JP4827650B2 - レーザ加工方法及び加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法及び加工装置に関し、特に加工対象物上の複数の被照射点にレーザパルスを順番に入射させてレーザ加工を行うレーザ加工方法及び加工装置に関する。

下記の特許文献１に、樹脂基板上に銅箔が密着した加工対象物に穴を形成するレーザ加工方法が開示されている。特許文献１に開示された方法では、レーザ発振器から出射されたレーザビームのスポットサイズが銅箔の表面で最小になる条件で、銅箔にレーザパルスを入射させ、銅箔を貫通する穴を形成する。その後、パルスエネルギを低下させると共に、スポットサイズを大きくして、同一箇所にレーザパルスを入射させる。これにより、樹脂基板に穴が形成される。樹脂基板に穴を形成するためのレーザパルスのパルスエネルギは、銅箔に穴を形成するために必要なパルスエネルギよりも低いため、このレーザパルスの入射では銅箔は除去されない。このため、１回目のレーザパルスの入射で銅箔に穴が形成され樹脂が露出した部分にのみ、２回目のレーザパルスの入射によって穴が形成される。

特開２００３−２９０９５９号公報

炭酸ガスレーザ発振器から出射されるレーザパルスは、パルス発振開始直後と、定常発振時とで、パルスエネルギが異なる。具体的には、発振直後のパルスエネルギが、定常発振時におけるパルスエネルギよりも低い。また、定常発振時においても、パルスの繰り返し周波数を変化させると、パルスエネルギや光強度分布が変動する。

通常、ガルバノスキャナ等のビーム走査器でビームを走査しながら、レーザパルスを被照射点に入射させることにより、被照射点に穴を形成する。ビーム入射位置が、ある被照射点から次の被照射点に移動する時間は、２つの被照射点間の距離に依存する。このため、複数の被照射点に順番にレーザパルスを入射させる際に、レーザパルスの繰返し周波数が一定にならない。レーザパルスの繰り返し周波数が変化すると、パルスエネルギや光強度分布が変動してしまうため、銅箔に形成される穴の直径がばらついてしまう。

また、加工対象物の移動時や交換時にレーザ発振を停止させ、その後レーザ発振を開始すると、レーザパルスの品質が、定常発振時の品質と異なってしまう。

本発明の目的は、加工される穴の寸法のばらつきを抑制することができるレーザ加工方法及び加工装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
（ａ）レーザ発振器をパルス発振させながら、加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
（ｂ）前記加工対象物上の少なくとも１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間に、前記工程ａで前記レーザ発振器から出射した加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは、前記加工対象物に入射させない工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。

本発明の他の観点によると、
トリガパルスが入力されると、該トリガパルスのパルス幅に対応したパルス幅のレーザパルスを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザパルスを、加工用経路に沿って伝搬させる状態と、該加工用経路に沿って伝搬させない状態とを切り替えるビーム振分器と、
前記加工用経路に沿って伝搬するレーザパルスが、加工対象物上の目標位置に入射するように、レーザパルスの進行方向を変化させるビーム走査器と、
前記レーザ発振器、前記ビーム振分器、及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
を有し、前記制御装置は、
前記加工対象物上の複数の被照射点に、前記レーザ発振器から出射された加工用レーザパルスの少なくとも一部分が順番に入射してレーザ加工が行われ、かつ、前記加工対象物上の少なくとも１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間に、前記加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスが、前記レーザ発振器から出射されるとともに、該非加工用レーザパルスは、前記加工用経路に沿って伝搬しないように、前記レーザ発振器、前記ビーム振分器、及び前記ビーム走査器を制御するレーザ加工装置が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、
（ａ）加工対象物表面の一部の第１の領域を、パルスレーザビームの走査可能範囲内に配置して、レーザ発振器をパルス発振させながら、該第１の領域内の複数の被照射点に加工用レーザパルスを順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
（ｂ）前記加工対象物を移動させて、該加工対象物表面の一部の第２の領域を、前記走査可能範囲内に配置して、該第２の領域内の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
（ｃ）前記工程ａが終了して前記加工対象物を移動させている期間に、前記工程ａで前記加工対象物に入射する加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは前記加工対象物に入射させない工程と
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ると、
（ａ）第１の加工対象物を、パルスレーザビームの走査可能範囲内に配置して、レーザ発振器をパルス発振させながら、該第１の加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
（ｂ）前記第１の加工対象物を前記走査可能範囲内から取り除き、他の第２の加工対象物を、該走査可能範囲内に配置して、該第２の加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスを順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
（ｃ）前記工程ａが終了して前記第２の加工対象物への加工用レーザパルスの入射が開始するまでの期間に、前記加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは前記走査可能範囲内に入射させない工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。

