JP3667709B2

JP3667709B2 - Laser processing method

Info

Publication number: JP3667709B2
Application number: JP2002095925A
Authority: JP
Inventors: 史郎浜田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003290959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に下地部材の表面上に金属層が密着した加工対象物に穴を形成するレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５を参照して、従来のレーザ加工方法について説明する。
【０００３】
図５（Ａ）に示すように、樹脂層１００の内部に銅配線パターン１０２が埋め込まれている。また、樹脂層１００の表面上に銅層１０１が密着している。銅配線パターン１０２の上方の銅層１０１にパルスレーザビーム１０３ａを入射させ、銅層１０１を貫通する穴１０４を形成する。このとき、穴１０４の底面に露出した樹脂層１００の表層部も除去される。
【０００４】
図５（Ｂ）に示すように、パルスエネルギを低下させたパルスレーザビーム１０３ｂを、銅層１０１に形成された穴１０４の底面に入射させ、銅配線パターン１０２まで達する穴１０５を形成する。パルスエネルギは、例えば、パルスの繰り返し周波数を高めることにより低下させることができる。パルスエネルギが銅層加工のための閾値よりも低い場合には、銅配線パターン１０２には穴が形成されないため、銅配線パターン１０２はレーザビームによってダメージを受けない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップの高密度実装等の要請により、銅層１０１に形成される穴１０４の小径化が要望されている。穴１０４を小さくするために、銅層１０１の表面におけるレーザビーム１０３ａのスポットサイズを小さくしなければならない。レーザビーム１０３ａのスポットサイズを小さくするためには、開口数（ＮＡ）の大きな対物レンズを用いてレーザビームを収束させることが必要である。
【０００６】
開口数の大きな対物レンズを使用すると、レーザビーム１０３ａの外周近傍を伝搬する光線と、銅層１０１の法線とのなす角が大きくなる。樹脂層１００に穴を形成する際には、レーザビームのパルスエネルギを小さくするが、レーザビームを収束させる光学系は、銅層１０１加工時のものと同一である。このため、樹脂層１００を加工するレーザビーム１０３ｂも、銅層１０１加工用のレーザビーム１０３ａと同様に、樹脂層１００の表面の法線から大きく傾いた光線を含む。
【０００７】
このため、樹脂層１００に形成された穴１０５の側面が、レーザビーム１０３ｂの側面に沿った円錐面状になり、テーパ率が小さくなる。ここで、テーパ率は、（穴の底面における直径）／（穴の開口面における直径）と定義される。すなわち、円柱状の穴のテーパ率は１００％であり、穴の側面が斜めになるに従ってテーパ率が小さくなる。テーパ率が小さくなると、穴の底面に露出する銅配線パターン１０２の面積が小さくなり、良好な電気的接触を得ることが困難になる。
【０００８】
本発明の目的は、テーパ率の大きな穴を形成することが可能なレーザ加工方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の材料からなる下地部材の表面に金属層が密着した加工対象物の該金属層の表面に、対物レンズによって集光されたレーザビームを入射させ、該金属層に穴を形成し、前記下地部材の一部を露出させる工程と、前記対物レンズの入射側の表面におけるレーザビームのビーム径を小さくする工程と、ビーム径の小さくされたレーザビームを前記対物レンズで集光し、集光されたレーザビームを前記加工対象物の金属層に形成された穴の底面及び穴の周辺部に入射させ、該金属層に形成された穴の底面に露出している前記下地部材に穴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。
【００１０】
レーザビームのビーム径を小さくすると、下地部材に入射するレーザビームの最外周を伝搬する光線と、下地部材の表面の法線とのなす角度が小さくなる。このため、側面が急峻な穴を形成することができる。金属層の加工時には、レーザビームのビーム径を大きくすることにより、ビームスポットを小さくして小径の穴を形成することができる。
【００１１】
本発明の他の観点によると、第１の材料からなる下地部材の表面に金属層が密着した加工対象物の該金属層の表面に、第１の収束光線束を入射させ、該金属層に穴を形成し、前記下地部材の一部を露出させる工程と、前記加工対象物の表面のうち前記穴を含む領域に、第２の収束光線束を入射させ、前記穴の底面に露出した前記下地部材に穴を形成する工程とを有し、前記加工対象物の、前記第１の収束光線束の入射位置における法線と、前記第２の収束光線束を構成する光線とのなす最大角度が、該法線と前記第１の収束光線束を構成する光線とのなす最大角度よりも小さいレーザ加工方法が提供される。
【００１２】
