JP7085951B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して微細な穴空け加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

近年のプリント配線板の技術分野では、電子回路の高密度化の要求に応じるために、コア基板上や支持板上に複数層のビルドアップ層を積層することで多層プリント配線板を形成することが提案されている。

ビルドアップ層は通常、層間絶縁層とその上の導体層とで構成されており、多層プリント配線板では、コア基板とビルドアップ層との導体層間や、ビルドアップ層同士の導体層間を電気的に接続するため、層間絶縁層に貫通穴が形成され、その貫通穴内にメッキ等によってバイアホール導体が設けられている。

このバイアホール導体用の貫通穴は極めて小径かつ多数であり、その形成には、近年では例えば特許文献１に記載されているようなレーザ加工装置によるレーザビームの照射が用いられるようになっている。

図６の上部は、この種の従来のレーザ加工装置の結像光学系の構成を模式的に示しており、このレーザ加工装置は、プリント配線板の層間絶縁層とされる平板状の加工対象物Ｗに炭酸ガスのレーザビームＢを照射して微細な穴空け加工を行うものであって、炭酸ガスレーザ等のレーザ光源からのレーザビームＢを第１のアパーチャグリル１の開口に通してビームの断面形状を整形し、次いでそのレーザビームＢを、互いに直交する二軸方向に各々入力された超音波の周波数に応じた角度で偏向させる第１および第２のＡＯＤ（音響光学偏向器）２，３に順次に通して二次元的に偏向させて、そのレーザビームＢで微小矩形領域内を走査し、その際、第１および第２のＡＯＤ２，３間に位置する図示しない１／２波長板が、第１のＡＯＤ２から出射したレーザビームＢの偏光方向を第２のＡＯＤ３への入射に適合するように９０度回転させる。

次いでその微小矩形領域内で走査するレーザビームＢを、マスク４で第２のＡＯＤ３からの０次光を遮断しつつレンズ光学系５で径を拡大した後、図示しない第２のアパーチャグリルの開口に通してビームの断面形状を整形し、次いでそのレーザビームＢを、互いに直角方向に延在する支持軸周りにモータでガルバノミラーを回動させる第１および第２のガルバノスキャナ６，７に順次に通し、それらのガルバノミラーでの反射で二次元に偏向させて、そのレーザビームＢで走査する微小矩形領域をそれより大きい小矩形領域内で移動させることで、その小矩形領域内全体をレーザビームＢで走査する。

次いで、その小矩形領域内全体を走査するレーザビームＢをｆθレンズ８に通して、加工対象物Ｗの表面に垂直に照射するとともにその加工対象物Ｗの表面付近の位置で収束させ、その一方、加工対象物Ｗを支持する図示しないテーブルを二次元的に移動させて、レーザビームＢで走査する小矩形領域を加工対象物Ｗの表面の穴空け加工範囲全体で移動させる。

従来のレーザ加工装置は、上記構成により加工対象物にレーザビームで微細な貫通穴を形成することで、極めて小径かつ多数の貫通穴の、加工対象物の表面の穴空け加工範囲全体に亘る微細な穴空け加工を短時間で行い、穴空け加工の高スループット化を図っている。

特開２００８－０４９３８３号公報

ところで、上記従来のレーザ加工装置は、レーザビームＢを互いに直交する二軸方向に偏向させる第１および第２のＡＯＤ２，３に順次に通して二次元的に偏向させて微小矩形領域の走査および穴加工を行っているため、図６の下部にその装置の走査光学系について結像光学系と関連付けて示されるように、例えばＸ軸方向に偏向させる第１のＡＯＤ２を出たレーザビームのＸ軸走査焦点（Ｘ軸方向に偏向するレーザビームの偏向中心点）ＦＸと、例えばＹ軸方向に偏向させる第２のＡＯＤ３を出たレーザビームのＹ軸走査焦点（Ｙ軸方向に偏向するレーザビームの偏向中心点）ＦＹとが、図６中破線で示す無偏向のレーザビームの光軸（走査中心光軸）上で前後方向にずれてしまい、特に第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間には１／２波長板が配置されていることから、少なくともその１／２波長板の厚さ分、第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３とが離間するので、Ｘ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとのずれの発生が避けられない。

