JP2006259127A - Optical device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を走査する走査器を備えた光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device including a scanner that scans a laser beam.
特許文献1に、レーザ光を用いて被加工基板に穴を形成するレーザ加工技術が開示されている。被加工基板の表面上におけるレーザ光の入射位置に穴が形成される。光源から放射されたレーザ光をガルバノスキャナ等の走査器によって走査することにより、レーザ光の入射位置を被加工基板の表面上で移動させることができる。これにより、被加工基板を静止させた状態で、その被加工基板に複数の穴を形成することができる。 Patent Document 1 discloses a laser processing technique for forming a hole in a substrate to be processed using laser light. A hole is formed at the incident position of the laser beam on the surface of the substrate to be processed. By scanning the laser light emitted from the light source with a scanner such as a galvano scanner, the incident position of the laser light can be moved on the surface of the substrate to be processed. Thereby, a plurality of holes can be formed in the substrate to be processed while the substrate to be processed is stationary.
被加工基板に形成すべき穴の小径化が望まれている。穴径が小さい程、穴を形成する位置に高い精度が要求される。また、2つの穴をより近接して配置することが望まれる。しかし、走査器そのものの性能を改善することによって、レーザ光の入射位置の精度を向上させるには限界がある。 It is desired to reduce the diameter of a hole to be formed in a substrate to be processed. The smaller the hole diameter, the higher the accuracy required at the position where the hole is formed. It is also desirable to place the two holes closer together. However, there is a limit to improving the accuracy of the incident position of the laser beam by improving the performance of the scanner itself.
本発明の目的は、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上させることができる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the accuracy of the incident position of laser light without improving the performance of the scanner itself.
本発明の一観点によれば、レーザ光を放射する光源と、前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、前記走査器によって走査されたレーザ光を、第1の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第1の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第1の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第1の光学系と、前記第1の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第2の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第2の光学系であって、前記第1の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Xだけ移動するときに、前記第2の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Xよりも短い距離Yだけ移動するように構成された第2の光学系とを備えた光学装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a light source that emits laser light, a scanner that scans the laser light emitted from the light source, and the laser light that is scanned by the scanner are substantially on a first virtual plane. A first optical system for propagating the laser beam so that the laser beam passes through the first virtual plane as the scanner scans the laser beam; And a second optical system for propagating laser light that has passed through the first imaginary plane so as to pass substantially perpendicularly through the second imaginary plane. When the laser light passage position moves by a distance X in the first virtual plane, the laser light passage position is only a distance Y shorter than the distance X in the second virtual plane. A second configured to move Optical device and an optical system is provided.
距離Yが距離Xよりも短くなるような構成とすることにより、走査器そのものの性能を改善しなくても、レーザ光の入射位置の精度を向上できる。 By adopting a configuration in which the distance Y is shorter than the distance X, the accuracy of the incident position of the laser beam can be improved without improving the performance of the scanner itself.
図1に、実施例によるレーザ加工装置の構成を示す。光源1がレーザ光を放射する。光源1は、CO2レーザ発振器を含んで構成されている。光源1から放射されるレーザ光は、赤外域の波長(約10μm)を有するパルスレーザ光である。 FIG. 1 shows a configuration of a laser processing apparatus according to the embodiment. The light source 1 emits laser light. The light source 1 includes a CO 2 laser oscillator. The laser light emitted from the light source 1 is a pulsed laser light having an infrared wavelength (about 10 μm).
