JP2020179408A

JP2020179408A - エキシマレーザーによる加工方法

Info

Publication number: JP2020179408A
Application number: JP2019083648A
Authority: JP
Inventors: ラメシュヴァンダリ; Ramesh Bhandari
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-11-05

Abstract

【課題】ビア加工又はトレンチ加工時の基板表面の付着物の同時除去を可能とする。【解決手段】エキシマレーザーを投影加工用マスクおよび投影レンズを介して基板の絶縁層に照射して絶縁層にビア又はトレンチを加工する、エキシマレーザーによる加工方法であって、前記投影加工用マスクが、前記基板の絶縁層において、ビア又はトレンチを加工するために必要な部分にエキシマレーザーを照射するための透明部分と、ビア又はトレンチの加工が不要な部分にエキシマレーザーを照射するためのグレイスケール部分と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマレーザーによるアブレーション加工により基板の絶縁層にビア又はトレンチを加工する、エキシマレーザーによる加工方法に関する。

高密度配線形成のために、エキシマレーザーのマスク投影方式で基板の樹脂などから構成される絶縁層にビア又はとトレンチを加工する技術がある。ここで、マスク投影方式とは、エキシマのビームを、マスクを通して投影レンズで基板上に結像させる技術のことをいう。このエキシマレーザーを用いた加工方法では、図８に一例を示すように、樹脂５１のエキシマレーザー光５２による加工時に、加工箇所から除去（アブレーション）された樹脂の一部の付着物５３が基板表面に付着する（特許文献１）。

特許第２６９７４４７号

この付着物の量は加工対象の材料、レーザー波長、レーザー条件、加工深さや加工箇所の密度などに依存し、その量によっては加工後に行われるデスミア処理（ウェットやドライ）で除去しきれなくて異物として後工程や製品品質に悪影響を及ぼすことがある。特許文献１では、その解決手段として樹脂表面を水溶性膜で覆って加工を行い、加工後に保護膜と一緒に付着物を除去しているが、追加工程が必要となる。

本発明に係るエキシマレーザーによる加工方法は、エキシマレーザーを投影加工用マスクおよび投影レンズを介して基板の絶縁層に照射して絶縁層にビア又はトレンチを加工する、エキシマレーザーによる加工方法であって、前記投影加工用マスクが、前記基板の絶縁層において、ビア又はトレンチを加工するために必要な部分にエキシマレーザーを照射するための透明部分と、ビア又はトレンチの加工が不要な部分にエキシマレーザーを照射するためのグレイスケール部分と、を有する。

本発明の実施形態によれば、マスクのパターンを透明部分とグレイスケール部分とから構成するだけで、ビア加工又はトレンチ加工時の基板表面の付着物の同時除去が可能になり、これらの付着物をデスミア工程へ持ち込むことがなくなる。そのため、異物混在による不良低減や、デスミア工程への負荷を低減できる。また、従来のエキシマ加工装置とプロセスを工夫することなく、マスクデザインのみで対応できるため、本発明の運用には追加コストが不要である。さらに、従来の加工と同時に得られる付着物除去のため、ビアやトレンチ加工が遅くなることもない。

本発明のエキシマレーザーによる加工方法の一実施形態を実施する装置構成の一例を説明するための図である。本発明で用いる投影加工用マスクの一実施形態を説明するための断面図である。本発明で用いる投影加工用マスクの全体デザインの一実施形態を説明するための平面図である。本発明で用いる投影加工用マスクのデザインの一実施形態を拡大して示す平面図である。本発明で用いる投影加工用マスクのデザインの他の実施形態を拡大して示す平面図である。本発明で用いる投影加工用マスクのデザインのさらに他の実施形態を拡大して示す平面図である。本発明で用いる投影加工用マスクのデザインのさらに他の実施形態を拡大して示す平面図である。従来のエキシマレーザーによる加工方法の一実施形態を説明するための断面図である。

図１は、本発明のエキシマレーザーによる加工方法の一実施形態を実施する装置構成の一例を説明するための図である。図１において、１は加工対象となる基板であり、基板１は、配線２と配線２を覆う絶縁層３とから構成されている。５はエキシマレーザーのラインビーム６を基板１上に集光して照射するために用いられる投影レンズである。１０はエキシマレーザーのラインビーム６のビーム強度を制御するために用いられる投影加工用マスクである。投影加工用マスク１０の表面には、基板１の絶縁層３において、ビア４を加工するために必要な部分３ａにエキシマレーザーを照射するための透明部分１１と、ビア４の加工が不要な部分３ｂにエキシマレーザーを照射するためのグレイスケール部分１２と、を設けている。

