JP2003001202A - 基板洗浄方法及び基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー加工によりスルーホールが形成さ
れ、スルーホール内部及び基板表面にドロスが付着した
基板を、研磨剤を含有する洗浄液を用いて洗浄すること
により、スルーホール内部及び基板表面のドロスを除去
する。 【解決手段】 粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液１に
基板４を浸漬し、洗浄液１を攪拌しつつ、超音波振動を
印加することにより、スルーホール内部及び基板表面に
付着したドロスを除去する。研磨剤として、平均粒径が
スルーホールの直径の１０％〜２０％のものを用いる。
洗浄液中の研磨剤の濃度を、１．５〜５．０wt％の範囲
とする。周波数１０〜３０ｋＨｚの超音波振動を印可す
る。基板４と超音波振動を発生する超音波振動子５ａの
距離Ｄを３〜５mmとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、基板を洗浄する
方法及びそれに用いる洗浄装置に関し、詳しくは、レー
ザー加工法によりスルーホールが形成され、スルーホー
ル内部及び基板表面にドロスが付着した基板を洗浄する
方法及びそれに用いる洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高周波
デバイスの小型化、高機能化に対応するため、近年、レ
ーザー加工法により、高誘電率材料などからなる基板に
微細で、寸法精度、形状精度の高いスルーホールを形成
する方法が広く用いられるようになっている。

【０００３】しかし、レーザー加工法によりスルーホー
ルを形成した基板の表面やスルーホール内部には、レー
ザー加工時に発生したドロスが付着しており、このよう
な基板のスルーホールに導電ペーストを充填し、基板表
面に導電ペーストを印刷して焼き付けを行うことによ
り、スルーホール内に導通用電極を形成し、基板表面に
配線パターンを形成した場合、ドロスが焼き付けた後の
厚膜電極と基板との密着性を弱め、電気的特性を劣化さ
せるという問題点がある。そこで、スルーホールの内部
や基板表面に付着したドロスを完全に除去する方法が強
く求められるに至っている。

【０００４】ところで、基板を洗浄する方法としては、
これまで、砥粒を含む洗浄液中に基板を浸漬し、超音波
を印加して洗浄する方法が提案されている。例えば、特
開平１１−１０２８８１号公報には、超音波洗浄槽の底
面に備えられた超音波振動子から超音波が発振されると
きに起こるキャビテーション現象による気泡を利用し
て、砥粒を基板上で振動させることにより基板を洗浄す
るようにした基板洗浄方法が開示されている。そして、
この方法においては、砥粒として電気絶縁性の高分子材
料を用いること、その粒径としては０．１μm以上、２
５μm以下、溶液中の砥粒の含有量としては、０．０５
〜０．１５wt％の範囲が好ましいとされている。

【０００５】しかし、この方法では、基板表面のパーテ
ィクルを除去することは可能であるが、被洗浄物に対し
て直接超音波を印加する超音波洗浄方式ほどの洗浄効果
は得られず、スルーホール内部に付着したドロスを十分
に除去することはできないのが実情である。

【０００６】また、特開平１０−１７４９４２号公報に
は、固体粒を混入した洗浄液を用い、超音波素子を板状
体に正対させて、超音波振動を印加して洗浄するように
した板状体の洗浄方法が開示されている。そして、この
方法においては、固体粒として、洗浄液に比べて高比重
で、洗浄液に印加された超音波振動が固体粒に有効に作
用し難いものや、板状体に比べ高硬度で、板状体に衝突
しても板状体を損傷しないもの、さらには、板状体と化
学的親和性があって、板状体に付着することのないよう
なものを選択、使用するとされている。また、固体粒は
洗浄液中の濃度が数wt％〜数十wt％となるような範囲で
混入すればよいとされている。

