JP2004165363A

JP2004165363A - スミアの除去方法

Info

Publication number: JP2004165363A
Application number: JP2002328504A
Authority: JP
Inventors: Masaru Tanaka; 勝田中; Hiroyuki Makino; 博之牧野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】紫外レーザ加工により形成されたビアホール内に残留したスミアを効率的に除去する方法を提供する。
【解決手段】スミアの除去方法は、（ａ）金属からなる内層配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物の該絶縁樹脂層に紫外レーザを照射して前記絶縁樹脂層にビアホールを形成する工程と、（ｂ）前記ビアホールの底面に残留するスミアを、希ガスのプラズマに晒して除去する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂材料からなる絶縁層に形成されたビアホール内に残留したスミアの除去方法に関し、特に紫外（ＵＶ）レーザ加工により形成されたビアホール内に残留したスミアの除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板の作製プロセスにおいては、表面樹脂層に穴を開けてビアホールを形成し、ビアホール底面に内層銅配線層を露出させる。
【０００３】
ビアホールの形成には従来、炭酸ガスレーザが用いられている。炭酸ガスレーザは樹脂成分を溶融、蒸発させて除去する。炭酸ガスレーザは波長が長いため、ビアホール底面に露出した内層銅配線に照射されても、ほとんど反射され、吸収されない。したがって、樹脂成分のみを選択的に溶融、蒸発させ除去することができる。また、ビアホール底に残留する残渣（スミア）は、樹脂層とほぼ同じ成分のものであり、酸素プラズマの化学反応により容易に分解除去することができる。酸素プラズマによるデスミア処理については、例えば特許文献１、２に開示されている。
【０００４】
近年、半導体の高集積化に伴い、ビアホールも小径化する傾向がある。このため、穴加工に用いられてきたレーザ加工機の光源も、より波長の短いＵＶレーザが用いられるようになってきている。ＵＶレーザを用いることにより、樹脂成分を分解除去することができる。小径のビアホールも精度よく形成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９４３５
【特許文献２】特開２００２−５０６０３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＵＶレーザは銅に吸収されるので、ビアホール底面の内層銅配線が溶融してしまう。樹脂成分と銅とが溶融して混合されたり、樹脂中に含有される無機成分が変質したりし、その混合物が固化したスミアが残留してしまう。このスミアは酸素プラズマにより容易に分解除去できない。ＵＶレーザプロセスに有効なスミア除去（デスミア）方法が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、ＵＶレーザ加工により形成されたビアホール内に残留したスミアを効率的に除去する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）金属からなる内層配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物の該絶縁樹脂層に紫外レーザを照射して前記絶縁樹脂層にビアホールを形成する工程と、（ｂ）前記ビアホールの底面に残留するスミアを、希ガスのプラズマに晒して除去する工程と、を有するスミアの除去方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例によるデスミア処理方法を使用したプリント配線板を作製する方法について説明する。
【００１０】
図１（Ａ）に示すように、ガラスエポキシ等の樹脂基板１の表面上に、銅からなる内層配線２が形成されている。内層配線２を覆うように、樹脂基板１の表面上にエポキシ樹脂からなる樹脂層３を形成する。樹脂層３の厚さは例えば４０μｍである。なお、エポキシ樹脂の代わりに、ＢＣＢ系樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート系樹脂、液晶ポリマ等を使用することも可能である。樹脂層３を形成する樹脂は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）等の無機フィラーを含んでいてもよい。
【００１１】
樹脂層３に紫外（ＵＶ）レーザビームを入射させることにより、内層配線２の一部を露出させるビアホール４を形成する。ＵＶレーザビームの波長は約４００ｎｍ以下であり、例えば３５５ｎｍである。ビアホール４の直径は例えば５０μｍである。
