JPH08340165A - バイアホール形成方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
バイアホール形成方法及びレーザ加工装置Info
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- JPH08340165A JPH08340165A JP7143719A JP14371995A JPH08340165A JP H08340165 A JPH08340165 A JP H08340165A JP 7143719 A JP7143719 A JP 7143719A JP 14371995 A JP14371995 A JP 14371995A JP H08340165 A JPH08340165 A JP H08340165A
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- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
Abstract
アホール形成方法を提供する。 【構成】 赤外域レーザ光を発する第1のレーザ発振部
11と、可視から紫外域のレーザ光を発する第2のレー
ザ発振部12と、これらレーザ発振部からのレーザ光を
被加工物17に垂直に入射させるミラー13、14と、
レーザ光を集束させる集束レンズ15、16とを有し、
ポリマー層に赤外域レーザ光で形成した穴に可視から紫
外域のレーザ光を照射して、ポリマー層の下の金属導電
層を露出させる。
Description
に関し、特にレーザ光を用いて多層プリント回路基板に
インタースティシャルバイアホールを形成するバイアホ
ール形成方法に関する。
う、プリント基板の高密度化の要求に答えて、近年、複
数のプリント基板を積層した多層プリント基板が登場し
てきた。このような多層プリント基板では、上下に積層
されたプリント基板間で導電層(銅基板)同士を電気的
に接続する必要がある。このような接続は、プリント基
板の絶縁層(ポリイミド、エポキシ系樹脂等のポリマ
ー)に、下層の導電層に達するバイアホールと呼ばれる
穴を形成し、その穴の内部にメッキを施すことによって
実現される。
は、機械的な微細ドリルが用いられていた。しかし、プ
リント基板の高密度化に伴うバイアホールの径の縮小
や、積層された層の内の一部の層のみに(即ち、表面か
ら裏面へ貫通していない)バイアホール(インターステ
ィシャルバイアホールという)を形成する際の深さ制御
の困難性などが原因となり、最近では微細ドリルに代え
てレーザ光によるアブレーションを利用したバイアホー
ル形成方法が採用されるようになってきた。
形成方法では、主にエキシマレーザ(紫外光)が使用さ
れている。
ンニングコストが高く、エッチングレート(1パルス当
たりの加工深さ)が低い(一般的に、エッチングレート
は波長に比例する)という理由から、価格及びランニン
グコストが低く、エッチングレートの高い、炭酸ガスレ
ーザやYAGレーザなど、赤外光を発するレーザも使用
されるようになってきている。
シマレーザ(紫外光)を用いたバイアホール形成方法で
は、エッチングレートが低いという問題点がある。ま
た、この方法では、穴の上部周辺にカーボンが付着残留
し、絶縁不良を招くという問題点もある。また、エッチ
ングレートを上げようと、レーザ光のエネルギー密度を
上げると導体層にダメージを与えてしまう(導体層の反
射率に依存する)という新たな問題が発生する。
いるバイアホール形成方法は、安価で、高速加工が可能
ではあるものの、図4に示すように、ポリマー層に形成
した穴41の底面、即ち、露出させようとする導体層4
2の表面の一部または全面に薄い(エポキシ樹脂及びポ
リイミドでは厚さ1μm程度以下)加工残物43が残っ
てしまうという問題点がある。この加工残物は、この後
さらにレーザ光を照射しても完全に除去することはでき
ない。これは、レーザ光をさらに照射して加工残物を蒸
