(57)【要約】【課題】穴のピッチが狭く、連続的に加工すると穴の周りにクラックが入る場合でも、クラックが入ることがない加工方法を提供することにある。【解決手段】短酸ガスレーザを用い、ガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、連続的に穴明けすると、穴のピッチが狭いために穴の周りにクラックが入る場合は、加工予定の穴を、グループ内の穴明けにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチとなるような複数のグループに分け、各グループの穴明け工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行うと良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスレーザを用い、ガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、
連続的に穴明けすると、穴のピッチが狭いために穴の周りにクラックが入る場合は、
加工予定の穴を、グループ内の穴明けにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチとなるような複数のグループに分け、
各グループの穴明け工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
全穴明け工程終了後に、さらに歪取りのためのアニーリング工程を行うことを特徴とする請求項１のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスレーザを用いてガラス板に穴明け加工する場合に好適な加工方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、薄型テレビ、パソコンディスプレイ等の普及に伴い、ＩＣチップ（シリコン：２．６ｐｐｍ／℃）とマザーボード（ＦＲ４等の樹脂：横方向１０〜１５ｐｐｍ／℃）との熱膨張率の差を緩和するために、その中間的な熱膨張率を持つガラス板（例えば無アルカリガラスの場合３．８〜４．９ｐｐｍ／℃）に貫通穴を明け、貫通電極を形成してＩＣチップへの中継基板（インターポーザ）とする需要が高まっている。
【０００３】
従来、ガラス基板への穴明けは（超音波）ドリル加工が主流であったが、ドリルの激しい磨耗やクラックが入りやすいなどの問題があった（特許文献１段落０００４参照）。そのため、レーザによる穴明け加工が検討されているが、高出力が得られる炭酸ガスレーザではやはりクラックが入りやすいなどの問題があり（例えば、特許文献１段落００１４、特許文献２段落０００４参照）、紫外線レーザが主流であった（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。尚、特許文献１には、炭酸ガスレーザでのガラス基板への穴明け加工方法が開示されているが、穴壁面の品質が悪いために紫外線レーザを用いて仕上げ加工を行うというものである。
【０００４】
しかしながら、ＵＶレーザやピコ秒グリーンレーザを用いた場合は２穴／秒程度の生産性であるのに対し、高出力の炭酸ガスレーザを用いた場合は５００穴／秒以上の生産性を期待できるため、炭酸ガスレーザでの加工方法の確立が急がれている。
【０００５】
図４は本発明に係わるレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置の光学系は、レーザ発振器８、ビーム径調整器２０、パルス整形器２１、Ｘ方向及びＹ方向にレーザビームを偏向するためのガルバノミラー１ａ，１ｂ、ガルバノモータ２ａ，２ｂ及びガルバノ制御部３ａ，３ｂからなるガルバノスキャナ、Ｆθレンズ２２、及びこれらを制御する制御装置５２から基本的に構成されており、ガラス基板５０を載置してＸ方向及びＹ方向に移動できるＸ−Ｙテーブル５１を有する。レーザ発振器８は波長９．４μｍのレーザビーム９をパルス出力する炭酸ガスレーザ発振器である。レーザ発振器８から出力されたレーザビーム９は、ビーム径調整器２０により外径を整形され、音響光学変調器２１（以下、「ＡＯＭ２１」という。）により、加工条件に合わせたパルス幅に変調されたレーザビーム９ｋを加工用の光軸に分岐する。なお、変調されたレーザビーム９ｋ以外の廃棄レーザビーム９ｄは図示を省略するダンパに照射され、熱に変換される。
【０００６】
このような構成で厚さ１００μｍのガラス基板５０に穴明けを行うと、穴のピッチが１２５μｍ以上では問題なく加工できる条件が見つかったが、１２５μｍ未満になると穴の周りにクラックが入ってしまうことがわかった。
【０００７】
