(57)【要約】特にガラス繊維強化された基板（１）中で、残留物のない傾斜する側壁を備えたトレンチを作成するために、この基板に、作成すべきトレンチ構造（３）に対応する空所を有するコンフォーマルなマスク（１０）を設ける。このレーザービーム（１５）は、この場合に、マスクの空所上に、レーザービーム（ＦＬ）のエネルギーの少ない周辺領域（５）が遮蔽され、かつポリマー表面に当たるレーザービームの部分（４）が各点で閾値（ＦＧ）を上回るエネルギー密度を有するように案内され、その際、この基板材料は場合により存在するガラス繊維強化材を含めて完全に除去される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程：
−  基板（１）の表面に、作成すべきトレンチ構造（３；１６；２２）に応じた空所（１１；２１）を有する、レーザービームを反射する材料からなるコンフォーマルなマスク（１０；２０）を配置する工程、及び
−  その後で、レーザービーム（１５）はマスク（１０；２０）の空所上を案内され、その際に、このレーザービームはそれぞれの空所（１１；１４；２１）の境界縁部と重なり、このレーザービーム（１５）がポリマー表面に当たる部分のエネルギー密度が、各点で基板材料を完全に取り去る閾値ＦＧを上回るように案内する工程
を有する、ポリマー基板（１）の表面に所定の波長のレーザーを照射することによりトレンチ構造を作成する方法。
【請求項２】
基板はガラス繊維強化ポリマー材料からなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
トレンチ構造（３；１６；２２）の作成のために、９〜１１μｍの波長を有するレーザー、特にＣＯ２レーザーを使用する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
９μｍ〜１１μｍの波長、１０〜２００ｋＨｚ、有利にほぼ１００ｋＨｚのパルス周波数及び５０〜５０００ｎｓ、有利にほぼ１５０ｎｓのパルス時間を有するＱスイッチングＣＯ２レーザーを使用する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
９〜１１μｍの波長、１〜１５ｋＨｚ、有利に３〜５ｋＨｚのパルス周波数及び１〜２０μｓ、有利に３〜５μｓのパルス時間を有する、高周波で励起された（ＲＦ励起）パルスＣＯ２レーザーを使用する、請求項３記載の方法。
【請求項６】
９〜１１μｍの波長、１〜１５ｋＨｚのパルス周波数及び５０〜１００ｎｓ、有利に約７０ｎｓのパルス時間を有するＴＥＡレーザー（Transversly Excited Atmospheric-Laser）を使用する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
空所内の各点に関してそれぞれ約１０ＭＷ／ｃｍ２、有利に６〜７ＭＷ／ｃｍ２のパルスピーク出力に応じたエネルギー密度が作用するように、レーザービームをマスク（１０；２０）の空所（１１；１４；２１）中に案内する、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
マスクが、基板（１）の表面上に設けられた銅又は銅合金からなる金属層（１２）により作成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
金属層（１２）を化学メッキ又は電気メッキにより基板（１）の表面に作成し、この金属層をそれぞれ化学的エッチング法又は機械的分離法により部分的に除去することにより空所（１１；１４；２１）を作成する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
レーザーの波長がマスク（１０）の金属により良好に吸収される、有利に２５０〜１１００ｎｍの波長を有する他のレーザー（１３）を用いて、金属層中の空所（１１；１４；２１）を作成する、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
他のレーザーとして、１ｋＨｚを上回るパルス周波数及び１〜２００ｎｓ、有利に１０〜６０ｎｓのパルス時間を有する、ダイオード又はフラッシュランプを用いてポンピングしたＵＶレーザーを使用する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
