JP3880242B2 - スルーホールの形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光を用いて、被加工物にスルーホールを形成するスルーホールの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スルーホールを形成する方法は、主として、ドリル等を用いた機械加工で行われていた。しかし、この方法では、たとえばΦ１００μｍより小さい直径の穴を加工するのは困難である。また、最近、電子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されている。このため、大量穴あけの必要な代表例である回路基板などにおいても、微細穴をピッチで加工するニーズが増えている。
【０００３】
この要求を満たす加工方法の一つとして、部分的に開口部を持つマスクを介してコヒーレント光を被加工材に照射し、試料を部分的に加工する方法がある。例えば、特開昭６０−１３４４９３号において開示されているように、ポリイミド、ポリエステル、ガラスエポキシ等の有機基板表面に金属層を接着した配線基板のスルーホール穴加工にあたり、まず、表面の金属層を加工を施すべきパターンに選択的にエッチングし、その後、この金属層をマスクとして基板にコヒーレントレーザー光を照射し、スルーホールの加工を施す方法がある。また、特開昭６１−４８５８２号に開示されているように、エッチングとコヒーレントレーザー光照射を併用した微細加工方法において被加工材の両面の同一位置に同一パターンでフォトレジスト膜を設定し、エッチング加工を穴が貫通する前に中断し、形成されたブリッジの全数または所定数をレジスト膜除去後、フォトレジストパターンと同一の軌跡に沿って走行するコヒーレントレーザー光で除去する加工方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような手法によりコヒーレントレーザー光を用いて被加工材を加工する場合、先細りの穴しか加工することができないという問題がある。これは、集束されたコヒーレントレーザー光は、レーザー加工時に生じる加工のテーパ角のために、斜面に対しコヒーレントレーザー光を照射することになり、照射したコヒーレントレーザー光のエネルギー密度が平面に照射した時と比較して、減衰され被加工材を加工できる限界のエネルギー密度（しきい値）以下になってしまうためと考えられている。
このようにスルーホールが先細り形状（いわゆるテーパ形状）となることによりスルーホールのレーザー光入射（入り口）側の開口径と出口側の開口径との差が大きくなってしまう。
【０００５】
例えば、絶縁層の上下に導電層を有し、絶縁層に形成されたスルーホールに導電物を充填することで各導電層同士を電気的に接続する回路基板において、導電物と導電層とを確実に接続するためにはスルーホール端部の開口面積が大きいほうが好ましい。したがって、前述のようにスルーホール端部の開口径の差が大きい場合には出口側の開口径を十分に確保できないことがあり、仮にこの出口側の開口径を十分に確保しようとした場合には、必要以上に入り口側の開口径を大きくしなければならず、高密度にスルーホールを形成するような場合にはかならずしも適した構成とはいえなかった。
また、インクジェットヘッドの吐出口としてこのようなスルーホールを適用する場合には、テーパの角度によってはスルーホール（吐出口）の出口端の厚みが部分的に薄くなってしまい、プレード等でも何度もクリーニングが行われることで、スルーホール（吐出口）出口端が欠けてしまう虞もあった。
【０００６】
本発明は、上記のような技術課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、レーザーアブレーション中に加工物から反射するコヒーレントレーザー光を活用し、開口径の差の少ないスルーホールを容易に形成することができるスルーホールの形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために、レーザー光を光源とし、フォトマスクを介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工によりスルーホールを形成するスルーホールの形成方法において、前記フォトマスクは、被加工材のスルーホール形成部内に非露光部を形成する遮光部と、前記スルーホールを形成するために該遮光部の周りを取り囲むように設けられる透光部と、を有し、厚みｄを有する被加工部材に対して、前記透光部と遮光部との離間距離ＷＴを、ｄ＞４．７６・Ｋ・ＷＴ（Ｋは光学系の縮小倍率）となるようにすることで、反射光を用いた光加工を行うことを特徴とする。
【０００８】
以上の構成によれば、アブレーション加工中に生じる反射光を光加工に再活用するため、通常のアブレーション加工に比べ、加工に寄与するエネルギー密度が増加する。その結果、通常のアブレーション加工では、加工し難いレーザー光入射方向に関して先細りのテーパー形状を途中からテーパが広がる方向に変化する形状を有するスルーホールを容易に形成できるものである。そして、本発明は開口径の差を従来より少ないものとすることができるため、スルーホールを高密度で配列する場合に好適である。また、スルーホールの最小径がスルーホールの端部より内側に形成され端部の断面が鋭角でなくなるため、前述のインクジェットヘッドの吐出口に適用した場合における端部の欠けの虞を格段に低減することができる。
