JP4908177B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、特に所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

従来、ＣＯ_２レーザや、ＹＡＧレーザ等のレーザビームをプリント基板等の加工対象物上の所望する加工地点に照射して高速な加工を実現する方法として、ガルバノスキャナ等の走査光学系を用いたレーザ加工方法が知られている。

具体的には、例えばガルバノスキャナを用いてレーザ発振器から出射されたレーザビームを、加工対象物を保持したステージの水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に走査することで加工対象物の所定の範囲において、高速度で高精度なレーザ加工を行うことができる。

また、近年では、加工対象物の加工エリアの狭域化等によるビーム径の小型化が行われており、更に加工すべき点の位置精度を高めるための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

なお、上述した特許文献１に示されている技術は、ガルバノスキャナとステージとの間にレーザビームの光路を横切るようにマスクを配置し、ガルバノスキャナにより走査されたレーザビームを、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、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、マスクの透過領域を透過したレーザビームを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ことで、レーザビームの小径化を実現している。
特開２００３−５３５７４号公報

しかしながら、特許文献１に示すようにマスク機構を用いた場合には、ある程度のエネルギー損失が発生してしまう。例えば、加工条件に応じてレーザビームのビーム径を異ならせて加工を行う場合には、予め径の大きいレーザビームをマスクに照射し、マスクの開口部の大小により加工対象物に照射するビーム径を調整するため、小径時のレーザビームの損失はより大きなものとなってしまう。

また、特許文献１の場合には、マスク機構を付加されるため、構成要素が増え、装置の小型化を実現することができない。更には、広範囲の加工対象にレーザビームを照射させる場合には、ガルバノスキャナを大きく駆動させてレーザビームを走査する必要があるため、駆動時間がかかってしまい、高速なレーザ加工を実現することができない。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザビームのエネルギー損失を少なくすると共に、所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、レーザビームのビーム径をレンズ光学系により縮小又は拡大させて加工対象物に照射することでレーザ加工を行うためのレーザ加工装置において、前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からのレーザビームの方向を変化させ、前記加工対象物に対してレーザビームを走査して照射させるためのカルバノミラーと、前記カルバノミラーからのレーザビームを収束させるｆθレンズと、前記ｆθレンズから垂直に入射されるレーザビームを前記加工対象物に照射する前に通過させる複数のレンズが配列されてなる対物レンズ光学系と、前記対物レンズ光学系を前記レーザビームの入射方向に対して所定の位置に移動させて前記レーザビームのビーム径を縮小又は拡大させるための光学系移動手段と、予め設定された加工条件に基づいて、前記レーザビームによる前記加工対象物への加工領域を前記対物レンズ光学系により縮小又は拡大させるよう制御する制御手段とを有することを特徴とする。これにより、レーザビームのエネルギー損失を少なくすると共に、所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現することができる。また、構成を少なくすることができるため、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

更に、前記光学系移動手段は、前記ビーム径を縮小又は拡大させる場合、前記レーザビームの入射方向に対して、前記レンズ光学系を所定の位置を基準に反転させることが好ましい。これにより、レンズ光学系を複数用意する必要がなく容易にレーザビームの有効径を変更することができる。したがって、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

更に、前記レンズ光学系における複数のレンズを所定の間隔で設置するためのレンズ光学系ユニットを有することが好ましい。これにより、所望する大きさに縮小又は拡大されたビーム径を高精度に取得することができる。

更に、前記レンズ光学系ユニットは、筒体を有することが好ましい。これにより、簡単な構成で容易にレンズの位置決めを行うことができる。したがって、所望するレーザビームのビーム径を容易に出力することができる。

更に、前記レンズ光学系ユニットは、少なくとも１つの棒体と、前記レンズを保持するレンズ保持部材とを有することが好ましい。これにより、簡単な構成で容易にレンズの位置決めを行うことができる。したがって、所望するレーザビームのビーム径を容易に出力することができる。

