WO2020110809A1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工方法及びレーザ加工装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020110809A1
WO2020110809A1 PCT/JP2019/045123 JP2019045123W WO2020110809A1 WO 2020110809 A1 WO2020110809 A1 WO 2020110809A1 JP 2019045123 W JP2019045123 W JP 2019045123W WO 2020110809 A1 WO2020110809 A1 WO 2020110809A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
objective lens
laser processing
moving mechanism
laser light
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/045123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
章広 柴田
広和 小田桐
克浩 土井
Original Assignee
デクセリアルズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by デクセリアルズ株式会社 filed Critical デクセリアルズ株式会社
Priority to KR1020217014411A priority Critical patent/KR20210062707A/ko
Priority to KR1020237035993A priority patent/KR20230152776A/ko
Publication of WO2020110809A1 publication Critical patent/WO2020110809A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/388—Trepanning, i.e. boring by moving the beam spot about an axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/386—Removing material by boring or cutting by boring of blind holes

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method and a laser processing device.
  • Laser processing is performed to irradiate objects such as substrates with laser light to form holes.
  • objects such as substrates with laser light to form holes.
  • it has been required to perform laser processing at high speed and with high accuracy.
  • a method using a galvano scanner is known as a laser processing method (see, for example, Patent Document 1).
  • Laser processing can be performed at high speed by scanning the laser irradiation point at high speed using a galvano scanner.
  • Trepanning is a method of moving the relative position between the laser spot and the workpiece along a trajectory of a desired processing shape. By performing the trepanning, the contour accuracy of laser processing can be improved.
  • the laser processing method using the galvano scanner has a problem in that the accuracy of the contour of the laser-processed hole is poor because the positioning accuracy is limited.
  • the laser processing method that performs trepanning has the problem that the processing speed decreases.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing method capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy.
  • Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy.
  • a laser processing method for processing an object using a laser processing device including a laser light source, a spatial light phase modulator, an objective lens, and a moving mechanism, Emitting a laser beam by the laser light source, By the spatial light phase modulator, a step of modulating the phase of the laser light so that a plurality of laser spots are formed on the processed surface of the object, Focusing the phase-modulated laser light on the processing surface by the objective lens; By the moving mechanism, so that the plurality of laser spots draw a trepanning trajectory on the processing surface, the step of relatively moving the objective lens and the object.
  • the relative movement step is the laser processing method according to ⁇ 1>, wherein the objective lens and the object are relatively moved by moving the objective lens.
  • the relative movement step is the laser processing method according to ⁇ 1>, in which the object lens and the object are relatively moved by moving the object.
  • the relative movement step is the laser processing method according to ⁇ 1>, wherein the objective lens and the object are relatively moved by moving both the objective lens and the object.
  • a laser processing apparatus for processing an object with a laser beam A laser light source that emits laser light, A spatial light phase modulator that modulates the phase of the laser light so that a plurality of laser spots are formed on the processed surface of the object, An objective lens for focusing the phase-modulated laser light on the processing surface; A moving mechanism that relatively moves the objective lens and the object so that the plurality of laser spots draw a trepanning trajectory on the processing surface, The moving mechanism relatively moves the objective lens and the object so as to satisfy 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100 when the diameter of the trepanning trajectory is Dt and the diameter of the laser spot is DI. It is a laser processing device.
  • the present invention it is possible to provide a laser processing method capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the laser processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure which shows a 49-point lattice arrangement as an example of arrangement of a plurality of laser spots. It is a figure showing a 48-point zigzag arrangement as an example of arrangement of a plurality of laser spots. It is a figure showing 96-point zigzag arrangement as an example of arrangement of a plurality of laser spots. It is a figure which shows an example of a schematic structure of a moving mechanism. It is a figure which shows an example of the movement of the moving mechanism in the X direction. It is a figure which shows an example of the movement of the moving mechanism in the Y direction.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 1 includes a laser light source 11, a spatial light phase modulator 12, an objective lens 13, and a moving mechanism 14.
  • the laser processing device 1 processes the object 20 with laser light.
  • the object 20 processed by the laser processing apparatus 1 may be, for example, a printed circuit board, an interposer of semiconductor chips, a screen printing stencil, or the like.
  • the laser processing apparatus 1 can perform processing such as forming a hole such as a through hole or a blind hole, or performing surface treatment of the object 20.
  • the laser light source 11 emits laser light 101.
  • the laser light source 11 may be a laser light source generally used for laser processing.
  • the wavelength of the laser light source 11 is preferably selected according to the light absorption characteristics of the object 20.
  • the laser light source 11 may be 355 nm for a YAG laser or 248 nm for a KrF excimer laser. Further, for example, when the object 20 is a metal, the laser light source 11 may be a YAG laser of 1064 nm, a fiber laser of 1500 nm, a CO 2 laser, or the like.
  • the laser light source 11 is not limited to the above-exemplified light source, and may be any light source suitable for the material of the object 20.
  • the laser light source 11 may be a single light source or a combination of a plurality of light sources and multiplexing.
  • the laser light source 11 may be configured according to the output required for processing.
  • the spatial light phase modulator 12 modulates the phase of the laser light 101 so that a plurality of laser spots are formed on the processed surface 21 of the object 20.
  • the “laser spot” means a region formed on the processed surface 21 of the object 20 by the focused laser light.
  • FIG. 2A to 2C show examples of arrangement of a plurality of laser spots formed on the processing surface 21 of the object 20 by the spatial light phase modulator 12 modulating the phase of the laser light 101.
  • FIG. 2A shows an example in which a plurality of laser spots 102 are arranged in a 49-point lattice arrangement (7 ⁇ 7).
  • FIG. 2B shows an example in which a plurality of laser spots 102 are arranged in a staggered arrangement of 48 points (8 ⁇ 6).
  • FIG. 2C shows an example in which a plurality of laser spots 102 are arranged in a 96-point staggered arrangement (12 ⁇ 8).
  • the laser processing apparatus 1 can simultaneously form, for example, a plurality of holes in the target object 20. You can
  • the spatial light phase modulator 12 modulates the phase of the laser light 101 to generate a two-dimensional hologram so that a plurality of laser spots having a desired arrangement are formed on the processed surface 21 of the object 20.
  • a two-dimensional hologram generated by the spatial light phase modulator 12 is imaged on the processed surface 21 of the object 20 through the objective lens 13, a plurality of laser spots having a desired arrangement are formed.
  • the spatial light phase modulator 12 may include, for example, an address section and an optical modulation section.
  • the spatial light phase modulator 12 can modulate the phase of the laser light 101 by the light modulator according to the information written in the address part.
  • the spatial light phase modulator 12 may modulate the phase of the laser light 101 by controlling the alignment of the liquid crystal, for example.
  • FIG. 1 shows the transmissive spatial light phase modulator 12
  • the spatial light phase modulator 12 may be a reflective type.
  • a two-dimensional hologram generated by the spatial light phase modulator 12 may be incident on the objective lens 13 by using a separate mirror or the like.
