JPH0336783A - エキシマレーザーによる銅薄膜の除去加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プリント基板のような絶縁基板上に被覆され
た銅薄膜を選択的に除去する方法及び装置に係わり、特
に、塩素を含む不活性ガス中のプリント基板表面にエキ
シマレーザ−光を照射して、微細な銅薄膜パターンを高
精度に形成するエキシマレーザーによる銅薄膜の除去加
工方法及びその装置に関する。

（従来技術） 半導体中の微細配線パターンの形成にはレジス・トプロ
セスが用いられている。−船釣な光露光レジストのレジ
スト工程では、レジスト塗布→露光→現像という一連の
前処理を行った後、エツチング処理によって所望の微細
パターンが形成されている。エツチングには、液による
ウェットエツチングやガスによるドライエツチングがあ
る。ウェットエツチングは、各種エツチング液に浸漬し
て配線パターンを化学的に得るものであり、ドライエツ
チングは、その代表例としてガスプラズマエツチングが
あり、予めレジストによって定められた基板上のパター
ンに生成されたプラズマを照射して、発生するラジカル
反応によってパターンを形成するものである。

他方、ＹＡＧレーザー加工機による蒸散除去加工（アブ
レーションとも言う〉方法がある。プリント基板上の金
属薄膜除去加工箇所にＹＡＧレーザー装置から発生した
ビームをレンズで集光照射して、金属薄膜を局部的に加
熱し、金属を蒸散除去するものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述したような従来法をマイクロ波平面回路による方向
性結合器やフィルター等の目的で使用する場合、その絶
縁体基板上の銅薄膜の厚みは、１０〜１００μｍ程度に
なるため、以下のような問題が発生した。一般に用いら
れているウェットエツチングを用いると、エンチング時
間が長くなり、パターン線幅の精度及び断面形状の均一
性の低下を生じていた。例えば、銅の厚み部分のアンダ
ーカット、線幅の不規則な増減（びり付き）、パターン
線幅の設定値との大きなズレ等が発生して、所望の伝送
特性が確保できず、設計値の実現が困難であった。ドラ
イエツチングの場合は、アンダーカット、アスペクト比
（溝幅と薄膜高さの比）等の精度上の問題は改善される
が、基本的なエツチング深さがレジストの耐プラズマ性
によって制限されるという問題があった。一方、ＹＡＧ
レーザーを用いて銅薄膜を加熱、蒸散する方法では、厚
い銅薄膜を除去するためにレーザーパワーを高くする必
要があり、熱的効果や衝撃圧力によって絶縁体基板に損
傷を与え、銅薄膜を選択的に除去できず、また、レーザ
ーパワーを低く押えて時間をかけて除去加工を行う場合
、熱損失が大きく、そのため絶縁性基板を損傷していた
。

本発明は、エキシマレーザ−を用いて絶縁体基板に損傷
を与えずに除去したい部分の銅薄膜のみを選択的に高精
度かつ高効率で除去することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は、流動する塩素
ガスを含む不活性ガス雰囲気中において、絶縁体基板上
に被覆された銅薄膜の表面にエキシマレーザ−光を集光
照射して、銅の薄膜のみを選択的に除去するものであり
、また、除去加工中の銅の発光現象を利用して銅薄膜の
除去程度を検知し、その得られた発光検出信号を制御系
を介して効率的に除去加工を行うこと、塩素を含む不活
性ガス中に水素ガスを添加して銅薄膜表面の腐食、酸化
を積極的に防止すること、更に、あらかじめ絶縁体基板
上の銅薄膜表面に保護用のレジスト膜を被覆しておくこ
とを特徴とするエキシマレーザ−による銅薄膜の除去加
工方法である。

また、その装置の構成としては、エキシマレーザ−装置
、前記エキシマレーザ−装置から発生したレーザービー
ムを整形する第１と第２のスリットを配置し、前記第２
のスリットを通過したレーザービームを試料容器内に集
光照射するレンズ手段から戊り、前記試料容器がレーザ
ービームを透過させる窓と、ガスの導入口と排出口とを
有し、銅薄膜が被覆された絶縁体基板の試料が収容され
、前記試料を２次元走査する駆動手段を設けた試料容器
であり、更に、塩素ガスと銅の反応に伴う発光を検知す
る光検出手段を試料容器の窓の近傍に配置し、この光検
出手段からの検出信号により前記レーデ−ビームを停止
又は遮断し、かつ前記駆動手段を制御する制御手段を備
えて構成されたことを特徴とするエキシマレーザ−によ
る銅薄膜の除去加工装置である。

