(57)【要約】【課題】  プリント基板の穴の開口率を向上させるレーザ加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】    レーザ光源と、ステージによって保持された加工対象物との間に中間光学系を配置する。その中間光学系は、中心軸同士が一致するように配置された２つの円錐プリズムを含み、加工対象物の表面に置けるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部に中央よりも盛り上がった盛り上がり部を有するように、レーザビームのビームプロファイルを整形する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源と、前記ステージによって保持された加工対象物との間に配置される中間光学系であって、中心軸同士が一致するように配置された２つの円錐プリズムを含み、前記加工対象物の表面におけるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部に中央よりも盛り上がった盛り上がり部を有するように該レーザビームのビームプロファイルを整形する中間光学系と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記中間光学系は、さらに、前記２つの円錐プリズムの距離を変える移動機構を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記中間光学系は、前記加工対象物の表面において、前記ビームプロファイルの盛り上がり部よりも内側の最小の光強度が、該盛り上がり部の最大の光強度の８０％以下であるようにレーザビームのビームプロファイルを整形する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光源が、赤外域のレーザビームを出射する請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザ光源からレーザビームを出射させる工程と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームを、加工対象物の表面におけるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部に中央よりも盛り上がった盛り上がり部を有し、かつ前記ビームプロファイルの盛り上がり部よりも内側の最小の光強度が、該盛り上がり部の最大の光強度の８０％以下であるようにビームプロファイルを整形して、前記加工対象物に入射させ、該加工対象物に穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項６】
前記レーザビームの波長が赤外域である請求項５に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に加工対象物に穴を形成するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂層と金属配線とが交互に積層されたプリント配線板の樹脂層にレーザビームを照射して、穴を形成する方法が知られている。通常のレーザビームは、ビームスポットの中心において光強度が強く、中心から離れるにしたがって光強度が低下するプロファイルを有する。
【０００３】
このレーザビームを樹脂層に入射させると、ビームスポットの中心の光強度の強い部分の加工速度が速く、中心から離れるに従って加工速度が遅くなる。このため、側面が傾斜した穴が形成される。穴の開口部の直径をＤｔ、底面の直径をＤｂとしたとき、Ｄｂ／Ｄｔで定義される開口率が小さくなる。開口率が小さくなるとプリント配線板における配線の接触抵抗が大きくなるため、開口率を大きくすることが望まれている。
【０００４】
下記の特許文献１には、レーザ光源と走査光学系との間にビームプロファイル整形ユニットを配置し、開口率を向上させるレーザ加工装置および加工方法が開示されている。特許文献１に開示された装置においては、ビームスポットの周辺部の強度が中心部の強度よりも強いビームプロファイルを持つレーザビームが用いられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された方法では、開口率の向上が図られているが、まだ十分ではない。
【０００７】
