DE60130068T2

DE60130068T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Laserbehandlung

Info

Publication number: DE60130068T2
Application number: DE60130068T
Authority: DE
Inventors: Keiji Iso
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: CN1332054A; US6710289B2; JP3522654B2; KR20010111016A; JP2001347388A; EP1166948B1; US20030205561A1; EP1166948A2; DE60130068D1; US20010050931A1; EP1166948A3; TW494042B; CN1145541C; US6580055B2; ATE370812T1; HK1043559A1

Description

Hintergrund der Erfindung
a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren, und insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren zum Anwenden eines Pulslaserstrahls mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich auf ein Werkstück und zum Ausbilden eines Lochs in dem oder durch das Werkstück.
b) Beschreibung des Standes der Technik
Ein herkömmliches Laserbearbeitungsverfahren wird beschrieben, indem ein Beispiel eines Verfahrens zum Bilden eines Lochs in einem oder durch ein mehrlagiges Verdrahtungssubstrat herangezogen wird. Ein Infrarotpulslaserstrahl, der von einem Kohlenstoff-Dioxid-Gaslaseroszillator abgestrahlt wird, wird auf eine Kunststoffschicht eines mehrlagigen Verdrahtungssubstrats konvergiert. Organische Substanz in diesem Bereich, auf den der Laserstrahl gerichtet bzw. angewendet wird, wird thermisch zersetzt und ein Loch wird in diesem Bereich ausgebildet. Mit diesem Verfahren kann ein Durchgangsloch von 100 bis 200 μm im Durchmesser durch eine Kunststoffschicht von etwa 40 bis 80 μm Dicke gebildet werden. Ein Kohlenstoff-Dioxid-Gaslaseroszillator kann einen Pulslaserstrahl mit einer hohen Energie pro einem Puls abstrahlen. Dieser Pulslaserstrahl kann ein Durchgangsloch durch beispielsweise drei Schüsse bilden.
Löcher mit kleineren Durchmessern sind wünschenswert, die in einem Mehrschicht-Verdrahtungssubstrat einer integrierten Halbleiterschaltung gebildet werden sollen, die eine höhere Integrationsdichte aufweisen sollen. Eine untere Grenze des Durchmessers eines Lochs ist etwa fünfmal die Wellenlänge eines verwendeten Laserstrahls. Wenn ein Kohlenstoff-Dioxid-Laser verwendet wird, ist die untere Grenze eines Lochs etwa 50 μm. Es ist in der Praxis schwierig ein Loch mit einem Durchmesser kleiner als 50 bis 60 μm unter Verwendung eines Kohlenstoff-Dioxid-Gaslasers zu bilden.
Wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im Ultraviolettbereich verwendet wird, kann ein Loch mit einem kleineren Durchmesser gebildet werden. Es ist jedoch schwierig, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge im Ultraviolettbereich und einer großen Leistung zu erzeugen. Wenn ein Laserstrahl mit einer kleinen Leistung zur Bearbeitung eines Mehrlagen-Verdrahtungssubstrats verwendet wird, verlängert sich die Bearbeitungszeit und die Produktivität verringert sich.
