JP3872462B2

JP3872462B2 - レーザ加工装置、及びレーザ加工方法

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Publication number: JP3872462B2
Application number: JP2003308674A
Authority: JP
Inventors: 圭二礒
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2023-09-01
Also published as: JP2005074479A

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に１本のレーザ光を時間的に複数の光路に振り分けて加工を行えるレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

プリント基板上に形成すべきビアホールの数は増大する傾向にある。そのため、効率的にビアホールを形成する技術が望まれる。特許文献１には、一つの光源から放射されたパルスレーザ光を、半波長板、電気光学素子及び偏光板を用いて、２つの導光光学系に交互に入射させるようにしたレーザ加工装置が開示されている。即ち、この装置では、２つの導光光学系を交互に用いてレーザ加工を行う。一方の導光光学系を用いてビアホールを形成する間に、他方の導光光学系ではガルバノスキャナを作動させる。従って、ガルバノスキャナが作動している期間に光源から放射されたパルスレーザ光も有効に利用できる。その結果、ビアホールを効率的に形成できる。

特開２００２−１１５８４号公報

ビアホールの加工品質を向上させることが望まれている。また、より構成の簡素なレーザ加工装置が望まれている。

本発明の目的は、ビアホールを形成する加工等のレーザ加工を効率的に行えると共に、その加工品質を向上させることのできる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、ビアホールを形成する加工等のレーザ加工を効率的に行えるレーザ加工装置を簡素に実現することにある。

本発明の一観点によれば、パルスレーザ光を放射する光源と、それぞれ自己に入射したパルスレーザ光を加工対象物上へ導く複数の導光光学系と、前記光源から放射されたパルスレーザ光が入射する位置に配置され、入射したパルスレーザ光を偏向する機能と、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを変更する機能とを有する光学手段と、前記光源から放射されたパルスレーザ光が前記光学手段によって偏向されることにより前記複数の導光光学系に時間的に振り分けられるように入射され、かつ時間的に振り分けられて一つの前記導光光学系にパルスレーザ光が入射されている期間に、前記光学手段を通過したパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギが変更されるよう前記光学手段を制御する制御手段とを備えたレーザ加工装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、（ａ）光源から放射されたパルスレーザ光の入射先を、光学偏向器を用いて第１の導光光学系に設定する工程と、（ｂ）前記第１の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、該第１の導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる加工対象物上の位置に穴を途中段階まで形成する工程と、（ｃ）前記第１の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記工程（ｂ）において途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程と、（ｄ）前記光源から放射されたパルスレーザ光の入射先を、前記光学偏向器を用いて前記第１の導光光学系から第２の導光光学系に変更する工程と、（ｅ）前記第２の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、該第２の導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる加工対象物上の位置に穴を途中段階まで形成する工程と、（ｆ）前記第２の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記工程（ｅ）において途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

本発明のさらに他の観点によれば、（ａ）一つの光源から放射されたパルスレーザ光を、光学偏向器を用いて、各々が自己に入射したパルスレーザ光を加工対象物上へ導く複数の導光光学系に、時間的に振り分けるように入射させる工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で時間的に振り分けられて一つの導光光学系にパルスレーザ光が入射している期間に、該導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる前記加工対象物上の位置に穴を形成する工程であって、（１）該導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、前記加工対象物に前記穴を途中段階まで形成し、（２）該導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

本発明によれば、光源から放射されたパルスレーザ光を有効に利用できるから、レーザ加工を効率的に行える。光源から放射されたパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを調節することにより、レーザ加工の加工品質を向上できる。光源から放射されたパルスレーザ光を、複数の導光光学系に時間的に振り分けるように入射させる光学手段として、例えば一つの光学偏向器を用いることにより、レーザ加工装置の構成を簡素化できる。

図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す。光源１がパルスレーザ光Ｌを放射する。光源１は、固体レーザ発振器と高調波発生器とを含む。固体レーザ発振器には、Ｎｄ:ＹＡＧレーザ発振器を用いる。高調波発生器には、非線形光学結晶を用いる。具体的には、光源１から放射されるパルスレーザ光Ｌは、Ｎｄ:ＹＡＧレーザの第３高調波である。