非加工用レーザパルスを出射することにより、加工用レーザパルスの繰り返し周波数の相違に起因する穴の寸法のばらつきの拡大を防止することができる。

図１に、第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ発振器１が、制御装置９からトリガパルスＳａを受けて、トリガパルスのパルス幅に対応するパルス幅のレーザパルスＬａを出射する。レーザ発振器１として、炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。

レーザ発振器１から出射したレーザパルスＬａがビーム振分器２に入射する。ビーム振分器２は、入射したレーザパルスが、加工用経路Ｐｂに沿って伝搬する状態と、ダンパ経路Ｐｃに沿って伝搬する状態とを、制御装置９からの制御信号Ｓｂによって切り替える。ビーム振分器２として、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）を用いることができる。ダンパ経路Ｐｃに沿って伝搬するレーザパルスＬｃは、ビームダンパ８に入射する。

加工用経路Ｐｂに沿って伝搬するレーザパルスＬｂは、反射ミラー３で反射されて、マスク４、ビーム走査器５、及びｆθレンズ６を経由して、ＸＹステージ７に保持された加工対象物１０に入射する。マスク４は、貫通孔を有する遮光板であり、レーザパルスＬｂのビーム断面を円形に整形する。ｆθレンズ６は、マスク４の位置のビーム断面を、加工対象物１０の表面上に結像させる。

ビーム走査器５は、Ｘ用ガルバノスキャナとＹ用ガルバノスキャナとを含み、制御装置９からの指令信号Ｓｄで指令される目標位置にレーザパルスが入射するように、レーザパルスの進行方向を変化させる。レーザパルスの入射位置が、制御装置９から指令された目標位置に位置決めされると、通知信号Ｓｃにより位置決め完了を制御装置９に通知する。

ＸＹステージ７は、加工対象物１０を、その表面に平行で、相互に直交するＸ方向及びＹ方向の２次元方向に移動させることができる。ＸＹステージ７による加工対象物１０の移動は、制御装置９により制御される。

図２Ａ〜図２Ｃに、加工対象物１０の被照射点近傍の加工前、加工途中段階、及び加工後における断面図を示す。加工対象物１０は、例えばビルドアップ基板である。

図２Ａに示すように、ＦＲ−４やＢＴレジン等からなるガラスクロス入りのコア基板１１の表面に、銅ランド１２が形成されている。コア基板１１の、銅ランド１２が形成された面に、樹脂付銅箔（ＲＣＣ）が貼り合わせられている。樹脂付銅箔は、コア基板１１に密着する樹脂層１３、及びその表面を覆う銅箔１４を含む。銅箔１４の表面は、酸化処理（黒化処理）されている。銅ランド１２が配置されている部分が被照射点となる。

図２Ｂに、１ショットの加工用レーザパルスが被照射点に入射した後の加工対象物１０の断面図を示す。銅箔１４を貫通する穴１５が形成されている。穴１５は、樹脂層１３の表層部まで達する。銅箔１４の厚さは、例えば９〜１２μｍであり、凹部１５の開口部の直径は、例えば１００〜１２５μｍである。

図２Ｃに示すように、通常のコンフォーマル加工を用いて、穴１５の位置に樹脂層１３を貫通し、銅ランド１２を露出させる穴１６を形成する。本願第１の実施例は、穴１５の形成工程に特徴を有する。

第１の実施例によるレーザ加工方法を説明する前に、従来の穴１５の形成方法について説明する。

図３に、加工対象物１０の平面図を示す。加工対象物１０の表面に、複数の被照射点Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・が画定されている。被照射点は、例えば図２Ａに示した銅ランド１２が形成されている位置に対応する。

レーザ発振器１をパルス発振させながら、加工対象物１０上の複数の被照射点Ｐ_０、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・にレーザパルスを順番に入射させることにより、図２Ｂに示した穴１５を形成する。より詳細には、まずビーム走査器５を制御して、レーザパルスの入射位置を、最初に加工すべき被照射点（図３の場合には被照射点Ｐ_０）に位置決めする。位置決めが完了すると、レーザ発振器１からレーザパルスを出射させ、被照射点Ｐ_０に１ショットのレーザパルスを入射させる。

レーザ発振器１からの１パルスの出射が終了すると、レーザパルスが次に加工すべき被照射点Ｐ_１に入射するように、ビーム走査器５を制御する。レーザパルスの入射位置が被照射点Ｐ_１に位置決めされた後、レーザ発振器１からレーザパルスを出射させ、被照射点Ｐ_１に１ショットのレーザパルスを入射させる。

このように、ビーム走査器５によるレーザパルス入射位置の位置決めと、レーザ発振器１からのレーザパルスの出射とを繰り返すことにより、加工対象物１０上の全ての被照射点に穴を形成する。