発させようとしても、このとき周囲のポリマーが溶出し
て(導体層は銅であることが多く、熱の拡散が速いた
め)新たな加工残物を形成してしまうためだと思われ
る。従って、これらの方法では、レーザによる加工の
後、強酸化剤(例えば、重クロム酸カリウム)等による
湿式の後処理が必要になるという問題点がある。
のような複雑な後処理工程を必要としないバイアホール
形成方法を提供することを目的とし、さらに、その方法
を実現するための小型の穴明け加工装置を提供すること
を目的とする。
上に積層されたポリマー層に、前記金属膜に達するバイ
アホールを形成するバイアホール形成方法において、赤
外レーザ光を用いて前記ポリマー層に穴を形成する第1
の工程と、前記穴の内部に紫外乃至可視域のレーザ光を
照射して前記金属膜を露出させる第2の工程とを含むこ
とを特徴とするバイアホール形成方法が得られる。
るレーザ光を出射する第1及び第2のレーザ発振部と、
前記レーザ光を被加工物の表面上に照射するための光学
系と、前記被加工物を保持するとともに、所定平面内で
該被加工物を移動させることが可能なX−Yステージと
を有することを特徴とするレーザ加工装置が得られる。
する。図1に本発明の一実施例に使用されるレーザ加工
装置を示す。このレーザ加工装置は、第1及び第2のレ
ーザ発振部11、12と、これらレーザ発振部11、1
2にそれぞれ対応する第1及び第2の折り返しミラー1
3、14及び第1及び第2の集束レンズ15、16と、
被加工物17を載置するXYステージ18を有してい
る。
ザ光を出射する。このようなレーザ発振部11として
は、炭酸ガスレーザ(TEA:CO2 ガスレーザ)や、
YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、
或いはYLF(リチウム・イットリウム・フロライド)
等の固体レーザを使用することができる。
至可視域のレーザ光を出射する。このレーザ発振部12
としては、エキシマレーザ(例えば、KrF:発振波長
248nm)、または、YAGレーザあるいはYALレーザ
と波長変換用結晶(KTP,LBO,あるいはBBO結
晶;第2高調波(2ω)を発生させる)との組み合わせ
(さらにBBO結晶を組み合わせても良い;第4高調波
(4ω)を発生させる)が使用できる。このとき基本波
と第2高調波を合成して第3高調波(3ω)としてもよ
い。さらに、銅蒸気レーザ(発振波長511nm 及び578nm
)も使用することができる。
は、それぞれ第1及び第2のレーザ発振部11、12か
ら出射されたレーザ光が、X−Yステージ18に対して
垂直、つまり、被加工物17に対して垂直に入射する様
にレーザ光を反射する。したがって、これらの折り返し
ミラー13、14は必ずしも必要なものではなく、レー
ザ発振部11、12、集束レンズ15、16、及びX−
Yステージ18の配置により適宜使用される。また、第
2のレーザ発振部12からのレーザ光については、折り
返しミラー14に代えて、光ファイバを用いて所定方向
へ伝播させることもできる(第1のレーザ発振部11か
らのレーザ光についても、その波長によっては、光ファ
イバで伝播させることができる)。
折り返しミラー13、14でそれぞれ反射されたレーザ
光が被加工物17の表面上で所定の径となる様にレーザ
光を収束させる。収束レンズ15は、赤外光を収束させ
るので、その材質として例えば、ZnSeが使用され
る。また、集束レンズ16は、紫外から可視光を集束さ
せるので、材質として例えば、合成石英や、BK7が使
用される。なお、第1及び第2の折り返しミラー及び第
1及び第2の収束レンズ15、16の各表面は、その反
射率及び透過率を考慮した上でコーティングされてい
る。
にインタースティシャルバイアホール(以下、バイアホ
ールと略す)を形成する方法について説明する。まず、
被加工物17である多層プリント回路基板について説明
する。多層プリント回路基板は、図2(a)に示すよう
に、ポリイミドあるいはエポキシ系樹脂等のポリマー製
