(57)【要約】【課題】レーザ照射熱による基板の破損を抑制するとともに、レーザ照射による貫通穴が形成された基板からダミー板を容易に除去することができるレーザ加工方法および貫通穴が形成された基板の製造方法を得る。【解決手段】基板（１）に介在物質を介してダミー板（３）を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴（４）を開けるレーザ加工方法において、基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質（２）の層が形成されるように基板にダミー板を積層させるダミー板積層過程と、ダミー板積層過程後の基板に、ダミー板の表面からレーザ照射することにより、基板に貫通穴を形成するとともに液状介在物質に気泡（５）を発生させる穴開け加工過程と、穴開け加工過程後のダミー板を、貫通穴が形成された基板から除去するダミー板除去過程とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、前記ダミー板の表面からレーザ照射して前記基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法において、
前記基板と前記ダミー板の間に前記介在物質としての液状介在物質の層が形成されるように前記基板に前記ダミー板を積層させるダミー板積層過程と、
前記ダミー板積層過程後の前記基板に、前記ダミー板の表面からレーザ照射することにより、前記基板に貫通穴を形成するとともに前記液状介在物質に気泡を発生させる穴開け加工過程と、
前記穴開け加工過程後の前記ダミー板を、前記貫通穴が形成された前記基板から除去するダミー板除去過程と
を有する、レーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工方法において、
前記穴開け加工過程と前記ダミー板除去過程との間に、前記穴開け加工過程により発生させた前記液状介在物質の前記気泡が拡大するのを待つ気泡拡大待機過程
を更に有するレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工方法において、
前記気泡拡大待機過程において、前記液状介在物質に前記ダミー板を介して超音波を印加する
レーザ加工方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法において、
前記穴開け加工過程において、前記基板に前記貫通穴を開けるのに要する照射時間を経過した後、前記レーザ照射を一定期間継続する
レーザ加工方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法において、
前記基板は、ガラス基板またはシリコン基板である
レーザ加工方法。
【請求項６】
貫通穴が形成された基板の製造方法であって、
前記基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質の層が形成されるように前記基板に前記ダミー板を積層させるダミー板積層過程と、
前記ダミー板積層過程後の前記基板に、前記ダミー板の表面からレーザ照射することにより、前記基板に貫通穴を形成するとともに前記液状介在物質に気泡を発生させる穴開け加工過程と、
前記穴開け加工過程後の前記ダミー板を、前記貫通穴が形成された前記基板から除去するダミー板除去過程と
を有する、貫通穴が形成された基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法および貫通穴が形成された基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ照射により基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法としては、基板の欠けや基板への溶融物の付着を抑制するために、基板に介在物質を介してダミー板を積層する過程と、ダミー板の上からレーザ照射して穴を加工する過程と、ダミー板を除去する過程とを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００８−５２３５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のレーザ加工方法では、レーザ照射による穴開け加工過程が完了した後に、基板からダミー板を除去しづらいという問題が生じる。そこで、例えば、特許文献１では、ダミー板の除去を容易にするために、レーザ照射により粘着力が低下する粘着剤を介在物質として、基板にダミー板を積層したり、ダミー板除去過程前に介在物質を溶解したりしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のレーザ加工方法は、工程が煩雑である上、穴開け加工過程におけるレーザ照射により発生する温度上昇の影響で、ダミー板、基板、粘着剤における粘着剤が変質して、粘着力低下用のレーザ照射を経ても粘着力が十分に低下しないという課題があった。また、粘着剤が溶解しきれず、ダミー板除去過程において、基板が破損してしまうという課題があった。
