JP2002001566A

JP2002001566A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Info

Publication number: JP2002001566A
Application number: JP2000181119A
Authority: JP
Inventors: Hiromoto Ichihashi; 宏基市橋; Hidehiko Karasaki; 秀彦唐崎; Nobuaki Furuya; 伸昭古谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクの像を加工対象物上に投影し、加工を
行うレーザ加工装置及びその方法において、被加工物上
でのレーザビームの強度分布を均一な分布となるように
変換することで、高品位な加工を行うことを目的とす
る。【解決手段】ＣＯ２レーザ発振器１１からレーザビー
ム１２を発振し、均一化光学系１３と投影光学系１４を
用いてマスク１６上でのレーザビームの強度分布を均一
にし、マスク１６の像を投影レンズ１８で加工対象物１
９上に投影し、均一な強度分布で加工対象物１９を加工
する装置で、加工対象物１９上でレーザビーム１２の強
度均一性の劣化が最小になるようにマスク１６の直前に
レンズ１５を配置し、マスク１６上でのレーザビーム１
２の波面の曲率半径を最適化することで、加工対象物上
でレーザビームの強度均一性の劣化が最小となり、品質
の良い加工を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及
びその方法に関し、特にＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等
空間コヒレンシーの高いレーザビームを用いて、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その方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】上述したレーザ加工装置に関する従来技
術について、図４を用いて説明する。図４は従来のレー
ザ加工装置の構成を示す概略図である。図４において、
４１はレーザ発振器（本従来例ではＣＯ２レーザ発振器
とする）、４２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。４３は均一化光学系、４４は投影
光学系、４５はマスク、４６は開口絞り、４７は投影レ
ンズ、４８は加工対象物である。

【０００３】レーザ発振器４１から出射したレーザビー
ム４２は、均一化光学系４３を通過し、均一化光学系４
３の端面で均一な強度分布になる。投影光学系４４は、
均一化光学系４３の出射端面の像をマスク４５の位置に
投影する。よってマスク４５の位置でのレーザビーム４
２の強度分布は均一である。

【０００４】また、マスク４５の位置におけるレーザビ
ーム４２の波面は球面であり、その曲率半径は投影レン
ズ４７の瞳面、つまり開口絞り４６の位置にレーザビー
ム４２が集光するように設定される。マスク４５は大き
さが可変であり、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。

【０００５】開口絞り４６は、解像力と収差量等を考慮
し、適切な開口の大きさに設定される。そして投影レン
ズ４７が、マスクの像を加工対象物４８に投影し、例え
ばプリント基板などの被加工物に対し穴開け加工を行
う。

【０００６】また、従来技術としては、ガルバノミラー
によりレーザビームをスキャンしたり、加工と加工の間
にステージを高速で移動するなどして、短時間に多数の
加工を行うなどの工夫が見られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
で示したようなレーザ加工装置は、以下に記すような課
題がある。

【０００８】従来技術で示したレーザ加工機はマスク投
影方式であり、一般的に投影レンズ４７の瞳位置すなわ
ち、開口絞り４７の位置にレーザビーム４２が集光する
ようにマスク４５上でのレーザビーム４２の波面の曲率
半径が調整され、この場合、もっとも解像度が良いと考
えられている。

【０００９】しかしながら、従来例のようなレーザビー
ム４２がコヒーレントビームで、マスク４５上でレーザ
ビーム４２が均一な強度分布を有する場合、開口絞り４
６の位置にレーザビーム４２が集光するようにマスク４
５上でのレーザビーム４２の波面の曲率半径を調整する
と、加工対象物４８上での強度分布の均一性が劣化す
る。

【００１０】例えば図４においてレーザビーム４２の波
長を９．３６μｍ、マスク４５の透過部の形状を円形
で、その直径が１０ｍｍ、投影レンズ４７の焦点距離は
１００ｍｍ、マスク４５と投影レンズ４７の間隔を２５
００ｍｍとし、開口絞り４６は投影レンズ４７の直前に
設置し、またマスク４５上でのレーザビーム４２の曲率
半径は、レーザビーム４２が開口絞り４６の位置に集光
する値即ち２５００ｍｍとし、加工対象物４８をベスト
フォーカス位置に光軸に対し垂直に設置したとすると、
加工対象物４８上でのレーザビーム４２の強度分布は、
図５に示すようなものになる。

