(57)【要約】準ＣＷダイオードまたはランプポンプＡ−ＯＱスイッチ固体ＵＶレーザシステムは、位置決めシステム（３６）の移動と共に準ＣＷポンピングに同期して、位置決めシステムが１つのターゲットエリア（３１）から次のターゲットエリア（３１）に移動している間にポンピングを減少し、高スループットで基体に複数のビアを形成する。このように、ビア形成のために利用可能なＵＶパワーは、レーザ媒質（１６）への平均ポンピングパワー及びレーザポンピングダイオード（１４）の熱負荷が、通常利用可能なレーザポンピングダイオード（１４）で通常のＣＷポンピング中利用可能に同じに維持するが、より以上に高いパワーになる。準ＣＷポンピング電流プロフィールはさらに修正され、好適なＵＶパルス幅のプロフィールを実現することができる。
2004528984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース上の複数のターゲットエリアにおける少なくとも１個のターゲット材料の層についてレーザシステムを用いて加工する方法であって、前記レーザシステムは固体レーザ媒質とポンピング源を具え、前記固体レーザ媒質は熱誘導ひずみによってポンピングパワーが制限され、当該固体レーザ媒質は拡張された時間期間を許容することができ、
前記ワークピース上の第１のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
第１の時間期間の間に前記固体レーザ媒質をポンピングするために、第１のより高い電流レベルで前記レーザポンピング源に電流を供給し、
イントラキャビティ音響光学Ｑスイッチを動作させ、前記第１の時間期間の間に少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのパルスを有する第１のレーザ出力を発生し、
前記第１のレーザ出力を前記第１のターゲットエリアに照射して、当該第１のターゲットエリアからターゲット材料を除去し、
前記レーザポンピング源に供給される電流をより低い電流レベルに低下させ、第２の時間期間の間に前記固体レーザ媒質内の熱負荷を減少させ、
前記第２の時間期間の間に前記ワークピース上の前記第１のターゲットエリアと異なる第２のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
第３の時間期間の間に前記固体レーザ媒質をポンピングするために、第２のより高い電流レベルに前記レーザポンピング源に供給される電流を増加させ、
前記Ｑスイッチを動作させることにより、前記第３の時間期間の間に少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのパルスを有する第２のレーザ出力を発生し、
前記第２のレーザ出力を前記第２のターゲットエリアに照射して、当該第２のターゲットエリアからターゲット材料を除去する、レーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２】
前記レーザポンピング源はレーザポンピングダイオードを備え、前記第１及び第２のレーザ出力は前記レーザポンプダイオードに供給される電流レベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザポンプダイオードは、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、前記レーザポンピングダイオードからレーザ媒質に供給できるポンピングパワーの量を制限する電流誘導累積熱関連ポンピング能力を有し、
前記第２の時間期間の間に供給される電流のより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間により高いレベルの電流を供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザポンピングダイオードの最大ＣＷ電流レベルを超えることができ、
また、所定のパルス繰り返し速度における前記第１及び第２のレーザ出力の出力パワーレベルが、最大ＣＷ電流レベルでレーザポンピングダイオードによりポンピングされた際の前記所定のパルス繰り返し速度における前記レーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力パワーレベルを超える、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力の出力パワーレベルは前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力パワーレベルを超え、前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力はそれぞれ第１のターゲットエリア及び第２のターゲットエリアから第１の層のターゲット材料を除去する、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４】
前記第１のより高い電流レベルまたは第２のより高い電流レベルを、前記最大ＣＷ電流レベルよりも低くすることが可能な、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、前記レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項６】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とし、当該第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に等しい量の電流を供給する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項７】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項８】
第１の量の電流を前記第１の時間期間の間に供給し、第３の量の電流を前記第３の時間期間の間に供給し、前記第１の量の電流と第３の量の電流が異なる、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項９】
前記より低い電流レベルは、電流をほとんど含まないレベルとする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１０】
前記第１のより高い電流レベル及び／または第２のより高い電流レベルを調節し、それぞれ前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に少なくとも第１及び第２の異なる電流レベル値を構成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１１】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値をターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項１０に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２のレーザ出力が前記レーザポンプダイオードに供給される電流レベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザ媒質が、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に当該レーザ媒質に供給することができるポンピングパワーの量を制限する熱誘導蓄積ひずみを有し、
前記第２の時間期間の間にレーザ媒質に供給されるポンピングパワーのより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間にレーザ媒質に供給されるより高いポンピングパワーのレベルが、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザ媒質の最大ＣＷポンピングパワーを超えることができ、
前記最大ＣＷポンピングパワーでポンプするときに、前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力のパワーレベルがレーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力を超える、
請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１３】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、前記レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項１２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１４】
前記Ｑスイッチは２ｋＨｚよりも速い繰返し速度でレーザパルスを発生する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１５】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１６】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力はＹＡＧレーザまたはＹＬＦレーザにより放射される光の波長、または１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍまたは２６６ｎｍを含む波長であるがその値に制限されない波長における高調波の波長を構成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１７】
前記ビームポジショナは、前記第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に、第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１８】
