JP2007090438A

JP2007090438A - レーザ加工方法

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Publication number: JP2007090438A
Application number: JP2007003293A
Authority: JP
Inventors: Naoki Wakabayashi; 直木若林
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: JP4489782B2

Abstract

【課題】被覆層に少ショット数で大面積の穴を開け、穴底面に残存する皮膜を少ショット数で除去するレーザ加工を、下地部材にほとんど影響を与えずに行うレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】表層部が銅で形成された下地部材の表面上に、エポキシ樹脂で形成された被覆層が形成された加工対象物を準備する。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第１のレーザビームを、被覆層の表面から加工対象物に入射させて、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。剥離部分の底面に、第１のレーザビームとは波長の異なる第２のレーザビームを入射させ、剥離部分の底面に被覆層の一部が残っている場合には、残っている被覆層を除去する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

また、アブレーション加工後に残ったスミアは、ＷＥＴデスミア等の方法により除去されていた。

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、導電層に影響を与えずに加工を行うのは困難であった。

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においては、パルスレーザビームの入射位置をずらせ、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。

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、少ない照射量で、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。

本発明の一観点によれば、（ａ）表層部が銅で形成された下地部材の表面上に、エポキシ樹脂で形成された被覆層が形成された加工対象物を準備する工程と、（ｂ）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第１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、（ｃ）該剥離部分の底面に、前記第１のレーザビームとは波長の異なる第２のレーザビームを入射させ、該剥離部分の底面に前記被覆層の一部が残っている場合には、残っている該被覆層を除去する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

前記剥離部分は、前記第１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る。前記レーザ加工方法によって形成される前記剥離部分は、従来のアブレーション加工においてはレーザビームのパルスエネルギを大きくし、多数のショットを加えなければ開けることが出来ない面積を有する。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。

また、少ない照射量の前記第２のレーザビームを前記剥離部分の底に入射させ、該剥離部分の底に残存する前記被覆層の一部を除去することができる。この残存被覆層の除去も、前記下地部材にほとんど影響を与えずに行うことが可能である。

本発明の他の観点によれば、（ｄ）表層部が銅で形成された下地部材の表面上に、エポキシ樹脂で形成された被覆層が形成された加工対象物を準備する工程と、（ｅ）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第１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入射させて、該被覆層の一部を該下地部材から剥離させ、第１の剥離部分を形成する工程と、（ｆ）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第２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入射させて、該被覆層の一部を該下地部材から剥離させ、前記第１の剥離部分と連続した第２の剥離部分を形成する工程と、（ｇ）前記第１及び第２の剥離部分の底面に、前記第１及び第２のレーザビームとは波長の異なる第３のレーザビームを入射させ、前記第１及び第２の剥離部分の底面に前記被覆層の一部が残っている場合には、残っている該被覆層を除去する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

該レーザ加工方法によれば、前記下地部材にほとんど影響を与えず、前記被覆層に大面積の剥離部分を形成することができる。

本発明によれば、リフティング現象を用いたレーザビーム穴開け加工を連続して行い、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することができる。

また、リフティング加工後に残存した皮膜に少量のレーザビームを入射させ、皮膜の除去を行うことができる。したがって残存皮膜の除去をも含めた大面積のレーザビーム穴開け加工を少ない照射量で行い、しかも下の層の影響を軽減することができる。

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１、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１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断面の形状を整形するためのマスク２、加工対象物である多層基板６上にレーザビームを集束させる平凸レンズ３、反射ミラー４を経て、ステージ５上に据えられている多層基板６に入射する。ステージ５は可動ステージであり、ステージ５上の多層基板６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。

図２（Ａ）に示すように、多層基板６はたとえばエポキシ樹脂層である樹脂被覆層１１、銅層１２、及び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１３とからなる。樹脂被覆層１１の厚さはたとえば６０μｍである。この樹脂被覆層１１上面にレーザビームが入射する。樹脂被覆層１１はＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波の多くを透過する。銅層１２は、これを大部分反射する。

