DE69306600T2 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Leitersubstrats - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Leitersubstrats

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vielgeschichteten Verdrahtungssubstrats unter Verwendung eines Isoliermaterials.
  • Um die Größe einer elektronischen Vorrichtung zu vermindern und die Betriebsgeschwindigkeit derselben zu verbessern, ist ein Verdrahtungssubstrat mit höherer Dichte erfor derlich, auf dem eine integrierte Halbleiterschaltung zum montieren ist und zwar bei Verbesserung der Integrationsdichte der integrierten Halbleiterschaltung.
  • Es wurden die Integrationsdichten von Verdrahtungssubstraten von einer gedruckten Einzelschicht-Leiterplatte zu Anbeginn bis zu einer vielgeschichteten gedruckten Leiterplatte und einer Flächenpackung hin verbessert. Ein Vielfachchip-Modul (MCM), der fur eine Halbleiterschip-Packung geeignet ist und die Fähigkeit hat, eine höhere Dichte zu erzielen, wurde entwickelt.
  • Ein Keramik-Verdrahtungssubstrat, welches mit Hilfe eines Dickfilm-Herstellungsverfahrens hergestellt wurde, kann als Substrat des MCM verwendet werden. Es wurde jedoch ein Dünnfilm-Vielfachschicht-Verdrahtungssubstrat entwickelt, welches Polyimid mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten als diejenige von Keramik als eine Isolierschicht verwendet und abwechselnd mit einer Schicht aus Kupfer (Cu) - Verdrahtungen auf dieser Isolierschicht laminiert ist und wurde in einer praktischen Anwendung auf dem Gebiet von Großrechnern eingesetzt, bei denen höhere Geschwindigkeiten der Signale erforderlich sind. (s.beispielsweise "Nikkei Micro- Device", Dezember 1989, Seiten 50-55).
  • Polyimid, welches entwickelt wurde und in die prakti sche Anwendung als Isoliermaterial für ein Verdrahtungssubstrat übernommen wurde, besitzt einen hohen Wärmewiderstand und eine niedrige Dielektrizitätskonstante (ε = 3,4).
  • Jedoch besteht ein Problem bei diesem Material dahingehend, daß es stark hydroskopisch ist und zwar aufgrund dessen Imid-Ringes, der eine hohe Polarität besitzt. Somit erhöht sich die scheinbare Dielektrizitätskonstante nach der Absorption von Feuchtigkeit und die Isoliereigenschaften verschlechtern sich.
  • Da die Signalausbreitungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist zu ε1/2, wurde der Bedarf nach Materialien, die eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als Polyimid haben, größer.
  • Ein Perfluorkohlenstoffpolymer (wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (abgekürzt mit "PTFE")) ist als Material mit niedriger hydroskopischer Eigenschaft, hohem Wärmewiderstand und extrem niedriger Dielektrizitätskonstante bekannt.
  • Das Perfluorkohlenstoffharz, welches mit PTFE angegeben wird, ist ein Material, welches eine Dielektrizitätskonstante (ε) besitzt, die so klein wie beispielsweise 2,0 ist und welches einen ausgezeichneten Wärmewiderstand zeigt und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Bindungsenergie zwischen Kohlenstoff und Fluor sehr hoch ist.
  • Da ferner dieses Material eine extrem niedrige hydroskopische Eigenschaft hat und einen ausgezeichneten chemischen Widerstand zeigt, wurde es bereits als ein Substrat für gedruckte Schaltungsplatten verwendet.
  • Gemäß einem Dünnfilm-Herstellungsverfahren werden eine Verdrahtungsschicht und eine Isolierschicht einzeln abwechselnd laminiert. Es müssen jedoch bei einem steifen Halterungssubstrat, welches aus Keramik oder aus Metall und einer Isolierschicht hergestellt ist, die Isolierschicht und das Verdrahtungsmetall und die Isolierschicht miteinander verklebt werden. Aus diesem Grund wurde PTFE nicht als Isoliermaterial fur ein vielgeschichtetes Verdrahtungssubstrat verwendet, da ein Verkleben von PTFE im Gegensatz zu einem Verschmelzen, schwierig war.
  • Um PTFE bei diesem Dünnfilm-Herstellungsverfahren zu verwenden, wurde ein Verfahren entwickelt, welches den PTFE- Film porös macht und zwar durch biaxiales Strecken oder eine ähnliche Maßnahme, wodurch dann dieser poröse Film mit einem Harz imprägniert werden konnte, das eine hohe Adhäsion besitzt.
  • Mit anderen Worten kann die Dielektriziätskonstante und die hydroskopische Eigenschaft reduziert werden während gleichzeitig das erforderliche Verkleben und der Warmewiderstand durch Herstellen einer PTFE-Harzzusammensetzung beibehalten wird.