【００１１】図５に示す加工対象物４８上でのレーザビ
ーム４２の強度分布は、マスク４５上の複素振幅から投
影レンズ４７の瞳面、すなわち開口絞り４６上における
複素振幅を計算し、さらに計算された投影レンズ４７の
瞳面上の複素振幅から加工対象物４８上の複素振幅を計
算したものである。複素振幅の計算は、従来例ではフレ
ネル回折における自乗近似式に基づく（数１）を用い
た。

【００１２】

【数１】

【００１３】（数１）においてu1は所定の面における複
素振幅、u2は観測面における複素振幅、x0、y0は所定の
面の座標、ｘ、ｙは観測面の座標、λは波長、ｚは所定
の面と観測面の間隔、ｆは所定の面にレンズを配置した
場合のレンズの焦点距離である。また観測面の複素振幅
分布から強度分布の計算は（数２）で与えられる。

【００１４】

【数２】

【００１５】（数２）においてＩは強度、uは振幅、
ｘ、ｙは観測面の座標である。図５において、横軸は加
工対象物４８における光軸からの距離であり、光軸と加
工対象物が交わる点を０とした。そして縦軸は相対強度
で、ピーク値を１に正規化した。

【００１６】図５を見て分かるように、加工対象物４８
上におけるレーザビーム４２の強度分布は、リップルを
生じ、強度均一性が劣化している。このようなレーザ加
工装置を、例えば上述したビルドアップ多層基板の穴開
けに用いた場合、強度の弱い部分においてガラス繊維が
残留したり、強度の強い部分において銅箔が損傷したり
して、メッキなどの後工程の不良の原因となる。

【００１７】本発明は、マスクの像を加工対象物上に投
影し、加工を行うレーザ加工装置及びその方法におい
て、被加工物上でのレーザビームの強度分布を均一な分
布となるように変換することで、高品位な加工を行うこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、レーザビームを任意の断面形状に切り出す
マスクと、マスク上におけるレーザビームの均一な強度
分布を加工対象物に投影する投影光学系と、マスクの位
置におけるレーザビームの波面の曲率半径を最適な大き
さにすることで加工対象物におけるレーザビームの強度
分布の均一性の劣化を最小限にする強度分布調整手段と
を用いて構成するものである。

【００１９】これにより、加工対象物上でのレーザビー
ムの強度均一性の劣化を最小限にすることにができ、よ
り品質の良い加工が可能となる。

【００２０】また、更に本発明は、上記発明において、
強度分布調整手段を１つ又は複数ののレンズあるいはミ
ラーを用いて構成したものであり、同様に、より品質の
良い加工が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、レーザビームを任意の断面形状に切り出すマスク
と、前記マスク上における前記レーザビームの均一な強
度分布を加工対象物に投影する投影光学系と、前記マス
クの位置における前記レーザビームの波面の曲率半径を
調整することで前記加工対象物における前記レーザビー
ムの強度分布の均一性の劣化を最小限にする強度分布調
整手段とを有するレーザ加工装置であり、加工対象物上
でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にするこ
とができるという作用を有する。これにより、品質の良
い加工が可能となる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、強度分布調整手
段が、マスクの直前又は直後に配置される１枚のレンズ
を用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ加工装置であり、強度分布調整の手段として少ない
部品点数でありながら、加工対象物上でのレーザビーム
の強度均一性の劣化を最小限にすることができるという
作用を有する。

【００２３】請求項３に記載の発明は、強度分布調整手
段が、レンズを着脱する機能を有し、マスクの大きさ、
投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等の変化
に対して、前記マスクの位置における前記レーザビーム
の波面の曲率半径が最適となるような焦点距離を有する
レンズを配置することを特徴とする請求項２記載のレー
ザ加工装置であり、マスクの大きさや形状、あるいは投
影光学系の物理定数等の条件を変化させても、それに対
応する最適なレンズをその都度用意し、配置することが
でき、加工対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣
化を最小限にすることができるという作用を有する。

【００２４】請求項４に記載の発明は、強度分布調整手
段が、マスクの直前又は直後に配置される１枚のミラー
を用いて構成されることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ加工装置であり、強度分布調整の手段として少ない
部品点数でありながら、加工対象物上でのレーザビーム
の強度均一性の劣化を最小限にすることができるという
作用を有する。

