KR102333897B1

KR102333897B1 - 레이저가공장치

Info

Publication number: KR102333897B1
Application number: KR1020180083469A
Authority: KR
Inventors: 나오아키 엔뉴
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2021-12-01
Also published as: JP6869623B2; CN109702328B; TW201916963A; KR20190046609A; JP2019076937A; CN109702328A; TWI694880B

Abstract

2개의 레이저빔으로 가공을 행하고, 2개의 레이저빔마다 반사광의 강도를 측정하는 것이 가능한 레이저가공장치를 제공한다.
분기합류광학계가, 입사경로를 따라 입사하는 레이저빔을 편광방향에 따라 제1 가공경로 및 제2 가공경로로 분기시킨다. 제1 가공경로 및 제2 가공경로를 따라 각각 분기합류광학계에 입사하는 제1 반사광 및 제2 반사광을, 입사경로와는 다른 측정경로에 합류시킨다. 측정경로에 합류된 제1 반사광 및 제2 반사광을, 분기소자가 다른 경로로 분기시킨다. 제1 광검출기가, 분기소자에서 분기된 제1 반사광의 강도를 측정하고, 제2 광검출기가, 분기소자에서 분기된 제2 반사광의 강도를 측정한다.

Description

레이저가공장치{Laser Processing Apparatus}

본 출원은 2017년 10월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2017-206874호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은 레이저가공장치에 관한 것이다.

프린트배선기판에 대한 천공 등을 행하는 레이저가공장치에 있어서, 가공대상물로부터의 반사광을 검출하여 가공상태를 판정하는 기술이 공지이다. 예를 들면, 레이저발진기로부터 출사되고 가공대상물인 다층기판에서 반사된 반사광의 반사광강도로부터, 레이저광을 제어하는 레이저가공장치가 공지이다(특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2000-126880호

레이저가공효율을 높이기 위하여, 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔을 2분기시키고, 2개의 레이저빔으로 레이저가공(2축가공)을 행하는 레이저가공장치가 이용되고 있다. 2축가공을 행하는 경우에, 가공상태를 판정하기 위하여, 2개의 레이저빔마다 반사광을 측정해야 한다.

본 발명의 목적은, 2개의 레이저빔으로 가공을 행하고, 2개의 레이저빔마다 반사광의 강도를 측정하는 것이 가능한 레이저가공장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

레이저빔의 분기 및 합류를 행하는 분기합류광학계로서, 상기 분기합류광학계에 대한 입사경로를 따라 상기 분기합류광학계에 입사하는 레이저빔을 편광방향에 따라 제1 가공경로 및 제2 가공경로로 분기시키고, 상기 제1 가공경로 및 상기 제2 가공경로를 따라 상기 분기합류광학계에 각각 입사하는 제1 반사광 및 제2 반사광을, 상기 입사경로와는 다른 측정경로에 합류시키는 상기 분기합류광학계와,

상기 측정경로에 합류된 상기 제1 반사광 및 상기 제2 반사광을 다른 경로로 분기시키는 분기소자와,

상기 분기소자에서 분기된 상기 제1 반사광의 강도를 측정하는 제1 광검출기와,

상기 분기소자에서 분기된 상기 제2 반사광의 강도를 측정하는 제2 광검출기를 갖는 레이저가공장치가 제공된다.

제1 가공경로와 제2 가공경로의 2개의 레이저빔으로 가공을 행할 수 있다. 2개의 레이저빔마다 반사광의 강도를 측정하는 것이 가능하다.

도 1은 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2에 있어서, 도 2의 (a), 도 2의 (b), 및 도 2의 (c)는, 각각 가공 전, 가공 도중, 및 가공 후의 가공대상물의, 1개의 피가공점의 단면도이다.
도 3에 있어서, 도 3의 (a)는 가공대상물(50)의 일부의 개략 평면도이며, 도 3의 (b)는 가공대상물에 대한 펄스레이저빔의 입사, 및 제1 빔주사기, 제2 빔주사기(도 1)의 구동기간을 나타내는 타이밍차트이다.
도 4는 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용하여 천공가공을 행하는 순서를 나타내는 플로차트이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서의 가공대상물에 대한 펄스레이저빔의 입사, 및 제1 빔주사기, 제2 빔주사기의 구동기간을 나타내는 타이밍차트이다.
도 6은 다른 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용하여 천공가공을 행하는 순서를 나타내는 플로차트이다.

