JPWO2019236616A5

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Publication number: JPWO2019236616A5
Application number: JP2020567821A
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Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2039-06-04

Description

図１は、一実施形態におけるレーザ加工装置を模式的に示すものである。図２及び図３は、一実施形態におけるビーム特性を測定するためのビーム特性評価ツールが取り付けられた第３のポジショナ110の動作を模式的に示すものである。図４は、一実施形態における図２及び図３に示されるビーム特性評価ツールを模式的に示すものである。図５は、他の実施形態における図４に示されるビーム特性評価ツールの基板上のターゲットの配置を模式的に示すものである。図６は、他の実施形態における図２及び図３に示されるビーム特性評価ツールを模式的に示すものである。図７は、一実施形態におけるレーザセンサシステムを組み込んだレーザ加工装置を模式的に示すものである。図８は、一実施形態におけるワークピースハンドリングシステムを模式的に示すものである。図９は、一実施形態における図８に示されるワークピースハンドリングシステムのダンサアセンブリを模式的に示すものである。図10は、他の実施形態におけるダンサアセンブリを模式的に示すものである。図11は、他の実施形態におけるワークピースハンドリングシステムのアンワインドアセンブリを模式的に示すものである。図12及び図13は、図11及び図12にそれぞれ示されるXII-XII’線及びXIII-XIII’線に沿った様々な平面図を模式的に示すものである。図14は、一定のパルス繰り返し率でワークピースに伝搬されるレーザパルスが共鳴スキャニングミラーシステムにより偏向された後に当該レーザパルスにより照射されるプロセススポットの配置を模式的に示すものである。図15は、一実施形態において、一定のパルス繰り返し率でワークピースに伝搬されるレーザパルスが、共鳴スキャニングミラーシステムと共鳴スキャニングミラーシステムの正弦振動を補償するように構成された他のポジショナとにより偏向された後に当該レーザパルスにより照射されるプロセススポットの配置を模式的に示すものである。図16～図19は、フィーチャを形成するためのスキャンパターンの例を模式的に示すものである。

そのような光学要素の他の例は、スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームの形状（本明細書においては「ビーム形状」ともいう）を選択的及び可変的に調整可能なビーム形状調整機構である。組み込むことができるビーム形状調整機構の例としては、AOD、可変形状ミラー、可変半径ミラー、可変焦点モアレレンズ、など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。スキャンレンズ112に入射するレーザエネルギービームのビーム形状を調整することにより、ワークピース102でのスポット形状を変えることができる。

図示されていないが、ワークピースハンドリングシステム800は、ワークピースハンドリングシステム800を制御する、あるいはワークピースハンドリングシステム800の制御又は動作を簡単にする１以上のコントローラ（本明細書ではまとめて総称的に「ハンドラコントローラ」という）を含んでいてもよい。一実施形態においては、ハンドラコントローラは、（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）ワークピースハンドリングシステムの上述した構成要素のうちの１つ以上の構成要素（例えば、アンワインドスピンドル810a、リワインドスピンドル810b、ダンサアセンブリ816のダンサフレーム824などに連結されたモータやアクチュエータ）と通信可能に連結されている。このため、１つ以上の構成要素がハンドラコントローラにより出力される１以上の制御信号に応答して動作可能となっている。

アンワインドアイドラローラ812aは軸に取り付けられており、この軸は、アンワインド支持システム820aにより支持されている。同様に、リワインドアイドラローラ812bは軸に取り付けられており、この軸は、リワインド支持システム818bにより支持されている。それぞれの軸の位置は（例えば手動で）調整可能となっていてもよいが、一般的に、ワークピースハンドリングシステム800の動作中は固定される。アンワインドスピンドル810a及びリワインドスピンドル810bと異なり、アンワインドアイドラローラ812a及びリワインドアイドラローラ812bは、いわゆる「非駆動」ローラである（すなわち、当該技術分野において知られているように、ワークピース102がアイドラローラの周囲を通過する際にアイドラローラはそれぞれの軸周りに回転する）。

