JP2008509006A - 正確に調整されたレーザパルスを円形軌道及びスパイラル状軌道に移動させることによって穴を処理する方法 - Google Patents

Abstract

標本からの材料の高速除去は、様々な円形（５０）及びスパイラル状（７０，９０、１１０）レーザツールパターンに沿ってレーザビーム軸を指向するのにビーム位置決め器を使用する。材料除去の好ましい方法は、ビームの軸と標本との間に相対運動を引き起こすこと、入口セグメント加速度で入口軌跡（１８，５２）に沿ってレーザビームパルス放射（５８）が開始される標本内の入口位置（１６，５４）へビーム軸を指向すること、標本の円形セグメント（４０）に沿って材料を除去するために標本内の円形周囲加速度でビーム軸を移動すること、そして入口セグメント加速度を２倍未満の円形周囲加速度に設定することを要する。
【選択図】図１６

Description

技術分野
技術分野は、レーザに関し、詳細には、急速に様々な標本材料に穴を処理するためにレーザビームを使用する方法に関する。

背景情報
電子回路はサイズ及びコストにおいて同時に縮減する一方、複雑さにおいて増大し続ける。結果として生じる回路密度の増加は、高密度集積回路、ハイブリッド回路及びＥＣＢの生産処理能力に大きな需要をもたらす。

以前の労働者はひと揃いの機械的ドリルを使用し、そしてＥＣＢに穴を処理するために穿孔するが、穴の直径は新しい穴の直径の要求指針より大きい。また、機械的穿孔方法は遅く、ツールの破損になりやすく、いわゆる「スルー」ホールを穿孔することに制限される。

最近、レーザに基づいた穿孔方法が発展し、ＥＣＢ内の導電層上でしばしば終端する何百もの非常に小さな穴(「マイクロビア」あるいは「ビア」と呼ばれる)を毎秒、処理することを可能にする。

いくつかの穿孔適用については、ガウス分布レーザビームは材料を処理するために使用され、このビームは穿孔される穴の直径よりはるかに小さい直径を持つ。したがって、レーザビームは穴を開けるか、又はその全エリアを切除する。移動のタイプ及び移動の制約は穿孔するために要する時間に直接的に影響を与え、それ故、レーザシステムの処理量に影響を与える。

以前の労働者は、いわゆる「穿孔器」及び一般的に「ツール」と称される「スパイラル状」移動パターンで穴をレーザで開けた。穿孔器処理は穴の中心から開始し、次いで、穴周囲に急速に移動し、中心に急速に返る前に周囲のまわりにプログラムされた反復回数でビームを回転させる。.スパイラル状処理は穴の中心で開始し、内径に急速に移動し、次いで、プログラムされた回転数でビーム位置決め器を回転し、穴周囲に到着するまで、直径を増大させる。レーザビーム動作は、広範囲のレーザビームシステム、例えばこの特許出願の譲受人である、オレゴン州ポートランドのエレクトロサイエンティフィックインストルメント社によって製造されるモデル５３ＸＸシリーズの工作物処理システムによって実行される。

先行技術の穿孔器及びスパイラル状レーザ穿孔方法は以下に述べる、少なくとも９つの問題を提供する。

１. 先行技術のツールパターンは、位置決め器システムに対する不適当な加速度制限を引き起こす。先行技術の穿孔器は処理されている穴の周囲の周りに円形運動するレーザビームを移動することを要する。当業者は円形運動の径方向加速度はＶ^２／Ｒに等しいことを認識する（Ｖはツール速度であり、Ｒは円形運動の半径である）。穴の中心へのツールを位置決めた後に、穿孔器は、ツール加速度及びジャーク(加速度の変化率)を制限するために穴の中心と円運動の開始との間に滑らかな態様で移行する最初の移動セグメント（区間）によって先行される。先行技術の穿孔器に関して、最初の移動セグメントによって要求される加速度は２Ｖ^２／Ｒである。それは円運動のために要求される加速度の２倍である。さらに、２倍の加速度を要求する運動軸はハーフタイム持続加速パルスを実行する同じ軸であり、結果として４倍を超える円形運動が要求するジャークプロファイルを生じる。レーザビーム位置決めシステムの加速度は２倍のモーター電流が２倍のサーボ周波数にて要求されるので、制限される。

２．先行技術のスパイラル状ツールパターンは処理できる材料のタイプを制限する外方スパイラル状運動に制限される。

３. 先行技術の穿孔器及びスパイラル状ツールはスパイラル状運動及び反復された周囲運動の両方で穴を処理するために時間を浪費する多数のステップを要求する。多数のステップを実行することは、ビーム位置決め器がツールをステップ間に穴の中心へ戻すために、少なくとも２つの加速パルスを要求する、包括的な運動アルゴリズムを行うことを要求する。

４. ビーム位置決め器の整定時間が、高い加速から、前の穴からの高い速度の動きを回復するために必要になる場合、整定時間は、次の穴のターゲット位置への一定のツール速度の動きによって実行され、それは利用可能なビーム位置決め器運動範囲を制限する。検流計に基づいたビーム位置決め器を使用する場合、この運動範囲は重要である。

５. 上記の整定時間技術は、定常状態の穴処理周波数でビーム位置決め器を安定し損ない、それにより、振動する円運動が始まる場合、一時的な運動応答を引き起こす。

６.スパイラル状の、ツールの多数の反復が様々な入口角度からの穴に接近するために要求される場合、先のツールパターンは過度に遅い。先のビーム位置決め器の方法は、反復間の穴の中心に返ることを少なくとも２つの加速パルスに要求する上記包括的な運動アルゴリズムを使用する。

７. 先の穿孔器ツールパターンは、資料の不同の除去を引き起こすかもしれない。ビームが、穴の中心から、及び後ろに再び周囲に移るとともに、レーザビームエネルギーが穴の１つの四分円に集中されるので、これはそのようである。

８.先のスパイラル状及び穿孔器ツールは、ビーム位置決め器運動にレーザトリガ信号のタイミングを同期させず、それにより、典型的なＱスイッチで生じたレーザがコマンド上の第１のパルスを生成しないので、第１の穴処理パルスの省略を引き起こす。

９. 周囲にて多数の反復で穴を空けるために使用される先の穿孔器ツールパターンは、実質的に穴周囲の周りのレーザパルスをオーバラップさせて、そのために材料の不均等な除去を引き起こす。

したがって、依然として必要とされるものはより低コストであり、より高い処理量の工作物処理機械は種々の工作物材料内に、例えば現実に、堅固又は柔軟、銅覆又は露出、ファイバー強化誘電体又は均質樹脂誘電体であろうと、任意の印刷配線基板材料内により小さい、高品質の穴を生産するツールパターンを持つ。また、工作物材料はセラミック基板及びシリコン基板、例えば半導体デバイスに使用されるそれらを含むことができる。

発明の概要
したがって、目的は特定可能なビーム位置決め器の加速度で円形ドリル運動を開始しかつ終了させる方法を提供することにある。
別の目的は様々な新しいツールパターンを生成する方法を提供することである。
また、別の目的は穴材料の一様な除去を達成するためのツールパターンパラメータを調整するための方法を提供することにある。
また、別の目的は加工物処理を行うための、レーザ放射パターン及びタイミングを制御するための方法を提供することにある。
さらに、別の目的は、レーザ放射を加工物上の任意のツール位置に同期させる方法を提供することにある。

次の実施例は、レーザビーム位置決め器を操作するための、及び関連レーザ放射コマンドのタイミングを調節するためのツールパターン運動コマンドを生成する。次の特徴は、背景情報として上述された対応する問題を識別する番号に一致する番号によって識別される。