【０００９】
さらに上述のフォトマスクの構成によれば、従来よりもワークに対するレーザーの照射量が少なくて済むため、ワークのレーザー加工時に生じる熱による伸びを著しく低減することができ、また、スルーホール内に未加工部が存在するためバリの少ないスルーホールを形成することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
（実施例１）
まず、本発明を説明する前に従来の光加工方法について図面を用いて説明する。
図２は従来の光加工法を説明するものであり、同図において、１１１は被加工材、１１２は光加工用のコヒーレントレーザー光、１１３は加工のテーパ角、１１４はコヒーレントレーザー光１１２が被加工材１１１のテーパにより反射して生じた反射コヒーレントレーザー光である。
【００１２】
被加工材１１１に、コヒーレントレーザー光１１２を照射し、レーザーアブレーション加工を行う場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分の（加工形状の）外郭部にはテーパ角１１３が発生する。このテーパ角１１３は、照射するコヒーレントレーザー光のエネルギーに影響を受け、照射エネルギーが高いとテーパ角１１３は小さくなり、照射するコヒーレントレーザー光のエネルギーが低いとテーパ角１１３は大きくなるという性質を有する。そして、一度このようなテーパ角が生じた場合には、前記コヒーレントレーザー光１１２は被加工材１１１の加工面に対して斜めに入射されることになるため、レーザー光１１２の一部が１１４のように反射されてしまい、レーザー光の入射方向に十分なエネルギー密度を確保することができず、ほぼ最初にできたテーパ角１１３にならうように加工が進んでいくため、結果として先細りのテーパ形状を有するスルーホールが形成されることになる。
【００１３】
これに対して、本発明は、加工中に発生する前記加工対象からの反射光に着目し、この反射光を活用することにより先細りのテーパー形状を途中からテーパが広がる方向に変化する形状を有するスルーホールを形成するものである。
【００１４】
図３は、本発明にかかるスルーホールの形成方法を説明するものである。同図において、１１１は被加工材、１１２は、光加工用のコヒーレントレーザー光、１１３は、加工のテーパ角、１１４は、光加工用のコヒーレントレーザー光１１２が被加工材１１１のテーパ角部より反射して生じた反射コヒーレントレーザー光である。
【００１５】
本例では、前述の従来例に比べスルーホールのアスペクト比が高くなる（スルーホールの径ｗよりもスルーホールの深さｄの割合が大きい）ようにしてあり、そのため、従来スルーホールの加工に寄与しなかった反射コヒーレントレーザー光が再び被加工材に照射される構成となっている。
【００１６】
本例においても、レーザーアブレーション加工の当初は、従来通り、先細りのスルーホール１２０が形成されていくが、スルーホールの深さがｈを超えるあたりから、被加工材１１１の加工面に反射したレーザー光１１４がスルーホール１２０の対向した側面１２１に照射されるようになる。この側面１２１にはスルーホール上方からレーザー光１１２も照射されるため、この部分のレーザーエネルギー密度が増大してスルーホールの径が徐々に広がるよう（末広がり）に加工される。
【００１７】
なお、実際にはスルーホールの反対側の側面も同様に加工されるため図５に記載されるような形状となる。
【００１８】
ここで、反射光が再照射される始める距離ｈは、スルーホールのレーザー光入射側開口径（マスクの開口径）ｗと、レーザー加工初期に生じるテーパ角Θによってほぼ決まるものであり、以下、この距離ｈと、ｗとΘの関係について図４を用いて説明する。
【００１９】
説明の都合のため、２次元の座標軸（Ｘ−Ｙ）をスルーホール１２０の入射側端部の右側端を０として図４に示すように定めた。アブレーション加工のため照射されたコヒーレントレーザー光１１２は、被加工材１１１の加工テーパ角１１３で反射され、反射光１１４は、Ｙ軸に対して角度−２Θ方向に進む。したがって、図４の座標系において、この反射光を一次方程式で表わすと、
ｙ＝−ｘ・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（１）
と表すことができる。
【００２０】
また、Ｘ軸とＹ軸との交点から距離ｗ離れた位置にあり、対向する被加工材１１５の角度Θを有したテーパを一次方程式で表わすと、
ｙ＝（ｘ−ｗ）・ｔａｎ（９０°−Θ） −（２）
と表すことができる。
【００２１】
以上より、反射光１１４が、対向する被加工材１１５の加工面に再照射する位置１１６の座標は、（１），（２）式で表される直線の交点として得られる。
【００２２】
そこで距離ｈは、ｗとΘとの関数で以下のように表すことができる。
