JP2024502043A

JP2024502043A - レーザ加工装置、これを動作させる方法、及びこれを用いてワークピースを加工する方法

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Publication number: JP2024502043A
Application number: JP2023539995A
Authority: JP
Inventors: クライネルト，ヤン; チェン，ローリン; ブルックハイザー，ジェームス; ウンラート，マーク; フー，ホンファ
Original assignee: エレクトロサイエンティフィックインダストリーズインコーポレーテッド
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2024-01-17
Also published as: WO2022146580A1; EP4271536A1; CN116615299A; KR20230124585A; US20240017350A1; TW202231393A

Abstract

レーザ加工装置は、第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに第２の材料よりも第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザエネルギーを照射し、レーザエネルギーを第１の材料に入射させることによりワークピースにビアを形成するプロセスを行うことができる。レーザ加工装置は、ワークピースに照射され第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成するように動作可能な後方反射検知システムと、後方反射検知システムの出力と通信可能に連結されるコントローラであって、ビアが形成されるプロセスの残りをセンサ信号に基づいて制御可能であるコントローラとを含むことができる。

Description

本発明の実施形態は、レーザ加工装置及びこれを動作させる方法に関するものである。

技術的背景

プリント回路基板（PCB）は、典型的には、誘電体基板上に積層された導電層から形成されている。PCBは両面型又は多層型とすることができる。両面型PCBは、共通の誘電体基板の両面に積層された２つの導電層を含んでいる。多層型PCBは、典型的には、複数の誘電体基板の間に導電層を介在させるとともに、その外側面に１以上の導電層を積層したものである。

誘電体基板は、通常、マトリクス材料（例えばエポキシ樹脂）から形成される複合材料及び補強材料（例えばガラス繊維織布）として提供される。そのような誘電体基板は、図１に示されるような不均質な組成を必然的に有している。図１を参照すると、ガラス繊維織布（白色と灰色の繊維として示されている）がマトリクス材料（黒色で示されている）により取り囲まれているように見える。誘電体基板の組成は位置によって異なっている。例えば、“Ａ”の位置では、誘電体基板は、相対的に多くの量の補強材料と相対的少ない量のマトリクス材料とを含んでいる。“Ｂ”の位置では、誘電体基板は、マトリクス材料だけを含んでいる。“Ｃ”の位置では、誘電体基板は、“Ａ”の位置よりも少なく“Ｂ”の位置よりも多くの量の補強材料を含んでおり、 “Ａ”の位置よりも多く“Ｃ”の位置よりも少ない量のマトリクスを含んでいる。図１に関して述べられたような誘電体基板を含むPCBの一部の模式的断面図が図２に示されている。図２を参照すると、導電体20（本明細書では「上部導電体」ともいう）が誘電体基板24の第１の面に設けられ、別の導電体24（本明細書では「底部導電体」ともいう）が誘電体基板24の第２の面に設けられている。誘電体基板24は、マトリクス材料26及び補強材料28を含むものとして示されている。

非貫通孔ビアか貫通孔ビアかを問わずビアは、レーザを用いて（例えばレーザ穿孔プロセスを用いて）PCB内に穿孔され得る。図２に示されるPCBに形成される非貫通孔ビアの模式的断面図が図３に示されている。図２を参照すると、非貫通ビア孔30は、上部導電体20に開口を形成し、非貫通ビア孔30内に底部導電体22の一部を露出させるように誘電体基板24を除去するようにレーザエネルギービームがPCB上の単一の場所に照射される、レーザ穿孔「パンチ」プロセスを用いて形成され得る。しかしながら、誘電体基板24のマトリクス及び補強材料が、レーザにより同一の効率で加工されないことが多い。マトリクス材料は、典型的に補強材料よりも容易に加工される。また、PCBの異なる領域にわたって、上部導電体20の表面反射率及び／又は厚さに変動があり得る。その結果、誘電体基板内の異なる位置に非貫通ビア孔を形成するために同一の穿孔パラメータ（例えば、パルス幅、ピークパルスパワー）が使用される場合には、最終的に生成される非貫通ビア孔の間の形態に本来的な変動がいくらか生じる。非貫通ビア孔の形態的特性は、上部導電体が誘電体基板24に形成された孔の側壁から張り出す（「オーバーハング」としても知られる）度合い及び上部導電体20における非貫通ビア孔30の直径に対する底部導電体22における非貫通ビア孔30の直径の比（「テーパ」としても知られる）を含み得る。一般的に、それぞれのビアが相対的に小さいオーバーハングと相対的に大きなテーパによって特徴付けられることが好ましい。このため、非貫通ビア孔の形態的特性が位置によって変動することは、高性能PCB及び関連する加工歩留まりに対して望ましくないことである。

上述した変動の問題は、誘電体基板の組成の変動に比較的無反応なレーザ波長を用いてPCBを加工することにより幾分低減され得る。例えば、二酸化炭素レーザは、マトリクス及び補強材料により線形的に吸収されるが、非貫通ビア孔により露出される導電体（すなわち銅）で主に反射し得る～9.4μmの波長のレーザエネルギーを生成することができる。補強材料28を除去するためにはマトリクス材料26を除去するよりも（～9.4μmのレーザ波長のレーザであっても）多くのエネルギーが必要となることが一般的に知られている。しかしながら、誘電体基板24の一部を除去するために必要とされるエネルギーがその中のマトリクス材料26及び補強材料28の相対的な量に基づいて変化したとしても、通常、底部導電体22にダメージを与える（例えば融解する）ことなく、誘電体基板24のマトリクス及び補強材料を確実に除去することができる。

上述した変動の問題は、単一の非貫通ビア孔を形成するために複数のレーザパルスを用いることによりさらに低減され得る。この場合には、上部導電体20に開口を形成するために最初のパルスが照射され、底部導電体22にダメージを与えることなく残った誘電体基板24を除去するために後続のすべてのパルスが照射される。この「多パルス加工」手法に対する改良の提案は、典型的には、底部導電体22で反射するレーザ光の強度（非貫通ビア孔30により露出される底部導電体22の領域のサイズに対応すると一般的に理解されている）に基づいて２番目又はその後のレーザパルスのパルスエネルギーを調整することを含んでいる。

概要

本発明の一実施形態は、第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに上記第２の材料よりも上記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザエネルギーを照射し、上記レーザエネルギーを上記第１の材料に入射させることにより上記ワークピースにビアを形成するプロセスを行うためのレーザ加工装置として広く特徴付けることができる。上記レーザ加工装置は、上記ワークピースに照射され上記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、上記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成するように動作可能な後方反射検知システムと、上記後方反射検知システムの出力と通信可能に連結されるコントローラであって、上記ビアが形成される上記プロセスの残りを上記センサ信号に基づいて制御可能であるコントローラとを含むことができる。

本発明の他の実施形態は、第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに上記第２の材料よりも上記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザパルスを照射し、上記レーザパルスを上記第１の材料に入射させることにより上記ワークピースにビアを形成するプロセスを行い、上記ワークピースに照射され上記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、上記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成し、上記センサ信号を処理して上記ビアを形成するために上記プロセスの残りをどのように行うべきかを決定し、上記センサ信号の上記処理に基づいて上記プロセスの上記残りを行う、方法として広く特徴付けることができる。

本発明のさらに他の実施形態は、第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに上記第２の材料よりも上記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザエネルギーを照射し、上記レーザエネルギーを上記第１の材料に入射させることにより上記ワークピースにビアを形成するプロセスを行うことが可能なレーザ加工装置であって、上記ワークピースに照射され上記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、上記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成するように動作可能な後方反射検知システムと、上記後方反射検知システムの出力と通信可能に連結されるコントローラとを備えるレーザ加工装置とともに使用される非一過性コンピュータ読取可能媒体であって、上記コントローラにより実行された際に、上記コントローラに上記プロセスを上記センサ信号に基づいて制御させる命令が格納されている、非一過性コンピュータ読取可能媒体として広く特徴付けることができる。

図１は、本発明の実施形態によるレーザにより加工され得る複合誘電体基板のマトリクス材料内の補強材料の配置例を示すものである。

図２は、図１に関して述べられたような誘電体基板を含むPCBの一部の模式的断面図を示すものである。

図３は、図２に示されるPCBに形成される非貫通孔ビアの模式的断面図を示すものである。

図４は、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を模式的に示すものである。

図５は、本発明一実施形態による図４に示されるレーザ加工装置の後方反射検知システムを模式的に示すものである。

図６は、本発明の実施形態による、図４及び図５に関して述べられる後方反射検知システムにより例示的な後方反射信号の信号強度を時間の関数（すなわち非貫通ビア孔の形成中）として示すグラフである。

詳細な説明

以下、添付図面を参照しつつ実施形態の例を説明する。明示的に述べている場合を除き、図面においては、構成要素、特徴、要素などのサイズや位置などやそれらの間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、また理解しやすいように誇張されている。図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。

明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。特に定義されている場合を除き、本明細書において使用される（技術的用語及び科学的用語を含む）すべての用語は、当業者により一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことを理解すべきである。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。

特に示されている場合を除き、「約」や「その前後」、「実質的に」などは、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特性が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクタを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方位に加えて異なる方位を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方位の双方を含み得るものである。対象物が他の方位を向く場合（例えば90度回転される場合や他の方位にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。

本明細書において使用されるセクション見出しは、特に言及している場合を除いて、整理のためだけのものであり、述べられた主題を限定するものと解釈すべきではない。本開示の精神及び教示を逸脱することなく、多くの異なる形態、実施形態及び組み合わせが考えられ、本開示を本明細書で述べた実施形態の例に限定して解釈すべきではないことは理解できよう。むしろ、これらの例及び実施形態は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。

Ｉ．概要

図４は、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置を模式的に示している。

図４に示される実施形態を参照すると、ワークピース102を加工するためのレーザ加工装置100（本明細書では単に「装置」ともいう）は、レーザエネルギービームを生成するためのレーザ源104と、ビーム変調器106と、スキャナ108と、ステージ110と、スキャンレンズ112とを含むものとして特徴付けることができる。

