(57)【要約】  二重ビームレーザ出力は、好ましくは、単一のレーザビームから導出され、繊維強化樹脂からなるプリント回路板等のターゲット材料に穴あけされたビアの側壁の品質を改善する。２つの実施の形態では、それぞれ、２つのレーザ出力成分を用いて、被加工物（１２）のターゲット材料位置からターゲット材料（１８）の一部（１４）を除去し、ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着されたターゲット材料の残り屑を、ある材料除去速度で速やかにクリーニングする。第１の実施の形態では、それぞれ第１及び第２の波長（λ１、λ２）によって特徴付けられる第１及び第２の成分を有する加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、ターゲット材料の一部に入射するよう方向付ける。第２の実施の形態では、それぞれ第１及び第２のパルス幅によって特徴付けられる第１及び第２の成分を有する加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、ターゲット材料の一部に入射するよう方向付ける。
2010528865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ出力を使用して、被加工物のターゲット材料位置からターゲット材料の一部を除去し、前記ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着しているターゲット材料の残り屑を速やかにクリーニングする方法であって、前記金属層は、ある温度を有し、前記レーザ出力は、ある材料除去速度で前記金属層から前記ターゲット材料の残り屑をクリーニングする方法であって、
前記ターゲット材料位置において、それぞれ第１及び第２の波長によって特徴付けられる第１及び第２の成分を有する加工レーザ出力を、前記ターゲット材料の一部に入射するよう方向付ける工程を有し、
前記第１の波長は、前記ターゲット材料の一部の除去を行い、及び前記ターゲット材料の残り屑を前記基底にある金属層からクリーニングするために適しており、
前記第２の波長は、
前記ターゲット材料を透過するのに十分な透過性を前記ターゲット材料に対して有し、
前記ターゲット材料の一部を除去している間に、前記基底にある金属層の温度を、前記第２の波長における前記第２の成分が存在しない間に前記第１の波長における前記第１の成分によって達成可能な材料除去速度よりも速い材料除去速度で、前記金属層から前記残り屑をクリーニングすることができる程度のレベルに上昇させるのに十分な吸収性を前記金属層が有する、
方法。
【請求項２】
前記ターゲット材料は、粒子充填樹脂（particle-filled resin）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の波長における前記第１の成分は、紫外線（ＵＶ）レーザ、ＣＯ２レーザ、固体レーザ及びファイバレーザのうちの少なくとも１つを含む加工レーザによって発生される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の波長における前記第２の成分は、赤外線（ＩＲ）レーザ、グリーンレーザ、固体レーザ及びファイバレーザの少なくとも１つを含む加工レーザによって発生される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記加工レーザ出力は、パルス状である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット材料の一部の除去は、前記ターゲット材料位置において、前記被加工物内にブラインドビアを形成し、前記金属層は、前記ブラインドビアの金属パッドを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１の波長における前記第１の成分によって前記金属パッドから前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δＮは、前記金属パッドの温度を高めた結果として削減され、これによって、ブラインドビアを形成するために必要な時間を短縮する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第２の波長における前記第２の成分は、前記第１の波長における前記第１の成分のパルスが開始された後にパルスが開始される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記第１の成分のパルスが前記金属パッドから前記残り屑のクリーニングを開始する前に、前記金属パッドを十分に加熱するように、所定数の前記第２の成分のパルスがパルスされる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の波長における前記第２の成分は、前記第２の成分が前記ターゲット材料を通過する際に、前記ターゲット材料の温度を維持する特徴を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の成分は、共線的に結合され、二重波長加工レーザ出力を生成する、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の成分は、空間的に部分的に重なり合って、前記加工レーザ出力を生成する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記加工レーザ出力の前記第１及び第２の成分は、非共線ビームパスから前記ターゲット材料位置にフォーカスされる、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
単一のレーザビームから、それぞれ前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の成分を発生させる工程と、
前記第１及び第２の成分を共線ビームパスに結合し、二重波長レーザ加工出力を形成する工程と、
を更に有する請求項１記載の方法。
【請求項１５】
レーザ出力を使用して、被加工物のターゲット材料位置からターゲット材料の一部を除去し、前記ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着しているターゲット材料の残り屑を速やかにクリーニングする方法であって、前記金属層は、ある温度を有し、前記レーザ出力は、ある材料除去速度で前記金属層から前記ターゲット材料の残り屑をクリーニングする方法であって、
前記ターゲット材料の一部の除去を行うために適した波長よって特徴付けられ、及び第１のパルス幅によって特徴付けられる第１の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記ターゲット材料の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
前記第１のパルス幅より短い第２のパルス幅によって特徴付けられ、及び前記第１の加工レーザ出力によって達成可能な速度より速い速度で前記基底にある金属層の温度を高めるために十分高いピークパワーによって特徴付けられる第２の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記ターゲット材料の一部に入射するよう、前記ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
を有し、
前記第２の加工レーザ出力が存在しない間に前記第１の加工レーザ出力によって達成可能な材料除去速度より速い材料除去速度で、前記金属層から前記残り屑をクリーニングする、
方法。
【請求項１６】
前記ターゲット材料は、粒子強化樹脂を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記波長は、赤外線（ＩＲ）レーザ、グリーンレーザ、紫外線（ＵＶ）レーザ、ＣＯ２レーザ、固体レーザ及びファイバレーザのうちの少なくとも１つを含む加工レーザによって発生される、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記波長は、３５５ｎｍである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の加工レーザ出力は、１０６４ｎｍより短い波長によって特徴付けられる、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記加工レーザ出力は、前記被加工物においてパルスされ、前記材料除去速度は、前記金属層から前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δＮによって表される、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
前記方法は、前記ターゲット材料位置において、前記被加工物にブラインドビアを形成することを伴い、前記金属は、前記ブラインドビアの金属パッドを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の加工レーザ出力は、５０ｎｓより短いパルス幅によって特徴付けられ、前記短いパルス幅は、前記高いピークパワーと共に、前記金属から前記残り屑をクリーニングするために必要なパルスの数δＮを削減し、これによって、前記ブラインドビアの加工時間を短縮する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の加工レーザ出力は、所定数Ｎ０のパルスでパルスされ、前記第２の加工レーザ出力は、所定数δＮのパルスでパルスされる、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の加工レーザ出力を共線的に結合し、二重波長レーザビームを生成する工程を更に有する、請求項１５記載の方法。
【請求項２５】
