前記光検出器で光が検出されると、貫通した穴が形成された位置へのレーザビームの入射を停止させる制御装置とを有するレーザ加工装置。
【請求項６】
前記制御装置が、前記光検出装置によって基準値以上の強度の光が検出されたとき、貫通した穴が形成された位置へのレーザビームの入射を停止させる請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記保持台が、前記加工対象物の第２の表面に対向する散乱面を含み、前記光検出器が、前記散乱面に入射したレーザビームの散乱光を検出する請求項５または６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記レーザ光学系が、可視光の波長域以外の波長のレーザビームを前記加工対象物に入射させ、前記光検出器が、可視光の波長域の光を検出する請求項５に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームを照射して、加工対象物に穴を形成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスクロスの混入された、たとえばエポキシ樹脂等の樹脂層に、パルスレーザビームを照射して、樹脂層を貫通する穴を開ける場合、樹脂層内部におけるガラスクロスの粗密によって、加工される穴の品質にばらつきが生じる。（たとえば、特許文献１参照。）一般に、ガラスクロスのレーザ吸収率は、樹脂のそれよりも小さいため、ガラスクロスの混入密度の高い部分の樹脂層には、穴が開きにくい。したがって、樹脂層の複数の位置に、同じショット数のパルスレーザビームを照射して、各位置に、樹脂層を貫通する穴を開けようとすると、ガラスクロスが高密度に混入されている部分では、穴が樹脂層を貫通しない可能性が生じる。このため、ガラスクロスが密に混入されている部分の樹脂層にも貫通孔が形成されるように、フルエンスやショット数等を調整して、レーザ加工を行う。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８０５２４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガラスクロスが密に混入されている部分でも、十分貫通する穴が形成される条件で加工した場合、ガラスクロスの混入密度の低い箇所に形成される穴の断面形状は、樽状になる。このようにガラスクロスの混入された樹脂層に、一定の加工条件で、複数の穴を形成する場合、加工される穴の品質を一定に保つことは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、未貫通孔の発生を防ぎ、高品質の形状を有する貫通孔を形成することのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の表面、及び該第１の面とは反対側の第２の表面を有する加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生する光を観測しながら、該第１の面の第１の位置にレーザビームを入射させ、該加工対象物に穴を形成する工程と、前記加工対象物の第２の表面側の空間に入射または発生した光を検出すると、前記加工対象物の前記第１の位置へのレーザビームの入射を停止させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の観点によれば、第１の表面、及び該第１の表面とは反対側の第２の表面を有する加工対象物を、該第２の表面側から保持するとともに、該第２の表面側に空洞を画定する保持台と、前記保持台に保持された加工対象物の第１の表面にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、前記空洞内に入射または発生した光を検出する光検出器と、前記加工対象物を貫通する穴が形成されて、前記光検出器で光が検出されると、貫通した穴が形成された位置へのレーザビームの入射を停止させる制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００８】
上記レーザ加工方法または、レーザ加工装置を用いてレーザ加工を行うと、加工対象物に貫通孔が形成されたことを感知できるので、未貫通孔の発生を防ぎ、高い形状品質の穴を形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１、たとえばＣＯ２レーザ発振器から、パルスエネルギ１０ｍＪでパルスレーザビームが出射する。パルスレーザビームは、たとえば円形の貫通孔２ａを有するマスク２に入射し、断面形状をたとえば円形に整形された後、コリメーションレンズ３に入射する。コリメーションレンズ３は、入射したレーザビームを平行光線束にする。レーザビームは、必要に応じて配置される反射ミラー４、ガルバノスキャナ５、及びｆθレンズ６を経て、加工対象物７に入射する。ガルバノスキャナ５は、２枚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次元方向に高速で走査する。ｆθレンズ６は、レーザビームを加工対象物７上に集光する。加工対象物７は、たとえば厚さ５０μｍのエポキシ樹脂層の表面上に、厚さ１０μｍの銅層が積層された基板である。レーザビームは、加工対象物７の表面上に入射する。
