JP2004098121A - Method and apparatus for laser beam machining - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームを用いた加工方法及び加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3(A)〜(C)を参照し、2層の金属層を有する基板(2メタル基板)の従来の加工方法を説明する。図3(A)は2メタル基板の概略を表す断面図である。たとえばポリイミドでつくられた樹脂層51の表面に銅層52、内部に銅で形成された電極層53が配された2メタル基板を紫外パルスレーザビーム54で加工する。銅層52の厚さは、たとえば9〜18μmであり、この2メタル基板においては、9μmである。電極層53と銅層52とに挟まれた部分の樹脂層51の厚さは、たとえば20〜50μmであり、この2メタル基板においては、50μmである。紫外パルスレーザビームは、たとえば、出力12W、周波数12kHzで出射される。1パルス当たりのパルスエネルギは、1mJ/パルスとなる。
【0003】
図3(B)に示すように、紫外パルスレーザビーム54を銅層52に照射し、樹脂層51を露出させる穴52aをあける。銅層52に穴52aを開けるためには、銅層52表面において、約10〜20J/cm2のエネルギ密度が必要である。ここでは、20J/cm2のエネルギ密度で照射される。銅層52表面に照射されるレーザビームのエネルギ密度が20J/cm2であるとき、銅層52の1パルス当たりのエッチングレートは、約1.5μm/パルスである。したがって、厚さ9μmの銅層52の場合、6ショットのパルスレーザビームを照射することにより、穴52aを開けることができる。穴52aを形成するのに必要な加工時間は、約0.5msである。
【0004】
図3(C)に示すように、この穴52aの穿孔に続けて、たとえばアッテネータで、紫外パルスレーザビーム54のパルスエネルギを小さくし、樹脂層51に電極層53に至る穴51aを穿つ。1パルス当たりのパルスエネルギは、たとえば0.05mJ/パルスに減衰される。樹脂層51に穴51aを開けるためには、樹脂層51表面において、約1〜2J/cm2のエネルギ密度が必要である。ここでは、1J/cm2のエネルギ密度で照射される。樹脂層51表面に照射されるレーザビームのエネルギ密度が1J/cm2であるとき、樹脂層52の1パルス当たりのエッチングレートは、約1μm/パルスである。したがって、厚さ50μmの樹脂層52の場合、50ショットのパルスレーザビームを照射することにより、穴51aを開けることができる。穴51aを形成するのに必要な加工時間は、約4.2msである。穴51aと穴52aとを連続して開けるのに必要な時間は、約4.7msである。
【0005】
また、たとえばアッテネータでパルスエネルギの調整を行うのではなく、銅層52の加工と、樹脂層51の加工とで、紫外パルスレーザビームを出射するレーザ発振器の出力及び周波数を変化させてもよい。
【0006】
銅層52に穴を開ける場合には、たとえば、出力12W、周波数12kHzでパルスレーザビームを出射する。1パルス当たりのパルスエネルギは、1mJ/パルスである。厚さ9μmの銅層52に、6ショットのパルスレーザビームで穴52aを開けるとき、必要な加工時間は、約0.5msである。
【0007】
次に、樹脂層51に穴51aを開ける。たとえば、出力3W、周波数60kHz、パルス幅100nsで、紫外パルスレーザビームが出射する。1パルス当たりのパルスエネルギは、0.05mJ/パルスである。厚さ50μmの樹脂層51に、50ショットのパルスレーザビームで穴51aを開けるとき、必要な加工時間は、約0.83msである。穴51aと穴52aとを連続して開けるのに必要な時間は、約1.33msである。
【0008】
更に、従来の方法によると高品質の加工は困難である。
【0009】
図3(D)を参照して説明する。銅層52と樹脂層51の加工を連続して行うため、銅層52の加工時に樹脂層51まで伝わった熱及び樹脂層51の加工時に銅層52に残存する熱が影響して、アンダーカット51b等の欠陥が生じやすくなる。したがって、実際に樹脂層51に穿たれるのは穴51cのように、穴52aの周辺直下の樹脂層51が損傷し、側面が膨らみを有する穴になる。また、単に銅層52加工時の熱が散逸するのを待てば、穴開け加工にかかる時間が長くなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加工対象物を加工する時間を短縮することのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第1の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第2の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームと第3の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームとに分岐させる工程と、前記第2の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第1の加工対象物に入射させて加工する工程と、前記第3の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームの少なくとも1つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、第2の加工対象物に入射させて加工する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0012】