レーザ出力を用いて、ターゲット材料位置において、第１の金属層の一部を除去し、及び前記ターゲット材料位置において、繊維強化樹脂の基底にある誘電体層の一部を除去し、前記誘電体層内に形成される側壁の加工品質を向上させる方法であって、
前記第１の金属層の一部を除去するために適した第１の波長によって特徴付けられる第１の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記第１の金属層の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
前記繊維強化樹脂を除去するために適した第２の波長によって特徴付けられる第２の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において、前記誘電体層の一部に入射するように、前記ビーム軸に沿って方向付ける工程と、
を有し、
前記繊維強化樹脂の繊維は、前記第２の波長において、前記第１の波長より実質的に多くの光を吸収し、前記第１の波長における前記第１の加工レーザ出力によって前記誘電体層の一部を除去した場合に残存する、前記ターゲット材料位置における前記誘電体層の側壁内に残る繊維突起を減少させる、
方法。
【請求項２６】
前記加工されるターゲット材料はプリント基板（ＰＣＢ）を含み、前記樹脂を強化する繊維はガラスを含み、前記第１の金属層は銅を含む、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の波長における前記第２の加工レーザ出力は、前記第１の波長における前記第１の加工レーザ出力に比べて、必要とするパワーが小さく、これによって、前記誘電体層の一部を除去する間、前記ターゲット材料位置における前記繊維強化樹脂の基底にある第２の金属層へのダメージを軽減する、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の加工レーザ出力を共線的に結合し、二重波長レーザビームを形成する工程を更に有する、請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の加工レーザ出力を、前記ターゲット材料位置において前記ターゲット材料に入射する前に、それぞれ第１及び第２のビーム軸に沿って伝搬させる、請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の波長は、ダイオード励起固体レーザの第３高調波発生（ＴＨＧ）によって発生される、請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の波長は、ダイオード励起固体レーザの第４高調波発生（４ＨＧ）によって発生される、請求項２５記載の方法。
【請求項３２】
前記第１及び第２の波長は、加工レーザ出力を、前記第１の波長における前記第１の加工レーザ出力と、前記第２の波長における前記第２の加工レーザ出力とに分離する光処理要素の組を使用することによって、単一の固体レーザによって発生される、請求項２５記載の方法。
【請求項３３】
前記第１及び第２の加工レーザ出力は、光処理要素の第２の組を使用して、共線的に結合され、二重波長レーザビームが形成される、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
単一のレーザ光源から、異なる波長の２つのパルス出力ビームを生成するように構成され、ブラインドビア加工のスループットを向上させ、多層ターゲット材料内に加工されるブラインドビアの側壁品質を向上させるシステムにおいて、
Ｑ値によって特徴付けられるレーザ共振器内にあるレーザ媒質に光学的に接続され、基本波長において、前記レーザ媒質のレーザ利得を誘導するポンピング光を提供するポンピング源と、
前記レーザ共振器内に配設され、Ｑスイッチドライブ信号に応じて前記レーザ共振器のＱ値を変更するように動作し、偏光状態によって特徴付けられる多重に時間変位された発光パルスのビームを生成する前記レーザ共振器のハイ及びローのＱ状態を選択的に生成するＱスイッチと、
前記レーザ共振器内に配設され、光学リターダドライブ信号に応じて、前記発光パルスのビームに、選択された量の光学的遅延を生じさせ、前記発光パルスの偏光状態を選択的に変更して、偏光状態変調された発光パルスを生成する可変光学リターダと、
連携して、前記偏光状態変調された発光パルスを受け取り、それぞれ第１及び第２の出力カプラを介して、前記可変光学リターダによって前記発光パルスに生じた選択された量の遅延に基づいて、前記発光パルスを方向付け、第１及び第２の波長変換器によって変換されることによって前記基本波長に対して高調波の関係にある、それぞれ第１及び第２の波長における第１及び第２の出力ビームを生成する偏光感知ビームスプリッタ（polarization sensitive beam splitter）並びに前記第１及び第２の波長変換器と、
を備えるシステム。
【請求項３５】
前記第１及び第２の出力カプラは、それぞれ前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームの一方を反射し、一方を透過する第１及び第２の共振器内ダイクロイックミラー表面を有する、請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】
前記ドライブ信号は、前記可変光学リターダに、前記選択された量の光学的遅延のために半波長の差を生じさせる、請求項３４記載のシステム。
【請求項３７】
前記選択された量の光学的遅延の１つは、１／４波長の倍数を表し、前記偏光状態変調された発光パルスは、前記第１及び第２の出力カプラを介して同時に伝搬される、請求項３６記載のシステム。
【請求項３８】
前記選択された量の光学的遅延の１つは、１／２波長の倍数を表し、前記偏光状態変調された発光パルスは、前記第１及び第２の出力カプラの一方又は他方を介して、所与の時点で伝搬される、請求項３６記載のシステム。
【請求項３９】
前記第１の波長変換器は、第１のビームパスに沿って配置され、
第１の第２高調波発生器（ＳＨＧ）と、
前記ＳＨＧから出力を受け取り、前記第１の出力ビーム内に第３高調波波長を発生させる第３高調波発生器（ＴＨＧ）と、
を備える請求項３４記載のシステム。
【請求項４０】
前記第２の波長変換器は、第２のビームパスに沿って配置され、
第２のＳＨＧと、
前記ＳＨＧから出力を受け取り、前記第２の出力ビーム内に第４高調波波長を発生させる第４高調波発生器（４ＨＧ）と、
を備える請求項３９記載のシステム。
【請求項４１】
前記４ＨＧは、前記第２のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に配設され、前記第２の出力カプラから出力を受け取り、前記出力を、第４高調波波長における第２の出力ビームに変換し、
前記第２のＳＨＧは、前記第２のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に配設され、前記第２の出力カプラから出力を受け取り、前記出力を４ＨＧに通過させ、
前記第１のＳＨＧ及び前記ＴＨＧは、前記第１のビームパスに沿って前記レーザ共振器外に直列に配設され、前記第１のＳＨＧは、前記第１の出力カプラと前記ＴＨＧとの間に配設される請求項４０記載のシステム。
【請求項４２】
互いに直交して進む、それぞれ前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームを二重波長レーザビームに結合する光処理要素の組を更に備え、
前記光処理要素の組は、
前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームの一方を透過し、前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームの他方を反射し、前記第１及び第２の出力ビームを共線パスに方向付け、これによって、二重波長レーザビームを形成するダイクロイックミラーと、
ビア加工のために、前記二重波長レーザビームを、前記ターゲット材料の指定された位置に方向付けるビームスキャナと、
前記二重波長レーザビームが、前記ターゲット材料位置に到達する前に通過するＦθレンズと、
を備える請求項３４記載のシステム。
【請求項４３】
単一のレーザ光源から、異なる波長の２つのパルス出力ビームを生成するように構成され、ブラインドビア加工のスループットを向上させ、多層ターゲット材料内に加工されるブラインドビアの側壁品質を向上させるシステムであって、
Ｑ値によって特徴付けられるレーザ共振器内にあるレーザ媒質に光学的に接続され、基本波長において、前記レーザ媒質のレーザ利得を誘導するポンピング光を提供するポンピング源と、
前記レーザ共振器内に配設され、Ｑスイッチドライブ信号に応じて、前記レーザ共振器のＱ値を変更するように動作し、後部ミラーから反射する多重に時間変位された発光パルスのビームを生成する前記レーザ共振器のハイ及びローのＱ状態を選択的に生成するＱスイッチと、
前記共振器内に配設され、前記後部ミラーと、第３高調波発光パルスを選択的に透過する第２のダイクロイックミラー表面を有する出力カプラとの間で前記発光パルスを反射し、前記レーザ共振器を出る第２高調波発光パルスを選択的に透過するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーと前記出力カプラとの間に配設され、第２高調波発光パルスを発生させる第２高調波発生（ＳＨＧ）変換器と、
前記ＳＨＧ変換器の出力側に配設され、前記出力カプラを通過する第３高調波発光パルスを発生させ、変換されていない第２高調波発光パルスは、前記第２のダイクロイックミラー表面から反射して前記ダイクロイックミラーを通過する、第３高調波発生（ＴＨＧ）変換器と、
前記レーザ共振器の出力側に配設され、出射される第２高調波発光パルスを受け取り、第４高調波発光パルスに変換する第４高調波発生（４ＨＧ）変換器と、
を備え、
前記出射される第３高調波発光パルスは、第１の波長における第１の出力ビームを含み、前記出射される第４高調光発光パルスは、第２の波長における第２の出力ビームを含む、
