JPWO2005034595A1 - 樹脂層へのビアホールの形成方法 - Google Patents

Abstract

無機フィラーを含有する樹脂層においても、ビアホールの底面に下地層を確実に露出させて、ビアホールを形成することを可能にする。無機フィラー（１２）を含む樹脂層（１０）にレーザ光を照射してビアホールを形成する方法において、前記樹脂層のビアホールを形成する位置に赤外線域の（ＣＯ２）レーザ光を照射し、樹脂（１１）とともに前記無機フィラー（１２）を飛散させて前記樹脂層に凹穴（１８）を形成する第１のレーザ光照射工程と、前記凹穴が形成された位置に合わせて、紫外線域の（ＵＶ−ＹＡＧ）レーザ光を照射し、前記凹穴の底面に残留する樹脂の変質層（１６）を除去して底面に下地層（１４）が露出するビアホール（２０）を形成する第２のレーザ光照射工程と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は多層配線基板の樹脂層にビアホールを形成する場合に適用可能な、樹脂層へのビアホールの形成方法に関する。

多層配線基板はエポキシ樹脂等の電気的絶縁性を有する樹脂層を介して配線パターンを積層して形成したものであり、樹脂層を厚さ方向に貫通するようにビアを設けることによって、層間で配線パターンを電気的に接続している。ビアを形成する方法にはいくつかの方法があるが、未硬化のエポキシ樹脂等の樹脂フィルムをラミネートして樹脂層を形成し、この樹脂層にＣＯ_２レーザ光やＵＶ−ＹＡＧレーザを照射して下層の配線パターンが底面に露出するようにビアホールを形成し、次にビアホールの内面にめっき等を施してビアホールの底面に露出する配線パターンと電気的に接続した導体層を形成する方法が一般的に行われている。
上記のＣＯ_２レーザ加工によって樹脂層にビアホールを形成する場合には、ビアホールの内底面に薄く残渣物が残るため、レーザ加工後に、過マンガン酸ナトリウム溶液あるいは過マンガン酸カリウム溶液を用いて化学的に残渣物を除去するデスミア処理がなされる。
また、ＣＯ_２レーザではなくＵＶ−ＹＡＧレーザによってビアホールを形成する場合は、ＵＶ−ＹＡＧレーザ光が紫外線域の光であるため、樹脂を構成するＣ−Ｃ結合が開裂し、ビアホールの内底面は残渣物のない表面として得ることができる。
なお、ビアホールを加工した際にビアホールの底面やビアホールの開口部の周辺に形成された残渣物を除去する方法として、化学的処理によらずに、パルスレーザ光を照射する方法（特開２０００−１９７９８７号公報参照）や、グリーンのレーザ光を照射する方法が提案されている（特開平１１−３３３５８５号公報参照）。
ところで、ＣＯ_２レーザ加工によって樹脂層にビアホールを形成する場合に、樹脂層がエポキシ樹脂からなる場合には、レーザ加工の際にビアホールの底面等に付着する残渣物をデスミア処理によって除去することは比較的容易である。しかし、絶縁層を構成する樹脂材は、従来使用されているエポキシ樹脂よりも、電気的特性の温度・湿度変動が少ない低吸水率のもので、低誘電率・低誘電正接であるものが望ましい。また、バンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラーを添加した樹脂材は、温度・湿度変化による電気的特性の変動が少なく、誘電率が比較的高いため、多層配線基板の層間に形成するキャパシターの誘電体層として好適である。しかしながら、低誘電率・低誘電正接である樹脂は、レーザ加工の際に生じた残渣をデスミア処理によって処理することが難しいという問題がある。
また、バンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラーを添加した樹脂材を用いて形成した基板については、単にＣＯ_２レーザやＵＶ−ＹＡＧレーザを用いてレーザ光を照射する方法では、有効にビアホールを形成することができず、ビア部分での電気的導通が不確実になるという問題や、ビアホールを加工するための加工時間が長くかかり実際の製品を製造する方法として採用できないといった問題があった。
本発明者は、この無機フィラーを含有した樹脂層のレーザ光を用いたビアホール形成について詳しく解析し、導通不良となる原因を明らかにして本発明に至ったものである。すなわち、本発明の目的は、無機フィラーを含有する樹脂層であっても、ビアホールの底面に下地層を確実に露出させてビアホールを形成することを可能とし、無機フィラーを含有する樹脂層を有する多層配線基板等を製造する等の場合に好適に利用することができるビアホールの形成方法を提供するものである。
本発明者は、樹脂層に含まれるバンドギャップが３〜４ｅＶである無機フィラーが紫外線レーザ光を吸収すると変質・溶融して下地層に残ることを発見した。これは、樹脂が紫外線を吸収すると、Ｃ−Ｃ結合が開裂し、飛散する現象とはまったく異なるものである。本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、次の構成を備えることを特徴とする。
すなわち、無機フィラーを含む樹脂層にレーザ光を照射してビアホールを形成する方法において、前記樹脂層のビアホールを形成する位置に赤外線域のレーザ光を照射し、樹脂とともに無機フィラーを飛散させて凹穴を形成する第１のレーザ光照射工程と、前記凹穴が形成された位置に合わせて、紫外線域のレーザ光を照射し、前記凹穴の底面に残留する樹脂の変質層を除去して底面に下地層が露出するビアホールを形成する第２のレーザ光照射工程とを備えることを特徴とする。
なお、本明細書で赤外線域とは８００ｎｍを下限としてこれよりも長波長側の波長領域をいい、紫外線域とは４００ｎｍを上限としてこれよりも短波長側の波長領域をいうものとする。
また、前記第１のレーザ光照射工程においては、ＣＯ_２レーザを使用し、前記第２のレーザ光照射工程においては、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用することが有効である。
また、前記樹脂層が、チタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム・ストロンチウムのうちの、少なくとも一種類の無機フィラーを含むものであること、また、前記樹脂層が、誘電率３０〜１５０００の無機フィラーを含むものであることを特徴とする。或いは、前記樹脂層は、バンドギャップが３〜４ｅＶである無機フィラーを含むことを特徴とする。
本発明によれば、樹脂層にレーザ光を照射してビアホールを形成する際に、レーザ光照射工程を、赤外線域のレーザ光を照射する第１のレーザ光照射工程と紫外線域のレーザ光を照射する第２のレーザ光照射工程に分けることによって、樹脂層にバンドギャップ３〜４ｅＶの無機フィラーが含まれている場合であっても、短時間で確実にビアホールを形成することが可能となり、特定の機能を有する絶縁層を備えた多層配線基板を製造するといった場合に好適に利用することができる等の著効を奏する。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は本発明に係るビアホールの形成方法を示す説明図である。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は無機フィラーを含む樹脂層に、ＵＶ−ＹＡＧレーザを用いてビアホールを形成する方法を示す説明図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）は無機フィラーを含む樹脂層に、ＣＯ_２レーザを用いてビアホールを形成する方法を示す説明図である。
図４は比較例１，２、参照例、及び実施例１〜３におけるビアホールを示す。