光源1から放射されたレーザ光が入射する位置に、マスク2が配置されている。マスク2には、ピンホール2aが形成されていて、そのピンホール2aの部分だけがレーザ光を通過させる。これにより、レーザ光のビーム径が制限されると共に、ビーム断面が整形される。マスク2を通過したレーザ光が入射する位置に、コリメータ3が配置されている。コリメータ3は、レーザ光をコリメートする。
A mask 2 is disposed at a position where the laser light emitted from the light source 1 is incident. The mask 2 is formed with
コリメートされたレーザ光がミラー4で反射され、ガルバノスキャナ5に入射する。ガルバノスキャナ5は、X用ミラー51及びY用ミラー52を含む。X用ミラー51は、1次元方向(X方向)にレーザ光を走査する。Y用ミラー52は、X用ミラー51によるレーザ光の走査方向とは直交する1次元方向(Y方向)にレーザ光を走査する。
The collimated laser beam is reflected by the mirror 4 and enters the
ガルバノスキャナ5によって走査されたレーザ光が入射する位置に、第1の光学系6が配置されている。第1の光学系6は、fθレンズからなる。第1の光学系6は、ガルバノスキャナ5によって走査されたレーザ光を収束するとともに、第1の仮想平面VP1をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
The first
第1の仮想平面VP1を通過したレーザ光が入射する位置に、第2の光学系7が配置されている。第2の光学系7は、第1の仮想平面VP1をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第2の仮想平面VP2をほぼ垂直に貫くように伝搬させる。
The second
第2の仮想平面VP2を通過したレーザ光Lが入射する位置に、被加工基板Wが配置されている。被加工基板Wは、プリント基板の中間生成体としての多層基板である。被加工基板Wは、XYテーブル8によって、第2の仮想平面VP2とほぼ平行に保持されている。被加工基板Wの表面のうち、レーザ光Lの入射位置にビアホールが形成される。XYステージ8は、被加工基板Wの位置を2次元方向に移動させる。なお、コリメータ3、第1の光学系6、及び第2の光学系7が、マスク2のピンホール2aを、被加工基板Wの表面に結像させる。
A position where the laser beam L that has passed through the second virtual plane VP 2 is incident, are arranged workpiece substrate W. The substrate W to be processed is a multilayer substrate as an intermediate product of a printed circuit board. The substrate W to be processed is held by the XY table 8 substantially in parallel with the second virtual plane VP2. A via hole is formed at the incident position of the laser beam L on the surface of the substrate W to be processed. The XY stage 8 moves the position of the substrate W to be processed in a two-dimensional direction. The collimator 3, the first
被加工基板Wの表面上には、ビアホールを形成する被加工位置を示す加工点が多数(例えば、数千〜数万個)画定されている。ガルバノスキャナ5でレーザ光を走査することにより、被加工基板Wを静止させた状態で、ガルバノスキャナ5の走査可能な領域内に位置する被加工位置にレーザ光を入射させ、その位置にビアホールを形成することができる。
On the surface of the substrate to be processed W, a large number of processing points (for example, several thousand to several tens of thousands) indicating processing positions for forming via holes are defined. By scanning the laser beam with the
ガルバノスキャナ5で走査可能な領域内に配置されたすべての被加工位置にビアホールを形成したら、XYステージ8が被加工基板Wの位置を移動させる。これにより、ガルバノスキャナ5で走査可能な領域内に、被加工基板Wの表面の未加工領域を配置することができる。この状態で被加工基板Wを静止させ、未加工領域内の被加工位置に穴あけ加工を行う。
When via holes are formed in all the processing positions arranged in the region that can be scanned by the
図2に、第2の光学系7の概略図を示す。第2の光学系7は、第1の仮想平面VP1に垂直な光軸をもつ第1のレンズ71と、第1のレンズ71の光軸と一致する光軸をもち、かつ第1のレンズ71の後側焦点を自己の前側焦点とするように配置された第2のレンズ72とを含む。第1のレンズ71及び第2のレンズ72は、ともに凸レンズである。第2のレンズ72の焦点距離Bは、第1のレンズ71の焦点距離Aよりも短い。第2のレンズ72の有効径は、第1のレンズ71の有効径よりも小さい。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the second
第1のレンズ71と第2のレンズ72との間に、絞り73が配置されている。第1のレンズ71から絞り73までの距離は、第1のレンズ71の焦点距離Aに等しい。絞り73から第2のレンズ72までの距離は、第2のレンズ72の焦点距離Bに等しい。絞り73は、第1のレンズ71の後側焦点位置、即ち第2のレンズ72の前側焦点位置に、レーザ光を通過させる開口をもつ。
A
このように第2の光学系7は、第1のレンズ71、第2のレンズ72、及び絞り73を含む両側テレセントリック光学系を構成する。なお、第1のレンズ71に対しては、この第1のレンズ71の光軸に平行なレーザ光のみが入射するから、絞り73は必須ではない。また、第2のレンズ72として凹レンズを用い、ガリレオタイプのアフォーカル系により第2の光学系7を構成してもよい。
Thus, the second
第1の仮想平面VP1をほぼ垂直に貫いたレーザ光が、第1のレンズ71に入射する。第1のレンズ71に入射するレーザ光は、その伝搬方向が第1のレンズ71の光軸に平行であるため、第1のレンズ71の後側焦点を通る。第1のレンズ71の後側焦点、即ち第2のレンズ72の前側焦点を通って第2のレンズ72に入射するレーザ光は、第2のレンズ72を通過した後、第2のレンズ72の光軸と平行に進む。従って、第2のレンズ72は、自己に入射したレーザ光を、第2の仮想平面VP2をほぼ垂直に貫くように伝搬させることができる。
The laser beam penetrating the first virtual plane VP 1 substantially perpendicularly enters the
第2の仮想平面VP2をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光は、被加工基板Wの表面に入射する。被加工基板Wは、第2の仮想平面VP2とほぼ平行に保持されている。従って、被加工基板Wの表面には、レーザ光がほぼ垂直に入射する。そのため、ビアホールを被加工基板Wの表面にほぼ垂直に掘ることができる。 The laser beam that has passed through the second virtual plane VP 2 substantially perpendicularly enters the surface of the substrate W to be processed. The substrate to be processed W is substantially parallel to the holding and the second virtual plane VP 2. Accordingly, the laser beam is incident on the surface of the substrate W to be processed substantially perpendicularly. Therefore, the via hole can be dug almost perpendicularly to the surface of the substrate W to be processed.