以下でより詳細に述べるように、ビーム変調器106は、レーザ源104から伝搬するレーザエネルギービームを選択的に可変的に減衰するように動作する。その結果、ビーム経路114に沿ってビーム変調器106から出るレーザエネルギービームは、ビーム経路114に沿ってビーム変調器106に入るレーザエネルギービームの光パワーよりも低い光パワーを有し得る。本明細書で使用される場合には、「ビーム経路」という用語は、レーザエネルギービームがレーザ源104からスキャンレンズ112に伝搬する際にレーザエネルギービーム中のレーザエネルギーが移動する経路を意味する。

スキャナ108は、ビーム経路114をスキャンレンズ112に向けて偏向するように、レーザ源104により生成され、必要に応じてビーム変調器106により偏向されたレーザエネルギービームを回折し、反射し、屈折し、あるいはこれに類することを行い、あるいはこれらを任意に組み合わせて行う（すなわち、レーザエネルギービームを「偏向」する）ように動作する。ビーム経路114をスキャンレンズ112に偏向する際には、スキャナ108は、（116で示されるような）ある角度範囲内の任意の角度（例えば、これはスキャンレンズ112の光軸に対して測定される）でビーム経路114を偏向することができる。

スキャンレンズ112に向けて偏向されたレーザエネルギーは、典型的には、ワークピース102に照射されるようにスキャンレンズ112により集束され、ビーム軸に沿って伝搬するように透過する。ワークピース102に照射されるレーザエネルギーは、ガウス形空間強度プロファイル又は非ガウス形（すなわち「整形」）空間強度プロファイル（例えば、「トップハット形」空間強度プロファイル、スーパーガウス形空間強度プロファイルなど）を有するものとして特徴付けることができる。

本明細書で使用される場合には、「スポットサイズ」という用語は、照射されるレーザエネルギービームによって少なくとも部分的に加工されるワークピース102の一領域とビーム軸とが交差する位置（「プロセススポット」、「スポット位置」又はより単純に「スポット」とも呼ばれる）に照射されるレーザエネルギービームの直径又は最大空間幅を意味する。本明細書での議論においては、スポットサイズは、ビーム軸から、光学強度がビーム軸での光強度の少なくとも1/e²にまで下がるところまでの半径方向距離又は横断距離として測定される。一般的に、レーザエネルギービームのスポットサイズはビームウェストで最小となる。ワークピース102に照射されると、ビーム内のレーザエネルギーは、２μmから200μmの範囲のスポットサイズでワークピース102に当たるものとして特徴付けることができる。しかしながら、スポットサイズは、２μmより小さくでき、あるいは200μmよりも大きくできることは理解できよう。このように、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームは、２μm、３μm、５μm、７μm、10μm、15μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、80μm、100μm、150μm、200μmなどよりも大きいか、小さいか、あるいは等しいスポットサイズ、あるいはこれらの値のいずれかの間のスポットサイズを有することができる。

装置100は、レーザエネルギービームがビーム経路114に沿って伝搬する際に、レーザエネルギービームを集束し、拡大し、コリメートし、整形し、偏光し、フィルタし、分割し、結合し、クロップし、吸収し、あるいは改質し、調整し、方向付け、その他のことを行うための１以上の光学要素（例えば、ビームトラップ、ビームエキスパンダ、ビーム整形器、ビームスプリッタ、アパーチャ、フィルタ、コリメータ、レンズ、ミラー、プリズム、偏光器、位相リターダ、回折光学素子（当該技術分野においては一般的にDOEとして知られている）、屈折光学素子（当該技術分野においては一般的にROEとして知られている）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）も含み得る。

Ａ．レーザ源

一実施形態においては、レーザ源104はレーザパルスを生成することができる。このため、レーザ源104は、パルスレーザ源、CWレーザ源、QCWレーザ源、バーストモードレーザなど、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。レーザ源104がQCWレーザ源又はCWレーザ源を含む場合、レーザ源104は、パルスモードで作動され得るか、非パルスモードで作動され得るが、QCWレーザ源又はCWレーザ源から出力されるレーザ放射のビームを時間的に変調するパルスゲーティングユニット（例えば、音響光学（AO）変調器（AOM）、ビームチョッパなど）をさらに含み得る。図示されていないが、装置100は、レーザ源104により出力される光の波長を変換するように構成される１以上の高調波発生結晶（「波長変換結晶」としても知られている）を必要に応じて含むことができる。しかしながら、他の実施形態においては、レーザ源104は、QCWレーザ源又はCWレーザ源として設けられ、パルスゲーティングユニットを含んでいなくてもよい。このように、レーザ源104は、一連のレーザパルスとして、あるいは、連続レーザビーム又は準連続レーザビームとして発現され得るレーザエネルギービームを生成可能なものとして広く特徴付けることができる。このレーザエネルギービームは、その後、ビーム経路114に沿って伝搬することができる。本明細書において述べられる多くの実施形態はレーザパルスについて述べているが、適切な場合又は必要とされる場合には、これに代えて、あるいはこれに加えて、連続又は準連続ビームを用いることができることを理解すべきである。

レーザ源104から出力されるレーザエネルギーは、電磁スペクトルの紫外（UV）、可視又は赤外（IR）域における１以上の波長を有し得る。電磁スペクトルのUV域のレーザエネルギーは、100nm、121nm、124nm、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、10nm（又はその前後）から385nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。電磁スペクトルの可視緑色光域のレーザエネルギーは、511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、500nm（又はその前後）から560nm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。電磁スペクトルのIR域のレーザエネルギーは、600nmから1000nm、752.5nm、780nmから1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nmから1350nm、1540nm、2.6μmから４μm、4.8μmから8.3μm、9.4μm、10.6μmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の波長のような、750nm（又はその前後）から15μm（又はその前後）の範囲にある１以上の波長を有していてもよい。

レーザエネルギービームが一連のレーザパルスとして表される場合には、レーザ源104により出力されるレーザパルスは、10fsから900msの範囲のパルス幅又はパルス持続時間（すなわち、時間に対するパルス中の光パワーの半値全幅（FWHM）に基づく）を有し得る。しかしながら、パルス持続時間を10fsよりも短くしてもよく、あるいは900msよりも長くしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104により出力される少なくとも１つのレーザパルスは、10fs、15fs、30fs、50fs、100fs、150fs、200fs、300fs、500fs、600fs、750fs、800fs、850fs、900fs、950fs、１ps、２ps、３ps、４ps、５ps、７ps、10ps、15ps、25ps、50ps、75ps、100ps、200ps、500ps、１ns、1.5ns、２ns、５ns、10ns、20ns、50ns、100ns、200ns、400ns、800ns、1000ns、２μs、５μs、10μs、15μs、20μs、25μs、30μs、40μs、50μs、100μs、300μs、500μs、900μs、１ms、２ms、５ms、10ms、20ms、50ms、100ms、300ms、500ms、900ms、１sなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも短いパルス持続時間、これらよりも長いパルス持続時間、あるいはこれらと等しいパルス持続時間を有することができる。

レーザ源104により出力されるレーザパルスは、５mWから50kWの範囲にある平均パワーを有することができる。しかしながら、平均パワーを５mWよりも小さくしてもよく、あるいは50kWよりも大きくしてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104により出力されるレーザパルスは、５mW、10mW、15mW、20mW、25mW、50mW、75mW、100mW、300mW、500mW、800mW、１W、２W、３W、４W、５W、６W、７W、10W、15W、18W、25W、30W、50W、60W、100W、150W、200W、250W、500W、２kW、３kW、20kW、50kWなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも小さい平均パワー、これらよりも大きい平均パワー、あるいはこれらと等しい平均パワーを有することができる。

レーザ源104によりレーザパルスを５kHzから５GHzの範囲にあるパルス繰り返し率で出力することができる。しかしながら、パルス繰り返し率は、５kHzより低くてもよく、あるいは５GHzよりも高くてもよいことは理解できよう。このように、レーザ源104によりレーザパルスを、５kHz、50kHz、100kHz、175kHz、225kHz、250kHz、275kHz、500kHz、800kHz、900kHz、１MHz、1.5MHz、1.8MHz、1.9MHz、２MHz、2.5MHz、３MHz、４MHz、５MHz、10MHz、20MHz、50MHz、60MHz、100MHz、150MHz、200MHz、250MHz、300MHz、350MHz、500MHz、550MHz、600MHz、900MHz、２GHz、10GHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも低いパルス繰り返し率、これらよりも高いパルス繰り返し率、これらと等しいパルス繰り返し率で出力することができる。

波長、平均パワー、レーザエネルギービームが一連のレーザパルスとして表される場合にはパルス持続時間及びパルス繰り返し率に加えて、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームは、パルスエネルギー、ピークパワーなどのような１以上の他の特性により特徴付けることができる。このレーザパルスは、（例えば、１以上の特徴部を形成するように）ワークピース102を加工するのに十分な（W/cm²で測定される）光強度、（J/cm²で測定される）フルエンスなどでプロセススポットにおいてワークピース102を照射するために（例えば、必要に応じて、波長、パルス持続時間、平均パワー及びパルス繰り返し率、スポットサイズなどの１以上の他の特性に基づいて）選択することができる。

レーザ源104を特徴付け得るレーザの種類の例としては、ガスレーザ（例えば、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、エキシマレーザなど）、固体レーザ（例えば、Nd:YAGレーザなど）、ロッドレーザ、ファイバレーザ、フォトニック結晶ロッド／ファイバレーザ、パッシブモードロック固体バルク又はファイバレーザ、色素レーザ、モードロックダイオードレーザ、パルスレーザ（例えば、msパルスレーザ、nsパルスレーザ、psパルスレーザ、fsパルスレーザ）、CWレーザ、QCWレーザなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものが挙げられる。構成によっては、１以上のモード（例えば、CWモード、QCWモード、パルスモード、又はこれらを任意に組み合わせたもの）で動作するようにガスレーザ（例えば二酸化炭素レーザなど）を構成してもよい。

Ｂ．ビーム変調器

上述したように、ビーム変調器106は、レーザ源104から伝搬するレーザエネルギービームを選択的に可変的に減衰するように動作する。ビーム変調器106は、可変ニュートラルフィルタ、音響光学（AO）変調器（AOM）、AO偏向器（AOD）、液晶可変減衰器（LCVA）、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）を利用したVOA、光減衰器ホイール、偏波／波長板フィルタなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの１以上のシステムを含み得る。

