JP2004209505A - レーザ加工装置における加工位置ずれ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、加工位置の検出誤差を減少させ、加工位置ずれ補正を高精度に行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ加工装置３０は、レーザ発振器９と、マスクチェンジャ３１と、第１のガルバノスキャナ２と、第２のガルバノスキャナ３と、ｆθレンズ４とを備えている。加工位置ずれ補正の際に、実際に加工しようとする穴径よりも小さいマスクチェンジャ３１のマスク穴３２を選択し、小径のレーザビームを形成し、ワーク１２にマトリクス状の穴加工を行う。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工位置精度を向上させる加工位置ずれ補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微小径の穴あけ加工を行う装置として、レーザ加工装置が多く用いられている。例えば、電子、半導体装置等の装置で使用される高密度多層配線基板の製造に際しては、内層と外層の基板との間で信号線の導通をとるために、導通用の加工穴を各層の基板毎に設ける必要がある。基板として、例えば、ポリイミド、ガラスエポキシのような絶縁樹脂による基板が使用されるが、配線の高密度化を達成するために、加工穴の径を極力小さく形成し、所定サイズの加工領域毎にあらかじめ定められた複数位置に穴あけ加工を行う必要がある。
【０００３】
レーザ加工装置は、レーザビームをスキャナを用いて偏向して目標位置の照射を行うが、レーザビームのスキャナとしてガルバノスキャナを使用して加工速度の向上を図ったレーザ加工装置が提供されている。
【０００４】
図１は従来のレーザ加工装置１の一例を示している。
【０００５】
レーザ加工装置１は、レーザ発振器９と、第１のガルバノスキャナ２と、第２のガルバノスキャナ３と、ｆθレンズ４とを備えている。なお、本明細書におけるレーザ加工装置の例として、第１のガルバノスキャナ２と、第２のガルバノスキャナ３を一対のガルバノスキャナとする。レーザ発振器９から発振されたレーザビームは、第１のガルバノスキャナ２、第２のガルバノスキャナ３を経て、ｆθレンズ４に入射し、ワーク１２の加工面上の加工領域１３に出射される。ワーク１２はＸ−Ｙステージ１４上に載置されている。なお、座標は、Ｘ−Ｙステージ１４上のＸ軸、Ｙ軸によって決定される。Ｘ−Ｙステージ１４は、駆動系により移動され、加工領域１３の位置を変更できる。
【０００６】
第１のガルバノスキャナ２は、ガルバノ駆動系５の駆動軸に取り付けられたガルバノミラー６を有する。また、第２のガルバノスキャナ３は、ガルバノ駆動系７の駆動軸に取り付けられたガルバノミラー８を有する。レーザ発振器９から出力されたレーザビームは、第１のガルバノスキャナ２によりＸ軸方向に偏向され、第２のガルバノスキャナ３によりＹ軸方向に偏向される。
【０００７】
第２のガルバノスキャナ３からｆθレンズ４に入射されたレーザビーム１０（実線）は、ｆθレンズ４の中心を通過し、ワーク１２の加工領域１３の中央に照射される。第１のガルバノスキャナ２によりＸ軸方向に偏向され、第２のガルバノスキャナ３によりＹ軸方向に偏向されることで斜めに入射するレーザビーム１１（点線）は、ｆθレンズ４によりワーク１２の加工領域１３に対して垂直に照射される。このようにレーザビームを第１のガルバノスキャナ２によりＸ軸方向に偏向させ、第２のガルバノスキャナ３によりＹ軸方向に偏向させることで、加工領域１３にマトリクス状の加工穴を形成することができる。
【０００８】
ここで、図２に、穴あけ加工によりマトリクス状に形成された加工穴２０を示す。図２示すように、第１のガルバノスキャナ２と第２のガルバノスキャナ３により、加工領域１３内にマトリクス状に加工を行うことができる。
【０００９】
ところで、このようなガルバノスキャナ２，３及びｆθレンズ４の組み合わせによるレーザ加工装置では、実際の加工時に２種類の加工位置ずれを持つことが避けられない。第１の加工位置ずれは、上述したガルバノスキャナ２，３に設けられるスキャンミラー６，８の位置決め精度から生じる。第２の加工位置ずれは、ｆθレンズ４を構成している複数のレンズの収差により生じる。実際の加工時には、上述の第１，第２の加工位置ずれが合成された加工位置ずれとなって現れる。そして、このような合成加工位置ずれにより、ワーク１２上の加工領域１３における加工点の位置ずれが生じることとなる。
【００１０】
そこで、このような加工位置ずれの補正を行う必要があるが、この補正方法は、実際の加工を始める前に、例えばポリイミドやエポキシ樹脂等のテストワークに対してテスト加工を１回だけ実行する。