Aus der US-A-4 925 523 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ablatieren eines Teils eines Substrats bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung mit einer ersten Wellenlänge, eine zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Strahlung mit einer zweiten, längeren Wellenlänge, und Einrichtungen zum Führen oder Richten der Strahlung von der ersten oder zweiten Strahlungsquelle zu im Wesentlichen demselben Bereich des Substrats, sowie Einrichtungen, die der ersten und zweiten Strahlungsquelle zugeordnet sind, um die Zeitseparierung zwischen der Erzeugung der Strahlung durch die erste und zweite Strahlungsquelle zu steuern. Weiterhin ist aus dem US-Patent 5 841 099 das Bohren in einem Mehrschichtsubstrat mittels einer UV-Strahlung bekannt, die geeignete Parameter für die unterschiedlichen Schichten aufweist. Aus der EP-A-0 884 128 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Fertigung einer mehrschichtigen gedruckten Leiterplatte bekannt, die einen CO₂-Laseroszillator aufweist, dessen Laserstrahl in seiner Diffraktion bzw. Beugung gesteuert wird. Wenn der Laserstrahl konzentriert bzw. gebündelt wird, ist der Begrenzungswert der Bündelungsgrenze verringert. Dadurch wird der Spotdurchmesser des Laserstrahls verringert, und ein Loch wird in den Zwischenlagenkunststoff auf einem Substrat gebohrt. Weiterhin beschreibt die EP-A-0 342 836 die Kombination mehrerer identischer Laserstrahlen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu schaffen und ein Laserbearbeitungsverfahren vorzuschlagen, die bzw. das eine Verkürzung der Bearbeitungszeit durch Verwendung eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 3 erreicht. Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 bzw. 4.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung geschaffen, die Folgendes aufweist:
eine Steuereinheit zum Abgeben eines ersten Ereignissignals mit einer periodischen Wellenform und eines zweiten Ereignissignals mit einer periodischen Wellenform, die mit dem ersten Ereignissignal synchronisiert ist; eine erste Laserquelle zum Abstrahlen eines ersten Pulslaserstrahls mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich, synchron mit dem ersten Ereignissignal; eine zweite Laserquelle zum Abstrahlen eines zweiten Pulslaserstrahls mit einer Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich, synchron mit dem zweiten Ereignissignal; ein optisches Konvergierungssystem zum Konvergieren der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen am selben Punkt; und Halter zum Halten eines Werkstücks an einer Position, an der ein Pulslaserstrahl, der durch das optische Konvergierungssystem konvergiert wurde, angewendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Laserbearbeitungsverfahren mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen: Abstrahlen eines ersten Pulslaserstrahls von einer ersten Laserquelle, wobei der erste Pulslaserstrahl eine Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich aufweist; Abstrahlen eines zweiten Laserpulsstrahls von einer zweiten Laserquelle synchron mit dem ersten Pulslaserstrahl, wobei der zweite Pulslaserstrahl eine Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich aufweist; und Anwenden des ersten und zweiten Pulslaserstrahls auf einen selben Bearbeitungsbereich eines Werkstücks, um ein Loch im selben Bearbeitungsbereich auszubilden.
Wenn die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls alternativ auf denselben Punkt eines Werkstücks angewandt werden, kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit etwa verdoppelt werden. Wenn die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls sich überlappen, kann die Energie pro Puls erhöht werden, so dass ein Werkstück bearbeitet kann, das eine große Energie zur Ausbildung eines Lochs erfordert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Laserbearbeitungsverfahren mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen:
Vorbereiten eines Werkstücks mit einer ersten Schicht und einer unter der ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht, wobei ein Loch in der ersten Schicht geformt werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls mit einer ersten Energie pro einem Puls, und ein Loch in der zweiten Schicht ausgebildet werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls, der nicht die erste Energie pro einem Puls, sondern eine zweite Energie pro einem Puls aufweist, die höher als die erste Energie ist; Anwenden eines ersten Pulslaserstrahls und eines zweiten Pulslaserstrahls auf die erste Schicht in einem Bearbeitungsbereich der ersten Schicht unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen alternativ auf die erste Schicht angewendet werden, um ein erstes Loch in der ersten Schicht zu bilden und eine Teiloberfläche der zweiten Schicht unter der ersten Schicht freizulegen, wobei der erste Pulslaserstrahl von einer ersten Laserquelle abgestrahlt wird und eine Wellenlänge in einem ultravioletten Bereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl von einer zweiten Laserquelle abgestrahlt wird und eine Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich aufweist; und
Anwenden der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen auf die zweite Schicht, die auf einem Boden des ersten Lochs freigelegt ist, unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen sich wenigstens teilweise überlappen, um ein zweites Loch in der zweiten Schicht zu bilden, wobei der erste Pulslaserstrahl von der ersten Laserquelle abgestrahlt wird und die Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl von der zweiten Laserquelle abgestrahlt wird und die Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist.
Durch Ändern der Zeitkondition des ersten und zweiten Pulslaserstrahls können die ersten und zweiten Schichten kontinuierlich bearbeitet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen mit: einer Steuereinheit zum Abgeben eines ersten Ereignissignals mit einer periodischen Wellenform und eines zweiten Ereignissignals mit einer periodischen Wellenform, die dem ersten Ereignissignal synchron ist; einer ersten Laserquelle zum Abstrahlen eines ersten Pulslaserstrahls in einer Wellenlänge in einem infraroten oder visuellen Bereich, synchron mit dem ersten Ereignissignal, einer zweiten Laserquelle zum Abstrahlen eines zweiten Pulslaserstrahls mit einer Wellenlänge in dem infraroten oder visuellen Bereich, synchron mit dem zweiten Ereignissignal; einem optischen Führungs- bzw. Ausbreitungssystem zum Ändern einer optischen Achse von wenigstens einem der ersten und zweiten Laserstrahlen, um den ersten und zweiten Pulslaserstrahl entlang einer selben optischen Achse verlaufen zu lassen; einer nicht linearen optischen Komponente zum Erzeugen einer harmonischen Welle mit einer Wellenlänge in einem ultravioletten Bereich aus dem ersten und zweiten Pulslaserstrahl, um dieselbe optische Achse durch das optische Ausbreitungssystem zu haben; ein optisches Konvergierungssystem zum Konvergieren der harmonischen Welle; und Halter zum Halten eines Werkstücks an einer Position, an der die harmonische Welle auftrifft, die durch das optische Konvergierungssystem konvergiert wurde.