そして例えばＸ軸方向に偏向させる第１のＡＯＤ２を出たレーザビームのＸ軸走査焦点ＦＸと、例えばＹ軸方向に偏向させる第２のＡＯＤ３を出たレーザビームのＹ軸走査焦点ＦＹとが大きくずれていると、第１および第２のガルバノスキャナ６，７をそれらＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとの中間に配置してもそれらＸ軸およびＹ軸走査焦点ＦＸ，ＦＹからの距離が大きくなる。

これにより、図７の左側に示すように、無偏向のレーザビームの光軸上に配置した第１および第２のガルバノスキャナ６，７のガルバノミラーの揺動軸線からの、偏向されたレーザビームＢのずれＭＳＸ，ＭＳＹが大きくなって、図７の右側に示すように、レーザビームＢの断面の一部が第１および第２のガルバノスキャナ６，７のガルバノミラーの反射面から外れ、加工対象物Ｗに照射されるレーザビームＢの強度が低下するとともにビーム断面形状も真円から変形してしまい、これを避けるためにガルバノミラーを大きくすると、ガルバノミラーの慣性の増大によってガルバノスキャナ６，７の動作速度ひいてはレーザビームＢの走査速度が低下して穴空け加工の加工効率が低下するという問題があった。

また、第１のＡＯＤ２を出たレーザビームのＸ軸走査焦点ＦＸと第２のＡＯＤ３を出たレーザビームのＹ軸走査焦点ＦＹとが大きくずれていると、図８に示すように、第２のＡＯＤ３と第１のガルバノスキャナ６との間に位置する、この図８では符号９で示す第２のアパーチャグリルの開口の中心からのＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとの各々の中心ずれ量ＡＳＸ，ＡＳＹが大きくなって、レーザビームＢが第２のアパーチャグリル９の開口から少なくとも部分的に外れてしまうため、ｆθレンズ８に入射されるレーザビームＢの真円度が低下し、ひいてはｆθレンズ８から加工対象物Ｗの表面に入射されるレーザビームＢで穴空け加工する貫通穴の真円度が低下するという問題があった。

本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザビームを照射して微細な穴空け加工を行うものであって、
レーザ光源から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されて、レーザ光源から出射されるレーザビームを順次に入射され、互いに直交する二軸方向に、各々入力された超音波の周波数に応じた角度で偏向させて出射させる第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの、複数の組と、
第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されるとともに、互いに直角な軸線周りにガルバノミラーが回動するように組み合わされて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを順次に入射され、各々ガルバノミラーでの反射により偏向させて出射させる第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナと、
第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組と第１のガルバノスキャナとの間のレーザビームの光路上に配置されて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの何れか一方の位置またはその近傍、好ましくは第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの間の位置に位置させるレンズ光学系と、
第２のガルバノスキャナから出射されるレーザビームを加工対象物に垂直に入射させ、その加工対象物の位置で収束させるｆθレンズと、
を具えるものである。

また、本発明のレーザ加工方法は、加工対象物にレーザビームを照射して微細な穴空け加工を行う方法であって、
レーザ光源から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されて、レーザ光源から出射されるレーザビームを順次に入射され、互いに直交する二軸方向に、各々入力された超音波の周波数に応じた角度で偏向させて出射させる第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの、複数の組により、レーザ光源から出射されるレーザビームを前記互いに直交する二軸方向に偏向させて出射させることと、
第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されるとともに、互いに直角な軸線周りにガルバノミラーが回動するように組み合わされて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを順次に入射され、各々ガルバノミラーでの反射により偏向させる第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナにより、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを前記互いに直交する二軸方向に偏向させて出射させることと、
第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組と第１のガルバノスキャナとの間のレーザビームの光路上に配置されたレンズ光学系により、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの何れか一方の位置またはその近傍、好ましくは第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの間の位置に位置させることと、
第２のガルバノスキャナから出射されるレーザビームをｆθレンズにより、加工対象物に垂直に入射させ、その加工対象物の位置で収束させることと、
を含んでいる。

