JP2004322173A - Laser beam machining method and laser beam machining apparatus - Google Patents

Laser beam machining method and laser beam machining apparatus Download PDF

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JP2004322173A
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laser beam
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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

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a through hole with excellent accuracy by using laser beams. <P>SOLUTION: A substrate 1 to be machined is held by a holding stand 3. A through hole 4 from a face side 1a to a back side 1b of the substrate 1 is formed by allowing the held substrate 1 to be irradiated with laser beams L1. Then, the laser beams L1 passing through the through hole 4 are reflected at the position away from the back side 1b of the substrate 1, and the reflected beams L2 are returned to the through hole 4 and the circumference of the through hole 4. The sectional shape of the through hole 4 is faired with the returned reflected beams L2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板等の被加工基板に貫通孔を形成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被加工基板に貫通孔を形成するレーザ加工装置としては、例えば特許文献1に開示されているように、パルス発振型のレーザ発振器を備えたものがある。該装置では、レーザ発振器から出射したパルスレーザ光が、ミラーやレンズ等によって導かれ、加工台上に保持された被加工基板の表面へ照射される。これにより、被加工基板におけるレーザ光が照射された部分が蒸発する(アブレーション)。所定のパルス周波数で、被加工基板に複数ショットのレーザパルスを照射することにより、被加工基板には、その表面から裏面にわたる貫通孔が形成される。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−245071号公報(第2−4頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
被加工基板に形成される貫通孔には、その基板表面側の開口径(トップ径)と、基板裏面側の開口径(ボトム径)とをほぼ等しくすることが望まれる場合がある。ところが、この要求を満たすのは困難である。通常、貫通孔の断面形状は、トップ径よりもボトム径の方が小さいテーパ状になってしまう。
【0005】
また、レーザ光を用いて貫通孔を形成する場合には、被加工基板を保持するチャックプレートに傷がついてしまうことがある。例えば、貫通孔を形成した後に、過剰なレーザ光がチャックプレートに直接照射されてしまうと、該チャックプレートに加工傷が発生する。また、被加工基板が銅等の金属層を含む場合には、レーザ光によって溶融された金属がチャックプレートに付着することがある。その付着物を除去するときにチャックプレートに傷がついてしまうことがある。
【0006】
本発明の目的は、レーザを用いて側面の切り立った貫通孔を形成する技術を提供することにある。また本発明の他の目的は、被加工基板に貫通孔を形成するにあたり、該被加工基板を保持するチャックプレート等の基板保持手段に傷が発生するのを防止する技術を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、(a)被加工基板を、保持台に保持する工程と、(b)保持された被加工基板へレーザ光を照射することにより、該被加工基板の表面から裏面にわたる貫通孔を形成する工程と、(c)形成した貫通孔を通過する前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射させ、該反射光を前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻す工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0008】
本発明の他の観点によれば、被加工基板の表面へレーザ光を照射するレーザ光学系と、前記レーザ光学系からのレーザ光によって前記被加工基板に形成された貫通孔を通過する当該レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で前記貫通孔側へ反射させる基板保持手段とを備えるレーザ加工装置が提供される。前記基板保持手段は、前記レーザ光を反射する反射プレートと、前記反射プレートと前記被加工基板との間に配置され、前記レーザ光を透過させる透過プレートとを含むのが好ましい。
【0009】
レーザ光を被加工基板の裏面から離れた位置で反射させる場合、該レーザ光は貫通孔を通過した後に回折により広がるから、当該反射光は貫通孔の周囲にも戻る。従って、その反射光を用いることにより、貫通光のボトム径を大きくする加工が可能となる。反射プレートと被加工基板との間に、レーザ光を透過させる透過プレートを介在させることにより、反射プレートと被加工基板とが直接接することを回避できる。これにより、反射プレートに傷がつくのを防止できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、実施例によるレーザ加工装置の要部構成を示す。このレーザ加工装置は、被加工基板1の表面1aへレーザ光L1を照射するレーザ光学系2と、被加工基板1を保持する保持台3とを備える。レーザ光学系2は、レーザ光源21と、このレーザ光源21から出射されたレーザ光を被加工基板1の表面1aまで導く導光部22とを有する。
【0011】
レーザ光源21としては、エキシマレーザやCOレーザ等の気体レーザ、或いはNd:YAGレーザ等の固体レーザを用いることができる。
【0012】
