JP2004243404A - 穴形成方法および穴形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、レーザーを用いた穴開け加工において穴の上部と底部の穴径が同一の穴を開ける穴形成方法および穴形成装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、基板１２に対して垂直にレーザー１０を照射し、穴の上部より底部の穴径が小さいテーパー状の穴を形成する。さらにレーザー１０を基板１２に対して傾斜させてテーパー状の穴に照射し、上部と底部の穴径とを揃える。レーザー１０を傾斜させて照射することによって、ストレートの穴１４を形成することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、基板１２に対して垂直にレーザー１０を照射し、穴の上部より底部の穴径が小さいテーパー状の穴を形成する。さらにレーザー１０を基板１２に対して傾斜させてテーパー状の穴に照射し、上部と底部の穴径とを揃える。レーザー１０を傾斜させて照射することによって、ストレートの穴１４を形成することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーを用いて基板にスルーホールなどの穴を形成するための穴形成方法および穴形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビルドアップ配線基板におけるスルーホールなどの穴は機械ドリルによって形成されていた。半導体回路の高密度化により、基板の配線も高密度化が要求されている。基板の配線の高密度化に対応してスルーホールの穴径を小さくする必要がある。
【０００３】
しかし、機械ドリルを細くすると、機械ドリルの耐久性の悪化および機械ドリルの回転時における中心軸のぶれの問題がある。また、細い機械ドリルほど値段が高くなる。機械ドリルによる穴径の小さいスルーホールの形成は、穴が変形したり機械ドリルが破損したりし、穴開けコストが高くなる。
【０００４】
そこで、スルーホールなどの穴はレーザー加工によって形成されるようになっている。穴の形成は、図８に示す穴形成装置２４を用いておこなう。レーザー１０は発振器３２で発振される。例えば、使用するレーザー１０は炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーまたは紫外線（ＵＶ）レーザーである。基板をステージ（図示せず）上に配置し、ステージを移動させて穴を開ける位置の位置決めをおこなう。レーザー１０は２枚のガルバノミラー（Ｇａｌｖａｎｏ Ｍｉｒｒｏｒ）ＧＭの角度を調節してレーザー１０の位置決めをおこなう。レーザー１０は集光レンズ１６の中央を通って、基板に垂直に照射される。なお、コリメートレンズ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ Ｌｅｎｓ）ＣＬを２枚用いてレーザー１０の焦点を変化させ、マスク（Ｍａｓｋ）によってレーザー１０の直径を調節する。さらに、ベンドミラー（Ｂｅｎｄ Ｍｉｒｒｏｒ）ＢＭは伝搬しているレーザー１０を反射させるためのミラーである。
【０００５】
図９（ａ）に示すように、穴開け加工中にレーザー１０のエネルギーが基板１２を構成するガラス繊維や樹脂に吸収されるため、レーザー１０が先細りになってしまう。形成された穴２６は図９（ｂ）に示すように、穴２６の上部の穴径が穴２６の底部の穴径よりも大きくなる。スルーホールを形成するために、穴２６の側壁にメッキをおこなう。
【０００６】
しかし、底部の穴径が小さいためにメッキ液が流れにくく、メッキができない場合がある。特にスルーホールはビアホールと比較して穴の長さが長いため、メッキができなくなる場合が多くなる。
【０００７】
穴の先細りを防ぐ加工方法が、例えば特許文献１に開示されている。レーザーの焦点位置を昇降させたりレーザーを回転させたりする。焦点位置を昇降させたりレーザーを回転させたりすることによってレーザーのスポット径を広げることができる。スポット径が広がることによって、ビアシング穴径が広がり、ビアシングから切断に切り替えた場合の切断幅とビアシング穴径の差が無くなる。加工条件の切り替え時に、加工部で溶融金属が吹き出すバーニングが防止できる。
【０００８】
しかし、焦点位置を降下させたときに形成される穴が、焦点位置が上方にあるときよりも穴径が大きくなるだけであるので、焦点位置を昇降させただけではストレートの穴を形成することはできない。レーザーを回転させる方法は、特許文献１の図３より基板からの焦点も同じく回転しており、全体の穴径は広がる。しかし、基板に対して垂直にレーザーが照射されているため、レーザーのエネルギーが基板に吸収されるため、全体の穴径が大きくなってもストレートの穴を形成することはできない。
【０００９】
また、レーザーの角度を変化させてテーパー形状の穴を形成する方法が特許文献２に開示されている。使用するレーザーはエキシマレーザーである。エキシマレーザーの角度をかえて複数方向から照射することによって、テーパー形状の穴を形成している。
【００１０】
しかし、特許文献２の方法は、１回のエキシマレーザー照射によって、ストレートの穴を形成している。エキシマレーザーの角度をかえることによって、テーパー形状の穴を形成するのに有効であるが、ストレートの穴を形成することはできない。
【００１１】
【特許文献１】特開平０３−１５１１８２号公報（第１図）
【特許文献２】特開平０７−２８４９７５号公報（第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レーザーを用いた穴開け加工において穴の上部と底部の穴径が実質的に等しい穴を開ける穴形成方法および穴形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の穴形成方法の要旨は、基板に穴を形成するための方法であって、（ａ）基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に穴を形成するステップと、（ｂ）前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向から前記穴にレーザーを照射するステップと、（ｃ）前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、を含む。基板に対して垂直にレーザーを照射すると、基板にテーパー状の穴が形成される。レーザーを所定の角度傾けて基板に照射することによって、レーザーのテーパー状の部分が基板に対して垂直になる。所定の角度は、基板に垂直な方向から２〜５度傾けた角度である。複数方向からレーザーを傾斜させて基板に照射することによって、穴の上部と底部の穴径が実質的に等しい穴を形成することができる。