第１のアンワインドエアターン814a及び第２のアンワインドエアターン818aは、第１の支持システム820aに取り付けられている。同様に、第１のリワインドエアターン814b及び第２のリワインドエアターン818bは、第２の支持システム820bに取り付けられている。それぞれのエアターンの位置は（例えば手動で）調整可能となっていてもよいが、一般的に、ワークピースハンドリングシステム800の動作中は固定される。アイドラローラとは異なり、それぞれのエアターンは、（例えばエアターンが回転しないように）回転が固定されるようにそれぞれの支持システムに取り付けられる。ワークピースハンドリングシステム800の動作中に、（例えば、支持システムに配置され、それぞれのエアターンと流体的に連通された圧縮機又は他の供給源から供給される）加圧空気が、（例えば、ワークピース102がエアターンの周囲を通過する際に、ワークピース102がエアターンに接触しないように）エアターンとワークピース102との間に空気のクッションを形成するようにそれぞれのエアターンに供給される。

それぞれのダンサアセンブリ816のダンサフレーム824は、１以上のモータ又は他のアクチュエータ（図示せず、第１の支持システム818aと第２の支持システム818b内にそれぞれ配置される）に連結され、これにより駆動（すなわちＺ軸に沿って並進又はシフト）される。以下でより詳細に述べるように、それぞれのダンサアセンブリ816のダンサフレーム824のＺ軸に沿った方向の移動は、固定具804のＹ方向に沿った移動と連携される。

測定可能な空間的特性の例としては、空間エネルギー分布、空間位相分布、空間偏波分布、スポットサイズ、スポット形状、スポット方位、スポット重心、（例えば、当該技術分野において知られているようなM²パラメータにより表されるような）スポット品質など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。公知のあるいは好適な手法（例えば、真円度、粗さなどを計算するための公知の手法など）を用いてスポット形状を測定、計算、予測、あるいは決定してもよい。例えば、以下の式により真円度を決定してもよい。

ここで、Cは、レーザエネルギービームにより照射されるスポットの真円度、Aは、スポットの面積、Pは、スポットの領域の周囲長である。

他の例では、スポット形状の真円度が基準真円度よりも小さい（あるいは基準真円度よりも閾値量だけ小さい）と判断された場合には、１以上の制御信号を生成し、第１のポジショナ106、第２のポジショナ108、第３のポジショナ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点長レンズとして設けられる場合には）スキャンレンズ112、ビームサイズ調整機構、ビーム形状調整機構などからなる群から選択された少なくとも１つに（例えば、コントローラ114、遠隔システム126など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものから）出力して、基準真円度に等しくなるようにスポット形状の真円度を大きくするように（あるいは閾値量よりも少ない量だけ基準真円度よりも小さくなるように真円度を大きくするように）これらの構成要素のうちの１つ以上のものの動作を調整することにより、測定された真円度を許容範囲内に戻すことができる。

図16から図19は、形成されるフィーチャの境界1602（本明細書において「フィーチャ境界」とも呼ばれる）が円形であるものとして図示しているが、この境界は任意の好適な又は望ましい形状（例えば、楕円形、正方形、矩形、三角形、六角形、不規則形状など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を有していてもよいことは理解できよう。本明細書で述べる実施形態においては、フィーチャの上部及び底部での境界1602の形状は、同一であるか、類似している（例えば、円形）。他の実施形態（例えば、直接アブレーションにより材料の除去が生じ、材料の加工中に複数のスキャンパターンがスキャンされる実施形態）においては、フィーチャの上部での境界1602は、フィーチャの底部での境界1602の形状と異なる場合がある。例えば、フィーチャの上部は円形の境界1602を有していてもよく、フィーチャの上部は楕円、矩形などの境界1602を有していてもよい。

スポット位置1604のうち、スポット位置1604aは、レーザパルスが照射されるスキャンパターン内の最初のスポット位置を表しており、スポット位置1604bは、レーザパルスが照射されるスキャンパターン内の最後のスポットを表している。したがって、スポット位置1604を接続している実線は、（例えば、照射される１以上のレーザパルスにより）スポット位置1604が加工されるシーケンスを示している。しかしながら、１つのスキャンパターン内のスポット位置1604は、他の所望のシーケンスにおいて加工されていてもよく（これにより実線の構成が変わってもよい）、ランダムに加工されていてもよいことを理解すべきである。加工中の任意の時点では、あるスキャンパターン内のスポット位置1604は、先に加工されたスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されたスポット位置）、現在加工されているスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されているスポット位置）、及びこれから加工されるスポット位置（すなわち、レーザパルスが照射されることとなるスポット位置）として特徴付けることができる。

