JP5191212B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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本発明は、レーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a laser beam, and a laser processing method.

図４（Ａ）は、基板の穴開け加工に用いられるレーザ加工装置の従来例を示す概略図である。   FIG. 4A is a schematic diagram showing a conventional example of a laser processing apparatus used for drilling a substrate.

レーザ光源１０、たとえばＣＯ２レーザ発振器からパルスレーザビーム３０が出射する。パルスレーザビーム３０は、ビーム径調整用エキスパンダ１１でビーム径を調整され、たとえば円形の貫通孔を有するマスク１２で断面形状を整形された後、フィールドレンズ１３、ガルバノミラー１４ａ、１４ｂ、及びｆθレンズ１５を経て、ステージ１６に保持された基板２０に入射する。 A pulsed laser beam 30 is emitted from a laser light source 10, for example, a CO 2 laser oscillator. The pulse laser beam 30 is adjusted in beam diameter by a beam diameter adjusting expander 11, and after the cross-sectional shape is shaped by a mask 12 having, for example, a circular through hole, the field lens 13, galvanometer mirrors 14a, 14b, and fθ The light enters the substrate 20 held on the stage 16 through the lens 15.

基板２０は、たとえば金属層上に形成された樹脂層を表面層として含んで構成される。フィールドレンズ１３及びｆθレンズ１５は、マスク１２の貫通孔を基板２０の樹脂層表面に結像する。このため円形の断面形状のパルスレーザビーム３０が、樹脂層表面から基板２０に垂直方向から入射する。パルスレーザビーム３０の入射により、基板２０には樹脂層を貫通し金属層に至る、開口形状が円形の穴が形成される。   The substrate 20 includes, for example, a resin layer formed on a metal layer as a surface layer. The field lens 13 and the fθ lens 15 image the through hole of the mask 12 on the resin layer surface of the substrate 20. For this reason, the pulse laser beam 30 having a circular cross-sectional shape is incident on the substrate 20 from the vertical direction from the resin layer surface. By the incidence of the pulse laser beam 30, a hole having a circular opening shape is formed in the substrate 20 through the resin layer and reaching the metal layer.

ガルバノミラー１４ａ、１４ｂは、ガルバノスキャナを構成する２枚の揺動鏡である。ガルバノスキャナは入射するパルスレーザビーム３０の出射方向を２次元方向に変化させて出射する。   The galvano mirrors 14a and 14b are two oscillating mirrors constituting a galvano scanner. The galvano scanner changes the emission direction of the incident pulse laser beam 30 in a two-dimensional direction and emits it.

ガルバノスキャナの動作（ガルバノミラー１４ａ、１４ｂの揺動）により、パルスレーザビーム３０のプリント基板２０上への入射位置が移動し、基板２０の樹脂層に複数の貫通孔が形成される。   By the operation of the galvano scanner (oscillation of the galvano mirrors 14 a and 14 b), the incident position of the pulse laser beam 30 on the printed circuit board 20 is moved, and a plurality of through holes are formed in the resin layer of the substrate 20.

上述の加工においては、パルスレーザビーム３０のビーム径は、ビーム径調整用エキスパンダ１１で、マスク１２の貫通孔のサイズに対応したサイズに調整される。この場合、基板２０上に結像される、マスク１２の位置におけるビーム断面の縁のビーム強度（光強度）が、基板２０の穴開け加工に必要なビーム強度（加工閾値）以上となるように、ビーム径の調整が行われる。   In the above-described processing, the beam diameter of the pulse laser beam 30 is adjusted to a size corresponding to the size of the through hole of the mask 12 by the beam diameter adjusting expander 11. In this case, the beam intensity (light intensity) at the edge of the beam cross section at the position of the mask 12 imaged on the substrate 20 is equal to or higher than the beam intensity (processing threshold) necessary for drilling the substrate 20. The beam diameter is adjusted.

図４（Ｂ）に、レーザ光源１０出射直後のパルスレーザビーム３０のビームプロファイルの概略を示す。図の横軸はパルスレーザビーム３０の断面位置、縦軸はビーム強度を表す。本図に見られるように、パルスレーザビーム３０のビームプロファイルはガウシアン分布を示す。   FIG. 4B shows an outline of the beam profile of the pulse laser beam 30 immediately after emission from the laser light source 10. In the figure, the horizontal axis represents the cross-sectional position of the pulse laser beam 30, and the vertical axis represents the beam intensity. As seen in this figure, the beam profile of the pulsed laser beam 30 shows a Gaussian distribution.

図４（Ｃ）に、マスク１２の貫通孔を透過したパルスレーザビーム３０のビームプロファイルの概略を示す。図４（Ｂ）と同じく、図の横軸はパルスレーザビーム３０の断面位置、縦軸はビーム強度を表す。   FIG. 4C shows an outline of the beam profile of the pulse laser beam 30 that has passed through the through hole of the mask 12. As in FIG. 4B, the horizontal axis of the figure represents the cross-sectional position of the pulse laser beam 30, and the vertical axis represents the beam intensity.