ｉ．ビーム変調器としてのAODに関する実施形態

ビーム変調器106が１以上のAOM又はAOD、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして設けられる場合には、ビーム変調器106は、スキャナ108に対してビーム経路114を偏向するように、レーザ源104により生成されたレーザエネルギービームを回折するようにも動作することができる。また、一実施形態においては、ビーム変調器106は、（例えば、118で示されるような、ある角度範囲内でビーム経路114を偏向することによって）Ｘ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はY方向）、又はこれらを組み合わせたものに沿ってビーム軸をワークピース102に対して移動させるように動作することができる。図示されていないが、Ｙ軸（又はＹ方向）は、図示されたＸ軸（又はＸ方向）及びＺ軸（又はＺ方向）に直交する軸（又は方向）を意味するものと理解できよう。

一実施形態においては、ビーム変調器106は、AO偏向器（AOD）システムとして提供され得る。このAODシステムは、AO偏向器（AOD）システムは、結晶ゲルマニウム（Ge）、ガリウムヒ素（GaAs）、黄鉛鉱（PbMoO₄）、二酸化テルル（TeO₂）、水晶、ガラス状SiO₂、三硫化ヒ素（As₂S₃）、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの材料から形成されるAOセルをそれぞれ有する１以上のAODを含んでいる。AOセルを形成する材料は、AOセルに入射するようにビーム経路114に沿って伝搬するレーザエネルギーの波長に依存することは理解できるであろう。例えば、偏向されるレーザエネルギーの波長が２μm（又はその前後）から20μm（又はその前後）の範囲にある場合には、結晶ゲルマニウムのような材料を用いることができ、偏向されるレーザエネルギーの波長が１μm（又はその前後）から11μm（又はその前後）の範囲にある場合には、ガリウムヒ素や三硫化ヒ素のような材料を用いることができ、偏向されるレーザエネルギーの波長が200nm（又はその前後）から５μm（又はその前後）の範囲にある場合には、ガラス状SiO₂、石英、ニオブ酸リチウム、黄鉛鉱、及び二酸化テルルのような材料を用いることができる。

当業者によって理解されるように、AO技術（例えば、AOD、AOMなど）は、（AODの「回折軸」に沿って）AOセルを伝搬する１以上の音波により生じる回折作用を利用して、（AOD内の「光軸」に沿って）AOセルを同時に伝搬する入射光波（すなわち、本出願の文脈においてはレーザエネルギービーム）を回折している。入射レーザエネルギービームを回折することにより、典型的にはゼロ次及び１次回折ピークを含み、さらに高次（例えば、２次、３次など）の他の回折ピークも含み得る回折模様が生じる。当該技術分野において知られているように、ゼロ次回折折ピークにおいて回折されたレーザエネルギービームの部分は「ゼロ次」ビームと呼ばれ、１次回折ピークにおいて回折されたレーザエネルギービームの部分は「１次」ビームと呼ばれるなどする。概して、ゼロ次ビーム及びその他の次数のビーム（例えば１次ビームなど）は、（例えば、AOセルの光出力側を通って）AOセルから出ていくときに異なるビーム経路に沿って伝搬する。例えば、ゼロ次ビームは、ゼロ次ビーム経路に沿って伝搬し、１次ビームは、第１次ビーム経路に沿って伝搬するといったようである。本明細書においては特に明確にそうでないと述べている場合を除いて、AOセルから出るビーム経路114は１次ビーム経路に対応する。図示はされていないが、装置100は、当該技術分野において知られているような、ビーム変調器106からゼロ次ビーム経路又は１次ビーム経路以外の任意のビーム経路に沿って伝搬するレーザエネルギーを吸収するように配置及び構成される１以上のビームダンプ又はトラップを含んでいる。

音波は、典型的には、（例えば、ビーム変調器106の１以上のドライバからの）RF駆動信号を超音波変換素子に印加することによりAOセルに入力される。（例えば、コントローラ122、構成要素固有のコントローラなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにより出力される１以上の制御信号に基づいて）RF駆動信号の特性（例えば、振幅、周波数、位相など）を制御して、入射光波が回折される方法を調整することができる。

例えば、与えられたRF駆動信号の周波数が、ビーム経路114が偏向される角度を決定する。当該技術分野において知られているように、ビーム経路114が偏向される角度Θは、以下のように計算することができる。

ここで、λはレーザエネルギービームの光波長、ｆは印加RF駆動信号の周波数、ｖはAOセル内の音波の速度である。印加RF駆動信号の周波数が複数の周波数から構成される場合には、ビーム経路114は同時に複数の角度で偏向される。

さらに、印加RF駆動信号の振幅は、AODの回折効率に影響を与え得る。本明細書で使用される場合には、「回折効率」という用語は、AODに入射するレーザエネルギービームにおいてAODのAOセル内で１次ビームに回折されるエネルギーの割合を意味する。このため、回折効率は、AODに入射する入射レーザエネルギービームの光パワーに対するAODにより生成された１次ビームの光パワーの比として表され得る。このため、印加RF駆動信号の振幅は、AODにより出力される１次ビーム中の光パワーに大きな影響を与え得る。このように、ビーム変調器106は所望の振幅又は好適な振幅を有する印加RF信号により駆動された際に、入射レーザエネルギービームを望ましい形で減衰するように動作することができる。また、AODの回折効率は、AODを駆動するために印加されるRF駆動信号の周波数の関数としても変化し得ることも留意すべきである。

AOセルから出るビーム経路114が（例えば、AOセルに入射したときのビーム経路114に対して）回転される中心軸（本明細書では「回転軸」ともいう）は、AOセルの回折軸と入射レーザエネルギービームを回折するようにAODを動作又は駆動したときにAOセル内で入射レーザエネルギービームが伝搬する方向に沿った光軸との両方に直交する。このように、AODは、AOセルの回折軸とAOセル内の光軸とを含む（あるいは、そうでなければこれに略平行な）平面（本明細書では「偏向平面」ともいう）内で入射ビーム経路114を偏向する。本明細書では、AODが偏向平面内でビーム経路114を偏向できる空間的範囲は、そのAODの「スキャン領域」と呼ばれる。したがって、ビーム変調器106の第１のスキャン領域は、（例えば、ビーム変調器106が単一のAODを含む場合には）単一のAODのスキャン領域に対応すると考えることができ、（例えば、ビーム変調器106が複数のAODを含む場合には）複数のAODの結合スキャン領域に対応すると考えることができる。

ビーム変調器106の動作中は、RF駆動信号を繰り返しビーム変調器106の１以上の超音波変換器に与える。RF駆動信号が与えられる速度は「更新速度」又は「リフレッシュ速度」とも呼ばれる。例えば、ビーム変調器106の更新速度は、８kHz、10kHz、20kHz、30kHz、40kHz、50kHz、75kHz、80kHz、100kHz、250kHz、500kHz、750kHz、１MHz、５MHz、10MHz、20MHz、40MHz、50MHz、75MHz、100MHz、125MHz、150MHz、175MHz、200MHz、225MHz、250MHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも大きくてもよく、あるいはこれ以下であってもよい。

ii．ビーム軸を移動させるためにビーム変調器を利用することに関する追加の説明

一実施形態においては、ビーム変調器106は、（単独で又はスキャナ108と協働して）ワークピース102に対してビーム軸を移動させるように動作することができる。ビーム変調器106によるビーム軸の移動は、スキャンレンズ112により投影される第１のスキャン領域内でプロセススポットをスキャン、移動又は位置決めできるように概して限定されている。一般的に、ビーム変調器106の構成、ビーム経路114に沿ったビーム変調器106の位置、ビーム変調器106に入射するレーザエネルギービームのビームサイズ、スポットサイズなどの１以上のファクタに応じて、第１のスキャン領域は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかにおいて、0.01mm、0.04mm、0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、２mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.2mm、５mm、10mm、25mm、50mm、60mmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値より短い距離、又はこれより長い距離、又はこれと等しい距離まで延びていてもよい。本明細書で使用される場合には、「ビームサイズ」という用語は、レーザエネルギービームの直径又は幅を意味し、ビーム軸から、光強度がビーム経路114に沿った伝搬軸での光強度の1/e²にまで下がるところまでの半径方向距離又は横断距離として測定され得る。（例えば、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面（本明細書では「ＸＹ平面」という）における）第１のスキャン領域の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャ（例えば、開口、凹部、ビア、トレンチなど）の最大寸法（ＸＹ平面で測定される）よりも大きくてもよく、あるいはこれと等しくてもよく、あるいはこれよりも小さくてもよい。

一実施形態においては、AODシステムは、少なくとも１つの（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つなどの）単一素子AOD、少なくとも１つの（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つなどの）多素子AODなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含んでいる。本明細書においては、AODを１つだけ含むAODシステムは「シングルセルAODシステム」と呼ばれ、１つよりも多くのAODを含むAODシステムは「マルチセルAODシステム」と呼ばれる。本明細書で使用される場合には、「単一素子」AODは、AOセルに音響的に連結された超音波変換素子を１つだけ備えたAODを意味し、「多素子」AODは、共通のAOセルに音響的に連結された超音波変換素子を２つ以上含んでいる。AODシステムは、ビーム経路114を対応する方法で偏向することにより（例えば、ビーム軸を単一の軸に沿って偏向可能な）単一軸AODシステムとして、あるいは（例えば、ビーム軸を１以上の軸に沿って、例えばＸ軸に沿って、あるいはＹ軸に沿って、あるいはこれらを任意に組み合わせた軸に沿って偏向可能な）多軸AODシステムとして提供され得る。一般的に、多軸AODシステムは、シングルセルAODシステム又はマルチセルAODシステムとして提供され得る。マルチセル多軸AODシステムは、典型的には、それぞれ異なる軸に沿ってビーム軸を偏向可能な複数のAODを含んでいる。例えば、マルチセル多軸システムは、１つの軸に沿って（例えばＸ軸に沿って）ビーム軸を偏向可能な第１のAOD（例えば、単一素子又は多素子AODシステム）と、第２の軸（例えばＹ軸に沿って）ビーム軸を偏向可能な第２のAOD（例えば、単一素子又は多素子AOD）とを含み得る。シングルセル多軸軸システムは、典型的には、２つの軸に沿って（例えばＸ軸及びＹ軸に沿って）ビーム軸を偏向可能な単一のAODを含んでいる。例えば、シングルセル多軸システムは、共通のAOセルの直交配置された平面、小面、側面などに音響的に連結された２つ以上の超音波変換素子を含み得る。