一実施形態においては、スキャンパターン内のスキャンラインの配置（すなわち、スキャンラインの数、スキャンラインの他のスキャンラインに対する方向、境界1602に対するスキャンラインの方向、スキャンラインの長さ、隣接スキャンライン間のピッチなどにより特徴付けることができる）は、図16から図19に示される配置に限定されず、スポット位置1604の配置に関して上記で述べたような１以上のファクタに応じて変化し得る。このように、スキャンパターンは、奇数個のスキャンライン又は偶数個のスキャンラインを有し得る。一実施形態においては、あるスキャンパターン内のスキャンラインの数は１から64の範囲になり得る。例えば、あるスキャンパターン内のスキャンラインの数は、２個、４個、８個、16個、32個、50個、60個などより多いか等しいか、あるいは64個、32個、16個、８個、４個、２個よりも少なくてもよい。また、スキャンパターンは、64個のスキャンラインよりも多くのスキャンラインを有していてもよいことは理解すべきである。あるスキャンパターン内において、スキャンラインの少なくとも一部は、対称的に（あるいは少なくとも実質的に対称的に）配置されていてもよく、あるいは非対称的に配置されていてもよい。対称配置の例としては、回転対称配置（すなわち、ｎを２、３、４、５、６、７、８、９、10、12、15、20、50などの１よりも大きな整数としてｎ回回転対称）や反射対称配置などが挙げられる。

他の実施形態においては、ビーム特性の第１のセット及び第２のセットは、波長（例えば、照射レーザエネルギービームは、電磁スペクトルのUV域、可視光域、IR域の波長を有していてもよい）、パルス持続時間、パルス繰り返し率など、あるいはこれらの任意の組み合わせにおいて同一であってもよいが、パルスエネルギーにおいては異なっていてもよい。例えば、パルスエネルギーは、第２の加工ステップ中よりも第１の加工ステップ中の方が高くてもよい。第１の加工ステップ中のパルスエネルギー（すなわち「第１のパルスエネルギー」）は、第１の導電体の効率的で均一な除去を促進するように十分に高くてもよく、第２の加工ステップ中のパルスエネルギー（すなわち「第２のパルスエネルギー」）は、第１のパルスエネルギーよりも低いが、誘電体構造をアブレートするには依然として十分に高くてもよい。形成されるフィーチャが非貫通ビアである一実施形態においては、第２のパルスエネルギーは、第２の導電体を好ましくない態様でダメージを与えることを避けるために十分に低くてもよい。