도 1~도 4를 참조하여, 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다.

도 1은 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저광원(10)이 가공용 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저광원(10)에는, 예를 들면 탄산가스레이저가 이용된다.

레이저광원(10)으로부터 출력된 펄스레이저빔이 입사경로(Pi)를 따라 분기합류광학계(11)에 입사한다. 분기합류광학계(11)는, 입사경로(Pi)를 따라 입사하는 레이저빔을, 편광방향에 따라, 가공대상물(50)을 향하는 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)로 분기시킨다. 또한, 가공대상물(50)에서 반사되고, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)를 각각 반대방향으로 진행하는 제1 반사광 및 제2 반사광을, 입사경로(Pi)와는 다른 측정경로(Pm)에 합류시킨다.

분기합류광학계(11)는, 예를 들면 제1 편광빔스플리터(12), 제1 편광광학소자(13A), 및 제2 편광광학소자(13B)를 포함한다. 제1 편광빔스플리터(12)는, 입사경로(Pi)를 따라 입사하는 레이저빔의 P편광성분을 투과시키고, S편광성분을 반사한다. P편광성분과 S편광성분의 파워가 동일해지도록, 입사하는 레이저빔의 편광방향이 조정되어 있다. 제1 편광빔스플리터(12)를 투과한 P편광성분이 제1 가공경로(P1)를 따라 전반하고, 제1 편광빔스플리터(12)에서 반사된 S편광성분이 제2 가공경로(P2)를 따라 전반한다.

제1 편광광학소자(13A)는, 제1 가공경로(P1)에 배치되어 있다. 제1 가공경로(P1)를 왕로와 귀로로 2회 통과하는 레이저빔은, 그 편광방향을 90° 회전시킨다. 이로써, 제1 가공경로(P1)를 되돌아오는 제1 반사광은, 제1 편광빔스플리터(12)에서 반사된다. 제2 편광광학소자(13B)는, 제2 가공경로(P2)에 배치되어 있다. 제2 가공경로(P2)를 왕로와 귀로로 2회 통과하는 레이저빔은, 그 편광방향을 90° 회전시킨다. 이로써, 제2 가공경로(P2)를 되돌아오는 제2 반사광은, 제1 편광빔스플리터(12)를 투과한다. 제1 편광광학소자(13A) 및 제2 편광광학소자(13B)에는, 예를 들면 1/4 파장판을 이용할 수 있다.

분기합류광학계(11)와 가공대상물(50)의 사이의 제1 가공경로(P1)에, 제1 빔주사기(20A) 및 제1 집광렌즈(22A)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 제2 가공경로(P2)에, 제2 빔주사기(20B) 및 제2 집광렌즈(22B)가 배치되어 있다. 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)의 옆에, 각각 제1 빔댐퍼(21A) 및 제2 빔댐퍼(21B)가 배치되어 있다.

가공대상물(50)이 스테이지(45)에 유지되어 있다. 스테이지(45)는, 가공대상물(50)을, 그 표면(피가공면)에 평행한 이차원방향(x방향과 y방향)으로 이동시키는 기능을 갖는다. 가공대상물(50)은, 예를 들면 프린트기판이며, 레이저빔에 의하여 천공가공이 행해진다.

