JP2003285185A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 被覆層に、少ショット数で効率よく、しかも
下地部材にほとんど影響を与えずに、大面積の穴を開け
る。 【解決手段】下地部材の表面上に、下地部材の表層部の
材料とは異なる材料からなる被覆層が形成された加工対
象物１７ａ、１７ｂを準備する。被覆層を透過し、被覆
層と下地部材との界面で反射し、反射位置の被覆層を下
地部材から剥離させる性質を有する１本の原レーザビー
ムを複数本のレーザビームに分岐させる。複数本のレー
ザビームを被覆層の表面から加工対象物に同時に入射さ
せて、被覆層の一部を下地部材から剥離させ、剥離部分
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、被覆層を有する加
工対象物にレーザビームを照射し、被覆層に穴を開ける
レーザ加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアブレーション加工で、導電層に
絶縁層が重ねられた多層基板を加工する際、たとえば厚
さ５０μｍの絶縁層に直径５０μｍ程度の穴を開けるの
に１００ショット前後のパルスレーザビームが必要であ
った。

【０００３】また、アブレーション加工後に残ったスミ
アは、湿式のデスミア処理等の方法により除去されてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加工方法では、
絶縁層に大面積の穴を開けるにはレーザビームのパルス
エネルギを大きくし、かつ多数のショットを加えなけれ
ばならず、加工速度の面で問題となる。

【０００５】また、紫外パルスレーザビームを用いたア
ブレーション加工で大きな穴を形成したい場合には、パ
ルスレーザビームの入射位置を、既に形成されている穴
からずらせ、パルスレーザビームで開けた穴を連結させ
て大面積の穴を形成する。このとき、絶縁層が除去され
た部分にレーザを照射すると、導電層までもアブレーシ
ョン加工してしまう場合が多く、精細に位置決めをしな
い限り、大面積の穴を加工することが難しかった。

【０００６】本発明の目的は、下地部材の表面上に形成
された被覆層に大面積の穴を開ける加工を、少ないショ
ット数で、しかも下地部材にほとんど影響を与えずに可
能とするレーザ加工方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、下地部材の表面上に、該下地部材の表層部の材料と
は異なる材料からなる被覆層が形成された加工対象物を
準備する工程と、前記被覆層を透過し、該被覆層と前記
下地部材との界面で反射し、反射位置の該被覆層を該下
地部材から剥離させる性質を有する１本の原レーザビー
ムを複数本のレーザビームに分岐させ、該複数本のレー
ザビームを該被覆層の表面から前記加工対象物に同時に
入射させて、該被覆層の一部を該下地部材から剥離さ
せ、剥離部分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】前記剥離部分は、前記複数本のレーザビー
ムが前記下地部材と前記被覆層との界面でアブレーショ
ンを起こし、その圧力により前記被覆層の剥離を誘起し
た結果形成されたものと考えられ、従来のアブレーショ
ン加工で形成する穴に比べ大面積を有する。しかも前記
レーザ加工方法によれば、この剥離加工を、前記下地部
材にほとんど影響を与えずに行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明の第１の実
施例を説明する。波長変換ユニットを含む全固体レーザ
発振器１１、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザから、レーザ
ビームが出射される。波長変換ユニットにより全固体レ
ーザ発振器１１は、基本波と２倍高調波のいずれかを出
射することができるが、まずＮｄ：ＹＬＦレーザの基本
波（波長１０４７ｎｍ）をパルス幅１０ｐｓ、パルスエ
ネルギ１ｍＪで出射させる。レーザビームは、ビームス
プリッタ１２に入射する。ビームスプリッタ１２は入射
した基本波を、光路Ａ及びＢを進む２つの基本波のレー
ザビームに分岐させる。

【００１０】光路Ａを進むビームは、反射ミラー１３、
加工対象物である多層基板１７ａ上にレーザビームを集
束させる平凸レンズ１５ａを経て、ステージ１６上に載
置されている多層基板１７ａに照射される。

