JP2000077824A - スル―ホ―ルの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザアブレーション中に加工物から反射す
るコヒーレントレーザー光を活用し、開口径の差の少な
いスルーホールを容易に形成することができるスルホー
ルの形成方法を提供する。 【解決手段】 レーザー光を光源とし、フォトマスクを
介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影
し、前記加工対象にレーザアブレーション加工によりス
ルーホールを形成するスルーホールの形成方法におい
て、レーザアブレーション加工中に発生する前記加工対
象からの反射光を用いて加工に寄与する光加工エネルギ
ー密度を増加させることにより、先窄まりから先広がり
に変化する形状を有するスルーホールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て、被加工物にスルーホールを形成するスルーホールの
形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スルーホールを形成する方法は、
主として、ドリル等を用いた機械加工で行われていた。
しかし、この方法では、たとえばΦ１００μｍより小さ
い直径の穴を加工するのは困難である。また、最近、電
子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されて
いる。このため、大量穴あけの必要な代表例である回路
基板などにおいても、微細穴をピッチで加工するニーズ
が増えている。

【０００３】この要求を満たす加工方法の一つとして、
部分的に開口部を持つマスクを介してコヒーレント光を
被加工材に照射し、試料を部分的に加工する方法があ
る。例えば、特開昭６０−１３４４９号において開示さ
れているように、ポリイミド、ポリエステル、ガラスエ
ポキシ等の有機基板表面に金属層を接着した配線基板の
スルーホール穴加工にあたり、まず、表面の金属層を加
工を施すべきパターンに選択的にエッチングし、その
後、この金属層をマスクとして基板にコヒーレントレー
ザー光を照射し、スルーホールの加工を施す方法があ
る。また、特開昭６１−４８５８２号に開示されている
ように、エッチングとコヒーレントレーザー光照射を併
用した微細加工方法において被加工材の両面の同一位置
に同一パターンでフォトレジスト膜を設定し、エッチン
グ加工を穴が貫通する前に中断し、形成されたブリッジ
の全数または所定数をレジスト膜除去後、フォトレジス
トパターンと同一の軌跡に沿って走行するコヒーレント
レーザー光で除去する加工方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手法によりコヒーレントレーザー光を用いて被加工
材を加工する場合、先窄まりの穴しか加工することがで
きないという問題がある。これは、集束されたコヒーレ
ントレーザー光は、レーザー加工時に生じる加工のテー
パ角のために、斜面に対しコヒーレントレーザー光を照
射することになり、照射したコヒーレントレーザー光の
エネルギー密度が平面に照射した時と比較して、減衰さ
れ被加工材を加工できる限界のエネルギー密度（しきい
値）以下になってしまうためと考えられている。

【０００５】このようにスルーホールが先窄まり形状
（いわゆるテーパー形状）となることによりスルーホー
ルのレーザー光入射（入り口）側の開口径と出口側の開
口径との差が大きくなってしまう。

【０００６】例えば、絶縁層の上下に導電層を有し、絶
縁層に形成されたスルーホールに導電物を充填すること
で各導電層同士を電気的に接続する回路基板において、
導電物と導電層とを確実に接続するためにはスルーホー
ル端部の開口面積が大きいほうが好ましい。したがっ
て、前述のようにスルーホール端部の開口径の差が大き
い場合には出口側の開口径を十分に確保できないことが
あり、仮にこの出口側の開口径を十分に確保しようとし
た場合には、必要以上に入り口側の開口径を大きくしな
ければならず、高密度にスルーホールを形成するような
場合にはかならずしも適した構成とはいえなかった。

【０００７】また、インクジェットヘッドの吐出口とし
てこのようなスルーホールを適用する場合には、テーパ
ーの角度によってはスルーホール（吐出口）の出口端の
厚みが部分的に薄くなってしまい、プレード等でも何度
もクリーニングが行われることで、スルーホール（吐出
口）出口端が欠けてしまう虞もあった。

【０００８】本発明は、上記のような技術課題に鑑みな
されたものであって、その目的とするところは、レーザ
ーアブレーション中に加工物から反射するコヒーレント
レーザー光を活用し、開口径の差の少ないスルーホール
を容易に形成することができるスルーホールの形成方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、レーザー光をフォトマスクを介して加
工対象に投影して加工対象をアブレーション加工する
際、アブレーション加工中に生じる前記加工対象からの
反射光に着目したものであり、本発明は、レーザー光を
光源とし、フォトマスクを介して前記レーザー光を光学
系を用いて加工対象に投影し、前記加工対象にレーザー
アブレーション加工によりスルーホールを形成するスル
ーホールの形成方法において、レーザーアブレーション
加工中に発生する前記加工対象からの反射光を用いて加
工に寄与する光加工エネルギー密度を増加させることに
より、レーザー光入射方向に関して先窄まりから先広が
りに変化する形状を有するスルーホールを形成すること
を特徴とする。

【００１０】また、本発明は、レーザー光を光源とし、
フォトマスクを介して前記レーザー光を光学系を用いて
加工対象に投影し、前記加工対象にレーザーアブレーシ
ョン加工によりスルーホールを形成するスルーホールの
形成方法において、前記フォトマスクは、被加工材のス
ルーホール形成部内に未露光部を形成する遮光部と、前
記スルーホールを形成するために該遮光部の周りを採り
囲むように設けられる透光部と、を有することを特徴と
する。

