(57)【要約】【課題】レーザ光に含まれるfθレンズ収差の影響による加工品質の低下、及び作業効率の低下を改善するものである。【解決手段】レーザ光１３に含まれる収差分のエネルギーと収差除去シート１１の吸光係数により決まる厚さ以上の厚さを有する収差除去シート１１を被加工物１２に配し加工を行うと、レーザ光１３に含まれる収差の影響により形状崩れ１４が現れてしまうが、加工後収差除去シート１１を取り除くことにより、被加工物１２の形状崩れを防止できるだけでなく、高アスペクト比が得られる。【選択図】  図１
2004202517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光によって被加工物を加工する際に生じる収差の影響を除去するために、少なくともレーザ光に含まれる収差分のエネルギーと収差除去シートの吸光係数により決まる厚さ以上の厚さを有する収差除去シート。
【請求項２】
樹脂を主成分とする請求項１記載の収差除去シート。
【請求項３】
エポキシ樹脂を主成分とする請求項２記載の収差除去シート。
【請求項４】
ポリイミド樹脂を主成分とする請求項２記載の収差除去シート。
【請求項５】
金属を主成分とする請求項１記載の収差除去シート。
【請求項６】
レーザ光によって被加工物を加工する方法であって、被加工物のレーザ光の照射面に収差除去シートを配し、上記収差除去シートを介して被加工物を加工した後、収差除去シートを取り除くレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、収差の影響を除去できる収差除去シートと、被加工物にレーザ光で加工する際に収差除去シートを用いたレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加工技術はドリルによる加工が中心であったが、近年ではレーザ技術の進歩によりレーザ光による加工が主流となっている。ドリル加工と比べレーザ加工は、レーザ光のスポット径、出力、パルス幅、パルス間隔と一穴当たりのパルス数を正確に制御できるため、希望の穴径、断面形状や深さのビアを得ることができ、良質かつ微細な加工が行えるようになった。
【０００３】
更に近年では、多層ビルドアップ基板の加工材料の多様性や生産性の向上に対応できる穴加工技術が望まており、レーザ光による加工は重要視されるようになった。
【０００４】
従来のこの種のレーザ加工方法は、レーザ光の吸光係数が異なる複数の材料層を吸光係数の大きさの順に積層することにより構成されるマスクを用意し、マスクを吸光係数が最も大きな材料層が被加工物と向き合うように配置し、マスクの吸光係数が最も小さい材料層に向かってレーザ光を照射し、マスクに穿孔を行うと同時に、穿孔を通じてレーザ光を被加工物に照射して、加工後マスクを取り除くことにより、加工穴径が微小でかつ高アスペクト比を有するスルーホールを形成していた（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、レーザアブレーション加工を行う際に発生する煤を除去するために、被加工物の表面に除去可能な被膜を形成し、加工後被膜を溶解除去していた（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７８１８１号公報（第１１項、第４図）
【特許文献２】
特開平５−１８５２６９号公報（要約、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザ加工方法では、レーザ加工装置の特性上発生する収差の影響について解決されていなかった。以下に収差の発生に関する詳細を述べる。
【０００８】
一般のレーザ発振器から出力されるレーザ光はガウス分布にほぼ等しい強度分布であるが、穴あけ加工では加工表面の形状、特に真円かどうかが問われる。
【０００９】
従って、ｆθレンズでレーザ光を集光する前にある開口径のアパーチャーを挿入して、レーザ光を真円形状に整形し、これを被加工物に照射することで穴加工形状の真円性を確保している。
【００１０】
しかし、ある開口物からレーザ光が抜け出る時に一般に回折現象が生じる。つまり、元々のレーザ光の周囲にリング状の明輪が多重に現れる。
【００１１】
この明輪はレーザ光の主成分の強度よりははるかに小さいが、吸収係数の大きい材料では特に被加工物の表面形状が崩れ、加工品質上間題となる。
【００１２】
さらに、ｆθレンズを介してレーザ光を集光すると強度分布は大きく歪み、著しい品質劣化が生じる。
【００１３】
ｆθレンズとは、様々な角度で入射されるレーザ光を全て同じ光学特性で、あるエリア内に被加工物に対して垂直に集光できる特徴を有しており、一般的なレーザ加工装置で用いられている。但し、上記エリア内の中心位置では光学特性は維持されるが、エリアの外側位置になるほど光学特性は崩れていき、強度分布としては中心位置に対して歪んだ分布となる。