【０００７】しかし、この特開平１０−１７４９４２号
公報に記載された条件で固体粒を選択すると、洗浄液
（水）に対して自然沈降速度が遅いもの、すなわち、粒
径が微細なもの、もしくは真比重がそれほど大きくない
ものが選択されることになり、そのような固体粒を混入
した洗浄液を用いた場合、基板表面のドロスを除去する
ことはできても、スルーホール内部のドロスを十分に除
去することは不可能である。また、真比重及び粒度の大
きな固体粒を選択した場合や、固体粒の濃度をむやみに
高くした場合には、固体粒の沈降により基板上面に固体
粒が堆積して、スルーホール内部に固体粒を供給するこ
とができなくなり、スルーホール内部のドロスを除去す
ることができなくなるという問題点がある。

【０００８】本願発明は、上記問題点を解決するもので
あり、研磨剤を含有する洗浄液を用いて、スルーホール
内部及び基板表面のドロスを確実に除去することが可能
な基板洗浄方法及び基板洗浄装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明（請求項１）の基板洗浄方法は、レーザー
加工法によりスルーホールが形成され、スルーホール内
部及び基板表面にドロスが付着した基板を洗浄する方法
であって、粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液に基板を
浸漬し、洗浄液を攪拌しつつ、超音波振動を印加するこ
とにより、スルーホール内部及び基板表面に付着したド
ロスを除去することを特徴としている。

【００１０】粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液に基板
を浸漬し、該洗浄液を攪拌しつつ、超音波振動を印加す
ることにより、研磨剤が沈降、堆積することを防止し
て、スルーホール内にも研磨剤を含有する洗浄液を確実
に供給することが可能になり、基板表面に付着したドロ
スはもちろん、スルーホール内部のドロスも確実に除去
することが可能になる。すなわち、本願発明の基板洗浄
方法においては、洗浄液の攪拌により、研磨剤の沈降、
堆積を防止しつつ、超音波振動を印可することにより、
(1)超音波洗浄の作用と、(2)研磨剤の物理的エネルギー
によるドロス除去の作用の２つの作用を確実に奏させる
ことが可能になり、基板表面及びスルーホール内部に付
着したドロスを効率よく除去することができるようにな
る。

【００１１】したがって、本願発明の基板洗浄方法によ
り洗浄した基板を用い、例えば、スルーホールに導電ペ
ーストを充填するとともに、基板表面に導電ペーストを
印刷して焼き付けることにより、スルーホール内壁への
導通用電極の密着性及び基板表面への配線パターンの密
着性に優れた、信頼性の高い配線基板を得ることが可能
になる。

【００１２】また、請求項２の基板洗浄方法は、前記基
板がセラミック基板であり、かつ、前記研磨剤が、酸化
ケイ素、アルミナ質、炭化ケイ素質、ジルコニア系砥
粒、窒化ホウ素、炭化ホウ素及びダイヤモンドからなる
群より選ばれる少なくとも１種からなるものであること
を特徴としている。

【００１３】基板がセラミック基板である場合に、研磨
剤として、酸化ケイ素、アルミナ質、炭化ケイ素質、ジ
ルコニア系砥粒、窒化ホウ素、炭化ホウ素及びダイヤモ
ンドからなる群より選ばれる少なくとも１種からなるも
のを用いることにより、基板を実質的に損傷することな
く、スルーホール内部及び基板表面に付着したドロスを
確実に除去して、基板（セラミック基板）を効率よく洗
浄することが可能になる。なお、本願発明において洗浄
の対象となるセラミック基板の種類に特別の制約はな
く、誘電体セラミック基板、絶縁体セラミック基板、圧
電体セラミック基板、磁性体セラミック基板、半導体セ
ラミック基板、その他種々の基板を洗浄の対象とするこ
とが可能である。

【００１４】また、請求項３の基板洗浄方法は、前記研
磨剤として、平均粒径が基板に形成されたスルーホール
の直径の１０〜２０％のものを用いることを特徴として
いる。

【００１５】研磨剤として、平均粒径がスルーホールの
直径の１０〜２０％のものを用いた場合、研磨剤を含有
する洗浄液を攪拌することにより、研磨剤をスルーホー
ル内に確実に供給することが可能になり、スルーホール
内のドロスを効率よく除去することが可能になる。な
お、研磨剤の平均粒径をスルーホールの直径の１０〜２
０％としたのは、平均粒径がスルーホールの直径の１０
％未満になると粒径が小さくなりすぎて洗浄効率が低下
し、平均粒径がスルーホールの直径の２０％を超える
と、研磨剤の粒径が大きくなりすぎて、スルーホールの
内部に導入しにくくなることによる。