光源１から放射されたパルスレーザ光Ｌが、光軸Ｓに沿って進む。光軸Ｓ上には、音響媒体中で生じた回折格子でのブラッグ回折現象を利用した音響光学偏向器(ＡＯＤ；Acoust Optic Deflector)２と、ダンパ４とがこの順に配置されている。ＡＯＤ２は、パルスレーザ光を透過させる音響媒体に、その音響媒体内に伝搬させる超音波を発生する圧電振動子(トランスジューサ)が張り付けられて構成されている。圧電振動子は、外部から与えられるＲＦ信号３に基づいて作動する。なお、音響媒体の材料としては、モリブデン酸鉛や二酸化テルル等が用いられる。

ＡＯＤ２は、外部から圧電振動子にＲＦ信号３が与えられていないときは、パルスレーザ光Ｌを回折させずに透過させる。回折されずにＡＯＤ２を透過したパルスレーザ光(０次回折光)Ｌ_０は、そのまま光軸Ｓに沿って進み、ダンパ４に入射する。

一方、ＡＯＤ２は、外部から圧電振動子にＲＦ信号３が与えられているときは、自己に入射したパルスレーザ光Ｌを所定の角度だけ回折させる。これにより、ＡＯＤ２から１次回折光が出射する。１次回折光の回折角をθとしたとき、ｓｉｎθが音響媒体内を伝搬する超音波の周波数に比例する。音響媒体内を伝搬する超音波の周波数は、圧電振動子に与えられるＲＦ信号３の周波数に等しい。即ち、ＲＦ信号３の周波数をｆとしたとき、ｓｉｎθ∝ｆなる関係が成り立つ。

従って、ＡＯＤ２に与えるＲＦ信号３の周波数ｆに基づいて、ＡＯＤ２から出射される１次回折光の当該出射方向として、例えば光軸Ｓに対して角度θ_１だけ傾斜した第１の光軸Ｓ_１に沿う方向、又は光軸Ｓに対して角度θ_２（＞θ_１）だけ傾斜した第２の光軸Ｓ_２に沿う方向のうちのいずれか一方を選択できる。なお、θ_１は例えば１５度であり、θ_２は例えば２０度である。

第１の光軸Ｓ_１に沿って進むパルスレーザ光(１次回折光)Ｌ_１は第１の導光光学系Ｍ_１に入射する。第２の光軸Ｓ_２に沿って進むパルスレーザ光(１次回折光)Ｌ_２は第２の導光光学系Ｍ_２に入射する。第１の導光光学系Ｍ_１及び第２の導光光学系Ｍ_２は、それぞれ自己に入射したパルスレーザ光を被加工基板Ｗ_１及びＷ_２上へ導く。

パルスレーザ光Ｌ_１及びＬ_２のパワーは、共にＡＯＤ２の回折効率によって決まる。回折効率とは、ＲＦ信号３がＡＯＤ２を構成する圧電振動子に入力されていないときの０次回折光のパワーに対する１次回折光のパワーの比をいう。ＡＯＤ２の回折効率は、ＲＦ信号３の振幅に依存する。詳細には、ＡＯＤ２の回折効率は、ＲＦ信号３の振幅を大きくすると大きくなり、ＲＦ信号３の振幅を小さくすると小さくなる。

従って、ＡＯＤ２を構成する圧電振動子に与えるＲＦ信号３の振幅Ａに基づいて、パルスレーザ光Ｌ_１又はＬ_２のそれぞれのパワーを、例えばＰ_１とＰ_２（＞Ｐ_１）の２段階に変化させることができる。なお、パルスレーザ光Ｌ_１又はＬ_２のパワーを変化させることにより、当該各パルスレーザ光Ｌ_１又はＬ_２の１パルスあたりのエネルギも変化することになる。

なお、ＲＦ信号３をＡＯＤ２に入力してパルスレーザ光Ｌを回折させているときであっても、パルスレーザ光Ｌ_０のパワーは完全にはゼロにならない。パルスレーザ光Ｌ_０は、レーザ加工には用いないので、ダンパ４に吸収させる。

コントローラ５が、ＡＯＤ２を構成する圧電振動子にＲＦ信号３を与える。またコントローラ５は、ＲＦ信号３の周波数ｆ及び振幅Ａをそれぞれ変化させる制御を行う。

図２は、第ｉの導光光学系Ｍ_ｉの構成を示す概略図である。ここでは、ｉは１又は２である。即ち、第２の導光光学系Ｍ_２の構成は、第１の導光光学系Ｍ_１の構成と同様である。第ｉの光軸Ｓ_ｉに沿って進むパルスレーザ光Ｌ_ｉが第ｉの導光光学系Ｍ_ｉに入射する。第ｉの導光光学系Ｍ_ｉにおいて、パルスレーザ光Ｌ_ｉが入射する位置にはミラー８が配置されている。ミラー８で反射されたパルスレーザ光Ｌ_ｉの光路上には、コリーメータ９、マスク１０、及びビームスプリッタ１１がこの順に配置されている。コリメータ９は、パルスレーザ光Ｌ_ｉをコリメートする。マスク１０は、コリメートされたパルスレーザ光Ｌ_ｉのビーム径を制限する。