Da die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls die nicht lineare optische Komponente alternativ erreichen, wird eine harmonische Welle mit einer Wiederholungsfrequenz erzeugt, die doppelt so hoch ist wie die Wiederholungsfrequenz von jedem der Eingangspulslaserstrahlen. Eine Verarbeitungszeit kann daher verkürzt werden. Wenn sich die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen überlappen und ineinander liegend werden bei der nicht linearen optischen Komponente, erhöht sich die Energie pro einem Puls der harmonischen Welle, so dass ein Werkstück bearbeitet werden kann, das eine große Energie zur Bildung eines Lochs erfordert.
Wie zuvor bereits beschrieben, kann die Lochbildungszeit durch Kombinieren der Pulslaserstrahlen verkürzt werden, die von den zwei Laserquellen abgestrahlt werden, um eine vorgegebene Phasendifferenz zu haben. Durch Überlappung der Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls kann die Energie pro einem Puls erhöht werden. Auch wenn eine ausreichende Energie pro einem Puls durch eine Laserquelle nicht erreicht werden kann, kann eine ausreichende Energie durch die Verwendung von zwei Laserquellen erhalten werden. Ein Loch kann in einem Werkstück auch dann gebildet werden, wenn es eine große Energie pro einem Puls erfordert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
2 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise eines ersten Steuermodus der Laserverarbeitungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wiedergibt.
3 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Funktion eines zweiten Steuermodus der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel wiedergibt.
4 zeigt eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Ausgangscharakteristik einer dritten harmonischen Welle eines Nd:YAG–Lasers wiedergibt.
5 zeigt einen Querschnitt durch ein Mehrschicht-Verdrahtungssubstrat.
6 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. Eine erste und zweite Laserquelle 1 und 2 geben Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ mit einer Wellenlänge im Ult raviolettbereich synchron mit Ereignissignalen sig₁ und sig₂ ab. Die erste und zweite Laserquelle 1 und 2 umfassen jeweils beispielsweise einen Nd:YAG-Laseroszillator und nicht lineare optische Komponenten. Die Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ sind jeweils beispielsweise eine dritte harmonische Welle (355 nm in der Wellenlänge) eines Pulslaserstrahls, die von einem Nd:YAG-Laseroszillator abgegeben wird. Die Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ sind in vertikaler bzw. horizontaler Richtung linear polarisiert.
Der von der ersten Laserquelle 1 abgestrahlte Pulslaserstrahl pl₁ wird an einem Umlenkspiegel 5 reflektiert und fällt auf die vordere Fläche eines Polarisators 6 mit einem Einfallwinkel von 45° auf. Der von der zweiten Laserquelle 2 abgestrahlte Pulslaserstrahl pl₂ fällt auf die Rückseite des Polarisators 6 mit einem Einfallwinkel von 45° auf. Der Polarisator 6 reflektiert den Pulslaserstrahl pl₁, der in vertikaler Richtung linear polarisiert wurde, und lässt den Pulslaserstrahl pl₂ durch, der in horizontaler Richtung linear polarisiert wurde.
Die Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ werden vom Polarisator 6 auf dieselbe optische Achse zusammengefasst, um einen Pulslaserstrahl pl₃ zu bilden. Der Pulslaserstrahl pl₃ wird an einem Umlenkspiegel 9 reflektiert. Der reflektierte Pulslaserstrahl pl₄ trifft auf einen Galvano-Scanner 10 auf. Der Galvano-Scanner 10 scannt bzw. tastet die optische Achse des Pulslaserstrahls pl₄ in zweidimensionaler Richtung in Abhängigkeit eines Befehlssignals sig₀ ab.