導光部22は、レーザ光源21から出射されたレーザ光をコリメートするコリメーションレンズ222と、コリメートされたレーザ光のビーム径を制限する透過孔を有するマスク224と、ビーム径の制限されたレーザ光を走査するガルバノスキャナ227と、走査されたレーザ光を被加工面1aに垂直に入射させるfθレンズ228とを有する。fθレンズ228によって、集光手段が構成されている。
【0013】
また導光部22は、レーザ光源21とコリメーションレンズ222との間、コリメーションレンズ222とマスク224との間、及びマスク224とガルバノスキャナ227との間に、それぞれ折り返しミラー221,223,226を有する。なお、マスク224に代えて、ピンホールやアイリス等のビーム断面整形手段を用いることができる。
【0014】
導光部22では、レーザ光源21からのレーザ光を被加工基板1の表面1aへ導くにあたり、集光法又はマスク投影法のいずれを用いることもできる。集光法を用いる場合は、fθレンズ228と被加工基板1との間の距離を、被加工基板1の表面1a上でレーザ光L1のビームスポットが最小となるように、つまり被加工基板1の表面1a上で焦点を結ぶように調節する。レーザ光L1が焦点を結ぶ位置を焦点位置と呼ぶことにする。
【0015】
一方、マスク投影法を用いる場合は、fθレンズ228と被加工基板1との間の距離を、被加工基板1の表面1a上にマスク224のパターン形状、即ちマスク224の透過孔の形状が所望の縮小率で結像されるように調節する。マスク投影法を用いる場合は、レーザ光L1のスポット形状が、マスク224のパターン形状に対応したものとなる。マスクパターンが所望の縮小率で結像される位置を結像位置と呼ぶことにする。
【0016】
焦点におけるスポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さとは、スポット径の観点からいえば、焦点におけるスポット径をdとしたとき、スポット径が例えば1.05d以下となる範囲の長さをいう。
【0017】
図1に示すように、保持台3は、被加工基板1をチャックするチャック部(基板保持手段)31を有する。本実施例では、チャック部31と、このチャック部31を二軸方向に移動可能に保持するXYテーブル32とを含めて保持台3が構成されている。
【0018】
チャック部31は、レーザ光学系2からのレーザ光Lを反射する反射プレート311と、反射プレート311と被加工基板1との間に配置され、レーザ光Lを透過させる透過プレート312と、反射プレート311とXYステージ32との間に配置された真空チャックプレート313とを有する。
【0019】
反射プレート311は、レーザ光Lを反射する材料、例えばAlからなる。一方、透過プレート312は、レーザ光Lを透過させる材料からなる。透過プレート312の材料としては、特に無機系のものを好適に用いることができる。そのような材料としては、例えばガラスが挙げられる。
【0020】
図2に示すように、真空チャックプレート313の中には、吸引用路313bが形成されている。吸引用路313bの一端は、図示せぬ真空ポンプに通じており、他端は真空チャックプレート313の表面に開口した吸引口313aとされている。吸引口313aは、平面視において、真空チャックプレート313上に複数開口している。
【0021】
反射プレート311及び透過プレート312には、吸引口313aに対応した位置にそれぞれ吸引用路311a及び312aが貫通している。これら吸引用路311a及び312aと、真空チャックプレート313の吸引用路313bとによって、全体として一つの吸引用路が構成されている。全体としての吸引用路の一端は、透過プレート312の表面に開口した吸引口とされている。
【0022】
真空ポンプを稼動することにより、その吸引用路が真空引きされるから、被加工基板1の裏面1bが透過プレート312に密着する。このようにして、被加工基板1を保持する。つまり、透過プレート312の表面は、被加工基板1を保持する保持面とされている。
【0023】
以上のように、真空チャックプレート313、反射プレート311、及び透過プレート312がこの順に積層されて、基板保持手段としてのチャック部31が構成されている。なお、被加工基板1のチャッキング方法としては、真空チャック法に限らず、静電チャック法等を採用することもできる。
【0024】
次に、加工対象物としての被加工基板1について説明する。図2に示すように、被加工基板1は、樹脂層11の両面に金属層12が形成されたいわゆる2メタル材である。樹脂層11の厚みは、例えば25μm又は50μmである。金属層12の厚みは、例えば9〜18μmである。
【0025】
樹脂層11は、例えば、ポリイミド、エポキシ、フェノール、テトラフルオロエチレンポリマ、BTレジン、ベンゾシクロブテン等で形成されている。金属層12は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、パラジウム、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、モリブデン等の金属、又はこれらの合金で形成されている。
【0026】
以下、実施例によるレーザ加工方法について説明する。まず、図1に示すように、被加工基板1を保持台3に保持させる。被加工基板1は、透過プレート312上に保持されるから、被加工基板1と反射プレート311や真空チャックプレート313とが直接接触することはない。従って、被加工基板1が金属層12を含む場合にも、レーザ光L1によって溶融された金属がそれらのプレート311,313に付着してしまうのを回避できる。これにより、それらのプレート311,313に傷がつくのを防止できる。
【0027】
次いで、レーザ光学系2から、保持された被加工基板1へレーザL1を照射することにより、図2に示すように、被加工基板1の表面1aから裏面1bにわたる貫通孔4を形成する。具体的には、所定のパルス周波数(例えば、10kHz)で、被加工基板1に複数ショット(例えば、40ショット)分の紫外パルスレーザL1(波長355nm)を照射することにより、被加工基板1に貫通孔4を形成できる。被加工基板1の表面におけるパルスレーザの1パルスあたりのフルエンスは、例えば10J/cmとする。
【0028】
続けて、形成した貫通孔4に向けてレーザ光L1を照射する。すると、図2に示すように、レーザ光L1は、貫通孔4を通過した後、透過プレート312を透過して反射プレート311に入射し、反射プレート311の表面で再び貫通孔4側へ反射される。このようにして、貫通孔4を通過するレーザ光L1は、被加工基板1の裏面1bから透過プレート312の厚さの分だけ離れた位置で反射される。
【0029】
図2に示すように、レーザ光L1を被加工基板1の裏面1bから離れた位置で反射させる場合、レーザ光L1は、貫通孔4を通過した後、反射プレート311に入射するまでの間に回折して広がる。そのため、図3(A)に示すように、反射プレート311からの反射光L2は、その全てが貫通孔4を通過してしまうのではなく、貫通孔4の周囲の領域13にも入射する。
【0030】