【００１１】以上の構成によれば、アブレーション加工
中に生じる反射光を光加工に再活用するため、通常のア
ブレーション加工に比べ、加工に寄与するエネルギー密
度が増加する。その結果、通常のアブレーション加工で
は、加工し難いレーザー光入射方向に関して先窄まりか
ら先広がりに変化する形状を有するスルーホールを容易
に形成できるものである。そして、本発明は開口径の差
を従来より少ないものとすることができるため、スルー
ホールを高密度で配列する場合に好適である。また、ス
ルーホールの最小径がスルーホールの端部より内側に形
成され端部の断面が鋭角でなくなるため、前述のインク
ジェットヘッドの吐出口に適用した場合における端部の
欠けの虞を格段に低減することができる。

【００１２】さらに上述のフォトマスクの構成によれ
ば、従来よりもワークに対するレーザーの照射量が少な
くて済むため、ワークのレーザー加工時に生じる熱によ
る伸びを著しく低減することができ、また、スルーホー
ル内に未加工部が存在するためバリの少ないスルーホー
ルを形成することもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１４】（実施例１）まず、本発明を説明する前に
従来の光加工方法について図面を用いて説明する。

【００１５】図２は従来の光加工法を説明するものであ
り、同図において、１１１は被加工材、１１２は光加工
用のコヒーレントレーザー光、１１３は加工のテーパ
角、１１４はコヒーレントレーザー光１１２が被加工材
１１１のテーパにより反射して生じた反射コヒーレント
レーザー光である。

【００１６】被加工材１１１に、コヒーレントレーザー
光１１２を照射し、レーザーアブレーション加工を行う
場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分
の（加工形状の）外郭部にはテーパ角１１３が発生す
る。このテーパ角１１３は、照射するコヒーレントレー
ザー光のエネルギーに影響を受け、称しゃエネルギーが
高いとテーパ角１１３は小さくなり、照射するコヒーレ
ントレーザー光のエネルギーが低いとテーパ角１１３は
大きくなるという性質を有する。そして、一度このよう
なテーパー角が生じた場合には、前記コヒーレントレー
ザー光１１２は被加工材１１１の加工面に対して斜めに
入射されることになるため、レーザー光１１２の一部が
１１４のように反射されてしまい、レーザー光の入射方
向に十分なエネルギー密度を確保することができず、ほ
ぼ最初にできたテーパー角１１３にならうように加工が
進んでいくため、結果として先窄まりのテーパー形状を
有するスルーホールが形成されることになる。

【００１７】これに対して、本発明は、加工中に発生す
る前記加工対象からの反射光に着目し、この反射光を活
用することにより先窄まりから先広がりに変化する形状
を有するスルーホールを形成するものである。

【００１８】図３は、本発明にかかるスルーホールの形
成方法を説明するものである。同図において、１１１は
被加工材、１１２は、光加工用のコヒーレントレーザー
光、１１３は、加工のテーパ角、１１４は、光加工用の
コヒーレントレーザー光１１２が被加工材１１１のテー
パ角部より反射して生じた反射コヒーレントレーザー光
である。

【００１９】本例では、前述の従来例に比べスルーホー
ルのアスペクト比が高くなる（スルーホールの径ｗより
もスルーホールの深さｄの割合が大きい）ようにしてあ
り、そのため、従来スルーホールの加工に寄与しなかっ
た反射コヒーレントレーザー光が再び被加工材に照射さ
れる構成となっている。

【００２０】本例においても、レーザーアブレーション
加工の当初は、従来通り、先窄まりのスルーホール１２
０が形成されていくが、スルーホールの深さがｈを超え
るあたりから、比加工材１１１の加工面に反射したレー
ザー光１１４がスルーホール１２０の対向した側面１１
６に照射されるようになる。この側面１１６にはスルー
ホール上方からレーザー光１１２も照射されるため、こ
の部分のレーザーエネルギー密度が増大してスルーホー
ルの径が徐々に広がるよう（末広がり）に加工される。

【００２１】なお、実際にはスルーホールの反対側の側
面も同様に加工されるため図５に記載されるような形状
となる。

【００２２】ここで、反射光が再照射される始める距離
ｈは、スルーホールのレーザー光入射側開口径（マスク
の開口径）ｗと、レーザー加工初期に生じるテーパー角
Θによってほぼ決まるものであり、以下、この距離ｈ
と、ｗとΘの関係について図４を用いて説明する。

【００２３】説明の都合のため、２次元の座標軸（Ｘ−
Ｙ）をスルーホール１２０の入射側端部の右側端を０と
して図４に示すように定めた。アブレーション加工のた
め照射されたコヒーレントレーザー光１１２は、被加工
材１１１の加工テーパ角１１３で反射され、反射光１１
４は、Ｙ軸に対して角度−２Θ方向に進む。したがっ
て、図４の座標系において、この反射光を一次方程式で
表わすと、 ｙ＝−ｘ・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（１） と表すことができる。

【００２４】また、Ｘ軸とＹ軸との交点から距離ｗ離れ
た位置にあり、対向する被加工材１１５の角度Θを有し
たテーパを二次方程式で表わすと、 ｙ＝（ｘ−ｗ）・ｔａｎ（９０°−Θ） −（２） と表すことができる。

