JPWO2020251782A5

JPWO2020251782A5 -

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Publication number: JPWO2020251782A5
Application number: JP2021573191A
Authority: JP
Publication date: 2023-03-23

Description

さらに他の実施形態は、レーザ源と、スキャンレンズを有する第１のスキャンヘッドと、スキャンレンズを有する第２のスキャンヘッドと、ポジショナと、コントローラとを含む装置として特徴付けることができる。上記レーザ源は、少なくとも１つのレーザパルスを有するレーザエネルギービームを生成可能であり、上記レーザエネルギービームは、ビーム経路に沿ってワークピースに伝搬可能である。上記ポジショナは、上記第１のスキャンヘッドと上記第２のスキャンヘッドとの間で上記ビーム経路を選択的に偏向可能である。上記コントローラは、上記ポジショナと通信可能に連結され、上記ポジショナに入射する共通レーザパルスを第１のパルススライスセットと第２のパルススライスセットとを含む複数のパルススライスに時間的に分割するように上記ポジショナの動作を制御するように構成される。上記コントローラは、さらに、上記第１のパルススライスセットを上記第１のスキャンヘッドに偏向し、上記第２のパルススライスセットを上記第２のスキャンヘッドに偏向するように上記ポジショナの動作を制御するように構成され、上記第２のパルススライスセット中の少なくとも１つのパルススライスは、時間的に上記第１のパルススライスセット中の２つの連続するパルススライスの間に存在する。

Ｂ．第１のポジショナ
一般的に、第１のポジショナ106は、（例えば、１次角度範囲116内でビーム経路114を偏向することにより）Ｘ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はＹ方向）、又はこれらを組み合わせたものに沿ってビーム軸をワークピース102に対して移動できるようになっている。図示されていないが、Ｙ軸（又はＹ方向）は、図示されたＸ軸（又はＸ方向）及びＺ軸（又はＺ方向）に直交する軸（又は方向）を意味するものと理解できるであろう。

Ｃ．第２のポジショナ
一般的に、第２のポジショナ108は、（例えば、２次角度範囲118内でビーム経路114を偏向することにより）ワークピース102に対してビーム軸をＸ軸（又はＸ方向）、Ｙ軸（又はＹ方向）、又はこれらの組み合わせたものに沿って移動させることが可能である。

Ｅ．スキャンレンズ
概して、（例えば、単純なレンズ又は複合レンズのいずれかとして提供される）スキャンレンズ112は、典型的には、所望のプロセススポット又はその近傍に位置し得るビームウェストを生成するようにビーム経路に沿って方向付けられたレーザエネルギービームの焦点を合わせるように構成されている。スキャンレンズ112は、ｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズ（その場合には、一連のビームウェストが生成され、ビーム軸に沿って互いにずれた複数のプロセススポットが生じる）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。スキャンレンズ112は、（図示されるような）非テレセントリックレンズｆシータレンズ、テレセントリックレンズ、アキシコンレンズ（その場合には、一連のビームウェストが生成され、ビーム軸に沿って互いにずれた複数のプロセススポットが生じる）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして提供され得る。

実際、上述したように、１組の特性を有するレーザエネルギービームにより照射されるプロセススポットが、５μmより大きな（例えば、５μm、７μm、９μm、12μm、18μm、35μmなど、あるいはこれらの値のいずれかの間の値より大きな）厚さを有する第１の導電体構造502を除去するために、図８から図22及び図24(a)に関して上記で述べたようなスキャンパターンに沿ってスキャンされる場合には、レーザエネルギーが、第１の導電体構造502がアブレートされる前にビアが形成されるワークピース102の領域にわたって均一に（あるいは少なくともある程度均一に）分布し得る。しかしながら、出願人により行われたシミュレーションは、（例えば、同一組の特性により特徴付けられる）同一のレーザエネルギービームが同一のスキャンパターンに沿ってスキャンされるとき、第１の導電体構造502が（上述したように）比較的薄い場合には、プロセススポットがスキャンパターンの全長にわたってスキャンされる前に第１の導電体構造502がアブレートされることを示していた。このシミュレーションの結果は、出願人により行われた実験により確認されている。