ビーム変調器106は、ビーム変調器106がプロセススポットを第１のスキャン領域内の任意の位置に位置決め（し、これによりビーム軸を移動）する速度を意味する「第１の位置決め速度」を有するものとして特徴付けることができる。本明細書において、この範囲は、第１の位置決め帯域幅とも呼ばれる。本明細書において、第１の位置決め速度の逆数は「第１の位置決め期間」と呼ばれ、プロセススポットの位置が第１のスキャン領域内のある場所から第１のスキャン領域内の別の場所まで変化するまでにかかる最短時間を意味する。このため、ビーム変調器106は、200μs、125μs、100μs、50μs、33μs、25μs、20μs、15μs、13.3μs、12.5μs、10μs、４μs、２μs、1.3μs、１μs、0.2μs、0.1μs、0.05μs、0.025μs、0.02μs、0.013μs、0.01μs、0.008μs、0.0067μs、0.0057μs、0.0044μs、0.004μsなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも長い、あるいはこれ以下の第１の位置決め期間を有するものとして特徴付けることができる。

レーザ源104により出力されるレーザエネルギービームが一連のレーザパルスとして表される場合には、異なる角度でビーム経路114を変更するようにビーム変調器106を動作させることができる。一実施形態においては、更新速度は、レーザパルスのそれぞれのパルス持続時間以上である。したがって、AODが固定RF駆動周波数（又は１組の固定RF駆動周波数）で駆動されているときに、レーザパルスがAODのAOセルを透過する。レーザパルスがAODのAOセルを透過しているときに、AODに与える固定RF駆動周波数（又は１組の固定RF駆動周波数）を維持することにより、一般的に、レーザパルスの全パルス持続時間にわたってレーザパルスを均一に偏向することができ、このために「全パルス偏向」とも呼ばれることがある。しかしながら、他の実施形態においては、更新速度は、レーザパルスのパルス持続時間よりも短い場合があり、このため、RF駆動周波数（又は１組のRF駆動周波数内の周波数）を変化させているときに、レーザパルスがAODのAOセルを透過することができる。レーザパルスがAODのAOセルを透過するときにAODに与えるRF駆動周波数を変化させることにより、AODに入力されるレーザパルスを時間的に分割することができ、このために「部分パルス偏向」又は「パルススライシング」とも呼ばれることがある。（AODに入射するレーザエネルギーの実質的がゼロ次ビーム経路に沿って伝搬するように）AODの回折効率をゼロ又かなりの程度に低減するために、印加RF駆動信号の振幅を（例えば、エネルギーのわずかな割合が１次ビーム経路に回折される、ゼロ又はわずかな振幅に）変化させることにより、AODに入力されるレーザパルスを時間的に分割することができる（すなわち、パルススライシング）。

パルススライシングが行われるとき、AODを出るレーザパルスは、AODに入力されたレーザパルスのパルス持続時間よりも短いパルス持続時間を有する。本明細書で使用される場合には、AODに入力されるレーザパルスは、「マザーパルス」とも呼ばれ、マザーパルスから時間的に分割され、ビーム経路114に沿ってAODを出るレーザパルスは、本明細書では「パルススライス」とも呼ばれる。本明細書では、レーザパルスを時間的に分割するためにパルススライシングの手法が適用されているが、連続又は準連続レーザビームとして表されるレーザエネルギービームを時間的に分割するためにこれらの手法が同様に適用され得ることは理解できるであろう。

Ｃ．スキャナ

概して、スキャナ108は、Ｘ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はＹ方向）、又はこれらを組み合わせたものに沿ってビーム軸をワークピース102に対して移動させるように動作することができる。

スキャナ108により行われるワークピース102に対するビーム軸の移動は、スキャンレンズ112により投影される第２のスキャン領域内でプロセススポットをスキャン、移動、あるいは位置決めできるように概して限定されている。一般的に、スキャナ108の構成、ビーム経路114に沿ったスキャナ108の位置、スキャナ108に入射するレーザエネルギービームのビームサイズ、スポットサイズなどの１以上のファクタに応じて、第２のスキャン領域は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかにおいて、第１のスキャン領域の対応する距離よりも長い距離まで延びていてもよい。上記の観点から、第２のスキャン領域は、Ｘ方向又はＹ方向のいずれかにおいて、１mm、25mm、50mm、75mm、100mm、250mm、500mm、750mm、１cm、25cm、50cm、75cm、１m、1.25m、1.5mなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値より短い距離、又はこれより長い距離、又はこれと等しい距離まで延びていてもよい。（例えば、ＸＹ平面における）第２のスキャン領域の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャ（例えば、開口、凹部、ビア、トレンチ、スクライブライン、導電トレースなど）の（ＸＹ平面において測定される）最大寸法よりも大きくてもよく、これと等しくてもよく、あるいはこれよりも小さくてもよい。

本明細書で述べられる構成の観点においては、ビーム変調器106により行われるビーム軸の移動をスキャナ108により行われるビーム軸の移動に重ね合わせることができる。このため、スキャナ108は、第２のスキャン領域内で第１のスキャン領域をスキャンすることができる。

一般的に、スキャナ108が第２のスキャン領域内の任意の位置にプロセススポットを位置決め（これにより第２のスキャン領域内でビーム軸を移動、さらに／あるいは第２のスキャン領域内で第１のスキャン領域をスキャン）できる位置決め速度は、第１の位置決め帯域幅よりも小さい範囲（本明細書では「第２の位置決め帯域幅」ともいう）に及ぶものである。一実施形態においては、第２の位置決め帯域幅は、500Hz（又はその前後）から８kHz（又はその前後）の範囲にある。例えば、第２の位置決め帯域幅は、500Hz、750Hz、1kHz、1.25kHz、1.5kHz、1.75kHz、２kHz、2.5kHz、３kHz、3.5kHz、４kHz、4.5kHz、５kHz、5.5kHz、６kHz、6.5kHz、７kHz、7.5kHz、８kHzなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値よりも高くてもよく、あるいはこれと等しくてもよく、あるいはこれより低くてもよい。

一実施形態においては、スキャナ108は、２つのガルバノメータミラーコンポーネント、すなわち、ワークピース102に対してビーム軸をＸ軸に沿って移動させるように構成される第１のガルバノメータミラーコンポーネント（例えばＸ軸ガルバノメータミラーコンポーネント）と、ワークピース102に対してビーム軸をＹ軸に沿って移動させるように構成される第２のガルバノメータミラーコンポーネント（例えばＹ軸ガルバノメータミラーコンポーネント）とを含むガルバノメータミラーシステムとして提供され得る。しかしながら、他の実施形態においては、スキャナ108は、ワークピース102に対してビーム軸をＸ軸及びＹ軸に沿って移動させるように構成される単一のガルバノメータミラーコンポーネントのみを含むガルバノメータミラーシステムとして提供されてもよい。さらに他の実施形態においては、スキャナ108は、回転多面鏡システム、AODシステムなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供されてもよい。

Ｄ．ステージ

ステージ110は、スキャンレンズ112に対してワークピース102を移動させ、その結果、ビーム軸に対してワークピース102を移動させることができる。ビーム軸に対するワークピース102の移動は、第３のスキャン領域内でプロセススポットをスキャン、移動、あるいは位置決めできるように概して限定されている。ステージ110の構成のような１以上のファクタに応じて、第３のスキャン領域は、Ｘ方向、Ｙ方向、あるいはこれらを任意に組み合わせた方向において、第２のスキャン領域の対応する距離よりも長い距離又はこれと等しい距離まで延びていてもよい。しかしながら、一般的に、（例えば、ＸＹ平面における）第３のスキャン領域の最大寸法は、ワークピース102に形成されるフィーチャの（ＸＹ平面において測定される）対応する最大寸法よりも大きいか、これと等しい。必要に応じて、ステージ110は、（例えば、１mmから50mmの範囲にわたって）Ｚ方向に延びるスキャン領域内でビーム軸に対してワークピース102を移動可能であってもよい。このように、第３のスキャン領域は、Ｘ方向、Ｙ方向、及び／又はＺ方向に沿って延びていてもよい。

これまで述べたように、装置100は、ステージ110として、いわゆる「スタック型」位置決めシステムを使用し得る。この「スタック型」位置決めシステムは、ビーム変調器106、スキャナ108、スキャンレンズ112などのワークピース以外の構成要素の位置をワークピース102に対して（例えば、当該技術分野において知られているような１以上の支持部、フレームなどを介して）装置100内で静止させつつ、ワークピース102を移動可能とするものである。他の実施形態においては、ステージ110は、ビーム変調器106、スキャナ108、スキャンレンズ112など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の構成要素を移動するように配置し、動作させてもよく、ワークピース102を静止させておいてもよい。

さらに他の実施形態においては、ステージ110は、ビーム変調器106、スキャナ108、スキャンレンズ112など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の構成要素が（例えば、フレームやガントリなどに搭載された）１以上の直動又は回転ステージにより搬送され、ワークピース102が１以上の他の直動又は回転ステージにより搬送される、いわゆる「分割軸」位置決めシステムとして提供され得る。そのような実施形態においては、ステージ110は、（例えば、スキャナ108及びスキャンレンズ112を含む）スキャンヘッドのような１以上の構成要素を移動するように配置され、動作可能な１以上の直動又は回転ステージと、ワークピース102を移動するように配置され、動作可能な１以上の直動又は回転ステージとを含んでいる。例えば、ステージ110は、Ｙ方向に沿ってワークピース102を移動させるＹステージと、Ｘ方向に沿ってスキャンヘッドを移動させるＸステージとを含んでいてもよい。

ステージ110がＺステージを含む一実施形態においては、Ｚステージは、ワークピース102をＺ方向に沿って移動させるように配置及び構成され得る。この場合において、Ｚステージは、ワークピース102を移動又は位置決めするための上述した他のステージのうち１つ以上により搬送されてもよく、あるいは、ワークピース102を移動又は位置決めするための上述した他のステージのうち１つ以上を搬送してもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせてもよい。ステージ110がＺステージを含む他の実施形態においては、Ｚステージは、スキャンヘッドをＺ方向に沿って移動させるように配置及び構成され得る。このように、ステージ110が分割軸位置決めシステムとして提供される場合には、ＺステージはＸステージを搬送してもよいし、あるいはＸステージにより搬送されてもよい。ワークピース102又はスキャンヘッドをＺ方向に沿って移動させることにより、ワークピース102でのスポットサイズを変化させることができる。