本図に示すように、ガウシアン分布の裾野領域に対応するパルスレーザビーム３０の一部（周辺部分）が遮光され、図中に実線で表すビームプロファイルをもつパルスレーザビーム３０がマスク１２を透過する。   As shown in this figure, a part (peripheral part) of the pulse laser beam 30 corresponding to the skirt region of the Gaussian distribution is shielded, and the pulse laser beam 30 having a beam profile indicated by a solid line in the figure passes through the mask 12. .

図中のＥ１及びＥ２は、マスク１２の貫通孔を透過したパルスレーザビーム３０断面の縁の位置であり、断面位置Ｅ１及びＥ２におけるビーム強度はＩ０である。Ｉ０は基板２０の穴開け加工に必要なビーム強度（加工閾値）以上のビーム強度である。 E 1 and E 2 in the figure are the positions of the edges of the cross section of the pulsed laser beam 30 that has passed through the through hole of the mask 12, and the beam intensity at the cross sectional positions E 1 and E 2 is I 0 . I 0 is a beam intensity equal to or higher than the beam intensity (processing threshold) necessary for drilling the substrate 20.

パルスレーザビーム３０の周辺部分をマスク１２を用いて遮光し、ビーム断面の整形を行うレーザ加工方法では大きなエネルギ損失が生じる。図４（Ｃ）には、加工に用いられないエネルギに対応する部分に斜線を付して示した。   In the laser processing method in which the peripheral portion of the pulse laser beam 30 is shielded using the mask 12 and the beam cross section is shaped, a large energy loss occurs. In FIG. 4C, portions corresponding to energy not used for processing are shown by hatching.

トップハット形状のビームプロファイルを有するレーザビームをマスクに入射させ、マスク面のビームプロファイルを加工面に転写することで加工品質の向上を図るレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。   An invention of a laser processing apparatus that improves a processing quality by making a laser beam having a top hat-shaped beam profile incident on a mask and transferring the beam profile of the mask surface onto the processing surface is disclosed (for example, Patent Documents) 1).

特開２００５−２５７７３５号公報JP 2005-257735 A

本発明の目的は、エネルギ効率が高く、かつ良質の加工を実現することのできるレーザ加工装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that has high energy efficiency and can realize high-quality processing.

また、エネルギ効率が高く、かつ良質の加工を実現することのできるレーザ加工方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a laser processing method that is high in energy efficiency and can realize high-quality processing.

本発明の一観点によれば、
釣鐘型のビームプロファイルを、中心部の光強度が最も強く、該ピーク強度を１００％とした場合に、光強度が該ピーク強度の１／ｅ２以上の領域を含む円の直径の７０％のサイズの直径をもつ円周上での光強度が該ピーク強度の９５％未満であり、かつ、光強度が該ピーク強度の５０％以上の領域内に、ビーム全体がもつエネルギの７５％以上が含まれているビームプロファイルと定義するとき、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を出射したレーザビームのビームプロファイルを前記釣鐘型に変化させるビームプロファイル調整器と、
前記ビームプロファイル調整器を出射した、ビームプロファイルが前記釣鐘型のレーザビームの周辺部分を遮光し、中心部分を透過させるマスクと、
前記マスクを透過したレーザビームが入射する位置に配置され、前記マスクを透過したレーザビームの少なくとも０次及び１次回折光を透過させるアパーチャと、
加工対象物を保持する保持器と、
前記マスクの位置におけるレーザビームの断面を、前記保持器に保持された加工対象物上に結像させる光学系と
を有するレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the present invention,
When the bell-shaped beam profile has the strongest light intensity at the center and the peak intensity is 100%, the light intensity is 70% of the diameter of a circle including a region of 1 / e 2 or more of the peak intensity. In the region where the light intensity on the circumference having the diameter of the size is less than 95% of the peak intensity and the light intensity is 50% or more of the peak intensity, 75% or more of the energy of the entire beam is When defining the included beam profile,
A laser light source for emitting a laser beam;
A beam profile adjuster that changes a beam profile of a laser beam emitted from the laser light source into the bell shape;
A beam that exits from the beam profile adjuster, the beam profile shields the peripheral portion of the bell-shaped laser beam , and transmits the central portion ;
An aperture that is disposed at a position where the laser beam that has passed through the mask is incident, and that transmits at least 0th-order and 1st-order diffracted light of the laser beam that has passed through the mask;
A cage for holding a workpiece;
There is provided a laser processing apparatus having an optical system that forms an image of a cross section of a laser beam at the position of the mask on a processing object held by the holder.

