JP2016055303A - コンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細加工も可能なレーザ加工機の汎用性を担保しつつ、コンフォーマルマスク材料の非貫通穴加工を効率的かつ高品質にレーザ加工するコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】本発明のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法では、絶縁層と金属層を備え前記金属層にコンフォーマルマスク加工を施したシート状の被加工物を設置し、前記コンフォーマルマスク加工により一部金属層が除去された穴部を包含する閉領域を設定し、前記閉領域の一方の端より第１の方向に沿って他方の端までレーザパルスを直線的に所定周期で照射する第１の工程と、前記第１の工程の開始位置を第２の方向に所定の距離だけ離れた位置に移動させる第２の工程を有し、前記第１の工程と前記第２の工程を繰り返し、前記閉領域全体にレーザパルスを照射し、前記穴部の絶縁層を除去するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザによる穴あけ加工を行うレーザ加工方法に関し、特に、コンフォーマルマスク工法に関するものである。

近年、電子機器の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材が薄板化し穴あけの径も微細になり要求される精度も非常に高くなってきた。それに従い、ドリルによる穴あけに代わってレーザによる穴あけ加工が一般的になってきた。

回路基板のレーザ穴あけ加工の一つに、未貫通穴形成（以下、ＢＶＨと記す）加工がある。例えば絶縁層と銅箔を有する回路基板用のシート材料において、ＢＶＨは絶縁層の一部のみを穴状に取り除き、裏面の銅箔を残す加工である。

銅箔が絶縁層の両面に設けられたシート材料の場合には、表面の銅箔の一部を穴状に取り除き、さらに当該箇所の絶縁層を取り除いて、裏面の銅箔を残してＢＶＨ部を形成する。これは、回路形成工程で当該ＢＶＨ部で表裏の銅箔の導通を確保することに用いられる。

絶縁層の除去だけであれば、ＣＯ２をレーザ媒質として赤外レーザを発する炭酸ガスレーザが多く用いられている。微細度は高くないが廉価で大出力が得られる特徴がある。しかし、赤外レーザは銅箔の除去には吸収率の問題で適していない。

そこで両面に銅箔を備えたシート材料にＢＶＨ加工を行うレーザ加工方法の一例を紹介する。この例では、赤外レーザと紫外レーザの異なる波長のレーザを用いる方法である。紫外レーザは、赤外レーザに比べＮＡ値も小さく銅箔の吸収度も高いので、微細かつ広範囲なシート材料の穴あけ加工に用いられている。第１の従来技術例は、金属層を予め紫外レーザで除去し、次に金属層をマスクとして赤外レーザで絶縁層を除去してＢＶＨ加工を行うものである。

図８は第１の従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。

図８において、加工系ＵｉのＵＶレーザ発振器１ｉから出力された波長λ１が４００ｎｍ以下のレーザ光Ｂｉは、非球面レンズを組み合わせ、または回折形光学素子を組み合わせたビーム整形ユニット３０ｉを通り、コリメータ３ｉにより直径をＮｉ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｉにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｉを介して加工ヘッドＺｉに入射し、２個のガルバノミラーとｆθレンズとから構成されているヘッド部Ｚｉにより集光されて加工面に垂直に入射する。

加工系Ｕｊのレーザ発振器１ｊから出力された波長λ２が９２００〜１１１０００ｎｍのＣＯ２レーザ光Ｂｊは、ビーム整形ユニット３０ｊを通り、コリメータ３ｊにより直径をＮｊ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｊにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｊを介して加工ヘッドＺｊに入射し、ヘッド部Ｚｊにより集光されて加工面に垂直に入射する。ここで、レーザ光Ｂｊは、導体層の除去に適さない（吸収率が低く除去されにくい）が、絶縁層の除去に適したレーザ光である。

加工系Ｕｋのレーザ発振器１ｋから出力された波長λ３が４００ｎｍ以下のＵＶレーザ光Ｂｋは、ビーム整形ユニット３０ｋを通り、コリメータ３ｋにより直径をＮｋ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｋにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｋを介して加工ヘッドＺｋに入射し、ヘッド部Ｚｋにより集光されて加工面に垂直に入射する（以上、特許文献１の図１を参照）。