ある被照射点から次に加工すべき被照射点までの距離は一定ではない。図３に示した例では、被照射点Ｐ_２からＰ_３までの距離が、被照射点Ｐ_１からＰ_２までの距離よりも短い。ビーム走査器５でレーザパルスの入射位置を移動させる場合、反射鏡の姿勢変化を伴うため、被照射点間の距離が長くなると、レーザパルスの入射位置の位置決めが完了するまでの時間も長くなる。このため、加工対象物１０上の複数の被照射点を加工している際に、レーザ発振器１のパルスの繰り返し周波数が変動する。

一例として、レーザパルス入射位置の移動距離が０．５ｍｍの場合には、移動時間が０．５ｍｓであり、移動距離が３ｍｍの場合には、移動時間が２ｍｓである。移動時間０．５ｍｓは、周波数２ｋＨｚの周期に相当し、移動時間２ｍｓは、周波数５００Ｈｚの周期に相当する。

パルスの繰り返し周波数が変動すると、レーザビームの光強度分布やパルスエネルギが変動する。このため、形成される穴の寸法がばらついてしまう。

図５に、パルスの繰り返し周波数を０．４ｋＨｚに設定して加工した場合と、１．３ｋＨｚに設定して加工した場合の穴径の分布を示す。横軸は被照射点に付した通し番号を表し、縦軸は穴径を単位「μｍ」で表す。被照射点の通し番号順にレーザパルスを入射させることにより、穴を形成した。図５の破線ａ及びｂが、それぞれ加工用レーザパルスの繰り返し周波数を０．４ｋＨｚとした場合、及び１．３ｋＨｚとした場合の穴径を示す。繰り返し周波数を０．４ｋＨｚに設定して加工を行った場合には、平均穴径が９７．０μｍであったのに対し、繰り返し周波数を１．３ｋＨｚに設定して加工を行った場合には、平均穴径が１０６．０μｍであった。このように、レーザパルスの繰り返し周波数が変化すると、形成される穴の寸法がばらついてしまう。

次に、図３〜図６を参照して、第１の実施例によるレーザ加工方法で、図２Ｂに示した銅箔１４を貫通する穴１５を形成する工程について説明する。必要に応じて図１及び図２を参照する。

図４に、第１の実施例によるレーザ加工方法の各種信号及びレーザパルスのタイミングチャートを示す。図３に示す被照射点Ｐ_０の加工が終了し、次の被照射点Ｐ_１に、レーザパルス入射位置が位置決めされると、ビーム走査器５は、通知信号Ｓｃを立ち下げることにより、制御装置９に位置決め完了を通知する（時刻ｔ_１）。

制御装置９は、レーザ発振器１に、加工用トリガパルスＳａ_１を送出する。加工用トリガパルスＳａ_１が立ち上がると、レーザ発振器１から出射される加工用レーザパルスＬａ_１が立ち上がり始める。加工用レーザパルスＬａ_１の強度は、立ち上がり開始から約３０μｓ経過した時点（時刻ｔ_２）で定常状態に達する。

加工用トリガパルスＳａ_１が立ち下がると（時刻ｔ_５）、加工用レーザパルスＬａ_１の強度が低下し始め、立ち下がり開始から約６０μｓ経過した時点（時刻ｔ_６）で加工用レーザパルスＬａ_１の出射が終了する。時刻ｔ_１からｔ_５までの加工用トリガパルスＳａ_１が送出されている期間は、例えば６０〜８０μｓである。加工用レーザパルスＬａ_１の強度は、時刻ｔ_２からｔ_５までの期間、ほぼ一定になる。加工用レーザパルスＬａ_１の強度がほぼ一定になっている期間、すなわち時刻ｔ_２からｔ_５までの期間内の時刻ｔ_３に、制御装置９からビーム振分器２に送出される制御信号Ｓｂが立ち上がり、時刻ｔ_４に制御信号Ｓｂが立ち下がる。

ビーム振分器２は、制御信号Ｓｂが立ち上ってから立ち下がるまでの期間ｔ_３〜ｔ_４に、レーザパルスを加工用経路Ｐｂに振り向ける。このため、時刻ｔ_３からｔ_４までの期間、加工用経路Ｐｂに沿って加工用レーザパルスＬａ_１の主要部Ｌｂ_１が伝搬し、被照射点Ｐ_１に入射する。加工用経路Ｐｂに沿って伝搬する主要部Ｌｂ_１のパルス幅は、例えば１８μｓである。時刻ｔ_１からｔ_３までの期間、及び時刻ｔ_４からｔ_６までの期間は、加工用レーザパルスＬａ_１の立ち上がり部及び立ち下がり部Ｌｃ_１がダンパ経路Ｐｃに沿って伝搬し、ビームダンパ８に入射する。

