(57)【要約】【課題】少ない工程でスループットが高く、位置精度および信頼性に優れる加工をすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】露光機１０と、現像機１１と、洗浄機１２と、レーザ光源６０と、搬送装置２０１と、を備え、露光機１０により金属配線材料で形成された下地膜３と有機絶縁材料または無機絶縁材料で形成された被加工膜２と被加工膜２の上側に配置されたレジスト層４０とからなる基板１のレジスト層４０を露光し、現像機１１によりレジスト層４０の露光された箇所を除去してレジスト層４０に穴５を形成し、洗浄機１２により基板１を洗浄し、レーザ光源６０により穴５の下部の被加工膜２に下地膜３に達する穴５０を加工する。【選択図】図１
2010089105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配線材料で形成された下地膜と有機絶縁材料または無機絶縁材料で形成された被加工膜とからなる基板の前記被加工膜の上側にレジスト層を密着させて配置し、このレジスト層に穴を開け、穴を開けたレジスト層をマスクとして、レーザにより前記被加工膜に前記下地膜に達する穴を加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
露光機と、現像機と、洗浄機と、レーザ光源と、搬送装置と、を備え、
前記露光機により、金属配線材料で形成された下地膜と有機絶縁材料または無機絶縁材料で形成された被加工膜と前記被加工膜の上側に配置されたレジスト層とからなる基板の前記レジスト層を露光し、
前記現像機により、前記レジスト層の露光された箇所を除去して前記レジスト層に穴を形成し、
前記洗浄機により、前記基板を洗浄し、
前記レーザ光源により、前記被加工膜に前記下地膜に達する穴を加工する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レジスト層を剥離するための手段を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板などに穴明け加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気製品の高集積化が進み、プリント基板に加工する穴の径は小さくなる傾向にあり、穴の数も増加している。プリント基板に穴明けを行う場合、現状はドリル加工機やガルバノミラーでレーザ光を偏向して穴明け加工を行うレーザ加工機を用いるのが一般的である。しかし、現状のドリル加工機やレーザ加工機ではスループットが遅いため、今後の穴数の増加に対応することが困難である。
【０００３】
レーザ加工のスループットを向上させため、多数の穴を設けたマスクにレーザ光を通過させ、一度に多数の穴を加工するレーザ加工方法がある（特許文献１）。また、基板上の銅箔をパターニングし、その銅箔パターンをマスクとして下地の樹脂の加工を行う加工方式がある（特許文献２）。また、レーザ加工時に発生するゴミが基板表面に付着すると、基板不良の原因となるため、基板表面にフィルムを貼り付けてゴミの付着を防止した加工方法がある（特許文献３）。
【特許文献１】特間２００４−１６０５１８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５６０号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では大きさが限られたマスクを繰り返し転写することしかできないので、汎用的な回路製造には適用できない。また、マスクを距離の離れた基板上に転写するので、位置合わせ精度が低下する。また、特許文献２の場合、特許文献１の課題は解決されるが、銅箔パターンを作るために多くの工程が必要であり、また銅箔などの材料費が高くなるため、生産コストが高価になる。また、特許文献３の技術も、穴の中にゴミが付着した場合には効果がない。
【０００５】
本発明の目的は、少ない工程でスループットが高く、位置精度および信頼性に優れる加工をすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、レーザ加工方法として、金属配線材料で形成された下地膜と有機絶縁材料または無機絶縁材料で形成された被加工膜とからなる基板の前記被加工膜の上側にレジスト層を密着させて配置し、このレジスト層に穴を開け、穴を開けたレジスト層をマスクとして、レーザにより前記被加工膜に前記下地膜に達する穴を加工することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の手段は、レーザ加工装置として、露光機と、現像機と、洗浄機と、レーザ光源と、搬送装置と、を備え、前記露光機により、金属配線材料で形成された下地膜と有機絶縁材料または無機絶縁材料で形成された被加工膜と前記被加工膜の上側に配置されたレジスト層とからなる基板の前記レジスト層を露光し、前記現像機により、前記レジスト層の露光された箇所を除去して前記レジスト層に穴を形成し、前記洗浄機により、前記基板を洗浄し、前記レーザ光源により、前記被加工膜に前記下地膜に達する穴を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
少ない工程でスループットが高く、位置精度および信頼性に優れる加工をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明に係るレーザ加工装置の構成図、図２〜図４は本発明のプロセスを説明する図である。
