(57)【要約】【課題】加工対象物を加工する時間を短縮する。【解決手段】第１の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームと第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームとに分岐させる。第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第１の加工対象物に入射させて加工する。第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームの少なくとも１つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、第２の加工対象物に入射させて加工する。【選択図】　　　図１
2004098121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームと第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームとに分岐させる工程と、
前記第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第１の加工対象物に入射させて加工する工程と、
前記第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームの少なくとも１つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、第２の加工対象物に入射させて加工する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の加工対象物が、樹脂部材と該樹脂部材の表面上に密着した金属膜とを有し、前記第２の加工対象物が、樹脂部材と該樹脂部材の表面上に密着した金属膜と、該金属膜を貫通する穴とを有し、前記第１の加工対象物を加工する工程が、前記第１の加工対象物の金属膜に、該金属膜を貫通する穴を形成する工程を含み、前記第２の加工対象物を加工する工程が、該第２の加工対象物の金属膜を貫通する穴の底面に露出した樹脂部材に、穴を形成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３】
前記第１の加工対象物の金属膜を貫通する穴を形成する時間と、前記第２の加工対象物の樹脂部材を貫通する穴を形成する時間とのうち、長い方の時間を第１の時間とし、短い方の時間を第２の時間とするとき、前記第２の時間が、前記第１の時間の５０％以上となるように、前記第１の光路に沿って伝搬するレーザビームを分岐させ、または、前記第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを分割する請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
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を、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームとに分岐させるとともに、該第１のパルスレーザビームを第１の加工領域内の加工対象物に入射させる第１の光学系と、
前記第２のパルスレーザビームが入射され、該第２のパルスレーザビームの少なくとも１つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、複数のパルスに分割されたパルスレーザビームを、第２の加工領域内の加工対象物に入射させる第２の光学系と
を有するレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１の光学系が、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとのパルスエネルギ比を変えることができる請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第２の光学系が、前記第２のパルスレーザビームのパルスを分割する分割数を変えることができる請求項４または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、レーザビームを用いた加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照し、２層の金属層を有する基板（２メタル基板）の従来の加工方法を説明する。図３（Ａ）は２メタル基板の概略を表す断面図である。たとえばポリイミドでつくられた樹脂層５１の表面に銅層５２、内部に銅で形成された電極層５３が配された２メタル基板を紫外パルスレーザビーム５４で加工する。銅層５２の厚さは、たとえば９〜１８μｍであり、この２メタル基板においては、９μｍである。電極層５３と銅層５２とに挟まれた部分の樹脂層５１の厚さは、たとえば２０〜５０μｍであり、この２メタル基板においては、５０μｍである。紫外パルスレーザビームは、たとえば、出力１２Ｗ、周波数１２ｋＨｚで出射される。１パルス当たりのパルスエネルギは、１ｍＪ／パルスとなる。
