(57)【要約】【課題】  基板の表面上におけるレーザ光の入射位置の移動速度を向上させる。【解決手段】  ガルバノスキャナ５は、光源１から放射されたレーザ光を走査する。第１の光学系６は、ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。ガルバノスキャナ５によるレーザ光の走査に伴なって、第１の仮想平面ＶＰ１内におけるレーザ光の通過位置が移動する。第２の光学系７は、第１の仮想平面ＶＰ１を通過したレーザ光を、第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、第２の仮想平面ＶＰ２内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘよりも大きい距離Ｙだけ移動する。第２の仮想平面ＶＰ２とほぼ平行に基板Ｗが保持されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を放射する光源と、
前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、
前記走査器によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第１の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第１の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第１の光学系と、
前記第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第２の光学系であって、前記第１の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、前記第２の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Ｘとは異なる距離Ｙだけ移動するように構成された第２の光学系と
を備えた光学装置。
【請求項２】
前記第２の光学系が、前記距離Ｙが前記距離Ｘよりも大きくなるように構成されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第２の光学系が、前記距離Ｙが前記距離Ｘに比例するように構成されている請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第２の光学系が、両側テレセントリック光学系からなる請求項１〜３のいずれかに記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１の光学系が、ｆθレンズからなる請求項１〜４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
さらに、前記第２の光学系を通過したレーザ光が入射する位置に、前記第２の仮想平面とほぼ平行に被照射基板を保持する保持手段を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
レーザ光を放射する光源と、
前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、
前記走査器によって走査されたレーザ光が入射する位置に配置されたｆθレンズと、
前記ｆθレンズを通過したレーザ光が入射する位置に配置された両側テレセントリック光学系と
を備えた光学装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の光学装置を用いた基板の製造方法であって、
（ａ）最表層が金属層とされ、かつ該金属層には該金属層のみを貫通する複数の窓穴が形成されてなる多層基板を、前記第２の光学系を通過したレーザ光が入射する位置に、前記第２の仮想平面とほぼ平行に保持する工程と、
（ｂ）前記第２の光学系を通過したレーザ光を、前記窓穴を通して前記多層基板に入射させ、前記窓穴の位置に穴を形成する工程と
を含む基板の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｂ）では、前記第２の光学系を通過したレーザ光の入射位置が、前記複数の窓穴を順番に移動するように、前記走査器を制御する請求項８に記載の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を走査する走査器を備えた光学装置、及び基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて、被加工基板に穴を形成することが行われている（特許文献１参照）。被加工基板の表面上におけるレーザ光の入射位置に穴が形成される。光源から放射されたレーザ光をガルバノスキャナ等の走査器によって走査することにより、レーザ光の入射位置を被加工基板の表面上で移動させることができる。これにより、被加工基板の位置を固定したままの状態で、その被加工基板に複数の穴を形成することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７３５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被加工基板に形成すべき穴の数は増大する傾向にある。そのため、穴あけ加工の能率を向上させる技術が望まれる。発明者らは、レーザ光の入射位置の移動速度を向上させることができれば、穴あけ加工の能率を向上させることができるとの考えに至った。しかし、走査器そのものの性能を改善することによって、レーザ光の入射位置の移動速度を向上させるには限界がある。
【０００５】