また本発明は、レーザ発振器から出射されるレーザビームのビーム径をレンズ光学系により縮小又は拡大させて加工対象物に照射することでレーザ加工を行うレーザ加工方法において、前記レーザ発振器からのレーザビームの方向をガルバノミラーにより変化させ、前記加工対象物に対してレーザビームを走査して照射させる走査ステップと、前記カルバノミラーからのレーザビームをｆθレンズにより収束させる収束ステップと、予め設定された加工条件に基づいて、前記ｆθレンズから垂直に入射されるレーザビームを前記加工対象物に照射する前に通過させる複数のレンズが配列されてなる対物レンズ光学系を、前記レーザビームの入射方向に対して所定の位置に移動させる光学系移動ステップと、前記光学系移動ステップにより移動させた前記対物レンズ光学系により前記レーザビームによる前記加工対象物への加工領域を縮小又は拡大させてレーザ加工を行う加工ステップとを有することを特徴とする。これにより、レーザビームのエネルギー損失を少なくすると共に、所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現することができる。また、構成を少なくすることができるため、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

更に、前記光学系移動ステップは、前記ビーム径を縮小又は拡大させる場合、前記レーザビームの入射方向に対して、前記レンズ光学系を所定の位置を基準に反転させることが好ましい。これにより、レンズ光学系を複数用意する必要がなく容易にレーザビームの有効径を変更することができる。したがって、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

本発明によれば、レーザビームのエネルギー損失を少なくすると共に、所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現することができる。また、構成を少なくすることができるため、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

以下に、上述したような特徴を有する本発明におけるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。

＜レーザ加工装置＞
まず、本発明におけるレーザ加工装置の機能構成例について、図を用いて説明する。図１は、レーザ加工装置の機能構成の一例を示す図である。図１に示すレーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１と、反射ミラー１２と、走査手段としてのガルバノスキャナ１３及びガルバノミラー１４と、ｆθレンズ１５と、光学系移動手段１６と、対物レンズ光学系ユニット１７と、ステージ駆動手段１８と、ステージ１９と、制御手段２０とを有するよう構成されている。

図１に示すレーザ加工装置１０において、レーザ発振器１１は、加工対象物１の所定の位置に加工を行うため、制御手段２０から得られる制御信号に基づいて、所定のタイミングで所定の強さのパルスレーザビームを出射する。ここで、本実施形態におけるレーザビームは、例えばＹＡＧレーザや、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザ等、一般的なレーザビームを用いることができるが、本発明におけるレーザビームの種類については、特に限定されるものではない。つまり、加工対象物１の材質や厚み、どのような加工（穴あけ、アニール等）を行うか等の各種加工条件等により任意に選択することができる。

反射ミラー１２は、レーザ発振器１１により出射されたレーザビームをガルバノミラー１４のある方向へと反射させる。なお、レーザ発振器１１と、反射ミラー１２との間には、マスクやリレーレンズ等の光学系を用いてレーザ発振器１１からのレーザビームを所定形状に成形する等の処理を行ってもよい。

ガルバノスキャナ１３は、制御手段２０からの制御信号に基づいて、ガルバノミラー１４−１，１４−２を所定の位置に移動及び整定させる。これにより、反射ミラー１２により反射されたレーザ発振器１１からのレーザビームは、方向を変えてｆθレンズ１５及び対物レンズ光学系ユニット１７の所定位置に入射され、加工対象物１の所定の加工位置に照射される。また、ガルバノスキャナ１３を用いることで、加工対象物１の水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に対するレーザビームの照射位置を変更し、所定の加工エリア（ブロック）に対してレーザビームを走査して照射させることができる。