また、本発明の他の観点によると、
釣鐘型のビームプロファイルを、中心部の光強度が最も強く、該ピーク強度を１００％とした場合に、光強度が該ピーク強度の１／ｅ２以上の領域を含む円の直径の７０％のサイズの直径をもつ円周上での光強度が該ピーク強度の９５％未満であり、かつ、光強度が該ピーク強度の５０％以上の領域内に、ビーム全体がもつエネルギの７５％以上が含まれているビームプロファイルと定義するとき、
（ａ）ビームプロファイルが前記釣鐘型のレーザビームを、周辺部分を遮光し、中心部分を透過させるマスクに入射させる工程と、
（ｂ）前記マスクを透過したレーザビームの少なくとも０次及び１次回折光が透過するように、該レーザビームの周辺部分を遮光する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で周辺部分を遮光されたレーザビームを、前記マスクの位置におけるビーム断面が加工対象物上に結像する条件で、該加工対象物に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。 According to another aspect of the present invention,
When the bell-shaped beam profile has the strongest light intensity at the center and the peak intensity is 100%, the light intensity is 70% of the diameter of a circle including a region of 1 / e 2 or more of the peak intensity. In the region where the light intensity on the circumference having the diameter of the size is less than 95% of the peak intensity and the light intensity is 50% or more of the peak intensity, 75% or more of the energy of the entire beam is When defining the included beam profile,
(A) a beam profile of the bell-shaped laser beam is incident on a mask that shields the peripheral portion and transmits the central portion ;
(B) shielding the peripheral portion of the laser beam so that at least the 0th order and 1st order diffracted light of the laser beam transmitted through the mask is transmitted;
(C) a step of causing the laser beam whose peripheral portion is shielded in the step (b) to be incident on the processing object under a condition that a beam cross section at the position of the mask forms an image on the processing object. A processing method is provided.

本発明によれば、エネルギ効率が高く、かつ良質の加工を実現可能なレーザ加工装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus having high energy efficiency and capable of realizing high-quality processing.

また、エネルギ効率が高く、かつ良質の加工を実現可能なレーザ加工方法を提供することができる。   In addition, a laser processing method with high energy efficiency and capable of realizing high-quality processing can be provided.

図１（Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。   FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a laser processing apparatus according to an embodiment.

実施例によるレーザ加工装置は、たとえばＣＯ２レーザ発振器を含むレーザ光源１０、入射するレーザビームのビーム径を変化させて出射するビーム径調整用エキスパンダ１１、入射するレーザビームのビームプロファイルを調整する非球面レンズ１７、透光領域（たとえば円形の貫通孔）と遮光領域とを備え、透過するレーザビームの断面形状を整形するマスク１２、フィールドレンズ１３、たとえばマスク１２に対応した形状の透光領域と遮光領域とを備えるアパーチャ１８、ガルバノミラー１４ａ、１４ｂ、ｆθレンズ１５、及び加工対象物を保持する保持器であるステージ１６を含んで構成される。アパーチャ１８は、透光領域のサイズを変えることのできる径可変のアパーチャである。 The laser processing apparatus according to the embodiment adjusts the beam profile of an incident laser beam, a laser light source 10 including, for example, a CO 2 laser oscillator, a beam diameter adjusting expander 11 that emits light by changing the beam diameter of the incident laser beam. A mask 12 that includes an aspheric lens 17, a translucent area (for example, a circular through-hole) and a light-shielding area, and shapes the cross-sectional shape of the transmitted laser beam; And an aperture 18 having a light shielding region, a galvanometer mirror 14a, 14b, an fθ lens 15, and a stage 16 that is a holder for holding a workpiece. The aperture 18 is a variable-diameter aperture that can change the size of the light-transmitting region.

加工対象物は、たとえば金属層上に形成された樹脂層を表面層として含んで構成される基板２０である。実施例によるレーザ加工装置を用いて、基板２０の樹脂層を貫通し金属層に至る穴開け加工を行う。   The object to be processed is a substrate 20 configured to include, for example, a resin layer formed on a metal layer as a surface layer. Using the laser processing apparatus according to the embodiment, drilling is performed through the resin layer of the substrate 20 to reach the metal layer.

フィールドレンズ１３及びｆθレンズ１５は、マスク１２の位置のパルスレーザビーム３０の断面を基板２０の樹脂層表面に結像する機能を有する。   The field lens 13 and the fθ lens 15 have a function of forming an image of the cross section of the pulse laser beam 30 at the position of the mask 12 on the resin layer surface of the substrate 20.

ガルバノミラー１４ａ、１４ｂは、ガルバノスキャナを構成する２枚の揺動鏡であり、入射するパルスレーザビーム３０の出射方向を２次元方向に変化させて出射する。ガルバノスキャナの動作（ガルバノミラー１４ａ、１４ｂの揺動）により、パルスレーザビーム３０のプリント基板２０上への入射位置が移動し、基板２０の樹脂層の複数の位置に貫通孔が形成される。   The galvanometer mirrors 14a and 14b are two oscillating mirrors that constitute a galvano scanner, and emit the incident pulse laser beam 30 by changing the emission direction to a two-dimensional direction. By the operation of the galvano scanner (oscillation of the galvano mirrors 14 a and 14 b), the incident position of the pulse laser beam 30 on the printed circuit board 20 is moved, and through holes are formed at a plurality of positions on the resin layer of the substrate 20.