従って、図3(B)に示すように、その貫通孔4の周囲の領域13も、反射光L2によってアブレーションされる。その結果、貫通孔4が貫通した直後におけるボトム径φb1が、トップ径φtよりも小さくなった場合であっても、そのボトム径φb1を大きくすることができる。つまり、図3(C)に示すように、ボトム径φb1を、トップ径φtに近いφb2に拡大できる。こうして、貫通孔4の側面を被加工基板1の表面に対して垂直に近づけることができ、側面4aの切り立った貫通孔4の形成が実現できる。また、アスペクト比(貫通孔の深さ/孔径)の高い貫通孔を精度よく形成することが実現される。
【0031】
なお、以上説明した貫通孔4の形成加工を行ないながら、XYステージ32によって被加工基板1の位置を動かすと、被加工基板1の切断加工等も実現できる。
【0032】
ここで、反射光L2の入射領域13における1パルスあたりのエネルギ密度[J/cm]は、例えば透過プレート312の厚さで調整できる。集光法又はマスク投影法のいずれを用いる場合であっても、透過プレート312の厚さを、レーザ光L1が焦点位置又は結像位置を通過した後、反射プレート312で反射されて再び貫通孔4及びその周囲13に戻るまでの経路長(以下、経路長という。)が、レーザ光L1の焦点深度以下となるような値とすれば、焦点位置又は結像位置での1パルスあたりの照射面エネルギ密度に対する、反射光L2の入射領域13における1パルスあたりのエネルギ密度の低下を最小限に抑制できるから、貫通孔4の側面の効率的な整形が可能となる。
【0033】
具体的には、焦点位置又は結像位置を被加工基板1の表面1aとし、レーザ光L1の焦点深度を0.2mmとする場合には、被加工基板1の厚さをTa、透過プレート312の厚さをTbとすると、Ta+2Tbの値が略0.2mm以下となる条件を選択できる。Ta=43μmの場合には、Tb=0.785mm以下とすることにより、上記の効果を得ることができる。
【0034】
但し、焦点位置又は結像位置は特に限定されない。焦点位置又は結像位置は、被加工基板1の表面1aから裏面1bまでの間に合わせることができる。いま、焦点位置又は結像位置が、被加工基板1の裏面1bに合わせられているとすると、2Tbの値が略0.2mm以下となる条件、即ちTb=0.1mm以下とすることにより、上記の効果を得ることができる。
【0035】
一方、例えば、透過プレート312の厚さを、上記の経路長がレーザ光Lの焦点深度超となるような値とすれば、反射光L2の入射領域13における1パルスあたりのエネルギ密度が、焦点位置又は結像位置における1パルスあたりの照射面エネルギ密度よりも小さくなる。
【0036】
貫通孔4が貫通した時点、つまり図3(A)の時点では、貫通孔4の周囲の領域13は溶融状態にあるから、領域13における1パルスあたりのエネルギ密度が、焦点位置又は結像位置における1パルスあたりの照射面エネルギ密度より小さくても、その領域13を充分に加工できるであろう。
【0037】
実際、上記の経路長が、レーザ光L1の焦点深度0.2mm超となるように、レーザ光L1の焦点を被加工基板1の表面1aに合わせ、かつ透過プレート312として厚さ1mmのガラスプレートを用いたところ、貫通孔4が貫通した時点では、トップ径が50μm、ボトム径が35μmとなったが、反射光L2を用いた整形加工を行なうことにより、貫通孔4のボトム径を40μmに拡大できた。この具体例では、反射光L2のスポット径は、焦点スポット径のおよそ4倍となった。それにも拘わらず、良好な加工が実現できたことから、透過プレート312の厚さをレーザ光L1の焦点深度の5倍(=1/0.2)以下とする条件は好ましいと考えられる。なお、透過プレート312の厚さは、被加工基板1の素材や、用いるレーザ光等によって最適な値を選択できる。
【0038】
また、反射光L2が入射する領域13の広さは、例えば反射プレート311の表面粗さによっても調節できる。例えば、反射プレート311の表面を粗くする程、反射光L2は散乱するから、反射光L2が入射する領域13は広くなる。これにより、広範な領域の再加工が可能となる。この意味で、一実施例では、反射プレート311の表面をレーザ光L2が散乱しうる程度に粗くする。
【0039】
一方、反射プレート311の表面を鏡面に近づける程、反射光L2が入射する領域13は狭くなる。この場合は、微小領域の再加工が可能になると共に、レーザ光のパワー損失を最小限に抑えることができ、効率的な再加工が可能となる。この意味で、別の実施例では、反射プレート311の表面を鏡面とする。なお、反射プレート311の表面粗さも、被加工基板1の材質やレーザ光の特性に応じて最適な値を選択できる。
【0040】
図4は、さらに別の実施例によるチャック部31まわりの構成を示す。保持手段としてのチャック部31は、真空チャックプレート313と、この真空チャックプレート313上に積層された透過プレート312とで構成される。真空チャックプレート313が、上述した反射プレート311を兼ねる。レーザ光Lは、真空チャックプレート313の表面で反射される。真空チャックプレートは、反射率の高い素材、例えばAlで形成するのが好ましい。
【0041】
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。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザを用いて側面の切り立った貫通孔を形成できる。また本発明によれば、被加工基板に貫通孔を形成するにあたり、該被加工基板を保持するチャックプレート等の基板保持手段に傷が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例によるレーザ加工装置の要部構成を示す図である。
【図2】基板保持手段としてのチャック部周りを拡大して示した断面図である。
【図3】貫通孔の断面形状を整形する様子を示す模式図である。
【図4】レーザ加工装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
1 被加工基板
2 レーザ光学系
3 保持台
31 チャック部(基板保持手段)
311 反射プレート
312 透過プレート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for forming a through hole in a substrate to be processed such as a printed circuit board.
[0002]
[Prior art]