以下、本発明の好適な実施の形態を比較例１〜３と実施例１〜３とを対比しながら添付図面にしたがって詳細に説明する。
（比較例１）
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の比較例として、バンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラー１２を含む樹脂層１０に対してＵＶ−ＹＡＧレーザを使用してビアホールを形成する場合を示す。
図２（ａ）は、ポリフェニレンエーテルからなる樹脂層１０にＵＶ−ＹＡＧレーザを用いてレーザ光を照射している状態を示す。なお、樹脂層１０は樹脂中に無機フィラー１２として酸化チタンを含むものである。このように無機フィラー１２を含む樹脂層１０にレーザ光を照射すると、酸化チタンはＵＶ−ＹＡＧレーザの波長（３５５ｎｍ，２６６ｎｍ）で光を吸収するから、無機フィラー１２がレーザ光を吸収して発熱、溶融する（図２（ｂ））。一方、樹脂はレーザ光が照射されることによって樹脂層１０から飛散するから、下地層１４の表面には無機フィラー１２が溶融した無機層１２ａが残るようになる（図２（ｃ））。
比較例１におけるビアホールの形成方法においては、下地層表面のレーザ加工残渣は、過マンガン酸ナトリウム溶液あるいは過マンガン酸カリウム溶液等を用いてデスミア処理によって除去する。
しかしながら、図２（ｃ）の状態で下地層１４の表面に残った無機層１２ａはデスミア処理によってはまったく除去することができなかった。
そのため、レーザ光をさらに照射しつづけて下地層１４の表面に残った無機層１２ａを除去した。この操作は、ビアホール１つあたり４０_ｍＪのエネルギーを投入したことになり、局所的に１０００℃以上に加熱されたことになる。
この比較例１に示す方法は、長い加工時間を要し、無機フィラー１２を含む樹脂層１０にビアホールを形成する方法として現実的な方法とはいえない。また、無機層１２ａは完全には除去されておらず導通信頼性は低い。
（比較例２）
図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明の比較例として、バンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラー１２として酸化チタンを含む樹脂層１０に対しＣＯ_２レーザを利用してビアホールを形成する場合を示す。樹脂層１０としてはポリフェニレンエーテル樹脂を使用した。この樹脂はデスミア処理によってほとんど溶解しない樹脂である。このようにデスミア処理によってほとんど溶解しない樹脂としては、シクロアルカン樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、液晶ポリマーなどがある。
図３（ａ）は、樹脂層１０にＣＯ_２レーザを照射している状態を示す。ＣＯ_２レーザは、０．８ｍＪのレーザパルスをビアホール１個あたり３パルス、合計２．４ｍＪ照射した。ＣＯ_２レーザの波長は９．４μｍで赤外線域にあり、無機フィラー１２の酸化チタンはこの波長の光をほとんど吸収しない。したがって、ＣＯ_２レーザによるレーザ光を照射することによって無機フィラー１２は樹脂とともに飛散する。しかしながら、ＣＯ_２レーザを照射して無機フィラー１２と樹脂とを飛散させると、下地層１４の表面に、樹脂が変質した変質層１６が残る（図３（ｂ））。
この変質層１６を、従来の過マンガン酸ナトリウム溶液等を用いたデスミア処理によって除去することを試みたが、デスミア処理によって変質層１６を除去することができなかった。この変質層（樹脂スミア）１６は、樹脂層１０にレーザ光を照射することによって樹脂が変質し、ＣＯ_２レーザによっては除去されず、デスミア処理によっても除去されないものとなったものと考えられる。
この比較例２に示す方法も、無機フィラー１２を含む樹脂層１０にビアホールを形成する現実的な方法になり得ない。
（参照例）
