(57)【要約】【課題】被加工物の表面に浮き上がり等に起因する位置ずれが生じている場合でも、高精度なレーザ加工を実現できるようにする。【解決手段】レーザ発振器１０と、該発振器１０から発振されるレーザ光を、所定のビーム径に整形するマスク１２と、該マスク１２により整形されたレーザ光を偏向するミラー１４と、該ミラー１４により偏向されたレーザ光を所定の径に絞り込むアパーチャ１６と、該アパーチャ１６を通過したレーザ光をワーク２０の表面に結像させる凸レンズからなる加工レンズ１８とを備え、加工レンズ１８の手前に、マスク１２により整形されたレーザ光のビーム径を所望の大きさに絞るアパーチャ１６を配設した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を結像光学系を介して被加工物の表面に集光して加工するレーザ加工方法において、
レーザ光を、前記結像光学系の途中で絞り、前記被加工物の表面における結像深度を拡大することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザ光を、前記結像光学系に含まれる加工レンズの手前で絞ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
必要な結像深度をΔＦ〔μｍ〕とする場合、前記レーザ光の絞り径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
Ｄ＝２ｆ（Ｒ／ΔＦ）
（ここで、ｆは加工レンズの焦点距離〔ｍｍ〕、Ｒは許容可能な結像のずれ〔μｍ〕）
により設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
レーザ光を、前記結像光学系の手前でマスクにより整形し、前記被加工物の表面に結像させる場合、整形後のレーザ光を、該マスクからの少なくとも１次回折光が通過する径に絞ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記レーザ光の絞り径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
ｄ＋２．２３λＬ／ｄ≦Ｄ
（ここで、ｄはマスク径〔ｍｍ〕、λは使用するレーザの波長〔ｍｍ〕、Ｌはマスクからアパーチャまでの距離〔ｍｍ〕）
の関係を満足するように設定することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ光を結像光学系を介して被加工物の表面に集光して加工するレーザ加工装置において、
レーザ光を、前記結像光学系の途中で絞る絞り手段を設置し、前記被加工物の表面における結像深度を拡大したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
前記絞り手段を、前記結像光学系に含まれる加工レンズの手前に設置したことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
必要な結像深度をΔＦ〔μｍ〕とする場合、前記レーザ光を絞る絞り手段の径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
Ｄ＝２ｆ（Ｒ／ΔＦ）
（ここで、ｆは加工レンズの焦点距離〔ｍｍ〕、Ｒは許容可能な結像のずれ〔μｍ〕）
により設定することを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ光を、前記結像光学系の手前でマスクにより整形し、前記被加工物の表面に結像させる場合、整形後のレーザ光を、前記絞り手段により該マスクからの少なくとも１次回折光が通過する径に絞ることを特徴とする請求項６、７又は８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザ光を絞る絞り手段の径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
ｄ＋２．２３λＬ／ｄ≦Ｄ
（ここで、ｄはマスク径〔ｍｍ〕、λは使用するレーザの波長〔ｍｍ〕、Ｌはマスクからアパーチャまでの距離〔ｍｍ〕）
の関係を満足するように設定することを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法及び装置に係り、特に被加工物の表面位置が光学系に対して変動する場合でも高品質な加工を実現することができるレーザ加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子機器等の配線に使用されているプリント配線基板等の被加工物（以下、ワークともいう）に、レーザ光を照射して穴あけ等を行なうレーザ加工が行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、ポリイミド樹脂等からなる基板に、その表裏両面に被着形成されている配線を接続するための、いわゆるビア（Ｖia）ホールをレーザ加工する場合等において、所望の形状に高精度に加工するためには、ワーク表面でレーザビームがトップフラットに結像するようにすることが有効である。