樹脂被覆層１１上面に入射したレーザビームにより、穴１１ａが形成される。この穴１１ａはレーザビームが樹脂被覆層１１と銅層１２との界面でアブレーションを起こし、その圧力により樹脂被覆層１１の剥離を誘起した結果、形成されたものと考えられる。マスク２で与えられるレーザビーム断面の形状を様々に変えることにより、必要とされる形状の穴１１ａを開けることができる。樹脂被覆層１１と銅層１２との界面が高圧力状態になり、この圧力によって上層の樹脂被覆層１１の一部が剥離する現象を「リフティング現象」と呼ぶこととする。また、「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。

リフティング現象を用いたレーザ加工後に、基板によっては被覆層の皮膜が、穴の底面に薄く残存する場合がある。たとえば銅層１２の表面に、厚さ６０μｍのエポキシ樹脂層である樹脂被覆層１１が積層された多層基板６には、銅層１２の表面に薄いエポキシ樹脂の皮膜１１ａ'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１１ａ'を除去する。すなわち、波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振器１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１〜１０ショット照射することにより、多層基板６の銅層１２表面を露出させる。このとき、残存皮膜には約０．５Ｊ／ｃｍ²以上のパルスエネルギ密度のビームが照射される。

図２（Ｂ）は、銅層表面に、厚さ６０μｍのエポキシ樹脂層である樹脂被覆層を積層した多層基板を、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）でリフティング加工し、次いでＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波（波長５２３ｎｍ）を５ショット照射した後の、多層基板表面の光学顕微鏡写真のスケッチである。２倍高調波のパルス幅は１０ｐｓ、パルスエネルギは６５μＪであった。残存したエポキシ皮膜２０に楕円形に整形したＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波を照射し、銅層表面２１を楕円形に露出させている。１ショットの基本波でリフティング加工された穴の直径は約４００μｍ、５ショットの２倍波で皮膜を除去した結果、露出した銅層表面の楕円形の長径は約１５０μｍである。

再び図１を参照して、本発明の第２の実施例を説明する。多層基板６の樹脂被覆層１１に穴を開ける。第１の実施例と同様に、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）がパルス幅１０ｐｓ、パルスエネルギ１ｍＪで出射され、多層基板６に入射する。

図３（Ａ）はリフティング現象によって開いた穴１１ｂを示す。穴１１ｂはレーザビームが樹脂被覆層１１と銅層１２との界面でアブレーションを起こし、その圧力により樹脂被覆層１１の剥離を誘起した結果、形成されたものと考えられる。

穴１１ｂが形成された後、ステージ５により多層基板６を移動させる。するとレーザビームの次のパルスは移動分だけ離れた位置の樹脂被覆層１１に入射する。

図３（Ｂ）は樹脂被覆層１１上面に入射した２ショットめの基本波（波長１０４７ｎｍ）が引き起こすリフティング現象により、穴１１ｂと連続して形成された穴１１ｃを示す。

続いてステージ５により多層基板６を移動させ、３ショットめのレーザビームを、更に移動分だけ離れた位置の樹脂被覆層１１に入射させ、穴を形成する。これを繰り返すことにより、大面積の穴を加工することができる。

図３（Ｃ）は、銅層１２表面に厚さ６０μｍのエポキシ樹脂層である樹脂被覆層１１が積層された多層基板６を移動させながら、樹脂被覆層１１上面からパルスレーザビームを１ショットずつ照射して計１２ショットで穴開け加工を行い、４ｃｍ×１ｃｍ程度の長方形に近い穴を開けた後の多層基板６表面の光学顕微鏡写真のスケッチである。使用したパルスレーザビームは、パルスエネルギ３ｍＪ、パルス幅１５ｎｓのＮｄ：ＹＬＦの基本波（波長１０４７ｎｍ）である。

また、図３（Ｄ）は、ベンゾシクロブテン系プリント基板にパルスレーザビームを照射しながらステージを移動させ、１．４ｍｍ×０．５ｍｍ程度の範囲に広がる連続的な穴を開けた後の、該プリント基板表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真のスケッチである。使用したパルスレーザビームは、パルスエネルギ９０μＪ、パルス幅１０ｐｓのＮｄ：ＹＬＦの基本波（波長１０４７ｎｍ）で、パルス周波数は１０Ｈｚであった。

