KR100594528B1 - 레이저 가공 장치, 가공 방법 및 상기 가공 방법을 이용한회로 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

레이저광을, 보다 효율적으로 이용하여 세라믹 그린 시트 등에 구멍 개방 등의 가공을 행하는 레이저 가공 장치를 제공한다. 레이저 가공 장치에 있어서의 레이저 발진기(1)와, 레이저광을 피가공물 상의 소정 위치에 조사시키는 조사 위치 제어용 광학계와의 사이에 복수의 광로계(30, 40)를 설치한다. 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 광축과 수직인 방향의 단면 형상을 바꾸는 일 없이, 레이저광을 조사 위치 제어용 광학계로 유도하는 제1 광로계(30)와, 단면 형상을 변화시켜 유도하는 제2 광로계(40)을 배치하고, 가공 상황에 따라서 이들 광로계를 구분하여 사용한다.

레이저 발진기, 광로계, 미러, 익스팬더, 비구면 렌즈

Description

레이저 가공 장치, 가공 방법 및 상기 가공 방법을 이용한 회로 기판의 제조 방법{LASER PROCESSING DEVICE, PROCESSING METHOD, AND METHOD OF PRODUCING CIRCUIT SUBSTRATE USING THE METHOD}

본 발명은 레이저광을 이용하여 피가공물에 대해 구멍 개방 및 절단 등의 가공을 실시하는 가공 장치 및 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹스로 이루어지는 이른바 세라믹 그린 시트에 대해 효율적으로 구멍 개방 가공을 실시하는 구멍 개방 장치 및 구멍 개방 방법, 또는 상기 그린 시트에 가공을 실시하여 회로 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 수지 기판에 대해 세라믹스를 소재로 하는 회로 기판은 내열성 및 내구성이 우수하므로, 휴대 정보 단말 기기 등으로의 용도가 확대되고 있다. 동시에, 고집적화를 목적으로 하여 세라믹 기판 그 자체에 대해서도 회로로서의 기능을 부가하는 동시에, 상기 기판의 적층화를 도모하여 다층 기판으로서 이용하는 케이스도 증가하고 있다. 그린 시트는 소성 전의 세라믹 기판 등의 통칭이지만, 상기 기판에 대해서는 일반적으로는 이 그린 시트의 단계에서 다층 배선을 형성하기 위한 구멍 개방 가공 등이 실시된다.

이들 구멍 개방 가공 등에는, 가공 속도 및 가공 구멍 형상을 바꾸는 것 혹 은 진원도가 높은 가공 구멍을 얻는 것의 용이성 등의 관점으로부터, 레이저광을 이용하는 사례가 늘고 있다. 레이저광을 이용하여 여러 피가공물, 특히 세라믹·그린 시트에 대해 구멍 개방 가공을 행하는 장치의 종래예에 관하여, 이하 도면을 참조로 하여 그 개략에 대해 설명한다.

상기 장치는 가공용 레이저광을 발신하는 레이저 발진기(101), 가이드 레이저를 발신하는 가이드 레이저 발진 장치(102), 가이드 레이저광 및 가공용 레이저광을 성형하고 또한 피가공물(103) 상의 소정 위치로 유도하는 광학계(120), 피가공물(103)이 적재되어 이를 XY 방향으로 이동시키는 XY 스테이지(104), 피가공물(103) 상에 도달한 가이드 레이저광 등의 형상 혹은 가공 구멍 형상 등을 화상으로서 파악하고, 또한 피가공물의 위치 결정에 이용되는 카메라(105) 및 이들 각 구성 요소를 구동하는 제어계(110)로 구성되어 있다. 가이드 레이저로서는, 예를 들어 적색광 등이 이용되고, 미리 이를 피가공물 상에 투영하여 그 투영 위치 및 투영 형상 등으로부터 실제의 가공용 레이저를 투영하는 위치 혹은 투영할 때의 형상 등의 보정이 행해진다.

광학계(120)는 전반사 미러(121, 123, 126), 다이크로익 미러(122), 마스크(124), 콜리메이터 렌즈(127), XY 갈바노 스캐너 미러(128) 및 fθ 렌즈(129)로 구성된다. 레이저 발진기(101)로부터 발하게 된 레이저광은 전반사 미러(127)에 의해 다이크로익 미러(122)를 향해 그 방향을 바꾸어 다이크로익 미러(122)를 이면으로부터 투과하고, 또한 전반사 미러(123)에 의해 마스크(124)를 향해 다시 그 방향을 바꾼다. 가이드 레이저 발진기(102)로부터 발하게 된 가이드 레이저광은 가공 용 레이저광과 동일한 광축 상을 진행하도록 다이크로익 미러(122)에 의해 그 방향을 바꾸고 있다.

