JP2004009074A

JP2004009074A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

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Publication number: JP2004009074A
Application number: JP2002163341A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Watanabe; 渡辺　英之; Shusuke Tateishi; 立石　秀典; Hiroshi Aoyama; 青山　博志; Takeshi Goto; 後藤　健
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP3920710B2

Abstract

【課題】加工不良が発生せず、かつ加工能率を向上させることができるレーザ加工方法および加工方法を提供する。
【解決手段】加工対象物１４から反射された反射光１５の強度を予め定めた基準値と比較することにより加工状態をインプロセスで検出すると共に、反射光１５の強度が予め定めた基準値に達しない場合は、当該個所の補修加工を行った後、次の加工を行う。この場合、当該個所の補修加工を行うのに先立ち、当該個所に、加工ビーム９よりも小径の検査用レーザ光３１を照射して、当該個所の加工状態を確認する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を加工対象物に照射し、加工対象物から反射された反射光の強度を予め定めた基準値と比較して加工状態をインプロセスで検出するようにしたレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント配線基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホールと呼ばれる穴を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことによって上下に配置された導電層を電気的に接続する。
【０００３】
細径のビアホールを加工する手段としては高出力のＣＯ２レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが採用されている。また、高速加工を行うため、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系が採用されている。また、加工する穴径を均一なものとするため、窓を設けたアパーチャをマスクとして使用すると共に、転写光学系により窓の像を結像レンズを用いて基板上に転写する。また、通常、１つの穴を加工するのに、レーザ光を複数回に分けて照射する。
【０００４】
ところで、レーザ発振器のショットミス、外部振動あるいはスキャン光学系の位置決め誤差等により、所定の位置にレーザ光が照射されないことがある。プリント基板は１つでも不導通のビアホールがあるとその基板は不良になる。このため、加工装置とは別の穴検査装置により加工が終了した加工個所を全数検査し、加工不良が見つかった場合は当該穴を補修加工することにより、プリント基板の信頼性を保証している。
【０００５】
しかし、上記の方法では、穴検査時に不良穴が発見されて初めてその基板が不良であることがわかるので、不良穴の発見が遅くなる。しかも、それまでの加工時間や検査時間が無駄になり、加工スループットが低下する。
【０００６】
そこで、特開平１１−１７００７８号では、被加工基板で反射するレーザ光の強度を検出する手段をレーザ加工装置に設け、被加工基板の樹脂層と内層銅箔の反射光量の違いから加工状態を判断して、早期に加工不良を検出するようにしている。
【０００７】
また、特開平８−２４３７７１号では、カメラを設け、カメラにより加工した穴の状態を観察している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ビアホールを加工する方法として、コンフォーマルマスク法と呼ばれる加工方法がある。この方法は、エッチングやＵＶレーザを用いて予め外層銅箔にビアホールと同径の穴を明けておき、ビアホールよりも大径のレーザ光を照射して内層銅箔に至る絶縁層を除去する方法である。この方法の場合、レーザ光は加工部と表面の外層銅箔の両者で反射される。このため、従来技術の前者では加工結果の判定が困難になり、加工不良が発生する場合があった。
【０００９】
また、ビームスキャン光学系を用いたレーザ加工装置の場合、カメラを配置する場所の確保が困難であるため、従来技術の後者を採用することは困難である。また、カメラを配置する場所が確保できたとしても、ビアホールは５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲に加工されるため、視野および分解能に優れるカメラを準備しなければならず、装置が高価になる。
【００１０】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、加工不良が発生せず、かつ加工能率を向上させることができるレーザ加工方法および加工方法を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、レーザ光を加工対象物に照射し、前記加工対象物から反射された反射光の強度を予め定めた基準値と比較することにより加工状態をインプロセスで検出するレーザ加工方法において、前記反射光の強度が予め定めた基準値に達しない場合は、当該個所の補修加工を行った後、次の加工を行うことを特徴とする。
