JP2005177788A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの加工ビームによる加工形状を同じにすることができるレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】 ビームスプリッタ７により分割した振動方向が直交する２つの直線偏光の加工ビーム８，９を偏光ビームスプリッタ１１で重畳し、１／４波長板１４により、加工ビーム８，９の偏光状態を円偏光に変換して基板１７に入射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ光を用いて穴の加工や切断等を行うレーザ加工装置に係り、特に、プリント配線基板にビアホールを加工するのに好適なレーザ加工装置に関する。

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（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り、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。

ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣＯ2レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、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を用いてレーザ光を走査させることにより高速加工を実現している。さらに、加工する穴径を選択するためマスクとしてアパーチャを採用し、その像を結像レンズ用いて基板上に転写する転写光学系を採用し、また、１つのビアホールに対してレーザ光を複数回に分けて照射することにより、ビアホールの形状精度を向上させている。

穴の小径化や小ピッチ化が進むにつれて１枚の基板に加工する穴の数が増加している。そこで、加工スループットの向上を計るため、１つ加工レンズ（ｆθレンズ）に２つの加工ビームを入射させて２個の穴を同時に加工する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
国際公開番号ＷＯ ０２／１８０９０号公報（第２７頁，図４）

しかし、特許文献１に記載のレーザ加工機では偏波面が互いに９０°異なる直線偏光の加工ビームにより加工をしている。このため、偏波面の方向性が加工形状に表れ、加工した２個の穴の形状が異なるという課題がある。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、２つの加工ビームによる加工形状を同じにすることができるレーザ加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を第１の光路と第２の光路に分割するビームスプリッタと、分割された前記２つのレーザ光を重畳させる偏光ビームスプリッタと、前記レーザ光を加工対象物に走査するビームスキャン光学系と、前記２つのレーザ光を集光する１個の加工レンズとを備え、前記加工レンズに前記２つのレーザ光を入射させてワークを加工するレーザ加工装置において、直線偏光を円偏光に変換する変換手段を設け、この変換手段を前記偏光ビームスプリッタと前記ワークとの間に配置することを特徴とする。

本発明によれば、２つの加工ビームによる加工形状を同じにすることができるので、加工品質を均一にすることができる。

図１は、本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。

初めに、レーザ光の光路について説明する。

加工機制御部１はレーザ制御部２と位置決め制御部３とから構成されている。レーザ制御部２からの指令に基づいてレーザ発振器４から出射されたレーザ光５は、マスク６を介してビームスプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７は、レーザ光５の光路に対して４５度に配置され、レーザ光５を加工エネルギーが等しい第１の加工ビーム８と第２の加工ビーム９に分割する。

加工ビーム８はベントミラー１０、偏光ビームスプリッタ１１、１／４波長板１４を経由し、第１の２軸スキャナ１５によりｆθレンズ１６に入射する角度を制御されて基板１７の所定の位置に入射する。

加工ビーム９は、第２の２軸スキャナ１３を経由して偏光ビームスプリッタ１１に入射し、加工ビーム９と重畳されて１／４波長板板１４を経由し、２軸スキャナ１５に入射する。そして、２軸スキャナ１５によりｆθレンズ１６に入射する角度をさらに制御されて基板１７の所定の位置に入射する。

２軸スキャナ部の斜視図である図４に示すように、２軸スキャナ１５はガルバノミラー２２とガルバノミラー２３とから構成され、２軸スキャナ１３はガルバノミラー２４とガルバノミラー２５とから構成されている。 ガルバノミラー２２，２３，２４，２５は位置決め制御部３からの指令に基づいて、回転角度が制御される。そして、ガルバノミラー２２，２４はＸＹステージ１８上における基板１７の被加工領域に対して反射光をＸ軸方向に、ガルバノミラー２３，２５はＹ軸方向に、それぞれ走査させる。

なお、ガルバノミラー２２，２３は加工ビーム８を５０×５０ｍｍ程度の加工エリア内で走査させる。また、ガルバノミラー２４，２５は加工ビーム９を例えば１×１ｍｍ程度の加工エリア内で走査させる。ガルバノミラー２４，２５の回転角度を小さくしているのは、加工ビーム９がガルバノミラー２２，２３によっても走査されるためであり、ガルバノミラー２４，２５の回転角度を大きくすると加工ビーム９がｆθレンズ１６の有効径外にはみ出してしまうためである。この結果、加工ビーム９は加工ビーム８の入射位置を基準として１×１ｍｍ程度の範囲に入射することになる。

ＸＹステージ１８は、第１の２軸スキャナ１５による被加工領域内の加工が終了すると、基板１７の次の被加工領域を第１の２軸スキャナ１５の走査域に位置決めする。

また、偏光ビームスプリッタ１１と２軸スキャナ１３との間には、シャッタ１２が配置されている。シャッタ１２は位置決め制御部３により駆動制御される。

つぎに、偏光ビームスプリッタ１１の機能について説明する。

偏光ビームスプリッタはＰ偏光（振動方向が紙面に対して平行な光）を透過させ、Ｓ偏光（振動方向が紙面に対して垂直な光）を反射する特性を備えている。したがって、レーザ発振器４から出射されるレーザ光５がＰ偏光であるとすると、ビームスプリッタ７で分割された加工ビーム８はＰ偏光のままであるから、偏光ビームスプリッタ１１を１００％透過する。