トレンチ構造を作成するためのレーザービーム（１５）が、互いに並びかつ、空所の領域の各点で有効なエネルギー密度が閾値（ＦＧ）を上回るように相互に重複した複数のトレース（２３，２４，２５；２６）の形で、空所を通して案内される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
レーザービームを、トレンチ（３；１６；２２）の長手方向に向かって互いに並ぶ複数のトレース（２３，２４，２５）の形で案内する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
レーザービームを、空所（２１）の範囲内で、それぞれ作成すべきトレンチ（２２）の長手方向に対して横方向に蛇行して案内する、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー基板の表面に、所定の波長のレーザーを照射することによりトレンチ構造を作成する方法に関する。
【０００２】
WO 00/16443からは、プリント配線板に孔構造及びトレンチ構造を作成することは公知であり、この場合、この種のトレンチ構造は例えばプリント配線板中に保護された導電性構造を形成するために用いることができる。このようなトレンチをプリント配線板中に作成する手段としては、前記の明細書中にはプラズマエッチングの他に一般にレーザーの使用が言及されている。
【０００３】
しかしながら、ポリマー材料を除去するためにレーザービームを使用する場合には、レーザービーム中のエネルギー分布が均一ではなく、ガウス分布するという事実から問題が生じる。これは、レーザービームの周辺領域が、中心部よりも基板にわずかなエネルギー密度を与えることを意味する。これにより、トレンチ構造の製造の際に、トレンチの側面が所望の傾斜で作成できない結果となる。付加的な問題は、ポリマー材料がガラス繊維等で強化されている基板の場合にも生じ、この場合には、この強化材料の除去のためには、ポリマー材料自体の除去のためよりも高いエネルギー密度を必要とする。これにより、このように製造されたトレンチの縁部領域ではガラス繊維が部分的に溶融するだけで、除去できず、液滴又は球の形で壁部に付着して留まってしまうことになる。このようなガラス球は機械的にも化学的にもエッチングによっても経済的な方法で除去することはできないため、このガラス球は深刻な問題である、それというのも、このガラス球がトレンチ壁部の表面を損ない、引き続く被覆を妨害してしまうためである。
【０００４】
従って、本発明の課題は、ポリマー基板に、特にガラス繊維強化されたポリマー基板に、きれいな側壁及び許容される傾斜を備えたトレンチ構造を作成することができる方法を提供することであった。
【０００５】
本発明の場合に、この課題は次の方法工程を用いて達成される：
−  基板の表面に、作成すべきトレンチ構造に応じた空所を有する、レーザービームを反射する材料からなるコンフォーマルなマスクを設置し、かつ
−  その後で、このレーザービームはマスクの空所上を案内され、その際に、このレーザービームはそれぞれの空所の境界縁部と重なり、このレーザー密度がポリマー表面に当たる部分のエネルギー密度が、各点で基板材料を完全に取り去る閾値を上回るように案内する。
【０００６】
本発明による方法の場合には、つまりコンフォーマルなマスクを用いて、作成すべきトレンチの縁部領域において、基板材料を完全に除去するために不十分なレーザービームの部分をカットし、つまりマスクにより反射させる。
【０００７】
本発明は、ガラス繊維強化された基板中にトレンチ構造を作成する場合に特に有利に適用され、その際に、ガラス繊維材料を蒸発させるために必要なエネルギー閾値を下回っているレーザービームの周辺領域はマスクによってカットされ、その際、この蒸発は材料に応じて、約１〜１０ＭＷ／ｃｍ２、有利に６〜７ＭＷ／ｃｍ２のピーク出力密度で達成される。
【０００８】
