JP2002292487A - レーザ加工装置とレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 波長領域が異なる２種類以上のレーザ光を同
時に被加工物の加工面上に照射することのできるレーザ
加工装置とレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】 赤外領域の第１の波長を有する第１のレ
ーザ光１１を発振する第１のレーザ発振器１０と、前記
第１のレーザ光１１を空間的に走査する第１の走査系１
２と、前記第１の走査系１２で走査された第１のレーザ
光１１を、照射面上に集光する第１の集光光学系１３
と、前記第１の集光光学系から前記照射面までの間に配
置され、前記第１の波長を有する光は透過させ、可視領
域または紫外領域の第２の波長を有する光は反射又は回
折させる第１の合波部材２５と、前記第２の波長を有す
る第２のレーザ光２１を発振する第２のレーザ発振器２
０を含み、前記第１の合波部材２５に前記第２のレーザ
光２１を入射させ、反射または回折した第２のレーザ光
２１を前記照射面上に照射する第１の補助系とを有す
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
とレーザ加工方法に関し、特に２波長のレーザ光を利用
したレーザ加工装置とレーザ加工方法に関する。

【０００２】本明細書において、可視領域とは０．３８
〜０．７８μｍの波長領域を指し、この領域より短波長
の領域を紫外領域、この領域より長波長の領域を赤外領
域と呼ぶ。また、これらを波長領域と呼ぶ。

【０００３】

【従来の技術】炭酸ガスレーザは高出力が得やすく、穴
あけ、切断などの加工に適している。主として、１０．
６μｍ帯の炭酸ガスレーザ光が加工に用いられている。
１０．６μｍ帯のレンズは、ゲルマニウムなどを用いて
作成される。

【０００４】炭酸ガスレーザ光の進行方向をガルバノミ
ラーを用いて変化させ、加工対象物の所望の位置にレー
ザビームを照射して孔あけ加工等を行なう技術が実用化
されている。孔あけ加工を行なうと、加工された孔の周
囲にスミヤと呼ばれる加工残さが付着する。

【０００５】スミヤを除去するデスミア工程は、ＹＡＧ
レーザの高調波やエキシマレ−ザ等の可視領域又は紫外
領域のレーザ光を用いて行なうことができる。通常、可
視領域または紫外領域のレーザ光は、ガラス、石英、弗
化物などの可視、紫外透過材料などを用いて作成され
る。このように赤外レーザ光と可視／紫外レーザ光は別
々の光学系で取り扱われる。

【０００６】可視／紫外レーザ光を、赤外レーザ光と共
に被加工物上に同時に照射できれば、効率的な加工を行
なうことができる。ＮａＣｌなどのイオン結晶は、紫外
領域から赤外領域に達する透過領域を有し、理論的には
紫外領域または可視領域のレーザ光を赤外領域のレーザ
光と同時に制御する光学系を作成することができる。し
かし、これらのイオン結晶は強い潮解性や強度の毒性を
有し、加工用レーザ光の実用的な光学系を作成すること
は難しい。

【０００７】通常の赤外領域の光学材料と紫外領域の光
学材料は異なり、加工用炭酸ガスレーザとデスミア用エ
キシマレーザ光を同一の光学系で制御することは極めて
困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】波長領域が異なる２種
類以上のレーザ光を被加工物の加工面上に同時に照射す
ることが出来れば、レーザ加工の自由度が向上し、効率
を向上させることができるであろう。

【０００９】本発明の目的は、波長領域が異なる２種類
以上のレーザ光を同時に被加工物の加工面上に照射する
ことのできるレーザ加工装置とレーザ加工方法を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、赤外領域の第１の波長を有する第１のレーザ光を発
振する第１のレーザ発振器と、前記第１のレーザ光を空
間的に走査する第１の走査系と、前記第１の走査系で走
査された第１のレーザ光を、照射面上に集光する第１の
集光光学系と、前記照射面に被加工物の加工面を保持す
るための被加工物保持台と、前記第１の集光光学系から
前記照射面までの間に配置され、前記第１の波長を有す
る光は透過させ、可視領域または紫外領域の第２の波長
を有する光は反射又は回折させる第１の合波部材と、前
記第２の波長を有する第２のレーザ光を発振する第２の
レーザ発振器を含み、前記第１の合波部材に前記第２の
レーザ光を入射させ、反射または回折した第２のレーザ
光を前記照射面上に照射する第１の補助系とを有するレ
ーザ加工装置が提供される。