제1 빔주사기(20A)는, 레이저빔을 이차원방향으로 주사한다. 제1 빔주사기(20A)로서, 예를 들면 한 쌍의 가동미러를 갖는 갈바노스캐너를 이용할 수 있다. 주사된 레이저빔이 제1 집광렌즈(22A)에 의하여 가공대상물(50)의 피가공면에 집광된다. 제1 집광렌즈(22A)로서, 예를 들면 fθ렌즈가 이용된다. 제1 빔주사기(20A)는, 제1 빔댐퍼(21A)를 향하여 레이저빔을 편향시키는 기능을 갖는다. 레이저빔이 제1 빔댐퍼(21A)를 향하여 편향되어 있는 상태일 때, 레이저빔은 가공대상물(50)에 입사하지 않는다.

제2 가공경로(P2)에 배치된 제2 빔주사기(20B), 제2 집광렌즈(22B), 및 제2 가공경로(P2)의 옆에 배치된 제2 빔댐퍼(21B)는, 각각 제1 빔주사기(20A), 제1 집광렌즈(22A), 및 제1 빔댐퍼(21A)와 동일한 기능을 갖는다.

제1 가공경로(P1)를 반대방향으로 전반하여 제1 편광빔스플리터(12)에서 반사된 제1 반사광, 및 제2 가공경로(P2)를 반대방향으로 전반하여 제1 편광빔스플리터(12)를 투과한 제2 반사광은, 측정경로(Pm)에 합류한다. 측정경로(Pm)에 합류한 제1 반사광 및 제2 반사광이, 제2 편광빔스플리터(30)에 입사한다. 제2 편광빔스플리터(30)는, 제1 반사광과 제2 반사광을 다른 경로로 분기시키는 분기소자로서의 기능을 갖는다. 제2 편광빔스플리터(30)에서 분기된 후의 2개의 경로에, 각각 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)가 배치되어 있다. 제1 반사광 및 제2 반사광이, 각각 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)에 입사한다.

제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)는, 각각 제1 반사광 및 제2 반사광의 강도를 측정한다. 측정결과가 제어장치(40)에 입력된다.

제어장치(40)는, 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 출력타이밍 및 출력파워를 제어한다. 또한, 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)를 제어함으로써, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)를 전반하는 레이저빔을 주사한다. 또한, 스테이지(45)를 제어함으로써, 가공대상물(50)을 목표로 하는 위치로 이동시킨다.

기억장치(41)에, 가공에 필요한 정보, 예를 들면 가공대상물(50) 상의 복수의 피가공점의 위치정보, 가공순서를 지령하는 정보, 레이저조사조건 등이 기억되어 있다. 레이저조사조건에는, 펄스폭, 출력파워, 피가공점의 각각에 입사시키는 쇼트수 등이 포함된다. 제어장치(40)는, 레이저가공 중에 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)로 측정된 반사광의 강도의 검출결과를, 피가공점의 각각에 대응하여 기억장치(41)에 기억시키는 기능을 갖는다.

제어장치(40)는, 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)에 의하여 각각 검출된 피가공점마다의 반사광의 강도에 따라, 피가공점마다 레이저빔의 조사조건을 결정하는 기능을 갖는다. 제1 가공경로(P1)를 전반하여 가공대상물(50)에 입사하는 레이저빔의 조사조건과, 제2 가공경로(P2)를 전반하여 가공대상물(50)에 입사하는 레이저빔의 조사조건은, 따로따로 조정하는 것이 가능하다.

다음으로, 도 2의 (a)~도 2의 (c)를 참조하여, 가공대상물(50)의 가공 전의 구조, 가공 도중 단계의 구조, 및 가공 후의 구조에 대하여 설명한다.

도 2의 (a)는, 가공 전의 가공대상물(50)의, 1개의 피가공점의 근방부분의 단면도이다. 유리 에폭시 등의 유전체기판(51)의 내층에, 내층도체막(52)이 배치되어 있다. 유전체기판(51)의 피가공면에 표면도체막(53)이 배치되고, 이면에 이면도체막(54)이 배치되어 있다.