絶縁層21を複数有し、各絶縁層の表面(最下層の基板
では表裏両面)には、それぞれ導電(Cu)層(プリン
ト配線)22が印刷形成されている。そして、バイアホ
ールを形成しようとする場所では、上層側の導電層22
に穴23が形成されている。複数の層にわたってバイア
ホールを形成する場合には上層側に位置するすべての導
電層に穴が形成される。この様な多層プリント回路基板
に対するバイアホールの形成は、以下の様にして行われ
る。
ージ18に搭載する。そして、穴23に集束レンズ15
で集束させたレーザ光が当たるように位置調整を行う。
そして、レーザ光発振部11から出射した赤外レーザ光
を、折り返しミラー13及び集束レンズ15を介して穴
23内部の絶縁層21に照射する。赤外レーザ光の照射
により穴23内部の絶縁層21はアブレーションを生じ
て除去加工される。赤外レーザ光を用いる加工は、従来
の紫外レーザ光を用いる加工に比べ非常に短い時間で終
了する。即ち、加工速度が速い。しかも、紫外光を用い
ないのでカーボンの発生もない。ただし、図2(b)で
示すように、下層側の導電層22の表面に加工残物24
が残る。
ステージ18を用いて移動させ、穴23内に集束レンズ
16で集束させたレーザ光が当たるようにする。そし
て、レーザ光発振部12から出射した紫外から可視域の
レーザ光を、折り返しミラー14及び集束レンズ16を
介して穴23内の加工残物24に照射する。すると、図
2(c)に示すように、加工残物24が蒸発し、下層側
の導電層22が露出し、バイアホールが完成する。この
後、バイアホールの内部をメッキすれば、2つの導電層
を電気的に接続することができる。
が可能で、湿式後処理も不要で、さらに、紫外レーザ光
あるいは可視レーザ光は、最後に数ショット使用するだ
けなので、カーボンの発生もほとんどない。
層に穴を形成した後、この穴に、YLFレーザからのレ
ーザ光を照射してみると、Nd:YLFレーザの基本波
(1ω;波長1047nm)を照射した場合(照射エネル
ギー3mJ/パルス、1ショット)は、加工残物を取り
除くことはできなかった。これに対して、Nd:YLF
レーザの第2高調波(照射エネルギー0.8mJ/パル
ス、1ショット、波長523nm)を照射した場合は、加
工残物を完全に除去することができた。同様に、Nd:
YLFレーザの第4高調波(照射エネルギー0.3mJ
/パルス、5ショット、波長266nm)を照射した場合
も、加工残物を除去することができた。ただし、この場
合は、レーザ光を照射し過ぎたために、導電層にアブレ
ーションが生じているようであった。
なレーザには、それぞれ次のような特徴がある。まず、
エキシマレーザは、例えば、KrF:エキシマレーザの
場合、1パルス当たりのエネルギーが800mJ、ビー
ムの断面積(照射面積)が約3cm2 であり、高いエネ
ルギーと、広いビーム面積を有することを特徴としてい
る。したがって、径0.2〜0.5mm程度のバイアホ
ールの底面に照射する際に必要とされるエネルギー密度
が約300mJ/cm2 であることを考慮すると、適当
なマスクを用いて、広い面積にわたる投影加工ができ
る。他のエキシマレーザArF(発振波長193nm)、
XeF(発振波長351nm)、XeCl(発振波長30
8nm)等についても同様である。
同じ固体レーザであるが、YAGレーザからのレーザ光
はランダム偏光、YLFレーザからのレーザ光は直線偏
光、という違いがあり、波長変換結晶へは直線偏光成分
が入射するため、後者の方が波長変換効率が高い。ま
た、後者の方が、熱レンズ効果が現れにくく、連続使用
に向いている。これらのレーザでは、CW発振とパルス
発振のいずれも可能であるが、本実施例の場合は、ピー
クパワーの大きなパルス発振の方が望ましい。
きく、繰り返し周波数が7000Hzと非常に高いとい
う特徴を有しているが、30分程度のウォームアップを
必要とする。
本実施例のレーザ加工装置は、基本的には、第1の実施
例のレーザ加工装置と同じである。本実施例のレーザ加