As a laser processing apparatus for forming a through hole in a substrate to be processed, there is an apparatus provided with a pulse oscillation type laser oscillator as disclosed in Patent Document 1, for example. In this apparatus, pulsed laser light emitted from a laser oscillator is guided by a mirror, a lens, or the like, and is irradiated onto the surface of a substrate to be processed held on a processing table. Thereby, the portion irradiated with the laser light on the substrate to be processed evaporates (ablation). By irradiating the substrate to be processed with a plurality of shots of laser pulses at a predetermined pulse frequency, a through hole extending from the front surface to the back surface is formed in the substrate to be processed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-245071 (page 2-4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the through hole formed in the substrate to be processed, it may be desired that the opening diameter (top diameter) on the substrate surface side and the opening diameter (bottom diameter) on the back surface side of the substrate are substantially equal. However, it is difficult to satisfy this requirement. Usually, the cross-sectional shape of the through hole becomes a taper shape in which the bottom diameter is smaller than the top diameter.
[0005]
Further, when the through-hole is formed using laser light, the chuck plate that holds the substrate to be processed may be damaged. For example, if an excessive laser beam is directly applied to the chuck plate after forming the through hole, a processing flaw occurs on the chuck plate. Further, when the substrate to be processed includes a metal layer such as copper, the metal melted by the laser beam may adhere to the chuck plate. When removing the deposits, the chuck plate may be damaged.
[0006]
An object of the present invention is to provide a technique for forming a through hole having a sharp side surface using a laser. Another object of the present invention is to provide a technique for preventing the generation of scratches on a substrate holding means such as a chuck plate for holding a substrate to be processed when forming a through hole in the substrate to be processed. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of holding a substrate to be processed on a holding table, and (b) irradiating the held substrate to be processed with laser light from the surface of the substrate to be processed. A step of forming a through hole extending over the back surface; and (c) reflecting the laser light passing through the formed through hole at a position away from the back surface of the substrate to be processed, and reflecting the reflected light to the through hole and the through hole. A laser processing method is provided.
[0008]
According to another aspect of the present invention, a laser optical system that irradiates a surface of a substrate to be processed with laser light, and the laser that passes through a through hole formed in the substrate to be processed by the laser light from the laser optical system. There is provided a laser processing apparatus comprising substrate holding means for reflecting light toward the through hole at a position away from the back surface of the substrate to be processed. The substrate holding means preferably includes a reflection plate that reflects the laser light, and a transmission plate that is disposed between the reflection plate and the substrate to be processed and transmits the laser light.