ｈ＝ｗ・ｔａｎ（９０°−Θ）・ｔａｎ（９０°−２Θ）
／｛ｔａｎ（９０°−２Θ）＋ｔａｎ（９０°−Θ）｝ −（３）
【００２３】
また、図中のｔは、被加工材１１５の厚さｄとｈとの関係より
ｔ＝ｄ−ｈ
であるので、（３）式を使って
ｔ＝ｄ−ｗ・ｔａｎ（９０°−Θ）・ｔａｎ（９０°−２Θ）
／｛ｔａｎ（９０°−２Θ）＋ｔａｎ（９０°−Θ）｝ −（４）
と表すことができる。このｔ値は、被加工材１１５の下端（スルーホールの出口側端）からどれだけ内側の場所から反射光１１４によるテーパ角の変化が、起こるのかを示す。
【００２４】
すなわち、
ｔ≧０の場合 反射光が対向する被加工材１１５に再照射される
ｔ＜０の場合 反射光は、対向する被加工材１１５に再照射されることなく、被加工材を通過することとなる。
となり、したがってｔ＞０の条件を満たすような、テーパ角Θ１１３とスルーホールの開口径ｗであれば、反射光１１４を活用した光加工を行うことが可能となる。
【００２５】
このように反射光を光加工に活用できれば、照射光量を増加させた時と同様な効果が得られる。
【００２６】
また、上述の構成では、スルーホールの構成を高アスペクト比にしなければならなかったが、低アスペクト比のスルーホールに本発明を適用する場合には、レーザー照射工程後に被加工材をレーザー光入射方向側から被加工材の厚み方向に削る構成や、あらかじめ被加工材に被加工材と同種の材料をレーザー光の入射方向側に貼り付けておき、レーザー照射工程後に貼り合わされた材料を剥離する構成によりスルーホールの深さを所望のものとすることができる。
【００２７】
本実施例では、被加工材として厚さ０．１ｍｍの樹脂材を用意するとともに、加工のテーパ角Θが１０°となるようにエキシマレーザーのレーザーパワーを調整し開口径が異なるパターンを有するマスクを用いて被加工材にレーザーアブレーション加工を行いスルーホールを形成した。そして、この時のスルーホールの形状を観察し、またこの時の上述のｈおよびｔの値も表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表より、スルーホールのレーザー光入射側端部の開口径が０．０８ｍｍ以上では、スルーホールのテーパ角の変化は見受けられなかった。これは、前述のｔ値が負となるため、光加工において発生した反射光が対向する被加工材に照射されなかったためと考えられる。一方、被加工材の間隔が０．０６ｍｍ以下では、上述のｔ値が正となるわけであるが、実際のスルーホールにおいても反射光によりテーパ角が変化している部分が見受けられた。
【００３０】
上述の反射光を利用したアブレーション加工を行う装置は、図１に示すように、コヒーレント光Ｌを発生する光源となるコヒーレント光発振機１０１と、その発振機から照射されるコヒーレント光の発振電圧および発振周波数を変更させるコントローラ１０２、所望の加工形状の開口パターンを有するマスク１０３と、コヒーレント光Ｌの光軸方向前後自由にマスクを移動させる移動駆動装置１０４とこれを制御するコントローラ１０５と、前記開口パターンをブランク１０に投影するための投影光学系１０６とコヒーレント光Ｌの光軸のまわりに投影光学系１０６を回転させる回転駆動装置１０７と、これを制御するコントローラ１０８を備えている。ブランク１０は、コントローラ１１０によって制御される移動ステージ１０９によってコヒーレント光Ｌの光軸（Ｘ軸）に垂直な平面（ＹＺ平面）内で位置決めされる。
【００３１】
移動駆動装置１０４は、モーター（例えばステッピング、サーボ）を用いた駆動機構を有しており、コントローラ１０５により、マスク１０３をコヒーレント光Ｌの光軸上、溝加工用・穴加工用またはその両者の開口パターン配列方向（図中Ｙ軸）またはコヒーレント光Ｌの光軸を中心とする回転方向に自由に任意の方向へミクロン単位の精度で、動かすことができる。また、そのマスク１０３の移動についても、ある一定速度で連続移動、またある間欠的に移動させることが選択できる。
【００３２】
またコンピュータ等を用いることで、コヒーレント光発振機１０１および各移動駆動装置１０４、１０７、１０９を制御するためのコントローラ１０２、１０５、１０８、１１０を、１つにまとめて制御してもよい。
【００３３】
（実施例２）
本実施例の特徴たる構成の一つは、上述の反射光を用いたレーザー加工に好適に用いられるマスクにある。
【００３４】
図６は本実施例に係るマスクパターンを示す模式図である。図６において、１はマスクであり、このマスクにはレーザーを透過する透光部２が設けられている。この透光部２の外径がスルーホールの形状を決定する。
【００３５】
透光部２内には周囲を該透光部２に縁取りされるように配される遮光部３が設けられている。このマスクパターン（以下、このマスクパターンを有するマスクを「額縁マスク」と称す。）にてレーザーアブレーション加工を行うとスルーホール内の前記遮光部３に相当する部分に被加工材の未加工部が残るが、この未加工部は前記透光部２のレーザー加工時にまわりの被加工材と分断されるため、スルーホール貫通時にレーザーエネルギーによりスルーホール内から排出される。結果として、従来のマスクの透光部２内に遮光部３を有しない場合と同様にスルーホールが形成される。