【０００６】
このように、ダミー板と基板を、介在物質を介して積層してからレーザ照射により穴加工し、その後ダミー板を除去するレーザ加工方法において、熱影響の大きなレーザを用いる場合に、ダミー板及び介在物質の加工対象物からの除去が困難で、除去過程が煩雑になったり、基板が破損したりするという課題があった。
【０００７】
特に、基板がガラスやシリコンなどの脆性材料である場合に、ダミー板の除去過程における基板の破損が問題となる。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法において、レーザ照射熱による基板の破損を抑制するとともに、レーザ照射による貫通穴が形成された基板からダミー板を容易に除去することができるレーザ加工方法および貫通穴が形成された基板の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るレーザ加工方法は、基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法において、基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質の層が形成されるように基板にダミー板を積層させるダミー板積層過程と、ダミー板積層過程後の基板に、ダミー板の表面からレーザ照射することにより、基板に貫通穴を形成するとともに液状介在物質に気泡を発生させる穴開け加工過程と、穴開け加工過程後のダミー板を、貫通穴が形成された基板から除去するダミー板除去過程とを有するものである。
【００１０】
また、この発明に係る貫通穴が形成された基板の製造方法は、基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質の層が形成されるように基板にダミー板を積層させるダミー板積層過程と、ダミー板積層過程後の基板に、ダミー板の表面からレーザ照射することにより、基板に貫通穴を形成するとともに液状介在物質に気泡を発生させる穴開け加工過程と、穴開け加工過程後のダミー板を、貫通穴が形成された基板から除去するダミー板除去過程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法において、基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質の層が形成されるようにして、レーザ照射の際に液状介在物質内に気泡が発生して基板とダミー板との結合力が低減するようにしている。この結果、レーザ照射熱による基板の破損を抑制するとともに、レーザ照射による貫通穴が形成された基板からダミー板を容易に除去することができるレーザ加工方法および貫通穴が形成された基板の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１におけるダミー板積層過程を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態１における穴開け加工過程を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるレーザ照射による穴開け加工のイメージ図である。
【図６】本発明の実施の形態１における気泡拡大待機過程を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明におけるレーザ加工方法および貫通穴が形成された基板の製造方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工方法のフローチャートである。図１では、基板１に液状介在物質２を介在させてダミー板３を積層するダミー板３の積層過程（Ｓ１）の後に、レーザ照射による穴開け加工過程（Ｓ２）を実施する。そして、気泡拡大待機過程（Ｓ３）を実施し、最後に、基板１からダミー板３を除去するダミー板除去過程（Ｓ４）を実施する。ここで、レーザ照射による穴開け加工過程（Ｓ２）においては、ダミー板３及び基板１に貫通穴４（図３参照）を形成すると同時に、液状介在物質２内に気泡５を発生させている。
【００１５】
本実施の形態１が大きな効果を発揮するのは、基板１の材料がガラスやシリコンなどの脆性材料である場合である。すなわち、レーザ照射による穴開け加工がレーザ照射によって照射対象に発生する温度上昇を原理とするような、いわゆる、熱加工、熱アブレーション加工の場合である。
【００１６】
本実施の形態１では、基板１の材料がガラスであり、レーザ光源がＣＯ２レーザ（波長９．３μｍまたは、１０．６μｍ）である場合について述べるが、基板１の材料は、必ずしもガラスに限定されるものではない。例えば、シリコン等の半導体であってもよい。
【００１７】
レーザ照射による穴開け加工は、熱加工と、分子結合を直接切断する加工とに分類される。後者は、光子エネルギーが高い（波長の短い）紫外線レーザや、パルス幅が短くてレーザ電場が高い超短パルスレーザでのみ可能である。一方、波長が可視領域、赤外領域でレーザパルス幅が概ね１０−９秒以上のレーザを用いたレーザ加工は、熱加工とされる。また、波長が９．３μｍまたは１０．６μｍで、パルス幅が１００ナノ秒以上であるＣＯ２レーザを用いた穴開けも熱加工である。