一方、加工ビーム９は、図４に示すように、ビームスプリッタ７で分割された直後はＰ偏光であるが、直交する２枚のミラー２４，２５で反射されることにより偏光方向が９０度回転してＳ偏光になるため、偏光ビームスプリッタ１１におり１００％反射される。

すなわち、偏光ビームスプリッタ１１入射する加工ビーム８がＰ偏光、加工ビーム９がＳ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ１１を用いることにより別な光路を経由してきた２つの光を同じ光路にロスなく重畳させることができる。

つぎに、１／４波長板１６について説明する。

図５はレーザ光の偏光方向と加工された穴の形状を模式的に示す図である。

１／４波長板は直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換する特性を備えている。

同図に示すように、直線偏光の加工ビームを基板１７に照射すると、偏光方向が加工形状に表れ、断面が円形のレーザ光であっても、加工した穴の断面は楕円形状になる。これに対して、円偏光の加工ビームは偏光方法に方向性を持たないので、加工した穴の断面形状を真円とすることができる。

なお、１／４波長板１４の設置場所は偏光ビームスプリッタ１１と基板１７との間であればよい。

ただし、１／４波長板１４の特性は入射角によって変化する。このため、例えば１／４波長板１４を２軸スキャナ１５とｆθレンズ１６との間に配置すると、ガルバノミラー２２，２３の回転角度により加工ビーム８，９の１／４波長板１４に入射する角度が変化することによる影響を受けてしまい、均一な加工結果を得ることはできない。また、ｆθレンズ１６と基板１７の間に配置すると、加工する際に発生するスパッタ等によって汚れが付着し、寿命が短くなる。したがって、１／４波長板１４を偏光ビームスプリッタ１１と２軸スキャナ１５との間に配置するのが実用的である。

つぎに、シャッタ１２の機能について説明する。

加工ビーム８と加工ビーム９によって加工しようとする穴の間隔が２軸スキャナ１３の走査範囲を超えている場合、あるいは加工しようとする穴が１個の場合には、位置決め制御部２の指令によりシャッタ１２を動作させ、加工ビーム９をシャッタ１２によって反射させる。シャッタ１２によって反射された加工ビーム９は、遮蔽板１９に入射して熱に変えられ、加工ビーム９が迷光となること防止される。

以上、説明したように本発明のレーザ加工装置によれば、偏光を利用して２つの加工ビームを、エネルギをロスすることなく重畳することができると共に、重畳後に直線偏光を円偏光に変換することにより加工した２つの穴の形状を真円にすることができる。

なお、直線偏光を円偏光に変換する手段としては、１／４波長板１４だけでなく、円偏光ミラーとゼロシフトミラーにより実現することができる。

図２は、直線偏光を円偏光に変換する手段として円偏光ミラーとゼロシフトミラーを採用した場合のレーザ加工装置の構成図である。

円偏光ミラー２０は振動方向が４５°の直線偏光を円偏光に変換する機能を備えている。偏光ビームスプリッタ１１で重畳された加工ビーム８、９は振動方向が互いに直交しているので、円偏光ミラー２０を斜め４５°に配置することにより、加工ビーム８、９を円偏光に変換することができる。ゼロシフトミラー２１は斜め４５°方向に反射された加工ビーム８，９を円偏光に保ったまま２軸スキャナ１５に対して元の光軸に調整する。

なお、図３に示すように、円偏光ミラー２０を斜め４５°にすることに代えて１／２波長板２６により加工ビームの偏光方向を変化させても同様の効果を得ることができる。そして、１／２波長板２６を採用する方が円偏光ミラー２０を採用する場合に比べて光軸合わせの作業が容易になる。

本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。 本発明に係るレーザ加工装置の変形例を示す構成図である。 本発明に係るレーザ加工装置のさらに他の変形例を示す構成図である。 本発明に係る２軸スキャナ部の斜視図である。 レーザ光の偏光方向と加工された穴の形状を模式的に示す図である。

符号の説明

７ ビームスプリッタ
８ 加工ビーム
９ 加工ビーム
１１ 偏光ビームスプリッタ
１４ １／４波長板
１７ 基板

Claims (3)

1. レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を第１の光路と第２の光路に分割するビームスプリッタと、分割された前記２つのレーザ光を重畳させる偏光ビームスプリッタと、前記レーザ光を加工対象物に走査するビームスキャン光学系と、前記２つのレーザ光を集光する１個の加工レンズとを備え、前記加工レンズに前記２つのレーザ光を入射させてワークを加工するレーザ加工装置において、
   直線偏光を円偏光に変換する変換手段を設け、この変換手段を前記偏光ビームスプリッタと前記ワークとの間に配置することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記変換手段が１／４波長板であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記変換手段が円偏光ミラーを用いる変換手段であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
   

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