(57)【要約】  レーザ加工方法は、積層体であるワーク（９）に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程を含む。積層体であるワーク（９）は、表面に金属層である銅箔（１１）を有しかつ樹脂層（１３）を含む。レーザ加工方法は、積層体であるワーク（９）に第２のレーザビームを照射して第２の穴を形成する第２の工程を含む。第２の穴は、第１の穴を包含する領域に形成される。第２の穴の径は、第１の穴の径より拡張されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、
前記積層体に第２のレーザビームを照射して、前記第１の穴を包含する領域に前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の穴の径は、前記第２の穴の径の７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、
前記第１のレーザビームよりビーム断面が拡大された第２のレーザビームを、前記第１の穴を包含する領域に照射して、前記積層体に第２の穴を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記積層体における前記第１のレーザビームのビーム径は、前記積層体における前記第２のレーザビームのビーム径の７０％以下であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記積層体に照射する前記第１のレーザビームのエネルギー密度と、前記積層体に照射する前記第２のレーザビームのエネルギー密度とが同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第１のレーザビームは、マスクに形成された第１の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、マスクに形成され前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記積層体から前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置にある前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、第１の穴の形成のための前記レーザビームである第１のレーザビームを前記積層体へ入射させ、かつ、前記第１の穴を包含する領域に前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を形成するための前記レーザビームである第２のレーザビームを前記積層体へ入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、第１のビーム径の前記レーザビームである第１のレーザビームを前記積層体へ入射させ、かつ、前記第１のレーザビームが照射された領域を含む領域に第１のビーム径より大きい第２のビーム径の前記レーザビームである第２のレーザビームを入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを透過可能な第１の透過領域と、前記レーザビームを透過可能であり前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域とを有するマスクと、
前記マスクにて整形された前記レーザビームの像を前記積層体に転写する転写光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記第１の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第２の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを収束する集光光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置へ移動させた前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームの照射により被加工物を加工するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂層と金属層とを積層させた積層体における穴の形成に、レーザビームの照射による穴あけ加工が適用されることがある。被加工物である積層体にレーザビームを照射して、積層体の上層である金属層と、金属層の下の樹脂層とを貫く穴が形成される。上層と下層との金属層の間に樹脂層が設けられている積層体では、上層の金属層からの穴あけ加工により、下層の金属層を露出させる穴が形成される。上層と下層との金属層の間の樹脂層の中に内層である金属層が設けられている積層体では、上層の金属層からの穴あけ加工により、内層の金属層を露出させる穴が形成される。【０００３】
特許文献１には、金属層である銅箔と樹脂層との積層体の穴あけ加工における樹脂層からの銅箔の剥離を低減するために、パルスのピークパワーが１０ｋＷ未満であり、かつ紫外光であるパルスレーザビームを照射する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂層からの金属層の剥離は、金属層のうちレーザビームが照射されている部分が飛散するより前に金属層の下の樹脂層が気化し膨張することで、金属層が下から押し上げられることによって生じる。特許文献１の技術のようにレーザビームのパワーおよび波長が設定されている場合においても、樹脂層の膨張による金属層の剥離は生じることがある。