(57)【要約】【課題】レーザを用いて貫通孔を精度よく形成する。【解決手段】被加工基板１を、保持台３に保持する。保持された被加工基板１へレーザ光Ｌ１を照射することにより、被加工基板１の表面１ａから裏面１ｂにわたる貫通孔４を形成する。続けて、形成した貫通孔４を通過するレーザ光Ｌ１を、被加工基板１の裏面１ｂから離れた位置で反射させ、該反射光Ｌ２を貫通孔４及び該貫通孔４の周囲に戻す。そして、その戻した反射光Ｌ２で貫通孔４の断面形状を整形する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被加工基板を、保持台に保持する工程と、
（ｂ）保持された被加工基板へレーザ光を照射することにより、該被加工基板の表面から裏面にわたる貫通孔を形成する工程と、
（ｃ）形成した貫通孔を通過する前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射させ、該反射光を前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻す工程とを有するレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）では、前記レーザ光を反射させる位置と、前記被加工基板の裏面との間の距離を、１ｍｍ以下とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）では、前記被加工基板の表面から裏面までの間に前記レーザ光の焦点を合わせ、
前記工程（ｃ）では、前記レーザ光が前記焦点の位置を通過した後、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射されて、再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻されるまでの経路長を、当該レーザ光が焦点スポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さ以下とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）が、透過孔を有するマスクの該透過孔を通過したレーザ光を、該透過孔が前記被加工基板の表面から裏面までの間の結像位置に結像するように、前記被加工基板へ照射する工程を含み、
前記工程（ｃ）では、前記レーザ光が前記結像位置を通過した後、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射されて、再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻されるまでの経路長を、当該レーザ光の焦点深度以下とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）では、前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で散乱させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
被加工基板の表面へレーザ光を照射するレーザ光学系と、
前記レーザ光学系からのレーザ光によって前記被加工基板に形成された貫通孔を通過する当該レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で前記貫通孔側へ反射させる基板保持手段と
を備えるレーザ加工装置。
【請求項７】
前記基板保持手段が、
前記レーザ光を反射する反射プレートと、
前記反射プレートと前記被加工基板との間に配置され、前記レーザ光を透過させる透過プレートと
を含む請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記透過プレートの厚みが、１ｍｍ以下とされている請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記レーザ光学系は、当該レーザ光の焦点を、前記被加工基板の表面から裏面までの間に合わせる集光手段を含み、
前記レーザ光が前記焦点の位置を通過した後、前記反射プレートで反射されて再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻るまでの経路長が、当該レーザ光が焦点スポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さ以下とされている請求項７又は８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザ光学系は、透過孔を有するマスクの該透過孔を通過したレーザ光を、該透過孔が前記被加工基板の表面から裏面までの間の結像位置に結像するように、前記被加工基板へ照射する集光手段を含み、