システム。
【請求項４４】
互いに直交して進む、前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームを二重波長レーザビームに結合する光処理要素の組を更に備え、
前記光処理要素の組は、
前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームの一方を透過し、前記第１及び第２の波長における前記第１及び第２の出力ビームの他方を反射し、前記第１及び第２の出力ビームを共線パスに方向付け、これによって、二重波長レーザビームを形成するダイクロイックミラーと、
ビア加工のために、前記二重波長レーザビームを、前記ターゲット材料の指定された位置に方向付けるビームスキャナと、
前記二重波長レーザビームが、前記ターゲット材料位置に到達する前に通過するＦθレンズと、
を備える請求項４３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工の品質及び効率の向上に関し、詳しくは、複数の波長及び変化するパルス幅の一方又は両方を有し、ビア穴あけスループット又は品質を向上させるレーザビームの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工は、様々な加工に作用する様々なレーザを用いて、多くの異なる種類の被加工物に対して行うことができる。特に関心が高い特定の種類のレーザ加工は、スルーホール又はブラインドビアの形成に作用する単層又は多層の被加工物のレーザ加工である。
【０００３】
Ｏｗｅｎ他に付与されている米国特許番号第５，５９３，６０６号及び第５，８４１，０９９号は、紫外線（ＵＶ）レーザシステムを操作して、レーザ出力パルスを発生させる方法を開示しており、この方法は、多層デバイスにおいて、材料の種類が異なる２つ以上の層内にスルーホール又はブラインドビアを形成するパルスパラメータセットによって特徴付けられている。このレーザシステムは、パルス繰返し速度が２００Ｈｚを超え、レーザ出力パルスの時間的なパルス幅が１００ｎｓ未満であり、スポット領域の直径が１００μｍ未満であり、スポット領域における平均強度又は放射照度が１００ｍＷを超えるレーザを出射する。使用される典型的な非エキシマＵＶレーザは、ダイオード励起固体（diode-pumped, solid-state：ＤＰＳＳ）レーザを含む。
【０００４】
Ｄｕｎｓｋｙ他に付与されている米国特許番号第６，７８４，３９９号には、パルスＣＯ２レーザシステムを操作して、多層デバイスの誘電体層にブラインドビアを形成するレーザ出力パルスを発生させる方法が開示されている。このレーザシステムは、パルス繰返し速度が２００Ｈｚを超え、レーザ出力パルスの時間的なパルス幅が２００ｎｓ未満であり、スポット領域の直径が５０μｍ〜３００μｍであるレーザを出射する。上述のＯｗｅｎ他に付与されている特許及びＤｕｎｓｋｙ他に付与されている特許は、本出願の譲受人に譲渡されている。
【０００５】
ターゲット材料のレーザアブレーションは、特に、ＵＶ  ＤＰＳＳレーザを使用する場合、ターゲット材料のアブレーション閾値を超えるフルーエンス又はエネルギー密度を有するレーザ出力をターゲット材料に向けることに依存している。ＵＶレーザは、１／ｅ２直径で約１０μｍ〜約３０μｍのスポットサイズを有するようにフォーカスできるレーザ出力を出射する。ある実例、例えば、所望のビア直径が約５０μｍ〜３００μｍである場合等では、このスポットサイズは、所望のビア直径より小さい。スポットサイズの直径は、ビアの所望の直径と同じ直径になるように拡大できるが、この拡大によって、レーザ出力のエネルギー密度が低下し、これにより、ターゲット材料のアブレーション閾値を下回り、ターゲット材料の除去が行えなくなる。この結果１０μｍ〜３０μｍにフォーカスされたスポットサイズが使用され、通常、フォーカスされたレーザ出力が、渦巻き状、同心円状又は「トレパン（trepan）」パターンで移動され、所望の直径を有するビアが形成される。渦巻き、トレパン又は同心円状の加工は、所謂非パンチングビア形成加工である。ビア直径が約５０μｍ以下の場合、直接的なパンチングによって、ビア形成のスループットがより高くなる。
【０００６】
一方、パルスＣＯ２レーザの出力は、通常、５０μｍより大きく、従来のターゲット材料に５０μｍ以上の直径を有するビアの形成を行うために十分なエネルギー密度を維持することができる。このため、ＣＯ２レーザを使用してビア形成を行う場合は、通常、パンチング加工が採用される。しかしながら、４５未満μｍのスポット領域直径を有するビアは、ＣＯ２レーザで形成することは困難である。
【０００７】
銅は、ＣＯ２波長において高い反射率を有するため、ＣＯ２レーザを用いて、約５ミクロンより厚い銅板にスルーホールビアを形成することは、非常に困難である。したがって、ＣＯ２レーザは、通常、約３ミクロン〜約５ミクロンの間の厚さを有する銅板、又はＣＯ２レーザエネルギーの吸収を高めるように表面が処理された銅板においてのみ、スルーホールビアを形成するために使用される。
【０００８】
内部にビアが形成されるプリント基板（printed circuit board：ＰＣＢ）及び電子部品実装デバイスのための多層構造を作成する際に使用される最も一般的な材料には、典型的には、金属（例えば、銅）及び誘電体材料（例えば、ポリマポリイミド、樹脂又はＦＲ−４）が含まれる。ＵＶ波長におけるレーザエネルギーは、金属及び誘電体材料に対して良好な結合効率を示し、したがって、ＵＶレーザは、銅板及び誘電体材料におけるビア形成を容易に行うことができる。また、ポリマ材料のＵＶレーザ加工は、光−化学加工及び光−熱加工の組合せであると広く考えられており、ここでは、ＵＶレーザ出力は、光子励起化学反応によって分子結合を分離することにより、ポリマ材料を部分的にアブレートし、これによって、誘電体材料をより長いレーザ波長に曝す光−熱加工に比べて、より優れた加工品質が得られる。
【０００９】
誘電体材料及び金属材料のＣＯ２レーザ加工と、金属のＵＶレーザ加工とは、主に光−熱加工であり、ここでは、誘電体材料又は金属材料はレーザエネルギーを吸収して、材料の温度を増大し、分解し、軟化し、或いは融解し、及び最終的に除去し、蒸発させ、或いは吹き払う。アブレーション速度及びビア形成のスループットは、ある種の材料に対しては、レーザエネルギー密度（レーザエネルギー（Ｊ）をスポットサイズ（ｃｍ２）で除算した値）と、パワー密度（レーザエネルギー（Ｊ）をスポットサイズ（ｃｍ２）によって除算し、パルス幅（秒）によって除算した値）と、レーザ波長と、パルス繰返し速度との関数である。マイクロビア（通常、１５０μｍ未満）をパンチングする場合、最良の品質を得るためには、レーザビームは、通常、ガウスビームプロファイルから「トップハット（top-hat）」又は平坦化されたビームプロファイルに変換する必要がある。
【００１０】
したがって、例えば、ＰＣＢもしくは電子部品実装デバイスへのビア形成、または、金属もしくは他の材料への穴あけのためのレーザ加工スループットは、利用可能なレーザパワー強度及びパルス繰返し速度と、レーザ出力を渦巻き、同心円、又はトレパンパターンで、及びビア位置間で移動させる速度とによって制限される。ＵＶ  ＤＰＳＳレーザの具体例は、カリフォルニア州、サンノゼのＪＤＳＵ（JDS Uniphase社）が販売しているＭｏｄｅｌ  Ｑ３０２（３５５ｎｍ）である。このレーザは、本出願の譲受人であるオレゴン州、ポートランドのＥｌｅｃｔｒｏ−Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．社のＭｏｄｅｌ  ５３３０レーザシステム又は同シリーズの他のシステムで用いられている。このレーザにより、３０ｋＨｚのパルス繰返し速度で８ＷのＵＶパワーを供給することができる。このレーザ及びシステムの典型的なビア形成スループットは、むき出しの樹脂に対して、毎秒約６００個のビアである。パルスＣＯ２レーザの具体例は、コネティカット州、ブルームフィールドのＣｏｈｅｒｅｎｔ−ＤＥＯＳ社によって販売されているＭｏｄｅｌ  Ｑ３０００（9.3μｍ）である。このレーザは、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．社によって製造されているＭｏｄｅｌ  ５３８５レーザシステム又はそのシリーズの他のシステムにおいて用いられている。このレーザは、６０ｋＨｚのパルス繰返し速度で１８Ｗのレーザパワーを供給することができる。このレーザ及びシステムの典型的なビア形成スループットは、むき出しの樹脂に対して、毎秒約９００個のビア、ＦＲ−４に対して、毎秒２００〜３００個のビアである。
【００１１】
ビア形成スループットは、１パルスあたりのレーザエネルギー及びパルス繰返し速度を高めることによって向上させることができる。しかしながら、ＵＶ  ＤＰＳＳレーザ及びパルスＣＯ２レーザでは、１パルスあたりのレーザエネルギー及びパルス繰返し速度を高めることができる量に起因する実際的な問題がある。更に、１パルスあたりのレーザエネルギーが増加すると、レーザ共振器の内外にある光学部品へのダメージの危険も高まる。これらの光学部品へのダメージを回復するためには、特に時間及びコストが必要となる。更に、１パルスあたりのレーザエネルギーが高い又はパルス繰返し速度が速いレーザは、非常に高価であることが多い。
【００１２】
ファイバレーザは、高いエネルギー密度及びビーム品質を提供するので、加工レーザ出力を提供するために、最近ではより多く使用されている。ターゲット材料にエネルギーをフォーカスしてビア穴あけを実行するための統合された増幅の方法が、これとともに用いられる。基本的なファイバレーザは、例えば、活性利得媒質（active gain medium）を提供するために、ネオジム、エルビウム、テルビウム又はプラセオジム等のレーザイオンがドーピングされたレーザ材料から形成されたシングルモードコアを含んでいてもよい。ファイバレーザは、更に、シングルモードコアのためのポンプ空洞（pump cavity）を画定するように同心円状に周囲を取り囲むマルチモードファイバコア及びクラッドを含んでいてもよい（代替例として、シングルモードコアに平行に、別個のファイバを駆動して、ポンピング源を提供してもよい）。これらの３つの層（シングルモードコア、マルチモードコア及びクラッド）の屈折率は、ファイバの端面に供給されるポンピング放射が、コア及びクラッド間の界面において完全に内部に反射され、ファイバに沿って伝搬するように選択される。
