JP3338465B2 - レーザの使用による熱効率の悪い表面上の金属の直接パターン化 - Google Patents

レーザの使用による熱効率の悪い表面上の金属の直接パターン化

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は金属パターン化技術および電子
工学の分野に関するものであって、更に詳しく言えば、
金属薄層のパターン化に関する。
【0002】
【発明の背景】電子工学分野において回路パターンを得
るための一般的な方法は、電気絶縁性の基体上に金属層
を形成し、金属層上にホトレジスト層を設置し、写真食
刻技術に従ってホトレジスト層をパターン化し、次いで
ホトレジストで保護されていない金属層にエッチングを
施すことによって残留するホトレジストのパターンに合
わせて金属層を残留させるというものである。このよう
なエッチング法には、エッチングに際して起こるホトレ
ジストの浮上がりまたは劣化、アンダーカットおよびそ
の他の現象のために極めて細い線の形成が不可能である
という点で制約されている。
【0003】もう1つの方法は、初期金属層のうち、ホ
トレジストで被覆されていない部分上に金属を電気めっ
きするというものである。この場合には、残留するホト
レジストを除去した後、電気めっきされた金属を侵食し
ないエッチング剤を用いて初期金属層が除去されるのが
通例である。このような電気めっき法によって金、クロ
ムまたはニッケル導体を形成することは一般に不可能で
ある。なぜなら、電気めっき浴はホトレジストを激しく
侵食してそれの劣化および浮上がりを引起こす結果、め
っきが所望されない区域にもめっきが生じるからであ
る。
【0004】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ(G
eneral Electric Company)によって開発された高密度相
互接続(HDI)構造物においては、相互接続すべき系
の集積回路チップ間に相互結線を形成するため、誘電体
層上に配置された金属導体にパターン化を施すことが必
要である。かかる高密度相互接続構造物は、コンパクト
な電子装置の組立てのために多くの利益をもたらす。た
とえば、2インチの長さ、2インチの幅および0.05
0インチの厚さを有する単一の基板上において、30〜
50個のチップを組込んだマイクロコンピュータのごと
き電子装置を完全に組立てかつ相互接続することができ
るのである。
【0005】このような高密度相互接続構造物について
簡単に述べれば、100ミルの厚さ並びに装置全体にと
って適当な寸法および強度を有する(たとえばアルミナ
製の)セラミック基板が用意される。それの寸法は通例
2インチ平方であるが、それより大きい場合も小さい場
合もある。個々のチップの位置が設定された後、適当な
深さを有する個別のキャビティまたは1個の大きいキャ
ビティがそれぞれのチップの位置に形成される。そのた
めには、先ず最初に、一様な厚さおよび所望の寸法を有
する未加工の基板が用意される。次いで、通常の超音波
またはレーザ切削技術の使用により、個々のチップおよ
びその他の電子部品を配置すべき位置にキャビティが形
成される。チップ同士を互いに近接した状態で配置する
ことが所望される多くの系においては、ただ1個の大き
なキャビティを形成すれば事足りる。半導体チップが実
質的に一様な厚さを有する場合には、かかる大きなキャ
ビティは一様な深さを有するのが通例である。特に厚い
電子部品または特に薄い電子部品を配置することが所望
される場合には、それらの電子部品の上面が残りの電子
部品の上面および周囲の基板表面と実質的に同一平面内
に位置するようにするため、キャビティの深さを加減す
ればよい。次に、キャビティの底面に熱可塑性接着剤層
が配置される。かかる熱可塑性接着剤としては、ゼネラ
ル・エレクトリック・カンパニイからウルテム(ULTEM)
6000の商品名で入手し得るポリエーテルイミド樹脂
を使用することが好ましい。次いで、キャビティ内の所
望位置にそれぞれの電子部品を配置し、ウルテム600
0の軟化点(約235℃)よりも高い約300℃の温度
にまで構造物全体を加熱し、そして冷却すれば、個々の
電子部品は基板に対して熱可塑的に接着される。他方、
イー・アイ・デュポン・ド・ネムール(E.I. du Pont de
Nemours) 社から入手し得るキャプトン(Kapton)フィル
ムのごとき厚さ約0.0005〜0.003インチ(約
12.5〜75ミクロン)のポリイミドフィルムが用意
され、そして結合力を向上させるために反応イオンエッ
チング(RIE)による前処理が施される。次いで、基
板および(チップを含めた)電子部品がウルテム100
0またはその他の熱可塑性樹脂で被覆され、そして基板
および電子部品上にキャプトンフィルムが積層される。
その際には、ウルテム1000がキャプトンフィルムを
所定の位置に保持するための熱可塑性接着剤として役立
つ。その後、電子部品上に配置された接触パッドに整列
した位置においてキャプトン層およびウルテム1000
層中に(好ましくはレーザ穴あけにより)スルーホール
が形成される。続いてキャプトン層上に設置された金属
層がスルーホールの内部にまで伸び、そしてそれの下方
に位置する接触パッドに対して電気的接触を行う。この
金属層は、それを設置する工程中においてパターン化さ
れる場合もあれば、あるいは連続層として設置された後
にホトレジストおよびエッチングの使用によりパターン
化される場合もある。工程の終了時において正確に整列
した導体パターンが得られるようにするためには、レー
ザを用いてホトレジストの露光を行うことが好ましい。
更にまた、チップ間における所望の電気的接続の全てを
達成するために必要であれば、追加の誘電体層および金
属層が設置される。
【0006】このような高密度相互接続構造物を適正に
製造するためには、下方の誘電体層に対して金属層が良
好な密着性を有すると共に、下方の金属層および下方の
誘電体層のいずれに対しても各々の誘電体層が良好な密
着性を有することが必要である。
【0007】このような高密度相互接続構造物、それの
製造方法、およびそれを製造するための道具は、「マル
チチップ集積回路パッケージ構造物および方法」と称す
るシー・ダブリュー・アイヘルベルガー(C.W. Eichelbe
rger) 等の米国特許第4783695号、「高密度相互
接続を行うために役立つ適応性のある写真食刻装置」と
称するシー・ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特
許第4835704号、「多重電子回路チップパッケー
ジ用の高分子誘電体中にスルーホールを形成する方法」
と称するシー・ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国
特許第4714516号、「新規なレジストのエキシマ
レーザによるパターン化」と称するアール・ジェイ・ウ
ォジュナロウスキー(R.J. Wojnarowski)等の米国特許第
4780177号、1989年9月27日に提出された