以上のように構成されたレーザ加工装置で、以下の様な工程でＢＶＨ加工を行う。

図９は第１の従来技術に係るレーザ加工工程を示す断面図である。

図９（ａ）において、外層導体層２１は、ＵＶレーザ光のパルスエネルギーＥＰｉ２が分解エネルギーしきい値ＥＳｉ２よりも高い範囲のエネルギー、すなわち有効パルスエネルギーＥＥＰｉ２によって除去される。しかし、加工スポット径が６０μｍ以下のレーザパルスで導体層に穴径１００μｍのウインドを加工するには、ビームスポットを円周運動（図中矢印）させる必要がある。

図９（ｂ）において、絶縁層２２はＣＯ２レーザ光のパルスエネルギーＥＰｊ２が分解エネルギーしきい値ＥＳｊ２よりも高い範囲のエネルギー、つまり有効パルスエネルギーＥＥＰｊ２によってほとんど除去される。そのため、パルスエネルギーＥＰｊ２のレーザパルスをパルス数Ｎｊ２だけ重ねパルス加工を行い、さらにそれを３ショットのサイクル加工を行っている。重ねパルス加工によりトータルのエネルギーを多くして加工スポット径ｄＳｊ２をウインド径１００μｍよりも大きい１５０μｍにしている。

そして、図９（ｃ）において、絶縁層の残膜を除去する（以上、特許文献２の図２を参照）。

次に、ＢＶＨ加工を行うレーザ加工方法のさらに異なる一例として、紫外レーザだけで導体層と絶縁層を加工するＵＶダイレクト法を紹介する（例えば、特許文献１の従来技術Ｆ、特許文献２を参照）。

図１０は第２の従来技術に係るレーザ加工工程を示す断面図である。図１０（ａ）はレーザパルスの照射を平面的に見た図である（特許文献２の図３Ｂより引用）。図１０（ｂ）は、レーザパルスのエネルギー分布と穴の形状を示している（特許文献１の図２６を引用）。

この従来技術例の円周加工法では、図１０（ａ）に示すように、レーザスポット径より大きなＢＶＨに対し、円弧を描きながらスパイラル状にガルバノミラーの位置決めと同期してパルス照射を行う。第１回目の円周加工によりＶＩ２６１が除去されてウインドが加工される。さらに第２回目の円周加工によりＶＩ２６２が、第３回目の円周加工によりＶＩ２６３が除去される（以上、特許文献２の図２６を参照）。

以上の従来技術例では、表面の銅箔を除去するには紫外レーザを必要としている。第１の従来技術例では、表面の金属層除去に紫外レーザ、絶縁層の除去には赤外レーザの少なくとも２種類のレーザ発振器を必要とする。第２の従来技術例では、金属層を除去できる紫外レーザのみを用いているが、表面の金属層を除去可能な程度にエネルギー密度を高めた紫外レーザでは、ＢＶＨの底部金属層までダメージを与えてしまう。

そこで、ひとつの方法としてコンフォーマルマスク加工がある。コンフォーマルマスク加工とは、ＢＶＨを形成する箇所の表面銅箔のみをエッチングなどの工程で取り除いておき、露出させた絶縁層のみを別工程で除去する加工方法である。このようにすれば、絶縁層のみをレーザ光で除去すればよいので、赤外レーザでも求めるＢＶＨ加工を行える。

コンフォーマルマスク加工を行うレーザ加工方法の一例を紹介する。

図１１は第３の従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。この図に示すようなコンフォーマルマスク加工専用のレーザ加工装置を設けている。

レーザ発振器８０１からのレーザをビーム整形ユニット８０３で長方形状ビームに整形し、ＸーＹテーブル８０７上に載置するコンフォーマル基板８０６を該ビームの短辺方向および長辺方向にジグザグに移動させて長方形状ビームをコンフォーマル基板全面に走査させることにより加工時間の短縮化を図ろうとしている（例えば、特許文献３を参照）。

特開２００２−１１８３４４号公報 米国特許第５５９３６０６号明細書 特開平９−０２９４７３号公報

しかしながら、従来技術に係るコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法では、以下の様な問題点がある。

第３の従来技術例で説明した技術では、少なくともヘッド部や光学系は専用に設ける必要があり、レーザのスキャンやテーブルの移動制御も特殊なものが必要になる。つまり、一様にレーザ光を照射する工程のためだけの専用機を必要とする。

また、銅箔が除去された部分は全て絶縁層を除去してしまうので、表面銅箔をＢＶＨ用の穴部以外に配線パターンをエッチングしてしまうと、ＢＶＨ不要部まで加工してしまうという問題を生じる。

