(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア方法において、
あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器からのレーザ光から、前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、
生成された前記波長ωの成分と前記第２高調波２ωの成分とを含むレーザ光を前記バイアホールに照射することによりデスミアを行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア方法。
【請求項２】
請求項１記載のデスミア方法において、前記生成された波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを光学経路において分離し、
分離された前記第２高調波２ωの成分から該第２高調波２ωの成分と第３高調波３ωの成分とを生成し、
前記分離された波長ωの成分と前記生成された前記第２高調波２ωの成分及び前記第３高調波３ωの成分とを光学経路において合成して前記バイアホールに照射することによりデスミアを行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア方法。
【請求項３】
請求項１あるいは２記載のデスミア方法において、前記レーザ発振器からのレーザ光は、１〜５０（ｎｓｅｃ）のパルス幅を持つことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア方法。
【請求項４】
穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア装置において、
あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器と、
該レーザ発振器で発生されたレーザ光から前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する光学系と、
該光学系から出射されたレーザ光を前記バイアホールに照射する照射系とを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置。
【請求項５】
穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア装置において、
あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器と、
該レーザ発振器で発生されたレーザ光から前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する第１の光学系と、
該第１の光学系から出射されたレーザ光を前記波長ωのレーザ光と前記第２高調波２ωのレーザ光とに分離する第２の光学系と、
分離された前記第２高調波２ωのレーザ光から該第２高調波２ωの成分と第３高調波３ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する第３の光学系と、
前記第２の光学系で分離された前記波長ωのレーザ光と前記第３の光学系からのレーザ光とを合成する第４の光学系と、
該第４の光学系から出射された合成レーザ光を前記バイアホールに照射する照射系とを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置。
【請求項６】
請求項４あるいは５記載のデスミア装置において、前記レーザ発振器として、ＹＡＧまたはＹＬＦあるいはＹＡＰもしくはＹＶＯ4 パルスレーザ発振器を用いることを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置。
【請求項７】
請求項４あるいは５記載のデスミア装置において、前記レーザ発振器からのレーザ光は、１〜５０（ｎｓｅｃ）のパルス幅を持つことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いてプリント配線基板、特に多層プリント配線基板にバイアホールを形成するレーザ穴あけ加工装置に内蔵あるいは組み合わされて、バイアホールに残留する残渣成分を除去するためのデスミア方法及びデスミア装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高密度実装化に伴う、プリント配線基板の高密度化の要求に応えて、近年、複数のプリント配線基板を積層した多層プリント配線基板が登場してきた。このような多層プリント配線基板では、上下に積層されたプリント配線基板間で導電層（銅基板）同士を電気的に接続する必要がある。このような接続は、プリント配線基板の樹脂層（ポリイミド、エポキシ系樹脂等のポリマー）に、下層の導電層に達するバイアホールと呼ばれる穴を形成し、その穴の内部にメッキを施すことによって実現される。
【０００３】
バイアホールを形成する方法として、以前は、機械的な微細ドリルが用いられていた。しかし、プリント配線基板の高密度化に伴うバイアホールの径の縮小に伴い、最近では微細ドリルに代えてレーザ光を利用したレーザ穴あけ加工装置が採用されるようになってきた。