「基板に接着された部品を取除くための方法および装
置」と称するアール・ジェイ・ウォジュナロウスキー等
の米国特許出願第249927号、1989年2月14
日に提出された「重合体材料中にスルーホールを形成す
るためのレーザビーム走査方法」と称するシー・ダブリ
ュー・アイヘルベルガー等の米国特許出願第31014
9号、1989年2月21日に提出された「高密度相互
接続用の熱可塑性ダイ接着材料および溶剤によるダイ接
着処理法」と称するアール・ジェイ・ウォジュナロウス
キー等の米国特許出願第312798号、1988年1
2月12日に提出された「高密度相互接続回路の簡略化
された補修方法」と称するシー・ダブリュー・アイヘル
ベルガー等の米国特許出願第283095号、1989
年2月3日に提出された「製造方法および集積回路試験
構造物」と称するエイチ・エス・コール(H.S. Cole) 等
の米国特許出願第305314号、1988年9月27
日に提出された「高い体積効率を有する高密度相互接続
方法」と称するシー・ダブリュー・アイヘルベルガー等
の米国特許出願第250010号、1989年3月28
日に提出された「高密度相互接続アセンブリにおいて使
用するためのダイ接着方法」と称するアール・ジェイ・
ウォジュナロウスキー等の米国特許出願第329478
号、1988年10月4日に提出された「レーザによる
相互接続方法」と称するエイチ・エス・コール等の米国
特許出願第253020号、1988年8月5日に提出
された「剥離可能な上層を用いた電子回路および集積回
路チップの試験方法並びに試験構造物」と称するシー・
ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特許出願第23
0654号、1988年8月8日に提出された「集積回
路装置用金属パターンの直接形成」と称するワイ・エス
・リウ(Y.S. Liu)等の米国特許出願第233965号、
1988年8月23日に提出された「活性剤の紫外線レ
ーザ切除による金属層の光パターン化方法」と称するワ
イ・エス・リウ等の米国特許出願第237638号、1
988年8月25日に提出された「集積回路装置用高融
点金属線の直接書込み」と称するワイ・エス・リウ等の
米国特許出願第237685号、1988年8月30日
に提出された「重合体フィルム上層を用いて集積回路チ
ップを封入するための方法および装置」と称するシー・
ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特許出願第24
0367号、1989年4月24日に提出された「電子
パッケージ用途のためのシロキサンポリイミド加工方
法」と称するエイチ・エス・コール等の米国特許出願第
342153号、1988年12月27日に提出された
「導電性および非導電性基板上への選択的電着法」と称
するワイ・エス・リウ等の米国特許出願第289944
号、1989年2月17日に提出された「熱可塑性材料
に熱硬化フィルムを接合して接着可能な積層物を形成す
る方法」と称するアール・ジェイ・ウォジュナロウスキ
ーの米国特許出願第312536号、1989年6月8
日に提出された「迅速な注文設計および特異な試験能力
を達成するための集積回路パッケージ構造物」と称する
シー・ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特許出願
第363646号、1990年1月2日に提出された
「領域選択性の金属被覆方法」と称するエイチ・エス・
コール等の米国特許出願第07/459844号、19
89年6月5日に提出された「高密度相互接続構造物に
おける公差およびチップ位置の適応写真食刻技術による
調節」と称するティー・アール・ハラー(T.R. Haller)
の米国特許出願第361623号、1989年12月2
6日に提出された「局部方位選択性のルーチング装置」
と称するティー・アール・ハラー等の米国特許出願第0
7/457023号、1989年12月26日に提出さ
れた「レーザ切除可能な高分子誘電体およびそれの形成
方法」と称するエイチ・エス・コール等の米国特許出願
第456421号、1989年12月21日に提出され
た「密閉型高密度相互接続電子装置」と称するダブリュ
ー・ピー・コーンランプ(W.P. Kornrumpf)等の米国特許
出願第454546号、1989年12月26日に提出
された「増強蛍光重合体およびそれを用いた相互接続構
造物」と称するエイチ・エス・コール等の米国特許出願
第07/457127号、1989年12月21日に提
出された「エポキシ樹脂/ポリイミド共重合体ブレンド
誘電体およびそれを組込んだ積層回路」と称するシー・
ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特許出願第45
4545号、1990年4月5日に提出された「マイク
ロ波モジュール用のビルディングブロック法」と称する
ダブリュー・ピー・コーンランプ等の米国特許出願第0
7/504760号、1990年4月5日に提出された
「HDIマイクロ波回路アセンブリ」と称するダブリュ
ー・ピー・コーンランプ等の米国特許出願第07/50
4821号、1990年4月5日に提出された「高密度
の電気結線を有する超音波アレイ」と称するエル・エス
・スミス(L.S. Smith)等の米国特許出願第07/504
750号、1990年4月5日に提出された「マイクロ
波部品試験方法および装置」と称するダブリュー・ピー
・コーンランプ等の米国特許出願第07/504803
号、1990年4月5日に提出された「コンパクトな高
密度相互接続マイクロ波装置」と称するダブリュー・ピ
ー・コーンランプの米国特許出願第07/504753
号、1990年4月5日に提出された「柔軟な高密度相
互接続構造物および柔軟に相互接続された装置」と称す
るシー・ダブリュー・アイヘルベルガー等の米国特許出
願第07/504769号、1990年4月5日に提出
された「熱効率の良いコンパクトな焦平面アレイ並びに
それの試験および補修方法」と称するダブリュー・ピー
・コーンランプ等の米国特許出願第07/504751
号、1990年4月5日に提出された「上部に取付けら
れた部品を有する高密度相互接続構造物」と称するアー
ル・ジェイ・ウォジュナロウスキー等の米国特許出願第
07/504749号、1990年4月5日に提出され
た「内室を含む高密度相互接続構造物」と称するアール
・ジェイ・ウォジュナロウスキー等の米国特許出願第0
7/504770号、1990年4月5日に提出された
「調整された動作特性を有するマイクロ波部品および調
整方法」と称するダブリュー・ピー・コーンランプ等の
米国特許出願第07/504748号、1990年7月
2日に提出された「順次に低下するTg を有する熱可塑
性接着剤を用いた多段積層高密度相互接続方法および構
造物」と称するエイチ・エス・コール等の米国特許出願
第07/546963号、1990年7月2日に提出さ
れた「耐熱性ポリエーテルイミド組成物およびそれの製
造方法」と称するジェイ・エイチ・ルピンスキー(J.H.
