JP2005028369A

JP2005028369A - Laser beam machining method

Info

Publication number: JP2005028369A
Application number: JP2003192899A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Nojima; 和正野島; Keiji Iso; 圭二礒
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2005-02-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method for forming a via hole on the layer to be machined formed on a metallic layer by which the remaining of a residual material inside the via hole is prevented. <P>SOLUTION: A resin layer 12 is irradiated with a pulse layer beam under the condition where the energy density per pulse in the irradiation face reaches a first value to form a via hole to a stage on the way. The inside face of the via hole 13 formed to the stage on the way is irradiated with a pulse layer beam under the condition where the energy density per pulse in the irradiation face reaches a second value higher than the first value. Thus, the sidewalls of the via hole 13 formed to the stage on the way are shaped, and simultaneously, a residual material remaining inside the via hole 13 formed to the stage on the way is removed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属層の上に形成された被加工層にビアホールを形成するレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板は、コア層の表面の一部に銅ランドが形成され、さらにコア層の上に、その銅ランドを覆うように樹脂層が積層された構造を有する。プリント基板の製造において、銅ランドと電気的に接続される銅層を、樹脂層の表面に形成する工程がある。その工程では、樹脂層に、銅ランドに達するビアホールを形成する。そして、ビアホールの底面及び側面、並びに樹脂層の表面に銅層を形成する。
【０００３】
例えばレーザ光を用いてビアホールを形成すると、ビアホールの内部に残留物が残ることがある。残留物が残った場合、銅ランドと銅層との電気的な接続の信頼性が低下する。そこで、ビアホールを形成した後に、ビアホールの内部に残った残留物を除去する為にいわゆるデスミアを行う。特許文献１には、パルスレーザ光を用いてデスミアを行なう技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３４０１６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
デスミアを行なっても、残留物を完全には除去できない場合がある。特に、誘電率及び誘電正接を小さくする為に、樹脂層にフィラーを混入している場合である。フィラーは、デスミアの後にも残留物としてビアホールの底に残りやすい。繊維状のフィラーであれば、デスミアの後にもビアホールの内壁からヒゲ状に突出した状態で残ることがある。ビアホールの内壁からの突出物も残留物と呼ぶことにする。
【０００６】
また、デスミアが必要な場合には、その分だけ工程数が増えることになるため、加工効率が低下する。そこで、内部に残留物が残されていない状態のビアホールを効率的に形成する技術が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、ビアホールの内部に残留物が残ってしまうことを防止することのできる技術を提供することにある。本発明の他の目的は、内部に残留物が残されていない状態のビアホールを効率的に形成することのできる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、金属層上に形成された被加工層に、前記金属層に達するビアホールを形成するレーザ加工方法であって、（ａ）前記被加工層に、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が第１の値となる条件でパルスレーザ光を照射して、前記ビアホールを途中段階まで形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）において途中段階まで形成されたビアホールの内面に、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が前記第１の値よりも大きい第２の値となる条件でパルスレーザ光を照射する工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、金属層上に形成された被加工層に、前記金属層に達するビアホールを形成するレーザ加工方法であって、（ａ）前記被加工層に、パルス周波数が第１の値となる条件でパルスレーザ光を照射して、前記ビアホールを途中段階まで形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）において途中段階まで形成されたビアホールの内面に、パルス周波数が前記第１の値よりも小さい第２の値となる条件でパルスレーザ光を照射する工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の観点によれば、金属層上に形成された被加工層に、前記金属層に達するビアホールを形成するレーザ加工方法であって、（ａ）前記被加工層に、パルス間隔が第１の値となる条件でパルスレーザ光を照射して、前記ビアホールを途中段階まで形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）において途中段階まで形成されたビアホールの内面に、パルス間隔が前記第１の値よりも大きい第２の値となる条件でパルスレーザ光を照射する工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【００１１】
