JPH03502075A - フルオロ重合体材料をレーザー穿孔する方法 - 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】 フルオロ重合体材料をレーザー穿孔する方法背景技術 本発明は一般にフルオロ重合体複合材料のレーザー融触（ａｂｌａｔｉｏｎ　） に関する。特に本発明は紫外放射線を用いフルオロ重合体複合材料をレーザー融 触してめっき貫通孔及びめっきバイア（ｖｉ、）を製造するため回路基板に孔を 形成することに関する。

良く知られているように、回路製造中に、回路基板及び導電性層を通る孔を形成 することが要求される。これらの孔は、多層回路積層体中の異なる導電性層を相 互接続するバイアを形成するため、及び二層クラッド（ｄｉｃｌａｄ　）積層体 中の間隔を置いて対向する回路層を相互接続するため必要なめつき貫通孔を作る ために使用される。

しばしば一般に銅クラツド積層体を通る非常に小さい直径（代表的には２５〜２ ００ｍ）を有するかかる孔を形成する要求がある。更に製造原価を低く保つため 、これらの小直径の孔は合理的な速度（例えば１秒Ｉこついて約１個の孔）で形 成する必要がある。小孔にしてかかる孔は機械的穿孔技術で作ることは困難もし くは不可能である。

現在は、フルオロ重合体基板中−こバイアを穿孔するため赤外レーザー放射線（ ＣＯ，レーザーを用いる）が使用されている。ＣＯ，レーザー（１０，６＋ｙ＋ ）の赤外波長でフルオロ重合体は吸収性であり、容易ｌこ融触される。しかしな がら長波長のため、融触は純粋に熱的である。孔壁はしばしば粗く、損傷される 、これは可能な分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を制限する。更メこＣＯ２レー ザー波長では、薄い炭素質残渣が銅又は孔壁上ｌζ残り、そしてしばしば孔の周 囲の面に残る、これひいてはプラズマ洗浄等の如き高価な方法で更に洗浄するこ とを必要とする。プラズマ洗浄は費用がかかり、問題の多いものである。

紫外放射線（赤外放射線に対向するものとして）による融触がポリイミド回路材 料を蝕刻するために提案された（ブランノン等の米国特許第４５０８７４９号参 照）。しかしながらフルオロ重合体回路積層体材料中に孔を形成するため紫外放 射線は一般に実施不可能であると考えられて来た、何故ならばフルオロ重合体は 紫外放射線（２００〜４００ガｍ）を吸収しないからである。例えば［０ｐｔｉ ｃａｌＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｍｅ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈ ａ　Ｒｅｇｉｏｎｓ　２４０−１７０　ｎｍＪの表題のＰｈ１ｌｉＴ）ｐ等の論 文（Ａｐｐｌ、　ＰｈｙＳ、　Ｌｅｔｔ４８（２）、１９８６年１月１２日）に おいて、著者はポリテトラフルオロエチレンに対し１９３　ｎｍでの吸収係数は 約２×１０！／αであり、これに対して例えばポリイミドは４　Ｘ　１．　Ｏ’ ／薗である証明を提示している。１９３　ｎｍ及び２４８　ｎｍの波長でのレー ザーを用いて同様の結果がＨａｎｓｅｎ等による［Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　 Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｆｉｌｍｓ　ｂｙ　Ｐｕ１ｓｅｄ　Ｌａ５ｅｒＥｖａｐｏｒａ ｔｉｏｎ　Ｊの表題の論文（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５２　（１ ）。

１９８８年１月４日）に報告された。従って、米国特許第４５０８７４９号Ｉこ 記載されているものの如きポリイミド材料は紫外放射線によって融触できること は真に明らかであるが、一般に紫外放射線はフルオロ重合体材料の融触のために は実際的ｌこは使用できないと考えられている。

先行技術の前記及び他の問題及び欠点は、本発明のフルオロ重合体複合材料を融 触する方法ｆこより克服又は軽減される。本発明によれば、本発明者等は小孔（ ３，００ｍ未満）を紫外線レーザーを用いてフルオロ重合体複合積層体中に形成 できることを見出した。形成される孔は、孔中に残る残渣又は破片が殆んどない か又は全くなく、重合体に対する損傷が最小である平滑な側壁を有するバイア及 びめっきした貫通孔を作るために使用できる。従ってバイア及びめっき貫通孔は 更ｌこ洗浄処理することなくめつきできる。更に孔は相対的に早い速度で形成さ れる。