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属層と樹脂層とを含む積層体の加工における金属層の剥離を低減可能とするレーザ加工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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工方法は、表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、積層体に第２のレーザビームを照射して、第１の穴を包含する領域に第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を形成する第２の工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるレーザ加工方法は、金属層と樹脂層とを含む積層体の加工における金属層の剥離を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の構成を示す図
【図２】図１に示すレーザ加工装置による加工前のワークの上面図
【図３】図１に示すレーザ加工装置による加工前のワークの断面図
【図４】図１に示すレーザ加工装置による加工後のワークの上面図
【図５】図１に示すレーザ加工装置による加工後のワークの断面図
【図６】図１に示すマスクによるレーザビームの径の調節について説明する図
【図７】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図８】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図９】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図１０】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図１１】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図１２】実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図
【図１３】実施の形態の比較例において形成された穴の平面図
【図１４】実施の形態にかかるレーザ加工方法より形成された穴の平面図
【図１５】実施の形態にかかるレーザ加工方法の手順を示すフローチャート
【図１６】図１に示す制御器のハードウェア構成の例を示すブロック図
【図１７】実施の形態の変形例にかかるレーザ加工装置によるレーザビームの径の調節について説明する図
【図１８】実施の形態にかかるレーザ加工方法により形成される第１の穴および第２の穴の径と、穴の加工による銅箔の剥離の発生確率との関係の例を示す図
【図１９】図７から図１２に示す第１のレーザビームと第２のレーザビームとのエネルギー密度について説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置１の構成を示す図である。レーザ加工装置１は、レーザビームの照射により、被加工物であるワーク９への穴あけ加工を行う。ワーク９は、表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の板である。
【００１２】
図１において、Ｘ軸とＹ軸とは、水平方向に平行、かつ互いに垂直な２軸とする。Ｚ軸は、鉛直方向に平行、かつＸ軸とＹ軸とに垂直な軸とする。ワーク９は、ステージ８にて、Ｘ軸とＹ軸とに平行な面に載置される。なお、Ｚ軸方向のうち、図中矢印で示す方向をプラスＺ方向、矢印で示した方向とは逆の方向をマイナスＺ方向と称することがある。プラスＺ方向は、鉛直上方向である。マイナスＺ方向は、鉛直下方向である。
【００１３】
レーザ加工装置１は、パルスレーザ発振によりレーザビームＬを出力するレーザ発振器２と、レーザビームＬを平行化するコリメータレンズ３と、レーザビームＬを透過させる透過領域を有し、透過領域の周囲にてレーザビームＬを遮蔽するマスク４とを備える。
【００１４】
実施の形態において、レーザ発振器２は、赤外光を出力するＣＯ２レーザである。レーザ発振器２から発振されるレーザビームＬの波長は、１０．６μｍとする。レーザ発振器２は、１０．６μｍ以外の波長の赤外光を出力する赤外線（Infrared，ＩＲ）レーザ、あるいは紫外光を出力する紫外線（UltraViolet，ＵＶ）レーザであっても良い。レーザ発振器２は、発振されるレーザビームＬのエネルギーを変化させることにより、ワーク９に照射するレーザビームＬのエネルギーを調節する。マスク４では、コリメータレンズ３で平行化されたレーザビームＬの断面が整形される。
【００１５】
また、レーザ加工装置１は、レーザビームＬを偏向させるガルバノスキャナ５，６と、レーザビームＬを収束する集光光学系であるｆθレンズ７とを備える。ガルバノスキャナ５は、レーザビームＬを反射する反射面の回転により、ワーク９上におけるレーザビームＬの入射位置をＸ軸方向において変化させる。ガルバノスキャナ６は、レーザビームＬを反射する反射面の回転により、ワーク９上におけるレーザビームＬの入射位置をＹ軸方向において変化させる。レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６により、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいてレーザビームＬを変位させる。
【００１６】
ｆθレンズ７は、ｆθレンズ７の焦点距離ｆにガルバノスキャナ５，６の偏向角θを掛け合せたｆθの位置にて、レーザビームＬを収束させる。また、ｆθレンズ７は、マスク４にて整形されたレーザビームＬの像をワーク９へ転写する転写光学系でもある。なお、転写光学系は、ｆθレンズ７以外のレンズであっても良く、複数のレンズを備えていても良い。ガルバノスキャナ５，６とｆθレンズ７とは、加工ヘッドに設けられていても良い。図１では、加工ヘッドの図示を省略している。
【００１７】
レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６のうちの一方のみを備えるものであっても良い。また、レーザ加工装置１は、ガルバノスキャナ５，６以外の構成部品を用いて、レーザビームＬを変位させても良い。レーザビームＬの変位には、ガルバノスキャナ５，６に代えて、音響光学効果を利用して光を偏向させる音響光学偏向器（Acousto-Optic  Deflector，ＡＯＤ）、あるいは電気光学効果を利用して光を偏向させる電気光学偏向器（Electro-Optic  Deflector，ＥＯＤ）が用いられても良い。
【００１８】
制御器１０は、レーザ加工装置１の全体を制御する。制御器１０は、レーザ発振器２のレーザ発振と、マスク４の動作と、ガルバノスキャナ５，６の駆動とを制御する。
【００１９】
ステージ８は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との一方、あるいはＸ軸方向とＹ軸方向との双方へ移動可能であっても良い。また、加工ヘッドは、Ｘ軸方向とＹ軸方向との一方、あるいはＸ軸方向とＹ軸方向との双方へ移動可能であっても良い。レーザ加工装置１は、制御器１０によるガルバノスキャナ５，６の駆動の制御とともに、ステージ８と加工ヘッドとの一方あるいは双方の移動を制御することにより、ワーク９におけるレーザビームＬの入射位置を変化させても良い。
【００２０】
次に、レーザ加工装置１によるワーク９の加工について説明する。図２は、図１に示すレーザ加工装置１による加工前のワーク９の上面図である。図３は、図１に示すレーザ加工装置１による加工前のワーク９の断面図である。図４は、図１に示すレーザ加工装置１による加工後のワーク９の上面図である。図５は、図１に示すレーザ加工装置１による加工後のワーク９の断面図である。ここでは、図２から図５に示すワーク９は、図１に示すステージ８に載置されているものとする。図２と図４には、プラスＺ方向側におけるワーク９の上面を示している。図３と図５には、Ｘ軸とＺ軸とに平行な断面を示している。
【００２１】
積層体の板であるワーク９は、積層体の上層である銅箔１１と、積層体の下層である銅箔１２と、金属層である２つの銅箔１１，１２の間に設けられた樹脂層１３とを備える。樹脂層１３と銅箔１１，１２とは、銅箔１１，１２のうち樹脂層１３側の面に形成された凹凸を樹脂層１３へめり込ませることにより、互いに接合されている。この他、樹脂層１３と銅箔１１，１２とは、接着剤により互いに接合されていても良い。図２から図５では、銅箔１１，１２の凹凸および接着剤の図示を省略している。
【００２２】
レーザ加工装置１は、ワーク９のうち銅箔１１が形成されている側の表面にレーザビームＬを照射する。レーザ加工装置１は、図５に示すように、銅箔１１と樹脂層１３とを貫くとともに銅箔１２を底面とする穴１４をワーク９に形成する。図４に示す上面図において、穴１４は円形をなしている。レーザ加工装置１は、下層の銅箔１２を露出させる穴あけ加工を行う。
【００２３】
レーザ加工装置１による穴あけ加工の対象とされる積層体は、上層と下層との間の樹脂層の中に設けられた内層である金属層を含むものであっても良い。レーザ加工装置１は、下層である金属層を露出させる穴あけ加工のほか、内層である金属層を露出させる穴あけ加工を行っても良い。内層である金属層は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において部分的に設けられたものであっても良い。
【００２４】
図６は、図１に示すマスク４によるレーザビームＬの径の調節について説明する図である。マスク４には、第１の透過領域１５と、第１の透過領域１５より大きい第２の透過領域１６とが設けられ、透過領域以外の領域が遮光領域とされている。
【００２５】
マスク４は、第１の透過領域１５の中心位置をレーザビームＬの中心Ｃに一致させた状態と、第２の透過領域１６の中心位置をレーザビームＬの中心Ｃに一致させた状態とに変化する。マスク４の移動あるいは回転により、レーザビームＬの光路上に配置される第１の透過領域１５と第２の透過領域１６との入れ換えが行われる。制御器１０は、マスク４の移動あるいは回転を制御する。
【００２６】
第１のレーザビームＬ１は、第１の透過領域１５を透過してｆθレンズ７を通過したレーザビームＬである。ｆθレンズ７は、マスク４の第１の透過領域１５の像をワーク９に転写する。第２のレーザビームＬ２は、第２の透過領域１６を透過してｆθレンズ７を通過したレーザビームＬである。ｆθレンズ７は、マスク４の第２の透過領域１６の像をワーク９に転写する。図１に示すレーザ発振器２とマスク４と転写光学系であるｆθレンズ７とは、ワーク９へ進行させる第１のレーザビームＬ１と第２のレーザビームＬ２とを出射するレーザビーム出射部の機能を果たす。第２のレーザビームＬ２のビーム断面は、第１のレーザビームＬ１のビーム断面より拡大されている。ワーク９上における第２のレーザビームＬ２の径である第２のビーム径ＤＢ２は、ワーク９上における第１のレーザビームＬ１の径である第１のビーム径ＤＢ１より大きく、ＤＢ１＜ＤＢ２の関係が成り立つ。
【００２７】
実施の形態にかかるレーザ加工方法では、第２のレーザビームＬ２の照射により所望の径の穴を形成するより前に、第１のレーザビームＬ１の照射により、所望の径より小さい径の穴を形成する。
【００２８】
次に、図７から図１２を参照して、実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する。実施の形態にかかるレーザ加工方法は、第１のレーザビームＬ１の照射により第１の穴を形成する第１の工程と、第１の穴を包含する領域への第２のレーザビームＬ２の照射により第２の穴を形成する第２の工程とを含む。
【００２９】
図７から図１２は、実施の形態にかかるレーザ加工方法について説明する図である。図７から図１２には、ワーク９のうちＸ軸とＺ軸とに平行な断面を示している。
