(57)【要約】【課題】  基板上の膜の損傷を抑えつつテーパの緩い貫通孔を基板に形成する。【解決手段】  本発明の方法は、その表面上に電子デバイスが実装される基板１０を加工する。まず、電子デバイスの一部を成す膜１２を基板の表面１０ａに形成する。次いで、基板の裏面１０ｂにレーザビーム２０を照射し、その裏面から基板を貫通して表面上の膜まで延びる貫通孔３０を形成する。貫通孔を形成する際は、レーザビームを、基板の内部に配置された収束点Ａに収束させながら照射する。この収束点は、少なくともレーザビームの光軸２１の方向において固定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有し、前記表面上に電子デバイスが実装される基板を加工する方法であって、
前記電子デバイスの一部を成す膜を前記表面に形成する工程と、
前記基板の裏面にレーザビームを照射し、前記裏面から前記基板を貫通して前記膜まで延びる貫通孔を形成する工程と、
を備え、
前記貫通孔を形成する工程は、前記レーザビームを、前記基板の内部に配置された収束点に収束させながら照射し、
前記収束点は、少なくとも前記レーザビームの光軸方向において固定される、基板加工方法。
【請求項２】
前記表面および裏面は互いに平行な平面であり、
前記収束点は、前記裏面から前記表面に向かって、前記裏面に対して垂直に距離Ｌだけ進んだ位置に配置されており、
前記基板の厚さをＴで表すと、Ｌ／Ｔが０．５以上０．８以下である、
請求項１に記載の基板加工方法。
【請求項３】
Ｌ／Ｔが０．６以上０．７以下である、請求項２に記載の基板加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、その表面上に電子デバイスが実装される基板の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造では、基板を加工して微細な貫通孔を開ける工程がしばしば行われる。例えば、基板の表面と裏面との間で電気的な導通を得るためにビアを形成する場合である。セラミックなどの材料からなる基板への孔開けにはレーザを用いることが多く、特に、アルミナ基板等への貫通孔形成には、波長が短いレーザが用いられる。波長３５５ｎｍのＹＡＧ第３高調波レーザが代表的である。レーザ穿孔法の例としては、パンチング法、トレパニング法、スパイラル法などが挙げられる。いずれの方法も、レーザビームを繰り返し基板に照射することで一つの貫通孔を形成する。下記の特許文献１および２には、レーザビームの焦点をレーザビームの光軸方向に沿って移動させながら被加工物にレーザビームを照射する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４４４号
【特許文献２】特開２０００−２３７８８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、基板の表面に電子デバイスが実装される場合、レーザビームは基板の裏面に照射される。特許文献１の図２（１）には、被加工物（ワーク）の裏面上にレーザビームを合焦させて貫通孔を形成すると、貫通孔のワーク裏面側の口径がワーク表面側の口径より小さくなることが記載されている。つまり、基板の裏面にレーザビームを合焦させると、得られる貫通孔は、基板の裏面から表面に向かって徐々に縮小する断面積を有するテーパ状となる。
【０００４】
基板に形成した貫通孔に導体を充填してビアを形成する場合、ビアの抵抗値は、電子デバイスが実装される基板表面でのビアの断面積に依存する。適切な抵抗値が得られるように基板表面での断面積が定まるとすれば、ビアのテーパが急なほど、ビアの体積が大きくなる。しかし、ビアの体積が大きいと、それだけ基板内部がビアに占められてしまい、基板上への電子デバイスの集積密度が低くなってしまう。
【０００５】
ビアの体積を低減するためには、貫通孔のテーパを抑えることが有効である。特許文献１には、貫通孔のテーパを抑えるため、レーザビームの焦点を基板の裏面から表面に近づけながらレーザビームのパワーを徐々に上昇させる方法が開示されている。しかし、電子デバイスの一部を成す膜が基板の表面上に配置されている場合は、高パワーのレーザビームが膜に損傷を与え、ひいては電子デバイスの機能を損なうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、基板上の膜の損傷を抑えつつテーパの緩い貫通孔を基板に形成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、その表面上に電子デバイスが実装される基板を加工する方法に関する。まず、電子デバイスの一部を成す膜を基板の表面に形成する。次いで、基板の裏面にレーザビームを照射し、その裏面から基板を貫通して表面上の膜まで延びる貫通孔を形成する。貫通孔を形成する際は、レーザビームを、基板の内部に配置された収束点に収束させながら照射する。この収束点は、少なくともレーザビームの光軸方向において固定される。貫通孔の形成中、レーザビームの収束点は、レーザビームの光軸方向と垂直な方向において移動させられてもよいし、あるいは固定されてもよい。
【０００８】