単一層のビアをシングルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１９】
１つのターゲット層よりも多い層を通すビアを、ダブルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２０】
１つのターゲット層よりも多い層を通すビアを、シングルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２１】
ワークピース上の複数の離散なターゲットエリアにおける少なくとも１個のターゲット材料の層を加工するレーザシステムであって、
レーザ共振器内に配置され、光路に沿った出力位置に向かう少なくとも第１及び第２のレーザ出力を発生する固体レーザ媒質と、
少なくとも第１及び第３の互いに重複しない時間期間中に前記固体レーザ媒質をポンピングするレーザポンピングダイオードと、
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に、より高いレベルの電流を前記レーザポンピングダイオードに供給し、前記第１の時間期間と第３の時間期間との間の第２の時間期間の間に、より低いレベルの電流を供給する可変制御可能な電源と、
前記各第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に、各第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力における少なくとも２つのレーザパルスを供給するイントラキャビティ音響光学Ｑスイッチと、
前記第１の時間期間の間に第１のレーザ出力の出力位置を第１のターゲットエリアにアドレスし、前記第３の時間期間の間に第２のレーザ出力の出力位置を第２のターゲットエリアにアドレスし、前記第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更するビームポジショナと、
前記電源が、第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力を発生させるときの第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間により高いレベルの電流をレーザポンピングダイオードに供給し、出力位置を変更するときの第２の時間期間の間により低いレベルの電流を供給するように、前記ビームポジショニングシステム、電源及びＱスイッチの動作を直接的にまたは間接的に調整するインターフェース制御手段と、を具えるレーザシステム。
【請求項２２】
前記第１及び第２のレーザ出力は前記レーザポンプダイオードに供給される電流レベルの関数として変化するパワーレベルを有し、
前記レーザポンプダイオードは、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、前記レーザポンピングダイオードからレーザ媒質に供給できるポンピングパワーの量を制限する電流誘導累積熱関連ポンピング能力を有し、
前記第２の時間期間の間に供給される電流のより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間により高いレベルの電流を供給し、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザダイオードの最大ＣＷ電流レベルを超えることができ、
所定のパルス繰り返し速度における前記第１及び第２のレーザ出力のパワーレベルが、前記レーザポンピングダイオードにより最大ＣＷ電流レベルでポンピングする際の前記所定のパルス繰り返し速度における前記レーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力パワーレベルを超える、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２３】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、当該レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項２２に記載のレーザシステム。
【請求項２４】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とする、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２５】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２６】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流を等しい電流の量とする、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２７】
前記第１の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流は、前記第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流と異なる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２８】
前記より低い電流レベルは、電流をほとんど含まないレベルとする、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２９】
前記より高いレベルの電流は、第１の時間期間及び第３の時間期間のそれぞれの間に、少なくとも第１の電流レベル値及びそれと異なる第２の電流レベル値を有する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３０】
前記第１の電流レベル値及び第２の電流レベル値を、ターゲットエリアの材料の単一層を処理している間に適用する、請求項２９に記載のレーザシステム。
【請求項３１】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値をターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項２９に記載のレーザシステム。
【請求項３２】
前記第１及び第２のレーザ出力が前記レーザポンプダイオードに供給される電流レベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザ媒質が、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に当該レーザ媒質が許容することができるポンピングパワーの量を制限する熱誘導蓄積ひずみを有し、
前記第２の時間期間の間にレーザ媒質に供給されるポンピングパワーのより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間にレーザ媒質により高いレベルのポンピングパワーを供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザ媒質の最大ＣＷポンピングパワーを超えることができ、
前記最大ＣＷポンピングパワーでポンプするときに、前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力のパワーレベルが、レーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力を超える、
請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３３】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、当該レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項３２に記載のレーザシステム。
【請求項３４】
前記Ｑスイッチは２ｋＨｚよりも速い繰返し速度でレーザパルスを発生させる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３５】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３６】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力はＹＡＧレーザまたはＹＬＦレーザにより放射される光の波長、または１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍまたは２６６ｎｍを含む波長であるがその値に制限されない波長における高調波の波長を構成する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３７】
前記ビームポジショナは、第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に、第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３８】
１つの層よりも多い層を通すビアを、シングルパス動作により形成する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３９】
１つのターゲット層よりも多い層を通すビアを、ダブルパス動作により形成する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項４０】
前記ビームポジショナが第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に前記第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間は異なる時間期間を構成することができ、前記第１の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流は、第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流と異なる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項４１】
