JP2004527923A

JP2004527923A - 導体路基板の構造化方法および構造化装置

Info

Publication number: JP2004527923A
Application number: JP2003501975A
Authority: JP
Inventors: ドシュトゥールフーベルト; マルセル　ヘールマン; エディー　レランツ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2004-09-09
Also published as: WO2002100137A1; EP1393603A1; DE10127357C1; US6783688B2; KR20040014547A; US20030000916A1; CN1513285A; TW520625B

Abstract

本発明の方法により、粗い導体路構造（３１）のために設けられた、導体路基板（１）の領域も、導体路基板（１）の微細な導体路構造（４１）のために設けられた領域もそれぞれレーザ処理により構造化される。ここでは２つの領域（３，４）がまず連続した金属層によりコーティングされ、エッチングレジストにより覆われる。粗い導体路構造は比較的波長の大きなレーザビーム（１４）により、不要の金属表面を露出することによって設定される。さらに微細な導体路構造はエッチングレジストを比較的波長の小さなレーザビーム（２４）により処理することで成形される。その後、共通のエッチングプロセスで露出された金属層のすべてがエッチング除去され、残ったエッチングレジストにより覆われた粗い導体路構造と微細な導体路構造だけが残る。残りのエッチングレジストを除去することにより形成された導体路の表面が露出される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、粗い導体路構造と、微細な導体路構造を備える少なくとも１つの領域とを有する導体路基板の構造化方法並びに構造化装置に関する。ここでは電気的に絶縁された基板上に金属層が取り付けられており、この金属層から部分的エッチングにより書状の導体路構造が作製される。
【背景技術】
【０００２】
ＥＰ００６２３００Ａ２からすでに導体路基板の作製方法が公知である。この方法では金属層の全面に取り付けられた金属エッチングレジストがレーザビームにより選択的に、導体路構造に相応しない領域で再び除去され、その後、導体路構造がこのようにして作製された金属層のエッチングにより形成される。
【０００３】
ＤＥ４１３１０６５Ａ１からさらに導体路基板の作製方法が公知である。この方法では基板に金属層と金属または有機エッチングレジスト層とが順次取り付けられ、これに続いてエッチングレジスト層がレーザビームにより、後で導体路パターンに直接隣接する領域で除去され、これにより露出した金属層がエッチング除去され、導体路パターンと、エッチングトレンチによりこれから絶縁された金属層の島領域が基板上に残される。レーザビームによる構造化は迅速に行われる。なぜならエッチングレジスト層の除去すべき領域が僅かな幅しか有する必要がなく、２つの導体路間では大きな面積を残すからである。
【０００４】
ＷＯ００／０４７５０Ａ１にはさらに、粗い導体路構造と微細な導体路構造を作製するための方法が記載されている。この方法では、粗い導体路構造の領域にエッチングレジストがフォトリソグラフにより構造化され、微細な導体路構造の領域ではエッチングレジストがレーザビームにより構造化される。このように異なる形式で構造化されたエッチングレジスト層は次に公知のようにエッチングされる。なるほどそこには異なる構造化方法に対して同じエッチングレジストにより作業し、粗い構造体も微細な構造体も１つの作業工程でエッチングすることが記載されているが、これは最適の作業工程ではない。なぜなら通常レーザ構造化に使用される金属エッチングレジスト（例えば錫）はフォトリソグラフ方に対しては適しないからである。
【０００５】
本発明の課題は、導体路基板に粗い導体路構造と微細な導体路構造とをできるだけ簡単かつ経済的に構造化することのできる方法および装置を提供することである。本発明によればこの課題は次の方法ステップにより解決される。
ａ）電気的に絶縁された基板に金属層を取り付けるステップ、
ｂ）金属層にエッチングレジスト層を取り付けるステップ、
ｃ）エッチングレジスト層（６１）を第１のレーザビーム（１４）により部分的に切削することによって、所定の粗い導体路構造（３１）の輪郭（６２）を露出させるステップ、
