JP3522717B2 - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents
レーザ加工装置及び加工方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及
び加工方法に関し、特にレーザビームを走査して加工対
象物の所望の位置にレーザビームを入射させ、レーザビ
ームの入射位置の加工を行うレーザ加工装置及び加工方
法に関する。
び加工方法に関し、特にレーザビームを走査して加工対
象物の所望の位置にレーザビームを入射させ、レーザビ
ームの入射位置の加工を行うレーザ加工装置及び加工方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント基板、パッケージ基板、及びグ
リーンシート等にレーザビームを入射させて穴開け加工
を行う技術が注目されている。レーザビームをガルバノ
スキャナ等の走査光学系で走査し、走査されたレーザビ
ームをｆθレンズ等で対象物の表面に集束させることに
より、複数の穴を形成することができる。
リーンシート等にレーザビームを入射させて穴開け加工
を行う技術が注目されている。レーザビームをガルバノ
スキャナ等の走査光学系で走査し、走査されたレーザビ
ームをｆθレンズ等で対象物の表面に集束させることに
より、複数の穴を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電子回路素子の実装の
高密度化にともない、形成すべき穴の小径化が望まれて
いる。穴径が小さくなると、穴の位置に高い精度が要求
される。例えば、穴径が５０μｍになると、±１０μｍ
程度の位置精度が要求され、穴径が３０μｍになると、
±５μｍ程度の位置精度が要求される。ところが、ガル
バノスキャナの位置決め精度の限界により、穴の位置ず
れ量を±１０μｍ以下にすることは困難である。
高密度化にともない、形成すべき穴の小径化が望まれて
いる。穴径が小さくなると、穴の位置に高い精度が要求
される。例えば、穴径が５０μｍになると、±１０μｍ
程度の位置精度が要求され、穴径が３０μｍになると、
±５μｍ程度の位置精度が要求される。ところが、ガル
バノスキャナの位置決め精度の限界により、穴の位置ず
れ量を±１０μｍ以下にすることは困難である。
【０００４】本発明の目的は、レーザビームで加工すべ
き点の位置精度を高めることが可能なレーザ加工装置及
び加工方法を提供することである。
き点の位置精度を高めることが可能なレーザ加工装置及
び加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ
光源から出射したレーザビームを走査する走査手段と、
加工対象物を保持するステージと、前記走査手段と前記
ステージとの間のレーザビームの光路を横切るように配
置されたマスクであって、該マスクは、レーザビームを
遮光する領域内に、レーザビームを透過させる複数の透
過領域を有し、該透過領域の各々は、当該位置における
レーザビームのビームスポットよりも小さい前記マスク
と、前記走査手段と前記マスクとの間に配置され、走査
されたレーザビームを、該マスクの配置された面上にお
いてレーザビームのスポットサイズが最小になるよう
に、該マスクの配置された面上に集束させる第１の集束
光学系と、前記マスクの透過領域を透過したレーザビー
ムを前記ステージに保持された加工対象物上に集束させ
る第２の集束光学系とを有するレーザ加工装置が提供さ
れる。
と、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ
光源から出射したレーザビームを走査する走査手段と、
加工対象物を保持するステージと、前記走査手段と前記
ステージとの間のレーザビームの光路を横切るように配
置されたマスクであって、該マスクは、レーザビームを
遮光する領域内に、レーザビームを透過させる複数の透
過領域を有し、該透過領域の各々は、当該位置における
レーザビームのビームスポットよりも小さい前記マスク
と、前記走査手段と前記マスクとの間に配置され、走査
されたレーザビームを、該マスクの配置された面上にお
いてレーザビームのスポットサイズが最小になるよう
に、該マスクの配置された面上に集束させる第１の集束
光学系と、前記マスクの透過領域を透過したレーザビー
ムを前記ステージに保持された加工対象物上に集束させ
る第２の集束光学系とを有するレーザ加工装置が提供さ
れる。
【０００６】マスクの透過領域を透過したレーザビーム
により加工対象物の加工が行われる。走査されたレーザ
ビームの進行方向が所望の方向からわずかにずれている
場合であっても、マスク面上におけるビームスポット内
に透過領域が内包されていれば、加工対象物表面のビー
ム入射位置は、走査されたレーザビームの進行方向のず
れの影響を受けない。このため、被加工点の位置精度を
高めることができる。
により加工対象物の加工が行われる。走査されたレーザ
ビームの進行方向が所望の方向からわずかにずれている
場合であっても、マスク面上におけるビームスポット内
に透過領域が内包されていれば、加工対象物表面のビー
ム入射位置は、走査されたレーザビームの進行方向のず
れの影響を受けない。このため、被加工点の位置精度を