本発明の実施形態によれば、レーザ光源から出射されて第１および第２のＡＯＤの複数の組で二次元的に偏向されたレーザビームが、第１および第２のガルバノスキャナに入射され、それらのガルバノスキャナのガルバノミラーでさらに大きな範囲で二次元的に偏向されて出射され、そのレーザビームが、ｆθレンズによって加工対象物に垂直に入射されて、その加工対象物の位置で収束する。これにより、加工対象物に微細な貫通穴を形成することができ、小径かつ多数の貫通穴の、加工対象物Ｗの表面の穴空け加工範囲全体に亘る微細な穴空け加工を短時間で行うことができる。

しかも本発明の実施形態によれば、第１および第２のＡＯＤの複数の組が、それらの組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点の位置を第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点の位置に近づけ、あるいは実質的に一致させることから、第１および第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームは、レンズ光学系により、第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの何れか一方の位置またはその近傍、好ましくは第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの間の位置に、第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点と第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点を持つことになる。

それゆえ、第１および第２のガルバノスキャナの各々のガルバノミラーの回動軸線からのレーザビームのずれ量が小さくなって、ガルバノミラーを拡大しなくてもレーザビームが第１および第２のガルバノスキャナの各々のガルバノミラーの反射面から外れることなくその反射面内に収まることから、ガルバノミラーの慣性質量の増大による第１および第２のガルバノスキャナの動作速度低下を回避しつつ、第１および第２のＡＯＤの各々による最大偏向角を有効活用して穴空け加工の加工効率を高めることができ、また、ｆθレンズに入射されるレーザビームの断面形状の真円度を向上させて、ｆθレンズから加工対象物の表面に入射されるレーザビームの強度を維持するとともに、そのレーザビームで穴空け加工する貫通穴の真円度を高めることができる。

さらに、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組と第１のガルバノスキャナとの間のレーザビームの光路上にアパーチャグリルを位置させた場合に、第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点と第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点の、そのアパーチャグリルの開口からのずれ量が小さくなって、レーザビームがそのアパーチャグリルの開口内に収まることから、ｆθレンズに入射されるレーザビームの断面形状の真円度を向上させて、ｆθレンズから加工対象物の表面に入射されるレーザビームの強度を維持するとともに、そのレーザビームで穴空け加工する貫通穴の真円度を高めることができる。

本発明の一実施形態のレーザ加工装置の結像光学系と走査光学系とを、互いに関連付けて上部と下部とに示す説明図である。 図１に示される実施形態のレーザ加工装置の、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの組を複数組有するＡＯＤユニットで偏向されたレーザビームの、無偏向のレーザビームの光軸上での走査焦点の位置を、結像光学系と走査光学系とを関連付けて示す説明図である。 図１に示される実施形態のレーザ加工装置の各部の具体的配置の一例を示す説明図である。 図１に示される走査光学系でのレーザビームとガルバノミラーの反射面との位置関係を示す説明図である。 図１に示される走査光学系でのレーザビームと第２のアパーチャグリルの開口との位置関係を示す説明図である。 従来のレーザ加工装置の結像光学系と走査光学系とを、互いに関連付けて上部と下部とに示す説明図である。 図６に示される走査光学系でのレーザビームとガルバノミラーの反射面との位置関係を示す説明図である。 図６に示される走査光学系でのレーザビームと第２のアパーチャグリルの開口との位置関係を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工方法の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態のレーザ加工装置の結像光学系と走査光学系とを、互いに関連付けて上部と下部とに示す説明図である。