この場合、当該個所の補修加工を行うのに先立ち、当該個所に、加工に用いるレーザ光よりも小径のレーザ光を照射して、当該個所の加工状態を確認することができる。
【００１２】
また、本発明は、径が異なる窓を複数備えたアパーチャと前記窓をレーザ光の光路に位置決めするアパーチャの位置決め手段とを備え、所望の直径の前記窓をレーザ光の光路に位置決めしながら加工をするレーザ加工装置において、直径が加工に使用される前記窓の径よりも小径の小径窓を設け、この小径窓を前記光路に位置決めできるように構成することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
図１は、本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
同図において、加工機制御部１はレーザ加工機全体を制御する。レーザ発振器２の光軸上には、ズームユニット７、アパーチャ５、ビームスプリッタ８、ガルバノミラー２５、２６からなる２軸スキャナ１１およびｆθレンズ１２が配置されている。ビームスプリッタ８の背面側の一方には光減衰手段２０、集光レンズ１８および光検出器１６が、他方には光減衰手段２１、集光レンズ１９および光検出器１７が、それぞれ配置されている。ズームユニット７は駆動機構６を介して加工機制御部１により駆動される。アパーチャ５には加工に使用される複数の窓５ａと、後述する検査用の窓２７が配置されている。窓２７の直径は、最小径の窓５ａの直径の０．７倍である。アパーチャ５はアパーチャ切替え駆動機構４を介して加工機制御部１により駆動される。光検出器１６、１７は加工エラー診断部２２に接続されている。
【００１４】
被加工基板１４はＸＹステージ１３に固定されている。ＸＹステージ１３と対向するようにして、加工部観察カメラ２８が配置されている。加工エラー診断部２２は、記憶部２３および加工機制御部１に接続されている。加工エラー診断部２２は反射光強度信号と予め設定されている許容値とを比較し、反射光強度信号が許容範囲内である場合は、正常加工信号を加工機制御部１に出力する。記憶部２３には表示部２４が接続されている。
【００１５】
次に、このレーザ加工機の動作を説明する。なお、ここでは、レーザ光を１穴あたり４回照射すると加工が完了する条件が定められているものとする。
図２は、本発明の動作を示すフローチャートであり、図３はレーザパルス信号と反射光強度信号および加工部の断面形状との関係を示す図である。
【００１６】
加工機制御部１は、加工条件データを参照し、ズームユニット駆動機構６およびアパーチャ切替え駆動機構４を指示された穴を加工するために適した状態に設定しておく。
【００１７】
そして、未加工個所があるかどうかを確認し（Ｓ１０）、未加工個所がある場合は、２軸スキャナ１１を加工個所に位置決めし（Ｓ２０）、照射数ｉを１としてから（Ｓ３０）、レーザ発振機２を動作させ、レーザ光を１穴あたり４回照射する（Ｓ４０〜Ｓ６０）。
【００１８】
レーザ発振器２から発振出射したレーザ光３は、ズームユニット７で指定されたビーム径に変換され、選択された窓５ａを透過してビームスプリッタ８に入射し、大部分は加工ビーム９として反射し、極一部がモニタビーム１０として透過する。加工ビーム９は２軸スキャナ１１およびｆθレンズ１２によりＸＹ方向に位置決めされて被加工基板１４に入射し、加工部に穴を明ける。加工ビーム９の一部は加工部で反射され（以下、反射ビーム１５という）、加工ビーム９と逆のコースを通ってビームスプリッタ８に入射する。ビームスプリッタ８を透過した反射ビーム１５は光減衰手段２０によりエネルギを減衰され、集光レンズ１８で集光されて光検出器１６に入射する。
【００１９】
正常に加工が行われている場合、図３に示すように、光検出器１６から出力される反射光強度信号すなわち反射ビーム１５の強度は、１ショット目ではほとんど０であり、２ショット目の途中から４ショット目の途中にかけて徐々に増加した後、ほぼ一定になる。また、同図に示すように、１ショット目では、外層銅箔３２に予め形成された穴３３を通った加工ビーム９により樹脂層２９に僅かな凹みが形成され、２ショット目で穴の底部が導体層３０に到達する。そして、以後、穴径が徐々に増加し、４ショット目で所望の穴が形成される。そして、加工が正常に終了した場合はＳ１０の処理を行い、その他の場合はＳ８０の処理を行う（Ｓ７０）。
【００２０】
このとき、１ショット目のレーザ光では、加工が樹脂層２９の途中までしか進んでいないため、反射光出力は、ほとんど検出されない。つぎに、２ショット目のレーザ光が照射されると、レーザ光が照射される間に内層銅箔３０が露出し始める。内層銅箔３０は樹脂層２９に比べて光の吸収が少なく表面での反射が高いため、光検出器１６で反射光が検出される。反射光の強度は露出する内層銅箔３０の面積に比例するので加工が進むに従って増加して、あるショット数以降はいくらレーザ光を照射しても露出面積の変化がなくなり、それに従って強度も飽和する。本実施例の場合、４ショット目始めのレーザ照射ではまだ内層銅箔３０の露出面積が大きくなり続け、４ショット目の途中以降露出面積の変化がなくなるので反射光強度信号は一定となる。つまり、図３の場合所定の加工が４ショット目で加工が完了したことを意味している。
【００２１】