以下、実施例によるレーザ加工装置の動作、及び本レーザ加工装置を用いて行うレーザ加工について詳述する。   Hereinafter, the operation of the laser processing apparatus according to the embodiment and the laser processing performed using the laser processing apparatus will be described in detail.

ＣＯ２レーザ発振器を含むレーザ光源１０から波長９．３μｍのパルスレーザビーム３０が出射する。レーザ光源１０から出射したパルスレーザビーム３０のビームプロファイルは、図４（Ｂ）に示したようなガウシアン分布である。パルスレーザビーム３０は、ビーム径調整用エキスパンダ１１でビーム径を調整され、非球面レンズ１７に入射する。 A pulsed laser beam 30 having a wavelength of 9.3 μm is emitted from a laser light source 10 including a CO 2 laser oscillator. The beam profile of the pulse laser beam 30 emitted from the laser light source 10 has a Gaussian distribution as shown in FIG. The pulse laser beam 30 has its beam diameter adjusted by the beam diameter adjusting expander 11 and is incident on the aspherical lens 17.

非球面レンズ１７は、入射するパルスレーザビーム３０のビームプロファイルを「釣鐘型」に変化させる。「釣鐘型」のビームプロファイルは、「ガウシアン型」と「トップハット型」の中間に当たるビームプロファイルであり、「中心部の光強度が最も強く、その強度（ピーク強度）を１００％とした場合に、光強度がピーク強度の１／ｅ２（ｅは自然対数の底）以上の領域を含む円の直径の７０％のサイズの直径をもつ円周上での光強度がピーク強度の９５％未満であり、かつ、光強度がピーク強度の５０％以上の領域内に、ビーム全体がもつエネルギの７５％以上が含まれているビームプロファイル」と定義される。 The aspheric lens 17 changes the beam profile of the incident pulse laser beam 30 to a “bell shape”. The beam profile of the “bell type” is a beam profile that falls between the “Gaussian type” and the “top hat type”. “When the light intensity at the center is the strongest and its intensity (peak intensity) is 100%” The light intensity on a circle having a diameter of 70% of the diameter of a circle including a region where the light intensity is 1 / e 2 (e is the base of natural logarithm) or more of the peak intensity is less than 95% of the peak intensity. And a beam profile in which 75% or more of the energy of the entire beam is included in a region where the light intensity is 50% or more of the peak intensity ”.

図１（Ｂ）に釣鐘型のビームプロファイルの一例を示した。図の横軸はパルスレーザビーム３０の断面位置、縦軸はビーム強度を表す。非球面レンズ１７でビームプロファイルを釣鐘型に変形されたパルスレーザビーム３０は、円形の貫通孔（透光領域）を備えるマスク１２に入射する。   An example of a bell-shaped beam profile is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the cross-sectional position of the pulse laser beam 30, and the vertical axis represents the beam intensity. The pulse laser beam 30 whose beam profile is deformed into a bell shape by the aspherical lens 17 is incident on the mask 12 having a circular through hole (translucent region).

図中のＥ１及びＥ２は、マスク１２の遮光領域の縁の位置を表す。パルスレーザビーム３０は、マスク１２の遮光領域で、釣鐘型分布のビームプロファイルの周辺領域（本図においては斜線を付して示した。）に対応する周辺部分を遮光される。パルスレーザビーム３０の残余の部分（中心部分）はマスク１２の貫通孔（透光領域）に入射し、これを透過する。 E 1 and E 2 in the figure represent the positions of the edges of the light shielding region of the mask 12. The pulse laser beam 30 is shielded in the light shielding region of the mask 12 from the peripheral portion corresponding to the peripheral region of the bell-shaped distribution beam profile (shown by hatching in the drawing). The remaining portion (center portion) of the pulse laser beam 30 enters the through-hole (translucent region) of the mask 12 and passes through it.

マスク１２の貫通孔（透光領域）を透過するパルスレーザビーム３０の外縁の位置でもあるＥ１及びＥ２におけるビーム強度はＩ０である。Ｉ０は基板２０の穴開け加工に必要なビーム強度（加工閾値）以上のビーム強度である。 The beam intensity at E 1 and E 2 that is also the position of the outer edge of the pulse laser beam 30 that passes through the through-hole (translucent region) of the mask 12 is I 0 . I 0 is a beam intensity equal to or higher than the beam intensity (processing threshold) necessary for drilling the substrate 20.

マスク１２を透過したパルスレーザビーム３０は、フィールドレンズ１３を経てアパーチャ１８に入射する。   The pulse laser beam 30 transmitted through the mask 12 enters the aperture 18 through the field lens 13.