さらに、高価なレーザ加工機は多種の加工に汎用的に使用したいというユーザ要望もある。係る要望に答えるには、スキャン光学系を有する微細な穴加工が可能なレーザ加工機を用いて、コンフォーマルマスク材料を加工する必要が生じる。

係る必要性に対し、ただ単純にレーザパルスのエネルギー密度を落とすだけだと、コンフォーマルマスクの大きな面積の穴部には対応できない。そこで、第２の従来技術例で紹介したスパイラル状に円弧を描く円周加工法を持ちようとしても、円形以外の形状では対応が困難になる。

さらに円弧状のレーザパルスの連続照射は、穴部周辺と中央部でエネルギーの分布が異なり、一部が熱ダメージを受けやすく加工品質を低下させるおそれがある。そのために、レーザの照射エネルギーをさらに下げると、逆に加工不足な部分が生じてしまう。

そこで本発明は、以上の問題を解決し、微細加工も可能なレーザ加工機の汎用性を担保しつつ、コンフォーマルマスク材料の非貫通穴加工を効率的かつ高品質にレーザ加工することができるコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法は、絶縁層と金属層を備え前記金属層にコンフォーマルマスク加工を施したシート状の被加工物を設置し、前記コンフォーマルマスク加工により一部金属層が除去された穴部を包含する閉領域を設定し、前記閉領域の一方の端より第１の方向に沿って他方の端までレーザパルスを直線的に所定周期で照射する第１の工程と、前記第１の工程の開始位置を第２の方向に所定の距離だけ離れた位置に移動させる第２の工程を有し、前記第１の工程と前記第２の工程を繰り返し、前記閉領域全体にレーザパルスを照射し、前記穴部の絶縁層を除去する方法である。

また、好ましくは、前記閉領域の形状を矩形としている。

また、好ましくは、前記レーザパルスを前記被加工物表面の手前でフォーカスするようにデフォーカスさせている。

上記の工程により、本発明に係るコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法では、直線トレパニングを繰り返して矩形範囲全体にレーザパルスを照射して穴部の絶縁層を除去することで、穴部の形状に関係なく、かつ、エネルギーの粗密なく確実に絶縁層を除去できるので、微細加工も可能なレーザ加工機の汎用性を担保しつつ、コンフォーマルマスク材料の非貫通穴加工を効率的かつ高品質にレーザ加工することができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図 本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスク材料の加工手順の概略を示す工程図 本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスクの穴部とレーザパルス照射範囲の関係を示す概念図 本発明の実施形態に係る直線トレパン加工のピッチと照射開始点移動の関係を示す概念図 本発明の実施形態に係るレーザパルスのデフォーカス状態を示す断面図 本発明の実施形態に係る直線トレパン加工の方向と照射開始点移動の変形例を示す概念図 本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスクの穴部を含有する閉領域の変形例を示す概念図 第１の従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図 第１の従来技術に係るレーザ加工工程を示す断面図 第２の従来技術に係るレーザ加工工程を示す断面図 第３の従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。また、図面中に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸はそれぞれ直交する方向である。ここで、Ｚ軸は上下にあたる鉛直方向であり、各図の座標軸はそれぞれの視野の方向に対応するように描いている。

（実施の形態１）
＜レーザ加工装置の主要構成＞
図１は本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１１０と、分光器１１２と、光検出器１１４と、光学調整部１１５と、ガルバノスキャナ１１６と、集光レンズ１２０と、加工テーブル１２３と、表示部１２４と、制御装置２００とを備える。

レーザ発振器１１０は、制御装置２００から出力されるレーザパルス出力指令信号３１１を受けてレーザ光１１１を出射する。レーザ発振器１１０の方式としては、ＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザなど、加工に必要なエネルギーやレーザ波長等から適切なものを選べばよい。本実施の形態では、ＬＤ励起固体ＵＶレーザを用いた一例を説明する。これは、ＹＡＧなどの個体のレーザ媒質をレーザダイオードで励起し、出力を更に高調波変換して紫外領域のレーザ光を得るものである。例えば、３倍波であれば、約３５５ｎｍの波長になる。

ＬＤ励起固体ＵＶレーザを用いているのは、銅箔などの金属層の吸収もよく、ＮＡも小さくシャープなビームスポットが得られるとともに、基板にレーザ光で高速に穴あけ加工をする場合に必要となる短パルスで高いピーク出力を得られるからである。