【００１１】光路Ｂを進むビームも同様である。反射ミ
ラー１４、加工対象物である多層基板１７ｂ上にレーザ
ビームを集束させる平凸レンズ１５ｂを経て、ステージ
１６上に載置されている多層基板１７ｂに照射される。
ステージ１６は可動ステージであり、ステージ１６上の
多層基板１７ａ及び１７ｂに入射するレーザビームの入
射位置を変えることができる。なお、多層基板１７ａ及
び１７ｂは、構成材料、積層構造及び各層の厚さが同一
の多層基板である。

【００１２】図２（Ａ）は、多層基板１７ａ（１７ｂ）
の断面図である。たとえばガラス繊維で強化されたエポ
キシ樹脂層である樹脂下地層２３、たとえば銅層である
金属層２２、たとえば厚さ６０μｍであるエポキシ樹脂
層である樹脂被覆層２１がこの順に下から積層されてい
る。この樹脂被覆層２１上面にレーザビームが入射す
る。樹脂被覆層２１はＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波の多
くを透過する。金属層２２は、これを大部分反射する。

【００１３】図２（Ｂ）を参照する。多層基板１７ａ
（１７ｂ）にパルスレーザビームが１ショット入射する
と、樹脂被覆層２１と金属層２２との界面が高圧力状態
となり、この圧力によって金属層２２上面におけるパル
スレーザビームの反射位置付近の樹脂被覆層２１の一部
が金属層２２から剥離する。この現象を「リフティング
現象」と呼び、「リフティング現象」を利用した加工を
「リフティング加工」と呼ぶこととする。リフティング
現象により、樹脂被覆層２１に穴２１ａが形成される。
リフティング加工によれば、パルスレーザビーム１ショ
ットの照射で、従来のアブレーション加工に比べ、大面
積の穴を形成することができる。図２（Ｂ）に示した穴
２１ａがたとえば円形の底面を有するとき、その直径は
たとえば２００μｍである。

【００１４】ステージ１６により、多層基板１７ａ及び
１７ｂが移動され、それぞれの基板の所定の位置に、リ
フティング現象による穴が次々と形成される。基板を構
成する材料などによっては、リフティング現象を用いた
レーザ加工後に、樹脂被覆層の皮膜が、穴の底面に薄く
残存する場合がある。たとえば銅層の表面に、厚さ６０
μｍのエポキシ樹脂層が積層された多層基板１７ａ及び
１７ｂには、銅層の表面に薄いエポキシ樹脂の皮膜２１
ｂが残存する。そこで次に、リフティング現象を用いて
穴開け加工を行った際とは異なる波長のレーザビームを
照射することによって、この残存皮膜２１ｂを除去す
る。

【００１５】波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振
器１１から、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの波長を変換
し、波長５２３ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、パルスエネル
ギ２０〜５００μＪのＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波
を出射する。この２倍高調波もビームスプリッタ１２に
より分岐し、２つの光路Ａ及びＢを進む。ステージ１６
が、リフティング加工で形成された穴の底に２倍高調波
が入射するように、多層基板１７ａ及び１７ｂを移動す
る。２倍高調波は１つの穴につき、１〜１０ショット照
射される。これによりエポキシ樹脂の残存皮膜が除去さ
れ、銅層の表面が露出する。このとき、残存皮膜には１
パルス当たり約０．５Ｊ／ｃｍ²以上のフルエンスのビ
ームが照射される。

【００１６】照射位置検出センサ１８ａ及び１８ｂは、
たとえばＣＣＤカメラを含んで構成され、それぞれ多層
基板１７ａ及び１７ｂの画像を撮影し、撮影した画像を
コントローラ１９に送る。コントローラ１９は画像を分
析し、多層基板１７ａ及び１７ｂの銅層表面が露出され
たか否かを判定する。銅層表面の露出が確認された場
合、ステージ１６により多層基板１７ａ及び１７ｂが移
動し、基本波で形成された別の穴の底の残存皮膜を除去
する。銅層の露出が確認されない場合は、再び２倍高調
波を入射させ、銅層を露出させる。この２倍高調波の再
入射においては、たとえば１ショット毎に皮膜の除去状
態が判定される。