  • the spatial light phase modulator 12 may be a spatial light phase modulator adapted to the wavelength and intensity of the laser light 101 emitted from the laser light source 11.
  • the spatial light phase modulator 12 may be, for example, a PLUTO manufactured by HOLOEYE, or an LCOS-SLM (Liquid Crystal On-Silicon-Spatial Light Modulator) manufactured by Hamamatsu Photonics.
  • the objective lens 13 focuses the laser light whose phase is modulated by the spatial light phase modulator 12 onto the processed surface 21 of the object 20.
  • the two-dimensional hologram generated by the spatial light phase modulator 12 is imaged on the processed surface 21 of the object 20 through the objective lens 13, so that a plurality of laser spots having a desired arrangement are processed. 21 is formed.
  • the objective lens 13 is selected to have sufficient laser resistance against the laser light emitted from the laser light source 11.
  • the objective lens 13 is selected so that it can form a laser spot diameter on the processed surface 21 of the object 20 that is smaller than the shape of the object to be processed (for example, the shape of the hole).
  • the moving mechanism 14 can move the objective lens 13 along the X direction shown in FIG. Further, the moving mechanism 14 can move the objective lens 13 along the Y direction shown in FIG. That is, the moving mechanism 14 can move the objective lens 13 two-dimensionally in parallel to the XY plane. As shown in FIG. 1, the XY plane is a plane parallel to the processing surface 21 of the object 20.
  • the moving mechanism 14 can relatively move the objective lens 13 and the object 20 by moving the objective lens 13.
  • the moving mechanism 14 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 to move the positions of a plurality of laser spots formed on the processed surface 21 of the object 20.
  • the moving mechanism 14 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 so that a plurality of laser spots draw a trepanning trajectory on the processing surface 21 of the object 20.
  • the “trepanning trajectory” is a trajectory drawn by the center point of the laser spot moving along a desired path.
  • the desired route may be, for example, a circular route or a polygonal route such as a quadrangle.
  • the moving mechanism 14 moves the objective lens 13 and the object 20 so that the laser spot draws the trepanning trajectory.
  • a hole having a diameter of DI+Dt is formed on the processed surface 21 of the object 20.
  • the diameter of the trepanning orbit means the diameter of the circle along which the center point of the laser spot moves.
  • the moving mechanism 14 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 so as to satisfy the relationship of 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the moving mechanism 14.
  • the moving mechanism 14 includes a first moving mechanism 141 and a second moving mechanism 142.
  • the first moving mechanism 141 is stacked on the second moving mechanism 142.
  • the objective lens 13 is fixed on the first moving mechanism 141.
  • the first moving mechanism 141 may be, for example, a piezo stage.
  • the first moving mechanism 141 includes an upper stage 141a and a lower stage 141b.
  • the upper stage 141a is movable in the X direction with respect to the lower stage 141b.
  • the upper stage 141a moves in the X direction according to the voltage applied to the first moving mechanism 141.
  • the second moving mechanism 142 may be, for example, a piezo stage.
  • the second moving mechanism 142 includes an upper stage 142a and a lower stage 142b.
  • the upper stage 142a is movable in the Y direction with respect to the lower stage 142b.
  • the upper stage 142a moves in the Y direction according to the voltage applied to the second moving mechanism 142.
  • the moving mechanism 14 combines the movement in the X direction by the first moving mechanism 141 and the movement in the Y direction by the second moving mechanism 142 so that the objective lens 13 fixed to the first moving mechanism 141 is parallel to the XY plane. It can be moved in two dimensions.
  • FIG. 4A shows a time change of the moving amount by which the laser spot moves in the X direction when the moving mechanism 14 moves the objective lens 13 in the X direction.
  • FIG. 4B shows a time change of the movement amount by which the laser spot moves in the Y direction when the moving mechanism 14 moves the objective lens 13 in the Y direction.
  • the movement amount of the laser spot in the Y direction is 90 degrees out of phase with the movement amount in the X direction.
  • the phase of the movement amount in the X direction and the phase of the movement amount in the Y direction are shifted by 90 degrees, so that the center point of the laser spot is on the circumference of the diameter Dt as shown in FIG. 4C. To move.
  • the moving mechanism 14 may move the objective lens 13 so that the center point of the laser spot moves on the circumference of the diameter Dt at a speed of 5 Hz, for example.
  • the configuration of the moving mechanism 14 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the moving mechanism 14 may have any configuration capable of moving the objective lens 13 two-dimensionally in parallel with the XY plane.
  • the moving mechanism 14 may be configured by a linear motion mechanism such as a linear motor or a ball screw, for example. Further, the moving mechanism 14 may be configured by a rotating mechanism such as a servo spindle, for example. Further, the moving mechanism 14 may move the position of the laser spot by an electro-optic modulator (EOM), an acousto-optic modulator (AOM), or the like.
  • EOM electro-optic modulator
  • AOM acousto-optic modulator
  • the laser processing device 1 may include components generally used in the laser processing device in addition to the above-described laser light source 11, spatial light phase modulator 12, objective lens 13, and moving mechanism 14.
  • the laser processing apparatus 1 includes, for example, a lens, a mirror, a shutter, a wave plate, an aperture, a polarizer, a linear stage, a rotation stage, a galvano scanner, an autofocus mechanism, an attenuator, an auto power controller, a beam profiler, a diffraction grating, and a hologram element. May further include some of the components such as.
  • the user sets the target object 20 at a predetermined position of the laser processing apparatus 1 (step S101).
  • the laser processing device 1 starts laser irradiation (step S102).
  • the laser processing apparatus 1 may start the laser irradiation by the laser light source 11 starting to emit the laser light, or may be installed between the laser light source 11 and the spatial light phase modulator 12.
  • the laser irradiation may be started by opening the shutter.
  • step S102 The state in step S102 is shown in FIG. 6A.
  • a hole 103 is formed in the object 20 by the laser spot 102 having a diameter of DI.
  • the diameter of the hole 103 formed in the object 20 is DI.
  • the moving mechanism 14 of the laser processing apparatus 1 relatively moves the objective lens 13 and the target 20 so that a plurality of laser spots draw a trepanning trajectory on the processing surface 21 of the target 20 (step S103).
  • step S103 The state in step S103 is shown in FIG. 6B.
  • the hole 103 having the diameter DI+Dt is gradually formed in the object 20.
  • the laser processing device 1 ends the laser irradiation (step S104).
  • the laser processing apparatus 1 may end the laser irradiation by stopping the emission of the laser light by the laser light source 11, or may be installed between the laser light source 11 and the spatial light phase modulator 12.
  • the laser irradiation may be ended by closing the shutter.
  • step S104 The state in step S104 is shown in FIG. 6C. As shown in FIG. 6C, a hole 103 having a diameter of DI+Dt is formed in the object 20.
  • the user removes the target object 20 from the predetermined position of the laser processing apparatus 1 and ends the laser processing process (step S105).
  • FIG. 7 shows how holes are actually formed in the object 20 by the laser processing by the laser processing apparatus 1.