レーザ発振器１１０から出射されたレーザ光１１１は、出射直後、または、レーザ発振器の設置場所によっては、ミラーで反射された後に分光器１１２に導かれる。

分光器１１２は、入射するレーザ光の一部を反射、あるいは、透過することで、レーザ光を分岐するレーザスプリッタで構成される。本実施の形態では、レーザ光の一部の約０．５％〜１％程度のエネルギー相当分を反射して分岐する構成を示している。

分岐されたレーザ光１１３は光検知器に入射する。大半の約９９％〜９９．５％程度のエネルギー相当分のレーザ光１１１は分光器１１２を透過し、加工のために光学調整部１１５に導かれる。なお、分光器１１２は、レーザ光の一部を透過し大半を反射する仕様に設定してもよい。この場合は、反射されたレーザ光が加工のために用いられる。

光検出器１１４は、分岐されたレーザ光１１３を検知し、受光強度に応じた電気的な検知レベル信号３１３を出力する。具体的には、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの光量測定素子と増幅回路、Ａ／Ｄ変換器を有している。光検出器１１４は、入射した分岐されたレーザ光１１３の受光強度を電圧値に変換しＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器はサンプリング指令信号３１２をラッチクロックとして電圧値のデジタルデータを検知レベル信号３１３として出力する。検知レベル信号３１３は制御装置２００に入力される。

一方、分光器１１２を通過したレーザ光１１１は光学調整部１１５に導かれる。光学調整部１１５はコリメータレンズや絞り、レーザビーム形状を整形する整形孔を有するアイリス等、一連の光学素子を備えてレーザ光１１１を加工に適した出力やプロファイルを持った概平行光線束に整形される。

整形されたレーザ光１１１はガルバノスキャナ１１６に導かれる。ガルバノスキャナ１１６は、ガルバノ動作指令信号３１４を受けて動作を開始し、被加工物１２１の加工位置１２２にレーザ光１１１の位置決めをする。具体的には、モータに設置されたＸ軸方向のガルバノミラー１１８でＸ軸方向にレーザ光１１１をスキャンし、Ｙ軸方向のガルバノミラー１１９でＹ軸方向にレーザ光１１１をスキャンする。ガルバノコントローラ１１７は、加工プログラムによる加工位置のデータに従いＸ軸方向のガルバノミラー１１８とＹ軸方向のガルバノミラー１１９を制御している。

ガルバノスキャナ１１６で位置決めされたレーザ光１１１は、集光レンズ１２０（ｆθレンズ）で被加工物１２１に集光される。被加工物１２１は基板、グリーンシート、フィルム、薄板金属板などのシート状の部材である。被加工物１２１は加工テーブル１２３に載置されている。加工テーブル１２３はＸ軸方向とＹ軸方向に駆動可能で、ガルバノスキャナ１１６でスキャン可能な加工エリアから、被加工物１２１の異なる加工エリアに移動させることができる。

＜コンフォーマルマスクを用いたＢＶＨ部の加工方法＞
図２は本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスク材料の加工手順の概略を示す工程図である。（ａ）〜（ｄ）は加工順の時系列になっている。それぞれの上方の図は被加工物１２１の一部をＸＹ平面でみた平面図である。下方の図は平面図のほぼ中央における断面図になっている。

図２（ａ）は未加工の被加工物１２１を示す。被加工物１２１は、金属層と絶縁層を有するシート状の部材である。本実施形態では、表面金属層２１１と絶縁層２１２と裏面金属層２１３の３層からなる被加工物１２１で説明する。加工前の表面金属層２１１と裏面金属層２１３の差異は特にないが、コンフォーマルマスクとして加工される側を表面、ＢＶＨ加工で底に残る側を裏面と定義しておく。

表面金属層２１１と裏面金属層２１３の材質は、形成する回路基板によって適宜選択されるが、一般には銅箔が最も多く用いられている。絶縁層２１２の材質も同様に用途によって選択されるが、一般に、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂が多く用いられる。強度向上のため樹脂内にガラス繊維を含有させる場合もある。本実施の形態では、一例として、金属層は銅箔であり、絶縁層は単独のポリイミド樹脂フィルムとした例で説明する。

被加工物１２１は、図２（ｂ）に示すように、表面金属層２１１はエッチング等の金属除去加工によってパターニングされる。当該パターンがコンフォーマルマスクとなる。本図では簡単にするため一箇所に円形の穴を形成したところを示している。同図で表面金属層２１１の一部除去された部分がコンフォーマルマスクの穴部２１４である。

