DE69303527T2

DE69303527T2 - Verfahren zur Behandlung von kleinen Löchern in Substratmaterial

Info

Publication number: DE69303527T2
Application number: DE69303527T
Authority: DE
Inventors: Akira Ohba; Kazuo Ohba; Kaori Shima
Original assignee: Sakae Electronics Ind Co Ltd
Current assignee: Sakae Electronics Ind Co Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2013-04-07
Also published as: EP0565341A2; KR960013710B1; US5322985A; EP0565341B1; EP0565341A3; JPH0783999B2; DE69303527D1; KR930021309A; JPH05285895A; DE565341T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein zuverlässiges Verfahren zur Durchführung einer Hochgeschwindigkeitsbehandlung zum Entfernen von Spänen, die ein Verstopfen verursachen, und eine Behandlung zum Entfernen von Innenwandrauhigkeiten, die während des Bohrens kleiner Löcher in einem Substrat auftreten.
Bei früheren Verfahren werden dann, wenn ein Bohrvorgang eines beidseitig mit Kupfer verkleideten Epoxyharzsubstrats, dem eine Glasfaser als Substratmaterial einer elektronischen Vorrichtung einverleibt ist, durchgeführt wird, Löcher mit einem Durchmesser von mehr als 0,3 mm gebohrt und die sich ergebenden Späne normalerweise durch ein Verfahren wie Ultraschallwaschen entfernt.
Seit kurzem wird die Verdrahtung jedoch in einem Miniaturmuster mit einer hohen Dichte und einer Mehrschichtenstruktur durchgeführt und, damit einhergehend, werden die Durchmesser der Durchgangslöcher so klein wie etwa 0,25 mm bis etwa 0,1 mm. Folglich treten ein Verstopfen aufgrund von Spänen, ein Aufrauhen der Innenwände und Grate häufig aufgrund von Verschleiß und Bruch einer Schneidkante eines Bohrers auf, und das Ultraschallwaschverfahren kann die Späne, die Innenwandaufrauhung und die Grate nicht länger entfernen.
Das US Patent 4 012 307 offenbart eine Gasplasmaätztechnik zur Behandlung von gebohrten Löcher in gedruckten Mehrschichtenschaltungen vor der Metallplattierung der leitfähigen Schichtverbindungen.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 24, Nr. 11B, April 1982, Seite 6097, offenbart ein Verfahren zum Entfernen von Verschmutzungen aus den Substratdurchgangslöchern durch Plasmaätzen. Dementsprechend ist die Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, das schnell und zuverlässig eine Spanentfernunsbehandlung innerhalb kleiner Löcher durchführen, die Glätte einer Innenwandfläche sicherstellen und Grate entfernen kann.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung kleiner Löcher in einem Substratmaterial geschaffen, welches das Bohren kleiner Löcher in das Substratmaterial, das Anordnen von Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Substratmaterials, das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden, so daß ein Plasma erzeugt wird, und Durchführen der Plasmaentladungsbehandlung auf dem Substratmaterial umfaßt, wobei der Elektrodenspalt im Bereich von 0,01 bis 50 mm liegt, die Plasmaentladungsbehandlung bei einem Druck im Bereich von 1,33 x 10³ Pa (10 Torr) bis 2,66 x 10&sup5; Pa (2 x 10³ Torr) und für einen τON-Wert im Bereich von 5 µs bis 20 s einer Spannungswellenform durchgeführt wird, und die an die Elektroden angelegte Spitzenspannung einen Wert im Bereich von 10 V bis 50.000 V in Abhängigkeit von dem Elektrodenspalt aufweist, wodurch die Innenwände der während des Bohrschritts hergestellten, kleinen Löcher geglättet und Trümmer von ihnen entfernt werden.
Bei dem vorstehend erwähnten, erfindungsgemäßen Verfahren wird das Behandlungsverfahren vorzugsweise in einer Behandlungsatmosphäre aus Luft, einem nichtoxidierenden Gas, einem reaktiven Gas oder Dampf durchgeführt.
Mit anderen Worten haben die Erfinder bei einem Bohrvorgang für kleine Löcher in einem Substratmaterial entdeckt, daß die Plasmaentladungsbehandlung zum Entfernen von Spänen, zum Glätten der Innenfläche eines Lochs und zum Entfernen von Graten bemerkenswert wirksam ist, und daß die vorliegende Erfindung die beabsichtigten Aufgaben erfüllt, indem eine Atmosphäre, ein Druck, eine Entladungsimpulsbreite und eine Spitzenspannung in geeigneter Weise ausgewählt und eingestellt werden.