本発明の目的は、加工すべき穴の開口率の向上を図ることが可能なレーザ加工装置及び加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、前記レーザ光源と、前記ステージによって保持された加工対象物との間に配置される中間光学系であって、中心軸同士が一致するように配置された２つの円錐プリズムを含み、前記加工対象物の表面におけるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部に中央よりも盛り上がった盛り上がり部を有するように該レーザビームのビームプロファイルを整形する中間光学系とを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の観点によると、レーザ光源からレーザビームを出射させる工程と、前記レーザ光源から出射したレーザビームを、加工対象物の表面におけるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部に中央よりも盛り上がった盛り上がり部を有し、かつ前記ビームプロファイルの盛り上がり部よりも内側の最小の光強度が、該盛り上がり部の最大の光強度の８０％以下であるようにビームプロファイルを整形して、前記加工対象物に入射させ、該加工対象物に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。
【発明の効果】
【００１０】
２つの円錐プリズムを含む中間光学系を用いることにより、ビームスポットの中心部よりも周辺部の光強度を強くすることができる。このようなビームプロファイルを持つレーザビームで穴あけ加工を行なうことにより、開口率の高い穴を形成することができる。
【００１１】
ビームスポットの周辺部の光強度の強い部分で発生した熱が中心部に伝達されると、中心部において過剰な発熱が生じ、形成される穴の底面が損傷を受ける場合がある。本願発明においては、２つの円錐プリズムを用いるため、ビームスポットの中心部における光強度を、十分低下させることができる。これにより、中心部における過剰な発熱を防止し、穴の底面の中心部における損傷の発生を抑制することができる。
【００１２】
ビームスポットの中心部の光強度を、周辺部の光強度の８０％以下とすることにより、この損傷の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本願の実施例におけるレーザ加工装置の概略図を示す。
【００１４】
レーザ光源１がパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、ＣＯ２ガスレーザであり、赤外域のレーザビームを出射する。
【００１５】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、リレーレンズ２を介して第１の円錐プリズム３に入射し、続いて第２の円錐プリズム４に入射する。円錐プリズム３及び４は、中心軸同士が一致するように配置されている。また、移動機構９により、２つの円錐プリズムの間隔を変えることが可能である。
【００１６】
レーザ光源１から出射したレーザビーム、及びリレーレンズ２を通過したレーザビームは、通常ガウシアンビームであり、ビームスポットの中心において光強度が大きく、中心から離れるに従って光強度が低下する。円錐プリズム３及び４は、ビームスポットの中央よりも周辺部が盛り上がった肩部を有するプロファイルになるように、レーザビームのプロファイルを整形する。
【００１７】
円錐プリズム３及び４を通過したレーザビームが、マスク５に入射する。マスク５に設けられた貫通孔を通過したレーザビームが、折り返しミラー６に入射する。
【００１８】
折り返しミラー６で反射されたレーザビームが、ガルバノスキャナ７に入射する。ガルバノスキャナ７は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ７で走査されたレーザビームがｆθレンズ８で収束され、ＸＹステージ１１に保持された加工対象物３０に入射する。ｆθレンズ８は、マスク５の貫通孔を加工対象物３０の表面上に結像させる。
【００１９】
なお、円錐プリズム３及び４、マスク５、折り返しミラー６、ガルバノスキャナ７、及びｆθレンズ８をまとめて中間光学系１０と呼ぶこととする。
【００２０】
図２に、円錐プリズム３及び４を通過したレーザビームのプロファイルを示す。ビームスポットの周辺部に、中央部よりも盛り上がった盛り上がり部が形成されている。盛り上がり部の光強度の最大値をＩｐとし、盛り上がり部よりも内側における光強度の最小値をＩｃとする。２枚の円錐プリズム３と４との間隔を調整することにより、最小値Ｉｃと最大値Ｉｐとの比を所望の値に近づけることができる。例えば、Ｉｃ／Ｉｐを８０％以下にすることが可能であり、Ｉｃを０にすることも可能である。
【００２１】
半径方向に関して光強度が最大となる点を連ねると、ビームスポットと中心を共有する円周になる。この円周の半径をＲｐとし、ビームスポットの半径をＲｔとする。２枚の円錐プリズム３と４との間隔を調整することにより、Ｒｐ／Ｒｔを変化させることができる。ここで、ビームスポットの半径Ｒｔは、例えば、光強度が、ビームスポット内の光強度の最大値の１０％となる点を連ねて画定される円周の半径と定義することができる。
