JP3720034B2

JP3720034B2 - Drilling method

Info

Publication number: JP3720034B2
Application number: JP2003147622A
Authority: JP
Inventors: 圭二礒
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP2004344961A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属層上に積層された絶縁層に穴を形成する穴あけ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板等の多層基板は、金属層と絶縁層とが交互に積層された構造を有する。金属層は、銅層等を選択的にエッチングした配線パターンを含む。絶縁層は、エポキシ等の樹脂中に混入物を練り込んでなるものを含む。混入物としては、球状若しくは繊維状の無機系フィラー又はガラス繊維等がある。
【０００３】
多層基板の製造において、絶縁層の裏面に配置された金属層と電気的に接続される金属層を、その絶縁層の表面に形成する工程がある。この工程では、まず絶縁層に、その裏面側の金属層に達するビア穴を形成する。そして、そのビア穴の内部及び絶縁層の表面に金属層を形成する。
【０００４】
例えばレーザ光を用いてビア穴の形成を行なうと、そのビア穴の底に残渣が残る。残渣が残った場合、金属層どうしの導通の信頼性が低下する。そこで従来から、ビア穴を形成した後に、残渣の除去を行なうデスミアが行われている。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。パルスレーザ光を用いたデスミアでは、ビア穴の底の金属層にダメージを与えないようにする為に、その金属層を溶融させないことが重要とされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３４０１６５号公報（第１−５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
デスミアを行なっても、残渣を完全には除去できない場合がある。特に、絶縁層に無機系フィラーやガラス繊維等の混入物が混入されている場合である。混入物は、デスミアを行なった後にも、ビア穴の底に残渣として残りやすい。
【０００７】
本発明の目的は、残渣に起因する金属層どうしの導通不良の発生を防止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、（ａ）金属層上に積層された絶縁層に、前記金属層に向けて当該絶縁層を貫通する穴を掘る工程と、（ｂ）前記穴の底の前記金属層の少なくとも表層部を溶融させる工程とを有する穴あけ加工方法が提供される。
【０００９】
穴の底の金属層の少なくとも表層部を溶融させると、該穴の底に残った残渣が金属層の内部へ入り込む。これにより、残渣に起因する導通不良の発生を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図５は、実施例による穴あけ加工方法の対象となる被加工基板を示す。被加工基板１は、樹脂層１１の裏面に銅配線パターン１２が配置された構造を有する。樹脂層１１及び銅配線パターン１２はコア層１０の表面に形成されている。樹脂層１１には、多数の無機系フィラー１１ａが混入されている。無機系フィラー１１ａの各々は球状をなす。無機系フィラーとしては、ガラス短繊維、シリカ粉末、マイカ粉末、アルミナ、又はカーボン等がある。
【００１１】
銅配線パターン１２の表面１２ａには、アンカー処理が施されている。アンカー処理とは、樹脂層１１との密着性を上げる為に、銅配線パターン１２の表面１２ａに微細な凹凸を形成する処理をいう。凹凸の高さ及ピッチは、数μｍ（例えば、２μｍ）程度である。
【００１２】
図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す。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へレーザ光Ｌを照射するレーザ照射光学系３とを有する。
【００１３】
レーザ照射光学系３では、レーザ光源３１が、外部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。パルスレーザ光の波長は、４００ｎｍ以下である。レーザ光源３１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器等の固体レーザと、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光は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長λ＝３５５ｎｍ）である。
【００１４】
