JP2003285178A - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス周波数を高くしても、所望の深さの形
成することが可能なレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 レーザ光源がパルスレーザビームを出射
する。保持手段が加工対象物を保持する。走査手段が、
レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを、保持
手段に保持された加工対象物の表面に入射させるととも
に、入射位置が加工対象物の表面上を移動するようにパ
ルスレーザビームを走査する。ノズルが、保持手段に保
持された加工対象物に向けてガスを噴出する。加工対象
物の表面の、ガスの噴き付けられる位置を変えることが
できる。ノズルから噴出されるガスが、保持手段に保持
された加工対象物の表面上のビームスポットに噴き付け
られるように、制御手段が走査手段とノズルを制御す
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、レーザ加工装置及
び加工方法に関し、特に加工対象物の表面にレーザビー
ムを入射させるとともに、ビームスポットを移動させて
複数の穴を形成するレーザ加工装置及び加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】樹脂層と銅配線層とが積層されたプリン
ト配線板の樹脂層に、紫外域のパルスレーザビームを入
射させて穴を形成するレーザ加工技術が知られている。
複数ショットのパルスレーザビームを入射させることに
より、所望の深さの穴を形成することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】パルスレーザビームの
パルス周波数が６ｋＨｚ程度であれば問題が生じていな
かったが、パルス周波数を高くすると、期待される深さ
の穴が形成されず、穴が浅くなる傾向があることがわか
った。

【０００４】本発明の目的は、パルス周波数を高くして
も、所望の深さの形成することが可能なレーザ加工装置
及び加工方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、加工
対象物を保持する保持手段と、前記レーザ光源から出射
されたパルスレーザビームを、前記保持手段に保持され
た加工対象物の表面に入射させるとともに、入射位置が
該加工対象物の表面上を移動するようにパルスレーザビ
ームを走査する走査手段と、前記保持手段に保持された
加工対象物に向けてガスを噴出し、該加工対象物の表面
の、ガスの噴き付けられる位置を変えることができるノ
ズルと、前記ノズルから噴出されるガスが、前記保持手
段に保持された加工対象物の表面上のビームスポットに
噴き付けられるように前記走査手段と前記ノズルを制御
する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

【０００６】本発明の他の観点によると、加工対象物の
表面上にパルスレーザビームを入射させて穴を形成する
工程であって、該加工対象物の表面上のビームスポット
を移動させることによって、複数の穴を形成する工程
と、前記加工対象物の表面上におけるビームスポットの
移動に追随して、ビームスポットの位置にガスを噴き付
ける工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

【０００７】ガスがビームスポットに噴き付けられてい
るため、穴あけによって発生したプルームやヒューム等
を吹き飛ばすことができる。これにより、プルームやヒ
ューム等の影響を軽減することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）に、本発明の実施例に
よるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、
加工用のパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１
は、イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用い
る固体レーザ及び波長変換素子を含んで構成される。イ
オンを含んだ固体誘電体は、例えばＮｄ：ＹＡＧであ
り、レーザ光源１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波
（波長３５５ｎｍ）を出射する。

【０００９】図１（Ｂ）に、レーザ光源１の構成を示
す。全反射鏡１０と部分反射鏡１１とにより、光共振器
が画定されている。光共振器内に、レーザ媒質１２及び
波長変換素子１３が配置されている。レーザ媒質１２と
して、Ｎｄ：ＹＡＧが用いられる。波長変換素子１３と
して、ＢＢＯやＫＤＰ光学結晶を用いることができる。
部分反射鏡１１から、波長３５５ｎｍのパルスビームが
出射する。なお、波長変換素子１３を光共振器の外に出
してもよい。

【００１０】レーザ光源１の代わりに、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザの第２高調波または第４高調波を出射するレーザ光
源を使用することもできる。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザの代わりに、Ｎｄ：ＹＬＦレーザやＮｄ：ＹＶＯ₄レ
ーザを使用することも可能である。