他の実施形態においては、連続的に指定されるスポット位置の少なくとも１つのペア間に１以上のスポット位置を含むように、連続的に指定される第２型スキャンパターンを修正することができる。このため、第２型スキャンパターンのある部分における連続的に指定されるスポット位置は（例えば、連続的に指定される第２型スキャンパターンと同様に）互いに隣接し、第２型スキャンパターンの他の部分における連続的に指定されるスポット位置は（例えば、非連続的に指定される第２型スキャンパターンと同様に）互いに隣接しないことがある。このタイプの第２型スキャンパターンは、本明細書では「ハイブリッド第２型スキャンパターン」という。ハイブリッド第２型スキャンパターンの例が図51に示されている。図51を参照すると、ハイブリッド第２型スキャンパターンは、スポット位置１と２との間に位置するスポット位置25（スポット位置24の後に連続して指定される）を含み得る。図51は、スポット位置１と２との間に１つのスポット位置（すなわちスポット位置25）だけ位置しているように図示しているが、スポット位置１と２との間又は連続的に指定されるスポット位置の他の任意のペアの間に複数のスポット位置が配置されていてもよいことは理解できるであろう。必要に応じて、ハイブリッド第２型スキャンパターンは、スポット位置２と３との間のような、連続して指定されるスポット位置の１以上の付加的なペアの間に位置するスポット位置26（スポット位置25の後に連続して指定される）のような１以上の付加的なスポット位置をさらに含み得る。図51に関して上記で述べたようなハイブリッド第２型スキャンパターンを提供することにより、最初のスポット位置（すなわちスポット位置１）又はその近傍の第１の導電体の領域は、その除去を促進するのに十分な熱エネルギーを蓄積し、これにより、（例えば、図48に示されるような）高い真円度のビア開口を第１の導電体に生成することができる。しかしながら、最終的には、連続して指定されるスポット位置の１つのペアの間に追加されるスポット位置の数又はその間にスポット位置が配置される連続して指定されるスポット位置のペアの数は、上述したスキャンパターン特性のいずれか、ワークピース102に照射されるレーザエネルギービームの特性のいずれか（例えば、波長、平均パワー、パルス持続時間、パルス繰り返し率、パルスエネルギー、ピークパワー、光強度、フルエンス、スポットサイズなど）、ワークピース102の特性（例えば第１の導電体の厚さなど）など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のファクタに依存し得る。連続的に指定されるスポット位置の１つのペアの間に提供されるスポット位置が多すぎる場合、又はその間に１以上のスポット位置が存在する連続的に指定されるスポット位置のペアが多すぎる場合には、第１の導電体が過度に加工され、（例えば図49に示されるような）低い真円度のビア開口が第１の導電体に生成されることがあることに留意すべきである。

図42を参照すると、２次パルススライス3204の時間的パワープロファイルは、（例えば、下方に傾斜した線により示されるように）連続的に変調される。この場合において、図42に示される２次パルススライス3204は、１次角度範囲116内の単一の角度だけ偏向されるか、共通の１次角度範囲116内の複数の角度だけ（経時的に）偏向され得る。図42においては、参照符号3204’は、時間的パワープロファイルが（例えば、経時的に減少するのではなく、増加するように）連続的に変調される２次パルススライス3204に対する別の２次パルススライスを表している。図44及び図45は、２次パルススライス3204が連続的に変調された異なる時間的パワープロファイルを有し得る別の実施形態を示している。