このレーザ加工方法によれば、加工対象物を加工する時間を短くすることができる。
【0013】
また、本発明の他の観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを、第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとに分岐させるとともに、該第1のパルスレーザビームを第1の加工領域内の加工対象物に入射させる第1の光学系と、前記第2のパルスレーザビームが入射され、該第2のパルスレーザビームの少なくとも1つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、複数のパルスに分割されたパルスレーザビームを、第2の加工領域内の加工対象物に入射させる第2の光学系とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0014】
このレーザ加工装置を用いると、第1の加工領域内で加工を行うと同時に、第2の加工領域内でも加工を行うことができる。第1の光学系と第2の光学系とによって、第1及び第2の加工領域内での加工時間の差を小さくするように、レーザビームを分岐し、または、第2のパルスレーザビームを分割し、加工時間を短縮することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施例によるレーザ加工方法に用いられるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源1は、たとえば、波長変換ユニットを含むNd:YAGレーザである。波長変換ユニットを含むNd:YAGレーザからは、たとえばNd:YAGレーザの3倍高調波(波長355nm)が出射する。たとえば、出力12W、周波数6kHz、パルス幅100ns、パルスエネルギ2mJ/パルスである。
【0016】
出射されたレーザビームは、貫通孔を有するマスク2で、断面形状を、たとえば円形に整形され、ビームスプリッタ3に入射する。ビームスプリッタ3は、入射したパルスレーザビームを、光路Aを進むパルスレーザビームと光路Bを進むパルスレーザビームとに分岐する。2つの光路を進むレーザビームは、たとえばパルスエネルギが等しくなるように分岐される。すなわち光路A、光路Bを進むレーザビームの1パルス当たりのパルスエネルギは、ともに約1mJ/パルスである。
【0017】
光路Aを進むパルスレーザビームは、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、パルスレーザビームを2次元方向に走査する。ガルバノスキャナ4で走査されたパルスレーザビームはfθレンズ5を透過して、加工対象物である基板6に入射する。基板6は、XYステージ14の可動面上に載置されている。fθレンズ5は、マスク2の貫通孔を基板6に結像させる。
【0018】
光路Bを進むパルスレーザビームは、パルスチョッパ10に入射する。パルスチョッパ10は、入射する1ショットのパルスレーザビームから、それよりパルス幅の短い複数のパルスレーザビームを形成する。これについては、後に詳述する。
【0019】
パルスチョッパ10で形成された、パルス幅の短いパルスレーザビームは、必要に応じて配置される反射ミラー11で反射され、ガルバノスキャナ12、fθレンズ13を経て、加工対象物である基板7に入射する。基板7は、XYステージ14の可動面上に載置されている。ガルバノスキャナ12、fθレンズ13の作用は、それぞれ、光路Aに配置されたガルバノスキャナ4、fθレンズ5のそれと同様である。
【0020】
基板6及び基板7は、たとえば、従来技術の説明の中で、図3(A)に断面を示した2メタル基板である。光路Aを進むレーザビームが、基板6の銅層52に入射し、樹脂層51の表面を露出させる穴52aを開ける。穴52aを開けるためには、前述のように、6ショットのパルスレーザビームが必要であり、穴開け加工に要する時間は約0.5msである。なお、銅層52に穴52aが開けられた基板6は、XYステージ14により、光路Bを進むレーザビームの加工領域に移動され、樹脂層51に、電極層53に至る穴51aが開けられる。
【0021】
光路Bを進むレーザビームによる加工を詳述する。光路Aを進むレーザビームによって、基板6の銅層52に穴52aが開けられると同時に、光路Bを進むレーザビームの加工領域では、基板7が加工される。基板7は、光路Aを進むレーザビームによって、すでに、銅層52に、樹脂層51表面を露出させる穴52aが開けられている基板である。
【0022】
図2を用いてパルスチョッパ10について説明する。パルスチョッパ10は、たとえばEOM(electric optical modulator)を含んで構成され、前述のように、入射する1ショットのパルスレーザビームから、それよりパルス幅の短い複数のパルスレーザビームを形成する。
【0023】