加工用トリガパルスＳａ_１が立ち下がると、制御装置９からビーム走査器６に、次に加工すべき被照射点Ｐ_２の位置を通知する指令信号Ｓｄが送出される（時刻ｔ_５）。ビーム走査器６は、指令信号Ｓｄを受信すると、通知信号Ｓｃを立ち上げて、レーザパルス入射位置が移動中であることを通知するとともに、レーザパルス入射位置を、被照射点Ｐ_２に向けて移動させる。

時刻ｔ_９において、レーザパルス入射位置が被照射点Ｐ_２に位置決めされると、ビーム走査器６は、通知信号Ｓｃを立ち下げることにより、位置決め完了を制御装置９に通知する。

制御装置９は、時刻ｔ_５からｔ_９までのレーザパルス入射位置が移動している期間、レーザ発振器１に、非加工用トリガパルスＳａ_２を一定周波数で送出する。非加工用トリガパルスＳａ_２のパルス幅は１０μｓである。

時刻ｔ_６で最初の非加工用トリガパルスＳａ_２が立ち上がると、レーザ発振器１から非加工用レーザパルスＬａ_２の出射が開始される。非加工用レーザパルスＬａ_２の強度が定常状態に達する前（時刻ｔ_７）に、非加工用トリガパルスＳａ_２が立ち下がる。このため、非加工用レーザパルスＬａ_２は、その強度が定常状態に達する前に、立ち下がり始める。

時刻ｔ_５からｔ_９までの期間は、ビーム振分器２に制御信号Ｓｂが送出されていない。このため、レーザ発振器１から出射された非加工用レーザパルスＬａ_２は、ダンパ経路Ｐｃに沿って伝搬し、ビームダンパ８に入射する。このため、加工対象物１０には入射しない。

時刻ｔ_６からｔ_９までの期間に送出される非加工用トリガパルスＳａ_２の周波数は、例えば１０ｋＨｚである。すなわち、周期は１００μｓであり、パルス間隔は９０μｓである。加工用トリガパルスＳａ_１の立ち下がり時点（時刻ｔ_５）から、最初の非加工用トリガパルスＳａ_２の立ち上がり時点（時刻ｔ_６）までの間隔は、その後の非加工用トリガパルスＳａ_２の間隔と同一の９０μｓとする。

時刻ｔ_９において、通知信号Ｓｃが立ち下がると、直前の非加工用トリガパルスＳａ_２の立ち下がり時点（時刻ｔ_８）から、非加工用トリガパルスＳａ_２の間隔と同一の９０μｓだけ経過した時点、すなわち直前の非加工用レーザパルスＬａ_２の立ち上がり時点から、非加工用レーザパルスＬａ_２の周期１００μｓだけ経過した時点（時刻ｔ_１０）に、次の加工用トリガパルスＳａ_１が立ち上がる。時刻ｔ_１０以降のタイミングチャートは、時刻ｔ_１以降のタイミングチャートと同一である。ただし、ビーム走査器５によるレーザパルス入射位置の移動距離が異なるため、時刻ｔ_１０よりも後の、加工用トリガパルスＳａ１の立ち下がり時点（時刻ｔ_１１）から、通知信号Ｓｃの立ち下がり時点（時刻ｔ_１２）までの長さは、時刻ｔ_５から時刻ｔ_９までの長さと同一であるとは限らない。

次に、図５及び図６を参照して、レーザパルス入射位置を移動させている期間に非加工用レーザパルスを出射する効果について説明する。

図５に、非加工用レーザパルスの周波数を６ｋＨｚにして加工を行った場合の穴径の分布を示す。実線ｃ及びｄは、それぞれ加工用レーザパルスの周波数を０．４ｋＨｚ及び１．３ｋＨｚにして加工を行った場合の穴径の分布を示す。加工用レーザパルスの周波数が０．４ｋＨｚ及び１．３ｋＨｚのときの平均穴径は、それぞれ１０４．７μｍ及び１１０．０μｍであった。比較のために、非加工用レーザパルスを出射しない従来の方法で加工を行った場合の平均穴径は、すでに説明したように、それぞれ９７．０μｍ及び１０６．０μｍであった。

非加工用レーザパルスを出射しない場合の平均穴径の差が９．０μｍであるのに対し、非加工用レーザパルスを出射した場合の平均穴径の差は５．２μｍでる。このように、レーザパルス入射位置の移動期間に非加工用レーザパルスを出射することにより、加工用レーザパルスの繰り返し周波数の相違による穴径のばらつきを小さくすることができる。

図６に、非加工用レーザパルスの周波数を１０ｋＨｚにして加工を行った場合の穴径の分布を示す。実線ｅ及びｆは、それぞれ加工用レーザパルスの周波数を０．４ｋＨｚ及び１．３ｋＨｚにして加工を行った場合の穴径の分布を示す。加工用レーザパルスの周波数が０．４ｋＨｚ及び１．３ｋＨｚのときの平均穴径は、それぞれ１１０．４μｍ及び１１２．２μｍであり、両者の差は１．８μｍであった。