【００３６】
本発明によれば、前記未加工部の分だけ被加工材に照射するレーザーエネルギーが少なくて済むため、従来に比べ格段に被加工材（ワーク）の伸びを抑えることができ、スルーホールを高密度に形成する場合であっても所望の加工を行うことができる。さらに、レーザアブレーション加工時には副生成物が開口付近に付着するが、本発明の構成ではこの付着物の量についても従来よりも格段に低減することができる。この付着物は、特にインクジェットヘッドの吐出口をレーザーアブレーション加工する場合に、インク吐出方向のよれを生じさせる原因となるため、従来この付着物の除去工程が必要であったが、本発明の構成によれば、付着物の除去工程を省略又は簡略化できるものである。
【００３７】
さらに、本発明によればスルーホールのレーザー光出射側端部付近にできるバリを低減することもできる。
【００３８】
以下に本発明の構成によりスルーホールのバリが低減されるメカニズムについて説明する。
【００３９】
図７（ａ）は従来のレーザー加工の様子を説明するための説明図、図７（ｂ）は本発明に係るレーザー加工の様子を説明するための説明図である。
【００４０】
図７（ａ）において、３００は被加工材、３０３はスルーホール、３０４はレーザー光を示す。
【００４１】
被加工材３００にレーザアブレーション加工を行っていくとスルーホールが貫通する直前には被加工材の表面にシート状の蓋３０１が設けられたような構成となる。
【００４２】
そして、この状態からさらにレーザー光３０４を照射することによりこの蓋３０１が更に加工されてスルーホール３０３が貫通する。ここで、レーザー光３０４の加工がスルーホール３０３内で等速に行われれば蓋３０１は加工方向にまっすぐ飛び出すが、スルーホール３０３内のレーザー光３０４の加工速度にばらつきがあった場合には、加工速度が遅い部分が蝶番３０２になり、扉が開くように蓋３０１が動く。そして、蓋３０１が動いたときの衝撃で蝶番部３０２がちぎれ、この部分がバリが生じる。
これに対して、本願発明に係る構成では、図７（ｂ）に示すようにスルーホールが貫通する直前には前述の蓋部分には未加工部３０５が残っている。この未加工部３０５は前述の蓋に比べて体積がはるかに大きく、スルーホール３０３内のレーザー光３０４の加工速度にばらつきがあった場合にも未加工部３０５はその結合部３０６が完全にレーザー光３０４で除去されるまで飛び出すことがないため、未加工部３０５は蝶番状にならず、バリが生じにくくなる。
【００４３】
なお、インクジェットヘッドの吐出口を前述の方法で形成する場合には、従来、スルーホール（吐出口）の出口端の一部に微少なバリが生じることがあり、このバリの形状によってはインクの吐出方向がよれてしまう虞があったが、上述の構成によれば、バリが生じにくくなるためインク吐出方向に優れたインクジェットヘッドを歩留り良く作成することができる。
【００４４】
本実施例においては、スルーホールの開口径（入射側）を４０μｍ、未加工部の径２０μｍ、スルーホールの配列密度を６００ｄｐｉとなるようなマスクを用い、厚みが６０μｍのポリサルフォンの被加工材にレーザーパワー７５０ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅでエキシマレーザーを照射することにより１４０個のスルーホールを被加工材に形成した。また、比較例として同じスルーホールの開口径で遮光部を有さないマスクを用いて、同様の条件でスルーホールを形成した。本発明のスルーホールの形成方法で形成したスルーホールはいずれもスルーホールのレーザー光出射側の形状が滑らかであったのに対して、比較例のスルーホールにおいてはいくつかのスルーホールにバリが見受けられ、また、副生成物が多量に付着していた。また、被加工材の幅１２ｍｍのものを用いたが、本実施例における被加工材の幅方向の伸び量が２μｍであったのに対して、比較例における被加工材の伸び量は約６μｍであった。このように本発明によれば、均一な形状のスルーホールを形成できるだけでなく、被加工材の伸びを格段に抑えることができることもわかる。
【００４５】
次に、前述の額縁マスクを反射光を利用した光加工における加工のテーパ角を変化させる手法に応用した構成を説明する。
【００４６】
以下、図８を用いて、上記した反射光を利用し、被加工材のテーパ角を変化させるための反射光の発生方法について説明する。同図において、１１１は被加工材、１１２は、光加工用のコヒーレントレーザー光、１１４は、光加工用のコヒーレントレーザー光１１２が、被加工材１１１のテーパ角部より反射した生じた反射コヒーレントレーザー光、１１７は、被加工材１１１においてコヒーレント光が照射されない未加工部、１２０はスルーホール、Ｗは、被加工材１１１に光加工により形成する形状の外形寸法であり、このＷは、前述の透光部の径に対応する。また、Ｗｍは、被加工材において光を照射する側の未加工部１１７の幅を示し、このＷｍは前述の遮光部の径に対応する。Ｗｔは、レーザー光入射側における未加工部１１７と被加工材１１１の距離を示している。
【００４７】