【００１３】
ポンピング放射は、レーザ材料のコアを何回も通過し、レーザ利得媒質へのポンピング放射の有効な結合を提供する。一方、シングルモードコア及びマルチモードコアの間の界面におけるポンピング放射の全反射によって、レーザ放射は、内部にトラップされ、シングルモードコアに沿って伝搬し、この結果、高いエネルギーが励起された、高品質なレーザビームが提供される。ファイバは、特定の共振波長のレーザビームを発生させるための共振空胴を画定する、例えば、ミラー等のリフレクタの間に配設してもよい。ファイバレーザには、上述した他のレーザと同様に、レーザ光線の基本波長を様々な高調波波長に処理し、及び／又はパルス幅及びエネルギー密度等の他のパラメータを調整するための光学トレイン要素（optical train element）を組み込んでもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
多重出力レーザ加工システム（multiple output laser processing system）の実施の形態を使用して、ブラインドビアを形成するための結像ビーム穴あけ（image beam drilling）を高速化し、又はそのスループットを向上させることができる。特に、異なる波長の二重ビームレーザ出力を使用することができる。また、二重ビームレーザ出力を使用することによって、例えば、繊維強化樹脂を含むプリント基板等のターゲット材料に穴あけされたビアの側壁の品質が向上する。
【００１５】
２つの実施の形態は、このようなシステムのレーザ出力を用いて、被加工物のターゲット材料位置からターゲット材料の一部を除去し、ターゲット材料位置の基底にある金属層に接着されたターゲット材料の残り屑を、ある材料除去速度で速やかにクリーニングする方法である。
【００１６】
一方法は、ターゲット材料位置において、それぞれ第１及び第２の波長によって特徴付けられる第１及び第２の成分を有する加工レーザ出力を、ターゲット材料の一部に入射するよう方向付ける工程を有する。第１の波長は、ターゲット材料の一部の除去を行い、及びターゲット材料の残り屑を基底にある金属層からクリーニングするために適切である。第２の波長は、ターゲット材料を透過するのに十分な透過性をターゲット材料に対して有する。また、ターゲット材料の一部を除去している間に、基底にある金属層の温度を上昇させるのに十分な吸収性を有する。この金属層の温度が上昇するレベルによって、金属層は、第２の波長における第２の成分が存在しない間に第１の波長における第１の成分によって達成可能な材料除去速度よりも速い材料除去速度で、残り屑をクリーニングすることができる。
【００１７】
第２の方法は、第１の加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、ターゲット材料の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程を有する。第１の加工レーザ出力は、第１のパルス幅及びターゲット材料の一部の除去を行うために適した波長によって特徴付けられる。第２の方法は、更に、第２の加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、ターゲット材料の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程を有する。第２の加工レーザ出力は、第１のパルス幅より短い第２のパルス幅によって、及び第１の加工レーザ出力によって達成可能な速度より速い速度で基底にある金属層の温度を高めるために十分高いピークパワーによって特徴付けられる。この結果、第２の加工レーザ出力が存在しない間に第１の加工レーザ出力によって達成可能な材料除去速度より速い材料除去速度で、金属層から残り屑がクリーニングされる。
【００１８】
第３の実施形態は、レーザ出力を用いて、ターゲット材料位置において、第１の金属層の一部を除去し、及びターゲット材料位置において、基底にある繊維強化樹脂の誘電体層の一部を除去し、誘電体層内に形成される側壁の加工品質を向上させる方法である。
【００１９】
この第３の方法は、第１の加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、第１の金属層の一部に入射するよう、ビーム軸に沿って方向付ける工程を有する。第１の加工レーザ出力は、第１の金属層の一部を除去するために適した第１の波長によって特徴付けられる。第３の方法は、更に、第２の加工レーザ出力を、ターゲット材料位置において、誘電体層の一部に入射するように、ビーム軸に沿って方向付ける工程を有する。第２の加工レーザ出力は、繊維強化樹脂を除去するために適した第２の波長によって特徴付けられ、繊維強化樹脂の繊維は、第２の波長において、第１の波長より実質的に多くの光を吸収する。この結果、第１の波長における第１の加工レーザ出力によって誘電体層の一部を除去した場合に残存する、ターゲット材料位置における誘電体層の側壁内に残る繊維突起が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】穴あけされるブラインドビアの金属底部の温度曲線が重ねられたグラフと、画像との組合せを示し、グラフは、パルスの数Ｎ０及びδＮに亘るアブレーション深さに基づく結像ビーム穴あけの進行を示し、画像は、金属の清浄度の度合いを表す図である。
【図２】多層ターゲット材料を加工するために用いられる２つの波長を含む単一のハイブリッドレーザビームの成分が入射する多層ターゲット材料を示す図である。
【図３】ハイブリッドレーザビームの一方の波長がバルク樹脂誘電体材料を除去し、他方の波長が誘電体材料を通過して、基底にある金属層を加熱する、図２のより詳細な表現を示す図である。
【図４】基底にある金属層をクリーニングするために必要なパルスの数δＮの削減によって、図１のレーザビームと同じ繰返し速度のレーザビームによるブラインドビアの穴あけ速度が改善された様子を示す図である。
【図５】加工期間の全体に亘って、バルク樹脂材料を除去し、基底にある金属層をクリーニングする第１の波長におけるハイブリッドレーザビームのパルス数Ｎと、少なくとも加工期間の一部に亘って基底にある金属層を加熱する、第２の波長におけるパルス数Ｎより少ないハイブリッドレーザビームとを示す図である。
【図６】ビームパスに沿って伝搬し、バルク樹脂材料を除去するある波長、例えば、ＵＶ範囲における第１の一連のレーザパルスと、これに続く、同じビームパスに沿って伝搬するが、第１の一連のレーザパルスに比べて、より短いパルス幅及びより高いピークパワーを有し、基底にある金属をクリーニングするための第２の一連のパルスとを示す図である。
【図７】図６で用いた方法の結果を示し、基底にある金属層の温度が著しく上昇し、金属をクリーニングするために必要な第２の一連のパルスの数が削減されていることを示す図である。
【図８Ａ】多層被加工物のビーム穴あけの間に繊維強化樹脂を除去した後に、望ましくない繊維突起が残る典型的な結果を示す図である。
【図８Ｂ】多層被加工物のビーム穴あけの間に繊維強化樹脂を除去した後に、望ましくない繊維突起が残る典型的な結果を示す図である。
【図９】プリント基板（ＰＣＢ）材料の吸収スペクトルを示す図である。
【図１０Ａ】３５５ｎｍの波長におけるレーザビームを入射して、ブラインドビアを形成する前の繊維強化樹脂を示す図である。
【図１０Ｂ】３５５ｎｍの波長におけるレーザビームを入射して、ブラインドビアを形成した後の繊維強化樹脂を示す図である。
【図１１Ａ】図８Ａ、図８Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂの繊維突起の透過を表す、ガラスクロスの透過スペクトルを示す図である。
【図１１Ｂ】ブラインドビアの金属パッドにおいて典型的に使用される、光沢がある銅の反射スペクトルを示す図である。
【図１２Ａ】多層ターゲット材料におけるブラインドビアの穴あけにおいて、３５５ｎｍの波長成分を有するハイブリッドレーザビームを用いた第１の銅層の穴あけの結果を示す図である。
【図１２Ｂ】多層ターゲット材料におけるブラインドビアの穴あけにおいて、２６６ｎｍの高調波波長成分が第１の銅層の開口を通過し、基底にある第２の銅層にダメージを与えることなく、繊維強化樹脂に穴あけした結果を示す図である。
【図１３】図１２Ａ及び図１２Ｂの方法を用いて穴あけされたブラインドビアの側壁における鋭く切断された繊維を示す平面図である。
【図１４Ａ】基本波長の単一のレーザ共振器から波長が異なる２つのレーザ出力ビームを発生させるレーザシステムの具体例を示す図である。
【図１４Ｂ】基本波長の単一のレーザ共振器から波長が異なる２つのレーザ出力ビームを発生させるレーザシステムの他の具体例を示す図である。
【図１４Ｃ】基本波長の単一のレーザ共振器から波長が異なる２つのレーザ出力ビームを発生させるレーザシステムの他の具体例を示す図である。
【図１４Ｄ】基本波長の単一のレーザ共振器から波長が異なる２つのレーザ出力ビームを発生させるレーザシステムの他の具体例を示す図である。
【図１５】ＩＲレーザから、異なる波長の２つのレーザビームを発生させるレーザシステムを示す図である。
【図１６】図１４Ａ〜図１４Ｄ及び図１５に示すようにして発生され、被加工面に供給するために共線的なハイブリッドレーザ加工ビームに結合される二重波長レーザビームを実現する光学システムを示す図である。
【図１７】複数の処理ヘッドを用いて、一組の二重波長レーザビームを生成し、これにより、ターゲット材料上の複数の位置でレーザ加工を行う光学システムを示す図である。