無機フィラーとしてバンドギャップが約９ｅＶであるシリカ（ＳｉＯ_２）を使用したポリフェニレンエーテルからなる樹脂層に対し、波長３５５ｎｍのＵＶ−ＹＡＧレーザを用いてビアホール加工を行った。レーザ光の照射エネルギーはビアホール１個あたり２ｍＪとした。ＵＶ−ＹＡＧレーザの照射により、樹脂が分散・飛散・除去された。シリカフィラーはバンドギャップが９ｅＶであるため、ＵＶ−ＹＡＧレーザの照射によってシリカフィラーの変質は発生せず、樹脂と共にシリカが飛散・除去され、レーザ光が照射された部位の下地層が露出した。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の方法（実施例１）によって樹脂層にビアホールを形成する方法を示す説明図である。１０が樹脂層、１４が下地層である。樹脂層１０は無機フィラー１２を含むもので、実施例１ではバンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラー１２として酸化チタンを含む樹脂層１０に対してビアホールを形成している。樹脂層１０を構成する樹脂１１としてはポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂を使用した。ＰＰＥ樹脂はデスミア処理によって除去しにくい樹脂であり、無機フィラー１２は樹脂１１との重量比１：１の割合で混入されたものである。なお、本発明における無機フィラーの混入比率は実施例１における比率に限定されるものではない。
本実施例１においても、従来方法（比較例１〜３）と同様に樹脂層にレーザ光を照射して、ビアホールを形成する部位の樹脂を除去するが、本実施例１においてはレーザ光を樹脂層１０に照射する操作を、ＣＯ_２レーザによるレーザ光を照射する第１のレーザ光照射工程と、ＵＶ−ＹＡＧレーザによるレーザ光を照射する第２のレーザ光照射工程とに分けることを特徴とする。
図１（ａ）は、第１のレーザ光照射工程として、まず、ＣＯ_２レーザ（波長９．４μｍ）を用いて、樹脂層１０のビアホールを形成する位置に合わせてレーザ光を照射している状態を示す。
本実施例１における樹脂層の厚さは４０μｍであり、第１のレーザであるＣＯ_２レーザの照射条件としては０．８ｍＪのレーザパルスを、ビアホール１個あたり３パルス、合計２．４ｍＪ照射した。なお、ＣＯ_２レーザの照射条件は、無機フィラーの含有量や樹脂層の厚さによって適宜条件を変える必要がある。第２のレーザであるＵＶ−ＹＡＧレーザは、波長が３５５ｎｍであり、ビアホール１個あたり０．１ｍＪ照射した。なお、ＵＶ−ＹＡＧレーザの照射条件は、樹脂残渣の厚さによって適宜変えて使用すればよく、本発明では実施例１におけるこの照射条件に限定されるものではない。
ＣＯ_２レーザを用いて樹脂層１０にレーザ光を照射すると、レーザ光が照射された部位については、樹脂１１とともに無機フィラー１２が飛散して除去される。無機フィラー１２である酸化チタンはＣＯ_２レーザの波長の光を吸収しないから、レーザ光を照射しても酸化チタンが電子構造的に励起されたり、溶融されたりせず、したがって、樹脂１１とともに無機フィラー１２を容易に飛散させて除去することができる。
この第１のレーザ光照射工程は、樹脂１１とともに無機フィラー１２を飛散させて除去することを目的とするものである。この工程で特徴とする点は、レーザ光源として樹脂層１０を構成する無機フィラー１２が吸収しない波長のレーザ光を選ぶことである。
本実施例１において無機フィラー１２として使用している酸化チタンは、バンドギャップが約３ｅＶであり、ＣＯ_２レーザ光を吸収しない。本発明では、実施例１におけるこの酸化チタンと同様に、ＣＯ_２レーザ光を吸収しないものであれば無機フィラー１２として適宜材料を使用することができる。
ＣＯ_２レーザを使用して樹脂層１０にレーザ光を照射し、樹脂１１とともに無機フィラー１２を飛散させると、図１（ｂ）に示すように、樹脂層１０にビアホールの形成位置に合わせて凹穴１８が形成され、凹穴１８の内底面に樹脂材が変質した変質層１６が０．０５〜１．０μｍの厚さで残るようになる。凹穴１８の内底面に樹脂材が変質した変質層１６が薄く残る作用は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した比較例２の場合とまったく同じ作用である。
本実施例１においては、第２のレーザ光照射工程として、次にＵＶ−ＹＡＧレーザを使用して、前工程で形成した凹穴１８の位置に合わせてレーザ光を照射する（図１（ｃ））。このように、凹穴１８の位置に合わせてレーザ光を照射すると、レーザ光が照射された部位について、下地層１４の表面に残留している変質層１６がきれいに除去され、凹穴１８の底面に下地層１４が露出した。これは変質層が主にＣ−Ｃ結合により構成されたものであり、ＵＶ−ＹＡＧレーザによるレーザ照射によりこのＣ−Ｃ結合が開裂させたものと考えられる。
こうして、図１（ｄ）に示すように、樹脂層１０に下地層１４の表面が底面で露出するビアホール２０を形成することができる。配線基板では下地層１４は銅等の導体層からなる配線パターンである。