図2(A)は、パルスチョッパ10に入射する前の1ショットのパルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである。パルス幅100nsのレーザビームが、パルスチョッパ10に入射する。
【0024】
図2(B)は、パルスチョッパ10から出射する複数のパルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである。斜線を施した部分が、パルスチョッパ10から出射する複数のパルスレーザビームを示す。パルス幅100nsの1ショットのレーザビームから、パルス幅5nsのパルスレーザビームが10ショット形成され、パルスチョッパ10から出射する。出射する各ショットのパルスエネルギは、0.05mJ/パルスである。
【0025】
パルスチョッパ10から出射するパルス幅5nsのパルスレーザビームが、基板7の樹脂層51に入射する。樹脂層51に、電極層53に至る穴51aを形成するためには、前述のように、50ショットのパルスレーザビームが必要であり、穴開け加工に要する時間は約0.83msである。
【0026】
光路Aを進むレーザビームによる、基板6の銅層52の穴開け加工に要する時間は約0.5msであった。また、光路Bを進むレーザビームによる、基板7の樹脂層51の穴開け加工に要する時間は約0.83msである。これらの加工は同時に行われるので、レーザビームを光路Aと光路Bとに分岐し、分岐したレーザビームのそれぞれで加工を行うのに必要な時間は、0.83msとなる。これは、従来のレーザ加工方法で同様の加工を行うのに必要とされる加工時間よりも短い。
【0027】
また、本実施例によるレーザ加工方法を用いると、加工品質を向上させることができる。基板6は、光路Aを進むレーザビームで、銅層52に穴52aを開けられた後、XYステージ14により、光路Bを進むレーザビームの加工領域に移動される。このため、この間に、穴52a加工時の熱が散逸し、穴52aの近辺が冷却される。したがって、アンダーカット51b等の欠陥が生じにくくなる。
【0028】
更に、樹脂層51の加工においては、照射されるレーザビームのエネルギが同じである場合、パルス幅を短くした方が、良質の加工を行うことができる。したがって、パルスチョッパ10を用いて形成した、パルス幅5nsのパルスレーザビームを用いることにより、良質の穴開け加工を行うことができる。
【0029】
なお、本実施例においては、ビームスプリッタ3によるパルスレーザビームの分岐は、光路A及びBを進むレーザビームのパルスエネルギが等分されるように行われた。また、パルスチョッパ10によって、1ショットのレーザビームから、10ショットのパルスレーザビームを得た。ビームスプリッタ3によるレーザビームのパルスエネルギ分岐の割合、及びパルスチョッパ10によるパルス分割数は、光路Aを進むレーザビームで行われる加工に必要な時間と、光路Bにおけるそれとが、ほぼ等しくなるように決定されるのが好ましい。銅層52を貫通する穴を形成する時間と、樹脂層51を貫通する穴を形成する時間とのうち、短い方の時間が、長い方の時間の50%以上となるように、ビームスプリッタ3でパルスレーザビームを分岐させ、または、パルスチョッパ10でパルスレーザビームを分割することが好ましい。たとえば本実施例のように、樹脂層51に穴51aを開けるために必要なエネルギ密度が、銅層52に穴52aを開けるために必要なそれの1/10〜1/20倍であれば、ビームのエネルギ分岐の割合を1:1とし、パルス分割数を10とすればよい。
【0030】
更に、実施例によるレーザ加工方法に使用するレーザビームは、Nd:YAGレーザの3倍高調波に限らず、基本波、2倍高調波でもよい。またCO2レーザ等も用いることができる。
【0031】
ここではマスク2の貫通孔を基板6の表面に結像させるマスクイメージング光学系の実施例をあげたが、これが焦点レンズを用いて基板6上にパルスレーザビームの焦点を結ばせる集光光学系であってもよい。
【0032】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象物を加工する時間を短縮することのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することができる。
【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方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図2】(A)及び(B)は、パルスレーザビームの、パルス幅とパルスエネルギ密度との関係を示す概略的なグラフである
【図3】(A)〜(D)は、基板の断面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 マスク
3 ビームスプリッタ
4 ガルバノスキャナ
5 fθレンズ
6 基板
7 基板
10 パルスチョッパ
11 反射ミラー
12 ガルバノスキャナ
13 fθレンズ
14 XYステージ
51 樹脂層
51a、c 穴
51b アンダーカット
52 銅層
52a 穴
53 電極層
54 紫外パルスレーザビーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing method and a processing apparatus using a laser beam.