本発明の前述の及び他の特長及び利点は以下の詳細な説明及び図面から当業者ｌ こは理解されるであろう。

図面の簡単な説明 ここで図面を参照する−こ、各図面において同様の素子は同様の番号を付しであ る。

第１図はフルオロ重合体複合材料中にバイアを作るための紫外線レーザーの側立 面略図である。

第２図は第１図の装置を用いて形成した無電解めっきバイアの立面断面図である 。

第３図は第１図の装置を用いて形成した電気めっきバイアの立面断面図である。

第４図はフルオロ重合体複合二層クラッド材料中にめつき貫通孔を作るための紫 外線レーザーの側立面略図である。

第５図は第４図の装置を用いて形成した無電解めっき貫通孔の断面図である。

本発明はフルオロ重合体複合材料の紫外線レーザー融触の方法に関する。１９０ 　ｎｍ〜４００　ｎｍの波長の紫外レーザー放射線を、容量で６０％まで又はそ れ以上の充填材を有するフルオロ重合体複合体中に小さなきれいな孔を穿孔する ためメこ使用できることを見出した。このことは、フルオロ重合体が紫外放射線 に対して透過性であることが知られていたことから意外なそして驚くべき発見で ある。フルオロ重合体はこれらの波長で全く透過性であるので、フルオロ重合体 Ｉと充填材を加えることは吸収性を増加し、従って蝕刻効率を増大することが理 論付けされる。充填材吸収能−こ加えて、フルオロ重合体複合体吸収能を増大さ せうる他の要因には、粒形及び表面粗さ、粒子反射能、及び充填材の容量％を含 む。これらの要因の一つ以上が入射エネルギーを吸収し、充填材及びフルオロ重 合体の両者の清浄な融触を行う役割を果すよう嘉こなりうる。勿論、前述したこ とは理論としてのみ述べたのであり、出願人は本発明の前述した機構ｌこ拘束さ れない。

ひるがえて第１図を参照するに、直接的ｌこ収斂された紫外線レーザー放射線を 用い、又は収斂する前ｌこマスクを介してレーザー光を指光させることによって フルオロ重合体複合基板ｌこバイアが穿孔できることが認められるであろう。

第１図において、マスク又はパターン１２、収斂レンズ１４を介してフルオロ重 合体積層体１６上に紫外放射線を指向させる紫外線レーザーが１０で示してあり 、フルオロ重合体積層体は、金属層２０（例えば銅）で−側をクラッドした充填 されたフルオロ重合体基板材料１８の層からなっている。或いはマスク１２は既 知の形式でフルオロ重合体基板１６上に直装置いてもよい。

フルオロ重合体基板材料１８は好適な繊維又は粒状充填材で充填する。好適なフ ルオロ重合体の例には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＴｇＦとパ ーフルオロビニルエーテル（ＰＦＡ）の共重合体、ＴＥＦとへキサフルオロプロ ヒレン（ＦＥＰ）の共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ　 ）及びこれらの樹脂を含む複合体を含む。充填材−こは微小ガラス、シリカ、二 酸化チタン、炭素繊維、微小気球、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ　）及び他のセラミ ック又は重合体充填材を含みつる。又充填材含有率は６０％以上であることがで き、充填材粒子は種々の大きさくサブミクロンから１０１００ｎ及び形（繊維、 球又は不規則粒子）であることができる。銅に加えて、使用するクラツディング は他の金属例えば金、銀、クロム及びニッケルであることができる。本発明の方 法は、商標名ＲＴ／ＤＵＲＯＩＤ及びＤＵＲＣＨＤでロジャース・コーポレイシ ョン（本願の譲受人）によって市販されているマイクロ波積層体で使用するのに 特に良く適している。更−こ他の特に有利な材料には、商標名ＲＯ２５００及び ＲＯ２８００でロジャース・コーポレイシヨン−こよって市販され、米国特許第 ４６４７５０８号及び第４６３４６３１号及び１９８７年２月１７日付出願の米 国特許出願第０１５１９１号（これらの全てが本譲受人に譲渡された）に記載さ れたフルオロ重合体積層体がある。