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、コリメータ３２、開口３３ａを有するマスク３３、ガルバノスキャナ３４、及びｆθレンズ３５がこの順に配置されている。コリメータ３２は、レーザ光源３１から出射されたパルスレーザ光をコリメートする。マスク３３は、コリメート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３４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３５は、走査されたパルスレーザ光Ｌを被加工基板１へ集光する。
【００１５】
レーザ照射光学系３では、レーザ光源３１からのパルスレーザ光を、マスク投影法により被加工基板１へ照射する。マスク投影手段は、マスク３３とｆθレンジ３５とによって構成される。即ち、被加工基板１におけるパルスレーザ光の照射面には、マスク３３の開口３３ａが所定の縮小率で結像される。
【００１６】
コントローラ４が、レーザ光源３１へトリガパルス信号Ｓを送出する。またコントローラ４は、ガルバノドライバ４１を介してガルバノスキャナ３５によるパルスレーザ光の走査を制御する。またコントローラ４は、ステージドライバ４２を介してＸＹステージ２による被加工基板１の保持位置を制御する。
【００１７】
図２は、コリメータ３２及びマスク３３の作用を説明する図である。横軸はパルスレーザ光のビーム断面における径方向の位置を表す。縦軸はパルスレーザ光の強度を表す。パルスレーザ光の強度分布は、レーザ光源３１から出射した時点では、図２(ａ)に示すように略ガウス分布である。
【００１８】
そこで、このパルスレーザ光をコリメータ３２に通してそのビーム径を拡大する。すると、図２(ｂ)に示すように、ビーム径がｄ以内の領域においては強度分布が均一に近づく。ｄは、マスク３３における開口３３ａの開口径を表す。図２(ｃ)に示すように、開口３３よりも外側の領域をマスク３３で遮光すると、ビーム断面の全域にわたって強度が均一に近づけられたパルスレーザ光が得られる。
【００１９】
即ち、コリメータ３２とマスク３３とによって、パルスレーザ光Ｌのビーム断面内における強度分布（以下、プロファイルという。）を、ガウス分布よりも均一にする強度均一化手段が構成される。
【００２０】
図３は、レーザ光源３１の出力特性を示す。横軸は、パルスの繰り返し周波数ｆを表す。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、そのパルス周波数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。
【００２１】
パルスレーザ光の１パルスあたりのエネルギは、Ｐ／ｆ[Ｊ]で与えられる。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略一定とみなせる。従って、パルスレーザ光のフルエンス[Ｊ／ｃｍ²]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。ここでいうフルエンスとは、パルスレーザ光の１パルスあたりの照射面におけるエネルギ密度を指す。
【００２２】
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５ｋＨｚの時に平均出力Ｐが最大値を示す。パルス周波数ｆが５ｋＨｚ以上の範囲では、ｆが小さくなるに従い平均出力Ｐが増大する。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の周波数を低下させることにより、パルスレーザ光のフルエンスを大きくする制御を行える。
【００２３】
図４は、実施例による穴あけ加工方法を説明する為の図である。穴あけ加工には、上記のレーザ加工装置を用いる。まず図４(ａ)に示すように、パルスレーザ光Ｌ１を用いて、樹脂層１１にビア穴１３を形成する。パルスレーザ光Ｌ１は、レーザ光源３１から出射されるＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波である。
【００２４】
ビア穴１３の形成においては、パルスレーザ光Ｌ１のフルエンスを０．８〜１Ｊ／ｃｍ²とする。これは、コントローラ４がトリガパルス信号Ｓの周波数を４０〜７０ｋＨｚ程度に設定することで実現される。樹脂層１１が、厚さ４０μｍのエポキシ樹脂に球状の無機系フィラー１１ａを混入したものである場合には、５０ショット程度で径５０μｍのビア穴１３を形成できる。
【００２５】
図４(ａ)に示すように、絶縁層１１にビア穴１３を形成すると、その底に残渣として無機系フィラー１１ａが残る。特に、球状の無機系フィラー１１ａは、銅配線パターン１２のアンカー処理された表面１２ａの凹部に嵌り込んで除去されにくい状態となることがある。
【００２６】