Lupinski) 等の米国特許出願第07/546964号、
1990年6月29日に提出された「信号層が一定のパ
ターンを有するような高密度相互接続構造物における適
応写真食刻技術」と称するティー・アール・ハラー等の
米国特許出願第07/545793号、1990年7月
2日に提出された「スペーサ構造物およびギャップを含
む高密度相互接続構造物」と称するエイチ・エス・コー
ル等の米国特許出願第07/546965号、1990
年7月2日に提出された「可変架橋性接着剤を用いた多
段積層高密度相互接続方法および構造物」と称するティ
ー・ビー・ゴルチカ(T.B. Gorczyca) 等の米国特許出願
第07/546959号、1990年6月29日に提出
された「自動現像レジストの現像方法」と称するエイチ
・エス・コール等の米国特許出願第07/546230
号、1990年7月2日に提出された「複数の二次層を
含む誘電体層」と称するエイチ・エス・コール等の米国
特許出願第07/546960号、並びに1990年7
月2日に提出された「コンパクトな高密度相互接続構造
物」と称するダブリュー・エム・マルチンキーウィッツ
(W.M. Mrcinkiewicz) 等の米国特許出願第07/548
462号の明細書中に開示されている。
【0008】とは言え、金属パターン化技術の改良およ
び誘電体層間の密着性の向上は今なお要望されているの
である。
【0009】
【発明の目的】本発明の主たる目的は、高い鮮明度およ
び信頼度をもって銅、金、クロムおよびニッケルの導体
パターンを形成し得るような改良された金属パターン化
技術を提供することにある。
【0010】本発明のもう1つの目的は、一様な導体層
を所望のパターンに従って除去することによって高い鮮
明度の導体パターンを形成するための改良された技術を
提供することにある。
【0011】本発明の更にもう1つの目的は、導体層を
パターン化するためのレーザ切除技術を提供することに
ある。
【0012】本発明の更にもう1つの目的は、レーザパ
ターン化に際して2種の相異なる金属層が一緒に焼失す
るような金属パターン化技術を提供することにある。
【0013】本発明の更にもう1つの目的は、熱伝導率
の高い基板に対して有用なレーザ金属パターン化技術を
提供することにある。
【0014】本発明の更にもう1つの目的は、ウェーハ
規模の集積回路、高密度相互接続構造物などを含む印刷
回路型構造物中における破断した導体を修理するための
技術を提供することにある。
【0015】本発明の更にもう1つの目的は、ウェーハ
規模の集積回路、高密度相互接続構造物などを含む印刷
回路型構造物において試験およびその他の目的のために
役立つ臨時の結線を提供することにある。
【0016】本発明の更にもう1つの目的は、以前に設
置された誘電体層の表面積を大幅に増大させることによ
り、以前に設置された誘電体層に対する以後に設置され
た誘電体層の密着性を向上させることにある。
【0017】本発明の更にもう1つの目的は、受動部品
のトリミングを行うための改良された技術を提供するこ
とにある。
【0018】
【発明の概要】添付の図面を含めた本明細書を考察する
ことによって明らかとなる上記およびその他の目的は、
本発明に従えば、紫外線を吸収する金属層にレーザ切除
を施して金属パターンを形成することによって達成され
る。
【0019】第1の実施の態様に従えば、熱効率の悪い
第1の反応性金属の層が電気絶縁性の基板上に設置さ
れ、次いでかかる第1の金属上に紫外線を吸収する第2
の金属の層が設置される。こうして得られた構造物が、
第1および第2の金属を同時に切除するのに十分な出力
を有する紫外線レーザビームの使用により、所望のパタ
ーンに従って走査される。その結果、レーザビームの走
査パターンに応じて基板から第1および第2の金属が除
去されるが、その他の部位においては基板上にそれらの
金属が残留することになる。基板が重合体から成り、第
1の金属がチタンまたはクロムであり、かつ第2の金属
が銅である場合、第1および第2の金属を切除した後の
重合体表面部分は顕著に粗面化される。その後、かかる
粗面上に液状の前駆物質を塗布し、次いでそれを乾燥も
しくは硬化させることによって誘電体層を形成した場
合、新たに形成された誘電体層と基板の粗面とのかみ合
いによって両者間の密着性は大幅に向上する。
【0020】別の実施の態様に従えば、熱効率の悪い絶
縁性基板上に紫外線を吸収する金属の層を直接に設置
し、次いでレーザ切除を施すことによって所望の金属パ
ターンを形成することもできる。しかしながら、こうし
て得られた金属パターンはあまり良好なものではない。
【0021】更に別の実施の態様に従えば、基板が高い
熱伝導率を有する場合、チタン、クロム、ステンレス鋼
などのごとき熱効率の悪い第1の金属の層が基板上に設
置され、次いで紫外線を吸収する第2の金属の層が設置
される。第1の金属の層は、それを設置することによっ
て得られた構造物が熱効率の悪い基板として作用するの
に十分なだけの厚さを有することが必要である。次い
で、第1の金属の表面から第2の金属を切除することに
より、鮮明度の高い金属パターンが得られる。次に、第
2の金属の残留部分をマスクとして使用することによ
り、第2の金属の切除によって露出した第1の金属にエ
ッチングを施すことができる。その後、所望に応じ、第
2の金属を残留させてもよいし、あるいは除去してもよ
い。
【0022】更に別の実施の態様に従えば、熱伝導率の
高い基板上に四層金属被膜を設置することができる。こ
の場合には、第3の金属層が熱効率の悪い金属から成
り、かつ第4の金属層が紫外線を吸収する金属から成
る。次いで、第4の金属層に沿ってレーザビームを走査
することによってそれのパターン化が行われる。かかる
第4の金属層をマスクとして使用しながら熱効率の悪い
第3の金属層にエッチングが施される。その後、第2の
金属層および第1の金属層に順次にエッチングを施すこ
とにより、第1の金属上に配置された第2の金属層から
成る導体パターンを形成することができる。第3の金属
層がチタンから成る場合には、第4の金属層の残留部分
を除去した後、チタン上にめっき層を付着させることな
く第2の金属層の露出部分上に追加の金属を電気めっき
することができる。
【0023】更に別の実施の態様に従えば、連続である
べき導体が破断しているような印刷回路の修理を行うこ
とができる。そのためには、表面全体に熱効率の悪い金
属の層が設置され、第1の金属上に紫外線を吸収する金