【００２５】以上より、反射光１１４が、対向する被加
工材１１５の加工面に再照射する位置１１６の座標は、
（１），（２）式で表される直線の交点として得られ
る。

【００２６】そこで距離ｈは、ｗとΘとの関数で以下の
ように表すことができる。

【００２７】 ｈ＝ｗ・ｔａｎ（９０°−Θ）・ｔａｎ（９０°−２Θ） ／｛ｔａｎ（９０°−２Θ）＋ｔａｎ（９０°−Θ）｝ −（３）

【００２８】また、図中のｔは、被加工材１１５の厚さ
ｄとｈとの関係より ｔ＝ｄ−ｈ であるので、（３）式を使って ｔ＝ｄ−ｗ・ｔａｎ（９０°−Θ）・ｔａｎ（９０°−２Θ） ／｛ｔａｎ（９０°−２Θ）＋ｔａｎ（９０°−Θ）｝ −（４） と表すことができる。このｔ値は、被加工材１１５の下
端（スルーホールの出口則端）からどれだけ内側の場所
から反射光１１４によるテーパ角の変化が、起こるのか
を示す。

【００２９】すなわち、 ｔ≧０の場合 反射光が対向する被加工材１１５に再照
射される ｔ＜０の場合 反射光は、対向する被加工材１１５に再
照射されることなく、被加工材を通過することとなる。

【００３０】となり、したがってｔ＞０の条件を満たす
ような、テーパ角Θ１１３とスルーホールの開口径ｗで
あれば、反射光１１４を活用した光加工を行うことが可
能となる。

【００３１】このように反射光を光加工に活用できれ
ば、照射光量を増加させた時と同様な効果が得られる。

【００３２】また、上述の構成では、スルーホールの構
成を高アスペクト比にしなければならなかったが、低ア
スペクト比のスルーホールに本発明を適用する場合に
は、レーザー照射工程後に被加工材をレーザー光入射方
向側から被加工材の厚み方向に削る構成や、あらかじめ
被加工材に被加工材と同種の材料をレーザー光の入射方
向側に貼り付けておき、レーザー照射工程後に貼り合わ
された材料を剥離する構成によりスルーホールの深さを
所望のものとすることができる。

【００３３】本実施例では、被加工材として厚さ０．１
ｍｍの樹脂材を用意するとともに、加工のテーパ角Θが
１０°となるようにエキシマレーザーのレーザーパワー
を調整し開口径が異なるパターンを有するマスクを用い
て被加工材にレーザーアブレーション加工を行いスルー
ホールを形成した。そして、この時のスルーホールの形
状を観察し、またこの時の上述のｈおよびｔの値も表１
に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表より、スルーホールのレーザー光入射側
端部の開口径が０．０８ｍｍ以上では、スルーホールの
テーパー角の変化は見受けられなかった。これは、前述
のｔ値が負となるため、光加工において発生した反射光
が対向する被加工材に照射されなかったためと考えられ
る。一方、被加工材の間隔が０．０６ｍｍ以下では、上
述のｔ値が正となるわけであるが、実際のスルーホール
においても反射光によりテーパー角が変化している部分
が見受けられた。

【００３６】上述の反射光を利用したアブレーション加
工を行う装置は、図１に示すように、コヒーレント光Ｌ
を発生する光源となるコヒーレント光発振機１０１と、
その発振機から照射されるコヒーレント光の発振電圧お
よび発振周波数を変更させるコントローラ１０２、所望
の加工形状の開口パターンを有するマスク１０３と、コ
ヒーレント光Ｌの光軸方向前後自由にマスクを移動させ
る移動駆動装置１０４とこれを制御するコントローラ１
０５と、前記開口パターンをブランク１０に投影するた
めの投影光学系１０６とコヒーレント光Ｌの光軸のまわ
りに投影光学系１０６を回転させる回転駆動装置１０７
と、これを制御するコントローラ１０８を備えている。
ブランク１０は、コントローラ１１０によって制御され
る移動ステージ１０９によってコヒーレント光Ｌの光軸
（Ｘ軸）に垂直な平面（ＹＺ平面）内で位置決めされ
る。

【００３７】移動駆動装置１０４は、モーター（例えば
ステッピング、サーボ）を用いた駆動機構を有してお
り、コントローラ１０５により、マスク１０３をコヒー
レント光Ｌの光軸上、溝加工用・穴加工用またはその両
者の開口パターン配列方向（図中Ｙ軸）またはコヒーレ
ント光Ｌの光軸を中心とする回転方向に自由に任意の方
向へミクロン単位の精度で、動かすことができる。ま
た、そのマスク１０３の移動についても、ある一定速度
で連続移動、またある間欠的に移動させることが選択で
きる。

【００３８】またコンピュータ等を用いることで、コヒ
ーレント光発振機１０１および各移動駆動装置１０４、
１０７、１０９を制御するためのコントローラ１０２、
１０５、１０８、１１０を、１つにまとめて制御しても
よい。

【００３９】（実施例２）本実施例の特徴たる構成の一
つは、上述の反射光を用いたレーザー加工に好適に用い
られるマスクにある。

【００４０】図６は本実施例に係るマスクパターンを示
す模式図である。図６において、１はマスクであり、こ
のマスクにはレーザーを透過する透光部２が設けられて
いる。この透光部２の外径がスルーホールの形状を決定
する。

【００４１】透光部２内には周囲を該透光部２に縁取り
されるように配される遮光部３が設けられている。この
マスクパターン（以下、このマスクパターンを有するマ
スクを「額縁マスク」と称す。）にてレーザーアブレー
ション加工を行うとスルーホール内の前記遮光部３に相
当する部分に被加工材の未加工部が残るが、この未加工
部は前記透光部２のレーザー加工時にまわりの被加工材
と分断されるため、スルーホール貫通時にレーザーエネ
ルギーによりスルーホール内から排出される。結果とし
て、従来のマスクの透光部２内に遮光部３を有しない場
合と同様にスルーホールが形成される。