本発明のさらに他の観点によれば、金属層上に形成された被加工層に、前記金属層に達するビアホールを形成するレーザ加工方法であって、（ａ）前記被加工層に、パルス幅が第１の値となる条件でパルスレーザ光を照射して、前記ビアホールを途中段階まで形成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）において途中段階まで形成されたビアホールの内面に、パルス幅が前記第１の値よりも大きい第２の値となる条件でパルスレーザ光を照射する工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【００１２】
工程（ｂ）では、工程（ａ）において途中段階まで形成されたビアホールの側壁を整形するのと同時に、当該途中段階まで形成されたビアホールの内部に残った残留物を除去できる。これにより、ビアホールの形成を終えた後のデスミアが不要となる。その分、加工効率の向上が図られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、実施例によるレーザ加工方法の対象となる被加工基板の断面図である。被加工基板は、銅ランド１１の上に樹脂層１２が形成された構造を有する。銅ランド１１は、コア層１０の表面の一部に形成されている。樹脂層１２は、銅ランド１１を覆うようにコア層１０上に積層されている。樹脂層１２には、短繊維状のフィラー１２ａが多数混入されている。フィラー１２ａの各々は、硼酸アルミニウムからなる。
【００１４】
図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための被加工基板の断面図である。本レーザ加工方法では、樹脂層１２に、銅ランド１１の表面に達するビアホール１５を形成する。ビアホール１５の形成は、前工程と後工程の２段階で行う。
【００１５】
まず前工程では、図１（ｂ）に示すように、樹脂層１２にビアホールを途中段階まで形成する。符号１３が、途中段階まで形成されたビアホール（以下、穴という。）を示す。穴１３の形成には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波であるパルスレーザ光を用いる。
【００１６】
パルスレーザ光を、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が１Ｊ／ｃｍ^２になる条件で樹脂層１２に照射して、穴１３を形成する。なお、パルスレーザ光をマスク投影法により、樹脂層１２に照射するのが好ましい。
【００１７】
穴１３のトップ径が５０μｍ、樹脂層１２の厚みが３０μｍ程度であれば、３５ショット程度で穴底に銅ランド１１の表面が露出しはじめる。この時点で前工程を終える。なお、穴底に銅ランド１１が露出しない段階で前工程を終えてもよいであろう。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、穴１３の断面形状はＵ字状をなしており、側壁及び底面に未除去部１４が残されている。また、穴１３の底にはフィラー１２ａが付着している。さらに、穴１３の側壁からは、フィラー１２ａが突き出している。短繊維状フィラー１２ａの一端が穴１３の側壁から突き出ていても、他端は樹脂層１２内に固定されたままである。従って、穴１３の側壁からの突出物は除去されにくいと考えられる。
【００１９】
次いで、後工程では、穴１３の内部に残った残留物の除去と、穴１３の側壁の整形とを同時に並行して行なう。ここでいう残留物は、穴１３の底に付着しているフィラー１２ａのみならず穴１３の側壁から突出したフィラー１２ａも含む。後工程でも、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波であるパルスレーザ光を用いる。
【００２０】
パルスレーザ光を、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が３Ｊ／ｃｍ^２になる条件で穴１３の内面に照射する。なお、パルスレーザ光をマスク投影法により、樹脂層１２に照射するのが好ましい。
【００２１】
後工程で用いるパルスレーザ光のパルス間隔は、前工程で用いるパルスレーザ光のパルス間隔よりも長くする。パルス間隔とは、パルスとその次のパルスとの間の時間をいう。パルスレーザ光のパルス間隔を長くする程、加工個所の放熱期間を長く確保できる。従って、後工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度より高くしたにも拘わらず、加工領域への蓄熱を緩和できる。これにより、樹脂層１２に亀裂が生じたり、あるいは樹脂層１２と銅ランド１１との間に剥離が生じてしてしまうこと等を防止できる。なお、パルスレーザ光のパルス間隔は、そのパルスレーザ光のパルス周波数を低下させることにより、長くすることができる。
【００２２】
１５ショット程度で、未除去部１４を除去して穴１３の側壁を切り立たせることができる。さらに、その過程で穴１３の内部に残った残留物を除去できる。こうして、図１（ｃ）に示すように、底部における銅ランド１１の露出面積が、穴１３のそれよりも広く、かつ内部に残留物が残されていないビアホール１５が完成する。
【００２３】
しかる後、図１（ｄ）に示すように、ビアホール１５の底面及び側面、並びに樹脂層１２の表面に銅層１６を形成する。銅層１６が、銅ランド１１と電気的に接続される。銅層１６と銅ランド１１との間に残留物が介在しないから、両者の導通不良を防止できる。
【００２４】
以上説明したように、本レーザ加工方法では、ビアホール１５の形成を２段階で行なう。ショット数の観点からいえば、ビアホール１５の形成に要するパルスレーザ光の総ショット数をＮ（ここでは、Ｎ＝５０）とすると、（３５／５０）×Ｎショット目を境として前工程と後工程とに分ける。即ち、前工程で用いるパルスレーザ光のショット数（Ｎ_１）と、後工程で用いるパルスレーザ光のショット数（Ｎ_２）との比を、Ｎ_１：Ｎ_２＝３５：１５とする。