さらに他の実施形態においては、スキャナ108、スキャンレンズ112などの１以上の構成要素は、多軸関節ロボットアーム（例えば、２軸、３軸、４軸、５軸、又は６軸アーム）により搬送され得る。そのような実施形態においては、スキャナ108及び／又はスキャンレンズ112は、必要に応じて、ロボットアームのエンドエフェクタにより搬送され得る。さらに他の実施形態においては、ワークピース102は、多軸関節ロボットアームのエンドエフェクタ上で直接（すなわちステージ110なしで）搬送され得る。さらに他の実施形態においては、ステージ110は、多軸関節ロボットアームのエンドエフェクタ上で搬送され得る。

Ｅ．スキャンレンズ

概して、（例えば、単純なレンズ又は複合レンズのいずれかとして提供される）スキャンレンズ112は、典型的には、所望のプロセススポット又はその近傍に位置し得るビームウェストを生成するようにビーム経路に沿って方向付けられたレーザエネルギービームの焦点を合わせるように構成されている。スキャンレンズ112は、ｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズ（その場合には、一連のビームウェストが生成され、ビーム軸に沿って互いにずれた複数のプロセススポットが生じる）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。スキャンレンズ112は、（図示されるような）非テレセントリックレンズｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズ（その場合には、一連のビームウェストが生成され、ビーム軸に沿って互いにずれた複数のプロセススポットが生じる）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。

一実施形態においては、スキャンレンズ112は、固定焦点距離レンズとして提供され、（例えば、ビームウェストの位置をビーム軸に沿って変化させるように）スキャンレンズ112を移動可能なスキャンレンズポジショナ（例えば、図示しないレンズアクチュエータ）に連結される。例えば、レンズアクチュエータは、Ｚ方向に沿ってスキャンレンズ112を直線的に並進可能なボイスコイルとして提供され得る。この場合において、スキャンレンズ112は、溶融シリカ、光学ガラス、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、フッ化マグネシウムなどの材料から形成されていてもよい。他の実施形態においては、スキャンレンズ112は、ビーム軸に沿ってビームウェストの位置を変化させるために（例えばレンズアクチュエータを介して）作動され得る可変焦点距離レンズ（例えば、ズームレンズ、又はCOGNEX社、VARIOPTIC社などにより現在提供されている技術を組み込んだ、いわゆる「液体レンズ」など）として提供される。ビーム軸に沿ってビームウェストの位置を変化させることにより、ワークピース102でのスポットサイズを変化させることができる。

装置100がレンズアクチュエータを含む実施形態においては、レンズアクチュエータは、（例えば、スキャンヘッド内でスキャナ108に対してスキャンレンズ112を移動可能とするように）スキャンレンズ112に連結されていてもよい。あるいは、レンズアクチュエータは、（例えば、スキャンレンズ112及びスキャナ108が一緒に移動する場合には、スキャンヘッド自体を移動可能とするように）スキャンヘッドに連結されていてもよい。他の実施形態においては、スキャンレンズ112及びスキャナ108は、（例えば、スキャンレンズ112が一体化されるハウジングがスキャナ108が一体化されるハウジングに対して移動可能となるように）異なるハウジングに一体化される。

Ｆ．コントローラ

一般的に、装置100は、装置100の制御及び動作を制御又は促進するためのコントローラ122のような１以上のコントローラを含んでいる。一実施形態においては、コントローラ122は、レーザ源104、ビーム変調器106、スキャナ108、ステージ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点距離レンズとして提供される場合には）スキャンレンズ112、固定具などの装置100の１以上の構成要素と（例えば、USB、RS-232、Ethernet、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、Bluetooth、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCATなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上の有線又は無線のシリアル又はパラレル通信リンクを介して）通信可能に連結されており、これにより、これらの構成要素が、コントローラ122により出力された１以上の制御信号に応答して動作するようになっている。

例えば、コントローラ122は、ビーム変調器106に入射するレーザエネルギービームを選択的に可変的に減衰する、あるいは（例えば、経路又は軌跡（本明細書においては「プロセス軌跡」とも呼ばれる）に沿ってプロセススポットとワークピース102との間で相対運動を生じさせるようにビーム軸とワークピースとの間に相対移動を生じさせるために）ビーム経路114を偏向する、あるいはこれらを組み合わせるようにビーム変調器106の動作を制御することができる。同様に、コントローラ122は、プロセス軌跡に沿ってプロセススポットとワークピース102との間で相対移動を生じさせるようにビーム軸とワークピースとの間に相対移動を生じさせるために、スキャナ108、ステージ110など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものの動作を制御することができる。

一般的に、コントローラ122は、命令を実行する際に上述した制御信号を生成するように動作可能な１以上のプロセッサを含んでいる。プロセッサは、命令を実行するように動作可能なプログラマブルプロセッサ（例えば、１以上の汎用コンピュータプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものを含む）として提供され得る。プロセッサにより実行可能な命令は、ソフトウェア、ファームウェアなど、あるいは、プログラマブルロジックデバイス（PLD）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、フィールドプログラマブルオブジェクトアレイ（FPOA）、特定用途向け集積回路（ASIC）を含む（デジタル回路、アナログ回路、アナログ／デジタル混合回路を含む）好適な形態の回路など、あるいはこれらを任意に組み合わせて実現され得る。命令の実行は、１つのプロセッサ上で行ってもよく、複数のプロセッサに分散させてもよく、１つのデバイス内又はデバイスのネットワークにわたる複数のプロセッサにわたって並行に行っても、あるいはこれに類する方法でも、あるいはこれらを任意に組み合わせて行ってもよい。

一実施形態においては、コントローラ122は、（例えば、１以上の有線又は無線通信リンクを介して）プロセッサによりアクセス可能なコンピュータメモリのような有形媒体を含んでいる。本明細書で使用される場合には、「コンピュータメモリ」は、磁気媒体（例えば、磁気テープ、ハードディスクドライブなど）、光学ディスク、揮発性又は不揮発性半導体メモリ（例えば、RAM、ROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリ、SONOSメモリなど）などを含んでおり、ローカルアクセス可能なもの、又は（例えばネットワークを通じて）遠隔アクセス可能なもの、又はこれらを組み合わせたものであってもよい。一般的に、命令は、コンピュータソフトウェア（例えば、実行コード、ファイル、命令など、ライブラリファイルなど）として格納され得る。そのようなコンピュータソフトウェアは、例えば、C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby、アセンブリ言語、ハードウェア記述言語（例えば、VHDL、VERILOGなど）などによって書かれ、当業者によって本明細書で述べられた説明から簡単に作成することができる。コンピュータソフトウェアは、通常、コンピュータメモリにより伝達される１以上のデータ構造に格納される。

図示はされていないが、１以上のドライバ（例えば、RFドライバ、サーボドライバ、ラインドライバ、電源など）が、レーザ源104、ビーム変調器106、スキャナ108、ステージ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点距離レンズとして提供される場合には）スキャンレンズ112などのような１以上の構成要素を制御するためにそのような構成要素の入力と通信可能に連結され得る。したがって、レーザ源104、ビーム変調器106、スキャナ108、ステージ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点距離レンズとして提供される場合には）スキャンレンズ112などのような１以上の構成要素も、当該技術分野において知られているような任意の好適なドライバを含んでいると考えることができる。それぞれのドライバは、典型的には、コントローラ122が通信可能に連結される入力を含んでおり、コントローラ122は１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能となっている。この制御信号は、装置100の１以上の構成要素に関連付けられた１以上のドライバの入力に送信され得る。このように、レーザ源104、ビーム変調器106、スキャナ108、ステージ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点距離レンズとして提供される場合には）スキャンレンズ112などの構成要素は、コントローラ122により生成された制御信号に応答するようになっている。

図示はされていないが、１以上の付加的なコントローラ（例えば、構成要素固有のコントローラ）が、必要に応じて、レーザ源104、ビーム変調器106、スキャナ108、ステージ110、レンズアクチュエータ、（可変焦点距離レンズとして提供される場合には）スキャンレンズ112などの構成要素と通信可能に連結された（そして当該構成要素に関連付けられた）ドライバの入力と通信可能に連結され得る。この実施形態において、それぞれの構成要素固有のコントローラは、コントローラ122と通信可能に連結され、コントローラ122から受信した１以上の制御信号に応答して１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能であってもよい。この１以上の制御信号は、その後、これと通信可能に連結されたドライバの入力に送信され得る。この実施形態において、構成要素固有のコントローラは、コントローラ122に関して述べたのと同様に動作可能となっていてもよい。

１以上の構成要素固有のコントローラが設けられる他の実施形態においては、ある構成要素（例えばレーザ源104）に関連付けられた構成要素固有のコントローラは、ある構成要素（例えばビーム変調器106など）に関連付けられた構成要素固有のコントローラと通信可能に連結され得る。この実施形態においては、構成要素固有のコントローラのうち１つ以上が、１以上の他の構成要素固有のコントローラから受信した１以上の制御信号に応答して、１以上の制御信号（例えばトリガ信号など）を生成可能である。

Ｇ．後方反射検知システム

上述したように、同一の穿孔パラメータを使用して誘電体基板24内の異なる位置に非貫通ビア孔を形成する場合には、（例えば、誘電体基板24の本来的な組成の非均一性、上部導電体20の表面反射率／厚さの変動などにより）最終的に生成される非貫通ビア孔の間の形態に何らかの変動が生じやすい。望ましくない形態上の変動の可能性を低減するために、装置100は、後方反射検知システム124を備えている。非貫通ビア孔を形成するために使用されるプロセスの１以上のパラメータ（例えば、パルス幅、平均パワー、ピークパワー、パルスエネルギー、レーザパルス数など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を後方反射信号の１以上の特性に基づいて設定した適合加工法を行うために、後方反射検知システム124の出力を（単独で又はコントローラ122と協働して）使用することができる。