【００１２】
ＵＶレーザの有するアブレーション効果により、１ショットで約１μｍずつ樹脂層３を分解除去することができる。約４０ショットでビアホール４の底面である内層配線２の表面まで掘り進む。この間、ビアホール４内には樹脂中の分解されにくい成分が濃縮されていく。樹脂中の分解されにくい成分としては例えば、無機フィラー材として添加されるシリカ、アルミナ等が挙げられる。
【００１３】
ところで、ＵＶレーザは銅に吸収されるので、ビアホール４の底面である内層配線２の表面にＵＶレーザを照射すると、溶融してしまう。銅表面の溶融時に、分解除去されずにビアホール内に残存した樹脂中の成分が、巻き込まれて混合溶融し、残渣（スミア）９としてビアホール４底面に残ってしまう。ただし、このスミア９の厚さはサブミクロンレベルであり、極めて薄い。
【００１４】
ＵＶレーザ照射によるビアホール４形成工程は、露出した内層配線２の表面がやや融解し、極めて薄いスミア９が残存する状態となったところで終了させる。後に行うデスミア処理は、この薄いスミアの除去に対して特に有効である。
【００１５】
さて、このスミア９は、従来の炭酸ガスレーザ加工プロセスにおける厚さ１μｍ程度のスミアと比較すると極めて薄いが、銅に巻き込まれ変質しているため、酸素やＣＦ_４ガスのプラズマ照射による化学的なデスミア処理では十分に分解除去することができない。
【００１６】
そこで、アルゴン、クリプトン等の希ガスを用い、物理的なエッチングによりスミア９を除去する。図１（Ａ）に示す基板２０を、プラズマ処理装置に搬入し、アルゴン等のプラズマに晒し、ビアホール４の底面に残ったスミア９を取り除く。このデスミア処理工程の詳細は、後に図２を参照して説明する。
【００１７】
なお、内層配線２は銅として説明しているが、内層配線２をＵＶレーザで溶融する種々の金属で形成する場合に上記のデスミア処理は有効と考えられる。
【００１８】
デスミア処理のエッチングに使用できるガスは、スミアを削り取って除去でき、また内層配線２を形成する金属と反応して化合物（絶縁物）を形成しないものであればよい。質量数の大きなガスはスパッタ効率が高く特に有効である。
【００１９】
デスミア処理後の基板２０を、次に窒素プラズマに晒し、樹脂層３表面を改質する。この窒素プラズマ処理により、後に樹脂層３上に形成される銅シード層との密着性を高めることができる。
【００２０】
図１（Ｂ）に示すように、表面改質後の樹脂層３の表面上及びビアホール４の内面上に、銅からなるシード層６をイオンプレーティング、スパッタリング等により形成する。デスミア処理からシード層６の形成工程までは、基板は真空中を搬送され、大気には晒されないことが望ましい。なお、シード層６は、無電解めっきにより形成してもよい。
【００２１】
シード層６の表面に電解めっきまたは無電解めっきし、銅からなる配線層７を形成する。無電解めっきは配線層７の厚さを制御しやすいというメリットを有する。めっき方法は、目的に応じて適宜選択すればよい。配線層の厚さは、一般的に１０〜５０μｍである。
【００２２】
なお、シード層６は、めっき液中への溶解を考慮し、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。また、成膜時間の短縮化の観点、及び後工程でのエッチングによる除去のし易さの観点から、シード層６は、１μｍ以下とすることが好ましい。シード層６の厚さは例えば３００ｎｍ〜１μｍである。
【００２３】
図１（Ｃ）に示すように、配線層７の表面にレジストを塗布し、露光、現像工程を経て、レジストパターン８を形成する。このレジストパターン８をマスクとして、酸性薬液を用い、配線層７、シード層６をエッチングする。エッチング後、レジストパターン８を除去する。ここまでの工程で、シード層６、及び配線層７からなる配線が形成される。この配線は、ビアホール４内を経由して内層配線２に電気的に接続される。
【００２４】
以上、サブトラクティブ法を例に説明したが、プリント配線板はセミアディティブ法で作製することもできる。セミアディティブ法においては、シード層形成後、シード層の表面上にレジストを塗布し、露光、現像工程を経て、レジストパターンを形成する。このレジストパターンを
型として電解メッキにより配線層を形成する。レジストパターンが存在しない部分のシード層上に、配線層が形成される。配線層の形成後、レジストパターンを除去し、レジストパターンの下の不要なシード層をエッチング除去する。
【００２５】
セミアディティブ法においては、配線層のパターン形成のためのエッチングは行わない。したがって、配線層の肩部がエッチング時に丸くならないというメリットを有する。
【００２６】
次に図２を参照して、特に、デスミア処理工程、およびその後工程の樹脂層表面改質工程とシード層形成工程について説明する。
【００２７】