【００１１】本発明の他の観点によれば、（ａ）赤外領
域の第１の波長を有する第１のレーザ光を、第１の走査
系で空間的に走査しつつ、第１の集光光学系で集光し、
合波部材を透過させ、被加工物上に照射し、該被加工物
を加工する工程と、（ｂ）可視領域または紫外領域の第
２の波長を有する第２のレーザ光を前記合波部材に入射
し、反射または回折させ、前記被加工物上に照射する工
程とを含むレーザ加工方法が提供される。

【００１２】波長領域の異なる２種類以上のレーザ光を
同時に加工面に照射することにより、レーザ加工の自由
度を向上させることができ、レーザ加工の効率を向上さ
せることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施例によるレーザ加工
装置の要部を示す断面図である。第１のレーザ発振器で
ある加工用レーザ発振器１０は、例えば波長１０．６μ
ｍのレーザ光を発振する炭酸ガスレーザ発振器である。
加工用レーザ光として、ＹＡＧレーザ光、高調波ＹＡＧ
レーザ光を用いることもできる。

【００１５】走査機構１２は、加工用レーザ光１１を空
間的に走査し、加工面３０上の照射位置をｘｙ方向に走
査することができる。走査機構１２は、例えばｘ用とｙ
用の２つのガルバノミラーを含む。集光光学系１３は、
走査機構１２で走査された加工用レーザ光１１を集光
し、加工面３０上に焦合することができる。集光光学系
１３は、例えばｆθレンズであり、出射レンズを含む。

【００１６】集光光学系１３の出射レンズの出射面に
は、加工用レーザ光１１を透過するダイクロイックミラ
ー２５が配置されている。ダイクロイックミラー２５
は、炭酸ガスレーザ光は透過するが、可視領域又は紫外
領域の所定波長の光は反射する性質を有する。集光光学
系の出射レンズをゲルマニウムで形成し、ゲルマニウム
の出射面をそのまま可視／紫外レーザ光に対する反射面
としてダイクロイックミラーを構成することも可能であ
ろう。もちろん、多層膜干渉フィルタを形成してもよ
い。

【００１７】第２のレーザ発振器である補助加工用レー
ザ発振器２０は、例えばエキシマレーザ発振器であり、
紫外光を発振する。補助加工用レーザ光２１の光路上に
も走査機構２２が配置され、加工用レーザ光２１を空間
的に走査し、加工面３０上でｘｙ方向に走査することが
できる。走査機構２２は、例えばｘ用、ｙ用の２つのガ
ルバノミラーを含む。集光光学系２３は、補助加工用レ
ーザ光２１を集光し、ミラー２４及びダイクロイックミ
ラー２５で反射した後、加工面３０上に焦合することが
できる。

【００１８】エキシマレーザ光としては、ＫｒＦエキシ
マ（波長０．２４８μｍ）、ＡｒＦエキシマ（波長０．
１９３μｍ）、ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどを目的に合わせて
用いることができる。

【００１９】このように、加工用の第１のレーザ光に対
する光学系の出射面上に波長の異なる第２のレーザ光を
反射させるダイクロイックミラーを配置することによ
り、２つのレーザ光を合波し、加工面３０上に２つのレ
ーザ光を同時に照射することができる。

【００２０】炭酸ガスレーザ光で穴あけなどの加工を行
ない、加工によって生じたスミアをエキシマレーザ光で
デスミアすることができる。この場合は、エキシマレー
ザはデフォーカスし、加工領域を内包する領域に照射す
ることが好ましいであろう。

【００２１】又、多層印刷基板の絶縁層の孔空けにおい
ては、上層（銅）配線とエポキシ樹脂などの層間絶縁層
のほとんどを炭酸ガスレーザ光で穴あけし、残った薄い
層間絶縁層をエキシマレーザ光で除去することもでき
る。最後のレーザ光ショットをエキシマレーザ光とする
ことにより、良好な断面形状をうることができる。炭酸
ガスレーザ光で過剰のエネルギを与えると、所望の孔形
状より外側部分までが除去され、外側に膨らむ凹部が形
成されることがある。

