JP2003285183A - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置及び加工方法

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JP2003285183A
JP2003285183A JP2002085439A JP2002085439A JP2003285183A JP 2003285183 A JP2003285183 A JP 2003285183A JP 2002085439 A JP2002085439 A JP 2002085439A JP 2002085439 A JP2002085439 A JP 2002085439A JP 2003285183 A JP2003285183 A JP 2003285183A
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laser
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laser light
harmonic
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Keiji Iso
圭二 礒
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 絶縁層及びその上の金属層に、短時間で大き
な穴を形成することが可能なレーザ加工装置を提供す
る。 【解決手段】 ステージ20が加工対象物21を保持す
る。イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用い
た第1のレーザ光源1が、レーザ媒質により誘導放出さ
れる基本波の2倍高調波を発生する。第2のレーザ光源
11が、赤外領域のレーザビームを発生する。第1の集
光光学系が、第1のレーザ光源から出射されたレーザビ
ームを、ステージに保持された加工対象物上に集光す
る。第2の集光光学系が、第2のレーザ光源から出射さ
れたレーザビームを、ステージ20に保持された加工対
象21物上に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及
び加工方法に関し、特に金属配線パターンを覆う絶縁層
と、その絶縁層上に形成された金属層とに、両者を貫通
する穴を形成するとともに、絶縁層の下の金属配線パタ
ーンに与えるダメージを抑制することが可能なレーザ加
工装置及び加工方法を提供することである。
【0002】
【従来の技術】波長9.4μmの炭酸ガスレーザを用い
て、樹脂層上に形成された銅箔、及びその下の樹脂層に
穴を形成することができる。炭酸ガスレーザの波長域に
おける銅の反射率は99%程度と非常に高い。従って、
銅の反射率を低下させるために、銅箔の表面の酸化処理
または粗化処理を行わなければならない。銅の吸収率の
高い紫外域のレーザビームを用いることにより、レーザ
ビームのエネルギを効率よく利用することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザ等に比
べて取り扱いが容易で、かつ出力の安定している固体レ
ーザ発振器、例えばNd:YAGレーザ発振器から出射
される基本波の3倍高調波を用いることにより、紫外域
のレーザビームによる加工を行うことができる。ところ
が、基本波から3倍高調波への変換効率が低いため、パ
ルスエネルギの大きな紫外域のレーザビームを得ること
が困難である。
【0004】銅の加工を行うためには、銅箔表面におけ
るパルスエネルギ密度を約10J/cm2以上にしなけ
ればならない。3倍高調波を用いる場合には、このパル
スエネルギ密度を得るために、ビームスポットを小さく
しなければならない。ビームスポットよりも大きな穴を
形成するために、通常トレパニング工法が用いられる。
このため、1つの穴を形成するためのショット数を増加
させなければならず、生産性が低下してしまう。
【0005】本発明の目的は、絶縁層及びその上の金属
層に、短時間で大きな穴を形成することが可能なレーザ
加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、加工対象物を保持するステージと、イオンを含んだ
固体誘電体をレーザ媒質として用い、該レーザ媒質によ
り誘導放出される基本波の2倍高調波を発生する第1の
レーザ光源と、赤外領域のレーザビームを発生する第2
のレーザ光源と、前記第1のレーザ光源から出射された
レーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物
上に集光する第1の集光光学系と、前記第2のレーザ光
源から出射されたレーザビームを、前記ステージに保持
された加工対象物上に集光する第2の集光光学系とを有
するレーザ加工装置が提供される。
【0007】本発明の他の観点によると、誘電体材料か
らなるコア層、該コア層の表面上に形成された金属配線
パターン、該金属配線パターンを覆うように該コア層の
上に形成された絶縁層、及び該絶縁層の表面上に形成さ
れた金属層を含む多層配線基板を準備する工程と、前記