  • FIG. 7 shows a diagram in the case where the diameter Dt of the trepanning trajectory is six kinds of 0 ⁇ m, 14 ⁇ m, 16 ⁇ m, 18 ⁇ m, 20 ⁇ m, and 22 ⁇ m.
  • Typical processing examples that can be processed by the laser processing apparatus 1 and suitable conditions in each processing example are shown below.
  • -Processing example 1 hole processing of printed circuit board
  • Pore size 300-1000 ⁇ m Accuracy: Within 60-200 ⁇ m Hole depth: 1000-3000 ⁇ m Material of the object: Epoxy with polyimide and glass fiber
  • Processing example 2 interposer hole processing for semiconductor chips
  • Pore size 30-300 ⁇ m Accuracy: Within 6-60 ⁇ m Hole depth: 10-500 ⁇ m
  • Material of object Silicon, glass, silicone
  • -Processing example 3 screen printing stencil processing
  • the spatial light phase modulator 12 modulates the phase of laser light so that a plurality of laser spots are formed on the processing surface 21 of the object 20.
  • the moving mechanism 14 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 so that the plurality of laser spots draw a trepanning trajectory on the processed surface 21 of the object 20.
  • the contour accuracy of the hole or the like formed in the object 20 can be improved, so that the laser processing can be performed with high accuracy.
  • the moving mechanism 14 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 so as to satisfy 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100. This makes it possible to prevent the circumference of the trepanning orbit along which the laser spot moves from becoming too long and delaying the laser processing time.
  • the laser processing device 1 according to the present embodiment can perform laser processing at high speed and with high accuracy by having these technical features.
  • the conventional galvano-mirror method moves one focusing point at high speed.
  • the debris generated in the neighboring processing tends to accumulate, and in the latter processing, the processing quality deteriorates due to the adhesion of the debris.
  • the spatial light phase modulator 12 modulates the phase of the laser light so that a plurality of laser spots are formed on the processing surface 21 of the object 20. , It is possible to perform multiple processes at the same time. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the processing quality due to the generation of debris.
  • the galvano mirror method requires an expensive synchronous control system to control the mirror angle and shutter opening/closing operation at high speed and with high accuracy.
  • the laser processing apparatus 1 according to the present embodiment does not require such a high-speed and high-accuracy synchronous control system, and thus the cost for configuring the apparatus can be reduced.
  • FIG. 8 is a figure which shows schematic structure of the laser processing apparatus 2 which concerns on the 1st modification of this invention.
  • the laser processing apparatus 2 according to the first modified example differences from the laser processing apparatus 1 described with reference to FIG. 1 and the like will be mainly described.
  • the laser processing device 2 includes a laser light source 11, a spatial light phase modulator 12, an objective lens 13, and a moving mechanism 15.
  • the moving mechanism 15 can move the object 20 along the X direction shown in FIG. Further, the moving mechanism 15 can move the object 20 along the Y direction shown in FIG. That is, the moving mechanism 15 can move the object 20 two-dimensionally in parallel to the XY plane.
  • the moving mechanism 15 can relatively move the objective lens 13 and the object 20 by moving the object 20.
  • the moving mechanism 15 relatively moves the objective lens 13 and the object 20 to move the positions of a plurality of laser spots formed on the processed surface 21 of the object 20.
  • the moving mechanism 15 differs from the moving mechanism 14 shown in FIG. 1 in that the object 20 is moved instead of moving the objective lens 13 like the moving mechanism 14 shown in FIG.
  • the function is similar to that of the moving mechanism 14 shown in FIG.
  • the laser processing apparatus 2 does not include the moving mechanism 14 that moves the objective lens 13 as in the laser processing apparatus 1 illustrated in FIG. 1, but includes a moving mechanism 15 that moves the object 20. This is different from the laser processing apparatus 1 shown in FIG.
  • the laser processing apparatus 2 according to the first modification also has the same effect as the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 by moving the objective lens 13 and the object 20 relative to each other.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 3 according to the second modified example of the present invention.
  • the laser processing apparatus 3 according to the second modified example differences from the laser processing apparatus 1 described with reference to FIG. 1 and the like will be mainly described.
  • the laser processing device 3 includes a laser light source 11, a spatial light phase modulator 12, an objective lens 13, a moving mechanism 14, and a moving mechanism 15.
  • the laser processing apparatus 3 according to the second modification is different from the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 in that the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 further includes the moving mechanism 15 shown in FIG. ..
  • the moving mechanism 14 moves the objective lens 13 so that the objective lens 13 and the object 20 can be moved relative to each other.
  • the moving mechanism 15 moves the target object 20, so that the objective lens 13 and the target object 20 can be relatively moved.
  • the moving mechanism 14 moves the objective lens 13 and the moving mechanism 15 moves the object 20, so that both the objective lens 13 and the object 20 are moved. By doing so, the objective lens 13 and the object 20 can be moved relative to each other.
  • the laser processing apparatus 3 according to the second modification also has the same effect as the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 by moving the objective lens 13 and the object 20 relative to each other.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of the laser processing apparatus 4 according to the third modified example of the present invention.
  • the laser processing apparatus 4 according to the third modified example differences from the laser processing apparatus 1 described with reference to FIG. 1 and the like will be mainly described.
  • the laser processing apparatus 3 includes a laser light source 11, an objective lens 13, a moving mechanism 14, a spatial light phase modulator 16, and a prism mirror 17.
  • the spatial light phase modulator 16 is a reflective spatial light phase modulator, unlike the transmissive spatial light phase modulator 12 shown in FIG.
  • the spatial light phase modulator 16 has the same function as the spatial light phase modulator 12 shown in FIG. 1 except that it is a reflection type instead of a transmission type.
  • the prism mirror 17 reflects the laser light 101 incident from the laser light source 11 and irradiates the spatial light phase modulator 16 with the laser light 101.
  • the prism mirror 17 reflects the laser beam that has been phase-modulated by the spatial light phase modulator 16 and returned, and irradiates the objective lens 13 with the reflected laser beam.
  • the reflective spatial light phase modulator 16 has the same function as the transmissive spatial light phase modulator 12 shown in FIG. It has the same effect as the processing apparatus 1.
  • the contour accuracy of the machined part was judged to be “OK” if it was smaller than 10% and NG if it was larger than 10%.
  • the processing time was determined to be "OK” if the processing time per hole was 1000 ms or less, and was determined to be NG if it was greater than 1000 ms.
  • the spatial light phase modulator is used to form a plurality of laser spots on the processed surface of the object.
  • the diameter of the trepanning orbit is 3.3 to 21.2 ⁇ m, and trepanning is performed in all Examples 1 to 4.
  • Dt/DI was 0.9 to 2.4, and the condition of 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100 was satisfied.
  • the spatial light phase modulator performs phase modulation to form 48 thousand bird's-eye laser spots on the processed surface of the object, but Dt is 0 ⁇ m and trepanning is not performed.
  • the machining time is evaluated as “OK”, but the contour accuracy of the machined portion exceeds 10% and is evaluated as “NG”.
  • Dt is 396.3 ⁇ m and trepanning is performed.