  • Die wesentliche Bedingung für das Imprägnierharz für PTFE gemäß diesem Verfahren besteht darin, daß poröses PTFE mit dem Harz imprägniert werden kann und durch Wärmebehandlung oder ähnliche Maßnahme gebunden werden kann.
  • Ein im Handel erhältliches Material, welches diese Bedingung befriedigt, ist ein Prepräg-Material "Gore-tex GTM 051 Series" (ein Produkt von Japan Gore-tex Inc.). Dieses Material wird hergestellt, indem man poröses PTFE mit einem Bis-Maleimidtriazin-Harz impragniert (als "BT Harz" bezeichnet) als thermo-aushärtendes Harz mit niedrigem Molekulargewicht.
  • Jedoch besitzt das PT Harz einen niedrigen Wärmewiderstand von nicht mehr als 300ºC und eine hohe Dielektrizitätskonstante (ε) von mehr als 3,5. Selbst wenn somit dieses Harz als Zusammensetzung mit porösem PTFE ausgeführt wird, läßt sich die Dielektrizitätskonstante des resultierenden zusam mengesetzten Films nicht auf 3,0 oder weniger reduzieren.
  • Die Perfluorkohlenstoff-Polymere, die mit PTFE angegeben werden, bestehen aus Isoliermaterialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten, sie könnte jedoch als solche für einen Zwischenwert-Isolierfilm eines vielschichtigen Verdrahtungssubstrats nicht verwendet werden, da deren Klebefähigkeit extrem niedrig ist.
  • Andererseits ist ein Prepräg-Material, welches hergestellt wird indem poröses PTFE mit BT Harz imprägniert wird, im Handel erhältlich, um die Klebefähigkeit von PTFE zu verbessern, jedoch reicht der Wärme- oder Hitze-Widerstand von BT Harz nur bis ca. 300ºC und die Dielektrizitätskonstante des zusammengesetzten Films ist größer als ca. 3,0.
  • Es ist daher wünschenswert ein thermo-aushärtendes Harz zu erzielen, welches einen ausgezeichneten Wärmewiderstand besitzt, jedoch auch eine niedrige Dielektrizitätskonstante hat und imprägniert werden kann. Ein ausgezeichnetes Vielfachschicht-Verdrahtungssubstratmaterial könnte in eine praktische Anwendung umgesetzt werden, indem poröses PTFE mit einem solchen Harz imprägniert wird, und es könnte ein Vielfachschicht-Verdrahtungssubstrat, welches ein solches Isoliermaterial verwendet, hergestellt werden.
  • Die US-A-5034801 offenbart ein integriertes Schaltungselement mit einer planaren dielektrischen Schicht aus einem Fluorpolymer-Film wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, welches mit einem Harz mit niedrigem Ionengehalt imprägniert ist oder beschichtet ist wie beispielsweise einem Zyanatesterharz, einem Polyimidharz oder einem Benzozyklobutenharz.
  • Eines der wichtigen technischen Probleme, wenn man eine Dünnfilm-Vielfachschichtverdrahtung herstellt, besteht darin, über Öffnungen oder Löcher eine Zwischenpegel-Isolierschicht herzustellen.
  • Bei der Herstellung solcher dünner Filme wird eine Verdrahtungsschicht einzeln auf die gleiche Weise wie bei der Ausbildung einer integrierten Halbleiterschaltung laminiert. Aus diesem Grund wurde die Verwendung eines reaktiven Ionenätzverfahrens (RIE) für die Herstellung über Öffnungen von Dünnfilmen geprüft.
  • Bei einer Dünnfilm-Schaltung ist jedoch die Isolierschicht unverhältnismäßig dicker als der Halbleiter. Um diese dicke Isolierschicht zu ätzen, muß ein Metallfilm mit einem hohen Trockenätz-Widerstand als eine Resistschicht verwendet werden. Aus diesem Grund muß ein komplizierter Prozeß mit den folgenden Schritten verwendet werden: Ausbilden des Metall films - Aufschichten eines Photoresistmaterials - Belichten - Entwickeln des Photoresistmaterials - Ätzen des Metall- Resistmaterials - Ätzen des Isolierfilms - Entfernen des Metallresistmaterials.
  • Bei einer Dünnfilm-Schaltung, die Polyimid als Isolierschicht verwendet, wurde daher ein Verfahren geprüft, welches eine Photoempfindlichkeit einem Polyimid-Prekursor erteilt und es wurde ein Durchgangsloch ausbildet unter Verwendung der Photoempfindlichkeit des Materials, um den Herstellungsprozeß zu vereinfachen.