【００２５】
そして、後工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度よりも高くすることにより、前工程で形成された穴１３の側壁からの突出物もきれいに除去できる。これにより、ビアホール１５の内部に残留物が残ってしまうことを防止できる。そのため、従来のデスミア工程が不要となり、加工効率の向上が図られる。
【００２６】
また、ビア加工を前工程と後工程の２段階に分け、後工程では前工程のときよりもパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を上げるという加工条件を見出したことにより、短繊維状フィラー１２ａが混入された樹脂層１２に、側壁の切り立ったビアホール１５を形成することが可能となった。
【００２７】
図２は、実施例によるレーザ加工装置を示す。本レーザ加工装置は、被加工基板１を保持するＸＹステージ２と、保持された被加工基板１へパルスレーザ光Ｌを照射するパルスレーザ光照射光学系３とを有する。
【００２８】
パルスレーザ光照射光学系３では、レーザ光源３１が、コントローラ４から与えられたトリガパルス信号Ｓに同期して、パルスレーザ光を出射する。レーザ光源３１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器等の固体レーザ発振器と、非線形光学結晶等の高調波発生器とを含む。詳細には、レーザ光源３１から出射されるパルスレーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長＝３５５ｎｍ）である。
【００２９】
レーザ光源３１から出射されるパルスレーザ光の光路上には、マスク３２、ガルバノスキャナ３３、及びｆθレンズ３４がこの順に配置されている。マスク３２は、レーザ光源３１から出射されたパルスレーザ光のビームサイズを制限する。ガルバノスキャナ３３は、ビームサイズの制限されたパルスレーザ光を二次元方向に走査する。ｆθレンズ３４は、走査されたパルスレーザ光を被加工基板１へ集束する。
【００３０】
レーザ光源３１から出射されたパルスレーザ光が、マスク投影法により被加工基板１の表面に照射される。即ち、被加工基板１の表面に、マスク３２の開口３２ａが、ｆθレンズ３４により所定の縮小率で結像される。
【００３１】
図３は、レーザ光源３１の出力特性を示す。横軸はパルスレーザ光のパルス周波数ｆを表し、縦軸はパルスレーザ光の平均パワーＰを表す。平均パワーＰがパルス周波数ｆに依存して変化する。従って、パルスレーザ光の平均パワーＰは、パルス周波数ｆを制御することにより間接的に制御できる。パルス周波数ｆは、トリガパルス信号Ｓの周波数に同調する。従って、トリガパルス信号Ｓの周波数（＝ｆ）に基づいて、パルスレーザ光の平均パワーＰを制御できる。
【００３２】
パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギは、Ｐ／ｆで与えられる。パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は、Ｐ／ｆをパルスレーザ光の照射面におけるビームスポットの面積で除した値となる。パルスレーザ光の照射面におけるビームスポットの面積は、一つのビアホールを形成する過程で略一定とみなせる。従って、パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は、コントローラ４において、トリガパルス信号Ｓの周波数（＝ｆ）に基づいて制御できる。
【００３３】
具体的に説明すると、図３に示すように、パルス周波数ｆが約５ｋＨｚの時に平均パワーＰが最大値を示す。パルス周波数ｆが約５ｋＨｚ以上の範囲では、ｆが小さい程、平均パワーＰが大きい。従ってこの範囲では、コントローラ４は、トリガパルス信号Ｓの周波数をあるｆ_１という値からｆ_２（＜ｆ_１）という値へ低下させることにより、パルスレーザ光Ｌの照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を増大させる制御を行なえる。なお、パルスレーザ光Ｌのパルス周波数を低下させると、パルスレーザ光Ｌのパルス間隔は広がる。
【００３４】
図４は、コントローラ４が行う制御を説明する為のグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を表す。コントローラ４は、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度がＥ_１となる条件でパルスレーザ光ＬをＮ_１ショット照射させた後、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度がＥ_２（＞Ｅ_１）となる条件でパルスレーザ光ＬをＮ_２ショット照射させる制御を行う。
【００３５】
前半のＮ_１（例：Ｎ_１＝３５）ショット分のパルスレーザ光によって、ビアホールが途中段階まで形成される。これが前工程である。前工程では、コントローラ４はトリガパルス信号Ｓの周波数、即ちパルスレーザ光Ｌのパルス周波数をｆ_１＝４０ｋＨｚとする。これにより、パルスレーザ光Ｌの照射面における１パルスあたりのエネルギ密度がＥ_１＝１Ｊ／ｃｍ^２に設定される。なお、このときのパルスレーザ光のパルス間隔をｔ_１とする。
【００３６】
後半のＮ_２（例えばＮ_２＝１５）ショット分のパルスレーザ光によって、穴１３の側壁の整形と残留物の除去とが同時に行なわれる。これが後工程である。後工程では、コントローラ４はトリガパルス信号Ｓの周波数を、ｆ_２＝２０ｋＨｚへ低下させる。これにより、パルスレーザ光Ｌの照射面における１パルスあたりのエネルギ密度がＥ_２＝３Ｊ／ｃｍ^２に設定される。
【００３７】
パルス周波数を低下させたことにより、パルス間隔はｔ_１よりも長いｔ_２に設定される。このように、パルス周波数に基づいて、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を制御する場合、それと同時にパルス間隔も調節できる。パルス間隔を広げると、その分だけ加工個所の放熱期間を長く確保できるから、照射面における１パルスあたりのエネルギ密度を上げたにも拘わらず亀裂や剥離等の異常の発生を防止できる。
【００３８】