【００２５】請求項５に記載の発明は、強度分布調整手
段が、ミラーを着脱する機能を有し、マスクの大きさ、
投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等の変化
に対して、前記マスクの位置における前記レーザビーム
の波面の曲率半径が最適となるような焦点距離を有する
ミラーを配置することを特徴とする請求項４記載のレー
ザ加工装置であり、マスクの大きさや形状、あるいは投
影光学系の物理定数等の条件を変化させても、それに対
応する最適なミラーをその都度用意し、配置することが
でき、加工対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣
化を最小限にすることができるという作用を有する。

【００２６】請求項６に記載の発明は、強度分布調整手
段が、ミラーの曲率半径を調節する機能を有し、マスク
の大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍
率等の変化に対して、前記マスクの位置における前記レ
ーザビームの波面の曲率半径が最適となるように調節す
ることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置であ
り、マスクの大きさや形状、あるいは投影光学系の物理
定数等の条件を変化させても、それに対応するようにミ
ラーの曲率半径をその都度最適化することができ、加工
対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限
にすることができるという作用を有する。

【００２７】請求項７に記載の発明は、強度分布調整手
段が、マスクの直前又は直後に配置される２枚以上のレ
ンズを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載
のレーザ加工装置であり、レンズを複数用いることで、
より最適な条件設定を行うことが可能となり、加工対象
物上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にす
ることができるという作用を有する。

【００２８】請求項８に記載の発明は、強度分布調整手
段が、２枚以上のレンズが光軸に沿って移動できる機能
を有し、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、投影
光学系の投影倍率等の変化に対して、前記マスクの位置
における前記レーザビームの波面の曲率半径が最適とな
るように前記２枚以上のレンズを配置することを特徴と
する請求項７記載のレーザ加工装置であり、マスクの大
きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等の条件を
変化させても、レンズを複数用いることで、その都度、
条件の変化に対応する最適なレンズ配置を行うことがで
き、加工対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣化
を最小限にすることができるという作用を有する。

【００２９】請求項９に記載の発明は、強度分布調整手
段が、マスクの直前又は直後に配置される２枚以上のミ
ラーを用いて構成されることを特徴とする請求項１記載
のレーザ加工装置であり、ミラーを複数用いることで、
より最適な条件設定を行うことが可能となり、加工対象
物上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にす
ることができるという作用を有する。

【００３０】請求項１０に記載の発明は、強度分布調整
手段が、２枚以上のミラーが光軸に沿って移動できる機
能を有し、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、投
影光学系の投影倍率等の変化に対して、前記マスクの位
置における前記レーザビームの波面の曲率半径が最適と
なるように前記２枚以上のミラーを配置することを特徴
とする請求項９記載のレーザ加工装置であり、マスクの
大きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等の条件
を変化させても、ミラーを複数用いることで、その都
度、条件の変化に対応する最適なミラー配置を行うこと
ができ、加工対象物上でのレーザビームの強度均一性の
劣化を最小限にすることができるという作用を有する。

【００３１】また、請求項１１に記載の発明のように、
レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振され
ることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載
のレーザ加工装置とするのが好適である。

【００３２】本発明の請求項１２に記載の発明は、レー
ザビームをマスクにより任意の断面形状に切り出すステ
ップと、切り出された前記任意の断面形状をもつレーザ
ビームの均一な強度分布を加工対象物に投影するステッ
プと、前記加工対象物において前記レーザビームの強度
分布の均一性の劣化を最小限にするために前記マスクの
位置におけるレーザビームの波面の曲率半径を最適な大
きさにするステップとを有するレーザ加工方法であり、
加工対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最
小限にすることができるという作用を有する。これによ
り、品質の良い加工が可能となる。

【００３３】請求項１３に記載の発明は、加工対象物に
おいてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限
にするためにマスクの位置における前記レーザビームの
波面の曲率半径を最適な大きさにするステップは、前記
マスクの直前又は直後に配置される１枚のレンズを用い
て構成されることを特徴とする請求項１２記載のレーザ
加工方法であり、強度分布調整の手段として少ない部品
点数でありながら、加工対象物上でのレーザビームの強
度均一性の劣化を最小限にすることができるという作用
を有する。