また、ガルバノミラー１４−１，１４−２は、入力されたレーザビームをそれぞれＸ軸方向、又はＹ軸方向のお互いが異なる一方向に走査を行う。具体的には、例えばガルバノミラー１４−１は、Ｘ軸方向（１次元方向）に走査を行い、ガルバノミラー１４−２は、Ｙ軸方向（１次元方向）に走査を行う。また、ガルバノミラー１４−１，１４−２は、レーザビームを水平方向の所定の位置に走査してｆθレンズ１５に出力する。

ｆθレンズ１５は、ガルバノミラー１４−１，１４−２からのレーザビームを収束して対物レンズ光学系ユニット１７の所定の位置に垂直に照射する。

光学系移動手段１６は、制御手段２０からの制御信号に基づいて、対物レンズ光学系ユニット１７を移動し入射したレーザビームのビーム径（有効径）を変更する。具体的には、光学系移動手段１６は、例えば対物レンズ光学系ユニット１７を所定の位置を基準（回転軸）として反転させる。これにより、対物レンズ光学系ユニット１７に入射されるレーザビームのビーム径を１つの光学系ユニットのみを用いて容易に変更することができる。

対物レンズ光学系ユニット１７は、複数のレンズから構成され、入射されたレーザビームのビーム径に対して縮小又は拡大したビーム径のレーザビームを加工対象物１の所定位置に照射させる。つまり、対物レンズ光学系ユニット１７に入射されるレーザビームの有効径を加工条件等に応じて拡大又は縮小することができる。なお、対物レンズ光学系ユニット１７が有する複数のレンズと、そのレンズの配置の具体例については後述する。

ステージ駆動手段１８は、制御手段２０からの制御信号に基づいて、ステージ１９を水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）へ移動させる。なお、ステージ駆動手段１８は、水平方向以外にも、例えば高さ方向（Ｚ軸）や、水平面に対して所定の角度θ分の傾斜を持たせるようにステージ１９を移動させることもできる。また、ステージ１９は、加工対象物１を吸着等により保持し、ステージ駆動手段１８により所定位置に移動する。

制御手段２０は、レーザ発振器１１、ガルバノスキャナ１３、光学系移動手段１６、ステージ駆動手段１８における駆動等の制御を行う。具体的には、制御手段２０は、レーザ発振器１１によるレーザビームの照射の強さやタイミング等の制御を行う。また、制御手段２０は、予め設定される加工条件に応じて、レーザ発振器１１から出射されるレーザビームの方向を所定方向に移動させるため、ガルバノスキャナ１３により、ガルバノミラー１４−１，１４−２を所定のタイミングで所定の方向へ移動し整定させる等の制御を行う。

また、制御手段２０は、光学系移動手段１６により対物レンズ光学系ユニット１７を所定の位置に移動させたり、更にはステージ駆動手段１６により加工対象物１の移動の開始、終了のタイミング、移動速度、移動位置等の制御等を行う。

これにより、従来技術のようにマスク機構を設けずにビーム径を変更できるため、レーザビームのエネルギー損失を少なくすることができる。また、対物レンズ光学系ユニット１７により入射されるレーザビームを所定の異なるビーム径に容易に切り替えることができるため、高速なレーザ加工を実現することができる。また、入射されるレーザビームのビーム径を１つの対物レンズ光学系ユニットのみを用いて容易に変更することができるため、構成を少なくすることができ、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

＜対物レンズ光学系のレンズ構成＞
ここで、上述した対物レンズ光学系ユニットに含まれる対物レンズ光学系について、図を用いて説明する。図２は、本発明において対物レンズ光学系のレンズ構成の一例を示す図である。なお、図２の例では、入射されたレーザビームの有効径を縮小する例を示している。

図２に示す一例としての対物レンズ光学系３０は、４枚のレンズ３１〜３４で構成されており、それぞれが所定の間隔に配置されている。具体的には、レンズ３１は凹メニスカスレンズであり、レンズ３２は平凸レンズ３２であり、レンズ３３，３４は平凹レンズである。