なお、マスク２で与えられるレーザビーム断面の形状を様々に変えることにより、多層基板６に必要とされる形状の大面積の穴を開けることができる。

更に、この大面積の穴開け加工においては、パルスレーザビームを照射し、リフティング現象によって生じた樹脂被覆層の剥離部分を連続させて穴を拡大するが、このパルスレーザビームの照射位置が数十μｍずれたとしても、銅層に悪影響はほとんど及ばない。穴の位置がその分変わるだけである。リフティング加工はアブレーション加工と異なり、少ないショット数で加工を行うため、銅層に与える影響はほとんどない。したがってリフティング加工においては、真円に近い穴や角型に近い穴の大面積加工も可能である。

図３（Ｂ）を参照して説明を続ける。大面積の穴を開けた後、多層基板６には銅層１２表面に薄いエポキシ樹脂の皮膜が残存する。１ショットめの加工時に形成された穴の底面に、エポキシ樹脂の皮膜１１ｂ'が残り、２ショットめの加工時に形成された穴の底面に、エポキシ樹脂の皮膜１１ｃ'が残る。これらの残存皮膜を、リフティング加工に用いたレーザビームとは異なる波長のレーザビームを照射し、アブレーションで除去する。すなわち、波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振器１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、残存皮膜に照射することにより、多層基板６の銅層１２表面を露出させる。このとき残存皮膜にパルスエネルギ密度約０．５Ｊ／ｃｍ²以上のレーザビームが照射される。

図４（Ａ）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。波長変換ユニットを含む全固体レーザ発振器３０、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザから、パルスレーザビームが出射される。第１の実施例と同様に、全固体レーザ発振器３０は波長変換ユニットにより基本波（波長１０４７ｎｍ）と２倍高調波（波長５２３ｎｍ）のいずれかを出射することができるが、まず基本波（波長１０４７ｎｍ）をパルス幅１０ｐｓ、パルスエネルギ１ｍＪ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、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。

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と銅層とを有する。この樹脂被覆層上面の複数の箇所にレーザビームが入射する。エポキシ樹脂被覆層はＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波の多くを透過する。銅層は、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。

図４（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上に形成した穴の上面図である。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。

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により分岐し、リフティング現象で開けられた穴の底に入射する。ステージ３４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。

照射位置検出センサ３６、たとえばＣＣＤカメラ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：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。

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。

以上はまた、開けた穴を連結し、大面積の穴を加工する場合にも適用することができる。図４（Ｂ）に示したように複数条のレーザビームが連続した穴を形成するように分岐される場合は、その連続した穴に、次のショットを分岐させて形成される連続した穴を繋げて大きくすることができる。また、複数条に分岐されたレーザビームが離散する穴を形成する場合については、以下に説明する。

図４（Ｃ）は、パルスレーザビームが、ホログラム板３２で複数条のレーザビームに分岐され、多層基板３５上に形成した穴の上面図である。実線で記したのが、１ショットめのレーザビームを分岐して形成した離散的な穴、点線で記したのが、２ショットめのレーザビームを分岐して形成した離散的な穴である。それぞれの離散する穴を対応させて連続し、大面積の穴を加工することが可能である。

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。第３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３９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３の実施例と等しい。

第４の実施例によるレーザ加工方法は、第３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。

回折格子のかわりにビームスプリッタ、ＤＯＥ（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。

更に、以上は開けた穴を連結し、大面積の穴を加工する場合にも適用することができる。

図６は本発明の第５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１０４７ｎｍ）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次元方向に走査する。

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、樹脂被覆層にリフティング現象による穴が次々と開けられる。

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。

照射位置検出センサ４７及びコントローラ４８の作用は、第３の実施例と同様である。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。

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。

図７は第５の実施例のガルバノスキャナ４３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４９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次元方向に走査する。他の構成及び作用は図６に示したものに等しい。ガルバノミラーに代えてポリゴンミラーを使用することにより、走査を高速化することができる。