高めることができる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】本発明の他の観点によると、レーザビーム
を出射するレーザ光源と、レーザビームで加工すべき加
工対象物との間に、レーザビームを遮光する領域内にレ
ーザビームを透過させる複数の透過領域が画定されたマ
スクを配置する工程と、前記マスクの面上においてレー
ザビームのスポットサイズが最小になるように集束させ
るとともに、前記マスクの配置された位置におけるビー
ムスポットが該マスクの透過領域よりも大きくなる条件
で、前記マスクの透過領域を順番に透過するように、前
記レーザ光源から出射したレーザビームを走査し、該透
過領域を透過したレーザビームを加工対象物上に再度集
束させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
を出射するレーザ光源と、レーザビームで加工すべき加
工対象物との間に、レーザビームを遮光する領域内にレ
ーザビームを透過させる複数の透過領域が画定されたマ
スクを配置する工程と、前記マスクの面上においてレー
ザビームのスポットサイズが最小になるように集束させ
るとともに、前記マスクの配置された位置におけるビー
ムスポットが該マスクの透過領域よりも大きくなる条件
で、前記マスクの透過領域を順番に透過するように、前
記レーザ光源から出射したレーザビームを走査し、該透
過領域を透過したレーザビームを加工対象物上に再度集
束させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【００１０】マスクの透過領域を透過したレーザビーム
により加工対象物の加工が行われる。走査されたレーザ
ビームの進行方向が所望の方向からわずかにずれている
場合であっても、マスク面上におけるビームスポット内
に透過領域が内包されているため、加工対象物表面のビ
ーム入射位置は、走査されたレーザビームの進行方向の
ずれの影響を受けない。このため、被加工点の位置精度
を高めることができる。
により加工対象物の加工が行われる。走査されたレーザ
ビームの進行方向が所望の方向からわずかにずれている
場合であっても、マスク面上におけるビームスポット内
に透過領域が内包されているため、加工対象物表面のビ
ーム入射位置は、走査されたレーザビームの進行方向の
ずれの影響を受けない。このため、被加工点の位置精度
を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１の実施例に
よるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１がパ
ルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、例えば
ＣＯ2ガスレーザ発振器であり、赤外領域のレーザビー
ムを出射する。なお、レーザ光源１として、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの高調波を出射するレーザ光源等を用いてもよ
い。
よるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１がパ
ルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、例えば
ＣＯ2ガスレーザ発振器であり、赤外領域のレーザビー
ムを出射する。なお、レーザ光源１として、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザの高調波を出射するレーザ光源等を用いてもよ
い。
【００１２】レーザ光源１から出射したレーザビーム
が、リレーレンズ２、折返しミラー３、及びリレーレン
ズ４を介してＸ用ガルバノミラー５に入射する。Ｘ用ガ
ルバノミラー５は、レーザビームを１次元方向に走査す
る。Ｘ用ガルバノミラー５で走査されたレーザビーム
が、Ｙ用ガルバノミラー６に入射する。Ｙ用ガルバノミ
ラー６は、Ｘ用ガルバノミラー５による走査方向と直交
する方向にレーザビームを走査する。なお、図１は、Ｘ
用ガルバノミラー５の走査方向が紙面に平行になり、Ｙ
用ガルバノミラー６の走査方向が紙面に垂直になる場合
を示している。Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノ
ミラー６は、制御装置１５により制御される。
が、リレーレンズ２、折返しミラー３、及びリレーレン
ズ４を介してＸ用ガルバノミラー５に入射する。Ｘ用ガ
ルバノミラー５は、レーザビームを１次元方向に走査す
る。Ｘ用ガルバノミラー５で走査されたレーザビーム
が、Ｙ用ガルバノミラー６に入射する。Ｙ用ガルバノミ
ラー６は、Ｘ用ガルバノミラー５による走査方向と直交
する方向にレーザビームを走査する。なお、図１は、Ｘ
用ガルバノミラー５の走査方向が紙面に平行になり、Ｙ
用ガルバノミラー６の走査方向が紙面に垂直になる場合
を示している。Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノ
ミラー６は、制御装置１５により制御される。
【００１３】Ｙ用ガルバノミラー６で走査されたレーザ
ビームが集束レンズ７に入射する。集束レンズ７は、例