また、対物レンズ光学系３０は、両側テレセントリック光学系を用いる。これにより、横倍率が物体の位置に無関係に一定となるため、物体面や像面が多少ずれたり、傾斜した場合でも、形状寸法の変化がなく、高い位置精度を得ることができる。

まず、ｆθレンズ１５を介して図２に示す矢印方向から入射されるレーザビームは、対物レンズ光学系３０を構成する複数のレンズのうち、レーザビームが最初に到達するレンズ（図２に示すレンズ３１）からレーザビームの進行方向とは逆方向（ｆθレンズ１５方向）に所定の間隔を設けた位置に存在するビーム光軸に対して垂直な平面（図２に示すＡ面）に到達する。Ａ面に到達したレーザビームは、レンズ３１〜３４によりＡ面のレーザビームのビーム径（有効径）が所定の大きさに縮小される。さらに、縮小されたビーム径のレーザビームは、対物レンズ光学系３０を構成する複数のレンズのうち、レーザビームが最後に到達するレンズ（図２に示すレンズ３４）からレーザビームの進行方向に所定の間隔を設けた位置に存在するビーム光軸に対して垂直な平面（図２に示すＢ面）で結像する。

ここで、図２に示すＢ面は、加工対象物１の加工表面に対応している。つまり、図２のレンズ構成を通過したレーザビームは、ビーム径が縮小されて加工対象物１に照射させることができる。

なお、図２では、縮小光学系の例を示しているが、拡大光学系の場合のレンズ構成としては、例えば図２に示す対物レンズ光学系３０を図２に示すＡ面とＢ面との距離Ｌの中間点Ｍ（Ｍ＝Ｌ／２）を基準（回転軸）として反転させる。ここで、対物レンズ光学系３０は、両側テレセントリック光学系であるため、ｆθレンズ１５を介して入射されるレーザビームのビーム径を所定の大きさに高い位置精度で拡大させることができる。つまり、反転させた対物レンズ光学系３０は拡大光学系となり、この反転させた対物レンズ光学系３０のレンズ３４からレンズ３１方向にレーザビームを通過させることで、入射されるレーザビームのビーム径を拡大させて加工対象物１に照射させることができる。

このようなレンズ構成を有することにより、安価な構成で容易にレーザビームのビーム径（有効径）を変更することができる。また、この有効径を用いて加工対象物への迅速で高精度なレーザ加工を実現することができる。なお、対物レンズ光学系３０におけるレンズの枚数、配置等の構成においては、本発明において特に限定されるものではない。

＜対物レンズ光学系ユニット＞
次に、上述した対物レンズ光学系ユニット１７の一例について説明する。なお、以下に示す対物レンズ光学系ユニット１７は、図２に示すレンズ構成を有するものとするが、本発明においてはこの限りではない。

＜対物レンズ光学系ユニット：第１の実施形態＞
ここで、上述した対物レンズ光学系ユニットについて図を用いて説明する。図３は、第１の実施形態における対物レンズ光学系ユニットの一構成例を示す図である。なお、図３の例では、対物レンズ光学系ユニット４０の一例として円形の筒体４１を有し、その筒体の中に上述したレンズ３１〜３４が筒体４１内の所定の位置に配置（固定）されている。

なお、筒体４１におけるレンズの固定方法は、例えば図３に示すように筒体４１に所定間隔毎に開口部４２を設けておき、レンズ３１〜３４が設置する位置に対応する開口部４２の外側からネジ部材４３等によりレンズ３１を締め付けて固定するようにしてもよい。

このように筒体４１を有することにより、簡単な構成で容易にレンズの位置決めを行うことができる。したがって、上述したレンズ３１〜３４を所定の位置に配置して固定することができ、所望するレーザビームのビーム径を容易に出力することができる。なお、レンズ３１〜３４の筒体４１内の設置方法については、本発明においてはこの限りではなく、例えば筒体４１の内壁に所定間隔毎に複数の凹部を設け、凹部に各レンズ３１〜３４の側面を嵌め合わせることで所定位置にレンズを配置してもよく、また筒体４１の内壁とレンズ３１〜３４の側面とを接着や溶接等により固定してもよい。