１.好ましいツールパターンはビーム位置決め器の加速度を縮小し、穴の中心の外から穴位置へ接近させることによる問題を持ち上げる。接近運動中に、ｄｔ／２セグメントと呼ばれる運動セグメントは円形セグメント持続期間の２分の１と等しい持続期間を持ち、０の加速度を持つ。この接近運動は結果として非常により少ないサーボエラーを生じる。ツール速度が利用可能な加速度の平方根によって抑制されるので、もし他の要因によって抑制されなければ、この穴に接近する方法はツール速度が４１％増加させられることを可能にする。また、ｄｔ／２セグメントから高い加速度を除去することにより、穿孔品質を維持しつつ、.最大円形振動周波数を増加することができる。穿孔がされる場合、ｄｔ／２セグメント加速の円形加速に対する比率は、要因aとして定義される。ａが増加されるにつれて、穴の中心に向かって最初の穴位置は移動し、ａ＝２は先行技術の起動位置を示す。ａ＝０の場合、ｄｔ／２セグメントは好ましい０相対加速度を持つ。

２.ツールパターンは外方スパイラル状、内方スパイラル状、及び結合外方及び内方スパイラル状を支持し、全ては運動セグメント間でレーザパルスを停止せずに実行される。内方スパイラル状は、ガラス強化材料、例えば非均質ガラス強化エッチング回路基板材料を処理するためにはしばしばより良い。

３．ツールパターンはレーザパルスを停止することなく、単一のステップにおいて、スパイラル状及び反復周囲処理を実施できる。

４．位置決め器の整定時間は、ユーザによるプログラム可能であり、処理されるべき最初の穴の直径の円形経路を辿るビーム位置決め器によって費やされ、その辿ることはビーム位置決め器の領域を制限しない。

５．また、ビーム位置決め器が振動している間に、上記整定時間の改良によって、整定は生じ、その結果、旋回から振動的運動への経過は処理することより整定することに費やす。

６．ツールパターンは、ツールの多数の反復を扱うための、改善された方法を使用する。次の反復を始める総括的な動きで、円運動を終了するのではなく、この方法は位置決め器軸の間の９０度の位相差で接点を維持する。これは、次のツール反復の入口状態に到達されるまで、運動セグメント持続期間が調整される間に、円運動を続行させる。先行技術の方法は包括的運動時間及び次の反復の回転時間の１／４を最初の反復の回転時間の１／４に加える時間に等しい反復間のレーザオフ時間を要求した。この方法は最小穿孔時間（穿孔―Ｔｍｉｎ）及び次のツール反復の１／４回転時間を最初の反復の回転時間の１／４に加える時間を多くても要求する。最小穿孔―Ｔｍｉｎは小さい運動が使用されるので包括的運動より小さい。さらに、次の反復の入口角度は最初の反復の出口角度から１８０度補正されるとき、所要レーザオフ時間は次の反復の回転時間の１／４を最初の反復の回転時間の１／４に加える時間だけである。

７．ツールパターンが周囲のみの円モードに使用されるときに、レーザパルスは内部に置かれず、不均等に分配されるレーザエネルギーの先行問題を除去する。

８．ビーム位置決め器及びレーザ同期方法は、ビーム位置決め器がターゲット穴位置に到達する前に第１のレーザパルスを放射するためのレーザ放射信号を予定し、その結果現実に放射される第１のパルスである第２のパルスは望ましいところに加わり、その後、命令された全てのパルスは工作物に配送される。この方法はさらに、加速セグメントの中央でレーザを作動させるために設定される半正弦プロファイラパラメータに追加される「部分的なレーザ遅延」パラメータを含む。

９. ツールパターンは、どれだけ多くのツール回転（反復）が周囲で行われるかを説明する穴周囲へのパルスの「増分バイトサイズ」分配を支持する。これは穴周囲の周りに等しくかつ正確にレーザパルスの分配を最適化する。増加バイトパルスはツールの第１及び第２の回転（反復）において配送される第１のパルス間に周囲に沿う距離として定義される。増分バイトサイズ方法は、ツール回転（反復）数で割り算されるレーザバイトサイズに等しくさせるために増分バイトサイズを設定するためにツール速度を自動的に調整することを提供する。

この発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関して進行する、好ましい実施例の次の詳細な記載から明白になる。

レーザビームの高速の正確な位置決めを達成するために、背景情報の記載の中で言及されるように、位置決め器システムは加速の変化率であるジャークを制御しなければならない。多くの先行位置決め器システムは一連の短い相互接続された直線運動と共に円運動を行った。しかし、各相互接続の突然の角度的変化は速度及び位置精度を制限する好ましくない大きなジャークを生成した。

円運動は穿孔適用において基本的であり、正弦曲線位置決め器駆動波形を使用することが好まれる。特に、好ましい位置決め器駆動波形は、０加速度ポイントで開始しかつ停止する半正弦形状加速セグメントを使用する。各加速セグメントは位置決め器システムの加速能力内で最短の非ゼロ加速度半正弦セグメントであり、かつ位置決め器の共鳴問題を回避する期間ＴＭＩＮを持つ。

図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、円運動は、一対の９０度位相シフト正弦波形で位置決め器の直交軸を駆動することによって達成される。例えば、９０度入口から開始する１つの完全な円を形成するために、Ｘ軸は２つ半分の正弦セグメントによって駆動され、Ｙ軸は３つの９０度位相シフト正弦セグメントによって駆動される。Ｘ軸は入口及び出口セグメントという、穴位置間の運動から穴処理を分離するための「フィルタ」セグメントを持つ。

したがって、この発明の第１の特徴は、dt／２セグメント上の特定可能なビーム位置決め器の加速で円形ツールパターンを開始及び終了する方法である。円運動を生成することは、ビーム位置決め器X及びＹ軸を駆動するための一対の９０度相変換正弦曲線運動波形を発生させることを引き起こす。円形運動セグメントのｄｔの半分に等しいｄｔで軸（その１つがツールパターン入口角に依存する）のうちの１つへ半正弦波セグメントを挿入することを要する。したがって、位相シフトセグメントはｄｔ／２セグメントという。ユーザは、０から最初のビーム位置対要求加速度をトレードオフするためのｄｔ／２セグメント加速度の２倍までのｄｔ／２を特定することができる。

要因ａは、１つの、円形周囲加速度に対するｄｔ／２セグメント加速度の比率として定義される。ａが増加させられるにつれて、最初のビーム位置は、円運動の周囲の外部から処理されるべき穴の中心へ移動する。ａ=２については、先行技術の起動運動及び加速度は生成される。ａ＝０については、ｄｔ／２セグメントは、円運動に対して好ましい加速度０を持つ。

図１及び図２は、αという異なる値のためのビーム位置決め器運動を示す。αの値は開始及び終了dt／２区間に対して異なって指定できる。

図１Ａ及び図１Ｂが、ツールパターンビーム経路１４に沿ってレーザビーム軸を指向するためにビーム位置決め器(図示せず)のＸ軸位置１０及びＹ軸位置１２対時間の最初のセットを示す。ビーム経路１４は開始位置１６(点で図示)で開始し、入口セグメント１８、３６０度の円形セグメント２０(点線で図示)、出口セグメント２２及び終了位置２４(点で図示)を含み、それは円形セグメント２０の中心２５である。円形セグメント２０は処理されるべき穴の周囲又は縁部に対応する直径Ｄを持ち、３６０度の範囲以外に持つことができる。この例において、入口セグメント１８は０に対してセットを持ち、出口セグメント２２は２に対してセットを持つ。したがって、入口セグメント１８の加速度は０(等速)(それは好しい)であるが、出口セグメント２２の加速度は円形セグメント２０の加速度の２倍である。