【０００４】
例えば、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザを用いてバイアホールを形成するレーザ穴あけ加工装置は良く知られており、安価で高速加工が可能であるという利点がある。しかしながら、このようなレーザ穴あけ加工装置で形成されたバイアホールは、樹脂層に形成した穴の底面、すなわち露出させようとする導電層の表面の一部または全面に薄い（ポリイミド、エポキシ系樹脂では厚さ１μｍ以下）残渣成分（スミアと呼ばれる）が残ってしまうという問題点がある。
【０００５】
この残渣成分は、この後さらに同じレーザ光を照射しても完全に除去することはできない。これは、レーザ光をさらに照射して残渣成分を蒸発させようとしても、このとき周囲の樹脂が溶出して（導電層は銅であることが多く、熱の拡散が速いため）新たな残渣成分を形成してしまうためと思われる。
【０００６】
これに対し、最近、穴あけ加工用のレーザ発振器とは別に、残査成分除去（以下、デスミアと呼ぶ）用のレーザ発振器を用意し、穴あけ加工後のバイアホールにデスミア用のレーザ光を照射してデスミアを行うデスミア装置が本発明者らにより提案されている。これを図５を参照して説明する。
【０００７】
図５において、デスミア装置は、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器５１と、レーザ発振器５１で発生されたレーザ光から波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射するＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）素子５２と、ＳＨＧ素子５２から出射されたレーザ光を波長ωのレーザ光と第２高調波２ωのレーザ光とに分離する波長分離器５３とを備えている。本装置では、第２高調波２ωのレーザ光のみがデスミアに使用される。このため、波長分離器５３からの第２高調波２ωのレーザ光は反射ミラー５４を経由して出射光学系（図示省略）に導かれる。
【０００８】
なお、レーザ発振器５１としては、例えばＹＡＧあるいはＹＬＦパルスレーザ発振器が用いられる。また、波長分離器５３は、例えば波長ωのレーザ光を透過し、第２高調波２ωのレーザ光を反射するミラーが使用される。更に、出射光学系には通常、レーザ光を所望の位置に振らせるためのスキャン手段、例えばガルバノスキャナが含まれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、上記の提案によるデスミア装置では、第２高調波２ωのレーザ光のみを使用しているので、エネルギーロスが大きいという問題がある。すなわち、レーザ発振器５１から出射されるレーザ光の持つエネルギーを１００とすると、ＳＨＧ素子５２でのエネルギーロスを考慮して、波長分離器５３を出た波長ωのレーザ光の持つエネルギーは約５０、第２高調波２ωのレーザ光の持つエネルギーは約３０である。これは、レーザ発振器５１におけるレーザ出力の約３０（％）しかデスミアに利用できないことを意味する。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、レーザ発振器のレーザ出力を有効に利用できるエネルギー効率の高いデスミア方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の課題は、上記のデスミア方法に適したデスミア装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア方法において、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器からのレーザ光から、前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、生成された前記波長ωの成分と前記第２高調波２ωの成分とを含むレーザ光を前記バイアホールに照射することによりデスミアを行うことを特徴とする。
【００１３】
なお、上記のデスミア方法において、前記生成された波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを光学経路において分離し、分離された前記第２高調波２ωの成分から該第２高調波２ωの成分と第３高調波３ωの成分とを生成し、前記分離された波長ωの成分と前記生成された前記第２高調波２ωの成分及び前記第３高調波３ωの成分とを光学経路において合成して前記バイアホールに照射することによりデスミアを行うようにしても良い。
【００１４】
本発明によれば、穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア装置において、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器と、該レーザ発振器で発生されたレーザ光から前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する光学系と、該光学系から出射されたレーザ光を前記バイアホールに照射する照射系とを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置が提供される。