また、以上は開けた穴を連結し、大面積の穴を加工する場合にも適用可能である。

第１〜５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４９２〜５７７ｎｍ）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Ｎｄ：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１０６４ｎｍ）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。

図８（Ａ）は、本発明の第６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５０、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザから、パルスレーザビームが出射される。波長変換ユニットはＳＨＧ（SecondHarmonics Generator）５１で、全固体レーザ発振器５０から出射されたＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）は、一部が非線形効果により２倍高調波（５２３ｎｍ）に波長変換され、基本波と２倍高調波の異なる二つの波長成分を含む混合波として出射される。出射された混合波はＴＨＧ（ThirdHarmonics Generator）５２に入射し、基本波（波長１０４７ｎｍ）と３倍高調波（波長３４９ｎｍ）との異なる二つの波長成分を含むレーザビームに変換される。このレーザビームはビーム断面の形状を整形するマスク５３を通過し、ダイクロイックミラー５４に入射する。ダイクロイックミラー５４は波長の異なる基本波と３倍高調波とを分岐させ、それぞれ光路Ａ、光路Ｂに導く。光路Ａを辿る基本波のパルスレーザビームは、たとえばパルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギ３ｍＪである。反射ミラー５５ａを経てシャッタ５６に入射する。シャッタ５６は５ショットのレーザビーム中、１ショットだけを通過させ、残りの４ショットを遮る。したがって多層基板６０には基本波のレーザビームが４ショットおきに１ショットだけ到達することになる。シャッタ５６を通過したレーザビームは、該レーザビームを高速で走査するガルバノスキャナ５７ａ、該レーザビームを多層基板６０上に集束させるｆθレンズ５８ａを経て、ステージ５９上に据えられている多層基板６０に照射される。ガルバノスキャナ５７ａ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次元方向に走査する。

多層基板６０は第１の実施例で用いたのと同じものである。樹脂被覆層上面にレーザビームが入射する。

ガルバノスキャナ５７ａの動作により、基本波のレーザビームの入射位置が多層基板６０の表面上を移動し、樹脂被覆層に次々と穴が開けられる。ガルバノスキャナ５７ａによって走査可能な領域内の加工が終了すると、ステージ５９により多層基板６０が移動し、他の領域の加工が行われる。ガルバノスキャナ５７ａによる走査とステージ５９による多層基板６０の移動とを繰り返すことにより、多層基板６０上のすべての被加工部にリフティング現象による穴が開けられる。

ＴＨＧ（Third Harmonics Generator）５２によって３倍高調波に変換され、ダイクロイックミラー５４で基本波と分岐されたパルスレーザビームが光路Ｂを進む。このレーザビームのパルス幅は１５ｎｓ、パルスエネルギは２０〜５００μＪである。３倍高調波のレーザビームは反射ミラー５５ｂ、レーザビームを高速で走査するガルバノスキャナ５７ｂ、該レーザビームの焦点を多層基板上に結ばせるｆθレンズ５８ｂを経て、ステージ５９上に据えられている多層基板に照射される。ガルバノスキャナ５７ｂ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次元方向に走査する。

光路Ａを進む基本波のレーザビームで穴を開けられた多層基板６０が、ステージ５９によりガルバノスキャナ５７ｂの加工領域に移動される。光路Ｂを進む３倍高調波のレーザビームが各穴底に残存するエポキシ皮膜を除去し、銅層表面を露出させる。

穴１つに対し照射される３倍高調波は、たとえば５ショットである。ガルバノスキャナ５７ｂの動作により、次々と各穴底に残存するエポキシ皮膜を除去していく。ステージ５９により多層基板６０が移動し、基本波のレーザビームが形成した多層基板６０上のすべての穴について、残存皮膜が除去され、銅層表面が露出する。

この、一穴に５ショットずつ照射される３倍高調波によって、多層基板６０の残存皮膜を除去すると同時に、光路Ａを進む基本波が異なる多層基板上にリフティング現象を利用した穴開けを行う。基本波による加工は５ショット中４ショットを遮蔽し、１ショットだけを通過させて行うものであるから、一穴当たりのリフティング加工と皮膜除去との時間を同じにすることができる。また、各多層基板の穴開け位置が同一であれば、ステージ５９の動きに従って、基本波と３倍高調波とは異なる多層基板の同一の位置を加工することになる。その場合、ガルバノスキャナ５７ａ及びガルバノスキャナ５７ｂは同じ動作をすることになる。

