(57)【要約】【課題】  パルスレーザ光のショット数や照射面におけるパルスエネルギ密度等が過大になった場合でも、ビアホールの形状が悪化してしまうことを防止する。【解決手段】  樹脂層３の上に、樹脂層３よりもパルスレーザ光の照射によって除去されにくい銅層４が積層された構造を有し、銅層４には、銅層４を貫通して底部に樹脂層３が露出した窓穴４ａが形成されている多層基板Ｗを準備する。銅層４の表面に、パルスレーザ光を、その照射スポットが窓穴４ａの開口を内包し、かつ照射スポットの直径が、窓穴４ａの開口の直径をＤとしたときに、Ｄ以上、Ｄ＋２５μｍ以下となる条件で入射させる。【選択図】  図１
2005193278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の層の上に、該第１の層よりもパルスレーザ光の照射によって除去されにくい第２の層が積層された構造を有し、前記第２の層には該第２の層を貫通して底部に前記第１の層の表面を露出させた窓穴が形成されている多層基板を準備する工程と、
（ｂ）前記第２の層の表面に、前記パルスレーザ光を、その照射スポットが前記窓穴の開口を内包し、かつ該照射スポットの直径が、前記窓穴の開口の直径をＤとしたときに、Ｄ以上、Ｄ＋２５μｍ以下となる条件で入射させる工程と
を含むレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）では、前記第２の層の表面に想定した仮想平面上において、前記開口の縁の位置の光強度が、該開口の中心の位置の光強度の５０％以下となった光強度分布を有する条件で、前記パルスレーザ光を入射させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
（ａ）第１の層の上に、該第１の層よりもパルスレーザ光の照射によって除去されにくい第２の層が積層された構造を有し、前記第２の層には該第２の層を貫通して底部に前記第１の層の表面を露出させた窓穴が形成されている多層基板を準備する工程と、
（ｂ）前記第２の層の表面に、前記パルスレーザ光を、その照射スポットが前記窓穴の開口を内包し、かつ前記第２の層の表面に想定した仮想平面上において前記開口の縁の位置の光強度が該開口の中心の位置の光強度の５０％以下となった光強度分布を有する条件で入射させる工程と
を含むレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特にコンフォーマルマスク法を用いてビアホールを形成するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンフォーマルマスク法を用いたレーザ加工方法について説明する（特許文献１等参照）。加工対象物は、コア層の上に、第１の銅層、樹脂層、及び第２の銅層がこの順に積層された構造を有する多層基板である。樹脂層には、ガラス繊維等が混入されている場合もある。最表層である第２の銅層には、予めエッチング処理等によって、この第２の銅層のみを貫通する窓穴が形成されている。窓穴の底部には、樹脂層が露出している。
【０００３】
赤外域の波長をもつパルスレーザ光を、その照射スポットが窓穴の開口を内包するように第２の銅層の表面に複数ショット入射させる。即ち、照射スポットの直径が、窓穴の開口の直径よりも大きい。具体的には、従来、照射スポットの直径は、窓穴の開口の直径をＤとしたとき、Ｄよりも大きく、Ｄ＋１００μｍ〜Ｄ＋１２５μｍ未満となるように設定している。
【０００４】
赤外域の波長をもつパルスレーザ光は、樹脂層には吸収されるが、第２の銅層の表面では略反射される。従って、窓穴の底部の樹脂層のみを選択的に掘ることができる。樹脂層が貫通すると、底部に第１の銅層を露出させたビアホールが完成する。なお、窓穴は、多層基板の面内に分布するように、第２の銅層に多数（例えば、数千〜数万個）形成されている。１つの窓穴によって１つの加工点が画定される。各加工点の位置に、ビアホールを形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７３５９０号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