【００１１】レーザ光源１から出射したレーザビーム
が、マスク２に入射する。マスク２に設けられた貫通孔
を通過したレーザビームが、折り返しミラー３に入射す
る。折り返しミラー３で反射されたレーザビームが、ガ
ルバノスキャナ４に入射する。ガルバノスキャナ４は、
一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビー
ムを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ４で走査
されたレーザビームがｆθレンズ５で集束され、ＸＹス
テージ６に保持された加工対象物８に入射する。ｆθレ
ンズ５は、マスク２の貫通孔を加工対象物８の表面上に
結像させる。

【００１２】エアノズル７が、空気を加工対象物８に向
かって噴き付ける。エアノズル回転機構９がエアノズル
７の向きを制御し、加工対象物８の表面上の、空気が噴
き付けられる位置を移動させる。

【００１３】加工対象物８の表面上のビームスポットの
位置にガスが噴き付けられるように、制御装置２０が、
レーザ光源１、ガルバノスキャナ４、エアノズル回転機
構９を制御する。

【００１４】パルス周波数を６ｋＨｚにして５０ショッ
トのパルスレーザビームを、加工対象物８の一点に入射
させると、期待される深さの穴を形成することができ
た。ところが、パルス周波数を５０ｋＨｚに高めて同様
の評価実験を行うと、形成された穴の深さは期待された
深さよりも浅かった。期待された深さの穴が形成されな
かった原因について以下に説明する。

【００１５】樹脂層にパルスレーザビームを入射させる
と、樹脂からプルームやヒュームがが発生する。パルス
周波数が６ｋＨｚの時には、このプレームやヒューム
は、次のショットが入射するまでに拡散し、薄まる。と
ころが、パルス周波数が５０ｋＨｚ程度まで高くなる
と、プレームやヒュームがレーザビームの入射位置の近
傍に滞留した状態で、次のショットが入射する。

【００１６】パルスレーザビームが、プレームやヒュー
ムにより減衰され、樹脂層の表面まで到達するパルスレ
ーザビームの強度が低下すると考えられる。このため、
所望の深さの穴が形成されないと考えられる。また、ヒ
ューム等がレーザビームで熱加工されることにより、樹
脂層表面の穴径が大きくなったりする。

【００１７】加工対象物８からの飛散物がｆθレンズ５
を損傷させることを防止するために、ｆθレンズ５と加
工対象物８との間に、加工対象物８の表面と平行なガス
流を形成し、飛散物がｆθレンズ５に到達しないように
する技術が知られている。レーザビームの入射によって
発生したプレームやヒュームのうちｆθレンズ５の方に
拡散するものは、このガス流によってレーザビームの経
路外に除去される。ところが、加工対象物８の表面近傍
に滞留するプレームやヒュームは、このガス流によって
除去されない。

【００１８】上記実施例によるレーザ加工装置では、エ
アノズル７により、加工対象物８の表面上のビームスポ
ットの位置にガスが噴き付けられる。このため、ビーム
スポットの位置で生成されたプレームやヒュームを、効
率的にレーザビームの経路外に除去することができる。
これにより、パルスレーザビームの減衰を防止し、期待
される深さの穴を形成することができる。

【００１９】図２（Ａ）に、加工対象物８の平面図を示
す。加工対象物８の表面上に、行列状に配置された複数
の単位領域２５が画定されている。各単位領域２５は、
図１に示したガルバノスキャナ４でレーザビームを走査
することが可能な大きさであり、例えば一辺が４０ｍｍ
の正方形である。ＸＹステージ６を動作させて１つの単
位領域２５をガルバノスキャナ４の走査可能範囲内に配
置し、ガルバノスキャナ４を動作させることによって、
１つの単位領域２５内の所望の位置にレーザビームを入
射させることができる。１つの単位領域２５内の加工が
終了すると、ＸＹステージ６を動作させることによっ
て、他の単位領域２５内の加工を行うことができる。