【００４２】本発明によれば、前記未加工部の分だけ被
加工材に照射するレーザーエネルギーが少なくて済むた
め、従来に比べ格段に被加工材（ワーク）の伸びを抑え
ることができ、スルーホールを高密度に形成する場合で
あっても所望の加工を行うことができる。さらに、レー
ザアブレーション加工時には副生成物が開口付近に付着
するが、本発明の構成ではこの付着物の量についても従
来よりも格段に低減することができる。この付着物は、
特にインクジェットヘッドの吐出口をレーザーアブレー
ション加工する場合に、インク吐出方向のよれを生じさ
せる原因となるため、従来この付着物の除去工程が必要
であったが、本発明の構成によれば、付着物の除去工程
を省略又は簡略化できるものである。

【００４３】さらに、本発明によればスルーホールのレ
ーザー光出射側端部付近にできるバリを低減することも
できる。

【００４４】以下に本発明の構成によりスルーホールの
バリが低減されるメカニズムについて説明する。

【００４５】図７（ａ）は従来のレーザー加工の様子を
説明するための説明図、図７（ｂ）は本発明に係るレー
ザー加工の様子を説明するための説明図である。

【００４６】図７（ａ）において、３００は被加工材、
３０３はスルーホール、３０４はレーザー光を示す。

【００４７】被加工材３００にレーザアブレーション加
工を行っていくとスルーホールが貫通する直前には被加
工材の表面にシート状の蓋３０１が設けられたような構
成となる。

【００４８】そして、この状態からさらにレーザー光３
０４を照射することによりこの蓋３０１が更に加工され
てスルーホール３０３が貫通する。ここで、レーザー光
３０４の加工がスルーホール３０３内で等速に行われれ
ば蓋３０１は加工方向にまっすぐ飛び出すが、スルーホ
ール３０３内のレーザー光３０４の加工速度にばらつき
があった場合には、加工速度が遅い部分が蝶番３０２に
なり、扉が開くように蓋３０１が動く。そして、蓋３０
１が動いたときの衝撃で蝶番部３０２がちぎれ、この部
分がバリが生じる。

【００４９】これに対して、本願発明に係る構成では、
図７（ｂ）に示すようにスルーホールが貫通する直前に
は前述の蓋部分には未加工部３０５が残っている。この
未加工部３０５は前述の蓋に比べて体積がはるかに大き
く、スルーホール３０３内のレーザー光３０４の加工速
度にばらつきがあった場合にも未加工部３０５はその結
合部３０６が完全にレーザー光３０４で除去されるまで
飛び出すことがないため、未加工部３０５は蝶番状にな
らず、バリが生じにくくなる。

【００５０】なお、インクジェットヘッドの吐出口を前
述の方法で形成する場合には、従来、スルーホール（吐
出口）の出口端の一部に微少なバリが生じることがあ
り、このバリの形状によってはインクの吐出方向がよれ
てしまう虞があったが、上述の構成によれば、バリが生
じにくくなるためインク吐出方向に優れたインクジェッ
トヘッドを歩留り良く作成することができる。

【００５１】本実施例においては、スルーホールの開口
径（入射側）を４０μｍ、未加工部の径２０μｍ、スル
ーホールの配列密度を６００ｄｐｉとなるようなマスク
を用い、厚みが６０μｍのポリサルフォンの被加工材に
レーザーパワー７５０ｍｊ／ｃｍ²・ｐｕｌｓｅでエキ
シマレーザーを照射することにより１４０個のスルーホ
ールを被加工材に形成した。また、比較例として同じス
ルーホールの開口径で遮光部を有さないマスクを用い
て、同様の条件でスルーホールを形成した。本発明のス
ルーホールの形成方法で形成したスルーホールはいずれ
もスルーホールのレーザー光出射側の形状が滑らかであ
ったのに対して、比較例のスルーホールにおいてはいく
つかのスルーホールにバリが見受けられ、また、副生成
物が多量に付着していた。また、被加工材の幅１２ｍｍ
のものを用いたが、本実施例における被加工材の幅方向
の伸び量が２μｍであったのに対して、比較例における
被加工材の伸び量は約６μｍであった。このように本発
明によれば、均一な形状のスルーホールを形成できるだ
けでなく、被加工材の伸びを格段に抑えることができる
こともわかる。

【００５２】次に、前述の額縁マスクを反射光を利用し
た光加工における加工のテーパ角を変化させる手法に応
用した構成を説明する。

【００５３】以下、図８を用いて、上記した反射光を利
用し、被加工材のテーパ角を変化させるための反射光の
発生方法について説明する。同図において、１１１は被
加工材、１１２は、光加工用のコヒーレントレーザー
光、１１４は、光加工用のコヒーレントレーザー光１１
２が、被加工材１１１のテーパ角部より反射した生じた
反射コヒーレントレーザー光、１１７は、被加工材１１
１においてコヒーレント光が照射されない未加工部、１
２０はスルーホール、Ｗは、被加工材１１１に光加工に
より形成する形状の外形寸法であり、このＷは、前述の
透光部の径に対応する。また、Ｗｍは、被加工材におい
て光を照射する側の未加工部１１７の幅を示し、このＷ
ｍは前述の遮光部の径に対応する。Ｗｔは、レーザー光
入射側における未加工部１１７と被加工材１１１の距離
を示している。