第２の収束光線束を構成する光線と加工対象物の表面の法線とのなす最大角度を小さくすることにより、側面が急峻な穴を形成することができる。金属層の加工時には、第１の収束光線束を構成する光線と加工対象物の表面の法線とのなす角度を大きくすることにより、ビームスポットを小さくして小径の穴を形成することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、下地部材の表面に金属層が密着した加工対象物を準備する工程と、貫通孔を透過させてレーザビームのビーム断面を整形する工程と、前記貫通孔を加工対象物の表面に結像させるズーミング機能を持った結像光学系を通して、前記レーザビームを加工対象物の表面に入射させ、該加工対象物の金属層に穴を形成し、該穴の底面に前記下地部材の一部を露出させる工程と、前記加工対象物の表面上における前記貫通孔の像が大きくなるように前記結像光学系の結像倍率を変え、前記貫通孔を透過したレーザビームを前記加工対象物に入射させて、前記金属層に形成された穴の底面に露出している樹脂部材に穴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。
【００１４】
貫通孔の像を大きくすることにより、下地部材に形成される穴の側面を急峻にすることができる。
【００１５】
本発明のさらに他の観点によると、下地部材の表面に金属層が密着した加工対象物を準備する工程と、貫通孔を透過させてレーザビームのビーム断面を整形する工程と、少なくとも２つのレンズを含み前記貫通孔を加工対象物の表面に結像させる結像光学系を通して、前記レーザビームを加工対象物の表面に入射させ、該加工対象物の金属層に穴を形成し、該穴の底面に前記下地部材の一部を露出させる工程と、前記結像光学系を構成するレンズの少なくとも１つを、該結像光学系の光軸方向に移動させて、前記貫通孔を通過した１次回折光が該結像光学系でけられ、前記加工対象物上に前記貫通孔の像が結ばれない状態にし、該貫通孔を透過したレーザビームを該加工対象物に入射させ、前記金属層に形成された穴の底面に露出している前記下地部材に穴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。
【００１６】
貫通孔の像が結ばれない状態でレーザビームを照射することにより、側面の急峻な穴を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、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を示す。
【００１８】
レーザ光源１がパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器から出射される基本波の第３高調波（波長３５５ｎｍ）を出射する。なお、レーザ光源１として、その他Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レーザ発振器と、第３高調波を発生させる波長変換素子とを用いることもできる。また、炭酸ガスレーザ発振器の基本波（波長約１０μｍ）を用いることも可能である。
【００１９】
レーザ光源１から出射されたレーザビームがビームエキスパンダ２に入射する。ビームエキスパンダ２は、凹レンズ２Ａと凸レンズ２Ｂとを含んで構成され、レーザビームのビーム径を拡大する。ビーム径を拡大されたレーザビームが、折り返しミラー４で反射し、ガルバノスキャナ５に入射する。ガルバノスキャナ５は、レーザビームを２次元方向に走査する。
【００２０】
走査されたレーザビームが、対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、例えばｆθレンズで構成され、ＸＹステージ７に保持された加工対象物１０の表面にレーザビームを集光する。
【００２１】
ガルバノスキャナ５でレーザビームを走査することにより、加工対象物１０の表面内のある領域内の任意の点にレーザビームを入射させることができる。レーザビームの走査に、ＸＹステージ７の動作を組み合わせることにより、加工対象物１０の表面内の任意の点にレーザビームを入射させることができる。
【００２２】
ビームエキスパンダ２を通過した後のレーザビームが平行光線束になるとき、対物レンズ６により収束されたレーザビームのスポットサイズが加工対象物１０の表面において最小になる。
【００２３】
図２（Ａ）に、この状態のレーザビームの伝搬の様子を示す。対物レンズ６にビーム径ｒ₁のレーザビームが入射する。対物レンズ６は、加工対象物１０の表面においてスポットサイズが最小になるようにレーザビームを収束させる。このとき、収束されたレーザビームの最外周を伝搬する光線と、加工対象物１０の表面の法線とのなす角度（本明細書において、この角度を最大入射角と呼ぶこととする。）をθ₁とする。
【００２４】
図１に示す移動機構３が、凸レンズ２Ｂを、ビームエキスパンダ２の光軸方向に移動させることができる。移動機構３として、例えばボイスコイルを用いた駆動機構、圧電素子を用いた駆動機構、圧電素子とストローク拡大機構とを組み合わせた駆動機構等を使用することができる。凸レンズ２Ｂを凹レンズ２Ａに近づけると、凸レンズ２Ｂを通過した後のレーザビームのビーム径が小さくなり、やや発散する光線束が得られる。
【００２５】
図２（Ｂ）に、この状態のレーザビームの伝搬の様子を示す。対物レンズ６の入射側の表面におけるレーザビームのビーム径ｒ₂が、図２（Ａ）の状態のときのビーム径ｒ₁よりも小さくなる。また、対物レンズ６で収束されたレーザビームのスポットサイズは、加工対象物１０の表面よりも対物レンズ６から遠い位置で最小になる。ビーム径が細くなること、及びスポットサイズ最小位置が対物レンズ６から遠ざかることにより、最大入射角θ₂が、図２（Ａ）に示した状態における最大入射角θ₁よりも小さくなる。
【００２６】
次に、図３を参照して、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法について説明する。
【００２７】
図３（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂等からなる樹脂基板２０の表面上に銅箔２１が密着したプリント基板１０を準備する。樹脂基板２０の内部には、銅配線パターン２２が埋め込まれている。