図３は、厚さ１００μｍの無アルカリガラス基板に対し、穴ピッチ１００μｍで連続的に加工した場合のセナルモン光学系により撮影した暗視野像（ａ）と明視野像（ｂ）の図面代用写真を示す。セナルモン光学系の偏光子（フィルター兼用）と倹光子を直交ニコルの状態にした暗視野像（ａ）には、良く知られているように、光弾性効果によりガラス基板に残留した応力分布が光強度分布の模様となって現れる。（但し、像中で縦と横方向に暗部が現れているが、これは応力の方向と偏光の方向が平行又は垂直になっている部分であり、試料を回転すると、通常、応力は穴の周囲で均一になっていることが確認されている。）この暗視野像（ａ）の中で、穴の周りで模様が乱れている部分（四角で囲んだ部分）は、穴の周りの応力分布が乱れている部分であり、この部分を拡大して明視野像にしたものが（ｂ）である。明視野像（ｂ）を見ると、穴の周りにクラックが入り、さらにはレーザ光が照射されて溶融したガラスがデブリのように表面に流れ出て固まっていることがわかる。暗視野像（ａ）において、他の模様が乱れた穴の周りでもクラックが観察される。
【０００８】
このような場合、特許文献４に記載されているごとく、穴を菱形格子状にして加工することがまず考えられるが、やはりクラックが発生することがわかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１４３４３４号公報（段落０００４，００１４）
【特許文献２】特開２０１２−０８６９９３号公報（段落０００４）
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２０１０／０８７４８３号パンフレット
【特許文献４】特開２００１−０７９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、穴のピッチが狭く、連続的に加工すると穴の周りにクラックが入る場合でも、クラックが入ることがない加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的を達成するためには、炭酸ガスレーザを用い、ガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、連続的に穴明けすると、穴のピッチが狭いために穴の周りにクラックが入る場合は、加工予定の穴を、グループ内の穴明けにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチとなるような複数のグループに分け、各グループの穴明け工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行うと良い。これは、図３（ａ）に示したように、穴明け後の穴の周りに残留応力場が発生し、その応力場の中で次の穴明けを行うと、クラックが入るという知見を得たことから、穴明け加工の後に歪取りのアニーリングを行って、残留応力を解消した後に次の穴明けを行うとクラックが入らない、ということを見出したことによる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の加工方法により穴明けすることにより、穴のピッチが狭く、連続的に加工すると穴の周りにクラックが入る場合でも、クラックが入ることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の概略図である。
【図２】本発明に係るレーザ加工方法の実施例によりガラス板に加工した穴の図面代用写真である。
【図３】従来の加工方法によりガラス板に加工した穴の図面代用写真である。
【図４】本発明に係るレーザ加工機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るレーザ加工方法の実施の形態について図１を用いて説明する。まず、予定の穴明けの一列目を１番目から一つ置きに行い、二列目では２番目から一つ置きに行う（ステップ１）。以下、同様に互い違いに、菱形格子状になるようにして穴明けを行う。これにより、加工される穴の最小間隔を１．４倍にすることができる。
【００１５】
次に、歪取りのためのアニーリングを行う。その温度は使用した無アルカリガラスの歪点６５０℃であり、時間は５分間である。通常歪点の定義である１５分よりも短いが、ガラス板の厚さが１００μｍと薄いことによると推定される。また、徐冷する必要はないこともわかった。アニーリング温度は歪点より上は＋１０度、下は−２０度の範囲内で設定できる。但し、低い温度でアニーリングするためには時間を延長する必要がある。
【００１６】
その後、ステップ１で後回しにした、残りの穴のグループの穴明けを行う（ステップ２）。このように、まず加工予定の穴を、クラックの入らない間隔を持つ２つのグループに分け、第１グループを加工した後に歪取りアニーリングを行った後、第２グループを加工する。これにより、穴の周りにクラックが入ることがない穴明けを行うことができる。
