(57)【要約】【課題】  加工対象物に形成する穴の形状の乱れを防止することが可能なレーザ加工方法を提供する。【解決手段】  光源１から出射されるレーザ光Ｌの進行方向を、音響光学素子３によって、０次回折光の出射光軸に対してθ１度傾斜した第１の方向に制御する。第１の方向に進行方向を制御されたレーザ光Ｌ１を多層基板１４に入射させ、多層基板１４に穴を途中段階まで形成する。次に、光源１から出射されるレーザ光Ｌの進行方向を、音響光学素子３によって、０次回折光の出射光軸に対してθ２度傾斜した第２の方向に制御することにより、レーザ光Ｌを、プロファイルを均一に近づけるレンズ１７及びマスク１８に入射させる。それらを通過したレーザ光Ｌ２を、多層基板１４に既に途中段階まで形成した穴に入射させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）光源から出射されるレーザ光を、進行方向制御素子によって、加工対象物の表面に至る第１の光路に進行させる工程と、
（Ｂ）前記第１の光路に進入したレーザ光を前記加工対象物に入射させ、該加工対象物の所定領域を途中段階まで加工する工程と、
（Ｃ）前記光源から出射されるレーザ光を、前記進行方向制御素子によって、第２の光路に進行させる工程と、
（Ｄ）前記第２の光路に進入したレーザ光のプロファイルを変更する工程と、
（Ｅ）前記変更されたプロファイルのレーザ光を、前記第１の光路に進行させて、前記工程（Ｂ）で途中段階まで加工した前記所定領域に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記光源から出射されるレーザ光がパルスレーザ光であり、該パルスレーザ光が前記光源から１ショット出射されている期間内に、前記工程（Ｂ）〜（Ｅ）を行う請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記パルスレーザ光のパルス幅が、９０μｓ以上、６００μｓ以下である請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記工程（Ｂ）が、前記所定領域を途中段階まで加工した後、前記光源から出射されるレーザ光を、前記進行方向制御素子によって、ダンパに至る第３の光路に進行させる工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記進行方向制御素子が、外部から与えられる電気信号に基いて、自己に入射したレーザ光を回折させる音響光学素子である請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記変更されたプロファイルが、トップフラット型である請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を第１の光路及び第２の光路のいずれにも進行させることができる進行方向制御素子と、
前記第１の光路を伝播したレーザ光が入射する位置に加工対象物を保持する保持台と、
前記第２の光路を伝播したレーザ光が入射し、該レーザ光のプロファイルを、前記進行方向制御素子によって前記第１の光路に進行されたレーザ光のプロファイルよりも均一に近づける均一化光学系と、
前記均一化光学系を通過したレーザ光が前記第１の光路と共通の光路を伝播するように、該均一化光学系を通過したレーザ光を前記第１の光路に進行させる光合波素子と、
前記共通の光路上に配置され、自己に入射したレーザ光の、前記加工対象物の表面上における入射位置を、該加工対象物の表面上で移動させる走査器と、
（ａ）前記光源から出射されたレーザ光が前記進行方向制御素子によって前記第１の光路に進行され、（ｂ）次いで該レーザ光が前記進行方向制御素子によって前記第２の光路に進行され、（ｃ）次いで該レーザ光の前記加工対物の表面上における入射位置が前記走査器によって移動される一連の前記工程（ａ）〜（ｃ）が繰り返し行われるように、前記進行方向制御素子及び前記走査器を同期させて制御する制御装置と