가공용 레이저광 및 가이드 레이저광은, 마스크(124)를 경유할 때에 그 개구부(124a)를 통과함으로써, 그 형상이 예를 들어 진원에 가까운 형상 등 가공 구멍 형상과 대응하도록 성형된다. 일반적으로, 마스크 투과(통과) 후의 레이저광은 어느 정도의 확대각을 가져 버리므로, 콜리메이터 렌즈 등에 의해 평행광으로서 재성형할 필요가 있다. 이로 인해, 성형 후의 레이저광은 상기 빛을 콜리메이터 렌즈(128)에 입사하도록 전반사 미러(126)에 의해 다시 그 방향을 바꾼다. 콜리메이터 렌즈(127)를 거침으로써 평행광이 된 레이저광은 XY 갈바노 스캐너 미러(128) 및 fθ 렌즈(129)에 의해 피가공물(103) 상의 임의의 가공 위치에 도달하도록 그 조사 위치가 이동된다. XY 갈바노 스캐너 미러 및 fθ 렌즈는 일체적으로 레이저광의 조사 위치 제어용 광학계로서 작용한다.

제어계(110)는 갈바노 스캐너 제어부(112), 화상 처리부(113), 구동계 제어부(114) 및 이들 각부를 제어하는 동시에 상기 제어와 동기하여 레이저 발진기 등을 제어하는 주제어부로 구성된다. 갈바노 스캐너 제어부(112)는 XY 갈바노 스캐너 미러(128)와 접속되고, 이들을 제어함으로써 레이저광의 조사 위치를 제어하고 있다. 화상 처리부(113)는 카메라(105)와 접속되어 상기 카메라에 의해 얻어진 화상으로부터 가공 구멍의 상태 및 위치 정밀도 등을 확인하여, 레이저광의 펄스수 및 강도에 관련되는 정보를 주제어부에 대해 출력하고 있다. 구동계 처리부(114)는 XY 스테이지(104)를 구동하여, 피가공물 상의 구멍 개방 예정 위치가 갈바노 스 캐너 미러에 의한 레이저광의 조사 가능 범위에 들어가도록 피가공물(103)의 위치를 변경하고 있다. 상기 장치는 피가공물(103)의 표면에 마스크(124)의 형상을 임의의 축소율로 투영하는 구성으로 함으로써, 가공 구멍 단면에 있어서의 테이퍼가 적고 또한 진원에 가까운 구멍 형상을 얻고 있다.

상술한 종래 장치에 있어서는, 레이저광의 대부분은 마스크(124)에 의해 차단되어, 상기 마스크의 개구부(124a)를 통과한 부분만이 실제의 가공에 기여하고 있다. 따라서, 레이저광의 사용 효율은 그 만큼 높지 않고, 레이저 발진기(101)로서는 이 차단분을 고려한 비교적 큰 출력을 가진 발진기를 이용하는 것이 요구된다. 이러한 레이저광의 사용 효율이 가공 효율에 대해 특히 크게 영향을 미치는 경우로서, 레이저광에 대한 흡수 효율이 비교적 낮은 재료로 표면층이 구성되어 있는 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우, 가공에 필요로 하는 레이저의 펄스수가 매우 많게 되어 버려, 결과적으로 가공 효율이 대폭 저하된다.