[0009]
When the laser light is reflected at a position away from the back surface of the substrate to be processed, the laser light spreads by diffraction after passing through the through hole, and thus the reflected light also returns to the periphery of the through hole. Therefore, processing that increases the bottom diameter of the penetrating light can be performed by using the reflected light. By interposing a transmission plate that transmits laser light between the reflection plate and the substrate to be processed, it is possible to avoid direct contact between the reflection plate and the substrate to be processed. Thereby, it is possible to prevent the reflection plate from being damaged.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a main configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus includes a laser optical system 2 that irradiates a surface 1a of a substrate 1 to be processed with a laser beam L1 and a holder 3 that holds the substrate 1 to be processed. The laser optical system 2 includes a laser light source 21 and a light guide unit 22 that guides laser light emitted from the laser light source 21 to the surface 1a of the substrate 1 to be processed.
[0011]
As the laser light source 21, a gas laser such as an excimer laser or a CO 2 laser, or a solid-state laser such as an Nd: YAG laser can be used.
[0012]
The light guide unit 22 includes a collimation lens 222 that collimates the laser beam emitted from the laser light source 21, a mask 224 that has a transmission hole that limits the beam diameter of the collimated laser beam, and a laser beam with a limited beam diameter. Galvano scanner 227 and fθ lens 228 for allowing the scanned laser light to be incident perpendicularly on the processing surface 1a. The fθ lens 228 constitutes a light collecting means.
[0013]
The light guide unit 22 includes folding mirrors 221, 223, and 226 between the laser light source 21 and the collimation lens 222, between the collimation lens 222 and the mask 224, and between the mask 224 and the galvano scanner 227, respectively. . In place of the mask 224, beam section shaping means such as a pinhole or iris can be used.
[0014]
In the light guide 22, either the light condensing method or the mask projection method can be used to guide the laser light from the laser light source 21 to the surface 1 a of the substrate 1 to be processed. When the condensing method is used, the distance between the fθ lens 228 and the substrate 1 to be processed is set so that the beam spot of the laser beam L1 is minimized on the surface 1a of the substrate 1 to be processed, that is, the substrate 1 to be processed. To adjust the focus on the surface 1a. The position where the laser beam L1 is focused will be referred to as the focal position.
[0015]
On the other hand, when the mask projection method is used, the distance between the fθ lens 228 and the substrate 1 to be processed is set so that the pattern shape of the mask 224 on the surface 1a of the substrate 1 to be processed, that is, the shape of the transmission hole of the mask 224 is desired. The image is adjusted so as to be imaged at a reduction ratio of. When the mask projection method is used, the spot shape of the laser light L1 corresponds to the pattern shape of the mask 224. A position where the mask pattern is imaged at a desired reduction ratio is called an imaging position.
[0016]
The length represents the range on the optical axis traveling without substantially changing the spot diameter at the focal point, from the viewpoint of the spot diameter, when the spot diameter at the focal point was d 0, the spot diameter is e.g. 1.05D 0 It means the length of the following range.
[0017]
As shown in FIG. 1, the holding table 3 includes a chuck portion (substrate holding means) 31 that chucks the substrate 1 to be processed. In the present embodiment, the holding table 3 includes the chuck portion 31 and an XY table 32 that holds the chuck portion 31 so as to be movable in the biaxial direction.
[0018]
The chuck unit 31 includes a reflection plate 311 that reflects the laser light L from the laser optical system 2, a transmission plate 312 that is disposed between the reflection plate 311 and the substrate 1 to be processed, and that transmits the laser light L, and a reflection plate. 3 and a vacuum chuck plate 313 disposed between the XY stage 32.
[0019]
The reflection plate 311 is made of a material that reflects the laser light L, for example, Al. On the other hand, the transmission plate 312 is made of a material that transmits the laser light L. In particular, an inorganic material can be suitably used as the material of the transmission plate 312. An example of such a material is glass.
[0020]
As shown in FIG. 2, a suction path 313 b is formed in the vacuum chuck plate 313. One end of the suction path 313b communicates with a vacuum pump (not shown), and the other end is a suction port 313a opened on the surface of the vacuum chuck plate 313. A plurality of suction ports 313a are opened on the vacuum chuck plate 313 in plan view.
[0021]
Suction passages 311a and 312a pass through the reflection plate 311 and the transmission plate 312 at positions corresponding to the suction ports 313a, respectively. The suction paths 311a and 312a and the suction path 313b of the vacuum chuck plate 313 constitute one suction path as a whole. One end of the suction path as a whole is a suction port opened on the surface of the transmission plate 312.
[0022]
Since the suction path is evacuated by operating the vacuum pump, the back surface 1 b of the substrate 1 to be processed is in close contact with the transmission plate 312. In this way, the substrate 1 to be processed is held. That is, the surface of the transmission plate 312 is a holding surface that holds the substrate 1 to be processed.
[0023]
As described above, the vacuum chuck plate 313, the reflection plate 311, and the transmission plate 312 are laminated in this order to constitute the chuck unit 31 as a substrate holding unit. Note that the chucking method of the substrate 1 to be processed is not limited to the vacuum chuck method, and an electrostatic chuck method or the like can also be employed.