【００１５】
本発明によればまた、穴あけ加工用のレーザ光を、ワークにおける金属膜上に形成された樹脂層に照射することにより形成されたバイアホールに残留する残査成分を除去するためのデスミア装置において、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器と、該レーザ発振器で発生されたレーザ光から前記波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する第１の光学系と、該第１の光学系から出射されたレーザ光を前記波長ωのレーザ光と前記第２高調波２ωのレーザ光とに分離する第２の光学系と、分離された前記第２高調波２ωのレーザ光から該第２高調波２ωの成分と第３高調波３ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射する第３の光学系と、前記第２の光学系で分離された前記波長ωのレーザ光と前記第３の光学系からのレーザ光とを合成する第４の光学系と、該第４の光学系から出射された合成レーザ光を前記バイアホールに照射する照射系とを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置用のデスミア装置が提供される。
【００１６】
なお、上記のいずれのデスミア装置においても、前記レーザ発振器としては、例えばＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＬＦあるいはＮｄ：ＹＡＰもしくはＮｄ：ＹＶＯ4 パルスレーザ発振器を用いることができる。
【００１７】
また、上記の方法及び装置のいずれにおいても、前記レーザ発振器からのレーザ光は、１〜５０（ｎｓｅｃ）のパルス幅を持つことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態の説明に入る前に、本発明によるデスミア装置が内蔵あるいは組み合わされるレーザ穴あけ加工装置について図４を参照して説明する。図４において、ＣＯ2 （炭酸ガス）レーザによるレーザ発振器４０で発生されたパルス状のレーザ光は、反射ミラー４１により９０°角度を変えてマスク４３に導かれる。マスク４３では、ビアホール径を規定する穴を通過することによって、レーザ光のビーム径が絞り込まれてＸ−Ｙスキャナ（ガルバノスキャナとも呼ばれる）４４に導かれる。Ｘ−Ｙスキャナ４４はレーザ光を振らせるためのものであり、振られたレーザ光は焦点合わせ用レンズとして作用しｆθレンズとも呼ばれる加工レンズ４５を通してＸ−Ｙステージ４６上におかれたワーク（プリント配線基板）４７に照射される。Ｘ−Ｙステージ４６はＸ軸方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構とを有して、ワーク４７をＸ−Ｙ平面上で移動させて位置調整することができる。
【００１９】
なお、ＣＯ2 レーザによるレーザ光の場合、１つのバイアホール当たりパルス状のレーザ光を数回（通常２〜３回）照射することで直径約１００（μｍ）前後の穴あけが行われる。また、通常、Ｘ−Ｙスキャナ４４による走査範囲は数ｃｍ四方の領域であるが、ワーク４７の大きさは、通常、５０（ｃｍ）×６０（ｃｍ）程度の大きさを持つ。このため、ワーク４７にはＸ−Ｙスキャナ４４の走査範囲により決まる領域が加工領域としてマトリクス状に設定される。そして、レーザ穴あけ加工装置は、加工領域に複数の穴あけ加工を行い、ある加工領域の穴あけ加工が終了したら、次の加工領域に移動して同じパターンの穴あけ加工を行う。次の加工領域への移動は、通常、Ｘ−Ｙステージ４６により行われる。
【００２０】
本発明によるデスミア装置は、上記のようなレーザ穴あけ加工装置に内蔵あるいは組み合わされるが、特にレーザ発振器のタイプによる制約を受けることは無い。
【００２１】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。このデスミア装置は、図４で説明したレーザ穴あけ加工装置により形成されたワーク４７のバイアホールに残留する残渣成分を除去するためのものであり、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するためのレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０で発生されたレーザ光から波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射するＳＨＧ素子１１と、ＳＨＧ素子１１から出射されたレーザ光を均一なエネルギー密度分布を持つビームに変換する均一光学系１２と、均一光学系１２からのビームを前記のワークにおけるバイアホールに照射する照射系（図示せず）とを備えている。
【００２２】