ＰＴＦＥの吸収係数が無視しうると考えられる程小さいので（１００σ−１未満 ）、充填材が融触の効率を改良すると信ぜられる。従って充填材は蝕刻効率を改 良するための吸収能を増大できる。

第２図及び第３図に示す如く、フルオロ重合体材料を通して形成される孔は、１ ０〜６．０Ｊ／ｍの範囲のエネルギー密度及び１９３　ｎｍ、　（ＡｒＦ　）、 ２４８　ｎｍ　（ＫｒＦ　）、３０８ｎｍ（ＸｅＣ１）及び３５１　ｎｍ　（Ｘ ｅＦ）で紫外線エキシマ−レーザー（ｅｘｅｉｍｅｒ　１ａｓｅｒ　）を用いて ブラインドバイアを作るためＩこ作ることができる。

２５〜５．０μｍ　／／パルスのフルオロ重合体融触速度がこのエネルギー範囲 を生ぜしめる、これは１５０Ｈｚで０３７〜０７５顛／秒−こ相当する。４Ｊ／ −でＲＯ２８００ｔこ穿孔したブラインドバイアの例を第２図及び第３図１こ示 す。穿孔に続いて、無電解めっき及びスパッタリング又は蒸発の如き蒸着法を含 む任意の既知の方法を用いて金属化してブラインドバイア２４を形成できる（第 ２図）：又は孔は更にレーザー洗浄することなく電気めっきして電気めっきブラ インドバイア２６を形成できる（第３図）。

バイｒの製造に関して、本発明の紫外線レーザー穿孔法は、従来の赤外線レーザ ー（Ｃｏ、及びＮｄ−ＹＡＧ　Ｌ’−ザー）法よりもすぐれた多くの利点を示す 。その第一は、ブラインドバイアを紫外線で穿孔するとき、更に洗浄（例えば高 価プラズマ洗浄）することなく底部は清浄であり、めっきできる。ＣＯ２レーザ ーを用いて作ったバイアは、銅面上に残渣が残ることにより、めっき前に後レー ザー洗浄を必要とする。又赤外線に対して紫外線の短波長の結果として分解能が 改良され、融触は熱的のみならず光化学的であり得、より清浄で良く規定された バイアを生せしめる。更にフルオロ重合体のレーザー融触が急速であり、５μｍ ／パルスの代表的な除去速度を有する、これは１５０　Ｈｚのレブ速度で０．７ ５ｍ／秒に相当する。

ひるがえて第４図を参照するｌζ、第１図に示したのと実質的ｌこ同じ紫外線レ ーザーアセンブリを、めっき貫通孔の形成のため二層クラッド積層体２８を用い て使用するために示しである。二層クラッド積層体２８は、金属層（一般に銅） ３２及び３４で対向側をクラッドした前述した種類のフルオロ重合体複合基板３ ０を含む。貫通孔（第５図）は、１９３　ｎｍ　（ＡｒＦ　）、２４８　ｎｍ　 （ＫｒＦ　）、３０８　ｎｍ（ＸｅＣｅ　）及び３５１　ｎｍ　（ＸｅＦ　）で 、４．０−８．０ｊ／ｃＩＩＩの範囲のエネルギー密度で紫外線エキシマ−レー ザーを用いて作ることができる。これらの条件で、フルオロ重合体は２５〜５０ μｍ／パルスの速度で融触される、これは１５０Ｈｚで０．３７〜０．７５　ｍ 、／秒の速度ｌこ相当する。銅は０．０７０〜０．１０μｍ　／／’ルスの速度 で融触し、これは１５０　Ｈｚで１０〜１５μｍ／秒の蝕刻速度に相当する。こ の方法で作られる貫通孔の例を第５図に示す。重合体の低吸収能及び銅の高吸収 能により、最小の重合体損傷が見出された。バイア穿孔ｌこ続いて貫通孔を無電 解めっき（又は蒸着）し、次いで電気めっきしてめっき貫通孔３６を形成する。