ビームスプリッタ１１は、ビーム径の制限されたパルスレーザ光Ｌ_ｉを、互いに等しいパワーをもつ２本のパルスレーザ光Ｌ_ｉ１及びＬ_ｉ２に分岐する。分岐された一方のパルスレーザ光Ｌ_ｉ１は、ガルバノスキャナ１２に入射する。他方のパルスレーザ光Ｌ_ｉ２は、ミラー１３で反射されて、他のガルバノスキャナ１４に入射する。ガルバノスキャナ１２及び１４は、それぞれコントローラ５から与えられる駆動信号ｓｉｇ_ｉ１及びｓｉｇ_ｉ２に従って作動する。

ガルバノスキャナ１２を通過したパルスレーザ光Ｌ_ｉ１及びガルバノスキャナ１４を通過したパルスレーザ光Ｌ_ｉ２は、それぞれｆθレンズ１５及び１６によって被加工基板Ｗ_ｉ上の異なる位置へ集光される。被加工基板Ｗ_ｉは、ＸＹステージ２０に保持されている。被加工基板Ｗ_ｉ上の、パルスレーザＬ_ｉ１及びＬ_ｉ２が集光された位置にそれぞれビアホールが形成される。

なお、ガルバノスキャナ１２及びｆθレンズ１５を含んで第１のスキャン系５０が構成されている。また、ミラー１３、ガルバノスキャナ１４、及びｆθレンズ１６を含んで第２のスキャン系６０が構成されている。第２のスキャン系６０は、Ｘ軸方向移動機構９０により、Ｘ軸方向（被加工基板Ｗ_ｉの表面に平行な方向、即ち図２の左右方向）に移動できる。なお、第１のスキャン系５０は、Ｘ軸方向には固定されている。

図３(ａ)は、被加工基板Ｗ_ｉの断面図である。コア層３１の上に銅層３２が積層されている。銅層３２の上には樹脂層３３が積層されている。さらに樹脂層３３の上には銅層３４が積層されている。被加工基板Ｗ_ｉの表面にパルスレーザ光を複数ショット（例えば、５０〜６０ショット）照射する。すると、図３(ｃ)に示すように、外側の銅層３４と樹脂層３３とを貫通し、内側の銅層３２の表面に達するビアホール３６が形成される。

樹脂をアブレーションさせるのに要するパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギ密度の閾値は、銅をアブレーションさせるのに要するパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギ密度の閾値よりも小さい。樹脂層３３を掘るときのパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を、銅層３４を掘るときと同じ値にすると、樹脂層３３の下層の銅層３２がパルスレーザ光を過剰に吸収して熱膨張する。そして、その熱膨張に起因して、樹脂層３３と銅層３２との間に剥離が生じてしまうことが考えられる。

そこで、一つのビアホールの形成工程を、前工程と後工程とに分ける。まず前工程では、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値以上になる条件で、パルスレーザ光を銅層３４に照射する。これにより、図３(ｂ)に示すように銅層３４のみを貫通する窓穴３５を形成する。次に、後工程では、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値よりも小さく、かつ樹脂をアブレーションさせるのに要する閾値以上になる条件で、パルスレーザ光を窓穴３５を介して樹脂層３３に照射する。これにより、樹脂層３３を掘ってビアホール３６を完成させる。

このように、樹脂層３３を掘るときのパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギ密度を、銅層３４を掘るときのパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギ密度よりも低下させることにより、銅層３２と樹脂層３３との間に剥離が生じてしまうこと等を防止できる。また、パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギ密度を、異なる層ごとにその層を掘るのに適した値へ変更することにより、ビアホールの加工品質を向上できる。即ち、側壁の切り立ったビアホール３６を形成できる。