【００１７】
図２は、後述する加工条件で穴明けした試料の暗視野像（ａ）と明視野像（ｂ）である。暗視野像（ａ）の応力パターンが一つ置きにしか出ていないが、これはステップ１で加工した穴の周りの残留応力が、歪取りアニーリングによって緩和しているためにパターンが現れず、ステップ２で加工した穴の周りだけに残留応力が発生しているためである。後で明けた穴の周りに残留応力が残っているが、これは経時的にクラックを生じさせる場合があるので、必要に応じ、再度歪取りのアニーリングを行うと良い。
【実施例】
【００１８】
加工緒言は下記の通りである。
ガラス板  ：無アルカリガラス（歪点６５０℃），厚さ１００μｍ
保護シート：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），厚さ１２５μｍ
レーザ    ：炭酸ガスレーザ（９．４μｍ）
平均パワー：２４Ｗ
繰り返し周波数：５ｋＨｚ
パルス幅  ：３６μｓ
加工穴個数：１０２０１個
加工      ：一つ置き２グループ（菱形格子状）に分け、２ステップ加工する
アニーリング条件：６５０℃，５分間
この加工結果は表１の通りであり、図２にその暗視野像（ａ）と明視野像（ｂ）を示す。比較例１として、ステップ１の後、アニーリングを行わずステップ２を行った例を示す。
【表１】
2015213949.tif 000003
図２の説明は上述したとおりである。また、比較例１のように、アニーリングを行わないとクラックが発生する。
＜比較例＞
比較例２〜６として、連続加工、即ち穴ピッチに従い順に加工した場合を表２に示す。その他の加工条件は実施例と同じである。
【表２】
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このように、連続加工を行ってクラックが発生しないのは、穴ピッチが１２５μｍ以上であることがわかる。
【００１９】
本実施例では加工予定の穴のピッチが１００μｍであり、それを一つ置きかつ菱形格子状の二つのグループに分けてステップ１における上下左右の穴ピッチを２００μｍにし、加工される穴の最小間隔を１４０μｍにしたが、より狭いピッチの穴を明ける場合には一つ置きではクラックの入らない加工ピッチ１２５μｍ以上を達成できない場合がある。その場合には、加工予定の穴を、グループ内の穴明けにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチ（１２５μｍ）以上となるようなより多くのグループに分け、各グループの穴明け工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行うと良い。例えば、三つ置きかつ一列置きの菱形格子状の四つのグループに分け、各グループの穴加工ステップの間にアニーリング工程を行う場合には、加工される穴の最小間隔は約２．８倍になる。
【００２０】
また、本実施例では、無アルカリガラスを用いたが、他にホウ珪酸ガラスやソーダライムガラス等のガラス一般に対して適用できる。但し、その場合アニーリング温度を、ホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラスの歪点がそれぞれ５６０℃程度、５１０℃程度であることを考慮して決定する必要がある。
【００２１】
また、本実施例では厚さが１００μｍの無アルカリガラスを用いたが、厚さや材質により穴の周りにクラックが入る穴のピッチが変わることがある。その場合にも同様に、穴の周りにクラックが入り始める穴のピッチ以下の加工において、加工予定の穴を、グループ内の穴明けにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチとなるような複数のグループに分け、各グループの穴明け工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行えば良い。
【符号の説明】
【００２２】
１ａ  ガルバノミラー（Ｘ軸）
１ｂ  ガルバノミラー（Ｙ軸）
２ａ  ガルバノモータ（Ｘ軸）
２ｂ  ガルバノモータ（Ｙ軸）
３ａ  ガルバノ制御部（Ｘ軸）
３ｂ  ガルバノ制御部（Ｙ軸）
８    レーザ発振器
９    レーザビーム
９ｋ  変調後のレーザビーム
９ｄ  ダンパに向かうレーザビーム
２０  ビーム径調整器
２１  音響光学変調器（ＡＯＭ）
２２  集光レンズ
５０  ガラス基板
５１  Ｘ−Ｙテーブル
５２  制御部
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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