前記レーザ光が前記結像位置を通過した後、前記反射プレートで反射されて再び前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻るまでの経路長が、当該レーザ光の焦点深度以下とされている請求項７又は８に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板等の被加工基板に貫通孔を形成するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被加工基板に貫通孔を形成するレーザ加工装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、パルス発振型のレーザ発振器を備えたものがある。該装置では、レーザ発振器から出射したパルスレーザ光が、ミラーやレンズ等によって導かれ、加工台上に保持された被加工基板の表面へ照射される。これにより、被加工基板におけるレーザ光が照射された部分が蒸発する（アブレーション）。所定のパルス周波数で、被加工基板に複数ショットのレーザパルスを照射することにより、被加工基板には、その表面から裏面にわたる貫通孔が形成される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２４５０７１号公報（第２−４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
被加工基板に形成される貫通孔には、その基板表面側の開口径（トップ径）と、基板裏面側の開口径（ボトム径）とをほぼ等しくすることが望まれる場合がある。ところが、この要求を満たすのは困難である。通常、貫通孔の断面形状は、トップ径よりもボトム径の方が小さいテーパ状になってしまう。
【０００５】
また、レーザ光を用いて貫通孔を形成する場合には、被加工基板を保持するチャックプレートに傷がついてしまうことがある。例えば、貫通孔を形成した後に、過剰なレーザ光がチャックプレートに直接照射されてしまうと、該チャックプレートに加工傷が発生する。また、被加工基板が銅等の金属層を含む場合には、レーザ光によって溶融された金属がチャックプレートに付着することがある。その付着物を除去するときにチャックプレートに傷がついてしまうことがある。
【０００６】
本発明の目的は、レーザを用いて側面の切り立った貫通孔を形成する技術を提供することにある。また本発明の他の目的は、被加工基板に貫通孔を形成するにあたり、該被加工基板を保持するチャックプレート等の基板保持手段に傷が発生するのを防止する技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）被加工基板を、保持台に保持する工程と、（ｂ）保持された被加工基板へレーザ光を照射することにより、該被加工基板の表面から裏面にわたる貫通孔を形成する工程と、（ｃ）形成した貫通孔を通過する前記レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で反射させ、該反射光を前記貫通孔及び該貫通孔の周囲に戻す工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、被加工基板の表面へレーザ光を照射するレーザ光学系と、前記レーザ光学系からのレーザ光によって前記被加工基板に形成された貫通孔を通過する当該レーザ光を、前記被加工基板の裏面から離れた位置で前記貫通孔側へ反射させる基板保持手段とを備えるレーザ加工装置が提供される。前記基板保持手段は、前記レーザ光を反射する反射プレートと、前記反射プレートと前記被加工基板との間に配置され、前記レーザ光を透過させる透過プレートとを含むのが好ましい。
【０００９】
レーザ光を被加工基板の裏面から離れた位置で反射させる場合、該レーザ光は貫通孔を通過した後に回折により広がるから、当該反射光は貫通孔の周囲にも戻る。従って、その反射光を用いることにより、貫通光のボトム径を大きくする加工が可能となる。反射プレートと被加工基板との間に、レーザ光を透過させる透過プレートを介在させることにより、反射プレートと被加工基板とが直接接することを回避できる。これにより、反射プレートに傷がつくのを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実施例によるレーザ加工装置の要部構成を示す。このレーザ加工装置は、被加工基板１の表面１ａへレーザ光Ｌ１を照射するレーザ光学系２と、被加工基板１を保持する保持台３とを備える。レーザ光学系２は、レーザ光源２１と、このレーザ光源２１から出射されたレーザ光を被加工基板１の表面１ａまで導く導光部２２とを有する。