図５は、他の実施例によるレーザ加工装置を示す。第１の光源２１及び第２の光源２２が、それぞれパルスレーザ光Ｌ１及びＬ２を出射する。パルスレーザ光Ｌ１及びＬ２は、ともにＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波であり、それぞれ鉛直方向及び水平方向に直線偏光されている。第１の光源２１から出射したパルスレーザ光Ｌ１は、折り返しミラー２３で反射し、偏光板２４の表側の面に入射角４５°で入射する。第２の光源２２から出射したパルスレーザ光Ｌ２は、偏光板２４の裏側の面に入射角４５°で入射する。
【００３９】
偏光板２４は、鉛直方向に直線偏光されたパルスレーザ光Ｌ１を反射し、水平方向に直線偏光されたパルスレーザ光Ｌ２を透過させる。これにより、パルスレーザ光Ｌ１及びＬ２が同一の光路に沿って進む。その光路上には、マスク３２、ガルバノスキャナ３３、及びｆθレンズ３４がこの順に配置されている。
【００４０】
マスク３２は、パルスレーザ光Ｌ１又はＬ２のビームサイズを制限する。ガルバノスキャナ２５は、ビームサイズの制限されたパルスレーザ光Ｌ１又はＬ２を二次元方向に走査する。ｆθレンズ３４は、走査されたパルスレーザ光Ｌ１又はＬ２を集束する。ｆθレンズ３４によって集束されたパルスレーザ光Ｌ１又はＬ２が照射される位置には、被加工基板１がＸＹテーブル２によって保持されている。なお、パルスレーザ光Ｌ１又はＬ２は、それぞれマスク投影法により、被加工基板１に照射される。
【００４１】
第１の光源２１から出射されたパルスレーザ光Ｌ１の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は１Ｊ／ｃｍ^２となる。一方、第２の光源２２から出射されるパルスレーザ光Ｌ２のピークパワーは、パルスレーザ光Ｌ１のピークパワーと同一であるが、そのパルス幅がパルスレーザ光Ｌ１のパルス幅よりも大きい。これにより、第２の光源２２から出射されたパルスレーザ光Ｌ２の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は３Ｊ／ｃｍ^２となる。また、パルスレーザ光Ｌ２のパルス間隔は、パルスレーザ光Ｌ１のパルス間隔よりも大きい。
【００４２】
コントローラ２５が、まず第１の光源２１に、３５ショット分のパルスレーザ光Ｌ１を照射させる。このとき、第２の光源２２からはパルスレーザ光Ｌ２が出射しない。この期間が前工程である。次に、コントローラ２５は、第２の光源２２に、１５ショット分のパルスレーザ光Ｌ２を照射させる。このとき、第１の光源２１からはパルスレーザ光Ｌ１が出射しない。この期間が後工程である。
【００４３】
このように、前工程と後工程とでそれぞれ別々の光源２１及び２２を用いる場合、一つのビアホールを形成する過程でパルス周波数を変化させる制御が不要となるから、コントローラ２５が行う制御を簡略化できる。なお、出射するパルスレーザ光のパルス幅を調節できる光源を用いる場合には、前工程と後工程とで同一の光源を用いてもよい。
【００４４】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、後工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は、特に３Ｊ／ｃｍ^２に限られず、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度より大きく、かつ銅ランド１１をアブレーションさせる閾値（８Ｊ／ｃｍ^２）以下であればよい。
【００４５】
また、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度も特に１Ｊ／ｃｍ^２に限られない。但し、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度が高すぎると、銅ランド１１が当該レーザ光を過剰に吸収してしまうことになり、銅ランド１１の熱膨張に起因して剥離等の異常が発生してしまうことが考えられる。そこで、前工程で用いるパルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は２Ｊ／ｃｍ^２以下とするのが望ましいであろう。
【００４６】
また、ビアホールの形成に用いるパルスレーザ光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波に限らず、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）であってもよい。また、波長が５３２ｎｍ以下の固体レーザ光であれば好適に用いることができる。
【００４７】
また、パルスレーザ光の照射面における１パルスあたりのエネルギ密度は、バリアブルアッテネータ等の光強度調節手段を用いて調節してもよい。また、前工程及び後工程では、ビーム断面内における強度分布を均一に近づけたレーザ光を用いてもよい。
【００４８】
また、上記実施例では、ビアホール１５の底に銅ランド１１を露出させた。ビアホールの底に、パッド等の端子やそれに接続された配線パターン等を露出させる場合にも実施例と同様の効果が得られるであろう。また、樹脂層に、ガラス繊維が混入されている場合にも実施例と同様の効果が得られるであろう。この他、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。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、ビアホールの内部に残留物が残ってしまうことを防止できる。本発明によれば、内部に残留物が残されていない状態のビアホールを効率的に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工方法の対象となる被加工基板の断面図である。
【図２】実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図３】Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波の出力特性を模式的に示すグラフである。
【図４】実施例によるレーザ加工方法におけるパルスレーザ光の照射フローを模式的に示すグラフである。
【図５】他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１１銅ランド（金属層）
１２樹脂層（被加工層）
１２ａ短繊維状フィラー
１３途中段階まで形成されたビアホール
１５ビアホール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method for forming a via hole in a layer to be processed formed on a metal layer.