【００２２】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、実施例によるレーザ加工装置を用いて穴を形成する方法について説明する。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂からなるコア基板３１の表面上に、銅からなる内層配線パターン３２が形成されている。内層配線パターン３２を覆うように、コア基板３１の上に、エポキシ樹脂からなる樹脂層３３が形成されている。コア基板３１、内層配線パターン３２、及び樹脂層３３が積層された加工対象物３０を、図１に示したレーザ加工装置のＸＹステージ１１に載置する。
【００２４】
レーザ光源１からパルスレーザビームを出射させ、加工対象物３０に、パルスレーザビーム５０を入射させる。加工対象物３０の表面におけるパルスレーザビーム５０のビームプロファイル（光強度分布）５１は、図２を参照して説明したように、周辺部に、中央部よりも光強度の強い盛り上がり部を有する。
【００２５】
この盛り上がり部が入射した領域において、発熱量が多くなり、盛り上がり部から中心に向かって、及び外側に向かって遠ざかるにしたがって、発熱量が減少する。熱は、高温部から低温部に流れるため、盛り上がり部が入射した領域で発生した熱が、中心部及び外周部に向かって流れる。中心部には、全方位から熱が流入するため、盛り上がり部が入射した領域と同程度まで加熱される。
【００２６】
盛り上がり部が入射した領域においては、パルスレーザビームの入射によって直接加熱されることにより、樹脂層３３が除去される。ビームスポットの中心部においては、パルスレーザビームの入射による加熱に、その周囲からの熱伝導による加熱が重畳され、樹脂層３３が除去される。
【００２７】
盛り上がり部から外側に向かって伝わる熱は、徐々に発散するため、盛り上がり部よりも外側の領域は、中央部に比べて、熱伝導による温度上昇の程度が小さい。このため、ビームスポットの外周近傍においては、ほとんどビームプロファイルに基づいた加工が行なわれる。
【００２８】
図３（Ｂ）に示すように、樹脂層３３を貫通する穴３４が形成される。ビームスポットの外周部は、ガウシアンビームのビームプロファイルに比べて急峻である。このため、ガウシアンビームで加工する場合に比べて、穴３４の側面の傾斜角が大きくなり、開口率の大きな穴３４を形成することができる。
【００２９】
参考例として、トップフラットのプロファイルを有するレーザビームで加工を行なう場合を考える。プロファイルがフラットな部分が入射することにより、樹脂層が除去されるのに十分な加熱が行なわれる。ビームスポットの中心部においては、レーザビームの入射による直接的な加熱と、その周囲からの熱伝導による加熱が重畳され、過剰な温度上昇が生ずる。温度の過剰な上昇は、穴３４の底面に露出した内層配線パターン３２に損傷を与える場合がある。
【００３０】
本実施例の場合には、ビームスポットの中心部において、パルスレーザビームから直接投入される熱量が、上記参考例の場合に比べて少ない。このため、過剰な温度上昇が防止され、内層配線パターン３２の損傷を防止することができる。さらに、過剰な加熱が行なわれないため、パルスレーザビームのエネルギを有効に利用することができる。
【００３１】
図２に示したビームプロファイルにおいて、半径Ｒｐがビームスポットの半径Ｒｔに比べて小さ過ぎたり、ビームスポットの中心部における光強度Ｉｃと光強度の最大値Ｉｐとの差が小さ過ぎたりすると、過剰な温度上昇を抑制する十分な効果が期待できない。十分な効果を得るために、半径Ｒｐをビームスポットの半径Ｒｔの４５％以上にすることが好ましい。さらに、ビームスポットの中心部における光強度Ｉｃを、光強度の最大値Ｉｐの８０％以下にすることが好ましい。                  
【００３２】
ビームスポットの中心部において、周囲からの熱伝導による加熱のみで樹脂層を除去することができれば、中心部における光強度Ｉｃを０にしてもよい。一般的には、光強度Ｉｃを光強度の最大値Ｉｐの５０％以上にすることが好ましい。
【００３３】
次に、マスク５を用いた場合の効果について説明する。図４（Ａ）に円錐プリズム３及び４を通過したレーザビームのビームプロファイルと、マスク５の貫通孔５Ａとの大きさ及び位置の関係を示す。マスク５の貫通孔５Ａの大きさは、貫通孔５Ａをレーザビームが透過すると、レーザビームの光強度が最大値をとる位置よりも外側の一部がマスク５によって遮光されるような大きさである。図４（Ｂ）にレーザビームの進路上にマスク５がある場合とない場合の、加工対象物表面におけるビームプロファイルを示す。マスク５がある場合におけるレーザビームのビームプロファイルは、マスク５がない場合におけるレーザビームのビームプロファイルに比べ、外周部においてより急峻である。このため、側面が加工対象物の表面に対してより垂直に近い穴が形成され、開口率が大きくなる。