属の層が設置され、次いで導体が所望されない全ての区
域から2種の金属を切除すればよい。その結果、導体の
断片間の間隙を横切って断片同士を接続する導電路が得
られることになる。
【0024】本発明の内容は、前記特許請求の範囲中に
詳細かつ明確に記載されている。とは言え、本発明の構
成や実施方法並びに追加の目的や利点は、添付の図面を
参照しながら以下の説明を考察することによって最も良
く理解されよう。
【0025】
【実施例の記載】図1を見ると、電気絶縁性の基板10
が断面図によって示されている。かかる基板10の上面
の上に導体パターンを形成することが所望されるものと
する。かかる基板10は、ガラス、重合体材料、または
熱効率の悪いその他の材料から成り得る。ここで言う
「熱効率の悪い材料」という用語は、局在する熱を放散
させるのが比較的遅いような材料を意味する。このよう
な意味で、かかる基板10は遥かに迅速に熱を放散させ
るアルミナおよび熱伝導率の高い金属(たとえば銅)の
ごとき材料から成る基板と異なっている。なお、熱効率
の良い材料と熱効率の悪い材料との境界線は、金属をパ
ターン化するために使用されるレーザビームのエネルギ
ーに部分的に依存する。
【0026】導体パターンを形成するための方法におけ
る第1の工程として、基板10の上面の上に熱効率の悪
い金属の層22が設置され、それによって図2に示され
るような構造物が得られる。かかる金属はチタンである
ことが好ましいが、それの代りにクロム、ニクロム、ニ
ッケル、ステンレス鋼、マグネシウム、マンガンなどを
使用することもできる。かかる金属の層は、スパッタリ
ング、熱蒸着、化学蒸着などのごとき任意適宜の方法に
より、真空またはその他の非酸化条件下で基板上に設置
される。とは言え、かかる金属の層はスパッタリングに
よって設置することが好ましい。なお、この層は500
〜1000オングストロームの厚さを有することが好ま
しい。次いで、金属被覆装置内の真空を破ることなく、
紫外線を吸収する金属の層24を層22上に設置するこ
とにより、図3に示されるような構造物が得られる。か
かる金属は銅であることが好ましいが、金を使用するこ
ともできる。かかる銅層は500〜3000オングスト
ロームの範囲内の厚さに設置されることが好ましい。大
きいレーザ出力が利用できる場合にはそれより厚い銅層
を使用することもできるが、この厚さは本発明の目的に
とって十分であると共に、351〜363nmにおいて1
〜2ワットのレーザ出力に対して有効である。異なる吸
収スペクトルを持ったその他の金属に対しては、その他
の波長を使用することもできる。次に、金属層を設置し
た後の基板が該基板沿って強い紫外線ビームを走査し得
るレーザ照射装置内に配置される。そのためには、35
1nmで動作するアルゴンイオンレーザを使用することが
好ましいが、その他の波長を使用することもできる。次
いで、図4に示されるごとく、金属を除去すべき区域に
対応したパターンを描きながら銅層24の表面に沿って
レーザビームが走査される。銅は入射した紫外線の約6
0%を吸収し、そして切除温度にまで加熱される。上部
に紫外線吸収層を設置することなしにチタン自体を直接
に切除することは有効でない。なぜなら、チタンは入射
した(351nmの)紫外線の約81%を反射するからで
ある。とは言え、銅とチタンとの間には十分な熱的結合
が存在する結果、銅のレーザ加熱は下方のチタンをも切
除温度にまで加熱し、それによって2種の金属は基板か
ら一緒に切除されることになる。なお、かかる切除操作
は酸化雰囲気中において実施することが好ましい。かか
る酸化雰囲気としては、空気、酸素を添加した空気、純
粋な酸素、塩素含有雰囲気などを使用することができ
る。なお、空気または酸素を添加した空気を使用するこ
とが好ましい。このような酸化雰囲気中においては、チ
タンおよび銅は切除に際して燃焼し、そして独立記念日
の花火に似た火花を発生する。かかる火花は銅層24の
表面よりも実質的に上方にまで飛散する。
【0027】このような方法によれば、幅2〜500ミ
クロンの金属線を残留させながら2〜500ミクロンの
線間隔を得ることができた。切除のために使用されるレ
ーザビームのサイズおよび走査パターンによっては、そ
れ以上もしくはそれ以下の幅を持った金属線および線間
隔を得ることもできる。
【0028】基板10が重合体から成る場合には、上記
のごとき方法の有利な二次効果として、金属を切除した
後の重合体表面部分が粗面化されるのであって、該表面
部分は針が直立したような外観を呈する。すなわち、図
5に示されるごとく、基板10から金属を切除した後の
表面部分12は概して垂直方向に伸びる針状体14を有
しているのである。多くの場合、かかる針状体14は上
端部の横断面が軸部の横断面より大きくなったきのこ形
を成している。このような粗面は、金属パターンおよび
基板10の露出部分上に引続いて誘電体層を設置して成
る高密度相互接続構造物またはその他の構造物において
実質的に有利なものである。すなわち、液状の前駆物質
をスピン塗布または吹付塗布してからその場で固形の誘
電体に転化することによって誘電体層が形成される場
合、基板10の粗面に存在する針状体14間の空隙に誘
電体層が侵入することによって密着性の大幅な向上が得
られるのである。上記のごとき粗面は、引続いて設置さ
れる誘電体層の密着性を2通りのやり方で向上させる。
第一に、かかる粗面は化学的接着をもたらす接触面の表
面積を増大させる。第二に、かかる粗面は2つの層間の
かみ合いをもたらし、それによって2つの層間における
結合の強度を一層増大させる。針状体14の多くがきの
こ形を成していることは、誘電体層同士の機械的かみ合
いを一層向上させるために役立つ。その結果、多層構造
物中における導体層をパターン化するためにかかる方法
を使用すれば、より強固に結合したより丈夫な構造物が
製造されるという追加の利益が得られることになる。こ
のように、かかる方法は密着性向上技術として重合体表
面に適用することもできるのである。その場合には、設
置された金属は重合体表面から完全に除去されるのであ
って、それの唯一の機能は切除に際して重合体表面の粗
面化をもたらすことにある。このようにすれば、表面積
の大幅な増大が得られるわけである。
【0029】上記のごとき2種の金属(すなわち、銅お
よびチタン)の併用は、銅のみを用いた場合よりも遥か
に鮮明なパターンの形成をもたらす。これは、銅のみを
設置する基板がチタンよりも実質的に低い熱伝導率を有
する場合についても言える。このように、本発明に従え