도 2의 (b)는 가공용 펄스레이저빔을 1쇼트 입사시킨 후의, 가공대상물(50)의 부분단면도이다. 펄스레이저빔의 1쇼트의 입사에 의하여, 표면도체막(53)을 관통하는 오목부(55)가 형성된다. 표면도체막(53)의 아래의 유전체기판(51)의 일부도 레이저조사에 의하여 제거되고, 오목부(55)는 내층도체막(52)의 상면보다 약간 얕은 위치까지 도달한다.

도 2의 (c)는 가공 후의 가공대상물(50)의 부분단면도이다. 도 2의 (b)에 나타낸 가공시부터 펄스에너지밀도가 작은 펄스레이저빔을 1쇼트 또는 복수쇼트 입사시킨다. 이로써, 오목부(55)가 내층도체막(52)의 상면까지 도달하고, 내층도체막(52)이 노출된다.

도 2의 (b)에 나타낸 가공시의 펄스에너지밀도의 편차, 유전체기판(51) 내의 유리섬유의 밀도의 편차, 표면도체막(53)의 두께의 편차 등에 따라, 1쇼트로 형성되는 오목부(55)의 깊이에도 편차가 발생한다. 오목부(55)가 내층도체막(52)에 도달하고, 내층도체막(52)의 일부분이 노출되는 경우도 있다. 내층도체막(52)이 노출되면, 반사광의 강도가 커진다. 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)(도 1)로, 각각 제1 반사광의 강도 및 제2 반사광의 강도를 측정함으로써, 도 2의 (b)에 나타낸 1쇼트로 가공된 오목부(55)의 깊이, 크기 등의 가공상황에 관한 정보를 얻을 수 있다.

1쇼트째의 가공으로 이미 내층도체막(52)이 노출되어 있는 상태일 때에, 규정된 조사조건으로 2쇼트째 이후의 가공을 행하면, 내층도체막(52)이 받는 데미지가 커진다. 이 경우에는, 2쇼트째 이후의 펄스레이저빔의 펄스에너지밀도를 저하시키거나, 쇼트수를 감소시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하여, 펄스레이저빔의 입사와, 입사위치의 이동순서에 대하여 설명한다.

도 3의 (a)는 가공대상물(50)의 일부의 개략 평면도이다. 가공대상물(50)의 피가공면에 복수의 주사영역(61)이 획정되어 있다. 1개의 주사영역(61)은, 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)(도 1)로 주사 가능한 크기이다. 1개의 주사영역(61)이 제1 가공경로(P1)를 전반하는 레이저빔으로 가공되고, 다른 1개의 주사영역(61)이 제2 가공경로(P2)를 전반하는 레이저빔에 의하여 가공된다.

주사영역(61)의 각각의 내부에, 복수의 피가공점(62)이 획정되어 있다. 복수의 피가공점(62)에 차례로 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 천공가공을 행한다. 본 실시예에서는, 먼저, 1개의 주사영역(61) 내의 모든 피가공점(62)에, 도 2의 (b)에 나타낸 표면도체막(53)을 관통하는 오목부(55)를 형성한다. 그 후, 동일한 주사영역(61) 내의 각 피가공점(62)에 2쇼트째 이후의 레이저펄스를 입사시키고, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 오목부(55)를 파 들어간다. 2쇼트째 이후의 레이저펄스는, 1개의 피가공점(62)에 연속하여 입사시킨다. 이와 같이, 1쇼트째를 모든 피가공점(62)에 입사시킨 후, 2쇼트째 이후의 가공을 행하는 방법은, 사이클가공이라고 불린다.

도 3의 (b)는 가공대상물(50)에 대한 펄스레이저빔의 입사, 및 제1 빔주사기(20A), 제2 빔주사기(20B)(도 1)의 구동기간을 나타내는 타이밍차트이다. 기간(T1)에 있어서, 도 2의 (b)에 나타낸 표면도체막(53)의 가공이 행해진다. 기간(T1)에 있어서는, 복수의 피가공점(62)의 각각에 대한 레이저펄스(LP1)의 출력과, 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)의 구동을 교대로 반복한다. 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)에 의하여 주사된 레이저빔 입사위치가 피가공점(62)으로 세팅된 후, 레이저펄스(LP1)가 출력된다.