Ｓ８０では、アパーチャ切替え駆動機構４を動作させ、窓２７をレーザ光３の光軸上に配置する。この状態で検査用のレーザ光３を１ショット照射してその時の反射光強度を調べ（Ｓ９０）、反射光強度が所定の強度である場合はＳ１０の処理を行い、その他の場合はＳ１０５の処理を行う（Ｓ１００）。Ｓ１０５では、窓５ａをレーザ光の光軸上に位置決めし、修正照射回数ｊを１として（Ｓ１１０）、予め定めた出力の修正用レーザ光３を１回照射する（Ｓ１２０）。そして、この時の反射光強度が所定の強度である場合はＳ１０の処理を行い、その他の場合はＳ１４０の処理を行う（Ｓ１３０）。Ｓ１４０では修正照射回数ｊに１を加えてｊと４とを比較する（Ｓ１５０）。そして、ｊ≦４の場合はＳ１２０の処理を行い、その他の場合は当該加工個所の位置を記憶して（Ｓ１６０）、Ｓ１０の処理を行う。
【００２２】
次に、Ｓ９０の内容をさらに詳しく説明する。
図４は、本発明における検査用レーザ光を照射する場合の説明する図である。反射光強度が許容値よりも小さい場合には、いろいろの場合があり得る。すなわち、同図（ａ）に示すように、加工は完了しているが反射光強度の測定がうまくいかなかった場合、また、同図（ｂ）に示すように、加工部の穴径は若干小さいが実用上差し支えない場合（導体層の露出径が通常の４０％程度以上）とが含まれる。
【００２３】
そこで、加工用のレーザ光の直径よりも小径の検査用レーザ光３１を照射し、その時の反射光強度が、予め定める値（ここでは通常の４０％）を超えている場合は次の加工に移り、その他の場合は修正用のレーザ光を照射してから加工部について評価する。そして、反射光強度が例えば許容値の４０％未満の場合は、修正用のレーザ光（加工用のレーザ光でも良い）を照射する。
【００２４】
なお、加工エラー診断部２２に送られた加工ビーム９および加工状態検出ビーム１５の情報は加工機制御部１内で加工位置およびレーザショット数の情報と統合され、記憶部２３に貯えられると共に表示部２４に表示して、オペレータに状況を伝える。そして、それ以降の加工や検査等のプロセスに活用される。
【００２５】
加工機制御部１は、２軸スキャナ１１の走査領域での加工が終了すると、ＸＹステージ１３を動作させ、次の加工領域をスキャナ１１の走査領域に位置決めする。
以下、加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。
【００２６】
（第二の実施形態）
次に、加工部観察カメラを用いる場合について説明する。
上記第一の実施形態では、反射光強度だけで加工状態を判定するようにしたが、加工部をカメラにより、作業者が実際に目視したり、あるいは加工部の像を図形処理して加工状態を評価するようにしても良い。
【００２７】
図５は、反射光強度が小さい場合に、作業者が関与する場合のフローチャートである。
すなわち、手順Ｓ７０において加工が正常に終了しなかった場合は、手順Ｓ２００により作業者を呼び出す。そして、作業者は、カメラと加工部とを相対的に移動させ、カメラにより加工部を検査する。そして、加工状況に応じて当該個所の修正を行い、修正が終了すると再び加工を継続する（Ｓ２１０〜Ｓ２５０）。
【００２８】
また、上記では、１個の穴の加工を終了させた後に次の穴を加工するようにしたが、総ての穴を加工してから、加工不良と判定された穴に検査用レーザ光を照射して、評価および補修を行うようにしてもよい。
【００２９】
さらに、本発明に係るレーザ加工装置によれば、別の加工装置で加工された被加工基板の検査も行うことができる。
【００３０】
なお、窓２７は、加工用のレーザ光の直径が大きい場合には、他の加工用の窓５ａを用いることができるので、通常は、最小径の加工用の窓５ａに対してだけ設ければよい。
【００３１】
また、本発明はコンフォーマルマスク法に限らず、最上層が樹脂層である基板の加工にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工状態をリアルタイムで検出すると共に、加工不良が発生した場合でも、加工用レーザ光よりも小径の検査用レーザ光により、加工結果を再確認するようにしたので、コンフォーマルマスク法の場合も、加工品質に優れる加工ができると共に、加工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図３】レーザパルス信号と反射光強度信号および加工部の断面形状との関係を示す図である。
【図４】本発明における検査用レーザ光を照射する場合の説明する図である。
【図５】反射光強度が小さい場合に、作業者が関与する場合のフローチャートである。
【符号の説明】
１４　加工対象物
１５　反射光
９　加工ビーム
３１　検査用レーザ光

Claims

レーザ光を加工対象物に照射し、前記加工対象物から反射された反射光の強度を予め定めた基準値と比較することにより加工状態をインプロセスで検出するレーザ加工方法において、
前記反射光の強度が予め定めた基準値に達しない場合は、当該個所の補修加工を行った後、次の加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
当該個所の補修加工を行うのに先立ち、当該個所に、加工に用いるレーザ光よりも小径の検査用レーザ光を照射して、当該個所の加工状態を確認することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記検査用レーザ光の直径は加工に用いるレーザ光の直径の０．７倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
径が異なる窓を複数備えたアパーチャと前記窓をレーザ光の光路に位置決めするアパーチャの位置決め手段とを備え、所望の直径の前記窓をレーザ光の光路に位置決めしながら加工をするレーザ加工装置において、
直径が加工に使用される前記窓の径よりも小径の小径窓を設け、この小径窓を前記光路に位置決めできるように構成することを特徴とするレーザ加工装置。