【００１４】
他の穴形成方法の要旨は、（ａ）基板の予め決められた複数の位置に順番に基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に複数の穴を形成するステップと、（ｂ）前記複数の位置に設けられた穴に順番に前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、（ｃ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、を含む。基板に複数の穴を形成する場合、最初に所望の位置にレーザーを照射して複数の穴を設ける。この時形成される穴は穴の上部よりも底部の穴径が小さい穴である。さらに複数の穴に対して順番にレーザーを照射する。このレーザーの角度を垂直な方向から所定の角度傾け、穴の上部と底部の穴径を揃える。所定の角度は、基板に垂直な方向から２〜５度傾けた角度である。ステップ（ｃ）は、穴の円周方向に沿ってレーザーの照射位置を変えながらレーザーを照射する。
【００１５】
さらに他の穴形成方法の要旨は、（ａ）基板の予め決められた複数の位置に対して順番に、前記基板の表面に対して垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、（ｂ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ａ）を繰り返すステップと、を含む。垂直にレーザーを照射せずに、傾斜方向からのみのレーザー照射をおこなって穴を形成する。
【００１６】
本発明の穴形成装置の要旨は、基板に穴を形成するためのレーザーを発振する発振器と、前記レーザーが通過し、通過する位置によってレーザーの基板に対する角度が決定するレンズと、前記レンズのレーザーが通過する位置を、基板に対するレーザーの照射数によって変更するミラーと、を含むことにある。本発明は、発振器で発振されたレーザーをレンズとミラーによって、レーザーの基板に対する角度を変更する。基板に対してレーザーを傾斜させて照射することによって、ストレートの穴を形成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る穴形成方法および穴形成装置の実施の形態について図面を用いて説明する。本発明は、図３（ｂ）に示すように、ガルバノミラーＧＭの角度を調節してレーザー１０が集光レンズ１６を通過する位置を変更し、基板１２に対するレーザー１０の入射角度を調節する。図２に示す穴形成装置２３は、ガルバノミラーＧＭの角度を調節する角度調節手段３４を含む。後述するように、基板１２に対するレーザー照射は、照射回数によってレーザー１０の基板１２に対する角度が変わる。集光レンズ１６のレーザー１０が通過する位置を、基板１２に対するレーザー１０の照射数によって変更するように、角度調節手段３４によってガルバノミラーＧＭの角度が変更される。
【００１８】
なお、基板１２の厚みは、例えば０．４ｍｍである。レーザー１０は炭酸ガスレーザーまたは紫外線レーザーである。コリメートレンズＣＬとマスクを用いて、レーザー１０のビーム径を５０から１００μｍに調節する。後述するレーザー照射において１回の照射におけるレーザー１０のパルス数は任意であり、例えばパルス数を１とする。発振器３２がパルスを発振する周波数は、例えば約１ｋＨｚである。
【００１９】
１つの穴を形成する方法について説明する。図１（ａ）に示すように、先ず基板１２に対して垂直に第１レーザー１０ａを照射する。垂直に第１レーザー１０ａを照射させるために、２枚のガルバノミラーＧＭの角度を調節して、第１レーザー１０ａが集光レンズ１６の中心を通過するようにする。レーザー１０のエネルギーは基板１２に吸収されるため、第１レーザー１０ａは基板１２中でテーパー状になる。したがって、第１レーザー１０ａの照射によって形成された穴は、穴の上部よりも底部の穴径が小さくなっている。例えば、穴の上部の穴径φ１が６０μｍの場合、底部の穴径φ２は上部の穴径φ１の半分の３０μｍである。なお、穴の上部はレーザー１０の入射側とし、底部はレーザー１０の出射側とする。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２に対して傾斜させて第２レーザー１０ｂを照射する。この場合、角度調節手段３４を用いてガルバノミラーＧＭの角度を調節して第２レーザー１０ｂが集光レンズ１６の外周部分を通過するようにすることによって、第２レーザー１０ｂを基板１２に対して傾斜させて照射することができる。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、集光レンズ１６の外周部分１８は、例えば集光レンズ１６の半径の半分よりも外側の部分である。ガルバノミラーＧＭの角度を調節し、レーザー１０が外周部分１８を通過すると、図３（ｂ）に示すように、レーザー１０が基板に対して傾斜する。基板１２に対するレーザー１０の角度は、例えば、図３（ａ）に示す集光レンズ１６の中央Ｏから外周に向かう軸の中心Ａの付近をレーザー１０が通過した場合は８７°から８８°、集光レンズ１６の外周Ｂの付近をレーザー１０が通過した場合は８５°から８６°である。
【００２２】
レーザー１０は、基板１２に照射されて穴を形成するとき、基板１２にエネルギーを吸収されてテーパー状になってしまう。図１（ｂ）に示すように、第２レーザー１０ｂを基板１２に対して傾斜させて、第２レーザー１０ｂのテーパー状になった部分を基板１２に対して垂直になるようにする。この時の第２レーザー１０ｂの基板１２に対する角度θは８５°から８８°である。基板１２に対して傾斜させた第２レーザー１０ｂが照射された穴の部分は、テーパー状になっている部分が無くなり、基板１２に対して垂直な内壁が形成される。