【００１７】第１の実施例においては、多層基板１７ａ
及び１７ｂとして、銅層表面にエポキシ樹脂層が形成さ
れている同一の多層基板を用いた。しかし、一方に、た
とえばアルミニウム層の表面にポリイミド層が形成され
ている多層基板を用いるなど、光路ＡとＢとを進んでき
たレーザビームで、異なる種類の加工対象物を加工する
こともできる。また、ここでは、２筋に分岐したレーザ
ビームで別々の基板を加工したが、加工を行うのが１枚
の基板の異なる位置であってもよい。

【００１８】図３は、本発明の第２の実施例によるレー
ザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図であ
る。波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振器３０
は、第１の実施例で用いた全固体レーザ発振器と同じも
のである。まずＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０
４７ｎｍ）を、パルス幅１０ｐｓ、パルスエネルギ１ｍ
Ｊで出射する。レーザビームは反射ミラー３１で反射さ
れ、ホログラム板３２で複数条のレーザビームに分岐し
て、ステージ３４上に据えられている多層基板３５上に
集光され、多層基板３５上の複数の箇所に同時に照射さ
れる。なお、ホログラム板３２には、Ｎｄ：ＹＬＦレー
ザの基本波と２倍高調波の両方の波長に対して、被加工
部で同じ模様となるように記録がしてある。

【００１９】多層基板３５は第１の実施例で用いた多層
基板と同じものであり、たとえば厚さ６０μｍのエポキ
シ樹脂層である樹脂被覆層２１と銅で形成された金属層
２２とを有する。この樹脂被覆層２１上面の複数の箇所
にレーザビームが入射する。樹脂被覆層２１はＮｄ：Ｙ
ＬＦレーザの基本波の多くを透過する。金属層２２は、
この大部分を反射する。よってリフティング現象によ
り、樹脂被覆層２１の剥離を誘起し、複数個の穴を同時
に開けることができる。

【００２０】図３（Ｂ）は、１ショットのレーザビーム
が、ホログラム板３２の記録に従い複数条のレーザビー
ムに分岐され、多層基板３５上に集光させられて、多層
基板３５上に形成した穴の平面図である。この図に示さ
れた例の場合、分岐させないパルスレーザビームを６シ
ョット照射し、リフティング現象により部分的に重なっ
た穴を形成した場合と同じ面積の穴が、１ショットで形
成されることになる。

【００２１】続いて、開けた穴の底に残存するエポキシ
皮膜を除去する。波長変換ユニットを含む全固体レーザ
発振器３０から、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの波長を
変換し、波長５２３ｎｍ、パルス幅１０ｐｓ、パルスエ
ネルギ２０〜５００μＪのＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高
調波を出射する。この２倍高調波もホログラム板３２の
記録に従い、基本波と同様に分岐し、リフティング現象
で開けられた穴の底に入射する。このため、ステージ３
４を動かす必要はない。残存するエポキシ樹脂の皮膜は
１〜１０ショットで除去され、銅層表面が露出する。こ
のとき、皮膜に照射するレーザビームのパルスエネルギ
密度は約０．５Ｊ／ｃｍ²以上である。

【００２２】照射位置検出センサ３６は、たとえばＣＣ
Ｄカメラを含んで構成される。照射位置検出センサ３６
の撮影した多層基板３５の画像が、コントローラ３７に
送られる。コントローラ３７は画像を分析し、銅層表面
が露出されたか否かを判定する。銅層表面の露出が確認
された場合、ステージ３４により多層基板３５が移動
し、多層基板３５上の異なる場所において再びＮｄ：Ｙ
ＬＦレーザの基本波によるリフティング加工が開始され
る。皮膜が除去されていない場合は、再び２倍高調波を
入射させ、銅層を露出させる。この２倍高調波の再入射
においては、たとえば１ショット毎に皮膜の除去状態を
判定する。