各加工点の位置にビアホールを形成してゆく過程で、１加工点あたりのパルスレーザ光のショット数や、１ショットあたりの照射面におけるエネルギ密度（以下、照射面におけるパルスエネルギ密度という。）が変動して過剰になることがある。かかる場合、ビアホールの形状が悪化してしまう。また、仮にショット数や照射面におけるパルスエネルギ密度の変動を抑制できたとしても、次の理由から、ビアホールの形状が悪化してしまう問題を解決するのは難しい。
【０００７】
即ち、樹脂層の厚さには、多層基板の面内でばらつきがある。また、ガラス繊維を含む樹脂層においては、ガラス繊維の密度が多層基板の面内でばらついている。従って、１加工点あたりのショット数及び照射面におけるパルスエネルギ密度の変動を抑制しても、樹脂層が相対的に薄い部分や、ガラス繊維の密度が相対的に粗い部分においては、それらの値は設定条件では過剰である。その結果、ビアホールの形状が悪化してしまう。
【０００８】
図７(ａ)及び(ｂ)に、形状の悪化したビアホールが形成された多層基板の断面図を示す。なお、多層基板は、コア層７１の上に、第１の銅層７２、樹脂層７３、及び第２の銅層７４がこの順に積層された構造を有する。図７(ａ)では、ビアホール７５の側面から第２の銅層７４が張り出している。このようなビアホール７５をオーバハング型のビアホールと呼んでいる。図７(ｂ)では、ビアホール７６の側面が樽状に湾曲している。このようなビアホール７６を樽型のビアホールと呼んでいる。このようにビアホールの形状が悪化すると、その内面に銅をメッキして第１の銅層７２と第２の銅層７４とを導通させた際に、導通不良が発生しやすくなる。
【０００９】
本発明の目的は、パルスレーザ光のショット数や照射面におけるパルスエネルギ密度等が過剰となった場合でも、ビアホールの形状が悪化してしまうのを防止できるレーザ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】
【００１０】
本発明の一観点によれば、（ａ）第１の層の上に、該第１の層よりもパルスレーザ光の照射によって除去されにくい第２の層が積層された構造を有し、前記第２の層には該第２の層を貫通して底部に前記第１の層の表面を露出させた窓穴が形成されている多層基板を準備する工程と、（ｂ）前記第２の層の表面に、前記パルスレーザ光を、その照射スポットが前記窓穴の開口を内包し、かつ該照射スポットの直径が、前記窓穴の開口の直径をＤとしたときに、Ｄ以上、Ｄ＋２５μｍ以下となる条件で入射させる工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
窓穴の開口の直径に対するパルスレーザ光の照射スポットの直径が上記条件を満たすときには、パルスレーザ光のショット数や照射面におけるパルスエネルギ密度等が過剰となった場合でも、ビアホールの形状が悪化してしまうのを防止できることが判明した。これは主として、窓穴を通過する際に回折してビアホールの側面に回り込む回折光の強度を小さく抑えることができるためであると推定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、多層基板の一部の断面図を示す。多層基板Ｗは、コア層１の上に、第１の銅層２、樹脂層３、及び第２の銅層４がこの順に積層された構造を有する。なお、樹脂層３と第２の銅層４との積層構造には、いわゆる樹脂付き銅箔（ＲＣＣ；Resin Coated Copper）を用いた。最表層である第２の銅層４には、予めエッチング処理によって、この第２の銅層４のみを貫通する窓穴４ａを形成している。窓穴４ａの底部には、樹脂層３の表面が露出している。
【００１３】
窓穴４ａの開口の直径Ｄは、１２５μｍである。樹脂層３は、エポキシ樹脂からなり、その厚さは６０μｍである。第１の銅層２及び第２の銅層４の厚さは、ともに１８μｍである。コア層１は、ガラス繊維を含むエポキシ樹脂からなり、その厚さは０．５ｍｍ〜０．７ｍｍである。
【００１４】
図２に、レーザ加工装置の概略図を示す。炭酸ガスレーザ発振器１１が、赤外域の波長をもつパルスレーザ光を放射する。詳細には、パルスレーザ光の波長は９．４μｍである。炭酸ガスレーザ発振器１１から放射されたパルスレーザ光の光路上に、マスク１２及び集光レンズ１３がこの順に配置されている。マスク１２には貫通孔１２ａが形成されていて、その貫通孔１２ａが形成された部分だけがレーザ光の通過を許容する。即ち、マスク１２はパルスレーザ光のビーム径を制限する。ビーム径が制限されたパルスレーザ光は、集光レンズ１３を通って多層基板Ｗの表面に垂直に入射する。集光レンズ１３が、マスク１２の貫通孔１２ａを多層基板Ｗの表面に結像させる。