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５３８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ワーク表面でトップフラットに結像したレーザビームは、結像点から通常０．２ｍｍ程度ずれただけで、トップフラットの結像状態が崩れてしまうため、ワークの浮き上がり等によりその表面位置がずれている場合には、加工品質に悪影響を及ぼす場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、被加工物の表面に浮き上がり等に起因する位置ずれがある場合でも、高精度に穴あけ等の加工を行なうことができるレーザ加工方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、レーザ光を結像光学系を介して被加工物の表面に集光して加工するレーザ加工方法において、レーザ光を、前記結像光学系の途中で絞り、前記被加工物の表面における結像深度を拡大することにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本発明は、又、レーザ光を、前記結像光学系に含まれる加工レンズの手前で絞るようにしたものである。
【０００９】
本発明は、又、必要な結像深度をΔＦ〔μｍ〕とする場合、前記レーザ光の絞り径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
Ｄ＝２ｆ（Ｒ／ΔＦ）
（ここで、ｆは加工レンズの焦点距離〔ｍｍ〕、Ｒは許容可能な結像のずれ〔μｍ〕）により設定するようにしたものである。
【００１０】
本発明は、又、レーザ光を、前記結像光学系の手前でマスクにより整形し、前記被加工物の表面に結像させる場合、整形後のレーザ光を、該マスクからの少なくとも１次回折光を通過する径に絞るようにしたものである。
【００１１】
又、その際、前記レーザ光の絞り径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
ｄ＋２．２３λＬ／ｄ≦Ｄ
（ここで、ｄはマスク径〔ｍｍ〕、λは使用するレーザの波長〔ｍｍ〕、Ｌはマスクからアパーチャまでの距離〔ｍｍ〕）の関係を満足するように設定するようにしたものである。
【００１２】
本発明は、又、レーザ光を結像光学系を介して被加工物の表面に集光して加工するレーザ加工装置において、レーザ光を、前記結像光学系の途中で絞る絞り手段を設置し、前記被加工物の表面における結像深度を拡大したことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、又、前記絞り手段を、前記結像光学系に含まれる加工レンズの手前に設置するようにしたものである。
【００１４】
本発明は、又、必要な結像深度をΔＦ〔μｍ〕とする場合、前記レーザ光を絞る絞り手段の径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
Ｄ＝２ｆ（Ｒ／ΔＦ）
（ここで、ｆは加工レンズの焦点距離〔ｍｍ〕、Ｒは許容可能な結像のずれ〔μｍ〕）により設定するようにしたものである。
【００１５】
本発明は、又、レーザ光を、前記結像光学系の手前でマスクにより整形し、前記被加工物の表面に結像させる場合、整形後のレーザ光を、前記絞り手段により該マスクからの少なくとも１次回折光が通過する径に絞るようにしたものである。
【００１６】
又、その際、前記レーザ光を絞る絞り手段の径：Ｄ〔ｍｍ〕を、次式
ｄ＋２．２３λＬ／ｄ≦Ｄ
（ここで、ｄはマスク径〔ｍｍ〕、λは使用するレーザの波長〔ｍｍ〕、Ｌはマスクからアパーチャまでの距離〔ｍｍ〕）の関係を満足するように設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被加工物の表面にレーザ光を集光して加工する際、結像光学系においてビーム径を絞るようにしたので、結像深度を拡大する（高める）ことが可能となる。このように、カメラの絞りの原理を加工光学系に適用することにより、結像深度を飛躍的に改善できることから、レーザビームをトップフラットの状態で到達できる範囲を拡大することが可能となり、被加工物に対して高精度加工を実現できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る一実施形態のレーザ加工装置の概要を示す。
【００２０】