非加工用レーザパルスの周波数を６ｋＨｚから１０ｋＨｚに高めると、加工用レーザパルスの周波数の相違に起因する穴径のばらつきが、より小さくなることがわかる。

非加工用レーザパルスを出射させることにより、加工用レーザパルスの繰り返し周波数の相違に起因する穴径のばらつきを小さくすることができるのは、非加工用レーザパルスを出射させることにより、レーザ発振器内の温度分布等、レーザ発振に影響を与える種々の環境の変動を少なくすることができるためと考えられる。図５及び図６では、加工用レーザパルスの繰り返し周波数を０．４ｋＨｚにした場合と、１．３ｋＨｚにした場合との２つの条件について穴径の相違を比較したが、繰り返し周波数がその他の値であっても、非加工用レーザパルスを出射することによる効果が得られる。

次に、非加工用トリガパルスの好適なパルス幅について説明する。一般に、炭酸ガスレーザ発振器の発振デューティレシオには上限がある。トリガパルスのパルス幅をＷ、トリガパルスの周期をＴとしたとき、デューティレシオはＷ／Ｔで定義される。例えば、デューティレシオの上限が１０％である場合、トリガパルスのパルス幅Ｗを決定すると、周期Ｔの最小値（繰り返し周波数の最大値）はパルス幅Ｗの１０倍となる。

非加工用トリガパルスのパルス幅を、加工用トリガパルスのパルス幅と同一にした場合について検討する。レーザ発振器のデューティレシオの上限を１０％と仮定する。図４に示した例において、時刻ｔ_１からｔ_５までの加工用トリガパルスのパルス幅が６０μｓである場合、非加工用トリガパルスのパルス幅も６０μｓに設定することになる。このとき、非加工用トリガパルスの周期の最小値は６００μｓになる。すなわち、時間軸上で相互に隣り合う２つの非加工用トリガパルスの間隔は５４０μｓである。

時刻ｔ_９において、ビーム走査器５によるレーザパルス入射位置の位置決めが完了したとき、直前の非加工用トリガパルスの立ち下がり時点（時刻ｔ_８）から少なくとも５４０μｓ経過しなければ、次の加工用トリガパルスを送出できない。

図４に示した例のように、非加工用トリガパルスのパルス幅を１０μｓにすると、時間軸上で相互に隣り合う２つの非加工用トリガパルスの間隔を９０μｓまで短くすることができる。このため、最後の非加工用トリガパルスの立ち下がり時点（時刻ｔ_８）から次の加工用トリガパルスを送出する時点（時刻ｔ_１０）までの待ち時間を、９０μｓまで縮めることができる。

非加工用トリガパルスのパルス幅を、加工用トリガパルスのパルス幅と同一にすると、全ての被照射点においてほぼ同一の条件で加工を行うことができる。ところが、上述のように、最後の非加工用トリガパルスの立ち下がりから、次の加工用トリガパルスの送出までの待ち時間が長くなり、スループットが低下してしまう。

非加工用トリガパルスのパルス幅を、加工用トリガパルスのパルス幅よりも短くすると、厳密には、全ての被照射点において加工条件が同一であるとはいえない。ところが、図５及び図６を参照して説明したように、非加工用トリガパルスのパルス幅を、加工用トリガパルスのパルス幅より短くしても、被照射点に形成される穴径のばらつきを小さくする効果が得られることがわかった。

スループットの低下を招くことなく、かつ穴径のばらつき拡大を防止するために、非加工用トリガパルスのパルス幅を、加工用トリガパルスのパルス幅よりも短くすることが好ましい。すなわち、非加工用レーザパルスのパルス幅を、加工用レーザパルスのパルス幅よりも短くすることが好ましい。

また、非加工用トリガパルスのパルス幅が、レーザパルスの立ち上がり時間より短い場合であっても、すなわち、非加工用レーザパルスが、定常状態に達する前に立ち下がる場合でも、穴径のばらつき拡大を防止する効果が得られることがわかった。このように、非加工用トリガパルスのパルス幅は、レーザパルスの立ち上がり時間より短い範囲まで短縮することが可能である。

上記第１の実施例では、加工用トリガパルスの立ち下がり時刻ｔ_５から最初の非加工用トリガパルスの立ち上がり時刻ｔ_６までの待ち時間を、その後の非加工用トリガパルスの間隔と等しくしたが、この待ち時間を、非加工用トリガパルスの間隔より長くしてもよい。一般に、パルス幅が一定の条件において、加工用レーザパルスの繰り返し周波数が、ある値よりも高い領域では、繰り返し周波数が高くなるに従って加工用レーザパルスのピークパワーが低下する。すなわち、加工用トリガパルスのパルス幅が一定の条件の下で、ｎ番目の加工用トリガパルスの立ち下がりから、（ｎ＋１）番目の加工用トリガパルスの立ち上がりまでの時間間隔が、ある値（以下、「第１の時間間隔」という。）よりも短い場合、（ｎ＋１）番目の加工用レーザパルスのピークパワーがｎ番目の加工用レーザパルスのピークパワーよりも低くなってしまう。

