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公開番号2025106412
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-15
出願番号2025062873,2022567541
出願日2025-04-07,2021-03-10
発明の名称レーザ加工されたワークピースの指示された検査を容易にするレーザ加工装置及びこれを動作させる方法
出願人エレクトロサイエンティフィックインダストリーズインコーポレーテッド
代理人個人
主分類B23K 26/00 20140101AFI20250708BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】ワークピースに特徴部を形成するためのレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】a)1組の特徴部を形成するためにワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおける装置の少なくとも1つの特性、b)1組の特徴部を形成するためにワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおけるワークピースの少なくとも1つの特性、及び/又はc)1組の特徴部を形成するためにワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおいて装置が位置している周囲環境の少なくとも1つの特性を表すプロセス制御データを生成可能な少なくとも1つのセンサを含む。これにより、ワークピースに形成された特徴部のいずれかが欠陥を有するか否かを予測するためにプロセス制御データが処理され、欠陥を有すると予測された特徴部の位置が特定される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ワークピースに特徴部を形成するためのレーザ加工装置であって、
レーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
集束レーザエネルギービームが前記ワークピースに伝搬可能なように前記レーザエネルギービームを集束できるように配置されたスキャンレンズと、
前記レーザ源と前記スキャンレンズとの間に配置され、前記スキャンレンズにより前記ワークピース上に投影されるスキャニング範囲内で前記ワークピースに対して前記集束レーザエネルギービームをスキャン可能な少なくとも１つのビームポジショナと、
前記ワークピースと、前記スキャンレンズ及び前記カメラからなる群から選択される少なくとも１つとの間に相対運動を生じさせることが可能な少なくとも１つのステージと、
視野を有し、前記視野内で物体の画像を取得可能なカメラと、
ａ）１組の特徴部を形成するために前記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおける前記装置の少なくとも１つの特性、ｂ）１組の特徴部を形成するために前記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおける前記ワークピースの少なくとも１つの特性、及びｃ）１組の特徴部を形成するために前記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおいて前記装置が位置している周囲環境の少なくとも１つの特性からなる群から選択される少なくとも１つを表すプロセス制御データを生成可能な少なくとも１つのセンサと、
前記少なくとも１つのステージ、前記カメラ及び前記ワークピースに形成されるそれぞれの特徴部の位置を表す補助情報に関連付けてプロセス制御データが保存された１以上のデータベースと通信可能に連結されるコントローラと
を備え、
前記コントローラは、特徴部候補選択プロセスを実行可能又はその実行を促進可能であり、これにより、
前記ワークピースに形成された前記特徴部のいずれかが欠陥を有するか否かを予測するためにプロセス制御データが処理され、
欠陥を有すると予測された特徴部の位置が特定される、
装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記コントローラは、前記候補選択プロセスの少なくとも一部を実行可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラと通信可能に連結され、データを送信可能な通信モジュールをさらに備える、請求項１又は２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記通信モジュールを介して前記候補選択プロセスの出力を遠隔システムに送信可能である、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記遠隔システムは遠隔検査システムであり、前記候補選択プロセスの前記出力は、前記遠隔検査システムにより読取可能なフォーマットである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記通信モジュールを介して前記プロセス制御データの少なくとも一部を遠隔システムに送信することにより、前記特徴部候補選択プロセスの実行を促進可能である、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記遠隔システムは少なくとも１つのコンピューティングシステムを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記通信モジュールはデータを受信可能であり、前記コントローラは、前記通信モジュールを介して前記遠隔システムから前記特徴部候補選択プロセスの少なくとも一部の出力を受信可能である、請求項３から４、６及び７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記１以上のデータベースのうち少なくとも１つをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記通信モジュールを介して前記プロセス制御データの少なくとも一部を前記１以上のデータベースのうち少なくとも１つに送信可能である、請求項３から９のいずれか一項に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
Ｉ．技術分野
本明細書で開示される実施形態は、概して、レーザ加工装置及びワークピースのレーザ加工のための方法に関するものである。
続きを表示（約 3,500 文字）【関連技術の説明】
【０００２】
II．関連技術の説明
種々のプロセスを実施する様々なレーザを用いて数多くの異なるワークピースにレーザ加工を行うことができる。例えば、プリント回路基板（PCB）又は集積回路（IC）パッケージのようなワークピースに貫通孔又は非貫通孔のような特徴部を形成するためのレーザ微細加工プロセスが開発されている。レーザ微細加工プロセスの目標は、ワークピース全体にわたって一定の品質の特徴部を形成することである。特徴部の品質を定義する手段としては、特徴部の位置、サイズ、及び形状が挙げられる。他の手段としては、側壁角度、底面テクスチャ、加工後に特徴部に残ったデブリの量及びテクスチャなどが挙げられる。
【０００３】