図４は、コントローラ５が行う制御を表すタイミングチャートである。上欄から順に、ＲＦ信号３の周波数変動、ＲＦ信号３の振幅変動、パルスレーザ光Ｌ_１の波形、パルスレーザ光Ｌ_２の波形、駆動信号ｓｉｇ_１１及びｓｉｇ_１２の出力期間、並びに駆動信号ｓｉｇ_２１及びｓｉｇ_２２の出力期間を示す。

ＲＦ信号３の周波数がｆ_１に保たれる第１の期間Ｔ_ｆ１と、ｆ_２（＞ｆ_１）に保たれる第２の期間Ｔ_ｆ２とが交互に繰り返される。

まず、第１の期間Ｔ_ｆ１では、ＲＦ信号３の周波数がｆ_１に保たれる。このとき、ＡＯＤ２から出射する１次回折光の入射先として、第１の導光光学系Ｍ_１が選択される。即ち、光源１から放射されたパルスレーザ光Ｌが、ＡＯＤ２において角度θ_１だけ回折されることにより、第１の導光光学系Ｍ_１にパルスレーザ光Ｌ_１が入射する。そして、第１の導光光学系Ｍ_１から被加工基板Ｗ_１に向けてパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２が同時に出射する。これにより、被加工基板Ｗ_１上におけるパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射位置にそれぞれビアホール３６が形成される。この間、第２の導光光学系Ｍ_２には、パルスレーザ光Ｌ_２は入射しない。

第１の期間Ｔ_ｆ１中に、コントローラ５が、第２の導光光学系Ｍ_２のガルバノスキャナ１２及び１４へそれぞれ駆動信号ｓｉｇ_２１及びｓｉｇ_２２を送出する。つまり、第１の導光光学系Ｍ_１を用いてビアホール３６を形成する間に、第２の導光光学系Ｍ_２では、ガルバノスキャナ１２及び１４を前もって駆動しておく。第２の導光光学系Ｍ_２のガルバノスキャナ１２及び１４は、この第１の期間Ｔ_ｆ１の次の第２の期間Ｔ_ｆ２においてビアホールを形成することとなる被加工基板Ｗ_２上の未加工領域へパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２を照射させる姿勢となるように制御される。

第１の期間Ｔ_ｆ１はさらに、ＲＦ信号３の振幅がＡ_２に保たれる期間Ｔ_Ａ２と、Ａ_１（＜Ａ_２）に保たれる期間Ｔ_Ａ１とに分けられる。

はじめの期間Ｔ_Ａ２では、パルスレーザ光Ｌ_１のパワーがＡＯＤ２においてＰ_２に設定される。この期間が前工程である。このとき、パルスレーザ光Ｌ_１を第１の導光光学系Ｍ_１のビームスプリッタ１１にて２分岐して得られるパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値以上となる。これにより、被加工基板Ｗ_１の銅層３４におけるパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射位置がアブレーションされ、窓穴３５が形成される。

残りの期間Ｔ_Ａ１では、パルスレーザ光Ｌ_１のパワーがＰ_２よりも小さなＰ_１に保たれる。この期間が、後工程である。このとき、パルスレーザ光Ｌ_１を第１の導光光学系Ｍ_１のビームスプリッタ１１にて２分岐して得られるパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値未満、樹脂をアブレーションさせるのに要する閾値以上となる。これにより、被加工基板Ｗ_１の樹脂層３３におけるパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射位置がそれぞれ掘られてビアホール３６が完成する。

次に、第２の期間Ｔ_ｆ２では、ＲＦ信号３の周波数がｆ_２に保たれる。このとき、ＡＯＤ２から出射する１次回折光の入射先として、第２の導光光学系Ｍ_２が選択される。即ち、光源１から放射されたパルスレーザ光Ｌが、ＡＯＤ２において角度θ_２だけ回折されることにより、第２の導光光学系Ｍ_２にパルスレーザ光Ｌ_２が入射する。そして、第２の導光光学系Ｍ_２から被加工基板Ｗ_２に向けてパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２が同時に出射する。これにより、被加工基板Ｗ_２上におけるパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２の照射位置にそれぞれビアホール３６が形成される。この間、第１の導光光学系Ｍ_１にはパルスレーザ光Ｌ_１は入射しない。