【００３４】請求項１４に記載の発明は、マスクの直前
又は直後に配置される１枚のレンズに脱着機能を設け、
マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の
投影倍率等を変化させても常に加工対象物においてレー
ザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限にするため
に、マスクの位置における前記レーザビームの波面の曲
率半径を最適な大きさにするような焦点距離を有する前
記１枚のレンズを配置するステップを有することを特徴
とする請求項１３記載のレーザ加工方法であり、マスク
の大きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等の条
件を変化させても、それに対応する最適なレンズをその
都度用意し、配置することができ、加工対象物上でのレ
ーザビームの強度均一性の劣化を最小限にすることがで
きるという作用を有する。

【００３５】請求項１５に記載の発明は、加工対象物に
おいてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限
にするためにマスクの位置における前記レーザビームの
波面の曲率半径を最適な大きさにするステップは、前記
マスクの直前又は直後に配置される１枚のミラーを用い
て構成されることを特徴とする請求項１２記載のレーザ
加工方法であり、強度分布調整の手段として少ない部品
点数でありながら、加工対象物上でのレーザビームの強
度均一性の劣化を最小限にすることができるという作用
を有する。

【００３６】請求項１６に記載の発明は、マスクの直前
又は直後に配置される１枚のミラーに脱着機能を設け、
マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の
投影倍率等を変化させても常に加工対象物においてレー
ザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限にするため
に、マスクの位置における前記レーザビームの波面の曲
率半径を最適な大きさにするような焦点距離を有する前
記１枚のミラーを配置するステップを有することを特徴
とする請求項１５記載のレーザ加工方法であり、マスク
の大きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等の条
件を変化させても、それに対応する最適なミラーをその
都度用意し、配置することができ、加工対象物上でのレ
ーザビームの強度均一性の劣化を最小限にすることがで
きるという作用を有する。

【００３７】請求項１７に記載の発明は、マスクの直前
又は直後に配置される１枚のミラーに曲率半径を変化出
来る機能を設け、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距
離、投影光学系の投影倍率等を変化させても常に加工対
象物においてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を
最小限にするために、マスクの位置における前記レーザ
ビームの波面の曲率半径を最適な大きさにするように前
記１枚のミラーの曲率半径を変化させるステップを有す
ることを特徴とする請求項１５記載のレーザ加工方法で
あり、マスクの大きさや形状、あるいは投影光学系の物
理定数等の条件を変化させても、それに対応するように
ミラーの曲率半径をその都度最適化することができ、加
工対象物上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小
限にすることができるという作用を有する。

【００３８】請求項１８に記載の発明は、加工対象物に
おいてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限
にするためにマスクの位置における前記レーザビームの
波面の曲率半径を最適な大きさにするステップは、前記
マスクの直前又は直後に配置される２枚以上のレンズを
用いて構成されることを特徴とする請求項１２記載のレ
ーザ加工方法であり、レンズを複数用いることで、より
最適な条件設定を行うことが可能となり、加工対象物上
でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にするこ
とができるという作用を有する。

【００３９】請求項１９に記載の発明は、マスクの直前
又は直後に配置される２枚以上のレンズに光軸にそった
移動機能を設けマスクの大きさ、投影光学系の焦点距
離、投影光学系の投影倍率等を変化させても常に加工対
象物においてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を
最小限にするために、マスクの位置における前記レーザ
ビームの波面の曲率半径を最適な大きさにするように前
記２枚以上のレンズを配置するステップを有することを
特徴とする請求項１８記載のレーザ加工方法であり、マ
スクの大きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等
の条件を変化させても、レンズを複数用いることで、そ
の都度、条件の変化に対応する最適なレンズ配置を行う
ことができ、加工対象物上でのレーザビームの強度均一
性の劣化を最小限にすることができるという作用を有す
る。

【００４０】請求項２０に記載の発明は、加工対象物に
おいてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限
にするためにマスクの位置における前記レーザビームの
波面の曲率半径を最適な大きさにするステップは、前記
マスクの直前又は直後に配置される２枚以上のミラーを
用いて構成されることを特徴とする請求項１２記載のレ
ーザ加工方法であり、ミラーを複数用いることで、より
最適な条件設定を行うことが可能となり、加工対象物上
でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にするこ
とができるという作用を有する。