を備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザ光を入射させて加工するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に係り、特に加工品質の向上を図ることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、多層基板の最表層を構成する樹脂層にレーザ光を入射させることにより、その樹脂層を貫通する穴を形成し、穴の底面に銅の内層配線パターンを露出させる技術が開示されている。樹脂層を貫通する穴を形成した後、穴の底面及び側面並びに樹脂層の表面に銅の上層配線パターンを形成する。上層配線パターンが、穴の底面において内層配線パターンと電気的に接続される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２３６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
樹脂層に形成する穴の形状が乱れることがある。例えば、側面が樽状に湾曲した穴が形成されてしまうことがある。このように穴の形状が乱れた場合、上層配線パターンを内層配線パターンと良好に導通させることができなくなることがある。
【０００５】
本発明の目的は、加工品質の向上を図ることが可能なレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、（Ａ）光源から出射されるレーザ光を、進行方向制御素子によって、加工対象物の表面に至る第１の光路に進行させる工程と、（Ｂ）前記第１の光路に進入したレーザ光を前記加工対象物に入射させ、該加工対象物の所定領域を途中段階まで加工する工程と、（Ｃ）前記光源から出射されるレーザ光を、前記進行方向制御素子によって、第２の光路に進行させる工程と、（Ｄ）前記第２の光路に進入したレーザ光のプロファイルを変更する工程と、（Ｅ）前記変更されたプロファイルのレーザ光を、前記第１の光路に進行させて、前記工程（Ｂ）で途中段階まで加工した前記所定領域に入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
加工の途中で、レーザ光のプロファイルを変更することにより、加工品質の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、実施例によるレーザ加工装置の概略図である。光源１が、レーザ光Ｌを出射する。光源１は、ＣＯ２レーザ発振器によって構成されている。光源１から出射されたレーザ光Ｌは、コリメータ２を通して音響光学素子（ＡＯＭ；Acousto-Optic Modulator）３に入射する。音響光学素子３は、制御装置４からＲＦ信号ｓｉｇ１が与えられていないときは、レーザ光Ｌを回折させずに透過させる。回折されずに音響光学素子３を透過したレーザ光Ｌ０（０次回折光）は、ダンパ５に入射する。
【０００９】
一方、音響光学素子３は、制御装置４からＲＦ信号ｓｉｇ１が与えられているときは、レーザ光Ｌを回折させる。その回折角θは、ＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数に依存する。そこで、制御装置４は、音響光学素子３に与えるＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数によって、レーザ光Ｌの進行方向を制御することができる。具体的には、制御装置４は、ＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数を、第１の値ｆ１と第２の値ｆ２との２段階に切り替えることができる。
【００１０】
ＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数が第１の値ｆ１（例えば、３０ＭＨｚ）のときに、レーザ光Ｌの進行方向が、０次回折光Ｌ０の音響光学素子３からの出射方向に対して角度θ１（例えば、３°）だけ傾斜した第１の方向に制御される。一方、ＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数が第１の値ｆ１よりも大きな第２の値ｆ２（例えば、５０ＭＨｚ）のときに、レーザ光Ｌの進行方向が、０次回折光Ｌ０の音響光学素子３からの出射方向に対して角度θ１よりも大きな角度θ２（例えば、５°）だけ傾斜した第２の方向に制御される。
【００１１】