  • Nichtsdestoweniger können Durchgangsbohrungen nicht unter Ausnutzung der Photoempfindlichkeit bei dem porösen PTFE Material, welches mit einem thermo-aushärtenden Harz imprägniert ist, ausgebildet werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich RIE zu verwenden, was komplizierte Schritte bei solchen Isolierschichten erfordert.
  • Demzufolge muß ein Verfahren zur Herstellung der Durchgangsöffnungen mit Hilfe eines einfachen Prozeßes für poröses PTFE, welches mit einem thermo-aushärtenden Harz imprägniert ist, gefunden werden.
  • Wie bereits beschrieben wurde, kann die Ausbildung der Durchgangsöffnungen unter Verwendung der Photoempfindlichkeit nicht für solche Materialien durchgeführt werden, die hergestellt werden, indem poröses PTFE mit einem klebefähigen Harz impragniert wird.
  • Es ist daher wichtig, ein Verfahren zur Herstellung von Durchgangsöffnungen durch ein einfaches und praktisch realisierbares Verfahren zu ersetzen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Durchgangsöffnungen in einem Isolierfilm eines Vielfachschicht-Verdrahtungssubstrats geschaffen unter Verwendung einer Abschmelzung durch einen Exzimer-Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die nicht kleiner ist als 190 nm und mit einem Emissionszeitimpuls von wenigstens 1 ns, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm dadurch hergestellt wird, indem ein poröser Perfluorkohlenstoff-Polymerfilm mit einem thermo-aushärtenden Harz imprägniert wird, welches einen aromatischen Ring oder einen Hetero-Ring enthält, der aus einem Bis-Maleimid-Harz ausgewählt ist, bevorzugt einem Bis-Maleimidtriazin-Harz, einem Epoxyharz und einem Benzozyklobutenharz und indem das Harz thermisch ausgehärtet wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschicht- Verdrahtungssubstrats geschaffen, wonach abwechselnd eine Verdrahtungsschicht und Isolierschicht auf einem steifen Halterungssubstrat auflaminiet wird, und indem Durchgangsöffnungen in jeder Isolierschicht ausgebildet werden, um die jeweiligen Verdrahtungsschichten durch Abschmelzen unter Verwendung eines Exzimer-Laserstrahls anzuschließen, dadurch gekennzeichent, daß die Isolierschicht aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, welches einen porösen Perfluorkohlenstoffpolymerfilm aufweist mit Leerraum-Abschnitten, die mit einem thermisch-ausgehärteten Thermoaushärtungsharz imprägniert sind, welches einen aromatischen oder Hetero-Ring ent hält, der ausgewählt ist aus einem Bis-Maleimid-Harz, bevorzugt einem Bis-Maleimidtriazin-Harz, einem Expoxyharz und einem Benzozyklobutenharz. Die Durchgangsöffnungen können hergestellt werden durch Verwendung eines Kryptonfluor (KrF) - oder Xenon-Chlorid (XeCl)-Exzimer-Laserstrahls. Der Exzimer-Laserstrahl besitzt in bevorzugter Weise eine Wellenlänge von nicht weniger als 190 nm und eine Emissionszeit von wenigstens 1 ns pro Impuls.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese wirksam umgesetzt werden kann, soll nun auf ein Beispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen eingegangen werden, in denen:
  • Fig. 1 eine schematische Schnittansicht ist, welche die Konstruktion eines optischen Belichtungssystems veranschaulicht, welches für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Durchgangsstruktur ist, die bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird; und
  • Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Vielfachschicht-Verdrahtungssubstrates zeigt, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
  • Die Abschmelztechnik unter Verwendung eines Exzimer-Laserstrahls hat in den letzten Jahren zunehmend Aufmerksamkeit auf sich gezogen und zwar als eine neue Herstellungstechnik.
  • Der Exzimer-Laser besteht aus einem Gaslaser unter Verwendung eines Exzimer eines seltenen Gases und eines Halogens und kann hoch dichte ultraviolette Strahlen anregen.
  • Wenn ein optischer Impuls mit einer hohen Intensität von bis 100 MW/cm² als Spitzenwert wie beispielsweise ein Exzimer-Laserstrahl auf gewöhnliche Materialien aufgestrahlt wird, werden chemische Bindungen der Materialien im Moment aufgelöst und es wird die Oberflächenschicht verdampft, da die Materialien eine starke Absorption in dem Ultraviolett- Bereich zeigen. Diese Erscheinung besteht aus einer photoinitierten Abtragung und die Exzimer-Lasertechnik ist eine solche, welche diese Erscheinung ausnutzt.
  • Obwohl eine grooe Zahl von Kombinationen seltener Gase und Halogene existiert, zeigen KrF-Laser (Wellenläge = 248 nm) und XeCl-Laser (Wellenlänge = 308 nm) eine hohe Oszillationsausgangsgröße und eine hohe Stabilität, die für industrielle Anwendungen geprüft wurden.
