(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（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にレーザビームを入射させ、該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。
【請求項２】
前記絶縁層に無機系フィラーが混入されている請求項１記載の穴あけ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）が、ビーム断面内における強度分布を均一に近づける工程を含み、強度分布が均一に近づけられたレーザビームを、マスク投影法により前記穴の底の領域へ照射することにより、前記金属層を溶融させる請求項１又は２記載の穴あけ加工方法。
【請求項４】
前記工程（ａ）では、パルスレーザビームを用いて前記絶縁層を貫通する穴を掘ると共に、前記工程（ｂ）で用いる前記レーザビームは、パルスレーザビームであり、
前記工程（ａ）で用いるパルスレーザビームのパルス周波数が、前記工程（ｂ）で用いるパルスレーザビームのパルス周波数よりも大きい請求項１〜３のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）では、パルスレーザビームを用いて前記絶縁層を貫通する穴を掘ると共に、前記工程（ｂ）で用いる前記レーザビームは、パルスレーザビームであり、
前記工程（ａ）で用いるパルスレーザビームの１パルスあたりの照射面におけるエネルギ密度が、前記工程（ｂ）で用いるパルスレーザビームの１パルスあたりの照射面におけるエネルギ密度よりも小さい請求項１〜４のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
【請求項６】
前記工程（ａ）では、レーザビームを用いて前記絶縁層を貫通する穴を掘り、前記工程（ａ）で用いるレーザビーム及び前記工程（ｂ）で用いるレーザビームは共に、固体レーザの２次以上の高調波であって、波長が４００ｎｍ以下のレーザビームである請求項１〜３のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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