被加工材１１１に、コヒーレントレーザー光１１２を照射し、レーザーアブレーション加工を行う場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分の（加工形状の）外郭部にはテーパ角１１３が発生する。このテーパ角１１３は、照射するコヒーレントレーザー光１１２のエネルギーに影響を受け、照射エネルギーが高いとテーパ角１１３は小さくなり、照射するコヒーレントレーザー光１１２のエネルギーが低いとテーパ角１１３は大きくなるという性質を有する。そして、一度この様なテーパ角が生じた場合には、前記コヒーレントレーザー光１１２は被加工材１１１の加工面に対して斜めに入射されることになるため、レーザー光１１２の一部が１１４のように反射されてしまいレーザー光１１２の入射方向に十分なエネルギー密度を確保することができず、ほぼ最初にできたテーパ角１１３にならうように加工が進んでいく。
【００４８】
その後、スルーホール１２０の深さがｈを超えるあたりから、被加工材１１１の加工面に反射したレーザー光１１４が未加工部１１７に照射されるようになる。同様に未加工部１１７の加工面に反射したレーザー光がスルーホール１２０の対向した側面１２１に照射されるようになる。これらの部分にはスルーホール上方からレーザー光１１２も照射されるためレーザーエネルギー密度が増大してスルーホールの径が徐々に広がるよう（末広がり）に加工される。
【００４９】
そして、透光部内に遮光部を有さないマスクを用いてレーザー加工で反射光を活用しようとした場合には、スルーホールのアスペクト比が高くなる（スルーホールの径ｗよりもスルーホールの深さｄの割合が大きい）ようにする必要があるのに対して、本実施例の構成によれば、反射光はスルーホール加工面に加えて未加工部の加工面からも生じるため、通常のマスクを用いてレーザー加工で反射光を活用しようとした場合に比べてアスペクト比を高くする必要がない。
【００５０】
つぎに、額縁マスクを用いた際に反射光を活用できる条件について検討する。
被加工材１１１および未加工部１１７に照射したコヒーレント光１１２のそれぞれの反射光１１４は、距離Ｗｔ離れた位置にあり、厚さｄの対向する被加工材１１１の加工面上の位置１１６から再照射されている様子を示している。反射光が再照射される位置は、被加工材１１１上端からｈの距離から始まる。この距離ｈを、ＷｔとΘの関数で表すことについて図９を用いて説明する。
【００５１】
説明の都合のため、２次元の座標軸（Ｘ−Ｙ）を図９に示すように定めた。なお、Ｘ軸とＹ軸との交点はスルーホールの図中左側の上端部としている。
【００５２】
アブレーション加工のため照射されたコヒーレント光は、被加工材のテーパ角Θで加工された加工面で反射され、反射光１１４は、角度２Θ方向に進む。したがって、図９の座標系において、この反射光は、
ｙ＝−ｘ・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（５）
と表すことができる。
【００５３】
また、距離Ｗｔ離れた位置にあり、対向する未加工部１１７の角度Θを有した加工面は図９の座標系において、
ｙ＝（ｘ−Ｗｔ）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（６）
と表すことができる。
【００５４】
以上より、反射光１１４が対向する未加工部１１７の加工面で再照射する位置１１６の座標は、（５），（６）で表される直線の交点として得られる。
【００５５】
そこで距離ｈは、ＷｔとΘの関数で以下のように表すことができる。
ｈ＝（Ｗｔ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（７）
【００５６】
したがって、スルーホールの深さ（被加工材の厚み）ｄがｈよりも大きいときに反射光が再照射されることになるため、
ｄ＞（Ｗｔ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（８）
が反射光が照射される条件となる。
【００５７】
ただし、Ｗｔは被加工材上での寸法としているので、実際のマスク上での透光部と遮光部との離間距離ＷＴの寸法で考えると、光学系の縮小係数をＫとした時、
ｄ＞（Ｋ・ＷＴ／２）・ｔａｎ（９０°−２Θ） −（９）
となり、上記条件を満たすような、透光部と遮光部の間隔ＷＴであれば、反射光１１４を活用した光加工を行うことが可能となる。
【００５８】
また、テーパ角Θに関しては、前述のようにレーザーパワーによって変化するものであるが、通常３°〜２０°の範囲に収まるものである。したがって、Θ＝３°のときの以下の関係を満たす場合にはほぼどのような場合にでも反射光を活用できるものとなる。
ｄ＞（Ｋ・ＷＴ／２）・ｔａｎ（９０°−２・３°）＝４．７６・Ｋ・ＷＴ −（１０）
【００５９】
したがって、本実施例において、対向する被加工材のテーパ角部より反射するコヒーレント光を用いてテーパ角を低下させるためには、マスク上での透光部と遮光部との離間距離ＷＴの寸法と、被加工材の厚みｄが（６）式を満たせば良いことがわかる。
【００６０】