Y用ミラー52及びX用ミラー51(図1参照)のうち少なくとも一方がレーザ光を走査することに伴なって、第1の仮想平面VP1内におけるレーザ光の通過位置が移動する。第1の仮想平面VP1内においてレーザ光の通過位置が移動するときは、第2の仮想平面VP2内におけるレーザ光の通過位置も移動する。
As at least one of the
第2のレンズ72の焦点距離Bが、第1のレンズ71の焦点距離Aよりも短いから、例えば第1の仮想平面VP1内においてレーザ光の通過位置が距離Xだけ移動するときには、第2の仮想平面VP2内においてレーザ光の通過位置が距離Xよりも短い距離Yだけ移動する。距離Yが距離Xの1/N倍になるように、第2の光学系7が構成されている。ここでNは1よりも大きな実数であり例えば2である。
The focal length B of the
第1の光学系6としてfθレンズを用いるから、上記距離Xは、fθレンズ6に入射するレーザ光とfθレンズ6の光軸とのなす角度に比例する。上記距離Yは、上記距離Xに比例する。従って、上記距離Y、即ち被加工基板Wの表面上におけるレーザ光の入射位置の移動距離が、fθレンズ6に入射するレーザ光とfθレンズ6の光軸とのなす角度に比例するというfθ特性は担保される。
Since the fθ lens is used as the first
ガルバノスキャナ5を作動させて変化させることのできるレーザ光の偏向角の最小分解能をθMINとする。ガルバノスキャナ5においてレーザ光の偏向角をθMINだけ変化させたときに、第1の仮想平面VP1上を移動するビームスポットの変位量をXMINとする。このとき、第2の仮想平面VP2上を移動するビームスポットの変位量YMINは、XMINの1/N倍になる。このため、第1の仮想平面VP1の位置に被加工基板を配置する場合に比べて、形成する2つの穴を、より近接させることができる。
Let θ MIN be the minimum resolution of the deflection angle of the laser beam that can be changed by operating the
また、第2の仮想平面VP2上におけるビームスポットの位置ずれ量は、第1の仮想平面VP1上におけるビームスポットの位置ずれ量の1/N倍になる。このため、形成する穴の位置精度を高めることができる。 Further, positional deviation amount of the beam spot on the second virtual plane VP 2 will 1 / N times the positional deviation amount of the beam spot in the first virtual plane VP on 1. For this reason, the positional accuracy of the hole to be formed can be increased.