ワークピース上の複数のターゲットエリアにおける少なくとも１個のターゲット材料の層について、レーザシステムを用いて加工する方法において、
前記レーザシステムはレーザポンピングダイオードと固体レーザを備え、前記レーザポンピングダイオードは、当該レーザポンピングダイオードが延長される時間期間の間に前記固体媒質に供給できるポンピングパワーの量を制限する、電流誘導累積熱関連ポンピング能力を有し、
前記ワークピース上の第１のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
前記固体レーザ媒質をポンピングするために、第１のより高い電流レベルで前記レーザポンピングダイオードに電流を供給し、
イントラキャビティ音響光学Ｑスイッチを動作させ、少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのレーザパルスを有する第１のレーザ出力を発生し、
前記第１のレーザ出力を前記第１のターゲットエリアに照射して、当該第１のターゲットエリアからターゲット材料を除去し、
前記レーザポンピングダイオードに供給される電流をより低い電流レベルに低下させ、前記レーザポンピングダイオードの熱負荷を減少させ、
前記ワークピース上の第１のターゲットエリアと異なる第２のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
前記固体レーザ媒質をポンピングするために、前記レーザポンピングダイオードに供給される電流を第２のより高い電流レベルに増加させ、
前記Ｑスイッチを動作させることにより、少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのレーザパルスを有する第２のレーザ出力を発生し、
前記第２のレーザ出力を第２のターゲットエリアに照射して、当該第２のターゲットエリアからターゲット材料を除去する、レーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４２】
それぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に、前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに電流を供給し、
前記第２の時間期間に、より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに電流を供給し、
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力が、レーザポンピングダイオードに供給される電流のレベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザポンプダイオードが、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、前記レーザポンピングダイオードからレーザ媒質に供給され得るポンピングパワーの量を制限する電流誘導累積熱関連ポンピング能力を有し、
前記第２の時間期間の間に供給されるより低い電流のレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に第１のより高いレベルの電流及び第２のより高いレベルの電流を供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間前記レーザダイオードの最大ＣＷ電流レベルを超えることができ、
所定のパルス繰り返し速度における前記第１及び第２のレーザ出力の出力パワーレベルが、前記レーザポンピングダイオードにより最大ＣＷ電流レベルでポンピングする際の前記所定のパルス繰り返し速度における前記レーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力を超える、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４３】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、前記レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項４２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４４】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とする、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４５】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４６】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
等しい量の電流を前記第１の時間期間及び第３の時間期間の間に供給する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４７】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
異なる量の電流を前記第１の時間期間及び第３の時間期間の間に供給する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４８】
前記より低い電流レベルは、電流をほとんど含まないレベルとする、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４９】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルは、それぞれ前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に少なくとも第１の電流レベル値及びそれと異なる第２の電流レベル値を構成する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５０】
前記第１の電流レベル値及び第２の電流レベル値を、ターゲットエリアの材料の単一層を処理している間に適用する、請求項４９に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５１】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値を前記ターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項４９に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５２】
それぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に、前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに電流を供給し、
前記第２の時間期間に、より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに電流を供給し、
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力が、前記レーザポポンピングダイオードに供給される電流レベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザ媒質が、前記第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、熱誘導蓄積ひずみにより制限された量のポンピングパワーを許容することができ、
前記第２の時間期間の間にレーザ媒質に供給されるポンピングパワーのより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間にレーザ媒質により高いレベルのポンピングパワーの電流を供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザ媒質の最大ＣＷポンピングパワーを超えることができ、
前記最大ＣＷポンピングパワーでポンプするときに、前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力の出力パワーレベルが、レーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力を超える、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５３】
前記レーザシステムは、レーザ出力の出力パワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、前記レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項５２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５４】
前記Ｑスイッチは２ｋＨｚよりも速い繰返し速度でレーザパルスを発生させる、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５５】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５６】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力はＹＡＧレーザまたはＹＬＦレーザにより放射される光の波長、または１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍまたは２６６ｎｍを含む波長であるがその値に制限されない波長における高調波の波長を構成する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５７】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生させ、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生させ、
