(57)【要約】【課題】被覆層に、短時間で、下地部材にほとんど影響を与えることなく、穴を開ける。【解決手段】第１の材料からなる表層部を有する下地部材と、下地部材の表面上に配置され、第１の材料とは異なる第２の材料で形成された被覆層とを含む加工対象物を準備する。被覆層を透過し、下地部材の表面で反射し、反射位置の被覆層を下地部材から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、被覆層表面にビームスポットを形成させて、加工対象物に入射させ、被覆層に穴を形成する。パルスレーザビームは、ビームスポットがそのサイズであるときに、穴を形成することのできるフルエンスのしきい値以上のフルエンスで入射する。【選択図】　　　図１
2004074181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の材料からなる表層部を有する第１の下地部材と、該第１の下地部材の表面上に配置され、該第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第１の被覆層とを含む第１の加工対象物を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の被覆層を透過し、前記第１の下地部材の表面で反射し、反射位置の該第１の被覆層を該第１の下地部材から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、該第１の被覆層の表面における１パルス当たりのフルエンスと該第１の被覆層表面に形成されるビームスポットのスポットサイズとを変化させて、前記第１の被覆層表面の複数の位置に入射させ、前記第１の被覆層に穴を形成することができるフルエンスしきい値と、スポットサイズとの関係を求める工程と、
（ｃ）前記第１の材料からなる表層部を有する第２の下地部材と、該第２の下地部材の表面上に配置され、前記第２の材料で形成され、前記第１の被覆層と同じ厚さを有する第２の被覆層とを含む第２の加工対象物を準備する工程と、
（ｄ）前記第２の加工対象物の前記第２の被覆層に入射させるパルスレーザビームの、前記第２の被覆層表面に形成されるビームスポットのスポットサイズを決定する工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で求められたフルエンスしきい値とスポットサイズとの関係から、前記工程（ｄ）で決定されたスポットサイズで穴開け加工する場合のフルエンスしきい値を求める工程と、
（ｆ）前記第２の被覆層表面におけるビームスポットが、前記工程（ｄ）で決定されたスポットサイズになり、１パルス当たりのフルエンスが、前記工程（ｅ）で求められたフルエンスしきい値以上になる条件で、前記第２の加工対象物に前記第２の被覆層表面から前記パルスレーザビームを入射させ、前記第２の被覆層を前記第２の下地部材から剥離させて穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項２】
少なくとも一部に金属製の表層部を有する下地部材と、該下地部材の表面上に配置され、エポキシ樹脂で形成された被覆層とを含む加工対象物を準備する工程と、
前記被覆層を透過し、前記下地部材の表面で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、前記加工対象物に前記被覆層表面から入射させ、前記被覆層を前記下地部材から剥離させて穴を形成する工程であって、前記パルスレーザビームを、該被覆層の表面における１パルス当たりのフルエンスが、０．５Ｊ／ｃｍ２以上となる条件で、前記被覆層表面に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項３】
少なくとも一部に金属製の表層部を有する下地部材と、該下地部材の表面上に配置され、シアネート樹脂で形成された被覆層とを含む加工対象物を準備する工程と、
前記被覆層を透過し、前記下地部材の表面で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、前記加工対象物に前記被覆層表面から入射させ、前記被覆層を前記下地部材から剥離させて穴を形成する工程であって、前記パルスレーザビームを、該被覆層の表面における１パルス当たりのフルエンスが、０．３Ｊ／ｃｍ２以上となる条件で、前記被覆層表面に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆層を有する加工対象物にレーザビームを照射し、被覆層に穴を開けるレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属層上に形成された樹脂層に、紫外線の波長領域のパルスレーザビームを集光し、穴を開ける方法が知られている。この方法によると、紫外レーザビームのエネルギによって樹脂層がアブレーションされることにより穴開け加工が行われる。