【００１６】また、請求項４の基板洗浄方法は、前記研
磨剤の洗浄液中の濃度が、１．５〜５．０wt％であるこ
とを特徴としている。

【００１７】研磨剤の洗浄液中の濃度を、１．５〜５．
０wt％の範囲とすることにより、洗浄効率を損なうこと
なく、洗浄液中の研磨剤の分散性を良好に保持すること
が可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることが
できる。なお、研磨剤の洗浄液中の濃度を、１．５〜
５．０wt％の範囲としたのは、研磨剤の濃度が１．５wt
％未満になると、研磨剤の不足により洗浄効率が低下
し、５．０wt％を超えると、研磨剤の攪拌効率の低下に
より、基板上に研磨剤が堆積し、洗浄効率が低下するこ
とによる。

【００１８】また、請求項５の基板洗浄方法は、周波数
１０〜３０ｋＨｚの超音波振動を印加することを特徴と
している。

【００１９】周波数１０〜３０ｋＨｚの超音波振動を印
可することにより、基板表面に付着したドロスはもちろ
ん、スルーホール内部に付着したドロスも確実に除去し
て、基板を効率よく洗浄することが可能になる。なお、
超音波振動の周波数１０〜３０ｋＨｚとしたのは、この
周波数範囲を選択することにより、キャビテーション現
象を発生させやすくなり、さらに洗浄効率を向上させる
ことが可能になることによる。

【００２０】また、請求項６の基板洗浄方法は、洗浄す
べき基板と超音波振動を発生する超音波振動子の間の距
離を３〜５mmとすることを特徴としている。

【００２１】洗浄すべき基板と超音波振動を発生する超
音波振動子の間の距離を３〜５mmとすることにより、基
板に十分な超音波振動エネルギーを伝達して、基板表面
に付着したドロスはもちろん、スルーホール内部に付着
したドロスも確実に除去することが可能になり、基板を
効率よく洗浄することが可能になる。なお、基板と超音
波振動子の間の距離を３〜５mmとしたのは、基板と超音
波振動子の間の距離が３mm未満になると、超音波振動の
エネルギーにより、基板が破損するおそれがあり、ま
た、５mmを超えると、超音波振動エネルギーが基板に伝
わりにくくなり、超音波振動の洗浄の効果が不十分にな
ることによる。

【００２２】すなわち、レーザー加工時に生じるスルー
ホール内部のドロスは、基板（被洗浄物）との密着力が
強く、従来の研磨剤を含む洗浄液中で超音波洗浄を行う
方法では十分に除去することができないのが実情である
が、この請求項６の基板洗浄方法のように、被洗浄物で
ある基板と超音波振動子の間隔を３〜５mmとすることに
より、超音波洗浄効果を十分に高めることが可能にな
り、適切に選択された研磨剤を所定の割合で含有する洗
浄液を攪拌して、スルーホール内部に効果的に送り込む
ことにより、スルーホール内部のドロスを極めて効率よ
く除去することが可能になる。

【００２３】また、本願発明（請求項７）の基板洗浄装
置は、レーザー加工法によりスルーホールが形成され、
スルーホール内部及び基板表面にドロスが付着した基板
を洗浄するための基板洗浄装置であって、基板が浸漬さ
れる、粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液を入れる洗浄
槽と、前記洗浄液を攪拌する攪拌手段と、前記洗浄液に
浸漬される基板の近傍に配設されて、基板に超音波振動
を印可する超音波振動印加手段とを具備することを特徴
としている。

【００２４】本願発明（請求項７）の基板洗浄装置は、
洗浄槽と、洗浄液を攪拌する攪拌手段と、洗浄液に浸漬
される基板の近傍に配設されて、基板に超音波振動を印
可する超音波振動印加手段とを具備しており、この基板
洗浄装置を用いることにより、本願請求項１，２，３，
４のいずれかの基板洗浄方法を確実に実施して、基板を
効率よく、しかも確実に洗浄することが可能になる。