アパーチャ１８は、サイズ可変の円形の貫通孔（透光領域）と遮光領域とを備える。アパーチャ１８は、たとえばマスク１２を透過したパルスレーザビーム３０の０次及び１次回折光を透過させ、２次以下の回折光を遮光する。   The aperture 18 includes a circular through-hole (light-transmitting region) having a variable size and a light-shielding region. The aperture 18 transmits, for example, the 0th-order and 1st-order diffracted light of the pulse laser beam 30 that has passed through the mask 12 and shields the 2nd-order and lower-order diffracted light.

アパーチャ１８を透過したパルスレーザビーム３０は、ガルバノミラー１４ａ、１４ｂで反射され、ｆθレンズ１５を経て、ステージ１６に保持されている基板２０に垂直方向から入射し、基板２０の樹脂層に金属層に至る貫通孔を形成する。   The pulse laser beam 30 that has passed through the aperture 18 is reflected by the galvanometer mirrors 14 a and 14 b, passes through the fθ lens 15, enters the substrate 20 held on the stage 16 from the vertical direction, and forms a metal layer on the resin layer of the substrate 20. Through-holes are formed.

円形の貫通孔を備えるアパーチャ１８で整形された、円形の断面形状を有するパルスレーザビーム３０が基板２０に入射するため、基板２０に形成される穴の開口形状は円形である。   Since the pulse laser beam 30 having a circular cross-sectional shape shaped by the aperture 18 having a circular through hole is incident on the substrate 20, the opening shape of the hole formed in the substrate 20 is circular.

図２を参照して、実施例によるレーザ加工装置のマスク１２位置と、従来例によるレーザ加工装置のマスク１２位置とにおけるビーム強度を比較する。実施例、従来例ともに、マスク１２のマスク径（円形貫通孔の直径）は２．７ｍｍとした。図の横軸は、マスク１２の円形貫通孔直径に沿うパルスレーザビーム３０の断面位置、縦軸はビーム強度を表す。   With reference to FIG. 2, the beam intensity at the mask 12 position of the laser processing apparatus according to the embodiment is compared with the mask 12 position of the laser processing apparatus according to the conventional example. In both the example and the conventional example, the mask diameter of the mask 12 (diameter of the circular through hole) was 2.7 mm. The horizontal axis in the figure represents the cross-sectional position of the pulse laser beam 30 along the diameter of the circular through hole of the mask 12, and the vertical axis represents the beam intensity.

黒三角の点で、従来例によるレーザ加工装置のマスク１２に入射する、１／ｅ２ビーム直径が３．８ｍｍ（Φ３．８ｍｍ）のガウシアン型パルスレーザビーム３０の、マスク透過直後におけるビームプロファイルを示す。 A beam profile of a Gaussian pulse laser beam 30 with a 1 / e 2 beam diameter of 3.8 mm (Φ 3.8 mm), which is incident on the mask 12 of the laser processing apparatus according to the conventional example, at a black triangular point, immediately after transmitting through the mask. Show.

また、黒四角の点で、従来例によるレーザ加工装置のマスク１２に入射する、１／ｅ２ビーム直径が５．０ｍｍ（Φ５．０ｍｍ）のガウシアン型パルスレーザビーム３０の、マスク透過直後におけるビームプロファイルを示す。 Further, a beam of a Gaussian pulsed laser beam 30 having a 1 / e 2 beam diameter of 5.0 mm (Φ5.0 mm) that is incident on the mask 12 of the laser processing apparatus according to the conventional example at a black square point immediately after transmitting through the mask. Indicates a profile.

更に、実線で、実施例によるレーザ加工装置のマスク１２に入射する釣鐘型のパルスレーザビーム３０の、マスク透過直後におけるビームプロファイルを示す。   Furthermore, the solid line shows the beam profile of the bell-shaped pulsed laser beam 30 incident on the mask 12 of the laser processing apparatus according to the embodiment immediately after passing through the mask.

Φ３．８ｍｍのレーザビーム３０のビームプロファイル（黒三角）を参照する。Φ３．８ｍｍレーザビーム３０のマスク１２におけるエネルギ透過率は、６３．６％と計算された。また、図から理解されるように、ビーム強度は中心部で強くマスク端で弱い。更に、中心部とマスク端でのビーム強度差が大きい。このようなレーザビーム３０が基板２０上に転写されて照射されるため、基板２０に形成される穴の径が小さくなる傾向が生じる。   Reference is made to the beam profile (black triangle) of the laser beam 30 with a diameter of 3.8 mm. The energy transmittance of the Φ3.8 mm laser beam 30 through the mask 12 was calculated to be 63.6%. As can be understood from the figure, the beam intensity is strong at the center and weak at the mask edge. Further, the difference in beam intensity between the center and the mask edge is large. Since such a laser beam 30 is transferred onto the substrate 20 and irradiated, the diameter of the hole formed in the substrate 20 tends to be reduced.