前記ビームポジショナは、第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に、第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５８】
単一層のビアを、シングルパス動作により形成する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５９】
１つのターゲット層よりも多い層を通すビアを、ダブルパス動作により形成する、請求項４１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項６０】
１つのターゲット層よりも多い層を通すビアを、シングルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、２００１年３月１２日に提出した米国仮特許申請Ｎｏ．６０／２７５，２４６号を基礎とした優先権を主張するものである。
【０００２】
著作権表示
（ｃ）Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．本特許ドキュメントの開示部分には著作権保護の対象となる情報を含む。当該著作権者は、本特許ドキュメントが特許商標庁の特許ファイルまたは記録に存在するため、だれもが本特許ドキュメントまたは特許の開示部分をファクシミリにより複製することに異論はない。しかし、米国特許法施行規則１．７１条（ｄ）項において全ての著作権を保有する。
【０００３】
技術分野
本発明は、ダイオードポンプ固体レーザに関し、特に、回路基板にビアを形成するために用いる準ＣＷダイオードポンプ固体ＵＶレーザシステム及びそれらを用いる処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
電子デバイスやプリント回路基板（ＰＣＢ）のようなワークピースのターゲットエリアにポイントツウポイントでビアを形成するために、種々のタイプのレーザシステムが使用されている。以下に、一例としてダイオードポンプ固体紫外線（ＵＶ）レーザシステム及びワークピースのターゲットを用いて説明するが、その説明は発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【０００５】
光波エレクトロニクス（Ｌｉｇｈｔ  Ｗａｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＬＷＥ））のモデル２１０レーザを含むエレクトロサイエンティフィックインダストリー社（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ＥＳＩ））のモデル５２００のような音響光学（Ａ−Ｏ）Ｑスイッチ連続波（ＣＷ）ダイオードポンプ（ＤＰ）固体（ＳＳ）レーザシステムを用いてビアを形成する場合、一つのポンピングダイオードまたは複数のポンピングダイオードは連続して動作し続ける。位置決めシステムがワークピースの新たなターゲットエリアを指示するときはいつでもＱスイッチを閉成することにより、レーザ放出を回避する。位置決めシステムが新たなターゲットエリアにアラインした後、予め設定された繰り返し速度でＱスイッチを開成することにより、レーザシステムは、一つのまたはそれ以上のレーザパルスを含むレーザ出力を行う。
【０００６】
ＬＷＥモデル２１０は、２つの２０ワット（Ｗ）ＣＷダイオードを用いてポンピングさせ、１０ＫＨｚの繰り返し速度で３ＷのＵＶ出力パワーを発生させる。ダイオードへのＣＷポンピング電流は、ダイオードの熱負荷により制限される。より強いＵＶ出力パワーを保証するアプリケーションの場合は、２つの３０Ｗのダイオードレーザバーまたは４つの２０Ｗダイオードレーザバーのように、より多くのダイオードまたはより大きい電流／パワーのダイオードを用いなければならない。その設計では、約８ＷのＵＶ出力パワーを期待することができる。しかしながら、より高いポンピングパワーを用いると、固体レーザ媒質の熱負荷が増加する。レーザ媒質が熱的に過負荷になると、ダイオードを永久に損傷し、またはレーザビームの品質を大幅に低下させ、利用可能なパワーが制限される。このような制限により、レーザシステムの設計及び製造における必要不可欠なエンジニアリングの試みが必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、パルスポンピングや準ＣＷポンピングのような他のポンピング機構がレーザ設計に利用可能である。早期バージョンのラムブダフィジクス（Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）のＵＶ“Ｇａｔｏｒ”モデルのような電気光学（Ｅ−Ｏ）ＱスイッチパルスＤＰＳＳ  ＵＶレーザは、より高いレーザパルスパワーを出力するが、低パルス繰り返し速度で出力する。各ポンピングパルスにおいて、一つのＵＶレーザパルスのみが発生する。そのポンピング継続時間は数百マイクロセカンド（μｓ）に制限されるから、レーザ出力パルスの繰り返し速度は通常２ｋＨｚ以下に制限される。このポンピング機構では、逆にビア形成のスループットに影響するから、ビア形成用には適していない。
【０００８】
伝統的な準ＣＷポンピングはパルスポンピングに似ているが、より低いピークポンピングパワーでより長いポンピング継続時間を実現する。そのポンピング機構は、約１〜２ｋＨｚのポンピング繰り返し速度を実現することができ、そのポンピング継続時間は、使用されるダイオードにおける繰返し速度及びデューティサイクルに基づいて数百μｓから数百ミリセカンド（ｍｓ）にすることができる。このポンピング機構では、ポンピングがオフのときはいつでもダイオードが“静止（ｒｅｓｔ）”する（及び熱負荷が減少又は止まる）から、ＣＷポンピングよりも高いレベルでポンピングすることができる。従って、レーザ出力パワーは、ポンピング時間期間の間、比較可能なＣＷポンプレーザのパワーと比べてより高くすることができる。レーザ出力は、ダイオード（複数のダイオード）に対する電流を調節することにより制御される。しかしながら、このポンピング機構のポンピング繰り返し速度にはさらに重大な欠点がある。準ＣＷポンピングにおける通常の用途には、レーザ接合及びレーザ溶接のように、長いレーザパルス幅及び適度のピークパワーを利用するポンピングが含まれる。
【０００９】
従って、ビア形成スループットを増加させるために、より高いパワーとより速い繰り返し速度の両方を促進するポンピング機構を含むレーザシステムが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
通常のＵＶレーザビア形成システムは、標準の周波数変換機構を用いてＩＲ領域のレーザの基本波長をＵＶに変換する。そのシステムは、好ましくは高ＵＶパワー及び高パルス繰り返し速度を用いて、高スループットのビア形成を実現する。すなわち、Ａ−ＯＱスイッチＤＰＳＳレーザシステムは、今まではビア形成のために望ましいものであった。
【００１１】
市販の好適なシステムは、むしろより高いＵＶパワーを選ぶことにより、ビア形成時間を減少させ、または銅またはＦＲ４のような“ビア形成のために困難な”材料に許容されるビアを形成する。このように、高パルス繰り返し速度（数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）の高ＵＶ出力パワー（５Ｗから１５Ｗ）が望ましい。
【００１２】
市販のシステムとして有用であるためにも、例えばＰＣＢのビア形成には、１秒毎に３００ビアから４００ビアを形成可能なレーザシステムが必要である。従って、レーザ位置決めシステムは、毎秒３００から４００の新たな場所に移動しなければならない。一般に、レーザシステムは１つのビア形成のために１ｍｓよりも短い時間を要するが、ある場合は次のビアの新たな場所に移動するのに１ｍｓよりも長い時間を要する。このため、レーザのＯＮ時間はレーザのＯＦＦ時間よりも実際は短く、これによりレーザの使用の効率がかなり悪くなる。
【００１３】
本発明においては、準ＣＷダイオードまたはランプポンプＡ−ＯＱスイッチ固体ＵＶレーザを提供する。その固体ＵＶレーザは準ＣＷポンピングに同期し、位置決めシステムが１つのターゲットエリアから次のターゲットエリアに移動する間はポンピングを回避または低下させ、ビアを形成している間はＣＷポンプレベルを超えるようにポンピングレベルを上げる。従って、レーザ媒質への平均ポンピングパワー及びポンピングダイオードの熱負荷は通常利用可能なレーザダイオードの通常のＣＷポンピングと同じに維持するが、ビア形成のために利用可能なＵＶパワーはより以上に高いパワーになる。準ＣＷポンピング電流プロフィールはさらに修正され、好適なＵＶパルス幅のプロフィールを実現することができる。
【００１４】
その準ＣＷダイオードまたはランプポンプＡ−ＯＱスイッチ固体ＵＶレーザは新規であり、ビームスキャニングとの準ＣＷポンプの同期化は新規であり、そのビア形成のためのレーザシステムの使用方法は新規である。
【００１５】
本発明の別の対象及び利点は、添付図面を参照して説明する以下の好適実施例の詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、高スループットレートでビアを形成するための、同期してターゲットを定めポンピングし及びレーザ照射する準ＣＷダイオードポンプＡ−ＯＱスイッチ固体ＵＶレーザシステム１０の好適実施例の簡易線図である。図１を参照して、レーザシステム１０のレーザ共振器１２には、ダイオード１４の側面からレーザ媒質１６をポンピングするダイオード１４が示されている。しかしながら、当業者は、共振器１２を折り曲げることができ、ポンピング機構を“エンドポンピング（ｅｎｄ−ｐｕｍｐｉｎｇ）”とすることができ、またはレーザシステム１０が他の可能な周知の構成を用いることができることを認識する。典型的なダイオード１４は、カリフォルニア，サンジョセのＳＤＬ社により販売されているモデルＳＤＬ−３２００シリーズの１００Ｗ準ＣＷアレイ及び９６０Ｗ高能率ファクタースタックアレイを含むが、それらに限定されるものではない。典型的な固体レーザ媒質（１６）は、ＹＡＧ、ＹＬＦ及びＹＶＯ４の組成を有するレーザ媒質を含む。ＩＲ−反射ミラー１８とＵＶ（第３高調波）透過性出力カプラー２０との間で、共振器１２は、光軸２２に沿って音響光学（Ａ−Ｏ）Ｑスイッチ２４、イントラキャビティ周波数変換用の周波数２倍器２６及び周波数３倍器２８も有する。当業者は、周波数変換を共振器１２の外部で行うことができることを認識する。