【００２３】このようにホログラム板を用い、レーザビ
ームを幾筋かに分岐させることによって、加工速度を向
上させることができる。図４は本発明の第３の実施例に
よるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略
図である。第２の実施例のホログラム板３２のかわり
に、回折格子３８と平凸レンズ３９を用いている。回折
格子３８は波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振器
３０から出射され、反射ミラー３１で反射されたＮｄ：
ＹＬＦレーザの基本波のパルスレーザビームを複数条の
回折光に分岐させる。ただしホログラム板とは異なり、
回折格子は集光能力を備えていないので、平凸レンズ３
９が多層基板３５上にパルスレーザビームを集光させ
る。他の構成は第２の実施例と等しい。

【００２４】第３の実施例によるレーザ加工方法は、第
２の実施例と同様に、１本の原レーザビームを複数個に
分岐し加工に使用することで、加工速度を向上させるこ
とができる。この後、ステージ３４により多層基板３５
を移動させることで、２倍高調波がリフティング現象で
開けられた各穴の底面に到達する。この２倍高調波のパ
ルスレーザビームの照射で、残存皮膜を除去する。照射
位置検出センサ３６、コントローラ３７の作用は、第２
の実施例と同様である。

【００２５】回折格子のかわりにビームスプリッタ、Ｄ
ＯＥ（Diffractive Optics Elements）等の分岐光学
素子やエキスパンダを利用してもよい。図５は本発明の
第４の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ
加工装置の概略図である。波長変換ユニットを含む全固
体レーザ発振器４０は第１の実施例で用いたのと同じも
のである。まず、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１
０４７ｎｍ）を出射させる。パルスレーザビームはビー
ム断面の形状を整形するためのマスク４１、ガルバノス
キャナ４３、レーザビームの焦点を多層基板４６上に結
ばせるｆθレンズ４４を経て、ステージ４５上に据えら
れている多層基板４６に照射される。ガルバノスキャナ
４３は一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レー
ザビームを２次元方向に高速で走査する。

【００２６】多層基板４６は第１の実施例で用いたのと
同じものである。樹脂被覆層２１上面にレーザビームが
入射する。ガルバノスキャナ４３の動作により、樹脂被
覆層２１にリフティング現象による穴が次々と開けられ
る。

【００２７】続いて、開いた穴の底に残存するエポキシ
皮膜を除去する。Ｎｄ：ＹＬＦレーザの波長を変換し、
２倍高調波（波長５２３ｎｍ）をリフティング現象によ
って形成された穴に入射し、銅層表面を露出させる。ガ
ルバノスキャナ４３の動作により、次々と各穴底の皮膜
が除去されていく。基本波、２倍高調波とも、パルスレ
ーザビームのパルス幅、パルスエネルギ密度、ショット
数は第１の実施例と同じである。

【００２８】照射位置検出センサ４７及びコントローラ
４８の作用も、第１の実施例と同様である。リフティン
グ加工されたすべての穴の底の銅層表面の露出が確認さ
れた場合、ステージ４５により多層基板４６が移動し、
多層基板４６上の異なる場所において再びＮｄ：ＹＬＦ
レーザの基本波によるリフティング加工が開始される。
皮膜が除去されていない場合は、再び２倍高調波を入射
させ、銅層を露出させる。この２倍高調波の再入射にお
いては、たとえば１ショット毎に皮膜の除去状態を判定
する。

【００２９】このように、リフティング加工及び残存皮
膜の除去に高速ビーム走査光学系を使用することもでき
る。ステージのみの位置制御で加工を行うよりも、高い
スループットを得ることができる。

【００３０】図６は第４の実施例のガルバノスキャナ４
３のかわりに、ポリゴンミラーを使った高速ビーム走査
光学系のひとつである、ポリゴン・ガルバノスキャナ４
９を用いた図である。ポリゴン・ガルバノスキャナ４９
は１枚のガルバノミラーと１個のポリゴンミラーとで構
成されており、ガルバノスキャナ４３と同じく、パルス
レーザビームを２次元方向に高速で走査する。他の構成
及び作用は図５に示したものに等しい。ポリゴンミラー
を含んだ高速ビーム光学系を使用することにより、走査
を高速化することができる。