Claims

第１の構造及び第２の構造を含むワークピース内にフィーチャを形成する方法であって、前記フィーチャは、前記第１の構造に形成される開口を含み、
前記レーザエネルギービームが前記第１の構造上に入射してスキャンパターンの複数の空間的に異なるスポットに順次前記レーザエネルギーが照射されるように、前記ワークピース上に照射されるレーザエネルギービームをスキャンし、このスキャンにおいては、
ａ）前記複数の空間的に異なるスポット位置のうち少なくとも２つのスポット位置に前記レーザエネルギーを照射して、前記フィーチャが形成される前記ワークピースの領域内に前記レーザエネルギーを分布させ、
ｂ）上記ａ）の後、前記ワークピースに前記レーザエネルギーを照射して、前記領域内で前記第１の構造を間接的にアブレートすることにより前記開口を形成する、
方法。
前記第１の構造は導電構造であり、前記第２の構造は誘電体構造である、請求項１の方法。
前記第１の構造は、１μmから20μmの範囲の厚さを有する、請求項２の方法。
前記レーザエネルギーは、電磁スペクトラムの赤外域の波長を有する、請求項１の方法。
前記レーザエネルギーは、電磁スペクトラムの紫外域の波長を有する、請求項１の方法。
前記レーザエネルギーを照射するように前記レーザエネルギービームをスキャンする際に、前記複数のスポット位置のそれぞれに少なくとも１つのレーザパルスを照射する、請求項１の方法。
前記レーザエネルギーを照射するように前記レーザエネルギービームをスキャンする際に、前記複数のスポット位置のうち少なくとも１つに１つだけのレーザパルスを照射する、請求項６の方法。
前記レーザエネルギーを照射するように前記レーザエネルギービームをスキャンする際に、
レーザ源で第１のレーザパルスを生成し、
前記第１のレーザパルスを複数の第２のレーザパルスに時間的に分割する、
請求項１の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも２つは、異なるパルス持続時間を有する、請求項８の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも２つは、同一のパルス持続時間を有する、請求項８の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも１つのパルス持続時間は１μs以下である、請求項８の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも１つのパルス持続時間は0.5μs以下である、請求項11の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも１つのパルス持続時間は0.25μs以下である、請求項12の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも１つのパルス持続時間は0.125μs以下である、請求項11から13のいずれか一項の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうちの少なくとも２つは異なるピークパワーを有する、請求項８の方法。
前記複数の第２のレーザパルスのうち少なくとも２つは同一のピークパワーを有する、請求項８の方法。
前記第１のレーザパルスを時間的に分割する際に、前記第１のレーザパルスを回折する、請求項８の方法。
前記スキャンパターンは、少なくとも３つのスポット位置を含み、前記スキャンパターンの前記複数の空間的に異なるスポット位置に前記レーザエネルギーが照射されるように前記レーザエネルギービームをスキャンする際に、前記スキャンパターンの第１のスポット位置に前記レーザエネルギーを照射し、その後、前記スキャンパターンの第２のスポット位置に前記レーザエネルギーを照射し、前記スキャンパターンの前記第１のスポット位置の中心と前記第２のスポット位置の中心との間の第１の距離は、前記第１のスポット位置の中心と第３のスポット位置の中心との間の第２の距離よりも長い、請求項１の方法。
前記スキャンパターンは、少なくとも３つのスポット位置を含み、前記スキャンパターンの前記複数の空間的に異なるスポット位置に前記レーザエネルギーが照射されるように前記レーザエネルギービームをスキャンする際に、前記スキャンパターンの第１のスポット位置に前記レーザエネルギーを照射し、その後、前記スキャンパターンの第２のスポット位置に前記レーザエネルギーを照射し、その後、前記スキャンパターンの第３のスポット位置に前記レーザエネルギーを照射し、前記スキャンパターンの前記第１のスポット位置の中心と前記第２のスポット位置の中心との間の第１の距離は、前記第１のスポット位置の中心と第３のスポット位置の中心との間の第２の距離よりも短い、請求項１の方法。
前記第１の距離は15μm未満である、請求項18又は19のいずれか一項の方法。
前記第１の距離は10μm未満である、請求項20の方法。
前記スキャンパターンの前記複数の空間的に異なるスポットに順次前記レーザエネルギーが照射する際に、前記レーザエネルギーを20kHz以上の速度で異なるスポット位置に照射する、請求項１の方法。
前記速度は１MHz以上である、請求項22の方法。
前記速度は２MHz以上である、請求項23の方法。
前記速度は５MHz以上である、請求項24の方法。
前記速度は８MHz以上である、請求項25の方法。
前記第１の構造は金属から構成され、
前記開口を形成するために前記第１の構造が間接的にアブレートされる際に前記第１の構造の一部は溶融する、
請求項１の方法。
前記開口を形成するために前記第１の構造が間接的にアブレートされる際に前記第１の構造の他の一部は溶融されず、溶融されていない部分は溶融された部分に囲まれる、請求項27の方法。
第１の構造及び第２の構造を含むワークピース内にフィーチャを形成するための装置であって、前記フィーチャは、前記第１の構造に形成される開口を含み、
前記ワークピースの前記第１の構造に入射するビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、
前記ビーム経路を偏向可能なポジショナと、
前記ポジショナと通信可能に連結されるコントローラと
を備え、前記コントローラは、スキャンパターンの複数の空間的に異なるスポット位置に前記レーザエネルギーを順次照射するように前記ビーム経路がスキャンパターンに沿って偏向されるスキャンプロセスを行うように前記ポジショナの動作を制御するように構成され、前記スキャンプロセス中に、
ａ）前記レーザエネルギーは、前記フィーチャが形成される前記ワークピースの領域内に前記レーザエネルギーを分布させるように、前記複数の空間的に異なるスポット位置のうち少なくとも２つのスポット位置に照射可能であり、
ｂ）上記ａ）の後、前記レーザエネルギーは、前記領域内で前記第１の構造を間接的にアブレートすることにより前記開口を形成するように、前記ワークピースに前記レーザエネルギーを照射可能である、
装置。
第１の構造及び第２の構造を含むワークピース内にフィーチャを形成するための装置とともに使用されるコントローラであって、前記フィーチャは、前記第１の構造に形成される開口を含み、前記装置は、前記ワークピースの前記第１の構造に入射するビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、前記ビーム経路を偏向可能なポジショナとを備え、
前記ポジショナと通信可能に連結されるプロセッサと、
前記プロセッサによりアクセス可能なメモリであって、前記プロセッサにより実行された際に、前記プロセッサに前記ポジショナの動作を制御させて請求項１から28のいずれか一項に記載の方法におけるスキャニングプロセスを実現する命令が格納されたメモリと
を備える、コントローラ。
第１の構造及び第２の構造を含むワークピース内にフィーチャを形成するための装置とともに使用されるコンピュータ読取可能記録媒体であって、前記フィーチャは、前記第１の構造に形成される開口を含み、前記装置は、前記ワークピースの前記第１の構造に入射するビーム経路に沿って伝搬可能なレーザエネルギービームを生成可能なレーザ源と、前記ビーム経路を偏向可能なポジショナと、前記ポジショナの動作を制御可能なコントローラとを備え、
前記コントローラに請求項１から28のいずれか一項に記載の方法を実行させるための命令を記録したコンピュータ読取可能記録媒体。