図２に、デスミア処理、および樹脂層表面改質処理を行うプラズマ処理チャンバ１０と、シード層形成を行うシード層成膜チャンバ１２を示す。プラズマ処理チャンバ１０とシード層成膜チャンバ１２とが、ゲートバルブ１５を介して結合されている。プラズマ処理チャンバ１０は、ゲートバルブ１３を介して搬入用ロードロックチャンバ（図示せず）に接続され、シード層成膜チャンバ１２は、ゲートバルブ１６を介して搬出用ロードロックチャンバ（図示せず）に接続されている。各チャンバ１０、１２には、それぞれ処理に必要なガスを導入するためのガス導入口５０、５４及び排気口５１、５５が接続されている。
【００２８】
図１（Ａ）に示した、スミア９が残留した基板２０を、ゲートバルブ１３を通ってプラズマ処理チャンバ１０内に搬入する。プラズマ処理チャンバ１０内には、平行平板型のプラズマ発生装置が設置されている。電極１９は、平行平板型プラズマ発生装置の一方の電極である。基板２０は電極１９に接触させるように設置する。ガス導入口５０の一部およびプラズマ処理チャンバ１０が、もう一方の電極として機能する。プラズマ処理チャンバ１０およびガス導入口５０は接地されている。電極１９とガス導入口５０との間に高周波電源１７より高周波電圧が印加される。
【００２９】
プラズマ処理チャンバ１０内にアルゴンガスが導入され、アルゴンプラズマが発生する。アルゴンイオンの衝突により、スミア９が物理的にエッチングされる。なお、電極１９には、基板の樹脂が変質する温度以上にならないよう、冷却機構（図示せず）が設置されている。
【００３０】
スミア９は、微細なビアホール４の底面に残留している。したがって、スミア９の除去には、基板２０表面に対して垂直にアルゴンイオンを衝突させることが有効となる。
【００３１】
アルゴンイオンを基板に垂直方向に打ち込むには、粒子同士の衝突を少なくすることが望ましい。つまり、アルゴンイオンの平均自由工程をできるだけ長くすることが望ましい。ｍ単位で表わされた平均自由工程λは、以下の式で表わされる。
【００３２】
【数１】
λ＝３．１１×１０^−２４Ｔ／Ｐδ^２
ここで、ＰはＰａ単位で表わされた圧力であり、Ｔは絶対温度であり、δはｍ単位で表わしたアルゴンの分子直径（３．６７×１０^−１０）である。
【００３３】
したがって、圧力Ｐを低くすることが有効となる。ただし、あまり圧力が低すぎるとプラズマの生成、維持が困難となる。処理室圧力は０．０５Ｐａ〜１０Ｐａ程度が望ましい。
【００３４】
アルゴンが基板２０へ入射するエネルギは、スミア９をスパッタするのに必要な値以上、通常の樹脂の場合、数ｅＶ以上が必要である。
【００３５】
さて、高周波電圧の印加により生じたプラズマ中には、アルゴンイオンと電子が存在するが、質量が小さい電子は動きやすく、高周波に追随することができる。電極に正電位が印加されると、電極には電子が引き寄せられる。ここで、電極１９の面積が、チャンバ１０の内壁の面積より小さいときには、電極１９上に設置された基板２０に、電子が集中して引き寄せられ、電子が過剰な状況が生じる。したがって、基板２０を負電位に帯電させることができる。
【００３６】
基板２０を負電位に帯電させることで、正にイオン化したアルゴンイオンを電極１９上の基板２０に引き込むことができる。アルゴンイオンの基板２０への衝突エネルギを高めることができる。加速された高エネルギのアルゴンガスをビアホール４底面に垂直に衝突させることができる。効率的に、ビアホール４底面のスミア９を除去することができる。電極１９の負電位は、−１０Ｖ以下とすることが好ましい。−２０Ｖ以下とすることがより好ましい。
【００３７】
特に、プラズマ処理チャンバ１０の室内が直方体の形状をしている場合においては、プラズマ処理室の内壁の面積をＳ１、電極１９の面積をＳ２として、Ｓ１をＳ２の１．２倍以上と設定することが、電極１９の負電位を−１０Ｖ以下とするために好ましい。Ｓ１のＳ２に対する面積比は大きいほど、電極１９の電位を大きな負電位とすることができ、アルゴンイオンの打ち込みエネルギを高くすることができる。なお、Ｓ１がＳ２以上に設定されていれば、電極１９を負電位に帯電させることができる。
【００３８】
以上説明したデスミア処理により、銅と樹脂中の分解除去されなかった成分が混合溶融したスミア９を除去することができる。特に、無機フィラーの成分を含むスミアの除去に有効である。
【００３９】
なお、アルゴンで説明したが、他の希ガスを用いた場合でも同様の効果が期待される。
【００４０】
なお、上述したように、ビア底面のスミアの除去に対しては基板に垂直に高エネルギの粒子を衝突させるのが有効である。したがって、プラズマ処理に限らず、希ガスのイオンビームを用いてデスミア処理を行うこともできる。
【００４１】
デスミア処理が終了したら、プラズマ処理チャンバ１０へのアルゴンガスの導入を停止し、真空排気する。次いで、プラズマ処理チャンバ１０内へ窒素ガスを導入し、高周波電圧を印加し、プラズマを生成する。この窒素プラズマ処理により、樹脂層３表面の改質を行う。
【００４２】