본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로, 레이저광의 사용 효율을 개선하거나 또는 표면이 난가공성의 재료로 이루어지는 피가공물에 있어서도 가공 효율을 높이고, 원하는 가공 형상을 쉽게 얻을 수 있는 레이저 가공 장치 및 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 또한 본 발명은, 상기 가공 방법을 이용한 세라믹 그린 시트 상에 구멍 개방 가공 등을 실시하는 회로 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 장치이며, 레이저광을 발하는 레이저 발진기와, 레이저광을 피가공물 상의 소정 위치에 조사시키는 조사 위치 제어용 광학계와, 레이저 발진기에 의해 발하게 된 레이저광을 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 복수의 광로계를 갖고, 복수의 광로계는 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 광축과 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이 레이저광을 조사 위치 제어용 광학계로 유도하는 제1 광로계와, 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 광축과 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시켜 레이저광을 조사 위치 제어용 광학계로 유도하는 제2 광로계를 적어도 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 장치이며, 레이저광을 발하는 레이저 발진기와, 레이저광을 피가공물 상의 소정 위치에 조사시키는 조사 위치 제어용 광학계와, 레이저 발진기에 의해 발하게 된 레이저광을 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 복수의 광로계를 갖고, 복수의 광로계는 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 에너지 강도를 감소시키는 일 없이 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 제1 광로계와, 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 일부가 조사 위치 제어용 광학계에 도달하는 것을 방해하여 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시키는 제2 광로계를 적어도 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상술한 장치는 레이저광을 유도할 때에 이용되는 광로계를 절환하는 광로 절환 수단을 갖고, 광로계의 절환은 상기 레이저광에 있어서의 펄스 조사시의 오프 타이밍에 있어서 이루어지는 것으로 해도 좋다. 또한, 상기 장치에 있어서 레이저광의 에너지 분포를 변화시키는 제2 광로계는, 레이저광의 광축과 수직인 방향에 있어서의 에너지 분포를 대략 균일한 것으로 하는 마스크, 호모지나이저, 혹은 이들 조합을 갖는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 관한 레이저 가공 방법은 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 방법이며, 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광을 레이저광의 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이, 피가공물 상의 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제1 가공 공정과, 에너지 분포가 바뀌어 있지 않은 레이저광의 조사를 정지하고, 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광에 대해 레이저광에 있어서의 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시킨 레이저광을 피가공물 상의 소정 위치로 유도하는 레이저광의 절환 공정과, 에너지 분포가 변화된 레이저광을 조사함으로써 이루어지는 제2 가공 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상술한 방법에 있어서의 레이저광의 절환 공정은 레이저 발진기로부터 발하게 되는 레이저광에 있어서의 펄스 조사시의 오프 타이밍에 있어서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 피가공물 상으로 유도되는 단면 형상이 변화된 레이저광은 에너지 분포 상의 강도의 균일화가 이루어져 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 제조 방법은 세라믹 그린 시트에 대해 구멍 개방 가공을 실시하고, 형성된 구멍에 대해 전극재를 매립하는 공정을 갖는 회로 기판 제조 방법이며, 구멍 개방 가공은 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광을 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이, 세라믹 그린 시트 상의 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제1 구멍 개방 공정과, 에너지 분포를 바꾸지 않는 레이저광의 조사를 정지하여 레이저 발진기로부터 발하게 되고, 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포가 변화된 레이저광을 피가공물 상의 소정 위치로 유도하는 레이저광의 절환 공정과, 에너지 분포가 변화된 레이저광을 조사함으로써 이루어지는 제2 가공 공정을 갖는 것으로 하고 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 관한 레이저 가공 장치의 주요부 구성의 개략을 도시한 도면이다.

도2는 도1에 도시한 제2 광로계에 있어서의 주요부 구성의 개략을 도시한 도면이다.

도3은 도1에 있어서의 광로계 절환용 미러를 설명하기 위한 도면이다.

도4a, 도4b, 도4c, 도4d 및 도4e는 종래의 장치에 있어서의 가공의 진행 상태를 차례로 도시한 도면이다.

도5a, 도5b, 도5c, 도5d 및 도5e는 본 발명에 관한 장치에 있어서의 가공의 진행 상태를 차례로 도시한 도면이다.

도6은 종래에 있어서의 레이저 구멍 개방 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 관한 레이저 가공 장치에 대해, 이하 도면을 참조하여 상세하게 서술한다. 또한, 본 장치에 있어서의 광학계 이외의 레이저 발진기, 가이드 레이저 발진기, XY 스테이지, 제어부 등은 종래 장치에 있어서의 이들 구성과 특별히 다른 부분은 없으므로, 이하의 설명에 있어서는 주로 광학계에 대해 서술하는 것으로 한다. 도1에 본 발명에 관한 가공 장치에 있어서의 광학계의 개략 구성을 도시한다. 상기 광학계는 전반사 미러(21, 26), 다이크로익 미러(22), 광로 절환용 미러(8, 9), 제1 광로계(30) 및 제2 광로계(40)로 구성되어 있다.

레이저 발진기(1)로부터 발하게 된 가공용 레이저광은, 전반사 미러(21)에 의해 다이크로익 미러(22)를 향해 그 방향을 바꾸고, 다이크로익 미러(22)를 투과한 후 광로 절환용 미러(8)의 위치에 도달한다. 가이드 레이저 발진기(2)로부터 발하게 된 가이드 레이저광은 다이크로익 미러(22)에 의해 그 방향이 바뀌어져, 가공용 레이저광과 광로가 일치하도록 되어 있다. 가공용 레이저광 및 가이드 레이저광은, 광로 절환용 미러(8)에 의해 제1 광로계(30) 및 제2 광로계(40) 중 어떤 광로계를 통과할지가 선택된다.