  • the spatial light phase modulator performs phase modulation to form 48 staggered laser spots on the processed surface of the object.
  • Dt/DI is 107.1, and the condition of 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100 is not satisfied.
  • the contour accuracy of the processed portion is evaluated as "OK”, but the processing time exceeds 1000 ms and is evaluated as "NG”.
  • Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 described above suitable conditions for performing laser processing with high speed and high accuracy were found. That is, it is preferable that the spatial light phase modulator performs phase modulation to form a plurality of laser spots on the processed surface of the object. Further, it is preferable to perform trepanning. Further, it is preferable that the trepanning is performed while satisfying the condition of 0 ⁇ Dt/DI ⁇ 100.
  • the present invention it is possible to provide a laser processing method capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to provide a laser processing apparatus capable of performing laser processing at high speed and with high accuracy.
  • Laser processing device 11 Laser light source 12 Spatial light phase modulator 13 Objective lens 14 Moving mechanism 15 Moving mechanism 16 Spatial light phase modulator 17 Prism mirror 20 Object 21 Processing surface 101 Laser light 102 Laser spot 103 Hole 141 First moving mechanism 141a Upper stage 141b Lower stage 142 Second moving mechanism 142a Upper stage 142b Lower stage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工方法を提供する。レーザ加工方法は、レーザ加工装置を用いて対象物を加工するレーザ加工方法であって、レーザ光を出射する工程と、対象物の加工面上において複数のレーザスポットが形成されるように前記レーザ光の位相を変調する工程と、位相が変調された前記レーザ光を前記加工面上に集光する工程と、前記複数のレーザスポットが前記加工面上においてトレパニング軌道を描くように、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる工程と、を含み、前記相対移動させる工程は、前記トレパニング軌道の直径をＤｔとし、前記レーザスポットの直径をＤＩとしたときに、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる。

Description

レーザ加工方法及びレーザ加工装置
　本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
　レーザ光を基板などの対象物に照射して孔などを形成するレーザ加工が行われている。近年、半導体の製造及び電子部品の製造において、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが求められている。
　レーザ加工の方法としてガルバノスキャナを用いた方法が知られている（例えば特許文献１参照）。ガルバノスキャナを用いてレーザ照射点を高速に走査することで、レーザ加工を高速に行うことができる。
　また、レーザ加工の方法としてトレパニングと称される方法が知られている（例えば特許文献２参照）。トレパニングは、レーザスポットと被加工物との相対位置を、所望の加工形状の軌道で移動させる方法である。トレパニングを行うことにより、レーザ加工の輪郭精度を向上させることができる。
特開２００６－１１３１８５号公報 特開２００７－２３７２４２号公報
　ガルバノスキャナを用いたレーザ加工方法は、位置決め精度に限界があるため、レーザ加工した孔の輪郭精度が悪いという課題がある。
　トレパニングを行うレーザ加工方法は、加工速度が低下するという課題がある。
　本発明は、従来における前記諸課題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工方法を提供することを目的とする。また、本発明は、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞　レーザ光源と空間光位相変調器と対物レンズと移動機構とを備えるレーザ加工装置を用いて対象物を加工するレーザ加工方法であって、
　前記レーザ光源によって、レーザ光を出射する工程と、
　前記空間光位相変調器によって、対象物の加工面上において複数のレーザスポットが形成されるように前記レーザ光の位相を変調する工程と、
　前記対物レンズによって、位相が変調された前記レーザ光を前記加工面上に集光する工程と、
　前記移動機構によって、前記複数のレーザスポットが前記加工面上においてトレパニング軌道を描くように、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる工程と、を含み、
　前記相対移動させる工程は、前記トレパニング軌道の直径をＤｔとし、前記レーザスポットの直径をＤＩとしたときに、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、レーザ加工方法である。
＜２＞　前記相対移動させる工程は、前記対物レンズを移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、＜１＞に記載のレーザ加工方法である。
＜３＞　前記相対移動させる工程は、前記対象物を移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、＜１＞に記載のレーザ加工方法である。
＜４＞　前記相対移動させる工程は、前記対物レンズ及び前記対象物の双方を移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、＜１＞に記載のレーザ加工方法である。
＜５＞　前記対象物に加工される形状は、貫通孔又は止まり孔である、＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のレーザ加工方法である。
＜６＞　対象物をレーザ光で加工するレーザ加工装置であって、
　レーザ光を出射するレーザ光源と、
　対象物の加工面上において複数のレーザスポットが形成されるように前記レーザ光の位相を変調する空間光位相変調器と、
　位相が変調された前記レーザ光を前記加工面上に集光する対物レンズと、
　前記複数のレーザスポットが前記加工面上においてトレパニング軌道を描くように、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる移動機構と、を備え、
　前記移動機構は、前記トレパニング軌道の直径をＤｔとし、前記レーザスポットの直径をＤＩとしたときに、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、レーザ加工装置である。
　本発明によれば、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工方法を提供することができる。また、本発明によれば、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 複数のレーザスポットの配置の一例として４９点格子配置を示す図である。 複数のレーザスポットの配置の一例として４８点千鳥配置を示す図である。 複数のレーザスポットの配置の一例として９６点千鳥配置を示す図である。 移動機構の概略構成の一例を示す図である。 移動機構のＸ方向の移動の一例を示す図である。 移動機構のＹ方向の移動の一例を示す図である。 移動機構のＸ方向及びＹ方向の移動の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置によるレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。 複数の孔が形成される様子を示す図である（トレパニング前）。 複数の孔が形成される様子を示す図である（トレパニング中）。 複数の孔が形成される様子を示す図である（トレパニング後）。 対象物に実際に孔が形成された様子を示す図である。 本発明の第１変形例に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２変形例に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３変形例に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