【０００３】
図３（Ｂ）に示すように、紫外パルスレーザビーム５４を銅層５２に照射し、樹脂層５１を露出させる穴５２ａをあける。銅層５２に穴５２ａを開けるためには、銅層５２表面において、約１０〜２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度が必要である。ここでは、２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度で照射される。銅層５２表面に照射されるレーザビームのエネルギ密度が２０Ｊ／ｃｍ２であるとき、銅層５２の１パルス当たりのエッチングレートは、約１．５μｍ／パルスである。したがって、厚さ９μｍの銅層５２の場合、６ショットのパルスレーザビームを照射することにより、穴５２ａを開けることができる。穴５２ａを形成するのに必要な加工時間は、約０．５ｍｓである。
【０００４】
図３（Ｃ）に示すように、この穴５２ａの穿孔に続けて、たとえばアッテネータで、紫外パルスレーザビーム５４のパルスエネルギを小さくし、樹脂層５１に電極層５３に至る穴５１ａを穿つ。１パルス当たりのパルスエネルギは、たとえば０．０５ｍＪ／パルスに減衰される。樹脂層５１に穴５１ａを開けるためには、樹脂層５１表面において、約１〜２Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度が必要である。ここでは、１Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度で照射される。樹脂層５１表面に照射されるレーザビームのエネルギ密度が１Ｊ／ｃｍ２であるとき、樹脂層５２の１パルス当たりのエッチングレートは、約１μｍ／パルスである。したがって、厚さ５０μｍの樹脂層５２の場合、５０ショットのパルスレーザビームを照射することにより、穴５１ａを開けることができる。穴５１ａを形成するのに必要な加工時間は、約４．２ｍｓである。穴５１ａと穴５２ａとを連続して開けるのに必要な時間は、約４．７ｍｓである。
【０００５】
また、たとえばアッテネータでパルスエネルギの調整を行うのではなく、銅層５２の加工と、樹脂層５１の加工とで、紫外パルスレーザビームを出射するレーザ発振器の出力及び周波数を変化させてもよい。
【０００６】
銅層５２に穴を開ける場合には、たとえば、出力１２Ｗ、周波数１２ｋＨｚでパルスレーザビームを出射する。１パルス当たりのパルスエネルギは、１ｍＪ／パルスである。厚さ９μｍの銅層５２に、６ショットのパルスレーザビームで穴５２ａを開けるとき、必要な加工時間は、約０．５ｍｓである。
【０００７】
次に、樹脂層５１に穴５１ａを開ける。たとえば、出力３Ｗ、周波数６０ｋＨｚ、パルス幅１００ｎｓで、紫外パルスレーザビームが出射する。１パルス当たりのパルスエネルギは、０．０５ｍＪ／パルスである。厚さ５０μｍの樹脂層５１に、５０ショットのパルスレーザビームで穴５１ａを開けるとき、必要な加工時間は、約０．８３ｍｓである。穴５１ａと穴５２ａとを連続して開けるのに必要な時間は、約１．３３ｍｓである。
【０００８】
更に、従来の方法によると高品質の加工は困難である。
【０００９】
図３（Ｄ）を参照して説明する。銅層５２と樹脂層５１の加工を連続して行うため、銅層５２の加工時に樹脂層５１まで伝わった熱及び樹脂層５１の加工時に銅層５２に残存する熱が影響して、アンダーカット５１ｂ等の欠陥が生じやすくなる。したがって、実際に樹脂層５１に穿たれるのは穴５１ｃのように、穴５２ａの周辺直下の樹脂層５１が損傷し、側面が膨らみを有する穴になる。また、単に銅層５２加工時の熱が散逸するのを待てば、穴開け加工にかかる時間が長くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加工対象物を加工する時間を短縮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。
【００１１】
【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の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームと第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームとに分岐させる工程と、前記第２の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第１の加工対象物に入射させて加工する工程と、前記第３の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームの少なくとも１つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、第２の加工対象物に入射させて加工する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【００１２】
このレーザ加工方法によれば、加工対象物を加工する時間を短くすることができる。