【００１０】
図１に示すように、基板１はレーザ加工装置１００に配置されたローラ２０１上を矢印２００の方向に搬送される。基板１の搬送路には、基板１と対向するようにして露光機１０、現像機１１、洗浄器１２、乾燥機１３、集塵装置９、光源６０，気体吹き出し口８および剥離機１４がこの順に配置されている。
【００１１】
次に、基板１およびレーザ加工装置１００の各構成要素について詳細に説明する。
【００１２】
基板１は、下地膜３と、下地膜３上に配置された被加工膜２と、被加工膜２上に配置されたレジスト層４０とから構成されている。下地膜３は、銅、銀、金、アルミニウム、クロム等の金属配線材料で形成されている。また、被加工膜２は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等の有機絶縁材料や、ガラス、セラミックなどの無機絶縁材料等で形成されている。下地膜３と被加工膜２とは、安定した電気回路を形成するために強固に密着している必要があり、接着されている。この場合、例えば、被加工膜２の表面を粗化した上にメッキによるアンカー効果を利用して両者の密着力を高めておくとよい。
【００１３】
レジスト層４０は被加工膜２の表面に液状のレジストを塗布して硬化させたもの、あるいは、レジスト層がフィルム状になったドライフィルムレジストを被加工膜２の表面に貼り付けたものである。なお、後述するように、レジスト層がマスクとして動作するため、前記被加工膜の加工中にレジスト層がなくならないような厚みが選定されている。また、レジスト層４０と被加工膜２との密着性はそれほど必要ではなく、後述する穴を明ける加工時に剥がれない程度の密着力があれば良い。また、下地膜３の下側に主基板が存在する場合もある。
【００１４】
露光機１０は、マスクを使わずに任意のパターンを露光可能なダイレクト露光機である。また、現像機１１、洗浄器１２、乾燥機１３は露光されたレジストを処理するための公知の装置である。光源６０はレーザ光を発振する。なお、レーザ光の詳細については後述する。集塵機９は加工に伴って発生したゴミを吸引する。気体吹き出し口８は加工に伴って発生したゴミを集塵機９の集塵口９ａに向けて吹き飛ばす。剥離機１４はレジスト層４０を基板１から除去する。
【００１５】
次に、図２を参照しながら、各プロセスを詳細に説明する。なお、この図における基板１は主基板３００と一体になっている。主基板３００は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、カプトン、ガラスエポキシ等のプリント基板材料の層で構成され、１層から場合によっては何層もの膜でできており、厚さは数十μｍ〜数ミリである。また、下地膜３および被加工膜２の厚さは数十〜１００μｍである。
【００１６】
図２（ａ）は、図１に示す乾燥機１３を通過した時点における基板１の断面図である。露光機１０によって露光された部分は現像機１１により基板１から除去される。すなわち、同図における穴５が露光された部分である。なお、現像処理液は洗浄機１２により基板１から除去される。
【００１７】
図２（ｂ）は、図１に示す光源６０を通過時点における基板１の断面図である。光源６０から出力され穴５に入射した光６により、被加工膜２には下地膜３に達する穴５０が形成される。ここで、光６は以下に基づいて選定されている。
【００１８】
被加工膜２がＰＥＴやＰＥＮ等の可視領域で透明な材料である場合、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザおよび波長４００ｎｍ以下の紫外レーザは、いずれも被加工膜２に穴を加工することができるが、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザは余りレジストに吸収されずにレジストを透過してしまい、遮蔽しない。一方、波長の短い紫外領域の光は一般的なレジストにある程度の吸収があり遮蔽効果が期待できる。そこで、本発明では、レジスト層４０をマスクとし、光６として、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザを採用する。光源６０としては、波長１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３５１ｎｍ等の紫外域のレーザ光を出力するエキシマレーザの中から選択するか、低圧水銀ランプやキセノンランプ等の高出力で短波長の紫外線を照射できるランプを用いる。照射するエネルギとしては、非加工膜の材質にもよるが数ｍJ／ｃｍ２〜数J／ｃｍ２程度のエネルギを照射する。またエキシマレーザなどはパルスレーザであるので、穴の深さにもよるがパルス状のレーザを１〜数千回照射することで穴を明ける。
【００１９】
なお、下地層３が損傷することを予防するために、被加工膜２に照射するレーザのエネルギを予め適切な値に設定しておく。なお、本発明の場合、できるだけ広い領域にレーザ光を照射することによりスループットを向上させることができる。また、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザを光６として採用すると、解像度を高くできるので、線幅の細い回路パターンも形成することができる。なお、１９３nmのエキシマレーザを用いてレジスト層としてドライレジストフィルムを用いて、被加工膜であるフッ素系有機樹脂に穴を明ける場合、双方の加工性は概略同程度であることより、レジストフィルムをフッ素系樹脂よりも厚くしておけばよい。