[0024]
Next, the substrate 1 to be processed as a processing target will be described. As shown in FIG. 2, the substrate 1 to be processed is a so-called two-metal material in which metal layers 12 are formed on both surfaces of a resin layer 11. The thickness of the resin layer 11 is, for example, 25 μm or 50 μm. The metal layer 12 has a thickness of 9 to 18 μm, for example.
[0025]
The resin layer 11 is made of, for example, polyimide, epoxy, phenol, tetrafluoroethylene polymer, BT resin, benzocyclobutene, or the like. The metal layer 12 is formed of, for example, a metal such as copper, aluminum, gold, silver, palladium, nickel, titanium, tungsten, platinum, molybdenum, or an alloy thereof.
[0026]
Hereinafter, the laser processing method according to the embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1, the substrate 1 to be processed is held on a holding table 3. Since the substrate 1 to be processed is held on the transmission plate 312, the substrate 1 to be processed and the reflection plate 311 and the vacuum chuck plate 313 are not in direct contact with each other. Therefore, even when the substrate 1 to be processed includes the metal layer 12, it is possible to avoid the metal melted by the laser light L1 from adhering to the plates 311 and 313. Thereby, it can prevent that those plates 311 and 313 are damaged.
[0027]
Next, the laser optical system 2 irradiates the held substrate 1 to be processed with a laser L1, thereby forming a through hole 4 extending from the front surface 1a to the back surface 1b of the substrate 1 to be processed, as shown in FIG. Specifically, the substrate 1 to be processed is irradiated on the substrate 1 to be processed with a plurality of shots (for example, 40 shots) of ultraviolet pulse laser L1 (wavelength 355 nm) at a predetermined pulse frequency (for example, 10 kHz). The through hole 4 can be formed. The fluence per pulse of the pulse laser on the surface of the substrate 1 to be processed is, for example, 10 J / cm 2 .
[0028]
Subsequently, the laser beam L1 is irradiated toward the formed through hole 4. Then, as shown in FIG. 2, after passing through the through hole 4, the laser light L <b> 1 is transmitted through the transmission plate 312, enters the reflection plate 311, and is reflected again to the through hole 4 side by the surface of the reflection plate 311. The Thus, the laser beam L1 passing through the through hole 4 is reflected at a position away from the back surface 1b of the substrate 1 to be processed by the thickness of the transmission plate 312.
[0029]
As shown in FIG. 2, when the laser beam L1 is reflected at a position away from the back surface 1b of the substrate 1 to be processed, the laser beam L1 passes through the through hole 4 and then enters the reflection plate 311. Diffracts and spreads. Therefore, as shown in FIG. 3A, the reflected light L2 from the reflection plate 311 does not pass through the through hole 4 but is incident on the region 13 around the through hole 4.
[0030]
Therefore, as shown in FIG. 3B, the region 13 around the through hole 4 is also ablated by the reflected light L2. As a result, even when the bottom diameter φb1 immediately after the through hole 4 has penetrated becomes smaller than the top diameter φt, the bottom diameter φb1 can be increased. That is, as shown in FIG. 3C, the bottom diameter φb1 can be expanded to φb2 close to the top diameter φt. In this way, the side surface of the through hole 4 can be brought close to the surface of the substrate 1 to be processed, and the formation of the through hole 4 with the side surface 4a can be realized. In addition, it is possible to accurately form a through hole having a high aspect ratio (through hole depth / hole diameter).
[0031]
In addition, if the position of the to-be-processed substrate 1 is moved with the XY stage 32, performing the formation process of the through-hole 4 demonstrated above, the cutting process of the to-be-processed substrate 1 etc. are realizable.
[0032]
Here, the energy density [J / cm 2 ] per pulse in the incident region 13 of the reflected light L 2 can be adjusted by, for example, the thickness of the transmission plate 312. Regardless of whether the condensing method or the mask projection method is used, the thickness of the transmission plate 312 is reflected by the reflection plate 312 after the laser light L1 passes through the focal position or the imaging position, and is again a through-hole. 4 and its surrounding length 13 (hereinafter referred to as the path length) is set to a value that is equal to or smaller than the focal depth of the laser light L1, irradiation per pulse at the focal position or the imaging position. Since the reduction of the energy density per pulse in the incident region 13 of the reflected light L2 with respect to the surface energy density can be suppressed to the minimum, the side surface of the through hole 4 can be efficiently shaped.
[0033]
Specifically, when the focal position or the imaging position is the surface 1a of the substrate 1 to be processed and the focal depth of the laser light L1 is 0.2 mm, the thickness of the substrate 1 to be processed is Ta and the transmission plate 312 is used. Assuming that the thickness of Tb is Tb, the condition that the value of Ta + 2Tb is about 0.2 mm or less can be selected. In the case of Ta = 43 μm, the above effect can be obtained by setting Tb = 0.785 mm or less.
