JP2697447B2

JP2697447B2 - レーザアブレーション加工方法と電子装置

Info

Publication number: JP2697447B2
Application number: JP4006106A
Authority: JP
Inventors: 康男山岸; 俊明成沢
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH05185269A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポリマを層間絶縁膜とす
る多層配線基板にビアを形成する際に使用するレーザア
ブレーション加工方法に関する。

【０００２】近年, 新しい加工技術としてエキシマレー
ザによるアブレーション(Ablation)加工が注目されてい
る。エキシマレーザとはアルゴン(Ar)やクリプトン(Kr)
などの希ガスと弗素（Ｆ）や塩素(Cl)などハロゲンとの
励起子を利用したガスレーザであって、高強度の紫外線
を発振すると云う特徴がある。

【０００３】こゝで、通常の有機物は紫外域に強い吸収
があるためにエキシマレーザ光のような強い (〜100MW/
ｃm²) 光パルスを照射すると一瞬のうちに化学結合が破
壊され表面層が蒸発する。

【０００４】この現象をアブレーションと言い、レーザ
アブレーション加工はこの現象を利用したものでであ
る。こゝで、エキシマレーザを構成する希ガスとハロゲ
ンの組み合わせは多数あるが，材料加工でよく検討され
るのは弗化クリプトン(KrF, 波長248 nm) 、塩化クセノ
ン(XeCl,波長308 nm)、弗化アルゴン(ArF, 波長193 nm)
などである。

【０００５】さて、レーザ加工としては従来よりイット
ニウム・アルミニウム・ガーネットレーザ( 略称YAG レ
ーザ, 波長1.06μm ) や炭酸ガスレーザ(CO₂レーザ, 波
長10.6μm )のようなレーザを用い、赤外線の熱エネル
ギーを利用した加工が行われている。

【０００６】然し、このような加工では周囲への熱的損
傷が大きい。また、ビームを絞って加工を行うが、赤外
線であるためにスポット径を小さくすることが難しく,
また点加工であるためスループットの観点からも広い面
積に亙って微細加工を行うには適さないと云う問題があ
る。

【０００７】これに対してエキシマレーザは光で化学結
合を分解する過程を主に利用することから加工断面の仕
上がりがシャープであり、また、10mm²程度の比較的広
い面積を一括して加工できるため、マスク露光を行うこ
とで微細パターンを容易にうることができる。(T.A.Zno
tins他:Laser Focus, May 54,1987, 石坂: 応用機械光
学1990年 9月号など) 。

【０００８】なお、エキシマレーザを用いて金属, セラ
ミックの加工やマーキングなども可能であるが，ポリマ
の加工に最も威力を発揮しており、ポリイミドなど難加
工性ポリマへの適用が盛んに検討されている。

【０００９】

【従来の技術】エキシマレーザアブレーション加工の有
用性が注目されている分野に，多層配線基板の層間接続
用のビア（Via)形成がある。

【００１０】すなわち、電子部品の高密度実装を行うた
めに回路基板は配線パターンの微細化と多層化が行われ
ているが、多層化法として一層づつ配線層を積み上げて
いく薄膜法が注目されている。

【００１１】こゝで、薄膜法が高密度実装に適すること
は以前から知られていたが、実際に適用されることが少
なかった理由としては層間の接続を行うためのビアホー
ル形成の困難さを挙げることができる。

【００１２】なお、層間絶縁層の形成材料としては、半
田耐熱の必要から耐熱性が優れたポリイミドが工業的に
利用されている。然し、薄膜法と云うものゝ、多層回路
基板における絶縁膜の厚さは数10μｍと半導体において
使用されている二酸化硅素膜（SiO₂膜）や窒化硅素膜
（Si₃N₄膜) などに較べると１桁以上厚いため，ポリイ
ミドのような難加工性の材料に対して微細な穴を確実
に、かつ簡便なプロセスで形成することが困難であっ
た。

【００１３】例えば，感光性ポリイミド膜に選択露光を
行った後にエッチングしてパターン形成を行うプロセス
においては、光がポリイミド膜の下部まで浸透しにくい
という問題がある。

【００１４】また、溶剤を用いるウエットエッチングに
おいては膨潤による解像度の低下のためにアスペクト比
（膜厚／穴径）が1/3 程度までしか微細化できず、また
穴の断面形状も逆テーパー状になるという問題がある。

【００１５】また、膜上にレジスト層を形成し写真蝕刻
技術（フォトリソグラフィ）を用いてドライエッチング
する場合にはより微細な穴を形成できるものゝ、プロセ
スが煩雑であり、またポリイミドに適し、選択比の大き
いレジストを見出すのが困難である。

【００１６】これに対し、エキシマレーザによるアブレ
ーション加工においては, マスクに忠実で形状の良いビ
アを露光のみのプロセスで形成できるために、このビア
形成技術は難加工性の膜に適した方法として注目されて
いる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを用
い、ポリイミドなどのポリマにビア形成を行う場合の問
題点として加工周辺部への煤の付着がある。