【００５４】被加工材１１１に、コヒーレントレーザー
光１１２を照射し、レーザーアブレーション加工を行う
場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分
の（加工形状の）外郭部にはテーパ角１１３が発生す
る。このテーパ角１１３は、照射するコヒーレントレー
ザー光１１２のエネルギーに影響を受け、照射エネルギ
ーが高いとテーパ角１１３は小さくなり、照射するコヒ
ーレントレーザー光１１２のエネルギーが低いとテーパ
角１１３は大きくなるという性質を有する。そして、一
度この様なテーパー角が生じた場合には、前記コヒーレ
ントレーザー光１１２は被加工材１１１の加工面に対し
て斜めに入射されることになるため、レーザー光１１２
の一部が１１４のように反射されてしまいレーザー光１
１２の入射方向に十分なエネルギー密度を確保すること
ができず、ほぼ最初にできたテーパー角１１３にならう
ように加工が進んでいく。

【００５５】その後、スルーホール１２０の深さがｈを
超えるあたりから、被加工材１１１の加工面に反射した
レーザー光１１４が未加工部１１７に照射されるように
なる。同様に未加工部１１７の加工面に反射したレーザ
ー光がスルーホール１２０の対向した側面１１６に照射
されるようになる。これらの部分にはスルーホール上方
からレーザー光１１２も照射されるためレーザーエネル
ギー密度が増大してスルーホールの径が徐々に広がるよ
う（末広がり）に加工される。

【００５６】そして、通常のマスクを用いてレーザー加
工で反射光を活用しようとした場合には、スルーホール
のアスペクト比が高くなる（スルーホールの径ｗよりも
スルーホールの深さｄの割合が大きい）ようにする必要
があるのに対して、本実施例の構成によれば、反射光は
スルーホール加工面に加えて未加工部の加工面からも生
じるため、通常のマスクを用いてレーザー加工で反射光
を活用しようとした場合に比べてアスペクト比を高くす
る必要がない。

【００５７】つぎに、額縁マスクを用いた際に反射光を
活用できる条件について検討する。

【００５８】被加工材１１１および未加工部１１７に照
射したコヒーレント光１１２のそれぞれの反射光１１４
は、距離Ｗｔ離れた位置にあり、厚さｄの対向する被加
工材１１１のテーパ角部上の点１１６に再照射されてい
る様子を示している。反射光が再照射される位置は、被
加工材１１１上端からｈの距離位置から始まる。この距
離ｈを、ＷｔとΘの関数で表すことについて図９を用い
て説明する。

【００５９】説明の都合のため、２次元の座標軸（Ｘ−
Ｙ）を図９に示すように定めた。なお、Ｘ軸とＹ軸との
交点はスルーホールの図中左側の上端部としている。

【００６０】アブレーション加工のため照射されたコヒ
ーレント光は、被加工材の加工テーパ角Θ部で反射さ
れ、反射光１１４は、角度２Θ方向に進む。したがっ
て、図９の座標系において、この反射光は、 ｙ＝−ｘ・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（５） と表すことができる。

【００６１】また、距離Ｗｔ離れた位置にあり、対向す
る未加工部１１７の角度Θを有したテーパ角部は図９の
座標系において、 ｙ＝（ｘ−Ｗｔ）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（６） と表すことができる。

【００６２】以上より、反射光１１４が対向する未加工
部１１７のテーパ角部で再照射する位置１１６の座標
は、（５），（６）で表される直線の交点として得られ
る。

【００６３】そこで絶対量ｈは、ＷｔとΘの関数で以下
のように表すことができる。

【００６４】 ｈ＝（Ｗｔ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（７） したがって、スルーホールの深さ（被加工材の厚み）ｄ
がｈよりも大きいときに反射光が再照射されることにな
るため、 ｄ＞（Ｗｔ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（８） が反射光が照射される条件となる。

【００６５】ただし、Ｗｔは被加工材上での寸法として
いるので、実際のマスク上での透光部と遮光部との離間
距離ＷＴの寸法で考えると、光学系の縮小係数をＫとし
た時、 ｄ＞（Ｋ・ＷＴ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（９） となり、上記条件を満たすような、透光部と遮光部の間
隔ＷＴであれば、反射光１１４を活用した光加工を行う
ことが可能となる。

【００６６】また、テーパー角Θに関しては、前述のよ
うにレーザーパワーによって変化するものであるが、通
常３°〜２０°の範囲に収まるものである。したがっ
て、Θ＝３°のときの以下の関係を満たす場合にはほぼ
どのような場合にでも反射光を活用できるものとなる。

【００６７】 ｄ＞（Ｋ・ＷＴ／２）・ｔａｎ（９０°−２・３°）＝４．７６・Ｋ・ＷＴ −（１０）

【００６８】したがって、本実施例において、対向する
被加工材のテーパ角部より反射するコヒーレント光を用
いてテーパ角を低下させるためには、マスク上での透光
部と遮光部との離間距離ＷＴの寸法と、被加工材の厚み
ｄが（６）式を満たせば良いことがわかる。

【００６９】また、未加工部の大きさを照射するコヒー
レント光の分解能以下の大きさにしておくことで、加工
の進行とともに未加工部は消失し、所望の加工形状とす
ることができる。

【００７０】上記構成によれば、スルーホールの形状を
ほれほど高アスペクトとしなくとも反射光を用いてテー
パー角を変化させることができるものであるが、さらに
予期しなかった効果を奏することもわかった。すなわ
ち、上述のマスクを用いて反射光を利用したレーザアブ
レーション加工を行った場合、開口穴面積がレーザーパ
ワーの影響を受け難くなるのである。

【００７１】以下に図６を用いて具体的に説明する。

【００７２】通常マスクで加工したときには、加工パワ
ーに比例したテーパー角（低パワー加工時１１０６、高
パワー加工時１１１４）を有した図中破線で示すような
テーパー部（低パワー加工時１１０３、高パワー加工時
１１１３）が形成される。