この実施形態のレーザ加工装置は、プリント配線板の層間絶縁層とされる平板状の加工対象物Ｗに炭酸ガスレーザビームＢを照射して直径数十μｍの微細な穴空け加工を行うものであって、第１のアパーチャグリル１と、互いに直列配置された第１のＡＯＤ（音響光学偏向器）２および第２のＡＯＤ（音響光学偏向器）３の組を複数組互いに直列配置されて有するＡＯＤユニット１０と、マスク４を有するレンズ光学系５と、互いに直列配置された第１のガルバノスキャナ６および第２のガルバノスキャナ７と、通常のｆθレンズ８とを具えるとともに、第２のアパーチャグリル９を具えている。

第１のアパーチャグリル１は、図示しないレーザ光源から出射されたレーザビームＢを開口に通してその開口の形状に応じた断面形状に成形した後にＡＯＤユニット１０内に入射させる。

図２は、図１に示される実施形態のレーザ加工装置のＡＯＤユニット１０で偏向されたレーザビームの無偏向のレーザビームの光軸上での走査焦点の位置を、図２の上部の結像光学系と下部の走査光学系とを関連付けて示す説明図であり、ＡＯＤユニット１０は、第１のＡＯＤ２および第２のＡＯＤ３の組を第１のＡＯＤ２同士および第２のＡＯＤ３同士が隣り合う配置で複数組、例えば三組有するとともに、それら複数組の各々の第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間に１／２波長板１１を有し、第１および第２のＡＯＤ２，３の各組とそこにおける１／２波長板１１とは、レーザビームの光軸方向（図２では左右方向）寸法を可能な限り薄いものとされている。

ＡＯＤユニット１０において、図２中の左側に示される第１および第２のＡＯＤ２，３の最初の組は、ＡＯＤユニット１０へのレーザビームの入射側（図２では左側）に第１のＡＯＤ２が位置し、その第１のＡＯＤ２は、第１のアパーチャグリル１から入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて、その最初の組の第２のＡＯＤ３に入射させる。

最初の組の第２のＡＯＤ３は、最初の組の第１のＡＯＤ２から入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて出射させる。そして、最初の組の第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間に位置する１／２波長板１１は、最初の組の第１のＡＯＤ２から出射したレーザビームＢの偏光方向を最初の組の第２のＡＯＤ３への入射に適合するように９０度回転させる。

ＡＯＤユニット１０において、図２中の中央に示される第１および第２のＡＯＤ２，３の二番目の組は、ＡＯＤユニット１０へのレーザビームの入射側（図２では左側）に第２のＡＯＤ３が位置し、その二番目の組の第２のＡＯＤ３は、最初の組の第２のＡＯＤ３から１／２波長板１１による偏光なしに直接入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて、その二番目の組の第１のＡＯＤ２に入射させる。

二番目の組の第１のＡＯＤ２は、二番目の組の第２のＡＯＤ３から入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて出射させる。そして、二番目の組の第２のＡＯＤ３と第１のＡＯＤ２との間に位置する１／２波長板１１は、二番目の組の第２のＡＯＤ３から出射したレーザビームＢの偏光方向を二番目の組の第１のＡＯＤ２への入射に適合するように９０度回転させる。

ＡＯＤユニット１０において、図２中の右側に示される第１および第２のＡＯＤ２，３の三番目の組は、ＡＯＤユニット１０へのレーザビームの入射側（図２では左側）に第１のＡＯＤ２が位置し、その三番目の組の第１のＡＯＤ２は、第二の組の第１のＡＯＤ２から１／２波長板１１による偏光なしに直接入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて、その三番目の組の第２のＡＯＤ３に入射させる。

三番目の組の第２のＡＯＤ３は、三番目の組の第１のＡＯＤ２から入射したレーザビームＢを結晶によって入出射光路を含む所定平面内で回折させて１次回折光を出射させるとともにその１次回折光を高速にかつ上記所定平面内で、その結晶への入力超音波の周波数に応じた角度に偏向させて出射させる。そして、三番目の組の第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間に位置する１／２波長板１１は、三番目の組の第１のＡＯＤ２から出射したレーザビームＢの偏光方向を三番目の組の第２のＡＯＤ３への入射に適合するように９０度回転させる。