一般に、後方反射信号は、（例えば、非貫通ビア孔を形成するプロセス中に）ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームの一部がワークピース102で反射したものである。加工されるワークピース102の材料及びレーザ加工中にワークピース102に照射されるレーザエネルギービームの波長によっては、ワークピース102が、スキャンレンズ112から照射されるレーザエネルギービームの少なくとも一部を反射する場合があることが考えられる。例えば、レーザエネルギービームは約9.4μmの波長を有することがあり、ワークピース102が、図１及び図２に関して上記で述べたようなPCBとして提供されることがある。この場合には、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームの有効な割合が上部導電体20で反射してスキャンレンズ112に戻ることがある。底部導電体22で終端する非貫通ビア孔30を形成するようにワークピース102（すなわち、上述したPCB）を加工する場合には、底部導電体22に照射されるレーザエネルギービームの一部も底部導電体22で反射し得る。誘電体基板24の１以上の構成要素（例えば、樹脂材料26、補強材料28、又はこれらの組み合わせ）もレーザエネルギービームの一部を反射し得るが、典型的にはその反射量は上部導電体20又は底部導電体22で反射し得る量よりもずっと少ないことに留意すべきである。

図４においては、後方反射検知システム124は、（ビーム変調器106の光出力及びスキャナ108の光入力に光学的に結合されるように）ビーム変調器106とスキャナ108との間の位置のビーム経路114上に配置されているように示されている。したがって、後方反射検知システム124は、ビーム変調器106とスキャナ108との間のビーム経路114に沿った位置から後方反射信号の少なくとも一部を捕捉するように動作することができる。しかしながら、後方反射検知システム124は、ビーム経路114に沿った他の任意の好適な又は所望の１以上の位置（例えば、レーザ源104とビーム変調器106との間、スキャナ108とスキャンレンズ112との間、スキャンレンズ112とワークピース102との間など、あるいはこれらを任意に組み合わせた位置）から後方反射信号の少なくとも一部を捕捉するように設けられていてもよいことは理解できよう。

また、後方反射検知システム124は、捕捉した後方反射信号を電子信号（本明細書では「センサ信号」ともいう）に変換するように動作することができる。その後、非貫通ビア孔を形成するためにワークピース102をさらに加工する必要があるか否かを決定するためにセンサ信号を（例えば、後方反射検知システム124又はコントローラ122で）処理することができる。必要に応じて、非貫通ビア孔を形成するためにどのようにしてワークピース102をさらに加工する必要があるかを決定するためにセンサ信号が（例えば、後方反射検知システム124又はコントローラ122で）処理される。後方反射検知システム124の構成及び動作に関する実施形態の例とセンサ信号の処理について以下でより詳細に述べる。

III．後方反射検知システムに関する実施形態例

図５を参照すると、後方反射検知システム124は、例えば、偏光ビームスプリッタ500、波長板502（例えば四分の一波長板）、レンズ504及び検出器506（例えば光検出器）を含み得る。（例えば、図３に関して上記で述べたように）非貫通ビア孔を形成するプロセス中、レーザエネルギービームは、ビーム変調器106からビーム経路114に沿って伝搬し、続いて偏光ビームスプリッタ500、波長板502、スキャナ108及びスキャンレンズ112を通過してワークピース102（例えば、図１及び図２に関して上記で述べたようなPCBとして提供される）に照射される。

図示された実施形態においては、レーザエネルギービームは、ワークピース102の１以上の材料で少なくともある程度は反射可能な波長（例えば～9.4μm）を有している。したがって、照射されるレーザエネルギービームの一部は、ワークピース102で反射し、続いて（例えば、ビーム経路114に沿って、あるいは異なるビーム経路に沿って）スキャンレンズ112、スキャナ108及び波長板502を通って伝搬する。反射光は、偏光ビームスプリッタ500に入射する前に波長板502によって偏光される。したがって、偏光ビームスプリッタ500は、波長板502を通過した反射光をレンズ504に向けて（例えば、ビーム経路510に沿ってレンズ504に向けて）反射する。レンズ504は、反射光を検出器506上に集束する。この場合において、ワークピース102に非貫通ビア孔を形成する形成中に、波長板502での後方反射光を偏光し、ビーム経路510に沿って後方反射光を反射する動作は、後方反射信号を「捕捉」することを構成する。

一般的に、検出器506は、（レンズ504から経路510に沿って伝搬する）入射反射光を電流に変換し、この電流を上述したセンサ信号として（例えばコントローラ122に）出力するように動作することができる。したがって、検出器506の出力は、これに入射する反射光の強度によって変化する。

IV．後方反射信号に関する説明

図６は、（本発明の実施形態による、非貫通ビア孔の形成中に）後方反射検知システム124により捕捉される例示後方反射信号の信号強度を時間の関数として示すグラフである。すなわち、図６に示されるグラフは、典型的な初期（すなわち最初の）レーザパルスがワークピース102（例えば、図１及び図２に関して上記で述べたようなPCBとして提供される）に照射されて（例えば、図３に関して上記で述べたように）非貫通ビア孔が形成されるときに、捕捉される例示後方反射信号の信号強度を示している。

説明のために、図６に示される捕捉後方反射信号が基にしている初期レーザパルスは、約10μsから11μsの間の範囲のパルス持続時間と、PCBの上部導電体22に開口を形成し、その下の誘電体基板24の一部を除去するのに十分なパルスエネルギーとを有するものと仮定することができる。しかしながら、初期レーザパルスは、10μsよりも短い又は11μsよりも長いパルス持続時間を有してもよいことは理解できよう。本明細書で述べられる実施形態によれば、ワークピース102に非貫通ビア孔を形成するプロセスにおいてワークピース102に照射される初期レーザパルスのパルスエネルギーは、「間接アブレーション」として知られるプロセスにより上部導電体20に開口を形成するのに十分であり、「直接アブレーション」として知られるプロセスにより開口により露出した誘電体基板24の一部を除去するのにも十分である。

ワークピース102中の材料の直接アブレーションは、アブレーションの主たる原因が、照射されるレーザエネルギービーム中の材料によるエネルギーの吸収（例えば、線形吸収、非線形吸収、又はこれらを任意に組み合わせたもの）による材料の熱分解であるときに起きる。ワークピース102中の材料の間接アブレーション（「リフトオフ」としても知られる）は、アブレーションの主たる原因が、最終的にワークピース102に照射されるレーザエネルギービーム中のエネルギーを吸収する隣接材料において生じ隣接材料から伝達される熱による溶融と気化であるときに起きる。間接アブレーション（及び直接アブレーション）による材料の除去に関する考慮事項は、当該技術分野において知られており、国際公開第WO 2017/044646 A1公報において説明されている。この場合において、上部導電体20は、ワークピース102に照射される初期レーザパルスの一部を反射するとともに、上部導電体20は、初期レーザパルスによる照射の結果として熱くなる。熱は、上部導電体20から初期レーザパルスが照射される上部導電体20の領域の下方の誘電体基板24の領域に放熱又は伝達される。このため、時間が経過すると、誘電体基板24の領域には上部導電体20から伝達された熱が蓄積し、当該領域が気化する。上部導電体20の照射領域がその加工閾値温度以上の温度になっていない場合には、誘電体基板24の領域の気化は、上部導電体20の照射領域の下方にポケット又は空間（例えば、誘電体基板24の気化時に生成される加圧加熱ガス、粒子などを含む高圧領域）を生成するように作用する。その後、初期レーザパルスにより照射される上部導電体20の領域が加工閾値温度の温度になった場合には、その下のポケット内の圧力増大が、上部導電体20の照射領域をワークピースから噴出させるのに十分となり、これにより上部導電体20を「間接的にアブレート」してその下にある誘電体基板24を露出させる。

図６に戻ると、初期レーザパルスに関連付けられた後方反射信号は、相対的に高い強度を有する１次強度期間600と、これに続く２次強度期間602であって、相対的に低い強度を有する２次強度期間602とを含むものとして特徴付けることができる。図６に示される例では、後方反射信号は、およそ最初の６μsの間は（例えば、相対的に高い信号強度約0.5a.u.で）かなり一定である。その後、信号強度が（例えば、約１μsから1.5μsの期間にわたって）急激に下がった後、（例えば、約2.5μsの期間にわたって）信号強度の減少がより緩やかになり、その後、２次ピーク604まで（例えば約0.1a.u.まで）再び短い間に増加した後、ゼロまで減少する。

後方反射信号の信号強度の進展は、非貫通ビア孔の形成に伴う間接アブレーションプロセスの動力学を符号化するものである。例えば、１次強度期間600中の相対的に高い信号強度は、第１のレーザパルスを用いて非貫通ビア孔の加工が開始したときに上部導電体20で反射した光に対応する。この間は、誘電体基板24には上部導電体20から伝達する熱が蓄積し、誘電体基板24が気化して加圧加熱ガス、粒子などからなるポケットを形成する。続く信号強度の急峻な低下は、上部導電体20の照射領域がその加工閾値温度以上になり、その下のポケット内の圧力増大が上部導電体20の照射領域を噴出させ、このためその下の誘電体基板24を初期レーザパルスに直接曝していることを示している。このため、１次強度期間600の継続期間t1は、照射レーザパルスが上部導電体20内に開口を形成するのにかかる時間に対応している。２次強度期間602における信号強度ピーク604は、誘電体基板24の一部が第１のレーザパルスにより除去され、底部導電体22の一部が露出したこと（本明細書では誘電体基板24内に開口を形成するとも呼ばれる動作）を示している。608においてゼロ信号強度の近くまで低下するのは、ワーク表面に当たるレーザパルスの終了を示している。

Ａ．捕捉された後方反射信号特性に関する実施形態

上述したように、後方反射検知システム124は、（初期レーザパルスがワークピース102に照射されているときに捕捉された）後方反射信号を捕捉後方反射信号を表すセンサ信号に変換するように動作することができる。（例えば、後方反射検知システム124又はコントローラ122、あるいはこれらの組み合わせで）センサ信号を処理してセンサ信号により表され得る、あるいはセンサ信号から得られるような捕捉された後方反射信号の１以上の特性を識別することができる。当該技術分野において知られているような１以上の好適な信号処理手法を用いてセンサ信号を処理して捕捉された後方反射信号の１以上の特性を識別することができることは理解できよう。捕捉された後方反射信号のそのような特性の例示実施形態について以下でより詳細に述べる。

ｉ．１次強度期間の継続期間

加工判断を行うために使用することが可能な、捕捉された後方反射信号の特性の一実施形態は、１次強度期間600の継続期間t1である。図６においては、１次強度期間600の継続期間は、捕捉された後方反射信号の信号強度の半値全幅（FWHM）に対する時間に基づいて測定されている。しかしながら、他の実施形態においては、１次強度期間は、後方反射信号が捕捉される元となる初期レーザパルスの立ち上がり時間の終了と一致するとして考えてもよい。パルス立ち上がり時間は、レーザパルスの前縁がピークパルス振幅の10％から90%に上昇するのに必要な時間間隔として考えることができる。また、図６に示されるように、継続期間t2は、１次強度期間600の終了からレーザパルスの終了までの期間を表している。

