(57)【要約】  【課題】  従来の技術では、投影光学系の収差により、特に穴径の小さな微細加工を行う場合、加工した穴形状が悪い、あるいは加工穴の周縁部にキズが出来るなどの課題がある。本発明は、上記投影光学系の種々の収差を補正し、加工品質のよいレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  レーザ発振器１を光源とし、ガルバノミラー６によりプリント基板上の任意の位置にレーザビーム２を伝送しながら、マスク3の像をｆΘレンズ６を用いてプリン基板８上に投影し、穴あけ加工を行うレーザ加工装置において、アダプティブミラー４によりｆΘレンズの収差を補正することにより、加工エリア全域にわたり品質の良い加工が出来る。【選択図】  図１
2005103630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを任意の形状に切り出すマスクと、前記マスクの像を加工対象物に投影する投影光学系と、前記マスクと前記投影光学系の間に配置され加工対象物の任意の位置に前記レーザビームを導くスキャナと、前記マスクと前記投影光学系の間に配置されるアダプティブミラーを備え、前記アダプティブミラーが投影光学系の収差を補正するレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを任意の形状に切り出すマスクと、前記マスクの像を加工対象物に投影する投影光学系と、前記マスクと前記投影光学系の間に配置され加工対象物の任意の位置に前記レーザビームを導くスキャナと、前記マスクと前記スキャナの間に配置され前記レーザビームの加工対象物上での強度分布におけるサイドスプリアスを軽減する機能を有する振幅フィルタを設けたレーザ加工装置。
【請求項３】
振幅フィルタの振幅透過率は、レーザビームの光軸から距離が遠くなるにつれ低くなる請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを任意の形状に切り出すマスクと、前記マスクの像を加工対象物に投影する投影光学系と、前記マスクと前記投影光学系の間に配置され、加工対象物の任意の位置に前記レーザビームを導くスキャナと、前記レーザ発振器と前記スキャナの間に配置され前記レーザビームの波長強度分布におけるサイドスプリアスを除去するファブリーペローエタロンを設けたレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザ発振器から出力されたレーザビームをマスクにより任意の形状に切り出すステップと、前記マスクにより切り出されたレーザビームの任意の形状を加工対象物に光学系により投影するステップと、前記マスクと前記光学系の間に配置されるスキャナにより加工対象物上の任意の位置にレーザビームを導くステップと、前記マスクと前記スキャナの間に配置されるアダプティブミラーにより前記投影光学系の収差を補正するステップを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ発振器から出力されたレーザビームをマスクにより任意の形状に切り出すステップと、前記マスクにより切り出されたレーザビームの任意の形状を加工対象物に光学系により投影するステップと、前記マスクと前記光学系の間に配置されるスキャナにより加工対象物上の任意の位置にレーザビームを導くステップと、前記マスクとスキャナの間に配置される振幅フィルタにより前記レーザビームの加工物上での強度分布におけるサイドスプリアスを軽減するステップを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ発振器から発振されたレーザビームをマスクにより任意の形状に切り出すステップと、前記マスクにより切り出されたレーザビームの任意の形状を加工対象物に光学系により投影するステップと、前記マスクと前記光学系の間に配置されるスキャナにより加工対象物上の任意の位置にレーザビームを導くステップと、前記レーザ発振器と前記スキャナの間に配置されるファブリーペローエタロンにより前記レーザビームの波長強度分布におけるサイドスプリアスを除去するステップを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャナを用いて加工対象物の任意の位置にレーザビームを導きながら、任意の形状の開口を有するマスクの像を被加工物上に投影し加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述したレーザ加工装置に関する従来技術について図を用いて説明する。