기간(T2) 및 기간(T3)에 있어서, 도 2의 (c)에 나타낸 유전체기판(51)의 가공이 행해진다. 기간(T2)에 있어서는, 복수의 피가공점(62)에 1개씩 레이저펄스(LP2)를 입사시킨다. 마찬가지로, 기간(T3)에 있어서도, 복수의 피가공점(62)에 1개씩 레이저펄스(LP3)를 입사시킨다. 도 3의 (b)에서는, 도 2의 (c)에 나타낸 공정에서 1개의 피가공점(62)에 2개의 레이저펄스(LP2, LP3)를 입사시키는 예를 나타내고 있다. 다만, 1개의 피가공점(62)에 입사시키는 쇼트수는, 조사하는 펄스레이저빔의 펄스에너지밀도, 내층도체막(52)까지의 깊이, 유전체기판(51)의 재질 등에 따라 최적인 개수로 설정된다. 도 2의 (c)에 나타낸 공정에서 1개의 레이저펄스만을 입사시키는 경우에는, 도 3의 (b)에 나타낸 기간(T3)의 처리는 불필요하다.

다음으로, 도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용하여 천공가공하는 순서에 대하여 설명한다.

도 4는 본 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용하여 천공가공을 행하는 순서를 나타내는 플로차트이다. 먼저, 제어장치(40)(도 1)가 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)를 제어하고, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)의 레이저빔의 입사위치를, 최초로 가공해야 할 피가공점(62)(도 3의 (a))의 위치로 세팅시킨다(스텝 S1). 피가공점(62)의 위치는, 기억장치(41)에 기억되어 있다. 제1 빔주사기(20A) 및 제2 빔주사기(20B)가 세팅되면, 제어장치(40)가 레이저광원(10)을 제어하고, 1쇼트의 펄스레이저빔을 출력시킨다(스텝 S2). 이로써, 도 2의 (b)에 나타낸 오목부(55)가 형성된다.

제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)를 각각 반대방향으로 전반하는 제1 반사광 및 제2 반사광의 강도가 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)(도 1)로 측정된다. 제어장치(40)(도 1)는, 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)에 의하여 측정된 제1 반사광 및 제2 반사광의 강도의 검출결과를 취득하고, 피가공점(62)마다 제1 반사광 및 제2 반사광의 강도의 측정결과를 기억장치(41)에 기억시킨다(스텝 S3).

주사영역(61)(도 1) 내의 모든 피가공점(62)에 대한 1쇼트째의 레이저빔의 입사가 종료된 경우에는, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)의 레이저빔의 입사위치를, 각각 최초의 피가공점(62)의 위치로 세팅시킨다(스텝 S5). 주사영역(61)(도 1) 내에 가공하지 않은 피가공점(62)이 남아 있는 경우에는, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)의 레이저빔의 입사위치를, 다음으로 가공해야 할 피가공점(62)의 위치로 세팅시키고(스텝 S4), 스텝 S2 및 S3을 반복하여 실행한다.

스텝 S5 후에, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)마다, 기억장치(41)에 기억되어 있는 피가공점(62)(도 3의 (a))에 대응하는 반사광의 강도에 근거하여, 레이저빔의 조사조건을 결정한다(스텝 S6).

이하, 조사조건의 결정방법에 대하여 설명한다. 예를 들면, 반사광의 강도가 표준값보다 높은 경우, 1쇼트째의 가공에서 이미 내층도체막(52)(도 2의 (b))의 일부가 노출되어 있다고 생각된다. 반사광의 강도가 높을수록, 내층도체막(52)이 노출되어 있는 면적이 크다고 생각된다. 내층도체막(52)이 노출되어 있는 상태일 때, 내층도체막(52)의 손상을 억제하기 위하여, 2쇼트째 이후의 펄스레이저빔의 조사에 의한 에너지투입량을 표준값보다 감소시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반사광의 강도가 높을수록, 에너지투입량을 감소시키는 것이 바람직하다. 에너지투입량은, 1펄스당 에너지밀도(펄스에너지밀도), 또는 조사하는 쇼트수에 따라 조정할 수 있다. 펄스에너지밀도를 조정하는 데에는, 펄스폭 및 레이저펄스의 강도 중 적어도 일방을 조정하면 된다.