上記構成によれば、スルーホールの形状をそれほど高アスペクトとしなくとも反射光を用いてテーパ角を変化させることができるものであるが、さらに予期しなかった効果を奏することもわかった。すなわち、上述のマスクを用いて反射光を利用したレーザアブレーション加工を行った場合、開口穴面積がレーザーパワーの影響を受け難くなるのである。
【００６１】
以下に図１０を用いて具体的に説明する。
【００６２】
図１０において、図１０（ａ）はレーザーパワーを低くして加工した際のスルーホールの様子を示すものであり、図１０（ｂ）はレーザーパワーを高くして加工した際のスルーホールの様子を示すものである。なお、図中破線で示した部分は透光部内に遮光部を有さないマスクで加工したときに生じる仮想のテーパ形状を示すものである。
【００６３】
図１０に示される額縁マスク１２０１を用いて加工を行うと、その中央部に額縁マスク中の遮光部１２０２に対応した未加工部が形成される。その未加工部は、加工パワーに比例したテーパ角（低パワー加工時Θ１、高パワー加工時Θ２）を有したテーパ部（低パワー加工時１１０３、高パワー加工時１１１３）が形成される。
【００６４】
加工エネルギーが低い場合、図１０（ａ）に示すように、通常得られる加工のテーパ角Θ１が大きい。その時、額縁マスク１２０１により加工形状内部の未加工部１１０４に形成されるテーパ角もそれと同じ角Θ１である。このΘ１が大きいため、未加工部１１０４より反射されたレーザー光１１０５は、対向する加工のテーパ部１１０３（破線部）の上方に再照射される。上方よりレーザー光１１０５が再照射され、その部位におけるレーザー照射のエネルギー密度が向上することにより、加工のテーパ角が小さくなる方向に加工形状が変化し、透光部内に遮光部を有さないマスクで加工したときとのレーザー出射側の開口面積の差が大きくなる。
【００６５】
加工エネルギーが高い場合、図１０（ｂ）に示すように、通常得られる加工のテーパ角Θ２が小さい。その時、額縁マスク１２０１により加工形状内部の未加工部１１０４に形成されるテーパ角もそれと同じ角Θ２である。未加工部１１０４より反射されたレーザー光１１０５は、対向する加工のテーパ部１１１３の下方に再照射される。しかしながら、このテーパ角Θ２が小さいため、レーザー光１１０５が再照射される位置は、加工エネルギーが低い場合に比べ下方となり、その部位におけるレーザー照射のエネルギー密度の向上も加工エネルギーが低い場合に比べ小さくなる。したがって、元々高エネルギー加工により生じる小さいテーパ角Θ２が支配的になり、透光部内に遮光部を有さないマスクで加工したときとのレーザー出射側の開口面積の差は小さくなる。
【００６６】
このように本実施例においては上記に示した理由によりレーザーパワーの変化の影響を吸収することができ、スルーホールのレーザー出射側の開口面積のばらつきを格段に低減することができる。
【００６７】
本発明者らは本発明の効果を確かめるために以下の実験を行った。
【００６８】
まず、被加工材として６０μｍ厚のポリサルフォン樹脂を用意し、縮小光学系においてスルーホールの入射側の開口面積が１３８５μｍ^２となるようマスクの透光部の径を定めた。そして、透光部内に設けられる遮光部の大きさを変えていくことによりスルーホールの出射側の開口面積がどのように変化するかを調べた。
【００６９】
なお、レーザーパワーについてはハイパワー時：６５２ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅおよびローパワー時：８９５ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅの２種類にて行った。その結果を表２に示す。なお、表中で、遮光部の大きさは透光部に対する割合（以下、これを額縁率と称し、額縁率＝透光部外径／遮光部外径（％）と定義する。）で示してある。
【００７０】
表２によれば、額縁率が高くなればなるほどスルーホールの出射側開口面積が大きくなるとともにレーザーパワーに対する開口面積の変化が小さくなることがわかる。ただし、額縁率９０％以上のものは遮光率が高すぎるため加工ができなくなっていた。また、特に額縁の効果は表２から額縁率が５０％以上となる頃から顕著に現れることがわかる。これらのことから、マスクの額縁率としては５０〜８０％が好ましい。
【００７１】
【表２】

【００７２】
なお、本実施例の額縁マスクについては、反射光を利用したスルーホールの形成方法に適用することにより、特に優れた効果を奏するものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、上述したように反射光を利用しない通常のレーザー加工においても上述のような効果を奏するものである。
【００７３】
（実施例３）
次に、上述のスルーホールの形成方法をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用した例について説明する。
【００７４】