図１２は従来のレーザ加工装置の構成図である。図１２において１２１はレーザ発振器、１２２はレーザビームであり図中にプロファイルを点線で示した。１２３はマスク、１２４は開口絞り、１２５はスキャナの役目を担うガルバノミラー、１２６は投影光学系、１２７は加工対象物である。
【０００３】
レーザ発振器１２１から出射したレーザビーム１２２はマスク１２３に入射する。マスク１２３は大きさが可変のものを用いて加工したい穴の大きさによりマスクの口径の大きさを決定する場合や、大きさは可変ではなく加工に応じて大きさの違うマスクを用いる場合もある。ガルバノミラー１２５はレーザビーム１２２をスキャンし、加工対象物１２７の任意の位置にレーザビーム１２２を導く。投影光学系１２６はマスクの像を加工対象物１２７に投影し例えばプリント基板などの加工対象物に対し穴開け加工を行う。（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−４８０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の技術では、投影光学系１２６の収差により、特に穴径の小さな微細加工を行う場合、加工した穴形状が悪い、あるいは加工穴の周縁部にキズが出来るなどの課題があった。
【０００５】
また投影光学系の色収差により加工穴の形状が悪いという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記投影光学系の種々の収差を補正し、加工品質のよいレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを任意の形状に切り出すマスクと、前記マスクの像を加工対象物に投影する投影光学系と前記マスクと、前記投影光学系の間に配置され、加工対象物の任意の位置に前記レーザビームを導くスキャナと、前記マスクと前記投影光学系の間に配置されるアダプティブミラーを備え、前記アダプティブミラーが投影光学系の収差を補正するようにしたもので、これにより品質の良い穴加工が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを任意の形状に切り出すマスクと、前記マスクの像を加工対象物に投影する投影光学系と、前記マスクと前記投影光学系の間に配置され、加工対象物の任意の位置に前記レーザビームを導くスキャナと、前記マスクと前記投影光学系の間に配置されるアダプティブミラーを備え、前記アダプティブミラーが投影光学系の収差を補正するにしたものであり、加工エリア全域で品質の良い加工が可能となり実用性の高い高品質なレーザ加工装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略図である。図１において、１はレーザ発振器であり、ＣＯ２レーザを用いた。２はレーザビームであり、図中に点線で示した。３はマスク、４はアダプティブミラー、５は開口絞り、６はスキャナであり本実施の形態ではガルバノミラーを用いている。７は投影光学系であり本実施の形態ではｆΘレンズを用いている。そして８は加工対象物であるプリント基板である。
【００１０】
以下に本実施の形態の作用について説明する。レーザ発振器１から発振されたレーザビーム２はマスク３に入射する。本実施の形態ではレーザ発振器１は数μｓから数十μｓのパルス幅でパルス発振するものとする。マスク３の大きさは可変であり、本実施の形態では円形のマスクを用いた。本実施の形態におけるレーザ加工装置は、レーザビーム２のパルス幅、ショット数及びマスク３のサイズを任意に組み合わせることにより、直径数十μｍ〜数百μｍまでの丸穴加工をプリント基板８に行うことが出来る。マスク３を出射したレーザビーム２はアダプティブミラー４に入射する。アダプティブミラー４はレーザビーム２の光波面を微少量変換させる。図２はアダプティブミラー４の拡大図であり（ａ）は側面図（ｂ）は背面図である。