【００１７】
図２Ａ及び２Ｂ（まとめて図２）は、それぞれ、準ＣＷポンピングダイオード電流パルスすなわちインターバル５０ａ，５０ｂ及び５０ｃ（総称して電流インターバル５０）における典型的な波形の簡易グラフ図、及び図２Ａに示した準ＣＷポンピングダイオード電流波形に重ねた典型的なＡ−ＯＱスイッチレーザパルス６０ａ，６０ｂ及び６０ｃ（総称してレーザパルス６０）における典型的な波形の簡易グラフ図である。図１及び２を参照して、レーザシステムの動作は同期するから、レーザシステム１０が一つのビアをワークピース３０の第１のターゲットエリア３１に造り終えると、中央処理装置（ＣＰＵ）３２が電源３４を制御することにより、ダイオードポンピングを停止し（ダイオード電流をゼロにし）、または予め設定された低電流レベルにダイオードポンピングを低下させる。典型的な電源３４は、一般に１０μｓの電流遷移時間を有する１０−１５アンペアＣＷレーザダイオードドライバ用のモデルＳＤＬ−８２０、約５０アンペアＣＷレーザドライバ用のモデルまたは約１５０アンペアピーク準ＣＷレーザダイオードアレイドライバ用のモデルＳＤＬ９２８を含むが、それらに限定されるものではない。全てカリフォルニア，サンジョセのＳＤＬ社が販売している。
【００１８】
次に、位置決めシステム３６は、光出力位置を新たなターゲットエリア３１に移動させる。光位置決めシステム３６は、好ましくは並進移動ステージポジショナを含み、そのポジショナは、同一のワークピース３０または異なるワークピース３０のターゲットエリア３１の間で、迅速に動作可能な少なくとも２つの直交ステージを用いる。好適実施例では、並進移動ステージポジショナは、Ｙステージがワークピース３０を移動させ、Ｘステージが迅速ビームポジショナ及び関連する集束レンズ（複数のレンズ）を移動させる分割軸（ｓｐｌｉｔ−ａｘｉｓ）システムである。ＸステージとＹステージとの間のＺ軸方向の大きさを調整可能にしてもよい。位置決めミラーは、レーザ共振器１２と迅速ビームポジショナとの間で複数回通過する光路２２をアラインする。例えば、迅速ビームポジショナは、高分解能リニアモータ及び／または一組のガルバノメータを用いるようにしてよく、そのモータ及び／またはミラーは、与えられたテストまたは設計データに基づいて固有の処理操作または繰り返しの処理操作を行うことができる。ステージ及びポジショナは、個別に制御されて移動し、または互いに移動するように調整される。
【００１９】
ビーム位置決めシステム３６は通常のビジョンまたはビームを用いて動作し、対物レンズを介してまたはカメラを用いるオフアキシスで動作するアラインメントシステム、及び当業者にとって周知のアラインメントシステムを用いることができる。一実施例では、エレクトロサイエンティフィックインダストリ社により販売されている位置決めシステム３６におけるフリーライブラリソフトウェアを使用するＨＲＶＸビジョンボックスを用いて、レーザ共振器１２とワークピース３０のターゲットエリア３１との間のアラインメントを行う。他の適したアラインメントシステムが市販されている。
【００２０】
さらに、ビーム位置決めシステム３６は、好ましくは非接触小型変位センサーを用いて、リニアスケールエンコーダまたはレーザ干渉計のようなオンアキシスの位置指示器によって指示されないステージのピッチ、揺れまたは回転によるアッベエラーを決定する。アッベエラー訂正システムを正確な参考基準に対して較正することができるから、その訂正は、センサーの読み取り時の小さな変化を検出することのみに依存し、センサーが絶対的に正確に読み取ることには依存しない。そのアッベエラー訂正システムは、２００１年７月１９日に公開された国際公開番号Ｎｏ．ＷＯ０１／５２００４Ａ１及び２００１年１０月１８日に公開された米国公開公報Ｎｏ．２００１−００２９６７４Ａ１に詳細に説明されている。それに対応するカトラー（Ｃｕｔｌｅｒ）による米国特許出願Ｎｏ．０９／７５５，９５０の開示部分に関連する部分を参考までにここに示す。
【００２１】
位置決めシステム３６の多くの変形例が当業者に周知であり、位置決めシステム３６のいくつかの実施例が、カトラー等による米国特許Ｎｏ．５，７５１，５８５に詳細に説明されている。オレゴンのポートランドに所在するエレクトロサイエンティフィックインダストリ社による利用可能なＥＳＩモデル５３２０マイクロビアドリリングシステム（ｍｉｃｒｏｖｉａ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）は、位置決めシステム３６において好ましく、電子産業用の銅のパッケージをコートした樹脂のレーザドリルに使用されてきた。モデルシリーズ番号２７ｘｘ，４３ｘｘ，４４ｘｘまたは５３ｘｘのような、オレゴンのポートランドに所在するエレクトロサイエンティフィックインダストリー社により製造された他の好ましい位置決めシステムも用いることができる。当業者は、ワークピースの位置決めをするための単一のＸ−Ｙステージ並びにビームの位置決めを行うための同定ビーム位置決め及び／または静止ガルバノメータを有するシステムを用いることができることに想到する。そのシステムは、ＵＶレーザシステムの集束した出力パルス４０を高速でダイナミックに位置決めして、周期的または非周期的な広範囲の有用なパターンを作成するツールパス（ｔｏｏｌｐａｔｈ）ファイルを利用してプログラムすることができることを当該技術分野の当業者は認識する。
【００２２】
ＣＰＵ３２は、位置決めシステム３６が新たなすなわち第２のターゲットエリア３１に到達しまたはまさに到達したとき、または予め設定された時間期間の経過後及びダイオードポンピングが抑制または低下した際、ダイオード１４に電流を供給しまたは電流を増加させる。ＣＰＵ３２は、Ｑスイッチコントロール３８にＱスイッチ２４を開成するよう指示し、予め定めた繰り返し速度で第２のビアが造られるまでレーザパルス６０を射出させる。
【００２３】
ポンピング電流インターバル５０のプロフィールを調節して、準ＣＷポンピングの中のレーザパルス６０のピークパワーのプロフィールの形状を制御することができ、例えば平坦になるように、低から高へ（図２Ａに示した）または高から低へ制御することができる。さらに、電流プロフィールは種々の振幅を有するように調整することができ、例えば、所望の場合には、金属層にビアを形成するために高ピークパワーが用いられ、誘電体層にビアを形成するために低ピークパワーを用いることができる。同様に、電流ポンピングインターバル５０の時間期間は、より大きい径のビアのためにより長い電流インターバル５０が調整されるように、そのサイズ、深さ及び処理されるビアの材料に適合するように調整することができる。図２Ａ及び２Ｂは、必ずしも必要でないが、デューティサイクルを同じに維持しながら、レーザシステム１０が電流ポンピングインターバル５０の期間を変化させ及び電流ポンピングインターバル５０の間の期間を変化させることができることを示している。しかしながら、そのデューティサイクルは、レーザ出力プロフィールのために所望される場合は、同様に変更することができる。
【００２４】
準ＣＷポンピング繰り返し速度を、容易に２ｋＨｚの速さにすることができる。レーザポンピングダイオード１４及び／またはレーザ媒質１６に対する平均熱負荷がほぼ一定でありまたは熱損傷レベル以下である限り、準ＣＷポンピングの間の時間期間は一定でなくてもよい。
【００２５】
一実施例では、ＣＷポンプ５ＷのＵＶレーザシステム１０におけるダイオード１４及び電源３４は、様々な電流ポンピングを行うために変更される。その結果、レーザシステム１０は、５００Ｈｚにおいて２対１のデューティサイクルで動作することができる。ダイオード１４は、別の１ｍｓの間に停止する前の１ｍｓの期間でレーザ媒質１６をポンピングする。このように、ポンピング期間の間、（ダイオード１４及びレーザ媒質１６の平均熱負荷に悪影響することなしに）大きさが約２倍の電流をダイオード１４に供給することができる。このように、１ｍｓのポンピング期間の間のレーザパワーは、（特に非線型周波数変換後に）比較可能なＣＷポンプレーザのパワーの２倍以上になり得る。レーザ共振器１２に使用されるＡ−ＯＱスイッチ２４は、繰り返してスイッチし、例えば１０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの予め設定された繰り返し速度でレーザパルス６０を出射する。
【００２６】
ワークピース３０は、例えば、ＩＣチップパッケージ、ＭＣＭ、キャパシタ、回路基板、抵抗、ハイブリッドマイクロ回路または半導体マイクロ回路であってもよい。便宜上、４層のみを有するワークピースについて以下に説明する。最上部及び底部の導電層は、例えば、アルミニウム、銅、金、モリブデン、ニッケル、パラジウム、プラチウム、銀、チタニウム、タングステン、金属窒化物、またはこれらの組み合せのような標準金属を含んでいてもよい。通常の金属層は、一般に９−３６μｍの間の厚さで変化するが、より薄くてもより厚くてもよい。これらの導電層は一般に同じ材料で造られる。
【００２７】
誘電性基質または誘電体層は導電層の間に挟まれており、例えば、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）、厚紙、シアナートエステル、エポキシ、フェノール、ポリノミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、様々なポリマーアロイまたはその組み合せのような標準の有機的誘電性物質を含むようにしてもよい。通常の有機誘電体層は厚さにおいてかなり変化するが、一般に金属層よりも厚い。有機誘電体層の典型的な厚さの範囲は約３０−４００μｍである。
【００２８】