[0002]
[Prior art]
A conventional processing method of a substrate having two metal layers (two-metal substrate) will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a two-metal substrate. For example, a two-metal substrate in which a
[0003]
As shown in FIG. 3B, the
[0004]
As shown in FIG. 3 (C), following the drilling of the
[0005]
For example, instead of adjusting the pulse energy with an attenuator, the output and frequency of the laser oscillator that emits the ultraviolet pulse laser beam may be changed between the processing of the
[0006]
When a hole is made in the
[0007]
Next, a
[0008]
Furthermore, high quality processing is difficult with conventional methods.
[0009]
This will be described with reference to FIG. Since the processing of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The objective of this invention is providing the laser processing method and laser processing apparatus which can shorten the time which processes a process target object.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a pulse laser beam propagating along the first optical path is changed into a pulse laser beam propagating along the second optical path and a pulse laser beam propagating along the third optical path. A step of branching, a step of processing a pulse laser beam propagating along the second optical path to be incident on the first object to be processed, and at least a pulse laser beam propagating along the third optical path There is provided a laser processing method including a step of dividing one pulse into a plurality of pulses on the time axis and causing the pulse to enter a second object to be processed.
[0012]
According to this laser processing method, it is possible to shorten the time for processing the object to be processed.
[0013]
According to another aspect of the present invention, a laser light source that emits a pulse laser beam, and the pulse laser beam emitted from the laser light source is branched into a first pulse laser beam and a second pulse laser beam. And a first optical system that causes the first pulse laser beam to be incident on a workpiece in the first processing region, and the second pulse laser beam is incident on the first pulse laser beam. A laser having a second optical system that divides at least one pulse into a plurality of pulses on a time axis and makes a pulsed laser beam divided into the plurality of pulses incident on an object to be processed in the second processing region. A processing apparatus is provided.
[0014]
When this laser processing apparatus is used, it is possible to perform processing in the second processing region simultaneously with processing in the first processing region. The first optical system and the second optical system branch the laser beam or reduce the second pulse laser beam so as to reduce the difference in processing time between the first and second processing regions. The processing time can be shortened by dividing.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a laser processing method according to an embodiment of the present invention. The laser light source 1 is, for example, an Nd: YAG laser including a wavelength conversion unit. From the Nd: YAG laser including the wavelength conversion unit, for example, a third harmonic (wavelength 355 nm) of the Nd: YAG laser is emitted. For example, the output is 12 W, the frequency is 6 kHz, the pulse width is 100 ns, and the pulse energy is 2 mJ / pulse.
[0016]
The emitted laser beam is shaped into, for example, a circle by the mask 2 having a through hole, and is incident on the beam splitter 3. The beam splitter 3 splits the incident pulse laser beam into a pulse laser beam traveling on the optical path A and a pulse laser beam traveling on the optical path B. The laser beams traveling in the two optical paths are branched so that, for example, the pulse energies are equal. That is, the pulse energy per pulse of the laser beam traveling along the optical path A and the optical path B is both about 1 mJ / pulse.