ば、切除に際して2種の金属間に相互作用が起こること
が明らかである。それ故、かかる方法は「反応切除法」
と呼ばれる。銅のみを使用した場合には火花が発生しな
いのであって、金属線のへりの鮮明度は遥かに劣ってい
る。また、基板が重合体から成る場合には、重合体の表
面は一部の銅が残留する結果として導電性を示す。な
お、残留した銅は実際には重合体の表面に侵入している
ものと考えられる。このように、銅のみを使用すると、
劣悪なパターンの形成および劣悪な表面特性が生じるこ
とになる。前述のごとく、チタンのみを使用した場合に
は、上記のごときレーザ出力の下では切除が起こらな
い。なぜなら、チタンを切除温度にまで加熱するのに十
分なだけのエネルギーが吸収されないからである。それ
故、高い鮮明度のパターンを得るためには上記のごとき
2種の金属を併用することが必要であり、またかかる高
い鮮明度は切除に際して2種の金属が意外にも相互作用
を示すこと(すなわち、反応切除を受けること)の結果
として得られるのである。かかる相互作用が基板からの
金属の除去に影響を及ぼすことを考えると、それは既に
基板の表面を離れた残骸中においてのみ起こるものでは
なく、表面上になお残存している金属中においても起こ
るものである。チタンは高い反応性を有すると共に、初
期構造物においては(金属被覆装置の真空を破ることな
くチタン上に直接に銅を設置することにより)酸化が起
こらないように保護されている結果、レーザビームが銅
を加熱し、ひいてはチタンを加熱した場合、チタンの露
出部において酸化が起こるものと考えられる。かかる酸
化がチタンを更に加熱する結果として火花発生効果が生
じ、それにより銅のみが存在する場合に得られるパター
ンに比べて改善された鮮明度を有するパターンが得られ
るのである。とは言え、実際にこのような過程が起こる
のかどうかについては現時点で知られていない。更にま
た、実際に起こる厳密な化学的および熱的過程は重要で
ない。実際にいかなる過程が起こるにせよ、本発明によ
れば、パターン鮮明度の改善が達成されるという有利な
効果が得られ、重合体基板上にも非導電性の表面が得ら
れ、かつ重合体基板上には金属を切除した表面部分に直
立した針状の構造が形成されることによって重合体の表
面積の大幅な増大が得られることが確証されるのであ
る。
【0030】チタンばかりでなく、第1の金属として使
用されたクロムも同様な火花発生効果を示し、そしてパ
ターン鮮明度の改善をもたらす。更にまた、ニクロム、
ニッケル、ステンレス鋼、マグネシウム、マンガン、お
よび反応性の高い元素から成りもしくはかかる元素を含
有する類似の金属も同様な火花発生効果を示し、そして
パターン鮮明度の改善をもたらす。
【0031】本発明の別の実施の態様に従えば、紫外線
を吸収する金属が密着性向上層を使用しなくても熱効率
の悪い所望の基板に密着する場合には、図6に示される
ごとく、かかる紫外線吸収金属の層32を基板10上に
直接に設置することができる。次いで、上記の場合と同
様なレーザ切除によって層32のパターン化を行えば、
基板10の表面から層32が選択的に除去され、それに
よって図7に示されるような構造物が得られる。とは言
え、前述のごとく、こうして得られたパターンはあまり
良好なものではないのであって、基板10が重合体から
成る場合には基板表面の切除部分が導電性を有すること
もある。
【0032】アルミナまたは熱伝導率の高い金属のごと
き熱伝導性の大きい基板上に金属パターンを形成するこ
とが所望される場合には、レーザ切除操作によって紫外
線吸収金属を除去することを可能にするため、基板と紫
外線吸収金属との間に熱効率の悪い金属の層を設置する
ことが必要となる。かかる目的のため、熱伝導性の大き
い基板100上に熱効率の悪い金属の層112を真空蒸
着によって設置することにより、図8に示されるような
構造物が形成される。このような熱効率の悪い金属は、
チタン、クロム、(貼合せ層としての)ステンレス鋼、
ニクロム、マグネシウム、マンガン、または十分な反応
性を有する熱効率の悪いその他の金属、あるいはそれら
の混合物または合金であればよい。かかる金属層112
は、熱効率の悪い表面を形成するのに十分なだけの厚さ
を有している。すなわち、熱効率の悪い金属層112に
よって上方の金属層が基板100の熱効率から隔離され
るようにするわけである。その後、金属被覆装置内の真
空を破ることなしに紫外線を吸収する金属の層114を
真空蒸着によって熱効率の悪い金属層112上に設置す
ることにより、図9に示されるような構造物が得られ
る。上方の金属層114は、下方の金属層112を酸化
およびその他の化学反応から保護するために役立つ。次
に、図10に示されるごとく、金属層114がレーザビ
ーム126によって切除される。その結果、紫外線を吸
収する金属層114がレーザビームの走査パターンに応
じて除去される。その際には、下方の金属層112の一
部が除去されることもあるが、必ずしも全ての金属層1
12が除去されるとは限らない。熱効率の悪い金属層1
12の少なくとも下方部分が基板100上に残留するの
は、熱効率の悪い金属層112が十分に薄い場合、下方
の基板100が熱を急速に運び去る結果として金属層1
12が切除温度にまで加熱されないことがあるからであ
る。紫外線を吸収する金属層114がパターン化された
後、金属層114の残留部分をマスクとして用いて金属
層112の露出部分に化学エッチングを施すことによ
り、基板100の表面部分120から金属が完全に除去
される。金属層112の露出部分にエッチングを施した
後には、図11に示されるような構造物が得られる。
【0033】本発明の更に別の実施の態様に従えば、上
記のごとき二層金属被膜を使用する代りに、レーザ切除
に先立って四層金属被膜を設置することができる。すな
わち、チタン、銅、チタンおよび銅の層を順次に設置す
ることにより、図12に示されるような構造物が形成さ
れる。たとえば、下方のチタン層は約3000オングス
トロームの厚さを有し、下方の銅層は約3000オング
ストロームの厚さに蒸着された銅の上に電気めっきを施
すことによって得られた約3mmの厚さを有し、上方のチ
タン層は約500〜1000オングストロームの厚さを
有し、かつ上方の銅層は約500〜3000オングスト
ロームの厚さを有している。次いで、上方の銅層118
を上方のチタン層116の表面から切除することによ
り、図13に示されるような所望の銅パターンが得られ
る。かかる切除操作は一般に非反応性のものである。す