【００７３】この時、額縁マスク１２０１を用いて加工
を行うと、その中央部に額縁マスク中の遮光部１２０２
に対応した未加工部が形成される。その未加工部は、加
工パワーに比例したテーパー角（低パワー加工時１１０
６、高パワー加工時１１１４）を有した図中破線で示す
ようなテーパー部（低パワー加工時１１０３、高パワー
加工時１１１３）が形成される。

【００７４】加工エネルギーが低い場合、図６（ａ）に
示すように、通常得られる加工のテーパー角Θ１ １１
０６が大きい。その時、額縁マスク１２０１により加工
形状内部の未加工部１１０４に形成されるテーパー角も
それと同じ角Θ１ １１０６である。このΘ１ １１０
６が大きいため、未加工部１１０４より反射されたレー
ザー光１１０５は、対向する加工のテーパー角１１０３
（破線部）の上方に再照射される。上方よりレーザー光
１１０５が再照射され、その部位におけるレーザー照射
のエネルギー密度が向上することにより、加工のテーパ
ー角が小さくなる（太実線）。

【００７５】加工エネルギーが高い場合、図６（ｂ）に
示すように、通常得られる加工のテーパー角Θ２ １１
１４が小さい。その時、額縁マスク１２０１により加工
形状内部の未加工部１１０４に形成されるテーパー角も
それと同じ角Θ２ １１１４である。このテーパー角Θ
２ １１１４が小さいため、未加工部１１０４より反射
されたレーザー光１１０５は、対向する加工のテーパー
角１１１３（破線部）の下方に再照射される。そのた
め、レーザー光１１０５が再照射され、その部位におけ
るレーザー照射のエネルギー密度が向上する効果、加工
のテーパー角が小さくなる（実線部）がほとんどない。
したがって、元々高エネルギー加工により生じる小さい
テーパー角Θ２ １１１４が支配的になり、大きな開口
面積を有した吐出口加工が実現される。

【００７６】このように本実施例においては上記に示し
た理由によりレーザーパワーの変化の影響を吸収するこ
とができ、スルーホール開口面積のばらつきを格段に低
減することができる。

【００７７】本発明者らは本発明の効果を確かめるため
に以下の実験を行った。

【００７８】まず、被加工材として６０μｍ厚のポリサ
ルフォン樹脂を用意し、縮小光学系においてスルーホー
ルの入射側の開口面積が１３８５μｍ²となるようマス
クの透光部の径を定めた。そして、透光部内に設けられ
る遮光部の大きさを変えていくことによりスルーホール
の出射側の開口面積がどのように変化するかを調べた。

【００７９】なお、レーザーパワーについてはハイパワ
ー時：６５２ｍｊ／ｃｍ²・ｐｕｌｓｅおよびローパワ
ー時：８９５ｍｊ／ｃｍ²・ｐｕｌｓｅの２種類にて行
った。その結果を表２に示す。なお、表中で、遮光部の
大きさは透光部に対する割合（以下、これを額縁率と称
し、額縁率＝透光部外径／遮光部外径（％）と定義す
る。）で示してある。

【００８０】表２によれば、額縁率が高くなればなるほ
どスルーホールの出射側開口面積が大きくなるとともに
レーザーパワーに対する開口面積の変化が小さくなるこ
とがわかる。ただし、額縁率９０％以上のものは遮光率
が高すぎるため加工ができなくなっていた。また、特に
額縁の効果はグラフから額縁率が３０％以上となる頃か
ら顕著に現れることがわかる。これらのことから、マス
クの額縁率としては３０〜８０％が好ましい。

【００８１】

【表２】

【００８２】なお、本実施例の額縁マスクについては、
反射光を利用したスルーホールの形成方法に適用するこ
とにより、特に優れた効果を奏するものであるが、本発
明はこれに限られるものではなく、上述したように反射
光を利用しない通常のレーザー加工においても上述のよ
うな効果を奏するものである。

【００８３】（実施例３）次に、上述のスルーホールの
形成方法をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用
した例について説明する。

【００８４】インクジェットプリンタにおいて、印刷品
質はインクが吐出する部分である吐出口におけるインク
の吐出特性に大きく依存しており、この吐出口における
インクの吐出特性は、吐出口径や吐出口の形状によって
ほぼ決定される。この吐出口を形成する方法としては、
大きく２つの方法が用いられ、金属プレートを用いる電
鋳法もしくは放電加工法により形成する方法と、有機高
分子樹脂等の材料をエキシマレーザーに代表される紫外
線レーザー等の高エネルギーレーザーで昇華（アブレー
ション）加工する方法が提案されているが、現在では後
者の紫外線レーザー加工方法を用いて微細加工する方法
が一般的となっている。

【００８５】この紫外線レーザー加工方法において、従
来、有機高分子樹脂等の材料を昇華加工するのに好適な
レーザーのエネルギー密度で加工を行うと、レーザーの
入射側からレーザー出射側にかけて加工面積が徐々に減
少する、所謂テーパー形状の加工形状となる。また、イ
ンクジェットヘッドの印刷品質を上げるために要求され
る吐出口形状がインクの吐出側の先細りのテーパー形状
であるため、レーザーの加工方法としては、例えば、特
開平２−１８７３４６号公報に記載されるように、イン
クの供給側（吐出口プレートのインク流路側）からのレ
ーザーの照射によって行われていた。