　以下、本発明を、実施形態に基づき詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置１の概略構成を示す図である。レーザ加工装置１は、レーザ光源１１と、空間光位相変調器１２と、対物レンズ１３と、移動機構１４とを備える。
　レーザ加工装置１は、対象物２０をレーザ光で加工する。レーザ加工装置１によって加工される対象物２０は、例えば、プリント基板、半導体チップのインターポーザ、又はスクリーン印刷用孔版などであってよい。レーザ加工装置１は、貫通孔若しくは止まり孔などの孔を形成する加工、又は、対象物２０の表面処理を行う加工などをすることができる。
　レーザ光源１１は、レーザ光１０１を出射する。レーザ光源１１は、レーザ加工に一般的に用いられるレーザ光源であってよい。レーザ光源１１は、対象物２０の光吸収特性に合わせて波長が選定されていることが望ましい。
　例えば対象物２０が樹脂である場合、レーザ光源１１は、ＹＡＧレーザの３５５ｎｍ、又はＫｒＦエキシマレーザの２４８ｎｍなどであってよい。また例えば、対象物２０が金属である場合、レーザ光源１１は、ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍ、ファイバーレーザの１５００ｎｍ、又はＣＯ２レーザなどであってよい。なお、レーザ光源１１は、上述の例示した光源に限定されるものではなく、対象物２０の材料に適した光源であればよい。
　レーザ光源１１は、単一の光源であってもよいし、複数の光源を組み合わせて多重化したものであってもよい。レーザ光源１１は、加工に必要とされる出力に合わせて構成されてよい。
　空間光位相変調器１２は、複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上において形成されるように、レーザ光１０１の位相を変調する。ここで、「レーザスポット」は、対象物２０の加工面２１上において、集光されたレーザ光が形成する領域を意味する。
　空間光位相変調器１２がレーザ光１０１の位相を変調することによって対象物２０の加工面２１上に形成される複数のレーザスポットの配置の例を図２Ａ～図２Ｃに示す。図２Ａは、複数のレーザスポット１０２が、４９点格子配置（７×７）で配置されている例を示す。図２Ｂは、複数のレーザスポット１０２が、４８点千鳥配置（８×６）で配置されている例を示す。図２Ｃは、複数のレーザスポット１０２が、９６点千鳥配置（１２×８）で配置されている例を示す。
　このように空間光位相変調器１２によって複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上に形成されることにより、レーザ加工装置１は、例えば複数の孔を、対象物２０に同時に形成することができる。
　空間光位相変調器１２は、所望の配置の複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上において形成されるように、レーザ光１０１の位相を変調させて２次元ホログラムを生成する。空間光位相変調器１２が生成した２次元ホログラムが対物レンズ１３を通して対象物２０の加工面２１上で結像すると、所望の配置の複数のレーザスポットが形成される。
　空間光位相変調器１２は、例えば、アドレス部と光変調部とを備えてよい。空間光位相変調器１２は、アドレス部に書き込まれた情報に応じて、レーザ光１０１の位相を光変調部によって変調することができる。空間光位相変調器１２は、例えば、液晶の配向を制御してレーザ光１０１の位相を変調させてよい。
　図１では、透過型の空間光位相変調器１２を示しているが、空間光位相変調器１２は反射型であってもよい。空間光位相変調器１２を反射型とする場合は、別途ミラーなどを用いて、空間光位相変調器１２が生成した２次元ホログラムが対物レンズ１３に入射されるようにすればよい。
　空間光位相変調器１２は、レーザ光源１１が出射するレーザ光１０１の波長及び強度に適合した空間光位相変調器であってよい。空間光位相変調器１２は、例えば、ＨＯＬＯＥＹＥ社のＰＬＵＴＯ、又は浜松ホトニクス社のＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Liquid Crystal On Silicon - Spatial Light Modulator）などであってよい。
　対物レンズ１３は、空間光位相変調器１２によって位相が変調されたレーザ光を、対象物２０の加工面２１上に集光する。上述のように、空間光位相変調器１２によって生成された２次元ホログラムが対物レンズ１３を通して対象物２０の加工面２１上で結像されることにより、所望の配置の複数のレーザスポットが加工面２１上に形成される。
　対物レンズ１３は、レーザ光源１１が出射するレーザ光に対して十分なレーザ耐力を有するものが選定されている。また、対物レンズ１３は、対象物２０の加工面２１上おいて、加工対象の形状（例えば孔の形状）以下のレーザスポット径を形成できるものが選定されている。
　移動機構１４は、対物レンズ１３を図１に示すＸ方向に沿って移動させることができる。また、移動機構１４は、対物レンズ１３を図１に示すＹ方向に沿って移動させることができる。即ち、移動機構１４は、対物レンズ１３を、ＸＹ平面に平行に２次元状に移動させることができる。図１に示すように、ＸＹ平面は、対象物２０の加工面２１に対して平行な平面である。
　移動機構１４は、対物レンズ１３を移動させることで、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることができる。移動機構１４が対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることにより、対象物２０の加工面２１上に形成される複数のレーザスポットの位置が移動する。
　移動機構１４は、複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上においてトレパニング軌道を描くように、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させる。ここで、「トレパニング軌道」とは、レーザスポットの中心点が所望の経路を移動することにより描かれる軌道である。所望の経路は、例えば円形状の経路、又は、四角形などの多角形状の経路であってよい。所望の経路が円形状の経路ある場合、レーザスポットの直径をＤＩとし、トレパニング軌道の直径をＤｔとすると、レーザスポットがトレパニング軌道を描くように移動機構１４が対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることにより、直径がＤＩ＋Ｄｔの孔が対象物２０の加工面２１上に形成される。なお、トレパニング軌道の直径とは、レーザスポットの中心点が移動する円の直径を意味する。
　移動機構１４は、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００の関係を満たすように、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させる。
　図３に、移動機構１４の構成の一例を示す。移動機構１４は、第１移動機構１４１と、第２移動機構１４２とを備える。第１移動機構１４１は、第２移動機構１４２の上に積み重ねられている。第１移動機構１４１の上には、対物レンズ１３が固定されている。
　第１移動機構１４１は、例えばピエゾステージであってよい。第１移動機構１４１は、上部ステージ１４１ａと、下部ステージ１４１ｂとを備える。上部ステージ１４１ａは、下部ステージ１４１ｂに対してＸ方向に移動可能である。上部ステージ１４１ａは、第１移動機構１４１に印加された電圧に応じて、Ｘ方向に移動する。
　第２移動機構１４２は、例えばピエゾステージであってよい。第２移動機構１４２は、上部ステージ１４２ａと、下部ステージ１４２ｂとを備える。上部ステージ１４２ａは、下部ステージ１４２ｂに対してＹ方向に移動可能である。上部ステージ１４２ａは、第２移動機構１４２に印加された電圧に応じて、Ｙ方向に移動する。
　移動機構１４は、第１移動機構１４１によるＸ方向の移動と、第２移動機構１４２によるＹ方向の移動とを組み合わせて、第１移動機構１４１に固定された対物レンズ１３を、ＸＹ平面に平行に２次元状に移動させることができる。
　図４Ａ～図４Ｃを参照して、Ｘ方向の移動及びＹ方向の移動により、レーザスポットの中心点が直径Ｄｔの円周に沿って移動する様子を説明する。
　図４Ａは、移動機構１４が対物レンズ１３をＸ方向に移動させることによりレーザスポットがＸ方向に移動する移動量の時間変化を示す。図４Ｂは、移動機構１４が対物レンズ１３をＹ方向に移動させることによりレーザスポットがＹ方向に移動する移動量の時間変化を示す。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、レーザスポットのＹ方向の移動量は、Ｘ方向の移動量に対して、位相が９０度ずれている。このように、Ｘ方向の移動量の位相と、Ｙ方向の移動量の位相とが９０度ずれていることにより、レーザスポットの中心点は、図４Ｃに示すように、直径Ｄｔの円周上を移動する。