誘電体層は、例えばアラミドファイバー、セラミックス、または有機誘電体物質に織り込まれまたは分散したガラスのファイバーマットまたは分散粒子を含むことができる標準の強化部材を含むようにしてもよい。通常の強化部材は、一般に大きさが約１−１０μｍの個々のフィラメントまたは粒子、及び／または１０μｍから数百ミクロンの織り込まれた束とする。当業者は、強化部材を粉体として有機誘電体に導入することができ、それは非連続及び一様でなくてもよいことに想到する。その複合または補強された誘電体層は、一般に非強化誘電体層を除去（ａｂｌａｔｅ）するために必要とされるパワーよりも、より高いパワーのレーザ処理を必要とする。当業者は、これらの様々な層も内部的に非連続であり一様でなく、並びに一様な高さでなくてもよいものと認識する。金属、誘電体及び強化材料から成るいくつかの層を有する積層体は２ｍｍより厚くてもよい。
【００２９】
ビアの直径は好ましくは２５−３００μｍの範囲であるが、レーザシステム１０は約５−２０μｍの小さな径または１ｍｍよりも大きな径を有するビアを形成することができる。レーザパルス６０により好適に除去されるスポットサイズは約２５−７５μｍの径だから、２５μｍよりも大きなビアを、穿孔処理、同心円処理またはスパイラル処理により形成することができる。当業者は、ビアが正方形、長方形、楕円形、溝孔のような形または他の表面外径のような非円形であってもよいことを認識する。
【００３０】
貫通孔のビアは、ワークピース３０の全ての層及び材料を清浄にかつ滑らかに貫通し、好ましくはビアの最上部からビアの底部まで無視できるテーパを形成する。ブラインドビアは、全ての層及び材料を貫通せず、一般に下部の導電層または底部の導電層で停止する。下部の導電層または底部の導電層が最上部の金属層と同じ金属成分で構成されていても、レーザパラメータの適当な選択により、下部の導電層または底部の導電層に影響しないように維持することができる。
【００３１】
そのレーザ出力４０のパラメータは、ＵＶ光または可視光に対して異なる光吸収特性、除去スレッシュホールドまたは他の特性を示す様々な金属ターゲット、誘電体ターゲット及び他の材料のターゲットにおいて、極めて清浄でシーケンシャルな孔あけ、すなわちビア形成を容易にするために選択される。そのレーザシステム出力４０のパラメータは、ワーク面で測定した約１２０μＪよりも大きいパルス当たりの平均エネルギー、好ましくは２００μＪよりも大きい平均エネルギーを含み、約５０μｍよりも小さいスポットサイズの径すなわち空間主軸、好ましくは約１−５０μｍの径を含み、約１ｋＨｚよりも高い繰り返し速度、好ましくは約５ｋＨｚよりも高い速度、最も好ましくは２０ｋＨｚよりも高い繰り返し周波数を含み、好ましくは約１９０−５３２ｎｍの間の波長、最も好ましくは約２５０ｎｍと４００ｎｍとの間の波長を含む。特定の好ましい波長は、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３４９ｎｍまたは２６６ｎｍを含むが、これらの波長に限定されるものではない。
【００３２】
レーザ出力４０の好適なパラメータは、試みとして、約１５０ｎｓよりも短い時間パルス幅、好ましくは約４０−９０ｎｓまたはそれよりも短い時間パルス幅を用いることにより熱損傷の影響を回避するように選択される。当業者は、レーザパルス６０のスポットエリアが一般に円形であるが、やや楕円形にすることができることも認識する。好適なＵＶレーザのビア形成パラメータは、米国特許Ｎｏ．５，５９３，６０６及びＮｏ．５，８４１，０９９の明細書に開示されている。
【００３３】
ブラインドビア及び特に大きい径のブラインドビアは、好ましくは２つのパスプロセスによって形成される。第１のパスでは、全てのターゲットエリアの導電層が除去され、第２のパスの間、全てのターゲットエリアの誘電体層が、導電層のアブレーション閾値以下のレーザ出力作用で除去される。全てのターゲットエリアの最上部の導電層が除去された後に、レーザスポットをデフォーカスすることにより、及び／または繰り返し速度を速めることにより並びにレーザポンピングダイオード１４への電流を減少させることにより、第２のパスの間のレーザ出力作用を低下させることができる。
【００３４】
当業者は、ブラインドビアが単一のパスプロセスで形成されることも認識する。その単一のパスプロセスにより、位置決めシステム３６がその次のターゲットエリア３１に移動する前に、各ターゲットの導電層及び誘電体層の両層が除去される。単一のパスプロセスは、より小さな径のビアを形成するのに適している。単一のパスプロセスにおいて、レーザパルス６０が誘電体層を除去し始めるときに、かなり強い作用を維持することはより以上に有効である。しかし、レーザパルス６０が誘電体層を除去して底部の導電層を露出させることにより底部の導電層がレーザ出力４０から熱を吸収するから、底部の導電層への損傷は弱い作用を用いることによって減じられる。このように、誘電体層を除去する間に徐々にデフォーカスすることまたはポンピング電流を徐々に低下させることが高速に有効に行われれば、誘電体層の除去期間中に一定の単一のパワーで除去する場合よりも底部金属層を一層良好に保護する。ビア形成プロセス用のこれらの及び他のレーザ出力の概略の技術は、米国特許出願Ｎｏ．０９／８２３，９２２及び２００１年１１月２９日に公開された米国特許公開Ｎｏ．ＵＳ２００１−００４５４１９に詳細に説明されている。米国特許出願Ｎｏ．０９／８２３，９２２の詳細な説明及び図面を参考までにここに示す。
【００３５】
本発明の本質から逸脱しない限りにおいて、上述した本発明の実施例の詳細部分に多くの変更がなされることは、当該技術分野の当業者にとって明らかである。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】イントラキャビティ３倍周波数変換を行う準ＣＷダイオードポンプＡ−ＯＱスイッチレーザの一実施例における簡易線図である。
【図２Ａ】準ＣＷポンピングダイオード電流における典型的な波形の簡易グラフ図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した準ポンピングダイオード電流に重ねた典型的なＡ−ＯＱスイッチレーザパルスの簡易グラフ図である。
【図１】
2004528984.tif 000003
【図２Ａ】
2004528984.tif 000004
【図２Ｂ】
2004528984.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004528984.tif 000006
2004528984.tif 000007
2004528984.tif 000008
2004528984.tif 000009
2004528984.tif 000010
2004528984.tif 000011
2004528984.tif 000012
2004528984.tif 000013
2004528984.tif 000014
2004528984.tif 000015
2004528984.tif 000016
2004528984.tif 000017
2004528984.tif 000018
2004528984.tif 000019
2004528984.tif 000020
2004528984.tif 000021
2004528984.tif 000022
2004528984.tif 000023
2004528984.tif 000024
2004528984.tif 000025
2004528984.tif 000026
2004528984.tif 000027
2004528984.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004528984.tif 000029
2004528984.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月12日(2002.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース上の複数のターゲットエリアにおける少なくとも１個のターゲット材料層について、レーザシステムを用いて加工する方法であって、前記レーザシステムは、レーザポンピングダイオードと固体レーザを備え、前記レーザポンピングダイオードは、拡張された時間期間の間に前記固体レーザに供給できるポンピングパワーの量を制限する電流誘導蓄積ポンピング能力を有し、
前記ワークピース上の第１のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
第１のより高い電流レベルで前記レーザポンピングダイオードに電流を供給して、前記固体レーザをポンピングし、
イントラキャビティ音響光学Ｑスイッチを動作させて、少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのレーザパルスを有する第１のレーザ出力を発生し、
前記第１のレーザ出力を前記第１のターゲットエリアに照射して、当該第１のターゲットエリアからターゲット材料を除去し、
前記レーザポンピングダイオードに供給される電流をより低い電流レベルに低下させて、前記レーザポンピングダイオードの負荷を減少させ、
前記ワークピース上の第１のターゲットエリアと異なる第２のターゲットエリアにビームポジショナをアドレスし、
前記レーザポンピングダイオードに供給される電流を第２のより高い電流レベルに増加させて、前記固体レーザをポンピングし、
前記Ｑスイッチを動作させて、少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度で少なくとも２つのレーザパルスを有する第２のレーザ出力を発生し、
前記第２のレーザ出力を第２のターゲットエリアに照射して、当該第２のターゲットエリアからターゲット材料を除去する、レーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力が、レーザポンピングダイオードに供給される電流のレベルの関数として変化する出力パワーレベルを有し、