図１に示す装置構成において、本発明のエキシマレーザーによる加工方法は、エキシマレーザーのラインビーム６を投影加工用マスク１０および投影レンズ５を介して基板１の絶縁層３に照射して絶縁層３にビア４を加工することで実施される。投影加工用マスク１０の透明部分１１を透過するエキシマレーザーのラインビーム６は、絶縁層３にビア４を加工するのに必要なエネルギー密度を有する強いビームとして、絶縁層３のビア４を加工するために必要な部分３ａに照射される。同時に、投影加工用マスク１０のグレイスケール部分１２を透過するエキシマレーザーのラインビーム６は、上記透明部分１１を透過するエキシマレーザーのラインビーム６のエネルギー密度より低いエネルギー密度を有する比較的弱いビームとして、絶縁層３のビア４の加工が不要な部分３ｂに照射される。その際のエキシマレーザーのラインビーム６の分布を、図１に合わせて示す。図中縦方向はビーム強度を示している。

上述した本発明のエキシマレーザーによる加工方法によれば、絶縁層３のビア４を加工するために必要な部分３ａに通常通りビア４を加工できると同時に、絶縁層３のビア４の加工が不要な部分３ｂ上に残った付着物を除去することができる。

以下、本発明のエキシマレーザーによる加工方法の特徴となる投影加工用マスク１０について説明する。

投影加工用マスクは、従来は基板の絶縁層にビア又はトレンチ加工が必要な部分が透明（透過率がほぼ１００％）で、加工不要な部分は不透明（透過率０％）のものが使われる。本発明の投影加工用マスク１０では、図２にその詳細を示すように、例えば石英ガラスからなる透明なマスク本体１３上に、ビア加工用で光遮断層無しの透明部分１１（透過率ほぼ１００％）と、付着物除去用で光遮断層１２ａと透明部分１２ｂとの微細パターンからなるグレイスケール部分１２（透過率１％〜９９％）と、を設けている。光遮断層１２ａは、入射されたレーザー光を透過させずに殆ど反射で一部吸収する。光遮断層１２ａとしては、Ｃｒのような、高反射率と安定な金属を使用できる。また、複数層誘電体を使った構造も使用できる。微細パターンは、ドット、穴、ラインなどから光遮断層１２ａとその間の透明部分１２ｂとで形成できる。光遮断層１２ａと透明部分１２ｂとの面積比によって、グレイスケール部分１２の透過率を自由にコントロールできる。

エキシマレーザーのラインビーム６が投影加工用マスク１０を透過して基板１の絶縁層３上へ結像される。絶縁層３上のビア４を加工するために必要な部分３ａには、エキシマレーザーのラインビーム６の強い光（エネルギー密度が絶縁層加工に十分な値、例えば０．１〜２Ｊ／ｃｍ^２）が照射され、絶縁層３にビア４が加工される。その時に、絶縁層３のビア４の加工が不要な部分３ｂでは、グレイスケール部分１２の透過率に応じた、比較的弱い光（エネルギー密度＝樹脂加工部分エネルギー密度×透過率）が照射され、付着物が除去される。グレイスケール部分１２の透過率は、付着物の量やレーザー加工性に併せて最適な値になるようなデザインを使用する。

次に、本発明のエキシマレーザーによる加工方法の特徴となる投影加工用マスク１０の具体的な実施形態について説明する。

図３は、本発明で用いる投影加工用マスクの全体デザインの一実施形態を説明するための平面図である。図３において、投影加工用マスク１０は、アライメントマークなどを設けた枠エリア２１、グレイスケール部分のみからなるビア無しエリア２２、透明部分とグレイスケール部分とが混在したビア有りエリア２３、から構成されている。本発明で用いる投影加工用マスク１０のデザインにおいて、ビア有りエリア２３の構成に特徴があり、以下、ビア有りエリア２３の部分の拡大デザイン例を、図４〜図７を用いて説明する。

なお、以下の拡大デザイン例を用いるエキシマレーザーによる加工方法の前提条件は、以下の通りである。まず、使用するラインビーム６のエキシマレーザーの波長（λ）＝３０８ｎｍである。使用する投影レンズ５のＮＡは０．０８、縮小率は２：１である。この時の投影レンズ５の加工点における分解能力（レーリーの式）＝０．６１λ／ＮＡ＝２．３５μｍである。投影加工用マスク１０のパターンとしての分解能力＝２．３５×２（縮小率２：１のため）＝４．７μｍである。投影加工用マスク１０のグレイスケール部分１２の光遮断用パターン及び間隔をこの分解能力（４．７μｍ）より小さくすることで、加工点（（基板）上では個別パターンが結像されず、光の強度がほぼ均一に分散する。グレイスケール部分の透過率は、透明な部分の占有率で決まる。(遮断するパターンが面積の１／２占めている場合、透過率が５０％となる）。下記例では、その寸法（遮断パターンの間隔）を≦４μｍとしている。