【００２５】また、請求項８の基板洗浄装置は、前記超
音波振動印加手段が、周波数１０〜３０ｋＨｚの超音波
振動を発生するものであることを特徴としている。

【００２６】超音波振動印加手段として、周波数１０〜
３０ｋＨｚの超音波振動を発生するものを用いることに
より、本願請求項５の発明を実施して、基板を効率よ
く、しかも確実に洗浄することが可能になる。

【００２７】また、請求項９の基板洗浄装置は、前記超
音波振動印加手段を構成する超音波振動子と洗浄すべき
基板の間の距離が、３〜５mmであることを特徴としてい
る。

【００２８】超音波振動を発生する超音波振動子と洗浄
すべき基板の間の距離を３〜５mmとすることにより、本
願請求項６の発明を実施して、基板を効率よく、しかも
確実に洗浄することが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を示
して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明
する。なお、この実施形態では、レーザー加工法により
スルーホールが形成され、スルーホール内部及び基板表
面にドロスが付着した、高誘電体セラミック材料からな
る基板を洗浄する場合を例にとって説明する。

【００３０】図１は、本願発明の一実施形態にかかる基
板洗浄方法を実施するのに用いた基板洗浄装置を示す図
である。この基板洗浄装置は、粒子状の研磨剤を含有さ
せた洗浄液１を入れる洗浄槽２と、洗浄液１を攪拌する
攪拌手段３と、洗浄液１に浸漬されるドロスの付着した
基板４の近傍に配設され、基板４の洗浄すべき領域に超
音波振動を印可する超音波振動印加手段５とを備えてい
る。

【００３１】そして、この基板洗浄装置においては、超
音波振動印加手段５として、周波数１０〜３０ｋＨｚの
超音波振動を発生する超音波振動子５ａを下端部に備え
たものが用いられており、基板４の上面と超音波振動子
５ａの間の距離Ｄが３〜５mmとなるように、基板４の上
面に近接した位置に、基板４の上面と正対するように配
設されている。

【００３２】また、この基板洗浄装置においては、基板
４が、洗浄槽２内に配設された基板固定用治具６に固定
されるように構成されている。さらに、洗浄液１を攪拌
する攪拌手段３は、攪拌翼３ａを備えており、この攪拌
翼３ａを回転させることがにより、洗浄液１中に研磨剤
を均一に分散させることができるように構成されてい
る。

【００３３】また、この実施形態では、被洗浄物である
基板４として、一辺が５０mmの正方形（平面形状）で、
ＣＯ₂レーザー加工法により、配設ピッチが１．５mm
で、直径が１００μmのスルーホール（図示せず）が形
成されたセラミック基板を用い、これを洗浄に供した。

【００３４】また、この実施形態では、平均粒径（Ｄ５
０）が１０μmで、基板４に形成されたスルーホールの
直径（１００μm）の１０％であるアルミナ微粒子を研
磨剤として水に含有させたものを洗浄液として用いた。
洗浄液中の研磨剤の濃度（含有率）は０．３〜１．５wt
％の範囲で変化させ、超音波振動（この実施形態では２
０ｋＨｚ）の印加時間を１０分間として、基板４の洗浄
を行い、洗浄液中の研磨剤濃度（wt％）及び洗浄液の攪
拌の有無と、洗浄効率（スルーホール内部のドロス除去
率）の関係を調べた。その結果を図２に示す。

【００３５】なお、スルーホール内部のドロス除去率を
求めるにあたっては、超音波洗浄の前後において、ダイ
シングにより基板のスルーホール部分を深さ方向に切断
して、スルーホール断面を顕微鏡により観察し、平面的
に観察されるスルーホール断面内においてドロスが占め
る割合を数値化し、超音波洗浄の前後における数値から
ドロス除去率を算出した。