【００２３】
さらに図１（ｃ）に示すように、図１（ｂ）とは反対方向から第３レーザー１０ｃを傾斜させて照射する。この時の第３レーザー１０ｃの角度φは９２°から９５°である。
【００２４】
基板１２に対してレーザー１０を傾斜させた照射を２方向からおこなっただけでは穴の上部と底部の穴径を完全に揃えることはできない。そこで複数方向から順次レーザー１０を照射する。複数方向からレーザー１０を照射するためにガルバノミラーＧＭの角度を順次変化させる。集光レンズ１６を通過するレーザー１０の位置が順次変わる。レーザー１０は、基板１２の垂直方向から２〜５度の角度で、複数方向から照射される。このことによって、図１（ｄ）に示すように、穴１４はテーパー状になった部分が無くなる。すなわち、穴１４の上部と底部の穴径が実質的に等しくなり、ストレートの穴１４が形成される。
【００２５】
なお、複数の方向からレーザー１０を傾斜させた照射をおこなったが、レーザー１０の照射位置が円を描くようにレーザー１０の方向を変化さても良い。
【００２６】
以上の工程によって、穴１４の上部と底部の穴径が等しくなり、穴１４のメッキ加工が確実にできるようになる。
【００２７】
一般に１枚の基板１２に対して複数のスルーホールが設けられる。そこで図４をもとに１枚の基板１２に対して複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する場合について説明する。図４（ａ）に示す工程１は、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを開ける位置に対して順番に第１レーザー１０ａを照射する。第１レーザー１０ａは基板１２に対して垂直方向から照射する。この時形成される穴はテーパー状である。１回のレーザー照射でテーパー状の穴が開けられない場合は、工程１を繰り返してレーザー照射をおこなう。
【００２８】
図４（ｂ）に示す工程２は、基板１２に対して第２レーザー１０ｂを傾斜させて照射し、穴のテーパー状の部分を除去する。この時、複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対して順番に第２レーザー１０ｂを照射する。
【００２９】
図４（ｃ）に示す工程３として、工程２とは異なる方向から第３レーザー１０ｃの照射をおこなう。工程３においても複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対して順番に第３レーザー１０ｃを照射する。
【００３０】
工程３以降も基板１２に対してレーザー１０を傾斜させ、かつ、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに順番にレーザー１０を照射おこなう。すなわち、レーザー１０を傾斜させた照射は、複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおいて一の方向からのレーザー１０の照射を順番におこない、かつ、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおいてレーザー１０の方向を順番に変えながらレーザー１０の照射をおこなう。なお、基板１２は、図２においてステージ（図示せず）の上に配置されており、複数の穴１４を形成するためにステージを移動させて、基板１２の位置を移動させる。穴１４が形成されるまで、傾斜方向からのレーザー照射を繰り返す。
【００３１】
各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する工程で１つの穴を形成するために連続してレーザー１０の照射をおこなわないので、穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対してのレーザー１０の照射に間隔がある。図５に示すように、１回のレーザー照射において穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの温度上昇があっても、次のレーザー照射までに冷却される。したがって、プラズマの発生や温度上昇による基板１２の炭化が起こらない。複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの上部と下部の穴径も揃えられる。
【００３２】
１枚の基板１２にレーザー１０の直径よりも大きな穴を複数形成する方法を説明する。図６の工程１のように、穴２２を形成する位置に対して順番に第１レーザーを照射し、小穴２０ａを形成する。第１レーザーの照射は基板１２に対して傾斜させておこなう。第１レーザーのテーパー状になった部分の一部が、基板１２に対して垂直なるようにする。形成される小穴２０ａは、所望の穴２２よりも小さな穴である。
【００３３】
１つの穴２２を構成する複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成するために、工程２，３，４に示すように、さらに第２，３，４レーザーの照射をおこなって、小穴２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成する。工程２，３，４においても工程１と同様に、複数の穴２２において順番にレーザー１０を基板１２に対して傾斜させて照射する。
【００３４】
１回のレーザー照射で基板１２を貫通する小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成できない場合は、工程１，２，３，４を繰り返しおこなって基板１２を貫通する小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成する。すなわち、複数の穴２２を形成するために、複数の穴２２において一の方向からのレーザー照射を順番におこない、かつ、１つの穴２２においてレーザー１０の方向を順番に変えながらレーザー１０の照射をおこなう。また、複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは連なるように形成される。穴２２が形成されるまで、傾斜方向からのレーザー照射を繰り返す。