次に、エッチング等によってパターニングされたコンフォーマルマスク加工を施された材料（コンフォーマルマスク材料とする）は、レーザ加工装置にセッティングされ、図２（ｃ）に示されるように、少なくともコンフォーマルマスクの穴部２１４にレーザ光１１１が照射される。

通常、エッチングによるパターン形成の精度はレーザ加工機の位置合わせ精度よりも低い。そのため、コンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさより広い範囲にレーザ光１１１を照射する。照射されるレーザ光１１１は表面金属層２１１や裏面金属層２１３は除去できないが、絶縁層２１２の材質は除去可能な程度にエネルギー密度が調整されている。

レーザ光１１１が必要量照射された結果、図２（ｄ）に示すように、コンフォーマルマスクの穴部２１４の開口部に位置する絶縁層２１２のみレーザ光１１１で除去され裏面金属層が露出したＢＶＨ部２１５が形成される。

＜コンフォーマルマスク材料をレーザ加工する本発明の特徴的な加工方法の動作＞
上述のレーザ加工装置を用いてコンフォーマルマスク材料を加工する本発明の加工方法について詳細に説明する。

微細加工も可能なレーザ加工装置を用いる場合、通常のジャストフォーカス条件ではビームスポット径は２０〜４０μｍ程度に小さく、エネルギー密度は逆に非常に高い。コンフォーマルマスク材料を加工する場合は、金属層の除去は行わず、除去エネルギーの小さくてよい絶縁層のみを加工するので、被加工物１２１表面ではデフォーカスし、ビームスポット径を２〜５倍程度大きくして加工する。

図３は本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスクの穴部とレーザパルス照射範囲の関係を示す概念図である。デフォーカスして大きくしたレーザパルスの照射域２１６に対して、大小異なる大きさのコンフォーマルマスクの穴部２１４の関係と加工手順を図３（ａ）〜（ｃ）で示している。

図３（ａ）は、レーザパルスの照射域２１６に対してコンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさが小さい場合を示している。エッチング加工の位置精度はよくないが、その誤差を見込んでもコンフォーマルマスクの穴部２１４がレーザパルスの照射域２１６に含まれる場合は、係る箇所を動かさず絶縁層の除去に必要な回数だけレーザパルスを繰り返し照射すれば良い（パンチ工法と称する）。

しかしながら、コンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさがレーザパルスの照射域２１６より大きい場合にはパンチ工法では加工できない。極端な一例として図３（ｂ）に示す例で加工方法を説明する。この図では、レーザパルスの照射域２１６の径を８０〜１００μｍとした場合、コンフォーマルマスクの穴部２１４の径が６００μｍ程度となる尺度で図を描いている。

まず、コンフォーマルマスクの穴部２１４を包含する閉領域２２２を設定する。ここで閉領域とは、四角形や六角形といった多角形などの閉じた領域をもつ図形である。この図の例では、破線で示した矩形を設定している。閉領域２２２の大きさは、エッチング加工の位置精度を見込んでコンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさより大きくし、閉領域２２２の内部にコンフォーマルマスクの穴部２１４が入るようにしておく。

次に、閉領域２２２の一方の端より一定方向に沿って閉領域２２２の他方の端までレーザパルスを直線的に所定周期で照射していく（以降、直線トレパン加工と称する）。

図３（ｂ）では、設定した矩形の閉領域２２２の左上端を直線トレパン加工の第１列の照射開始点２１８とする。レーザ加工装置の制御としては、ガルバノスキャナ１１６を駆動してレーザパルスの照射位置を設定する。位置決めが完了した後、Ｘ軸方向のガルバノミラー１１８を一定の角速度で動かしながら、所定周期でレーザパルスを照射する。それにより、図示しているようにＸ軸方向をトレパン加工方向２２１とした直線トレパン加工を行うことができる。直線トレパン加工は閉領域２２２の図中右上端を第１列の照射終了点２２０として一旦終了する。

第１列の直線トレパン加工終了後、閉領域２２２内の所定の距離だけ離れた箇所を直線トレパン加工を行う。そのため、先のトレパン加工方向２２１に対し所定の平行距離だけ離れた閉領域線上の一点を第２列の照射開始点とする。ガルバノスキャナ１１６を駆動してレーザパルスの照射開始位置を設定する。図中では第１列の照射開始点２１８よりＹ軸方向に１ピッチ下側の第２列の照射開始点２３０が相当する。ここから第１列と同一のトレパン加工方向２２１に閉領域２２２の他端まで直線トレパン加工を実施する。