なわち、上方のチタン層116が約500〜1000オ
ングストロームの厚さを有する場合には、切除に際して
燃焼や火花発生は起こらず、従ってチタンは全く除去さ
れないように思われる。とは言え、優れたパターン形成
が達成される。これは、部分的には、チタン層が不透過
性を有することに由来するものと考えられる。こうして
得られた上方のチタン層116の露出部分に対し、HF
を基剤とするエッチング剤を用いてエッチングを施すこ
とにより、図14に示されるごとくに下方の厚い銅層1
14が露出させられる。かかるエッチング剤は、銅を侵
食することなしにチタンを腐食するものでなければなら
ない。次いで、銅エッチングを施して下方の厚い銅層1
14の露出部分および上方の薄い銅層118の残留部分
を除去することにより、図15に示されるような構造物
が得られる。最後に、チタンエッチングを施すことによ
り、下方のチタン層112の露出部分および(下方の厚
い銅層114のエッチングに際してそれを保護してい
た)上方のチタン層116の残留部分が除去される。そ
の結果、図16に示されるような構造物が得られる。
【0034】電気めっきによって下方の銅層114を厚
くする代りに、下方の銅層114を約6000オングス
トロームの厚さに設置し、次いでその上にチタン層11
6および銅層118を設置することもできる。その後、
上記の場合と同様にして上方のチタン層116にエッチ
ングが施される。次いで、塩化第二鉄を用いた急速銅エ
ッチングにより、上方の銅層118の残留部分が上方の
チタン層116の表面から除去される。その結果、図1
7に示されるごとく、下方の銅層114の露出部分には
厚さ約3000オングストロームの銅層が残留すること
になる。空気に暴露された場合、チタンは酸化チタンを
生成する。その結果、上方のチタン層116の表面は酸
化チタンで被覆される。こうして得られた酸化チタン層
はチタン上への電気めっきを防止するのに十分なだけの
電気絶縁性を有するから、酸化チタンで被覆されたチタ
ンは電気めっきに対するレジストとして作用することに
なる。すなわち、銅、金、クロムまたはニッケルのめっ
き浴中において電気めっきを施せば、図18に示される
ごとく、チタン部分にめっき層を付着させることなく上
方の銅層114の露出部分のみに銅、金、クロムまたは
ニッケルのめっき層122を形成することができる。こ
れは、先行技術において認められていたホトレジストの
浮上がりの問題を解決しながら銅上に金、クロムまたは
ニッケルのめっき層を形成するための効果的な方法を提
供する。かかる電気めっき操作の後、HFを基剤とする
エッチング剤を用いて上方のチタン層116を除去し、
塩化第二鉄を用いて下方の銅層114の(めっき層12
2によって保護されていない)露出部分を除去し、次い
でHFを基剤とするエッチング剤を用いて下方のチタン
層112の露出部分を除去することができる。その結
果、図19に示されるごとく、電気めっきされた銅、
金、クロムまたはニッケル導体を有するような構造物が
得られる。かかる方法は銅の電気めっきに対しても極め
て効果的であるが、金、クロムおよびニッケルの電気め
っきに対しては一層顕著な利益をもたらす。なぜなら、
銅めっき浴がホトレジストを侵食する速度は金、クロム
およびニッケルめっき浴の場合よりも遥かに遅い結果、
従来の銅めっきは従来の金、クロムおよびニッケルめっ
きよりも遥かに成功裡に実施されていたからである。
【0035】上記のごとき金属被覆/切除技術はまた、
印刷回路板、超大規模集積回路、ウェーハ規模の集積回
路、高密度相互接続構造物などのごとき印刷回路型構造
物中における破断した導体を修理するためにも適してい
る。図20には、かかる印刷回路が斜視図によって示さ
れている。基板200は単一の絶縁材層であってもよい
し、あるいは絶縁性の表面を有する多層印刷回路構造物
(高密度相互接続構造物を含む)であってもよい。かか
る基板200上には破断した導体の断片210および2
12が配置されていて、それらの間には空隙214が存
在している。引続いて誘電体層を形成した後に断片21
0および212間の空隙214が発見された場合には、
少なくとも空隙214に隣接した断片部分からその誘電
体層を除去することが必要である。これは、設置すべき
金属が断片210および212に対して良好なオーム接
触を成すようにするためである。
【0036】上記のごとき破断した導体を修理するため
には、熱効率の悪い第1の反応性金属(たとえばチタ
ン)の層222が基板200および存在する導体の上面
全体を覆うように設置される。次いで、紫外線を吸収す
る第2の金属(たとえば銅)の層224がその上に一様
に設置される。この段階においては、図21に示される
ごとく、基板200の上面全体は導電性を有している。
次に、設置された金属にレーザ切除を施すことにより、
導体が所望されない区域については基板200の上面か
ら金属が除去される。ただし、断片210および212
間の空隙214を橋渡しする部分の金属は切除しないも
のとする。その結果、図22に示されるごとく、断片2
10および212間の空隙214の近傍に残留した金属
は空隙214を横切って断片210および212同士を
接続する導体として役立ち、それによって印刷回路の修
理が達成されることになる。
【0037】上記のごとき技術はまた、試験時のプログ
ラミングまたはその他の目的のために臨時の結線を形成
するために使用することもできる。かかる臨時の結線
は、目的の完了後にエッチングまたはレーザ切除によっ
て除去することができる。
【0038】上記のごとき技術はまた、抵抗体のトリミ
ングを行うためにも有用である。詳しく述べれば、図2
3に示されるごとく、基板300上に抵抗体310が配
置される。かかる抵抗体310の上に、それのコンタク
ト部として二層金属被膜320が設置される。最初は、
ホトマスキングおよびエッチングによってコンタクト部
のパターン化を行うことができる。次いで、かかるコン
タクト部にレーザ切除を施すことにより、2つのコンタ
クト部間の抵抗体を通る電流路の長さを増大させ、それ
によって抵抗値が調整される。あるいはまた、かかるコ
ンタクト部のパターン化をレーザ切除のみによって行う
こともできる。
【0039】以上、好適な実施の態様に関連して本発明
を詳しく説明したが、数多くの変更態様が可能であるこ
とは当業者にとって自明であろう。それ故、本発明の精
神および範囲から逸脱しない限り、前記特許請求の範囲