【００４１】請求項２１に記載の発明は、マスクの直前
又は直後に配置される２枚以上のミラーに光軸にそった
移動機能を設け、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距
離、投影光学系の投影倍率等を変化させても常に加工対
象物においてレーザビームの強度分布の均一性の劣化を
最小限にするために、マスクの位置における前記レーザ
ビームの波面の曲率半径を最適な大きさにするように前
記２枚以上のミラーを配置するステップを有することを
特徴とする請求項２０記載のレーザ加工方法であり、マ
スクの大きさや形状、あるいは投影光学系の物理定数等
の条件を変化させても、ミラーを複数用いることで、そ
の都度、条件の変化に対応する最適なミラー配置を行う
ことができ、加工対象物上でのレーザビームの強度均一
性の劣化を最小限にすることができるという作用を有す
る。

【００４２】また、請求項２２に記載の発明のように、
レーザビームはＣＯ２レーザ発振器を用いて発振される
ことを特徴とする請求項１２から２１のいずれかに記載
のレーザ加工方法とするのが好適である。

【００４３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。

【００４４】（実施の形態）図１は本発明の一実施の形
態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。図１に
おいて、１１はレーザ発振器であり、ＴＥＭ00モードの
レーザビームを発振するＣＯ２レーザ発振器を用いた。
１２はＣＯ２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。

【００４５】１３は均一化光学系であり、本実施の形態
においては非球面レンズ２枚から構成される。１４は投
影光学系である。そして、１５は強度分布調整手段であ
るレンズで、マスクの直前に隣接して配置した。１６は
マスク、１７は開口絞り、１８は投影レンズ、１９は加
工対象物である。

【００４６】なお、投影レンズ１８の焦点距離は１００
ｍｍ、マスク１６と投影レンズ１８の間隔を２５００ｍ
ｍとし、加工対象物４８をベストフォーカス位置に光軸
に対し垂直に設置した。

【００４７】次に動作について説明する。ＣＯ２レーザ
発振器１１から出射したＣＯ２レーザビーム１２は、均
一化光学系１３により、均一化光学系１３の出射端面に
おいて均一な強度分布に変換される。ここで、ＣＯ２レ
ーザビーム１２の波長は９．３６μｍである。

【００４８】また、均一化光学系により変換されたＣＯ
２レーザビーム１２の均一化光学系１３の出射端面にお
ける強度分布を図２に示す。図２において横軸は光軸か
らの距離、縦軸は相対強度でピーク値を１に正規化し
た。

【００４９】図２を見て分かるように、均一化光学系１
３の出射端面におけるＣＯ２レーザビーム１２の強度分
布は、半径５mmの範囲内で均一である。また、均一化光
学系１３の出射端面において、ＣＯ２レーザビーム１２
の波面は平面とした。

【００５０】次に、均一化光学系１３の出射端面におけ
るＣＯ２レーザビーム１２の像が、投影光学系１４によ
り、マスク１６上に投影される。投影光学系の投影倍率
は１倍とし、マスク１６の開口部は円形でその半径は５
ｍｍとする。このような構成にすると、マスク１６を透
過するＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は均一にな
る。

【００５１】そしてレンズ１５は、マスク１６上での波
面の曲率半径を変換する。本実施の形態においては、レ
ンズ１５の焦点距離は１００００ｍｍとした。もしレン
ズ１５が無ければレーザビーム１２のマスク１６上での
波面は平面であるが、レンズ１５を配置した本実施の形
態では、ＣＯ２レーザビーム１２の波面のマスク１６の
位置における曲率半径は１００００mmとなる。

【００５２】そして、投影レンズ１８は、マスク１６の
像を加工対象物１９上に投影する。また開口絞り１７
は、投影レンズ１８の解像力と収差量等を考慮し、適切
な開口の大きさに設定される。本実施の形態では、開口
絞り１７の形状は円形で半径は１５ｍｍとした。

【００５３】なお本実施の形態では、投影レンズ１８は
無収差レンズを用いている。本実施の形態のようにレー
ザ加工機を構成すると、加工対象物１９上でのレーザビ
ーム１２の強度分布は図３のようになる。図３の横軸は
光軸からの距離で、光軸と加工対象物の交わる点を０と
した。また図３の縦軸は相対強度であり、ピーク値を１
に正規化した。