Claims

ワークピースを加工する際に使用されるレーザ加工装置であって、
ビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路内に配置され、前記レーザエネルギービームの焦点を合わせられるように構成されるスキャンレンズと、
前記レーザ源と前記スキャンレンズとの間に配置される第１のポジショナであって、前記スキャンレンズに対して前記ビーム経路を偏向可能に構成される第１のポジショナと、
ビーム特性評価ツールであって、
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つの縁部を規定するターゲットとを含むトークンであって、前記ターゲットは、前記レーザエネルギービームに対して非透過的な材料から形成され、前記基板は、前記レーザエネルギービームに対して前記ターゲットよりも透過的な材料から形成される、トークンと、
第１のポートと第２のポートとを有する積分球であって、前記第１のポートは、前記レーザエネルギービームの一部が前記トークンの前記基板を通って前記積分球内に伝搬可能となるように前記トークンに位置合わせされた、積分球と、
前記積分球内のレーザエネルギーが伝搬可能となるように、前記積分球の前記第２のポートに位置合わせされた光検出器と
を含むビーム特性評価ツールと
を備える、
レーザ加工装置。
前記ビーム経路内に配置されるビームスプリッタであって、前記レーザエネルギービームをプロセスビームとサンプルビームとに分岐させ、前記プロセスビームが前記スキャンレンズに伝搬できるように、また、前記サンプルビームが前記ビーム特性評価ツールに伝搬できるように構成されるビームスプリッタをさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ビームスプリッタは、前記第１のポジショナと前記スキャンレンズとの間の前記ビーム経路内に配置される、請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記第１のポジショナは、音響光学偏向器（AOD）システムを含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記第１のポジショナは、ガルバノメータミラーシステムを含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ターゲットは、前記レーザエネルギービームを反射する材料から形成される、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ターゲットは、前記レーザエネルギービームを吸収する材料から形成される、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ターゲットは、複数の縁部を規定する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記トークンは、前記基板上に形成された複数のトークンを含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ビーム特性評価ツールに連結される第２のポジショナであって、前記スキャンレンズが投影するスキャンフィールド内に前記ビーム特性評価ツールを選択的に位置決めできる第２のポジショナをさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記第２のポジショナは、前記スキャンレンズが投影する前記スキャンフィールド内に前記ワークピースを位置決め可能である、請求項10に記載のレーザ加工装置。
ワークピースを加工するための装置であって、
前記ワークピース上に投影可能な二次元スキャンフィールド内でレーザエネルギーが伝搬可能なビーム経路を偏向可能な音響光学偏向器（AOD）システムを備え、
前記AODシステムは、
前記二次元スキャンフィールドの第１の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第１のAODと、
前記第１のAODの光学的に下流側に配置され、前記二次元スキャンフィールドの第２の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第２のAODと、
前記AODシステムと通信可能に連結されるコントローラと
を含み、
前記コントローラは、
第１の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向して前記ワークピースの複数のスポット位置にレーザエネルギーを照射するように前記AODシステムを制御し、
前記第１の加工ステップの後、第２の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向して前記ワークピースの複数のスポット位置にレーザエネルギーを照射し、前記第２の加工ステップ中に照射されるレーザエネルギーが、前記第１の加工ステップ中に照射されるレーザエネルギーに対して減衰するように前記AODシステムを制御する
ことが可能である、
装置。
前記レーザエネルギーを生成可能なレーザ源をさらに備える、請求項12に記載の装置。
前記レーザエネルギーは、電磁スペクトルの紫外光（UV）域の波長を有する、請求項13に記載の装置。
前記レーザエネルギーは、300kHz以上のパルス繰り返し率で生成される一連のレーザパルスとして表される、請求項13に記載の装置。
前記AODシステムの光学的に下流側に配置され、前記ワークピース上に投影可能な前記二次元スキャンフィールドを偏向可能な少なくとも１つのガルバノメータミラーシステムをさらに備える、請求項12に記載の装置。
二次元スキャンフィールド内でレーザエネルギーが伝搬可能なビーム経路を偏向可能な音響光学偏向器（AOD）システムであって、前記二次元スキャンフィールドの第１の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第１のAODと、前記第１のAODの光学的に下流側に配置され、前記二次元スキャンフィールドの第２の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第２のAODとを有するAODシステムのためのコントローラであって、
プロセッサと、
前記プロセッサによりアクセス可能なコンピュータメモリであって、前記プロセッサにより実行される命令が格納されたコンピュータメモリと
を含み、
前記命令は、前記コントローラに、
第１の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向するように前記AODシステムを制御し、
前記第１の加工ステップの後、第２の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向し、前記第２の加工ステップ中に前記AODシステムから出力されるレーザエネルギーが、前記第１の加工ステップ中に前記AODシステムから出力されるレーザエネルギーに対して減衰するように前記AODシステムを制御する
ための少なくとも１つの制御信号を前記AODシステムに出力させるものである、
コントローラ。
二次元スキャンフィールド内でレーザエネルギーが伝搬可能なビーム経路を偏向可能な音響光学偏向器（AOD）システムであって、前記二次元スキャンフィールドの第１の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第１のAODと、前記第１のAODの光学的に下流側に配置され、前記二次元スキャンフィールドの第２の軸に沿って前記ビーム経路を偏向可能な第２のAODとを有するAODシステムのためのコントローラにより実行された際に、前記コントローラに
第１の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向するように前記AODシステムを制御するように構成される少なくとも１つの制御信号を出力させ、
前記第１の加工ステップの後、第２の加工ステップ中に、前記二次元スキャンフィールド内で前記ビーム経路を偏向し、前記第２の加工ステップ中に前記AODシステムから出力されるレーザエネルギーが、前記第１の加工ステップ中に前記AODシステムから出力されるレーザエネルギーに対して減衰するように前記AODシステムを制御するように構成される少なくとも１つの制御信号を出力させる
命令が格納された非一過性コンピュータ読取可能な媒体。