このように、分岐した２つのレーザビームの、基本波で多層基板にリフティング効果を用いた穴開け加工を行い、それと同時に、３倍高調波で別の多層基板の残存皮膜を除去することにより、作業の高速化が実現される。

ここでは残存皮膜の除去にＮｄ：ＹＬＦレーザの３倍高調波（３４９ｎｍ）を用いたが、２倍高調波（５２３ｎｍ）、４倍高調波（２６２ｎｍ）を用いることも可能である。ただし、２倍高調波（緑色の波長領域の光）を用いるときには、既述のようにパルス幅をピコ秒オーダにする必要がある。また、ここでは全固体レーザ発振器としてＮｄ：ＹＬＦレーザを用いたが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用してもよい。更に、ガルバノスキャナのかわりにポリゴンミラーを用いた高速ビーム走査光学系を使用してもよい。

更にまた、以上は開けた穴を連結し、大面積の穴を加工する場合にも適用可能である。

図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のレーザ加工装置にシャッタ５６ｂを加えたレーザ加工装置の概略図である。シャッタ５６ｂが、光路Ｂ内に設けられている。他の構成はすべて図８（Ａ）に示したレーザ加工装置に等しい。図８（Ｂ）に示したレーザ加工装置で、たとえばリフティング加工後に被覆層の皮膜が穴の底面に残存しない多層基板を加工する際や、あるいは、リフティング加工に失敗し、もう１パルス基本波を照射しなければならない時などは、シャッタ５６ｂが、光路Ｂを進む３倍高調波を遮り、多層基板にビームが照射されないようにする。

図９（Ａ）は、本発明の第７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６１、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザから、パルスレーザビームが出射される。波長変換ユニットはＳＨＧ（SecondHarmonics Generator）６２で、全固体レーザ発振器６１から出射されたＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）は、一部が非線形効果により２倍高調波（５２３ｎｍ）に波長変換され、基本波と２倍高調波の異なる二つの波長成分を含む混合波として出射される。出射された混合波は、ダイクロイックミラー６３に入射する。ダイクロイックミラー６３は波長の異なる基本波と２倍高調波とを分岐させ、それぞれ光路Ａ、光路Ｂに導く。光路Ａを辿る基本波のパルスレーザビームは、たとえばパルス幅１０ｐｓ、パルスエネルギ１ｍＪである。反射ミラー６４を経てシャッタ６５ａに入射する。シャッタ６５ａは５ショットのレーザビーム中、１ショットだけを透過させ、残りの４ショットを遮る。シャッタ６５ａを透過したパルスレーザビームは、ホログラム板６６ａで複数条のレーザビームに分岐して、ステージ６７上に据えられている多層基板６８上に集光され、多層基板６８上の複数の箇所に同時に照射される。多層基板６８には、ホログラム板６６ａで分岐された基本波のレーザビームが、４ショットおきに１ショットだけ到達することになる。

多層基板６８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と銅層とを有する。この樹脂被覆層上面の複数の箇所に、分岐したレーザビームが同時に入射し、穴が開けられる。それはたとえば図４（Ｂ）に示すような、分岐させないパルスレーザビームであれば６ショットの照射で形成される、部分的な重なりをもつ穴である。

ステージ６７により多層基板６８が移動され、多層基板６８上の所定の被加工部に、リフティング現象による穴が次々と開けられる。

ダイクロイックミラー６３で基本波と分岐された２倍高調波が、光路Ｂを進む。このレーザビームは、たとえばパルス幅が１０ｐｓ、パルスエネルギ２０〜５００μＪである。レーザビームはホログラム板６６ｂで複数条のレーザビームに分岐して、ステージ６７上に据えられている多層基板上に集光され、多層基板上の複数の箇所に同時に照射される。なお、ホログラム板６６ａ、６６ｂは、それぞれＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）と２倍高調波（波長５２３ｎｍ）との波長に対し、被加工部で同じ像を結ぶように設計されている。