図２Ａ及び図２Ｂは、ツールパターンビーム経路３４に沿ってレーザビーム軸を指向するためにビーム位置決め器のＸ軸位置３０及びＹ軸位置３２対時間の第２のセットを示す。開始位置３６(１ドットとして示される)でのビームパス３４は開始位置３６（点で図示）を開始し、入口セグメント３８、３６０度の円形セグメント４０(点線で図示)、出口セグメント４２及び終了位置４４(点で図示)を含む。この例では、入口セグメント３８は、１へのセットを持ち、出口セグメント４２は０．５へのセットを持つ。したがって、入口セグメント３８の加速度は円形セグメント２０の加速度と同じであり、出口セグメント２２の加速度は円形セグメント２０の加速度の半分である。

ツールパターンは入口セグメント、例えば入口セグメント１８，３８を使用し、出口セグメント、例えば出口セグメント４２を使用する。一連の穴は前の穴の終了位置及び次の穴の開始位置をリンクする通路に沿ってレーザビーム軸を指向することによって加工物内に処理される。入口及び出口セグメント方法により、ツール運動速度が先行の方法で達成できるそれより４１％増加することができる。

この発明の第２の特徴は、種々のツールパターンを実行するための半正弦パラメータ、例えば図１Ａ及び図１ＢのＸ軸及びＹ軸位置１０，１２，３０，３２を発生させる方法を提供する。 そのパラメータ及び方法は本発明のＭａｔｌａｂコード表示及びツールパターンの特徴を図示するいくつかの関連図に関して記載される。Ｍａｔｌａｂはマサチューセッツ州ナトリックのＭａｔｈＷｏｒｋｓから入手可能なモデルベースデザインシュミレーションプログラムである。運動セグメントを発生させるＭａｔｌａｂコードは付録Ａに述べられる。

図３は、本方法によって生成された円形ツールパターン５０を示す。円形ツールパターン５０は、処理されている穴の周囲５１の近くで切断することにより、材料の穴を処理するために使用される。ツールパターンを使用する場合、＋X、＋Y、-X及びＹ軸が、０、９０、１８０及び２７０度でそれぞれ方向付けされる場合、各穴は、X-Y座標軸に関する回転の程度に関して処理される。

円形ツールパターン５０は、レーザパルス５８が始められる、２７０度の開始位置５４及び０度の入口位置５６を持つ入口セグメント５２を含む。この例において、処理されている穴は１２５μｍの直径を持り、レーザパルス５８は２０μｍの有効スポットサイズを持つ。１０.２５μｍレーザバイトサイズは、入口位置５６から開始しかつ終了するツールパターン５０の単一の３６０度の反復の間に周囲５１内に分配される、レーザパルス５８のうちの３３に結果として生じる。レーザパルス５８は停止され、ツールパターン５０は出口セグメント６０に９０度の終了位置６２へ続く。

当業者は、入口及び出口セグメント５２、６０の角度の位置が処理される先後の穴の相対的位置に依存するＸ軸及びＹ軸に関して相殺できる相対的な角度の１つの模範的なセットを単に示すことを認識する。例えば、入口セグメント５２は０度及び９０度にて開始及び終了し、したがって、出口セグメント６０は９０度及び１８０度にて開始及び終了する。

典型的な位置決め器、レーザ、及びツールパターン５０に関連した穴パラメータは、７１７ｍｍ／秒、７０ｋＨｚのレーザパルス反復周波数(「ＰＲＦ」))、１０００Ｇの位置決め器の最大加速度、０．４７ミリ秒のビア穿孔時間、及び０．７ミリ秒のビア最小限運動時間を含み、結果として８５５ビア／秒の最大ビア処理速度を生じる。

図４は、本方法によって発生された外方スパイラル状ツールパターン７０を示す。外方スパイラル状ツールパターン７０は、曲線からなるパスに沿って中心２５からの材料を次第に、処理されている各穴の周囲５１へ中心２５から離れて除去することにより、材料に穿孔するのに使用される。外方スパイラル状ツールパターン７０は、レーザパルス７８が開始される、２７０度に開始位置７４及び０度に入口位置７６を有する入口セグメント７２を含む。この例において、処理されている穴は１２５μｍの直径を持ち、レーザパルス７８は２０μmの有効スポットサイズ及び４．４７μｍのレーザバイトサイズを持つ。入口位置７６から開始し、３６０度一回転のために外方へスパイラル状運動し、０度から約２１６度へ周囲５１内で処理を行うツールパターン７０の単一の反復の間に分配された８９個のレーザパルス７８があり、その位置で、ポイントレーザパルス７８は以前処理した位置とのオーバーラップを防止するために停止される。Tツールパターン７０は、０度の終了位置８４に対して２７０度の開始位置８２を持つ出口セグメント８０に続く。

当業者は、入口及び出口セグメント７２、８０の角度の位置が処理されるべき先後の穴の相対的位置に依存するＸ軸及びＹ軸に関して相殺できる相対的な角度の典型的な１セットを単に表わすことを再び認識する。例えば、入口セグメント７２は０度及び９０度から開始し、また終了することができ、したがって、出口セグメント８０は０度及び９０度から開始し、また終了することができる。

典型的な位置決め器、レーザ、及びツールに関連した穴パラメータ７０は、３１３ｍｍ／秒のツール速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、位置決め器の最大の加速１０００G秒、１.２７ミリ秒のビア穿孔時間、そして４４２ ビア／秒の最大ビア処理速度を含む。

図５は、本方法によって発生された内方スパイラル状ツールパターン９０を示す。内方スパイラル状ツールパターン９０は、曲線からなるパスに沿って周囲５１から材料を次第に、処理されている各穴の周囲５１の中心２５へ周囲５１から内方へ除去することにより、材料に穿孔するのに使用される。内方スパイラル状ツールパターン９０は、レーザパルス９８が開始される、９０度に開始位置９４及び１８０度に入口位置９６を有する入口セグメント９２を含む。この例において、処理されている穴は１２５μｍの直径を持ち、レーザパルス９８は２０μmの有効スポットサイズ及び４．４７μｍのレーザバイトサイズを持つ。入口位置９６から開始し、１８０度で開始しかつ０度で終了する周囲５１内で２．５回転（９００度）のの処理を行い、０度で開始しかつ０度で終了する２回の３６０度回転ために内方へスパイラル状運動するツールパターン９０の単一の反復の間に分配される２７３個のレーザパルス９８があり、その位置で、ポイントレーザパルス９８は停止される。ツールパターン９０は９０度の終了位置１０４への０度の開始位置１０２を持つ出口セグメント１００に続く。

当業者は、入口及び出口セグメント９２、１００の角度の位置が処理される先後の穴の相対的位置に依存するＸ軸及びＹ軸に関して相殺できる相対的な角度の１つの模範的なセットを単に示すことを再び認識する。例えば、入口セグメント９２は２７０度及び０度から開始しかつ終了することができる。したがって、出口セグメント１００は９０及び１８０度から開始しかつ終了することができる。

典型的な位置決め器、レーザ、及びツールパターン９０に関連された穴パラメータは、３１３ｍｍ／秒のツール速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、１０００Ｇの位置決め器の最大加速度、３．９ミリ秒のビア穿孔時間、及び０．８５ミリ秒のビア最小限運動時間を含み、結果として２１１ビア／秒の最大ビア処理速度を生じる。

内外方スパイラル状ツールパターン１１０は、周囲５１から内方に向かって処理されている各穴の中心へ、そして外方に向かって周囲５１へ戻って材料を除去することにより、材料を穿孔するために使用される。内外方スパイラル状ツールパターン１１０は１８０度に開始位置１１４及び２７０度に入口位置１１６を持つ入口セグメント１１２を含み、そこで、レーザパルス１１８が開始される。この例において、処理されている穴は１２５μmの直径を持ち、また、レーザパルス１１８は２０μmの有効スポットサイズ及び４.４７μmのレーザバイトサイズを持つ。入口位置１１６で開始し、２７０度で開始しかつ０度で終了する周囲５１内で４分の１回転の処理を行い、１８０度で開始及び終了する３６０度１回転の間に外方へスパイラル状運動し、そして周囲５１内で１８０度から２７０度の４分の１回転の処理を行い、そこで、ポイントレーザパルス１１８が停止される、ツールパターン１１０の単一の反復の間に分配される１３２個のレーザパルスがある。ツールパターン１１０は２７０度の開始位置１２２から０度の終了位置１２４を有する出口セグメント１２０に続く。