【００２８】
図１に示した移動機構３を動作させて、レーザビームのスポットサイズが銅箔２１の表面において最小になるように光学系を調整する。なお、実際には、銅箔２１の表面が、対物レンズ６の焦点深度内に配置されればよい。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、銅配線パターン２２の上方の点にレーザビームを入射させる。レーザビームのエネルギにより銅箔２１が除去され、穴２５が形成される。なお、穴２５の底面に露出した樹脂層２０の表層部も除去され、窪みが形成される。例えば、銅箔２１の表面におけるパルスエネルギ密度を約２０Ｊ／ｃｍ²以上にすると、銅箔２１に穴を形成することができる。
【００３０】
図１に示したレーザ光源１から出射されるパルスレーザビームのパルスエネルギを低下させるとともに、凸レンズ２Ｂを凹レンズ２Ａに近づける。
【００３１】
図３（Ｂ）に示したように、レーザビームの最大入射角θ₂が、図３（Ａ）の状態における最大入射角θ₁よりも小さくなるとともに、銅箔２１の表面におけるスポットサイズが、銅箔２１に形成された穴２５よりも大きくなる。このレーザビームの照射によって、穴２５の底面に露出している樹脂層２０が除去され、銅配線パターン２２の表面まで達する穴２６が形成される。例えば、樹脂層２０の表面におけるパルスエネルギ密度を約２Ｊ／ｃｍ²程度まで低下させても、樹脂層２０に穴を形成することができる。
【００３２】
パルスエネルギ密度が約２Ｊ／ｃｍ²程度の低密度である場合には、銅箔２１には穴が形成されない。従って、銅箔２１に形成された穴２５の周囲の銅箔２１にレーザビームの外周近傍部分が照射されるが、この部分の銅箔２１は除去されずそのまま残る。
【００３３】
図３（Ｂ）に示した樹脂加工時には、レーザビームの最大入射角θ₂が、図３（Ａ）に示した銅箔加工時の最大入射角θ₁よりも小さい。このため、樹脂層２０に形成される穴２６の側面の傾斜が急峻になる。すなわち、穴２６のテーパ率を大きくすることができる。
【００３４】
図４に、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を示す。
【００３５】
レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームがフィールドレンズ３０で平行光線束にされ、マスク３１に入射する。マスク３１に貫通孔が形成されており、この貫通孔を通過したレーザビームがリレーレンズ３２に入射する。マスク３１は、レーザビームのビーム断面を整形する。リレーレンズ３２を通過した後の光学系は、図１に示した第１の実施例のレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の光学系と同一である。
【００３６】
リレーレンズ３２は、移動機構３３によりそのその光軸方向に移動可能に支持されている。リレーレンズ３２が、基準位置に配置されているとき、リレーレンズ３２及び対物レンズ６は、マスク３１の貫通孔を加工対象物１０の表面上に結像させる。すなわち、リレーレンズ３２及び対物レンズ６が結像光学系を構成する。リレーレンズ３２を基準位置からずらすと、加工対象物１０の表面上の像がぼける。また、マスク３１の貫通孔を通過した１次回折光がリレーレンズ３２に入射しない位置までリレーレンズ３２をマスク３１から遠ざけると、加工対象物１０の表面上にマスク３１の貫通孔の像が形成されなくなる。
【００３７】
第２の実施例によるレーザ加工方法で加工される加工対象物は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示した第１の実施例の加工対象物と同様のプリント基板である。まず、マスク３１の貫通孔を銅箔２１の表面上に結像させた状態で銅箔２１に穴２５を形成する。
【００３８】
銅箔２１を貫通する穴２５が形成されると、レーザビームのパルスエネルギを低下させるとともに、リレーレンズ３２をマスク３１から遠ざける。これにより、銅箔２１の表面の像がぼけるとともに、レーザビームの最大入射角が小さくなる。
【００３９】
このため、第１の実施例の場合と同様に、樹脂層２０に形成される穴２６のテーパ率を高めることができる。なお、樹脂層２０の加工時に、マスク３１の貫通孔を通過した１次回折光がリレーレンズ３２に入射しないようになるまでリレーレンズ３２をマスク３１から遠ざけ、加工対象物１０の表面にマスク３１の貫通孔の像が形成されないようにしてもよい。
【００４０】
上記第２の実施例では、樹脂層２０の加工時に、マスク３１の貫通孔の像を結ばせないような光学系としたが、リレーレンズ３２及び対物レンズ６を含む光学系にズーミング機能を持たせてもよい。銅箔２１を加工するときには、マスク３１の貫通孔の像を小さくして、小さな穴を形成する。樹脂層２０を加工するときには、マスク２１の貫通孔の像を大きくして、最大入射角を小さくする。これにより、テーパ率の大きな穴を形成することができる。
【００４１】
上記実施例では、図３（Ａ）に示したように、樹脂層２０及びその上に形成された銅層２１に穴を形成する場合を示したが、樹脂からなる下地部材の表面上に、銅以外の金属からなる層が形成されている加工対象物に穴を形成する場合にも、同様の効果が得られるであろう。また、金属層の下地部材は、樹脂に限らず、レーザビームによって金属よりも除去されやすい材料で形成されたものであってもよい。例えば、グリーンシートのように、焼結前のセラミックで形成された部材であってもよい。
【００４２】