[0017]
The pulse laser beam traveling in the optical path A is incident on the galvano scanner 4. The galvano scanner 4 includes a pair of swingable reflecting mirrors, and scans the pulse laser beam in a two-dimensional direction. The pulsed laser beam scanned by the galvano scanner 4 passes through the
[0018]
The pulsed laser beam traveling along the optical path B is incident on the
[0019]
A pulse laser beam having a short pulse width formed by the
[0020]
The board | substrate 6 and the board | substrate 7 are 2 metal substrates which showed the cross section in FIG. 3 (A) in description of a prior art, for example. The laser beam traveling along the optical path A is incident on the
[0021]
Processing with a laser beam traveling in the optical path B will be described in detail. A
[0022]
The
[0023]
FIG. 2A is a schematic graph showing the relationship between the pulse width and the pulse energy density of one shot pulse laser beam before entering the
[0024]
FIG. 2B is a schematic graph showing the relationship between the pulse width and the pulse energy density of a plurality of pulse laser beams emitted from the
[0025]
A pulse laser beam having a pulse width of 5 ns emitted from the
[0026]
The time required for drilling the
[0027]
Further, when the laser processing method according to the present embodiment is used, the processing quality can be improved. The substrate 6 is moved to the processing region of the laser beam traveling on the optical path B by the
[0028]
Further, in the processing of the
[0029]
In this embodiment, the splitting of the pulse laser beam by the beam splitter 3 is performed so that the pulse energy of the laser beam traveling along the optical paths A and B is equally divided. Further, the
[0030]
Furthermore, the laser beam used in the laser processing method according to the embodiment is not limited to the third harmonic of the Nd: YAG laser, and may be a fundamental wave or a second harmonic. A CO 2 laser or the like can also be used.
[0031]
Here, an example of a mask imaging optical system that forms an image of the through hole of the mask 2 on the surface of the substrate 6 has been described, but this is a condensing optical system that focuses the pulsed laser beam on the substrate 6 using a focusing lens. It may be.
[0032]
As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser processing method and a laser processing apparatus capable of reducing the time for processing a workpiece.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic graphs showing a relationship between a pulse width and a pulse energy density of a pulse laser beam. FIGS. 3A to 3D are views of a substrate. It is sectional drawing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Mask 3 Beam splitter 4 Galvano scanner 5 f (theta) lens 6 Board | substrate 7
Claims (6)
前記第2の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームを、第1の加工対象物に入射させて加工する工程と、
前記第3の光路に沿って伝搬するパルスレーザビームの少なくとも1つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、第2の加工対象物に入射させて加工する工程と
を有するレーザ加工方法。Branching the pulse laser beam propagating along the first optical path into a pulse laser beam propagating along the second optical path and a pulse laser beam propagating along the third optical path;
A step of causing a pulse laser beam propagating along the second optical path to enter the first object to be processed;
A laser processing method including a step of dividing at least one pulse of a pulsed laser beam propagating along the third optical path into a plurality of pulses on the time axis and causing the laser beam to enter a second object to be processed.
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを、第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとに分岐させるとともに、該第1のパルスレーザビームを第1の加工領域内の加工対象物に入射させる第1の光学系と、
前記第2のパルスレーザビームが入射され、該第2のパルスレーザビームの少なくとも1つのパルスを時間軸上で複数のパルスに分割し、複数のパルスに分割されたパルスレーザビームを、第2の加工領域内の加工対象物に入射させる第2の光学系と
を有するレーザ加工装置。A laser light source for emitting a pulsed laser beam;
The pulse laser beam emitted from the laser light source is branched into a first pulse laser beam and a second pulse laser beam, and the first pulse laser beam is applied to a processing object in the first processing region. A first optical system for incidence;
The second pulse laser beam is incident, at least one pulse of the second pulse laser beam is divided into a plurality of pulses on a time axis, and the pulse laser beam divided into the plurality of pulses is A laser processing apparatus comprising: a second optical system that is incident on a processing target in a processing region.
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