次いで、ビア穴１３の底に残った無機系フィラー１１ａが、銅配線パターン１２の内部へ入り込むように、ビア穴１３の底の銅配線パターン１２の表層部を溶融させる。銅配線パターン１２の溶融には、パルスレーザ光Ｌ２を用いる。パルスレーザ光Ｌ２も、パルスレーザ光Ｌ１と共通のレーザ光源３１から出射されるＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波である。
【００２７】
銅配線パターン１２の溶融においては、パルスレーザ光Ｌ２のフルエンスを２〜３Ｊ／ｃｍ²とする。この値は、樹脂層１１を掘るときのフルエンスよりも大い。これはコントローラ４が、トリガパルス信号Ｓの周波数を２０〜３０ｋＨｚ程度に減少させることで実現される。５ショット程度で、ビア穴１３の底における銅配線パターン１２の表層部を溶融できる。
【００２８】
なお、パルスレーザ光Ｌ２のプロファイルは、コリメータ３２とマスク３３とによって均一化されており、かつパルスレーザ光Ｌ２はマスク投影法により照射されるから、ビア穴１３の底における銅配線パターン１２の表層部をムラなく溶融できる。パルスレーザ光Ｌ２のスポット、即ちパルスレーザ光Ｌ２の照射面に結像されるマスク３３の開口３３ａの像が、ビア穴１３の底の全領域に照射されるようにするのが好ましい。これにより、ビア穴１３の底における銅配線パターン１２の表層部をいっそう均一に溶融できる。
【００２９】
銅配線パターン１２が溶融すると、図４(ｂ)に示すように、ビア穴１３の底の無機系フィラー１１ａが銅配線パターン１２の内部へ入り込む。特に、銅配線パターン１２のアンカー処理された表面１２ａの凹部に嵌り込んでいた無機系フィラー１１ａは、銅配線パターン１２の内部へ容易に入り込ませることができる。ビア穴１３の底における銅配線パターン１２の表層部をムラなく溶融するから、ビア穴１３の底の表面に残渣が残ってしまうことを防止できる。穴１３の底の残渣が銅配線パターン１２の内部へ入り込んで、ビア加工が終了する。
【００３０】
次いで、図１(ｃ)に示すように、ビア穴１３の内部及び樹脂層１１の表面に銅層１４を形成する。ビア穴１３の底には、残渣が残っていないから、銅配線パターン１２と銅層１４との導通不良を防止できる。
【００３１】
図６及び図７は、比較例を説明する図である。比較例１として、マスク投影法に代えて集光法を用い、かつパルスレーザ光のプロファイルは均一化せずにビア加工を行った。これ以外の条件は、上記の実施例と同様である。図６(ａ)に示すように、集光点の移動軌跡はトレパニング状とした。その結果、図７に示すように、ビア穴１３０の底に残渣が残ることは防止できたものの、樹脂層１１０と銅配線パターン１２０との間に剥離１１５が生じた。また、ビア穴１３０の内壁にクラックが生じることもあった。図６(ｂ)に示すように、集光点の移動軌跡をスパイラル状としても同様であった。
【００３２】
この理由は次の如くと考えられる。プロファイルがガウス分布のままのパルスレーザ光では、光強度がビームの中心に偏っている。光強度が大きい領域程、樹脂層１１０のエッチレートは高い。従って、ビア加工の過程で、パルスレーザ光のスポット領域内における中心部分のみに銅配線パターン１２０が先に露出してしまうことがある。この先に露出した部分には、集光点を移動させてビア穴１３０の底の全領域に銅配線パターン１２０を露出させるまでの間に、過剰にパルスレーザ光が照射されてしまうことになる。これにより、銅配線パターン１２０が著しく熱膨張した結果、剥離１１５等が生じたと考えられる。
【００３３】
これに対して本実施例では、パルスレーザ光のプロファイルを均一化すると共に、ビームスポットがビア穴の底の全領域を内包するマスク投影法を用いるから、樹脂層が１パルスずつほぼ均等に掘られてゆく。従って、銅配線パターンがビア穴の底の全領域にほぼ同時に露出する。そのため、銅配線パターンの一部に過剰にパルスレーザ光を照射してしまう問題を回避できる。その結果、剥離１１５等の異常の発生を防止できる。
【００３４】
比較例２として、樹脂層１１０を掘るときと、銅配線パターン１３０を溶融するときとで、パルスレーザ光のフルエンスを終始同一の値（２〜３Ｊ／ｃｍ²）に固定してビア穴を形成した。これ以外の条件は、上記実施例と同様である。その結果、比較例１の場合と同様、図７に示すように、ビア穴１３０の底に残渣が残ることは防止できたものの、ビア穴１３０の内壁に剥離１１５が生じた。
【００３５】
これは、樹脂層１１０を掘るときのパルスレーザ光のフルエンスが高すぎた為と考えられる。波長の短いＵＶレーザ光を用いる場合は、樹脂層１１０を掘るときにも、その下の銅配線パターン１２０が当該レーザをある程度吸収する。従って、樹脂層１１０を掘るときのフルエンスが過剰であると、樹脂層１１０のエッチレートは上がる反面、銅配線パターン１２０の熱膨張量も大きくなる。その結果、剥離１１５等の異常が生じると考えられる。
【００３６】
なお、銅を溶融させるためには少なくとも２Ｊ／ｃｍ²程度のフルエンスが必要である。従って、銅配線パターン１２０を溶融するときのパルスレーザ光のフルエンスを、樹脂層１１０を掘るときのフルエンス（０．８〜１Ｊ／ｃｍ²）に一致させても、銅配線パターン１２０を良好に溶融させることはできないであろう。