【００１４】
図３は上記エリアが３０ｍｍの時の強度分布例を示しており、（ａ）は上から垂直に見下ろした等高線図であり、（ｂ）は横方向から見た断面強度分布である。尚、図３に記載の通り下方向に強度が高くなるよう表している。
【００１５】
アパーチャーによる回折光がｆθレンズを介することで波状の分布が上乗せされるのを示したのが２１であり、これが収差である。
【００１６】
通常、被加工物に加工穴を形成する場合、大きなエネルギーで照射したほうが少ないパルス数で加工完了し、加工時間の短縮が可能である。しかし、収差は、特にレーザ光の出力エネルギーに比例して影響が顕著に現れる。
【００１７】
収差による影響を図４に示す。図４は上記収差を含んだレーザ光を被加工物に照射した時の加工結果である。（ａ）は真上から見た図、（ｂ）は加工穴の断面形状を見た図である。
【００１８】
３１は被加工物３２の加工穴表面を真上から見たときの加工形状であり、３３は収差を含んだレーザ光３４の強度分布である。
【００１９】
（ａ）のように強度分布３３であるようなレーザ光３４を照射したとき、収差の部分もまた加工され被加工物３２の加工表面は真円形状にならない。さらに、（ｂ）においても収差の影響で被加工物３２の穴壁面が欠けたような形状になりアスペクト比も低くなっている。
【００２０】
上記収差の影響を回避するために、レーザ光の出力エネルギーを抑制したり、レーザ光の照射エリアを狭くしたり、質の高いレンズを使用したすることにより収差の影響を軽減していた。
【００２１】
しかし、レーザ光の出力エネルギーを抑制した時、加工表面が真円形状になりアスペクト比が高い穴形状が得られる一方で、穴加工を完了するまでのレーザ光のパルス回数が増加し、作業時間がかかるといった問題があった。
【００２２】
また、レーザ光の照射エリアを狭くした時、レーザ光の強度分布の歪みを抑制することにより収差の影響は緩和されるが、作業効率が劣る。
【００２３】
また、レーザ光の照射エリアを広くした時、作業効率が向上する一方で、レーザ光の強度分布の歪みが生じ、収差の影響が顕著に現れるようになり、加工表面が真円形状にならないことや、アスペクト比が高い穴形状が得られないといった問題が生じていた。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、少なくともレーザ光に含まれる収差分のエネルギーと収差除去シートの吸光係数により決まる厚さ以上の厚さを有する収差除去シートを設けることにより、レンズ収差を含んだレーザ光を直接照射できる。
【００２５】
またそれに伴い、レーザ光の照射エリアを拡張でき、レーザ光のエネルギーを高く保ちながら加工が行えるため、少ないパルス数で加工が完了し加工時間の短縮も可能となる。
【００２６】
更に、被加工物のレーザ光の照射面に収差除去シートを配し、上記収差除去シートを介して被加工物を加工した後、収差除去シートを取り除くレーザ加工方法を行うことにより、収差除去シートを取り除くという容易な作業で加工表面の形状崩れを防止できるだけでなく、高アスペクト比が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明の収差除去シートは、少なくともレーザ光に含まれる収差分のエネルギーと収差除去シートの吸光係数により決まる厚さ以上の厚さを有するものであり、レーザ光に含まれる収差の影響を除去でき、加工表面の形状崩れやアスペクト比の低下が解消される。
【００２８】
また、収差除去シートにおいて樹脂を主成分とすることにより、容易に樹脂をシート状にすることが可能であり、被加工物への装着、脱着が容易に行える。また低コストでの調達が可能である。
【００２９】
また、収差除去シートにおいて吸光係数の低いエポキシ樹脂を主成分とすることにより、レーザ光に含まれる収差分のエネルギーが高い場合でも収差の影響を除去できる。
【００３０】
また、収差除去シートにおいて吸光係数の高いポリイミド樹脂を主成分とすることにより、レーザ光の出力エネルギーを低くしても収差の影響を除去しながら加工を行うことができ、特に被加工物の厚さが薄い場合に効果的である。
【００３１】
また、収差除去シートにおいて金属を主成分とすることにより、樹脂を主成分とした場合と比較しシートの厚さを薄くでき、またレーザ光の出力エネルギーを高くした場合でも収差の影響を除去できる。
【００３２】
更に本発明は、被加工物のレーザ光の照射面に収差除去シートを配し、上記収差除去シートを介して被加工物を加工した後、収差除去シートを取り除くレーザ加工方法であり、レンズ収差を含んだレーザ光を被加工物の真上から照射し、レーザ光の照射エリアを広くすることができるため、加工時間の短縮が可能となる。