前記レーザポンプダイオードが、第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、当該レーザダイオードから固体レーザに供給され得るポンピングパワーの量を制限する電流誘導蓄積ポンピング能力を有し、
前記第２の時間期間の間に供給される電流のより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に第１のより高いレベルの電流と第２のより高いレベルの電流のうちの少なくとも一の電流を供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザダーオードの最大ＣＷ電流レベルを超えることができ、
所定のパルス繰り返し速度における前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力の出力パワーレベルの少なくとも一のレベルが、最大ＣＷ電流レベルでレーザポンピングダイオードによりポンピングされた際の前記所定のパルス繰り返し速度における固体レーザの最大ＣＷ−ポンプレーザ出力のレベルを超える、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに発生する当該レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項４】
前記第１のより高い電流レベルまたは第２のより高い電流レベルを、前記最大ＣＷ電流レベルよりも低くする、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項５】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とする、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項６】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に等しい量の電流を供給する、請求項５に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項７】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に異なる量の電流を供給する、請求項５に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項８】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項９】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に等しい量の電流を供給する、請求項８に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１０】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に異なる量の電流を供給する、請求項８に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１１】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが第２の時間期間の間に、第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１２】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に等しい量の電流を供給する、請求項１１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１３】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に異なる量の電流を供給する、請求項１１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１４】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１５】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に等しい量の電流を供給する、請求項１４に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１６】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に異なる量の電流を供給する、請求項１４に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１７】
前記より低い電流レベルは、電流をほとんど含まないレベルとする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１８】
前記より低い電流レベルは、レーザポンピングダイオードから光出力を発生させる十分な電流を含むレベルとする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項１９】
前記より低い電流レベルは、レーザポンピングダイオードから光出力を発生させる十分な電流を含むレベルとする、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２０】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルを、それぞれ前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間における少なくとも第１の電流レベル値及びそれと異なる第２の電流レベル値とする、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２１】
前記第１の電流レベル値及び第２の電流レベル値を、ターゲットエリアの材料の単一層を処理している間に適用する、請求項２０に記載のレーザシステム。
【請求項２２】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値をターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項２０に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２３】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルを、それぞれ前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間における少なくとも第１の電流レベル値及びそれと異なる第２の電流レベル値とする、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２４】
前記第１の電流レベル値及び第２の電流レベル値を、ターゲットエリアの材料の単一層を処理している間に適用する、請求項２３に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２５】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値をターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項２３に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２６】
前記Ｑスイッチは５０ｋＨｚよりも速い繰り返し速度でレーザパルスを発生する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２７】
前記Ｑスイッチは５０ｋＨｚよりも速い繰り返し速度でレーザパルスを発生する、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２８】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項２９】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３０】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍまたは２６６ｎｍを含む高調波の波長のようなＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザまたはＹＶＯ４により放射される高調波の波長を構成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３１】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍまたは２６６ｎｍを含む高調波の波長のようなＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザまたはＹＶＯ４により放射される高調波の波長を構成する、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３２】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記ビームポジショナが、第３の時間期間後であって、第２の時間期間量とは異なる時間量である第４の時間期間の間に、第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記レーザポンピングダイオードが、第４の時間期間の間に第２のより低いレベルの電流を供給する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３３】
前記第１のより高い電流レベル及び第２のより高い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流をそれぞれ第１の時間期間及び第３の時間期間に発生し、