【００３７】
これに対して本実施例では、一貫してＵＶパルスレーザ光を用いるが、樹脂層１１を掘るときと、銅配線パターン１３を溶融するときとで、コントローラ４がＵＶパルスレーザ光のフルエンスを異ならせる。即ち、フルエンスをそれぞれに最適な値に変更する。詳細には、コントローラ４は、銅配線パターン１３を溶融するときのフルエンスを、樹脂層１１を掘るときのフルエンスよりも大きくする制御を行う。これにより、剥離やクラック等の異常を生じさせることなく、内壁の切り立ったビア穴を形成できる。
【００３８】
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。実施例では、レーザビームを用いて絶縁層に穴を形成したが、絶縁層の上にフォトレジスト膜を形成した後、露光及び現像によってそのフォトレジスト膜をパターニングし、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにして化学エッチングを施すことにより、絶縁層にビア穴を形成することもできる。化学エッチングの後に、ビア穴の底に残渣が残ったとしても、本発明によれば、その残渣を金属層の内部へ入り込ませることができるので、導通不良の発生を防止できる。パルスレーザ光のフルエンスは、バリアブルアッテネータ等の光強度調節手段を用いても調節できる。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。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、残渣に起因する金属層どうしの導通不良を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工装置を示すブロック図である。
【図２】パルスレーザ光のビーム断面内における強度分布を示すグラフである。
【図３】レーザ光源の出力特性を示すグラフである。
【図４】実施例によるレーザ加工方法を説明する為の被加工基板の断面図である。
【図５】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要部を示す断面図である。
【図６】比較例によるレーザ加工方法を説明する為のビームスポットの移動軌跡を示すダイアグラムである。
【図７】比較例によるレーザ加工方法を用いてビア穴が形成された被加工基板の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
３レーザ照射光学系（レーザ照射手段）
４コントローラ（制御手段）
１１樹脂層（絶縁層）
１１ａ無機系フィラー（混入物）
１２銅配線パターン（金属層）
１３ビア穴（穴）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drilling method for forming a hole in an insulating layer laminated on a metal layer.
[0002]
[Prior art]
A multilayer substrate such as a printed circuit board has a structure in which metal layers and insulating layers are alternately stacked. The metal layer includes a wiring pattern obtained by selectively etching a copper layer or the like. An insulating layer contains what knead | mixes a contaminant in resin, such as an epoxy. Examples of the contaminant include a spherical or fibrous inorganic filler or glass fiber.
[0003]
In manufacturing a multilayer substrate, there is a step of forming a metal layer electrically connected to a metal layer disposed on the back surface of the insulating layer on the surface of the insulating layer. In this step, first, a via hole reaching the metal layer on the back surface side is formed in the insulating layer. Then, a metal layer is formed inside the via hole and on the surface of the insulating layer.