以上の直線トレパン加工と次列への照射開始点移動を繰り返し、閉領域２２２全体にレーザパルスを照射し、全体照射終了点２２３でコンフォーマルマスクの穴部２１４の絶縁層の除去加工を行い工程を終了する。

図３（ｃ）のようにコンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさが異なっていても同様である。コンフォーマルマスクの穴部２１４を包含する閉領域２２２を設定して、閉領域２２２の一方の端から他方の端まで行う直線トレパン加工と次列への照射開始点移動を繰り返せばよい。対応する要素には図３（ｂ）と同じ符号を付している。両図を比較して、本発明のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法ならば、コンフォーマルマスクの穴部２１４の大きさに関係なく除去すべき絶縁層に照射されるレーザパルスが一定かつ均一であることが分かる。

図４は本発明の実施形態に係る直線トレパン加工のピッチと照射開始点移動の関係を示す概念図である。この図を用いて、具体的な数値例を紹介する。なお、以下紹介する数値は好適な条件の一例を示すもので、本願発明を必ずしも限定するものではない。

図４において、第１列目の直線トレパン加工は、第１列の照射開始点２１８からＸ軸方向をトレパン加工方向２２１とし、第１列の照射終了点２２０まで行われる。レーザパルスの照射域２１６の直径Φは８０〜１００μｍとなるようにデフォーカスしておく。通常のジャストフォーカスのスポット径が２０〜４０μｍであるので、２〜５倍程度のデフォーカス量になる。

直線トレパン加工で一点の照射点から次の照射点までの距離であるトレパン加工ピッチＰ１は照射域の直径Φの５分の１〜１０分の１程度の密なパルス照射とする。例えば、１０μｍとするとよい。図では、第１列の照射開始点２１８から第２照射点２１９までの距離で示している。なお、照射域の直径Φが８０μｍ、トレパン加工ピッチＰ１が１０μｍとすると、本図よりも密なレーザパルス照射を行っている。図は煩雑になるため簡素化している。

通常加工のようにレーザパルスを照射するたびにガルバノスキャナ１１６で照射位置を移動させる場合は、ガルバノスキャナ１１６の整定時間が必要となるため、単位時間あたりの照射数は大きくできない。しかしながら、直線トレパン加工では、ガルバノスキャナ１１６の角速度の限界内であれば、一定角速度のもとでパルス照射を行うため、レーザ発振器１１０の最大能力でパルス照射が可能になる。毎秒１００パルス以上の照射数も可能になる。

例えば、毎秒１００パルス、即ち、１０ｍ秒周期でレーザパルスを照射するとすれば、被加工物１２１上での速度でＸ軸方向のガルバノミラー１１８を毎秒１ｍｍの速度でスキャンすると１０μｍのピッチでレーザパルスを照射することができる。７００μｍの直線トレパン加工なら０．７秒で完了する。

次列の直線トレパン加工は、トレパン加工列の間隔Ｐ２だけ移動して行う。この例では、トレパン加工方向２２１をＸ軸方向にしているので、Ｙ軸方向に移動させている。トレパン加工列の間隔Ｐ２としては、トレパン加工ピッチＰ１と同じにするとよい。Ｐ１を１０μｍとするならＰ２も１０μｍとする。これは方向による印加エネルギーの密度を同じにでき、コンフォーマルマスクの穴部２１４の形状とトレパン加工方向２２１との依存性をなくすことができるためである。

なお、第２列の照射開始点２３０の位置は、Ｙ軸方向にはＰ２の距離だけ離れ、閉領域２２２の一方の端となる位置に設定する。閉領域２２２を矩形にした場合は、図４に示すように、Ｙ軸方向にＰ２だけ移動した点になる。

次に、レーザパルスの照射域２１６の大きさを設定するためのレーザ光１１１のデフォーカスの条件について詳細に述べる。

図５は本発明の実施形態に係るレーザパルスのデフォーカス状態を示す断面図である。この図では、コンフォーマルマスクの穴部２１４の近傍を描いている。ただし、寸法表示を分かりやすくするため、縦軸横軸ともスケールは一定ではない。

この例では、被加工物１２１は表面金属層２１１、絶縁層２１２、裏面金属層２１３の３層から構成されている。ポリイミドフィルムの両面に銅箔を形成したシート材料の場合、その概略厚さは、表面金属層の厚さｔ１は９〜１５μｍ、絶縁層の厚さｔ２は１２〜１８μｍ、裏面金属層の厚さｔ３は９〜１５μｍである。