（作　用） エキシマレーザ−装置から発生した断面形状が長方形の
ビームは、出射後拡散するため、２枚以上の長方形のス
リットによって整形（ビーム発散角を抑制〉し、このビ
ームをシリンドリカルレンズで試料表面に集束投影する
ことにより塩素ガスと銅薄膜の化学反応を限定すること
ができる。つまり、このような光学配置を採用すること
により集束線幅を１０〜１００μｍ程度に小さくするこ
とが可能となり、線の直線性も向上する。

銅の除去過程において、エキシマレーザ−が銅表面に照
射されると銅と塩素は、 Ｃｕ　＋　Ｃ１２→Ｃｕ　ＣＲ２ の化学反応を示し、反応時に緑色の発光現象を伴う。銅
が除去され、エキシマレーザ−が絶縁性基板表面に到達
すると発光現象は停止する。塩素を含む不活性ガスは試
料表面を流動し、生成されたＣｕ（１２を容器外に排出
する。塩素ガスのみでも除去加工は可能であるがレーザ
ー光の未照射部分においても暗反応が起こり銅表面を腐
食する。

従って、不活性ガス〈０．１〜２気圧〉を用いることに
よって生成物の排出が促進されるので本来の化学反応を
阻害することがない。

エキシマレーザ−の強度は絶縁性基板表面に損傷を与え
るほど強くないので、上記発光の有無を光検出器で検出
して、鋼が残存しない程度に照射時間を延長してレーザ
ービームを停止又は遮断すれば、所望の線幅で、しかも
基板に損傷を与えることなく、順次、微細パターンの加
工プロセスを自動的に行うことが可能になる。上記反応
式で塩素を含む不活性ガス中に水素を添加すれば反応領
域では水素ガスも分解し、 Ｃ１＋Ｈ→Ｈ（１ の化学反応が誘起され、銅と反応しない余分な塩素原子
は塩化水素ガスとなって排出されるので、非照射部分の
銅の表面は暗反応による腐食から回避することができる
。また、あらかじめ銅の表面をレジスト膜で覆っておく
ことによって、銅薄膜表面を損傷することもない。

（発明の効果） 本発明によれば、銅と塩素ガスの化学反応がエキシマレ
ーザ−光によって制御されるので、エツチング精度が投
影されるパターンの精度まで高められ、また、エツチン
グに伴う発光を検知することによりエツチングの進行及
び最適の集光条件を知ることができる。更に、発光の消
滅からレーザー光遮断時期を知ることができ、基板に損
傷を与えずに銅薄膜のみが除去できる。

このような高精度の加工法は、電子部品への利用にとど
まらず、マイクロ波回路の作成や印刷用の原版作成に利
用できる。以上のように、本発明は、レーデ−光が微細
線で照射された絶縁基板上の銅薄膜の部分のみが選択的
に除去できるので、前述した種々の用途に利用すること
ができる。更に、従来法に比べ加工時間は１／１０で済
むので経済的効果をもたらすことができる。

〈実施例〉 以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明を実施するための装置の構成を示す概
念図である。エキシマレーザ−装置１１から出射したビ
ームを長方形のスリットが加工された第１、第２のスリ
ット１２で整形し、前記第２のスリットを通過した整形
ビームをシリンドリカルレンズ１３で集光し、試料容器
１８のビーム透過窓１４を通して前記容器内に収容され
た試料１７〈絶縁体基板上に銅薄膜が被覆された〉の表
面に照射する。塩素を含む不活性ガスは、試料容器に配
置されたガス導入口１５から容器内に導入され、試料表
面を流動しながら排出口１６から排出される。ビームが
試料表面に照射されると、塩素ガスと銅は化学反応を起
こし緑の発光がみられる。ビーム透過窓の近傍に設置さ
れた光検出器２０は、前記発光を検出してその信号が制
御系２１に送られる。試料表面の銅薄膜が除去されると
発光が停止し、その検出信号によってエキシマレーザ−
装置１１を停止、または試料容器に至るビーム光路内に
設けられたシャッター２２でビームを遮断して除去加工
を一旦完了する。次ぎに、制御系２１から試料容器を２
次元走査する駆動装置１９を作動して、試料を移動させ
、ビーム照射が再開され、所望の位置における除去加工
が行われる。以上の加工プロセスを順次繰り返すことに
よって、所望のパターンが試料表面に懲戒される。