ＳＨＧ素子１１は、図５におけるものと同じで周知である。一方、均一光学系１２も周知であるが、図２（ａ）を参照して、ここではビームエキスパンダとして作用する凹レンズ１２−１及び凸レンズ１２−２と、レーザビームのエネルギー密度分布を照射面全域にわたって均一にするレンズ１２−３とを含んでいる。レンズ１２−３は、断面円形の上下方向の部分をカットするためのレンズ１２−３ａと左右方向の部分をカットするためのレンズ１２−３ｂとから成る。図２（ｂ）は、図２（ａ）のレンズ１２−３を上方向から見た図である。このような均一光学系１２によれば、出射されたレーザビームの断面形状が正方形に拡大され、しかもその断面におけるビームプロファイルは、図２（ｃ）に示されるように、ほぼ全域にピーク値を持つエネルギー密度分布となる。このようなレーザビームを使用してワークに対して全面スキャニングあるいは部分スキャニングを行うことにより、前述した約１００（μｍ）前後の径の穴が多数隣接して形成されている場合には、複数個の穴を一括してデスミア処理することができる。なお、均一光学系１２からのレーザ光は、Ｘ−Ｙスキャナを含む照射系に導かれる。
【００２３】
特に、本形態においては、第２高調波２ω成分のみならず、基本波長ω成分をも含むレーザ光でデスミアを行うことにより、レーザ発振器１０のレーザ出力の約８０（％）を利用することができる。その結果、図５で説明したような第２高調波２ω成分のみでデスミアを行う場合に比べて、エネルギー効率は約（８／３）倍となり、大面積の照射も可能となるので、タクトタイムも約（８／３）倍に向上する。
【００２４】
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１と同じ部分については同一番号を付している。図３において、このデスミア装置は、あらかじめ定められた波長ωを持つレーザ光を発生するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０で発生されたレーザ光から波長ωの成分と第２高調波２ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射するＳＨＧ素子（第１の光学系）１１と、ＳＨＧ素子１１から出射されたレーザ光を波長ωのレーザ光と第２高調波２ωのレーザ光とに分離する波長分離器（第２の光学系）２２と、分離された第２高調波２ωのレーザ光から該第２高調波２ωの成分と第３高調波３ωの成分とを生成し、同一のレーザ光として出射するＴＨＧ（Ｔｈｉｒｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）素子（第３の光学系）２３と、波長分離器２２で分離された波長ωのレーザ光とＴＨＧ素子２３からのレーザ光とを合成する合成光学系（第４の光学系）２４と、合成光学系２４から出射された合成レーザ光を均一なエネルギー密度分布を持つビームに変換する均一光学系１２と、均一光学系１２からのビームをワークのバイアホールに照射する照射系（図示省略）とを含んでいる。
【００２５】
波長分離器２２とＴＨＧ素子２３との間には反射ミラー２５が、波長分離器２２と合成光学系２４との間には反射ミラー２６がそれぞれ配置されている。
【００２６】
ＳＨＧ素子１１とＴＨＧ素子２３は、生成する波長が異なるのみで機能的には同じである。また、波長分離器２２も、図５において説明したような波長分離器５３と同様である。更に、合成光学系２４は、例えばダイクロイックミラーのように、多層膜を利用して波長ωのレーザ光は透過し、波長２ω、３ωのレーザ光は反射する光学素子を利用することができる。これとは別に、特願平１０−３１７８４８号にて提案されているような光合成方法を利用しても良い。
【００２７】
このようなデスミア装置においては、レーザ発振器１０のレーザ出力を１００とすると、波長分離器２２から出射される波長ωのレーザ光の持つエネルギーは約５０、波長２ωのレーザ光の持つエネルギーは約３０である。更に、ＴＨＧ素子２３から出射されるレーザ光のうち、波長２ωの成分の持つエネルギーは約１５（３０×０．５）、波長３ωの成分の持つエネルギーは約９（３０×０．３）である。その結果、本形態においては、基本波長ω成分及び第２高調波２ω成分のみならず、第３高調波３ω成分をも含むレーザ光でデスミアを行うことにより、レーザ発振器１０のレーザ出力の約７４（％）を利用することができる。その結果、図５で説明したような第２高調波２ω成分のみでデスミアを行う場合に比べて、エネルギー効率は約（７．４／３）倍となり、大面積の照射も可能となるので、タクトタイムも約（７．４／３）倍に向上する。特に、第３高調波３ω成分をも含むレーザ光でデスミアを行うことにより、第２高調波２ω成分のみでデスミアを行う場合に比べて、デスミアの効果も向上することが確認されている。
【００２８】
なお、レーザ発振器１０としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＰ、Ｎｄ：ＹＶＯ4 の固体パルスレーザ発振器のいずれを使用しても良い。また、これらのレーザ発振器からのパルス状のレーザ光から波長５３２（ｎｍ）の第２高調波、波長２６６（ｎｍ）の第３高調波を得ることができる。更に言えば、レーザ発振器についてはＱスイッチ付き固体レーザがあげられる。また、照射面でのエネルギー密度は、０．０５〜２（Ｊ／ｃｍ2 ）程度で良い。更に、今回のデスミア装置では、レーザ光として３０（ｎｓｅｃ）のパルス幅のものを用いた結果、２００（ｎｓｅｃ）幅のレーザ光の場合よりもデスミア効果が優れていることが確認されている。パルス幅の好ましい範囲は、約５０〜１（ｎｓｅｃ）である。