光路Ａを進む基本波で穴を開けられた多層基板６８が、ステージ６７により、ホログラム板６６ｂの加工領域に移動される。光路Ｂを進む、ホログラム板６６ｂで分岐された２倍高調波が、基本波によって開けられた穴の底に残存するエポキシ皮膜を除去し、銅層表面を露出させる。穴１つに対し照射される２倍高調波は、たとえば５ショットである。ステージ６７の移動により、基本波のレーザビームが形成した多層基板６８上のすべての穴について残存皮膜が除去される。

この、一穴に５ショットずつ照射される２倍高調波によって、多層基板６８の残存皮膜を除去すると同時に、光路Ａを進む基本波が、異なる多層基板上にリフティング現象による穴開けを行う。基本波による加工は５ショット中４ショットを遮蔽し、１ショットだけを透過させて行うものであるから、一穴当たりのリフティング加工と皮膜除去との時間とを同じにすることができる。各多層基板の穴開け位置が同一であれば、ホログラム板６６ａと６６ｂのそれぞれの加工領域で、ステージ６７は、全く同じ動きを行う。

図９（Ａ）に示したレーザ加工装置は、分岐したＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波と２倍高調波の２つのレーザビームのそれぞれを、更に分岐させて多層基板に入射させる。基本波で多層基板にリフティング現象を用いた穴開け加工を行い、それと同時に２倍高調波で別の多層基板の残存皮膜を除去する。これにより、作業の高速化が実現される。

ここでは残存皮膜の除去にＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波（５２３ｎｍ）を用いたが、３倍高調波（３４９ｎｍ）、４倍高調波（２６２ｎｍ）を用いることも可能である。たとえば、パルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギ１０ｍＪの基本波と、パルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギ２ｍＪの３倍高調波または４倍高調波を用いてもよい。更に、全固体レーザ発振器としてＮｄ：ＹＬＦレーザを用いたが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用してもよい。

図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のレーザ加工装置にシャッタ６５ｂを加えたレーザ加工装置の概略図である。シャッタ６５ｂが、光路Ｂ内に設けられている。また、全固体レーザ発振器６１は、基本波だけを出射することができる。他の構成は、図９（Ａ）に示したレーザ加工装置と等しい。図９（Ｂ）に示したレーザ加工装置で、たとえばリフティング加工後に被覆層の皮膜が穴の底面に残存しない多層基板を加工する際などは、シャッタ６５ｂが、光路Ｂを進む２倍高調波を遮り、多層基板にビームが照射されないようにする。また、全固体レーザ発振器６１から基本波だけが出射されて加工が行われる際は、基本波のすべてがダイクロイックミラー６３を透過するわけではない。基本波は、わずかではあるが反射されて光路Ｂを進む。シャッタ６５ｂは、その光路Ｂを進む漏れ光を遮断する。

なお、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。

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。

本発明の第１及び第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。（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加工した多層基板の光学顕微鏡写真をスケッチした図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、第２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る。（Ｃ）は、第２の実施例によるレーザ加工方法で加工した多層基板の光学顕微鏡写真をスケッチした図である。（Ｄ）は、第２の実施例によるレーザ加工方法で加工したプリント基板のＳＥＭ写真をスケッチした図である。（Ａ）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り、（Ｂ）及び（Ｃ）は、該レーザ加工装置で多層基板に形成された穴を示す図である。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。本発明の第５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５の実施例で使用したガルバノスキャナをポリゴン・ガルバノスキャナに置き換えた、レーザ加工装置の概略図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第６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。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第７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
１（波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器
２マスク
３平凸レンズ
４反射ミラー
５ステージ
６多層基板
１１樹脂被覆層
１１ａ、ｂ、ｃ穴
１１ａ'、ｂ'、ｃ' 皮膜
１２銅層
１３樹脂下地層
２０皮膜
２１銅層表面
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
４４ｆθ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
５０（波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器
５１ＳＨＧ
５２ＴＨＧ
５３マスク
５４ダイクロイックミラー
５５ａ、ｂ反射ミラー
５６ａ、ｂシャッタ
５７ａ、ｂガルバノスキャナ
５８ａ、ｂｆθレンズ
５９ステージ
６０多層基板
６１（波長変換ユニットを含む）全固体レーザ発振器
６２ＳＨＧ
６３ダイクロイックミラー
６４反射ミラー
６５ａ、ｂシャッタ
６６ａ、ｂホログラム板
６７ステージ
６８多層基板