【００１８】すなわち、エキシマレーザ光により化学結
合が破壊されたポリマーは低分子量の破片となってガス
化するが、ガスの温度が下がると通常の燃焼時と同様に
一部は煤となって加工部の周辺に付着する。

【００１９】このような煤は外観を損なうだけでなく、
配線基板では表面の絶縁抵抗を低下させる。こゝで、付
着した煤の殆どはアルコールなどの低表面張力の液に漬
けて超音波洗浄することで除去できるものゝ、通常の浸
漬洗浄のみでは完全に除去することは困難であり、付着
部分の黒ずみが残ってしまうと云う問題がある。

【００２０】また、液を含ませたスポンジローラなどで
拭取った場合、加工部周辺に付着した煤は除去できるも
のゝ、煤が加工した穴に入り込むと云う問題がある。ま
た、煤を除去する代わりにヘリウム(He)ガス雰囲気中で
加工することで煤の発生を抑制する方法も知られている
(石坂: 応用機械光学1990年 9月号) 。

【００２１】然し、煤の付着許容量は用途によって異な
るし、発生量も材料の種類や加工条件に依存するため、
Heガス中での加工により煤の問題を完全に解決するのは
困難である。

【００２２】また、高価なHeガスを使用したり、ガスチ
ャンバ中で加工する必要があるなど、コストが高くなる
という問題がある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、水に不溶
な有機ポリマ膜からなる被加工材料に、水に可溶な異質
の有機ポリマ膜からなる塗膜を被覆した後アブレーショ
ン加工を行い、次いで、前記被膜を溶解除去し、同時に
アブレーション煤を除去するレーザアブレーション加工
方法と、水に不溶な有機ポリマ膜が、多層配線基板の層
間絶縁層であり、レーザアブレーション加工によって層
間接続用のビアホールが形成されることによって解決す
ることができる。

【００２４】

【作用】エキシマレーザアブレーションにおいては、レ
ーザ照射が行われた位置には煤は残らず，照射位置の近
傍で光の照射が無かったか、或いは照射されても強度が
弱かった位置にのみ煤が付着する。

【００２５】図２は薄膜法による多層配線基板の製造工
程を示す断面図である。すなわち、厚膜ペーストなどを
用いて第１のビア１が形成してあるセラミック回路基板
２の上に、スピンコート法などの方法によりポリイミド
のように難加工性の第１のポリマ膜３を形成し、これに
レーザ照射によるアブレーション加工によりビアホール
を形成した後、真空蒸着法などにより配線形成用の金属
を膜形成し、写真蝕刻技術により配線４と第２のビア５
を形成する。

【００２６】次に、この上にスピンコート法などにより
第２のポリマ膜６を形成して層間絶縁を行い、レーザ照
射によるアブレーション加工によりビアホール７を形成
し、先と同様な工程を繰り返すことにより多層回路基板
が形成されてゆくが、例えばアブレーション加工により
ビアホール７を形成する段階でビアホール７の上の周辺
に煤８が付着する。

【００２７】こゝで、ビアホール７の内面や下に露出し
ている配線４に煤が付着しても、次の光パルス照射で除
去されるために煤の残留は起こらず、ビアホール７の周
囲の表面上にのみに残留する。

【００２８】本発明は被加工材料の表面上に別種の薄膜
を形成しておき、加工終了後にこの膜を煤と共に除去す
ることにより煤のないポリマ膜を得るものである。図
１は本発明の原理図である。

【００２９】すなわち、被処理基板10の上に難加工性の
ポリマ膜11を被覆した後、レーザアブレーション加工に
よりビアホールを形成するに当たり、先ず、ポリマ膜11
の上に別種の薄いポリマ膜12を形成する。( 以上同図
Ａ）次に、この別種の薄いポリマ膜12とポリマ膜11にレーザ
照射を行ってアブレーション加工を行い、ビアホール13
を形成するが、この際、別種の薄いポリマ膜12の上には
煤14が付着している。( 以上同図Ｂ）次に、別種の薄いポリマ膜12を剥離あるいは溶解除去す
ることにより煤の付着のないポリマ膜11を得ることがで
きる。( 以上同図Ｃ）こゝで、ポリマ膜上への異種薄膜の形成と除去方法とし
ては，マスキングテープのような粘着性のフィルムを貼
ってから加工し、加工後に剥がす粘着フィルム法があ
る。

【００３０】また、ポリマ膜上への異種の膜を塗布して
から加工し、その後に膜を水や溶剤で溶かす塗膜溶解法
がある。こゝで、粘着フィルム法はポリマを液体に浸漬
することなく極めて確実に煤を除去できるが、粘着フィ
ルム自体に穴を開ける時間が余計にかゝると云う問題が
ある。

【００３１】また、フィルムの厚さは取扱い性や粘着層
の厚さを考慮すると20〜30μｍは必要であまり薄くはで
きない。そのため、ポリマの加工深さがフィルム厚に比
較して充分深い場合は問題にならないが，加工深さが浅
い場合には加工時間の大半が別種ポリマの加工に費やさ
れるため不経済である。