[0034]
However, the focal position or the imaging position is not particularly limited. The focal position or the imaging position can be adjusted between the front surface 1a and the back surface 1b of the substrate 1 to be processed. Now, assuming that the focal position or the imaging position is aligned with the back surface 1b of the substrate 1 to be processed, the condition that the value of 2Tb is approximately 0.2 mm or less, that is, Tb = 0.1 mm or less, The above effects can be obtained.
[0035]
On the other hand, for example, if the thickness of the transmission plate 312 is set to such a value that the above-mentioned path length exceeds the focal depth of the laser light L, the energy density per pulse in the incident region 13 of the reflected light L2 becomes the focal point. It becomes smaller than the irradiation surface energy density per pulse at the position or imaging position.
[0036]
Since the region 13 around the through hole 4 is in a molten state when the through hole 4 penetrates, that is, at the time of FIG. 3A, the energy density per pulse in the region 13 is the focal position or imaging position. Even if it is smaller than the irradiation surface energy density per pulse in, the region 13 will be sufficiently processed.
[0037]
In practice, the laser beam L1 is focused on the surface 1a of the substrate 1 to be processed and the transmission plate 312 is a glass plate having a thickness of 1 mm so that the above-mentioned path length is more than 0.2 mm in depth of focus of the laser beam L1 When the through-hole 4 was penetrated, the top diameter was 50 μm and the bottom diameter was 35 μm. However, by shaping using the reflected light L2, the bottom diameter of the through-hole 4 was reduced to 40 μm. I was able to enlarge. In this specific example, the spot diameter of the reflected light L2 is approximately four times the focal spot diameter. Nevertheless, since favorable processing was realized, it is considered preferable that the thickness of the transmission plate 312 is 5 times (= 1 / 0.2) or less than the focal depth of the laser beam L1. Note that an optimal value can be selected for the thickness of the transmission plate 312 depending on the material of the substrate 1 to be processed, the laser beam to be used, and the like.
[0038]
Further, the width of the region 13 on which the reflected light L2 is incident can be adjusted by, for example, the surface roughness of the reflective plate 311. For example, as the surface of the reflection plate 311 is roughened, the reflected light L2 is scattered, so that the region 13 where the reflected light L2 is incident becomes wider. Thereby, reprocessing of a wide area | region is attained. In this sense, in one embodiment, the surface of the reflection plate 311 is roughened to such an extent that the laser light L2 can be scattered.
[0039]
On the other hand, the region 13 where the reflected light L2 is incident becomes narrower as the surface of the reflection plate 311 is closer to the mirror surface. In this case, reworking of a minute region is possible, and power loss of the laser beam can be minimized, and efficient reworking is possible. In this sense, in another embodiment, the surface of the reflection plate 311 is a mirror surface. The surface roughness of the reflection plate 311 can also be selected to an optimum value according to the material of the substrate 1 to be processed and the characteristics of the laser beam.
[0040]
FIG. 4 shows a configuration around the chuck portion 31 according to still another embodiment. The chuck unit 31 as a holding unit includes a vacuum chuck plate 313 and a transmission plate 312 stacked on the vacuum chuck plate 313. The vacuum chuck plate 313 also serves as the reflection plate 311 described above. The laser beam L is reflected on the surface of the vacuum chuck plate 313. The vacuum chuck plate is preferably made of a highly reflective material such as Al.
[0041]
As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not restrict | limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to form a through hole having a sharp side surface using a laser. Further, according to the present invention, when the through hole is formed in the substrate to be processed, it is possible to prevent the substrate holding means such as a chuck plate that holds the substrate to be processed from being damaged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a laser processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of a chuck portion serving as a substrate holding unit.
FIG. 3 is a schematic diagram showing how a cross-sectional shape of a through hole is shaped.
FIG. 4 is a view showing a modification of the laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Laser optical system 3 Holding stand 31 Chuck part (substrate holding means)
311 Reflection plate 312 Transmission plate

Claims (10)

(a)被加工基板を、保持台に保持する工程と、
(b)保持された被加工基板へレーザ光を照射することにより、該被加工基板の表面から裏面にわたる貫通孔を形成する工程と、
(c)形成した貫通孔を通過する前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射させ、該反射光を前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻す工程とを有するレーザ加工方法。
(A) a step of holding the substrate to be processed on a holding table;
(B) forming a through-hole extending from the front surface to the back surface of the substrate to be processed by irradiating the held substrate with the laser beam;
(C) laser processing including a step of reflecting the laser light passing through the formed through hole at a position away from the back surface of the substrate to be processed and returning the reflected light to the through hole and the periphery of the through hole. Method.