【００１８】
基板１のレーザ穴開けにおいては、生産性及び加工品質を両立することが求められる。量産適用を見通せる生産性の目安は、数１００穴／秒から１，０００穴／秒である。パルスＣＯ２レーザは、高い平均出力を発生することが可能であり、ＣＯ２レーザを適用することで、高い生産性を期待できる。
【００１９】
一方で、ＣＯ２レーザによる加工は、上述したように熱加工であることから、ＣＯ２レーザを用いて基板１に穴開け加工を実施すると、基板１に形成した穴の周囲に熱影響が発生するという問題がある。ここでの熱影響とは、具体的には、穴周囲への溶融物の付着や穴周囲の変形、クラックの発生である。レーザパルス幅を短くすることで、熱影響を低減することは可能であるが、熱加工である以上、完全に熱影響を抑制することは困難である。
【００２０】
また、レーザ発振器６としてパルスＣＯ２レーザを用いた場合、出力が高く高加工速度が期待できるものの、波長が約１０μｍと長くφ５０μｍより小さいビームに集光することが困難である。
【００２１】
そこで、本実施の形態１では、図１に示すように、ダミー板積層過程において、ダミー板３を積層してから穴開け加工過程を実施するようにしている。この結果として、下記のような２つの効果が得られる。
【００２２】
まず、第１に、レーザ集光径より小さい径の加工穴を得ることが出来る。これは、レーザによる加工穴は、一般的に照射側の穴径が大きく、その反対側の穴径が小さいテーパー状であるためである。ダミー板３を積層してから穴開け加工を実施することで、ダミー板３に挟まれた基板１においては、集光径より小さい加工穴を得ることが出来、ＣＯ２レーザを用いてもφ４０μｍ以下の加工穴が得られる。
【００２３】
第２に、基板１の表面での熱影響を低減できる。これは、穴周囲への溶融物の付着や穴周囲の変形、クラックの発生といった熱影響は、レーザ入射部すなわちダミー板３の最表面で最も顕著になるためである。
【００２４】
更に、本実施の形態１では、ダミー板３と基板１との間の介在物質として液状介在物質２を用いる点を技術的特徴として有している。そして、図１に示すように、気泡拡大待機過程において、加工動作中に液状介在物質２に発生する気泡５を成長させてから、ダミー板３を除去することで、ダミー板３の基板１からの除去を容易化出来るようにしている。この結果、ダミー板除去過程の簡便化、高歩留まり化が可能である。
【００２５】
特に、パルスＣＯ２レーザを用いる場合は、熱影響が大きく、介在物質が熱変性を起こしてダミー板３の基板１からの除去が困難になる。更に、基板１がガラスなどの脆性材料である場合も、ダミー板３の除去過程で基板１が破損しやすいため、効果が大きい。
【００２６】
以下、図１の各過程について、図２以降の図面に基づいて、詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態１におけるダミー板積層過程を示す概念図である。図２（ａ）は、断面図を示し、図２（ｂ）は、上面図を示す。
【００２７】
図２では、基板１の表面及び裏面に、液状介在物質２を介在させてダミー板３が積層されている。ここで、表面とは、本過程のあとのレーザ照射による穴開け加工過程において、レーザを照射する側の面であり、裏面とは、表面とは反対側の面である。裏面の加工品質を問わない場合には、ダミー板３を積層するのは、基板１の表側のみでよい。基板１は、厚みが５０μｍ〜５００μｍのガラス板であり、具体的には石英、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどである。液状介在物質２としては、水や界面活性剤水溶液を用いることが出来る。
【００２８】
ダミー板３の材質としては、ガラスや金属などを用いることが出来る。また、ダミー板３は、ＣＯ２レーザの波長において吸収係数が高いことが求められるが、一方で、融点が高く、加工閾値が高い物質が望ましい。ダミー板３として、加工閾値が低い、例えば、ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を用いると、穴開け加工過程において、大きな穴が開き、ダミー板３積層による基板１上に形成される加工穴の加工品質を向上させる効果が減ぜられてしまう。
【００２９】
また、ダミー板３の厚みについては、厚くすると、基板１での熱影響を抑制する効果を比較的大きくすることが可能であるが、一方で、後の穴開け加工過程にて貫通穴４を形成するためのレーザのパルス数が増加して、加工速度が低下してしまう。そこで、ダミー板３の厚みは、基板１の０．５倍から２．０倍までとすると、熱影響抑制効果と加工速度のバランスが良い。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１における穴開け加工過程を示す概念図である。図３（ａ）は、断面図を示し、図３（ｂ）は、上面図を示す。また、図４は、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略構成図である。以下、図３、図４を用いて、レーザ照射による穴開け加工過程について説明する。