【００８６】しかしながら、上記のようなレーザー加工
の場合、テーパーの度合いはレーザーパワーにより変化
することが分かっている。また、インク吐出口長は印刷
品質上、約数１０μｍ〜１００μｍの長さが要求される
ため、吐出口プレートの厚みも当然のことながら同様の
厚みを有する必要がある。したがって、上述の方法で吐
出口を形成した場合には、個々のヘッドによってインク
吐出側（レーザー出射側）の吐出口経がばらついてしま
うことが有った。このように、吐出口経がばらついてし
まう場合には、特に複数の吐出口を有するインクジェッ
トヘッド、または複数のインクジェットヘッドを搭載す
るインクジェットプリンターにおいては、ヘッド完成後
に、吐出検査を行い吐出特性の補正情報をヘッドに保有
する必要がある。

【００８７】これに対して、レーザー光をインク吐出側
から照射すれば、インク吐出側の吐出口径はレーザーパ
ワーのばらつきの影響を受け難くなる。しかしながら、
この場合には吐出口の形状がインク吐出側に広がる形状
となってしまう。

【００８８】そこで、上述の反射光を用いたレーザー加
工をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用するこ
とにより、レーザー光をインク吐出側から照射した場合
であっても、吐出口形状をインクの吐出側に向かっての
先細りのテーパー形状とすることができるものである。

【００８９】次に、上述の吐出口の加工方法が適用され
るインクジェットヘッドについて図１１に示す。図１１
において、３３は基板であり、この基板上にはインクを
吐出するための電気熱変換素子や電気機械変換素子等の
インク吐出圧発生素子３４が設けられている。このイン
ク吐出発生素子３４は吐出口２１に連通するインク流路
３１内に配されており、個々のインク流路３１は共通液
室３２に連通している。この共通液室３２にはインク供
給管（不図示）が接続され、インクタンクよりインク供
給管を介してインクが供給される。また、３５はインク
流路３１および共通液室３２を形成するための回部を有
する天板であり、基板３３と接合されることでインク流
路３１、共通液室３２を形成している。さらに基板３３
と天板３５との接合体のインク流路端部側には吐出口２
１を備える吐出口プレート２０が設けられている。この
ようなインクジェットヘッドは以下のように作成するこ
とができる。

【００９０】すなわち、まず、インク吐出発生用の発熱
抵抗素子であるヒータ３４と、不図示のシフトレジスタ
等の集積回路、電気配線と、をシリコン基板にパターニ
ングして基板３３を作成するとともに、インク流路３１
及びインク液室３２となる回部とインク供給口をシリコ
ンプレートにケミカルエッチングすることにより形成し
て天板３５を作成する。その後、インク吐出側端面およ
びインク流路３１とヒータ３４の配列が一致するように
基板３３と天板３５とをアライメントした後、吐出口が
未形成状態の吐出口プレート２０を、接合された天板３
５と基板３３との接合体のインク吐出側端面に接合す
る。そして、この状態で図１に示すレーザー加工装置に
て、吐出口プレートに対してインク吐出側からエキシマ
レーザーを実施例２に係る額縁マスクを介して照射する
ことで吐出口を形成した。その後、不図示のヒータ駆動
用の端子をパターニングした電気基板を接合するととも
に、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次
いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のため
のインクタンクを結合することでインクジェットヘッド
が組み立てられる。このようにして得られたインクジェ
ットヘッドはレーザー光入射方向に関して先窄まり形状
となっており、また、その開口形状にバリも見受けられ
なかった。

【００９１】なお、インク流路３１およびインク液室３
２となる凹部とインク供給口が形成される天板３５と、
吐出口が未形成の状態の吐出口プレート２００と、をポ
リサルフォン等の樹脂の射出成形により一体に形成した
構造体を、ヒーター３４をパターニングした集積回路シ
リコンチップをマウントした基板３３にアライメント接
合した後に、上述した吐出口加工方法を用いて吐出口２
１を形成し、以後、不図示のヒータ駆動用の端子をパタ
ーニングした電気基板を接合するとともに、アルミ製の
ベースプレートを基板３３に接合し、次いで、各部材を
保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンク
を結合することでインクジェットヘッドを組み立てるこ
ともできる。

【００９２】また、本発明における吐出口の加工は、イ
ンクジェットヘッドの構成がいかなるものであっても、
吐出口を形成する吐出口プレートが、これを保持する部
材（ヘッド本体）に接合された後の工程で、行うことが
望ましい。このようにインクジェットヘッドを製造する
ことで、吐出口プレートがこの保持部材と結合するとき
に生じるひずみに伴って、吐出口の配列が変形したり、
吐出口の向きが不均一方向に変形することによるインク
の吐出方向位置変動が生じることを防ぐことが可能とな
る。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によるス
ルーホールの形成方法によれば、レーザーアブレーショ
ン加工中に発生する反射光を有効に活用する加工方法で
あるため、発生する反射光により、加工に用いられるエ
ネルギー密度を増加させ、スルーホールの形状を変化さ
せることができる。

【００９４】そして、本発明は開口径の差を従来より少
ないものとすることができるため、回路基板等に電気接
続の目的でスルーホールを設ける場合には、信頼性の高
い接続状態を確保しながら高密度で配列可能なスルーホ
ールを形成することができるという効果を有する。ま
た、スルーホールの最小径がスルーホールの端部より内
側に形成されるため、前述のインクジェットヘッドの吐
出口に適用した場合における端部の欠けの虞を格段に低
減することができるという効果も有する。