【００２２】この場合も、エキシマレーザ光は、デフォ
ーカスした状態で照射できる。穴の外側に照射されたエ
キシマレーザ光は上層配線層で反射される。すなわち、
穴のあいた上層配線層がマスクとなり、穴の内部にエキ
シマレーザ光を照射させることができる。穴の外側に照
射されたエキシマレーザ光をデスミアに利用することも
できる。

【００２３】本実施例によれば、第２のレーザ光２１
は、走査機構２２から斜め方向に進行し、加工面３０上
に照射される。従って、加工面３０上の位置により、入
射角が異なることとなり、その位置の制御が複雑にな
る。又、入射角度が変化することにより、加工面に与え
る影響が位置により変化することもあり得る。２種類以
上のレーザ光を用い、加工面上に同時にかつ同一方向か
ら照射できることが望まれる。

【００２４】図２は、本発明の他の実施例によるレーザ
加工装置を示す断面図である。第１のレーザ発振器１
０、第１のレーザ光１１、走査機構１２、集光光学系１
３、被加工物３０は、図１の構成と同様である。

【００２５】又、第２のレーザ発振器２０、第２のレー
ザ光２１、走査機構２２も図１の構成と同様である。

【００２６】本実施例においては、第１のレーザ光用の
集光光学系１３の出射面に、第２のレーザ光の回折を生
じさせるディフラクティブ素子２６が設けられている。

【００２７】図２（Ｂ）は、ディフラクティブ素子とし
て、回折格子を形成した場合を概略的に示す。回折格子
２６の格子定数をｄ、レーザ光Ｌ１，Ｌ２が回折格子２
６表面となす角度をθとする。回折光が垂直下方に進行
するためには、図示の状態で回折格子に入射するレーザ
光Ｌ１，Ｌ２の間に波長λの光路差が生じればよい。

【００２８】

【数式１】ｄ * cosθ ＝ λ ｄ ＝ λ／cosθ の関係が成立すれば、波長λの光は垂直下方に進行する
干渉光を生じる。

【００２９】角度θは、回折格子上の位置によって変化
する。λは固定なので、θが小さくなれば、その分格子
定数ｄを小さくすればよい。レーザ光の進行方向は放射
状に変化するので、格子状数が外側に向って次第に大き
くなる同心円状の格子を作成する。

【００３０】最近、上述のような規則的格子による回折
に代え、所望の回折光を生じさせる回折パターンをコン
ピュータ演算で行ない、ディフラクティブ素子を形成す
る技術が進歩している。

【００３１】図２（Ｃ）は、このようなディフラクティ
ブ素子２６の構成を概略的に示す断面図である。ディフ
ラクティブ素子２６の表面は、回折光に所望の位相差を
与えるように多段にエッチングされている。

【００３２】このような光学素子は、例えばバイナリホ
ログラフィック光学素子（ＨＯＥ）等として知られてい
る。例えば、コンピュータ処理により算出したパターン
に従って複数のマスクを形成し、ディフラクティブ素子
２６の表面を多段にエッチングすることによって形成さ
れる。

【００３３】ディフラクティブ素子２６に入射する第２
のレーザ光２１は、表面パターンに従って位相差を与え
られ、種々の回折光２１ｄが形成される。所定波長の入
射光に対し、回折光が所定の方向に進むように回折パタ
ーンを形成することもできる。従って、ディフラクティ
ブ素子２６の各領域において、回折光が垂直下方に向う
ように回折パターンを設計することができる。

【００３４】このようなディフラクティブ素子を用いる
ことにより、ミラー２４で反射し、ディフラクティブ素
子２６に入射する第２のレーザ光が回折光となり、加工
面３０に垂直に進行するように設計される。従って、加
工面３０上には、第１のレーザ光１１及び第２のレーザ
光２１が共にほぼ垂直に入射する。

【００３５】たとえば、第１のレーザ光１１として炭酸
ガスレーザ光を用い、第２のレーザ光２１として例えば
エキシマレーザ光を用い、第１のレーザ光で加工面３０
に孔あけを行い、第２のレーザ光で加工面３０上に付着
したスミヤを除去することができる。なお、エキシマレ
ーザ光に代え、ＹＡＧレーザの高調波を用いることもで
きる。なお、第２のレーザ光に対し、図１の構成同様集
光光学系を用いることもできる。