  • Eine der charakteristischen Merkmale der Exzimer- Laserherstellungstechnik besteht darin, daß das Finish des Abschnitts scharf ist und ein relativ breiter Bereich bis hinauf zu 10 mm² kollektiv bearbeitet werden kann. Demzufolge kann ein kompliziertes Muster in einfacher Weise ausgebildet werden, indem man eine Belichtung über eine Maske durchführt. (S. T.A. Znotis et al, "Laser Focus", Mai, 54, 1987, und Ishizaka" Applied Mechanical Optics", September, 1990, Seiten 94-99).
  • Aus diesem Grund hat die Exzimerlaser-Herstellungstechnik zunehmend Aufmerksamkeit auf sich gezogen und zwar als Durchgangsöffnung-Herstellungstechnik für eine Dünnfilm- Vielfachschichtschaltung (F. Bachmann: Chemtronic, September, Vol.4, 1989, usw.)
  • Unter den Grundstudien hinsichtlich einer Exzimerlaser- Abtragung ohne spezifische Begrenzung auf eine Anwendung, haben sich Studien auf eine Vielfalt von Harzen konzentriert und es wurde auch über die Zersetzung von PTFE berichtet.
  • PTFE ist für einen Strahl transparent mit einer Wellenlänge von nicht kleiner als 190 nm. Daher wird ein Fluor (F&sub2;) -Laser (Wellenlänge = 157 nm) mit einer kleineren Wellenlänge und ein Ultrakurzimpuls-KrF-Laser in der Größenordnung einer Femto-Sekunde normalerweise verwendet.
  • Nichtsdestweniger wurde mit der Entwicklung von Geräten für diese Schichten gerade begonnen, und diese Laser können noch nicht für eine industrielle Anwendung vom Gesichtspunkt des Austrags, Stabilität und Preises verwendet werden.
  • Um die Laser zur Herstellung von Durchgangsöffnungen zu verwenden, müssen optische Komponenten wie beispielsweise eine Linse, ein Spiegel usw. verwendet werden, es wurden jedoch praktische optische Komponenten, die den Vakuum-Ultraviolettstrahlen mit einer hohen Energie und den Ultrakurzimpuls- Ultraviolettstrahlen widerstehen können, noch nicht entwikkelt.
  • Demnach ist das Ziel der Bearbeitung durch die Exzimerlaser-Herstellungstechnik, die auf die Dünnfilm-Vielfachschichtstruktur gerichtet ist, exclusiv auf Polyimid beschränkt und es wurde kein Bericht hinsichtlich der Ausbildung von Durchgangsöffnungen in einem Isolierfilm abgesetzt, der aus PTFE hergestellt ist unter Verwendung eines im Handel erhältlichen KrF-oder XeCl-Lasers.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf die Ausbildung von Durchgangsöffnungen in einem porösen PTFE-Film gerichtet, der mit einem thermo-aushärtenden Harz imprägniert ist, welches einen aromatischen Ring oder Hetero-Ring enthält, unter Verwendung eines industriell verwendbaren KrF-oder XeCl-Lasers, bevorzugter einem Exzimer- Laser mit einer Emissions-Wellenlänge von wenigstens 190 nm und einer Emissions-Zeit von wenigstens 1 ns, um dadurch eine Laserabtragung an dem Isolierfilm zu bewirken.
  • Wenn der KrF-oder XeCl-Laserstrahl auf das poröse PTFE aufgestrahlt wird, welches mit dem thermo-aushärtenden Harz imprägniert ist, welches einen aromatischen Ring oder Hetero- Ring enthält, so absorbiert der aromatische Ring und der Hetero-Ring des thermo-aushärtenden Harzes den Laserstrahl und diese werden zerlegt und drastisch in Gas umgesetzt und werden ausgestoßen, jedoch wird PTFE nicht zerlegt, da es den Laserstrahl nicht absorbiert.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß dann, wenn das thermo-aushärtende Harz zerlegt, gasförmig gemacht und ausgestoßen wird, obwohl PTFE selbst nicht zerlegt wird, faserförmiges PTFE abgetrennt wird, ausgestoßen wird und mit dem Zerlegungsgas entfernt wird, so daß eine Durchgangsöffnung ausgebildet wird.
  • Da eine Riffelung oder Wellung auf den Seitenoberflächen des Durchgangsloches auftritt, welches in dieser Weise ausgebildet wurde, sind die Oberflächen nicht glatt. Es kann jedoch eine Durchkontaktierung vorgenommen werden, selbst wenn eine Riffelung an den Seitenflächen existiert, da der Durchmesser der Durchgangsöffnung, die in dem Verdrahtungssubstrat auszubilden ist, zu groß ist wie einige zehn Mikrometer.