第２の期間Ｔ_ｆ２中に、コントローラ５が、第１の導光光学系Ｍ_１のガルバノスキャナ１２及び１４へそれぞれ駆動信号ｓｉｇ_１１及びｓｉｇ_１２を送出する。つまり、第２の導光光学系Ｍ_２を用いてビアホール３６を形成する間に、第１の導光光学系Ｍ_１では、ガルバノスキャナ１２及び１４を前もって駆動しておく。第１の導光光学系Ｍ_１のガルバノスキャナ１２及び１４は、この第２の期間Ｔ_ｆ１の次の第１の期間Ｔ_ｆ２においてビアホールを形成することとなる被加工基板Ｗ_１上の未加工領域へパルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２を集光させる姿勢となるように制御される。

第２の期間Ｔ_ｆ２はさらに、ＲＦ信号３の振幅がＡ_２に保たれる期間Ｔ_Ａ２と、Ａ_１（＜Ａ_２）に保たれる期間Ｔ_Ａ１とに分けられる。

はじめの期間Ｔ_Ａ２では、パルスレーザ光Ｌ_２のパワーがＡＯＤ２においてＰ_２に設定される。この期間が前工程である。このとき、パルスレーザ光Ｌ_２を第２の導光光学系Ｍ_２のビームスプリッタ１１にて２分岐して得られるパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値以上となる。これにより、被加工基板Ｗ_２の銅層３４におけるパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２の照射位置がアブレーションされ、窓穴３５が形成される。

残りの期間Ｔ_Ａ１では、パルスレーザ光Ｌ_２のパワーがＰ_２よりも小さなＰ_１に保たれる。この期間が、後工程である。このとき、パルスレーザ光Ｌ_２を第２の導光光学系Ｍ_２のビームスプリッタ１１にて２分岐して得られるパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせるのに要する閾値未満、樹脂をアブレーションさせるのに要する閾値以上となる。これにより、被加工基板Ｗ_２の樹脂層３３におけるパルスレーザ光Ｌ_２１及びＬ_２２の照射位置がそれぞれ掘られてビアホール３６が完成する。

以上のように、コントローラ５は、第１の期間Ｔ_ｆ１と第２の期間Ｔ_ｆ２とが交互に繰り返されるように、ＲＦ信号３の周波数を変化させる。即ち、コントローラ５は、光源１から放射されたパルスレーザ光が、１つのビアホール３６を形成するのに必要なショット数（例えば５０〜６０ショット）ずつ、第１の導光光学系Ｍ_１と第２の導光光学系Ｍ_２とに交互に入射するようＡＯＤ２を制御する。

なお、光源１から放射されたパルスレーザ光を、所定ショット数ずつ第１の導光光学系Ｍ_１と第２の導光光学系Ｍ_２とに交互に入射させる光学手段として一つの光学素子であるＡＯＤ２を用いるから、半波長板、電気光学素子、及び偏光板の３つの光学素子を用いる従来技術に比べると、レーザ加工装置の構成を簡素化できる。

さらに、コントローラ５は、第１の期間Ｔ_ｆ１及び第２の期間Ｔ_ｆ２のそれぞれが、はじめの期間Ｔ_Ａ２と、残りの期間Ｔ_Ａ１とに分けられるように、ＲＦ信号３の振幅を変化させる。即ち、コントローラ５は、一つのビアホール３６を形成するのに必要なショット数のうち、はじめの所定ショット分のパルスレーザ光の、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、残りの所定ショット数分のパルスレーザ光の、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度よりも大きくなるようにＡＯＤ２を制御する。

このようにして、被加工基板Ｗ_１及びＷ_２の双方にビアホール３６を形成してゆく。但し、被加工基板Ｗ_１及びＷ_２上の全加工領域にビアホール３６を形成するには、ＸＹステージ２０の駆動も必要となる。以下、ＸＹステージ２０の動作について説明する。

図５は、被加工基板Ｗ_１の表面に予めレイアウトされる加工領域を模式的に示す斜視図である。被加工基板Ｗ_１とＷ_２とは同様の構成であるため、被加工基板Ｗ_１のみを例示する。図５(ａ)に示すように、被加工基板Ｗ_１上には、例えば４行４列のマトリクス状に１６個の加工領域が予めレイアウトされる。なお、一つの加工領域のサイズは例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。