[0004]
For example, when a via hole is formed using laser light, a residue remains at the bottom of the via hole. When the residue remains, the reliability of conduction between the metal layers decreases. Therefore, conventionally, desmear for removing the residue is performed after the via hole is formed. Patent Document 1 discloses a technique for performing desmearing using pulsed laser light. In desmear using pulsed laser light, it is important not to melt the metal layer in order to prevent damage to the metal layer at the bottom of the via hole.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-340165 (page 1-5, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Even if desmearing is performed, the residue may not be completely removed. This is particularly the case where contaminants such as inorganic fillers and glass fibers are mixed in the insulating layer. Contaminants are likely to remain as residues at the bottom of the via holes even after desmearing.
[0007]
The objective of this invention is providing the technique which can prevent generation | occurrence | production of the conduction defect of the metal layers resulting from a residue.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of digging a hole penetrating the insulating layer toward the metal layer in the insulating layer laminated on the metal layer; and (b) the bottom of the hole There is provided a drilling method including a step of melting at least a surface layer portion of a metal layer.
[0009]
When at least the surface layer portion of the metal layer at the bottom of the hole is melted, the residue remaining at the bottom of the hole enters the metal layer. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of conduction failure due to the residue.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 5 shows a substrate to be processed which is an object of the drilling method according to the embodiment. The substrate 1 to be processed has a structure in which a copper wiring pattern 12 is disposed on the back surface of the resin layer 11. The resin layer 11 and the copper wiring pattern 12 are formed on the surface of the core layer 10. A large number of inorganic fillers 11 a are mixed in the resin layer 11. Each of the inorganic fillers 11a has a spherical shape. Examples of the inorganic filler include short glass fibers, silica powder, mica powder, alumina, or carbon.
[0011]
An anchor process is performed on the surface 12 a of the copper wiring pattern 12. The anchor process refers to a process of forming fine irregularities on the surface 12a of the copper wiring pattern 12 in order to improve the adhesion with the resin layer 11. The height and pitch of the unevenness is about several μm (for example, 2 μm).
[0012]
FIG. 1 shows a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus includes an XY stage 2 that holds the substrate 1 to be processed, and a laser irradiation optical system 3 that irradiates the laser beam L to the substrate 1 to be processed.
[0013]
In the laser irradiation optical system 3, the laser light source 31 emits pulsed laser light in synchronization with the trigger pulse signal S given from the outside. The wavelength of the pulse laser beam is 400 nm or less. The laser light source 31 includes a solid state laser such as an Nd: YAG laser oscillator and a harmonic generator such as a nonlinear optical crystal. Specifically, the pulse laser beam emitted from the laser light source 31 is the third harmonic (wavelength λ = 355 nm) of the Nd: YAG laser.
[0014]
On the optical path of pulsed laser light emitted from the laser light source 31, a collimator 32, a mask 33 having an opening 33a, a galvano scanner 34, and an fθ lens 35 are arranged in this order. The collimator 32 collimates the pulse laser beam emitted from the laser light source 31. The mask 33 limits the beam size of the collimated pulsed laser light. The galvano scanner 34 scans a pulsed laser beam with a limited beam size in a two-dimensional direction. The fθ lens 35 condenses the scanned pulsed laser light L onto the substrate 1 to be processed.
[0015]
In the laser irradiation optical system 3, the substrate 1 to be processed is irradiated with pulsed laser light from the laser light source 31 by a mask projection method. The mask projection means is constituted by the mask 33 and the fθ range 35. That is, the opening 33a of the mask 33 is imaged at a predetermined reduction ratio on the irradiation surface of the pulse laser beam on the substrate 1 to be processed.
[0016]
The controller 4 sends a trigger pulse signal S to the laser light source 31. Further, the controller 4 controls the scanning of the pulse laser beam by the galvano scanner 35 via the galvano driver 41. The controller 4 controls the holding position of the substrate 1 to be processed by the XY stage 2 via the stage driver 42.