【００２０】図２（Ｂ）は、ガルバノスキャナ４の走査
可能範囲内に配置された単位領域２５及びエアノズル７
の位置関係を示す平面図である。単位領域２５の表面に
平行なＸＹ直交座標系を導入する。単位領域２５の表面
上に、複数のブロック３０が画定されている。各ブロッ
ク３０は、Ｘ軸方向に長い帯状の領域であり、このブロ
ック３０がＹ軸方向に並んでいる。各ブロック３０内
に、穴を形成すべき複数の加工点３１が画定されてい
る。

【００２１】エアノズル７に、Ｘ軸方向に平行な複数の
ガス噴出し口が形成されている。このため、エアノズル
７から噴き出されたガスは、Ｘ軸方向に長いシート状の
ガス流を形成する。このガス流と加工対象物８の表面と
の交線は、Ｘ軸に平行になる。

【００２２】図２（Ｃ）に、Ｘ軸に平行な視線で見たと
きのエアノズル７、ｆθレンズ５、及び加工対象物８の
位置関係を示す。レーザビーム２４が、あるブロック３
０内の加工点に入射している。シート状のガス流２６
は、進行するに従って徐々に拡がるため、エアノズル７
を固定した状態で、レーザビーム２４の入射しているブ
ロック３０内の全領域にガスが噴き付けられる。エアノ
ズル回転機構９を動作させて、エアノズル７をＸ軸に平
行な中心軸を中心として回転させることにより、所望の
ブロック３０にガスを噴き付けることができる。

【００２３】次に、図２を参照して、図１に示したレー
ザ加工装置を用いたレーザ加工方法について説明する。
まず、走査可能範囲内に配置されている単位領域２５か
ら１つのブロック３０を選択する。選択されたブロック
３０にエアノズル７からのガスが噴き付けられるように
エアノズル７の向きを調節する。選択されたブロック３
０にガスを噴き付けながら、そのブロック３０内の加工
点３１に順番にレーザビームを入射させ、穴を形成す
る。ビームスポットが１つのブロック３０内を移動して
いるときには、エアノズル７は固定されており、ガスの
噴き付けられる位置は移動しない。

【００２４】１つのブロック３０内の加工が終了する
と、次に加工すべきブロック３０を選択する。エアノズ
ル７の向きを調節して、新たに選択されたブロック３０
にガスを噴き付けながら、そのブロック３０内の加工点
３１に順番にレーザビームを入射させ、穴を形成する。
未加工のブロック３０の選択、エアノズル７の向きの調
節、及びレーザビームの入射を繰り返し実行することに
より、１つの単位領域２５内の全ての加工点に穴が形成
される。

【００２５】上記実施例では、レーザビームの入射位置
にガスが噴き付けられている。このため、樹脂が気化し
て生成されたガスを、次のショットが入射する前に、レ
ーザビームの経路から除去することができる。加工対象
物８に入射するレーザビームが、樹脂が気化して生成さ
れたガスによって吸収されないため、期待される深さの
穴を形成することができる。

【００２６】次に、図３を参照低、他の実施例によるレ
ーザ加工方法について説明する。図３は、他の実施例に
よるレーザ加工装置のエアノズル７Ａ及び走査可能範囲
内の単位領域２５の平面図を示す。図２（Ｂ）に示した
実施例では、単位領域２５内のブロック３０がＸ軸方向
に長く、Ｙ軸方向に一列に配置されていた。図３に示し
た実施例では、正方形状の複数のブロック３０Ａが行列
状に配置されている。

【００２７】エアノズル７Ａから噴き出したガスは、シ
ート状ではなく、線状のガス流を形成する。エアノズル
７Ａは、リニアガイド３５により、Ｘ軸に平行な方向に
移動可能に支持されている。また、エアノズル７Ａは、
図２（Ｃ）に示したエアノズル７と同様に、Ｘ軸に平行
な軸を中心として回転し、ガスの噴き出し方向を変える
ことができる。

【００２８】エアノズル７ＡのＸ軸方向への移動、及び
Ｘ軸に平行な軸を中心とした回転移動を組み合わせるこ
とにより、所望のブロック３０にガスを噴き付けること
ができる。図２に示した実施例の場合と同様に、未加工
のブロック３０の選択、エアノズル７Ａの位置と向きの
調節、及びレーザビームの入射を繰り返し実行すること
により、１つの単位領域２５内の全ての加工点に穴が形
成される。