제1 혹은 제2 광로계(30, 40) 중 어느 하나를 통과한 레이저광은, 광로 절환용 미러(9)에 의해 전반사 미러(26)를 향해 반사되고, 또한 상기 미러에 의해 도시하지 않은 콜리메이터 렌즈로 유도된다. 콜리메이터 렌즈의 후단에는, 종래 장치와 동일한 XY 갈바노 스캐너 미러 등이 배치되고, 레이저광은 이들 광학 요소에 의해 피가공물 상의 임의의 위치로 유도된다. 즉, 본 발명에 관한 레이저 가공 장치는, 도1에는 명시되어 있지 않지만 XY 갈바노 스캐너 미러 등으로 이루어지는 조사 위치 제어용 광학계를 갖고 있다.

제1 광로계(30)는, 전반사 미러(31, 32) 및 빔 익스팬더(35)로 구성된다. 상기 광로계에 있어서는, 레이저광은 부분적인 차단 등을 조금도 받는 일 없이 익스팬더(35)에 도달하고, 상기 익스팬더에 있어서 레이저광이 소정의 영역에 대해 조사 가능해지도록 그 조사 직경이 확대되어 광로 절환용 미러(9)로 유도된다. 제1 광로계(30)를 경유한 레이저광은 그 경로 중에 있어서 레이저광을 부분적으로 차단하는 구성을 조금도 배치하고 있지 않다. 따라서, 레이저 발진기(1)로부터 발하게 된 가공용 레이저광의 대부분을 직접적으로 피가공물에 대해 조사하는 것이 가능해진다.

즉, 제1 광로계(30)를 거쳐서 피가공물 상으로 유도되는 레이저광은, 레이저 발진기(1)로부터 발하게 된 상태로부터 그 에너지 강도를 감소하는 일이 없고, 또한 그 광축에 수직인 방향에 있어서의 에너지 분포(단면 형상)을 바꾸는 일이 없다. 따라서, 이용 효율이 높은 가공을 행할 수 있다. 또한, 피가공물 표면에 도달하는 레이저광의 에너지 밀도를 보다 높이고자 하는 경우에는, 상술한 익스팬더 대신에 집광용 렌즈 등을 이용하는 것으로 해도 좋다. 이 경우도, 레이저광의 광축에 대해 수직인 방향에 있어서의 총 에너지량은 변화되지 않고, 또한 에너지 분포도 기본적으로는 유사 상태를 유지하게 된다.

제2 광로계(40)는 호모지나이저(homogenizer)(45), 슬릿(44) 및 전반사 미러(41, 42)로 구성된다. 상기 광로계에 있어서는, 호모지나이저(45)에 의해 레이저광에 있어서의 에너지 분포가 톱해트 형상이 되도록 그 출력 파형의 성형이 이루어 져 있다. 도2에 호모지나이저에 의한 빔 성형의 모습을 개략적으로 도시하고 있다. 레이저광의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 본 빔 파형(에너지 분포)은 도면 중 Ein으로 나타내는 형상을 갖고 있다. 레이저광은, 호모지나이저(45) 중의 임의의 곡면으로 이루어지는 2개의 비구면 렌즈(45a, 45b)를 통과함으로써, Ein 중앙부에 대응하는 레이저광은 주변부로 분산되고, 또한 Ein 주변부에 대응하는 레이저광은 중앙부로 집광된다. 그 결과, 호모지나이저(45)로부터 출력되는 레이저광은, Eout으로 나타내는 이른바 톱해트형이라 불리워지는 조사 영역 내에서의 에너지 강도가 거의 균일해지는 빔 파형을 갖게 된다. 즉, 제2 광로계(40)를 경유한 레이저광은, 그 광축 방향에 수직인 방향의 에너지 분포가, 발진기로부터 조사한 직후의 분포와 비교하여 크게 변형되어 있게 된다.

호모지나이저(45)에 의해 톱해트형으로 빔 성형이 이루어진 레이저광은, 또한 그 후단에 배치된 마스크(44)를 통과하여 그 때에 개구부(44a)에 따른 빔 형상으로 성형된다. 빔 성형이 이루어진 레이저광은, 전반사 미러(41 및 42)에 의해 광로 절환용 미러(9)로 유도되고, 또한 상기 미러를 거친 후에는 제1 광로계(30)를 경유한 레이저광과 마찬가지로 전반사 미러(26)를 거쳐서 도시하지 않은 콜리메이터 렌즈로 유도된다. 이상 서술한 바와 같이, 레이저광이 호모지나이저(45) 및 마스크(44)를 경유함으로써, 예를 들어 진원에 가까운 원형 구멍을 피가공물에 형성하고자 하는 경우, 진원 형상을 갖고 또한 진원 내에 있어서의 빔 강도가 균일한 레이저광을 얻는 것이 가능해진다.