ここで前記第１のレーザビーム（１４）は所定の第１の波長と、第１の結像ユニット（１３）により設定された第１の処理フィールドサイズ（３）を有し、
ｄ）エッチングレジスト層（６１）を第２のレーザビーム（２４）により部分的に切削することによって、微細な導体路構造の輪郭（６３）を露出させるステップ、
ここで前記第２のレーザビーム（２４）は所定の第２の波長と、第２の結像ユニット（２３）により設定された第２の処理フィールドサイズ（４）を有し、
前記第２の波長は前記第１の波長よりも小さく、および／または第２のフィールドサイズ（４）は第１のフィールドサイズ（３）よりも小さく、
ｅ）露出された金属領域（６２，６７）をエッチングすることにより粗い導体路構造（３１）と微細な導体路構造（４１）とを同時に作製するステップ、
ｆ）残ったエッチングレジスト層を切削することによって、導体路構造の表面を露出させるステップ。
【０００６】
従って本発明では、粗い導体路構造も微細な導体路構造も同じ方法ステップで、すなわちエッチングレジスト層の構造化と、引き続くエッチングにより形成される。しかし異なるレーザを選択することにより異なる導体路構造と相応に異なる絶縁間隔が顧慮され、それぞれの構造に対して最適の処理速度が達成される。ここで本発明では、波長と焦点距離の小さなレーザビームは小さな作業フィールドにおいて微細な構造を正確に形成することができるが、比較的広い構造を比較的大きな処理フィールドで経済的に作業するには緩慢すぎ、一方、長い波長の有し、大きな焦点距離に調整されたレーザビームは比較的に広い構造を大きな処理フィールドで非常に高い速度で処理できるという事実が利用される。本発明の方法の有利な構成では、粗い導体路構造を処理するために第１のレーザは１０６４ｎｍから３５５ｎｍの間の波長、有利には１０６４ｎｍの波長を有し、第２のレーザは５３２ｎｍから２６６ｎｍの間の波長、有利には５３２ｎｍまたは３５５ｎｍを有する。ここで第１レーザの波長はいずれにしろ第２レーザの波長よりも大きい。さらに本発明の方法の有利な構成では、第１レーザのビームは第２レーザのビームよりも大きな焦点距離を介してフォーカシングされる。これにより第１レーザは第２レーザよりも大きな処理面積を走査する。
【０００７】
粗い導体路構造と、少なくとも微細な導体路構造の領域とを有する導体路基板を構造化する本発明の装置は次の特徴を有する：
ａ）導体路基板を位置決めするための収容部、
ｂ）偏向光学系と第１焦点距離の結像ユニットとを有する第１のレーザ、該第１のレーザは導体路基板表面に、第１の処理フィールドサイズを照射できるように位置決めされ、
ｃ）偏向光学系と第２焦点距離の結像ユニットとを有する第２のレーザ、該第２のレーザは第２処理フィールドサイズを照射でき、第２のレーザの波長は第１のレーザの波長よりも大きく、および／または第２の焦点距離並びに第２のフィールドサイズは第１の焦点距離並びに第１のフィールドサイズよりも小さく、
ｄ）第１のレーザにより粗い導体路構造の導体路基板の大きなフィールドを、第２のレーザにより微細な導体路構造の導体路基板の小さなフィールドをそれぞれ照射する制御装置。
【０００８】
本発明を以下、図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の方法に対する２つのレーザの構成を示す概略図。
図２は、粗い導体路構造と微細な導体路構造とを有する導体路基板の概略的平面図である。
図３から図６は、導体路基板の断面を、個々の方法ステップ段階で示す。
図７は、図６の導体路構造の平面図である。
図８は、種々のレーザにより種々の層厚および種々のフィールドサイズに依存して達成可能な導体路構造間の絶縁トレンチ並びに処理速度を示す線図である。
【０００９】
図１には概略的に本発明の方法を実施するのに適した構成が示されている。導体路基板１は、ｘ方向とｙ方向に走行可能なテーブル１０の上の処理面に置かれている。導体路基板１の上には２つのレーザ、すなわち第１のレーザ１１と第２のレーザ２１が配置されている。第１のレーザ１１は偏向光学系１２とレンズ装置１３を介して第１のレーザビーム１４は形成する。この第１のレーザビームは導体路基板１の面にフォーカシングされ、比較的大きな第１の焦点距離により、比較的大きな第１の処理フィールド３を走査することができる。第２のレーザ２１はその偏向光学系２２とレンズ装置２３を介して第２のレーザビーム２４を形成する。第２のレーザビームは比較的小さな焦点距離２５により比較的小さな処理フィールド４を走査することができる。２つのレーザ１１と２１は異なる波長を有する。例えばレーザ１１は波長１０２４ｎｍのネオジムＹＡＧレーザであり、レーザ２１は波長５３２ｎｍまたは３５５ｎｍのネオジム・バナジン酸塩レーザとすることができる。２つのレーザ１１と２１およびテーブルは両方とも中央制御ユニット９により制御される。