【００２９】上記実施例は、プレームやヒュームによる
減衰量の大きな波長域のレーザビームを使用して穴あけ
加工をする場合に、特に有効である。例えば、固体レー
ザの２〜５倍高調波を使用する場合に、顕著な効果が期
待できる。

【００３０】上記実施例では、エアノズルから噴き出さ
れた空気を、加工対象物に噴き付けたが、空気以外のガ
スを噴き付けてもよい。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、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なこと
は当業者に自明であろう。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザビームの入射による穴の形成時に発生したプレー
ムやヒュームを、直ちに加工点近傍から除去することが
できる。これにより、プレームやヒュームによるレーザ
ビームの減衰を防止し、所望の深さの穴を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工
装置の概略図であり、（Ｂ）は、レーザ光源の概略図で
ある。

【図２】 （Ａ）は、加工対象物の平面図であり、
（Ｂ）は、エアノズル及び走査可能範囲内の単位領域の
平面図であり、（Ｃ）は、エアノズル、加工対象物、及
びｆθレンズの正面図である。

【図３】 他の実施例によるレーザ加工方法で使用され
る加工装置のエアノズル及び走査可能範囲内の単位領域
の平面図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ マスク ３ 折り返しミラー ４ ガルバノスキャナ ５ ｆθレンズ ６ ＸＹステージ ７、７Ａ エアノズル ８ 加工対象物 ９ エアノズル回転機構 １０ 全反射鏡 １１ 部分反射鏡 １２ レーザ媒質 １３ 波長変換素子 ２０ 制御装置 ２４ レーザビーム ２５ 単位領域 ２６ ガス流 ３０ ブロック ３１ 加工点

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスレーザビームを出射するレーザ光
   源と、 加工対象物を保持する保持手段と、 前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを、
   前記保持手段に保持された加工対象物の表面に入射させ
   るとともに、入射位置が該加工対象物の表面上を移動す
   るようにパルスレーザビームを走査する走査手段と、 前記保持手段に保持された加工対象物に向けてガスを噴
   出し、該加工対象物の表面の、ガスの噴き付けられる位
   置を変えることができるノズルと、 前記ノズルから噴出されるガスが、前記保持手段に保持
   された加工対象物の表面上のビームスポットに噴き付け
   られるように前記走査手段と前記ノズルを制御する制御
   装置とを有するレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記加工対象物の表面上に複数のブロッ
   クが画定されており、前記制御装置は、ビームスポット
   が１つのブロック内を移動するときには前記ノズルから
   噴出されたガスの噴き付け位置を移動させず、ビームス
   ポットがブロックを跨って移動するときに、ガスの噴き
   付け位置を移動させる請求項１に記載のレーザ加工装
   置。
3. 【請求項３】 前記レーザ光源が、イオンを含んだ固体
   誘電体をレーザ媒質として用いる固体レーザの２倍以上
   の高調波を出射する請求項１または２に記載のレーザ加
   工装置。
4. 【請求項４】 加工対象物の表面上にパルスレーザビー
   ムを入射させて穴を形成する工程であって、該加工対象
   物の表面上のビームスポットを移動させることによっ
   て、複数の穴を形成する工程と、 前記加工対象物の表面上におけるビームスポットの移動
   に追随して、ビームスポットの位置にガスを噴き付ける
   工程とを有するレーザ加工方法。
5. 【請求項５】 前記加工対象物の表面上に複数のブロッ
   クが画定されており、前記ガスを噴き付ける工程におい
   て、ビームスポットが１つのブロック内を移動するとき
   にはガスの噴き付け位置を移動させず、ビームスポット
   がブロックを跨って移動するときに、ガスの噴き付け位
   置を移動させる請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 前記パルスレーザビームが、イオンを含
   んだ固体誘電体をレーザ媒質として用いる固体レーザの
   ２倍以上の高調波である請求項４または５に記載のレー
   ザ加工方法。