Φ５．０ｍｍのレーザビーム３０のビームプロファイル（黒四角）を参照する。Φ５．０ｍｍレーザビーム３０のマスク１２におけるエネルギ透過率は、４４．２％と計算された。Φ３．８ｍｍのレーザビーム３０のビームプロファイル（黒三角）と比較した場合、中心部のビーム強度は弱く、マスク端のそれが強い。また、ビーム強度は全体的に弱く、中心部とマスク端でのビーム強度差が小さい。このようなレーザビーム３０が基板２０上に転写されて照射されるため、エネルギ不足で良質の穴開け加工が困難となる傾向が生じる。   Reference is made to the beam profile (black square) of the laser beam 30 with a diameter of 5.0 mm. The energy transmittance of the Φ5.0 mm laser beam 30 through the mask 12 was calculated to be 44.2%. When compared with the beam profile (black triangle) of the laser beam 30 with a diameter of 3.8 mm, the beam intensity at the center is weak and that at the mask edge is strong. Further, the beam intensity is weak overall, and the difference in beam intensity between the center portion and the mask edge is small. Since such a laser beam 30 is transferred onto the substrate 20 and irradiated, there is a tendency that high-quality drilling is difficult due to insufficient energy.

実施例におけるレーザビーム３０のビームプロファイル（実線）を参照する。実施例におけるレーザビーム３０のマスク１２におけるエネルギ透過率は、７０％と計算された。実施例におけるレーザビーム３０のビーム強度は、中心部においてΦ３．８ｍｍのレーザビーム３０とほぼ等しく、マスク１２端部においてΦ５．０ｍｍのレーザビーム３０とほぼ等しい。   Reference is made to the beam profile (solid line) of the laser beam 30 in the embodiment. The energy transmittance of the laser beam 30 in the mask 12 in the example was calculated to be 70%. The beam intensity of the laser beam 30 in the embodiment is substantially equal to the laser beam 30 having a diameter of 3.8 mm at the center, and substantially equal to the laser beam 30 having a diameter of 5.0 mm at the end of the mask 12.

実施例におけるレーザビーム３０を基板２０上に転写して照射した場合、Φ３．８ｍｍのレーザビーム３０を照射した場合に比べて、エネルギ密度は約１割高くなる。また、Φ５．０ｍｍのレーザビーム３０を照射した場合に比べると、エネルギ密度は６割近く高くなる。   When the laser beam 30 in the embodiment is transferred to the substrate 20 and irradiated, the energy density is about 10% higher than that when the laser beam 30 having a diameter of 3.8 mm is irradiated. In addition, the energy density is nearly 60% higher than the case where the laser beam 30 of Φ5.0 mm is irradiated.

このように、釣鐘型のビームプロファイルを有するレーザビーム３０をマスク１２に入射させることで、マスク１２透過率を高くすることができる。また、加工面（基板２０表面）でのエネルギ密度を高くすることができる。   Thus, by making the laser beam 30 having a bell-shaped beam profile incident on the mask 12, the transmittance of the mask 12 can be increased. In addition, the energy density on the processing surface (substrate 20 surface) can be increased.

図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、基板２０に入射するパルスレーザビーム３０のビームプロファイルを説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）において、横軸は基板２０に入射するパルスレーザビーム３０の断面位置、縦軸はビーム強度を表す。以下述べるように、アパーチャ１８のアパーチャ径（円形貫通孔の直径）を変えることによって、基板２０面でのビームプロファイルを、マスク１２面でのそれと異ならせることができる。   The beam profile of the pulsed laser beam 30 incident on the substrate 20 will be described with reference to FIGS. 3A to 3D, the horizontal axis represents the cross-sectional position of the pulse laser beam 30 incident on the substrate 20, and the vertical axis represents the beam intensity. As described below, the beam profile on the surface of the substrate 20 can be made different from that on the surface of the mask 12 by changing the aperture diameter of the aperture 18 (diameter of the circular through hole).

図３（Ａ）は、マスク１２を出射したパルスレーザビーム３０のうち、０次回折光のみが透過され、１次以下の回折光は遮光されるようにアパーチャ径を設定した場合のビームプロファイルを示す。   FIG. 3A shows a beam profile when the aperture diameter is set so that only the 0th-order diffracted light is transmitted and the 1st-order and lower-order diffracted light is shielded from the pulsed laser beam 30 emitted from the mask 12. .

この場合、基板２０におけるパルスレーザビーム３０のビームプロファイルは、ガウシアン分布に類似の形状を示す。   In this case, the beam profile of the pulse laser beam 30 on the substrate 20 shows a shape similar to a Gaussian distribution.