【００３６】又、加工用レーザビームを正確に位置決め
するために、加工対象物上にマーカーを光学的に照射す
ることが望まれる場合がある。

【００３７】図３は、本発明の他の実施例によるレーザ
加工装置を示す概略断面図である。第１のレーザ発振器
１０、第１のレーザ光１１、走査機能１２、第１の集光
光学系１３、加工面３０は、図１の構成と同様である。

【００３８】本実施例においては、第２のレーザ発振器
２０ｘ、第３のレーザ発振器２０ｙと第１のディフラク
ティブ素子２６ｘ、第２のディフラクティブ素子２６ｙ
とを用い、加工面３０上に色の異なる格子状マーカーを
結像させる。第１のディフラクティブ素子２６ｘ、第２
のディフラクティブ素子２６ｙは、出射レンズの出射面
の異なる領域に形成されている。

【００３９】図においては、２つのレーザ光が同一方向
に進行するように示されているが、２つのレーザ光の進
行方向は、平面視上直交するようにしてもよい。その場
合、２つのディフラクティブ素子は対象波長の相違以
外、同一の性質となり、パターンの設計が容易になる。

【００４０】第２のレーザ発振器２０から出射した第２
のレーザ光２１ｘは、ミラー２８ｘで反射し、集光光学
系１３の出射面に設けられたディフラクティブ素子２６
ｘに入射し、図３（Ｂ）に示すｘ方向マーカー線２９ｘ
を加工面３０上に結像する。

【００４１】第３のレーザ発振器２０ｙから出射した第
３のレーザ光２１ｙは、ミラー２８ｙで反射し、集光光
学系１３の出射面に設けられたディフラクティブ素子２
６ｙに入射し、加工面３０上に図３（Ｂ）に示すｙ方向
マーカー線２９ｙを結像させる。ディフラクティブ素子
２６ｘ、２６ｙは、所定の入射光を回折させ、図３
（Ｂ）に示すような回折像を形成するように設計され
る。

【００４２】第２のレーザ光２１ｘ、第３のレーザ光２
１ｙの色を変えれば、図３（Ｂ）に示す格子縞は、縦の
線と横の線の色が異なる格子となる。

【００４３】例えば、集光光学系１３を可視光が透過す
るＺｎＳｅで形成し、加工面３０で反射した第２のレー
ザ光、第３のレーザ光を集光光学系１３の入射側でモニ
ターすることができる。例えば、図３（Ａ）に示すダイ
クロイックミラー３４で可視光を反射させ、工業用テレ
ビカメラ３５で図３（Ｂ）に示す位置マーカーをモニタ
ーすることができる。

【００４４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、第
１のレーザ光、第２のレーザ光を共に十分高出力のもの
とし、加工面を加工するようにしても良い。例えば、２
種類以上のレーザ光を用いて、目的の異なる２つ以上の
加工や、加工材料に合わせた加工を行なうこともでき
る。その他種々の変更、改良、組み合わせが可能なこと
は当業者に自明であろう。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ加工を行なう際、２種類のレーザ光を同時に加工
面に照射することができる。

【００４６】一方のレーザ光で主加工を行ない、他方の
レーザ光で補助加工を行なうことができる。

【００４７】又、一方のレーザ光で加工を行ない、他方
のレーザ光で位置合わせマークを結像させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例によるレーザ加工装置の構成
を概略的に示す断面図である。

【図２】 本発明の他の実施例によるレーザ加工装置の
構成を概略的に示す断面図である。

【図３】 本発明のさらに他の実施例によるレーザ加工
装置の構成を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 第１のレーザ発振器 ２０ 第２のレーザ発振器 １１ 第１のレーザ光 ２１ 第２のレーザ光 １２、２２ 走査機構 １３、２３ 集光光学系 ２４ ミラー ２５ ダイクロイックミラー ２６ ディフラクティブ素子