【００１３】
また、本発明の他の観点によれば、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を、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームとに分岐させるとともに、該第１のパルスレーザビームを第１の加工領域内の加工対象物に入射させる第１の光学系と、前記第２のパルスレーザビームが入射され、該第２のパルスレーザビームの少なくとも１つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、複数のパルスに分割されたパルスレーザビームを、第２の加工領域内の加工対象物に入射させる第２の光学系とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１４】
このレーザ加工装置を用いると、第１の加工領域内で加工を行うと同時に、第２の加工領域内でも加工を行うことができる。第１の光学系と第２の光学系とによって、第１及び第２の加工領域内での加工時間の差を小さくするように、レーザビームを分岐し、または、第２のパルスレーザビームを分割し、加工時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例によるレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１は、たとえば、波長変換ユニットを含むＮｄ：ＹＡＧレーザである。波長変換ユニットを含むＮｄ：ＹＡＧレーザからは、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）が出射する。たとえば、出力１２Ｗ、周波数６ｋＨｚ、パルス幅１００ｎｓ、パルスエネルギ２ｍＪ／パルスである。
【００１６】
出射されたレーザビームは、貫通孔を有するマスク２で、断面形状を、たとえば円形に整形され、ビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３は、入射したパルスレーザビームを、光路Ａを進むパルスレーザビームと光路Ｂを進むパルスレーザビームとに分岐する。２つの光路を進むレーザビームは、たとえばパルスエネルギが等しくなるように分岐される。すなわち光路Ａ、光路Ｂを進むレーザビームの１パルス当たりのパルスエネルギは、ともに約１ｍＪ／パルスである。
【００１７】
光路Ａを進むパルスレーザビームは、ガルバノスキャナ４に入射する。ガルバノスキャナ４は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、パルスレーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ４で走査されたパルスレーザビームはｆθレンズ５を透過して、加工対象物である基板６に入射する。基板６は、ＸＹステージ１４の可動面上に載置されている。ｆθレンズ５は、マスク２の貫通孔を基板６に結像させる。
【００１８】
光路Ｂを進むパルスレーザビームは、パルスチョッパ１０に入射する。パルスチョッパ１０は、入射する１ショットのパルスレーザビームから、それよりパルス幅の短い複数のパルスレーザビームを形成する。これについては、後に詳述する。
【００１９】
パルスチョッパ１０で形成された、パルス幅の短いパルスレーザビームは、必要に応じて配置される反射ミラー１１で反射され、ガルバノスキャナ１２、ｆθレンズ１３を経て、加工対象物である基板７に入射する。基板７は、ＸＹステージ１４の可動面上に載置されている。ガルバノスキャナ１２、ｆθレンズ１３の作用は、それぞれ、光路Ａに配置されたガルバノスキャナ４、ｆθレンズ５のそれと同様である。
【００２０】
基板６及び基板７は、たとえば、従来技術の説明の中で、図３（Ａ）に断面を示した２メタル基板である。光路Ａを進むレーザビームが、基板６の銅層５２に入射し、樹脂層５１の表面を露出させる穴５２ａを開ける。穴５２ａを開けるためには、前述のように、６ショットのパルスレーザビームが必要であり、穴開け加工に要する時間は約０．５ｍｓである。なお、銅層５２に穴５２ａが開けられた基板６は、ＸＹステージ１４により、光路Ｂを進むレーザビームの加工領域に移動され、樹脂層５１に、電極層５３に至る穴５１ａが開けられる。
【００２１】
光路Ｂを進むレーザビームによる加工を詳述する。光路Ａを進むレーザビームによって、基板６の銅層５２に穴５２ａが開けられると同時に、光路Ｂを進むレーザビームの加工領域では、基板７が加工される。基板７は、光路Ａを進むレーザビームによって、すでに、銅層５２に、樹脂層５１表面を露出させる穴５２ａが開けられている基板である。
【００２２】
図２を用いてパルスチョッパ１０について説明する。パルスチョッパ１０は、たとえばＥＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含んで構成され、前述のように、入射する１ショットのパルスレーザビームから、それよりパルス幅の短い複数のパルスレーザビームを形成する。
【００２３】