【００５４】図３に示す加工対象物１９上でのレーザビ
ーム１２の強度分布は、マスク１６上の複素振幅から投
影レンズ１８の瞳面、すなわち開口絞り１７上における
複素振幅を計算し、さらに計算された投影レンズ１８の
瞳面上の複素振幅から加工対象物１９上の複素振幅を計
算したものである。複素振幅の計算は、従来例同様フレ
ネル回折における自乗近似式に基づく（数１）を用い
た。

【００５５】そして計算された複素振幅から、強度は
（数２）で与えられる。図３には、本実施の形態のレー
ザ加工機を用いた場合の強度分布を、実線３ａで、そし
て比較の為にレンズ１５がない場合の加工対象物１９上
での強度分布を点線３ｂで、さらに比較のため、マスク
１６上でのレーザビーム１２の波面の曲率半径が２５０
０ｍｍつまり投影レンズの瞳位置に集光するような波面
の曲率半径に設定した場合を一点鎖線３ｃで示す。

【００５６】図３を見て分かるように、本実施の形態の
場合の強度分布が最も強度均一性が良い。

【００５７】以上のように本実施の形態によれば、マス
クの像を加工対象物に投影するレーザ加工装置におい
て、マスク上でのレーザビームの波面の曲率半径を加工
対象物上での強度均一性の劣化が最小になるように設定
することで、加工対象物上での強度分布を従来に比べて
より均一にすることができる。

【００５８】また、本実施の形態のレーザ加工装置を、
上述したビルドアップ多層基板の穴開けに用いた場合、
強度の弱い部分においてガラス繊維が残留したり、強度
の強い部分において銅箔が損傷したりすることがなく、
メッキなどの後工程における不良の原因が取り除かれる
ため、品質の良い加工が可能となる。

【００５９】なお、本実施の形態においてマスクの大き
さは可変であり、この場合マスクの大きさあるいは形状
により、加工対象物１９上でのＣＯ２レーザビーム１２
の強度均一性は劣化する。このため、このような劣化を
最小にするようなマスク１６上でのＣＯ２レーザビーム
１２の波面の曲率半径も変化してしまう。

【００６０】これに対応するために本実施の形態では、
レンズ１５に脱着機能を設け、マスク１６の大きさ、形
状に応じて、レーザビーム１２のマスク１６上での曲率
半径を、加工対象物１９上で強度の均一性劣化が最小に
なるように、レンズ１５の焦点距離を選択し、設置す
る。

【００６１】なお、本実施の形態においては、マスク上
での波面の曲率を変換する手段である強度分布調整手段
としてはレンズを用いたが、波面の曲率を変換できる手
段ならばミラー等でも構わない。

【００６２】また、本実施の形態においては、レンズ１
５はマスクの直前に隣接して配置したが、直後において
も同じ効果を実現できる。また直前又は直後でなく、フ
レネル領域より近い間隔ならば同じ効果を実現できる。

【００６３】なお、本実施の形態においては、マスク直
前に隣接して設置するレンズを１枚としたことで、必要
最小限の光学部品で強度分布調整が可能という利点を有
しているが、レンズ枚数は１枚に限らないことは言うま
でもない。例えばレンズを２枚とし、２枚のレンズに光
軸に沿った移動機能を設け、マスクの大きさに応じて、
レーザビームのマスク上での曲率半径を、加工対象物上
で強度の均一性劣化が最小になるように、２枚のレンズ
間隔を調整してもよい。

【００６４】この場合２枚のレンズは、マスクに対しフ
レネル領域より近い領域に設置しなければ、マスク位置
のレーザビームの強度の均一性が劣化してしまうので、
２枚のレンズはマスクに対してフレネル領域より近い間
隔で設置する。

【００６５】また、レンズを３枚以上用いても同様であ
り、複数用いることで、その都度、条件の変化に対応す
るより最適なレンズ配置を行うことができ、加工対象物
上でのレーザビームの強度均一性の劣化を最小限にする
ことができる。

【００６６】なお、この形態において、マスク上での波
面の曲率を変換する手段は２枚以上のレンズを用いた
が、波面の曲率を変換できる手段ならばミラー等でも構
わない。