はかかる変更態様の全てを包括するものと解すべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の態様に従って金属パター
ンを形成する際に使用される基板の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図5】本発明の第1の実施の態様に従って得られた構
造物の部分拡大断面図である。
【図6】本発明の第2の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図7】本発明の第2の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図8】本発明の第3の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図9】本発明の第3の実施の態様における一連の工程
の一部を示す断面図である。
【図10】本発明の第3の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図11】本発明の第3の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図12】本発明の第4の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図13】本発明の第4の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図14】本発明の第4の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図15】本発明の第4の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図16】本発明の第4の実施の態様における一連の工
程の一部を示す断面図である。
【図17】本発明の電気めっき法における一連の工程の
一部を示す断面図である。
【図18】本発明の電気めっき法における一連の工程の
一部を示す断面図である。
【図19】本発明の電気めっき法における一連の工程の
一部を示す断面図である。
【図20】本発明の印刷回路修理法における一連の工程
の一部を示す斜視図である。
【図21】本発明の印刷回路修理法における一連の工程
の一部を示す斜視図である。
【図22】本発明の印刷回路修理法における一連の工程
の一部を示す斜視図である。
【図23】抵抗体のトリミングによってそれの抵抗値を
調整するための本発明方法を示す平面図である。
【符号の説明】
10 基板 12 切除部分 14 針状体 22 熱効率の悪い金属の層 24 紫外線を吸収する金属の層 26 レーザビーム 28 火花 32 紫外線を吸収する金属の層 100 基板 112 熱効率の悪い金属の層 114 紫外線を吸収する金属の層 116 熱効率の悪い金属の層 118 紫外線を吸収する金属の層 122 めっき層 126 レーザビーム 200 基板 210 断片 212 断片 214 空隙 222 熱効率の悪い金属の層 224 紫外線を吸収する金属の層 300 基板 310 抵抗体 320 二層金属被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールス・ウィリアム・イーチェルバ ーガー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ ネクタデイ、ウェイバリイ・プレイス、 1256番 (56)参考文献 特開 昭49−64866(JP,A) 特開 平2−28395(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/00 - 3/08 B23K 26/00 - 26/18

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱効率の悪い基板の表面上に所望の金属
    パターンを形成するための方法において、 (a)前記基板上に第1の金属の層を設置し、 (b)前記第1の金属上に紫外線を吸収する第2の金属の
    層を設置し、次いで (c)所望のパターンに従って前記第2の金属に強い紫外
    線を照射することによって前記基板から前記第1および
    第2の金属を相互的に反応させる反応切除法によって
    緒に切除する諸工程から成る方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の金属がチタン、クロム、マグ
    ネシウム、マンガン、ニクロム、ステンレス鋼およびそ
    れらの合金または混合物から成る群より選ばれ、かつ前
    記第2の金属が銅、金およびそれらの合金または混合物
    から成る群より選ばれる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記照射工程に際して前記基板が酸化雰
    囲気中に配置される請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記照射工程に際して前記第1および第
    2の金属が前記基板上から一緒に焼失する請求項3記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 前記酸化雰囲気が空気から成る請求項4
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記照射工程が前記基板に沿って紫外線
    レーザビームを走査することから成る請求項3記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 前記酸化雰囲気が空気から成る請求項
    記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記基板から前記第1および第2の金属
    を切除した後の部分にエッチングを施す工程が追加包含
    される請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記基板が導電性を有し、かつ前記第1
    の金属がチタンである場合において、前記照射工程の
    後、 前記チタンから前記第2の金属を除去し、 露出したチタンに酸化チタンの表面被膜を生成させ、次
    いで前記基板に電気めっきを施すことによって前記チタ
    ン上にめっき層を付着させることなく前記基板の露出区