図３（Ｂ）は、マスク１２を出射したパルスレーザビーム３０のうち、０次回折光、及び約７０％の１次回折光が透過され、残余の回折光は遮光されるようにアパーチャ径を設定した場合のビームプロファイルを示す。   In FIG. 3B, the aperture diameter is set so that the 0th-order diffracted light and about 70% of the 1st-order diffracted light are transmitted through the pulse laser beam 30 emitted from the mask 12, and the remaining diffracted light is shielded. The beam profile is shown.

この場合、基板２０におけるパルスレーザビーム３０のビームプロファイルは、ビーム強度の裾野部分は広いもののトップハット形状に近づく。   In this case, the beam profile of the pulse laser beam 30 on the substrate 20 approaches a top hat shape although the base of the beam intensity is wide.

図３（Ｃ）は、マスク１２を出射したパルスレーザビーム３０のうち、０次回折光、及び約５０％の１次回折光が透過され、残余の回折光は遮光されるようにアパーチャ径を設定した場合のビームプロファイルを示す。   In FIG. 3C, the aperture diameter is set so that the 0th-order diffracted light and about 50% of the 1st-order diffracted light of the pulse laser beam 30 emitted from the mask 12 are transmitted and the remaining diffracted light is shielded. The beam profile is shown.

この場合、基板２０におけるパルスレーザビーム３０のビームプロファイルは、中凹み型の形状となる。   In this case, the beam profile of the pulsed laser beam 30 on the substrate 20 has a middle-dented shape.

図３（Ｄ）は、マスク１２を出射したパルスレーザビーム３０のうち、０次及び１次回折光が透過され、２次以下の回折光は遮光されるようにアパーチャ径を設定した場合のビームプロファイルを示す。   FIG. 3D shows a beam profile when the aperture diameter is set so that the 0th-order and 1st-order diffracted light of the pulse laser beam 30 emitted from the mask 12 is transmitted and the 2nd-order and lower-order diffracted light is shielded. Indicates.

この場合には、マスク１２の位置におけるパルスレーザビーム３０のビームプロファイルが、ほぼそのまま基板２０上に転写され、基板２０上におけるパルスレーザビーム３０のビームプロファイルは、ほぼ釣鐘型の形状となる。   In this case, the beam profile of the pulse laser beam 30 at the position of the mask 12 is transferred onto the substrate 20 almost as it is, and the beam profile of the pulse laser beam 30 on the substrate 20 has a substantially bell shape.

実施例によるレーザ加工装置を用いると、アパーチャ１８のアパーチャ径を変えることで、基板２０面でのビームプロファイルを変化させ、加工対象物や加工内容に応じた良質の加工を実現することができる。   When the laser processing apparatus according to the embodiment is used, the beam profile on the surface of the substrate 20 can be changed by changing the aperture diameter of the aperture 18, and high-quality processing according to the processing object and processing content can be realized.

たとえば実施例においては、アパーチャ１８で０次及び１次回折光を透過し、２次以下の回折光を遮光することにより、良質な加工を実現することができる。   For example, in the embodiment, high-quality processing can be realized by transmitting the 0th-order and 1st-order diffracted light through the aperture 18 and shielding the 2nd-order or less diffracted light.

なお、実施例においては、０次及び１次回折光を透過させ、２次以下の回折光を遮光したが、少なくとも０次及び１次回折光を透過させるようにアパーチャ１８径を設定することで、良質な加工を行うことができる。   In the embodiment, the 0th-order and 1st-order diffracted light is transmitted and the 2nd-order and lower-order diffracted light is shielded. However, by setting the aperture 18 diameter so as to transmit at least the 0th-order and 1st-order diffracted light, high quality Can be processed.

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。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。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

マスクを用いて行うレーザ加工一般に利用することができる。   It can be used in general for laser processing using a mask.

（Ａ）は実施例によるレーザ加工装置を示す概略図であり、（Ｂ）は釣鐘型のビームプロファイルの一例を示す図である。(A) is the schematic which shows the laser processing apparatus by an Example, (B) is a figure which shows an example of a bell-shaped beam profile. 図１（Ａ）に示した実施例によるレーザ加工装置のマスク１２位置と、図４（Ａ）に示した従来例によるレーザ加工装置のマスク１２位置とにおけるビーム強度を比較するための図である。It is a figure for comparing the beam intensity in the mask 12 position of the laser processing apparatus by the Example shown to FIG. 1 (A), and the mask 12 position of the laser processing apparatus by the prior art example shown to FIG. 4 (A). . （Ａ）〜（Ｄ）は、基板２０に入射するパルスレーザビーム３０のビームプロファイルを説明するための図である。(A)-(D) are the figures for demonstrating the beam profile of the pulse laser beam 30 which injects into the board | substrate 20. FIG. （Ａ）は、基板の穴開け加工に用いられるレーザ加工装置の従来例を示す概略図であり、（Ｂ）は、レーザ光源１０出射直後のパルスレーザビーム３０のビームプロファイルの概略を示す図であり、（Ｃ）は、マスク１２の貫通孔を透過したパルスレーザビーム３０のビームプロファイルの概略を示す図である。(A) is the schematic which shows the prior art example of the laser processing apparatus used for the drilling process of a board | substrate, (B) is a figure which shows the outline of the beam profile of the pulse laser beam 30 immediately after laser light source 10 radiation | emission. FIG. 6C is a diagram schematically showing the beam profile of the pulse laser beam 30 that has passed through the through hole of the mask 12.