【００３５】
上記の工程１，２，３，４では、１つの穴２２においてレーザー１０を照射する位置を変化させている。１つの穴２２に対して連続してレーザーを照射せず、複数の穴２２において順番にレーザーを照射する。１つの穴２２において、レーザー照射の間隔があるため、穴２２やその付近の温度上昇を抑えることができる。穴２２においてプラズマが発生したり基板が炭化したりすることはない。また、レーザー１０を傾斜させて基板１２に照射し、レーザー１０がテーパー状になった部分を基板１２に対して垂直になるようにすることによって、レーザー１０の入射側と出射側の穴径が揃った穴２２を形成することができる。
【００３６】
なお、図６において、１つの穴２２を４つの小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで形成したが、小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの数は４つに限定されることはない。
【００３７】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。例えば、図１と図４においては、基板１２に対して垂直に第１レーザー１０ａを照射したが、垂直に第１レーザー１０ａを照射せずに、基板１２に対して傾斜させたレーザー照射のみによって穴１４を形成してもよい。
【００３８】
図３に示すように、ガルバノミラーＧＭの角度を変化させてレーザー１０が集光レンズ１６を通過する位置を変化させたが、図７に示すように集光レンズ１６の角度を変化させても良い。この場合、図２に示す穴形成装置２３は、集光レンズ１６の角度を調節する手段を設ける。この手段は、レーザー１０の照射数によって集光レンズ１６の角度を変更する。また、ガルバノミラーＧＭおよび集光レンズ１６の両方の角度を変化させて基板１２に対するレーザー１０の角度や位置を変化させても良い。
【００３９】
図６で複数の穴２２を形成したが、１つの穴２２を設ける場合についても本願発明を適用することができる。小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成するとき、レーザー１０は基板１２に対して傾斜させて照射する。傾斜させて照射することによって、複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが全て形成されて、その複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって穴２２が形成されたとき、穴２２の上部と底部の穴径が揃う。
【００４０】
その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、レーザーを基板に照射したときにレーザーが先細りになる性質を利用して、基板に対して垂直ではなく傾斜させてレーザーを照射する。傾斜させてレーザーを照射することによって、先細りしているレーザーの一部が基板に対して垂直になる。複数方向からレーザーを照射することによって、形成された穴の上部と底部の穴径が揃い、ストレートの穴を形成することができる。
【００４２】
また、１枚の基板に複数のストレートな穴を設けるとき、複数の穴において順番にレーザーを照射するので穴の温度上昇を抑えることができる。穴の内壁が炭化したり、穴の中でプラズマが発生したりすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の穴形成方法を示す図であり、（ａ）はレーザーを垂直に照射する図であり、（ｂ）はレーザーを傾斜させて照射させる図であり、（ｃ）は（ｂ）とは異なる方向からレーザーを照射させる図であり、（ｄ）は形成された穴を示す図である。
【図２】本発明の穴形成装置の構成を示す図である。
【図３】レーザーを傾斜させる図であり、（ａ）は集光レンズの外周部分を示す上面図であり、（ｂ）は集光レンズに対するレーザーの傾斜を示す図である。
【図４】複数の穴を形成する方法を示す図であり、（ａ）は各穴に順番にレーザーを照射する図であり、（ｂ）はさらに各穴に対して順番にレーザーを照射する図であり、（ｃ）はさらに各穴に対して順番にレーザーを照射する図である。
【図５】図４における穴形成方法で穴を形成するときの各穴の温度変化およびレーザー照射のタイミングを示す図である。
【図６】複数の穴において順番にレーザーを照射し、かつ、各穴でトレパニングをおこなう方法を示す図である。
【図７】集光レンズを傾斜させてレーザーを傾斜させる図である。
【図８】穴を形成するための装置の構成を示す図である。
【図９】従来の穴形成方法を示す図であり、（ａ）はレーザーを垂直に照射する図であり、（ｂ）は形成された穴の図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：レーザー
１２：基板
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，２２，２６：穴
１６：集光レンズ
１８：集光レンズの外周部分
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ：小穴
２３，２４：穴形成装置
３２：発振器
３４：角度調節手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーを用いて基板にスルーホールなどの穴を形成するための穴形成方法および穴形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビルドアップ配線基板におけるスルーホールなどの穴は機械ドリルによって形成されていた。半導体回路の高密度化により、基板の配線も高密度化が要求されている。基板の配線の高密度化に対応してスルーホールの穴径を小さくする必要がある。
【０００３】
しかし、機械ドリルを細くすると、機械ドリルの耐久性の悪化および機械ドリルの回転時における中心軸のぶれの問題がある。また、細い機械ドリルほど値段が高くなる。機械ドリルによる穴径の小さいスルーホールの形成は、穴が変形したり機械ドリルが破損したりし、穴開けコストが高くなる。
【０００４】