本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器１０と、該発振器１０から発振されるレーザ光を、所定のビーム径に整形するマスク１２と、該マスク１２により整形されたレーザ光を偏向するミラー１４と、該ミラー１４により偏向されたレーザ光を所定の径に絞り込むアパーチャ（絞り手段）１６と、該アパーチャ１６を通過したレーザ光をワーク（被加工物）２０の表面に結像させる凸レンズからなる加工レンズ１８とを備え、結像光学系は、ミラー１４と加工レンズ１８とを含んで構成されている。
【００２１】
本実施形態では、加工レンズ１８の手前（結像光学系の途中）にアパーチャ１６を配設したので、マスク１２により整形されたレーザ光のビーム径を所望の大きさに絞ることが可能となる。このようにアパーチャ１６を配設したことにより、ワーク２０の表面（加工面）における光エネルギは若干下がってしまうが、結像深度を拡大することが可能となる。
【００２２】
即ち、図２に一般的な結像レンズ（凸レンズ）による結像の原理を示すように、同図（Ａ）の光学系に比べ、同図（Ｂ）のように集光させる凸レンズ（結像レンズ）の手前にアパーチャ（絞り）を挿入した場合には、図中像側焦点面の矢印範囲で示す結像深度が大きくなる。
【００２３】
従って、本実施形態によれば、飛躍的に結像深度を改善できることから、ワーク２０の表面にレーザビームをトップフラットのモードで結像させる場合には、図３にフォーカス位置に対して両方向矢印でトップフラットの範囲を示すように、アパーチャ１６を配設しない従来法に比べて、ダメージが発生しない範囲を大幅に拡大することができる。
【００２４】
その結果、フレキシブル配線基板等の薄いワークを加工する場合等において、ワークの反りや浮き上がり、厚みのバラツキ等によりフォーカス位置がずれてしまったとしても、そのずれの影響を最小限に抑えることができるため、加工品質の低下を防止できる。
【００２５】
従って、図４に、樹脂フィルム２０Ａの表裏両面に銅箔からなる所定形状の配線２０Ｂ、２０Ｃが形成されているフレキシブル配線基板からなるワーク２０の一部断面を拡大して模式的に示すように、ビームモードが鋭い場合に薄い底面配線２０Ｃに発生し易い断線等のダメージ２０Ｄの発生を有効に防止できると共に、ビアホールを高精度に加工することができる。
【００２６】
又、本実施形態においては、前記加工レンズ１８の前に挿入したアパーチャ１６の径を、マスク１２との関係で以下のように設定する。
【００２７】
いま、図５に模式的に示すように、加工レンズ１８の焦点距離をｆ〔ｍｍ〕、アパーチャ１６の径をＤ〔ｍｍ〕、許容可能な結像のずれをＲ〔μｍ〕としたとき、必要な決像深度をΔＦ〔μｍ〕とすれば、以下の式で必要なアパーチャ径が求められる。ここで、Ｒは、光学系の解像度により決定される値で、一般的には、加工レンズの最小スポット径となる。
【００２８】
Ｄ＝２ｆ（Ｒ／ΔＦ）      …（１）
【００２９】
つまり、加工レンズ１８を変えないで結像深度を２倍にした場合、アパーチャ径を２分の１とすれば良い。
【００３０】
換言すれば、アパーチャ径Ｄを小さくする程、結像深度ΔＦを大きくすることができ、
マスク１２からの像を転写させて加工面に結像させる場合には、それだけマスク１２からの高次回折光を遮断することができる。
【００３１】
ただし、この場合には、極力光エネルギを確保できるように、少なくとも１次の回折光を取り込む必要があり、そのためには、以下の式を同時に満足するように設定する必要がある。
【００３２】
ｄ＋２．２３λＬ／ｄ≦Ｄ      …（２）
【００３３】
ここで、Ｌはマスク１２からアパーチャ１６までの距離〔ｍｍ〕、ｄはマスク径〔ｍｍ〕、λは使用するレーザの波長〔ｍｍ〕である。
【００３４】
なお、本発明は、前述した配線基板の穴あけ加工に限定されるものでなく、結像光学系を使用する任意のレーザ加工技術に適用可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上説明したとおり、本発明によれば、被加工物の表面に浮き上がり等に起因する位置ずれが発生している場合でも、該被加工物に対して穴あけ等のレーザ加工を高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る一実施形態のレーザ加工装置の概要を示すブロック図
【図２】レーザ加工装置の結像光学系にアパーチャを適用する原理を示す模式図
【図３】本発明の作用を従来例と比較して示す模式図
【図４】本発明の効果を示すワークの拡大部分断面図
【図５】アパーチャ径とマスク径の関係を示す模式図
【符号の説明】
【００３７】
１０…レーザ発振器
１２…マスク
１４…ミラー
１６…アパーチャ（絞り手段）
１８…加工レンズ
２０…ワーク（被加工物）
【図１】
2005144456.tif 000003
【図２】
2005144456.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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