【００６７】また、マスク上での波面の曲率半径を変換
する手段をミラーとした場合、ミラーの曲率半径を変化
させる手段を設け、マスクの大きさに応じて、レーザビ
ームのマスク上での曲率半径を、加工対象物上で強度の
均一性劣化が最小になるように、ミラーの曲率半径を調
整してもよい。例えばアクティブミラー等を用いれば、
ミラーの曲率半径を変化させる機能は簡単に実現でき
る。

【００６８】なお本実施の形態において、マスク１７は
開口部の大きさが可変としたが、マスクの大きさを固定
として着脱可能とし、加工に応じて最適な開口部の大き
さのマスクに交換してもよい。

【００６９】また、本実施の形態において、レーザビー
ムはＣＯ２レーザビームとしたが、ＹＡＧレーザやＨｅ
−Ｎｅレーザ等、加工に適したコヒーレント光ならばい
ずれでもかまわない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マスク上
の均一な強度分布を加工対象物に投影し、加工を行うレ
ーザ加工装置及びその方法において、マスクの直前又は
直後に、レンズあるいはミラーを配置し、マスクの位置
でのレーザビームの波面の曲率半径を加工対象物の位置
における投影されたレーザビームの強度分布の均一性の
劣化を最小限にするように変換する機能を搭載すること
により、より均一な加工が可能となり、品質の安定した
加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置
の概略構成図