そこで、スルーホールなどの穴はレーザー加工によって形成されるようになっている。穴の形成は、図８に示す穴形成装置２４を用いておこなう。レーザー１０は発振器３２で発振される。例えば、使用するレーザー１０は炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーまたは紫外線（ＵＶ）レーザーである。基板をステージ（図示せず）上に配置し、ステージを移動させて穴を開ける位置の位置決めをおこなう。レーザー１０は２枚のガルバノミラー（Ｇａｌｖａｎｏ Ｍｉｒｒｏｒ）ＧＭの角度を調節してレーザー１０の位置決めをおこなう。レーザー１０は集光レンズ１６の中央を通って、基板に垂直に照射される。なお、コリメートレンズ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｅ Ｌｅｎｓ）ＣＬを２枚用いてレーザー１０の焦点を変化させ、マスク（Ｍａｓｋ）によってレーザー１０の直径を調節する。さらに、ベンドミラー（Ｂｅｎｄ Ｍｉｒｒｏｒ）ＢＭは伝搬しているレーザー１０を反射させるためのミラーである。
【０００５】
図９（ａ）に示すように、穴開け加工中にレーザー１０のエネルギーが基板１２を構成するガラス繊維や樹脂に吸収されるため、レーザー１０が先細りになってしまう。形成された穴２６は図９（ｂ）に示すように、穴２６の上部の穴径が穴２６の底部の穴径よりも大きくなる。スルーホールを形成するために、穴２６の側壁にメッキをおこなう。
【０００６】
しかし、底部の穴径が小さいためにメッキ液が流れにくく、メッキができない場合がある。特にスルーホールはビアホールと比較して穴の長さが長いため、メッキができなくなる場合が多くなる。
【０００７】
穴の先細りを防ぐ加工方法が、例えば特許文献１に開示されている。レーザーの焦点位置を昇降させたりレーザーを回転させたりする。焦点位置を昇降させたりレーザーを回転させたりすることによってレーザーのスポット径を広げることができる。スポット径が広がることによって、ビアシング穴径が広がり、ビアシングから切断に切り替えた場合の切断幅とビアシング穴径の差が無くなる。加工条件の切り替え時に、加工部で溶融金属が吹き出すバーニングが防止できる。
【０００８】
しかし、焦点位置を降下させたときに形成される穴が、焦点位置が上方にあるときよりも穴径が大きくなるだけであるので、焦点位置を昇降させただけではストレートの穴を形成することはできない。レーザーを回転させる方法は、特許文献１の図３より基板からの焦点も同じく回転しており、全体の穴径は広がる。しかし、基板に対して垂直にレーザーが照射されているため、レーザーのエネルギーが基板に吸収されるため、全体の穴径が大きくなってもストレートの穴を形成することはできない。
【０００９】
また、レーザーの角度を変化させてテーパー形状の穴を形成する方法が特許文献２に開示されている。使用するレーザーはエキシマレーザーである。エキシマレーザーの角度をかえて複数方向から照射することによって、テーパー形状の穴を形成している。
【００１０】
しかし、特許文献２の方法は、１回のエキシマレーザー照射によって、ストレートの穴を形成している。エキシマレーザーの角度をかえることによって、テーパー形状の穴を形成するのに有効であるが、ストレートの穴を形成することはできない。
【００１１】
【特許文献１】特開平０３−１５１１８２号公報（第１図）
【特許文献２】特開平０７−２８４９７５号公報（第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レーザーを用いた穴開け加工において穴の上部と底部の穴径が実質的に等しい穴を開ける穴形成方法および穴形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の穴形成方法の要旨は、基板に穴を形成するための方法であって、（ａ）基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に穴を形成するステップと、（ｂ）前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向から前記穴にレーザーを照射するステップと、（ｃ）前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、を含む。基板に対して垂直にレーザーを照射すると、基板にテーパー状の穴が形成される。レーザーを所定の角度傾けて基板に照射することによって、レーザーのテーパー状の部分が基板に対して垂直になる。所定の角度は、基板に垂直な方向から２〜５度傾けた角度である。複数方向からレーザーを傾斜させて基板に照射することによって、穴の上部と底部の穴径が実質的に等しい穴を形成することができる。
【００１４】
他の穴形成方法の要旨は、（ａ）基板の予め決められた複数の位置に順番に基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に複数の穴を形成するステップと、（ｂ）前記複数の位置に設けられた穴に順番に前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、（ｃ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、を含む。基板に複数の穴を形成する場合、最初に所望の位置にレーザーを照射して複数の穴を設ける。この時形成される穴は穴の上部よりも底部の穴径が小さい穴である。さらに複数の穴に対して順番にレーザーを照射する。このレーザーの角度を垂直な方向から所定の角度傾け、穴の上部と底部の穴径を揃える。所定の角度は、基板に垂直な方向から２〜５度傾けた角度である。ステップ（ｃ）は、穴の円周方向に沿ってレーザーの照射位置を変えながらレーザーを照射する。
【００１５】
さらに他の穴形成方法の要旨は、（ａ）基板の予め決められた複数の位置に対して順番に、前記基板の表面に対して垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、（ｂ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ａ）を繰り返すステップと、を含む。垂直にレーザーを照射せずに、傾斜方向からのみのレーザー照射をおこなって穴を形成する。