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外領域の第１の波長を有する第１のレ
   ーザ光を発振する第１のレーザ発振器と、 前記第１のレーザ光を空間的に走査する第１の走査系
   と、 前記第１の走査系で走査された第１のレーザ光を、照射
   面上に集光する第１の集光光学系と、 前記照射面に被加工物の加工面を保持するための被加工
   物保持台と、 前記第１の集光光学系から前記照射面までの間に配置さ
   れ、前記第１の波長を有する光は透過させ、可視領域ま
   たは紫外領域の第２の波長を有する光は反射又は回折さ
   せる第１の合波部材と、 前記第２の波長を有する第２のレーザ光を発振する第２
   のレーザ発振器を含み、前記第１の合波部材に前記第２
   のレーザ光を入射させ、反射または回折した第２のレー
   ザ光を前記照射面上に照射する第１の補助系とを有する
   レーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記第１の補助系が、第２のレーザ光を
   空間的に走査する第２の走査系と、第２のレーザ光を集
   光する第２の集光光学系とを有する請求項１記載のレー
   ザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の走査系が、第１お
   よび第２のレーザ光を可変入射角度で反射するガルバノ
   ミラーを含む請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記第１のレーザ光が炭酸ガスレーザ光
   であり、前記第２のレーザ光がＹＡＧ高調波レーザ光ま
   たはエキシマレーザ光である請求項１〜３のいずれか１
   項記載のレーザ加工装置。
5. 【請求項５】 前記第１の集光光学系が出射レンズを含
   み、前記合波部材が前記出射レンズの出射面に配置され
   ている請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ加工装
   置。
6. 【請求項６】 前記第１の合波部材が、ダイクロイック
   ミラーである請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザ
   加工装置。
7. 【請求項７】 前記第１の合波部材が、ディフラクティ
   ブ素子である請求項１〜５のいずれか１項記載のレーザ
   加工装置。
8. 【請求項８】 さらに、前記第１の集光光学系から前記
   照射面までの間に配置され、前記第１の波長を有する光
   は透過させ、可視領域または紫外領域の第３の波長を有
   する光は反射又は回折させる第２の合波部材と、 前記第３の波長を有する第３のレーザ光を発振する第３
   のレーザ発振器を含み、前記第２の合波部材に前記第３
   のレーザ光を入射させ、反射または回折した第３のレー
   ザ光を前記照射面上に照射する第２の補助系とを有する
   請求項１〜７のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
9. 【請求項９】 前記第２の合波部材が、前記出射レンズ
   の出射面に配置されているディフラクティブ素子である
   請求項８記載のレーザ加工装置。
10. 【請求項１０】 前記第２、第３のレーザ光が可視領域
    の色の異なるレーザ光である請求項８または９記載のレ
    ーザ加工装置。
11. 【請求項１１】 （ａ）赤外領域の第１の波長を有する
    第１のレーザ光を、第１の走査系で空間的に走査しつ
    つ、第１の集光光学系で集光し、合波部材を透過させ、
    被加工物上に照射し、該被加工物を加工する工程と、 （ｂ）可視領域または紫外領域の第２の波長を有する第
    ２のレーザ光を前記合波部材に入射し、反射または回折
    させ、前記被加工物上に照射する工程とを含むレーザ加
    工方法。
12. 【請求項１２】 前記工程（ａ）が前記第１のレーザ光
    で前記被加工物に主加工を行い、前記工程（ｂ）が前記
    第２のレーザ光を空間的に走査し、集光し、前記被加工
    物に補助加工を行なう請求項１１記載のレーザ加工方
    法。
13. 【請求項１３】 前記工程（ｂ）が前記主加工で生じた
    加工派生物を除去するアブレーションを行う請求項１２
    記載のレーザ加工方法。
14. 【請求項１４】 前記工程（ｂ）が可視領域の前記第２
    のレーザ光で前記被加工物上にマーカを表示する請求項
    １１記載のレーザ加工方法。
15. 【請求項１５】 さらに、（ｃ）前記第２の波長と色の
    異なる可視領域の第３の波長を有するレーザ光を合波部
    材に入射し、反射または回折させ、前記被加工物上に他
    のマーカを表示する工程を含む請求項１４記載のレーザ
    加工方法。
16. 【請求項１６】 赤外領域の第１のレーザ光を空間的に
    走査する第１の走査系と、 出射レンズを含み、前記第１の走査系で走査された第１
    のレーザ光を、照射面上に集光する第１の集光光学系
    と、 前記照射面に被加工物の加工面を保持するための被加工
    物保持台と、 前記出射レンズの出射面に配置され、前記第１の波長を
    有する光は透過させ、可視領域または紫外領域の第２の
    波長を有する光は回折させるディフラクティブ素子を含
    む第１の合波部材と、 前記第１の合波部材に第２のレーザ光を入射させ、反射
    または回折した第２のレーザ光を前記照射面上に照射す
    る第１の補助系とを有するレーザ加工装置。