Die einzige Figur ist eine schematische Darstellung eines Diagramms, das die Testergebnisse der Lochdurchmesser und eine Spannung der photoelektromotorischen Kraft zeigt, die einem mittleren Lichtdurchlässigkeitsgrad der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Beispiel des Stands der Technik entspricht.
Wenn ein Substrat aus einem Material mit einer großen Wärmebeständigkeit und einer großen Korrosionsbeständigkeit wie einem Aluminiumoxidsubstrat oder einem Siliciumsubstrat hergestellt wird, wird ein wässeriges Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid auf 50 bis 60ºC zur Erzeugung eines alkalischen Dampfes erhitzt zusätzlich zu einem Gas des Fluorwasserstofftyps, das im allgemeinen zum Ätzen von Keramik verwendet wurde. Es wurde gefunden, daß dann, wenn die Plasmaentladungsbehandlung an Substratlöchern in einer solchen Gasatmosphäre bei einem Druck von 1,01 x 10&sup5; Pa (760 Torr) durchgeführt wird, das Ätzen nur in den Wänden der kleinen Löcher mit einer Ätzwirksamkeit, die drei- bis viermal höher ist als diejenige des herkömmlichen Ätzverfahrens, bei dem Fluorwasserstoff verwendet wird, durchgeführt werden kann. Es wurde auch gefunden, daß in dem Fall von leicht entflammbaren Substraten wie einem Papiersubstrat, die Plasmaentladungsbehandlung in einer Ar- oder N&sub2;-Gasatmosphäre wirksam ist.
Die Behandlungsatmosphäre wird in geeigneter Weise aus der Gruppe, bestehend aus Luft, einem nichtoxidierenden Gas wie Ar, He und N&sub2;, einem reaktiven Gas wie CH&sub4;, CCl&sub4; und C&sub2;H&sub2; und einem Dampf wie einem NaOH-Dampf ausgewählt.
Die Steuerung des Drucks ist sehr wichtig. Falls der Druck weniger als 1,33 x 10³ Pa (10 Torr) beträgt, tritt eine Kriechentladung an anderen Bereichen als den Löchern des Substratmaterials auf, so daß sich eine Glimmentladung entwickelt, die Plasmaentladungswirksamkeit für die beabsichtigten Löcher abnimmt und außerdem unnötige Bereiche auch durch die Plasmaentladungsbehandlung bearbeitet werden. Falls der Druck 2,66 x 10&sup5; Pa (2 x 10³ Torr) übersteigt, tritt das Problem auf, daß die Plasmaentladungsbehandlungsvorrichtung einem höheren Druck widerstehen muß und die Entladung schwieriger wird. Der Zustand der Elektroden ist auch sehr wichtig. Erstens liegt der Spalt zwischen den beiden Elektroden vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 50 mm. Falls der Spalt kleiner als 0,01 mm ist, wird dies nicht bevorzugt, weil die Dicke einer sehr hochintegrierten Schaltung mit der kleinsten Dicke als Substrat gegenwärtig etwa 0,005 mm beträgt. Falls der Elektrodenspalt 50 mm übersteigt, wird eine Spitzenspannung von 50.000 V zwischen den Elektroden erforderlich. Falls der Abstand zwischen den Löchern des Substratmaterials beispielsweise 10 mm beträgt und eine so hohe Spannung an das Substratmaterial angelegt wird, breitet sich die Entladung nicht nur zu den kleinen Löchern in der Nähe der Elektroden aus, sondern auch zu den entfernen kleinen Löchern, so daß die Plasmaentladungswirkung um 50% abnimmt. Deshalb sollte die maximale Spitzenspannung 50.000 V nicht übersteigen, selbst wenn Spannungsschwankungen auftreten. Da der Lochabstand gegenwärtig weniger als 10 mm beträgt, wird der Elektrodenspalt eher aufgrund der maximalen Spitzenspannung von 50.000 V bestimmt, und der maximale Spalt beträgt 50 mm.
Falls ein τON-Wert der Spannungswellenform weniger als 5 µs beträgt, wird die Entladung schwierig. Falls er andererseits 20 s übersteigt, tritt teilweise in irgendeinem der Substratmaterialien ein Verbrennen/Schmoren auf und die Aufgaben der Erfindung können nicht gelöst werden. Falls die Spitzenspannung weniger als 10 V beträgt, ist das Auftreten der Plasmaentladung schwierig, und, selbst falls sie auftritt, ist die Entladung eine Einzelentladung und ist äußerst instabil. Deshalb ist die Wirksamkeit der Behandlung gering. falls die Spitzenspannung 50.000 V übersteigt, breitet sich die Entladung auf eine große Anzahl kleiner Löcher aus, so daß nicht nur die Entladungswirksamkeit abnimmt, sondern auch ein Problem mit der Sicherheit der Vorrichtung auftritt.