下地部材に穴を形成するときに、金属層の表面におけるパルスエネルギ密度を、金属層に穴を形成するために必要な閾値よりも低くすることが好ましい。このようにパルスエネルギ密度を低くすると、金属層に形成された穴よりも広い領域にレーザビームが照射されても、金属層に形成された穴とほぼ同一の大きさの穴を下地部材に形成することができる。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、開口数が大きくなる条件でレーザビームを収束させてビームスポットを小さくし、金属層に小さな穴を形成することができる。その後、最大入射角が小さくなる条件でレーザビームを加工対象物に照射することにより、金属層の下地部材に、テーパ率の大きな穴を形成することができる。
【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使用されるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】図１に示したレーザ加工装置の凸レンズを移動させたときのレーザビームの伝搬の様子を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるレーザ加工方法で使用されるレーザ加工装置の概略図である。
【図５】従来のレーザ加工方法を説明するための加工対象物の断面図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
２ビームエキスパンダ
３、３３移動機構
４折り返しミラー
５ガルバノスキャナ
６対物レンズ
７ＸＹステージ
１０加工対象物
２０樹脂層
２１銅層
２２銅配線パターン
２５、２６穴
３０フィールドレンズ
３１マスク
３２リレーレンズ
１００樹脂層
１０１銅層
１０２銅配線パターン
１０３ａ、１０３ｂレーザビーム
１０４、１０５穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method, and more particularly to a laser processing method for forming a hole in a processing object in which a metal layer is in close contact with the surface of a base member.
[0002]
[Prior art]
A conventional laser processing method will be described with reference to FIG.
[0003]
As shown in FIG. 5A, a copper wiring pattern 102 is embedded in the resin layer 100. Further, the copper layer 101 is in close contact with the surface of the resin layer 100. A pulse laser beam 103 a is incident on the copper layer 101 above the copper wiring pattern 102 to form a hole 104 penetrating the copper layer 101. At this time, the surface layer portion of the resin layer 100 exposed on the bottom surface of the hole 104 is also removed.
[0004]
As shown in FIG. 5B, a pulse laser beam 103 b with reduced pulse energy is incident on the bottom surface of the hole 104 formed in the copper layer 101 to form a hole 105 reaching the copper wiring pattern 102. The pulse energy can be reduced, for example, by increasing the pulse repetition frequency. When the pulse energy is lower than the threshold value for processing the copper layer, no hole is formed in the copper wiring pattern 102, so that the copper wiring pattern 102 is not damaged by the laser beam.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the demand for high-density mounting of semiconductor chips, etc., it is desired to reduce the diameter of the hole 104 formed in the copper layer 101. In order to reduce the hole 104, the spot size of the laser beam 103a on the surface of the copper layer 101 must be reduced. In order to reduce the spot size of the laser beam 103a, it is necessary to converge the laser beam using an objective lens having a large numerical aperture (NA).