また、被加工基板に形成すべき穴の小径化が望まれている。穴径が小さい程、穴を形成する位置に高い精度が要求される。しかし、走査器そのものの性能を改善することによって、レーザ光の入射位置の精度を向上させるには限界がある。
【０００６】
本発明の目的は、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の移動速度を向上させることのできる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上させることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、レーザ光を放射する光源と、前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、前記走査器によって走査されたレーザ光を、第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第１の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第１の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第１の光学系と、前記第１の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第２の光学系であって、前記第１の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、前記第２の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Ｘとは異なる距離Ｙだけ移動するように構成された第２の光学系とを備えた光学装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
距離Ｙが距離Ｘよりも大きくなるような構成とすることにより、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の移動速度を向上できる。距離Ｙが距離Ｘよりも小さくなるような構成とすることにより、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に、実施例によるレーザ加工装置の構成を示す。光源１が、レーザ光を放射する。光源１は、ＣＯ２レーザ発振器を含んで構成されている。光源１から放射されるレーザ光は、赤外域の波長（約１０μｍ）を有するパルスレーザ光である。
【００１０】
光源１から放射されたレーザ光が入射する位置に、マスク２が配置されている。マスク２には、ピンホール２ａが形成されていて、そのピンホール２ａの部分だけがレーザ光を通過させる。これにより、レーザ光のビーム径が制限される。マスク２を通過したレーザ光が入射する位置に、コリメータ３が配置されている。コリメータ３は、レーザ光をコリメートする。
【００１１】
コリメートされたレーザ光がミラー４で反射され、ガルバノスキャナ５に入射する。ガルバノスキャナ５は、Ｘ用ミラー５１及びＹ用ミラー５２を含む。Ｘ用ミラー５１は、１次元方向（Ｘ方向）にレーザ光を走査する。Ｙ用ミラー５２は、Ｘ用ミラー５１によるレーザ光の走査方向とは直交する１次元方向（Ｙ方向）にレーザ光を走査する。
【００１２】
ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光が入射する位置に、第１の光学系６が配置されている。第１の光学系６は、ｆθレンズからなる。第１の光学系６は、ガルバノスキャナ５によって走査されたレーザ光を収束するとともに、第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
【００１３】
第１の仮想平面ＶＰ１を通過したレーザ光が入射する位置に、第２の光学系７が配置されている。第２の光学系７は、第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
【００１４】
第２の仮想平面ＶＰ２を通過したレーザ光が入射する位置に、被加工基板Ｗが配置されている。被加工基板Ｗは、プリント基板の中間生成体としての多層基板である。被加工基板Ｗは、ＸＹテーブル８によって、第２の仮想平面ＶＰ２とほぼ平行に保持されている。被加工基板Ｗの表面上におけるレーザ光の入射位置にビアホールが形成される。ＸＹステージ８は、被加工基板Ｗの位置を２次元方向に移動させる。なお、コリメータ３、第１の光学系６、及び第２の光学系７が、マスク２のピンホール２ａを、被加工基板Ｗの表面に結像させる。
【００１５】
被加工基板Ｗの表面上には、ビアホールを形成する位置を示す加工点が多数（例えば、数千〜数万個）画定されている。ガルバノスキャナ５でレーザ光を走査することにより、被加工基板Ｗの位置を固定したままの状態で、被加工板Ｗの表面上における或る領域の範囲内の任意の加工点にレーザ光を入射させ、その位置にビアホールを形成することができる。
【００１６】
ガルバノスキャナ５で走査可能な領域内におけるすべての加工点の位置にビアホールを形成したら、ＸＹステージ８が被加工基板Ｗの位置を移動させる。これにより、ガルバノスキャナ５で走査可能な領域内に、被加工基板Ｗの表面の未加工領域を移動させることができる。
【００１７】
このようにして被加工基板Ｗに多数のビアホールを形成してゆく場合、レーザ光の入射位置をある加工点から次の加工点へ移動させる速度が速いほど、加工の能率が上がる。また、ＸＹテーブル８が被加工基板Ｗを移動させる回数が少ないほど加工の能率が上がる。
【００１８】