다음에, 광로 절환용 미러(8 및 9)에 대해, 도3을 참조로 하여 상세하게 서 술한다. 도3은 광로 절환용 미러(8)를 도시하는 것이지만, 기본적 구성은 미러(9)와 동일하므로 여기서는 미러(8)에 대해서만 서술하는 것으로 한다. 미러(8)는 그 후단부에 있어서 1축 구동의 모터 및 실린더 등의 도시하지 않은 구동 장치에 연결되어 있고, 특정한 축(A) 방향으로 구동되어 레이저광의 광로 내 및 광로 밖의 2위치에서 정지 가능하게 되어 있다. 상기 미러에 있어서의 레이저광의 반사면(8a)이 광로 밖에 존재하는 경우에는, 레이저광은 그 방향을 바꾸는 일 없이 제1 광로계로 유도된다. 또한, 반사면(8a)이 광로 내에 존재하는 경우에는, 레이저광은 상기 반사면에 의해 그 진행 방향이 90도 바뀌어 제2 광로계로 유도된다.

이상에 서술한 구성으로 이루어지는 레이저 가공 장치를 이용함으로써, 레이저광의 사용 효율을 개선하거나 또는 표면이 난가공성의 재료로 이루어지는 피가공물에 있어서도 가공 효율을 높여, 원하는 가공 형상을 쉽게 얻는 것이 가능해진다. 구체적으로, 난가공성의 제1층 및 이(易)가공성의 제2층으로 이루어지는 피가공물에 대해 구멍 개방 가공을 행한 경우에 대해, 종래에 장치에 있어서의 가공의 진행 상태를 도4a, 도4b, 도4c, 도4d 및 도4e에 도시하고, 또한 본 발명에 관한 장치에 있어서의 가공의 진행 상태를 도5a, 도5b, 도5c, 도5d 및 도5e에 도시하여 상기 발명의 효과에 대해 다음에 서술한다.

도4a, 도4b, 도4c, 도4d ,도4e 및 도5a, 도5b, 도5c, 도5d, 도5e는 PET 등으로 이루어지는 페이스 필름(60) 상에 이가공성의 제2층(62) 및 난가공성의 제1층(61)이 적층되어 이루어지는 피가공물에 대해, 베이스 필름(60)을 남기고 구멍을 개방하는 경우를 도시하고 있다. 마스크 등에 의해 성형된 레이저광을 이용하는 경우, 도4b, 도4c 및 도4d에 도시한 바와 같이 레이저광의 조사 범위에 있어서 제1층(61)이 그 최외측 표면으로부터 대략 균일한 속도로 구멍이 형성되어 간다. 이 경우, 단위 면적당 조사되는 레이저광의 에너지 밀도는 작으므로 구멍의 형성 속도는 작고, 따라서 조사되어야 할 레이저광의 펄스수도 매우 큰 값이 된다. 난가공층인 제1층(61)을 제거한 후에는, 도4d 및 도4e에 도시한 바와 같이 가공 용이한 제2층(62)에 대한 구멍 개방 가공이 되어, 가공 속도는 커지고 조사 펄스수도 작은 값으로 억제된다.

본 발명에 관한 레이저 가공 장치를 이용한 경우, 제1층(61) 표면에는 우선 제1 광로계를 경유한 레이저광이 조사된다. 이 경우의 레이저광은 그 에너지를 조금도 저감시키지 않고, 또한 예를 들어 그 중앙의 에너지 밀도가 높은 가우스 분포를 가진 상태에서 피가공물 표면으로 유도된다. 이로 인해, 도5b에 도시한 바와 같이 레이저광의 조사 영역의 대략 중심부에 급속히 구멍이 형성된다. 그러나, 여기서 이용되는 레이저광은 형상 및 에너지 분포 등 아무런 성형 처리가 실시되어 있지 않으므로, 이 레이저광에 의해 가공을 진행시킨 경우 원하는 구멍 형상 등을 얻는 것은 곤란하다. 이로 인해, 제1층(61)의 일부가 완전하게 제거되어, 레이저광의 조사 범위에 제2층(62)의 일부가 노출된 단계에서, 이용하는 레이저광을 제2 광로계를 경유한 성형 및 균일화가 실시된 레이저광으로 절환한다(도5c). 이 절환 조작은 광로 절환용 미러(8 및 9)에 의해 행해진다.