Der durch den Galvano-Scanner 10 hindurchgehende Pulslaserstrahl wird von einer Konvergenz- bzw. Sammellinse 11 konvergiert, um einen Pulslaserstrahl pl₅ zu bilden. Beispielsweise ist die Konvergenzlinse 11 eine fθ-Linse. Ein Werkstück 20 wird von einem Halter 12 an einer Konvergenzposition des Pulslaserstrahls pl₅ gehalten.
Eine Steuereinheit 13 stellt der ersten und zweiten Laserquelle 1 und 2 das Ereignissignal sig₁ und sig₂ mit einer periodischen Wellenform bereit. Die Steuereinheit 13 wählt eine der ersten und zweiten Steuermoden aus und kann die Ereignissignale sig₁ und sig₂ mit einer Phasendifferenz bereitstellen, die dem jeweiligen Steuermodus spezifisch ist. Die Steuereinheit 13 stellt dem Galvano-Scanner 10 weiterhin das Steuersignal sig₀ bereit.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 die Zeitverläufe der Pulslaserstrahlen, die bei der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung verwendet werden, beschrieben.
2 zeigt einen zeitlichen Verlauf des ersten Steuermodus. Die Ereignissignale sig₁ und sig₂ sind Pulssignale, die dieselbe Frequenz haben und zueinander synchronisiert sind. Die Phase des Ereignissignals sig₂ bleibt um 180° gegenüber der Phase des Ereignissignals sig₁ zurück. Der Pulslaserstrahl pl₁ ist mit dem Ereignissignal sig₁ synchronisiert, während der Pulslaserstrahl pl₂ zum Ereignissignal sig₂ synchron ist. Der Pulslaserstrahl pl₂ liegt daher gegenüber dem Pulslaserstrahl pl₁ in der Phase um 180° zurück. Die Pulswiederholungsfrequenzen der Pulslaserstrahlen pl₃ bis pl₅, die durch Kombination der Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ gebildet wurden, sind daher doppelt so hoch wie die Frequenz der Ereignissignale sig₁ und sig₂.
4 zeigt einen Kurvenverlauf von einem Beispiel der Ausgangscharakteristik einer dritten harmonischen Welle von jedem der ersten und zweiten Laserquellen 1 und 2, die Nd:YAG-Laseroszillatoren verwenden. Auf der Abszisse ist die Pulswiederholungsfrequenz in der Einheit "kHz" und auf der Ordinate ein Laserausgangswert in der Einheit "W" aufgetragen. Bei der Wiederholungsfrequenz von etwa 5 kHz weist der Laserausgangswert einen Maximalwert auf. Im Wiederholungsfrequenzbereich, der nicht kleiner als 5 kHz ist, wird der Laserausgangswert allmählich kleiner, wenn die Wiederholungsfrequenz ansteigt. Diese Tendenz ist nicht nur auf einen Nd:YAG-Laseroszillator beschränkt, sondern andere Festkörperlaser weisen dieselbe Tendenz auf.
Um ein Loch in oder durch einen Kunststofffilm auszubilden, ist eine Energiedichte pro einem Puls eines Pulslaserstrahls üblicherweise erforderlich, der einen Schwellwert oder einen höheren Wert aufweist. Wenn beispielsweise ein Loch in einem Epoxykunststofffilm ausgebildet werden soll, ist eine Energie dichte pro einem Puls erforderlich, die etwa ein J/cm² oder höher ist. Eine Energie pro einem Puls, der zur Ausbildung eines Lochs erforderlich ist, ist durch den Bereich bzw. die Fläche des Loches bestimmt. Die Energie pro einem Puls ist durch P/f [J] gegeben, wobei P [W] ein Ausgangswert des Pulslaserstrahls und f [Hz] eine Pulswiederholungsfrequenz ist. Der Bereich, bei dem die Energie Pf pro einem Puls den erforderlichen Schwellwert oder einen höheren Schwellwert annimmt, kann aus der Ausgangscharakteristik bestimmt werden, wie sie in 2 dargestellt ist. Wenn die Laserquellen 1 und 2 in diesem Bereich betrieben werden, kann ein Loch in einem Kunststofffilm gebildet werden.