【００１６】
本発明の穴形成装置の要旨は、基板に穴を形成するためのレーザーを発振する発振器と、前記レーザーが通過し、通過する位置によってレーザーの基板に対する角度が決定するレンズと、前記レンズのレーザーが通過する位置を、基板に対するレーザーの照射数によって変更するミラーと、を含むことにある。本発明は、発振器で発振されたレーザーをレンズとミラーによって、レーザーの基板に対する角度を変更する。基板に対してレーザーを傾斜させて照射することによって、ストレートの穴を形成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る穴形成方法および穴形成装置の実施の形態について図面を用いて説明する。本発明は、図３（ｂ）に示すように、ガルバノミラーＧＭの角度を調節してレーザー１０が集光レンズ１６を通過する位置を変更し、基板１２に対するレーザー１０の入射角度を調節する。図２に示す穴形成装置２３は、ガルバノミラーＧＭの角度を調節する角度調節手段３４を含む。後述するように、基板１２に対するレーザー照射は、照射回数によってレーザー１０の基板１２に対する角度が変わる。集光レンズ１６のレーザー１０が通過する位置を、基板１２に対するレーザー１０の照射数によって変更するように、角度調節手段３４によってガルバノミラーＧＭの角度が変更される。
【００１８】
なお、基板１２の厚みは、例えば０．４ｍｍである。レーザー１０は炭酸ガスレーザーまたは紫外線レーザーである。コリメートレンズＣＬとマスクを用いて、レーザー１０のビーム径を５０から１００μｍに調節する。後述するレーザー照射において１回の照射におけるレーザー１０のパルス数は任意であり、例えばパルス数を１とする。発振器３２がパルスを発振する周波数は、例えば約１ｋＨｚである。
【００１９】
１つの穴を形成する方法について説明する。図１（ａ）に示すように、先ず基板１２に対して垂直に第１レーザー１０ａを照射する。垂直に第１レーザー１０ａを照射させるために、２枚のガルバノミラーＧＭの角度を調節して、第１レーザー１０ａが集光レンズ１６の中心を通過するようにする。レーザー１０のエネルギーは基板１２に吸収されるため、第１レーザー１０ａは基板１２中でテーパー状になる。したがって、第１レーザー１０ａの照射によって形成された穴は、穴の上部よりも底部の穴径が小さくなっている。例えば、穴の上部の穴径φ１が６０μｍの場合、底部の穴径φ２は上部の穴径φ１の半分の３０μｍである。なお、穴の上部はレーザー１０の入射側とし、底部はレーザー１０の出射側とする。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１２に対して傾斜させて第２レーザー１０ｂを照射する。この場合、角度調節手段３４を用いてガルバノミラーＧＭの角度を調節して第２レーザー１０ｂが集光レンズ１６の外周部分を通過するようにすることによって、第２レーザー１０ｂを基板１２に対して傾斜させて照射することができる。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、集光レンズ１６の外周部分１８は、例えば集光レンズ１６の半径の半分よりも外側の部分である。ガルバノミラーＧＭの角度を調節し、レーザー１０が外周部分１８を通過すると、図３（ｂ）に示すように、レーザー１０が基板に対して傾斜する。基板１２に対するレーザー１０の角度は、例えば、図３（ａ）に示す集光レンズ１６の中央Ｏから外周に向かう軸の中心Ａの付近をレーザー１０が通過した場合は８７°から８８°、集光レンズ１６の外周Ｂの付近をレーザー１０が通過した場合は８５°から８６°である。
【００２２】
レーザー１０は、基板１２に照射されて穴を形成するとき、基板１２にエネルギーを吸収されてテーパー状になってしまう。図１（ｂ）に示すように、第２レーザー１０ｂを基板１２に対して傾斜させて、第２レーザー１０ｂのテーパー状になった部分を基板１２に対して垂直になるようにする。この時の第２レーザー１０ｂの基板１２に対する角度θは８５°から８８°である。基板１２に対して傾斜させた第２レーザー１０ｂが照射された穴の部分は、テーパー状になっている部分が無くなり、基板１２に対して垂直な内壁が形成される。
【００２３】
さらに図１（ｃ）に示すように、図１（ｂ）とは反対方向から第３レーザー１０ｃを傾斜させて照射する。この時の第３レーザー１０ｃの角度φは９２°から９５°である。
【００２４】
基板１２に対してレーザー１０を傾斜させた照射を２方向からおこなっただけでは穴の上部と底部の穴径を完全に揃えることはできない。そこで複数方向から順次レーザー１０を照射する。複数方向からレーザー１０を照射するためにガルバノミラーＧＭの角度を順次変化させる。集光レンズ１６を通過するレーザー１０の位置が順次変わる。レーザー１０は、基板１２の垂直方向から２〜５度の角度で、複数方向から照射される。このことによって、図１（ｄ）に示すように、穴１４はテーパー状になった部分が無くなる。すなわち、穴１４の上部と底部の穴径が実質的に等しくなり、ストレートの穴１４が形成される。
【００２５】
なお、複数の方向からレーザー１０を傾斜させた照射をおこなったが、レーザー１０の照射位置が円を描くようにレーザー１０の方向を変化さても良い。
【００２６】
以上の工程によって、穴１４の上部と底部の穴径が等しくなり、穴１４のメッキ加工が確実にできるようになる。
【００２７】
一般に１枚の基板１２に対して複数のスルーホールが設けられる。そこで図４をもとに１枚の基板１２に対して複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する場合について説明する。図４（ａ）に示す工程１は、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを開ける位置に対して順番に第１レーザー１０ａを照射する。第１レーザー１０ａは基板１２に対して垂直方向から照射する。この時形成される穴はテーパー状である。１回のレーザー照射でテーパー状の穴が開けられない場合は、工程１を繰り返してレーザー照射をおこなう。
【００２８】