レーザ光１１１は被加工物１２１の表面近傍でフォーカシングさせず、レーザ焦点２２４を手前に設定している。デフォーカス距離Ｌｄｅｆは５００〜１２５０μｍである。これによりレーザパルスの照射域２１６の直径はレーザ焦点２２４での直径より大きくなり８０〜１００μｍ程度に設定できる。これにより、表面金属層２１１や裏面金属層２１３へのダメージをほぼ無くしながら、絶縁層２１２の除去は可能なエネルギー密度を実現する。

なお、発明者は被加工物表面の手前でフォーカスするようにデフォーカスさせた場合（オーバーフォーカス）と、被加工物表面を越えてフォーカスするようにデフォーカスさせた場合（アンダーフォーカス）を比較した。結果として、オーバーフォーカスの方が照射域の調整がやりやすく、かつ、ビームプロファイルがブロードになって絶縁層除去の均一性で優れていたため、図示のデフォーカス条件を採用した。

＜本発明のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法の異なる動作の例示＞
図６は本発明の実施形態に係る直線トレパン加工の方向と照射開始点移動の変形例を示す概念図である。本図では、閉領域２２２は矩形の同一範囲の場合で直線トレパン加工と次列への照射開始点移動の繰り返す場合の異なる例を（ａ）〜（ｄ）に示している。

図６（ａ）は、上述の加工手順と同じである。トレパン加工方向はＸ軸に平行な方向である。直線トレパニング加工を常に閉領域２２２の左端から右端へと繰り返す。

それに対し、図６（ｂ）は、トレパン加工方向はＸ軸に平行な方向だが、閉領域２２２の左端から右端に行う直線トレパン加工と右端から左端へ行う直線トレパン加工を交互に繰り返している。図６（ａ）と比較して、閉領域内のレーザ照射量は変わらない。（ｂ）は（ａ）に比べてガルバノスキャナ１１６の動きが少なくてすむ。しかし、（ａ）は（ｂ）に対して同一方向の繰り返しなのでプログラムが簡単になる。

図６（ｃ），（ｄ）はトレパン加工方向をＹ軸に平行な方向とした変形例である。直線トレパン加工のスキャンをＹ軸方向のガルバノミラー１１９で行えばよい。図６（ｃ）は、直線トレパニング加工を常に閉領域２２２の上端から下端へと繰り返す。

それに対し、図６（ｄ）は、閉領域２２２の上端から下端に行う直線トレパン加工と下端から上端へ行う直線トレパン加工を交互に繰り返している。（ｃ）、（ｄ）とも、次列への照射開始点移動はＸ軸方向になる。

なお、直線トレパン加工の方向はＸ軸やＹ軸に平行であることに限定はされない。Ｘ軸方向のガルバノミラー１１８とＹ軸方向のガルバノミラー１１９を同時に駆動してトレパン加工を行えば、トレパン加工方向を斜めにすることもできる。ただし、２軸同時駆動のため１軸駆動に比べ直線性は劣る。また、加工範囲の設定も複雑になる。ゆえに、直線トレパン加工の方向と次列への照射開始点移動の方向をガルバノスキャナのスキャン方向に対応させることが好ましい。

以上の説明では閉領域を矩形とした場合を例示してきたが、異なる形状を採用することもできる。図７は本発明の実施形態に係るコンフォーマルマスクの穴部を含有する閉領域の変形例を示す概念図である。図７（ａ）はコンフォーマルマスクの穴部２１４が円形で閉領域２２２を八角形とした例である。（ｂ１）〜（ｂ３）はコンフォーマルマスクの穴部２１４の形状が非対称（図ではＬ字形状）で異なる形状の閉領域２２２を設定した例である。

図７（ａ）に示すように、閉領域２２２はコンフォーマルマスクの穴部２１４をその内部に包含し、かつ、直線トレパン加工可能な形状であれば矩形に限定はされない。ただし、図示するように、直線トレパン加工の照射開始点と加工距離が少しずつ変化する点に考慮が必要となる。

その点、図７（ｂ１）のように閉領域２２２を矩形としてしまえば、その内部に包含するコンフォーマルマスクの穴部２１４の形状がいかなる形であっても、矩形の大きさの設定だけが必要な設定条件になる。ちなみに、その他の設定条件としては、上述のようにレーザ光のエネルギー、焦点距離、照射域の大きさ、トレパン加工のピッチ、回数だけであり、本発明のレーザ加工方法は加工条件項目を大きく削減でき効率が良い。