図２に、第２の光学系７の構成を示す。第２の光学系７は、第１の仮想平面ＶＰ１に垂直な光軸をもつ第１のレンズ７１と、第１のレンズ７１の光軸と一致する光軸をもち、かつ第１のレンズ７１の後側焦点を自己の前側焦点とするように配置された第２のレンズ７２とを含む。第１のレンズ７１及び第２のレンズ７２は、ともに凸レンズである。第２のレンズ７２の焦点距離Ｂは、第１のレンズ７１の焦点距離Ａよりも長い。第２のレンズ７２の有効径は、第１のレンズ７１の有効径よりも大きい。
【００１９】
第１のレンズ７１と第２のレンズ７２との間に、絞り７３が配置されている。第１のレンズ７１から絞り７３までの距離は、第１のレンズ７１の焦点距離Ａに等しい。絞り７３から第２のレンズ７２までの距離は、第２のレンズ７２の焦点距離Ｂに等しい。絞り７３は、第１のレンズ７１の後側焦点位置、即ち第２のレンズ７２の前側焦点位置に、レーザ光を通過させる開口をもつ。
【００２０】
このように第２の光学系７は、第１のレンズ７１、第２のレンズ７２、及び絞り７３を含む両側テレセントリック光学系を構成する。なお、第１のレンズ７１に対しては、この第１のレンズ７１の光軸に平行なレーザ光のみが入射するから、絞り７３は必須でない。また、第１のレンズ７１として凹レンズを用い、ガリレオタイプのアフォーカル系により第２の光学系７を構成してもよい。
【００２１】
第１の仮想平面ＶＰ１をほぼ垂直に貫いたレーザ光が、第１のレンズ７１に入射する。第１のレンズ７１の光軸は、第１の仮想平面ＶＰ１に垂直である。第１のレンズ７１に対し、その光軸に平行に入射するレーザ光は、第１のレンズ７１の後側焦点を通る。第１のレンズ７１の後側焦点、即ち第２のレンズ７２の前側焦点を通って第２のレンズ７２に入射するレーザ光は、第２のレンズ７２を通過した後、第２のレンズ７２の光軸と平行に進む。従って、第２のレンズ７２は、自己に入射したレーザ光を、第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように伝搬させることができる。
【００２２】
第２の仮想平面ＶＰ２をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光は、被加工基板Ｗの表面に入射する。被加工基板Ｗは、第２の仮想平面ＶＰ２とほぼ平行に保持されている。従って、被加工基板Ｗの表面には、レーザ光がほぼ垂直に入射する。そのため、ビアホールを被加工基板Ｗの表面にほぼ垂直に掘ることができる。
【００２３】
ところで、第１の光学系６と第１のレンズ７１との間において、第１の仮想平面ＶＰ１をどの位置に想定するかは任意である。いま、第１の光学系６がちょうどマスク２（図１参照）のピンホール２ａを結像させる位置に、第１の仮想平面ＶＰ１を想定する。従来は、その第１の仮想平面ＶＰ１が、被加工基板Ｗの表面と一致するように被加工基板Ｗが配置されていた。
【００２４】
Ｙ用ミラー５２及びＸ用ミラー５１（図１参照）のうち少なくとも一方がレーザ光を走査することに伴なって、第１の仮想平面ＶＰ１内におけるレーザ光の通過位置が移動する。第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が移動するときは、第２の仮想平面ＶＰ２内におけるレーザ光の通過位置も移動する。
【００２５】
第２のレンズ７２の焦点距離Ｂが、第１のレンズ７１の焦点距離Ａよりも長いから、例えば第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときには、第２の仮想平面ＶＰ２内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘよりも大きい距離Ｙだけ移動する。
【００２６】
距離Ｙが距離ＸのＮ倍になるように、第２の光学系７が構成されている。ここでＮは１以上の任意の整数であり例えば２である。第１の仮想平面ＶＰ１の位置に被加工基板を保持していた従来に比べると、被加工基板の表面上でレーザ光の入射位置を同じ距離だけ移動させるのに要する時間がＮ分の１に短縮される。つまり、ある加工点から次の加工点へレーザ光の入射位置を移動させるのに要する時間が従来のＮ分の１で済む。そのため、ガルバノスキャナ５の動作速度を改善することなく、穴あけ加工の能率を向上させることができる。
【００２７】
なお、ガルバノスキャナ５において変化させることのできるレーザ光の偏向角の最小分解能をθＭＩＮとする。ガルバノスキャナ５においてレーザ光の偏向角をθＭＩＮだけ変化させたときに、第２の仮想平面ＶＰ２内でレーザ光の通過位置が移動する距離が、要求されている加工点間の最小ピッチ（例えば０．５ｍｍ）以下となるように、上記Ｎの値を選択する。
【００２８】
また、第１の仮想平面ＶＰ１の位置に被加工基板を保持していた従来は、ガルバノスキャナ５で走査可能な領域は、ｆθレンズ６のサイズの制約により、例えば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの正方形状の領域が最大であった。これに対して本実施例では、第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光の通過位置が距離Ｘだけ移動するときには、被加工基板Ｗの表面上においてレーザ光の入射位置が距離ＸのＮ倍だけ移動するから、ガルバノスキャナ５で走査可能な領域が、縦５０×Ｎｍｍ、横５０×Ｎｍｍの領域へと拡大する。そのため、ＸＹステージ８の作動回数を減らすことができる。その結果、穴あけ加工の能率を向上させることができる。
【００２９】
また、第１の光学系６としてｆθレンズを用いるから、上記距離Ｘは、ｆθレンズ６に入射するレーザ光とｆθレンズ６の光軸とのなす角度に比例する。上記距離Ｙは、上記距離Ｘに比例する。従って、上記距離Ｙ、即ち被加工基板Ｗの表面上におけるレーザ光の入射位置の移動距離が、ｆθレンズ６に入射するレーザ光とｆθレンズ６の光軸とのなす角度に比例するというｆθ特性は担保される。