[0006]
When an objective lens having a large numerical aperture is used, the angle formed between the light beam propagating in the vicinity of the outer periphery of the laser beam 103a and the normal line of the copper layer 101 increases. When the hole is formed in the resin layer 100, the pulse energy of the laser beam is reduced, but the optical system for converging the laser beam is the same as that for processing the copper layer 101. For this reason, the laser beam 103b for processing the resin layer 100 also includes a light beam that is largely inclined from the normal line of the surface of the resin layer 100, like the laser beam 103a for processing the copper layer 101.
[0007]
For this reason, the side surface of the hole 105 formed in the resin layer 100 becomes a conical surface shape along the side surface of the laser beam 103b, and the taper rate becomes small. Here, the taper rate is defined as (diameter at the bottom surface of the hole) / (diameter at the opening surface of the hole). That is, the taper rate of the cylindrical hole is 100%, and the taper rate becomes smaller as the side surface of the hole becomes oblique. When the taper ratio is reduced, the area of the copper wiring pattern 102 exposed on the bottom surface of the hole is reduced, and it is difficult to obtain good electrical contact.
[0008]
An object of the present invention is to provide a laser processing method capable of forming a hole having a large taper rate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a laser beam condensed by an objective lens is incident on the surface of the metal layer of a workpiece to which the metal layer is in close contact with the surface of the base member made of the first material, and the metal Forming a hole in the layer to expose a part of the base member, reducing the beam diameter of the laser beam on the incident-side surface of the objective lens, and reducing the beam diameter of the laser beam to the objective Focusing with a lens, the focused laser beam is incident on the bottom surface of the hole formed in the metal layer of the workpiece and the periphery of the hole, and is exposed to the bottom surface of the hole formed in the metal layer. And a step of forming a hole in the underlying member.
[0010]
When the beam diameter of the laser beam is reduced, the angle formed between the light beam propagating on the outermost periphery of the laser beam incident on the base member and the normal of the surface of the base member is reduced. For this reason, a hole with a steep side surface can be formed. When processing the metal layer, by increasing the beam diameter of the laser beam, the beam spot can be reduced to form a small-diameter hole.
[0011]
According to another aspect of the present invention, the first convergent light beam is incident on the surface of the metal layer of the workpiece in which the metal layer is in close contact with the surface of the base member made of the first material. Forming a hole and exposing a part of the base member; and entering a second convergent light beam into a region including the hole in a surface of the workpiece, and exposing the bottom surface of the hole Forming a hole in the base member, and a maximum angle formed by a normal line of the workpiece to be incident on the incident position of the first convergent ray bundle and a ray constituting the second convergent ray bundle. However, there is provided a laser processing method having a smaller angle than the maximum angle formed between the normal line and the light beam constituting the first convergent light beam.
[0012]
A hole having a steep side surface can be formed by reducing the maximum angle formed between the light beam constituting the second convergent light beam and the normal line of the surface of the workpiece. When processing the metal layer, the beam spot can be reduced to form a small-diameter hole by increasing the angle between the light beam constituting the first convergent light beam and the normal of the surface of the workpiece. .
[0013]
According to still another aspect of the present invention, a step of preparing a workpiece having a metal layer adhered to the surface of a base member, a step of shaping a beam cross section of a laser beam through a through hole, and the through hole Through the imaging optical system having a zooming function for forming an image on the surface of the workpiece, the laser beam is incident on the surface of the workpiece, a hole is formed in the metal layer of the workpiece, and the bottom surface of the hole A step of exposing a part of the base member to the laser beam, and changing the imaging magnification of the imaging optical system so that an image of the through hole on the surface of the workpiece is enlarged, and transmitting the laser through the through hole And a step of forming a hole in a resin member exposed on a bottom surface of the hole formed in the metal layer by causing a beam to enter the object to be processed.
[0014]
By enlarging the image of the through hole, the side surface of the hole formed in the base member can be made steep.