[0017]
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the collimator 32 and the mask 33. The horizontal axis represents the radial position in the beam cross section of the pulse laser beam. The vertical axis represents the intensity of the pulsed laser beam. The intensity distribution of the pulse laser beam is substantially Gaussian as shown in FIG. 2A when it is emitted from the laser light source 31.
[0018]
Therefore, the pulse laser beam is passed through the collimator 32 to enlarge the beam diameter. Then, as shown in FIG. 2 (b), the intensity distribution approaches uniformly in the region where the beam diameter is within d. d represents the opening diameter of the opening 33 a in the mask 33. As shown in FIG. 2C, when a region outside the opening 33 is shielded with a mask 33, pulse laser light whose intensity is made to be uniform over the entire region of the beam cross section can be obtained.
[0019]
That is, the collimator 32 and the mask 33 constitute intensity uniformizing means for making the intensity distribution (hereinafter referred to as profile) in the beam cross section of the pulsed laser light L more uniform than the Gaussian distribution.
[0020]
FIG. 3 shows the output characteristics of the laser light source 31. The horizontal axis represents the pulse repetition frequency f. 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.
[0021]
The energy per pulse of the pulsed laser beam is given by P / f [J]. The area of the beam spot on the irradiation surface of the pulse laser beam can be regarded as substantially constant. Therefore, the fluence [J / cm ² ] of the pulse laser beam can be controlled by the controller 4 based on the frequency (= f) of the trigger pulse signal S. The fluence here refers to the energy density on the irradiation surface per pulse of the pulsed laser light.
[0022]
More specifically, as shown in FIG. 3, the average output P shows the maximum value when the pulse frequency f is 5 kHz. In the range where the pulse frequency f is 5 kHz or more, the average output P increases as f decreases. Therefore, in this range, the controller 4 can perform control to increase the fluence of the pulse laser beam by reducing the frequency of the trigger pulse signal S.
[0023]
FIG. 4 is a diagram for explaining the drilling method according to the embodiment. The above laser processing apparatus is used for drilling. First, as shown in FIG. 4A, a via hole 13 is formed in the resin layer 11 using pulsed laser light L1. The pulse laser beam L1 is the third harmonic of the Nd: YAG laser emitted from the laser light source 31.
[0024]
In forming the via hole 13, the fluence of the pulse laser beam L1 is set to 0.8 to 1 J / cm ² . This is realized by the controller 4 setting the frequency of the trigger pulse signal S to about 40 to 70 kHz. When the resin layer 11 is made by mixing a spherical inorganic filler 11a with an epoxy resin having a thickness of 40 μm, the via hole 13 having a diameter of 50 μm can be formed in about 50 shots.
[0025]
As shown in FIG. 4A, when the via hole 13 is formed in the insulating layer 11, the inorganic filler 11a remains as a residue on the bottom thereof. In particular, the spherical inorganic filler 11a may be in a state in which it is difficult to be removed by fitting into the concave portion of the anchored surface 12a of the copper wiring pattern 12.
[0026]
Next, the surface layer portion of the copper wiring pattern 12 at the bottom of the via hole 13 is melted so that the inorganic filler 11 a remaining at the bottom of the via hole 13 enters the inside of the copper wiring pattern 12. For melting the copper wiring pattern 12, a pulsed laser beam L2 is used. The pulse laser beam L2 is also the third harmonic of the Nd: YAG laser emitted from the laser light source 31 common to the pulse laser beam L1.
[0027]
In the melting of the copper wiring pattern 12, the fluence of the pulse laser beam L2 is set to ² to 3 J / cm ² . This value is larger than the fluence when the resin layer 11 is dug. This is realized by the controller 4 reducing the frequency of the trigger pulse signal S to about 20 to 30 kHz. In about 5 shots, the surface layer portion of the copper wiring pattern 12 at the bottom of the via hole 13 can be melted.