上記の継続期間t1及びt2の定義であれば、t1が減少すると、t2が増加することは明らかであるはずである。そして、t1が増加すると、t2が減少する。出願人により行われた実験は、相対的に短いt1の継続期間（すなわち、相対的に長いt2の継続期間）を有する捕捉後方反射信号に関連付けられた非貫通ビア孔は、好ましくない程度に大きなオーバーハングを有する傾向にあり、相対的に長いt1の継続期間（すなわち、相対的に短いt2の継続期間）を有する捕捉後方反射信号に関連付けられた非貫通ビア孔は、好ましくない程度に大きなテーパを有する傾向にあることを示す傾向にある。

ii．２次強度期間内の領域の積分

加工判断を行うために使用することが可能な、捕捉された後方反射信号の特性の他の実施形態は、t1の終了からレーザパルスの終了までの信号の積分面積であり、これは（誘電体基板24内での開口の形成を示す）２次ピーク604とレーザエネルギーが誘電体基板24に照射された時間の合計長さの両方を捕捉する。

iii．捕捉後方反射信号特性の他の実施形態例

加工判断を行うために使用することが可能な、捕捉された後方反射信号の特性の他の実施形態は、捕捉された後方反射信号の２次ピークにおける信号強度（例えば、図６に示されるような604）及び捕捉された後方反射信号の１次ピーク（すなわち最も高い信号強度）における信号強度（例えば、図６に示されるような606）を含んでいる。

Ｂ．捕捉後方反射信号特性と基準後方反射信号特性と間の比較に関する実施形態

識別されると、捕捉後方反射信号特性（又はこれを表す他のデータ）を、当該捕捉後方反射信号特性と関連付けられた基準後方反射信号特性と（例えば、後方反射検知システム124又はコントローラ122、あるいはこれらの組み合わせで）比較することができる。例えば、捕捉後方反射信号特性が１次強度期間の上述した継続期間t1である場合には、関連付けられた基準後方反射信号特性は、１次強度期間の継続期間t1に対する何らかの基準値又は基準範囲となるであろう。捕捉後方反射信号特性が２次強度期間中の信号の上述した積分面積である場合には、関連付けられた基準後方反射信号特性は、積分面積に対する何らかの基準値又は基準範囲となるであろう。

（例えば、当該技術分野において知られているような１以上の好適な信号処理手法を用いて）センサ信号を処理することにより、識別された特性に関連付けられたデータを処理することにより、あるいはこれに類することにより、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより、そのような比較が可能であることは理解できよう。関連付けられたデータ基準後方反射信号特性の基準値又は基準範囲は、後方反射信号特性が捕捉された時点までにワークピース102に照射された初期レーザパルスの部分の１以上のパラメータ（例えば、継続期間、ピークパワー、スポットサイズ、波長など）、ワークピース102の１以上のパラメータ（例えば、上部導電体20の材料組成、上部導電体20の厚さ、誘電体基板24の材料組成、誘電体基板24の厚さなど）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに対応し得ることはさらに理解できよう。例えば、１次強度期間の継続期間t1に対する基準値又は基準範囲は、（ａ）初期レーザパルスのピークパワーの上昇による減少又は初期レーザパルスのピークパワーの低下による増加、上部導電体20の厚さの増加による増加又は上部導電体20の厚さの減少による減少、又は（ｂ）上部導電体20がエネルギー吸収コーティングで被覆されている場合に減少であり得るか、又は（ｃ）マトリクス材料26の組成によって増加又は減少し得るか、又は（ｄ）これに類するものであるか、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであり得る。これらの基準値又は基準範囲は、経験的観察、計算シミュレーション又は診断など、又はこれらを任意に組み合わせたものを通じて取得又は特定され得る。

Ｖ．適応加工に関する実施形態

非貫通ビア孔を形成するために使用されるプロセスの１以上のパラメータ（例えば、パルス幅、平均パワー、ピークパワー、パルスエネルギー、レーザパルス数など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）が、関連付けられた基準後方反射信号特性との上述した捕捉後方反射信号特性（又はこれを表す他のデータ）の比較に基づいて設定される、適応加工法を行うために装置100を使用することができる。この場合において、非貫通ビア孔を形成するために使用されるプロセスは、概して、少なくとも１つのレーザパルスが（図１及び図２に関して述べた上記PCBとして提供される）ワークピース102において所望の単一の位置に照射されることを必要とする「パンチ」プロセスとして特徴付けることができる。特定の非貫通ビア孔を形成するためにワークピース102に照射される最初のレーザパルスは、本明細書では「初期レーザパルス」と呼ばれる。特定の非貫通ビア孔を形成するためにワークピース102に照射される後続のレーザパルスは、本明細書では「補足レーザパルス,」と呼ばれるか、あるいは、特定の非貫通ビア孔を形成するためにワークピース102に照射される一連のレーザパルス中の順番に応じてラベル付けされ得る（例えば、「第２のレーザパルス」、「第３のレーザパルス」、「最終レーザパルス」など）。

初期レーザパルスは、ワークピース102に照射されることになっているので、初期レーザパルスは、波長、パルス持続時間、時間的光パワープロファイル、時間的光パワープロファイルに関連付けられたピークパワー、スポットサイズ、及びパルスエネルギーのような１組のレーザパルスパラメータ（本明細書では「初期レーザパルスパラメータ」ともいう）により特徴付けられる。一般的に、当該技術分野において知られている任意の方法でレーザ源104の動作を制御することにより、（例えば、上述したようにパルススライシングを行うために）ビーム変調器106の動作を制御することにより、あるいはこれに類する方法により、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより、任意のレーザパルスのパルス持続時間を調整することができる。初期レーザパルスが有し得る時間的光パワープロファイルの例としては、矩形、椅子形（低から高へ、高から低へ、あるいはこれらの組み合わせ）、ランプ形（階段状に又は線形的に又は非線形的に連続して又はこれらを組み合わせて増加及び／又は減少）が挙げられる。当該技術分野において知られている任意の方法でレーザ源104の動作を制御することにより、ビーム変調器106の動作を制御することにより、あるいはこれに類する方法により、あるいはこれらを任意に組み合わせることにより、任意のレーザパルスの時間光パワープロファイル（ひいてはピークパワー）を調整することができる。

一般的に、初期レーザパルスパラメータは、初期レーザパルスのみを用いて所望の特性（例えば、オーバーハング、テーパなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）を有する非貫通ビア孔（例えば、図３に例示的に示されているような非貫通ビア孔30）をワークピース102内の基準位置に形成できるように設定される。基準位置は、例えば、位置“Ｂ”又は位置“Ｃ”（両方とも図１に示されている）などのような位置に対応するワークピース102内の位置であり得る。このため、初期レーザパルスパラメータの設定は、ワークピース102の構成によって変化することがあり、基準パルスエネルギー量の決定は、経験的に又は計算的に決定され得る。そして、上述した後方反射信号特性（例えば、１次強度期間の継続期間t1、２次強度期間中の信号の積分面積など）のうちの１つ以上は、経験的に決定され得るか（例えば、上述したように、初期レーザパルスパラメータを有するレーザパルスをワークピース102に照射し、得られる捕捉後方反射信号を捕捉及び処理する）、計算的に取得されるか、これに類する方法により得られるか、これらを任意に組み合わせて得られるかし、ワークピース102内の任意の位置に非貫通ビア孔を形成する「パンチ」プロセス中にワークピース102に照射される初期レーザパルスに関連付けられた後方反射信号特性の基準値又は基準範囲として設定され得る。

一実施形態においては、ワークピース102に照射される初期レーザパルスは、９μm（又はその前後）から11μm（又はその前後）の範囲の波長（例えば、9.4μm（又はその前後）、10.6μm（又はその前後）などの波長）、５μs（又はその前後）から20μs（又はその前後）の範囲のパルス持続時間、矩形（又は少なくとも実質的に矩形）の時間的光パワープロファイル、250W（又はその前後）から２kW（又はその前後）の範囲のピークパワー及び30μm（又はその前後）から90μm（又はその前後）の範囲のスポットサイズを有し得る。また、ワークピース102に照射される初期レーザパルスは、他の特性（例えば、パルス持続時間、時間的光パワープロファイル、ピークパワー、スポットサイズ、パルスエネルギーなど）は、初期レーザパルスがワークピース102を加工できるように設定されているものとして、９μmより短い波長（例えば、電磁スペクトルの紫外域又は可視緑色域）を有していてもよいことは理解できよう。波長が電磁スペクトルの紫外域又は可視緑色域に変更されると、初期レーザパルスは、最初の組のレーザパルスに置き換わり、最初の組のレーザパルスのそれぞれのレーザパルスは、ns又はpsのレベルの（例えば、10ns（又はその前後）から１ps（又はその前後）の範囲の）パルス持続時間を有し、100MHz（又はその前後）から５GHz（又はその前後）の範囲のパルス繰り返し率でレーザパルスが照射されることに留意すべきである。

ワークピース102内の任意の位置に非貫通ビア孔を形成する「パンチ」プロセスを実行するための適応加工法を行うために、（初期レーザパルスパラメータを有する）初期レーザパルスがワークピース102に照射される。初期レーザパルス中の光の少なくとも一部が、ワークピース102で（すなわち上部導電体20で）反射してスキャンレンズ112に戻り、その後、図５に関して上記で述べたように捕捉される。その結果得られる捕捉後方反射信号は、その後、（例えば上述したように）初期レーザパルスに関連付けられた１以上の捕捉後方反射信号特性（又はこれを表す他のデータ）を識別するために処理される。そのような特性は、その後、（例えば、上述したように）（例えば、後方反射検知システム124で、コントローラ122で、あるいはこれらに類する場所で、あるいはこれらを任意に組み合わせた場所で）１以上の関連する基準後方反射信号特性と比較され得る。以下でより詳細に述べるように、コントローラ122は、比較結果に基づいて、装置100の１以上の構成要素（例えば、レーザ源104、ビーム変調器106など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）の動作を制御するように動作することができる。