また、図３においては、ｆθレンズ１５からのレーザビームのビーム径（有効径）を上述したＡ面からＢ面に照射されるときに所定の大きさに縮小させる場合（つまり、Ａ面のビーム径＞Ｂ面のビーム径）を示している。

ここで、逆に、ｆθレンズ１５からのレーザビームのビーム径（有効径）を上述したＡ面からＢ面に照射されるときに所定の大きさに拡大させる場合（つまり、Ａ面のビーム径＜Ｂ面のビーム径）には、筒体４１（対物レンズ光学系ユニット４０）に設けられた回転手段４４を用いる。つまり、上述した光学系移動手段１６は、回転手段４４を用いて筒体４１が上下逆となるように所定方向に１８０度回転（反転）させる。なお、回転手段４４は、予め設定されたＡ面からＢ面までの長さＬの中間点Ｍに設けられており、この中間点Ｍを基準（回転軸）として筒体４１を反転させる。なお、図３の例では、安定性を向上させるために２つの回転手段４４―１，４４−２を設けているが１つでもよい。

このように、回転手段４４は、光学系移動手段１６により回転することで対物レンズ光学系ユニット４０としての筒体４１を１８０度回転（反転）させることができ、筒体４１の反対方向からレーザビームを入射させることで、ビーム径を拡大させることができる。

なお、上述した実施形態における各構成の材質については、本発明においては特に制限はなく、例えば金属やプラスチック等を使用することができる。

このように、第１の実施形態によれば、簡単な構成で、入射されるレーザビームのビーム径が同一であっても２つの異なるビーム径のレーザビームを容易に取得することができる。したがって、この対物レンズ光学系ユニットを有するレーザ加工装置を用いることで、所定のビーム径による高速なレーザ加工を実現することができる。また、入射されるレーザビームのビーム径を１つの対物レンズ光学系ユニットのみを用いて容易に変更することができるため、構成を少なくすることができ、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。また、対物レンズ光学系ユニットへの入射するレーザビームは変更する必要がないため、構成を簡易化することができる。

＜対物レンズ光学系ユニット：第２の実施形態＞
次に、上述した対物レンズ光学系ユニットの他の実施形態について図を用いて説明する。図４は、第２の実施形態における対物レンズ光学系ユニットの一構成例を示す図である。

なお、図４に示す例では、対物レンズ光学系ユニット５０は、４本の棒体５１−１〜５１−４からなる支持部材と、棒体５１−１〜５１−４のそれぞれを挿入し、上述した４枚のレンズ３１〜３４を保持するレンズ保持部材５２−１〜５２−４を有するよう構成されている。

レンズ保持部材５２−１〜５２−４は、板状等からなり、その中心に設けられた開口部にレンズ３１〜３４のそれぞれを接着や溶接、嵌合等により固定している。また、レンズ保持部材５２−１〜５２−４は、端部に棒体５１−１〜５１−４を挿入するための開口部を設け、その開口部に棒体５１−１〜５１−４を挿入して所定の間隔で位置決め固定されている。

なお、レンズ保持部材５２−１〜５２−４は、棒体５１−１〜５１−４に対して所定位置でネジ止めしたり、棒体５１−１〜５１−４とレンズ保持部材５２−１〜５２−４に設けられた棒体を挿入する開口部との間に、例えば棒体５１−１〜５１−４を覆う円筒状のゴム等からなる弾性体を介在させて所定の位置でゴム止めしたり、棒体５１−１〜５１−４の表面の所定の間隔毎に凹部を設け、その凹部にレンズ保持部材５２−１〜５２−４の側面を嵌合させることにより、固定させてもよい。