Die Wiederholungsfrequenz des auf das Werkstück 20 angewendeten Pulslaserstrahls pl₅ ist 10 kHz, die doppelt so hoch wie die Frequenz der Ereignissignale sig₁ und sig₂ ist. Die Lochausbildungszeit kann um etwa 1/2 im Vergleich zur Verwendung eines Laseroszillators verkürzt werden.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf des zweiten Steuermodus. In dem in 2 dargestellten ersten Steuermodus eilt die Phase des Ereignissignals sig₂ der Phase des Ereignissignals sig₁ um 180° nach. Im zweiten Steuermodus ist die Phasennacheilung klein. Entsprechend überlappen sich die Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ teilweise und bilden die Pulslaserstrahlen pl₃ bis pl₅, die durch Kombination der Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ gebildet werden. Die Breite jedes Pulses wird also vergrößert und die Energie pro einem Puls wird verdoppelt. Die Phasen der Ereignissignale sig₁ und sig₂ können gleich eingestellt werden, um vollständig jeden Puls des Pulslaserstrahls pl₁ bei jedem Puls des Pulslaserstrahls pl₂ vollständig zu überlagern. In diesem Falle wird die Pulsbreite nicht größer, vielmehr wird die Spitzenleistung etwa verdoppelt.
Um ein Loch in einer Kupferfolie zu bilden, erfordert dies eine Energiedichte pro einem Puls üblicherweise von etwa 10 J/cm² oder höher. Wenn der Durchmesser eines Lochs 100 μm ist, ist eine Energie pro einem Puls von etwa 7,9 × 10^-4 J oder darüber erforderlich. In dem in 2 dargestellten ersten Steuermodus ist es schwierig, die Energie pro einem Puls auf etwa 7,9 × 10^-4 J oder darüber einzustellen. Durch teilweise Überlappung der beiden Pulslaserstrahlen, wie dies in 3 dargestellt ist, kann die Energie pro einem Puls, die zur Ausbildung eines Lochs in einer Kupferfolie erforderlich ist, erhalten werden.
Auch wenn die Energie pro einem Puls nicht ausreicht, kann die erforderliche Energie pro einem Puls durch Konvergieren des Laserpulses und Verringern des Strahldurchmessers erhalten werden. Da der Laserdurchmesser klein ist, ist es in diesem Falle jedoch erforderlich, die Anwendungsposition des Laserstrahls zu verändern, um ein Loch mit einer gewünschten Größe auszubilden. Beispielsweise ist ein Scheibenausschneiden oder ein Hohlbohren (trepanning) oder eine Spiralbearbeitung erforderlich. Wie bei dieser Ausführungsform kann durch Erhöhen der Energie pro einem Puls ein Loch mit einem Durchmesser von etwa 100 μm ohne Scheibenausschneiden oder dergleichen gebildet werden.
Wenn die Wiederholungsfrequenz auf beispielsweise 10 kHz eingestellt wird, ist der Ausgangswert einer Laserquelle etwa 4 W, wie sich aus 4 ergibt. Die Leistung jeder der in 3 dargestellten Laserstrahlen pl₃ bis pl₅ ist daher 8 W. Die Energie pro einem Puls ist 8 × 10^-4 J. Obgleich es mit einer Laserquelle schwierig ist, ein Loch in einer Kupferfolie auszubilden, kann die Energie pro einem Puls ausreichend groß gemacht werden, um ein Loch in einer Kupferfolie auszubilden, in dem zwei Laserquellen und überlagernde Pulse verwendet werden.
Die Pulsbreite und die Spitzenintensität der Laserstrahlen pl₃ bis pl₅, wie sie in 3 dargestellt sind, hängen von der Phasendifferenz zwischen den Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ ab. Durch Einstellung der Phasendifferenz zwischen den Ereignissignalen sig₁ und sig₂ kann die Pulsbreite und die Spitzenintensität der Pulslaserstrahlen pl₃ bis pl₅ auf einfache Weise gesteuert werden.
5 zeigt einen Querschnitt durch ein Mehrlagen-Verdrahtungssubstrat. Eine Huckepackplatte bzw. ein Package-Board 22 ist auf der Oberfläche einer Mutterplatte 21 befestigt. Ein integrierter Halbleiterschaltungschip 23 ist auf der Hu ckepackplatte 22 befestigt. Die Mutterplatte 21 und die Huckepackplatte 22 bestehen aus einem Epoxykunststoff, der Glasfasergewebe enthält.