角度θ１だけ回折されたレーザ光Ｌ１は、第１のプリズム６よって偏向され、第１のレンズ７を通して第１のマスク８に入射する。第１のマスク８には、ピンホール８ａが形成されていて、そのピーンホール８ａが形成された部分だけがレーザ光Ｌ１の通過を許容する。第１のマスク８を通過したレーザ光Ｌ１は、偏向ビームスプリッタ９に入射する。光源１から出射されるレーザ光Ｌは、偏向ビームスプリッタ９に対してＰ偏光になるように調整されている。偏光ビームスプリッタ９は、Ｐ偏光を透過させる。偏光ビームスプリッタ９を透過したレーザ光Ｌ１は、ミラー１０で反射され、ガルバノスキャナ１１及びｆθレンズ１２を通して、ステージ１３に保持された多層基板１４に入射する。ｆθレンズ１２が、第１のマスク８のピンホール８ａを多層基板１４の表面に結像させる。
【００１２】
角度θ２だけ回折されたレーザ光Ｌ２は、第２のプリズム１５によって偏向される。第２のプリズム１５からのレーザ光Ｌ２の出射光軸が、第１のプリズム６からのレーザ光Ｌ１の出射光軸と平行になるように、第２のプリズム１５が配置されている。このため、本レーザ加工装置の光路設計が容易になるとともに、装置の大型化を防止することができる。第２のプリズム１５によって偏向されたレーザ光Ｌ２は、第２のレンズ１６を通して第２のマスク１７に入射する。第２のマスク１７にもピンホール１７ａが形成されていて、そのピーンホール１７ａが形成された部分だけがレーザ光Ｌ２の通過を許容する。第２のマスク１７を通過したレーザ光Ｌ２は、１／２波長板１８を透過し、ミラー１９で反射されて、偏光ビームスプリッタ９に入射する。
【００１３】
１／２波長板１８が、レーザ光Ｌ２を偏光ビームスプリッタ９に対してＳ偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ９が、Ｓ偏光であるレーザ光Ｌ２を反射させることにより、レーザ光Ｌ２がレーザ光Ｌ１と共通の光路を伝播するように、レーザ光Ｌ２の光路をレーザ光Ｌ１の光路と一致させる。偏光ビームスプリッタ９から出射したレーザ光Ｌ２は、ミラー１０で反射され、ガルバノスキャナ１１及びｆθレンズ１２を通して、ステージ１３に保持された多層基板１４に入射する。ｆθレンズ１２が、第２のマスク１７のピンホール１７ａを多層基板１４の表面に結像させる。第２のマスク１７から偏向ビームスプリッタ９までの光路長は、第１のマスク８から偏向ビームスプリッタ９までの光路長と等しく設計されている。
【００１４】
なお、第２のレンズ１６から第２のマスク１７までの距離Ｄ２を調整できるように、第２のレンズ１６が移動可能になっている。レーザ光Ｌ１の音響光学素子３から多層基板１４までの光路が第１の光路である。レーザ光Ｌ２の音響光学素子３から第２のレンズ１６までの光路が第２の光路である。
【００１５】
図２に、レーザ光のビーム断面内における強度分布（以下、プロファイルという。）を示す。横軸は、ビーム断面内における径方向の位置を示し、縦軸は光強度を示す。幅ｄは、図１のピンホール８ａ及び１７ａの開口直径を示す。即ち、図１のピンホール８ａ及び１７ａの開口直径は等しく設計されている。
【００１６】
曲線２１は、図１の第１のレンズ７を通過したレーザ光Ｌ１のプロファイルである。一般に、ＣＯ２レーザ発振器から出射されるレーザ光のプロファイルはガウス分布状となる。曲線２１の破線部分が、図１の第１のマスク８によって遮光される部分のプロファイルである。曲線２１の実線部分が、図１のピンホール８ａを通過する部分のプロファイルである。曲線２１の実線部分が示すように、図１のピンホール８ａを通過したレーザ光Ｌ１は、ビームの中心の光強度が相対的に強く、中心から離れるに従って光強度が低下したプロファイルをもつ。以下、このようなプロファイルをシングルモード型プロファイルと呼ぶことにする。
【００１７】
曲線２２は、図１の第２のレンズ１６を通過したレーザ光Ｌ２のプロファイルを示す。曲線２２の破線部分が、図１の第２のマスク１７によって遮光される部分のプロファイルである。曲線２２の実線部分が、図１のピンホール１７ａを通過する部分のプロファイルである。図１の第２のレンズ１６を通過したレーザ光の、第２のマスク１７のマスク面におけるスポットサイズは、図１の第１のレンズ７を通過したレーザ光の、第１のマスク８のマスク面におけるスポットサイズよりも大きい。これは、図１の第２のレンズ１６から第２のマスク１７までの距離Ｄ２を、第１のレンズ７から第１のマスク８までの距離Ｄ１よりも小さくすることで可能となる。このため、曲線２２の実線部分が示すプロファイルは、曲線２１の実線部分が示すプロファイルに比べるとビーム断面の全域にわたって均一に近づけられている。以下、このようなプロファイルをトップフラット型プロファイルと呼ぶことにする。