【００３２】次に、塗膜溶解法は皮膜を極めて薄くでき
ることから、皮膜の形成による加工時間のロスを非常に
小さくすることができる。また、厚い粘着フィルムの場
合はフィルム自体をアブレーションする必要があり、そ
のため、レーザ光を良く吸収する材料が必要となるが、
薄い塗膜の場合はポリマがアブレーションされる際の噴
射圧で塗膜が除去されるため、ポリビニルアルコールの
ように紫外線に対する吸収が比較的小さい材料でも使用
することができる。

【００３３】なお、塗膜溶解法ではアブレーション加工
するポリマに損傷を与えない溶剤に対して溶解する材料
であれば皮膜形成材料として使用することができる。こ
ゝで、どのような溶剤や塗膜材料を用いるかはアブレー
ション加工するポリマの材質によるが、一般にレーザア
ブレーションはポリイミドやフッ素樹脂, 熱硬化樹脂な
ど溶剤に溶けにくい材料に適用される場合が多いので，
水やアルコールなどに溶解するポリマーが塗膜材料とし
て使用することができる。

【００３４】すなわち、水で皮膜除去する場合には、ポ
リビニルアルコール, カルボキシメチルセルロース, ポ
リエチレングリコール, ポリビニルピロリドンなどがあ
り、また、アルコールで除去する場合には、ナイロン,
ポリエチレングリコール, ポリビニルブチラールなどを
使用することができる。

【００３５】

【００３６】なお、フッ素樹脂の場合、塗膜材料の選択
範囲は非常に広いが、塗液が弾かれ易いので、均一な塗
膜を形成するにはフッ素樹脂の表面をアルカリで処理し
たり、塗液中にフッ素系界面活性剤を添加するなどフッ
素樹脂表面を濡らす工夫が必要である。

【００３７】皮膜の厚さは煤をリフトオフにより除去す
るために、なるべく薄い方がよいが、厚さが 1μｍ以下
であれば数ショット照射で皮膜除去や噴射圧による除去
が可能であり、本来の材料加工の妨げとならない。

【００３８】また、 0.1μｍ程度の薄い膜でも煤を除去
することができる。なお、塗膜の形成にはスピンコート
法，浸漬塗布法，スプレー塗布法，転写印刷法などが適
用でき、塗膜は溶剤浸漬や溶剤のシャワーなどによって
溶解除去することができ、この際のリフトオフにより煤
も同時に除去することができる。

【００３９】

【実施例】ガラス基板上に厚さが30μm のベンゾシクロ
ブテン(BCB) 系樹脂 (品名XU-13005,ダウケミカル)を形
成し、この上にポリビニルアルコール(PVA)の水溶液を
回転塗布して厚さが0.2 μm のPVA膜を形成した。

【００４０】そして、この試料に図３に示す露光系を用
いてエキシマレーザ光を照射し、アブレーションによる
穴開けを行った。加工条件は、以下のとおりである。レーザ発振機: ルモニクス INDEX 200 発振波長: 248nm （KrF) 出力: 250mJ/パルス, (パルス幅 16ns) 露光強度: 1 パルス当たり 1.4 J/cm² 照射パルス数: 1 回当たり 200パルスその結果、BCB 樹脂に対して、マスクパターンに対応し
た直径20〜50μｍの真円形の穴を正確に開けることがで
きた。穴の周囲には両者ともアブレーションによって発
生した黒い煤が付着していた。

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】次に, 加工を行った基板を50℃の温水に浸
漬し、３分間に亙って超音波を印加しながら洗浄したの
ち，アルコールでリンスし乾燥した。この結果、BCB の
みの膜では固着した煤が完全には除去できず、穴周囲が
黒ずんでいたが、PVA 膜を塗布した膜では煤を完全に除
去でき穴周囲の黒ずみを解消することができた。

【００４６】また，穴の中への煤の残留も見られなかっ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば，難加工性のポリマ膜の
表面に溶剤可溶性の膜を形成しておき、エキシマレーザ
を使用してアブレーション加工を行う際に、ビアホール
の周囲に発生した煤を容易にかつ完全に除去できること
から、作業性よく、また信頼性に優れた多層回路基板を
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】薄膜法による多層配線基板の製造工程を示す断
面図である。

【図３】実施例で使用した光学系の説明図である。

【符号の説明】

３第１のポリマ膜４配線５第２のビア６第２のポリマ膜７ビアホール８煤 10 被処理基板 11 ポリマ膜 12 別種の薄いポリマ膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水に不溶な有機ポリマ膜からなる被加工
材料に、水に可溶な異質の有機ポリマ膜からなる塗膜を
被覆した後アブレーション加工を行い、次いで、前記被膜を溶解除去し、同時にアブレーション
煤を除去することを特徴とするレーザアブレーション加
工方法。
【請求項２】水に不溶な有機ポリマ膜が、多層配線基
板の層間絶縁層であり、レーザアブレーション加工によ
って層間接続用のビアホールが形成されることを特徴と
する請求項１記載のレーザアブレーション加工方法。
【請求項３】請求項２記載のレーザアブレーション加
工方法によって層間接続用のビアホールが形成された多
層配線基板を用いて形成されたことを特徴とする電子装
置。