【００３０】
なお、例えば第２の光学系７を用いずに、第１の仮想平面ＶＰ１の位置に被加工基板Ｗを保持する場合であっても、Ｙ用ミラー５２から第１の光学系（ｆθレンズ）６までの距離が大きければ大きいほど、理論的には、ガルバノスキャナ５で走査可能な領域は拡大する。しかし、その場合、ｆθレンズ６の有効径が、そのように拡大された走査領域に対応していなければならない。上述のように、ｆθレンズのサイズには制約があるので、Ｙ用ミラー５２から第１の光学系６までの距離を大きくするのは非現実的である。これに対して本実施例では、第２のレンズ７２として例えば通常の凸レンズを用いることができる。有効径の大きな第２のレンズ７２を容易に入手できる。
【００３１】
また、Ｙ用ミラー５２から第１の光学系６までの距離を大きくとる場合は、その分だけレーザ加工装置の占有空間が大きくなってしまう。これに対して本実施例では、例えば第１のレンズ７１の焦点距離Ａが小さければ小さいほど、レーザ加工装置の占有空間の拡大を抑えることができる。
【００３２】
図３に、被加工基板Ｗの断面図を示す。被加工基板Ｗは、コア層２０の上に、第１の銅層２１、樹脂層２２、及び第２の銅層２３がこの順に積層された構造をもつ。最表層である第２の銅層２３には、予めエッチング処理等によって、この第２の銅層２３のみを貫通する窓穴２４が形成されている。一つの窓穴２４によって一つの加工点が画定される。窓穴２４の底部には、樹脂層２２が露出している。このような被加工基板Ｗに対し、上記レーザ加工装置を用いて、コンフォーマルマスク法によりビアホールを形成する。
【００３３】
図３(ａ)に示すように、まず窓穴２４を内包する領域にレーザ光Ｌを照射する。即ち、レーザ光Ｌのスポット径が、窓穴２４の内径よりも大きい。例えば、レーザ光Ｌのスポット径は２００μｍであり、窓穴２４の内径は５０〜１７５μｍである。ＣＯ２ガスレーザ発振器を備えた光源１（図１参照）から放射された赤外域の波長（約１０μｍ）をもつレーザ光Ｌは、樹脂層２２には吸収されるが、第２の銅層２３の表面では反射される。そのため、窓穴２４の底部の樹脂層２２のみを、選択的に掘ることができる。
【００３４】
図３(ｂ)に示すように、樹脂層２２が貫通すると、ビアホール２５が完成する。なお、穴の底部に第１の銅層２１の表面が露出した時点で、その露出した第１の銅層２１によってレーザ光Ｌが反射される。これにより、ビアホールの形成が自動的に終了する。
【００３５】
実際には、被加工基板Ｗには窓穴２４が多数（例えば、数千〜数万個）形成されていて、一つの窓穴の位置にビアホールを形成すると、レーザ光Ｌの入射位置を他の一つの窓穴の開口を内包する領域へ移動させる。レーザ光Ｌの入射位置の移動は、ガルバノスキャナ５（図１参照）を制御することにより行う。こうして、被加工基板Ｗに多数のビアホールを形成する。
【００３６】
以上のように、コンフォーマルマスク法を用いてビアホールを形成する場合、レーザ光Ｌのスポット領域が窓穴２４の開口を内包してさえいれば、仮にレーザ光Ｌの入射光軸が窓穴２４の中心から多少ずれていたとしても、ビアホール２５が形成される位置は、そのずれの影響をうけない。従って、レーザ光Ｌの入射位置の、目標位置からのずれ量が、従来に比べてＮ倍になる場合であっても、ビアホールが形成される位置の精度が低下してしまうことはない。
【００３７】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、第１の光学系６と第１のレンズ７１との間に、マスク２（図１参照）のピンホール２ａが結像される構成としたが、第１の光学系６と第１のレンズ７１との間には、必ずしもマスク２のピンホール２ａが結像されなくてもよい。
【００３８】
また、第１の仮想平面ＶＰ１内においてレーザ光Ｌの通過位置が距離Ｘだけ移動するときに、第２の仮想平面ＶＰ２内においてレーザ光Ｌの通過位置が移動する距離Ｙが、距離Ｘよりも小さくなるようにしてもよい。これは例えば、第２のレンズ７２の焦点距離が第１のレンズ７１の焦点距離よりも短い構成とすることにより実現できる。距離Ｙを距離Ｘよりも小さくする場合、その分だけ被加工基板Ｗの表面上におけるレーザ光の入射位置の、目標位置からのずれ量を小さくできるから、ビアホールを形成する位置の精度を向上できる。
【００３９】
実施例ではビアホールを形成するレーザ加工装置について説明したが、本発明は、レーザ光を走査することにより、そのレーザ光の入射位置を移動させる光学装置、例えばレーザ描画装置、表面検査装置、あるいは情報読み取り装置等にも適用できる。上記コリメータ３、ｆθレンズ６、第１のレンズ７１、及び第２のレンズ７２は、赤外線透過材料としてのＧｅ、ＺｎＳ、又はＺｎＳｅ等を用いて構成することができる。この他、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】第２の光学系の構成を示す概略図である。
【図３】被加工基板の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  光源
２  マスク
３  コリメータ
４  ミラー
５  ガルバノスキャナ（走査器）
６  第１の光学系（ｆθレンズ）
７  第２の光学系（両側テレセントリック光学系）
ＶＰ１  第１の仮想平面
ＶＰ２  第２の仮想平面
Ｗ  被加工基板（多層基板）
【図１】
2005107186.tif 000003
【図２】
2005107186.tif 000004
【図３】
2005107186.tif 000005