前記より低い電流レベルでレーザポンピングダイオードに供給される電流を第２の時間期間に発生し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記ビームポジショナが、第２の時間期間量とは異なる時間量である第４の時間期間の間に、第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記レーザポンピングダイオードが、第４の時間期間の間に第２のより低いレベルの電流を供給する、請求項２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３４】
前記より低い電流レベルと第２のより低い電流レベルを異なるレベルとする、請求項３２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３５】
前記より低い電流レベルと第２のより低い電流レベルを異なるレベルとする、請求項３２に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３６】
１つのターゲット層よりも多い層を介するビアを、ダブルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３７】
１つのターゲット層よりも多い層を介するビアを、シングルパス動作により形成する、請求項１に記載のレーザシステムを用いた加工方法。
【請求項３８】
ワークピース上の複数の離散なターゲットエリアにおける少なくとも１個のターゲット材料層を加工するレーザシステムであって、
光路に沿って出力位置に向かう少なくとも第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力を発生する固体レーザと、
少なくとも第１の時間期間の間及びこれに重複しない第３の時間期間の間に前記固体レーザをポンピングするレーザポンピングダイオードと、
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に、より高いレベルの電流を前記レーザポンピングダイオードに供給し、前記第１の時間期間と第３の時間期間との間の第２の時間期間の間に、少なくとも２ｋＨｚの繰り返し速度でより低いレベルの電流を供給する可変制御可能な電源と、
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に、それぞれ第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力における少なくとも２つのレーザパルスを供給するイントラキャビティ音響光学Ｑスイッチと、
前記第１の時間期間の間に第１のレーザ出力の出力位置を第１のターゲットエリアに向けてアドレスし、前記第３の時間期間の間に第２のレーザ出力の出力位置を第２のターゲットエリアに向けてアドレスし、前記第２の時間期間の間に第１のターゲットエリアから第２のターゲットエリアに出力位置を変更するビームポジショナと、
前記電源が、ビームポジショニングシステム、電源及びＱスイッチの動作を直接的にまたは間接的に調整して、第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力が発生する際の第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間により高いレベルの電流をレーザポンピングダイオードに供給し、出力位置を変更する際の第２の時間期間の間により低いレベルの電流を供給するインターフェース制御手段と、を具えるレーザシステム。
【請求項３９】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は、レーザポンプダイオードに供給される電流レベルの関数として変化するパワーレベルを有し、
前記レーザポンプダイオードは、第１の時間期間から第３の時間期間までの間に、当該レーザポンピングダイオードから固体レーザに供給され得るポンピングパワーの量を制限する電流誘導蓄積熱関連ポンピング能力を有し、
前記第２の時間期間の間に供給される電流のより低いレベルにより、前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間により高いレベルの電流を供給することができ、前記第１の時間期間から第３の時間期間に等しいＣＷ時間期間の間に前記レーザダイオードの最大ＣＷ電流レベルを超えることができ、
所定のパルス繰り返し速度における前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力のパワーレベルが、最大ＣＷ電流レベルでレーザポンピングダイオードによりポンピングされた際の前記所定のパルス繰り返し速度におけるレーザ媒質の最大ＣＷ−ポンプレーザ出力のパワーレベルを超える、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４０】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、当該レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項３９に記載のレーザシステム。
【請求項４１】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を等しい時間量とする、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４２】
前記第１の時間期間及び第３の時間期間を異なる時間量とする、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４３】
前記第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流を等しい電流の量とする、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４４】
前記第１の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流は、前記第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流と異なる、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４５】
前記より低い電流レベルは、電流をほとんど含まないレベルとする、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４６】
前記より高いレベルの電流は、第１の時間期間の間及び第３の時間期間の間に、それぞれ少なくとも第１の電流レベル値及びそれと異なる第２の電流レベル値を有する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項４７】
前記第１の電流レベル値及び第２の電流レベル値を、ターゲットエリアの材料の単一層を処理している間に適用する、請求項４６に記載のレーザシステム。
【請求項４８】
前記第１の電流レベル値を第２の電流レベル値よりも高くし、第１の電流レベル値をターゲットエリアの金属層を処理している間に適用し、第２の電流レベル値をターゲットエリアの誘電体層を処理している間に適用する、請求項４６に記載のレーザシステム。
【請求項４９】
前記レーザシステムは、レーザ出力のパワーレベルの関数として変化するビア形成スループットを有し、当該ビア形成スループットは、前記最大ＣＷ−ポンプレーザ出力で動作するときに、当該レーザシステムの最大ＣＷ−ポンプレーザのビア形成スループットを超える、請求項３９に記載のレーザシステム。
【請求項５０】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は約４００ｎｍよりも短い波長を構成する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５１】
前記第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力は、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍまたは２６６ｎｍを含む高調波の波長のようなＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザまたはＹＶＯ４により放射される高調波の波長を構成する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５２】
前記ビームポジショナが、第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に、前記第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５３】
一つの層よりも多い層を介するビアを、シングルパス動作により形成する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５４】
一つのターゲット層よりも多い層を介するビアを、ダブルパス動作により形成する、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５５】
前記ビームポジショナが第２の時間期間の量と異なる時間の量である第４の時間期間の間に前記第２のターゲットエリアから第３の別のターゲットエリアに出力位置を変更し、
前記第１の時間期間及び第３の時間期間は異なる時間期間を構成し、前記第１の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流は、第３の時間期間の間に供給されるより高いレベルの電流と異なる、請求項３８に記載のレーザシステム。
【請求項５６】
前記レーザ出力は、固体レーザにより放射される高調波の基本波長を含み、
前記より低いレベルの電流を零でない値とし、前記Ｑスイッチは５０ｋＨｚよりも速い繰返し速度でレーザパルスを発生させる、請求項３９に記載のレーザシステム。
【国際調査報告】
2004528984.tif 000031
2004528984.tif 000032