【００１８】
図３は、図１のレーザ光Ｌ及びＲＦ信号ｓｉｇ１のタイミングチャートである。図１の光源１から出射されるレーザ光Ｌはパルスレーザ光である。図３の上欄に、そのパルスレーザ光のＯＮ・ＯＦＦを示す。図３の下欄に、時間軸上に配置したＲＦ信号ｓｉｇ１の周波数を示す。以下、図３を参照しながら図１に示したレーザ加工装置の動作を説明する。前提として、図３に示すように、パルスレーザ光のパルス幅を３つの期間Ａ、Ｂ、及びＣに分けることを考える。なお、期間Ａ、Ｂ、及びＣは、それぞれ３０μｓ〜４０μｓに設定され、かつこれらの合計としてのパルス幅は１００μｓに設定される。
【００１９】
最初の期間Ａは、制御装置４が音響光学素子３に周波数が第１の値ｆ１（例えば、３０ＭＨｚ）のＲＦ信号ｓｉｇ１を与える期間である。このとき、レーザ光Ｌの進行方向が、０次回折光Ｌ０の音響光学素子３からの出射方向に対して角度θ１（例えば、３°）だけ傾斜した第１の方向に制御され、第１のレンズ７及び第１のマスク８を通過したシングルモード型のプロファイル（図２の曲線２１参照）をもつレーザ光Ｌ１が多層基板１４に入射する。これにより、多層基板１４に穴が途中段階まで形成される。
【００２０】
次の期間Ｂは、制御装置４が音響光学素子３にＲＦ信号ｓｉｇ１を与えない期間である。このとき、レーザ光Ｌは、音響光学素子３において回折されず、ダンパ５に入射する。このため、多層基板１４にはレーザ光が入射しない状態となる。この期間Ｂに、上記期間Ａで途中段階まで形成された穴の内面に蓄積された熱を放熱させることができるので、穴の内面の過熱に起因した穴形状の悪化を防止できる。
【００２１】
最後の期間Ｃは、制御装置４が音響光学素子３に周波数が第２の値ｆ２（例えば、５０ＭＨｚ）のＲＦ信号ｓｉｇ１を与える期間である。このとき、レーザ光Ｌの進行方向が、０次回折光Ｌ０の音響光学素子３からの出射方向に対して角度θ２（例えば、５°）だけ傾斜した第２の方向に制御される。第２の方向に進行方向を制御され、第２のレンズ１６及び第２のマスク１７を通過したトップフラット型のプロファイル（図２の曲線２２参照）をもつレーザ光Ｌ２が、上記期間Ａにおいて途中段階まで形成された穴に入射する。これにより、その途中段階まで形成された穴の内面の一部が除去され、所望形状の穴が完成する。
【００２２】
以上のように、光源１から１ショットのパルスレーザ光Ｌが出射されている期間内に、音響光学素子３によってパルスレーザ光Ｌの進行方向を制御することにより、期間Ａ及びＣのそれぞれにおいて独立したパルスを切り出すことができる。音響光学素子３は、例えば１μｓ程度でレーザ光の進行方向を切り替えることができるため、３０μｓ〜４０μｓ程度の時間間隔でパルスを切り出すための進行方向制御素子として用いるのに適している。
【００２３】
なお、以上の期間Ａ〜Ｃを経て多層基板１４に一つの穴を完成させた後に、制御装置４がガルバノスキャナ１１に駆動信号ｓｉｇ２を送出し、多層基板１４の表面上におけるレーザ光の入射位置を移動させる。このようにして、制御装置４は、穴の形成と多層基板１４上におけるレーザ光の入射位置の移動とが交互に繰り返されるように、音響光学素子３とガルバノスキャナ１１とを同期させて制御する。これにより、多層基板１４の表面に、複数（例えば、数千〜数万個）の穴を形成することができる。
【００２４】
図４(ａ)に、図１に示した多層基板１４の一部の断面図を示す。コア層４０の表面の一部に、内層の銅配線パターン４１が形成されている。さらに、コア層４０上に、銅配線パターン４１を覆うように樹脂層４２が積層されている。
【００２５】
図４(ｂ)は、図３の期間Ａにおいて、シングルモード型のプロファイルをもつレーザ光Ｌ１の入射によって穴を途中段階まで形成した多層基板１４の断面図である。途中段階まで形成された穴（以下、未完成穴という。）Ｈ１の側面は、すり鉢状に傾斜している。これは、シングルモード型プロファイルをもつレーザ光Ｌ１は、光強度がビームの中心に偏っているため、ビームスポットの中心部分において樹脂層４２の除去速度が速く、中心から離れるに従って樹脂層４２の除去速度が遅くなるためである。
【００２６】