図４（ｂ）に示す工程２は、基板１２に対して第２レーザー１０ｂを傾斜させて照射し、穴のテーパー状の部分を除去する。この時、複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対して順番に第２レーザー１０ｂを照射する。
【００２９】
図４（ｃ）に示す工程３として、工程２とは異なる方向から第３レーザー１０ｃの照射をおこなう。工程３においても複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対して順番に第３レーザー１０ｃを照射する。
【００３０】
工程３以降も基板１２に対してレーザー１０を傾斜させ、かつ、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに順番にレーザー１０を照射おこなう。すなわち、レーザー１０を傾斜させた照射は、複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおいて一の方向からのレーザー１０の照射を順番におこない、かつ、各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおいてレーザー１０の方向を順番に変えながらレーザー１０の照射をおこなう。なお、基板１２は、図２においてステージ（図示せず）の上に配置されており、複数の穴１４を形成するためにステージを移動させて、基板１２の位置を移動させる。穴１４が形成されるまで、傾斜方向からのレーザー照射を繰り返す。
【００３１】
各穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを形成する工程で１つの穴を形成するために連続してレーザー１０の照射をおこなわないので、穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対してのレーザー１０の照射に間隔がある。図５に示すように、１回のレーザー照射において穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの温度上昇があっても、次のレーザー照射までに冷却される。したがって、プラズマの発生や温度上昇による基板１２の炭化が起こらない。複数の穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの上部と下部の穴径も揃えられる。
【００３２】
１枚の基板１２にレーザー１０の直径よりも大きな穴を複数形成する方法を説明する。図６の工程１のように、穴２２を形成する位置に対して順番に第１レーザーを照射し、小穴２０ａを形成する。第１レーザーの照射は基板１２に対して傾斜させておこなう。第１レーザーのテーパー状になった部分の一部が、基板１２に対して垂直なるようにする。形成される小穴２０ａは、所望の穴２２よりも小さな穴である。
【００３３】
１つの穴２２を構成する複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成するために、工程２，３，４に示すように、さらに第２，３，４レーザーの照射をおこなって、小穴２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成する。工程２，３，４においても工程１と同様に、複数の穴２２において順番にレーザー１０を基板１２に対して傾斜させて照射する。
【００３４】
１回のレーザー照射で基板１２を貫通する小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成できない場合は、工程１，２，３，４を繰り返しおこなって基板１２を貫通する小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成する。すなわち、複数の穴２２を形成するために、複数の穴２２において一の方向からのレーザー照射を順番におこない、かつ、１つの穴２２においてレーザー１０の方向を順番に変えながらレーザー１０の照射をおこなう。また、複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは連なるように形成される。穴２２が形成されるまで、傾斜方向からのレーザー照射を繰り返す。
【００３５】
上記の工程１，２，３，４では、１つの穴２２においてレーザー１０を照射する位置を変化させている。１つの穴２２に対して連続してレーザーを照射せず、複数の穴２２において順番にレーザーを照射する。１つの穴２２において、レーザー照射の間隔があるため、穴２２やその付近の温度上昇を抑えることができる。穴２２においてプラズマが発生したり基板が炭化したりすることはない。また、レーザー１０を傾斜させて基板１２に照射し、レーザー１０がテーパー状になった部分を基板１２に対して垂直になるようにすることによって、レーザー１０の入射側と出射側の穴径が揃った穴２２を形成することができる。
【００３６】
なお、図６において、１つの穴２２を４つの小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで形成したが、小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの数は４つに限定されることはない。
【００３７】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。例えば、図１と図４においては、基板１２に対して垂直に第１レーザー１０ａを照射したが、垂直に第１レーザー１０ａを照射せずに、基板１２に対して傾斜させたレーザー照射のみによって穴１４を形成してもよい。
【００３８】
図３に示すように、ガルバノミラーＧＭの角度を変化させてレーザー１０が集光レンズ１６を通過する位置を変化させたが、図７に示すように集光レンズ１６の角度を変化させても良い。この場合、図２に示す穴形成装置２３は、集光レンズ１６の角度を調節する手段を設ける。この手段は、レーザー１０の照射数によって集光レンズ１６の角度を変更する。また、ガルバノミラーＧＭおよび集光レンズ１６の両方の角度を変化させて基板１２に対するレーザー１０の角度や位置を変化させても良い。
【００３９】