ｎ番目の加工用トリガパルスの立ち下がりから、（ｎ＋１）番目の加工用トリガパルスの立ち上がりまでの時間間隔が、この第１の時間間隔の近傍の場合、２つの加工用レーザパルスの間に非加工用レーザパルスを挿入すると、非加工用レーザパルスの影響を受けて、（ｎ＋１）番目の加工用レーザパルスのピークパワーが低下してしまう。このような場合には、非加工用レーザパルスを出射しない方が好ましい。

加工用トリガパルスの立ち下がりから、最初の非加工用トリガパルスの立ち上がりまでの待ち時間を、その後の複数の非加工用トリガパルスの間隔よりも長く設定することにより、非加工用レーザパルスの出射を回避することが可能になる。この待ち時間が経過する前に、次の被照射点へのレーザパルスの入射位置の移動が完了すると、非加工用レーザパルスを出射することなく、次の加工用レーザパルスが出射される。

この待ち時間は、加工用トリガパルスのパルス幅を一定にしてレーザ発振させた場合に、加工用レーザパルスのピークパワーが一定値から低下し始める繰り返し周波数に対応するパルス間隔とほぼ等しくなるように設定しておくことが好ましい。

一例として、パルス幅１００μｓのときに、ピークパワーの低下が始まる繰り返し周波数の値が１ｋＨｚである場合、パルス間の時間間隔を９００μｓ未満にすると、一定のピークパワーを維持することができなくなる。この場合、最初の非加工用トリガパルスの立ち上がりまでの待ち時間を、９００μｓに設定しておけばよい。これにより、加工用レーザパルスの時間間隔が９００μｓ以下になった場合、２つの加工用レーザパルスの間に、非加工用レーザパルスが出射されなくなる。これにより、非加工用レーザパルスの出射に起因する加工用レーザパルスのピークパワーの低下を防止することができる。

また、上記第１の実施例では、非加工用トリガパルスのパルス幅及び周期を一定にしたが、必ずしも一定にする必要はない。例えば、図５及び図６を参照して説明したように、非加工用レーザパルスの周波数を高くする方が、穴径のばらつき防止の効果が高い。この評価結果から、加工用レーザパルスの出射直前の非加工用レーザパルスの出射から、加工用レーザパルスの出射までの時間間隔を短くすることが好ましいと考えられる。

デューティレシオを一定に維持した状態で、非加工用トリガパルスのパルス幅を短くすると、非加工用レーザパルスの繰り返し周波数が高くなる。すなわち、非加工用トリガパルスの立ち下がりから、次の加工用トリガパルスの立ち上がりまでの待ち時間を短くすることが可能になる。１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間内において、非加工用トリガパルスのパルス幅を時間の経過と共に短くすると、加工用トリガパルス直前の非加工用トリガパルスの立ち下がりから、加工用トリガパルスの立ち上がりまでの時間を短くすることができる。例えば、非加工用トリガパルスのパルス幅を、直前の非加工用トリガパルスのパルス幅以下になるように非加工用トリガパルスのパルス幅を設定すればよい。

次に、図７及び図８を参照して、第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、ビーム走査器６でビーム入射位置を移動させている期間に、非加工用レーザパルスを出射させることにより、加工用レーザパルスの繰り返し周波数の変動に起因する穴径のばらつき拡大を防止した。ビーム走査器６により走査できる範囲（走査可能範囲）は、加工対象物１０の大きさよりも小さい。このため、走査可能範囲内のすべての被照射点の加工が終了すると、ＸＹステージ７を駆動して、加工対象物１０上の未加工領域を走査可能範囲内まで移動させる。この移動期間は、約０．３ｓである。さらに、レーザ加工が完了した加工対象物１０を、未加工の加工対象物に交換するために、約１５秒程度必要である。

加工対象物１０の移動中及び交換中に、レーザ発振器１の発振を停止させておくと、レーザ発振開始直後に形成される穴の寸法が小さくなる。

図７に、レーザ発振器の発振を開始してから直ちに被照射点の加工を行った場合の、複数の被照射点に形成された穴のＸ方向及びＹ方向の寸法を示す。横軸は、被照射点に付された通し番号を表し、縦軸は穴径を単位「μｍ」で表す。被照射点に付された通し番号の順番に加工用レーザパルスを入射させた。非加工用レーザパルスは出射させていない。２０番目の被照射点が加工されるまで、穴径が徐々に大きくなっていることがわかる。これは、発振直後のビーム品質が定常状態に達していないためである。