当業者は、入口及び出口セグメント１１２、１２０の角度位置が、処理されるべき先後の穴の相対的位置に依存してＸ軸及びＹ軸に関して相殺できる相対的な角度の典型的な１セットを単に示すことを再び認識する。

典型的な位置決め器、レーザ、及びツールパターンに関連した穴パラメータ１１０は、３１３ｍｍ／秒のツール速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、１０００Ｇの位置決め器最大加速度、１.８８ミリ秒のビア穿孔時間、そして１.０３ミリ秒のビア最小運動時間を含み、結果として４３４ビア／秒の最大ビア処理速度になる。

図７は、本方法によって生成された外方スパイラル状ツールパターン７０の２つの反復（７０’として称される２つの反復)を示す。(より明確に入口及び出口セグメント軌道を示すために、ツールパターン７０’は半分のサイズのレーザスポットで示される。)外方スパイラル状ツールパターン７０’は、処理されている各穴の周囲５１へ中心から外方へ材料を繰り返し除去することによって、材料に穿孔するのに使用される。外方スパイラル状ツールパターン７０’は２７０度の開始位置７４’及び０度の入口位置７６’を持つ入口セグメント７２’を含み、そこでレーザパルス７８’が開始される。この例において、処理されている穴は２００μmの直径を持ち、また、レーザパルス７８は、１０μｍの有効なスポットサイズ及び４.４７μmのレーザバイトサイズを持つ。ツールパターン７０’の２つの反復の間に分配された２１６個のレーザパルス７８’があり、第１の反復は、第１の入口位置７６’から開始し、０度まで３６０度の一回転のために外方へスパイラル状運動し、０度から約９０度に周囲５１内で処理を行い、そこでポイントレーザパルス７８は停止され、ツールパターン７０’は９０度にて開始位置８２’を有し、かつ１８０度にて推移終了位置８４’に対して内方へほぼスパイラル状運動する遷移セグメント８０’に続く。ツールパターン７０’の第２の反復は推移終了位置８４’で開始し、１８０度まで３６０度の一回転のために外方へスパイラル状運動し、１８０度から２７０度へ周囲５１内で処理を行い、そこでポイントレーザパルス７８’は再び停止され、そしてツールパターン７０’は２７０度の開始位置８２’から０度の終了位置８４’を持つ出口セグメント８０"に続く。

当業者は、入口及び出口セグメント７２、８０の角度位置が処理される先後の穴の相対的位置に依存してＸ軸及びＹ軸に関して相殺できる相対的な角度の１つの典型的なセットを単に示すことを再び認識する。

典型的な位置決め器、レーザ、及びツールパターンに関連した穴パラメータ７０’は、３１３ｍｍ／秒のツール速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、１０００Ｇの位置決め器最大加速度、３.０８ミリ秒のビア穿孔時間、そして１.６９ミリ秒の最小運動時間を含み、結果として２０９ビア／秒の最大ビア処理速度を生じる。

この発明の第３の特徴は、穴を処理する間に均一のレーザエネルギー分配を達成するためにレーザビーム移動速度を調節する方法を提供する。例えば、円形ツールパターン５０(図３)の多数の反復を使用してビアを処理するときに、よい品質の穴を処理することは個々の後の反復のレーザスポットをわずかにオーバラップさせることに依存する。反復から反復までのオーバラップの程度は、「増分バイトサイズ」と称されるパラメータによって決定される。増分バイトサイズは、レーザパルス位置が円形ツールパターンの反復間で移動する距離として定義される。

レーザビーム速度における小さい変化は反復対反復のパルスのオーバラップ、すなわち増分バイトサイズを大きく変更することができる。良好なビア処理は円形ツールパターンの反復ごとにレーザパルスの位置をわずかに移動させることに依存し、その結果レーザパルスは後の反復の間に同じスポットに衝突せず、レーザエネルギーはより一様にビア周囲のまわりに広げられる。

例えば、ビア処理適用が５つの円形反復を使用するならば、レーザパルスは反復ごとに移動し、その結果仮想的な６番目の反復が１番目の反復パルスに正確にオーバラップパルスを持つ(増分バイトサイズは、円形反復の数で割られたバイトサイズとほぼ等しい)ことが望ましい。各反復からのパルスが同じ位置に衝突するときに、結果として貧弱なビア処理になる。これは、実際のバイトサイズに対して非常に小さい又はほぼ等しい増分バイトサイズを不注意にも使用することによって典型的に引き起こされる。

図８及び図９は、先行技術のバイトサイズ及び好ましく計算された増分バイトサイズをそれぞれ使用する穿孔器及び円形ツールパターンの多数の反復による、エッチングされた回路基板の材料中で処理された許容できないビア及び高品質のビアをそれぞれ示す。

図１０及び図１１は、増分バイトサイズがレーザビーム速度における小さい変化によってどのように影響されるかを示す。図１０は、レーザＰＲＦが３０ｋＨｚであり、ビア直径が１２５μｍであり、有効レーザビームスポットサイズが１３μｍであり、そしてレーザビーム速度が３７７．５ｍｍ／秒である、穿孔器ツールパターンの５つの反復を使用することによって生じる先行技術バイトサイズを示す。図１０は、５つの穿孔器反復の各々からのレーザパルスがほとんど正確にオーバラップし、結果として低い品質のビア及び／又は低い穿孔器処理の構造安定性を生じることを示す。対照的に、図１１はレーザビーム速度がわずかに３７９.５ｍｍ／秒まで変更されるという点を除いて、同じプロセスを示す。２ｍｍ／秒の小さな速度変更は、ビア周囲の周りのレーザパルスの一様な分布を引き起こし、結果として高い品質のビア及び／又は改良したプロセスの構造安定性を生じる。図１１の円形プロセスは２．３μｍの増分バイトサイズを使用し、それは仮想的な第６の反復からのレーザパルスが第１の反復からのレーザパルスにオーバラップするようにさせる。

特別の円形ツールパターンに関連した増分バイトサイズを適切に設定するために必要とされるレーザビーム速度は、使用される反復の数、ビア直径、レーザＰＲＦ及び有効なレーザビームスポットサイズに依存する。レーザビーム速度は、１番目及び仮想的な最後プラス１ツールパターンの反復が実質的にオーバラップするように好ましくは選択される。

以下に示すのは、円形ツール反復数(サイクル(Cycles))の関数として、１番目及び仮想的な最後プラス１のツールパターン反復のレーザパルス位置をオーバラップさせるのに要求される増分バイトサイズ（Δｒｅｐ)を計算するため使用される式である。

したがって、

ここで、バイト（Ｂｉｔｅ）=バイトサイズμm(増分バイトサイズではない)、
v=ツール速度ｍｍ／秒、
ＰＲＦ=レーザパルス反復レートｋＨｚ、
Ｎｒｅｐ=１つの円形反復におけるパルス数、
Ｄ=ビア直径μｍ、
ＥＪｆ＝有効スポットサイズμｍ、
Δｒｅｐ＝増分バイトサイズμｍ、および
サイクル（Ｃｙｃｌｅｓ）＝使用円形反復数である。