【００９５】また、本願発明による額縁マスクを用いた
スルーホールの形成方法によれば、従来よりもワークに
対するレーザーの照射量が少なくて済むため、ワークの
レーザー加工時に生じる熱による伸びを著しく低減する
ことができ、また、スルーホール内に未加工部が存在す
るためバリの少ないスルーホールを形成することもでき
る。さらに反射光を活用した場合にはスルーホールの開
口面積のばらつきを低減することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる光加工装置の一例を説明する図
である。

【図２】従来の光加工法を説明する図である。

【図３】反射光を活用した光加工法を説明する図であ
る。

【図４】反射光を活用した光加工法を幾何的に説明する
ための座標系を設定した図である。

【図５】一実施例によるテーパ角部より発生した反射光
を活用し、スルーホールを形成する加工を説明する図で
ある。

【図６】本実施例２に係るマスクの模式図である。

【図７】実施例２及び従来例にかかるレーザー加工の様
子を説明する説明図である。

【図８】実施例２にかかる反射光を活用した光加工法を
説明する図である。

【図９】実施例２にかかる反射光を活用した光加工法を
幾何的に説明するための座標系を設定した図である。

【図１０】レーザーパワーによるスルーホールの加工形
状の違いを説明する説明図である。

【図１１】実施例３にかかるインクジェットヘッドの模
式図である。

【符号の説明】

１０１ 光源（コヒーレント光発振機） １０２ コヒーレント光発振機コントローラー １０３ マスク １０４ マスク移動駆動装置 １０５ 制御コントローラー １０６ 投影光学系 １０７ 光学系回転駆動装置 １０８ 制御コントローラー １０９ ブランク移動ステージ １１０ 制御コントローラー １１１ 樹脂素材 １１２ コヒーレント光 １１３ テーパ角 １１４ 反射コヒーレント光 １１５ 樹脂素材１１１に対向する樹脂素材 １１６ 反射コヒーレント光１１４が樹脂素材１１５上
で到達する位置 １１７ 未加工部 １２０ スルーホール

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を光源とし、フォトマスクを
   介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影
   し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工により
   スルーホールを形成するスルーホールの形成方法におい
   て、レーザーアブレーション加工中に発生する前記加工
   対象からの反射光を用いて加工に寄与する光加工エネル
   ギー密度を増加させることにより、レーザー光入射方向
   に関し手先窄まりから先広がりに変化する形状を有する
   スルーホールを形成することを特徴とするスルーホール
   の形成方法。
2. 【請求項２】 前記レーザー照射工程後に前記加工対象
   をレーザー光入射方向側から前記加工対象の厚み方向に
   削ることで前記スルーホールの深さを所望のものとする
   ことを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの形成
   法。
3. 【請求項３】 前記加工対象の厚みは前記加工対象と同
   種の材料をレーザー光の入射方向側に貼り付けることで
   確保されており、前記レーザー照射工程後に前記貼り合
   わされた材料を剥離することで開口の深さを所望のもの
   とすることを特徴とする請求項２に記載のスルーホール
   の形成方法。
4. 【請求項４】 前記スルーホールが、絶縁層を介して上
   下に導電層を設けた基板の該導電層同士を電気的に接続
   するために絶縁層部分に設けられる導電物が充填される
   ものである請求項１乃至３のいずれかに記載のスルーホ
   ールの形成方法。
5. 【請求項５】 前記レーザー光はエキシマレーザー光で
   あることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの
   形成方法。
6. 【請求項６】 前記フォトマスクは、被加工材のスルー
   ホール形成部内に未露光部を形成する遮光部と、前記ス
   ルーホールを形成するために該遮光部の周りを採り囲む
   ように設けられる透光部と、を有することを特徴とする
   請求項１に記載のスルーホールの形成方法。
7. 【請求項７】 前記レーザーアブレーション加工中に発
   生する前記加工対象からの反射光は、加工形状の内部に
   あり、光加工されない未加工部からの反射光であること
   を特徴とする請求項６に記載されたスルーホールの形成
   方法。
8. 【請求項８】 前記マスクの透光部の外径と遮光部の外
   径との割合が３０％以上８０％以下である請求項６に記
   載のスルーホールの形成方法。
9. 【請求項９】 前記透光部と遮光部との離間距離をＷＴ
   としたとき、被加工材の厚みｄがｄ＞４．７６・Ｋ・Ｗ
   Ｔ（Ｋは光学系の縮小倍率、ＷＴはマスクの透光部と遮
   光部との距離）であることを特徴とする請求項６に記載
   のスルーホールの形成方法。
10. 【請求項１０】 前記スルーホールがインクジェットヘ
    ッドにおける吐出口である請求項１に記載のスルーホー
    ルの形成方法。
11. 【請求項１１】 前記レーザー光は前記インク吐出口に
    おけるインク吐出側から照射される請求項１０に記載の
    スルーホールの形成方法。
12. 【請求項１２】 前記レーザー光の照射は前記加工対象
    がインクジェットヘッド本体に接合された状態で行われ
    る請求項１１に記載のスルーホールの形成方法。
13. 【請求項１３】 レーザー光を光源とし、フォトマスク
    を介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投
    影し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工によ
    りスルーホールを形成するスルーホールの形成方法にお
    いて、 前記フォトマスクは、被加工材のスルーホール形成部内
    に未露光部を形成する遮光部と、前記スルーホールを形
    成するために該遮光部の周りを採り囲むように設けられ
    る遮光部と、を有することを特徴とするスルーホールの
    形成方法。
14. 【請求項１４】 前記スルーホールはインクジェットヘ
    ッドにおける吐出口である請求項１３に記載のスルーホ
    ールの形成方法。