【００１０】
図２は、粗い導体路構造を有する大きな処理フィールド３、並びに処理フィールド３内に配置された微細な導体路構造４１を有する小さな処理フィールド４を示す。本発明によれば粗い構造体３１も微細な構造体４１も本発明の方法により２つのレーザ１１と２１によって得られる。
【００１１】
個々の方法ステップが図３から図６に示されている。これらの図は導体路基板１の断面図であり、この導体路基板は例えば上下に重なった２つの導電層５と６を有する。これらの導電層は誘電層７により相互に分離されている。図３から分るように、内部層５はすでに構造化されており、外側導電層６は孔部ないし切欠部８を介して誘電層内７で部分的に内部導電層５と接続されている。
【００１２】
導電層６の構造化のために処理フィールド３の領域にも処理フィールド４の領域にもエッチングレジスト層６１が取り付けられる。このエッチングレジスト層は例えば錫からなる。次に所望の粗い導体路構造３の領域で、第１のレーザ１１のレーザビーム１４によりエッチングレジスト層６１が、導電性面ないし導体路が発生すべきでない個所、すなわち絶縁状態が所望される個所で切削される。これにより領域６２が図４に示すように露出される。その後、第２のレーザ２のレーザビーム２４により、第２の処理フィールド４の選択された絶縁領域が部分的に照射され、微細な導体路構造に対しては所望されない金属層６の領域が露出される。このようにして形成された切欠部６３により図５の構造体が発生する。
【００１３】
その後、導体路基板全体がエッチングされ、これにより領域６２と６３の下に露出された金属層６の領域がエッチング除去される。そして図６のように粗い導体路構造３１と微細な導体路構造４１を有する構造体が発生する。
【００１４】
図７の平面図では、粗い導体路構造の縮尺と微細な導体路構造と縮尺が異なる。粗い導体路構造は１００μｍのオーダーの導体路幅を有し、微細な導体路構造は５０μｍのオーダーの導体路幅と相応の間隔を有する。２つの領域間の境界は約７５μｍである。
【００１５】
粗い構造体と微細な構造体に対するそれぞれのレーザの選択は図８の線図に基づいて行われる。そこには導体路間でどの程度の最小間隔がそれぞれのレーザを用いた処理とエッチングにより発生するかが示されており、このトレンチ幅は必然的なアンダーエッチングのため銅層の厚さにも依存する。各レーザタイプごとに付加的に、焦点距離（この焦点距離に処理フィールドのフィールドサイズが依存する）の調整がどの程度トレンチ幅に作用するかも示されている。これによれば波長１０６４ｎｍの赤外線レーザと７μｍの銅層を使用すると、引き続くエッチングにより約２８μｍのトレンチ幅が得られ、同じレーザを使用しても銅層が２０μｍであれば５０μｍのトレンチ幅が得られる。これらは共に焦点距離が２５×２５ｍｍ^２のフィールドサイズに調整されたレーザを使用する場合である。同じレーザを１５０×１５０ｍｍ^２のフィールドサイズに調整すれば、導体路間でエッチングされたトレンチの幅は少なくとも１００から１２０μｍに銅層の厚さに応じて拡大する。後者の調整の場合、格段に高い処理速度が得られる。これは実線と線図の右側の速度スケールにより示されている。比較的波長の短い５３２ｎｍないし３５５ｎｍのレーザにより、所望の微細構造に対する相応に比較的小さなトレンチ幅が得られる。しかし処理速度も低下する。これは破線および一点鎖線により示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の方法に対する２つのレーザの構成を示す概略図。
【図２】粗い導体路構造と微細な導体路構造とを有する導体路基板の概略的平面図である。
【図３】導体路基板の断面を、個々の方法ステップ段階で示す。
【図４】導体路基板の断面を、個々の方法ステップ段階で示す。
【図５】導体路基板の断面を、個々の方法ステップ段階で示す。
【図６】導体路基板の断面を、個々の方法ステップ段階で示す。
【図７】図６の導体路構造の平面図である。
【図８】種々のレーザにより種々の層厚および種々のフィールドサイズに依存して達成可能な導体路構造間の絶縁トレンチ並びに処理速度を示す線図である。