반사광의 강도와, 2쇼트째 이후의 펄스레이저빔의 조사조건의 관계는, 미리 다양한 평가실험을 행하여 결정해 두고, 기억장치(41)에 기억해 두면 된다. 제어장치(40)는, 기억장치(41)에 기억되어 있는 이 관계를 참조하여, 2쇼트째 이후의 조사조건을 결정한다.

조사조건을 결정한 후, 제어장치(40)는, 스텝 S6에서 결정된 조사조건으로 피가공점(62)에 레이저조사를 행한다(스텝 S7). 이 조사에 의하여, 도 2의 (c)에 나타낸 오목부(55)가 형성되고, 오목부(55)의 바닥면에 내층도체막(52)이 노출된다.

주사영역(61)(도 1) 내의 모든 피가공점(62)에 대한 2쇼트째 이후의 레이저빔의 입사가 종료된 경우에는, 현재 가공되고 있는 주사영역(61)의 가공을 종료한다. 가공하지 않은 주사영역(61)이 남아 있는 경우에는, 스테이지(45)를 구동한 후, 도 4에 나타낸 처리를 다시 실행한다.

주사영역(61)(도 1) 내에, 2쇼트째 이후의 레이저빔의 입사가 행해져 있지 않은 피가공점(62)이 남아 있는 경우에는, 제1 가공경로(P1) 및 제2 가공경로(P2)의 레이저빔의 입사위치를 다음으로 가공해야 할 피가공점(62)의 위치로 세팅시킨다(스텝 S8). 그 후, 스텝 S6 및 S7을 실행한다.

다음으로, 스텝 S6에서 결정된 조사조건으로 레이저조사를 행하는(스텝 S7) 방법의 구체예에 대하여 설명한다.

제1 가공경로(P1)의 조사조건과 제2 가공경로(P2)의 조사조건이 동일한 경우, 제어장치(40)는 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭을, 결정된 조사조건이 되도록 조정한다. 그 외에, 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 쇼트수를 조정해도 된다.

제1 가공경로(P1)의 조사조건과 제2 가공경로(P2)의 조사조건이 다른 경우에는, 예를 들면 이하에 설명하는 몇 가지의 구체적인 방법에 의하여 가공경로마다 조사조건을 조정한다.

제1 구체예에서는, 제1 가공경로(P1)와 제2 가공경로(P2)에서 쇼트수를 다르게 한다. 제어장치(40)는, 제1 가공경로(P1)와 제2 가공경로(P2)에서 필요한 쇼트수가 많은 쪽에 근거하여 레이저광원(10)을 제어한다. 필요한 쇼트수가 적은 쪽의 가공경로에서는, 제어장치(40)가 제1 빔주사기(20A) 또는 제2 빔주사기(20B)를 제어하고, 여분의 레이저펄스를 제1 빔댐퍼(21A) 또는 제2 빔댐퍼(21B)에 입사시킨다.

제2 구체예에서는, 제1 편광빔스플리터(12)에 의한 레이저빔의 분기비를 조정함으로써, 제1 가공경로(P1)를 전반하는 레이저빔의 강도와 제2 가공경로(P2)를 전반하는 레이저빔의 강도를 다르게 한다. 제1 편광빔스플리터(12)에 의한 분기비의 조정은, 제1 편광빔스플리터(12)의 앞에 레이저빔의 편광방향을 미세조정하는 광학소자를 배치하고, 편광방향을 미세조정함으로써 행할 수 있다.