【００３０】
図７および図８に示す工程では、ワーク９のうち銅箔１１側の上面に、第１のビーム径ＤＢ１の第１のレーザビームＬ１を照射する。第１のレーザビームＬ１の照射により銅箔１１が昇温する。銅箔１１には、昇温によって溶融状態となった部分３１が生じる。また、銅箔１１から伝わる熱を受けて、樹脂層１３が昇温する。銅箔１１の溶融状態となった部分３１の下には、樹脂層１３の溶融状態となった部分３２が生じる。
【００３１】
樹脂の沸点が銅の沸点より低いことから、図８に示すように、溶融状態となった銅が飛散するより前に、樹脂の蒸気３３が樹脂層１３に発生する。そして、図９に示すように、ワーク９の外へ蒸気３３が放出されるとともに、溶融状態となった銅が飛散して、第１の穴１７が形成される。
【００３２】
このように、レーザ加工装置１は、図７から図９までの第１の工程により、銅箔１１を貫いて樹脂層１３まで掘り下げられた第１の穴１７をワーク９に形成する。レーザ加工装置１は、第１の工程により、所望の穴径より小さい径ＤＡ１の第１の穴１７を形成する。
【００３３】
次に、図１０および図１１に示す工程では、ワーク９の上面のうち第１の穴１７を包含する領域に、第２のビーム径ＤＢ２の第２のレーザビームＬ２を照射する。第１のレーザビームＬ１が照射された領域を含む領域に、第１のレーザビームＬ１よりビーム断面が拡大された第２のレーザビームＬ２を入射させる。銅箔１１のうち第１の穴１７の周囲には、第２のレーザビームＬ２の照射によって溶融状態となった部分３１が生じる。また、樹脂層１３のうち第１の穴１７の周囲には、第１の穴１７への第２のレーザビームＬ２の照射によって溶融状態となった部分３２が生じる。そして、図１２に示すように、第１の穴１７からワーク９の外へ蒸気３３が放出されるとともに、溶融状態となった銅が飛散して、第２の穴１８が形成される。
【００３４】
このようにして、レーザ加工装置１は、図１０から図１２までの第２の工程により、ワーク９に第２のレーザビームＬ２を照射して、第１の穴１７を包含する領域に第２の穴１８を形成する。第２の穴１８の径ＤＡ２は、第１の穴１７の径ＤＡ１より拡張されており、ＤＡ１＜ＤＡ２の関係が成り立つ。レーザ加工装置１は、第２の工程により、所望の穴径である径ＤＡ２の第２の穴１８を形成する。
【００３５】
さらに、レーザ加工装置１は、第２の工程の後の追加工程により、樹脂層１３の加工閾値より高く、かつ銅箔１１，１２の加工閾値より低いパワーのレーザビームＬを、第２の穴１８に照射する。加工閾値は、被加工物の加工に要するパワーの閾値である。レーザビームＬの照射により、レーザ加工装置１は、第２の穴１８に続けて、銅箔１２に到達するまで樹脂層１３を掘り下げる加工を施して、図４および図５に示す穴１４を形成する。これにより、レーザ加工装置１は、所望とする径ＤＡ２の穴１４をワーク９に形成する。
【００３６】
積層体の穴あけ加工では、銅箔１１へレーザビームＬを照射したときに、蒸気３３の発生により樹脂層１３が急激に膨張することにより、溶融状態の銅の飛散に要する力より強い力が生じることがある。この場合に、溶融状態となった銅のみならず、銅箔１１のうち溶融状態となった銅の周囲の部分までも押し上げられることがある。また、銅の溶融が不十分なうちに樹脂層１３が急激に膨張する場合もあり得る。樹脂層１３の急激な膨張による衝撃を銅箔１１が受けることによって、樹脂層１３から銅箔１１が剥離することがある。銅箔１１の剥離は、樹脂層１３と銅箔１１との接合が弱い場合に生じ易くなる。銅箔１１に形成された凹凸を樹脂層１３へめり込ませることにより樹脂層１３へ銅箔１１が接合されている場合は、銅箔１１が薄いほど凹凸の高低差が小さくなるため、銅箔１１と樹脂層１３との接合が弱くなり易い。
【００３７】
実施の形態では、第２の工程より前に、第１の工程にて第１の穴１７を形成しておくことで、第２の工程にて発生した蒸気３３は、第１の穴１７へ放出される。蒸気３３は、第１の穴１７を通ってワーク９の外へ放出される。第１の穴１７へ蒸気３３を放出させることで、樹脂層１３の膨張によって銅箔１１が受ける衝撃を和らげることができる。これにより、第２の穴１８を形成する際における銅箔１１の剥離を低減できる。レーザ加工装置１は、図４および図５に示す穴１４の形成のための穴あけ加工による銅箔１１の剥離を低減できる。
【００３８】
なお、実施の形態の第１の工程において第１の穴１７が形成された段階では、第１の穴１７の周囲に、樹脂層１３からの銅箔１１の剥離が生じていても良い。第１の穴１７の形成後の第２の工程では、第１の穴１７の周囲における銅箔１１の剥離が生じた部分を除去することができる。このため、第２の穴１８が形成された段階では、銅箔１１の剥離が生じた部分の残存を少なくすることができる。第１の工程により形成される第１の穴１７は、樹脂層１３に到達したものに限られない。第１の工程では、銅箔１１を貫く前に第１の穴１７の加工を止めても良い。この場合も、第１の穴１７を形成しておくことで、第２の穴１８を形成する際に銅箔１１が受ける衝撃を和らげることができ、銅箔１１の剥離を低減できる。
【００３９】
図１３は、実施の形態の比較例において形成された穴３４の平面図である。図１４は、実施の形態にかかるレーザ加工方法より形成された穴１４の平面図である。図１３と図１４において、理想的な穴の形状を破線で示している。
【００４０】
図１３に示す比較例において形成された穴３４は、ワーク９のうち銅箔１１への１回のレーザビームＬの照射によって形成されたものとする。穴３４の周囲には、樹脂層１３の急激な膨張によって銅箔１１の剥離が生じている。穴３４の形状と、理想的な穴の形状とを比較すると、銅箔１１の剥離によって削り取られた部分が不規則に生じている。
【００４１】
一方、図１４に示す実施の形態において形成された穴１４は、理想的な穴の形状に近い円形をなしている。比較例の場合と比べると、穴１４の周囲における銅箔１１の剥離が低減されている。このように、実施の形態のレーザ加工方法によると、銅箔１１の剥離が低減され、理想的な形状の穴１４を得ることができる。