【００１５】
以下、このレーザ加工装置を用い、図１に示した多層基板Ｗにビアホールを形成した実験例について説明する。
【００１６】
まず、第１の実験例について説明する。図２に示したマスク１２の貫通孔１２ａの直径を３．２ｍｍ、集光レンズ１３の結像倍率を１／１５倍とする。このとき、パルスレーザ光の照射スポットの直径が約２２０μｍになる。炭酸ガスレーザ発振器１１から放射されたパルスレーザ光を、照射スポットが窓穴４ａの開口（開口径は１２５μｍ）を内包し、かつ照射面におけるパルスエネルギ密度が２１．６Ｊ／ｃｍ２になる条件で、多層基板Ｗの表面に３ショット入射させた。
【００１７】
図３に、第１の実験例よる方法でビアホールが形成された多層基板の断面を表した写真を示す。内面が凹凸状に荒れた樽型のビアホールが形成されてしまった。これは、照射面におけるパルスエネルギ密度又はショット数が過剰であったためと考えられる。このようなビアホールの内面に銅メッキを施しても、第１の銅層２と第２の銅層４とを良好に導通させることができない。
【００１８】
次に、第２の実験例について説明する。図２に示した集光レンズ１３の結像倍率は１／１５倍にしたままで、マスク１２の貫通孔１２ａの直径だけを２．０ｍｍへと小さく変更する。このとき、パルスレーザ光の照射スポットの直径が約１３５μｍになる。炭酸ガスレーザ発振器１１から放射されたパルスレーザ光を、照射スポットが窓穴４ａの開口（開口径は１２５μｍ）を内包し、かつ照射面におけるパルスエネルギ密度が２１．６Ｊ／ｃｍ２になる条件で、多層基板Ｗの表面に３ショット入射させた。
【００１９】
図４に、第２の実験例による方法でビアホールが形成された多層基板の断面を表した写真を示す。第１の実験例と比べると、照射面におけるパルスエネルギ密度及びショット数は変更していないにも拘わらず、側面が切り立ったビアホールを形成することができた。このようなビアホールによれば、内面に銅をメッキすることにより、第１の銅層２と第２の銅層４とを再現性よく導通させることができる。
【００２０】
第２の実験例による加工条件のうち、第１の実験例による加工条件と異なるのは、パルスレーザ光の照射スポットの直径を１３５μｍへと小さく変更した点だけである。このことから、形状の良好なビアホールを形成できたのは、照射スポットの直径を小さく変更したことによると考えられる。この理由は、発明者によれば次の如くではないかと推定される。
【００２１】
図５に、ビアホールが途中段階まで形成された多層基板Ｗの断面図を示す。窓穴４ａを通して樹脂層３に入射するレーザ光は、窓穴４ａの開口の縁の部分で回折する。回折光ＬＤが、穴の側面に回り込んで樹脂層３を横方向に食刻する。この回折光ＬＤが、ビアホールの形状をオーバハング型又は樽型にする要因の一つではないかと考えられる。そうすると、回折光ＬＤの強度が小さい程、ビアホールの形状の悪化を防止できるといえる。
【００２２】
曲線Ｃ１及びＣ２は、それぞれ上述した第１及び第２の実験例による加工条件の下で照射されるパルスレーザ光Ｌ１及びＬ２のビーム断面内における強度分布（以下、プロファイルという。）を示す。横軸は、第２の銅層４の表面に想定した仮想平面上におけるパルスレーザ光Ｌ１及びＬ２の径方向の位置を示す。縦軸は、光強度を示す。
【００２３】
パルスレーザ光Ｌ２の照射スポットの直径（１３５μｍ）は、集光レンズ１３の結像倍率によらずに、マスク１２の貫通孔１２ａの直径を変更することのみにより、パルスレーザ光Ｌ１の照射スポットの直径（２２０μｍ）よりも小さくした。それにも拘わらず、プロファイルＣ２は、単にプロファイルＣ１の一部を切り取ったものではなく、そのビーム径方向端部の位置の光強度が、プロファイルＣ１の同じ位置における光強度よりも低下した形状をなしている。このような現象が、発明者によって確認されている。
【００２４】