前述した如く、本発明の紫外線レーザー穿孔法は従来の赤外線レーザー（ｃｏ！ 及びＮｄ　−ＹＡＣ）レーザー）法よりもすぐれた多くの利点を示す。紫外線波 長での一定の金属（即ち銅）の低反射能により、線外線レーザー波長の場合に比 較して低エネルギー密度で二層クラッド基板を通ってバイアを穿孔できる。更に フルオロ重合体の低吸収能により、融触限値は殆んどの重合体に関し犬である。

従って孔は、孔壁近くのフルオロ重合体中に見出される損傷の殆んどなく銅／フ ルオロ重合体複積層体中に穿孔できる。最後に、赤外線ｌこ対して紫外線の短波 長の結果として、分解が改良され、融触が光化学的及び熱的であることができ、 洗浄で良く規定されたバイアを生ぜしめることができる。かかる清浄Ｉこして良 く規定された貫通孔は一般に赤外線レーザーを用いては得られない、何故なら赤 外線レーザーは要求される高エネルギーのため貫通孔領域中の金属／ｉｔ界面で 層剥離をもたらす（例えば孔で誘電体の蝕刻戻りをもたらす）からである。本発 明は又比較的小さい貫通孔（例えば５０〜１００未満）の形成を可能にする、し かしより犬なる貫通孔及びブラインドバイア（例えば１００より大）もこの方法 で作りうることは認められることは勿論である。

好ましい実施態を示し、説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の改 変及び置換をすることができる。

従って本発明は例によって示したのであって、限定するためではない。

平成３年ノ　月Ｑθ日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．充填したフルオロ重合体複合体上に、前記複合体を融蝕し、孔を形成するに 充分な時間紫外放射線を送出する工程を含む充填フルオロ重合体複合体を通して 孔を形成する方法。
2. ２．紫外放射線源と前記充填フルオロ重合体複合体の間にマスクを置き、前記マ スクには予め選択したパターンを有せしめ： 前記紫外放射線を前記マスク中の前記パターンを介して指向させ、前記紫外放射 線を前記複合体上で像映せしめる工程を含む請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記マスク及び前記複合体の間に光学装置を置き、前記紫外放射線を前記光 学装置を通して指向させる工程を含む請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．前記フルオロ重合体複合体が対向面を有する基板を有し、前記基板の前記対 向面の一つに少くとも第一金属層を含む請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．前記基板の前記対向面の他の側に第二金属層を含む請求の範囲第４項記載の 方法。
6. ６．電気めつきしたブラインドバイを規定するため前記孔を電気めつきすること を含む請求の範囲第４項記載の方法。
7. ７．ブラインドバイアを規定するため前記孔を金属化することを含む請求の範囲 第４項記載の方法。
8. ８．前記金属化工程が、前記孔中に金属を無電解めつきするか又は蒸着すること を含む請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．前記孔が貫通孔を規定し、前記貫通孔を金属化することを含む請求の範囲第 ５項記載の方法。
10. １０．前記金属化工程が、前記貫通孔中に金属を無電解めつきするか又は蒸着す ることを含む請求の範囲第９項記載の方法。
11. １１．前記紫外放射線を、１．０〜６．０Ｊ／ｃｍ２の範囲のエネルギー密度を 有する紫外線エキシマーレーザーで送出する請求の範囲第４項記載の方法。
12. １２．前記紫外放射線を、４．０〜８．０Ｊ／ｃｍ２の範囲のエネルギー密度を 有する紫外線エキシマーレーザーで送出する請求の範囲第５項記載の方法。
13. １３．前記フルオロ重合体複合体が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ） 、ＰＴＦＥとパーフルオロビニルエーテル（ＰＦＡ）の共重合体、ＰＴＦＥとヘ キサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）の共重合体及びポリクロロトリフルオロエチ レン（ＰＣＴＦＥ）からなる群から選択したフルオロ重合体の少なくとも１種を 含有する請求の範囲第１項記載の方法。
14. １４．前記充填フルオロ重合体複合体が、微小ガラス、シリカ、二酸化炭素、微 小気球及びＸｅｖｌａｒからなる群から選択した充填材の少なくとも１種を含有 する請求の範囲第１項記載の方法。
15. １５．前記充填フルオロ重合体がセラミツク及び重合体充填材からなる群から選 択した充填材の少なくとも１種を含有する請求の範囲第１項記載の方法。
16. １６．前記紫外放射線が約１９０ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する請求の範囲第 １項記載の方法。