えばｆθレンズで構成されており、走査されたレーザビ
ームを集束させる。集束レンズ７で集束されたレーザビ
ームのスポットサイズが最小になる点のビーム伝搬方向
に関する位置は、レーザビームの走査された方向に依存
せず、ほぼ平面上に分布する。
ビームが集束レンズ７に入射する。集束レンズ７は、例
えばｆθレンズで構成されており、走査されたレーザビ
ームを集束させる。集束レンズ７で集束されたレーザビ
ームのスポットサイズが最小になる点のビーム伝搬方向
に関する位置は、レーザビームの走査された方向に依存
せず、ほぼ平面上に分布する。
【００１４】スポットサイズが最小になる点の分布する
平面（以下、集束レンズ７の焦点面と呼ぶ）に沿って、
マスク８が配置されている。マスク８は、レーザビーム
を遮光する領域内に、レーザビームを透過させる複数の
透過領域８Ａが分布した板状構造物である。ＣＯ2レー
ザを用いる場合、遮光領域は、例えばベリリウム板、ベ
リリウム銅合金板、ステンレス板等で形成され、透過領
域８Ａは貫通孔により構成される。集束レンズ７の焦点
面におけるレーザビームのビームスポット内に１つの透
過領域８Ａが内包され、透過領域８Ａの各々はビームス
ポットよりも小さい。
平面（以下、集束レンズ７の焦点面と呼ぶ）に沿って、
マスク８が配置されている。マスク８は、レーザビーム
を遮光する領域内に、レーザビームを透過させる複数の
透過領域８Ａが分布した板状構造物である。ＣＯ2レー
ザを用いる場合、遮光領域は、例えばベリリウム板、ベ
リリウム銅合金板、ステンレス板等で形成され、透過領
域８Ａは貫通孔により構成される。集束レンズ７の焦点
面におけるレーザビームのビームスポット内に１つの透
過領域８Ａが内包され、透過領域８Ａの各々はビームス
ポットよりも小さい。
【００１５】透過領域８Ａを透過したレーザビームが、
集束レンズ９で集束され、ステージ１０の上に保持され
た加工対象物９に入射する。レーザビームの入射した位
置に穴が形成される。集束レンズ９は、マスク８の透過
領域８Ａを加工対象物９の表面上に結像させる。加工対
象物２０の被加工点（レーザビームを入射させるべき
点）とマスク８の透過領域８Ａとが共役の関係になるよ
うに透過領域８Ａがマスク８内に分布している。Ｘ用ガ
ルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６は、レーザビ
ームを走査することにより、マスク８の所望の透過領域
８Ａにレーザビームを入射させることができる。
集束レンズ９で集束され、ステージ１０の上に保持され
た加工対象物９に入射する。レーザビームの入射した位
置に穴が形成される。集束レンズ９は、マスク８の透過
領域８Ａを加工対象物９の表面上に結像させる。加工対
象物２０の被加工点（レーザビームを入射させるべき
点）とマスク８の透過領域８Ａとが共役の関係になるよ
うに透過領域８Ａがマスク８内に分布している。Ｘ用ガ
ルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６は、レーザビ
ームを走査することにより、マスク８の所望の透過領域
８Ａにレーザビームを入射させることができる。
【００１６】制御装置１５に、予め加工対象物２０の被
加工点の位置情報が記憶されている。制御装置１５は、
Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６で走査
されたレーザビームが、複数の透過領域８Ａを順番に透
過するように、Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノ
ミラー６を制御する。
加工点の位置情報が記憶されている。制御装置１５は、
Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６で走査
されたレーザビームが、複数の透過領域８Ａを順番に透
過するように、Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノ
ミラー６を制御する。
【００１７】上記第１の実施例では、加工対象物２０の
表面上のレーザビーム入射位置の精度が、マスク８に設
けられた透過領域８Ａの位置精度、集光レンズ９のディ
ストーション、ステージ１０の位置決め精度によって決
まる。Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６
で走査されたレーザビームの進行方向が理想的な方向か
らややずれている場合であっても、マスク８の面内にお
けるビームスポットが透過領域８Ａを内包していれば、
透過領域８Ａを透過したレーザビームは、加工対象物２
０の表面上の所望の被加工点に入射する。
表面上のレーザビーム入射位置の精度が、マスク８に設
けられた透過領域８Ａの位置精度、集光レンズ９のディ
ストーション、ステージ１０の位置決め精度によって決
まる。Ｘ用ガルバノミラー５及びＹ用ガルバノミラー６
で走査されたレーザビームの進行方向が理想的な方向か
らややずれている場合であっても、マスク８の面内にお
けるビームスポットが透過領域８Ａを内包していれば、
透過領域８Ａを透過したレーザビームは、加工対象物２
０の表面上の所望の被加工点に入射する。