【００３４】
図５（Ａ）に加工対象物の他の例を示す。コア基板３１の表面上に、内層配線パターン３２が形成されている。内層配線パターン３２を覆うように、コア基板３１の上に、樹脂層３３が形成されている。樹脂層３３の表面上に、さらに金属層４０が形成された積層構造を有している。内層配線パターン３２及び金属層４０は、例えば銅で形成され、コア基板３１および樹脂層３３は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。まず、銅に穴を形成するのに必要とされている１パルスあたりのフルエンスの閾値以上のフルエンスのレーザビームを金属層４０に入射させて、金属層４０を貫通する穴を形成する。金属層４０に形成された穴の底面の樹脂層３３の一部も、同時にエッチングされる。その後、１パルスあたりのフルエンスを、銅をエッチングする閾値よりも小さくして、樹脂層３３に穴を形成する。フルエンスを小さくすることにより、埋め込まれた内層配線パターン３２の損傷を防止することができる。金属層４０および樹脂層３３に穴を形成するレーザームームのビ−ムプロファイルは、本願実施例で使用したレーザビームのビームプロファイルと同様に、ビームスポットの外周部近傍に盛り上がり部を有するものである。このため、金属層４０及び樹脂層３３に、開口率の大きな穴を形成することができる。
【００３５】
図５（Ｂ）に加工対象物のさらに他の例を示す。コア基板３１の表面上に、内層配線パターン３２が形成されている。内層配線パターン３２を覆うように、コア基板３１の上に、樹脂層３３が形成されている。樹脂層３３の表面上に、さらに金属層４０が形成された積層構造を有している。内層配線パターン３２および金属層４０は、例えば銅で形成され、樹脂層３３は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。まず、金属層４０に化学的エッチング等で穴を形成する。次に金属層４０に形成された穴に向けてレーザビームを照射すると、金属層４０に形成された穴の底面の樹脂層３３がエッチングされ、穴３４が形成される。使用するレーザビームのビームプロファイルは、本願実施例で使用したレーザビームのビームプロファイルと同様に、ビームスポットの外周部近傍に盛り上がり部を有するものである。これにより、樹脂層３３に、開口率の大きな穴を形成することができる。
【００３６】
図５（Ｃ）に示した加工対象物は、樹脂層４２の両面に金属層４０及び４１が密着したテープオートメイテッドボンディング（ＴＡＢ）用フィルムである。銅に穴を形成するための閾値以上のフルエンスのレーザビームを入射させることにより、この３層を貫通する穴を形成することができる。使用するレーザビームのビームプロファイルは、本願実施例で使用したレーザビームのビームプロファイルと同様に、ビームスポットの外周部近傍に盛り上がり部を有するものである。これにより、樹脂層４２の表側の金属層４０及び裏側の金属層４１に形成される穴の大きさの差を小さくすることができる。
【００３７】
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。 
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本願の実施例で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】本願の実施例で用いられるレーザビームの加工対象物の表面におけるビームプロファイルを示す線図である。
【図３】（Ａ）は、本願の実施例で用いられるレーザビームの加工対象物の表面におけるビームプロファイルを示す線図と加工対象物に穴が形成される過程における加工対象物の断面図であり、（Ｂ）は、本願の実施例による方法で穴を形成した後の加工対象物の断面図である。
【図４】（Ａ）は、本願の実施例におけるビームプロファイルとマスクの貫通孔との大きさおよび位置の関係を示す図であり、（Ｂ）は、マスクを配置した場合と配置しない場合とのビームプロファイルを示す線図である。
【図５】他の積層構造を有する加工対象物の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  レーザ光源
２  リレーレンズ
３、４  円錐プリズム
５  マスク
５Ａ  貫通孔
６  折り返しミラー
７  ガルバノスキャナ
８  ｆθレンズ
９  移動機構
１０  中間光学系
１１  ＸＹステージ
３０  加工対象物
３１  下地基板
３２  内層配線パターン
３３、４２  樹脂層
３４  穴
４０、４１  金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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