付録Ｂは、円形ツールパターンの多数反復を使用する場合に、等化パルス間隔を達成するために増分バイトサイズを調節するための、式１から式３に基づく、Ｍａｔｌａｂコード化方法を記載する。その方法は、ユーザが「等化周囲パルスオーバラップ」ボタン又は他のアクチュエータを作動させるときに、実行される。この方法はツール速度を調節し、したがって、バイトサイズをレーザパルスエネルギー密度を大きく変更することなく所望の増分バイトサイズを達成するために少量下方に調節する。

もちろん、増分バイトサイズは、ツール速度ＰＲＦ及び有効なスポットサイズのの任意の組み合わせを変更することによって調節することができ、このことは穴直径の変更に相当する。したがって、増分バイトサイズのより正確な数学的な記載は、以下に述べられる。

有効な穴直径は、

によって定義される。

増分バイトサイズの一般式は、

であり、関数ceil(w)はｗ以上である最小の整数を返送し、分数を丸めるプロセスを示す。

等しく分割された増分バイトサイズを達成するための条件は、

である。

式４〜式６は式７を生成するために結合できる。

量「ｘ」は式８によって定義される。

式（７）を解くことは、式（９）を解くことと同じである。

式（９）は無限の解法セットを持ち、１−１／Ｃｙｃｌｅｓという分数の剰余を持つ任意の正数が解を生成する。好ましい事例は回転方向によってさらに制約される、サイクルの最も小さな調節を生じる。調節を行う場合、量xは上方へ、又は下方へ調節することができる。達成可能な速度及びＰＲＦでの実際的な制約は調節のある方向を指示できるけれども、より小さい変更が望ましい。

式９を解くために、ｘ上方へ最小量を調節するための解法は、以下の式１０に示される。

式９を解くために最小量をｘ下方に調節する解法は、以下の式１１に示される。

一旦好ましい数学的な調節が決定されると、増分バイトサイズは、式８によれば、速度、ＰＲＦ、直径又は有効スポットサイズを変更することによって達成することができる。速度を調節することによって増分バイトサイズのための解法は、以下の式１２に示される。

ＰＲＦを調節することによる増分バイトサイズの解法は、以下の式１３に示される。

有効穴直径を調節することによる増加ビットサイズの解法は、以下の式１４に示される。

もちろん、有効直径は、穴直径及び有効スポットサイズの組み合わせを変化させることによって変更することができる。しかしながら、有効直径を変更することはレーザビアサイズをわずかに修正し、ＰＲＦを変更させることは、レーザ設定及び制御オーバーヘッドにとって不適当な意味合いを持つので、増分バイトサイズは、ビーム位置決め器速度を調節するための式１２を使用することによって好ましく決定される。

増分バイトサイズを決定するときに、パルス間隔は適切なビア処理結果を達成するために正確である必要はない。例えば、Δｒｅｐは約２０パーセント以内増加させることができる。また、いくつかの標本処理適用では、Δｒｅｐは結果として５μｍ未満のパルス間隔を生じ得る。そのような適用では、レーザパルス間の間隔は約１.０μｍ以上であるべきである。

図１２及び図１３は、先行技術及び本発明にそれぞれしたがって形成された穿孔器及び円形ツールパターン間の比較による関係を示す。特に、図１２は、先行技術の穿孔器ツールパターン１３４の２つの反復によって穴の周囲１３２の回りに不等に分配されたレーザパルス１３０を示す。穿孔器ツールパターン１３４は、７１７ｍｍ／秒のレーザビーム速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、１２５μmの穴の直径、２０μｍの有効スポットサイズ、１０．２４μmのレーザバイトサイズ、及び８．１５μmのバイトサイズ１３６を使用する。

対照的に、図１３は、「周囲のパルスのオーバーラップを等化する」方法を使用する円形ツールパターン１３８の２つの反復によって穴の周囲１３２の周りで平等に分配されたレーザパルス１３０を示す。円形ツールパターン１３８は７１０.５ｍｍ／秒のレーザビーム速度、７０ｋＨｚのレーザＰＲＦ、１２５μmの穴直径、２０μmの有効スポットサイズ、１０.１５μmのレーザバイトサイズ及び５.０７μmの増加バイト１３９を使用する。「周囲のパルスのオーバーラップを等化する」方法は７１７ｍｍ／秒から７１０.５ｍｍ／秒までレーザビーム速度を変更する。

本発明の第４の特徴は、上述されたツールパターンによって使用されたレーザビームパルスを放射するＱスイッチで生じたレーザを制御する方法を提供する。その方法は、第１のレーザパルスの放射、及び、レーザビーム位置決め器を駆動する半正弦波プロフィーラーコマンドに対するすべての後のレーザパルスの放射を正確に予定する、フィールドプログラム可能なゲートアレイ(「FPGＦＰＧＡ」)を制御するためにレジスタを含むデジタル信号プロセッサ(「ＤＳＰ」)のマイクロプロセッサのような論理装置で実行する。模範的な分析コマンドは、上述されたツールパターンセグメントに沿ったレーザビームを位置決めするのに要求されるコマンドを含むことができる。

図１４は第１のＤＳＰレジスタを示し、それは、レーザインターパルス期間をプログラムするための１６個の読込み／書込み位置を含む「レーザ反復レートレジスタ」１４０である。レーザ反復レートレジスタ１４０は、約０.００４７Ｈｚという解像度で、３０５.１８Ｈｚ(レジスタ１４０の値OxFFFF)から２.０ＭＨｚ(レジスタ１４０の値０x０)に及ぶ周波数fnを有する信号を提供する反復レート発生器１４２を制御する。信号周波数fn=１／(レジスタ値*５０ナノ秒)。以下に記述されるＤＳＰ「パルスカウントレジスタ」１４４が０でない値を記憶するときに限り、反復レート発生器１４２が動作される。

第２のＤＳＰレジスタは、レーザパルスを放射することに関連した２つの時間遅延をプログラムするために２４個の読込み／書き込み位置を含む「レーザパルス制御タイマーレジスタ」１４６である。位置０〜１０はゲート遅延をプログラムし、また、位置１２〜２２は第１のパルス遅延をプログラムする。位置１２〜２２は、標準化された値を以下の「ｄｌｙ」式に適用する前にそこに記憶された値を標準化するために好ましくは移動される。各遅延は式ｄｌｙ＝（レジスタ１４６* ５０ナノ秒）及び０〜１０２．３μ秒からの範囲で決定される。

第３のＤＳＰレジスタは、パルスのバースト中に放射される多数のレーザパルスをプログラムするために１８個の読込み／書込み位置を含むパルスカウントレジスタ１４４である。有効レジスタ１４４の値は０x３FFFFから０まで変動する。値０x３FFFF及び０x０は特別の意味を持つ。有効な値(１〜０x３FFFE、２６２１４２D)は、バースト中に放射されたパルスの数に相当する。０の値がパルス九案とレジスタ１４４に書込まれるまで、特別の値０x３FFFFは、パルスの連続的なバーストを引き起こす。特別の値０x０は電流バーストを停止させる。

レーザパルスの放射を開始するための方法は、図１５Ａ，１５Ｂに関して以下に記載される。レーザパルスコマンドは、ＤＳＰが失敗するならば、レーザパルスの放射を停止する監視タイマーによって資格を与えられる。当業者は、このレーザ制御方法を実行するための論理装置を実施する方法を理解する。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、上記方法を支持するレーザパルスの放射のためにそれぞれの通常及び特殊事例のタイミング関係を示す。

図１５Ａに示される通常のタイミング関係は以下のように実行される。

図１４も参照して、レーザＰＲＦは、レーザ反復レートレジスタ１４０にインターパルス期間１５０を書き込むＤＳＰによって設定される。

パルスカウンタレジスタ１４４は０という値で初期化される。ＤＳＰはレーザパルスプロセスを「ＤＳＰ＿Write＿Strobe＿N」書き込み信号１５２で開始し、パルス数値（１〜２０００００）をレーザパルスカウンタレジスタ１４４へロードする。