【００３６】図２から、研磨剤濃度を約１．５wt％以上
とした場合には、超音波振動を１０分程度の印可するこ
とにより、スルーホール内部のドロスがほぼ完全に除去
されることがわかる。また、洗浄液の攪拌を行うことに
より、研磨剤の含有率が低くても効果的な洗浄（ドロス
除去）が可能になることがわかる。

【００３７】なお、上記実施形態においては、超音波振
動子５ａと基板４の間の距離Ｄが３〜５mmとなるよう
に、超音波振動子５ａを基板４に近接させ、かつ、正対
させて配設し、超音波振動子５ａから基板４に超音波振
動を印加しながら洗浄するようにしているので、基板４
に十分な超音波振動エネルギーを伝達して、基板４の表
面に付着したドロスはもちろん、スルーホール内部に付
着したドロスも確実に除去することが可能になり、基板
４を効率よく洗浄することが可能になる。

【００３８】また、研磨剤を含む洗浄液１を攪拌しなが
ら、超音波振動を印可するようにしているので、研磨剤
が均一に分散された洗浄液１を効果的に基板４の表面及
びスルーホール内部に送り込むことが可能になり、効果
的なドロス除去を行うことができる。

【００３９】なお、本願発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、基板の構成材料、基板の形状や寸
法、基板に形成されたスルーホールの直径、研磨剤の種
類や平均粒径、洗浄液中の研磨剤の濃度、超音波振動の
周波数、基板と超音波振動を発生する超音波振動子の距
離、洗浄槽や、洗浄液を攪拌する攪拌手段の具体的な構
造などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変
形を加えることが可能である。

【００４０】

【発明の効果】上述のように、本願発明（請求項１）の
基板洗浄方法は、粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液に
基板を浸漬し、該洗浄液を攪拌しつつ、超音波振動を印
加することにより、研磨剤が沈降、堆積することを防止
して、スルーホール内にも研磨剤を含有する洗浄液を確
実に供給することが可能になり、基板表面に付着したド
ロスはもちろん、スルーホール内部のドロスも確実に除
去することが可能になる。

【００４１】したがって、本願発明の基板洗浄方法によ
り洗浄した基板を用い、例えば、スルーホールに導電ペ
ーストを充填するとともに、基板表面に導電ペーストを
印刷して焼き付けることにより、スルーホール内壁への
導通用電極の密着性及び基板表面への配線パターンの密
着性に優れた、信頼性の高い配線基板を得ることが可能
になる。

【００４２】また、請求項２の基板洗浄方法のように、
基板がセラミック基板である場合に、研磨剤として、酸
化ケイ素、アルミナ質、炭化ケイ素質、ジルコニア系砥
粒、窒化ホウ素、炭化ホウ素及びダイヤモンドからなる
群より選ばれる少なくとも１種からなるものを用いるこ
とにより、基板を実質的に損傷することなく、スルーホ
ール内部及び基板表面に付着したドロスを確実に除去し
て、基板（セラミック基板）を効率よく洗浄することが
できる。

【００４３】また、請求項３の基板洗浄方法のように、
研磨剤として、平均粒径がスルーホールの直径の１０〜
２０％のものを用いた場合、研磨剤を含有する洗浄液を
攪拌することにより、研磨剤をスルーホール内に確実に
供給することが可能になり、スルーホール内のドロスを
効率よく除去することが可能になる。

【００４４】また、請求項４の基板洗浄方法のように、
研磨剤の洗浄液中の濃度を、１．５〜５．０wt％の範囲
とした場合、洗浄効率を損なうことなく、洗浄液中の研
磨剤の分散性を良好に保持することが可能になり、本願
発明をさらに実効あらしめることが可能になる。

【００４５】また、請求項５の基板洗浄方法のように、
周波数１０〜３０ｋＨｚの超音波振動を印可するように
した場合、基板表面に付着したドロスはもちろん、スル
ーホール内部に付着したドロスも確実に除去して、基板
を効率よく洗浄することが可能になる。

【００４６】また、請求項６の基板洗浄方法のように、
洗浄すべき基板と超音波振動を発生する超音波振動子の
間の距離を３〜５mmとした場合、基板に十分な超音波振
動エネルギーを伝達して、基板表面に付着したドロスは
もちろん、スルーホール内部に付着したドロスも確実に
除去することが可能になり、本願発明をさらに実効あら
しめることができる。