Kupferverdrahtungsschichten 25 sind in der Mutterplatte 21 eingebettet ausgebildet. Ein Durchtrittsloch 26 erstreckt sich von der Oberfläche der Mutterplatte 21 zur Kupferverdrahtungsschicht 25. Ein Durchgangsloch 27 ist durch die Mutterplatte 21 hindurch ausgebildet. Im Durchtrittsloch 26 und Durchgangsloch 27 ist Kupfer eingefüllt. In entsprechender Weise ist eine Kupferverdrahtungsschicht 28 und ein Durchtrittsloch 29 in der Huckepackplatte 22 ausgebildet. Die Durchtrittslöcher 26 und 29 und das Durchgangsloch 27 werden unter Verwendung der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung gebildet. Die Laserbearbeitung wird an der getrennten Mutterplatte 21 und der Huckepackplatte 22 durchgeführt, bevor Letztere 22 auf Ersterer 21 befestigt wird.
Die Durchtrittslöcher 26 und 29 werden in dem in 2 dargestellten ersten Steuermodus ausgeführt. In diesem Falle ist die Energie pro einem Puls des Pulslaserstrahls pl₅ ausreichend groß, um ein Loch in der Kunststoffschicht zu bilden. Diese Energie ist jedoch nicht ausreichend, um ein Loch in der Kupferverdrahtungsschicht zu bilden, die auf dem Boden des Durchtrittslochs ungeätzt belassen ist.
Um das Durchgangsloch 27 auszubilden, nachdem ein Loch durch die Kunststoffschicht im ersten Steuermodus ausgebildet wurde, wird ein weiteres Loch in dem in 3 dargestellten zweiten Steuermodus durch die Kupferverdrahtungsschicht ausgebildet. Im letztgenannten Falle ist die Energie pro einem Puls des Pulslaserstrahls pl₅ ausreichend groß, um ein Loch in der Kupferfolienschicht zu bilden. Das Durchgangsloch 27 kann in dieser Weise durch alternatives Wiederholen der Laserbearbeitung im ersten und zweiten Steuermodus ausgebildet werden.
Wenn ein Loch durch eine Kupferfolienschicht, die auf der Oberfläche eines Kunststoffsubstrats ausgebildet ist, geschaffen werden soll, wird das Loch durch die Kupferfolienschicht zuerst im zweiten Steuermodus ausgebildet. Die se Laserbearbeitung kann automatisch gestoppt werden, wenn das Loch durch die Kupferfolienschicht hindurch gebildet ist, und zwar durch vorhergehendes Einstellen der Anzahl der anzuwendenden Pulse entsprechend der Dicke der Kupferfolienschicht. Nachdem das Loch durch die Kupferfolienschicht gebildet worden ist, wird der Modus zum ersten Steuermodus umgeschaltet, und ein weiteres Loch wird durch die Kunststoffschicht hindurch ausgebildet. Die Anzahl der Pulse, die während der Laserbearbeitung im ersten Steuermodus angewandt werden, wird auch vorher eingestellt.
Bei dieser Ausführungsform wird eine dritte harmonische Welle eines Nd:YAG-Lasers als der Pulslaserstrahl mit einer Wellenlänge im Ultraviolettbereich verwendet. Andere Laserstrahlen können auch verwendet werden. Beispielsweise kann eine vierte und fünfte harmonische Welle eines Nd:YAG-Lasers verwendet werden, und ein YLF-Laser oder YVO₄-Laser kann anstelle eines Nd:YAG-Lasers eingesetzt werden. Eine Grundwelle eines KrF-Excimerlasers oder eines XeCl-Excimerlasers kann benutzt werden.
Auch in diesem Beispiel wird der Pulslaserstrahl pl₁, der von der ersten Laserquelle 1 abgestrahlt wird, und der Pulslaserstrahl pl₂, der von der zweiten Laserquelle 2 abgestrahlt wird, entlang derselben optischen Achse geführt und auf einen Bearbeitungsposition eines Werkstücks konvergiert. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ entlang derselben optischen Achse verlaufen. Beispielsweise können der erste und zweite Pulslaserstrahl pl₁ und pl₂ entlang unterschiedlicher optischer Achsen verlaufen, die sich an der Bearbeitungsposition eines Werkstücks kreuzen.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform werden dritte harmonische Wellen der beiden Nd:YAG-Laser kombiniert, während bei der zweiten Ausführungsform Grundwellen kombiniert werden und dann die dritte harmonische Welle gebildet wird. Die grundsätzliche Struktur einer in 6 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung ist ähnlich der der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsverarbeitungsvorrichtung. Es sollen daher nur die unterschiedlichen Punkte zwischen den beiden Vorrichtungen beschrieben werden.