「FPGA_Gate_N」レーザゲート信号１５６は、ゲート遅れ１５８の量(５０ナノ秒から１００のマイクロ秒)がレーザパルス制御タイマーレジスタ１４６のビット００〜１０によって決定された後に真になる。

第１のパルス遅延１６２の量（５０ナノ秒〜１００マイクロ秒）はレーザパルス制御タイマーレジスタ１４６のビット２〜２２によって決定された後に、第１の「FPGA_ＱSW_N」レーザＱスイッチ信号１６０は真になる。デフォルト第１パルス遅延１６２は０である。

レーザパルス１５４の数は図１５Ｂに関して以下に示される特別な事例を除いてパルスカウントレジスタ１４４内でプログラムされる。最後のレーザパルス放射を引き起こす最後のレーザパルス１６４が真になった後５０ナノ秒にレーザゲート信号１５６は偽になる。

図１５Ｂに示される特別な事例のタイミング関係は以下のように実行される。:
図１４も参照して、ＤＳＰ書き込み信号１５２がパルスカウントレジスタ１４４に値０x３FFFFをロードするときに、特別のタイミングの事例が生じる。この動作により、パルスカウンタ１４８は、ＤＳＰ書き込み信号１５２’がパルスカウントレジスタ１４４に０の値をロードするまで、連続的に計数し、それにより、ゲート遅延１５８及び第１のパルス遅延１６２の残りに加えて競合条件を回避するために１つのパルスの不確実性遅延１６６の後に、レーザＱスイッチ信号１６０は停止する。

この発明の第５の特徴は、レーザパルスの放射及び所定のレーザビーム位置決めコマンドの位置へのそれらの入力を調整する方法を要する。穴を処理するために上述されたツールパターンを使用するときに、放射レーザパルスは所望数のツールパターン反復の間に、特に、ツールパターンの正確な位置で各反復の第１のレーザパルスを放射するために正確に位置決めされる。したがって、この方法は、上述されたツールパターンによって使用される、運動プロフィーラー及びレーザタイミングの調整、正確さ及び実行を改善する。

この方法は、所定のレーザビーム位置決め器加速度制限に対してより高いツール速度を提供することによって新しいツールパターンを支持する。例えば、典型的な検流計に基づいたビーム位置決め器は１０００Ｇの加速度制限を持つ。新しいツールパターンは、少なくとも２つの方法でレーザパルス放射タイミングに影響する。最初に、円形ツールパターンは運動セグメントの最中にレーザパルス放射を開始することができ、ツール反復の断片的な部分中にレーザパルスを許可する。したがって、調整動作制御モジュール(「CMCM」)と称するレーザビーム位置決め器システムの部分は、運動セグメントの所定の部分中にレーザパルス放射を引き起こすために、システム制御コンピューターで調和する。第２に、１．０ｍ／秒で接近するツール速度と結び付けられた新しい中央セグメントのレーザタイミングは、非常に高いレーザパルスタイミング精度を要求する。以前のレーザタイミングシステムは約±５０μ秒のパルスの第１のパルスタイミング解像度をもち、それは許容できない±５０μmの第１のパルス位置決めを意味する。

したがって、この方法は、ＤＳＰレジスタの内容及び関連タイミング制御を対応レジスタ１４０’、１４４’、１４６’へ転送することによってＤＳＰ制御からはるかにより速いＦＰＧＡへレーザパルスの正確なタイミングを転送する。また、新しい分割レーザ遅延パラメータは、CMCM運動コマンド及びレーザパルス放射タイミングを調整するための運動セグメントデータ構造に加えられる。分割レーザ遅延パラメータは、運動セグメントの開始と第１のレーザパルスと間の時間遅延をセグメント時間ΔTの合計セグメントの分数として定義する。分割レーザ遅延パラメータは０から２５５までの値に関して、８ビットの値を持つ。その値が０であるならば、レーザパルスタイミングは先行技術のように動作する。運動セグメントの開始から第１のレーザパルスへの遅延は、遅延＝ΔＴ^＊分割レーザ遅延／２５６である。

図１６はレーザビームパルス及びビーム位置決め器(「ＢＰ」)のタイミング関係を示す。理想的には、ビーム位置決め器がツールパターン入り口セグメント、例えば入口セグメント５２（図３）を開始した後に、第１レーザパルス１７０の放射は分割レーザ遅延*ΔT時間１７２に生じる。しかしながら、多くのシステム遅延は、実際の第１レーザパルス１７４の放射のための調整タイミング方法を要求する。

調整タイミング方法は、輪郭を描くフィルタ群の遅延及び検流計遅延を含む調整モデルフィルタ遅延１７６を最初に説明する。輪郭を描くフィルタ群の遅延は、フィルタ周波数に依存して、５０〜８０ミリ秒の固定値を持つ。調整モードビーム位置決め及び関連するグループフィルタ遅延は、高速高精度多段ツール位置決めシステムに対する、本出願の譲受人に割り当てられる米国特許第５７５１５８５号に記載される。検流遅延（GalvoDelay）は、検流計をビーム偏向検流計に到達ためのビーム位置決め器コマンドに要求される時間である。検流遅延は約２００ミリ秒に固定される。

調整タイミング方法は、入口セグメント５２(図３)のような輪郭が描かれたドリルセグメントと、レーザ放射を開始することを命じられた時間との間の経過時間を含むレーザ事象バッファ遅延１７８をさらに説明する。レーザ事象バッファ遅延１７８は、５０ミリ秒の解像度に調節することができる。

ゲート遅延１５８(さらに図１５Ａ及び１５Ｂを参照)はＦＰＧＡパルス制御タイマー１４６’の最初の部分に記憶され、またパルス計数書き込み信号１５２を受信すること及びレーザゲート信号１５６を付勢することの間のＦＰＧＡ遅延を決定する(さらに図１４Ａ及び１４Ｂを参照)。ゲート遅延１５８は５０ナノ秒の解像度を持つ。

第１パルス遅延１６２(さらに図１４Ａ及び１４Ｂを参照)は、ＦＰＧＡパルス制御タイマーレジスタ１４６’の第２の部分に記憶され、最初の実際のレーザパルスの放射を要求するために、レーザゲート信号１５６及び第１のレーザＱスイッチ１６０の間の遅延を決定する。第１パルス遅延１６２は１／ＰＲＦ＋RuntDelayによって決定され、RuntDelayが異常に低いエネルギー(小型)レーザパルスを回避するのに要求される固定的な遅れである。

ＤＳＰが新しい運動セグメントをロードするごとに、それはレーザ事象バッファ遅延１７８及びゲート遅延１５８の値を以下のように計算する。

調整モードフィルタ遅延＋ガルボ遅延の値はＢＰ遅延という名のパラメータとして記憶される。

遅延i=ＢＰ遅延＋ΔＴ*分割レーザ遅延−第１パルス遅延。これはレーザバッファ事象遅延１７８及びゲート遅延１５８間で要求される遅れである。

ゲート遅延１５８＝（遅延ｉモジュラス５０ミリ秒）＋５０ミリ秒。この遅延はゲート遅延１５８がＦＰＧＡ境界状態を回避するのに十分長い。

レーザ事象バッファ遅延１７８＝遅延ｉ―ゲート遅延１５８。これは５０ミリ秒の偶数倍である。

値が計算された後に、ゲート遅延１５８はレーザ事象バッファのレーザオンパケットにフィールドとしてロードされ、そのパケットの時間タグはレーザ事象バッファ遅延を加える現在の時刻である。

ビーム位置決め器サーボはレーザオンパケットを呼ぶときに、それはゲート遅延１５８の値をＦＰＧＡレーザパルス制御タイマーレジスタ１４６’にロードし、次いで、好ましいレーザパルス数を決定するためにＦＰＧＡパルスカウントレジスタ１４４’からデータを得る。