  • Aus dem oben beschriebenen Grund kann die Durchgangsöffnung durch den gewöhnlichen ns Emission-KrF-Laserstrahl ausgebildet werden ohne die Verwendung des Fluor- (F&sub2;) -Lasers mit einer kurzen Wellenlänge (Wellenlänge = 157 nm) oder dem Ultrakurzimpuls KrF-Laser in der Größenordnung von einer Femto-Sekunde.
  • Ein anderer Vorteil dieses Laserstrahl-Herstellungsverfahrens besteht darin, daß die Bearbeitungszeit kurz ist. Da mit anderen Worten PTFE durch Abtrennen beseitigt werden kann, jedoch nicht durch Zersetzung, braucht die optische Energie, die erforderlich ist um PTFE zu zersetzen, nicht in Betracht gezogen werden.
  • Im Falle des Volumens, welches ein Verhältnis von PTFE von 1/3 beispielsweise belegt, kann die Herstellung beispielsweise bei einer Ätzrate von dem ca. 1,5 fachen ausgeführt werden verglichen mit dem Fall eines Films, der lediglich aus einem thermo-aushärtenden Harz besteht.
  • Neben dem oben beschriebenen BT Harz, enthält das Imprägnierharz für den PTFE Film ein thermo-aushärtendes Harz, welches einen aromatischen Ring wie beispielsweise ein Bis- Maleimid-Harz, ein Epoxy-Harz, ein Benzozyklobuten-Harz (im folgenden mit "BCB Harz" abgekürzt) usw enthält. Unter diesen ist das BCB Harz das bevorzugteste thermo-aushärtende Harz.
  • Das BCB Harz besitzt eine niedrige Dielektrizitätskosntante (ε = 2,7) und einen ausgezeichneten Wärmewiderstand. Ein Beispiel der Herstellung von MCM durch Aufschich ten und Laminieren dieses Harzes auf einem Grundsubstrat und die Eigenschaften des resultierenden MCM's wurden berichtet (IEEE Transactions on Components, Hybrids, und Manufacturing Tech., Vol 13, Seite 347, 1990; J.Electronic Materials, Vol. 19, Seite 1357, 1990, usw.).
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß das BCB Harz eine niedrige Dielektrizitätskonstante besitzt, einen ausgezeichneten Wärmewiderstand hat, eine geringe Oberflächenspannung besitzt und flüssig ist, so daß poröses PTFE, in welches eine Flüssigkeit nicht leicht eindringen kann, mit diesem BCB Harz imprägniert werden kann.
  • Es wurde festgestellt, daß eine hohe Adhäsion auf die gleiche Weise erzielt werden kann so als ob das BCB Harz alleine verwendet würde.
  • Hier variiert eine Dielektrizitätskonstante abhängig von dem Volumenverhältnis von PTFE zu BCB und nimmt ab mit Zunahme eines Volumenbelegungsverhältnisses von PTFE. Von diesem Aspekt her gesehen hat PTFE in bevorzugter Weise ein großes Volumenverhältnis und eine geringe Porosität.
  • Wenn jedoch das Volumenverhältnis von PTFE 50% überschreitet (oder wenn die Porösität nicht größer ist als 50%), wird die Imprägnierung von BCB schwieriger. Es wird daher in bevorzugter Weise die Porösität in einem Bereich von 50 bis 80% in der Praxis eingestellt.
  • Als nächstes bestehen die Vorteile, die sich ergeben, wenn BCB Harz als Zusammensetzung mit PTFE ausgeführt wird, aus den Verbesserungen in der Reduzierung der Spannung und der Sprödigkeit und der niedrigen Dielektrizitätskonstanten.
  • Mit anderen Worten ist das BCB Harz nicht frei von dem Problem, daß es dazu neigt zu brechen, da es eine geringe Längung besitzt, jedoch verhindern die weichen PTFE Fasern das Wachsen von Rissen und der zusammengesetzte Artikel wird widerstandsfähig oder kann als Ganzes schwer zerbrochen werden.
  • Wenn das BCB Harz thermisch ausgehärtet wird bei ca. 220ºC und dann auf Raumtemperatur abgekühlt wird, entwickelt sich eine Zugspannung aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem BCB Harz und dem Grundsubstrat, wenn jedoch das BCB Harz mit PTFE als Zusammensetzung ausgeführt wird, treten kleine Hohlräume (sehr kleine Hohlbereiche) in dem PTFE-Abschnitt auf und können die Spannung vermindern.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun in Einzelheiten un ter Hinweis auf die folgenden Beispiele näher erläutert.
    • Beispiel 1
  • Eine Imprägnierlösung wurde aufbereitet durch Hinzugeben von 10g von Methylisobutylketon zu 209 einer im Handel erhältlichen BCB Harzlösung (55% BCB Harzlösung in Xylen "XU1300", Dow Chemical).