トレンチ構造の作成のために、レーザーの波長がマスク層で、有利に銅又は銅合金からなるマスク層で著しく反射するレーザーを用いるのが有利である。この場合に、このレーザービームは基板の表面上へ直接フォーカスすることができる。９μｍ〜１１μｍの波長のレーザーを使用するのが有利であり、１０〜２００ｋＨｚ、有利にほぼ１００ｋＨｚのパルス周波数及び５０〜５００ｎｓ、有利にほぼ１５０ｎｓのパルス時間を有するＱスイッチングＣＯ２レーザーを使用するのが特に有利である。しかしながら、１〜１５ｋＨｚ、有利に３〜５ｋＨｚのパルス周波数及び１〜２０μｓ、有利に３〜５μｓのパルス時間を有する高周波で励起された（ＲＦ励起）パルスＣＯ２レーザーの使用も可能である。
【０００９】
他の有利な実施態様の場合には、１〜１５ｋＨｚのパルス周波数及び５０〜１００ｎｓ、有利に約７０ｎｓのパルス時間を有するＴＥＡ−ＣＯ２レーザー（Transversly Excited Atmospheric Laser）を使用することもできる。
【００１０】
ＣＯ２レーザーの代わりに、他のレーザーを使用することもできる。十分な出力及び許容される作業速度を有するＵＶレーザーが提供される場合には、ＵＶレーザーの使用も可能である。しかしながら、例えばこのようなＵＶレーザーは、銅からなるマスク層によりわずかに反射するだけであるため、マスク表面もしくは基板表面に直接フォーカスしてはならない。
【００１１】
本発明の場合に使用されたマスクは、有利に基板の表面に設けられた金属層であり、この金属層は、前記のように、有利に銅又は銅合金からなる。この金属層は、化学メッキ又は電気メッキにより基板の表面上に作成することができ、その際に、化学的エッチング法又は機械的分離法により前記の金属層を部分的に除去することにより空所が作成される。
【００１２】
特に有利な実施態様の場合には、このマスクはレーザーを用いた金属層の構造化により作成され、その際この構造化のためには、基板にトレンチ構造を作成するレーザーとは異なるレーザーが使用される。この場合、従って、マスクの材料にレーザーの波長が良好に吸収されるレーザーを使用するのが有利であり；このために２５０〜１１００ｎｍの波長を有するレーザー、例えば２６６又は３５５ｎｍの波長を有するＵＶレーザーが挙げられる。この場合、１ｋＨｚを上回りかつ２００ｋＨｚまでのパルス周波数で、かつ１ｎｓ〜２００ｎｓ、有利に１０〜６０ｎｓのパルス時間で稼働される、ダイオード又はフラッシュランプを用いてポンピングした固体レーザーであってもよい。
【００１３】
基板中に作成すべきトレンチの幅に応じて及びレーザービームのスポット幅に依存して、トレンチ構造の作成のためにマスク空所上でレーザーの１つの経路で十分であるか又はレーザービームをマスクの空所を通して、互いに並ぶ複数のトレースの形で案内することができる。このレーザー加工トレースは、トレンチの長手方向に延びることができるか又はトレンチの長手方向に対して横方向に蛇行して案内することができる。
【００１４】
本発明により使用したマスクを用いて、更に、除去されるトレンチの深さ対幅の比を可変にすることも実現可能である。一般に、１：１（深さ＝幅）の比（アスペクト比）が好ましいが、他の比、例えば１：３又はそれ以上、もしくは３：１又はそれ以上も可能であり、その際に、より幅広でかつより平坦なもしくはより狭くかつより深いトレンチも実現される。
【００１５】
本発明を、次に、図面を用いて実施例によって詳説する。
【００１６】
図１は、レーザービームのエネルギー分布と、基板中に作成されるトレンチに関するその作用を図示する。
【００１７】
図２は、レーザービームのエネルギー分布と、本発明の方法により基板中でのトレンチ構造に関するその作用を図示する。
【００１８】
図３、４及び５は、本発明によるマスク及びトレンチ構造の作成を、方法の連続する段階で示す。
【００１９】
図６は、図２と比較して幅広のトレンチを作成するために、互いに並んだ複数の経路で案内されたレーザービームのエネルギー分布を示す。
【００２０】
図７は、複数の縦方向トレースの形でのレーザービームの案内を図示する。
【００２１】
図８は、蛇行するトレースの形でのレーザービームの案内を図示する。
【００２２】
図１は、一般的な、レーザービームのエネルギー密度ＦＬのガウス分布を表す。この場合、このエネルギー密度が、閾値ＦＧを上回る場合にだけガラス繊維を蒸発させることができることが判る。下側に存在する金属層２を有する基板１中では、従って、トレンチ３を作成するための、ガラス繊維強化された基板材料の完全な蒸発は、エネルギー密度が閾値ＦＧ上回る、幅Ｄを有する中心領域４内でだけ行われる。側方区域５では、ガラス繊維材料を完全に蒸発させるためにはエネルギー密度が足りない。従ってより浅いトレンチ縁部７が生じ、このトレンチ縁部７上にはガラス球８（図面においては誇張して大きく記載されている）が形成され、かつ付着して留まっている。