また、本実施形態においては、図４に示すように棒体５１−１〜５１−４の表面に目盛り５３を有してもよい。これにより、この目盛り５３に基づいてレンズ３１〜３４の配置を容易に調整することができ、所望する位置に高精度に位置決め固定することができる。

また、図４においては、ｆθレンズ１５からのレーザビームのビーム径（有効径）をＡ面からＢ面に照射されるときに所定の大きさに縮小させる場合（つまり、Ａ面のビーム径＞Ｂ面のビーム径）を示している。

ここで、逆に、ｆθレンズ１５からのレーザビームのビーム径（有効径）を上述したＡ面からＢ面に照射されるときに所定の大きさに拡大させる場合（つまり、Ａ面のビーム径＜Ｂ面のビーム径）には、対物レンズ光学系ユニット５０に設けられる回転部材５４を用いる。つまり、上述した光学系移動手段１６は、回転部材５４を用いて対物レンズ光学系ユニット５０が上下逆となるように所定方向に１８０度回転（反転）させる。なお、回転部材５４は、予め設定されたＡ面からＢ面までの長さＬの中間点Ｍに回転部材の回転部５４Ｍが位置付けられるように設置され、この中間点Ｍを基準（回転軸）として対物レンズ光学系ユニット５０を反転させる。なお、図４の例では、安定性を向上させるために２つの回転部材５４―１，５４−２を設けているが１つでもよい。

このように、回転部材５４は、光学系移動手段１６により回転することで対物レンズ光学系ユニット５０を１８０度回転（反転）させることで、対物レンズ光学系ユニット５０の反対方向からレーザビームを入射させることで、ビーム径を拡大することができる。

なお、上述した第２の実施形態においては、棒体５１を４本用いたが、本発明においてはこれに限定されず、例えば１本の棒体５１−１を用いて目盛り５３を基準にレンズ保持部材５２−１〜５２−４を位置決め固定してもよい。

なお、上述した実施形態における各構成の材質については、本発明においては特に制限はなく、例えば金属やプラスチック等を使用することができる。

このように、第２の実施形態によれば、簡単な構成で、入射されるレーザビームのビーム径が同一であっても２つの異なるビーム径のレーザビームを容易に取得することができる。したがって、この対物レンズ光学系ユニットを有するレーザ加工装置を用いることで、所定のビーム径による高速なレーザ加工を実現することができる。また、入射されるレーザビームのビーム径を１つの対物レンズ光学系ユニットのみを用いて容易に変更することができるため、構成を少なくすることができ、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。また、対物レンズ光学系ユニットへの入射するレーザビームは変更する必要がないため、構成を簡易化することができる。

なお、本発明においては、例えば上述した第１及び第２の実施形態における対物レンズ光学系ユニット４０，５０の反転時に所定の位置で正確に固定されるように、対物レンズ光学系ユニット４０，５０を保持するユニットホルダを設けてよい。

また、上述した各実施形態では、１つの対物レンズ光学系ユニットを用いてレーザビームのビーム径の大きさを縮小、拡大させていたが、例えば本発明の対物レンズ光学系ユニットを２つ用意し、その一方を予め反転させておき、それぞれの加工条件に応じて切り替える機構（例えば、リボルバー方式）を設けてもよい。また、光軸の方向を加工条件に応じて変更し、２つの対物レンズ光学系ユニットのうち、何れかに入射させるようにミラー等によりレーザビームを振り分ける振り分け機構等を設けてもよい。

＜レーザ加工手順＞
次に、本発明におけるレーザ加工装置を用いた具体的なレーザ加工手順の一例について説明する。なお、以下に説明する本発明におけるレーザ加工手順の一例として、加工対象物にプリント配線基板を用い、絶縁層に埋設された内層銅配線を露出させるために、その所定位置に穴あけ加工を行う例について説明する。