[0002]
[Prior art]
The printed circuit board has a structure in which a copper land is formed on a part of the surface of the core layer, and a resin layer is laminated on the core layer so as to cover the copper land. In manufacturing a printed circuit board, there is a step of forming a copper layer electrically connected to the copper land on the surface of the resin layer. In the process, a via hole reaching the copper land is formed in the resin layer. Then, a copper layer is formed on the bottom and side surfaces of the via hole and the surface of the resin layer.
[0003]
For example, when a via hole is formed using laser light, a residue may remain inside the via hole. When the residue remains, the reliability of the electrical connection between the copper land and the copper layer is lowered. Therefore, after forming the via hole, so-called desmear is performed in order to remove the residue remaining in the via hole. Patent Document 1 discloses a technique for performing desmearing using pulsed laser light.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-340165
[Problems to be solved by the invention]
Even if desmearing is performed, the residue may not be completely removed. In particular, this is a case where a filler is mixed in the resin layer in order to reduce the dielectric constant and the dielectric loss tangent. The filler tends to remain at the bottom of the via hole as a residue after desmear. If it is a fibrous filler, it may remain in a state of protruding from the inner wall of the via hole after desmearing. Projections from the inner wall of the via hole are also called residues.
[0006]
In addition, when desmear is necessary, the number of steps is increased by that amount, so that the processing efficiency is lowered. Therefore, a technique for efficiently forming a via hole in which no residue remains inside is desired.
[0007]
The objective of this invention is providing the technique which can prevent that a residue remains in the inside of a via hole. Another object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently forming a via hole in a state where no residue remains inside.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided a laser processing method for forming a via hole reaching a metal layer in a layer to be processed formed on the metal layer, wherein: (a) Irradiating a pulse laser beam under a condition that the energy density per pulse is a first value to form the via hole to an intermediate stage; and (b) a via hole formed to the intermediate stage in the step (a). There is provided a laser processing method including a step of irradiating an inner surface with pulsed laser light under a condition that an energy density per pulse on the irradiation surface is a second value larger than the first value.
[0009]
According to another aspect of the present invention, there is provided a laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a processing layer formed on the metal layer, wherein (a) a pulse frequency is generated in the processing layer. A step of irradiating a pulse laser beam under a condition of the first value to form the via hole to an intermediate stage; and (b) a pulse frequency on the inner surface of the via hole formed to the intermediate stage in the step (a). And a step of irradiating a pulsed laser beam under a condition where the second value is smaller than the first value.
[0010]
According to still another aspect of the present invention, there is provided a laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a processing layer formed on the metal layer, wherein (a) a pulse interval is formed in the processing layer. Irradiating a pulsed laser beam under the condition of the first value to form the via hole halfway, and (b) a pulse interval on the inner surface of the via hole formed halfway in the step (a). Irradiating pulsed laser light under a condition that becomes a second value larger than the first value.
[0011]
According to still another aspect of the present invention, there is provided a laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a processing layer formed on the metal layer, wherein: (a) a pulse width is applied to the processing layer. Irradiating a pulsed laser beam under the condition of the first value to form the via hole halfway, and (b) applying a pulse width to the inner surface of the via hole formed halfway in the step (a). Irradiating pulsed laser light under a condition that becomes a second value larger than the first value.
[0012]
In the step (b), the side wall of the via hole formed up to the intermediate stage in the step (a) is shaped, and at the same time, the residue remaining inside the via hole formed up to the intermediate stage can be removed. This eliminates the need for desmear after the formation of the via hole. Accordingly, the processing efficiency can be improved.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a cross-sectional view of a substrate to be processed which is an object of a laser processing method according to an embodiment. The substrate to be processed has a structure in which a resin layer 12 is formed on a copper land 11. The copper land 11 is formed on a part of the surface of the core layer 10. The resin layer 12 is laminated on the core layer 10 so as to cover the copper land 11. A large number of short fiber fillers 12 a are mixed in the resin layer 12. Each filler 12a is made of aluminum borate.
[0014]
1B, 1C, and 1D are cross-sectional views of a substrate to be processed for explaining a laser processing method according to an embodiment. In this laser processing method, a via hole 15 reaching the surface of the copper land 11 is formed in the resin layer 12. The via hole 15 is formed in two stages, a pre-process and a post-process.
[0015]
First, in the pre-process, as shown in FIG. 1B, via holes are formed in the resin layer 12 up to an intermediate stage. Reference numeral 13 denotes a via hole (hereinafter referred to as a hole) formed up to an intermediate stage. The hole 13 is formed using pulsed laser light that is the third harmonic of the Nd: YAG laser.
[0016]
The hole 13 is formed by irradiating the resin layer 12 with pulsed laser light under the condition that the energy density per pulse on the irradiated surface is 1 J / cm ² . In addition, it is preferable to irradiate the resin layer 12 with a pulse laser beam by a mask projection method.
[0017]
If the top diameter of the hole 13 is 50 μm and the thickness of the resin layer 12 is about 30 μm, the surface of the copper land 11 begins to be exposed on the bottom of the hole in about 35 shots. At this point, the previous process is finished. Note that the pre-process may be completed at a stage where the copper land 11 is not exposed at the hole bottom.