【００２３】
図２は、前記の課題を解決するための本発明による解決手段を示す。基板１上には、銅又は銅合金からなるマスク層１０が配置され、このマスク層は所望のトレンチ３に対応する大きさの空所１１を有する。この場合に、トレンチ幅もしくは空所１１の幅は、エネルギー分布ＦＬの、エネルギー密度が閾値ＦＧを上回る中心領域４の幅Ｄに一致する。このマスク１０により、閾値ＦＧを上回る部分のレーザーエネルギーだけが基板に達し、かつ所望のトレンチの領域内で基板はガラス繊維と一緒に完全に取り去られることが保証される。図３〜５には、２つの異なるレーザーを用いた、マスクの作成の際の方法工程及び引き続くトレンチ構造の作成が示されている。このガラス繊維強化基板１は、基板の下側に金属層２を備え、かつ基板の上側に金属層１２を備え、その際、後者の金属層１２からマスク１０を作成することになる。この目的で、レーザービームの波長に基づき金属層１２により良好に吸収されるレーザービーム１３を用いて、基板１中の所望のトレンチ構造に応じた空所１４を作成する。このレーザービームは、この場合に有利に例えば３５５ｎｍの波長を有するＵＶレーザービームである。こうして作成された空所１４が図４に示されている。
【００２４】
その後、レーザービーム１５を用いて、有利に９２５０ｎｍのＣＯ２レーザービームを用いて、トレンチ１６が作成されるまで、前記のレーザービーム１５を、空所１４を通過して基板１に照射することにより所望のトレンチ構造が作成される（図５参照）。作成すべきトレンチ１６の幅及び使用したレーザービームのスポット幅に応じて、既に前記したように、空所１４を通してレーザービームを１回又は数回動かさなければならない。この場合に、ガラス繊維強化された基板材料を完全に除去するために有効なレーザービームのエネルギー密度が十分ではない周辺領域はマスク１０により反射されるように、レーザービーム１５はそのつど空所１４の縁部付近に沿って少なくとも１回案内されることが重要である。それにより、それぞれガラス球を有していない、許容される傾斜の壁部を有するトレンチ１６が得られることが保証される。
【００２５】
前述したように、レーザービームのスポット幅と比べてより幅広のトレンチを作成するためには、互いに並ぶトレースの形で基板を複数回照射する必要がある。図６は、マスク２０を備えた基板１上での例示的な３つの互いに並ぶレーザートレースのエネルギー分布の重なりを示し、このマスク２０は比較的幅広の空所２１を有するため、相応して幅広のトレンチ２２が作成される。それぞれ同じエネルギー分布Ｆ１Ｌ、Ｆ２Ｌ及びＦ３Ｌを有する互いに並ぶレーザートレースは、作成すべきトレンチの各点に閾値ＦＧを上回るエネルギー密度を作用させる。
【００２６】
異なるレーザートレース、例えば２３、２４及び２５が、図７による、マスク−空所２１の長手方向に向かって延びることができる。しかしながら、図８による、蛇行するように曲がりくねったトレース２６が空所２１の縁部の間を往復して案内することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】レーザービームのエネルギー分布と、基板中に作成されるトレンチに関するその作用を示す図。
【図２】レーザービームのエネルギー分布と、本発明の方法により基板中でのトレンチ構造に関するその作用を示す図。
【図３】発明によるマスク及びトレンチ構造の作成を、方法の連続する段階で示す図。
【図４】発明によるマスク及びトレンチ構造の作成を、方法の連続する段階で示す図。
【図５】発明によるマスク及びトレンチ構造の作成を、方法の連続する段階で示す図。
【図６】図２と比較して幅広のトレンチを作成するために、互いに並んだ複数の経路で案内されたレーザービームのエネルギー分布を示す図
【図７】複数の縦方向トレースの形でのレーザービームの案内を示す図。
【図８】蛇行するトレースの形でのレーザービームの案内を示す図。
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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