【図２】本発明の一実施の形態におけるレーザビームの
マスク上での強度分布を示す概念図

【図３】本発明の一実施の形態におけるレーザビームの
加工対象物上での強度分布を示す図

【図４】従来例におけるレーザ加工装置の概略構成図

【図５】従来例におけるレーザビームの加工対象物上で
の強度分布を示す図

【符号の説明】

１１ＣＯ２レーザ発振器１２ＣＯ２レーザビーム１３均一化光学系１４投影光学系１５レンズ１６マスク１７開口絞り１８投影レンズ１９加工対象物４１ＣＯ２レーザ発振器４２ＣＯ２レーザビーム４３均一化光学系４４投影光学系４５マスク４６開口絞り４７投影レンズ４８加工対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古谷伸昭大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 CD05 CD10 CD12 CD14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを任意の断面形状に切り出
すマスクと、前記マスク上における前記レーザビームの
均一な強度分布を加工対象物に投影する投影光学系と、
前記マスクの位置における前記レーザビームの波面の曲
率半径を調整することで前記加工対象物における前記レ
ーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限にする強
度分布調整手段とを有するレーザ加工装置。
【請求項２】強度分布調整手段は、マスクの直前又は
直後に配置される１枚のレンズを用いて構成されること
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】強度分布調整手段は、レンズを着脱する
機能を有し、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、
投影光学系の投影倍率等の変化に対して、前記マスクの
位置における前記レーザビームの波面の曲率半径が最適
となるような焦点距離を有するレンズを配置することを
特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】強度分布調整手段は、マスクの直前又は
直後に配置される１枚のミラーを用いて構成されること
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項５】強度分布調整手段は、ミラーを着脱する
機能を有し、マスクの大きさ、投影光学系の焦点距離、
投影光学系の投影倍率等の変化に対して、前記マスクの
位置における前記レーザビームの波面の曲率半径が最適
となるような焦点距離を有するミラーを配置することを
特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】強度分布調整手段は、ミラーの曲率半径
を調節する機能を有し、マスクの大きさ、投影光学系の
焦点距離、投影光学系の投影倍率等の変化に対して、前
記マスクの位置における前記レーザビームの波面の曲率
半径が最適となるように調節することを特徴とする請求
項４記載のレーザ加工装置。
【請求項７】強度分布調整手段は、マスクの直前又は
直後に配置される２枚以上のレンズを用いて構成される
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項８】強度分布調整手段は、２枚以上のレンズ
が光軸に沿って移動できる機能を有し、マスクの大き
さ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等の
変化に対して、前記マスクの位置における前記レーザビ
ームの波面の曲率半径が最適となるように前記２枚以上
のレンズを配置することを特徴とする請求項７記載のレ
ーザ加工装置。
【請求項９】強度分布調整手段は、マスクの直前又は
直後に配置される２枚以上のミラーを用いて構成される
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】強度分布調整手段は、２枚以上のミラ
ーが光軸に沿って移動できる機能を有し、マスクの大き
さ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等の
変化に対して、前記マスクの位置における前記レーザビ
ームの波面の曲率半径が最適となるように前記２枚以上
のミラーを配置することを特徴とする請求項９記載のレ
ーザ加工装置。
【請求項１１】レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器
を用いて発振されることを特徴とする請求項１から１０
のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】レーザビームをマスクにより任意の断
面形状に切り出すステップと、切り出された前記任意の
断面形状をもつレーザビームの均一な強度分布を加工対
象物に投影するステップと、前記加工対象物において前
記レーザビームの強度分布の均一性の劣化を最小限にす
るために前記マスクの位置におけるレーザビームの波面
の曲率半径を最適な大きさにするステップとを有するレ
ーザ加工方法。
【請求項１３】加工対象物においてレーザビームの強
度分布の均一性の劣化を最小限にするためにマスクの位
置における前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な
大きさにするステップは、前記マスクの直前又は直後に
配置される１枚のレンズを用いて構成されることを特徴
とする請求項１２記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】マスクの直前又は直後に配置される１
枚のレンズに脱着機能を設け、マスクの大きさ、投影光
学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等を変化させて
も常に加工対象物においてレーザビームの強度分布の均
一性の劣化を最小限にするために、マスクの位置におけ
る前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な大きさに
するような焦点距離を有する前記１枚のレンズを配置す
るステップを有することを特徴とする請求項１３記載の
レーザ加工方法。
【請求項１５】加工対象物においてレーザビームの強
度分布の均一性の劣化を最小限にするためにマスクの位
置における前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な
大きさにするステップは、前記マスクの直前又は直後に
配置される１枚のミラーを用いて構成されることを特徴
とする請求項１２記載のレーザ加工方法。
【請求項１６】マスクの直前又は直後に配置される１
枚のミラーに脱着機能を設け、マスクの大きさ、投影光
学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率等を変化させて
も常に加工対象物においてレーザビームの強度分布の均
一性の劣化を最小限にするために、マスクの位置におけ
る前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な大きさに
するような焦点距離を有する前記１枚のミラーを配置す
るステップを有することを特徴とする請求項１５記載の
レーザ加工方法。
【請求項１７】マスクの直前又は直後に配置される１
枚のミラーに曲率半径を変化出来る機能を設け、マスク
の大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍
率等を変化させても常に加工対象物においてレーザビー
ムの強度分布の均一性の劣化を最小限にするために、マ
スクの位置における前記レーザビームの波面の曲率半径
を最適な大きさにするように前記１枚のミラーの曲率半
径を変化させるステップを有することを特徴とする請求
項１５記載のレーザ加工方法。
【請求項１８】加工対象物においてレーザビームの強
度分布の均一性の劣化を最小限にするためにマスクの位
置における前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な
大きさにするステップは、前記マスクの直前又は直後に
配置される２枚以上のレンズを用いて構成されることを
特徴とする請求項１２記載のレーザ加工方法。
【請求項１９】マスクの直前又は直後に配置される２
枚以上のレンズに光軸にそった移動機能を設けマスクの
大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍率
等を変化させても常に加工対象物においてレーザビーム
の強度分布の均一性の劣化を最小限にするために、マス
クの位置における前記レーザビームの波面の曲率半径を
最適な大きさにするように前記２枚以上のレンズを配置
するステップを有することを特徴とする請求項１８記載
のレーザ加工方法。
【請求項２０】加工対象物においてレーザビームの強
度分布の均一性の劣化を最小限にするためにマスクの位
置における前記レーザビームの波面の曲率半径を最適な
大きさにするステップは、前記マスクの直前又は直後に
配置される２枚以上のミラーを用いて構成されることを
特徴とする請求項１２記載のレーザ加工方法。
【請求項２１】マスクの直前又は直後に配置される２
枚以上のミラーに光軸にそった移動機能を設け、マスク
の大きさ、投影光学系の焦点距離、投影光学系の投影倍
率等を変化させても常に加工対象物においてレーザビー
ムの強度分布の均一性の劣化を最小限にするために、マ
スクの位置における前記レーザビームの波面の曲率半径
を最適な大きさにするように前記２枚以上のミラーを配
置するステップを有することを特徴とする請求項２０記
載のレーザ加工方法。
【請求項２２】レーザビームはＣＯ２レーザ発振器を
用いて発振されることを特徴とする請求項１２から２１
のいずれかに記載のレーザ加工方法。