図８に、第２の実施例によるレーザ加工方法のフローチャートを示す。ステップＳ１において、レーザ発振器１から非加工用レーザパルスの出射を開始する。例えば、非加工用レーザパルスの繰り返し周波数は１０ｋＨｚとし、非加工用トリガパルスのパルス幅は１０μｓとする。ステップＳ２において、加工対象物１０をＸＹステージ７に載置する。ステップＳ３において、加工対象物１０の位置を検出する。例えば、撮像装置（図示せず）により、加工対象物１０の縁、または加工対象物１０に形成されているアライメントマークを検出することにより、加工対象物１０の位置を検出することができる。

ステップＳ４において、加工対象物１０の表面に画定されている単位加工領域のうち、次に加工すべき領域を、ビーム走査器５の走査可能範囲内に移動させる。ステップＳ５において、非加工用レーザパルスの出射を停止させる。ステップＳ６において、走査可能範囲内に位置する単位加工領域内の被照射点の加工を行う。この加工には、上記第１の実施例による加工方法が採用される。

単位加工領域内の全ての被照射点の加工が終了すると、ステップＳ７において、非加工用レーザパルスの出射を開始する。ステップＳ８において、全ての単位加工領域の加工が完了した否かを判定する。未加工の単位加工領域がある場合には、ステップＳ４に戻って、次に加工すべき単位加工領域を走査可能範囲内に移動させる。全ての単位加工領域の加工が終了した場合には、ステップＳ９において、次に加工する加工対象物があるか否かを判定する。次に加工すべき加工対象物がある場合には、ステップＳ２に戻って、次に加工すべき加工対象物１０をＸＹステージ７に載置する。次に加工すべき加工対象物がない場合には、非加工用レーザパルスの出射を停止させて処理を終了する。

上記第２の実施例においては、ＸＹステージ７を駆動して加工対象物１０を移動させている期間、及び加工対象物を交換している期間に、非加工用レーザパルスが一定の周波数で出射されている。このため、単位加工領域内の最初に加工される被照射点の加工時から、穴径を目標値に近づけることができる。

第２の実施例では、ステップＳ６において単位加工領域内の加工が終了した直後に、非加工用レーザパルスの出射を開始したが、非加工用レーザパルスの出射開始時期を後ろにずらしてもよい。例えば、ステップＳ６において単位加工領域内の加工が開始される時点よりも、ある基準時間だけ前から非加工用レーザパルスの出射を開始してもよい。

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。

第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。 （２Ａ）〜（２Ｃ）は、それぞれ加工開始前、穴形成途中、及び穴形成完了時における加工対象物の断面図である。 加工対象物の平面図である。 第１の実施例によるレーザ加工方法で加工する場合の各種信号のタイミングチャートである。 非加工用レーザパルスを出射する場合と、出射しない場合との穴径のばらつきを示すグラフである。 非加工用レーザパルスを出射する場合と、出射しない場合との穴径のばらつきを示すグラフである。 レーザ発振開始直後からの穴径のばらつきを示すグラフである。 第２の実施例によるレーザ加工方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ レーザ発振器
２ ビーム振分器
３ 反射ミラー
４ マスク
５ ビーム走査器
６ ｆθレンズ
７ ＸＹステージ
８ ビームダンパ
９ 制御装置
１０ 加工対象物
１１ コア層
１２ 銅ランド
１３ 樹脂層
１４ 銅箔
１５、１６ 穴

Claims (20)