ここで、ＡＯＤユニット１０の第１および第２のＡＯＤ２，３の各組における第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３とは、それらの所定平面がＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ延在し、所定平面同士が直角に位置するように配置されており、これにより図２の下部に走査光学系について示されるように、ＡＯＤユニット１０の第１および第２のＡＯＤ２，３の三組は、第１のアパーチャグリル１から入射したレーザビームＢを次第に大きく、このレーザ加工装置の直角座標系でＸ軸およびＹ軸方向に二次元的に偏向させて、加工対象物Ｗの表面上の微小領域内をレーザビームＢで走査する。

レンズ光学系５は、ＡＯＤユニット１０の第１および第２のＡＯＤ２，３の三番目の組の第２のＡＯＤ３から１次回折光と一緒に出射される０次回折光をダンパーとして機能するマスク４で遮断するとともに、加工対象物Ｗの位置で収束するレーザビームＢのビーム径を小径化するためのエキスパンダとして機能して、互いに焦点距離が異なる二枚のレンズの組み合わせにより、ＡＯＤユニット１０の上記三番目の組の第２のＡＯＤ３から出射された１次回折光のレーザビームＢのビーム径を拡径させる。そして、レンズ光学系５と第１のガルバノスキャナ６との間に位置する第２のアパーチャグリル９は、レンズ光学系５で拡径されたレーザビームＢを開口に通してビームの断面形状を整形した後に第１のガルバノスキャナ６のガルバノミラーに入射させる。

第１のガルバノスキャナ６は、駆動信号に応じてガルバノミラーを所定軸線周りに回動させて、入射したレーザビームＢをそのガルバノミラーの反射面での反射で偏向させて次の第２のガルバノスキャナ７に入射させ、第２のガルバノスキャナ７は第１のガルバノスキャナ６と同様に、駆動信号に応じてガルバノミラーを所定軸線周りに回動させて、入射したレーザビームＢをそのガルバノミラーの反射面での反射で偏向させて出射させる。

ここで、第１のガルバノスキャナ６と第２のガルバノスキャナ７とは、ガルバノミラーの所定回動軸線同士が直角に位置するように配置されており、これによりレーザビームＢをこのレーザ加工装置の直角座標系でＸ軸方向およびＹ軸方向に２次元的に偏向させて、加工対象物Ｗの表面上の、ＡＯＤユニット１０の三組の第１および第２のＡＯＤ２，３で走査する微小矩形領域よりも広い小矩形領域内で、その微小矩形領域を移動させる。

ｆθレンズ８は、加工対象物Ｗに向けて配置されていて、第２のガルバノスキャナ７のガルバノミラーの反射面でのレーザビームＢの位置にかかわらず、第２のガルバノスキャナ７から出射されたレーザビームＢを加工対象物Ｗの表面に垂直に入射させかつその加工対象物Ｗの表面付近の位置で収束させる。

なお、この実施形態のレーザ加工装置は、ＡＯＤユニット１０の三組の各々における第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間に介在するもう一つのマスクを具えていてもよく、このマスクは、先のマスク４と同様に、第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３とのうちレーザビームＢの光路上で前側に位置するＡＯＤから１次回折光と一緒に出射される０次回折光を確実に遮断するダンパーとして機能する。

ところで、従来のレーザ加工装置では、第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間に、少なくとも上記のように１／２波長板を具えているので、図６の上部に示されるように、第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との間の距離ＤＣが大きくなっている。このため、図６の下部に示されるように、第１のＡＯＤ２と第２のＡＯＤ３との各々による最大偏向角でのＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとの間の、図６中に破線で示す無偏向のレーザビームの光軸（走査中心光軸）方向の距離ＤＦが大きくなり、図７の右側に示されるようなＸ，Ｙ軸ガルバノミラー６，７の反射面からのレーザビームＢの外れと、図８の右側に示されるような第２のアパーチャグリル９の開口からのレーザビームＢの外れとを生じる。