また、プリント配線基板の例としては、例えば配線パターンが描ける銅層（金属層）の上に、ベークライト、エポキシ樹脂等の絶縁層を有し、更にその上層であるレーザビームの照射表面に、銅層（金属層）を用いる。なお、本発明における加工対象物の種類については、この限りではない。

ここで、図５は、本発明を適用してレーザ加工されるプリント配線基板の加工の様子の一例を示す図である。また、図６は、本発明における対物レンズ光学系ユニットを適用したレーザ加工手順の一例を示すフローチャートである。

図５に示すプリント配線基板６０は、表面金属層としての銅層６１と、絶縁層としての樹脂層６２と、金属層としての銅層６３を有している。このとき、一例として銅層６１の厚さは約３〜１２μｍであり、樹脂層の厚さは約３０〜６０μｍであり、銅層６３の厚さは約８〜３０μｍであるとする。また、銅層６１には、例えばレーザビームの吸収性（加工効率）をよくするため、黒化処理が施されている。

本発明を適用したレーザ加工手順では、図６に示すように、まずレーザ加工において、どのような加工対象物（プリント配線基板６０）にどのような加工を行うか等の加工条件を入力する（Ｓ０１）。ここで、入力した各種加工条件に基づいて、まず銅層６１の加工を行うため、ビーム径が上述したＡ面からＢ面で縮小されるように、上述した対物レンズ光学系ユニットを設定する（Ｓ０２）。また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ビーム径が縮小されたレーザビーム７１をプリント配線基板６０に照射することにより銅層６１の所定位置を加工する（Ｓ０３）。

このとき、レーザビーム７１のエネルギーは、銅層６１を穴あけ加工できる程度になっている。また、対物レンズ光学系ユニットに含まれる光学系は、両側テレセントリック光学系であるため、高い位置精度で加工を行うことができる。

次に、樹脂層６２の加工を行うため、ビーム径が上述したＡ面からＢ面で拡大されるように、上述した対物レンズ光学系ユニットを反転させる（Ｓ０４）。また、図５（ｃ）に示すように、銅層６１の開口部６４−１，６４−２に拡大されたレーザビーム７２を照射し、図５（ｄ）にしめすように、樹脂層６２の所定位置を加工する（Ｓ０５）。

このとき、レーザビーム７２のエネルギーは、銅層６１を加工せず、樹脂層６２を穴あけ加工できる程度になっている。また、対物レンズ光学系ユニットに含まれる光学系は、両側テレセントリック光学系であるため、高い位置精度で加工を行うことができる。

つまり、レーザ加工方法として本発明を適用すれば、図５に示すように、まず銅層６１に対してビーム径を縮小させたレーザビームにより高い位置精度で穴あけ加工を行い、加工して得られた開口部６４−１，６４−２をマスクとして用い、次にビーム径を拡大したレーザビーム７２を銅層６１側から照射することで、２つの開口部６４−１，６４−２を通過したレーザビームにより２つの樹脂層６２を同時に加工することができる。なお、上述の例では、予め２つの銅層６１を加工した後に樹脂層６２の加工を行っているが、本発明においてはこの限りではなく、ビーム径の縮小率や拡大率、加工位置等の各種加工条件により、拡大されたビーム径のレーザビームを用いて複数の樹脂層６２の加工を同時に行うことができる。

したがって、高速なレーザ加工を実現することができる。また、レーザビームのビーム径を縮小又は拡大する場合には、上述した対物レンズ光学系ユニットを用いることにより、エネルギー損失を少なくすることができる。

なお、上述したこのようなレーザ加工は、プリント配線基板６０の他にも、パッケージ基板やグリーンシート基板等の絶縁基板、ウェハ等の穴あけ、溝掘り、アニール等に用いることができる。

上述したように本発明によれば、レーザビームのエネルギー損失を少なくすると共に、所定の異なるビーム径の切り替えによる高速なレーザ加工を実現することができる。また、構成を少なくすることができるため、レーザ加工装置の小型化を実現することが実現できる。