【図１８】電気光学デバイスを使用することなく、基本波長を有する単一のレーザ光源から二重波長レーザビームを発生させる光学システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、図２に示す多層ターゲット材料１２の結像ビーム穴あけ（imaged beam drilling）に対する典型的なアブレーション深さ応答１０を示している。ここで、ターゲット材料１２は、Ｎ０個のレーザパルスによって除去される誘電体又は樹脂材料１４と、誘電体又は樹脂材料１４の基底にある金属層１６とを含み、金属層１６は、金属層１６が加熱されると、更なるδＮ個のパルスを用いたパンチングによって、クリーニングされる。また、図２は、多層ターゲット材料１２を処理するために単一のレーザビームにコリメートできる２つの異なる波長（λ１，λ２）を含むハイブリッドレーザビーム１８の成分を示している。
【００２２】
図１のＸ軸は、パルスの数に対応し、Ｙ軸は、アブレーション深さに対応している。プロットライン２０は、金属層１６の表面の温度を辿っており、金属層１６の表面の温度が上昇するに従って、そのクリーニングの速度も上昇することを示している。ビア画像２４は、バルク樹脂材料１４が除去された後のブラインドビアを示しており、ビア画像２６は、金属層１６がクリーニングされた後、例えば、基底にある金属層１６から、バルク樹脂材料１４の残り屑が除去された後のブラインドビアを示している。このように、クリーニングでは、バルク樹脂の除去の後に、残っているバルク樹脂材料１４と金属層１６との間の結合を溶解するために、金属層１６を加熱する必要がある。
【００２３】
破線２８は、バルク樹脂材料１４のアブレーション深さを示しており、バルク樹脂材料１４は、粒子強化ＡＢＦ樹脂材料（particle-reinforced ABF resin material）を含んでいてもよい。ソルダマスクアブレーション（solder mask ablation）は、所定の波長、典型的には、３５５ｎｍの結像された固体ＵＶレーザビームによるターゲット材料１２のパンチングを伴う加工を用いて行われることが多い。多くの場合、ＵＶレーザパルス幅は、１５ｎｓより長い。
【００２４】
整形され、結像されたＵＶビームを用いて、充填された又は均質の樹脂材料１４にレーザ穴あけを行う場合、通常、単一ステップのパンチング加工が採用される。ブラインドビアの完全なレーザ穴あけは、２つのメカニズムを要する。第１のメカニズムは、所与の数Ｎ０のパルスでパンチングを行うことによるバルク樹脂材料１４の除去を要する。このバルク樹脂材料１４の除去によって、基底にある金属層１６が露出する。第２のメカニズムは、品質仕様が要求する清浄度を達成するための、所与の数δＮのパルスによる基底にある金属層１６（又は金属パッド）の表面のクリーニングを伴う。金属層１６をクリーニングするために用いられるパルスの数δＮは、ブラインドビアを完成するために必要なパルス総数の大きな部分を占める。ビアを穴あけするために必要なパルス総数は、Ｎ＝Ｎ０＋δＮと表すことができる。このように、レーザパルス繰返し速度（又は周波数）、すなわち「ＰＲＦ」に対するＮの比として定義される各ビアの穴あけ時間には、Ｎ０とδＮの両方が影響する。バルク樹脂材料１４は、ＡＢＦ又は他の均質の樹脂（誘電体）材料であってもよい。
【００２５】
ブラインドビアの穴あけは、２つのレーザ材料相互作用メカニズムを要するので、一方のメカニズムに影響し又はこれを制御できるパラメータが、他方に影響し又はこれを制御するとは限らない。例えば、ビアの底部の金属パッド１６をクリーニングする効率は、バルク樹脂材料１４と金属パッド１６との間の界面の結合強度を弱めるために、底部の金属パッドの表面温度がどれくらい速く、及びどれくらい高く上昇するかに大きく依存する。したがって、単一のパラメータの組を選択するだけでは、処理全体を最適化できないことがある。
【００２６】
ハイブリッドレーザビーム１８に関する用語「ハイブリッド」とは、ターゲット材料１２の穴あけに使用される際に、異なるパラメータ、例えば、波長λ１、λ２を有する少なくとも２つのレーザビーム成分が、単一のレーザビーム内で共軸的に（coaxially）伝搬し、又はこれ以外に、二重ビーム出力として共線的に（collinearly）伝搬するようにされることを意味する。ブラインドビアの穴あけを行う場合、基底にある金属層１６は、金属パッドを含む。金属層１６は、典型的には銅であるが、如何なる金属から形成してもよい。
【００２７】
２つの波長λ１，λ２を発生するレーザビーム成分は、分割されて異なる波長の二重ビームに処理される単一のレーザビーム（又はレーザ共振器）に由来してもよく、結合されたビームがターゲット材料１２の表面に達する前の、共軸的に結合される異なる波長の個別のレーザビームに由来してもよい。第１の波長λ１の第１のビーム成分は、例えば、バルク樹脂材料１４の除去に特に好適であるＵＶ又はＣＯ２レーザビームから発生させてもよい。第２の波長λ２の第２のビーム成分は、例えば、一般的にＡＢＦ及び他の樹脂材料１４に対する透過性が高い赤外線（ＩＲ）又はグリーンレーザビームから発生させてもよい。
【００２８】
ファイバレーザは、第１及び第２の波長λ１、λ２それぞれにおける第１及び第２のビーム成分の一方又は両方を発生させることができ、これらの時間的なパルスプロファイルは、様々なパルス波形を想定してプログラミングしてもよい。パルスファイバレーザは、例えば、誘導ブリルアン散乱及びスペクトル広がり等の望ましくない非線形効果の開始を防止するために、ピークパワー限界が設けられる。有効なピークパワー限界は、使用されるファイバの種類及び設計並びに様々なパラメータ、例えばスペクトル帯域幅及び空間モード品質への感度の関数として変化する。望ましくない作用が開始する前の有効なピークパワーは、通常、約５００Ｗ〜約５ｋＷである。
【００２９】
図３は、ビアスポットを更に詳細に示しており、ハイブリッド加工ビーム１８は、ブラインドビアをより効率的に穴あけするために、それぞれ第１及び第２の波長λ１、λ２によって特徴付けられる第１及び第２のビーム成分を含む。第１の波長λ１の第１の成分は、バルク樹脂材料１４を除去するために発生され、第２の波長λ２の第２の成分は、第１の成分がバルク樹脂材料１４を除去している間、バルク樹脂材料１４を透過し、基底にある金属層１６を加熱するために発生される。また、第１の波長λ１の第１の成分は、所望の直径のビアを効果的に穴あけするための追加パラメータによっても特徴付けられる。これらのパラメータは、上述したように、ターゲット材料１２をレーザ加工するための組合せが適切な、ビームスポットサイズ、１パルスあたりのエネルギー、パルス幅及びパルス繰返し速度を含む。第１及び第２の波長λ１、λ２それぞれにおける第１及び第２のビーム成分は、真の単一の二重波長レーザビームを発生させることに代えて、互いに空間的に部分的に重なり合っていてもよく、或いは非共線ビームパスから同じターゲット材料位置にフォーカスされた個別のビームであってもよい。
【００３０】
図４は、図３のハイブリッドビーム１８を用いた場合における、基底にある金属層１６をクリーニングするために必要なパルスの数δＮの削減（理想的にはゼロ）によって定量化可能な、ブラインドビアの穴あけの改善された速度を示している。赤外線（ＩＲ）又はグリーンレーザビームの波長λ２は、バルク樹脂材料１４を透過するので、波長λ２は、波長λ１がバルク樹脂材料１４を除去している間、ここを透過して、同時に、基底にある金属パッド１６を加熱し始める。但し、波長λ２は、透過するバルク樹脂材料１４をあまり加熱しないことが望ましい。金属パッド１６を速やかに加熱する能力によって、同じく波長λ１によって実行される後続するクリーニングステップが加速され、この結果、ブラインドビアの穴あけに必要なパルス総数Ｎが減少する。これは、金属パッド１６の清浄度が、主に、金属パッド１６の表面が加熱される速さによって決まるためである。加工箇所における第２の波長λ２の加熱効果は、ブラインドビアを作成するために必要なパルスの数Ｎを大幅に減少させる。
【００３１】
例えば、ある一組の実験では、ＵＶのみの加工では、ブラインドビアを穴あけし、ブラインドビアの底部の金属パッド１６をクリーニングするために、３９個のパルスを必要とした。金属パッド１６の加熱を補助するためにＩＲ前処理を使用した場合、必要なパルスの数Ｎは、２１まで減少した。これは、大きな削減である。この実験では、ＵＶビームは、３０ｋＨｚのＰＲＦで１．１８Ｗレーザから出射し、５８μｍの結像スポット（imaged spot）を生成した。ビアを前処理するために使用したＩＲビームは、スポットサイズを３８μｍにフォーカスし、１０ｋＨｚのＰＲＦで１Ｗレーザから出射した。
【００３２】
波長λ１、λ２のビーム成分を含むハイブリッドレーザビーム１８は、結像及び整形のためにＩＯＲ（image optics rail：結像光学レール）を通過し、続いて、被加工面のターゲット位置に共に供給されてもよく、又はこれらの両方がターゲット位置に到着する前に、２つのレーザビームに分割してもよい。
【００３３】
３５５ｎｍのレーザ発生は、市販されているＮｄ：ＹＶＯ４又はＮｄ：ＹＡＧレーザからの第３高調波発生（third harmonic generation：ＴＨＧ）によって生成される。３５５ｎｍの波長のＵＶビームの発生では、必然的に、レーザによって緑色及び／又はＩＲ光が発生され、この一部は、ＴＨＧビームに変換されないまま残る。緑色又はＩＲビームの変換されていない部分は、通常、削除されてきた。上述したように緑色又はＩＲビームを使用して、穴又はビアをあけるために必要なパルスの数Ｎを減少させる場合は、当然、二重波長レーザ加工ビームの実現において、緑色又はＩＲビームの保持及び使用が有用になる。
【００３４】
課題は、２つの波長λ１、λ２を共軸的に整列させ、これらが、ビア穴あけにおいて望まれている同じターゲット位置を指すようにすることである。すなわち、波長λ１、λ２が同じ二重波長対物レンズを通過する際、これらは、波長差のために、加工する材料１２上で僅かに異なる位置を指す（図２）。１つの解決策は、各対が独立してビーム配置を同じターゲット位置に制御する２対のガルバノメータ（図示せず）を使用することである。すなわち、２つの波長λ１、λ２が、単一のターゲット材料位置の穴をあけるハイブリッドビームに組合せられる前に、波長λ１、λ２のそれぞれのビーム方向が僅かに変更される。