図６で複数の穴２２を形成したが、１つの穴２２を設ける場合についても本願発明を適用することができる。小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを形成するとき、レーザー１０は基板１２に対して傾斜させて照射する。傾斜させて照射することによって、複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが全て形成されて、その複数の小穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって穴２２が形成されたとき、穴２２の上部と底部の穴径が揃う。
【００４０】
その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、レーザーを基板に照射したときにレーザーが先細りになる性質を利用して、基板に対して垂直ではなく傾斜させてレーザーを照射する。傾斜させてレーザーを照射することによって、先細りしているレーザーの一部が基板に対して垂直になる。複数方向からレーザーを照射することによって、形成された穴の上部と底部の穴径が揃い、ストレートの穴を形成することができる。
【００４２】
また、１枚の基板に複数のストレートな穴を設けるとき、複数の穴において順番にレーザーを照射するので穴の温度上昇を抑えることができる。穴の内壁が炭化したり、穴の中でプラズマが発生したりすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の穴形成方法を示す図であり、（ａ）はレーザーを垂直に照射する図であり、（ｂ）はレーザーを傾斜させて照射させる図であり、（ｃ）は（ｂ）とは異なる方向からレーザーを照射させる図であり、（ｄ）は形成された穴を示す図である。
【図２】本発明の穴形成装置の構成を示す図である。
【図３】レーザーを傾斜させる図であり、（ａ）は集光レンズの外周部分を示す上面図であり、（ｂ）は集光レンズに対するレーザーの傾斜を示す図である。
【図４】複数の穴を形成する方法を示す図であり、（ａ）は各穴に順番にレーザーを照射する図であり、（ｂ）はさらに各穴に対して順番にレーザーを照射する図であり、（ｃ）はさらに各穴に対して順番にレーザーを照射する図である。
【図５】図４における穴形成方法で穴を形成するときの各穴の温度変化およびレーザー照射のタイミングを示す図である。
【図６】複数の穴において順番にレーザーを照射し、かつ、各穴でトレパニングをおこなう方法を示す図である。
【図７】集光レンズを傾斜させてレーザーを傾斜させる図である。
【図８】穴を形成するための装置の構成を示す図である。
【図９】従来の穴形成方法を示す図であり、（ａ）はレーザーを垂直に照射する図であり、（ｂ）は形成された穴の図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：レーザー
１２：基板
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，２２，２６：穴
１６：集光レンズ
１８：集光レンズの外周部分
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ：小穴
２３，２４：穴形成装置
３２：発振器
３４：角度調節手段
Claims (10)
- 基板に穴を形成するための方法であって、
（ａ）前記基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に穴を形成するステップと、
（ｂ）前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向から前記穴にレーザーを照射するステップと、
（ｃ）前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、
を含む、方法。 - 前記所定の角度は、２〜５度の範囲で選択される、請求項１の方法。
- 基板に複数の穴を形成するための方法であって、
（ａ）前記基板の予め決められた複数の位置に順番に基板の表面に垂直な方向からレーザーを照射して基板に複数の穴を形成するステップと、
（ｂ）前記複数の位置に設けられた穴に順番に前記垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、
（ｃ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップと、を含む、方法。 - 前記所定の角度は、２〜５度の範囲で選択される、請求項３の方法。
- 前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ｂ）を繰り返すステップ（ｃ）は、前記穴の円周方向にそってレーザーの照射位置を変えながらレーザーを照射するステップを含む、請求項４の方法。
- 基板に複数の穴を形成するための方法であって、
（ａ）前記基板の予め決められた複数の位置に対して順番に、前記基板の表面に対して垂直な方向から所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップと、
（ｂ）各々の前記穴の上部と底部の穴径が実質的に等しくなるまで、前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ａ）を繰り返すステップと、を含む、方法。 - 前記所定の角度は、２〜５度の範囲で選択される、請求項６の方法。
- 前記所定の角度傾けた方向からレーザーを照射するステップ（ａ）を繰り返すステップ（ｂ）は、前記穴の円周方向にそってレーザーの照射位置を変えながらレーザーを照射するステップを含む、請求項７の方法。
- 基板に穴を形成するためのレーザーを発振する発振器と、
前記レーザーが通過し、通過する位置によってレーザーの基板に対する角度を決定するレンズと、
前記レンズのレーザーが通過する位置を、基板に対するレーザーの照射数によって変更するミラーと、
を含む穴形成装置。 - 前記レンズにおけるレーザーの通過する位置を変更するために、前記ミラーの角度が変更可能である請求項９に記載の穴形成装置。
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