【００４２】
図１５は、実施の形態にかかるレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１は、レーザビーム出射部であるレーザ発振器２とマスク４とを制御器１０が制御することにより、ステップＳ１およびステップＳ２の処理を行う。
【００４３】
レーザ加工装置１は、マスク４の位置状態を、図６に示すようにレーザビームＬの中心Ｃに第１の透過領域１５の中心位置が一致する状態として、レーザ発振器２からレーザビームＬを発振させる。これにより、ステップＳ１において、レーザ加工装置１は、ワーク９に第１のレーザビームＬ１を照射して、銅箔１１を貫いて樹脂層１３まで掘り下げられた第１の穴１７を形成する。
【００４４】
次に、レーザ加工装置１は、マスク４の位置状態を、図６に示すようにレーザビームＬの中心Ｃに第２の透過領域１６の中心位置が一致する状態として、レーザ発振器２からレーザビームＬを発振させる。これにより、ステップＳ２において、レーザ加工装置１は、ワーク９のうち第１の穴１７を包含する領域に第２のレーザビームＬ２を照射して、銅箔１１と樹脂層１３とに、第１の穴１７より拡張された第２の穴１８を形成する。
【００４５】
さらに、レーザ加工装置１は、第２の穴１８の形成の後の追加工程により、銅箔１２に到達するまで樹脂層１３を掘り下げる加工を適宜施すことで、図４および図５に示す穴１４を形成する。これにより、レーザ加工装置１は、図１５に示す手順を終了する。
【００４６】
制御器１０による制御機能は、ハードウェア構成を使用して実現される。図１６は、図１に示す制御器１０のハードウェア構成の例を示すブロック図である。ハードウェア構成の１つの例は、マイクロコントローラである。制御器１０の機能は、マイクロコントローラにて解析および実行されるプログラム上で実行される。なお、制御器１０の機能の一部は、ワイヤードロジックによるハードウェア上で実行しても良い。
【００４７】
制御器１０は、各種処理を実行するプロセッサ４１と、各種処理のためのプログラムが格納されるメモリ４２とを備える。プロセッサ４１とメモリ４２とは、バス４３を介して互いに接続されている。プロセッサ４１は、ロードされたプログラムを展開して、レーザ加工装置１の制御のための各種処理を実行する。プロセッサ４１により実行される処理には、レーザ発振器２を動作させるための処理と、マスク４を動作させるための処理とが含まれる。
【００４８】
レーザ加工装置１は、マスク４を動作させることにより、レーザビームＬの径を調節するものに限られない。レーザ加工装置１は、集光光学系であるｆθレンズ７を移動させることにより、レーザビームＬの径を調節するものであっても良い。
【００４９】
図１７は、実施の形態の変形例にかかるレーザ加工装置１によるレーザビームＬの径の調節について説明する図である。変形例にかかるレーザ加工装置１は、ｆθレンズ７の光軸ＡＸに平行な方向において、ｆθレンズ７を移動させる移動機構を備える。図１７では、移動機構の図示を省略している。制御器１０は、移動機構の駆動を制御する。なお、変形例において、集光光学系は、ｆθレンズ７以外のレンズであっても良い。集光光学系は、複数のレンズを備えていても良い。移動機構は、集光光学系の１つあるいは複数のレンズを移動させるものであっても良い。変形例において、図１に示すレーザ発振器２と集光光学系であるｆθレンズ７とは、ワーク９へ進行させる第１のレーザビームＬ１と第２のレーザビームＬ２とを出射するレーザビーム出射部の機能を果たす。
【００５０】
ｆθレンズ７は、移動機構により、ワーク９から第１の距離Ｈ１の位置と、ワーク９から第２の距離Ｈ２の位置とに移動する。これにより、ｆθレンズ７は、第１のレーザビームＬ１と第２のレーザビームＬ２とを出射する。第１のレーザビームＬ１は、ワーク９から第１の距離Ｈ１の位置にあるｆθレンズ７を透過したレーザビームＬである。第２のレーザビームＬ２は、ワーク９から第２の距離Ｈ２の位置にあるｆθレンズ７を透過したレーザビームＬである。図１に示すレーザ発振器２とｆθレンズ７とは、ワーク９へ進行させる第１のレーザビームＬ１と第２のレーザビームＬ２とを出射するレーザビーム出射部の機能を果たす。
【００５１】
図１７に示す例では、第２の距離Ｈ２は、第１の距離Ｈ１より短く、Ｈ１＞Ｈ２の関係が成り立つ。ワーク９上における第２のレーザビームＬ２の径である第２のビーム径ＤＢ２は、ワーク９上における第１のレーザビームＬ１の径である第１のビーム径ＤＢ１より大きく、ＤＢ１＜ＤＢ２の関係が成り立つ。ｆθレンズ７から第１の距離Ｈ１の位置がレーザビームＬの集光位置である場合において、ワーク９から第１の距離Ｈ１の位置から、ワーク９から第２の距離Ｈ２の位置へｆθレンズ７を移動させたとする。ワーク９の位置は、レーザビームＬの集光位置よりｆθレンズ７側の位置となる。レーザビームＬは、集光位置に比べてワーク９にて拡散する。このため、第２のビーム径ＤＢ２は、第１のビーム径ＤＢ１より大きくなる。なお、集光位置は、ｆθレンズ７に平行光を入射させた場合に、ｆθレンズ７を透過した光が一点に集光する焦点位置と一致することもある。
【００５２】
第２の距離Ｈ２は、第１の距離Ｈ１より長くても良く、Ｈ１＜Ｈ２の関係が成り立つこととしても良い。ワーク９から第１の距離Ｈ１の位置から、ワーク９から第２の距離Ｈ２の位置へｆθレンズ７を移動させることで、ワーク９の位置は、レーザビームＬの集光位置よりｆθレンズ７側とは反対側の位置となる。この場合も、第２のビーム径ＤＢ２は、第１のビーム径ＤＢ１より大きく、ＤＢ１＜ＤＢ２の関係が成り立つ。
【００５３】