工装置が第1の実施例のレーザ加工装置と異なる点は、
折り返しミラー13、14に替えて、ガルバノ等の2軸
スキャンミラー(図示せず)を有し、集束レンズ15、
16としてfθレンズ(図示せず)を有している点であ
る。
なる方向に回動可能な2枚のミラーを組み合わせて実現
され、レーザ発振部11、12からのレーザ光をxy平
面内で走査させる。fθレンズは、2軸スキャンミラー
から入射するレーザ光の入射角によらず、レーザー光が
被加工物17に対して焦点を結びかつ垂直に入射する様
に設計されている。従って、この2軸スキャンミラーと
fθレンズとの組み合わせにより、X−Yステージ18
を用いて被加工物17を移動させなくとも、第1の実施
例同様バイアホールを形成することができる。また、所
定範囲内であれば、複数のバイアホールを形成する場合
であっても、被加工物17をX−Yステージ18を用い
て移動させる必要がない。
ミラーをそれぞれ独立制御することができるので、レー
ザ発振部11、12からのレーザ光をそれぞれ異なる穴
に照射することができる。このため、所定範囲内に複数
のバイアホールを形成する場合、レーザ発振部11から
のレーザ光で絶縁層に穴を形成する工程と、レーザ発振
部12からのレーザ光で穴に残った加工残物を除去する
工程とを(異なる穴に対して)同時に行うことができ
る。従って、逐次的に加工する場合に比べ、大幅に加工
時間を短縮する(レーザ発振部11からのレーザ光で絶
縁層21に穴を形成する工程のみの場合とほぼ等しい)
ことができる。
ジによる移動の必要性が少ない(広範囲に亘って加工を
行う場合は、所定範囲ごとに行うので、このときX−Y
ステージによる移動が必要となるが、所定範囲内であれ
ば全く不要)ので高速加工が可能となる。詳述すると、
X−Yステージによる被加工物の移動時間間隔は、10
Hz程度でしかないが、2軸スキャンミラーによる焦点
位置の移動時間間隔は、100Hz以上を実現でき、レ
ーザ光の加工点間の移動時間が比べ物にならないほど短
くなる。
参照して説明する。本実施例のレーザ加工装置は、第1
及び第2のレーザ発振部31、32と、調整用光学系3
3、ミラー34、折り返しミラー35、集束レンズ3
6、及び被加工物37を載置するX−Yステージ38を
有している。
は、それぞれ第1の実施例の第1及び第2のレーザ発振
部11、12に対応するが、配置は逆であっても良い。
また、調整用光学系33は、集束レンズ36における、
2つのレーザ光の波長の違いによる色収差の違いを解消
して、焦点位置の補正を行うためのものであり、第1及
び第2のレーザ発振部31、32のいずれか一方に対応
して設けられていればよく、第1のレーザ発振部31に
対応するように設けてもよい。
らのレーザ光を透過し、第2のレーザ発振部32からの
レーザ光を全反射するように材料及び表面のコーティン
グ材が選択されているか、または、移動機構(図示せ
ず)に搭載されている。
ーザ発振部31、32からのレーザ光を共に全反射する
ように、その表面に金属膜、または誘電体多層膜がコー
ティングされている。なお、第1の実施例と同様の理由
で、このミラー35は必ずしも必要ではない。
1、32からのレーザ光を双方とも透過させるような材
質を選択しなければならない。例えば、これらのレーザ
光を双方とも透過させる材質として、NaCl,KB
r,及びKI等がある。また、集束レンズ36の表面に
は、これらのレーザー光を双方とも透過させるようにコ
ーティングが施されている。
を形成する方法は、第1の実施例と同様である。ただ
し、ミラー34が移動機構に搭載されている場合は、第
1のレーザ光発振部31からのレーザ光を被加工物に照
射するとき、このミラー34を光路上から光路外に移動
させ、逆に第2のレーザ光発振部32からのレーザ光を
被加工物に照射するときは、光路外から光路上にミラー
34を移動させて加工を行う必要がある。
束レンズ36に代えて、第2の実施例で使用されたのと
同様のガルバノスキャン等のビームスキャン装置とfθ
レンズとを用いることもできる。また、ミラー34を用