これに対しこの実施形態のレーザ加工装置では、図１に示されるように、ＡＯＤユニット１０を具えており、このＡＯＤユニット１０の第１および第２のＡＯＤ２，３の三組は、上述のように、第１のアパーチャグリル１から入射したレーザビームＢを次第に大きく、このレーザ加工装置の直角座標系でＸ軸およびＹ軸方向に二次元的に偏向させて、加工対象物Ｗの表面上の微小領域内をレーザビームＢで走査するＡＯＤユニット１０によれば、図２の下部に示されるように、三番目の組の第２のＡＯＤ３から偏向されて出射したレーザビームＢは、そのレーザビームＢをＡＯＤユニット１０内へ延長して無偏向のレーザビームの光軸（走査中心光軸）との交点であるＸ軸仮想走査焦点ＦＸ’とＹ軸仮想走査焦点ＦＹ’とを求めると、それらが共にＡＯＤユニット１０内の第１および第２のＡＯＤ２，３の二番目の組付近に位置するとともに互いに極めて近接し、あるいは実質上一致することになる。

このため、図１に示されるように、ＡＯＤユニット１０による最大偏向角でのＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとの間の、無偏向のレーザビームの光軸（走査中心光軸）方向の距離ＤＦが極めて小さくなり、もしくは実質的に０（ゼロ）となってＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが一致して、それらＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが共に第１および第２のガルバノスキャナ６，７の近傍に位置し、あるいはＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが共に第１および第２のガルバノスキャナ６，７の間に位置することから、図４に示されるように、Ｘ，Ｙ軸ガルバノスキャナ６，７のガルバノミラーの反射面内にレーザビームＢの全体が収まるとともに、図５に示されるように、第２アパーチャグリル９の開口内にレーザビームＢの全体が収まっている。

従って、この実施形態のレーザ加工装置および、そのレーザ加工装置で上述の如くして穴空け加工を行うこの実施形態のレーザ加工方法によれば、極めて小径かつ多数の貫通穴の、加工対象物Ｗの表面の穴空け加工範囲全体に亘る微細な穴空け加工を短時間で行うことができ、しかもＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとの間の光軸方向の距離ＤＦが極めて小さくなり、もしくは実質的に０（ゼロ）となって、Ｘ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが共に、第１および第２のガルバノスキャナ６，７の近傍に位置していることから、第１および第２のガルバノスキャナ６，７の反射面内にレーザビームＢが収まるので、Ｘ軸ＡＯＤ２とＹ軸ＡＯＤ３との各々による最大偏向角を有効活用して穴空け加工の加工効率を高めることができ、さらに、第２のアパーチャグリル９の開口内にレーザビームＢが収まるので、ｆθレンズ８に入射されるレーザビームＢの真円度を向上させて、穴空け加工する貫通穴の真円度を高めることができる。

図３は、図１に示される実施形態のレーザ加工装置の各部の具体的配置の一例を示す説明図であり、この例のレーザ加工装置は、図１に示される各構成を具えるのに加えて、レンズ光学系５と第２のアパーチャグリル９との間に配置された反射ミラー１２を具えており、この例のレーザ加工装置では、反射ミラー１２で、レンズ光学系５を概略水平に出射したレーザビームＢを下向きに反射させて落とし込んで第２のアパーチャグリル９の開口に通した後、そのレーザビームＢを第１および第２のガルバノスキャナ６，７に順次に入射させ、次いでｆθレンズ８を介してそのｆθレンズ８下方の加工対象物Ｗの表面に照射している。