또한 레이저광을 절환한 단계에서는, 레이저광의 조사 범위에는 아직 난가공성의 제1층(61)이 어느 정도 잔존하고 있다. 이로 인해, 레이저광 절환 후에도 그 조사 범위의 외주 근방과 중앙 근방에서 가공 속도가 다르고, 도5c 혹은 도5d에 도시된 바와 같이, 형성된 구멍에는 단면 형상으로서 테이퍼가 존재하게 된다. 그러나, 레이저광의 조사 펄스수 등을 적절한 것으로 함으로써 베이스 필름(60)에 있어서 구멍 개방 가공을 종단시키고, 계속해서 레이저광의 조사를 행함으로써 조사 범위의 외주 근방을 제거하여 이 테이퍼를 제거하는 것이 가능하다.

도5a, 도5b, 도5c 및 도5d에 도시한 이상의 공정을 경유함으로써, 도4d에 도시한 종래 장치에 의한 경우와 동등한, 단면에 테이퍼부를 갖지 않는 형상의 구멍을 형성하는 것이 가능해진다. 동시에, 본 발명을 실시함으로써, 제1층(61) 표면에 레이저광을 조사한 후 레이저광이 제2층에 도달할 때까지의 시간을 단축하는 것이 가능해져, 레이저 가공 장치로서의 생산성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 예를 들어, 제2 광로계를 경유한 레이저광을 보다 정밀도가 높은 형상 등에 대응시킴으로써 상기 레이저광을 이용하였을 때의 가공 속도가 저하된 경우라도, 제1 광로계를 경유한 레이저광에 의해 가공 속도를 높이고 있으므로, 종래와 동등 이상의 속도로 보다 정밀도가 높은, 예를 들어 진원에 가까운 개구를 갖는 구멍을 형성하는 것이 가능해진다.

여기서 서술한 복층 구조로서는, 예를 들어 가공 최표면에 금속 전극층이 형성되고, 그 아래에 페라이트계 혹은 알루미나계 세라믹 등이 형성되어 있는 경우 등을 생각할 수 있다. 또한, 레이저광의 흡수율이 비교적 낮아 일반적으로 레이저 가공이 어렵게 되어 있는, 예를 들어 알루미나계 세라믹스 단층으로 이루어지는 시트에 구멍 개방 가공을 실시하는 경우에 대해서도 본 발명은 유효하다고 생각할 수 있다. 이 경우도, 전술한 광로 절환의 순서와 동일한 순서에 따라서 우선 제1 광로계를 거친 레이저광에 의해 시트 상에 구멍을 형성하고, 계속해서 제2 광로계를 경유한 레이저광에 의해 그 구멍 형상을 조정하면 좋다.

또한, 상술한 예에서는 설명을 용이한 것으로 하기 위해, 레이저광의 에너지 밀도, 조사 시간, 조사 펄스수 등의 가공 조건에 관련되는 변수에 대해 특별히 서술하고 있지 않다. 그러나, 광로계의 절환과 동시에 이들 변수를 제어함으로써, 임의의 깊이나 테이퍼 형상을 가진 구멍을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명은 발진기로부터 발하게 되는 레이저의 에너지 혹은 펄스 에너지가 작은 경우에 특히 유효하다고 생각할 수 있고, CO₂ 레이저, YAG 레이저뿐만 아니라, UV 영역의 고조파 레이저 등에 특히 유효하다고 생각할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는 광로 절환 미러(8)와 마스크(44) 사이에 빔 성형 소자로서의 호모지나이저(25)를 배치하고 있지만, 조사 범위에 있어서의 에너지 분포의 변화 폭이 원하는 레벨을 충족시키는 것이면 이를 제외해도 좋다. 본 실시예에 있어서는, 상기 소자를 배치함으로써 보다 양호한 톱해트형의 에너지 분포를 갖는 레이저광을 이용하여 가공을 행하는 것이 가능하므로, 테이퍼가 매우 적은 형상의 구멍을 성형하는 것이 가능해진다. 이러한 형상의 구멍은, 예를 들어 세라믹 부분의 두께가 30 ㎛ 이하의 얇은 시트에 대한 구멍 개방 가공인 경우, 혹은 형성된 구멍에 대해 전극 재료 등을 충전할 때에 그 충전제 페이스트의 점도가 50 Pa·s 이하로 작은 값인 경우 등에 적합하다.