変形例にかかるレーザ加工装置１は、ｆθレンズ７を移動させるものに代えて、光軸ＡＸに平行な方向であるＺ軸方向においてステージ８を移動させるものであっても良い。制御器１０は、Ｚ軸方向におけるステージ８の移動を制御する。マイナスＺ方向へステージ８を移動させることで、ワーク９はｆθレンズ７から遠ざけられる。プラスＺ方向へステージ８を移動させることで、ワーク９はｆθレンズ７へ近づけられる。レーザ加工装置１は、ステージ８を移動させることで、レーザビームＬの径を調節することができる。変形例にかかるレーザ加工装置１は、マスク４によるレーザビームＬの整形を省略しても良い。
【００５４】
次に、実施の形態による加工結果の例について説明する。図１８は、実施の形態にかかるレーザ加工方法により形成される第１の穴１７および第２の穴１８の径ＤＡ１，ＤＡ２と、穴１４の加工による銅箔１１の剥離の発生確率との関係の例を示す図である。ここでは、厚さ１２μｍの銅箔１１と、厚さ５０μｍの樹脂層１３と、厚さ１２μｍの銅箔１２とを備えるワーク９の穴あけ加工の場合を例とする。
【００５５】
図１８では、第１の穴１７の径ＤＡ１を１０μｍから９０μｍまでの範囲において１０μｍごとに変化させるとともに、第２の穴１８の径ＤＡ２を一定の１００μｍとした場合における銅箔１１の剥離の発生を観察した結果を示している。また、第１の穴１７の径ＤＡ１を１００μｍとして、第２の穴１８の形成を省略して穴１４を加工した場合における銅箔１１の剥離の発生確率を併せて示している。径ＤＡ１を１００μｍとした場合とは、上述の比較例による加工の場合を表している。
【００５６】
径ＤＡ１を１００μｍとした比較例の場合には、図１８に示す関係における最高値である８３％の確率で銅箔１１の剥離が発生している。また、第１の穴１７の径ＤＡ１が９０μｍであるときと、８０μｍであるときには、第１の穴１７の形成による銅箔１１の剥離が第２の穴１８の形成後においても残存する可能性が高いことから、比較的高い４３％、８０％の確率で銅箔１１の剥離が発生している。
【００５７】
図１８に示す関係によると、第１の穴１７の径ＤＡ１が１０μｍから７０μｍである場合に、銅箔１１の剥離の発生確率が２％以下に抑えられている。かかる関係から、レーザ加工装置１は、第１の穴１７の径ＤＡ１を、第２の穴１８の径ＤＡ２の７０％以下とすることで、ワーク９への穴１４の形成による銅箔１１の剥離の発生を低減できることがわかる。ワーク９上における第１のレーザビームＬ１の径である第１のビーム径ＤＢ１は、ワーク９上における第２のレーザビームＬ２の径である第２のビーム径ＤＢ２の７０％以下とする。
【００５８】
レーザ加工装置１は、ＤＡ１≦０．７×ＤＡ２の関係が成り立つように径ＤＡ１と径ＤＡ２とが設定されることで、ワーク９の加工における銅箔１１の剥離を低減することができる。なお、レーザ加工装置１は、第１の穴１７の径ＤＡ１と第２の穴１８の径ＤＡ２には、ＤＡ１≦０．７×ＤＡ２を満足する任意の値を設定することができる。
【００５９】
図１９は、図７から図１２に示す第１のレーザビームＬ１と第２のレーザビームＬ２とのエネルギー密度について説明する図である。図１９において「穴径」は、第１のレーザビームＬ１の照射により形成される第１の穴１７の径ＤＡ１と、第２のレーザビームＬ２の照射により形成される第２の穴１８の径ＤＡ２とを示す。「エネルギー」は、ワーク９の加工点に到達する第１のレーザビームＬ１のエネルギーと、第２のレーザビームＬ２のエネルギーとを示す。「エネルギー密度」は、第１の穴１７の単位面積当たりの第１のレーザビームＬ１のエネルギーと、第２の穴１８の単位面積当たりの第２のレーザビームＬ２のエネルギーとを示す。
【００６０】
実施の形態では、ワーク９に照射する第１のレーザビームＬ１のエネルギー密度と、ワーク９に照射する第２のレーザビームＬ２のエネルギー密度とが、径ＤＡ１，ＤＡ２に関わらず同じとする。制御器１０は、ワーク９に照射する第１のレーザビームＬ１のエネルギー密度と、ワーク９に照射する第２のレーザビームＬ２のエネルギー密度とが一定となるように、レーザ発振器２から発振されるレーザビームＬのエネルギーを制御する。これにより、レーザ加工装置１は、第１の工程と第２の工程とで、一定の加工速度での穴あけ加工を実施可能とする。
【００６１】
実施の形態によると、レーザ加工装置１は、第１の工程において、ワーク９に第１のレーザビームＬ１を照射して第１の穴１７を形成する。その後、レーザ加工装置１は、第２の工程において、第２のレーザビームＬ２を照射して、第１の穴１７を包含する領域に第１の穴１７の径より拡張された径の第２の穴１８を形成する。レーザ加工装置１は、第２の工程にて膨張した樹脂を第１の穴１７から放出させることで、第２の工程による銅箔１１の剥離を低減することができる。これにより、金属層と樹脂層とを含む積層体の加工における金属層の剥離を低減できるという効果を奏する。
【００６２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  レーザ加工装置、２  レーザ発振器、３  コリメータレンズ、４  マスク、５，６  ガルバノスキャナ、７  ｆθレンズ、８  ステージ、９  ワーク、１０  制御器、１１，１２  銅箔、１３  樹脂層、１４，３４  穴、１５  第１の透過領域、１６  第２の透過領域、１７  第１の穴、１８  第２の穴、３１，３２  部分、３３  蒸気、４１  プロセッサ、４２  メモリ、４３  バス、ＡＸ  光軸、Ｃ  中心、Ｌ  レーザビーム、Ｌ１  第１のレーザビーム、Ｌ２  第２のレーザビーム。
【図１】
2019038860.tif 000003
【図２】
2019038860.tif 000004
【図３】
2019038860.tif 000005
【図４】
2019038860.tif 000006
【図５】
2019038860.tif 000007
【図６】
2019038860.tif 000008
【図７】
2019038860.tif 000009
【図８】
2019038860.tif 000010
【図９】