当業者は、この発明の部分が好ましい実施例に対する上述の実施例とは異なって実施できることを認識する。例えば、加工物標本材料は、堅固又は柔軟、銅覆又は露出、ファイバー強化又は均質樹脂誘電体であろうと任意の配線基板材料を現実的に含むことができ、またセラミック基板及びシリコン基板、例えばマイクロ電子デバイス及び半導体デバイスにおいて使用されるそれらを含むこともできる。

付録Ａ

付録Ｂ

多くの変更が発明の根本原理から外れずに、上記実施例の細部に行うことができることは当業者にとって自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定されねばならない。

ツールパターンに沿ってレーザビームを指向するためにビーム位置決め器のＸ軸及びＹ軸位置対時間の最初のセットを示すグラフである。 図１ＡのＸ軸及びＹ軸ビーム位置の第１のセットから生じる入口、円形、出口セグメントを示すＸＹプロットである。 ツールパターンに沿ってレーザビームを指向するためにビーム位置決め器のＸ軸及びＹ軸位置対時間の別のセットを示すグラフである。 図２ＡのＸ軸及びＹ軸ビームの第２のセットから生じる入口、円形、出口セグメントを示すＸＹプロットである。 レーザビーム位置決め方法によって発生される円形ツールパターンを示すＸＹプロットである。 レーザビーム位置決め方法によって発生される外方スパイラル状ツールパターンを示すＸＹプロットである。 レーザビーム位置決め方法によって発生される内方スパイラル状ツールパターンを示すＸＹプロットである。 レーザビーム位置決め方法によって発生される内方及び外方スパイラル状ツールパターンを示すＸＹプロットである。 レーザビーム位置決め方法によって発生される外方スパイラル状ツールパターンの２つの反復を示すＸＹプロットである。 非常に小さい増分バイトサイズを使用する先行技術の穿孔器ツールパターンの多数の反復で処理される許容できない、エッチング回路基板のビアの写真である。 パルスによるレーザ放射方法にしたがって選択される増分バイトサイズをし使用する円形ツールパターンの多数反復で処理される高品質のエッチングされた回路基板の写真である。 先行技術のツール速度を使用する先行技術の穿孔器の５回の反復によって処理されるビアの写真である。 計算されたツール速度を使用する円形ツールパターンの５回の反復によって処理されるビアを示すＸＹプロットである。 先行技術の穿孔器のツールパターンの２回の反復によって穴の周囲周りに不均等に分配されるレーザパルスを示すＸＹプロットである。 「等化周囲パルスオーバラップ」方法を使用する円形ツールパターンの２回の反復によって穴の周囲周りに不均等に分配されるレーザパルスを示すＸＹプロットである。 上記方法を制御しかつ支持するレジスタ構造を示す簡易電気ブロックダイアグラムである。 上記方法を支持するレーザパルスを放射するための通常及び特殊事例のタイミング関係を示す電気波形タイミングダイアグラムである。 上記方法を支持するレーザパルスを放射するための通常及び特殊事例のタイミング関係を示す電気波形タイミングダイアグラムである。 レーザビーム位置決めコマンド、種々のシステム遅延及びレーザビームパルス間のタイミング関係を示す電気波形値タイミングダイアグラムである。

Claims (28)