レーザビームの収束点を基板の内部に配置することで、収束点を基板の裏面上に配置する場合に比べて、貫通孔のテーパを抑えることができる。また、レーザビームの収束点が少なくともレーザビームの光軸方向において固定されるので、収束点が基板の表面に近づくことはない。このため、表面上に設けられた膜の損傷を抑え、膜の基板からの剥離を防止することができる。更に、レーザビームの収束点の位置をレーザビームの光軸方向に沿って移動させる必要がないので、簡易な作業で迅速に貫通孔を形成することができる。
【０００９】
基板の表面および裏面は互いに平行な平面であってもよい。レーザビームの収束点は、基板の裏面から表面に向かって、裏面に対して垂直に距離Ｌだけ進んだ位置に配置されていてもよい。基板の厚さをＴで表すと、Ｌ／Ｔが０．５以上０．８以下であることが好ましい。この場合、貫通孔のテーパを十分に抑えることができる。
【００１０】
より好ましくは、Ｌ／Ｔが０．６以上０．７以下である。この場合、貫通孔のテーパが特に大きく抑えられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板上の膜の損傷を抑えつつテーパの緩い貫通孔を基板に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態で使用するレーザ加工機の構成を示す概略斜視図である。このレーザ加工機１００は、レーザ発振器１０２、ガルバノメータ１０４、およびｆθレンズ１０６を備えている。ガルバノメータ１０４は、回転自在の軸１０７と、軸１０７の先端に取り付けられたミラー１０８を含んでいる。ミラー１０８は軸１０７を中心として回転することができる。
【００１４】
レーザ発振器１０２はミラー１０８に向けてレーザビーム２０を出射する。ミラー１０８はレーザビーム２０をｆθレンズ１０６に向けて反射する。ｆθレンズ１０６は、レーザビーム２０を収束させて、被加工物である基板１０に向けて照射する。ガルバノメータ１０４を用いてミラー１０８を回転させることにより、レーザビーム２０を一方向に沿って走査することができる。また、レーザ加工機１００の全体が、ガルバノメータ１０４による走査方向に対して垂直な方向に移動できるようになっている。ガルバノメータ１０４による走査とレーザ加工機１００の移動を組み合わせることにより、レーザビーム２０を基板１０に対して二次元的に走査することができる。
【００１５】
基板１０は、二つの主面、すなわち表面１０ａおよび裏面１０ｂを有しており、表面１０ａには電子デバイスが実装される。本実施形態では、裏面１０ｂにレーザビーム２０を照射することにより、基板１０に貫通孔を形成する。
【００１６】
本実施形態では、スパイラル法によって貫通孔を形成する。図２は、スパイラル法を説明するための平面図である。スパイラル法では、基板１０に多数の微細な貫通孔３０を互いに位置をずらしながら形成することにより、より大きな径の貫通孔３２を形成する。以下では、主に貫通孔３０の形成方法を説明する。
【００１７】
図３は、貫通孔３０の形成を示す部分断面図である。基板１０は表面１０ａおよび裏面１０ｂを有しており、表面１０ａ上には電子デバイスが実装されることになっている。表面１０ａと裏面１０ｂは互いに平行な平面である。
【００１８】
図３（ａ）に示されるように、まず、電子デバイスの一部を成す膜１２を表面１０ａ上に形成する。次に、レーザ加工機１００を用いて基板１０の裏面１０ｂにレーザビーム２０を照射し、それによって、裏面１０ｂから基板１０を貫通して膜１２まで延びる貫通孔３０を形成する（図３（ｂ）を参照）。この貫通孔３０は、膜１２をも貫通する。レーザビーム２０のパワーは、膜１２が基板１０から剥離しない程度の値に設定される。
【００１９】
貫通孔３０の形成の際、レーザビーム２０は、基板１０の内部に配置された収束点Ａに収束させながら照射される。収束点Ａは、裏面１０ｂから表面１０ａに向かって、裏面１０ｂに対して垂直に距離Ｌだけ進んだ位置に配置されている。この収束点Ａは、レーザビーム２０の光軸２１の方向において固定されている。スパイラル法では、レーザビーム２０の照射位置を裏面１０ｂ上で螺旋状に移動させながら複数の貫通孔３０を形成するが、収束点Ａの裏面１０ｂからの距離Ｌは固定されたままである。
【００２０】
このように、収束点Ａを基板の内部に配置することにより、収束点Ａを裏面１０ｂ上に配置する場合に比べて、貫通孔３０のテーパを抑えることができる。これは、貫通孔３０の裏面１０ｂでの口径Ｄ１と表面１０ａでの口径Ｄ２との比が１に近づくことを意味する。これに応じて、スパイラル法によって形成される、より径の大きな貫通孔３２のテーパも抑えられる。
【００２１】
本実施形態との比較のため、裏面１０ｂ上の点Ｂ（図３（ａ）を参照）に収束点を配置した場合を考える。この場合、レーザビーム２０のパワーのピークが裏面１０ｂ上に位置する。レーザビーム２０によって形成された孔が表面１０ａに向かって延びていくにつれ、より弱いパワーのレーザビーム２０が基板に照射されることになり、結果として、孔の径が徐々に小さくなる。こうして、テーパの急な貫通孔が形成される。
【００２２】
これに対し、本実施形態では、レーザビーム２０の収束点Ａを基板１０の内部に配置するので、レーザビーム２０のパワーのピークが表面１０ａのより近くに位置することになる。したがって、基板１０のうち表面１０ａ付近の部分には、より強いパワーのレーザビーム２０が照射され、裏面１０ｂ付近の部分には、より弱いパワーのレーザビーム２０が照射される。この結果、点Ｂに収束点を配置する場合よりも、貫通孔３０および３２のテーパを抑えることができる。