上述の実施例１において、形成すべきビアホール２０の径を変化させた。即ち、ビアホールの径を示す図４において、実施例１においては、ビアホール２０のトップの径ａを９０μｍ、ボトムの径ｂを６０μｍ（比較例１，２、参照例、後述の実施例３においても同様）としたが、この実施例２においては、ビアホール２０のトップの径ａを１５０μｍ、ボトムの径ｂを１２０μｍとした。これに伴って、照射するレーザ光の照射条件、特に照射量を、第１のレーザであるＣＯ_２レーザは、１．０ｍＪのレーザパルスをビアホール１つあたり４パルス、合計４．０ｍＪ照射した。一方、第２のレーザであるＵＶ−ＹＡＧレーザは、波長は実施例１と同じ３５５ｎｍであるが、ビアホール１つあたり０．６ｍＪを照射した。
その他の条件は、実施例１と全く同様である。

実施例３では、形成すべきビアホール２０の径は上述の実施例１と同様であるが、第２レーザとして用いるＵＶ−ＹＡＧレーザについて、実施例１，２において用いた波長３５５ｎｍのものではなく、波長２６６ｎｍのものを用いた。
その他の条件は、実施例１と全く同様である。
（比較例と実施例との対比）
下記の表１には、上述の比較例１，２、参照例及び実施例１〜３における結果を対比して示すものである。図４は形成すべきビアホール２０を形成する部分の樹脂層の厚さｔ、ビアホール２０のトップの径ａ、ボトムの径ｂを示す。