  • Es wurde ein 80 µm dickes PTFE Membranfilter (Porösität = 75%, "FP-200", Sumitomo Kenko K.K.) als poröses PTFE verwendet und es wurde eine Kupferelektrode mit einem Durchmesser von 38 mm auf diesem PTFE ausgebildet.
  • Zuerst wurde der oben beschriebene poröse PTFE Film auf ein 70 mm-Quadratglassubstrat plaziert und wurde mit der BCB Harzlösung dadurch impragniert, indem eine vorbestimmte Menge der BCB Harzlösung auf den PTFE Film aufgedruckt wurde und zwar mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens.
  • Die resultierende Anordnung wurde in einem Ofen bei 100ºC für 30 Minuten behandelt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Als nächstes wurde die Anordnung in einem Vakuumofen gegeben, und es wurde das BCB thermisch ausgehärtet und zwar bei 240ºC im Laufe von einer Stunde, um einen homogenen PTFE Film zu erhalten, dessen Hohlräume gefüllt waren.
  • Zum Vergleich wurde ein Film, der lediglich aus BCB Harz besteht, auf dem gleichen 70 mm-Quadrat-Substrat ausgebildet. Es wurde die Klebefähigkeit jeder Probe durch einen Schachbrett-Test geprüft, es wurde jedoch kein Abschälen an dem Glas und an der Kupferelektrode beobachtet.
  • Als nächstes wurde eine Gegenelektrode auf dem so eingestellten Film ausgebildet, und es wurde die Dielektrizitätskonstante gemessen.
  • Als Ergebnis wurde festgehalten, daß die Dielektrizitätskonstante 2,55 (1 MHz) betrug. Die Dielektrizitätskonstante lag bei 2,72 für den Film aus BCB Harz alleine. Somit wurde die Dielektrizitätskonstante dadurch reduziert, indem eine Zusammensetzung aus BCB Harz und PTFE hergestellt wurde.
  • Ein anderer Film wurde auf dem eingestellten Film auflaminiert, um einen dreischichtigen Film mit 200 µm Dicke zu erhalten, es wurde jedoch kein Abschälen des Films beobachtet.
  • Jedoch trat eine Rißbildung und ein Abschälen bei einer Dicke von 100 bis 200 µm für den Film von BCB Harz alleine auf.
  • Als nächstes wurde eine Durchgangsausbildung durchgeführt, indem ein KrF-Exzimer-Laserstrahl mit einer Bestrahlungsenergie von 0,8 J/cm² pro Schuß über eine Maske aufgestrahlt wurde, die 20 x 20 Öffnungen besaß, von denen jede einen Durchmesser von 50 µm hatte.
  • Als ein Ergebnis konnten perfekte kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von 60 µm an dem Öffnungsabschnitt und 35 µm am Boden des Loches in dem Film ausgebildet werden, der eine Filmdicke von 80 µm besaß.
  • Nach der Ausbildung der Öffnungen wurde Kupfer im Vakuum niedergeschlagen und wurde dann in einer solchen Weise entfernt, um Abschnitte um die Öffnungen herum zu belassen. Als die Durchgangskontaktierung geprüft wurde, wurde festgestellt, daß alle 400 Öffnungen zuverlässig angeschlossen waren.
    • Beispiel 2
  • Eine Imprägnierlösung wurde aufbereitet, indem 10g von Methylisobutylketon zu 20g einer im Handel erhältlichen BCB Harzlösung hinzugefügt wurden (55% BCB Harzlösung in Xylen "XU1300", Dow Chemical).
  • Es wurde PTFE, welches porös gemacht worden war und zwar durch axiales Strecken bis zu einer Porositat von 75% und mit einer Dicke von 30µm als ein poröser PTFE Film verwendet.
  • Zunächst wurde ein Stück eines 152,4 mm-Quadratglases mit 1000 Elektroden, die auf diesem ausgebildet waren, als ein Substrat verwendet, und es wurde der poröse PTFE Film auf diesem Substrat plaziert. Die Imprägnierlösung, die oben beschrieben wurde, wurde in einer vorbestimmten Menge auf den porösen PTFE Film aufgedruckt und zwar unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens, so daß der poröse PTFE Film mit der BCB Harzlösung imprägniert wurde.
  • Nachdem das Lösungsmittel durch Trocknen in heißer Luft entfernt worden war, wurde die resultierende Anordnung in einen Stickstoff-(N&sub2;)Ofen gegeben und es wurde das BCB thermisch ausgehärtet und zwar bei 240ºC im Laufe von einer Stunde, um einen homogenen PTFE Film zu erhalten, der 20 µm dick war und dessen Hohlräume gefüllt waren.