【００３１】
図３では、基板１の表面側からパルスＣＯ２レーザを照射している。この結果、表面側のダミー板３、基板１、裏面側のダミー板３という順序で貫通穴４が形成される。このとき、液状介在物質２に形成された貫通穴４には気泡５が発生する。
【００３２】
ここで、レーザを照射するレーザ加工装置は、図４に示すように、レーザ発振器６、加工光学系７、マスク８、ガルバノスキャナー９、および加工レンズ１０を備えて構成される。
【００３３】
レーザ発振器６としては、本実施の形態１で示すパルスＣＯ２レーザ発振器の他に、エキシマーレーザや固体レーザなど、ガラス板に吸収のある他のパルスレーザを用いる場合でも、同様の効果が得られる。レーザ発振器６の繰り返し周波数は、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚである。
【００３４】
レーザ発振器６が発生するレーザビームは、加工光学系７によりビーム径及び発散角度が調整される。調整されたレーザビームは、マスク８に照射される。マスク８には、略円形の開口が形成されており、レーザビームの一部が開口を透過して円形に整形される。マスク８を透過したレーザビームは、ガルバノスキャナー９で反射され、加工レンズ１０により加工対象１１に集光される。
【００３５】
このとき、マスク８を加工レンズ１０により加工対象１１上に縮小転写する配置とすることで、安定な加工穴形状が得られる。例えば、マスク８の開口径がφ１．０ｍｍで縮小転写倍率が１／２０倍の場合には、加工対象１１上でのビーム径は、１．０×１／２０＝０．０５ｍｍ、すなわち、φ５０μｍとなる。ここで、加工対象１１とは、本実施の形態１においては、ダミー板積層過程後の基板１である。
【００３６】
ガルバノスキャナー９を高速に回動することで、加工対象１１上のレーザビームの位置を高速に位置決めすることが出来る。ガルバノスキャナー９によるレーザビームの位置決め速度は、数１０００穴／秒に達する。
【００３７】
加工対象１１は、加工テーブル１２上に設置される。加工テーブル１２は、ステッピングモータやリニアモータなどを用いた二軸の移動機構により、広範囲（基板サイズとして、例えば、６００ｍｍ×５００ｍｍ）で移動可能であり、スキャンエリアと呼ばれるガルバノスキャナー９と加工レンズ１０によるレーザビーム位置決め可能範囲（通常、２００ｍｍ以内程度）より広範囲の領域に、レーザ加工を実施することが可能である。
【００３８】
すなわち、１００ｍｍのスキャンエリアのガルバノスキャナー９及び加工レンズ１０を用いて、６００ｍｍ×５００ｍｍの加工対象１１の全面を加工するときには、１００ｍｍのスキャンエリア内の加工を、ガルバノスキャナー９を回動して、高速ビーム位置決めによって加工する。次に、加工テーブル１２を１００ｍｍ移動する。そして、１００ｍｍ移動した先で、先ほどと同様に、高速ビーム位置決めにより、１００ｍｍの領域を加工する。続いて、加工テーブル１２を１００ｍｍ移動する。上記を繰り返すことによって、加工対象１１の全面を加工可能である。加工対象１１によっても異なるが、高速ビーム位置決めによるレーザ加工は、数１００穴／秒から数１０００穴／秒の加工速度を実現可能である。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態１におけるレーザ照射による穴開け加工のイメージ図である。レーザ照射により、ダミー板３及び基板１に貫通穴４が形成される。波長が１０μｍと長いＣＯ２レーザを用いた加工機において、加工対象１１上に転写されるレーザ径がφ５０μｍ〜１００μｍ程度の場合には、最小のビーム径となるのは、転写像が得られる場所である。
【００４０】
レーザビームａは、空気中ではこれより小さくなることは無いが、図５において矢印で示したように、加工穴１３の側面を反射しながら加工が進展する。この結果、加工穴１３は、掘り進むにつれて細くなり、テーパー形状となる。この加工穴１３がテーパー状になる現象は、本実施の形態１におけるダミー板３及び基板１でも同様に起きる。従って、表側のダミー板３に形成された加工穴１３より、基板１に形成された加工穴１３は、細径となる。
【００４１】
そこで、本実施の形態１における加工穴１３の形成過程においては、ダミー板３の表面側の面上において、マスク８の転写像が得られるように調整する。上述したように、転写像が得られる場所でレーザビーム径は最小となるので、結果的に、マスク８の転写像をダミー板３の最表面に形成することで、基板１に最小の穴を形成することが可能である。
【００４２】
貫通穴４の形成には、レーザビームを複数のパルスとして照射することが必要である。貫通穴４が形成された瞬間に、貫通穴４を通じてダミー板３の外側の大気が液状介在物質２に導入され、液状介在物質２に気泡５が発生する。貫通穴４が形成される際には、表面から順に貫通穴４が形成されるので、表面側のダミー板３→基板１→裏面側のダミー板３という順序で貫通穴４が形成される。
【００４３】