アブレーションにより所望の深さの穴あけを行うためには、一箇所に複数ショットのパルスレーザビームを照射しなければならない。また、樹脂層の下の金属層も紫外領域の光をある程度吸収するため、パルスレーザビームを過剰に照射すると、金属層の一部が溶融したり、樹脂の残滓やフィラーを巻き込む場合がある。樹脂層がアブレーションされ金属層がアブレーションされない大きさに、レーザビームのフルエンスを設定しておくと、下地の金属層にほとんどダメージを与えることなく、樹脂層に貫通孔を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アブレーション加工で大面積の穴を開けようとすると、厚さ５０μｍの樹脂層に直径５０μｍ程度の穴を開けるのでも１００ショット前後のパルスレーザビームが必要となり、加工速度が遅くなる。また、紫外パルスレーザビームを用いたアブレーション加工で大きな穴を形成したい場合には、大きなパルスエネルギを取ることができないため、小さなビームをらせん状に振り（トレパニング）、穴開け加工を行う。この場合、１つの穴開けに、非常に多くのショット数のパルスレーザビームが必要となる。
【０００４】
本発明の目的は、加工対象物の下地部材表面に形成された被覆層に、短時間で、下地部材にほとんど影響を与えることなく、穴を開けることのできるレーザ加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）第１の材料からなる表層部を有する第１の下地部材と、該第１の下地部材の表面上に配置され、該第１の材料とは異なる第２の材料で形成された第１の被覆層とを含む第１の加工対象物を準備する工程と、（ｂ）前記第１の被覆層を透過し、前記第１の下地部材の表面で反射し、反射位置の該第１の被覆層を該第１の下地部材から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、該第１の被覆層の表面における１パルス当たりのフルエンスと該第１の被覆層表面に形成されるビームスポットのスポットサイズとを変化させて、前記第１の被覆層表面の複数の位置に入射させ、前記第１の被覆層に穴を形成することができるフルエンスしきい値と、スポットサイズとの関係を求める工程と、（ｃ）前記第１の材料からなる表層部を有する第２の下地部材と、該第２の下地部材の表面上に配置され、前記第２の材料で形成され、前記第１の被覆層と同じ厚さを有する第２の被覆層とを含む第２の加工対象物を準備する工程と、（ｄ）前記第２の加工対象物の前記第２の被覆層に入射させるパルスレーザビームの、前記第２の被覆層表面に形成されるビームスポットのスポットサイズを決定する工程と、（ｅ）前記工程（ｂ）で求められたフルエンスしきい値とスポットサイズとの関係から、前記工程（ｄ）で決定されたスポットサイズで穴開け加工する場合のフルエンスしきい値を求める工程と、（ｆ）前記第２の被覆層表面におけるビームスポットが、前記工程（ｄ）で決定されたスポットサイズになり、１パルス当たりのフルエンスが、前記工程（ｅ）で求められたフルエンスしきい値以上になる条件で、前記第２の加工対象物に前記第２の被覆層表面から前記パルスレーザビームを入射させ、前記第２の被覆層を前記第２の下地部材から剥離させて穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００６】
このレーザ加工方法によると、短時間で、下地部材にほとんど影響を与えることなく、被覆層に穴を形成することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１がパルスレーザビームを出射する。パルスレーザビームは、アイリス２により、ビーム断面形状を、たとえば円形に整形され、集光レンズ３に入射する。集光レンズ３は、レーザビームを加工対象物である基板６上に集光する。集光レンズ３から出射したレーザビームは、折り返しミラー４で反射され、基板６に入射する。基板６は、ＸＹステージ５の可動面上に保持されている。ＸＹステージ５により基板６を移動させ、基板６に入射するパルスレーザビームの入射位置を変えることができる。
【０００８】
レーザ光源１として、波長１０４７ｎｍ、パルス幅２０ｎｓのＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器を用いた。集光レンズ２として、焦点距離５０〜４００ｍｍの種々の平凸レンズを用いた。基板６の表面上でビームスポット径が最小になるように、集光レンズ２と基板６との間の距離が調節される。
【０００９】
図２は、アイリス２により、円形に整形されたレーザビームの断面における１パルス当たりのフルエンスを示す概略的なグラフである。パルスレーザビームは、一般に、空間的にガウシアンの強度分布を示し、断面の中央部分でフルエンスが高く、周辺に向かうにつれてフルエンスが低くなる。アイリス２により、フルエンスの低い部分を遮光されたレーザビームが、基板６に入射する。
【００１０】
図３（Ａ）は基板６の断面を示す概略図である。
【００１１】
たとえばガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂で形成された支持部材１２、たとえば銅で形成された金属層１１、たとえばエポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０がこの順に下から積層されている。樹脂被覆層１０の厚みは、たとえば３０〜６０μｍ、金属層１１の厚みは、たとえば６〜２０μｍである。
【００１２】
樹脂被覆層１０は、誘電体材料で形成されている。誘電体材料の例としては、エポキシ樹脂の他、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＢＴレジン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などがある。
【００１３】
金属層１１は、金属材料で形成されている。金属材料の例としては、銅の他、アルミニウム、金、銀、パラジューム、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、モリブデン、及びこれらの金属の合金などがある。
【００１４】
支持部材９は、支持材料（補強材料）で強化された誘電体材料で形成される。支持材料（補強材料）の例としては、ガラス繊維の他、アルミナ繊維、アラミド繊維、ケプラーなどがある。
【００１５】
樹脂被覆層１０の表面に、たとえば断面形状を円形に整形されたパルスレーザビームが入射する。パルスレーザビームの大部分は、樹脂被覆層１０に吸収されることなく透過する。また、金属層１１で大部分反射される。金属層１１に入射したパルスレーザビームは、樹脂被覆層１０と金属層１１との界面において、樹脂被覆層１０の熱分解を誘起し高圧力状態を作り出す。この圧力によって、樹脂被覆層１０の一部が金属層１１から剥離する。この現象を「リフティング現象」と呼び、「リフティング現象」を利用した加工を「リフティング加工」と呼ぶこととする。
【００１６】
図３（Ｂ）は、基板６の樹脂被覆層１０の表面から入射した１ショットのパルスレーザビームによって、樹脂被覆層１０に穴１０ａが形成された基板６の概略的な断面図である。穴１０ａは、樹脂被覆層１０の一部が金属層１１から剥離し、剥離部分が基板６から分離する（飛び出す）ことによって、形成される。たとえば、パルスレーザビームが、樹脂被覆層１０に直径２００μｍの円形のビームスポットを形成して入射すると、穴１０ａは、底面がほぼ直径２００μｍの円形であり、開口部がそれより少し大きいサイズの円形である。リフティング加工によれば、穴径が直径１ｍｍに達する穴も、１ショットのパルスレーザビームで開けることができる。
【００１７】
リフティング加工はアブレーション加工に比べ、少ないショット数で、大面積の穴開け加工を可能にする。加工時間も短縮することができる。また、金属層にほとんど影響を与えず、被覆層に穴を形成することができる。
【００１８】
リフティング加工においては、被覆層に穴を形成するのに必要なパルスレーザビームのフルエンスのしきい値が存在する。本願発明者は、このフルエンスのしきい値が、被覆層表面に入射するレーザビームの形成するビームスポットのサイズに依存することを発見した。
【００１９】
図４は、樹脂被覆層１０に入射するレーザビームのスポットサイズと、１パルスあたりのフルエンスとの関係を示すグラフである。レーザビームは、樹脂被覆層１０表面に円形のビームスポットを形成して入射した。ここでいうスポットサイズとは、その円形のビームスポットの直径のことである。また、フルエンスとは、樹脂被覆層１０表面に形成されたビームスポット内におけるフルエンスの平均のことである。横軸は、スポットサイズを単位「μｍ」で表し、縦軸は、樹脂被覆層表面におけるビームの１パルスあたりのフルエンスを単位「Ｊ／ｃｍ２」で表す。
【００２０】
白抜きの四角、及び白抜きの丸で示したのは、それぞれ、厚さ５０μｍのエポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６、及び厚さ３５μｍのシアネート樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６に、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）を１ショット照射した場合の両者の関係である。
【００２１】
エポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０の場合も、シアネート樹脂で形成された樹脂被覆層１０の場合も、穴を開けることが可能なフルエンスのしきい値は、スポットサイズが大きくなると、減少する傾向があることがわかる。スポットサイズの増加に伴い、フルエンスのしきい値は、ある一定の値に収束していくであろう。厚さ５０μｍのエポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０では、その一定の値は、約０．５Ｊ／ｃｍ２であろうと思われ、厚さ３５μｍのシアネート樹脂で形成された樹脂被覆層１０では、その一定の値は、約０．３Ｊ／ｃｍ２であろうと思われる。