第１の導光光学系Ｍ_１において、第１のスキャン系５０が加工領域Ｒ_１１から加工をはじめるとき、それと同時に第２のスキャン系６０は、そこからＸ方向（図６中、右方向）に距離Ｄだけ隔てた加工領域Ｒ_３１から加工をはじめる。Ｄは、ｆθレンズ１５とｆθレンズ１６との光軸中心間の距離を表す。第１のスキャン系５０及び第２のスキャン系６０は、それぞれガルバノスキャナ１２及び１４の駆動に基づいて、パルスレーザ光Ｌ_１１及びＬ_１２の照射位置を二次元方向に走査することができる。従って、ＸＹテーブル２０が被加工基板Ｗ_１の保持位置を固定したままの状態で、加工領域Ｒ_１１及びＲ_３１内にそれぞれ所望数のビアホールを形成できる。なお、ガルバノスキャナ１２及び１４の駆動は、図５には示されていない第２の導光光学系Ｍ_２（図１参照）を用いてビアホールを形成する間に行うのは前述の通りである。

加工領域Ｒ_１１及びＲ_３１の双方に、所望数のビアホールを同時に形成した後に、次の加工領域Ｒ_１２及びＲ_３２がそれぞれ第１のスキャン系５０及び第２のスキャン系６０の直下にくるように、ＸＹステージ２０が被加工基板Ｗ_１をＹ方向（図５中、手前方向）に移動させる。このようにして、第１のスキャン系５０及び第２のスキャン系６０のそれぞれによって、Ｙ方向に並ぶ１列分の加工領域Ｒ_１１〜Ｒ_１４及びＲ_３１〜Ｒ_３４の加工を終えたら、次の１列分の加工領域Ｒ_２１〜Ｒ_２４及びＲ_４１〜Ｒ_４４を加工するために、ＸＹステージ２０が被加工基板Ｗ_１をＸ方向（図５中、右方向）に移動させる。また、ＸＹステージ２０は、加工領域Ｒ_２１及びＲ_４１がそれぞれ第１のスキャン系５０及び第２のスキャン系６０の直下にくるように、被加工基板Ｗ_１をＹ方向（図５中、奥行き方向）に移動させる。このようにして、図５(ａ)中、二点鎖線で示す順序に従って加工を進めてゆく。

図５(ｂ)に示すように、例えば被加工基板Ｗ_１が図５(ａ)に示されているものより大きい場合には、第２のスキャン系６０を第１のスキャン系５０から遠ざけることができる。なお、第２のスキャン系６０の移動は、図５には示されていないＸ軸方向移動機構９０（図２参照）により行われる。これにより、図５(ａ)に示された例と同様に、被加工基板Ｗ_１上の半分の領域を第１のスキャン系５０で加工するのと同時に、残り半分の領域を第２のスキャン系６０で加工できる。このように、第２のスキャン系６０をＸ軸方向に移動可能としたことにより、さまざまなサイズの被加工基板を効率的に加工できる。

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、光源１から放射されたレーザ光Ｌを分岐させずにＡＯＤ２に入射させたが、ＡＯＤ２に入射させるレーザ光は、予め複数本に分岐されたレーザ光のうちの一本であってもよい。即ち、光源から放射された１本のレーザ光を、予めビームスプリッタやハーフミラー等の光分岐手段を用いて複数本のレーザ光に分岐し、分岐されたレーザ光の各々を、複数の導光光学系に時間的に振り分けるように入射させてもよい。この場合において、光源から放射された１本のレーザ光を、互いに等しいパワーをもつ複数本のレーザ光に分岐してもよいし、互いに異なるパワーをもつ複数本のレーザ光に分岐してもよい。

実施例では、ＲＦ信号３の振幅をＡ_１とＡ_２との２段階に切り替えることにより、パルスレーザ光Ｌ_１又はＬ_２のそれぞれのパワーを、Ｐ_１とＰ_２との２段階に変化させることとしたが、ＲＦ信号３の振幅を３段階以上に切り替えることにより、パルスレーザ光Ｌ_１又はＬ_２のそれぞれのパワーを、３段階以上に変化させることもできる。これにより、例えば３種類以上の層からなる積層構造に穴をあける場合にも、パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を、異なる層ごとにその層を掘るのに適した値へ変更できるから、穴あけ加工の加工品質を向上できる。さらに、ＲＦ信号の振幅を段階的に変化させるのではなく、連続的に変化させることにより、ＡＯＤから出射する１次回折光のパワーを連続的に変化させることとしてもよい。

実施例では、ＲＦ信号３の周波数をｆ_１とｆ_２との２段階に切り替えることにより、パルスレーザ光Ｌを２つの導光光学系Ｍ_１及びＭ_２に時間的に振り分けるように入射させることとしたが、ＲＦ信号３の周波数を３段階以上に切り替えることとすれば、一つの光源から放射されたレーザ光を３つ以上の導光光学系に時間的に振り分けるように入射させることもできる。