또한, 호모지나이저를 구성하는 비구면 렌즈의 곡률 및 굴절율 등을 변경함으로써, 임의의 빔 형성을 행하는 것이 가능하다. 따라서, 복수 종류의 호모지나이저를 미리 준비해 두고, 이들을 용도에 따라서 광축 상에 배치함으로써 가공 구멍의 단면에 있어서의 테이퍼를 제어하는 것도 가능하다. 이러한 테이퍼 제어가 이루어진 구멍은, 예를 들어 그린 시트의 두께에 대해 구멍 직경(종횡비)이 큰 경우, 혹은 형성된 구멍에 대해 전극 재료 등을 충전할 때에 그 충전제 페이스트의 점도가 200 Pa·s 이상으로 큰 값인 경우 등에 적합하다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 광로계의 절환에 전반사 미러를 이용하고 있지만, 이 절환 방법으로서 레이저 조사 펄스에 따라서, 이 펄스와 동기시킨 속도로 미러의 이동을 행하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 펄스 조사에 있어서의 레이저광의 오프 상태에 따라서 이 오프 상태의 사이, 즉 오프 타이밍시에 광로 중으로의 혹은 광로 중으로부터의 미러의 이동이 완료되는 속도로 미러를 구동하는 것이 바람직하다. 이 경우, 레이저 조사가 오프 상태로 변화된 순간에 동기시켜 미러 등을 구동시키거나, 혹은 온 상태로 절환되는 소정 시간 전에 구동을 종료시키는 등, 펄스와 어떠한 관계를 유지하여 미러 등의 구동을 행하는 것이 장치 구성 상으로부터 바람직하다. 이에 의해, 연속적인 광로계의 절환이 가능해져 가공 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 광축의 절환으로 1축 이동하는 미러를 이용하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 미러가 있는 면과 없는 면이 번갈아 배치된 원판형의 이른바 쵸퍼를 광축 상에 배치하고, 이를 회전시 킴으로써 광로계의 절환을 행하는 것으로 해도 좋다. 혹은, 전반사 미러 대신에 광량의 50 ％를 투과하는 하프 미러를 배치하는 동시에 각 광로계에 있어서의 이 후단에 셔터 등을 배치하고, 이들 셔터 등의 개폐에 의해 광로계의 절환을 행하는 것으로 해도 좋다. 셔터 등의 개폐 속도는 미러를 직접 구동하는 속도보다 고속화하는 것이 용이해, 보다 고속인 광로계의 절환을 실시할 수 있다. 또한 이 경우, 하프 미러의 반사와 투과와의 비율을 임의로 절환함으로써, 피가공물의 특성에 의해 적합한 조건으로 구멍 개방 등의 가공을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 광로계로서 2개의 광로계를 나타내고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 또 다른 광로계를 추가하는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들어 제1 광로계에 준하고 또한 익스팬더를 제외함으로써 레이저광 조사 영역의 중앙부의 에너지 강도가 보다 높은 레이저광을 얻을 수 있는 광로계를 추가해도 좋고, 혹은 제2 광로계에 준하고 또한 호모지나이저에 의해 레이저광 조사 영역의 외주 근방의 에너지 강도를 높인 레이저광을 얻을 수 있는 광로계를 추가하는 것으로 해도 좋다. 혹은, 다른 빔 형상에 대응한 복수의 광로계를 배치하고, 피가공물의 특성 및 요구되는 가공 형상 등에 따라서 이들 복수의 광로계로부터 임의의 광로를 선택하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 제1 광로계를 이용한 구멍 개방 가공 종료 후에 제2 광로계에 의한 가공을 행하는 공정을 나타내고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 제1 광로계 및 제2 광로계 각각을 이용한 구멍 개방 가공을 소정의 레이저 펄스수마다 반복하여 행하는 것으로 해도 좋다. 또는, 가공의 진행 상황 혹은 구멍 형상의 정밀도 등에 따라서 각 광로계를 이용하는 시간의 배분을 수시로 변경하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상술한 실시예는 세라믹 그린 시트 등에 대한 구멍 개방 가공 및 상기 가공을 이용한 회로 기판의 제조 방법을 주된 대상으로서 서술하고 있지만, 본 발명에 따른 가공은 이들에 한정되지 않는다. 구멍 개방 가공의 대상으로서는, 금속 및 수지 등 다양한 재료로 이루어지는 것이라도 좋고, 혹은 이들이 복수층 적층되어 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, 본 발명은 구멍 개방 가공에 있어서의 실시뿐만 아니라, 절단 가공 및 패턴의 수정 가공 등 비교적 강도가 높은 레이저광과 성형된 레이저광을 구분하여 사용함으로써, 가공 속도 혹은 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 다양한 가공에 있어서도 실시하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시에 의해, 레이저광을 보다 효율적으로 이용하여 세라믹 그린 시트 등에 구멍 개방 등의 가공을 행하는 것이 가능해지거나, 또는 빔 형상의 다른 레이저광을 임의로 이용함으로써 표면이 난가공성의 재료로 이루어지는 피가공물에 있어서도 가공 효율을 높여, 원하는 가공 형상을 쉽게 얻을 수 있게 된다.