例えば、パルスレーザ光Ｌ２の、窓穴１４ａの開口の縁の位置における光強度Ｐ２が、パルスレーザ光Ｌ１の同じ位置における光強度Ｐ１よりも小さくなっている。この窓穴１４ａの開口の縁の位置における光強度が小さい程、回折光ＬＤの強度も小さくなる。従って、第２の実験例では、パルスレーザ光Ｌ２の照射スポット径を、パルスレーザ光Ｌ１の照射スポット径よりも小さく変更したことにより、回折光ＬＤの強度を小さく抑えることができたから、ビアホールの形状悪化を防止できたのではないかと考えられる。
【００２５】
図６は、照射面におけるパルスエネルギ密度を１２Ｊ／ｃｍ２に変更した以外は、第２の実験例による加工条件と同一の加工条件下でビアホールを形成した多層基板の断面を表した写真である。穴底側が狭まったテーパ状の側面をもつビアホールを形成することができた。このようなビアホールによれば、その内面に銅をメッキすることにより、第１の銅層２と第２の銅層４とを良好に導通させることができる。
【００２６】
この結果から、窓穴４ａの開口の直径が１２５μｍの場合には、集光レンズ１３の結像倍率を１／１５倍とし、マスク１２の貫通孔１２ａの直径を２．０ｍｍとすることにより照射スポットの直径を約１３５μｍに設定し、かつ照射面におけるパルスエネルギ密度がショット間平均で約１２Ｊ／ｃｍ２、１穴あたりのショット数を３ショットに設定した加工条件（以下、最適加工条件という。）が好ましいことが判った。
【００２７】
この最適加工条件によれば、仮に照射面におけるパルスエネルギ密度が変動して１．８倍の２１．６Ｊ／ｃｍ２に増大したとしても、図４で示したようにビアホールの形状悪化を防止できる。また、図示しないが、最適加工条件によれば、１穴あたりのショット数を、３ショットから５〜６ショットに増大させても、図４に示したビアホールと略同じ形状のビアホールを形成できることが確認されている。
【００２８】
なお、パルスレーザ光の照射スポットの直径は、マスク１２の貫通孔１２ａの直径を変えるのではなく、集光レンズ１３の結像倍率を変えることによっても縮小できる。例えばガウス分布等の、ビーム径方向端部に近づくに従って光強度が低下したプロファイルをもつパルスレーザ光であれば、その照射スポットを縮小することによって、縮小前よりも窓穴４ａの開口の縁の位置における光強度を低下させ得る。従って、パルスレーザ光の照射スポットを縮小することによってもビアホールの形状悪化を防止し得ると考えられる。
【００２９】
但し、集光レンズ１３の結像倍率によって照射スポットを縮小する場合には、照射面におけるパルスエネルギ密度が増大する。照射面におけるパルスエネルギ密度は変更せずに、照射スポットの直径だけを縮小するためには、例えば光強度減衰器（例えばアッテネータ等）を用いてパルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギを調整するとよい。この点、集光レンズ１３の結像倍率は変えずに、マスク１２の貫通孔１２ａの直径を変えることのみによって、照射スポットの直径を小さくする場合には、その変更の前後で照射面におけるパルスエネルギ密度の変化量を小さくすることができる利点がある。
【００３０】
以上説明してきた知見に基づいてさらなる実験を重ねた結果、発明者は、少なくとも窓孔４ａの開口の直径が１００μｍ以上、１５０μｍ以下の場合には、パルスレーザ光の照射スポットの直径を、窓穴４ａの開口の直径をＤとしたときに、Ｄ以上、Ｄ＋２５μｍ以下となるように設定するのが好ましいということを見出した。また、パルスレーザ光は、第２の銅層４の表面に想定した仮想平面上において、窓穴４ａの開口の縁の位置における光強度が、窓穴４ａの開口の中心の位置の光強度の５０％以下となったプロファイルをもつのが好ましいということを見出した。
【００３１】
このような加工条件によれば、１穴あたりのショット数や照射面におけるパルスエネルギ密度が過剰になっても、ビアホールの形状悪化を防止できる。また、樹脂層３が相対的に薄い部分においてもビアホールの形状悪化を防止できる。また、樹脂層３がガラス繊維を含む場合にも、そのガラス繊維の密度が相対的に粗い部分おいてビアホールの形状悪化を防止できる。
【００３２】
ところで、コンフォーマルマスク法を用いたビアホール形成加工の利点は、レーザ光の照射スポットが窓穴４ａの開口を内包してさえいれば、仮に照射スポットの中心が窓穴４ａの開口の中心から多少ずれていたとしても、ビアホールの形成位置がそのずれの影響をうけない点にある。照射スポットの中心位置の、窓穴４ａの開口の中心位置からのずれ量の許容範囲は、レーザ光の照射スポット径が大きい程大きい。本実施例のように、窓穴４ａの開口径に対する照射スポット径を従来よりも小さく変更する場合には、その分だけずれ量の許容範囲が小さくなることになる。