【００１１】
この補正方法では、テストワークに対して加工を行い、加工後の加工領域１３を撮像装置（ＣＣＤカメラ）により撮像して予め設定された標準パターンと画像処理装置を用いて比較し、演算処理して補正データを得る。なお、標準パターンとは、図２に示すように、加工領域１３の範囲で、マトリクス状の複数の加工地点に形成された加工穴２０を示す。なお、この演算処理を行うための演算処理部は、レーザ加工装置１全体を制御するパーソナルコンピュータ等で実現することができる。
【００１２】
補正データの取得に際して、テストワークに対するテスト加工は、加工領域１３にマトリクス状の加工穴２０を形成する。画像処理装置は、テスト加工後の加工領域１３を撮像装置で撮像し、レーザ加工によりマトリクス状に形成された加工穴２０の各点における加工中心位置と、基準となる標準パターンの加工中心位置からのずれ量を計測して、各点毎の計測データを出力する。テスト加工後のレーザ加工では、計測したずれ量により補正データを算出し、その補正データに基づいて加工位置毎に補正を行ったうえで加工を行う（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−３０１０５２号公報（第２，３頁、第２図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ加工装置におけるレーザビームの加工では、加工する穴径が大きい程、穴形状のバラツキも大きくなり、加工穴を画像処理にて位置検出した際の検出誤差が大きくなる。これにより、加工位置ずれ補正が正確に実行されず、加工精度が悪くなる問題が生じる。この傾向は、特にガルバノスキャナを用いてレーザビームをスキャンし、マトリクス状にレーザを照射する際のスキャンエリア（加工領域）端部で大きく、スキャンエリアを大きくするほどその影響は大きくなる。
【００１５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、加工位置の検出誤差を減少させ、加工位置ずれ補正を高精度に行うことができるレーザ加工装置における加工位置ずれ補正方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、大きさの異なる複数のマスク穴径を有し、レーザ発振器からのレーザビームのビーム径を、該マスク穴径の何れか１つの穴径にして通過させるマスクチェンジャと、
前記マスクチェンジャからのレーザビームを、ワークの加工面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に偏向させる一対のガルバノスキャナと、
前記一対のガルバノスキャナにより偏向されたレーザビームを、前記加工面上にある加工領域に対して垂直に照射するためのｆθレンズとを備えるレーザ加工装置における加工位置ずれ補正方法であって、
前記マスクチェンジャのマスク穴径を、実際に加工する穴径よりも小さいマスク穴径により、前記加工領域に所定の標準パターンで複数の加工地点に穴あけ加工を行う第１の加工段階と、
前記加工段階より加工された前記加工領域を撮像装置で撮像し、撮像して得られた画像データを基に、前記加工領域に含まれる加工穴の位置の中心点と、前記標準パターンにおける加工地点とを比較して、対応する各点ごとのずれ量を計測する計測段階と、
前記計測段階により得られる計測データに基づいて、加工位置を補正する第１の補正段階を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、小さい穴径加工で加工位置ずれ補正を行うことにより、実際の大きい穴径加工に比べ、加工穴の側面の傾斜が小さくなり、正確に穴中心位置を検出することができる。また、加工穴径を小さくしたことにより、穴形状のバラツキが小さくなり、位置検出した際の検出誤差が減少し、加工位置ずれ補正精度を向上させることができる。
【００１８】
請求項２に記載された発明は、前記一対のガルバノスキャナを固定させて、前記加工領域の中心に穴あけ加工を実施する第２の加工段階と、
前記マスクチェンジャのマスク穴径を実際に加工する穴径の大きさのマスク穴径に変更する穴径変更段階と、
前記穴径変更段階にて変更されたマスク穴径により、前記一対のガルバノスキャナを固定させて、前記加工領域の中心に穴あけ加工を実施する第３の加工段階と、