[0015]
According to still another aspect of the present invention, a step of preparing a workpiece having a metal layer in close contact with the surface of a base member, a step of shaping a beam cross section of a laser beam through a through hole, and at least two lenses The laser beam is incident on the surface of the object to be processed through an imaging optical system that forms an image of the through hole on the surface of the object to be processed, and a hole is formed in the metal layer of the object to be processed. The step of exposing a part of the base member on the bottom surface and at least one of the lenses constituting the imaging optical system are moved in the optical axis direction of the imaging optical system and passed through the through-hole 1 Next-order diffracted light is applied by the imaging optical system so that an image of the through hole is not formed on the object to be processed, a laser beam transmitted through the through hole is incident on the object to be processed, and the metal layer Before exposed to the bottom of the hole formed in Laser processing method and a step of forming a hole in the base member.
[0016]
By irradiating the laser beam in a state where the image of the through hole is not formed, a hole having a sharp side surface can be formed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in the laser processing method according to the first embodiment of the present invention.
[0018]
The laser light source 1 emits a pulse laser beam. The laser light source 1 emits the third harmonic (wavelength 355 nm) of the fundamental wave emitted from the Nd: YAG laser oscillator. As the laser light source 1, other solid-state laser oscillators such as Nd: YLF and a wavelength conversion element that generates the third harmonic can be used. It is also possible to use a fundamental wave (wavelength of about 10 μm) of a carbon dioxide laser oscillator.
[0019]
A laser beam emitted from the laser light source 1 enters the beam expander 2. The beam expander 2 includes a concave lens 2A and a convex lens 2B, and expands the beam diameter of the laser beam. The laser beam whose beam diameter is enlarged is reflected by the folding mirror 4 and enters the galvano scanner 5. The galvano scanner 5 scans the laser beam in a two-dimensional direction.
[0020]
The scanned laser beam enters the objective lens 6. The objective lens 6 is composed of, for example, an fθ lens, and focuses the laser beam on the surface of the workpiece 10 held on the XY stage 7.
[0021]
By scanning the laser beam with the galvano scanner 5, the laser beam can be incident on an arbitrary point in a certain area in the surface of the workpiece 10. By combining the operation of the XY stage 7 with the scanning of the laser beam, the laser beam can be incident on an arbitrary point in the surface of the workpiece 10.
[0022]
When the laser beam after passing through the beam expander 2 becomes a parallel beam bundle, the spot size of the laser beam converged by the objective lens 6 is minimized on the surface of the workpiece 10.
[0023]
FIG. 2A shows a state of propagation of the laser beam in this state. A laser beam having a beam diameter r ₁ is incident on the objective lens 6. The objective lens 6 converges the laser beam so that the spot size is minimized on the surface of the workpiece 10. At this time, an angle formed between the light beam propagating on the outermost periphery of the converged laser beam and the normal line of the surface of the workpiece 10 (in this specification, this angle will be referred to as the maximum incident angle). and θ _1.
[0024]
The moving mechanism 3 shown in FIG. 1 can move the convex lens 2 </ b> B in the optical axis direction of the beam expander 2. As the moving mechanism 3, for example, a driving mechanism using a voice coil, a driving mechanism using a piezoelectric element, a driving mechanism combining a piezoelectric element and a stroke expanding mechanism, or the like can be used. When the convex lens 2B is brought close to the concave lens 2A, the beam diameter of the laser beam after passing through the convex lens 2B becomes small, and a slightly diverging beam bundle is obtained.
[0025]
FIG. 2B shows a state of propagation of the laser beam in this state. The beam diameter r ₂ of the laser beam on the incident side surface of the objective lens 6 is smaller than the beam diameter r _{1 in} the state of FIG. Further, the spot size of the laser beam converged by the objective lens 6 is minimized at a position farther from the objective lens 6 than the surface of the workpiece 10. As the beam diameter is reduced and the minimum spot size position is moved away from the objective lens 6, the maximum incident angle θ ₂ becomes smaller than the maximum incident angle θ ₁ in the state shown in FIG.
[0026]
Next, a laser processing method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0027]
As shown in FIG. 3A, a printed circuit board 10 is prepared in which a copper foil 21 is in close contact with the surface of a resin substrate 20 made of an epoxy resin or the like. A copper wiring pattern 22 is embedded in the resin substrate 20.
[0028]
The moving mechanism 3 shown in FIG. 1 is operated to adjust the optical system so that the spot size of the laser beam is minimized on the surface of the copper foil 21. In practice, the surface of the copper foil 21 may be disposed within the focal depth of the objective lens 6.