Claims

粗い導体路構造（３１）と微細な導体路構造（４１）とを有する導体路基板の構造化方法において、
ａ）電気的に絶縁された基板（７）に金属層（６）を取り付けるステップ、
ｂ）該金属層（６）にエッチングレジスト層（６１）を取り付けるステップ、
ｃ）該エッチングレジスト層（６１）を第１のレーザビーム（１４）により部分的に切削することによって、所定の粗い導体路構造（３１）の輪郭（６２）を露出させるステップ、
ここで前記第１のレーザビーム（１４）は所定の第１の波長と、第１の結像ユニット（１３）により設定された第１の処理フィールドサイズ（３）を有し、
ｄ）前記エッチングレジスト層（６１）を第２のレーザビーム（２４）により部分的に切削することによって、微細な導体路構造の輪郭（６３）を露出させるステップ、
ここで前記第２のレーザビーム（２４）は所定の第２の波長と、第２の結像ユニット（２３）により設定された第２の処理フィールドサイズ（４）を有し、
前記第２の波長は前記第１の波長よりも小さく、および／または第２のフィールドサイズ（４）は第１のフィールドサイズ（３）よりも小さく、
ｅ）露出された金属領域（６２，６７）をエッチングすることにより粗い導体路構造（３１）と微細な導体路構造（４１）とを同時に作製するステップ、
ｆ）残ったエッチングレジスト層を切削することによって、導体路構造の表面を露出させるステップ、
を有することを特徴とする構造化方法。
第１のレーザ（１１）のレーザビーム（１４）は１０６４ｎｍから３５５ｎｍの間の波長を有し、第２のレーザ（２１）のレーザビーム（２４）は５３２ｎｍから２６６ｎｍの間の波長を有し、
第２のレーザビーム（２４）の波長はいずれにしろ第１のレーザビーム（１４）の波長に等しいか、またはそれより小さい、請求項１記載の方法。
第１のレーザビームは１０６４ｎｍの波長を有し、第２のレーザビームは５３２ｎｍまたは３５５ｎｍの波長を有する、請求項２記載の方法。
第１のレーザ（１１）は光学的結像ユニット（１３）を有し、該光学的結像ユニットは第２のレーザ（１２）の光学的結像ユニット（２３）よりも大きな焦点距離（１５）を形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
粗い導体路構造（３１）と、微細な導体路構造（４１）の少なくとも１つの領域とを有する導体路基板（１）の構造化装置において、
ａ）導体路基板（１）を位置決めするための収容部（１０）、
ｂ）偏向光学系（１２）と第１の焦点距離の結像ユニット（１３）とを有する第１のレーザ（１１）、
該第１のレーザは導体路基板表面に、第１の処理フィールドサイズ（３）を照射できるように位置決めされ、
ｃ）偏向光学系（２２）と第２の焦点距離の結像ユニット（２３）とを有する第２のレーザ（２１）、
該第２のレーザは第２の処理フィールドサイズ（４）を照射でき、第２のレーザ（２１）の波長は第１のレーザ（１１）の波長よりも大きく、および／または第２の焦点距離（２５）並びに第２のフィールドサイズ（４）は第１の焦点距離（１５）並びに第１のフィールドサイズ（３）よりも小さく、
ｄ）第１のレーザ（１１）により粗い導体路構造（３１）の導体路基板（１）の大きなフィールド（３）を、第２のレーザ（１２）により微細な導体路構造（４１）の導体路基板の小さなフィールド（４）をそれぞれ照射する制御装置（９）、
を有することを特徴とする構造化装置。
第１のレーザは１０６４ｎｍから３５５ｎｍの間の波長を有し、第２のレーザ（１２）は５３２ｎｍから２６６ｎｍの間の波長を有し、
第１のフィールドサイズは１５０×１５０ｍｍ^２から５０×８０ｍｍ^２の間であり、第２のフィールドサイズは１００×１００ｍｍ^２から２５×２５ｍｍ^２の間である、請求項５記載の装置。