多層配線基板の前記金属層の表面に、イオンを含んだ固
体誘電体をレーザ媒質として用い、該レーザ媒質により
誘導放出される基本波の2倍高調波を発生する第1のレ
ーザ光源から出射されたレーザビームを入射させて該金
属層を貫通する第1の穴を形成する工程と、前記金属層
に形成された第1の穴を含む領域に、赤外領域のレーザ
ビームを発生する第2のレーザ光源から出射されたレー
ザビームを入射させて、該第1の穴の底面に露出してい
た前記絶縁層に、前記金属配線パターンを露出させる第
2の穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が提供
される。
【0008】一般に、2倍高調波の波長域における金属
の反射率は、3倍高調波の波長域における金属の反射率
よりも高い。従って、反射率のみに着目すると、金属の
加工には3倍高調波が適している。ところが、基本波か
ら2倍高調波への変換効率は、3倍高調波への変換効率
よりも高い。変換効率をも考慮すると、2倍高調波を用
いる方が、3倍高調波を用いるよりも、効率的な加工を
行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施例によるレ
ーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源1がパルスレ
ーザビームを出射する。レーザ光源1は、イオンを含ん
だ固体誘電体をレーザ媒質として用い、レーザ媒質によ
って誘導放出される基本波の2倍高調波を発生する固体
レーザ発振器を含んで構成される。レーザ媒質として、
例えばNd:YAG、Nd:YLF、及びNd:YVO
4等が挙げられる。2倍高調波を生成する非線形光学結
晶(波長変換素子)として、LBO、BBO、KTP、
ADP、LiNbO3等が挙げられる。非線形光学結晶
は、レーザ発振器の光共振器内に配置してもよいし、光
共振器の外に配置してもよい。
【0010】他のレーザ光源11が、パルスレーザビー
ムを出射する。レーザ光源2は、炭酸ガスレーザ発振器
で構成され、発振波長は9.4μmまたは10.6μm
である。
【0011】レーザ光源1から出射されたパルスレーザ
ビームが、マスク2に設けられた貫通孔を透過すること
によって、そのビーム断面を整形され、折り返しミラー
3で下方に反射される。折り返しミラー3で反射された
パルスレーザビームは、ガルバノスキャナ4及びfθレ
ンズ5を通過して、XYステージ20に保持された加工
対象物21に入射する。ガルバノスキャナ4は、揺動す
る一対の反射鏡を含んで構成され、入射するパルスレー
ザビームを2次元方向に走査する。fθレンズ5は、マ
スク2の貫通孔を加工対象物21の表面上に結像させ
る。
【0012】同様に、レーザ光源11から出射されたパ
ルスレーザビームが、マスク12、折り返しミラー1
3、ガルバノスキャナ14、及びfθレンズ15を通っ
て、XYステージ20に保持された加工対象物21に入
射する。
【0013】図2を参照して、図1に示したレーザ加工
装置を使用した加工方法について説明する。図2(A)
に示すように、ガラス繊維強化エポキシ樹脂からなるコ
ア層50の表面上に、銅からなる配線パターン51が形
成されている。配線パターン51を覆うように、コア層
50の上に、エポキシ樹脂からなる絶縁層52が形成さ
れている。絶縁層52の表面上に、銅からなる金属層5
3が形成されている。
【0014】配線パターン51の上方の金属層53に、
図1に示したレーザ光源1から出射された2倍高調波
(レーザ媒質としてNd:YAGを用いた場合には、波
長532nm)を入射させる。パルスの繰り返し周波数
を10kHz、レーザ出力を10W、金属層53の表面
におけるビームスポットの直径を150μm、パルス幅
を30nsとする。このとき、金属層53の表面におい
て、銅を加工するのに十分なパルスエネルギ密度が得ら
れる。加工に必要なパルスエネルギ密度は、約10J/
cm2である。このパルスレーザビームを15ショット
入射させることにより、厚さ12μmの銅箔を貫通する
穴が形成される。なお、パルス幅は、熱影響による銅の
盛り上がりを防止するために、100ns以下とするこ
とが好ましい。
【0015】図2(B)に示すように、図1に示したレ
ーザ光源11から出射されたパルスレーザビーム61
を、金属層53に形成された穴を含む領域に入射させ
る。パルスの繰り返し周波数を2kHz、レーザ出力を
10W、金属層53の表面におけるビームスポットの直
径を250μm、パルス幅を20μsとする。このと
き、絶縁層52を加工するのに十分なパルスエネルギ密
度が得られる。絶縁層52を加工するために必要なパル
スエネルギ密度は、約10J/cm2である。このパル
スレーザビームでは、金属層53は加工されず、金属層
53に形成されている穴の底面に露出している絶縁層5
2に穴が形成される。
【0016】絶縁層52を貫通する穴が形成され、その
底面に配線パターン51が露出する。このパルスエネル
ギでは銅が加工されないため、配線パターン51はほと
んどダメージを受けない。
【0017】上記実施例では、固体レーザの2倍高調波
を用いて金属層53を加工している。以下、3倍高調波
を使用する場合と、2倍高調波を使用する場合との加工
効率について説明する。