2019038860.tif 000011
【図１０】
2019038860.tif 000012
【図１１】
2019038860.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019038860.tif 000015
【図１４】
2019038860.tif 000016
【図１５】
2019038860.tif 000017
【図１６】
2019038860.tif 000018
【図１７】
2019038860.tif 000019
【図１８】
2019038860.tif 000020
【図１９】
2019038860.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月12日(2017.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の前記表面に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、
前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域に第２のレーザビームを照射して、前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を前記金属層に形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の穴の径は、前記第２の穴の径の７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の前記表面に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、
前記第１のレーザビームよりビーム断面が拡大された第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域に照射して、前記金属層に第２の穴を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記積層体における前記第１のレーザビームのビーム径は、前記積層体における前記第２のレーザビームのビーム径の７０％以下であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記積層体に照射する前記第１のレーザビームのエネルギー密度と、前記積層体に照射する前記第２のレーザビームのエネルギー密度とが同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第１のレーザビームは、マスクに形成された第１の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、マスクに形成され前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記積層体から前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置にある前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、第１の穴の形成のための前記レーザビームである第１のレーザビームを前記表面へ入射させ、かつ、前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を前記金属層に形成するための前記レーザビームである第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域へ入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、第１の穴の形成のための前記レーザビームであって第１のビーム径の第１のレーザビームを前記表面へ入射させ、かつ、第２の穴の形成のための前記レーザビームであって前記第１のビーム径より大きい第２のビーム径の第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域へ入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを透過可能な第１の透過領域と、前記レーザビームを透過可能であり前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域とを有するマスクと、
前記マスクにて整形された前記レーザビームの像を前記積層体に転写する転写光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記第１の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第２の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを収束する集光光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置へ移動させた前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工方法は、表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の表面に第１のレーザビームを照射して第１の穴を形成する第１の工程と、表面のうち第１の穴を包含し、第１の穴よりも大きい領域に第２のレーザビームを照射して、第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を金属層に形成する第２の工程と、を含む。
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月1日(2018.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の前記表面に第１のレーザビームを照射して、前記金属層を貫いて前記樹脂層まで掘り下げられた第１の穴を形成する第１の工程と、