【００２９】
参考のために、ＣＯ2 レーザで加工されたバイアホールに、本発明を適用した場合の処理結果と従来方法による処理結果とを図６〜図７に示す。
【００３０】
図６（ａ）は、ＣＯ2 レーザで加工されたバイアホールを拡大して示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示す。
【００３１】
図７（ａ）は、図６に示されたＣＯ2 レーザで加工されたバイアホールを第２高調波２ωのレーザ光のみでデスミ処理を行った場合のバイアホールを拡大して示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示す。
【００３２】
図８（ａ）は、図６に示されたＣＯ2 レーザで加工されたバイアホールを基本波長ωと第２高調波２ωのレーザ光でデスミ処理を行った場合のバイアホールを拡大して示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図８（ｃ）は、図８（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示している。なお、図６のバイアホールは６．７（Ｊ／ｃｍ2 ）のエネルギー密度を持つＣＯ2 レーザを３ショット照射して形成されたものであり、図８は、このバイアホールに対して２（ｍＪ）相当のレーザ光を１ショット照射してデスミアを行ったものである。
【００３３】
以上説明したデスミア装置は、残渣成分の除去を必要とするすべてのレーザ穴あけ加工装置に適用可能であり、更には本発明者により提案されている特願平９−１２５４２２号に示されているような複数軸ガルバノスキャナを用いたレーザ加工装置にも適用され得る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、エネルギー効率が高く、タクトタイムも大幅に向上したデスミア装置を提供することが可能となり、デスミア処理をも含めた穴あけ加工に要する時間を大幅に短縮することができる。また、本発明によるデスミア装置は、既設のレーザ穴あけ加工装置にも容易に組み付けることができ、この場合には省スペース化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデスミア装置の第１の実施の形態の構成を示した図である。
【図２】図１における均一光学系の構成（図（ａ）、図（ｂ））及びこれにより得られるレーザビームの断面におけるエネルギー密度分布（図（ｃ））を示した図である。
【図３】本発明によるデスミア装置の第２の実施の形態の構成を示した図である。
【図４】本発明が組合わされるレーザ穴あけ加工装置の一例の構成を示す図である。
【図５】本発明者らにより提案されているデスミア装置の構成を示した図である。
【図６】図（ａ）はＣＯ2 レーザで加工されたバイアホールを拡大して示し、図（ｂ）は、図（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図（ｃ）は、図（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示す顕微鏡写真である。
【図７】図（ａ）は図６に示されたバイアホールを第２高調波２ωのレーザ光のみでデスミ処理を行った場合のバイアホールを拡大して示し、図（ｂ）は、図（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図（ｃ）は、図（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示す顕微鏡写真である。
【図８】図（ａ）は図６に示されたバイアホールを本発明により基本波長ωと第２高調波２ωのレーザ光でデスミ処理を行った場合のバイアホールを拡大して示し、図（ｂ）は、図（ａ）のバイアホールの上縁部を更に拡大して示し、図（ｃ）は、図（ａ）のバイアホールの底部を更に拡大して示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０、４０、５１    レーザ発振器
１１    ＳＨＧ素子
２３    ＴＨＧ素子
１２    均一光学系
２２、５３    波長分離器
２４    合成光学系
２５、２６    反射ミラー
４４    Ｘ−Ｙスキャナ
４５    加工レンズ
４６    Ｘ−Ｙステージ
４７    ワーク
【図１】
0004163319.tif 000002
【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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【図８】
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