特開 2020-82170 レーザ加工方法及びレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-82170(P2020-82170A)

(43)【公開日】2020年6月4日

(54)【発明の名称】レーザ加工方法及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/067 20060101AFI20200508BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20200508BHJP

   B23K 26/382 20140101ALI20200508BHJP

   B23K 26/386 20140101ALI20200508BHJP

   B23K 26/388 20140101ALI20200508BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/067

   B23K26/08 Z

   B23K26/08 D

   B23K26/08 F

   B23K26/382

   B23K26/386

   B23K26/388

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-224091(P2018-224091)

(22)【出願日】2018年11月29日

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100195556

【弁理士】

【氏名又は名称】柿沼 公二

(74)【代理人】

【識別番号】100169823

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 雄郎

(72)【発明者】

【氏名】柴田 章広

(72)【発明者】

【氏名】小田桐 広和

(72)【発明者】

【氏名】土井 克浩

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD12

4E168AD14

4E168AD15

4E168CB03

4E168CB07

4E168DA02

4E168DA04

4E168DA13

4E168DA23

4E168DA24

4E168DA25

4E168DA28

4E168EA00

4E168EA02

4E168EA06

4E168EA11

4E168EA15

4E168EA19

4E168EA20

4E168JA02

4E168JA06

4E168JA12

4E168JA14

4E168JA17

4E168JA25

4E168JB01

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】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、レーザ加工方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−１１３１８５号公報

【特許文献2】特開２００７−２３７２４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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。

【発明の効果】

【0010】

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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】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。

【図2A】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。

【図2B】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。

【図2C】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。

【図3】移動機構の概略構成の一例を示す図である。

【図4A】移動機構のＸ方向の移動の一例を示す図である。

【図4B】移動機構のＹ方向の移動の一例を示す図である。

【図4C】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。

【図5】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。

【図6A】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）。

【図6B】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）。

【図6C】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）。

【図7】対象物に実際に孔が形成された様子を示す図である。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を、実施形態に基づき詳細に説明する。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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、

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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）。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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）。

【0049】

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。

【0050】

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

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

（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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

（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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

（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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【実施例】

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

（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

【0074】

（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）

【0075】

（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。

【0076】

【表1】

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

（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。

【0080】

【表2】

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【産業上の利用可能性】

【0085】

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。

【符号の説明】

【0086】

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

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】