　移動機構１４は、例えば、レーザスポットの中心点が５Ｈｚのスピードで直径Ｄｔの円周上を移動するように、対物レンズ１３を移動させてよい。
　移動機構１４の構成は、図３に示した構成に限定されない。移動機構１４は、対物レンズ１３をＸＹ平面に平行に２次元状に移動させることができる任意の構成であってよい。移動機構１４は、例えば、リニアモータ又はボールネジなどのような直動機構によって構成されてもよい。また、移動機構１４は、例えば、サーボスピンドルなどのような回転機構によって構成されてもよい。また、移動機構１４は、電気光学変調器（ＥＯＭ）又は音響光学変調器（ＡＯＭ）などによってレーザスポットの位置を移動させてもよい、
　レーザ加工装置１は、上述したレーザ光源１１、空間光位相変調器１２、対物レンズ１３、及び移動機構１４に加えて、レーザ加工装置に一般的に用いられる構成要素を備えていてもよい。レーザ加工装置１は、例えば、レンズ、ミラー、シャッタ、波長板、アパーチャ、偏光子、リニアステージ、ローテーションステージ、ガルバノスキャナ、オートフォーカス機構、アッテネータ、オートパワーコントローラ、ビームプロファイラ、回折格子、及びホログラム素子などの構成要素のうちのいくつかをさらに備えていてもよい。
　続いて、図５に示すフローチャートを参照して、対象物２０に複数の孔が形成される様子を説明する。図５に示すフローチャートの説明においては、４９点格子配置で、複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上に配置されるものとする。
　ユーザは、対象物２０を、レーザ加工装置１の所定の位置にセットする（ステップＳ１０１）。対象物２０がセットされると、レーザ加工装置１は、レーザ照射を開始する（ステップＳ１０２）。この際、レーザ加工装置１は、レーザ光源１１がレーザ光の出射を開始することによってレーザ照射を開始してもよいし、又は、レーザ光源１１と空間光位相変調器１２との間に設置されたシャッタを開くことによってレーザ照射を開始してもよい。
　ステップＳ１０２における様子を図６Ａに示す。レーザ照射が開始されると、直径がＤＩのレーザスポット１０２によって、対象物２０に孔１０３が形成される。この時点では、対象物２０に形成された孔１０３の直径はＤＩである。
　レーザ加工装置１の移動機構１４は、複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上においてトレパニング軌道を描くように、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させる（ステップＳ１０３）。
　ステップＳ１０３における様子を図６Ｂに示す。直径がＤＩのレーザスポット１０２が、直径Ｄｔの円周に沿って移動すると、対象物２０に、直径がＤＩ＋Ｄｔの孔１０３が徐々に形成されていく。
　レーザスポットが少なくとも１周以上のトレパニング軌道を移動すると、レーザ加工装置１は、レーザ照射を終了する（ステップＳ１０４）。この際、レーザ加工装置１は、レーザ光源１１がレーザ光の出射を停止することによってレーザ照射を終了してもよいし、又は、レーザ光源１１と空間光位相変調器１２との間に設置されたシャッタを閉じることによってレーザ照射を終了してもよい。
　ステップＳ１０４における様子を図６Ｃに示す。図６Ｃに示すように、対象物２０には、直径がＤＩ＋Ｄｔの孔１０３が形成されている。
　ユーザは、対象物２０を、レーザ加工装置１の所定の位置から取り外してレーザ加工処理を終了する（ステップＳ１０５）。
　図７に、レーザ加工装置１によるレーザ加工によって、実際に対象物２０に孔が形成された様子を示す。図７には、トレパニング軌道の直径Ｄｔが、０μｍ、１４μｍ、１６μｍ、１８μｍ、２０μｍ、及び２２μｍの６通りの場合の図を示す。
　レーザ加工装置１によって加工可能な代表的な加工例と、各加工例における好適な条件を以下に示す。
・加工例１（プリント基板の孔加工）
　　孔径：３００～１０００μｍ
　　精度：６０～２００μｍ以内
　　孔深さ：１０００～３０００μｍ
　　対象物の材質：ポリイミド、ガラス繊維入りエポキシ
　　レーザ光源：ＵＶ－ＹＡＧレーザ　λ＝３５５ｎｍ
・加工例２（半導体チップのインターポーザ孔加工）
　　孔径：３０～３００μｍ
　　精度：６～６０μｍ以内
　　孔深さ：１０～５００μｍ
　　対象物の材質：シリコン、ガラス、シリコーン
　　レーザ光源：ピコ秒パルスレーザ　λ＝８００ｎｍ
・加工例３（スクリーン印刷用孔版加工）
　　孔径：３０～１０００μｍ
　　精度：６～２００μｍ以内
　　孔深さ：１０～１０００μｍ
　　対象物の材質：ステンレス、ニッケル
　　レーザ光源：ＵＶ－ＹＡＧレーザ　λ＝３５５ｎｍ
　本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、空間光位相変調器１２は、対象物２０の加工面２１上において複数のレーザスポットが形成されるようにレーザ光の位相を変調する。これにより、複数のレーザスポットで同時に孔などを形成することができるため、レーザ加工を高速で行うことができる。また、移動機構１４は、複数のレーザスポットが対象物２０の加工面２１上においてトレパニング軌道を描くように、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させる。これにより、対象物２０に形成する孔などの輪郭精度を向上させることができるため、レーザ加工を高精度で行うことができる。また、移動機構１４は、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させる。これにより、レーザスポットが移動するトレパニング軌道の円周が長くなり過ぎ、レーザ加工の時間が遅くなることを抑制することができる。本実施形態に係るレーザ加工装置１は、これらの技術的特徴を有することにより、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能である。
　また、複数の加工をする場合、従来のガルバノミラー方式では、一つの集光点を高速で動かして加工する。この方式は、一個一個のパターンを順次加工していくため、近隣の加工で発生したデブリが累積で溜まりやすく、後半の加工ではデブリの付着により加工品質が劣化するという課題がある。これに対し、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、空間光位相変調器１２が、対象物２０の加工面２１上において複数のレーザスポットが形成されるようにレーザ光の位相を変調するため、同時に複数の加工をすることができる。従って、デブリの発生による加工品質の劣化を抑制することができる。
　また、ガルバノミラー方式では、ミラー角度とシャッタ開閉動作とを高速かつ高精度に制御するため高額な同期制御システムが必要である。これに対し、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、このような高速かつ高精度の同期制御システムを必要としないため、装置を構成するためのコストを低減することができる。
（第１変形例）
　図８は、本発明の第１変形例に係るレーザ加工装置２の概略構成を示す図である。第１変形例に係るレーザ加工装置２については、図１などを参照して説明したレーザ加工装置１との相違点について主に説明する。
　第１変形例に係るレーザ加工装置２は、レーザ光源１１と、空間光位相変調器１２と、対物レンズ１３と、移動機構１５とを備える。
　移動機構１５は、対象物２０を図８に示すＸ方向に沿って移動させることができる。また、移動機構１５は、対象物２０を図８に示すＹ方向に沿って移動させることができる。即ち、移動機構１５は、対象物２０を、ＸＹ平面に平行に２次元状に移動させることができる。
　移動機構１５は、対象物２０を移動させることで、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることができる。移動機構１５が対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることにより、対象物２０の加工面２１上に形成される複数のレーザスポットの位置が移動する。
　移動機構１５は、図１に示した移動機構１４のように対物レンズ１３を移動させるのではなく、対象物２０を移動させるという点で図１に示した移動機構１４と相違し、それ以外の機能は、図１に示した移動機構１４と同様である。
　第１変形例に係るレーザ加工装置２は、図１に示したレーザ加工装置１のように対物レンズ１３を移動させる移動機構１４を備えるのではなく、対象物２０を移動させる移動機構１５を備えるという点で図１に示したレーザ加工装置１と相違する。
　第１変形例に係るレーザ加工装置２も、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることにより、図１に示したレーザ加工装置１と同様の効果を有する。
（第２変形例）
　図９は、本発明の第２変形例に係るレーザ加工装置３の概略構成を示す図である。第２変形例に係るレーザ加工装置３については、図１などを参照して説明したレーザ加工装置１との相違点について主に説明する。
　第２変形例に係るレーザ加工装置３は、レーザ光源１１と、空間光位相変調器１２と、対物レンズ１３と、移動機構１４と、移動機構１５とを備える。
　第２変形例に係るレーザ加工装置３は、図１に示したレーザ加工装置１が、さらに図８に示した移動機構１５を備えるという点で、図１に示したレーザ加工装置１と相違する。