Claims

（ａ）表層部が銅で形成された下地部材の表面上に、エポキシ樹脂で形成された被覆層が形成された加工対象物を準備する工程と、
（ｂ）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第１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、
（ｃ）該剥離部分の底面に、前記第１のレーザビームとは波長の異なる第２のレーザビームを入射させ、該剥離部分の底面に前記被覆層の一部が残っている場合には、残っている該被覆層を除去する工程と
を有するレーザ加工方法。
前記第１のレーザビームが、１本の第１の原レーザビームを分岐させて得られた複数本のレーザビームを含み、前記第２のレーザビームが、１本の第２の原レーザビームを分岐させて得られた複数本のレーザビームを含み、前記工程（ｂ）において、前記第１のレーザビームを構成する複数本のレーザビームを前記加工対象物に同時に入射させ、前記工程（ｃ）において、前記第２のレーザビームを構成する複数本のレーザビームを前記剥離部分の底面に同時に入射させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記第２のレーザビームが、パルス幅が１ｐｓ以上１μｓ未満の紫外線の波長領域のパルスレーザビーム、またはパルス幅が１ｐｓ以上１ｎｓ未満の緑色の波長領域のパルスレーザビームである請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
（ｄ）表層部が銅で形成された下地部材の表面上に、エポキシ樹脂で形成された被覆層が形成された加工対象物を準備する工程と、
（ｅ）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第１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入射させて、該被覆層の一部を該下地部材から剥離させ、第１の剥離部分を形成する工程と、
（ｆ）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第２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入射させて、該被覆層の一部を該下地部材から剥離させ、前記第１の剥離部分と連続した第２の剥離部分を形成する工程と、
（ｇ）前記第１及び第２の剥離部分の底面に、前記第１及び第２のレーザビームとは波長の異なる第３のレーザビームを入射させ、前記第１及び第２の剥離部分の底面に前記被覆層の一部が残っている場合には、残っている該被覆層を除去する工程と
を有するレーザ加工方法。
前記第１のレーザビームが、１本の第１の原レーザビームを分岐させて得られた複数本のレーザビームを含み、前記第２のレーザビームが、１本の第２の原レーザビームを、前記第１の原レーザビームを分岐させて得られた複数本のレーザビームの各々と１対１に対応するように、分岐させて得られた複数本のレーザビームを含み、前記第３のレーザビームが、１本の第３の原レーザビームを、前記第１の原レーザビームを分岐させて得られた複数本のレーザビームの各々と１対１に対応するように、分岐させて得られた複数本のレーザビームを含み、前記工程（ｅ）において、前記第１のレーザビームを構成する複数本のレーザビームを前記加工対象物に同時に入射させ、離散的に分布する複数の第１の単位剥離部分を含む前記第１の剥離部分を形成し、前記工程（ｆ）において、前記第２のレーザビームを構成する複数本のレーザビームを前記加工対象物に同時に入射させ、該第２のレーザビームを構成する複数本のレーザビームが、各々対応する前記第１のレーザビームを構成する複数本のレーザビームの形成した複数の前記第１の単位剥離部分の各々と連続する、複数の第２の単位剥離部分を含む前記第２の剥離部分を形成する請求項４に記載のレーザ加工方法。
前記第３のレーザビームが、パルス幅が１ｐｓ以上１μｓ未満の紫外線の波長領域のパルスレーザビーム、またはパルス幅が１ｐｓ以上１ｎｓ未満の緑色の波長領域のパルスレーザビームである請求項４または５に記載のレーザ加工方法。