図４(ｃ)は、図３の期間Ｃにおいて、トップフラット型のプロファイルをもつレーザ光Ｌ２を未完成穴Ｈ１に入射させた多層基板１４の断面図である。トップフラット型プロファイルをもつパルスレーザ光Ｌ２は、光強度がビーム断面内で均一化されているので、そのビームスポット内における樹脂層４２の除去速度が略均等になる。トップフラット型プロファイルをもつパルスレーザ光Ｌ２を未完成穴Ｈ１に入射させた結果、穴底側が狭まったテーパ状の側面を有する穴Ｈ２を完成させることができた。
【００２７】
穴Ｈ２の底面には、銅配線パターン４１の表面が露出している。未完成穴Ｈ１の側面がすり鉢状に傾斜していたため、パルスレーザ光Ｌ２のビームスポットの中心部分の銅配線パターン４１が、そのビームスポットの周辺部分の銅配線パターン４１よりも相対的に速く露出すると考えられる。ＣＯ２ガスレーザ発振器によって構成された光源１（図１参照）から出射された赤外域の波長をもつレーザ光は、樹脂層４２には吸収されるが、銅配線パターン４１の表面では反射される。穴の底部に銅配線パターン４１の表面が露出すると、その露出した銅配線パターン４１によってレーザ光が反射されるため、銅配線パターン４１には穴は形成されない。
【００２８】
本実施例によれば、シングルモード型プロファイルをもつレーザ光のみを用いて穴を形成する場合に比べると、穴Ｈ２の開口の直径をＤｔ、底面の直径をＤｂとしたとき、Ｄｂ／Ｄｔで定義される開口率を高めることが可能になるとともに、穴形状の乱れを防止することが可能になる。また、トップフラット型プロファイルをもつレーザ光のみを用いて穴を形成する場合に比べると、穴Ｈ２の加工効率を向上させ得る利点がある。
【００２９】
穴Ｈ２の底面及び側面並びに樹脂層４２の表面に銅の上層配線パターン（図示せず）を形成することにより、穴Ｈ２の底面において上層配線パターンと内層配線パターンとを良好に導通させることができる。
【００３０】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。実施例では、１ショットのパルスレーザ光を、ダンパ５に入射させる期間Ｂを挟んで、時間的に２分割し、そのうちの前半のパルスレーザ光によって穴を途中段階まで形成し、後半のパルスレーザ光によって穴を完成させることとしたが、ｎショットのパルスレーザ光によって穴を途中段階まで形成し、ｍショットのパルスレーザ光によって穴を完成させることとしてもよい（但し、ｎ、ｍは、自然数とする）。その場合は、制御装置４が、ｎ＋ｍショット毎に、ガルバノスキャナ１１に駆動信号ｓｉｇ２を送出する。また、シングルモード型プロファイルをもつレーザ光と、トップフラット型プロファイルをもつレーザ光とを交互に多層基板１４に入射させることもできる。
【００３１】
実施例では、光源１としてＣＯ２レーザ発振器を用いたが、エキシマレーザ発振器等の他のレーザ発振器を用いることもできる。また、第２のレンズ１６と第２のマスク１７とによって、レーザ光のプロファイルを均一に近づける均一化光学系を構成することとしたが、均一化光学系は非球面レンズ等によって構成してもよい。また、本発明のレーザ加工装置は、穴あけ加工だけでなく、表面の除去加工等にも適用することができる。この他、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】レーザ光のビーム断面内における強度分布を示す線図である。
【図３】レーザ光及びＲＦ信号のタイミングチャートである。
【図４】多層基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…光源、２…コリメータ、３…音響光学素子（進行方向制御素子）、４…制御装置、５……ダンパ、６…第１のプリズム、７…第１のレンズ、８…マスク、９…偏向ビームスプリッタ（光合波素子）、１０…ミラー、１１…ガルバノスキャナ（走査器）、１２…ｆθレンズ、１３…ステージ（保持台）、１４…多層基板（加工対象物）、１５…第２のプリズム、１６…第２のレンズ、１７…第２のマスク、１８…１／２波長板、１９…ミラー、４０…コア層、４１…銅配線パターン、４２…樹脂層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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