【００１１】
レーザ光源２１としては、エキシマレーザやＣＯ２レーザ等の気体レーザ、或いはＮｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザを用いることができる。
【００１２】
導光部２２は、レーザ光源２１から出射されたレーザ光をコリメートするコリメーションレンズ２２２と、コリメートされたレーザ光のビーム径を制限する透過孔を有するマスク２２４と、ビーム径の制限されたレーザ光を走査するガルバノスキャナ２２７と、走査されたレーザ光を被加工面１ａに垂直に入射させるｆθレンズ２２８とを有する。ｆθレンズ２２８によって、集光手段が構成されている。
【００１３】
また導光部２２は、レーザ光源２１とコリメーションレンズ２２２との間、コリメーションレンズ２２２とマスク２２４との間、及びマスク２２４とガルバノスキャナ２２７との間に、それぞれ折り返しミラー２２１，２２３，２２６を有する。なお、マスク２２４に代えて、ピンホールやアイリス等のビーム断面整形手段を用いることができる。
【００１４】
導光部２２では、レーザ光源２１からのレーザ光を被加工基板１の表面１ａへ導くにあたり、集光法又はマスク投影法のいずれを用いることもできる。集光法を用いる場合は、ｆθレンズ２２８と被加工基板１との間の距離を、被加工基板１の表面１ａ上でレーザ光Ｌ１のビームスポットが最小となるように、つまり被加工基板１の表面１ａ上で焦点を結ぶように調節する。レーザ光Ｌ１が焦点を結ぶ位置を焦点位置と呼ぶことにする。
【００１５】
一方、マスク投影法を用いる場合は、ｆθレンズ２２８と被加工基板１との間の距離を、被加工基板１の表面１ａ上にマスク２２４のパターン形状、即ちマスク２２４の透過孔の形状が所望の縮小率で結像されるように調節する。マスク投影法を用いる場合は、レーザ光Ｌ１のスポット形状が、マスク２２４のパターン形状に対応したものとなる。マスクパターンが所望の縮小率で結像される位置を結像位置と呼ぶことにする。
【００１６】
焦点におけるスポット径を実質的に変えずに進む光軸上の範囲を表す長さとは、スポット径の観点からいえば、焦点におけるスポット径をｄ０としたとき、スポット径が例えば１．０５ｄ０以下となる範囲の長さをいう。
【００１７】
図１に示すように、保持台３は、被加工基板１をチャックするチャック部（基板保持手段）３１を有する。本実施例では、チャック部３１と、このチャック部３１を二軸方向に移動可能に保持するＸＹテーブル３２とを含めて保持台３が構成されている。
【００１８】
チャック部３１は、レーザ光学系２からのレーザ光Ｌを反射する反射プレート３１１と、反射プレート３１１と被加工基板１との間に配置され、レーザ光Ｌを透過させる透過プレート３１２と、反射プレート３１１とＸＹステージ３２との間に配置された真空チャックプレート３１３とを有する。
【００１９】
反射プレート３１１は、レーザ光Ｌを反射する材料、例えばＡｌからなる。一方、透過プレート３１２は、レーザ光Ｌを透過させる材料からなる。透過プレート３１２の材料としては、特に無機系のものを好適に用いることができる。そのような材料としては、例えばガラスが挙げられる。
【００２０】
図２に示すように、真空チャックプレート３１３の中には、吸引用路３１３ｂが形成されている。吸引用路３１３ｂの一端は、図示せぬ真空ポンプに通じており、他端は真空チャックプレート３１３の表面に開口した吸引口３１３ａとされている。吸引口３１３ａは、平面視において、真空チャックプレート３１３上に複数開口している。
【００２１】
反射プレート３１１及び透過プレート３１２には、吸引口３１３ａに対応した位置にそれぞれ吸引用路３１１ａ及び３１２ａが貫通している。これら吸引用路３１１ａ及び３１２ａと、真空チャックプレート３１３の吸引用路３１３ｂとによって、全体として一つの吸引用路が構成されている。全体としての吸引用路の一端は、透過プレート３１２の表面に開口した吸引口とされている。
【００２２】
真空ポンプを稼動することにより、その吸引用路が真空引きされるから、被加工基板１の裏面１ｂが透過プレート３１２に密着する。このようにして、被加工基板１を保持する。つまり、透過プレート３１２の表面は、被加工基板１を保持する保持面とされている。
【００２３】
以上のように、真空チャックプレート３１３、反射プレート３１１、及び透過プレート３１２がこの順に積層されて、基板保持手段としてのチャック部３１が構成されている。なお、被加工基板１のチャッキング方法としては、真空チャック法に限らず、静電チャック法等を採用することもできる。