[0028]
The profile of the pulse laser beam L2 is made uniform by the collimator 32 and the mask 33, and the pulse laser beam L2 is irradiated by the mask projection method, so that the surface layer of the copper wiring pattern 12 at the bottom of the via hole 13 is used. The part can be melted evenly. It is preferable that the spot of the pulse laser beam L2, that is, the image of the opening 33a of the mask 33 formed on the irradiation surface of the pulse laser beam L2 is irradiated to the entire region of the bottom of the via hole 13. Thereby, the surface layer portion of the copper wiring pattern 12 at the bottom of the via hole 13 can be melted more uniformly.
[0029]
When the copper wiring pattern 12 is melted, the inorganic filler 11a at the bottom of the via hole 13 enters the copper wiring pattern 12 as shown in FIG. In particular, the inorganic filler 11 a that has been fitted into the concave portion of the anchored surface 12 a of the copper wiring pattern 12 can easily enter the copper wiring pattern 12. Since the surface layer portion of the copper wiring pattern 12 at the bottom of the via hole 13 is melted evenly, it is possible to prevent residues from remaining on the bottom surface of the via hole 13. The residue at the bottom of the hole 13 enters the copper wiring pattern 12 and the via processing is completed.
[0030]
Next, as shown in FIG. 1C, a copper layer 14 is formed inside the via hole 13 and on the surface of the resin layer 11. Since no residue remains at the bottom of the via hole 13, poor conduction between the copper wiring pattern 12 and the copper layer 14 can be prevented.
[0031]
6 and 7 are diagrams illustrating a comparative example. As Comparative Example 1, a condensing method was used instead of the mask projection method, and via processing was performed without uniforming the profile of the pulse laser beam. The other conditions are the same as in the above embodiment. As shown in FIG. 6 (a), the moving locus of the condensing point was trepanning. As a result, as shown in FIG. 7, it was possible to prevent the residue from remaining at the bottom of the via hole 130, but peeling 115 occurred between the resin layer 110 and the copper wiring pattern 120. In addition, a crack may occur on the inner wall of the via hole 130. As shown in FIG. 6B, the same is true even if the moving locus of the condensing point is spiral.
[0032]
The reason is considered as follows. In a pulsed laser beam having a Gaussian profile, the light intensity is biased toward the center of the beam. The region with higher light intensity has a higher etch rate of the resin layer 110. Therefore, in the process of via processing, the copper wiring pattern 120 may be exposed first only at the central portion in the spot region of the pulse laser beam. This previously exposed portion is excessively irradiated with pulsed laser light until the condensing point is moved and the copper wiring pattern 120 is exposed to the entire bottom region of the via hole 130. As a result, it is considered that peeling 115 or the like occurred as a result of significant thermal expansion of the copper wiring pattern 120.
[0033]
In contrast, in this embodiment, the profile of the pulse laser beam is made uniform, and the mask projection method in which the beam spot includes the entire region of the bottom of the via hole is used. Therefore, the resin layer is dug almost uniformly by one pulse. It will be done. Accordingly, the copper wiring pattern is exposed almost simultaneously in the entire area of the bottom of the via hole. Therefore, the problem of excessively irradiating a part of the copper wiring pattern with pulsed laser light can be avoided. As a result, the occurrence of abnormality such as peeling 115 can be prevented.
[0034]
As Comparative Example 2, via holes are formed by fixing the fluence of pulsed laser light to the same value ( ^{2 to 3} J / cm ² ) from start to finish when digging the resin layer 110 and melting the copper wiring pattern 130. did. Other conditions are the same as in the above embodiment. As a result, as in the case of Comparative Example 1, as shown in FIG. 7, it was possible to prevent the residue from remaining on the bottom of the via hole 130, but peeling 115 occurred on the inner wall of the via hole 130.