前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域に第２のレーザビームを照射して、前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を前記金属層と前記樹脂層とに形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１の穴の径は、前記第２の穴の径の７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の前記表面に第１のレーザビームを照射して、前記金属層を貫いて前記樹脂層まで掘り下げられた第１の穴を形成する第１の工程と、
前記第１のレーザビームよりビーム断面が拡大された第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域に照射して、前記金属層と前記樹脂層とに第２の穴を形成する第２の工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
前記積層体における前記第１のレーザビームのビーム径は、前記積層体における前記第２のレーザビームのビーム径の７０％以下であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記積層体に照射する前記第１のレーザビームのエネルギー密度と、前記積層体に照射する前記第２のレーザビームのエネルギー密度とが同じであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記第１のレーザビームは、マスクに形成された第１の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、マスクに形成され前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域の像を前記積層体に転写する転写光学系を通過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過したレーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記積層体から前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置にある前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、前記金属層を貫いて前記樹脂層まで掘り下げられた第１の穴の形成のための前記レーザビームである第１のレーザビームを前記表面へ入射させ、かつ、前記第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を前記金属層と前記樹脂層とに形成するための前記レーザビームである第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域へ入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体へ進行させるレーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
前記レーザビーム出射部の制御により、前記金属層を貫いて前記樹脂層まで掘り下げられた第１の穴の形成のための前記レーザビームであって第１のビーム径の第１のレーザビームを前記表面へ入射させ、かつ、前記金属層と前記樹脂層とに第２の穴を形成するための前記レーザビームであって前記第１のビーム径より大きい第２のビーム径の第２のレーザビームを、前記表面のうち前記第１の穴を包含し、前記第１の穴よりも大きい領域へ入射させる制御器と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを透過可能な第１の透過領域と、前記レーザビームを透過可能であり前記第１の透過領域より大きい第２の透過領域とを有するマスクと、
前記マスクにて整形された前記レーザビームの像を前記積層体に転写する転写光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記第１の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第２の透過領域を透過して前記転写光学系を通過した前記レーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザビーム出射部は、
レーザ発振によりレーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザビームを収束する集光光学系と、
を備え、
前記第１のレーザビームは、前記積層体から第１の距離の位置にある集光光学系を透過した前記レーザビームであって、
前記第２のレーザビームは、前記第１の距離とは異なる第２の距離の位置へ移動させた前記集光光学系を透過したレーザビームであることを特徴とする請求項８または９に記載のレーザ加工装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工方法は、表面に金属層を有しかつ樹脂層を含む積層体の表面に第１のレーザビームを照射して、金属層を貫いて樹脂層まで掘り下げられた第１の穴を形成する第１の工程と、表面のうち第１の穴を包含し、第１の穴よりも大きい領域に第２のレーザビームを照射して、第１の穴の径より拡張された径の第２の穴を金属層と樹脂層とに形成する第２の工程と、を含む。
【国際調査報告】
2019038860.tif 000022
2019038860.tif 000023