【００２０】
図２（ｃ）は、光６を照射した後の基板１の断面図である。光６により、被加工膜２の穴５の下方には穴５０が形成されている。なお、光６により、レジスト層４の穴５が内部箇所も表面が若干加工され、図中の凹み１００が形成される。
【００２１】
図２（ｄ）は、図１に示す剥離機１４を通過した時点における基板１、すなわち、製品としての基板１の断面図である。剥離機１４は、例えばレジスト層４０としてドライフィルムレジストを採用した場合は、基板１に強アルカリ性の剥離液を吹き付けることにより、ドライフィルムレジストを除去する。
【００２２】
次に、レーザ照射工程における動作について説明する。
【００２３】
図３は光６照射工程の説明図である。光６を照射すると、穴５０に対応する被加工膜２の一部は熱により蒸発するが、一部はゴミ７（加工粉）として穴５０の周囲に飛散する。基板１の進行方向２００に対して進入側に飛散したゴミ７は、再度光６に照射されて蒸発するが、進行方向２００方向に飛散して穴５０に入ったゴミ７ａは、レジスト層４０が除去された後も穴５０に入ったままになり、後工程のめっき工程でめっき不良が発生することにより製品不良となる場合がある。そこで、図４に示すように、光６照射域の進行方向後ろ側に気体を吹き出す気体吹き出し口８を設けると共に、前側に集塵装置９の集塵口９ａを配置する。そして、加工時には、気体吹き出し口８から気体を吹き出させると共に、集塵装置９によりゴミ７を加工部周辺の気体と共に吸引除去する。この結果、光６により発生したゴミ７が穴５０に入ることを予防できるので、製品としての基板１の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
次に、実用的な光６の波長について説明する。
【００２５】
被加工膜２の材料が有機絶縁材料あるいは無機絶縁材料のいずれであっても、光６を波長４００ｎｍ以下の短い紫外レーザとすると、能率良く加工ができる。そして、波長２５０ｎｍ以下の紫外レーザでは光分解による加工が支配的となるのでゴミ７の発生量も少なくなり、基板１に再付着しにくくなる。すなわち、ゴミの少ない加工が可能になる。また、発生するゴミ７の粒径は一様ではないが、波長１９３ｎｍ以下のエキシマレーザの場合のゴミ７の最大粒径は、波長１９３ｎｍを超えるエキシマレーザのエキシマレーザの場合のゴミ７の最大粒径の数分の一程度になる。なお、波長１９３ｎｍのエキシマレーザは酸素に吸収されるため、窒素雰囲気で加工する必要があり、波長１５７ｎｍのエキシマレーザは窒素にも吸収されるため、真空雰囲気が必要となる。そして、実用的には、波長１９３ｎｍのエキシマレーザを窒素雰囲気で照射する方法が最も加工性に優れ、かつ、ゴミの処理が容易である。
【００２６】
なお、光６として波長１９３ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、気体吹き出し口８から吹き出す気体を窒素にする必要がある。
【００２７】
ところで、レジストによっては、光６が照射されることにより表面に黒化膜が形成され、剥離工程における剥離液が十分にしみ込まない等の問題が生じる場合がある。そこで、図５に示すように、剥離機１４の手前にレジスト層４０の表面を研磨する研磨機７０を設置しておき、剥離液の供給に先立ち、レジスト層の表面を薄く研磨して除去することにより、剥離工程が円滑に行えるように構成してもよい。
【００２８】
また、レジスト層としてドライフィルムレジストなどのフィルム状のもので基板上に容易に貼り付けたり、引き剥がしたりできるものを利用する場合は、図６に示すように、剥離機を設けず、レジスト層４０を被加工層２から物理的に引き剥がすことにしてもよい。なお、物理的に剥がす場合にはレジスト層が切れてしまわないようにするため、レジスト層にある程度の強度が必要である。
【００２９】
また、上記の実施例では、光６を一様に照射させたが、例えば、帯状または線状の光６を走行方向あるいは走行方向と直角な方向にスキャンさせるようにしてもよい。
【００３０】
以上説明したように、本発明では、基板１上に密着させて配置したレジスト層をいわゆるマスクとするので、加工精度（位置決め精度）として数μｍ程度の微細加工が可能となり、加工のスループットとしては穴数に依存しないため、多層プリント基板における層間接続用のビアホールを生成する加工を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】本発明のプロセスを説明する図である。
【図３】本発明のプロセスを説明する図である。
【図４】本発明のプロセスを説明する図である。
【図５】本発明に係るレーザ加工装置の変形例を示す図である。
【図６】本発明に係るレーザ加工装置の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  被加工膜
３  下地膜
５  穴
１０  露光機
１１  現像機
１２  洗浄機
４０  レジスト層
５０  穴
６０  レーザ光源
【図１】
2010089105.tif 000003
【図２】
2010089105.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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