ある実施形態においては、初期レーザパルスに関連付けられる捕捉後方反射信号特性は、１次強度期間の継続期間t1である。したがって、１次強度期間の継続期間t1が、１次強度期間の継続期間t1の予め決められた基準値又は基準範囲と比較される。ある実施形態においては、初期レーザパルスに関連付けられる捕捉後方反射信号特性は、２次強度期間中の信号の積分面積である。したがって、２次強度期間中の信号の積分面積が、２次強度期間中の信号の積分面積の予め決められた基準値又は基準範囲と比較される。他の実施形態においては、初期レーザパルスに関連付けられる捕捉後方反射信号特性は、上述した特性の組み合わせである。したがって、捕捉された特性は、これらの特性に対して予め決められた基準値又は基準範囲とそれぞれ比較される。

初期レーザパルスに関連付けられた１次強度期間の継続期間t1が、これに関連付けられた基準値又は基準範囲よりも大きい場合、これは、（初期レーザパルスパラメータを有する）初期レーザパルスが、上部導電体20に開口を形成する、あるいは（例えばテーパという意味で）所望の特性を有する非貫通ビア孔を形成するのには十分ではないことを示している。初期レーザパルスの１次強度期間の継続期間t1が、これに関連付けられた基準値又は基準範囲よりも小さい場合、これは、初期レーザパルスが、（例えばオーバーハングという意味で）所望の特性を有する非貫通ビア孔を形成するのに十分ではないか、あるいは最終的に非貫通ビア孔内に露出する底部導電体22にダメージを与える（好ましくない程度に溶融又は除去する）ことになり得ることを示している。

捕捉後方反射信号特性と関連付けられた基準値又は基準範囲との間の比較が、初期レーザパルスが、（例えば上述したような）所望の特性を有する非貫通ビア孔を形成するのに十分ではないことを示している場合には、コントローラ122は、（例えばテーパ及びオーバーハングの意味で）所望の特性を有する非貫通ビア孔が確実に形成されるように１以上の制御信号を（例えば、レーザ源104、ビーム変調器106など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに）出力することができる。例えば、（例えば図６から）理解できるように、初期レーザパルス全体がワークピース102に照射される前に、１次強度期間の継続期間t1と２次強度期間中の信号の積分面積を初期レーザパルスに関連付けられた捕捉後方反射信号から識別することができる。このため、コントローラ122により出力される１以上の制御信号は、（例えば、初期レーザパルスの瞬間パワーを増加又は減少させることにより時間的光パワーを調整するように、初期レーザパルスのパルス持続時間を増加又は減少させるように、あるいはこれに類することをするように、あるいはこれらを任意に組み合わせるように）初期レーザパルスパラメータを調整するように作用することができる。初期レーザパルスの初期レーザパルスパラメータを修正することに代えて、あるいはこれに加えて、コントローラ122により出力される１以上の制御信号は、初期レーザパルス全体がワークピース102に照射された後に、１以上の補足レーザパルスをワークピース102に照射させるように作用することができる。本明細書で使用される場合には、（例えば、上述した比較の結果としてコントローラ122による１以上の制御信号の出力時に）コントローラ122により開始されるような１以上の初期レーザパルスパラメータの修正又は補足レーザパルスの照射は、本明細書では捕捉後方反射信号特性に対する「適応応答」と呼ばれる。

初期レーザパルスに関連付けられた１次強度期間継続期間の継続期間t1が、それに関連付けられた基準値又は基準範囲よりも大きい場合には、コントローラ122は、（例えば、初期レーザパルスの瞬間パワーを増加させることにより）時間的光パワープロファイルを調整させ、さらに／あるいは初期レーザパルスのパルス持続時間を増加させるように動作することができる。一実施形態においては、初期レーザパルスの１次強度期間の継続期間t1がこれに関連付けられた基準値又は基準範囲に対してどれほど大きいかにかかわらず、上述したレーザパルスパラメータが予め決められた方法で調整される。他の実施形態においては、上述したレーザパルスパラメータが、初期レーザパルスに関連付けられた基準値又は基準範囲に対して初期レーザパルスの１次強度期間の継続期間t1の差に対応する予め決められた方法で調整される。１以上の補足レーザパルスがワークピース102に照射される場合には、これらの補足レーザパルスのうちいずれかは、（例えば、誘電体基板24が補足レーザパルスにより除去される速度を低下させるために）初期レーザパルスパラメータと同一又は初期レーザパルスパラメータと異なるレーザパルスパラメータにより特徴付けられ得る。一般的に、コントローラ122によって適応応答が行われる方法は、（例えば、経験的観察、計算シミュレーションなど、又はこれらを任意に組み合わせたものに基づいて）予め決められ得るか、（例えば、予め決められたデータの補間により）リアルタイムで決められ得るか、これに類するものであり得るか、これらを任意に組み合わせたものであり得る。

初期レーザパルスに関連付けられた１次強度期間の継続期間t1がこれに関連付けられた基準値又は基準範囲よりも小さい場合には、コントローラ122は、（例えば、初期レーザパルスの瞬間パワーを低下させることにより）時間的光パワープロファイルを調整させ、さらに／あるいは初期レーザパルスのパルス持続時間を減少させるように動作することができる。一実施形態においては、初期レーザパルスの１次強度期間の継続期間t1がこれに関連付けられた基準値又は基準範囲に対してどれほど小さいかにかかわらず、上述したレーザパルスパラメータが予め決められた方法で調整される。他の実施形態においては、上述したレーザパルスパラメータが、初期レーザパルスに関連付けられた基準値又は基準範囲に対して初期レーザパルスの１次強度期間の継続期間t1の差に対応する予め決められた方法で調整される。１以上の補足レーザパルスがワークピース102に照射される場合には、これらの補足レーザパルスのうちいずれかは、（例えば、誘電体基板24が補足レーザパルスにより除去される速度を増加させるために）初期レーザパルスパラメータと同一又は初期レーザパルスパラメータと異なるレーザパルスパラメータにより特徴付けられ得る。一般的に、コントローラ122によって適応応答が行われる方法は、（例えば、経験的観察、計算シミュレーションなど、又はこれらを任意に組み合わせたものに基づいて）予め決められ得るか、（例えば、予め決められたデータの補間により）リアルタイムで決められ得るか、これに類するものであり得るか、これらを任意に組み合わせたものであり得る。

VII．結論

上記は、本発明の実施形態及び例を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。例えば、上記では非貫通ビア孔形成プロセスに関して適応加工法が述べられているが、これらの適応加工法は、貫通ビア孔加工法などにも拡張し得ることは理解できよう。いくつかの特定の実施形態及び例が図面を参照して述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された実施形態及び例と他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落、例又は実施形態の主題を他の文や段落、例又は実施形態の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって決定されるべきである。

Claims

第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに前記第２の材料よりも前記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザエネルギーを照射し、前記レーザエネルギーを前記第１の材料に入射させることにより前記ワークピースにビアを形成するプロセスを行うためのレーザ加工装置であって、
前記ワークピースに照射され前記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、前記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成するように動作可能な後方反射検知システムと、
前記後方反射検知システムの出力と通信可能に連結されるコントローラであって、前記ビアが形成される前記プロセスの残りを前記センサ信号に基づいて制御可能であるコントローラと
を備える、レーザ加工装置。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記コントローラは、前記少なくとも１つのレーザパルスのパルスエネルギーを制御することにより少なくとも部分的に前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記コントローラは、前記少なくとも１つのレーザパルスのパルス幅を制御することにより少なくとも部分的に前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記コントローラは、前記ワークピースに照射されるレーザパルスの数を制御することにより少なくとも部分的に前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記コントローラは、前記レーザエネルギーの平均パワーを制御することにより少なくとも部分的に前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記コントローラは、前記レーザエネルギーのピークパワーを制御することにより少なくとも部分的に前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーはレーザパルスとして表され、前記コントローラは、前記レーザパルスが前記ワークピースに照射されているときに前記ビアが形成される前記プロセスを制御可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記レーザエネルギーを生成可能なレーザ源をさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記レーザエネルギーを変調可能なビーム変調器をさらに備える、請求項１に記載のレーザ加工装置。
第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに前記第２の材料よりも前記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザパルスを照射し、前記レーザパルスを前記第１の材料に入射させることにより前記ワークピースにビアを形成するプロセスを行い、

前記ワークピースに照射され前記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、
前記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成し、
前記センサ信号を処理して前記ビアを形成するために前記プロセスの残りをどのように行うべきかを決定し、
前記センサ信号の前記処理に基づいて前記プロセスの前記残りを行う、
方法。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記プロセスの前記残りを行うことは、前記少なくとも１つのレーザパルスのパルスエネルギーを調整することを含む、請求項10に記載の方法。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記プロセスの前記残りを行うことは、前記少なくとも１つのレーザパルスのパルス幅を調整することを含む、請求項10に記載の方法。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーは、少なくとも１つのレーザパルスとして表され、前記プロセスの前記残りを行うことは、前記ワークピースに照射されるレーザパルスの数を調整することを含む、請求項10に記載の方法。
前記プロセスの前記残りを行うことは、前記レーザエネルギーの平均パワーを調整することを含む、請求項10に記載の方法。
前記プロセスの前記残りを行うことは、前記レーザエネルギーのピークパワーを調整することを含む、請求項10に記載の方法。
前記ワークピースに照射される前記レーザエネルギーはレーザパルスとして表され、前記レーザパルスが前記ワークピースに照射されているときに前記プロセスの前記残りが行われる、請求項10に記載の方法。
第１の材料が第２の材料上に形成されたワークピースに前記第２の材料よりも前記第１の材料の方がより反射的となる波長を有するレーザエネルギーを照射し、前記レーザエネルギーを前記第１の材料に入射させることにより前記ワークピースにビアを形成するプロセスを行うことが可能なレーザ加工装置であって、前記ワークピースに照射され前記第１の材料で反射したレーザエネルギーの一部に対応する後方反射信号を捕捉し、前記捕捉された後方反射信号に基づいてセンサ信号を生成するように動作可能な後方反射検知システムと、前記後方反射検知システムの出力と通信可能に連結されるコントローラとを備えるレーザ加工装置とともに使用される非一過性コンピュータ読取可能媒体であって、前記コントローラにより実行された際に、前記コントローラに前記プロセスを前記センサ信号に基づいて制御させる命令が格納されている、非一過性コンピュータ読取可能媒体。