【００２４】
次に、加工対象物としての被加工基板１について説明する。図２に示すように、被加工基板１は、樹脂層１１の両面に金属層１２が形成されたいわゆる２メタル材である。樹脂層１１の厚みは、例えば２５μｍ又は５０μｍである。金属層１２の厚みは、例えば９〜１８μｍである。
【００２５】
樹脂層１１は、例えば、ポリイミド、エポキシ、フェノール、テトラフルオロエチレンポリマ、ＢＴレジン、ベンゾシクロブテン等で形成されている。金属層１２は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、パラジウム、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、モリブデン等の金属、又はこれらの合金で形成されている。
【００２６】
以下、実施例によるレーザ加工方法について説明する。まず、図１に示すように、被加工基板１を保持台３に保持させる。被加工基板１は、透過プレート３１２上に保持されるから、被加工基板１と反射プレート３１１や真空チャックプレート３１３とが直接接触することはない。従って、被加工基板１が金属層１２を含む場合にも、レーザ光Ｌ１によって溶融された金属がそれらのプレート３１１，３１３に付着してしまうのを回避できる。これにより、それらのプレート３１１，３１３に傷がつくのを防止できる。
【００２７】
次いで、レーザ光学系２から、保持された被加工基板１へレーザＬ１を照射することにより、図２に示すように、被加工基板１の表面１ａから裏面１ｂにわたる貫通孔４を形成する。具体的には、所定のパルス周波数（例えば、１０ｋＨｚ）で、被加工基板１に複数ショット（例えば、４０ショット）分の紫外パルスレーザＬ１（波長３５５ｎｍ）を照射することにより、被加工基板１に貫通孔４を形成できる。被加工基板１の表面におけるパルスレーザの１パルスあたりのフルエンスは、例えば１０Ｊ／ｃｍ２とする。
【００２８】
続けて、形成した貫通孔４に向けてレーザ光Ｌ１を照射する。すると、図２に示すように、レーザ光Ｌ１は、貫通孔４を通過した後、透過プレート３１２を透過して反射プレート３１１に入射し、反射プレート３１１の表面で再び貫通孔４側へ反射される。このようにして、貫通孔４を通過するレーザ光Ｌ１は、被加工基板１の裏面１ｂから透過プレート３１２の厚さの分だけ離れた位置で反射される。
【００２９】
図２に示すように、レーザ光Ｌ１を被加工基板１の裏面１ｂから離れた位置で反射させる場合、レーザ光Ｌ１は、貫通孔４を通過した後、反射プレート３１１に入射するまでの間に回折して広がる。そのため、図３（Ａ）に示すように、反射プレート３１１からの反射光Ｌ２は、その全てが貫通孔４を通過してしまうのではなく、貫通孔４の周囲の領域１３にも入射する。
【００３０】
従って、図３（Ｂ）に示すように、その貫通孔４の周囲の領域１３も、反射光Ｌ２によってアブレーションされる。その結果、貫通孔４が貫通した直後におけるボトム径φｂ１が、トップ径φｔよりも小さくなった場合であっても、そのボトム径φｂ１を大きくすることができる。つまり、図３（Ｃ）に示すように、ボトム径φｂ１を、トップ径φｔに近いφｂ２に拡大できる。こうして、貫通孔４の側面を被加工基板１の表面に対して垂直に近づけることができ、側面４ａの切り立った貫通孔４の形成が実現できる。また、アスペクト比（貫通孔の深さ／孔径）の高い貫通孔を精度よく形成することが実現される。
【００３１】
なお、以上説明した貫通孔４の形成加工を行ないながら、ＸＹステージ３２によって被加工基板１の位置を動かすと、被加工基板１の切断加工等も実現できる。
【００３２】
ここで、反射光Ｌ２の入射領域１３における１パルスあたりのエネルギ密度［Ｊ／ｃｍ２］は、例えば透過プレート３１２の厚さで調整できる。集光法又はマスク投影法のいずれを用いる場合であっても、透過プレート３１２の厚さを、レーザ光Ｌ１が焦点位置又は結像位置を通過した後、反射プレート３１２で反射されて再び貫通孔４及びその周囲１３に戻るまでの経路長（以下、経路長という。）が、レーザ光Ｌ１の焦点深度以下となるような値とすれば、焦点位置又は結像位置での１パルスあたりの照射面エネルギ密度に対する、反射光Ｌ２の入射領域１３における１パルスあたりのエネルギ密度の低下を最小限に抑制できるから、貫通孔４の側面の効率的な整形が可能となる。
【００３３】
具体的には、焦点位置又は結像位置を被加工基板１の表面１ａとし、レーザ光Ｌ１の焦点深度を０．２ｍｍとする場合には、被加工基板１の厚さをＴａ、透過プレート３１２の厚さをＴｂとすると、Ｔａ＋２Ｔｂの値が略０．２ｍｍ以下となる条件を選択できる。Ｔａ＝４３μｍの場合には、Ｔｂ＝０．７８５ｍｍ以下とすることにより、上記の効果を得ることができる。