前記第２の加工段階及び前記第３の加工段階により加工された加工穴を前記撮像装置で撮像し、撮像して得られた加工穴の中心点のずれを補正する第２の補正段階とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、一対のガルバノスキャナを加工領域の中心で穴あけ加工するように固定することにより、加工位置ずれ補正のための加工穴と実際の穴あけ加工による加工穴とのマスクチェンジャによるマスク穴径の変更に伴うずれ量を正確に測定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図３は、本発明の加工位置ずれの補正を行う対象となるレーザ加工装置３０の一例を示している。レーザ加工装置３０は、レーザ発振器９と、マスクチェンジャ３１と、第１のガルバノスキャナ２と、第２のガルバノスキャナ３と、ｆθレンズ４とから構成されている。
【００２２】
また図４に、マスクチェンジャ３１の一例を示す。マスクチェンジャ３１には、穴径の異なる複数のマスク穴径を有するマスク穴３２が形成されている。マスクチェンジャ３１の中心Ｏを回転軸としてマスクチェンジャ３１を回転させ、レーザビームが通過するマスク穴径を変更することにより、ワーク１２に照射される加工穴径が変更するようにしている。
【００２３】
次に、図３を用いて本発明におけるレーザ加工の加工位置ずれ補正方法について説明する。まず、レーザ発振器９からのレーザビームは、選択されたマスクチェンジャ３１のマスク穴３２を通過し、反射ミラー３３で反射され、第１のガルバノスキャナ２を経て、第２のガルバノスキャナ３に入射される。ここで、第１のガルバノスキャナ２によりレーザビームはＸ軸方向に偏向され、第２のガルバノスキャナ３によりＹ軸方向に偏向される。これにより、レーザビームはｆθレンズ４を通してワーク１２の加工領域１３に対して所望の加工位置に垂直に照射される。
【００２４】
図５は、ワーク１２に形成された加工穴の断面図を示している。実線が実際の加工における大径加工穴４０であり、点線が加工位置ずれ補正を行うためのテスト加工された小径加工穴４１である。ワーク１２はＸ−Ｙステージ１４に載置されている。小径加工穴４１における加工側面の傾斜角θ１は、大径加工穴４０における加工側面の傾斜角θ２に比べ加工穴の側面の傾斜角が小さく、また加工形状が均一に形成される。
【００２５】
本発明による加工位置ずれ補正を行う際に、実際に加工する穴径よりも小さい穴径となるマスクチェンジャ３１のマスク穴３２を選択し、小さいマスク穴３２を通してビーム径が小径のレーザビームを形成し、ワーク１２の加工領域１３にマトリクス形状の複数の加工地点の穴加工を行う（第１の加工段階）。ビーム径を小径にしたレーザビームによる穴加工によって、マトリクス状の小径加工穴４１が形成される。
【００２６】
次に、テスト加工後の加工領域１３をＣＣＤカメラ３４で撮像する。図３に示すように、ワーク１２の上方には、ＣＣＤカメラ３４によりワーク１２の位置決めを行うアライメントが設けられている。ＣＣＤカメラ３４で撮像した撮像データを基に、マトリクス状の各点における加工中心位置を示す計測データを得ると共に、予め設定された上述の基準となる標準パターンの加工中心位置からのずれ量を画像処理装置を用いて計測する（計測段階）。
【００２７】
そして、計測した各点のずれ量を基に、加工位置を定める第１のガルバノスキャナ２、第２のガルバノスキャナ３の制御信号を補正する（第１の補正）。なお、この演算処理を行うための演算処理部は、レーザ加工装置３０全体を制御するパーソナルコンピュータ等で実現することができる。
【００２８】
加工位置ずれ補正作業終了後、実際の穴あけ加工を行うため、マスクチェンジャ３１は実際に加工する穴径に対応したマスク穴３２に変更される。
【００２９】
なお、マスクチェンジャ３１のマスク穴３２を変更させる場合、加工位置ずれ補正のための小径のマスク穴径により加工された加工穴と、実際の穴あけ加工のためのマスク穴径により加工された加工穴とのずれが生じる場合がある。また、マトリクス状に加工された加工穴の各点をＣＣＤカメラ３４にて位置検出した際の検出誤差は、特にスキャンエリア端部で大きく、スキャンエリアを大きくするほどその影響は大きくなる。そこで、マスク穴１２の変更による加工穴の加工位置ずれに対する補正を以下のように行う。
【００３０】
まず、レーザビームが加工領域１３の中心に照射されるように、第１のガルバノスキャナ２と第２のガルバノスキャナ３とを固定する。次に、加工位置ずれ補正に使用したマスク穴径で、加工領域１３の中心に穴加工を行う（第２の加工段階）。マスクチェンジャ３１のマスク穴径を実際に加工する穴径の大きさのマスク穴径に変更する（穴径変更段階）。第１のガルバノスキャナ２と第２のガルバノスキャナ３とを第２の加工段階と同様固定した状態で、実際の加工に使用するマスク穴径により、加工領域１３の中心に穴加工を行う（第３の加工段階）。第２の加工段階と第３の加工段階との加工穴の中心位置の誤差を求めて、補正データを調整する（第２の補正）。
【００３１】