　第２変形例に係るレーザ加工装置３は、移動機構１４が対物レンズ１３を移動させることで、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることができる。また、第２変形例に係るレーザ加工装置３は、移動機構１５が対象物２０を移動させることで、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることができる。また、第２変形例に係るレーザ加工装置３は、移動機構１４が対物レンズ１３を移動させ、移動機構１５が対象物２０を移動させるというように、対物レンズ１３及び対象物２０の双方を移動させることで、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることができる。
　第２変形例に係るレーザ加工装置３も、対物レンズ１３と対象物２０とを相対移動させることにより、図１に示したレーザ加工装置１と同様の効果を有する。
（第３変形例）
　図１０は、本発明の第３変形例に係るレーザ加工装置４の概略構成を示す図である。第３変形例に係るレーザ加工装置４については、図１などを参照して説明したレーザ加工装置１との相違点について主に説明する。
　第４変形例に係るレーザ加工装置３は、レーザ光源１１と、対物レンズ１３と、移動機構１４と、空間光位相変調器１６と、プリズムミラー１７とを備える。
　空間光位相変調器１６は、図１に示した透過型の空間光位相変調器１２と異なり、反射型の空間光位相変調器である。空間光位相変調器１６は、透過型でなく反射型であること以外は、図１に示した空間光位相変調器１２と同様の機能を有する。
　プリズムミラー１７は、レーザ光源１１から入射されたレーザ光１０１を反射して、空間光位相変調器１６に向けて照射する。プリズムミラー１７は、空間光位相変調器１６で位相が変調されて戻ってきたレーザ光を反射して、対物レンズ１３に照射する。
　第３変形例に係るレーザ加工装置４も、反射型の空間光位相変調器１６が図１に示した透過型の空間光位相変調器１２と同様の機能を有するため、図１に示したレーザ加工装置１と同様の効果を有する。
　次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に制限されるものではない。以下に説明するレーザ加工装置の構成で、様々な加工条件でレーザ加工を行い、加工部の輪郭精度、及び加工時間を評価した。
　加工部の輪郭精度は、１０％より小さければ「ＯＫ」と判定し、１０％より大きければＮＧと判定した。加工時間は、１つの孔あたりの加工時間が１０００ｍｓ以下であれば「ＯＫ」と判定し、１０００ｍｓより大きければＮＧと判定した。
（レーザ加工装置の構成）
　実施例及び比較例の評価において用いたレーザ加工装置の構成を以下に示す。
・レーザ光源：サイバーレーザ製ＩＦＲＩＴ
・空間光位相変調器：浜松ホトニクス製１０４６８－０２
　　　　　　　　　（ホログラムデータは、ＩＦＴＡ法により生成）
・移動機構：シグマ光機製対物レンズアクチュエータＳＦＳ－Ｈ６０ＸＹＺ
（加工条件）
　以下の条件をパラメータとして組み合わせて、実施例１～４及び比較例１～３とした。
・加工内容の種別：貫通孔、止まり孔
・加工部寸法：７～４００μｍ、円形
・対象物：ＳＵＳ３０４（厚さ２０μｍ又は１０００μｍ）、
　　　　　ポリイミドフィルム（厚さ２０μｍ）、
　　　　　シリコーンフィルム（厚さ２００μｍ）
・トレパニング軌道の直径（Ｄｔ）：０～３９６．３μｍ
・レーザスポットの直径（ＤＩ）：３．７μｍ又は８．８μｍ
・レーザスポットの配置：４８千鳥、９６千鳥、１（位相変調なし）
（実施例１～４の評価結果）
　以下の表１に、実施例１～４の評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～４においては、空間光位相変調器によって、対象物の加工面上に複数のレーザスポットが形成されるようにしている。また、実施例１～４においては、トレパニング軌道の直径が３．３～２１．２μｍであり、全ての実施例１～４においてトレパニングが行われている。また、実施例１～４においては、Ｄｔ／ＤＩが０．９～２．４であり、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００の条件を満たしている。
　上述のような加工条件で行われた全ての実施例１～４において、加工部の輪郭精度は「ＯＫ」評価であった。また、全ての実施例１～４において、加工時間は「ＯＫ」評価であった。
（比較例１～３の評価結果）
　以下の表２に、比較例１～３の評価結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較例１は、Ｄｔが１１．２μｍでありトレパニングを行っているが、空間光位相変調器は位相変調を行っていない。従って、対象物の加工面上には１つのレーザスポットのみが形成されている。その結果、加工部の輪郭精度は「ＯＫ」評価であるが、加工時間は１０００ｍｓを超えて「ＮＧ」評価となっている。
　比較例２は、空間光位相変調器は位相変調を行い、対象物の加工面上に４８千鳥のレーザスポットを形成しているが、Ｄｔが０μｍでありトレパニングは行われていない。その結果、加工時間は「ＯＫ」評価であるが、加工部の輪郭精度は１０％を超えて「ＮＧ」評価となっている。
　比較例３は、Ｄｔが３９６．３μｍでありトレパニングを行っている。また、空間光位相変調器が位相変調を行い、対象物の加工面上に４８千鳥のレーザスポットを形成している。しかしながら、Ｄｔ／ＤＩが１０７．１であり、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００との条件は満たしていない。その結果、加工部の輪郭精度は「ＯＫ」評価であるが、加工時間は１０００ｍｓを超えて「ＮＧ」評価となっている。
　上述の実施例１～４及び比較例１～３の評価結果から、レーザ加工を高速かつ高精度で行うための好適な条件が見出せた。即ち、空間光位相変調器が位相変調を行い、対象物の加工面上に複数のレーザスポットを形成することが好ましい。また、トレパニングを行うことが好ましい。また、トレパニングは、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００との条件を満たして行うことが好ましい。
　本発明によれば、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工方法を提供することができる。また、本発明によれば、レーザ加工を高速かつ高精度で行うことが可能なレーザ加工装置を提供することができる。
　１、２、３、４　レーザ加工装置
　１１　レーザ光源
　１２　空間光位相変調器
　１３　対物レンズ
　１４　移動機構
　１５　移動機構
　１６　空間光位相変調器
　１７　プリズムミラー
　２０　対象物
　２１　加工面
　１０１　レーザ光
　１０２　レーザスポット
　１０３　孔
　１４１　第１移動機構
　１４１ａ　上部ステージ
　１４１ｂ　下部ステージ
　１４２　第２移動機構
　１４２ａ　上部ステージ
　１４２ｂ　下部ステージ
 

Claims (6)

  1. 　レーザ光源と空間光位相変調器と対物レンズと移動機構とを備えるレーザ加工装置を用いて対象物を加工するレーザ加工方法であって、
    　前記レーザ光源によって、レーザ光を出射する工程と、
    　前記空間光位相変調器によって、対象物の加工面上において複数のレーザスポットが形成されるように前記レーザ光の位相を変調する工程と、
    　前記対物レンズによって、位相が変調された前記レーザ光を前記加工面上に集光する工程と、
    　前記移動機構によって、前記複数のレーザスポットが前記加工面上においてトレパニング軌道を描くように、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる工程と、を含み、
    　前記相対移動させる工程は、前記トレパニング軌道の直径をＤｔとし、前記レーザスポットの直径をＤＩとしたときに、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、レーザ加工方法。
  2. 　前記相対移動させる工程は、前記対物レンズを移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、請求項１に記載のレーザ加工方法。
  3. 　前記相対移動させる工程は、前記対象物を移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、請求項１に記載のレーザ加工方法。
  4. 　前記相対移動させる工程は、前記対物レンズ及び前記対象物の双方を移動させることによって、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、請求項１に記載のレーザ加工方法。
  5. 　前記対象物に加工される形状は、貫通孔又は止まり孔である、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  6. 　対象物をレーザ光で加工するレーザ加工装置であって、
    　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　対象物の加工面上において複数のレーザスポットが形成されるように前記レーザ光の位相を変調する空間光位相変調器と、
    　位相が変調された前記レーザ光を前記加工面上に集光する対物レンズと、