前記工程(c)では、前記レーザ光を反射させる位置と、前記被加工基板の裏面との間の距離を、1mm以下とする請求項1に記載のレーザ加工方法。2. The laser processing method according to claim 1, wherein in the step (c), a distance between a position where the laser beam is reflected and a back surface of the substrate to be processed is 1 mm or less. 前記工程(b)では、前記被加工基板の表面から裏面までの間に前記レーザ光の焦点を合わせ、
前記工程(c)では、前記レーザ光が前記焦点の位置を通過した後、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射されて、再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻されるまでの経路長を、当該レーザ光が焦点スポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さ以下とする請求項1に記載のレーザ加工方法。
In the step (b), the laser beam is focused between the front surface and the back surface of the substrate to be processed,
In the step (c), after the laser beam passes through the position of the focal point, it is reflected at a position away from the back surface of the substrate to be processed, and is again returned to the periphery of the through hole and the through hole. The laser processing method according to claim 1, wherein the path length is set to be equal to or less than a length representing a range on the optical axis along which the laser light travels without substantially changing a focal spot diameter.
前記工程(b)が、透過孔を有するマスクの該透過孔を通過したレーザ光を、該透過孔が前記被加工基板の表面から裏面までの間の結像位置に結像するように、前記被加工基板へ照射する工程を含み、
前記工程(c)では、前記レーザ光が前記結像位置を通過した後、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射されて、再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻されるまでの経路長を、当該レーザ光の焦点深度以下とする請求項1に記載のレーザ加工方法。
In the step (b), the laser beam that has passed through the transmission hole of the mask having the transmission hole is imaged at an imaging position between the front surface and the back surface of the substrate to be processed. Including the step of irradiating the substrate to be processed,
In the step (c), after the laser beam passes through the imaging position, it is reflected at a position away from the back surface of the substrate to be processed, and is again returned to the periphery of the through hole and the through hole. The laser processing method according to claim 1, wherein the path length is equal to or less than the focal depth of the laser light.
前記工程(c)では、前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で散乱させる請求項1に記載のレーザ加工方法。The laser processing method according to claim 1, wherein in the step (c), the laser light is scattered at a position away from a back surface of the substrate to be processed. 被加工基板の表面へレーザ光を照射するレーザ光学系と、
前記レーザ光学系からのレーザ光によって前記被加工基板に形成された貫通孔を通過する当該レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で前記貫通孔側へ反射させる基板保持手段と
を備えるレーザ加工装置。
A laser optical system for irradiating the surface of the substrate to be processed with laser light;
Substrate holding means for reflecting the laser beam passing through the through hole formed in the substrate to be processed by the laser beam from the laser optical system to the through hole side at a position away from the back surface of the substrate to be processed; Laser processing apparatus provided.
前記基板保持手段が、
前記レーザ光を反射する反射プレートと、
前記反射プレートと前記被加工基板との間に配置され、前記レーザ光を透過させる透過プレートと
を含む請求項6に記載のレーザ加工装置。
The substrate holding means;
A reflective plate for reflecting the laser light;
The laser processing apparatus according to claim 6, further comprising a transmission plate that is disposed between the reflection plate and the substrate to be processed and transmits the laser light.
前記透過プレートの厚みが、1mm以下とされている請求項7に記載のレーザ加工装置。The laser processing apparatus according to claim 7, wherein a thickness of the transmission plate is 1 mm or less. 前記レーザ光学系は、当該レーザ光の焦点を、前記被加工基板の表面から裏面までの間に合わせる集光手段を含み、
前記レーザ光が前記焦点の位置を通過した後、前記反射プレートで反射されて再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻るまでの経路長が、当該レーザ光が焦点スポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さ以下とされている請求項7又は8に記載のレーザ加工装置。
The laser optical system includes condensing means for focusing the laser light between the front surface and the back surface of the substrate to be processed,
The path length from when the laser beam passes through the focal point to when it is reflected by the reflecting plate and returns to the periphery of the through hole and the through hole again substantially changes the focal spot diameter of the laser beam. The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the laser processing apparatus has a length equal to or less than a length that represents a range on the optical axis that moves forward.
前記レーザ光学系は、透過孔を有するマスクの該透過孔を通過したレーザ光を、該透過孔が前記被加工基板の表面から裏面までの間の結像位置に結像するように、前記被加工基板へ照射する集光手段を含み、
前記レーザ光が前記結像位置を通過した後、前記反射プレートで反射されて再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻るまでの経路長が、当該レーザ光の焦点深度以下とされている請求項7又は8に記載のレーザ加工装置。
The laser optical system is configured so that the laser beam that has passed through the transmission hole of the mask having the transmission hole forms an image at the imaging position between the front surface and the back surface of the substrate to be processed. Including light collecting means for irradiating the processed substrate;
The path length from when the laser light passes through the imaging position to be reflected by the reflection plate and returns to the periphery of the through-hole and the through-hole again is equal to or less than the focal depth of the laser light. Item 9. A laser processing apparatus according to Item 7 or 8.
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