[0029]
As shown in FIG. 3A, a laser beam is incident on a point above the copper wiring pattern 22. The copper foil 21 is removed by the energy of the laser beam, and the hole 25 is formed. Note that the surface layer portion of the resin layer 20 exposed on the bottom surface of the hole 25 is also removed to form a recess. For example, if the pulse energy density on the surface of the copper foil 21 is about 20 J / cm ² or more, holes can be formed in the copper foil 21.
[0030]
While reducing the pulse energy of the pulse laser beam emitted from the laser light source 1 shown in FIG. 1, the convex lens 2B is brought close to the concave lens 2A.
[0031]
As shown in FIG. 3B, the maximum incident angle θ ₂ of the laser beam is smaller than the maximum incident angle θ ₁ in the state of FIG. 3A, and the spot size on the surface of the copper foil 21 is It becomes larger than the hole 25 formed in the copper foil 21. By this laser beam irradiation, the resin layer 20 exposed on the bottom surface of the hole 25 is removed, and a hole 26 reaching the surface of the copper wiring pattern 22 is formed. For example, holes can be formed in the resin layer 20 even if the pulse energy density on the surface of the resin layer 20 is reduced to about ² J / cm ² .
[0032]
When the pulse energy density is as low as about ² J / cm ^2, no hole is formed in the copper foil 21. Therefore, the copper foil 21 around the hole 25 formed in the copper foil 21 is irradiated with a portion near the outer periphery of the laser beam, but the copper foil 21 in this portion remains without being removed.
[0033]
At the time of resin processing shown in FIG. 3B, the maximum incident angle θ ₂ of the laser beam is smaller than the maximum incident angle θ ₁ at the time of copper foil processing shown in FIG. For this reason, the inclination of the side surface of the hole 26 formed in the resin layer 20 becomes steep. That is, the taper ratio of the hole 26 can be increased.
[0034]
FIG. 4 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus used in the laser processing method according to the second embodiment of the present invention.
[0035]
The pulse laser beam emitted from the laser light source 1 is collimated by the field lens 30 and enters the mask 31. A through hole is formed in the mask 31, and the laser beam that has passed through the through hole enters the relay lens 32. The mask 31 shapes the beam cross section of the laser beam. The optical system after passing through the relay lens 32 is the same as the optical system of the laser processing apparatus used in the laser processing method of the first embodiment shown in FIG.
[0036]
The relay lens 32 is supported by a moving mechanism 33 so as to be movable in the optical axis direction. When the relay lens 32 is disposed at the reference position, the relay lens 32 and the objective lens 6 image the through hole of the mask 31 on the surface of the workpiece 10. That is, the relay lens 32 and the objective lens 6 constitute an imaging optical system. When the relay lens 32 is shifted from the reference position, the image on the surface of the workpiece 10 is blurred. Further, when the relay lens 32 is moved away from the mask 31 to a position where the first-order diffracted light that has passed through the through hole of the mask 31 does not enter the relay lens 32, an image of the through hole of the mask 31 is formed on the surface of the workpiece 10. Disappear.
[0037]
The object to be processed by the laser processing method according to the second embodiment is a printed board similar to the object to be processed according to the first embodiment shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). First, the hole 25 is formed in the copper foil 21 in a state where the through hole of the mask 31 is imaged on the surface of the copper foil 21.
[0038]
When the hole 25 penetrating the copper foil 21 is formed, the pulse energy of the laser beam is reduced and the relay lens 32 is moved away from the mask 31. This blurs the image of the surface of the copper foil 21 and reduces the maximum incident angle of the laser beam.
[0039]
For this reason, the taper rate of the hole 26 formed in the resin layer 20 can be increased as in the case of the first embodiment. When processing the resin layer 20, the relay lens 32 is moved away from the mask 31 until the first-order diffracted light that has passed through the through hole of the mask 31 does not enter the relay lens 32, and the surface of the mask 31 on the surface of the workpiece 10 is processed. The image of the through hole may not be formed.
[0040]
In the second embodiment, the optical system is configured so as not to form an image of the through hole of the mask 31 when the resin layer 20 is processed. However, the optical system including the relay lens 32 and the objective lens 6 has a zooming function. It may be allowed. When processing the copper foil 21, the image of the through hole of the mask 31 is reduced to form a small hole. When the resin layer 20 is processed, the image of the through hole of the mask 21 is enlarged to reduce the maximum incident angle. Thereby, a hole with a large taper rate can be formed.