実施例、ｌ 塩素ガス１．８９％、Ｈｅ希釈ガス１気圧の気流中にお
いて、試料として、厚さ１．６　＋ｎ＋ｎの絶縁基板上
の銅薄膜の厚さ公称３５μｍのプリント基板を用い、３
Ｘ１０ｍｍの２枚のスリットにＫｒＦエキシマレーザ−
光を通した後、ｆ＝１３０１１ＩＩ［ｌのシリンドリカ
ルレンズで集光照射した。レーザーパルスエネルギー９
ｍＪ、繰り返し速度１０Ｈｚ、６０ｓｅｃ照射により、
銅薄膜の選択的除去加工（エツチング）を行った。銅薄
膜の厚さ分の光照射中は緑色の発光が観測されたが、塩
素と銅の化学反応は、銅薄膜が除去されてエツチングが
完了し、レーデ−ビームが絶縁基板面に到達すると発光
が停止した。第２図は、上記条件で得られたプリント基
板の断面形状の模式図である。プリント基板表面の電子
顕微鏡による撮影、表面あらさ計及び断面形状の顕微鏡
観察などを行った結果、除去部２４の線幅は５５μｍの
パターンであることが判明した。１回のレーザー照射に
よる除去加工時間は約５Ｑｓｅｃであった。

実施例、２ 実施例１と同じ条件で、テフロン系絶縁体の両面に懲戒
された厚さ１８μｍの銅薄膜の一方の表面に細線除去加
工を行った。第２図に示す絶縁体基板２３の厚さが３４
ｍｍ程度と薄いにもかかわらず、導電性液体を溝部分２
５に・滴下して上下銅薄膜間２４で電気的導通検査を行
ったところ、導通は認められず絶縁体基板に損傷が無い
ことが確認された。しかも、細線溝部２５で分離された
２つの銅薄膜面に電気的導通は認められず、細線溝部の
銅が完全に除去された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するためのエキシマレーザ−装
置の概念図、 第２図は、プリント基板表面に本発明を実施した断面形
状を示す図。 （符号の説明） １１・・・エキシマレーザー装置、１２・・・スリット
、１３・・・シリンドリカルレンズ、 １４・・・ビーム透過窓、　　　　１５・・・ガス導入
口、１６・・・ガス排出口、 １７・・・プリント基板、　　　　１８・・・試料容器
、１９・・・２次元駆動装置、　　　２０・・・光検出
器、２１・・・制御系、　　　　　２２・・・シャッタ
ー２３・・・絶縁体基板、　　２４・・・銅薄膜、２５
・・・銅薄膜除去部。 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）流動する塩素ガスを含む不活性ガス雰囲気中にお
   いて、絶縁体基板上に被覆された銅薄膜の表面にエキシ
   マレーザー光を集光照射して、選択的に銅薄膜を除去す
   ることを特徴とするエキシマレーザーによる銅薄膜の除
   去加工方法。
2. （２）前記特許請求の範囲第（１）項記載のエキシマレ
   ーザーによる銅薄膜の除去加工方法において、銅の発光
   現象を利用して銅薄膜の除去程度を検知することを特徴
   とするエキシマレーザーによる銅薄膜の除去加工方法。
3. （３）前記特許請求の範囲第（１）項記載の塩素を含む
   不活性ガス中に水素ガスが添加されていることを特徴と
   するエキシマレーザーによる銅薄膜の除去加工方法。
4. （４）前記特許請求の範囲第（１）項記載の絶縁基板上
   に形成された銅薄膜の上にレジスト膜が設けられている
   ことを特徴とするエキシマレーザーによる銅薄膜の除去
   加工方法。
5. （５）エキシマレーザー装置、このエキシマレーザー装
   置から発生されたレーザービームを整形する第１と第２
   のスリット、 この第２のスリットを通過したレーザービームを集光照
   射するレンズ手段、 このレンズ手段からのビームを透過させる窓とガスの導
   入口と排出口とを有し、試料を収容する試料容器、 前記試料を２次元走査する駆動手段、 前記試料容器の窓の近傍に配置した光検出器、及びこの
   光検出器からの検出信号により前記レーザービームを停
   止又は遮断し、かつ前記駆動手段を制御する制御手段を
   備えたことを特徴とするエキシマレーザーによる銅薄膜
   の除去加工装置。