【００２２】
また、グラフより、ある値より小さいスポットサイズでは、穴開け加工を行うことはできないとも考えられる。厚さ５０μｍのエポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６の場合も、厚さ３５μｍのシアネート樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６の場合も、ともに、穴開け加工が可能なスポットサイズの最低値は、約１００μｍであろうと思われ、また、スポットサイズが約１００μｍであるとき、フルエンスのしきい値は、ともに、約２．５Ｊ／ｃｍ２であろう。
【００２３】
したがって、厚さ５０μｍのエポキシ樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６に穴を開ける加工は、レーザビームのフルエンスを０．５Ｊ／ｃｍ２以上に調整して行えばよいことがわかる。また、厚さ３５μｍのシアネート樹脂で形成された樹脂被覆層１０を有する基板６に穴を開ける加工は、レーザビームのフルエンスを０．３Ｊ／ｃｍ２以上に調整して行えばよいことがわかる。
【００２４】
また、図４からわかるように、リフティング加工においては、樹脂被覆層１０表面に形成されるビームスポットのスポットサイズによって、樹脂被覆層１０に穴１０ａを形成することのできるフルエンスのしきい値が異なる。したがって、図４に示すような、スポットサイズとフルエンスとの関係（グラフ）を求めた後、以下のようにして、樹脂被覆層１０に穴１０ａを形成することができる。まず、加工を行う際のビームスポットサイズを決定する。次に、そのスポットサイズで樹脂被覆層１０に穴１０ａを開けることが可能なフルエンスのしきい値をグラフから読み取る。その上で、レーザビームを、決定されたサイズのビームスポットが形成され、かつ、しきい値以上のフルエンスとなるように、樹脂被覆層１０表面に照射する。このようにして、樹脂被覆層１０に穴１０ａを形成することができる。
【００２５】
スポットサイズとフルエンスとの関係（グラフ）を求めた基板６と同じ材料で、金属層と樹脂被覆層とが形成されており、樹脂被覆層の厚さが、基板６の樹脂被覆層１０と等しい加工対象物であれば、グラフから求められたしきい値以上のフルエンスでリフティング加工を行うことが可能である。
【００２６】
以上、本発明を実施例に沿って説明した。実施例においては、加工対象物として支持部材１２、金属層１１、樹脂被覆層１０からなる基板を考えたが、これはたとえば表層部が、銅などの金属で形成されている下地部材の表面に、たとえばエポキシ樹脂でつくられた被覆層が形成されたものであればよい。また、穴を開けるのは、エポキシ樹脂等の誘電体材料で形成された被覆層でなくてもよい。例えば、Ｔｉ：サファイアやルビー（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのレーザ波長に対して、ほぼ透明なセラミックス等の加工対象物に穴を開けることもできる。
【００２７】
更に、実施例においては、パルスレーザビームとして、パルス幅２０ｎｓのＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）を用いたが、パルスレーザビームとしては、波長が５００〜６００ｎｍであり、パルス幅が１０〜３０ｎｓであり、パルスエネルギが５０μＪ／パルス以上であるレーザビームを用いることができる。また、波長が８００〜３０００ｎｍであるレーザビームを用いることもできる。
【００２８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工対象物の下地部材表面に形成された被覆層に、少ないショット数で穴を開けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるレーザ加工方法で用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】樹脂被覆層に入射するパルスレーザビームの１パルスあたりのフルエンスを示す概略的なグラフである。
【図３】（Ａ）は、実施例によるレーザ加工方法で用いる加工対象物である基板の概略的な断面図であり、（Ｂ）は、実施例によるレーザ加工方法で穴を開けられた基板の概略的な断面図である。
【図４】樹脂被覆層に入射するパルスレーザビームのスポットサイズと、１パルスあたりのフルエンスとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　レーザ光源
２　アイリス
３　集光レンズ
４　折り返しミラー
５　ＸＹステージ
６　基板
１０　樹脂被覆層
１０ａ　穴
１１　金属層
１２　支持部材
【図１】
2004074181.tif 000003
【図２】
2004074181.tif 000004
【図３】
2004074181.tif 000005
【図４】
2004074181.tif 000006