다음으로, 본 실시예에 의한 레이저가공장치가 갖는 우수한 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는, 1쇼트째의 가공시에 발생하는 반사광의 강도에 따라, 2쇼트째 이후의 조사조건을 결정함으로써, 가공품질의 향상을 도모할 수 있다. 예를 들면, 내층도체막(52)(도 2의 (c))의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 가공경로(P1)를 되돌아오는 제1 반사광과, 제2 가공경로(P2)를 되돌아오는 제2 반사광을 공통의 측정경로(Pm)(도 1)에 합류시킨 후, 분기시킴으로써 제1 반사광의 강도와 제2 반사광의 강도를 따로따로 측정하고 있다. 이로 인하여, 가공경로마다, 입사 레이저빔의 가공경로로부터 반사광을 분기시키는 구성에 비하여, 광학소자의 개수를 삭감시킬 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 2쇼트째 이후의 조사조건이 2개의 가공경로의 사이에서 다른 경우여도, 가공경로마다 따로따로 조사조건을 조정하는 것이 가능하다. 그 결과, 2개의 가공경로에서 가공되는 2개의 피가공점(62)의 양방의 가공품질을 높일 수 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4에 나타낸 실시예와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 5는 본 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서의 가공대상물(50)에 대한 펄스레이저빔의 입사, 및 제1 빔주사기(20A), 제2 빔주사기(20B)(도 1)의 구동기간을 나타내는 타이밍차트이다. 도 3의 (b)에 나타낸 실시예에서는, 1개의 피가공점(62)에 1쇼트째의 레이저펄스(LP1)를 입사시킨 후, 다음의 피가공점(62)에 1쇼트째의 레이저펄스(LP1)를 입사시켰다. 본 실시예에서는, 1개의 피가공점(62)에 1쇼트째의 레이저펄스(LP1)를 입사시킨 후, 계속해서 2쇼트째 이후의 레이저펄스(LP2)를 동일한 피가공점(62)에 입사시킨다. 1개의 피가공점(62)의 가공이 완료되면, 다음의 피가공점(62)의 가공을 행한다. 이와 같은 가공 방법은, 버스트가공이라고 불린다.

도 6은 본 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용하여 천공가공을 행하는 순서를 나타내는 플로차트이다. 2개의 가공경로의 레이저빔의 입사위치를 각각 피가공점(62)의 위치로 세팅하는 처리(스텝 S11), 및 1쇼트의 펄스레이저빔을 출력시키는 처리(스텝 S12)는, 도 4에 나타낸 실시예의 스텝 S1 및 스텝 S2의 처리와 동일하다.

1쇼트의 레이저펄스를 출력시킨 후, 제어장치(40)(도 1)는, 제1 광검출기(31A) 및 제2 광검출기(31B)로 측정된 제1 반사광의 강도 및 제2 반사광의 강도의 측정결과를 취득한다(스텝 S13). 2개의 가공경로마다, 스텝 S13에서 취득된 반사광의 강도의 측정결과에 근거하여 2쇼트째 이후의 레이저빔의 조사조건을 결정한다(스텝 S14).

조사조건을 결정한 후, 제어장치(40)는, 스텝 S14에서 결정된 조사조건으로 피가공점(62)에 대한 레이저조사를 행한다(스텝 S15). 이 조사에 의하여, 도 2의 (c)에 나타낸 오목부(55)가 형성되고, 오목부(55)의 바닥면에 내층도체막(52)이 노출된다.

주사영역(61)(도 3의 (a)) 내에 가공하지 않은 피가공점(62)이 남아 있는 경우에는, 2개의 가공경로의 레이저빔의 입사위치를, 각각 다음의 피가공점(62)의 위치로 세팅시킨다(스텝 S16). 그 후, 스텝 S12에서 스텝 S15까지의 처리를 반복한다. 주사영역(61) 내의 모든 피가공점(62)의 가공이 종료되면, 현재 가공 중의 주사영역(61)에 대한 처리를 종료한다.