いず、第2の実施例と同様に、第1及び第2のレーザ発
振部31、32にそれぞれ対応する2つのビームスキャ
ン装置を設け、これらのビームスキャン装置からの2つ
のレーザ光を1つのfθレンズに入射させるようにして
もよい。なお、fθレンズにおいて、レーザ光の波長の
違いによる色収差が生じるような場合は、スキャンミラ
ーの角度と加工点の位置を調整して補正する必要があ
る。
ポリマー層に穴を形成し、その後可視から紫外域のレー
ザ光で加工残物を取り除くようにしたことで、湿式の後
処理を必要とせず、高速加工が可能なバイアホール形成
方法が得られる。
ーザ発振部と、可視から紫外域のレーザ光を発するレー
ザ発振部とを設けたことで、バイアホールを高速加工す
ることができるレーザ加工装置がえられる。
光を同一光路に導くようにしたことで、小形で、高速加
工が可能な加工装置が得られる。
明するための工程図である。
した穴の斜視図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 金属膜上に積層されたポリマー層に、前
記金属膜に達するバイアホールを形成するバイアホール
形成方法において、赤外域レーザ光を用いて前記ポリマ
ー層に穴を形成する第1の工程と、前記穴の内部に紫外
乃至可視域のレーザ光を照射して前記金属膜を露出させ
る第2の工程とを含むことを特徴とするバイアホール形
成方法。 - 【請求項2】 前記第1の工程を連続的に行なって複数
の穴を形成すると同時に、該第1の工程により形成され
た前記複数の穴に対し、順次、前記第2の工程を施すこ
とを特徴とする請求項1のバイアホール形成方法。 - 【請求項3】 前記紫外乃至可視域のレーザ光の光源と
してエキシマレーザを用いることを特徴とする請求項1
または2のバイアホール形成方法。 - 【請求項4】 前記紫外乃至可視域のレーザ光として、
赤外域レーザ発振器からの高調波レーザ光を用いること
を特徴とする請求項1または2のバイアホール形成方
法。 - 【請求項5】 前記金属膜が第1のプリント回路基板の
プリント配線であり、前記ポリマー層が前記第1のプリ
ント回路基板上に積層された第2のプリント回路基板の
絶縁基板であることを特徴とする請求項1、2、3、ま
たは4のバイアホール形成方法。 - 【請求項6】 互いに波長の異なるレーザ光を出射する
第1及び第2のレーザ発振部と、前記レーザ光を被加工
物の表面上に照射するための光学系と、前記被加工物を
保持するとともに、所定平面内で該被加工物を移動させ
ることが可能なX−Yステージとを有することを特徴と
するレーザ加工装置。 - 【請求項7】 前記互いに波長の異なるレーザ光が、赤
外域レーザ光と、可視乃至紫外レーザ光とであることを
特徴とする請求項6のレーザ加工装置。 - 【請求項8】 前記光学系が前記可視乃至紫外レーザ光
を伝播させる光ファイバを含むことを特徴とする請求項
7のレーザ加工装置。 - 【請求項9】 前記光学系が、前記レーザ光を集束させ
る集束レンズを含むことを特徴とする請求項6、7、ま
たは8のレーザ加工装置。 - 【請求項10】 前記集束レンズがfθレンズであっ
て、該fθレンズの前段にスキャンミラーが配設されて
いることを特徴とする請求項9のレーザ加工装置。 - 【請求項11】 前記光学系が、前記第1のレーザ発振
部からのレーザ光の光路と前記第2のレーザ発振部から
のレーザ光の光路とを重ねるための光路合成手段と、該
光路合成手段と前記第1のレーザ発振部及び前記第2の
レーザ発振部のいずれか一方との間に設けられ、波長の
違いに基づく前記集束レンズにおける色収差を補正する
ための調整用光学系とを有することを特徴とする請求項
9または10のレーザ加工装置。 - 【請求項12】 前記集束レンズが前記第1及び第2の
レーザ発振部にそれぞれ対応して設けられていることを
特徴とする請求項9または10のレーザ加工装置。
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