【００１０】
加工対象物７は、保持台８上に保持されている。保持台８は、底面、及び底面の縁から立ち上がる側壁を有し、加工対象物７は、裏面を側壁上端に当接して載置される。加工対象物７を、保持台８上に載置することで、保持台８の底面、側壁、及び加工対象物７によって、加工対象物７の裏面側に空間（空洞）が画定される。
【００１１】
保持台８には、吸引穴９が形成されている。吸引穴９に取り付けられた真空ポンプ１０により、加工対象物７の裏面側に画定された空間（空洞）内が排気され、加工対象物７が保持台８に密着して載置される。また、保持台８の底面の空洞側には、たとえば金属で形成され、入射する光を散乱する散乱面８ａが形成されている。更に、保持台８には、光検出手段１１が備えられている。光検出手段１１は、たとえば赤外線を感知する光感知器１１ａ、及び制御装置１１ｂを含んで構成される。制御装置１１ｂは、光感知器１１ａによって感知された赤外線の強度が、あらかじめ設定されている基準値以上になった場合に、たとえばレーザの発振を停止させる制御信号を発生し、制御信号をレーザ光源１に伝達する。光検出手段１１は、加工対象物７の裏面側に画定された空間（空洞）に入射または発生する光を観測する。
【００１２】
たとえば複数ショットのＣＯ２レーザが、ｆθレンズ６で集光されて、加工対象物７の同一箇所に入射する。加工対象物７のレーザビームが入射する位置には、穴が１ショットごとに深く穿たれ、たとえば５ショットの照射で、加工対象物７（エポキシ樹脂層及び銅層）を貫通する穴が形成される。
【００１３】
加工対象物７に貫通孔が開くと、開いた貫通孔を通って、レーザビームが、加工対象物７の裏面側に画定された空間（空洞）に入射する。入射したレーザビームの一部は、散乱面８ａに到達し、空間（空洞）内に散乱される。散乱されたレーザビームは、光感知器１１ａによって感知され、感知されると、制御装置１１ｂがレーザ発振を停止させる制御信号を発生し、制御信号をレーザ光源１に伝達する。レーザ光源１は、たとえば直ちにレーザ発振を停止させ、加工対象物７の貫通孔が形成された位置への、レーザビームの入射が止められる。この後、再び、レーザビームが加工対象物７上の、次に貫通孔を形成する位置に入射するように、ガルバノスキャナ５が制御され、レーザ発振を再開する。これにより、加工対象物７に他の貫通孔を形成する。
【００１４】
上記のレーザ加工方法を用いると、光感知器１１ａにより、加工対象物７に貫通孔が形成されたことを読み取り、その後レーザビームの発振を停止させるので、未貫通状態の穴が生じず、また、レーザビームの過剰な照射を防止することができる。このため、貫通孔の断面形状が樽状になることを防止し、高品質の穴開け加工を実現することができる。
【００１５】
なお、光感知器１１ａによる赤外線感知後、直ちにレーザ発振を停止させるのでなく、たとえば加工対象物７上の貫通孔が形成された位置に、更に２ショットのパルスレーザビームを照射した後、レーザ発振を停止させるような信号を発生させ、レーザ光源１に伝達してもよい。赤外線感知後に照射するショット数は、たとえば加工条件により、適宜設定する。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。図１に示したレーザ加工装置に、新たにシャッタ１２が、マスク２とコリメーションレンズ３との間のレーザビームの光路上に加入されており、制御装置１１ｂで発生した制御信号は、レーザ光源１ではなく、シャッタ１２に伝達される。他の構成は、図１に示したレーザ加工装置と等しい。
【００１７】
レーザ光源１を出射した、たとえば複数ショットのパルスレーザビームが、第１の実施例で説明したのと同様の経路を辿って、加工対象物７上の所定位置に入射する。加工対象物７を貫通する穴が形成されると、形成された貫通孔を通過したレーザビームの一部は、散乱面８ａに入射し、散乱される。たとえば光感知器１１ａは、散乱面８ａによって散乱された赤外線を感知する。光感知器１１ａにより感知された赤外線の強度が、あらかじめ設定された基準値以上になった場合、制御装置１１ｂは、シャッタ１２によってレーザビームを遮蔽し、ビームを加工対象物７に入射させないようにする制御信号を発生し、シャッタ１２に伝達する。制御信号により、たとえば直ちにシャッタ１２は閉じられる。レーザビームはシャッタ１２に遮蔽され、加工対象物７の貫通孔が形成された位置には入射しない。この後、ガルバノスキャナ５が、レーザビームが加工対象物７上の、次に貫通孔を形成する位置に入射するように制御され、シャッタ１２が開かれる。これによって、加工対象物７に他の貫通孔を形成する。