[0041]
In the above embodiment, as shown in FIG. 3A, the case where holes are formed in the resin layer 20 and the copper layer 21 formed thereon is shown, but on the surface of the base member made of resin, The same effect will be obtained also when a hole is formed in a workpiece in which a layer made of a metal other than copper is formed. In addition, the base member of the metal layer is not limited to resin, and may be formed of a material that is easier to remove than metal by a laser beam. For example, it may be a member formed of ceramic before sintering, such as a green sheet.
[0042]
When the hole is formed in the base member, the pulse energy density on the surface of the metal layer is preferably set lower than a threshold necessary for forming the hole in the metal layer. When the pulse energy density is lowered in this way, a hole having the same size as the hole formed in the metal layer is formed in the base member even if the laser beam is irradiated to a wider area than the hole formed in the metal layer. can do.
[0043]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the laser beam can be converged under the condition that the numerical aperture is increased to reduce the beam spot, and a small hole can be formed in the metal layer. Thereafter, by irradiating the workpiece with a laser beam under the condition that the maximum incident angle becomes small, a hole having a large taper ratio can be formed in the base member of the metal layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a laser processing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of propagation of a laser beam when a convex lens of the laser processing apparatus shown in FIG. 1 is moved.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an object to be processed for explaining a laser processing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a laser processing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an object to be processed for explaining a conventional laser processing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Beam expander 3, 33 Moving mechanism 4 Folding mirror 5 Galvano scanner 6 Objective lens 7 XY stage 10 Processing object 20 Resin layer 21 Copper layer 22 Copper wiring pattern 25, 26 Hole 30 Field lens 31 Mask 32 Relay lens 100 Resin layer 101 Copper layer 102 Copper wiring pattern 103a, 103b Laser beam 104, 105 hole

Claims

A laser beam condensed by an objective lens is incident on the surface of the metal layer of the workpiece to which the metal layer is in close contact with the surface of the base member made of the first material, and a hole is formed in the metal layer. Exposing a part of the base member;
Reducing the beam diameter of the laser beam on the incident-side surface of the objective lens;
A laser beam having a reduced beam diameter is condensed by the objective lens, and the condensed laser beam is incident on the bottom surface of the hole formed in the metal layer of the workpiece and the periphery of the hole, and the metal layer Forming a hole in the base member exposed on the bottom surface of the hole formed in the step.

2. The laser processing method according to claim 1, wherein the step of reducing the beam diameter includes a step of moving a lens disposed in a path of a laser beam incident on the object to be processed in a traveling direction of the laser beam.

A first convergent light beam is incident on the surface of the metal layer of the workpiece to which the metal layer is in close contact with the surface of the base member made of the first material, and a hole is formed in the metal layer. A step of exposing a portion;
A step of causing a second convergent light beam to enter a region including the hole in a surface of the workpiece, and forming a hole in the base member exposed on a bottom surface of the hole;
The maximum angle formed between the normal line at the incident position of the first convergent ray bundle and the ray constituting the second convergent ray bundle of the workpiece is the normal line and the first convergent ray bundle. A laser processing method that is smaller than the maximum angle formed by the light beam that constitutes the beam.

Preparing a workpiece with a metal layer in close contact with the surface of the base member;
Shaping the cross section of the laser beam through the through hole;
Through an imaging optical system having a zooming function for imaging the through hole on the surface of the workpiece, the laser beam is incident on the surface of the workpiece, and a hole is formed in the metal layer of the workpiece. Exposing a part of the base member to the bottom of the hole;
The imaging magnification of the imaging optical system is changed so that an image of the through-hole on the surface of the workpiece is enlarged, and a laser beam transmitted through the through-hole is incident on the workpiece, and the metal Forming a hole in a resin member exposed on the bottom surface of the hole formed in the layer.

Preparing a workpiece with a metal layer in close contact with the surface of the base member;
Shaping the cross section of the laser beam through the through hole;
Through the imaging optical system including at least two lenses and imaging the through hole on the surface of the workpiece, the laser beam is incident on the surface of the workpiece, and a hole is formed in the metal layer of the workpiece. Exposing a part of the base member to the bottom surface of the hole;
The first-order diffracted light passing through the through hole is moved by the imaging optical system by moving at least one of the lenses constituting the imaging optical system in the optical axis direction of the imaging optical system, and the processing The underlayer exposed to the bottom surface of the hole formed in the metal layer, in which an image of the through hole is not formed on the object, a laser beam transmitted through the through hole is incident on the object to be processed Forming a hole in the member.