【００４７】また、本願発明（請求項７）の基板洗浄装
置は、洗浄槽と、洗浄液を攪拌する攪拌手段と、洗浄液
に浸漬される基板の近傍に配設されて、基板に超音波振
動を印可する超音波振動印加手段とを具備しているの
で、この基板洗浄装置を用いることにより、本願請求項
１，２，３，４のいずれかの基板洗浄方法を確実に実施
して、基板を効率よく、しかも確実に洗浄することが可
能になる。

【００４８】また、請求項８の基板洗浄装置のように、
超音波振動印加手段として、周波数１０〜３０ｋＨｚの
超音波振動を発生するもの用いることにより、本願請求
項５の発明を実施して、基板を効率よく、しかも確実に
洗浄することができる。

【００４９】また、請求項９の基板洗浄装置のように、
超音波振動を発生する超音波振動子と洗浄すべき基板の
間の距離を３〜５mmとすることにより、本願請求項６の
発明を実施して、基板を効率よく、しかも確実に洗浄す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態にかかる基板洗浄方法を
実施するのに用いた基板洗浄装置を示す図である。

【図２】洗浄液中の研磨剤濃度及び洗浄液の攪拌の有無
と、洗浄効率（スルーホール内部のドロス除去率）の関
係を示す線図である。

【符号の説明】 １ 洗浄液 ２ 洗浄槽 ３ 攪拌手段 ３ａ 攪拌翼 ４ 基板 ５ 超音波振動印加手段 ５ａ 超音波振動子 ６ 基板固定用治具 Ｄ 基板と超音波振動子の間の距離

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザー加工法によりスルーホールが形成
   され、スルーホール内部及び基板表面にドロスが付着し
   た基板を洗浄する方法であって、 粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液に基板を浸漬し、洗
   浄液を攪拌しつつ、超音波振動を印加することにより、
   スルーホール内部及び基板表面に付着したドロスを除去
   することを特徴とする基板洗浄方法。
2. 【請求項２】前記基板がセラミック基板であり、かつ、
   前記研磨剤が、酸化ケイ素、アルミナ質、炭化ケイ素
   質、ジルコニア系砥粒、窒化ホウ素、炭化ホウ素及びダ
   イヤモンドからなる群より選ばれる少なくとも１種から
   なるものであることを特徴とする請求項１記載の基板洗
   浄方法。
3. 【請求項３】前記研磨剤として、平均粒径が基板に形成
   されたスルーホールの直径の１０〜２０％のものを用い
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の基板洗浄方
   法。
4. 【請求項４】前記研磨剤の洗浄液中の濃度が、１．５〜
   ５．０wt％であることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の基板洗浄方法。
5. 【請求項５】周波数１０〜３０ｋＨｚの超音波振動を印
   加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の基板洗浄方法。
6. 【請求項６】洗浄すべき基板と超音波振動を発生する超
   音波振動子の間の距離を３〜５mmとすることを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれかに記載の基板洗浄方法。
7. 【請求項７】レーザー加工法によりスルーホールが形成
   され、スルーホール内部及び基板表面にドロスが付着し
   た基板を洗浄するための基板洗浄装置であって、 基板が浸漬される、粒子状の研磨剤を含有させた洗浄液
   を入れる洗浄槽と、 前記洗浄液を攪拌する攪拌手段と、 前記洗浄液に浸漬される基板の近傍に配設されて、基板
   に超音波振動を印可する超音波振動印加手段とを具備す
   ることを特徴とする基板洗浄装置。
8. 【請求項８】前記超音波振動印加手段が、周波数１０〜
   ３０ｋＨｚの超音波振動を発生するものであることを特
   徴とする請求項７記載の基板洗浄装置。
9. 【請求項９】前記超音波振動印加手段を構成する超音波
   振動子と洗浄すべき基板の間の距離が、３〜５mmである
   ことを特徴とする請求項７又は８記載の基板洗浄装置。