Claims (10)

1. 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 장치이며,

   소정의 펄스로 상기 레이저광을 발하는 레이저 발진기와,

   상기 레이저광을 상기 피가공물 상의 소정 위치에 조사시키는 조사 위치 제어용 광학계와,

   상기 레이저 발진기에 의해 발하게 된 레이저광을 상기 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 복수의 광로계와,

   상기 복수의 광로계에 대해 침입 및 퇴피 가능하고, 상기 복수의 광로계 중 어느 하나를 이용할지를 결정하는 광로 절환용 전반사 미러를 갖고,

   상기 복수의 광로계는 상기 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 광축과 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이 상기 레이저광을 상기 조사 위치 제어용 광학계로 유도하는 제1 광로계와, 상기 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 광축과 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시켜 상기 레이저광을 상기 조사 위치 제어용 광학계로 유도하는 제2 광로계를 적어도 갖고,

   상기 전반사 미러는 상기 레이저광의 발진 펄스에 있어서의 레이저광의 오프 타이밍과 동기하는 속도로 상기 광로에 대한 침입 및 퇴피를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
2. 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 장치이며,

   상기 레이저광을 발하는 레이저 발진기와,

   상기 레이저광을 상기 피가공물 상의 소정 위치에 조사시키는 조사 위치 제어용 광학계와,

   상기 레이저 발진기에 의해 발하게 된 레이저광을 상기 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 복수의 광로계와,

   상기 복수의 광로계에 대해 침입 및 퇴피 가능하고, 상기 복수의 광로계 중 어느 하나를 이용할지를 결정하는 광로 절환용 전반사 미러를 갖고,

   상기 복수의 광로계는 상기 레이저 발진기로부터 발하게 된 상기 레이저광의 에너지 강도를 감소시키는 일 없이 상기 조사 위치 제어용 광학계까지 유도하는 제1 광로계와, 상기 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광의 일부가 상기 조사 위치 제어용 광학계에 도달하는 것을 방해하여 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시키는 제2 광로계를 적어도 갖고,

   상기 전반사 미러는 상기 레이저광의 발진 펄스에 있어서의 레이저광의 오프 타이밍과 동기하는 속도로 상기 광로에 대한 침입 및 퇴피를 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저광의 에너지 분포를 변화시키는 제2 광로계는 상기 레이저광의 광축과 수직인 방향에 있어서의 에너지 분포를 대략 균일한 것으로 하는 마스크를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 레이저광의 에너지 분포를 변화시키는 제2 광로계는 상기 레이저광의 광축에 수직인 방향에 있어서의 에너지 분포를 대략 균일한 것으로 하는 호모지나이저를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
7. 피가공물에 대해 레이저광을 조사하여 그 조사 부분에 가공을 실시하는 레이저 가공 방법이며,

   레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광을, 상기 레이저광의 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이 상기 피가공물 상의 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제1 가공 공정과,

   펄스 조사되는 상기 레이저광의 오프 타이밍으로 동기시켜 전반사 미러를 상기 레이저광의 광로에 대해 삽입 탈거함으로써, 상기 에너지 분포가 바뀌어 있지 않은 레이저광으로부터, 상기 레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광에 대해 상기 레이저광에 있어서의 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 변화시킨 레이저광으로 이용하는 레이저광을 절환하는 레이저광의 절환 공정과,

   상기 에너지 분포가 변화된 레이저광을 상기 피가공물 상의 상기 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제2 가공 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
8. 삭제
9. 제5항에 있어서, 상기 피가공물 상으로 유도되는 상기 에너지 분포가 변화된 레이저광은 상기 에너지 분포 상의 강도의 균일화가 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 세라믹 그린 시트에 대해 구멍 개방 가공을 실시하고, 형성된 구멍에 대해 전극재를 매립하는 공정을 포함하는 회로 기판 제조 방법이며,

    상기 구멍 개방 가공은,

    레이저 발진기로부터 발하게 된 레이저광을, 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포를 바꾸는 일 없이 상기 세라믹 그린 시트 상의 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제1 구멍 개방 공정과,

    펄스 조사되는 상기 레이저광의 오프 타이밍에 동기시켜 전반사 미러를 상기 레이저광의 광로에 대해 삽입 탈거함으로써, 제1 구멍 개방 공정 종료 후에 상기 에너지 분포를 바꾸지 않는 레이저광의 조사로부터, 상기 레이저 발진기로부터 발하게 되어 그 광축에 수직인 방향의 에너지 분포가 변화된 레이저광으로 이용하는 레이저광을 절환하는 레이저광의 절환 공정과,

    상기 에너지 분포가 변화된 레이저광을 상기 세라믹 그린 시트 상의 소정 위치에 조사함으로써 이루어지는 제2 가공 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 회로 기판의 제조 방법.

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