窒素プラズマ処理の条件は、圧力１Ｐａ〜２０Ｐａ、投入パワー０．１Ｗ／ｃｍ^２〜５．０Ｗ／ｃｍ^２、処理時間は１分以上、窒素流量１００ｓｃｃｍ、とする。この処理により、樹脂層３表面に、銅等の金属との化学結合を促進する窒素を含有する官能基が形成されると考えられる。次の工程で形成されるシード層６との密着性が向上する。
【００４３】
窒素プラズマ処理後、基板２０は、ゲートバルブ１５を通って、イオンプレーティング装置であるシード層成膜チャンバ１２内に搬入される。シード層成膜チャンバ１２内で、基板２０の表面上に、図１（Ｂ）に示したシード層６が形成される。
【００４４】
シード層成膜チャンバ１２は、イオンプレーティング装置に限らず、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング装置、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置、真空蒸着装置、化学気相成長装置等の真空成膜ができるチャンバであればよい。真空成膜法を採用することにより、湿式成膜法を採用する場合に比べて、微細なビアホール内に再現性よく金属膜を形成することが可能になる。
【００４５】
シード層６が形成された基板２０は、ゲートバルブ１６を通って搬出用ロードロックチャンバに移送される。大気中へ搬出後、シード層６の表面に銅を電解めっきまたは無電解めっきし、配線層７を形成する。
【００４６】
デスミア処理により、ビアホール４底面の内層配線２に付着したスミア９が除去されることで、内層配線２と、その上に形成されるシード層６、配線層７との間に良好な導通を確保することができる。
【００４７】
なお、基板として銅張り積層板を用いる場合であれば、上記デスミア処理工程において、樹脂層表面に形成された銅層が樹脂層３の保護膜として機能し、ビアホール底面のみを選択的にエッチングできる。
【００４８】
次に、変形例を説明する。本変形例でアルゴンプラズマによるデスミア処理は、図２に示したプラズマ処理チャンバ１０に代わり、図３に示すプラズマ処理チャンバ１０ａを用いる。
【００４９】
図３で、電極１８、１９は、平行平板型プラズマ発生装置の電極である。電極１８、１９の間に高周波電源１７より高周波電圧が印加され、アルゴンプラズマが発生する。プラズマ処理チャンバ１０ａ内の保持台２１に、基板２０が設置されている。保持台２１には負電圧が印加されている。保持台２１が負電位であるため、プラズマ中のアルゴンイオンを、保持台２１上の基板２０へ引き込むことができる。
【００５０】
アルゴンイオンの基板２０への衝突エネルギを高めることができる。加速された高エネルギのアルゴンガスをビアホール４底面に垂直に衝突させることができる。効率的に、ビアホール４底面のスミア９を除去することができる。
【００５１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、希ガスによるプラズマ処理により、ＵＶレーザ加工したビアホールに残留したスミアを効率的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例においてプリント配線板の製造方法を説明するための基板断面図である。
【図２】実施例において説明するプリント配線板製造方法に用いるプラズマ処理装置および成膜装置の概略図である。
【図３】変形例によるプラズマ処理装置の概略図である。
【符号の説明】
１樹脂基板
２内層配線
３樹脂層
４ビアホール
６シード層
７配線層
８レジストパターン
９スミア
１０、１０ａプラズマ処理チャンバ
１２シード層成膜チャンバ
１３、１５、１６ゲートバルブ
１７高周波電源
１８、１９電極
５０、５４ガス導入口
５１、５５排気口

Claims

（ａ）金属からなる内層配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物の該絶縁樹脂層に紫外レーザを照射して前記絶縁樹脂層にビアホールを形成する工程と、
（ｂ）前記ビアホールの底面に残留するスミアを、希ガスのプラズマに晒して除去する工程と、
を有するスミアの除去方法。
前記希ガスはアルゴンである請求項１記載のスミアの除去方法。
前記絶縁樹脂層を形成する樹脂は無機フィラーを含有する請求項１〜２いずれかに記載のスミアの除去方法。
前記工程（ｂ）において、導電性の壁で画定されたプラズマ処理室内の電極上に、前記加工対象物を保持し、前記電極にプラズマ処理室を画定する壁の電位に対して−１０Ｖ以上の負電位を印加して、プラズマ処理を行う請求項１〜３いずれかに記載のスミアの除去方法。
前記工程（ｂ）において、導電性の壁で画定されたプラズマ処理室内の電極上に、前記加工対象物を保持し、前記導電性の壁と前記電極との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、前記電極の前記加工対象物を保持する面の面積は、前記プラズマ処理室を画定する壁の内面の面積以下とする請求項１〜３いずれかに記載のスミアの除去方法。