なお、本発明におけるレーザ加工は、穴あけや溶接、切断、アニール等のレーザ加工全般に適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

レーザ加工装置の機能構成の一例を示す図である。 本発明において対物レンズ光学系のレンズ構成の一例を示す図である。 第１の実施形態における対物レンズ光学系ユニットの一構成例を示す図である。 第２の実施形態における対物レンズ光学系ユニットの一構成例を示す図である。 本発明を適用してレーザ加工されるプリント配線基板の加工の様子の一例を示す図である。 本発明における対物レンズ光学系ユニットを適用したレーザ加工手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 加工対象物
１０ レーザ加工装置
１１ レーザ発振器
１２ 反射ミラー
１３ ガルバノスキャナ
１４ ガルバノミラー
１５ ｆθレンズ
１６ 光学系移動手段
１７，４０，５０ 対物レンズ光学系ユニット
１８ ステージ駆動手段
１９ ステージ
２０ 制御手段
３０ 対物レンズ光学系
３１〜３４ レンズ
４１ 筒体
４２ 開口部
４３ ネジ部材
４４ 回転手段
５１ 棒体
５２ レンズ保持部材
５３ 目盛り
５４ 回転部材
６０ プリント配線基板
６１，６３ 銅層
６２ 樹脂層
７１，７２ レーザビーム

Claims (7)

1. レーザビームのビーム径をレンズ光学系により縮小又は拡大させて加工対象物に照射することでレーザ加工を行うためのレーザ加工装置において、
   前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器からのレーザビームの方向を変化させ、前記加工対象物に対してレーザビームを走査して照射させるためのカルバノミラーと、
   前記カルバノミラーからのレーザビームを収束させるｆθレンズと、
   前記ｆθレンズから垂直に入射されるレーザビームを前記加工対象物に照射する前に通過させる複数のレンズが配列されてなる対物レンズ光学系と、
   前記対物レンズ光学系を前記レーザビームの入射方向に対して所定の位置に移動させて前記レーザビームのビーム径を縮小又は拡大させるための光学系移動手段と、
   予め設定された加工条件に基づいて、前記レーザビームによる前記加工対象物への加工領域を前記対物レンズ光学系により縮小又は拡大させるよう制御する制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記光学系移動手段は、
   前記ビーム径を縮小又は拡大させる場合、前記レーザビームの入射方向に対して、前記対物レンズ光学系を所定の位置を基準に反転させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記対物レンズ光学系における複数のレンズを所定の間隔で設置するための対物レンズ光学系ユニットを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記対物レンズ光学系ユニットは、筒体を有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記対物レンズ光学系ユニットは、少なくとも１つの棒体と、前記レンズを保持するレンズ保持部材とを有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
6. レーザ発振器から出射されるレーザビームのビーム径をレンズ光学系により縮小又は拡大させて加工対象物に照射することでレーザ加工を行うレーザ加工方法において、
   前記レーザ発振器からのレーザビームの方向をガルバノミラーにより変化させ、前記加工対象物に対してレーザビームを走査して照射させる走査ステップと、
   前記カルバノミラーからのレーザビームをｆθレンズにより収束させる収束ステップと、
   予め設定された加工条件に基づいて、前記ｆθレンズから垂直に入射されるレーザビームを前記加工対象物に照射する前に通過させる複数のレンズが配列されてなる対物レンズ光学系を、前記レーザビームの入射方向に対して所定の位置に移動させる光学系移動ステップと、
   前記光学系移動ステップにより移動させた前記対物レンズ光学系により前記レーザビームによる前記加工対象物への加工領域を縮小又は拡大させてレーザ加工を行う加工ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法。
7. 前記光学系移動ステップは、
   前記ビーム径を縮小又は拡大させる場合、前記レーザビームの入射方向に対して、前記対物レンズ光学系を所定の位置を基準に反転させることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工方法。

Images