【００３３】
レーザ光の照射スポットが、窓穴４ａの開口全体を内包しないときに、ずれ量が許容範囲を超えたことになる。このような大きなずれをもたらす原因として考えられているのは、照射スポットの位置を加工点間で移動させる走査器の走査精度よりも、むしろ加工の途中で多層基板Ｗが熱膨張してしまうことである。多層基板Ｗが熱膨張すると、加工点の位置が、その加工点に対するレーザ光の照射予定位置からずれてしまう。なお、加工点とは、窓穴４ａによって画定される点をいう。
【００３４】
そこで、照射スポット径を従来よりも小さく変更する場合には次の方法を採用するとよい。即ち、多数（例えば、数千〜数万個）の加工点が画定された多層基板の表面を複数の単位領域に分割する。例えば平面視において５００ｍｍ×５００ｍｍの四角形の多層基板であれば、各々が一辺１５０ｍｍ〜２００ｍｍの四角形状の複数の単位領域に分割するとよい。そして、単位領域ごとに、位置合わせ用の基準点を少なくとも一つ定めるようにする。基準点としては、その単位領域内に配置された加工点から選択される任意の一つの加工点を採用する。
【００３５】
ビアホールを形成する過程で、単位領域ごとに、その単位領域内の基準点に対するパルスレーザ光の照射予定位置と、その基準点の実際の位置とのずれ量を求め、求めたずれ量が小さくなるように多層基板の位置を補正する。これにより、照射スポットの直径を従来よりも小さくしても、照射スポットが窓穴の開口から外れてしまうことを防止できる。
【００３６】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。加工に用いるパルスレーザ光の波長は特に９．４μｍに限られない。例えば、９μｍ以上、１１μｍ以下の範囲の波長を有するパルスレーザ光を用いてもよい。また、樹脂層３が、ガラス繊維、フィラその他の混入物を含んでいてもよい。具体的には、樹脂層３として、ガラス繊維を含んだ強化プラスチックや、フィラを含んだ複合プラスチック等を用いてよい。また、パルスレーザ光の照射スポットを加工点間で移動させる走査器としてのガルバノスキャナを、マスク１２と集光レンズ１３の間の光路上に配置してもよい。集光レンズ１３としては、例えばｆθレンズを用いることができる。この他、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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】レーザ加工の対象となる多層基板の断面図である。
【図２】レーザ加工を行うレーザ加工装置の概略図である。
【図３】実験例によるレーザ加工方法でビアホールを形成した多層基板の断面を表した写真である。
【図４】他の実験例によるレーザ加工方法でビアホールを形成した多層基板の断面を表した写真である。
【図５】多層基板の表面におけるパルスレーザ光のプロファイルを示す線図である。
【図６】さらに他の実験例によるレーザ加工方法でビアホールを形成した多層基板の断面を表した写真である。
【図７】形状の悪化したビアホールが形成された多層基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  コア層
２  第１の銅層
３  樹脂層（第１の層）
４  第２の銅層（第２の層）
４ａ  窓穴
１１  炭酸ガスレーザ発振器
１２  マスク
１２ａ  貫通孔
１３  集光レンズ
Ｗ  多層基板
Ｌ１、Ｌ２  パルスレーザ光
ＬＤ  回折光
Ｃ１、Ｃ２  プロファイル（光強度分布）
【図１】
2005193278.tif 000003
【図２】
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【図７】
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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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