【００１８】
上記のレーザ加工方法を用いると、第１の実施例と同様に、高品質の貫通孔を形成することができる。
【００１９】
また、図２に示すレーザ加工装置においては、シャッタ１２を、マスク２とコリメーションレンズ３との間のレーザビームの光路上に設置したが、レーザ光源１からガルバノスキャナ５に至るレーザビームの光路上であれば、任意の位置に設置することができる。
【００２０】
第１及び第２の実施例においては、赤外線を感知する光感知器１１ａを使用し、散乱面８ａで散乱される赤外線を検出したが、たとえばＣＣＤカメラを用い、可視光領域において、プルームを検出することもできる。
【００２１】
この場合、レーザビームの照射により、加工対象物７に貫通孔が形成され、加工対象物７の裏面側と保持台８とで画定される空間（空洞）にプルームが発生すると、ＣＣＤカメラが、発生したプルームを検出する。プルームの発生が確認されると、制御装置１１ｂが、レーザ光源またはシャッタに制御信号を伝達し、加工対象物７上の貫通孔が形成された位置への、レーザビームの入射を停止させる。
【００２２】
加工対象物７に照射するレーザビームが、たとえばＣＯ２レーザのような可視光の波長域以外の波長を有するレーザビームであっても、たとえばプルームのような可視光の波長域の光を、たとえばＣＣＤカメラ等の光感知器１１ａで検出し、検出結果に基いて、加工対象物７へのレーザビームの入射を停止させることができる。
【００２３】
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施例を説明するための図である。図３（Ａ）は、保持台１４上に加工対象物１５が保持され、保持台１４がＸＹステージ１３上に載置してある様子を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ３−Ｂ３線図である。
【００２４】
図１に示したレーザ加工装置において、保持台８上に保持された加工対象物７に替えて、ＸＹステージ１３上に載置されている保持台１４上に保持された加工対象物１５を配置する。
【００２５】
保持台１４は、内部が隔壁によって複数の空洞に分離されており、各空洞には、底面に、たとえば金属で形成され、入射する光を散乱する散乱面１４ａが、また、側面には、光感知器１４ｃ及び制御装置１４ｄを含んで構成される光検出手段１４ｂが、設けられている。光感知器１４ｃは、たとえば赤外線センサであり、制御装置１４ｄは、光感知器１４ｃによって感知された赤外線の強度が、あらかじめ設定されている基準値以上になった場合に、たとえばレーザの発振を停止させる制御信号を発生し、制御信号をレーザ光源１に伝達する。なお、各空洞は、平面視において、たとえば縦５ｃｍ横５ｃｍの正方形状に形成されており、加工対象物１５の１つのスキャンエリア（ガルバノスキャナ５のビーム走査可能領域）に対応している。たとえば、加工対象物１５に、ＣＯ２レーザを照射し、加工対象物１５の所定の位置に貫通孔を形成する。
【００２６】
ガルバノスキャナ５によるレーザビームの走査で、保持台１４の、ある１つの空洞部分の上にある加工対象物１５の所定位置に、貫通孔を形成する。貫通孔の形成に当たっては、たとえば第１の実施例で説明したように、散乱面１４ａで散乱されたレーザビームを、赤外線を感知する光感知器１４ｃで検出して、制御装置１４ｄの発生する制御信号で、レーザ光源１のレーザ発振を停止させる。
【００２７】
続いて、ＸＹステージ１３により保持台１４が移動され、他の空洞部分の上にある加工対象物１５が、ガルバノスキャナ５のビーム走査可能領域に進入し、新たな貫通孔が形成される。以下、同様の手順を繰り返し、加工対象物１５の所定位置に、貫通孔を形成することができる。
【００２８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、未貫通孔の発生を防ぎ、高品質の形状を有する貫通孔を形成することのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第３の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  マスク
２ａ  貫通孔
３  コリメーションレンズ
４  反射ミラー
５  ガルバノスキャナ
６  ｆθレンズ
７、１５  加工対象物
８、１４  保持台
８ａ、１４ａ  散乱面
９  吸引穴
１０  真空ポンプ
１１、１４ｂ  光検出手段
１１ａ、１４ｃ  光感知器
１１ｂ、１４ｄ  制御装置
１２  シャッタ
１３  ＸＹステージ
【図１】
2004249310.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004249310.tif 000005