Wie in 6 dargestellt ist, strahlen die erste und zweite Laserquelle 1 und 2 Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ mit einer Wellenlänge im Infrarot- oder sichtbaren Bereich ab. Eine nicht lineare optische Komponente 15 ist auf der optischen Achse eines Pulslaserstrahls pl₃ angeordnet, der durch Kombination der beiden Pulslaserstrahlen pl₁ und pl₂ gebildet wird. Die nicht lineare optische Komponente 15 erzeugt eine harmonische Welle, beispielsweise die dritte harmonische Welle des Pulslaserstrahls pl₃. Die nicht lineare optische Komponente 15 kann an irgendeiner Stelle entlang des optischen Wegs des Pulslaserstrahls von einem Polarisator 6 zu einem Werkstück 20 angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind Abwandlungen, Änderungen, Verbesserungen und Kombinationen möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims

Laserbearbeitungsverfahren mit folgenden Verfahrensschritten: Vorbereiten eines Werkstücks mit einer ersten Schicht und einer unter der ersten Schichtausgebildeten zweiten Schicht, wobei ein Loch in der ersten Schicht geformt werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls mit einer ersten Energie pro einem Puls und ein Loch in der zweiten Schicht ausgebildet werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls, der nicht die erste Energie pro einem Puls, sondern eine zweite Energie pro einem Puls aufweist, die höher als die erste Energie ist; gekennzeichnet durch Anwenden eines ersten Pulslaserstrahls (pl₁) und eines zweiten Pulslaserstrahls (pl₂) auf die erste Schicht in einem Bearbeitungsbereich der ersten Schicht unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) alternativ auf die erste Schicht angewendet werden, um ein erstes Loch in der ersten Schicht zu bilden und eine Teiloberfläche der zweiten Schicht unter der ersten Schicht freizulegen, wobei der erste Pulslaserstrahl (pl₁) von einer ersten Laserquelle (1) abgestrahlt wird und eine Wellenlänge in einem ultravioletten Bereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl (pl₂) von einer zweiten Laserquelle (2) abgestrahlt wird und eine Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist; und Anwenden der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) auf die zweite Schicht, die auf einem Boden des ersten Lochs freigelegt ist, unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) sich wenigstens teilweise überlappen, um ein zweites Loch in der zweiten Schicht zu bilden, wobei der erste Pulslaserstrahl (pl₁) von der ersten Laserquelle (1) abgestrahlt wird und die Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl (pl₂) von der zweiten Laserquelle (2) abgestrahlt wird und die Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung mit: einer Steuereinheit (13) zum Abgeben eines ersten Ereignissignals (sig1) mit einer periodischen Wellenform und eines zweiten Ereignissignals (sig2) mit einer periodischen Wellenform, die mit dem ersten Ereignissignal (sig1) synchronisiert ist; einer ersten Laserquelle (1) zum Abstrahlen eines ersten Pulslaserstrahls (pl₁) mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich, synchron mit dem ersten Ereignissignal (sig₁); einer zweiten Laserquelle (2) zum Abstrahlen eines zweiten Pulslaserstrahls (pl₂) mit einer Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich, synchron mit dem zweiten Ereignissignal (sig2); einem optischen Konvergierungssystem zum Konvergieren der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) am selben Punkt; und Haltern (12) zum Halten eines Werkstücks (20) an einer Position, an der ein Pulslaserstrahl, der durch das optische Konvergierungssystem konvergiert wurde, angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) einen ersten Steuermodus (2) und einen zweiten Steuermodus (3) liefern, das erste und zweite Ereignissignal (sig1, sig2) im ersten Steuermodus in der Weise abgibt, dass die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) alternativ an eine Bearbeitungsposition des Werkstücks (20) bereit gestellt werden und das erste und zweite Ereignissignal (sig1, sig2) im zweiten Steuermodus derart ausgegeben wird, dass die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) sich wenigstens teilweise überlappen und an die Bearbeitungsposition gebracht werden, und die Steuereinheit (13) das erste Ereignissignal (sig1) und das zweite Ereignissignal (sig2) im ersten Steuermodus abgibt, so dass eine bestimmte Anzahl an Pulsen des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) die zuvor eingestellt sind, an die Bearbeitungsposition des Werkstücks (20) ausgegeben werden und dann das erste Ereignissignal (sig1) und das zweite Ereignissignal (sig2) im zweiten Kontrollmodus abgegeben werden, so dass Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) an dieselbe Bearbeitungsposition des Werkstücks (2) gebracht werden.