【００３５】
図５は、ハイブリッドレーザビーム１８が生成したパルスを示している。ここでは、バルク樹脂（又は誘電体）層１４は、加工期間の全体に亘って、波長λ１の第１のビーム成分によって除去され、基底にある金属１６は、加工期間の一部に亘って波長λ２の第２のビーム成分によって加熱される。記号Ｎによって示されているパルスは、ブラインドビアの穴あけに必要なパルスの数を表しており、このうち、Ｎ０は、バルク樹脂材料１４を除去するために必要なパルスの数であり、δＮは、基底にある金属層１６（又はパッド）をクリーニングするために必要なパルスの数である。符号３０によって示されているパルスは、金属パッド１６を加熱し、図４に示す好ましい結果をもたらす波長λ２の第２のビーム成分のパルスの必要数を表している。必要とされるパルス３０の数は、バルク樹脂材料１４の組成、バルク樹脂材料１４と基底にある金属パッド１６との間の接着の強度によって異なる。
【００３６】
あるレーザ光源及び異なるバルク樹脂材料１４及び金属層１６による実験によって、最良の結果を得るための、結像穴あけ（image drilling）の間に波長λ２の第２のビーム成分のパルスを開始するまでの時間３２、及び第２のビーム成分のパルスを供給する期間３４を判定できる。第２のビーム成分は、特定の数Ｎ０のパルスによってバルク樹脂材料１４を除去するために使用される期間の一部において、パルスする必要があり、δＮのパルスによって金属パッド１６をクリーニングするために用いられる期間と重なってもよい。
【００３７】
上述した手法の代替例として、波長に加えて、パラメータが異なる複数の成分を含むハイブリッドレーザビーム１８を生成してもよい。例えば、第１の波長λ１を有するレーザビームは、より短いパルス幅及びビアボトム金属パッド１６をクリーニングするために十分高いピークパワーを有する他のレーザビームと共線的に結合してもよい。
【００３８】
図６は、バルク樹脂材料１４を除去するために使用されるある波長λ１、例えば、ＵＶ範囲におけるＮ０個の連続するレーザパルスと、これに続く、同じビームパスに沿って伝搬し、基底にある金属層１６をクリーニングするためのより短いパルス幅及びより高いピークパワーを有する他のδＮ個の連続するパルス（Ｂｅａｍ２）とを示している。Ｂｅａｍ２のより高いピークパワーは、より高い強度のレーザビームを示す。より短いパルス幅とより高いピークパワーは、基底にある金属層１６の表面温度を効率的且つ比較的速やかに高め、この結果、ビア穴あけ時間を著しく速くする。より速い穴あけ時間は、所与の時間におけるビアの穴あけのスループットの向上を意味し、例えば、金属パッド１６をクリーニングするために必要なパルスの数が低減される。同時に金属パッド１６が基板から剥離する危険を大幅に削減できる。
【００３９】
図５と比べて、図６に関連する加工では、第２のレーザ（Ｂｅａｍ２）は、ビア加工がブラインドビアのボトムに達したときにのみ発せられる。したがって、このレーザを用いるコストは、例えば、より高いスループットを得るために、パワーが遙かに高い従来のＵＶレーザを用いるコストに比べて、安くなる。ここで、第１及び第２のレーザビームは、個別の第１及び第２のレーザ光源から発生させることができる。更に、第２の加工レーザ出力は、例えば、１０６４ｎｍより短い波長及び約５０ｎｓより短いパルス幅を含むことができる。
【００４０】
図７は、図６において使用した方法の結果を示している。ここでは、基底にある金属層１６表面の温度２０は、急速に高められ、バルク樹脂材料１４が除去された後に金属層１６をクリーニングするために必要なパルスの数δＮが低減されている。これは、図４に示す結果と同様に好ましい結果であるが、この結果は、基底にある金属層１６をクリーニングするために、後にパルスされ、同じビームパスに沿って伝搬する、ビームのパルス幅及びピークパワーパラメータの変化によって得られている。上述のように、波長λ１を有する第１のビームと、より短いパルス幅及びより高いピークパワーを有する第２のビームとの一方又は両方を発生させるために、ファイバレーザを使用してもよい。
【００４１】
図８Ａ及び図８Ｂは、多層被加工物の穴あけの間に繊維強化樹脂８０を除去した後に望ましくない繊維突起（fiber protrusion）８２が残る典型的な結果を示している。繊維強化樹脂８０の具体例は、プリント配線板（printed wiring board：ＰＷＢ）業界で一般的に用いられている繊維強化樹脂、例えば、導電性の金属層、通常、銅の間に挟み込まれ、１つ以上の有機ポリマ樹脂を含浸させたガラスクロスを含む。この材料構成の一種は、「ＦＲ４」として一般的に知られている。ハイブリッドレーザシステムは、ＦＲ４又は他の銅が積層されたプリント基板（printed circuit board：ＰＣＢ）を加工することを意図する異なる波長のレーザビームを提供する２つのレーザを使用する。ＵＶビームは、上位の銅（又は金属）層８４を貫通し、続いて、ＣＯ２レーザビームが、銅層８４の下の繊維強化樹脂８０（又は誘電体材料）を除去する。図８Ｂにおいて分離している繊維突起８６の長さは、形成されたビアの品質の明白な劣化を示している。
【００４２】
今日の進化し続ける電子機器市場におけるデジタル製品の小型化への要求に応じて、マイクロデバイス、リード線、ビア及びスルーホールの加工寸法は、小さくなり続けている。この傾向は、ＰＣＢ内のビアサイズにも影響している。ＣＯ２レーザは、ＰＣＢにおいて、直径が６０μｍを超えるビアを穴あけするための主要なレーザ光源である。ＣＯ２レーザを使用すると、直径が６０μｍより小さいビアでは、副次的熱作用が深刻になり、この結果、ブラインドビアの形状等の加工品質が劣化する。加工品質が劣化すると、メッキも劣化し、この結果、最終的な製品において回路に短絡が生じることがある。ＰＣＢは、通常、第１の導電層８４と、誘電体としての繊維強化樹脂８０と、第２の、基底にある金属層８８とを有する。繊維は、ＣＯ２レーザに対する吸収率が高く、このため、ＰＣＢの加工では、後者が使用されることが多い。
【００４３】
ここで、ＵＶ光源は、フォトビア加工に比べて、誘電体層８０のために用いられる材料に対して選択的でないため、より小さいビアの要求を満たすためには、通常、ＵＶ光源が使用される。したがって、市販されているダイオード励起固体レーザからの第３高調波発生（ＴＨＧ）が、業界標準になっている。例えば、３５５ｎｍのＵＶレーザ発生は、市販されているＮｄ：ＹＶＯ４又はＮｄ：ＹＡＧレーザからのＴＨＧによって生成される。しかしながら、繊維による３５５ｎｍＴＨＧの吸収は、ビアの品質が一般的に容認できない程低い。図８Ａ及び図８Ｂは、３５５ｎｍの波長を有するレーザビームによって穴あけされたビアの断面を示している。同じレーザの第４高調波発生（fourth harmonic generation：４ＨＧ）は、２６６ｎｍの波長を発生する。
【００４４】
図９は、バルク樹脂９０、（ＰＣＢのために最も一般的に使用されている）ガラス繊維９２及び銅９４を含むプリント基板（ＰＣＢ）材料の吸収スペクトルを示している。Ｘ軸は、光の波長をマイクロメートル（μｍ）で示しており、Ｙ軸は、吸収の度合いを任意の単位（０〜１）で示している。図９は、２６６ｎｍの加工波長と比べて、３５５ｎｍの加工波長において、樹脂９０とガラス繊維９２との間で吸収に大きな差異があることを示している。ガラス繊維９２は、３５５ｎｍの波長光に対しては、殆ど透明であるが、樹脂９０は、３５５ｎｍの波長光のより多くを吸収する。一方、波長が２６６ｎｍに向かって短くなると、例えば、ガラス繊維９０による２６６ｎｍの吸収は、顕著に高くなる。例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示すような望ましくない繊維突起８２は、ビアが３５５ｎｍの波長光ビームだけで穴あけされた場合に生成される。
【００４５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、３５５ｎｍの波長を有するレーザによる繊維強化樹脂８０の除去の後に残された繊維突起８２を図式的に示している。ガラス繊維８２による吸収の低さを補うために、高パワーの３５５ｎｍの波長ビームが使用され、この結果、図示するように、底部の銅層８８にダメージ１００が生じる。
【００４６】
最上位の導電層８４（図１２Ａ及び図１２Ｂ）は、通常、銅の薄膜からなる。ＣＯ２レーザビームの高い反射率のため、ＣＯ２レーザビームが銅層を貫通して、ブラインドビアを形成するために特別な表面処理が用いられる。一方、３５５ｎｍのレーザは、ＣＯ２レーザに比べて、銅による吸収が遙かに高く、表面処理を必要とすることなく、より効果的に銅層８４を貫通することができる。
【００４７】
単一の波長においてビアを形成する際に生じる繊維８２の突起を防止する代替的な手法は、異なる波長の複数のレーザビームを交互に又は同時に使用して、ブラインドビアを穴あけし、ＰＣＢ処理のスループットだけではなく、加工品質を向上させることである。当分野において周知であり、実際に使用されているように、材料除去の加工の間に、レーザビームは、例えば、リニアステージ及び／又はガルバノメータ等のビームステアリング装置（beam steering device）によって動かされる。これに代えて、二重波長ハイブリッドレーザビームを用いて、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍの波長のレーザビームを交互にパルスしてもよい。
【００４８】
図１１Ａは、図８Ａ、図８Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１２Ａ及び図１２Ｂの繊維８２の透過を表す、ガラスクロスの透過スペクトル１１０を示している。横軸は、波長をナノメートル（ｎｍ）で示しており、縦軸は、レーザ光線のスペクトルに沿ったガラスクロスの光透過のパーセンテージを示している。上述したように、ガラスクロス（又はガラス繊維８２）は、３５５ｎｍの波長光については、殆ど透明である（９０％）。一方、２６６ｎｍの光では、ガラスクロスは、約７０％だけを透過し、すなわち、光の約３０％を吸収し、これは、３５５ｎｍの波長光の１０％の吸収とは大きく異なる。