【００１８】マスク８の透過領域８Ａは、例えばフォト
リソグラフィ技術を用いて形成することができる。フォ
トリソグラフィ技術を用いると、容易に±１μｍの位置
精度で透過領域８Ａを形成することができる。また、集
束レンズ９のディストーションに起因する位置ずれを±
１μｍ以下にすることが可能であり、ステージ１０の位
置決め誤差を±２μｍ以下にすることが可能である。こ
のため、加工対象物２０の表面上のビームスポットの位
置ずれ量を±５μｍ以下にすることが可能になる。
リソグラフィ技術を用いて形成することができる。フォ
トリソグラフィ技術を用いると、容易に±１μｍの位置
精度で透過領域８Ａを形成することができる。また、集
束レンズ９のディストーションに起因する位置ずれを±
１μｍ以下にすることが可能であり、ステージ１０の位
置決め誤差を±２μｍ以下にすることが可能である。こ
のため、加工対象物２０の表面上のビームスポットの位
置ずれ量を±５μｍ以下にすることが可能になる。
【００１９】上記第1の実施例では、マスク８の面上に
おけるビームスポット内に、１つの透過領域８Ａが内包
される場合を説明した。レーザビームのパルスエネルギ
が十分大きい場合には、マスク８を集束レンズ７の焦点
面からずれた位置に配置し、マスク８の面上におけるビ
ームスポット内に複数の透過領域８Ａが内包されるよう
な構成としてもよい。この場合には、複数の被加工点を
同時に加工することができる。
おけるビームスポット内に、１つの透過領域８Ａが内包
される場合を説明した。レーザビームのパルスエネルギ
が十分大きい場合には、マスク８を集束レンズ７の焦点
面からずれた位置に配置し、マスク８の面上におけるビ
ームスポット内に複数の透過領域８Ａが内包されるよう
な構成としてもよい。この場合には、複数の被加工点を
同時に加工することができる。
【００２０】また、上記第1の実施例では、加工対象物
２０の表面上の被加工点の分布に合わせて、マスク８の
透過領域８Ａが形成される。このため、被加工点の分布
が変わると、マスク８を作製し直さなければならない。
種々の加工対象物について被加工点の分布する可能性の
あるすべての位置に対応して透過領域８Ａを形成したマ
スク８を準備しておくと、被加工点の分布が変わっても
マスク８を交換することなくレーザ加工を行うことがで
きる。例えば透過領域８Ａを行列状に分布させることに
より、種々の加工対象物に対応した汎用マスクとするこ
とができる。汎用マスクを用いる場合には、マスクの面
上におけるビームスポット内に１つの透過領域８Ａのみ
が内包されるような光学系が採用される。
２０の表面上の被加工点の分布に合わせて、マスク８の
透過領域８Ａが形成される。このため、被加工点の分布
が変わると、マスク８を作製し直さなければならない。
種々の加工対象物について被加工点の分布する可能性の
あるすべての位置に対応して透過領域８Ａを形成したマ
スク８を準備しておくと、被加工点の分布が変わっても
マスク８を交換することなくレーザ加工を行うことがで
きる。例えば透過領域８Ａを行列状に分布させることに
より、種々の加工対象物に対応した汎用マスクとするこ
とができる。汎用マスクを用いる場合には、マスクの面
上におけるビームスポット内に１つの透過領域８Ａのみ
が内包されるような光学系が採用される。
【００２１】図２に、第２の実施例によるレーザ加工装
置の一部の断面図を示す。図１に示した第１の実施例で
は、マスク８と加工対象物２０との間に集束レンズ９が
配置されていたが、第２の実施例では、マスク８が加工
対象物２０の表面に密着している。マスク８は、マスク
固定部材１１により、ステージ１０の上に固定される。
加工対象物２０は、図１に示した集束レンズ７の焦点面
の位置に配置される。その他の構成は、第１の実施例の
ものと同様である。
置の一部の断面図を示す。図１に示した第１の実施例で
は、マスク８と加工対象物２０との間に集束レンズ９が
配置されていたが、第２の実施例では、マスク８が加工
対象物２０の表面に密着している。マスク８は、マスク
固定部材１１により、ステージ１０の上に固定される。
加工対象物２０は、図１に示した集束レンズ７の焦点面
の位置に配置される。その他の構成は、第１の実施例の
ものと同様である。
【００２２】第２の実施例の場合にも、第１の実施例の
場合と同様に、ビームスポットの位置精度が所望の精度
より悪くても、被加工点（穴の形成される位置）の位置
ずれを防止することができる。
場合と同様に、ビームスポットの位置精度が所望の精度
より悪くても、被加工点（穴の形成される位置）の位置
ずれを防止することができる。
【００２３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、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。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、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。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザビームを走査したときのビームスポットの位置精