[0018]
As shown in FIG.1 (b), the cross-sectional shape of the hole 13 is U-shaped, and the unremoved part 14 is left on the side wall and the bottom surface. A filler 12 a is attached to the bottom of the hole 13. Further, a filler 12 a protrudes from the side wall of the hole 13. Even if one end of the short fiber filler 12 a protrudes from the side wall of the hole 13, the other end remains fixed in the resin layer 12. Therefore, it is thought that the protrusion from the side wall of the hole 13 is difficult to remove.
[0019]
Next, in a subsequent process, removal of the residue remaining inside the hole 13 and shaping of the side wall of the hole 13 are simultaneously performed in parallel. The residue here includes not only the filler 12 a adhering to the bottom of the hole 13 but also the filler 12 a protruding from the side wall of the hole 13. Also in the post-process, pulsed laser light that is the third harmonic of the Nd: YAG laser is used.
[0020]
The inner surface of the hole 13 is irradiated with pulsed laser light under the condition that the energy density per pulse on the irradiated surface is 3 J / cm ² . In addition, it is preferable to irradiate the resin layer 12 with a pulse laser beam by a mask projection method.
[0021]
The pulse interval of the pulse laser beam used in the subsequent process is set longer than the pulse interval of the pulse laser beam used in the previous step. The pulse interval is the time between a pulse and the next pulse. The longer the pulse interval of the pulse laser light, the longer the heat radiation period of the processing part can be secured. Therefore, although the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the subsequent process is set higher than the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser light used in the previous process, Heat storage can be reduced. As a result, it is possible to prevent the resin layer 12 from cracking or peeling between the resin layer 12 and the copper land 11. Note that the pulse interval of the pulse laser beam can be increased by lowering the pulse frequency of the pulse laser beam.
[0022]
In about 15 shots, the unremoved portion 14 can be removed and the side wall of the hole 13 can be raised. Further, the residue remaining in the hole 13 in the process can be removed. In this way, as shown in FIG. 1C, a via hole 15 in which the exposed area of the copper land 11 at the bottom is wider than that of the hole 13 and no residue remains inside is completed.
[0023]
Thereafter, as shown in FIG. 1D, a copper layer 16 is formed on the bottom and side surfaces of the via hole 15 and the surface of the resin layer 12. The copper layer 16 is electrically connected to the copper land 11. Since no residue is present between the copper layer 16 and the copper land 11, a conduction failure between them can be prevented.
[0024]
As described above, in this laser processing method, the via hole 15 is formed in two stages. From the viewpoint of the number of shots, if the total number of shots of the pulsed laser light required for forming the via hole 15 is N (N = 50 in this case), the previous process and the subsequent process with the (35/50) × N shot as a boundary. Divide into processes. That is, the ratio between the number of shots of the pulse laser beam used in the previous process (N ₁ ) and the number of shots of the pulse laser beam used in the subsequent process (N ₂ ) is N ₁ : N ₂ = 35: 15.
[0025]
Then, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the post-process is set higher than the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser light used in the pre-process, thereby forming the pre-process. Projections from the side wall of the hole 13 can also be removed cleanly. Thereby, it is possible to prevent a residue from remaining inside the via hole 15. Therefore, the conventional desmear process becomes unnecessary, and the processing efficiency is improved.
[0026]
In addition, via processing is divided into two stages, a pre-process and a post-process, and in the post-process, a processing condition for increasing the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser light is found shorter than in the pre-process. A via hole 15 with a sharp side wall can be formed in the resin layer 12 mixed with the fibrous filler 12a.
[0027]
FIG. 2 shows a laser processing apparatus according to the embodiment. The laser processing apparatus includes an XY stage 2 that holds a substrate 1 to be processed, and a pulse laser light irradiation optical system 3 that irradiates the held substrate 1 to be processed with pulsed laser light L.
[0028]
In the pulse laser light irradiation optical system 3, the laser light source 31 emits pulse laser light in synchronization with the trigger pulse signal S given from the controller 4. The laser light source 31 includes a solid-state laser oscillator such as an Nd: YAG laser oscillator and a harmonic generator such as a nonlinear optical crystal. Specifically, the pulse laser emitted from the laser light source 31 is the third harmonic (wavelength = 355 nm) of the Nd: YAG laser.
[0029]
On the optical path of the pulsed laser beam emitted from the laser light source 31, a mask 32, a galvano scanner 33, and an fθ lens 34 are arranged in this order. The mask 32 limits the beam size of the pulsed laser light emitted from the laser light source 31. The galvano scanner 33 scans a pulse laser beam with a limited beam size in a two-dimensional direction. The fθ lens 34 focuses the scanned pulse laser beam on the substrate 1 to be processed.
[0030]
Pulse laser light emitted from the laser light source 31 is irradiated onto the surface of the substrate 1 to be processed by a mask projection method. That is, the opening 32a of the mask 32 is imaged by the fθ lens 34 at a predetermined reduction ratio on the surface of the substrate 1 to be processed.