【００４９】
図１１Ｂは、ビアの金属パッド８６において典型的に使用される光沢がある銅の反射スペクトル１１２を示している。反射スペクトル１１２は、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍのレーザ光波長間で、反射に殆ど違いがないことを示している。２６６ｎｍでは、３５５ｎｍと比べて、ガラスを加工するため必要なパワーが小さいので、２６６ｎｍの波長を用いることによって底部の銅層８６へのダメージを低減でき、また、これは、ガラス繊維８２をより好適に除去する。
【００５０】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、ＰＣＢ等の多層ターゲット材料１８における、ハイブリッドレーザビーム１２０を用いたビアの穴あけの結果を示している。ハイブリッドビーム１２０は、第１の銅層８４を穴あけする３５５ｎｍの波長と、基底にある第２の金属層８８にダメージを与えることなく、繊維強化樹脂８０／８２を穴あけする２６６ｎｍの波長とを含んでいてもよい。したがって、第１の工程では、市販されているパワーがより高いＴＨＧ（３５５ｎｍ）波長レーザビームによって第１の銅層８４を穴あけしてもよい。そして、第２の工程では、２６６ｎｍの第４高調波レーザビーム（４ＨＧ）を用いて、第２の金属層８８における銅のダメージを最小限にしながら、繊維強化樹脂８０／８２又は誘電体層を除去してもよい。第４高調波波長は、現在、市販されている製品で発生させてもよく、市販の固体レーザと共に使用される様々な光処理要素によって発生させてもよい。このようなレーザ発生の実施の形態については、後述する。
【００５１】
図１３は、図１２Ａ及び図１２Ｂの方法を用いて穴あけされたビア内の鋭く切断された繊維を示している。ビア壁の勾配が急であること、及びこれらの壁における突出繊維が最小化されていることは、明らかである。
【００５２】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ及び図１４Ｄは、基本波長の単一のレーザから波長が異なる２つのレーザ出力ビームを発生させるレーザシステムの様々な具体例を示している。これらの図面に開示する詳細では、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍの両方のＵＶ光を発生させているが、二重波長レーザビームの異なる組を発生させるために、異なる基本波長による異なる高調波を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００５３】
図１４Ａは、第３高調波（ＴＨＧ）波長及び第４高調波（４ＨＧ）波長の両方を発生させるレーザシステム２００の一実施の形態である。システム２００は、偏光状態変調された発光パルス（polarization state-modulated light emission pulse）の２つの出力ビームを、交互に又は同時に、選択的に提供する共振器内光ビーム多重化（intracavity light beam multiplexing）を実行するように構成されている。レーザシステム２００は、レーザ共振器２０２を備え、ここで、利得媒質又はレーザ媒質２０４は、音響光学Ｑスイッチ（acousto-optical Q-switch：ＡＯＱＳ）２０８と可変光学リターダ２１０との間のビームパス２０６に沿って配設されている。可変光学リターダ２１０は、可変光学リターダ２１０自体を通るレーザビームの偏光方向を調整する高速ステアリングミラーとして機能する。ポンピング源２１２は、レーザ媒質２０４に光学的に接続され、ポンピング光を供給して、レーザ媒質２０４のレーザ利得を誘導する。
【００５４】
レーザ媒質２０４は、従来の固体レーザ媒質（solid-state lasant）、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４又はＹｂ：ＹＡＧを含むことができ、これらのレーザ波長の全て及びその高調波が使用可能である。幾つかの実施の形態では、レーザ媒質２０４は、１つ以上のダイオード又はダイオードアレイ（図示せず）によって側面からポンピングされる。１つ以上の増幅器、レーザ又は他のポンピングデバイスを使用して、ポンピング光を供給してもよく、またレーザ媒質２０４は、代替として、気体、二酸化炭素、エキシマ又は銅蒸気レーザ媒質等の異なるタイプのレーザ媒質を使用してもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００５５】
偏光ビームスプリッタ２２６は、可変光学リターダ２１０の出力２２８側に配設されている。レーザ共振器は、２つのレーザ空洞を効果的に確立する。第１のレーザ空洞は、後部ミラー２３０と、第１の出力ビームが伝搬される第１の出力カプラ２３４の共振器内ダイクロイックミラー（intracavity dichroic mirror）２３２とによって画定される。第２のレーザ空洞は、後部ミラー２３０と、第２の出力ビームが伝搬される第２の出力カプラ２３８の共振器内ダイクロイックミラー表面２３６とによって画定される。ダイクロイックミラー表面２３２、２３６は、偏光ビームスプリッタ２２６の各出力２４０、２４２から伝搬する入射光を受光する。
【００５６】
ＡＯＱＳ２０８は、適用されたＱスイッチドライブ信号２４４に応じて、レーザ共振器のＱ状態を選択的にハイ及びローにすることによって、レーザ共振器のＱ値を変更する。Ｑ状態がハイのときは、多重に時間変位された光パルス（multiple time-displaced light pulses）が生成され、Ｑ状態がローのときは、残留光パルス（residual light pulses）が生成されず、又はその強度が極めて低くなる。
【００５７】
レーザシステム２００は、レーザ空胴から出力ビームが抽出されても、レーザ共振器２０２内で振動が維持されるように構成される。レーザ媒質２０４がＮｄ：ＹＡＧ等、等方性タイプのものである場合、可変光学リターダ２１０が偏光状態を９０度変化させても、レーザ共振器２０２内の振動は、維持される。レーザ媒質２０４がＹＬＦ又はＹＶＯ４（バナジウム酸塩）等、異方性タイプのものである場合、２つの直交する偏光状態の利得が異なり、このため、安定した振動の維持が難しくなる。異方性のレーザ媒質で動作させるためには、レーザ共振器内に、レーザ媒質２０４に直交する向きに同じタイプの第２のレーザ媒質（図示せず）を導入し、２つの直交する偏光状態が空洞利得に影響しないようにする。
【００５８】
可変光学リターダ２１０の動作は、出力カプラ２３４、２３８から伝搬する第１及び第２の出力ビームの生成を決定する。可変光学リターダ２１０に適用されたドライブ信号２４６によって、可変光学リターダ２１０が入射光に１／４波長の遅延を生じさせる場合は、円偏光が、出力２２８から伝搬され、偏光ビームスプリッタ２２６によってダイクロイックミラー表面２３２、２３６に方向付けされ、出力カプラ２３４、２３８から、基本波長の別々のビーム成分として同時に出射される。可変光学リターダ２１０に適用されたドライブ信号２４６によって、可変光学リターダ２１０が入射光にゼロ及び１／２波長（又は同様の１／２波長の倍数）の遅延を交互に生じさせる場合は、直線偏光ビームが、出力２２８から伝搬され、偏光ビームスプリッタ２２６によってダイクロイックミラー表面２３２、２３６に方向付けされ、出力カプラ２３４、２３８から交互に出射される。レーザ共振器２０２が等方性タイプのレーザ媒質２０４を含んでいるか、異方性タイプのレーザ媒質２０４を含んでいるかにかかわらず、レーザ共振器２０２には、上述したドライブ信号２４６の様々な状態を適用することができる。ドライブ信号２４６は、処理システム（図示せず）内に常駐するツールパスファイルに由来する情報を表し、パルス発生器（図示せず）によって、パルス波形として、可変光学リターダ２１０に供給される。
【００５９】
偏光スプリッタ２２６の出力２４０、２４２のそれぞれから、二重波長を生成するために、各ビームパス２５０、２５２において、各レーザビームがレーザ共振器２０２から出る前に、様々な共振器内波長変換器（intracavity wavelength converter）２４８を使用することができる。波長変換器２４８は、レーザ波長変換のために、ＫＴＰ（チタン酸リン酸カリウム、ＫＴｉＯＰＯ４）、ＢＢＯ（β型ホウ酸バリウム、β−ＢａＢ２Ｏ４）及びＬＢ（三ホウ酸リチウム、ＬｉＢ３Ｏ５）等の非線形結晶を含んでいてもよい。典型的なレーザの基本波長は、以下に限定されるものではないが、１０６４ｎｍであり、これは、５３２ｎｍ（周波数２倍）、３５５ｎｍ（周波数３倍）、２６６ｎｍ（周波数４倍）、２１３ｎｍ（周波数５倍）の高調波波長を有する。波長変換器２４８は、共振器内に配設されているので、高い強度のレーザビームを生成できる。
【００６０】
具体的には、レーザビーム出力２４０は、第２高調波発生（ＳＨＧ）変換器２５６を通過し、第２高調波波長（５３２ｎｍ）が生成される。そして、第２高調波ビームは、第３高調波発生（ＴＨＧ）変換器２６０を通過し、第３高調波波長（３５５ｎｍ）のレーザビームが生成され、出力カプラ２３４から出射される。更に、レーザビーム出力２４２は、ＳＨＧ変換器２６４を通過し、第２高調波波長（５３２ｎｍ）を生成し、更に第４高調波発生変換器（４ＨＧ）２６８を通過して、第４高調波波長（２６６ｎｍ）のレーザビームが生成され、出力カプラ２３８から出射される。
【００６１】
したがって、レーザシステム２００は、上述した穴あけされたビアの品質を高めるために実現が望まれる３５５ｎｍ及び２６６ｎｍの両方の波長のレーザ加工出力を生成できる。レーザシステム２００は、ここに説明する２つの所望の波長λ１、λ２を生成するが、レーザビームは、ハイブリッドレーザビームとしてレーザ空胴から出射されるわけではない。図１６は、レーザ空胴の後段で使用される更なる光学素子によって、２つのレーザビームを共軸的に結合する一手法を示している。