    域にめっき層を形成する工程が追加包含される請求項1
    記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記照射工程が前記基板に沿って紫外
    線レーザビームを走査することから成る請求項1記載の
    方法。
  11. 【請求項11】 熱伝導率の高い基板の表面上に金属パ
    ターンを形成するための方法において、 (a)熱効率の悪い第1の金属から成る十分な厚さの層を
    前記基板上に設置することによって熱効率の悪い表面を
    形成し、 (b)前記第1の金属上に紫外線を吸収する第2の金属の
    層を設置し、次いで (c)所望のパターンの反転像を描くようにして前記第2
    の金属に強い紫外線を照射することによって前記第1の
    金属から前記第2の金属を切除する諸工程から成る方
    法。
  12. 【請求項12】 前記第1の金属がチタン、クロム、マ
    グネシウム、マンガン、ニクロムおよびステンレス鋼か
    ら成る群より選ばれ、かつ前記第2の金属が銅および金
    から成る群より選ばれる請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記照射工程に際して前記基板が酸化
    雰囲気中に配置される請求項12記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記酸化雰囲気が酸素から成る請求項
    13記載の方法。
  15. 【請求項15】前記照射工程が前記基板に沿って紫外線
    レーザビームを走査することから成る請求項14記載の
    方法。
  16. 【請求項16】 前記第2の金属を侵食しないエッチン
    グ剤を用いて前記第1の金属の露出部分にエッチングを
    施す工程が追加包含される請求項12記載の方法。
  17. 【請求項17】前記基板が導電性を有し、かつ前記第1
    の金属がチタンである場合において、前記第2の金属を
    切除する工程の後、前記第1の金属にエッチングを施す
    ことによって前記基板を露出させ、前記チタンから前記
    第2の金属を選択的に除去し、露出したチタンに酸化チ
    タンの表面被膜を生成させ、次いで露出した前記基板に
    電気めっきを施すことによって前記チタン上にめっき層
    を付着させることなく前記第2および第1の金属が切除
    された区域にめっき層を形成する工程が追加包含される
    請求項11記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記照射工程が前記基板に沿って紫外
    線レーザビームを走査することから成る請求項11記載
    の方法。
  19. 【請求項19】 熱伝導率の高い基板の表面上に金属パ
    ターンを形成するための方法において、 (a)前記基板上に第1の金属層を設置し、 (b)前記第1の金属層上に第2の金属層を設置し、 (c)熱効率の悪い金属から成る十分な厚さの第3の金属
    層を前記第2の金属層上に設置することによって熱効率
    の悪い表面を形成し、 (d)紫外線を吸収する金属から成る第4の金属層を前記
    第3の金属層上に設置し、次いで (e)所望のパターンの反転像を描くようにして前記第4
    の金属層に強い紫外線を照射することによって前記第3
    の金属層の表面から前記第4の金属層を切除する諸工程
    から成る方法。
  20. 【請求項20】 前記第4の金属層を実質的に侵食しな
    いエッチング剤を用いて前記第3の金属層の露出部分に
    エッチングを施すことによって前記第3の金属層のパタ
    ーン化を行う工程が追加包含される請求項19記載の方
    法。
  21. 【請求項21】 前記第3の金属層を実質的に侵食しな
    いエッチング剤を用いて前記第2の金属層の露出部分に
    エッチングを施す工程が追加包含される請求項20記載
    の方法。
  22. 【請求項22】 前記第2の金属層を実質的に侵食しな
    いエッチング剤を用いて前記第1の金属層の露出部分に
    エッチングを施す工程が追加包含される請求項21記載
    の方法。
  23. 【請求項23】 前記第1および第3の金属層がチタン
    から成り、かつ前記第2および第4の金属層が銅から成
    る請求項19記載の方法。
  24. 【請求項24】 (a)チタン、クロム、ニクロム、ステ
    ンレス鋼、マグネシウム、マンガンおよびそれらの合金
    または混合物から成る群より選ばれた金属から成る第1
    の金属層を重合体の表面上に設置し、 (b)銅、金およびそれらの合金または混合物から成る群
    より選ばれた金属から成る第2の金属層を前記第1の金
    属層上に設置し、次いで (c)前記第1の金属層が焼失するような条件を使用し
    ながら酸化雰囲気中において前記第2および第1の金属
    層を相互的に反応させる反応切除法により一緒にレーザ
    切除することによって前記重合体に表面構造を付与する
    諸工程から成る、重合体の表面積を増大させるための方
    法。
  25. 【請求項25】 印刷回路中の破断した導体を修理する
    ための方法において(a)前記導体の両断片とオーム接触
    しかつそれらの間の間隙を橋渡しするようにして前記印
    刷回路上に第1の金属の層を設置し、 (b)前記第1の金属上に紫外線を吸収する第2の金属の
    層を設置し、次いで (c)前記第1および第2の金属が前記導体の両断片にオ
    ーム接触しかつそれらの間に連続的に残留するようにし
    て前記印刷回路から前記第1および第2の金属をレーザ
    切除することにより、前記第1および第2の金属から成
    りかつ前記導体の両断片を接続する導電路を形成する諸
    工程から成る方法。
  26. 【請求項26】(a)抵抗体上に第1の金属の層を設置
    し、 (b)前記第1の金属上に紫外線を吸収する第2の金属の
    層を設置し、次いで (c)所望のパターンに従って前記抵抗体から前記第1お
    よび第2の金属を一緒にレーザ切除することによって前
    記抵抗体に所望の抵抗値を付与する諸工程から成る、抵
    抗体のトリミング方法。
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