1. （ａ）レーザ発振器をパルス発振させながら、加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
   （ｂ）前記加工対象物上の少なくとも１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間に、前記工程ａで前記レーザ発振器から出射した加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは、前記加工対象物に入射させない工程と
   を有するレーザ加工方法。
2. 前記工程ａにおいて、前記加工用レーザパルスから立ち上がり部分と立ち下がり部分とを切り取った主要部のみを、前記加工対象物に入射させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記レーザ発振器が、トリガパルスが入力されると、該トリガパルスのパルス幅に対応するパルス幅のレーザパルスを出射するレーザ発振器である請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスのパルス幅が、前記レーザ発振器から出射されるレーザパルスの立ち上がり時間よりも短い請求項３に記載のレーザ加工方法。
5. 前記非加工用レーザパルスは、レーザパルスの入射位置を移動させる期間に、一定の周期で出射される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
6. 前記工程ｂが、
   レーザパルスの入射位置が、次の被照射点まで移動したことを検出すると、直前の非加工用レーザパルスの出射時点から、該非加工用レーザパルスの周期だけ経過した時点に、前記レーザ発振器から加工用レーザパルスの出射を開始する請求項５に記載のレーザ加工方法。
7. 前記工程ｂにおいて、加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの立ち下がり時点から、最初の非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの立ち上がりまでの待ち時間が、その後の複数の非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの間隔よりも長い請求項３に記載のレーザ加工方法。
8. 前記待ち時間が経過する前に、次の被照射点へのレーザパルスの入射位置の移動が完了すると、非加工用レーザパルスを出射することなく、加工用レーザパルスを出射する請求項７に記載のレーザ加工方法。
9. １つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間内において、非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスのパルス幅が、時間の経過と共に短くなる請求項３に記載のレーザ加工方法。
10. トリガパルスが入力されると、該トリガパルスのパルス幅に対応したパルス幅のレーザパルスを出射するレーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から出射されたレーザパルスを、加工用経路に沿って伝搬させる状態と、該加工用経路に沿って伝搬させない状態とを切り替えるビーム振分器と、
    前記加工用経路に沿って伝搬するレーザパルスが、加工対象物上の目標位置に入射するように、レーザパルスの進行方向を変化させるビーム走査器と、
    前記レーザ発振器、前記ビーム振分器、及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
    を有し、前記制御装置は、
    前記加工対象物上の複数の被照射点に、前記レーザ発振器から出射された加工用レーザパルスの少なくとも一部分が順番に入射してレーザ加工が行われ、かつ、前記加工対象物上の少なくとも１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間に、前記加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスが、前記レーザ発振器から出射されるとともに、該非加工用レーザパルスは、前記加工用経路に沿って伝搬しないように、前記レーザ発振器、前記ビーム振分器、及び前記ビーム走査器を制御するレーザ加工装置。
11. 前記レーザ発振器が炭酸ガスレーザ発振器である請求項１０に記載のレーザ加工装置。
12. 前記制御装置は、前記加工用レーザパルスから立ち上がり部分と立ち下がり部分とを切り取った主要部のみが前記加工用経路に沿って伝搬するように前記ビーム振分器を制御する請求項１０または１１に記載のレーザ加工装置。
13. 前記非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスのパルス幅が、前記レーザ発振器から出射されるレーザパルスの立ち上がり時間よりも短い請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
14. 前記非加工用レーザパルスが、レーザパルスの入射位置を移動させる期間に、一定の周期で出射されるように、前記制御装置が前記レーザ発振器を制御する請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
15. 前記ビーム走査器は、レーザパルスの入射位置が、次の被照射点に位置決めされた時点で、位置決め完了を前記制御装置に通知し、
    前記制御装置は、位置決め完了が通知されると、直前の非加工用レーザパルスの出射時点から、該非加工用レーザパルスの周期だけ経過した時点に、前記レーザ発振器から加工用レーザパルスが出射するように、前記レーザ発振器を制御する請求項１４に記載のレーザ加工装置。
16. 前記制御装置は、加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの立ち下がり時点から、最初の非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの立ち上がりまでの待ち時間を、その後の複数の非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスの間隔よりも長くする請求項１０に記載のレーザ加工装置。
17. 前記制御装置は、前記待ち時間が経過する前に、次の被照射点へのレーザパルスの入射位置の移動が完了すると、非加工用レーザパルスが出射されることなく、加工用レーザパルスが出射されるように前記レーザ発振器を制御する請求項１６に記載のレーザ加工装置。
18. 前記制御装置は、１つの被照射点から次の被照射点にレーザパルスの入射位置を移動させる期間内において、非加工用レーザパルスを出射させるためのトリガパルスのパルス幅を、時間の経過と共に短くする前記レーザ発振器を制御する請求項１０に記載のレーザ加工装置。
19. （ａ）加工対象物表面の一部の第１の領域を、パルスレーザビームの走査可能範囲内に配置して、レーザ発振器をパルス発振させながら、該第１の領域内の複数の被照射点に加工用レーザパルスを順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
    （ｂ）前記加工対象物を移動させて、該加工対象物表面の一部の第２の領域を、前記走査可能範囲内に配置して、該第２の領域内の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
    （ｃ）前記工程ａが終了して前記加工対象物を移動させている期間に、前記工程ａで前記加工対象物に入射する加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは前記加工対象物に入射させない工程と
    を有するレーザ加工方法。
20. （ａ）第１の加工対象物を、パルスレーザビームの走査可能範囲内に配置して、レーザ発振器をパルス発振させながら、該第１の加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスの少なくとも一部分を順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
    （ｂ）前記第１の加工対象物を前記走査可能範囲内から取り除き、他の第２の加工対象物を、該走査可能範囲内に配置して、該第２の加工対象物上の複数の被照射点に加工用レーザパルスを順番に入射させてレーザ加工を行う工程と、
    （ｃ）前記工程ａが終了して前記第２の加工対象物への加工用レーザパルスの入射が開始するまでの期間に、前記加工用レーザパルスのパルス幅よりも短いパルス幅を持つ非加工用レーザパルスを、前記レーザ発振器から出射させるとともに、該非加工用レーザパルスは前記走査可能範囲内に入射させない工程と
    を有するレーザ加工方法。

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