インクジェットプリンタにおいて、印刷品質はインクが吐出する部分である吐出口におけるインクの吐出特性に大きく依存しており、この吐出口におけるインクの吐出特性は、吐出口径や吐出口の形状によってほぼ決定される。この吐出口を形成する方法としては、大きく２つの方法が用いられ、金属プレートを用いる電鋳法もしくは放電加工法により形成する方法と、有機高分子樹脂等の材料をエキシマレーザーに代表される紫外線レーザー等の高エネルギーレーザーで昇華（アブレーション）加工する方法が提案されているが、現在では後者の紫外線レーザー加工方法を用いて微細加工する方法が一般的となっている。
【００７５】
この紫外線レーザー加工方法において、従来、有機高分子樹脂等の材料を昇華加工するのに好適なレーザーのエネルギー密度で加工を行うと、レーザーの入射側からレーザー出射側にかけて加工面積が徐々に減少する、所謂テーパ形状の加工形状となる。また、インクジェットヘッドの印刷品質を上げるために要求される吐出口形状がインクの吐出側の先細りのテーパ形状であるため、レーザーの加工方法としては、例えば、特開平２−１８７３４６号公報に記載されるように、インクの供給側（吐出口プレートのインク流路側）からのレーザーの照射によって行われていた。
【００７６】
しかしながら、上記のようなレーザー加工の場合、テーパの度合いはレーザーパワーにより変化することが分かっている。また、インク吐出口長は印刷品質上、約数１０μｍ〜１００μｍの長さが要求されるため、吐出口プレートの厚みも当然のことながら同様の厚みを有する必要がある。したがって、上述の方法で吐出口を形成した場合には、個々のヘッドによってインク吐出側（レーザー出射側）の吐出口径がばらついてしまうことが有った。このように、吐出口径がばらついてしまう場合には、特に複数の吐出口を有するインクジェットヘッド、または複数のインクジェットヘッドを搭載するインクジェットプリンターにおいては、ヘッド完成後に、吐出検査を行い吐出特性の補正情報をヘッドに保有する必要がある。
【００７７】
これに対して、レーザー光をインク吐出側から照射すれば、インク吐出側の吐出口径はレーザーパワーのばらつきの影響を受け難くなる。しかしながら、この場合には吐出口の形状がインク吐出側に広がる形状となってしまう。
【００７８】
そこで、上述の反射光を用いたレーザー加工をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用することにより、レーザー光をインク吐出側から照射した場合であっても、吐出口径のばらつきが少なくインクの吐出側に向かっての先細りのテーパ形状を有する吐出口を形成することができるものである。
【００７９】
次に、上述の吐出口の加工方法が適用されるインクジェットヘッドについて図１１に示す。図１１において、３３は基板であり、この基板上にはインクを吐出するための電気熱変換素子や電気機械変換素子等のインク吐出圧発生素子３４が設けられている。このインク吐出発生素子３４は吐出口２１に連通するインク流路３１内に配されており、個々のインク流路３１は共通液室３２に連通している。この共通液室３２にはインク供給管（不図示）が接続され、インクタンクよりインク供給管を介してインクが供給される。また、３５はインク流路３１および共通液室３２を形成するための回部を有する天板であり、基板３３と接合されることでインク流路３１、共通液室３２を形成している。さらに基板３３と天板３５との接合体のインク流路端部側には吐出口２１を備える吐出口プレート２０が設けられている。このようなインクジェットヘッドは以下のように作成することができる。
【００８０】
すなわち、まず、インク吐出圧発生素子３４と、不図示のシフトレジスタ等の集積回路、電気配線と、をシリコン基板にパターニングして基板３３を作成するとともに、インク流路３１及び共通液室３２となる凹部とインク供給口をシリコンプレートにケミカルエッチングすることにより形成して天板３５を作成する。その後、インク吐出側端面およびインク流路３１とインク吐出圧発生素子３４の配列が一致するように基板３３と天板３５とをアライメントした後、吐出口が未形成状態の吐出口プレート２０を、接合された天板３５と基板３３との接合体のインク吐出側端面に接合する。そして、この状態で図１に示すレーザー加工装置にて、吐出口プレートに対してインク吐出側からエキシマレーザーを実施例２に係る額縁マスクを介して照射することで吐出口を形成した。その後、不図示のヒータ駆動用の端子をパターニングした電気基板を接合するとともに、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することでインクジェットヘッドが組み立てられる。このようにして得られたインクジェットヘッドはレーザー光入射方向に関して先細り形状となっており、また、その開口形状にバリも見受けられなかった。
【００８１】
なお、インク流路３１および共通液室３２となる凹部とインク供給口が形成される天板３５と、吐出口が未形成の状態の吐出口プレート２０と、をポリサルフォン等の樹脂の射出成形により一体に形成した構造体を、ヒーター３４をパターニングした集積回路シリコンチップをマウントした基板３３にアライメント接合した後に、上述した吐出口加工方法を用いて吐出口２１を形成し、以後、不図示のヒータ駆動用の端子をパターニングした電気基板を接合するとともに、アルミ製のベースプレートを基板３３に接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することでインクジェットヘッドを組み立てることもできる。