図２において４−１から４−１２１はピエゾアクチュエータである。図２に示すように４−１から４−１２１のピエゾアクチュエータをそれぞれ独立した所定量押し出すことでアダプティブミラー４を微小量変換させアダプティブミラー４から反射されるレーザビーム２の光波面を微小に変換させる。アダプティブミラーから反射されたレーザビーム２は開口絞り５に入射する。開口絞り５を透過したレーザビーム２はガルバノミラー６に入射する。ガルバノミラー６はプリント基板８上の任意の位置にレーザビーム２を導く。ｆΘレンズ７はマスク３の像をプリント基板８に投影する。よってプリント基板８にマスクの大きさに対応した穴加工がなされる。
【００１１】
図３に本実施の形態におけるプリント基板のｆΘレンズの加工エリアにおける穴加工の例の図である。マスクは円形のものを用いているので、光学系が完全に無収差ならば真円の穴加工がなされる。図３（ａ）はアダプティブミラー４の面形状を平面に固定した場合の加工穴の形状である。図３（ａ）を見て明らかなように、本実施の形態のｆΘレンズ７は非点収差と像面湾曲が大きく、加工エリアの端部における穴形状が楕円になる。一般的にも波長９μｍ程度のレーザにおいて直径５０μｍ程度の穴加工を行おうとした場合、このような問題が生じる場合が多い。そこで本実施の形態では、仮にｆΘレンズ７が無収差の場合に加工エリアにおいて図３（ｂ）のような穴形状になるようにアダプティブミラー４の形状をコントロールする。つまり加工エリア端部において図３（ａ）の楕円の長辺の方向が放射方向であるのに対し、図３（ｂ）では楕円の長辺方向が円周方向を向くようにアダプティブミラー４の形状はコントロールされる。光波面で考えるとアダプティブミラー４はｆΘレンズ７により生じる光波面の歪みのうちの非点収差成分を補正するように変形する。なお図３では、ｆΘレンズの加工エリア端部における加工穴を用いて、アダプティブミラー４の収差補正について説明したが、光軸上以外の全ての加工エリアにおいても、アダプティブミラー４はｆΘレンズ７により生じる光波面の歪みのうちの非点収差成分を補正するように変形させることは言うまでもない。アダプティブミラー４の変形量は加工エリア内の加工位置毎に定められていて、アダプティブミラー４の変形は、加工位置の移動毎にガルバノミラーの移動に対し、同時刻以前に行われる。図３（ｃ）は本実施の形態におけるレーザ加工装置において加工を行ったプリント基板８の加工穴の形状をあらわす図である。図３（ｃ）より明らかなように加工エリアの端部においても真円の穴加工が行われている。なお図３（ｃ）には記入しなかったがその他の加工エリアに対しても本実施の形態のレーザ加工装置を用いれば真円の穴加工が実現出来る。以上のように本実施の形態によればｆΘレンズの収差をアダプティブミラーにより補正することで、加工エリア全域で品質の良い加工が可能となる。
（実施の形態２）
図４は本実施の形態によるレーザ加工装置の概略図である。図４において、４１はレーザ発振器であり、ＣＯ２レーザを用いた。４２はレーザビームであり、図中に点線で示した。４３はマスク、４４は振幅フィルタ、４５は開口絞り、４６はスキャナであり本実施の形態ではガルバノミラーを用いている。４７は投影光学系であり本実施の形態ではｆΘレンズを用いている。そして４８は加工対象物であるプリント基板である。
以下に本実施の形態の作用について説明する。レーザ発振器４１から発振されたレーザビーム４２はマスク４３に入射する。本実施の形態ではレーザ発振器４１は数μｓから数十μｓのパルス幅でパルス発振するものとする。マスク４３の大きさは可変であり、本実施の形態では円形のマスクを用いた。本実施の形態におけるレーザ加工装置は、レーザビーム４２のパルス幅、ショット数及びマスク４３のサイズを任意に組み合わせることにより、直径数十μｍ〜数百μｍまでの丸穴加工をプリント基板４８に行うことが出来る。マスク４３を出射したレーザビーム４２は振幅フィルタ４４に入射する。振幅フィルタ４４は開口絞り４５の直前に配置され、開口絞りに入射するレーザビーム４２の振幅分布を制御する。図５（ａ）は振幅フィルタ４５がない場合の開口絞り４５の位置でのレーザビーム４２の振幅分布であり、図５（ｂ）が振幅フィルタを用いた場合の本実施の形態における開口絞りの位置でのレーザビームの振幅分布を表す図である。