[0031]
FIG. 3 shows the output characteristics of the laser light source 31. The horizontal axis represents the pulse frequency f of the pulse laser beam, and the vertical axis represents the average power P of the pulse laser beam. The average power P changes depending on the pulse frequency f. Therefore, the average power P of the pulse laser beam can be indirectly controlled by controlling the pulse frequency f. The pulse frequency f is tuned to the frequency of the trigger pulse signal S. Therefore, the average power P of the pulse laser beam can be controlled based on the frequency (= f) of the trigger pulse signal S.
[0032]
The energy per pulse of the pulse laser beam is given by P / f. The energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam is a value obtained by dividing P / f by the area of the beam spot on the irradiation surface of the pulse laser beam. The area of the beam spot on the irradiation surface of the pulse laser beam can be regarded as substantially constant in the process of forming one via hole. Therefore, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam can be controlled by the controller 4 based on the frequency (= f) of the trigger pulse signal S.
[0033]
More specifically, as shown in FIG. 3, the average power P shows the maximum value when the pulse frequency f is about 5 kHz. In the range where the pulse frequency f is about 5 kHz or more, the average power P increases as f decreases. Therefore, in this range, the controller 4 reduces the frequency of the trigger pulse signal S from a value of f _{1 to} a value of f ₂ (<f ₁ ), so that the energy per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam L is reduced. Control can be performed to increase the density. Note that when the pulse frequency of the pulse laser beam L is lowered, the pulse interval of the pulse laser beam L is widened.
[0034]
FIG. 4 is a graph for explaining the control performed by the controller 4. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam. The controller 4 irradiates N ₁ shots of the pulse laser beam L under the condition that the energy density per pulse on the irradiated surface is E _1, and then the energy density per pulse on the irradiated surface is E ₂ (> E ₁ ). Control is performed to irradiate the pulse laser beam L with N ₂ shots under the following conditions.
[0035]
Via holes are formed up to an intermediate stage by pulse laser light for the first half N ₁ (for example, N ₁ = 35) shots. This is the pre-process. In the previous step, the controller 4 sets the frequency of the trigger pulse signal S, that is, the pulse frequency of the pulsed laser light L, to f ₁ = 40 kHz. Thereby, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam L is set to E ₁ = 1 J / cm ² . Note that the pulse interval of the pulse laser beam at this time is t _1.
[0036]
The shaping of the side wall of the hole 13 and the removal of the residue are simultaneously performed by the pulse laser beam for the _second half of N ₂ (for example, N ₂ = 15) shots. This is a post process. In the subsequent process, the controller 4 reduces the frequency of the trigger pulse signal S to f ₂ = 20 kHz. Thereby, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam L is set to E ₂ = 3 J / cm ² .
[0037]
By reducing the pulse frequency, the pulse interval is set to t ₂ longer than t ₁ . In this way, when the energy density per pulse on the irradiation surface is controlled based on the pulse frequency, the pulse interval can be adjusted simultaneously. If the pulse interval is widened, the heat radiation period at the processing site can be secured longer by that amount, so that it is possible to prevent the occurrence of abnormalities such as cracks and delamination despite increasing the energy density per pulse on the irradiated surface.
[0038]
FIG. 5 shows a laser processing apparatus according to another embodiment. The first light source 21 and the second light source 22 emit pulsed laser beams L1 and L2, respectively. The pulse laser beams L1 and L2 are both third harmonics of the Nd: YAG laser, and are linearly polarized in the vertical direction and the horizontal direction, respectively. The pulsed laser light L1 emitted from the first light source 21 is reflected by the folding mirror 23 and is incident on the front surface of the polarizing plate 24 at an incident angle of 45 °. The pulsed laser light L2 emitted from the second light source 22 enters the back surface of the polarizing plate 24 at an incident angle of 45 °.
[0039]
The polarizing plate 24 reflects the pulse laser beam L1 linearly polarized in the vertical direction and transmits the pulse laser beam L2 linearly polarized in the horizontal direction. Thereby, the pulse laser beams L1 and L2 travel along the same optical path. On the optical path, a mask 32, a galvano scanner 33, and an fθ lens 34 are arranged in this order.
[0040]
The mask 32 limits the beam size of the pulsed laser light L1 or L2. The galvano scanner 25 scans the pulsed laser light L1 or L2 having a limited beam size in a two-dimensional direction. The fθ lens 34 focuses the scanned pulsed laser light L1 or L2. The substrate 1 to be processed is held by the XY table 2 at a position where the pulsed laser light L1 or L2 focused by the fθ lens 34 is irradiated. The pulsed laser light L1 or L2 is applied to the substrate 1 by a mask projection method.