図４は、本発明で用いる投影加工用マスクのデザインの一実施形態を拡大して示す平面図である。図４に示す例では、グレイスケール部分１２を光遮断ドット配置で構成している。付着物除去用のグレイスケール部分１２は、３μｍ×３μｍの光遮断層のドットを１μｍ間隔に配置している。グレイスケール部分１２の透過率は４４％になる。なお、ドット形状は四角以外でも良い。ビア加工用の透明部分１１は、３０μｍφ（１５μｍφのビア加工用であり、光遮断パターン無しとする。透明部分１１の透過率は１００％である(石英ガラスからなるマスク本体１３の透過率は除く）。

図５は、本発明で用いる投影加工用マスクのデザインの他の実施形態を拡大して示す平面図である。図５に示す例では、グレイスケール部分１２を透明ドット配置で構成している。付着物除去用のグレイスケール部分１２は、光遮断層ベースに２μｍ×２μｍの透明ドットを１μｍ間隔で配置している。グレイスケール部分１２の透過率は４４％になる。なお、ドット形状は四角以外でも良い。ビア加工用の透明部分１１は、３０μｍφ（１５μｍφのビア加工用であり、光遮断パターン無しとする。透明部分１１の透過率は１００％である(石英ガラスからなるマスク本体１３の透過率は除く）。

図６は、本発明で用いる投影加工用マスクのデザインのさらに他の実施形態を拡大して示す平面図である。図６に示す例では、グレイスケール部分１２を透明／光遮断ラインを配置で構成している。付着物除去用のグレイスケール部分１２は、１．５μｍ幅の光遮断ラインを交互に配置している。グレイスケール部分１２の透過率は４０％になる。なお、ラインは横、縦、斜め等、どんな配置でも良い。ビア加工用の透明部分１１は、３０μｍφ（１５μｍφのビア加工用であり、光遮断パターン無しとする。透明部分１１の透過率は１００％である(石英ガラスからなるマスク本体１３の透過率は除く）。

図７は、本発明で用いる投影加工用マスクのデザインのさらに他の実施形態を拡大して示す平面図である。図７に示す例では、グレイスケール部分１２を混合デザインで構成している。付着物除去用のグレイスケール部分１２において、ビア回りの部分は１．５μｍ幅遮断リングと１．５μｍ幅透明リングとを交互に配置して構成している。この部分の透過率は５０％である。また、ビアから離れた部分は遮断層ベースに２μ×２μｍの透明ドットを１μｍ間隔で配置して構成している。この部分の透過率は４４％である。このように、付着物の付着量分布に合わせてグレイスケール部分１２の透過率を部分的に変えることができる。ビア加工用の透明部分１１は、３０μｍφ（１５μｍφのビア加工用であり、光遮断パターン無しとする。透明部分１１の透過率は１００％である(石英ガラスからなるマスク本体１３の透過率は除く）。

なお、上述した実施例では、ビア加工の場合を例にとって説明したが、同じ工程で基板１の絶縁層３にトレンチ加工をすることもできる。

１基板
２配線
３絶縁層
４ビア
５投影レンズ
６エキシマレーザーのラインビーム
１０投影加工用マスク
１１透明部分
１２グレイスケール部分
１２ａ光遮断層
１２ｂ透明部分
１３マスク本体
２１枠エリア
２２ビア無しエリア
２３ビア有りエリア

Claims

エキシマレーザーを投影加工用マスクおよび投影レンズを介して基板の絶縁層に照射して絶縁層にビア又はトレンチを加工する、エキシマレーザーによる加工方法であって、
前記投影加工用マスクが、前記基板の絶縁層において、ビア又はトレンチを加工するために必要な部分にエキシマレーザーを照射するための透明部分と、ビア又はトレンチの加工が不要な部分にエキシマレーザーを照射するためのグレイスケール部分と、を有する。
請求項１に記載のエキシマレーザーによる加工方法であって、
前記投影加工用マスクのグレイスケール部分が、光を遮断する微細パターンが均一に配置されている。
請求項２に記載のエキシマレーザーによる加工方法であって、
前記微細パターンが、ドット、穴またはラインから構成されている。