振幅フィルタ４４を透過したレーザビーム４２は開口絞り４５に入射する。開口絞り４５を透過したレーザビーム４２はガルバノミラー４６に入射しする。ガルバノミラー４６はプリント基板４８上の任意の位置にレーザビーム４２を導く。ｆΘレンズ４７はマスク４３の像をプリント基板４８に投影する。よってプリント基板４８にマスクの大きさに対応した穴加工がなされる。図６（ａ１）は振幅フィルタを用いない場合の光軸上以外のプリント基板４８上の加工エリアの一つにおける穴形状である。図６（ａ１）より明らかなように真円に加工された加工穴の横にキズが生じている。図６（ｂ１）は図６（ａ１）の加工穴を加工したレーザビームのプリント基板４８での強度分布である。図６（ｂ１）より明らかなように強度分布のサイドスプリアスの強度がプリント基板４８の加工閾値をこえることで図６（ａ１）に見られるような加工キズが生じる。このような現象は本実施の形態のように光源にＣＯ２レーザを用いて穴径５０μｍ近傍をねらった小径加工を行う際多く見られる。そこで本実施の形態２のように振幅フィルタを用いることで図６（ｂ２）に示すようにサイドスプリアスを軽減させることができる。本実施の形態ではサイドスプリアスを軽減しプリント基板４８の加工閾値より低い強度にすることで、図６（ａ２）に示すように加工キズのない真円の穴加工を実現している。振幅フィルタの効果について図５と図６を用いてもう少し詳しく説明する。光学的な像面での光の強度分布は瞳関数のフーリエ変換で与えられることは良く知られている。本実施の形態でみると瞳上での振幅分布が図５、像面での強度分布が図６に相当する。振幅フィルタを用いない場合、開口絞り４５上での振幅分布は図５（ａ）のようになり強度分布を開口絞りで遮断しており、強度分布の端部が急峻になっている。このような振幅分布のフーリエ変換はサイドスプリアスが高いことが知られている。よって図６（ａ１）のような強度分布になる。一方で本実施の形態のように振幅フィルタを用いて開口絞り上での振幅分布を図５（ｂ）のように中心から端部にかけて滑らかに減衰させるようにすることで、図６（ｂ２）に示すように、加工対象物上でのレーザビームの強度分布のサイドスプリアスを軽減させることができる。なお本実施の形態において振幅フィルタ４４は開口絞り４５の直前に配置したが開口絞り４５からみてニアフィールドな領域であれば任意の位置に配置しても同等の効果が得られることは言うまでも無い。以上のように本実施の形態によれば振幅フィルタをもちいて、光学系の瞳面つまり開口絞り上の振幅分布を制御することで加工エリア全域で加工キズの無い品質の良い加工が可能となる。
（実施の形態３）
図７は本実施の形態によるレーザ加工装置の概略図である。図７において、７１はレーザ発振器であり、ＣＯ２レーザを用いた。７２はレーザビームであり、図中に点線で示した。７３はファブリーペローエタロン、７４はマスク、７５は開口絞り、７６はスキャナであり本実施の形態ではガルバノミラーを用いている。７７は投影光学系であり本実施の形態ではｆΘレンズを用いている。そして７８は加工対象物であるプリント基板である。
【００１２】
以下に本実施の形態の作用について説明する。レーザ発振器７１から発振されたレーザビーム７２はファブリーペローエタロン７３に入射し、ファブリーペローエタロン７３を透過したレーザビーム７２はマスク７４に入射する。本実施の形態ではレーザ発振器７１は数μｓから数十μｓのパルス幅でパルス発振するものとする。マスク７４の大きさは可変であり、本実施の形態では円形のマスクを用いた。本実施の形態におけるレーザ加工装置は、レーザビーム７２のパルス幅、ショット数及びマスク７４のサイズを任意に組み合わせることにより、直径数十μｍ〜数百μｍまでの丸穴加工をプリント基板７８に行うことが出来る。マスク７４を出射したレーザビーム７２は開口絞り７５に入射する。開口絞り７５を透過したレーザビーム７２はガルバノミラー７６に入射しする。ガルバノミラー７６はプリント基板７８上の任意の位置にレーザビーム７２を導く。ｆΘレンズ７７はマスク７４の像をプリント基板７８に投影する。よってプリント基板７８にマスクの大きさに対応した穴加工がなされる。レーザビーム７２の波長強度分布を図８に示す。