表１から理解されるように、実施例１〜３においては、いずれも、ビアホール２０を形成した後のパッド、即ち下地層１４である配線基板の銅配線パターン上におけるビアホールの品質は良好であった。
実施例１〜３において、ＵＶ−ＹＡＧレーザは第１のレーザ光照射工程によって凹穴１８の内底面に付着して残った変質層１６をクリーニングして除去し、ビアホール２０の内底面で下地層１４を露出させる作用を有するものである。
本実施例１，２で使用しているＵＶ−ＹＡＧレーザは波長が３５５ｎｍのもの（実施例３では、２６６ｎｍのもの）であり、無機フィラー１２として使用している酸化チタンによって吸収される波長域のレーザ光であるが、下地層１４の表面に残っている変質層１６では、第１のレーザ光照射工程で無機フィラー１２がほとんど除去されているから、樹脂を飛散させるＵＶ−ＹＡＧレーザ光を利用することで、変質層１６を効果的に除去することが可能になる。
ＵＶ−ＹＡＧレーザ光を利用して変質層１６を除去した場合は、下地層１４の表面からきれいに変質層１６を除去することができ、第２のレーザ光照射工程を行った後に、デスミア処理を施す必要がない。
このように実施例１〜３で代表される本発明のビアホール形成方法によれば、ドライ処理のみでビアホールを形成することができるという利点がある。
なお、ＰＰＥ樹脂の他にシクロアルカン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、液晶ポリマーなどのデスミア処理に対して溶解されにくい樹脂を用いた場合でも同様である。
本発明に係るビアホールの形成方法は、バンドギャップが３〜４ｅＶの無機フィラーを含む絶縁層を備えた配線基板を形成するといった場合に好適に利用することができる。すなわち、特定の絶縁層が上述したような無機フィラーを含む絶縁層からなる場合には、当該絶縁層にＣＯ_２レーザによるレーザ光照射と、ＵＶ−ＹＡＧレーザによるレーザ光照射を行ってビアホールを形成し、層間で配線パターンを電気的に接続するビアを形成するようにすればよい。
以上添付図面を参照して本発明について、実施例１〜３を比較例１，２、参照例と対比しながら説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
例えば、上記実施例１〜３においては、樹脂１１とともに無機フィラー１２を飛散させる第１のレーザ光照射工程においてＣＯ_２レーザを使用したが、第１のレーザ光照射工程は無機フィラー１２による光吸収がない波長域のレーザ光を利用して樹脂１１とともに無機フィラー１２を飛散させることを目的とするものであり、このような波長域のレーザ光であればレーザ光源はＣＯ_２レーザに限定されるものではない。また、第２のレーザ光の照射工程では、下地層１４の表面に残った樹脂スミアである変質層１６を除去することを目的とするものであり、ＵＶ−ＹＡＧレーザのような紫外線域の波長を有するレーザ光を利用することによって好適に変質層１６を除去してビアホール２０を形成することができる。

以上、説明したように、本発明によれば、樹脂層にレーザ光を照射してビアホールを形成する際に、レーザ光照射工程を、赤外線域のレーザ光を照射する第１のレーザ光照射工程と紫外線域のレーザ光を照射する第２のレーザ光照射工程に分けることによって、樹脂層にバンドギャップ３〜４ｅＶの無機フィラーが含まれている場合であっても、短時間で確実にビアホールを形成することが可能となる。従って、キャパシタの誘電体層として用いる等、特定の機能を有する絶縁層を備えた多層配線基板を製造するといった場合に好適に利用することができる。

Claims (5)

1. 無機フィラーを含む樹脂層にレーザ光を照射してビアホールを形成する方法において、
   前記樹脂層のビアホールを形成する位置に赤外線域のレーザ光を照射し、樹脂とともに前記無機フィラーを飛散させて前記樹脂層に凹穴を形成する第１のレーザ光照射工程と、
   前記凹穴が形成された位置に合わせて、紫外線域のレーザ光を照射し、前記凹穴の底面に残留する樹脂の変質層を除去して底面に下地層が露出するビアホールを形成する第２のレーザ光照射工程と、
   を含むことを特徴とする樹脂層へのビアホールの形成方法。
2. 第１のレーザ光照射工程においては、ＣＯ_２レーザを使用し、
   第２のレーザ光照射工程においては、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂層へのビアホールの形成方法。
3. 樹脂層が、チタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム・ストロンチウムのうちの、少なくとも一種類の無機フィラーを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂層へのビアホールの形成方法。
4. 樹脂層が、誘電率３０〜１５０００の無機フィラーを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂層へのビアホールの形成方法。
5. 樹脂層が、バンドギャップが３〜４ｅＶである無機フィラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の樹脂層へのビアホールの形成方法。

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