【００８２】
また、本発明における吐出口の加工は、インクジェットヘッドの構成がいかなるものであっても、吐出口を形成する吐出口プレートが、これを保持する部材（ヘッド本体）に接合された後の工程で、行うことが望ましい。このようにインクジェットヘッドを製造することで、吐出口プレートがこの保持部材と結合するときに生じるひずみに伴って、吐出口の配列が変形したり、吐出口の向きが不均一方向に変形することによるインクの吐出方向位置変動が生じることを防ぐことが可能となる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によるスルーホールの形成方法によれば、レーザーアブレーション加工中に発生する反射光を有効に活用する加工方法であるため、発生する反射光により、加工に用いられるエネルギー密度を増加させ、スルーホールの形状を変化させることができる。
【００８４】
そして、本発明は開口径の差を従来より少ないものとすることができるため、回路基板等に電気接続の目的でスルーホールを設ける場合には、信頼性の高い接続状態を確保しながら高密度で配列可能なスルーホールを形成することができるという効果を有する。また、スルーホールの最小径がスルーホールの端部より内側に形成されるため、前述のインクジェットヘッドの吐出口に適用した場合における端部の欠けの虞を格段に低減することができるという効果も有する。
【００８５】
また、本願発明による額縁マスクを用いたスルーホールの形成方法によれば、従来よりもワークに対するレーザーの照射量が少なくて済むため、ワークのレーザー加工時に生じる熱による伸びを著しく低減することができ、また、スルーホール内に未加工部が存在するためバリの少ないスルーホールを形成することもできる。さらに反射光を活用した場合にはスルーホールの開口面積のばらつきを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に用いる光加工装置の一例を説明する図である。
【図２】 従来の光加工法を説明する図である。
【図３】 反射光を活用した光加工法を説明する図である。
【図４】 反射光を活用した光加工法を幾何的に説明するための座標系を設定した図である。
【図５】 一実施例によるテーパ角部より発生した反射光を活用し、スルーホールを形成する加工を説明する図である。
【図６】 本実施例２に係るマスクの模式図である。
【図７】 実施例２及び従来例にかかるレーザー加工の様子を説明する説明図である。
【図８】 実施例２にかかる反射光を活用した光加工法を説明する図である。
【図９】 実施例２にかかる反射光を活用した光加工法を幾何的に説明するための座標系を設定した図である。
【図１０】 レーザーパワーによるスルーホールの加工形状の違いを説明する説明図である。
【図１１】 実施例３にかかるインクジェットヘッドの模式図である。
【符号の説明】
１０１ 光源（コヒーレント光発振機）
１０２ コヒーレント光発振機コントローラー
１０３ マスク
１０４ マスク移動駆動装置
１０５ 制御コントローラー
１０６ 投影光学系
１０７ 光学系回転駆動装置
１０８ 制御コントローラー
１０９ ブランク移動ステージ
１１０ 制御コントローラー
１１１ 被加工材
１１２ コヒーレント光
１１３ テーパ角
１１４ 反射コヒーレント光
１１５ 被加工材１１１に対向する樹脂素材
１１６ 反射コヒーレント光１１４が樹脂素材１１５上で到達する位置
１１７ 未加工部
１２０ スルーホール

Claims (5)

1. レーザー光を光源とし、フォトマスクを介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工によりスルーホールを形成するスルーホールの形成方法において、
   前記フォトマスクは、被加工材のスルーホール形成部内に非露光部を形成する遮光部と、前記スルーホールを形成するために該遮光部の周りを取り囲むように設けられる透光部と、を有し、
   厚みｄを有する被加工部材に対して、前記透光部と遮光部との離間距離ＷＴを、
   ｄ＞４．７６・Ｋ・ＷＴ（Ｋは光学系の縮小倍率）
   となるようにすることで、反射光を用いた光加工を行うことを特徴とするスルーホールの形成方法。
2. 前記レーザー光はエキシマレーザー光であることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールの形成方法。
3. 前記フォトマスクの透光部の外径と遮光部の外径との割合が５０％以上８０％以下である請求項１に記載のスルーホールの形成方法。
4. 前記スルーホールはインクジェットヘッドにおける吐出口である請求項１に記載のスルーホールの形成方法。
5. 前記レーザー光の照射は前記加工対象がインクジェットヘッド本体に接合された状態で行われる請求項４に記載のスルーホールの形成方法。

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