Beispiel

Kleine Löcher mit einem Durchmesser von 0,25 mm, 0,2 mm und 0,15 mm wurden mit Lochabständen von 5 mm mittels einer NC- Bohrmaschine in der gesamten Fläche von jedem der Harzsubstrate gebohrt, die jeweils eine Dicke von 0,8 mm, eine Länge von 20 cm bzw. eine Breite von 30 cm hatten. Die Gesamtanzahl der Löcher betrug 2300. Während der stufenweisen, spanenden Bearbeitung wurde das Verstopfen aufgrund von Spänen ab dem 1390. Loch in dem Fall des Bohrens von kleinen Löchern mit einem Durchmesser von 0,25 mm beachtlich. Das Verstopfen aufgrund von Spänen wurde ab dem 680. Loch in dem Fall des Bohrens der kleinen Löcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm beachtlich und ab dem 430. Loch in dem Fall des Bohrens von kleinen Löchern mit einem Durchmesser von 0,15 mm beachtlich und das Aufrauhen der Innenwand der Löcher wie auch Grate traten meist auf.
Die Plasmaentladungsbehandlung wurde in Luft auf dem Substrat mit den Löchern von 0,25 mm bei 1,01 x 10&sup5; Pa (760 Torr) mit einem Elektrodenspalt von 10 mm, einem τON-Wert von 10 ms und einer Spitzenspannung von 11.000 V durchgeführt. Die Behandlung wurde bei 2300 Löchern während 2 Minuten unter numerischer Steuerung (NC) durchgeführt. Als Folge gab es kaum Späne innerhalb der Löcher, die Innenwände der Löcher waren glatt, weil Vorsprünge der Glasfasern, Übergänge und Vorsprünge des Harzes aufgrund der Plasmaentladung durch Schmelzoxidation entfernt wurden und es kaum Grate gab.
In ähnlicher Weise wurde die Plasmaentladungsbehandlung mit den Substraten mit den Löchern von 0,2 mm bzw. 0,15 mm bei einem Elektrodenspalt von 8 mm und einer Spitzenspannung von 9.000 V für die ersteren und einem Elektrodenspalt von 6 mm und einer Spitzenspannung von 6.000 V für die letzteren durchgeführt.
Die Figur ist ein Diagramm, das die Entfernungsverhältnisse der Späne innerhalb der Löcher in Abhängigkeit von den Ausgangsspannungen entsprechend den Mengen der Lichtdurchlässigkeit durch die Substratlöcher durch die Verwendung eines CdS- Photodetektors zeigt. Die Ordinate stellt die Spannung der photoelektromotorischen Kraft dar, die proportional zu dem mittleren Lichtdurchlässigkeitsgrad von 2300 Löchern entspricht. In dem Fall der Löcher mit einem Durchmesser von 0,25 mm, wäre eine Ausgangsspannung 5 mV, falls das Bohren perfekt durchgeführt worden ist, aber in Übereinstimmung mit dem Plasmaentladungsbehandlungsverfahren betrug die Ausgangsspannung 4,9 mV bei einem Lichtdurchlässigkeitsgrad von 98%. Im Gegensatz dazu betrug die Ausgangsspannung gemäß dem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung der Ultraschallbehandlung 1,4 mV und die Durchlässigkeit betrug nur 28%.
Wenn der Lochdurchmesser 0,15 mm betrug, betrug der Lichtdurchlässigkeitsgrad im Fall der Plasmaentladungsbehandlung 89%, aber er betrug nur 11% gemäß dem herkömmlichen Verfahren. Außerdem erhöhte sich der Lichtdurchlässigkeitsgrad im Fall des Lochdurchmessers von 0,15 mm und der Durchlässigkeitsfaktor erreichte 97%, wenn τON auf 1 ms eingestellt war, eine Spitzenspannung 8000 V betrug und der Elektrodenspalt 5 mm betrug. Wenn τON auf 10 µs eingestellt war, erreichte die Durchlässigkeit 99,9%.
Dementsprechend konnte die Innenwandbehandlung der kleinen Löcher mit einer hohen Geschwindigkeit und außerdem zuverlässig durch Durchführen der Plasmaentladungsbehandlung unter der optimalen Bedingung für das Substrat durchgeführt werden, indem der Impuls τON, die Spitzenspannung und der Elektrodenspalt in Übereinstimmung mit dem Material des zu bearbeitenden Substrats und den Durchmessern der Löcher geändert wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann schnell und zuverlässig die Späne entfernen, die während des Bohrens kleiner Löcher in einem Substrat ein Verstopfen verursachen, eine glatte Innenwand der Löcher erzielen und die Grate entfernen.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung kleiner Löcher in einem Substratmaterial, welches umfaßt das Bohren kleiner Löcher in dem Substratmaterial, das Anordnen von Elektroden an gegenüberliegenden Seiten des Substratmaterials, das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden derart, daß ein Plasma erzeugt wird, und das Durchführen der Plasmaentladungsbehandlung an dem Substratmaterial, wodurch der Elektrodenspalt im Bereich von 0,01 bis 50 mm liegt, die Plasmaentladungsbehandlung bei einem Druck im Bereich von 1,33 x 10³ Pa (10 Torr) bis 2,66 x 10&sup5; Pa (2 x 10³ Torr) und für einen τON-Wert im Bereich von 5 µs bis 20 s einer Spannungswellenform durchgeführt wird und die an die Elektroden angelegte Spitzenspannung einen Wert im Bereich von 10 V bis 50.000 V in Abhängigkeit von dem Elektrodenspalt aufweist, um hierdurch die Innenwände der während des Bohrschritts erzeugten Löcher zu glätten und Trümmer von diesen zu entfernen.

2. Verfahren zur Behandlung kleiner Löcher in einem Substratmaterial nach Anspruch 1, wobei die Behandlungsatmosphäre aus Luft, einem nichtoxidierenden Gas, einem reaktiven Gas und Dampf ausgewählt ist.