【００３３】
また、収差成分に影響されない加工ができるために、加工表面の形状の崩れやアスペクト比の低下が解消される。更に、レーザ光の加工エネルギーを高く保ちながら穴加工が可能となるため、少ないパルス数で加工が完了し、加工時間の短縮が可能となる。
（実施の形態例）
以下本発明の実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００３４】
図１はレーザ光による穴加工する手順を示したものである。
【００３５】
図１（ａ）は、収差除去シート１１を被加工物１２に配した時である。
【００３６】
収差除去シート１１を被加工物１２に配する際、収差除去シート１１と被加工物１２は密着している必要があり、収差除去シート１１の四隅を引っ張りながら粘着テープ等で周囲を接着する。
【００３７】
なお、収差除去シート１１と被加工物１２を密着させる他の方法としては、収差除去シート１１と被加工物１２の隙間にエポキシ樹脂等の熱硬化性物質の液体を塗布し熱硬化させたり、熱硬化性物質に代わり光硬化性物質を用い密着させる方法や、収差除去シート１１と被加工物１２を帯電させることにより電気的に密着させる方法や、加工作業中に一時的に圧力を高めることにより密着させる方法もあり、何れの方法においても穴加工したときの形状バラツキが抑えられ信頼性の高い効果が得られる。
【００３８】
図１（ｂ）は、収差除去シート１１が密着した被加工物１２をレーザ光１３により加工した時を示したものであり、１４はレーザ光１３に含まれる収差の影響による形状崩れである。
【００３９】
図１（ｃ）は、被加工物１２に密着されていた収差除去シート１１を取り除いた時を示したものである。被加工物１２に収差除去シート１１を密着する際に粘着テープ等で周囲を接着したのであれば、容易に剥がすことが可能である。
【００４０】
また、熱硬化性物質や光硬化性物質で密着したのであれば、熱や光を加えることにより剥離したり、溶剤により収差除去シート１１を溶かしてもよい。
【００４１】
以上、図１に示す手順により被加工物１２の加工表面が真円で且つ高アスペクト比な加工が可能となる。
【００４２】
また、多層ビルドアップ基板のような多層基板であるときも同様の方法により使用できる。図２は多層基板の加工手順を示したものである。
【００４３】
図２（ａ）は収差除去シート１１が密着した多層基板をレーザ光により加工した時を示したものであり、４１は加工層で４２は非加工層である。
【００４４】
図２（ｂ）は被加工物１２に密着されていた収差除去シート１１を取り除いた時を示したものであり、非加工層４２を露出させるブラインドビア加工を行ったものである。
【００４５】
次に、収差除去シート１１について詳細を述べる。
【００４６】
収差除去シート１１の主成分は樹脂あるいは金属のどちらでもよく、被加工物１２の成分に依存せず選択できる。つまり、被加工物１２が樹脂であっても金属であっても、収差除去シート１１は樹脂あるいは金属を使用できる。被加工物１２が多層ビルドアップ基板のような多層基板であるときも同様に使用できる。
【００４７】
【表１】
2004202517.tif 000003
（表１）はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、銅箔を主成分とした時のレーザ光のエネルギと収差を除去するのに必要な厚さとの関係である。レーザ光の波長は３５５ｎｍとする。
【００４８】
１パルス当たりのレーザ光のエネルギが１０μＪのときは収差の影響が充分小さいため、収差除去シート１１の必要性はない。
【００４９】
収差除去シート１１の厚さは、レーザ光に含まれる収差分のエネルギーと収差除去シート１１の吸光係数により決まる。従って、１パルス当たりのレーザ光のエネルギが増加するに従い、レーザ光に含まれる収差分のエネルギも大きくなるため、収差除去シート１１の厚さが更に必要となってくる。
【００５０】
また、吸光係数について、吸光係数が高いほど収差除去シート１１の要する厚さは薄く、吸光係数が低いほど収差除去シート１１は厚さを要する。
【００５１】
ポリイミド樹脂とエポキシ樹脂を比較したとき、ポリイミド樹脂の吸光係数はより高い。この特性より、ポリイミド樹脂を主成分とした収差除去シート１１は、ポリイミドの吸光係数の高いという特性から、レーザ光の出力エネルギーを低くしても収差の影響を除去しながら加工を行うことができ、特に被加工物１２の厚さが薄い場合に効果的である。
【００５２】
なお、（表１）に示されている収差除去シート１１の厚さは最小限必要な厚さであるので、それ以上の厚さを有するものであってもよい。
【００５３】
【表２】