【００３１】第１〜４の実施例について、残存皮膜を除
去するのに使用するレーザビームとしては、パルス幅が
ピコ秒オーダの緑色の波長領域（波長４９２〜５７７ｎ
ｍ）の光だけでなく、ナノ秒オーダの紫外線の波長領域
（波長４〜４００ｎｍ）の光、ピコ秒オーダの紫外線か
ら緑色の波長領域の光を用いることができる。ナノ秒オ
ーダの緑色の波長領域の光は、樹脂被覆層による吸収が
少ないため、銅が先に溶融してしまい、皮膜を除去する
ことができない。また以上の実施例では、リフティング
現象を用いた穴開けをＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波
長１０４７ｎｍ）で行い、残存皮膜の除去を同じくＮ
ｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波（波長５２３ｎｍ）で行
ったが、前者をＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（波長１０
６４ｎｍ）で、後者をＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波
（波長５３２ｎｍ）で行ってもよい。アブレーションで
残存皮膜を除去する。

【００３２】更に、本発明の各実施例においては加工対
象物として３層からなる多層基板を考えたが、これは下
地部材であるたとえば銅などの金属層表面に、被覆層が
形成されたものであればよい。

【００３３】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえ
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。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大面積の穴開け加工を、少ない照射量で、しかも下の層
に与える影響を小さくして行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で
用いられるレーザ加工装置の概略図である。

【図２】（Ａ）は、第１の実施例によるレーザ加工方法
で加工される多層基板の断面図であり、（Ｂ）は、第１
の実施例によるレーザ加工方法で穿孔された多層基板の
断面図である。

【図３】（Ａ）は、第２の実施例によるレーザ加工方法
で用いられるレーザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）
は、第２の実施例によるレーザ加工方法で加工された穴
の平面図である。

【図４】第３の実施例によるレーザ加工方法で用いられ
るレーザ加工装置の概略図である。

【図５】第４の実施例によるレーザ加工方法で用いられ
るレーザ加工装置の概略図である。

【図６】本発明の第４の実施例によるレーザ加工方法で
用いられるレーザ加工装置の概略図である。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ 光路 １１ （波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器 １２ ビームスプリッタ １３、１４ 反射ミラー １５ａ、ｂ 平凸レンズ １６ ステージ １７ａ、ｂ 多層基板 １８ａ、ｂ 照射位置検出センサ １９ コントローラ ２１ 樹脂被覆層 ２１ａ 穴 ２１ｂ 皮膜 ２２ 金属層 ２３ 樹脂下地層 ３０ （波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器 ３１ 反射ミラー ３２ ホログラム板 ３４ ステージ ３５ 多層基板 ３６ 照射位置検出センサ ３７ コントローラ ３８ 回折格子 ３９ 平凸レンズ ４０ （波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器 ４１ マスク ４３ ガルバノスキャナ ４４ ｆθレンズ ４５ ステージ ４６ 多層基板 ４７ 照射位置検出センサ ４８ コントローラ ４９ ポリゴン・ガルバノスキャナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地部材の表面上に、該下地部材の表層
   部の材料とは異なる材料からなる被覆層が形成された加
   工対象物を準備する工程と、 前記被覆層を透過し、該被覆層と前記下地部材との界面
   で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離さ
   せる性質を有する１本の原レーザビームを複数本のレー
   ザビームに分岐させ、該複数本のレーザビームを該被覆
   層の表面から前記加工対象物に同時に入射させて、該被
   覆層の一部を該下地部材から剥離させ、剥離部分を形成
   する工程とを有するレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 下地部材の表面上に、該下地部材の表層
   部の材料とは異なる材料からなる被覆層が形成された加
   工対象物を準備する工程と、 前記被覆層を透過し、該被覆層と前記下地部材との界面
   で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離さ
   せる性質を有するレーザビームを、前記加工対象物上の
   異なる位置に入射させるビーム走査手段で走査して、前
   記被覆層の表面から前記加工対象物に入射させ、前記被
   覆層の一部を前記下地部材から剥離させて、剥離部分を
   形成する工程とを有するレーザ加工方法。