度が低い場合でも、レーザビームで加工される点の位置
精度を高めることができる。
レーザビームを走査したときのビームスポットの位置精
度が低い場合でも、レーザビームで加工される点の位置
精度を高めることができる。
【図１】 本発明の第１の実施例によるレーザ加工装置
の概略図である。
の概略図である。
【図２】 本発明の第２の実施例によるレーザ加工装置
の部分概略図である。
の部分概略図である。
１ レーザ光源
２、４ リレーレンズ
３ 折返しミラー
５ Ｘ用ガルバノミラー
６ Ｙ用ガルバノミラー
７、９ 集束レンズ
８ マスク
８Ａ 透過領域
１０ ステージ
１１ マスク固定部材
１５ 制御装置
２０ 加工対象物
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザビームを出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射したレーザビームを走査する走
査手段と、 加工対象物を保持するステージと、 前記 走査手段と前記ステージとの間のレーザビームの光
路を横切るように配置されたマスクであって、該マスク
は、レーザビームを遮光する領域内に、レーザビームを
透過させる複数の透過領域を有し、該透過領域の各々
は、当該位置におけるレーザビームのビームスポットよ
りも小さい前記マスクと、 前記走査手段と前記マスクとの間に配置され、走査され
たレーザビームを、該マスクの配置された面上において
レーザビームのスポットサイズが最小になるように、該
マスクの配置された面上に集束させる第１の集束光学系
と、 前記マスクの透過領域を透過したレーザビームを前記ス
テージに保持された加工対象物上に集束させる第２の集
束光学系と を有するレーザ加工装置。 - 【請求項２】 さらに、前記走査手段で走査されたレー
ザビームが、前記マスクの複数の透過領域を順番に透過
するように該走査手段を制御する制御手段を有する請求
項１に記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】 前記第２の集束光学系が、前記マスクの
透過領域を、前記ステージに保持された加工対象物の表
面上に結像させる請求項１または２に記載のレーザ加工
装置。 - 【請求項４】 レーザビームを出射するレーザ光源と、
レーザビームで加工すべき加工対象物との間に、レーザ
ビームを遮光する領域内にレーザビームを透過させる複
数の透過領域が画定されたマスクを配置する工程と、前記マスクの面上においてレーザビームのスポットサイ
ズが最小になるように集束させるとともに、 前記マスク
の配置された位置におけるビームスポットが該マスクの
透過領域よりも大きくなる条件で、前記マスクの透過領
域を順番に透過するように、前記レーザ光源から出射し
たレーザビームを走査し、該透過領域を透過したレーザ
ビームを加工対象物上に再度集束させる工程とを有する
レーザ加工方法。 - 【請求項５】 前記加工対象物上に再度集束させる工程
において、前記マスクの透過領域を前記加工対象物の表
面に結像させる請求項４に記載のレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249435A JP3522717B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | レーザ加工装置及び加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249435A JP3522717B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | レーザ加工装置及び加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003053574A JP2003053574A (ja) | 2003-02-26 |
| JP3522717B2 true JP3522717B2 (ja) | 2004-04-26 |
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ID=19078438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001249435A Expired - Fee Related JP3522717B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | レーザ加工装置及び加工方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3522717B2 (ja) |
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2001
- 2001-08-20 JP JP2001249435A patent/JP3522717B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2003053574A (ja) | 2003-02-26 |
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