図８より本実施の形態に用いているレーザビーム７２の波長強度分布は波長ａを中心とした主な強度分布の横に波長ｂを中心としたサイドスプリアスがある。このようなレーザビームでファブリーペローエタロン７３を用いず加工対象物７８を加工すると加工穴がｆΘレンズ７７の色収差の影響により、真円の穴加工が出来ずに図９（ａ）に示すようになる。そこで本実施の形態ではファブリーペローエタロン７３を用いた。図１０はファブリーペローエタロンの波長透過率分布を表す図である。図１０より明らかなように波長ｂとその近傍における透過率は０％である。よってファブリーペローエタロン７３を透過したレーザビーム７２の波長強度分布は図１１に示すようになり、サイドスプリアスが除去されている。よって本実施の形態のレーザ加工機により加工された加工穴は図９（ｂ）に示すように真円の加工となる。
【００１３】
なお、ファブリーペローエタロンは本実施の形態においてレーザ発振器７１とマスク７４の間に配置したが、レーザ発振器７１からスキャナ７６の間であればどこに配置しても良い。以上のように本実施の形態によればファブリペローエタロンをもちいて、レーザビームの波長強度分布におけるサイドスプリアスを除去することで品質の良い加工が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、加工エリア全域で品質の良い加工が可能となり実用性の高い高品質なレーザ加工を行うことができ、特に品質の良い加工が求められる加工分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のレーザ加工装置の実施の形態１における全体構成を示す図
【図２】本発明のレーザ加工装置の実施の形態１におけるアダプティブミラーの拡大図
【図３】本発明のレーザ加工装置の実施の形態１におけるプリント基板のｆΘレンズの加工エリアにおける穴加工の例の図
【図４】本発明のレーザ加工装置の実施の形態２における全体構成を示す図
【図５】本発明のレーザ加工装置の実施の形態２における開口絞りの位置でのレーザビームの振幅分布を表す図
【図６】本発明のレーザ加工装置の実施の形態２における加工対象物での加工穴形状及びレーザビームの強度分布の断面を表す図
【図７】本発明のレーザ加工装置の実施の形態３における全体構成を示す図
【図８】本発明のレーザ加工装置の実施の形態３におけるレーザビームの波長強度分布を示す図
【図９】本発明のレーザ加工装置の実施の形態３における加工穴形状を表す図
【図１０】本発明のレーザ加工装置の実施の形態３におけるファブリーペローエタロンの波長透過率分布を表す図
【図１１】本発明のレーザ加工装置の実施の形態３におけるファブリーペローエタロン透過後のレーザビームの波長強度分布を示す図
【図１２】従来例における全体構成を示す図
【符号の説明】
【００１６】
１  レーザ発振器
２  レーザビーム
３  マスク
４  アダプティブミラー
５  開口絞り
６  スキャナ
７  投影光学系
８  プリント基板
４１  レーザ発振器
４２  レーザビーム
４３  マスク
４４  振幅フィルタ
４５  開口絞り
４６  スキャナ
４７  投影光学系
４８  プリント基板
７１  レーザ発振器
７２  レーザビーム
７３  ファブリーペローエタロン
７４  マスク
７５  開口絞り
７６  スキャナ
７７  投影光学系
７８  プリント基板
１２１  レーザ発振器
１２２  レーザビーム
１２３  マスク
１２４  開口絞り
１２５  スキャナ
１２６  投影光学系
１２７  加工対象物
【図１】
2005103630.tif 000003
【図２】
2005103630.tif 000004
【図３】
2005103630.tif 000005
【図４】
2005103630.tif 000006
【図５】
2005103630.tif 000007
【図６】
2005103630.tif 000008
【図７】
2005103630.tif 000009
【図８】
2005103630.tif 000010
【図９】
2005103630.tif 000011
【図１０】
2005103630.tif 000012
【図１１】
2005103630.tif 000013
【図１２】
2005103630.tif 000014