レーザ微細加工における１つの問題は、ワークピースにおける不均一性により、同一のレーザパラメータでワークピース上の２つの異なる位置に微細加工プロセスを行った場合に特徴部の品質に相違が生じることがあることである。結果に影響を与えるワークピースの相違の例としては、厚さの相違、ワークピースの平坦性の相違、及びレーザパワーに対するワークピースの反射性を上げる又は下げる表面前処理の相違が挙げられる。これらのバラツキは、ワークピース全体にわたって一定ではなく、それぞれの特徴部の位置によって変化し得るものである。さらに、これらのバラツキは、製造公差内の通常のバラツキにより所定の数のワークピースにおいては、ワークピースごとに繰り返し生じ得るものである。
【０００４】
一定の品質を有する特徴部を形成するレーザ微細加工システムの能力に影響を与える他の現象は、経年変化及び／又はレーザエネルギービームを生成するために使用されるレーザ源とレーザエネルギーをワークピースに向けるために使用される光学コンポーネントに対するダメージである。レーザ源が経年変化すると、一定の特性（例えば平均パワー）を有するレーザエネルギーを出力する能力が劣化し得る。さらに、光学コンポーネントが経年変化すると、光学コンポーネントは、汚染、最も顕著なものは微差加工プロセス自体からのデブリからの汚染と光学コンポーネントを透過する高パワーレーザエネルギーからのダメージを受ける。劣化のこれらの形態又は他の形態は、ワークピース上に投影されるレーザスポットのサイズ、形状、強度又は他の特性の変化を引き起こし、これにより、微細加工により形成される特徴部のサイズ、形状、深さ、又は他の寸法の変化を引き起こし得る。
【０００５】
一部のレーザ微細加工システムは、経年変化又はダメージによるレーザ源又は光学コンポーネントにおける変化の影響を緩和しようとして、特徴部を加工しているときにレーザエネルギービームの特性を変えるためにリアルタイム制御を用いる。一部のシステムにおいては、ワークピースが加工されているときにレーザパワーをモニタリングするために光検出器が使用される。光検出器からの出力は、ワークピースでのレーザパワーの可変性の源の一部を保障するようにリアルタイムでワークピースに入射するレーザパワーを調整するために使用される。これは、最終的にワークピースに照射されるレーザエネルギーの量をそれぞれの特徴部を形成するのに好適なレベルに調整するための可変減衰器のような光学コンポーネントを動作させることにより実現することができる。
【０００６】
ワークピースにそれぞれの特徴部を形成するために使用されるレーザエネルギービームの特性に関する情報を記録し、その情報にワークピースにおける特徴部の位置を特定する識別子を関連付け（これにより例えば「プロセスデータ」を生成す）ることが知られている。ワークピースの加工が完了した後、生成されたプロセスデータを分析して、レーザ微細加工システムが好適な品質の特徴部を形成するのに問題が生じているであろう時期を予測することができる。例えば、記録されている情報が、システムが利用できるレーザパワーよりも多くのレーザパワーを必要としていたであろうことを示している場合には、より少ないレーザパワーで形成された特徴部では、材料が十分に除去されていないことが考えられる。
【０００７】
また、形成された特徴部の品質を評価するために加工済みワークピースを検査することも知られている。検査の結果を（作成されていれば）プロセスデータと比較し、ワークピースに特徴部を形成するために使用されるレーザエネルギービームの特性の性能を評価することができる。PCBのようなワークピース上でなされるような加工後検査は、マニュアルで（例えば、顕微鏡を用いてユーザがワークピースを検査することにより）、あるいは自動で（例えば、自動光学検査「AOI」により）行われる。検査がマニュアルで行われる場合には、１つのワークピースには、数百又は数千の特徴部が形成され得るので、検査される特徴部（すなわちビアホール）は、形成される特徴部の総数のうちの唯一のサンプルを構成することとなる。検査がAOIにより行われる場合には、（特徴部が貫通ビアホールである場合には）特徴部が形成された直後に、あるいは（特徴部が非貫通ビアホールであり、ホール内のデブリを除去するためにデスミア、エッチング及びシャドー加工工程がなされる場合には）特徴部を清掃するために加工後工程がなされた直後に、ロット中の１以上のワークピースのすべての特徴部を検査することができる。
【０００８】
従来の加工後検査手法では、数多くの理由により問題となり得る。マニュアル検査の場合には、顕微鏡を使用する操作者又は品質検査者が疲れることがあり、これにより集中力が低下したときに欠陥を見過ごしてしまうことになり得る。（例えばAOI手法を用いて）すべての特徴部を検査する場合には、欠陥のある特徴部が形成されにくいワークピースの領域を検査するのに不必要に余計な時間をかけてしまう。特徴部をランダムに検査する場合には、欠陥のある特徴部が形成され易いワークピースの領域が検査されずに、ワークピースが廃棄され得る品質問題が見落とされることになる。
【概要】
【０００９】
本発明の一実施形態は、ワークピースに特徴部を形成するためのレーザ加工装置として広く特徴付けることができる。この装置は、レーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、集束レーザエネルギービームが上記ワークピースに伝搬可能なように上記レーザエネルギービームを集束できるように配置されたスキャンレンズと、上記レーザ源と上記スキャンレンズとの間に配置され、上記スキャンレンズにより上記ワークピース上に投影されるスキャニング範囲内で上記ワークピースに対して上記集束レーザエネルギービームをスキャン可能な少なくとも１つのビームポジショナと、上記ワークピースと、上記スキャンレンズ及び上記カメラからなる群から選択される少なくとも１つとの間に相対運動を生じさせることが可能な少なくとも１つのステージと、視野を有し、上記視野内で物体の画像を取得可能なカメラと、ａ）１組の特徴部を形成するために上記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおける上記装置の少なくとも１つの特性、ｂ）１組の特徴部を形成するために上記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおける上記ワークピースの少なくとも１つの特性、及びｃ）１組の特徴部を形成するために上記ワークピースが加工される前、加工される間又は加工された後のいずれかにおいて上記装置が位置している周囲環境の少なくとも１つの特性からなる群から選択される少なくとも１つを表すプロセス制御データを生成可能な少なくとも１つのセンサと、上記少なくとも１つのステージ、上記カメラ及び上記ワークピースに形成されるそれぞれの特徴部の位置を表す補助情報に関連付けてプロセス制御データが保存された１以上のデータベースと通信可能に連結されるコントローラとを含み得る。上記コントローラは、特徴部候補選択プロセスを実行可能又はその実行を促進可能であり、これにより、上記ワークピースに形成された上記特徴部のいずれかが欠陥を有するか否かを予測するためにプロセス制御データが処理され、欠陥を有すると予測された特徴部の位置が特定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を模式的に示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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