[0035]
This is considered to be because the fluence of the pulse laser beam when digging the resin layer 110 was too high. When UV laser light having a short wavelength is used, even when the resin layer 110 is dug, the underlying copper wiring pattern 120 absorbs the laser to some extent. Therefore, if the fluence when digging the resin layer 110 is excessive, the etch rate of the resin layer 110 increases, but the amount of thermal expansion of the copper wiring pattern 120 also increases. As a result, it is considered that an abnormality such as peeling 115 occurs.
[0036]
In order to melt copper, a fluence of at least about ² J / cm ² is required. Therefore, even if the fluence of the pulse laser beam when melting the copper wiring pattern 120 is matched with the fluence (0.8 to 1 J / cm ² ) when digging the resin layer 110, the copper wiring pattern 120 is melted well. It will not be possible to
[0037]
In contrast, in the present embodiment, UV pulse laser light is used consistently, but the controller 4 has different fluences of the UV pulse laser light when the resin layer 11 is dug and when the copper wiring pattern 13 is melted. Make it. That is, the fluence is changed to an optimum value for each. Specifically, the controller 4 performs control to make the fluence when melting the copper wiring pattern 13 larger than the fluence when digging the resin layer 11. Thereby, a via hole with a sharp inner wall can be formed without causing an abnormality such as peeling or cracking.
[0038]
As mentioned above, although the Example was described, this invention is not limited to this. In the embodiment, a hole was formed in the insulating layer using a laser beam, but after forming a photoresist film on the insulating layer, the photoresist film was patterned by exposure and development, and the patterned photoresist film was formed. Via holes can be formed in the insulating layer by chemical etching using the mask. Even if a residue remains at the bottom of the via hole after chemical etching, according to the present invention, the residue can be made to enter the metal layer, thereby preventing the occurrence of poor conduction. The fluence of the pulsed laser beam can be adjusted using light intensity adjusting means such as a variable attenuator. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, poor conduction between metal layers due to residues can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing an intensity distribution in a beam cross section of pulsed laser light.
FIG. 3 is a graph showing output characteristics of a laser light source.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate to be processed for explaining a laser processing method according to an embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a substrate to be processed which is a target of a laser processing method according to an embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a moving locus of a beam spot for explaining a laser processing method according to a comparative example.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a substrate to be processed in which via holes are formed using a laser processing method according to a comparative example.
[Explanation of symbols]
3 Laser irradiation optical system (laser irradiation means)
4 Controller (control means)
11 Resin layer (insulating layer)
11a Inorganic filler (contaminant)
12 Copper wiring pattern (metal layer)
13 Via hole (hole)

Claims

(A) digging a hole penetrating the insulating layer toward the metal layer in the insulating layer laminated on the metal layer;
(B) A drilling method including a step of causing a laser beam to enter the metal layer at the bottom of the hole and melting at least a surface layer portion of the metal layer.

The drilling method according to claim 1, wherein an inorganic filler is mixed in the insulating layer.

The step (b) includes a step of making the intensity distribution in the beam cross section uniformly close, and irradiating a laser beam whose intensity distribution is made close to uniform to the bottom region of the hole by a mask projection method, The drilling method according to claim 1 or 2, wherein the metal layer is melted.

In the step (a), a pulse laser beam is used to dig a hole penetrating the insulating layer, and the laser beam used in the step (b) is a pulse laser beam,
The drilling method according to any one of claims 1 to 3, wherein a pulse frequency of the pulse laser beam used in the step (a) is larger than a pulse frequency of the pulse laser beam used in the step (b).

In the step (a), a pulse laser beam is used to dig a hole penetrating the insulating layer, and the laser beam used in the step (b) is a pulse laser beam,
The energy density on the irradiation surface per pulse of the pulse laser beam used in the step (a) is smaller than the energy density on the irradiation surface per pulse of the pulse laser beam used in the step (b). The drilling method according to any one of the above.

In the step (a), a laser beam is used to dig a hole penetrating the insulating layer, and the laser beam used in the step (a) and the laser beam used in the step (b) are both secondary or higher of a solid-state laser. The drilling method according to claim 1, wherein the laser beam has a wavelength of 400 nm or less.