よって、ある貫通穴４に照射するレーザパルスの時間間隔が大きすぎると、表面側ダミー板３と基板１との間の液状介在物質２に発生した気泡５が大きくなりすぎて、基板１に貫通穴４を形成する際の熱影響抑制効果や、小さい加工穴１３を得られる効果が減ぜられてしまう。発明者の実験では、レーザパルスの時間間隔が１ｍ秒以下の時には、効果が減ぜられる問題は発生しなかった。
【００４４】
図６は、本発明の実施の形態１における気泡拡大待機過程を示す概念図である。図６（ａ）は、断面図を示し、図６（ｂ）は、上面図を示す。穴開け加工過程において液状介在物質２内に発生した気泡５は、時間の経過とともに拡大する。気泡５の拡大は、貫通穴４のピッチに依存するが、数秒から数十秒で、隣接する貫通穴４で発生した気泡５が連結する。気泡５同士が連結し出すと、気泡５の連結および拡大は、急激に進展し、気泡５の連結がほぼ完了すると、気泡５の拡大は、ほぼ止まる。
【００４５】
気泡５の拡大が進展した状態において、例えば、吸着パッドを用いてダミー板３や基板１を保持しつつ相対的に移動させることにより、気泡５が十分であるため、基板１からダミー板３をスムーズに除去することが可能である。
【００４６】
以上のように、実施の形態１によれば、基板に介在物質を介してダミー板を積層させ、ダミー板の表面からレーザ照射して基板に貫通穴を開けるレーザ加工方法において、基板とダミー板の間に介在物質としての液状介在物質の層が形成されるようにして、レーザ照射の際に液状介在物質内に気泡が発生して基板とダミー板との結合力が低減するようにしている。
【００４７】
この結果、基板が脆性材料である場合でも、また、穴開け加工過程でのレーザ照射による温度上昇が著しい場合でも、レーザ照射熱による基板の破損を抑制するとともに、レーザ照射による貫通穴が形成された基板からダミー板を容易に除去することができる。
【００４８】
実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１における穴開け加工過程において、基板１に貫通穴４が形成された後も、レーザ照射を一定期間継続することにより、液状介在物質２内の気泡５を更に成長させて、レーザ照射後のダミー板３を更に除去し易くする方法について説明する。
【００４９】
本実施の形態２では、先の実施の形態１と穴開け加工過程のみが異なるため、穴開け加工過程についてのみ説明する。
【００５０】
先の実施の形態１においては、穴開け加工過程において、貫通穴４の形成の間におけるレーザ照射によって、気泡５を発生させていた。しかしながら、これにより、気泡５が十分に発生する場合もあるが、加工条件や加工対象１１、加工穴１３の径によっては気泡５の発生が十分ではなく、その後の気泡拡大待機過程においても、十分に気泡５が拡大しないことがある。
【００５１】
そこで、本実施の形態２では、気泡５の発生を確実にするため、貫通穴４を形成した後にもレーザパルスを照射し続けるようにしている。例えば、レーザビームを３パルス照射した時に、レーザ照射による加工穴１３が貫通した場合、４パルス、５パルス目のレーザパルスを同じ貫通穴４に照射することで、気泡５の発生を顕著にすることが出来る。
【００５２】
以上のように、実施の形態２によれば、確実に気泡を発生させて、レーザ照射後のダミー板を更に容易に除去することができる。
【００５３】
実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態１における気泡拡大待機過程において、液状介在物質２にダミー板３を介して超音波を印加することにより、液状介在物質２内の気泡５の成長を早めて、気泡拡大待機過程の時間を短縮する方法について説明する。
【００５４】
本実施の形態３では、先の実施の形態１と気泡拡大待機過程のみが異なるため、気泡拡大待機過程についてのみ説明する。
【００５５】
先の実施の形態１においては、気泡拡大待機過程において、気泡５の拡大のため、待機時間を設けた。しかしながら、加工条件や加工対象１１、加工穴１３の径によっては、気泡拡大待機過程において、十分に気泡５が拡大しないことがある。
【００５６】
そこで、本実施の形態３では、気泡５の拡大を確実にするため、加工後にダミー板３の基板１上から超音波振動子を当てて液状介在物質２に超音波を印加するようにしている。このように、液状介在物質２を微小に振動させることで、貫通穴４を通じて液状介在物質２がダミー板３の外側に排出され、気泡５が成長しやすくなる。
【００５７】
以上のように、実施の形態３によれば、気泡の面積の広がりを促進することが出来、生産性を向上することが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１  基板、２  液状介在物質、３  ダミー板、４  貫通穴、５  気泡、６  レーザ発振器、７  加工光学系、８  マスク、９  ガルバノスキャナー、１０  加工レンズ、１１  加工対象、１２  加工テーブル、１３  加工穴、ａ  レーザビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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