【0018】基本波から2倍高調波への波長変換効率
は、基本波から3倍高調波への波長変換効率の約3倍で
ある。このため、基本波の出力が同一であれば、2倍高
調波のパルスエネルギが3倍高調波のパルスエネルギの
3倍になる。2倍高調波(波長532nm)及び3倍高
調波(波長353nm)の波長域における銅の吸収率
は、それぞれ約50%及び約60%である。銅の吸収率
のみを考慮すると、2倍高調波を用いた場合の加工効率
は、3倍高調波を用いた場合の加工効率の5/6倍に低
下する。
【0019】ところが、2倍高調波への波長変換効率が
3倍高調波への波長変換効率の約3倍であるため、波長
変換効率をも考慮したとき、2倍高調波を用いた場合の
加工効率は、3倍高調波を用いた場合の加工効率の3×
5/6=2.5倍になる。このように、2倍高調波を用
いることにより、3倍高調波を用いた場合に比べて、加
工効率を高めることができる。
【0020】基本波から2倍高調波への変換効率が高い
ため、2倍高調波のパルスエネルギを3倍高調波のパル
スエネルギよりも大きくすることができる。パルスエネ
ルギの大きなレーザビームを用いると、加工対象物の表
面におけるビームスポットを大きくしても、金属層の加
工に必要なパルスエネルギ密度を確保することができ
る。このため、トレパニング工法を採用することなく、
大きな穴を開けることができる。
【0021】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固体レーザの2倍高調波を用いることにより、効率的に
金属層の加工を行うことができる。さらに、金属層に形
成された穴の底面に露出した絶縁層を、赤外域のレーザ
ビームを用いて加工することにより、絶縁層に形成され
た穴の底面に露出する金属配線パターンの受けるダメー
ジを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略
図である。
【図2】 本発明の実施例によるレーザ加工方法で加工
される加工対象物の断面図である。
【符号の説明】
1、11 レーザ光源 2、12 マスク 3、13 折り返しミラー 4、14 ガルバノスキャナ 5、15 fθレンズ 20 XYステージ 21 加工対象物 50 コア層 51 配線パターン 52 絶縁層 53 金属層 60、61 パルスレーザビーム

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工対象物を保持するステージと、 イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用い、該
    レーザ媒質により誘導放出される基本波の2倍高調波を
    発生する第1のレーザ光源と、 赤外領域のレーザビームを発生する第2のレーザ光源
    と、 前記第1のレーザ光源から出射されたレーザビームを、
    前記ステージに保持された加工対象物上に集光する第1
    の集光光学系と、 前記第2のレーザ光源から出射されたレーザビームを、
    前記ステージに保持された加工対象物上に集光する第2
    の集光光学系とを有するレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 前記第1のレーザ光源のレーザ媒質が、
    Nd:YAG、Nd:YLF、及びNd:YVO4から
    なる群より選択された1つのレーザ媒質である請求項1
    に記載のレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 前記第2のレーザ光源が、炭酸ガスレー
    ザ発振器である請求項1または2に記載のレーザ加工装
    置。
  4. 【請求項4】 誘電体材料からなるコア層、該コア層の
    表面上に形成された金属配線パターン、該金属配線パタ
    ーンを覆うように該コア層の上に形成された絶縁層、及
    び該絶縁層の表面上に形成された金属層を含む多層配線
    基板を準備する工程と、 前記多層配線基板の前記金属層の表面に、イオンを含ん
    だ固体誘電体をレーザ媒質として用い、該レーザ媒質に
    より誘導放出される基本波の2倍高調波を発生する第1
    のレーザ光源から出射されたレーザビームを入射させて
    該金属層を貫通する第1の穴を形成する工程と、 前記金属層に形成された第1の穴を含む領域に、赤外領
    域のレーザビームを発生する第2のレーザ光源から出射
    されたレーザビームを入射させて、該第1の穴の底面に
    露出していた前記絶縁層に、前記金属配線パターンを露
    出させる第2の穴を形成する工程とを有するレーザ加工
    方法。
  5. 【請求項5】 前記第1のレーザ光源のレーザ媒質が、
    Nd:YAG、Nd:YLF、及びNd:YVO4から
    なる群より選択された1つのレーザ媒質である請求項4
    に記載のレーザ加工方法。
  6. 【請求項6】 前記第2のレーザ光源が、炭酸ガスレー
    ザ発振器である請求項4または5に記載のレーザ加工方
    法。
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