実施例では、第１の導光光学系Ｍ_１と第２の導光光学系Ｍ_２とによって、それぞれ異なる被加工基板Ｗ_１及びＷ_２が加工されるようにしたが、両者によって一つの被加工基板を加工するようにしてもよい。また、実施例では、一つのＸＹテーブル２０が２つの被加工基板Ｗ_１及びＷ_２を保持するようにしたが、互いに独立して駆動する２つのＸＹテーブルがそれぞれ被加工基板Ｗ_１及びＷ_２を保持するようにしてもよい。この場合は、一方の被加工基板Ｗ_１を加工している期間に、他方の被加工基板Ｗ_２を保持しているＸＹテーブルを作動させておくこともできる。

実施例では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波を用いたが、これに限らず固体レーザの２次以上の高調波を用いることができる。また光源１は、ＣＯ_２レーザ発振器等の気体レーザ発振器を用いて構成してもよい。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。

実施例によるレーザ加工装置の構成を示す概略図である。導光光学系の構成を示す概略図である。実施例によるレーザ加工方法の対象となる被加工基板の要部を示す断面図である。実施例によるレーザ加工装置で用いられる信号及びパルスレーザ光のタイミングチャートである。被加工基板の表面に予めレイアウトされる加工領域を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１光源
２ＡＯＤ（光学手段）
５コントローラ（制御手段）
Ｍ_１第１の導光光学系
Ｍ_２第２の導光光学系
Ｗ_１被加工基板（加工対象物）
Ｗ_２被加工基板（加工対象物）