  • Zum Vergleich wurde ein 20µm dicker Film des BCB Harzfilmes alleine auf dem gleichen Substrat ausgebildet. Wenn eine Dielektrizitätskonstante für jede dieser Proben gemessen wurde, so betrug die Dielektrizitätskonstante des porösen PTFE Filmes, der mit BCB imprägniert war, gleich 2,45 (1 MHz), während diejenige des Filmes, der aus dem BCB Harz alleine bestand, bei 2,72 lag.
  • Als nächstes wurde die Ausbildung von Durchgangsöffnungen mit Hilfe eines "Äqui-Vielfach-Spiegelmaske-Belichtungsverfahrens" gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt unter Verwendung eines KrF Exzimer-Lasers.
  • Fig. 1 zeigt die Konstruktion des verwendeten optischen Systems. Ein Laserstrahl 2, der den KrF Exzimer-Laser 1 freisetzt, wurde durch eine erste Linse 3 konvergiert oder in seiner Größe herabgesetzt, um die Festigkeit pro Flächenein heit zu verbessern. Der Strahl 2 wurde dann in parallele Strahlen 2' konvergiert mit einem Querschnittsbereich von ca 2 x 6 mm und zwar mit Hilfe einer zweiten Linse 4 und wurde dann auf den PTFE Verbundfilm 6 aufgestrahlt, der mit dem BCB Harz impragniert worden war, und zwar über eine Maske 5.
  • Die Maske 5 wurde dadurch hergestellt, indem ein Lochmuster 5c auf einem dielektrischen Spiegel 5b ausgebildet wurde, der durch Laminieren von vielfachen SiO&sub2; und Y&sub2;O&sub3;- Schichten auf eine Quarzplatte Sa erhalten wurde, wie in dem linken oberen Abschnitt von Fig.1 gezeigt ist, und wobei dieser dielektrische Spiegel 5b als eine Schattenschicht verwendet wurde.
  • Danach wurde die Maske 5 über den PTFE Verbundfilm 6 positioniert, der auf einem Substrat 7 ausgebildet war und zwar mit einem vorbestimmten Spalt d zwischen diesem und einem Halter 8. Die jeweiligen Komponenten wurden gleichzeitig an einer X-Y-Stufe 10 befestigt.
  • Die Stufe 10 wurde in einer X-Richtung bewegt (in der Richtung der Spiegelachse des Strahls), während der Laser 1 in Schwingung versetzt wurde und um 1 mm in einer Y-Richtung an dem Endabschnitt des Substrats abgelenkt war und dann in die X-Richtung bewegt wurde und danach um 1 mm an dem Endabschnitt abgelenkt wurde. Diese Operationen wurden wiederholt, bis die gesamte Oberfläche des Substrats bearbeitet war.
  • Die Herstellungsbedingungen waren wie folgt:
  • Ausgangsleistung: 50 W, Impulsbreite: 16ns
  • Optische Energie auf der Einfall-Maskenoberfläche: 20 W (100mJ x 200 Hz)
  • Strahlkonzentrationsverhältnis: 4/15
  • Maskenlochdurchmesser: 30µm
  • Spalt zwischen der Maske und dem zu bearbeitenden Film: 0,4 mm
  • Stufen-Bewegungsgeschwindigkeit in der X-Richtung: 23mm/Sec.
  • Die Abtragungsbearbeitung wurde unter den oben angeführten Bedingungen durchgeführt und es wurden die Löcher mit einem Durchmesser von 40 bis 45 µm an den offenen Abschnitten und 20 bis 25 µm an der Elektrodenfläche in dem porösen PTFE Film, der mit BCB imprägniert war, ausgebildet.
  • Nebenbei bemerkt, wenn der Film aus BCB alleine herge stellt worden war und eine Dicke von 20µm besaß, konnte eine Bearbeitung bis zu dem Boden des Films (der Elektrodenoberfläche) mit der oben beschriebenen Stufen-Bewegungsgeschwindigkeit vorgenommen werden und als Konsequenz mußte die Bewegungsgeschwindigkeit auf 19 mm/Sec. oder darunter abgesenkt werden. Nachdem die Durchgangsöffnungen hergestellt worden waren, wurde das Substrat mit Ethanol gewaschen und jegliche Oberflächenverunreinigung wurde durch ein O2-Plasma entfernt.
  • Als nächstes wurden die oberen Elektroden 24 ausgebildet, wie in Fig.2 gezeigt ist, und es wurde die Durchkontaktierung mit den unteren Elektroden 21 gemessen. Als ein Ergebnis wurden schlechte Verbindungen aufgrund einer unzureichenden Belichtung der unteren Elektroden 21, die aus einer ungenügenden Bearbeitung und einem Brechen an den Innenseitenflächen der Durchgangsöffnungen 23 resultieren, in keiner Form beobachtet und es wurde festgestellt, daß die Durchkontaktierung zuverlässig bewirkt worden war.