マスク2に形成された貫通孔2aを円形にすることにより、ビーム断面の真円度を高めることができる。さらに、絞り73に形成されている貫通孔を円形にすることにより、被加工基板W上におけるビームスポットの真円度を高めることができる。
By making the through-
図2に示した第1のレンズ71及び第2のレンズ72を、焦点距離の異なる他のレンズに置き換えることにより、第2の光学系7の縮小倍率を変化させることができる。また、第1のレンズ71及び第2のレンズ72を、その光軸方向に微小距離、例えば1mm程度移動させる機構を設けてもよい。レンズ位置の微調整を行うことにより、レンズの加工精度に起因する光学特性のばらつきを補償することができる。
By replacing the
図3に、被加工基板Wの断面図を示す。被加工基板Wは、コア層20の上に、内層の銅層21、及び樹脂層22がこの順に積層された構造をもつ。この被加工基板Wに対し、上記レーザ加工装置を用いてビアホールを形成する。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the substrate W to be processed. The substrate W to be processed has a structure in which an
図3(A)に示すように、樹脂層22の表面の加工すべき位置にレーザ光Lを入射させる。例えば、レーザ光Lのスポット径は30μmである。
図3(B)に示すように、形成される穴が樹脂層22を貫通すると、ビアホール25が完成する。なお、穴の底部に第1の銅層21の表面が露出すると、光源1(図1参照)から放射された赤外域の波長(約10μm)をもつレーザ光Lは、第1の銅層21の表面で反射される。これにより、ビアホールの形成が自動的に終了する。
As shown in FIG. 3A, the laser beam L is incident on a position to be processed on the surface of the
As shown in FIG. 3B, when the hole to be formed penetrates the
1つの被加工位置に穴が形成されると、レーザ光Lの入射位置を、次に加工する被加工位置に移動させる。レーザ光Lの入射位置の移動は、ガルバノスキャナ5(図1参照)を制御することにより行う。こうして、被加工基板Wに多数のビアホールを形成する。 When a hole is formed at one processing position, the incident position of the laser beam L is moved to the processing position to be processed next. The movement of the incident position of the laser beam L is performed by controlling the galvano scanner 5 (see FIG. 1). Thus, a large number of via holes are formed in the substrate W to be processed.
図1及び図2に示した加工装置を用いることにより、被加工基板Wに形成する穴の最小間隔を小さくすることができる。さらに、穴の位置精度を高めることができる。
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、マスク2(図1参照)のピンホール2aが被加工基板Wの表面に結像される構成としたが、必ずしもマスク2のピンホール2aが結像されなくてもよい。
By using the processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the minimum interval between holes formed in the substrate W to be processed can be reduced. Furthermore, the hole position accuracy can be increased.
As mentioned above, although the Example was described, this invention is not limited to this. In the embodiment, the
実施例ではビアホールを形成するレーザ加工装置について説明したが、本発明は、レーザ光を走査することにより、そのレーザ光の入射位置を移動させる光学装置、例えばレーザ描画装置、表面検査装置、あるいは情報読み取り装置等にも適用できる。上記コリメータ3、fθレンズ6、第1のレンズ71、及び第2のレンズ72は、赤外線透過材料としてのGe、ZnS、又はZnSe等を用いて構成することができる。この他、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。
Although the laser processing apparatus for forming a via hole has been described in the embodiments, the present invention is an optical apparatus that moves the incident position of the laser beam by scanning the laser beam, such as a laser drawing apparatus, a surface inspection apparatus, or information. The present invention can also be applied to a reading device. The collimator 3, the
1 光源
2 マスク
3 コリメータ
4 ミラー
5 ガルバノスキャナ(走査器)
6 第1の光学系(fθレンズ)
7 第2の光学系(両側テレセントリック光学系)
VP1 第1の仮想平面
VP2 第2の仮想平面
W 被加工基板(多層基板)
1 Light Source 2 Mask 3 Collimator 4
6 First optical system (fθ lens)
7 Second optical system (bilateral telecentric optical system)
VP 1 First virtual plane VP 2 Second virtual plane W Substrate to be processed (multilayer substrate)
Claims (5)
前記光源から放射されたレーザ光を走査する走査器と、
前記走査器によって走査されたレーザ光を、第1の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第1の光学系であって、前記走査器が前記レーザ光を走査することに伴なって、前記第1の仮想平面内における前記レーザ光の通過位置が移動するように構成された第1の光学系と、
前記第1の仮想平面をほぼ垂直に貫くように通過したレーザ光を、第2の仮想平面をほぼ垂直に貫くように伝搬させる第2の光学系であって、前記第1の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が距離Xだけ移動するときに、前記第2の仮想平面内において前記レーザ光の通過位置が前記距離Xよりも短い距離Yだけ移動するように構成された第2の光学系と
を備えた光学装置。 A light source that emits laser light;
A scanner for scanning the laser light emitted from the light source;
A first optical system for propagating the laser beam scanned by the scanner so as to penetrate the first imaginary plane substantially perpendicularly, with the scanner scanning the laser beam; A first optical system configured to move a passing position of the laser light in the first virtual plane;
A second optical system for propagating laser light that has passed through the first virtual plane so as to pass substantially vertically, so as to pass through the second virtual plane substantially vertically, A second optical system configured such that when the laser light passing position moves by a distance X, the laser light passing position moves by a distance Y shorter than the distance X in the second virtual plane; And an optical device.
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2005
- 2005-03-16 JP JP2005075348A patent/JP2006259127A/en active Pending
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