    　前記複数のレーザスポットが前記加工面上においてトレパニング軌道を描くように、前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる移動機構と、を備え、
    　前記移動機構は、前記トレパニング軌道の直径をＤｔとし、前記レーザスポットの直径をＤＩとしたときに、０＜Ｄｔ／ＤＩ＜１００を満たすように前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる、レーザ加工装置。
     
PCT/JP2019/045123 2018-11-29 2019-11-18 レーザ加工方法及びレーザ加工装置 WO2020110809A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020217014411A KR20210062707A (ko) 2018-11-29 2019-11-18 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치
KR1020237035993A KR20230152776A (ko) 2018-11-29 2019-11-18 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018224091A JP2020082170A (ja) 2018-11-29 2018-11-29 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP2018-224091 2018-11-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020110809A1 true WO2020110809A1 (ja) 2020-06-04

Family

ID=70852029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/045123 WO2020110809A1 (ja) 2018-11-29 2019-11-18 レーザ加工方法及びレーザ加工装置

Country Status (3)

Country Link
JP (2) JP2020082170A (ja)
KR (2) KR20230152776A (ja)
WO (1) WO2020110809A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113500313A (zh) * 2021-06-23 2021-10-15 济南森峰科技有限公司 一种z轴动态移动的激光高速错位打孔方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1034365A (ja) * 1996-07-26 1998-02-10 Seiko Epson Corp レーザー微小穿孔方法、及びレーザー微小穿孔装置
JP2011110560A (ja) * 2009-11-24 2011-06-09 Phoeton Corp レーザー加工装置及びレーザー加工方法
JP2012256013A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd マスクレス加工装置
WO2016084138A1 (ja) * 2014-11-26 2016-06-02 株式会社日立製作所 レーザ照射装置，情報記録装置及び加工装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004351513A (ja) * 2003-05-30 2004-12-16 Toppan Printing Co Ltd 超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びその製造方法
JP4761432B2 (ja) 2004-10-13 2011-08-31 株式会社リコー レーザ加工装置
JP2007237242A (ja) 2006-03-09 2007-09-20 Hitachi Via Mechanics Ltd レーザ加工装置
JP2007294743A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Hitachi Cable Ltd 光モジュール及びその製造方法
JP5352911B1 (ja) * 2012-09-11 2013-11-27 福井県 光走査装置および光走査方法
JP6361179B2 (ja) * 2014-03-10 2018-07-25 大日本印刷株式会社 配線板、配線板の製造方法
JP6682963B2 (ja) * 2016-04-01 2020-04-15 凸版印刷株式会社 多層配線基板の製造方法及び剥離用積層基板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1034365A (ja) * 1996-07-26 1998-02-10 Seiko Epson Corp レーザー微小穿孔方法、及びレーザー微小穿孔装置
JP2011110560A (ja) * 2009-11-24 2011-06-09 Phoeton Corp レーザー加工装置及びレーザー加工方法
JP2012256013A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd マスクレス加工装置
WO2016084138A1 (ja) * 2014-11-26 2016-06-02 株式会社日立製作所 レーザ照射装置，情報記録装置及び加工装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113500313A (zh) * 2021-06-23 2021-10-15 济南森峰科技有限公司 一种z轴动态移动的激光高速错位打孔方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020082170A (ja) 2020-06-04
JP2023029493A (ja) 2023-03-03
KR20210062707A (ko) 2021-05-31
KR20230152776A (ko) 2023-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6249225B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP5094996B2 (ja) レーザ加工装置
TW460352B (en) Laser drilling machining method and machining device
US20110147620A1 (en) Laser patterning using a structured optical element and focused beam
JP2007253203A (ja) レーザ加工用光学装置
JP2015199071A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2004268144A (ja) レーザ加工装置
JP2009056482A (ja) 基板分割方法、及び表示装置の製造方法
US20050232316A1 (en) Laser processing device, processing method, and method of producing circuit substrate using the method
JP4647965B2 (ja) レーザ加工方法及びレーザ加工装置及びにこれよって作製された構造体
KR101582632B1 (ko) 프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법
CN101011780A (zh) 使用激光束形成通孔的方法
JP6632203B2 (ja) レーザー加工装置及びレーザー加工方法
JP2023029493A (ja) レーザ加工方法及びレーザ加工装置
TW202135965A (zh) 雷射加工裝置和雷射加工工件的方法
JP4467390B2 (ja) レーザ加工方法及びレーザ照射装置
JP2006122927A (ja) レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP2019051529A (ja) 半導体製造装置
CN116323071A (zh) 用于在工作平面上产生激光线的设备
JP2003290959A (ja) レーザ加工方法
JP2008238261A (ja) ビーム照射装置、及び、ビーム照射方法
JP2008105046A (ja) ビーム照射方法、及び、ビーム照射装置
JP2007111749A (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JPS62168688A (ja) レ−ザ加工装置
TW202231393A (zh) 雷射加工設備、操作該設備的方法以及使用其加工工件的方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19890443

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217014411

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19890443

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1