Laserbearbeitungsverfahren mit folgenden Verfahrensschritten: Vorbereiten eines Werkstücks mit einer ersten Schicht und einer unter der ersten Schicht ausgebildeten zweiten Schicht, wobei ein Loch in der zweiten Schicht geformt werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls mit einer ersten Energie pro einem Puls und ein Loch in der ersten Schicht ausgebildet werden kann durch Anwenden eines Ultraviolett-Pulslaserstrahls, der nicht die erste Energie pro einem Puls, sondern eine zweite Energie pro einem Puls aufweist, die höher als die erste Energie ist; gekennzeichnet durch Anwenden eines ersten Pulslaserstrahls (pl₁) und eines zweiten Pulslaserstrahls (pl₂) auf die erste Schicht in einem Bearbeitungsbereich der ersten Schicht unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) alternativ auf die erste Schicht angewendet werden, um ein erstes Loch in der ersten Schicht zu bilden und eine Teiloberfläche der zweiten Schicht unter der ersten Schicht freizulegen, wobei der erste Pulslaserstrahl (pl₁) von einer ersten Laserquelle (1) abgestrahlt wird und eine Wellenlänge in einem ultravioletten Bereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl (pl₂) von einer zweiten Laserquelle (2) abgestrahlt wird und eine Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist; und Anwenden der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) auf die zweiten Schicht, die auf einem Boden des ersten Lochs freigelegt ist, unter einer Zeitbedingung, dass die Pulse der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) sich wenigstens teilweise überlappen, um ein zweites Loch in der zweiten Schicht zu bilden, wobei der erste Pulslaserstrahl (pl₁) von der ersten Laserquelle (1) abgestrahlt wird und die Wellenlänge in den Ultraviolettbereich aufweist, und der zweite Pulslaserstrahl (pl₂) von der zweiten Laserquelle (2) abgestrahlt wird und die Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung mit: einer Steuereinheit (13) zum Abgeben eines ersten Ereignissignals (sig1) mit einer periodischen Wellenform und eines zweiten Ereignissignals (sig2) mit einer periodischen Wellenform, die mit dem ersten Ereignissignal (sig1) synchronisiert ist; einer ersten Laserquelle (1) zum Abstrahlen eines ersten Pulslaserstrahls (pl₁) mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich, synchron mit dem ersten Ereignissignal (sig1); einer zweiten Laserquelle (2) zum Abstrahlen eines zweiten Pulslaserstrahls (pl₂) mit einer Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich, synchron mit dem zweiten Ereignissignal (sig2); einem optischen Konvergierungssystem zum Konvergieren der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) am selben Punkt; und Haltern (12) zum Halten eines Werkstücks (20) an einer Position, an der ein Pulslaserstrahl, der durch das optische Konvergierungssystem konvergiert wurde, angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) einen ersten Steuermodus (2) und einen zweiten Steuermodus (3) liefern, das erste und zweite Ereignissignal (sig1, sig2) im ersten Steuermodus in der Weise abgibt, dass die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) alternativ an eine Bearbeitungsposition des Werkstücks (20) bereit gestellt werden und das erste und zweite Ereignissignal (sig1, sig2) im zweiten Steuermodus derart ausgegeben wird, dass die Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) sich wenigstens teilweise überlappen und an die Bearbeitungsposition gebracht werden, und die Steuereinheit (13) das erste Ereignissignal (sig1) und das zweite Ereignissignal (sig2) im ersten Steuermodus abgibt, so dass eine bestimmte Anzahl an Pulsen des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) die zuvor eingestellt sind, an die Bearbeitungsposition des Werkstücks (20) ausgegeben werden und dann das erste Ereignissignal (sig1) und das zweite Ereignissignal (sig2) im zweiten Kontrollmodus abgegeben werden, so dass Pulse des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) an dieselbe Bearbeitungsposition des Werkstücks (2) gebracht werden.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, bei dem das optische Konvergierungssystem wenigstens einen der ersten und zweiten Pulslaserstrahlen (pl₁, pl₂) ändert, und den ersten und zweiten Pulslaserstrahl (pl₁, pl₂) in der Weise konvergieren lässt, dass der erste und zweite Pulslaserstrahl entlang einer selben optischen Achse verläuft.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, bei der die Steuereinheit (13) im zweiten Steuermodus einen Überlappungsgrad zwischen den Pulsen des ersten und zweiten Pulslaserstrahls (pl₁, pl₂) steuern bzw. regeln kann.