Claims

パルスレーザ光を放射する光源と、
それぞれ自己に入射したパルスレーザ光を加工対象物上へ導く複数の導光光学系と、
前記光源から放射されたパルスレーザ光が入射する位置に配置され、入射したパルスレーザ光を偏向する機能と、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを変更する機能とを有する光学手段と、
前記光源から放射されたパルスレーザ光が前記光学手段によって偏向されることにより前記複数の導光光学系に時間的に振り分けられるように入射され、かつ時間的に振り分けられて一つの前記導光光学系にパルスレーザ光が入射されている期間に、前記光学手段を通過したパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギが変更されるよう前記光学手段を制御する制御手段と
を備えたレーザ加工装置。
前記制御手段が、前記パルスレーザ光が時間的に振り分けられて一つの前記導光光学系に入射されている期間に、該パルスレーザ光の前記加工対象物上における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせることのできる第１の値から、該第１の値よりも低くかつ樹脂をアブレーションさせることのできる第２の値へ変更されるよう前記光学手段を制御する請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記複数の導光光学系の各々が、自己に入射したパルスレーザ光の照射位置を前記加工対象物上で移動させる走査光学系を含み、
前記制御手段が、前記光学手段によって前記パルスレーザ光が時間的に振り分けられて一つの前記導光光学系に入射されている期間に、前記複数の導光光学系のうち当該一つの導光光学系以外の少なくとも一つの導光光学系の前記走査光学系を駆動してパルスレーザ光の照射位置を移動させておく請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
前記光学手段が、一つの光学偏向器からなる請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
前記光学手段が、前記パルスレーザ光を透過させる音響媒体と、該音響媒体内に伝搬させる超音波を発生する超音波発生手段とを備えた音響光学偏向器からなり、
前記制御手段が、前記超音波発生手段によって発生される超音波の周波数を変化させることに基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折方向を変化させることにより、該パルスレーザ光を前記複数の導光光学系に時間的に振り分けるように入射させるとともに、前記超音波発生手段によって発生される超音波の振幅を変化させることに基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折効率を変化させることにより、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを変更させる請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
（ａ）光源から放射されたパルスレーザ光の入射先を、光学偏向器を用いて第１の導光光学系に設定する工程と、
（ｂ）前記第１の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、該第１の導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる加工対象物上の位置に穴を途中段階まで形成する工程と、
（ｃ）前記第１の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記工程（ｂ）において途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程と、
（ｄ）前記光源から放射されたパルスレーザ光の入射先を、前記光学偏向器を用いて前記第１の導光光学系から第２の導光光学系に変更する工程と、
（ｅ）前記第２の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、該第２の導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる加工対象物上の位置に穴を途中段階まで形成する工程と、
（ｆ）前記第２の導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記工程（ｅ）において途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程と
を有するレーザ加工方法。
前記加工対象物が、樹脂層の上に銅層が積層された構造を有する多層基板であり、
前記工程（ｂ）及び（ｅ）では、前記パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が銅をアブレーションさせることのできる値となるように、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して前記銅層を貫通する穴を形成し、
前記工程（ｃ）及び（ｆ）では、前記パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせることのできる値よりも低く、かつ樹脂をアブレーションさせることのできる値となるように、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを前記光学偏向器を用いて第２の値に設定して前記樹脂層を貫通する穴を形成する請求項６に記載のレーザ加工方法。
前記第１の導光光学系及び前記第２の導光光学系の各々が、自己に入射したパルスレーザ光の照射位置を前記加工対象物上で移動させる走査光学系を含み、
前記光源から放射されたパルスレーザ光を前記第１の導光光学系に入射させている期間に、前記第２の導光光学系の前記走査光学系を駆動してパルスレーザ光の照射位置を移動させておく工程と、
前記光源から放射されたパルスレーザ光を前記第２の導光光学系に入射させている期間に、前記第１の導光光学系の前記走査光学系を駆動してパルスレーザ光の照射位置を移動させておく工程と
をさらに有する請求項６又は７に記載のレーザ加工方法。
前記光学偏向器が、前記パルスレーザ光を透過させる音響媒体と、該音響媒体内に伝搬させる超音波を発生する超音波発生手段とを備えた音響光学偏向器からなり、
前記工程（ａ）及び（ｄ）では、前記超音波発生手段によって発生される超音波の周波数に基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折方向を設定することにより、該パルスレーザ光の入射先をそれぞれ前記第１の導光光学系及び第２の導光光学系に設定し、
前記工程（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、及び（ｆ）では、前記超音波発生手段によって発生される超音波の振幅に基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折効率を設定することにより、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを設定する請求項６〜８のいずれかに記載のレーザ加工方法。
（ａ）一つの光源から放射されたパルスレーザ光を、光学偏向器を用いて、各々が自己に入射したパルスレーザ光を加工対象物上へ導く複数の導光光学系に、時間的に振り分けるように入射させる工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で時間的に振り分けられて一つの導光光学系にパルスレーザ光が入射している期間に、該導光光学系によってパルスレーザ光が導かれる前記加工対象物上の位置に穴を形成する工程であって、（１）該導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して、前記加工対象物に前記穴を途中段階まで形成し、（２）該導光光学系に入射させるパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを、前記光学偏向器を用いて前記第１の値とは異なる第２の値に設定して、前記途中段階まで形成された穴の底面を掘る工程と
を有するレーザ加工方法。
前記加工対象物が、樹脂層の上に銅層が積層された構造を有する多層基板であり、
前記工程（１）では、前記パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が銅をアブレーションさせることのできる値となるように、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを前記光学偏向器を用いて第１の値に設定して前記銅層を貫通する穴を形成し、
前記工程（２）では、前記パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が、銅をアブレーションさせることのできる値よりも低く、かつ樹脂をアブレーションさせることのできる値となるように、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを前記光学偏向器を用いて第２の値に設定して前記樹脂層を貫通する穴を形成する請求項１０に記載のレーザ加工方法。
前記複数の導光光学系の各々が、自己に入射したパルスレーザ光の照射位置を前記加工対象物上で移動させる走査光学系を含み、
前記工程（ａ）で時間的に振り分けられて一つの導光光学系にパルスレーザ光が入射している期間に、前記複数の導光光学系のうち当該一つの導光光学系以外の少なくとも一つの導光光学系の前記走査光学系を駆動してパルスレーザ光の照射位置を移動させておく工程をさらに有する請求項１０又は１１に記載のレーザ加工方法。
前記光学偏向器が、前記パルスレーザ光を透過させる音響媒体と、該音響媒体内に伝搬させる超音波を発生する超音波発生手段とを備えた音響光学偏向器からなり、
前記工程（ａ）では、前記超音波発生手段によって発生される超音波の周波数を変化させることに基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折方向を変化させることにより、該パルスレーザ光を前記複数の導光光学系に時間的に振り分けるように入射させ、
前記工程（１）及び（２）では、前記超音波発生手段によって発生される超音波の振幅に基づいて、前記音響媒体を透過するパルスレーザ光の回折効率を設定することにより、該パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギをそれぞれ前記第１の値及び第２の値に設定する請求項１０〜１２のいずれかに記載のレーザ加工方法。