  • Unter Verwendung dieser Durchkontaktierungsstruktur, kann ein Vielfachschicht-Verdrahtungssubstrat einer solchen Struktur, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, hergestellt werden, bei der eine Verdrahtungsschicht 31, 33, 34 und eine Isolierschicht 32 abwechselnd auf ein Substrat 30 auflaminiert sind und wobei die Verdrahtungsschichten 31, 33, 34 über Durchkontaktierungen angeschlossen sind. Eine die Klebefähigkeit ver bessernde Schicht kann zwischen dem steifen Substrat 30 und der vielschichtigen Verdrahtungsstruktur 40 ausgebildet werden.
    • Beispiel 3
  • Es wurde Bis(Aminomethylphenyl)Hexafluorpropan (im folgenden mit "BIS-ST-AF" abgekürzt) und ein Bis-Maleimid- Derivat diese Zusammensetzung bei einem Gewichtsverhältnis von 1:2 in einer gemischten Lösung von N-Methylpyrolidon und Tetrahydrofuran aufgelöst, um eine Imprägnierlösung zu bilden. Es wurde ein poröser PTFE Film ähnlich dem Film, der bei dem Beispiel 2 verwendet wurde, auf ein Glassubstrat plaziert mit einer Abmessung von 70 x 70 x 1,1 mm und wurde mit der Impragnierlösung, wie sie oben beschrieben wurde, imprägniert.Danach wurde die Substratanordnung auf 350ºC in einer N&sub2;-Atmosphäre erhitzt, um thermisch das thermisch aushärtende Harz auszuhärten, und um einen Film zu bilden mit einer Dielektrizitätskonstanten von 2,8.
  • Wenn die Ausbildung der Durchgangsöffnungen für diesen Film unter den gleichen Bedingungen ausgeführt wurde, wie denjenigen des Beispiels 2, wurde festgestellt, daß die Öffnungen mit der gleichen Größe wie diejenige des Beispiels 2 ausgebildet wurden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Durchgangsöffnungen in einem Isolierfum (6) eines viellagigen Verdrahtungssubstrats durch Anwendung einer Abschmelzung durch einen Exzimer- Laserstrahl (2) mit einer Wellenlänge nicht kleiner als 190 nm und einem Emissionszeitimpuls von wenigstens 1 ns, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (6) durch Imprägnieren eines porösen Perfluorkohlenstoff-Polymerfilms mit einem thermo-aushärtenden Harz, welches einen aromatischen Ring oder Hetero-Ring enthält und gebildet ist aus einem Bis- Maleimid-Harz, bevorzugt einem Bis-Maleimidtriazin-Harz, einem Epoxy-Harz und einem Benzozyklobuten-Harz und durch thermisches Aushärten des Harzes hergestellt wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines viellagigen Verdrahtungssubstrats (40), wonach eine Verdrahtungsschicht (31, 33, 34) abwechselnd mit einer Isolierschicht (32) auf einem steifen Grundsubstrat (30) auflaminiert wird und in der oder in jeder Isolierschicht (32) Durchgangsöffnungen ausgebildet werden, um die jeweiligen Verdrahtungsschichten (31, 33, 34) durch Abschmelzen unter Verwendung eines Exzimer-Laserstrahls anzuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem isolierenden Material hergetellt ist, welches einen porösen Perfluorkohlenstoffpolymer-Film mit Hohlraumabschnitten aufweist, der mit einem thermisch ausgehärteten, thermoaushärtenden Harz imprägniert ist, welches einen aromatischen oder Hetero-Ring enthält, und welches ausgewählt ist aus einem Bis-Maleimid-Harz, bevorzugt einem Bis-Maleimidtriazin- Harz, einem Epoxy-Harz und einem Benzozyklobuten-Harz.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wonach ein poröser Perfluorkohlenstoff-Polymer-Film mit einem Benzozyklobuten- Harz imprägniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Exzimer-Laserstrahl (2) eine Wellenlänge von nicht weniger als 190 nm aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem der Exzimer-Laserstrahl (2) eine Emissionszeit pro Impuls von wenigstens 1 ns aufweist.
6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Exzimer-Laserstrahl (2) ein KrF-oder XeCl-Laser ist.
7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem das steife Grundsubstrat (40) aus einer Vielfachschicht-Keramik-Schaltungsplatte, einer Vielfachschicht- Glaskeramik-Schaltungsplatte, einer Metallkern-Schaltungsplatte, einer Metallplatte, einer Silizium-Platte, einem Keramiksubstrat oder einer Glasplatte besteht.
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