[0041]
The energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam L1 emitted from the first light source 21 is 1 J / cm ² . On the other hand, the peak power of the pulse laser beam L2 emitted from the second light source 22 is the same as the peak power of the pulse laser beam L1, but the pulse width is larger than the pulse width of the pulse laser beam L1. As a result, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulsed laser light L2 emitted from the second light source 22 is 3 J / cm ² . Further, the pulse interval of the pulse laser beam L2 is larger than the pulse interval of the pulse laser beam L1.
[0042]
The controller 25 first irradiates the first light source 21 with pulse laser light L1 for 35 shots. At this time, the pulsed laser beam L2 is not emitted from the second light source 22. This period is the previous process. Next, the controller 25 irradiates the second light source 22 with pulse laser light L2 for 15 shots. At this time, the pulse laser beam L1 is not emitted from the first light source 21. This period is a post process.
[0043]
As described above, when separate light sources 21 and 22 are used in the pre-process and the post-process, control for changing the pulse frequency in the process of forming one via hole becomes unnecessary, and thus the control performed by the controller 25 is simplified. it can. In addition, when using the light source which can adjust the pulse width of the emitted pulsed laser beam, the same light source may be used in the pre-process and the post-process.
[0044]
As mentioned above, although the Example was described, this invention is not limited to this. For example, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the subsequent process is not particularly limited to ³ J / cm ^2, and is larger than the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser light used in the previous process, And it should just be below the threshold (8 J / cm < ² >) which ablates the copper land 11. FIG.
[0045]
Further, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the previous process is not particularly limited to 1 J / cm ² . However, if the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the previous process is too high, the copper land 11 will absorb the laser beam excessively, resulting in thermal expansion of the copper land 11. It is conceivable that an abnormality such as peeling occurs. Therefore, it is desirable that the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam used in the previous process is ² J / cm ² or less.
[0046]
The pulse laser beam used for forming the via hole is not limited to the third harmonic of the Nd: YAG laser, but may be the second harmonic (wavelength 532 nm) of the Nd: YAG laser. Any solid-state laser light having a wavelength of 532 nm or less can be suitably used.
[0047]
Further, the energy density per pulse on the irradiation surface of the pulse laser beam may be adjusted using a light intensity adjusting means such as a variable attenuator. Further, in the pre-process and the post-process, laser light whose intensity distribution in the beam cross section is made close to uniform may be used.
[0048]
In the above embodiment, the copper land 11 is exposed at the bottom of the via hole 15. Even when a terminal such as a pad or a wiring pattern connected thereto is exposed at the bottom of the via hole, the same effect as in the embodiment will be obtained. Further, when glass fibers are mixed in the resin layer, the same effect as in the embodiment will be obtained. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to prevent the residue from remaining inside the via hole. According to the present invention, it is possible to efficiently form a via hole in which no residue is left inside.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate to be processed that is an object of a laser processing method according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a laser processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 3 is a graph schematically showing output characteristics of a third harmonic of an Nd: YAG laser.
FIG. 4 is a graph schematically showing an irradiation flow of pulsed laser light in a laser processing method according to an example.
FIG. 5 is a schematic view of a laser processing apparatus according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
11 Copper land (metal layer)
12 Resin layer (layer to be processed)
12a Short fiber filler 13 Via hole 15 formed up to the middle stage Via hole

Claims

A laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a work layer formed on the metal layer,
(A) irradiating the work layer with pulsed laser light under a condition that the energy density per pulse on the irradiated surface is a first value, and forming the via hole halfway;
(B) A pulse laser beam is applied to the inner surface of the via hole formed up to the middle stage in the step (a) under the condition that the energy density per pulse on the irradiated surface is a second value larger than the first value. A laser processing method including an irradiating step.

A laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a work layer formed on the metal layer,
(A) irradiating the processing layer with a pulsed laser beam under a condition that a pulse frequency is a first value, and forming the via hole halfway;
(B) a step of irradiating the inner surface of the via hole formed in the step (a) halfway with a pulsed laser beam under a condition that the pulse frequency is a second value smaller than the first value. Processing method.

A laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a work layer formed on the metal layer,
(A) irradiating the processing layer with a pulse laser beam under a condition that a pulse interval is a first value, and forming the via hole to an intermediate stage;
(B) a laser including a step of irradiating the inner surface of the via hole formed up to an intermediate stage in the step (a) with a pulsed laser beam under a condition that a pulse interval becomes a second value larger than the first value. Processing method.

A laser processing method for forming a via hole reaching the metal layer in a work layer formed on the metal layer,
(A) irradiating the processing layer with pulsed laser light under a condition that a pulse width is a first value, and forming the via hole to an intermediate stage;
(B) a laser including a step of irradiating the inner surface of the via hole formed halfway in the step (a) with a pulsed laser beam under a condition that the pulse width is a second value larger than the first value. Processing method.

In the step (b), the side wall of the via hole formed up to the middle stage in the step (a) is shaped using the pulsed laser beam, and at the same time, the sidewall remains inside the via hole formed up to the middle stage. The laser processing method according to claim 1, wherein the residue is removed.

The laser processing method according to claim 1, wherein a fibrous filler is mixed in the processing layer.