テスト加工後のレーザ加工では、計測したずれ量に基づいて加工位置ごとに補正を行ったうえで加工を行う。すなわち、計測データはＸ−Ｙ座標系で表されており、演算処理部は、実際の加工位置を示すための計測データが入力されると、各加工点の位置を示す計測データにより補正データを生成し、補正データに基づいて第１のガルバノスキャナ２と第２のガルバノスキャナ３との駆動制御を行い、ガルバノミラーの角度の補正を行う。
【００３２】
上述したように本発明によれば、レーザ加工装置３０における加工では、加工穴が大きい程、穴形状のバラツキも大きくなる。したがって、加工位置ずれ補正を実際の加工に用いるマスクチェンジャ３１を介して発射されるレーザビームのビーム径より小径のビームで加工されることにより、加工位置ずれ補正の補正精度を高め、加工位置精度を向上させることができる。
【００３３】
通常、高密度多層配線基板への穴あけ加工の加工穴径は、φ２５μｍ〜φ７５μｍの範囲で行われる。例えば、３５５ｎｍのＵＶレーザを照射するレーザ加工装置を用いて、一辺が４０ｍｍの正方形の加工領域内でφ６０μｍの穴径による実際の穴あけ加工を行う場合、φ６０μｍの穴径によるビームで加工位置ずれ補正した場合と、φ３０μｍの穴径で加工位置ずれ補正した場合とを比較すると、加工位置のバラツキはφ６０μｍのときσ＝１．５μｍ、φ３０μｍのときσ＝１．２μｍと穴径のバラツキが約２０％程度改善する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、実際の加工の穴径より小さい穴径で加工を行うことにより、均一な加工穴が形成されるので、加工位置ずれ補正の精度が高くなる。
【００３５】
また、マスクチェンジャのマスク穴の変更による加工穴の加工位置ずれは、ガルバノスキャナを固定し、加工領域の中心で穴あけ加工して位置補正することにより解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレーザ加工装置の一例を示している。
【図２】穴あけ加工によりマトリクス状に形成された加工穴を示している。
【図３】本発明の加工位置ずれの補正を行う対象となるレーザ加工装置の一例を示している。
【図４】マスクチェンジャの一例を示している。
【図５】ワークに形成された加工穴の断面図を示している。
【符号の説明】
１，３０ レーザ加工装置
２，３ ガルバノスキャナ
４ ｆθレンズ
５，７ ガルバノ駆動系
６，８ ガルバノミラー
９ レーザ発振器
１０，１１ レーザビーム
１２ ワーク
１３ 加工領域
１４ Ｘ−Ｙステージ
３１ マスクチェンジャ
３３ 反射ミラー
３４ ＣＣＤカメラ
４０ 大径加工穴
４１ 小径加工穴

Claims (2)

1. 大きさの異なる複数のマスク穴径を有し、レーザ発振器からのレーザビームのビーム径を、該マスク穴径の何れか１つの穴径にして通過させるマスクチェンジャと、
   前記マスクチェンジャからのレーザビームを、ワークの加工面上におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に偏向させる一対のガルバノスキャナと、
   前記一対のガルバノスキャナにより偏向されたレーザビームを、前記加工面上にある加工領域に対して垂直に照射するためのｆθレンズとを備えるレーザ加工装置における加工位置ずれ補正方法であって、
   前記マスクチェンジャのマスク穴径を、実際に加工する穴径よりも小さいマスク穴径により、前記加工領域に所定の標準パターンで複数の加工地点に穴あけ加工を行う第１の加工段階と、
   前記加工段階より加工された前記加工領域を撮像装置で撮像し、撮像して得られた画像データを基に、前記加工領域に含まれる加工穴の位置の中心点と、前記標準パターンにおける加工地点とを比較して、対応する各点ごとのずれ量を計測する計測段階と、
   前記計測段階により得られる計測データに基づいて、加工位置を補正する第１の補正段階を有することを特徴とするレーザ加工装置の加工位置ずれ補正方法。
2. 前記一対のガルバノスキャナを固定させて、前記加工領域の中心に穴あけ加工を実施する第２の加工段階と、
   前記マスクチェンジャのマスク穴径を実際に加工する穴径の大きさのマスク穴径に変更する穴径変更段階と、
   前記穴径変更段階にて変更されたマスク穴径により、前記一対のガルバノスキャナを固定させて、前記加工領域の中心に穴あけ加工を実施する第３の加工段階と、
   前記第２の加工段階及び前記第３の加工段階により加工された加工穴を前記撮像装置で撮像し、撮像して得られた加工穴の中心点のずれを補正する第２の補正段階とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置の加工位置ずれ補正方法。

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