図２（Ａ）は、パルスチョッパ１０に入射する前の１ショットのパルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである。パルス幅１００ｎｓのレーザビームが、パルスチョッパ１０に入射する。
【００２４】
図２（Ｂ）は、パルスチョッパ１０から出射する複数のパルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである。斜線を施した部分が、パルスチョッパ１０から出射する複数のパルスレーザビームを示す。パルス幅１００ｎｓの１ショットのレーザビームから、パルス幅５ｎｓのパルスレーザビームが１０ショット形成され、パルスチョッパ１０から出射する。出射する各ショットのパルスエネルギは、０．０５ｍＪ／パルスである。
【００２５】
パルスチョッパ１０から出射するパルス幅５ｎｓのパルスレーザビームが、基板７の樹脂層５１に入射する。樹脂層５１に、電極層５３に至る穴５１ａを形成するためには、前述のように、５０ショットのパルスレーザビームが必要であり、穴開け加工に要する時間は約０．８３ｍｓである。
【００２６】
光路Ａを進むレーザビームによる、基板６の銅層５２の穴開け加工に要する時間は約０．５ｍｓであった。また、光路Ｂを進むレーザビームによる、基板７の樹脂層５１の穴開け加工に要する時間は約０．８３ｍｓである。これらの加工は同時に行われるので、レーザビームを光路Ａと光路Ｂとに分岐し、分岐したレーザビームのそれぞれで加工を行うのに必要な時間は、０．８３ｍｓとなる。これは、従来のレーザ加工方法で同様の加工を行うのに必要とされる加工時間よりも短い。
【００２７】
また、本実施例によるレーザ加工方法を用いると、加工品質を向上させることができる。基板６は、光路Ａを進むレーザビームで、銅層５２に穴５２ａを開けられた後、ＸＹステージ１４により、光路Ｂを進むレーザビームの加工領域に移動される。このため、この間に、穴５２ａ加工時の熱が散逸し、穴５２ａの近辺が冷却される。したがって、アンダーカット５１ｂ等の欠陥が生じにくくなる。
【００２８】
更に、樹脂層５１の加工においては、照射されるレーザビームのエネルギが同じである場合、パルス幅を短くした方が、良質の加工を行うことができる。したがって、パルスチョッパ１０を用いて形成した、パルス幅５ｎｓのパルスレーザビームを用いることにより、良質の穴開け加工を行うことができる。
【００２９】
なお、本実施例においては、ビームスプリッタ３によるパルスレーザビームの分岐は、光路Ａ及びＢを進むレーザビームのパルスエネルギが等分されるように行われた。また、パルスチョッパ１０によって、１ショットのレーザビームから、１０ショットのパルスレーザビームを得た。ビームスプリッタ３によるレーザビームのパルスエネルギ分岐の割合、及びパルスチョッパ１０によるパルス分割数は、光路Ａを進むレーザビームで行われる加工に必要な時間と、光路Ｂにおけるそれとが、ほぼ等しくなるように決定されるのが好ましい。銅層５２を貫通する穴を形成する時間と、樹脂層５１を貫通する穴を形成する時間とのうち、短い方の時間が、長い方の時間の５０％以上となるように、ビームスプリッタ３でパルスレーザビームを分岐させ、または、パルスチョッパ１０でパルスレーザビームを分割することが好ましい。たとえば本実施例のように、樹脂層５１に穴５１ａを開けるために必要なエネルギ密度が、銅層５２に穴５２ａを開けるために必要なそれの１／１０〜１／２０倍であれば、ビームのエネルギ分岐の割合を１：１とし、パルス分割数を１０とすればよい。
【００３０】
更に、実施例によるレーザ加工方法に使用するレーザビームは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波に限らず、基本波、２倍高調波でもよい。またＣＯ２レーザ等も用いることができる。
【００３１】
ここではマスク２の貫通孔を基板６の表面に結像させるマスクイメージング光学系の実施例をあげたが、これが焦点レンズを用いて基板６上にパルスレーザビームの焦点を結ばせる集光光学系であってもよい。
【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。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象物を加工する時間を短縮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】（Ａ）及び（Ｂ）は、パルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、基板の断面図である。
【符号の説明】
１　レーザ光源
２　マスク
３　ビームスプリッタ
４　ガルバノスキャナ
５　ｆθレンズ
６　基板
７　基板
１０　パルスチョッパ
１１　反射ミラー
１２　ガルバノスキャナ
１３　ｆθレンズ
１４　ＸＹステージ
５１　樹脂層
５１ａ、ｃ　穴
５１ｂ　アンダーカット
５２　銅層
５２ａ　穴
５３　電極層
５４　紫外パルスレーザビーム
【図１】
2004098121.tif 000003
【図２】
2004098121.tif 000004
【図３】
2004098121.tif 000005