본 실시예에 있어서도, 도 1~도 4에 나타낸 실시예와 동일한 효과가 얻어진다. 또, 본 실시예에서는, 1개의 피가공점(62)에 대한 1쇼트째의 가공과, 2쇼트째 이후의 가공이 연속하여 행해지기 때문에, 반사광의 강도의 측정결과를 기억장치(41)에 기억시키지 않고, 반사광의 강도 측정 후, 즉시 2쇼트째 이후의 조사조건을 결정한다.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 것도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로 순차 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.

10 레이저광원
11 분기합류광학계
12 제1 편광빔스플리터
13A 제1 편광광학소자
13B 제2 편광광학소자
20A 제1 빔주사기
20B 제2 빔주사기
21A 제1 빔댐퍼
21B 제2 빔댐퍼
22A 제1 집광렌즈
22B 제2 집광렌즈
30 제2 편광빔스플리터
31A 제1 광검출기
31B 제2 광검출기
40 제어장치
41 기억장치
45 스테이지
50 가공대상물
51 유전체기판
52 내층도체막
53 표면도체막
54 이면도체막
55 오목부
61 주사영역
62 피가공점

Claims

레이저빔의 분기 및 합류를 행하는 분기합류광학계로서, 상기 분기합류광학계에 대한 입사경로를 따라 상기 분기합류광학계에 입사하는 레이저빔을 편광방향에 따라 제1 가공경로 및 제2 가공경로로 분기시키고, 상기 제1 가공경로 및 상기 제2 가공경로를 따라 상기 분기합류광학계에 각각 입사하는 제1 반사광 및 제2 반사광을, 상기 입사경로와는 다른 측정경로에 합류시키는 상기 분기합류광학계와,
상기 측정경로에 합류된 상기 제1 반사광 및 상기 제2 반사광을 다른 경로로 분기시키는 분기소자와,
상기 분기소자에서 분기된 상기 제1 반사광의 강도를 측정하는 제1 광검출기와,
상기 분기소자에서 분기된 상기 제2 반사광의 강도를 측정하는 제2 광검출기를 갖는 레이저가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분기합류광학계는,
상기 입사경로를 따라 입사하는 레이저빔의 일부의 성분을 투과시켜 상기 제1 가공경로로 전반시키고, 일부의 성분을 반사시켜 상기 제2 가공경로로 전반시키는 제1 편광빔스플리터와,
상기 제1 반사광이 상기 제1 편광빔스플리터에서 반사되도록 상기 제1 가공경로를 전반하는 레이저빔의 편광방향을 회전시키는 제1 편광광학소자와,
상기 제2 반사광이 상기 제1 편광빔스플리터를 투과하도록 상기 제2 가공경로를 전반하는 레이저빔의 편광방향을 회전시키는 제2 편광광학소자를 포함하는 레이저가공장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 광검출기 및 상기 제2 광검출기에 의하여 각각 검출된 상기 제1 반사광의 강도 및 상기 제2 반사광의 강도에 따라, 상기 제1 가공경로 및 상기 제2 가공경로를 전반하여 가공대상물에 입사하는 레이저빔의 조사조건을 조정하는 제어장치를, 더 갖는 레이저가공장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 제1 가공경로를 전반하여 가공대상물에 입사하는 레이저빔의 조사조건과, 상기 제2 가공경로를 전반하여 가공대상물에 입사하는 레이저빔의 조사조건을 따로따로 조정하는 기능을 갖는 레이저가공장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 가공경로를 전반하는 레이저빔을 주사하는 제1 빔주사기와,
상기 제2 가공경로를 전반하는 레이저빔을 주사하는 제2 빔주사기와,
가공대상물 상의 복수의 피가공점의 위치를 기억하는 기억장치를 더 갖고,
상기 제어장치는, 상기 제1 광검출기 및 상기 제2 광검출기에서 검출된 검출결과를, 복수의 상기 피가공점의 각각에 대응하여 상기 기억장치에 기억시키며,
복수의 상기 피가공점에 입사시키는 레이저빔의 조사조건을, 상기 피가공점에 대응하여 상기 기억장치에 기억된 측정결과에 근거하여 결정하는 레이저가공장치.