なお、ここでの加工対象物Ｗは、図示しないテーブルで水平方向に移動されてもよく、このようにすれば、極めて小径かつ多数の貫通穴の、加工対象物Ｗの表面の穴空け加工範囲全体に亘る微細な穴空け加工を、さらに短時間で行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、請求の範囲の記載から逸脱しない範囲で種々の変更、修正が可能である。例えば、実施形態のレーザ加工装置およびレーザ加工方法ではＸ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが共に、第１および第２のガルバノスキャナ６，７の近傍またはそれらの間に位置しているが、これに代えて、Ｘ軸走査焦点ＦＸとＹ軸走査焦点ＦＹとが共に、第１のガルバノスキャナ６または第２のガルバノスキャナ７のガルバノミラーの回動軸上に位置してもよく、あるいはＸ軸走査焦点ＦＸが第１のガルバノスキャナ６のガルバノミラーの回動軸上に位置するとともにＹ軸走査焦点ＦＹが第２のガルバノスキャナ７のガルバノミラーの回動軸上に位置してもよい。

また、ＡＯＤユニット１０の第１および第２のＡＯＤ２，３の組は、上記実施形態のレーザ加工装置およびレーザ加工方法では三組とされているが、二組あるいは四組以上とされてもよい。

１ 第１のアパーチャグリル
２ 第１のＡＯＤ（音響光学偏向器）
３ 第２のＡＯＤ（音響光学偏向器）
４ マスク
５ レンズ光学系
６ 第１のガルバノスキャナ
７ 第２のガルバノスキャナ
８ ｆθレンズ
９ 第２のアパーチャグリル
１０ ＡＯＤユニット
１１ １／２波長板
１２ 反射ミラー
Ｂ レーザビーム
ＦＸ Ｘ軸走査焦点
ＦＹ Ｙ軸走査焦点
Ｗ 加工対象物

Claims (4)

1. 加工対象物にレーザビームを照射して微細な穴空け加工を行うレーザ加工装置であって、
   レーザ光源から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されて、レーザ光源から出射されるレーザビームを順次に入射され、互いに直交する二軸方向に、各々入力された超音波の周波数に応じた角度で偏向させて出射させる第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの、複数の組と、
   第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されるとともに、互いに直角な軸線周りにガルバノミラーが回動するように組み合わされて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを順次に入射され、各々ガルバノミラーでの反射により偏向させて出射させる第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナと、
   第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組と第１のガルバノスキャナとの間のレーザビームの光路上に配置されて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの何れか一方の位置またはその近傍に位置させるレンズ光学系と、
   第２のガルバノスキャナから出射されるレーザビームを加工対象物に垂直に入射させ、その加工対象物の位置で収束させるｆθレンズと、
   を具える。
2. 請求項１記載のレーザ加工装置であって、
   前記レンズ光学系は、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの間に位置させる。
3. 加工対象物にレーザビームを照射して微細な穴空け加工を行うレーザ加工方法であって、
   レーザ光源から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されて、レーザ光源から出射されるレーザビームを順次に入射され、互いに直交する二軸方向に、各々入力された超音波の周波数に応じた角度で偏向させて出射させる第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの、複数の組により、レーザ光源から出射されるレーザビームを前記互いに直交する二軸方向に偏向させて出射させることと、
   第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの光路上に互いに直列に配置されるとともに、互いに直角な軸線周りにガルバノミラーが回動するように組み合わされて、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを順次に入射され、各々ガルバノミラーでの反射により偏向させる第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナにより、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームを前記互いに直交する二軸方向に偏向させて出射させることと、
   第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組と第１のガルバノスキャナとの間のレーザビームの光路上に配置されたレンズ光学系により、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの何れか一方の位置またはその近傍に位置させることと、
   第２のガルバノスキャナから出射されるレーザビームをｆθレンズにより、加工対象物に垂直に入射させ、その加工対象物の位置で収束させることと、
   を含んでいる。
4. 請求項３に記載のレーザ加工方法であって、
   前記レンズ光学系により、第１のＡＯＤおよび第２のＡＯＤの複数の組から出射されるレーザビームの第１のＡＯＤの偏向方向の走査焦点および第２のＡＯＤの偏向方向の走査焦点をそれぞれ第１のガルバノスキャナおよび第２のガルバノスキャナの間に位置させる。

Images