【００２３】
本発明者は、実施例１〜４として、材料と厚さの異なる基板を４種類用意し、収束点Ａを様々な位置に配置しながら、上記の方法により各基板に貫通孔３２を形成した。下記の表１は、各実施例における貫通孔形成の条件を示している。なお、以下では、貫通孔３２の裏面１０ｂでの口径を「入射径」、表面１０ａでの口径を「出射径」と呼ぶことにする。
【表１】
2007144503.tif 000003
【００２４】
図４〜図７は、実施例１〜４において形成された貫通孔３２の寸法とレーザビーム２０の収束点Ａの位置との関係を表している。各図において、（ａ）は、裏面１０ｂ上の点Ｂからの収束点Ａの距離Ｌ、基板１０の厚さＴに対する距離Ｌの比（Ｌ／Ｔ）、貫通孔３２の入射径および出射径、ならびに入射径に対する出射径の比を示している。以下では、この比（出射径／入射径）を口径比と呼ぶことにする。口径比が高いほど、貫通孔３２のテーパが抑えられていることになる。（ｂ）は、収束点Ａの位置と貫通孔３２の入射径および出射径との関係を示しており、（ｃ）は、収束点Ａの位置と口径比との関係を示している。なお、（ｂ）および（ｃ）において、収束点Ａの位置は上記の距離Ｌで表されている。Ｌの値は、収束点Ａが基板１０の内部に位置するときは正、基板１０の外部に位置するときは負となる。
【００２５】
図４〜図７の（ｃ）を参照すると分かるように、十分に高い口径比が得られる収束点Ａの位置は特定の範囲に限られている。この範囲は、上記の比Ｌ／Ｔを用いて数値化することができる。図４〜図７から、基板１０の材料や厚さに関係なく、Ｌ／Ｔの好ましい範囲が存在することが分かる。すなわち、Ｌ／Ｔは０．５以上０．８以下であることが好ましく、より好ましくは０．６以上０．７以下である。Ｌ／Ｔが０．５以上０．８以下であると、基板の材料や厚さにかかわらず、口径比がその最大値の９５％以上となり、貫通孔３２のテーパが十分に抑えられる。また、Ｌ／Ｔが０．６以上０．７以下だと、基板の材料や厚さにかかわらず、口径比がその最大値に極めて近くなり、貫通孔３２のテーパが特に大きく抑えられる。
【００２６】
このように、レーザビーム２０の収束点Ａを基板１０の内部に配置することにより、テーパの緩い貫通孔を基板１０に形成することができる。また、収束点Ａを少なくともレーザビーム２０の光軸方向において固定するので、レーザビーム２０の収束点Ａが基板１０の表面１０ａに近づくことはない。したがって、収束点Ａを表面１０ａに近づけながらレーザビーム２０のパワーを徐々に上げていく特開２００３−１４４４号公報に記載の方法と比べて、膜１２に損傷を与えにくく、膜１２が基板１０から剥離しにくい。更に、収束点Ａの位置をレーザビーム２０の光軸方向に沿って移動させる必要がないので、簡易な作業で迅速に貫通孔を形成することができる。
【００２７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２８】
上記実施形態ではスパイラル法によって貫通孔を形成するが、パンチング法やトレパニング法を代わりに使用してもよい。パンチング法では、レーザビーム２０の光軸方向のみならず、光軸方向と垂直な方向においても収束点Ａが固定される。つまり、裏面１０ｂ上の同じ位置に繰り返しレーザビーム２０を照射することで、比較的径の小さな貫通孔が形成される。一方、トレパニング法では、レーザビーム２０の光軸方向と垂直な方向で収束点Ａが移動させられ、比較的径の大きな貫通孔が形成される。
【００２９】
基板１０の表面１０ａに設けられる電子デバイスは任意であり、例えば、半導体デバイスや、有機ＥＬディスプレイや、薄膜センサ（湿度センサなど）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態で使用するレーザ加工機の構成を示す概略斜視図である。
【図２】スパイラル法を説明するための平面図である。
【図３】貫通孔の形成を示す部分断面図である。
【図４】実施例１における貫通孔の寸法とレーザビームの収束点の位置との関係を表す図である。
【図５】実施例２における貫通孔の寸法とレーザビームの収束点の位置との関係を表す図である。
【図６】実施例３における貫通孔の寸法とレーザビームの収束点の位置との関係を表す図である。
【図７】実施例４における貫通孔の寸法とレーザビームの収束点の位置との関係を表す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…基板、１０ａ…表面、１０ｂ…裏面、１２…電子デバイスの一部を成す膜、２０…レーザビーム、２１…光軸、３０、３２…貫通孔、１００…レーザ加工機、１０２…レーザ発振器、１０４…ガルバノメータ、１０６…ｆθレンズ、１０７…軸、１０８…ミラー、Ａ…収束点
【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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【図６】
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【図７】
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