【００６２】
図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは、それぞれ、図１４Ａのレーザシステム２００の変形例３００、４００、５００を示しており、これらは、共振器外の位置に移動された様々な波長変換器２４８を示している。非線形結晶をレーザ共振器２０２の外に移動させると、最終的なレーザビームの強度は、通常、弱くなるが、パルス幅がより短いレーザ加工ビームにとっては、望ましい場合がある。例えば、図１４Ｂは、出力カプラ２３８の外に配設された４ＨＧ変換器２６８を示している。これはパルス幅がより短いＵＶ又は緑色の加工レーザビームの生成に有利である。更に、図１４Ｃでは、ＳＨＧ変換器２５６及びＴＨＧ変換器２６０が空洞の外に位置している。このような構成例は、更に、より脆弱な誘電体材料をアブレートするために使用される可能性がある場合、敢えて強度が弱いＵＶレーザ加工ビームを提供するためにも有利である。図１４Ｃの更なる変形例である図１４Ｄでは、全ての波長変換器２４８がレーザ空胴の外に配置されている。すなわち、図１４Ｄは、電気光学変調器２１０を有する基本波長の基本レーザ発生器を、共振器外波長変換器２４８を追加することによって、２つのレーザビーム出力において所望の高調波を含む二重波長ビーム発生器に変換し、これにより、コストを削減する一手法を示している。
【００６３】
図１５は、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザ媒質を有するＩＲレーザ６０２から二重波長を発生させるレーザシステム６００を示している。ＳＨＧ変換器６０６は、レーザ６０２からの基本波長（１０６４ｎｍ）を５３２ｎｍの第２高調波波長に変換する。ＴＨＧ変換器６１０は、５３２ｎｍの高調波を３５５ｎｍの第３高調波に変換する。ダイクロイックミラー６１４は、３５５ｎｍの波長光を選択的に反射し、変換されていない（又は残りの）５３２ｎｍの波長光を透過する。そして、４ＨＧ変換器６２０は、５３２ｎｍの波長光を２６６ｎｍの第４高調波に変換し、この第４高調波は、ミラー６２４から３５５ｎｍのレーザビームと同じ方向に反射される。このようにして、３５５ｎｍの波長及び２６６ｎｍの波長の両方が形成され、これらは、共軸的に伝搬する、２つの異なる波長を有するレーザビームを含むハイブリッドビームに結合してもよい。ここでは、特定の波長を示しているが、異なる基本波長のレーザ６０２が、異なる高調波波長のレーザ加工出力を生成してもよい。
【００６４】
図１６は、例えば、レーザシステム２００、３００、４００、５００、６００によって発生された二重波長レーザビームを、共線的な、ハイブリッドレーザ加工ビームに結合して、被加工面７０２に供給することを可能にする光学システム７００を示している。光学システム７００は、２つのレーザビームを同時に又は交互に照射することができる。例えば、３５５ｎｍの波長のレーザビームを、ダイクロイックミラー７０６によって透過し、２６６ｎｍの波長のレーザビームを、ダイクロイックミラー７０６から、３５５ｎｍの波長のレーザビームとの共線方向（collinear direction）に反射させてもよい。もちろん、３５５ｎｍの波長及び２６６ｎｍの波長のそれぞれのためのミラー７０６からの反射の方向及び透過の方向は、所与のダイクロイックミラー７０６の光学的性質に応じて、別のものにしてもよい。また、ダイクロイックミラー７０６は、２つのレーザビームからなる単一ビームの生成を補助するために、ビーム結合器を備えていてもよい。そして、共線的に伝搬されたレーザビームは、一対の制御ミラー（図示せず）を有するガルバノスキャナ（galvanometer scanner）７１０を通過し、二重ビームＦθレンズ７１４を通過し、加工されるターゲット材料を有する被加工面７０２に至る。ガルバノスキャナ７１０を電子的に制御して、異なる波長の２つのビームを感知し、ターゲット材料上の共通のターゲット位置に向けてもよい。
【００６５】
図１７は、複数の処理ヘッド（又はシステム７００等の光処理要素の組）を用いて一組の二重波長レーザビームを生成し、これにより、被加工面７０２上の２つの位置におけるレーザ加工を提供する光学システム８００を示している。例えば、第１及び第２のダイクロイックミラー７０６ａ、７０６ｂは、それぞれが選択的に第１の波長を反射し、第２の波長を透過する。第１及び第２の波長のレーザビームは、ビームが、まず、２つのレーザビームに分離され、異なる波長を含むように処理される単一のレーザによって提供してもよく、異なる波長のビームを生成する２つの異なるレーザによって提供してもよい。
【００６６】
図１６と同様に、レーザビームの第１及び第２の対のそれぞれは、ガルバノスキャナ７１０ａ、７１０ｂを通過し、それぞれ二重ビームＦθレンズの７１４ａ、７１４ｂを通過し、これにより、異なる波長のレーザビームの２つの組が、一対のハイブリッドレーザ加工出力に結合される。この結果、上述したようにビア又はスルーホールの穴あけに必要なパルスの数を削減することによって向上された加工を同じ期間内に倍増させることができ、ここで、複数のターゲット材料位置において、ＵＶ、ＩＲ及び／又はグリーンレーザ加工ビームを同時にパルスすることができる。
【００６７】
更に、光学システム８００は、例えば、被加工面７０２の第１の位置に３５５ｎｍの波長のレーザビームを伝搬し、これに続いて、第２の位置に２６６ｎｍの波長のレーザビームを伝搬するように構成してもよい。光学システム８００は、同様に、２つの波長のパルス供給の間に被加工面７０２上でターゲット材料を動かすための一対のガルバノメータ（図示せず）を備え、これによって、図１１〜図１３について説明した方法を実行してもよい。図１７の光学システム８００は、光処理要素の第１の組を介して、二重波長ビームを結合する一方で、光処理要素の第２の組を介して、単一の波長のビームを通過させてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００６８】
図１８は、電気光学デバイスを使用することなく、基本波長を有する単一のレーザ光源から二重波長レーザビームを発生させるレーザシステム９００を示している。レーザシステム９００は、ダイクロイックミラー９１０と、ダイクロイックミラー表面９１６を有する出力カプラ９１４との間のビームパス９０６に沿って利得媒質又はレーザ媒質９０４が配設されているレーザ共振器９０２を含む。レーザビームが出力カプラ９１４を出る前に、ビームパス９０６内に１つ以上の波長変換器９２０が配設されたレーザ共振器９０２内で、振動が設定される。
【００６９】
例えば、ＳＨＧ変換器９２４は、レーザ媒質９０４が生成した基本波長を有するレーザビームを受け取り、このレーザビームを第２高調波に変換するように配設してもよい。更に、ＴＨＧ変換器９２８を、ＳＨＧ変換器９２４が生成した第２高調波のレーザビームを受け取り、３５５ｎｍの波長等の第３高調波のレーザビームを生成するように配設してもよい。出力カプラ９１４のダイクロイックミラー９１６は、共振器９０２の一端から第３高調波レーザビームを出射させる。変換されていない基本波長及び第２高調波の光は、ダイクロイックミラー表面９１６から反射し、共振器９０２内を逆方向に戻り、ダイクロイックミラー９１０に入射する。ダイクロイックミラー９１０は、第２高調波光を透過して出力９３６において共振器９０２から出射させ、及び基本波長光を反射する。共振器９０２の出力９３６側に、４ＨＧ変換器９３８を配設して、透過された第２高調波波長光を第４高調波（例えば、２６６ｎｍ）出力加工ビームに変換してもよい。
【００７０】
ダイクロイックミラー９１０から反射した基本波長のレーザビームは、Ｑスイッチ９４０によって処理され、後部ミラー９４４による反射によってビームパス９０６に戻され、これにより、レーザ共振器９０２内でＱスイッチ９４０を出る発光パルスの基本波長を生成するための所望のＱ状態が生成される。なお、図１４Ａ〜図１４Ｄについて説明したように、ポンピング源（図示せず）及びＱスイッチ９４０のドライブ信号（図示せず）を含ませてもよい。
【００７１】
ここに開示した上述の実施の形態の詳細は、その基底にある原理から逸脱することなく、様々に変形できることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって判断される。
【図１】
2010528865.tif 000003
【図２】
2010528865.tif 000004
【図３】
2010528865.tif 000005
【図４】
2010528865.tif 000006
【図５】
2010528865.tif 000007
【図６】
2010528865.tif 000008
【図７】
2010528865.tif 000009
【図８Ａ】
2010528865.tif 000010
【図８Ｂ】
2010528865.tif 000011
【図９】
2010528865.tif 000012
【図１０Ａ】
2010528865.tif 000013
【図１０Ｂ】
2010528865.tif 000014
【図１１Ａ】
2010528865.tif 000015
【図１１Ｂ】
2010528865.tif 000016
【図１２Ａ】
2010528865.tif 000017
【図１２Ｂ】
2010528865.tif 000018
【図１３】
2010528865.tif 000019
【図１４Ａ】
2010528865.tif 000020
【図１４Ｂ】
2010528865.tif 000021
【図１４Ｃ】
2010528865.tif 000022
【図１４Ｄ】
2010528865.tif 000023
【図１５】
2010528865.tif 000024
【図１６】
2010528865.tif 000025
【図１７】
2010528865.tif 000026
【図１８】
2010528865.tif 000027
【国際調査報告】
2010528865.tif 000028
2010528865.tif 000029