1. レーザツールの操作により標本のターゲット領域から材料の高速除去を行う方法であって、前記ターゲット領域はターゲット中心を通して延びるターゲット直径によって規定される実質的に円形のターゲット周囲を有し、前記レーザツールはレーザビームが伝播するビーム軸を規定しており、前記レーザビームは前記ターゲット領域に前記ターゲット直径より小さい直径を有するレーザスポットを規定しており、
   前記ターゲット領域から材料除去のプロセスを可能にするために前記ターゲット領域内の選択位置又は前記ターゲット領域に近い及び前記ターゲット領域内の選択位置へ前記ビーム軸を指向するために前記ビーム軸及び前記ターゲット領域間の相対運動を引き起こすこと、
   入口セグメント加速度で入口軌跡に沿って前記ビーム軸を前記ターゲット領域内の入口位置へ指向すること、
   前記レーザスポットを位置決めするために、そしてそれにより前記ターゲット周囲の円形セグメントに沿って材料を除去するために前記ターゲット領域内で円形周囲加速度にて前記ビーム軸を移動させること、
   前記入口セグメントの加速度及び前記円形周囲加速度を、前記入口セグメントの加速度の値が２倍の前記円形周囲加速度の値より小さいような値に設定することを含み、前記入口位置は前記レーザビームが前記ターゲット領域で開始される位置に対応する、材料の高速除去方法。
2. 前記入口位置は、前記ビームスポットは前記ターゲット周囲の前記円形セグメントに配置されるようになっており、前記ビーム軸は前記ターゲット周囲の前記円形セグメントに近接する位置から前記ターゲット領域を終了させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記入口位置は、前記ターゲット中心にほぼ近接して配置され、前記レーザスポットは前記ターゲット中心から離れて前記ターゲット周囲の前記円形セグメントへ次第に曲線経路に沿って材料を除去する、請求項１に記載の方法。
4. 前記入口位置は第１の入口位置を構成し、前記曲線経路は第１の曲線経路を構成し、さらに、
   前記ビーム軸を前記ターゲット中心にほぼ近接する第２の入口位置へ指向することと、
   前記レーザスポットを前記ターゲット中心から離れて次第に前記ターゲット周囲へ第２の曲線経路に沿って材料を除去するように指向することとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記円形セグメントはその全体において前記ターゲット周囲を含み、前記入口位置は前記レーザスポットが前記ターゲット周囲に配置されるようになっており、
   前記レーザスポットは前記ターゲット周囲の周りに多数の回転において材料を除去し、その後、前記ターゲット中心の方向にほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去する、請求項１に記載の方法。
6. 前記標本は堅固又は柔軟な印刷配線基板材料、銅覆又は露出印刷配線基板材料、ファイバー強化又は均質樹脂誘電体印刷配線基板材料、セラミック基板及びシリコン基板のうちのいずれかを含み、前記標本の前記ターゲット領域から材料を除去することは穴を処理することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記入口位置は、前記レーザスポットが前記ターゲット周囲の前記円形セグメントに配置されるようになっており、
   前記レーザスポットは前記ターゲット中心の方向に第１のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、前記ターゲット中心から離れる第２のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、そして前記ターゲット周囲の前記円形セグメントへ戻る、請求項１に記載の方法。
8. 前記入口位置は第１の入口位置を含み、さらに、
   前記ビーム軸を、前記ターゲット領域の第２の入口位置に指向すること、
   前記レーザスポットを、前記ターゲット中心の方向へ第３のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、前記ターゲット中心から離れて第４のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、そして前記ターゲット周囲へ戻るように指向すること、
   前記ビーム軸を、前記ターゲット領域を終了させるように指向することを含み、前記第１及び第２の入口位置は互いに相殺する、請求項７に記載の方法。
9. 前記標本はエッチングされた回路基板材料を含み、前記標本の前記ターゲット領域から材料を除去することは前記エッチングされた回路基板材料に穴を設けることを含む、請求項１に記載の方法。
10. レーザツールの操作により標本のターゲット領域から材料の高速除去を行う方法であって、前記ターゲット領域はターゲット中心を通して延びるターゲット直径によって規定される実質的に円形のターゲット周囲を有し、前記レーザツールはレーザビームが伝播するビーム軸を規定しており、前記レーザビームは前記ターゲット領域に前記ターゲット直径より小さい直径を有するレーザスポットを規定しており、
    前記ターゲット領域から材料除去のプロセスを可能にするために前記ターゲット領域内の選択位置又は前記ターゲット領域に近い及び前記ターゲット領域内の選択位置へ前記ビーム軸を指向するために前記ビーム軸及び前記ターゲット領域間の相対運動を引き起こすこと、
    入口セグメント加速度で入口軌跡に沿って前記ビーム軸を前記ターゲット領域内の入口位置へ指向すること、
    前記ターゲット周囲の円形セグメントに沿って材料を除去するために、そしてそれにより前記ターゲット中心へほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去するために前記レーザスポットを位置決めするために前記ターゲット領域内で前記ビーム軸を移動させることを含み、前記入口位置は前記レーザビームが前記ターゲット領域で開始される位置に対応する、材料の高速除去方法。
11. 前記円形セグメントはその全体において前記ターゲット周囲を含み、前記入口位置は前記レーザスポットが前記ターゲット周囲に配置されるようになっており、前記レーザスポットは前記ターゲット周囲の周りに多数の回転において材料を除去し、その後、前記ターゲット中心の方向へほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記入口位置は前記レーザスポットが前記ターゲット周囲の前記円形セグメントに配置されるようになっており、
    前記レーザスポットは前記ターゲット中心の方向に第１のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、前記ターゲット中心から離れる第２のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、そして前記ターゲット周囲の前記円形セグメントへ戻る、請求項１０に記載の方法。
13. 前記入口位置は第１の入口位置を含み、さらに、
    前記ビーム軸を、前記ターゲット領域の第２の入口位置に指向することと、
    前記レーザスポットを、前記ターゲット中心の方向へ第３のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、前記ターゲット中心から離れて第４のほぼスパイラル状の経路に沿って材料を除去し、そして前記ターゲット周囲へ戻るように指向することと、
    前記ビーム軸を、前記ターゲット領域を終了させるように指向することとを含み、前記第１及び第２の入口位置は互いに相殺する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記標本は堅固又は柔軟な印刷配線基板材料、銅覆又は露出印刷配線基板材料、ファイバー強化又は均質樹脂誘電体印刷配線基板材料、セラミック基板及びシリコン基板のうちのいずれかを含み、前記標本の前記ターゲット領域から材料を除去することは前記標本に穴を処理することを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記ビア穴は不完全なビア穴を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 標本のターゲット領域から材料を除去するためにパルス反復レートでパルスによるレーザ放射のビームを使用する方法であって、前記ターゲット領域はターゲット直径によって規定される実質的に円形のターゲット周囲を有し、前記ビームの各パルスによるレーザ放射は前記ターゲット領域にて前記ターゲット直径より小さい直径を有するレーザスポットを規定しており、
    パルスによるレーザ放射の前記ビームにツールパターンの多数の反復において材料を除去させるために前記円形ターゲット周囲の周りにツール速度で互いに対してパルスレーザ放射のビーム及びターゲット領域を多数回移動すること、
    前記レーザスポットが前の反復が入射する位置に一致しないように前記ツールパターンの反復間に前記レーザスポットの前記位置を移動することによって前記円形ターゲット周囲の周りにレーザ放射エネルギーを実質的に一様に広げるために前記ツール速度及び前記パルス反復レートを調整することを含み、
    各レーザスポットは前記ツールパターンの多数の反復において前記ターゲット領域の位置に入射される、ビーム使用方法。
17. 前記調整することは、前記ツール速度、前記パルス反復レート、前記レーザスポット直径、及び前記ターゲット直径のうちの少なくとも１つを調節することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記レーザスポットの前記位置の前記移動は式Δｒｅｐ＝ν／（ＰＲＦ）（Ｃｙｃｌｅｓ）から距離Δｒｅｐを決定することを含み、前記レーザスポットの前記位置は前記距離だけ移動し、
    ν＝前記ツール速度、
    ＰＲＦ＝前記パルス反復レート、
    Ｃｙｃｌｅｓ＝前記ツールパターンの前記反復数である、請求項１６に記載の方法。
19. 前記レーザスポットの前記位置の前記移動は式ν＝π（Ｄeff）（ＰＲＦ）／ｘから前記ツール速度νを決定することを含み、
    Ｄeff＝前記ターゲット直径、
    ＰＲＦ＝前記パルス反復レート、
    ｘ＝１−１／Ｃｙｃｌｅｓの分数の剰余を有する任意の正の数、
    Ｃｙｃｌｅｓ＝前記ツールパターンの反復数である、請求項１６に記載の方法。
20. 前記レーザスポットの前記位置の前記移動は式ＰＲＦ＝νｘ／（Ｄeff）πから前記パルス反復レートＰＲＦを決定することを含み、
    Ｄeff＝前記ターゲット直径、
    ν＝前記ツール速度、
    ｘ＝１−１／Ｃｙｃｌｅｓの分数の剰余を有する任意の正の数、
    Ｃｙｃｌｅｓ＝前記ツールパターンの反復数である、請求項１６に記載の方法。
21. 前記レーザスポットの前記位置の前記移動は式Ｄeff＝νｘ／π（ＰＲＦ）から前記ターゲット直径Ｄeffを決定することを含み、
    Ｄeff＝前記ターゲット直径、
    ν＝前記ツール速度、
    ＰＲＦ＝前記パルス反復レート、
    ｘ＝１−１／Ｃｙｃｌｅｓの分数の剰余を有する任意の正の数、
    Ｃｙｃｌｅｓ＝前記ツールパターンの反復数である、請求項１６に記載の方法。
22. 前記レーザスポットの前記位置の前記シフトは前記レーザスポットの前記位置が移動する距離を決定することを含み、前記距離は２０％以下の許容度を持つ、請求項１６に記載の方法。
23. 前記レーザスポットの前記位置の前記シフトは前記レーザスポットの前記位置がシフトする距離を決定することを含み、前記距離は少なくとも約１．０マイクロメートルである、請求項１６に記載の方法。
24. ターゲット標本の所定のレーザビーム位置決めコマンド位置に入射するためのレーザパルスの放射を調整する方法であって、
    前記ターゲット標本に対してビーム位置決め器運動セグメントを開始するためにビーム位置決めコマンドを提供すること、
    前記ビーム位置決め器運動セグメントはビーム位置決めコマンド位置を含み、１セットのレーザパルスの放射を引き起こすこと、
    前記ビーム位置決め器運動セグメント間に前記第１のレーザパルスが前記ビーム位置決めコマンド位置に入射されるように、前記ビーム位置決め器運動セグメントの前記開始及び前記第１のレーザパルスの放射間に部分レーザビーム遅延を導入することを含み、前記１セットは第１のレーザパルスを含む、レーザパルスの放射調整方法。
25. 前記部分レーザビーム遅延は多数の遅延時間成分を含み、１セットのレーザパルスの放射は、前記多数の遅延時間成分のすべての終了前に生起するレーザゲート信号に応答して行われる、請求項２４に記載の方法。
26. 前記遅延時間成分は第１のパルス遅延成分を含み、１セットのレーザパルスの放射は、前記第１のパルス遅延成分の終了後に行われ、前記第１のパルス遅延成分は前記第１のレーザパルスとして異常に低いエネルギーレーザパルスの放射を防止するために十分な持続期間を持つ、請求項２５に記載の方法。
27. 前記レーザゲート信号は、フィルタ及びビーム位置決め器遅延時間成分から生じる位置決め器遅延の終了後に前記ビーム位置決めコマンドに応答して生じる、請求項２５に記載の方法。
28. １セットのレーザパルスの放射はレーザゲート信号に応答して行われ、部分的なレーザビーム遅延の導入は、結果として、前記ビーム位置決めコマンド位置に前記第１のレーザパルスの入力を引き起こす量だけ、前記レーザゲート信号に対して前記ビーム位置決めコマンドの遅延を生じる、請求項２４に記載の方法。

Images