2004202517.tif 000004
（表２）は、収差除去シート１１を使用する場合と使用しない場合の穴加工が完了するまでのショット数の比較である。レーザ光の波長は３５５ｎｍであり、収差除去シート１１は厚さ５μｍの銅箔を使用しており、被加工物１２は厚さ１５０μｍのシリコンウエハーである。
【００５４】
（表２）において、表記”×”は収差の影響を回避できず、真円形状に穴加工ができていないことを示す。（表２）より、収差除去シート１１を使用しない時、収差の影響により１パルス当たりのレーザ光の照射エネルギーを１００μＪ以下にする必要があるのに対して、収差除去シート１１を使用した時、高エネルギーによる加工が可能であることが示されている。
【００５５】
従って、収差除去シート１１を使用せずに照射エネルギーを１００μＪとした場合と収差除去シート１１を使用し照射エネルギーを４００μＪとした場合を比較すると、収差除去シート１１を使用することによりパルスのショット数は４分の１にまで減少していることが確認できる。また、収差除去シート１１を使用し照射エネルギーを４００μＪ以上とした場合、１ショットでの加工が可能であり作業時間の大幅な短縮効果がある。
【００５６】
【表３】
2004202517.tif 000005
（表３）は、（表２）の収差除去シート１１を使用した時のショット数による基板全体の加工時間に関する実験結果を示したものである。
【００５７】
レーザ光の波長は３５５ｎｍ、被加工物１２はシリコンウエハー、収差除去シート１１は５μｍの銅箔であり、５００ｍｍ×３００ｍｍの基板に対して計４８０００穴を加工するものとする。
【００５８】
スキャンエリアが１５ｍｍのとき、収差除去シート１１を用いない従来からの方法では、基板全体の加工時間が最短でも１５５ｓｅｃを要していた。しかし、収差除去シート１１により１５５ｓｅｃ要していた加工時間は１４１ｓｅｃまで短縮できる。
【００５９】
さらに、収差除去シート１１を使用しない時、レーザ光の強度分布の歪みを生じることにより収差の影響が顕著に現れ、加工の仕上がりに問題が生じるためにスキャンエリアを３０ｍｍに拡充することはできなかったが、収差除去シート１１の効果により収差影響が排除されスキャンエリアが３０ｍｍに拡大可能となった。
【００６０】
その結果、１４１ｓｅｃ要していた加工時間は７６ｓｅｃまで短縮でき、収差除去シート１１を使用することにより加工時間が半減していることが分かる。
【００６１】
以上から、収差除去シート１１を使用することにより、１パルス当たりのレーザ光の照射エネルギーを大きくすることができ、照射エネルギーの増大に伴い穴明け加工に要するパルスのショット数と穴加工時間が改善される。
【００６２】
また、穴加工後、被加工物１２の上に配置した収差除去シート１１を取り除くことにより、加工表面の真円形状の崩れやアスペクト比の低下が解消される。
【００６３】
なお、穴加工において真円形状の加工以外にも任意の形状の加工において適用可能である。例えば、基板上に連続した線を加工する場合に利用でき、シリコンウエハーに溝を掘って切断や割断する場合や基板の銅線パターンを切断して絶縁させるなどの用途に用いることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００６５】
収差除去シートを用いたレーザ光による穴加工方法を行うことにより、レンズ収差を含んだレーザ光を上から照射し、レーザ光の照射エリアを広くすることができるため、加工時間の短縮が可能となる。また、収差除去シートを取り除くことにより収差成分のない加工ができるために、加工表面の真円形状の崩れやアスペクト比の低下が解消される。更に、レーザ光の加工エネルギーを高く保ちながら穴加工が可能となるため、少ないパルス数で加工が完了し、加工時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態におけるレーザ加工方法の工程図
【図２】（ａ）・（ｂ）本発明の実施の形態における多層回路基板のブラインドビアの工程図
【図３】（ａ）・（ｂ）ｆθレンズによる収差例の説明図
【図４】（ａ）・（ｂ）収差を含むレーザ光で加工した時の結果を示す説明図
【符号の説明】
１１  収差除去シート
１２  被加工物
１３  レーザ光
１４  収差成分による加工の影響
２１  回折光とｆθレンズによる収差成分
３１  被加工物表面の収差成分を含んだ加工形状
３２  収差成分を含んだ強度分布
４１  導体層（加工層）
４２  導体層（非加工層）
【図１】
2004202517.tif 000006
【図２】
2004202517.tif 000007
【図３】
2004202517.tif 000008
【図４】
2004202517.tif 000009