【００３４】
但し、焦点位置又は結像位置は特に限定されない。焦点位置又は結像位置は、被加工基板１の表面１ａから裏面１ｂまでの間に合わせることができる。いま、焦点位置又は結像位置が、被加工基板１の裏面１ｂに合わせられているとすると、２Ｔｂの値が略０．２ｍｍ以下となる条件、即ちＴｂ＝０．１ｍｍ以下とすることにより、上記の効果を得ることができる。
【００３５】
一方、例えば、透過プレート３１２の厚さを、上記の経路長がレーザ光Ｌの焦点深度超となるような値とすれば、反射光Ｌ２の入射領域１３における１パルスあたりのエネルギ密度が、焦点位置又は結像位置における１パルスあたりの照射面エネルギ密度よりも小さくなる。
【００３６】
貫通孔４が貫通した時点、つまり図３（Ａ）の時点では、貫通孔４の周囲の領域１３は溶融状態にあるから、領域１３における１パルスあたりのエネルギ密度が、焦点位置又は結像位置における１パルスあたりの照射面エネルギ密度より小さくても、その領域１３を充分に加工できるであろう。
【００３７】
実際、上記の経路長が、レーザ光Ｌ１の焦点深度０．２ｍｍ超となるように、レーザ光Ｌ１の焦点を被加工基板１の表面１ａに合わせ、かつ透過プレート３１２として厚さ１ｍｍのガラスプレートを用いたところ、貫通孔４が貫通した時点では、トップ径が５０μｍ、ボトム径が３５μｍとなったが、反射光Ｌ２を用いた整形加工を行なうことにより、貫通孔４のボトム径を４０μｍに拡大できた。この具体例では、反射光Ｌ２のスポット径は、焦点スポット径のおよそ４倍となった。それにも拘わらず、良好な加工が実現できたことから、透過プレート３１２の厚さをレーザ光Ｌ１の焦点深度の５倍（＝１／０．２）以下とする条件は好ましいと考えられる。なお、透過プレート３１２の厚さは、被加工基板１の素材や、用いるレーザ光等によって最適な値を選択できる。
【００３８】
また、反射光Ｌ２が入射する領域１３の広さは、例えば反射プレート３１１の表面粗さによっても調節できる。例えば、反射プレート３１１の表面を粗くする程、反射光Ｌ２は散乱するから、反射光Ｌ２が入射する領域１３は広くなる。これにより、広範な領域の再加工が可能となる。この意味で、一実施例では、反射プレート３１１の表面をレーザ光Ｌ２が散乱しうる程度に粗くする。
【００３９】
一方、反射プレート３１１の表面を鏡面に近づける程、反射光Ｌ２が入射する領域１３は狭くなる。この場合は、微小領域の再加工が可能になると共に、レーザ光のパワー損失を最小限に抑えることができ、効率的な再加工が可能となる。この意味で、別の実施例では、反射プレート３１１の表面を鏡面とする。なお、反射プレート３１１の表面粗さも、被加工基板１の材質やレーザ光の特性に応じて最適な値を選択できる。
【００４０】
図４は、さらに別の実施例によるチャック部３１まわりの構成を示す。保持手段としてのチャック部３１は、真空チャックプレート３１３と、この真空チャックプレート３１３上に積層された透過プレート３１２とで構成される。真空チャックプレート３１３が、上述した反射プレート３１１を兼ねる。レーザ光Ｌは、真空チャックプレート３１３の表面で反射される。真空チャックプレートは、反射率の高い素材、例えばＡｌで形成するのが好ましい。
【００４１】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限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自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザを用いて側面の切り立った貫通孔を形成できる。また本発明によれば、被加工基板に貫通孔を形成するにあたり、該被加工基板を保持するチャックプレート等の基板保持手段に傷が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の要部構成を示す図である。
【図２】基板保持手段としてのチャック部周りを拡大して示した断面図である。
【図３】貫通孔の断面形状を整形する様子を示す模式図である。
【図４】レーザ加工装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  被加工基板
２  レーザ光学系
３  保持台
３１  チャック部（基板保持手段）
３１１  反射プレート
３１２  透過プレート
【図１】
2004322173.tif 000003
【図２】
2004322173.tif 000004
【図３】
2004322173.tif 000005
【図４】
2004322173.tif 000006