なお、図７（ｂ２）、（ｂ３）のように、コンフォーマルマスクの穴部２１４の形状に合わせて閉領域２２２の形状を変形させても、直線トレパン加工と次列への照射開始点の移動の繰り返しで、コンフォーマルマスクの穴部２１４に照射されるレーザパルスのエネルギーは均一なものになっている。

以上に述べたように、本実施の形態のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法によれば、直線トレパニングを繰り返して矩形範囲全体にレーザパルスを照射して穴部の絶縁層を除去することで、穴部の形状に関係なく、かつ、エネルギーの粗密なく確実に絶縁層を除去できるので、微細加工も可能なレーザ加工機の汎用性を担保しつつ、コンフォーマルマスク材料の非貫通穴加工を効率的かつ高品質にレーザ加工することができる。

本発明にかかるコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法は、微細加工も可能なレーザ加工機の汎用性を担保しつつ、コンフォーマルマスク材料の非貫通穴加工を効率的かつ高品質にレーザ加工することができるものであり、レーザによる穴あけ加工を行うレーザ加工方法等において有用である。

１００ レーザ加工装置
１１０ レーザ発振器
１１１ レーザ光
１１２ 分光器
１１３ 分岐されたレーザ光
１１４ 光検出器
１１５ 光学調整部
１１６ ガルバノスキャナ
１１７ ガルバノコントローラ
１１８ Ｘ軸方向のガルバノミラー
１１９ Ｙ軸方向のガルバノミラー
１２０ 集光レンズ
１２１ 被加工物
１２２ 加工位置
１２３ 加工テーブル
１２４ 表示部
２００ 制御装置
２１１ 表面金属層
２１２ 絶縁層
２１３ 裏面金属層
２１４ コンフォーマルマスクの穴部
２１５ ＢＶＨ部
２１６ レーザパルスの照射域
２１８ 第１列の照射開始点
２１９ 第２照射点
２２０ 第１列の照射終了点
２２１ トレパン加工方向
２２２ 閉領域
２２３ 全体照射終了点
２２４ レーザ焦点
２３０ 第２列の照射開始点
３１１ レーザパルス出力指令信号
３１２ サンプリング指令信号
３１３ 検知レベル信号
３１４ ガルバノ動作指令信号
Ｐ１ トレパン加工ピッチ
Ｐ２ トレパン加工列の間隔
Φ 照射域の直径
Ｌｄｅｆ デフォーカス距離
ｔ１ 表面金属層の厚さ
ｔ２ 絶縁層の厚さ
ｔ３ 裏面金属層の厚さ

Claims (7)

1. 絶縁層と金属層を備え前記金属層にコンフォーマルマスク加工を施したシート状の被加工物を設置し、
   前記コンフォーマルマスク加工により一部金属層が除去された穴部を包含する閉領域を設定し、
   前記閉領域の一方の端より第１の方向に沿って他方の端までレーザパルスを直線的に所定周期で照射する第１の工程と、
   前記第１の工程の開始位置を第２の方向に所定の距離だけ離れた位置に移動させる第２の工程を有し、
   前記第１の工程と前記第２の工程を繰り返し、前記閉領域全体にレーザパルスを照射し、前記穴部の絶縁層を除去するコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
2. 前記閉領域の形状が矩形である請求項１に記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
3. 前記第１の方向と前記第２の方向をレーザ加工装置に搭載されるガルバノスキャナのスキャン方向に対応させた請求項１または２に記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
4. 前記第一の工程のレーザパルスを直線的に連続して照射していく方向を、常に前記一方の端から前記他方の端への方向に設定した請求項１から３のいずれかに記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
5. 前記第一の工程のレーザパルスを直線的に連続して照射していく方向を、前記一方の端から前記他方の端への方向と、前記他方の端から前記一方の端への方向とを、交互にする請求項１から３のいずれかに記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
6. 前記レーザパルスを前記被加工物表面の手前でフォーカスするようにデフォーカスさせた請求項１から５のいずれかに記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
7. 前記レーザパルスのフォーカス位置が前記被加工物表面から５００μｍ〜１２５０μｍに設定した請求項６に記載のコンフォーマルマスク材料のレーザ加工方法。
   

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