符号の説明Explanation of symbols

１０ レーザ光源
１１ ビーム径調整用エキスパンダ
１２ マスク
１３ フィールドレンズ
１４ａ、１４ｂ ガルバノミラー
１５ ｆθレンズ
１６ ステージ
１７ 非球面レンズ
１８ アパーチャ
２０ 基板
３０ レーザビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light source 11 Beam diameter adjustment expander 12 Mask 13 Field lens 14a, 14b Galvano mirror 15 f (theta) lens 16 Stage 17 Aspherical lens 18 Aperture 20 Substrate 30 Laser beam

Claims (2)

釣鐘型のビームプロファイルを、中心部の光強度が最も強く、該ピーク強度を１００％とした場合に、光強度が該ピーク強度の１／ｅ２以上の領域を含む円の直径の７０％のサイズの直径をもつ円周上での光強度が該ピーク強度の９５％未満であり、かつ、光強度が該ピーク強度の５０％以上の領域内に、ビーム全体がもつエネルギの７５％以上が含まれているビームプロファイルと定義するとき、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を出射したレーザビームのビームプロファイルを前記釣鐘型に変化させるビームプロファイル調整器と、
前記ビームプロファイル調整器を出射した、ビームプロファイルが前記釣鐘型のレーザビームの周辺部分を遮光し、中心部分を透過させるマスクと、
前記マスクを透過したレーザビームが入射する位置に配置され、前記マスクを透過したレーザビームの少なくとも０次及び１次回折光を透過させるアパーチャと、
加工対象物を保持する保持器と、
前記マスクの位置におけるレーザビームの断面を、前記保持器に保持された加工対象物上に結像させる光学系と
を有するレーザ加工装置。 When the bell-shaped beam profile has the strongest light intensity at the center and the peak intensity is 100%, the light intensity is 70% of the diameter of a circle including a region of 1 / e 2 or more of the peak intensity. In the region where the light intensity on the circumference having the diameter of the size is less than 95% of the peak intensity and the light intensity is 50% or more of the peak intensity, 75% or more of the energy of the entire beam is When defining the included beam profile,
A laser light source for emitting a laser beam;
A beam profile adjuster that changes a beam profile of a laser beam emitted from the laser light source into the bell shape;
A beam that exits from the beam profile adjuster, the beam profile shields the peripheral portion of the bell-shaped laser beam , and transmits the central portion ;
An aperture that is disposed at a position where the laser beam that has passed through the mask is incident, and that transmits at least 0th-order and 1st-order diffracted light of the laser beam that has passed through the mask;
A cage for holding a workpiece;
A laser processing apparatus including: an optical system configured to form an image of a cross section of the laser beam at the position of the mask on a processing target held by the holder; 釣鐘型のビームプロファイルを、中心部の光強度が最も強く、該ピーク強度を１００％とした場合に、光強度が該ピーク強度の１／ｅ２以上の領域を含む円の直径の７０％のサイズの直径をもつ円周上での光強度が該ピーク強度の９５％未満であり、かつ、光強度が該ピーク強度の５０％以上の領域内に、ビーム全体がもつエネルギの７５％以上が含まれているビームプロファイルと定義するとき、
（ａ）ビームプロファイルが前記釣鐘型のレーザビームを、周辺部分を遮光し、中心部分を透過させるマスクに入射させる工程と、
（ｂ）前記マスクを透過したレーザビームの少なくとも０次及び１次回折光が透過するように、該レーザビームの周辺部分を遮光する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で周辺部分を遮光されたレーザビームを、前記マスクの位置におけるビーム断面が加工対象物上に結像する条件で、該加工対象物に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
When the bell-shaped beam profile has the strongest light intensity at the center and the peak intensity is 100%, the light intensity is 70% of the diameter of a circle including a region of 1 / e 2 or more of the peak intensity. In the region where the light intensity on the circumference having the diameter of the size is less than 95% of the peak intensity and the light intensity is 50% or more of the peak intensity, 75% or more of the energy of the entire beam is When defining the included beam profile,
(A) a beam profile of the bell-shaped laser beam is incident on a mask that shields the peripheral portion and transmits the central portion ;
(B) shielding the peripheral portion of the laser beam so that at least the 0th order and 1st order diffracted light of the laser beam transmitted through the mask is transmitted;
(C) a step of causing the laser beam whose peripheral portion is shielded in the step (b) to be incident on the processing object under a condition that a beam cross section at the position of the mask forms an image on the processing object. Processing method.
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