JPH11103149A - バイアホール形成方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 湿式後処理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。 【解決手段】 金属膜上のポリマー層に、前記金属膜に
達するバイアホールを形成する方法であり、レーザ光を
用いて前記ポリマー層にバイアホールを形成する第１の
工程と、乾式処理により前記バイアホールの加工残物を
除去する第２の工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイアホール形成
方法及び装置に関し、特にレーザ光を用いて多層プリン
ト回路基板にバイアホールを形成するバイアホール形成
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化、高密度実装化に伴
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。

【０００３】バイアホールを形成する方法として、以前
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。

【０００４】従来、この種のレーザによるバイアホール
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。

【０００５】また、エキシマレーザは、装置価格及びラ
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、エキ
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。

【０００７】また、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザを用
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３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。

【０００８】本発明の課題は、湿式後処理のような複雑
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
供することにある。

【０００９】本発明の他の課題は、上記のバイアホール
形成方法に適したレーザ加工装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属膜上のポ
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であり、レーザ光を用いて前記
ポリマー層にバイアホールを形成する第１の工程と、乾
式処理により前記バイアホールの加工残物を除去する第
２の工程とを含むことを特徴とする。

【００１１】前記第２の工程は、前記第１の工程におけ
るレーザ光とは波長の異なるレーザ光を前記バイアホー
ルに照射して行うことが好ましい。

【００１２】本発明によればまた、レーザ光を出射する
レーザ発振部と、前記レーザ光を被加工物における金属
膜上のポリマー層に照射して、前記金属膜に達するバイ
アホールを形成するための第１の光学系と、前記被加工
物に形成された前記バイアホールの加工残物を乾式処理
により除去する加工残物除去手段とを有することを特徴
とするレーザ加工装置が提供される。

【００１３】前記第１の光学系は、前記レーザ光を前記
被加工物の任意の位置に照射するための駆動系を含むこ
とが好ましい。

【００１４】また、前記被加工物を保持するとともに、
該被加工物を移動させることが可能なＸ−Ｙステージを
備えることにより、前記加工残物除去手段は、該Ｘ−Ｙ
ステージ上において前記被加工物に形成された前記バイ
アホールの加工残物を除去する。

【００１５】前記加工残物除去手段は、前記レーザ光と
は波長の異なるレーザ光を生成する手段と、該波長の異
なるレーザ光を前記バイアホールに照射する第２の光学
系とを含むことが好ましい。

【００１６】前記レーザ光とは波長の異なるレーザ光を
生成する手段は、前記レーザ発振部からのレーザ光の波
長を変換する手段を含むことで実現することができる。

【００１７】また、前記レーザ光とは波長の異なるレー
ザ光を生成する手段として、前記レーザ発振部とは別の
レーザ発振部を備えても良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１に本発明の実施の形態による
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、１２にそれぞれ対応する第１及び第２の２軸ス
キャンミラー１３、１４と、ｆθレンズと呼ばれる第１
及び第２の集束レンズ１５、１６と、被加工物１７を載
置するＸ−Ｙステージ１８を有している。第１のレーザ
発振部１１、第１の２軸スキャンミラー１３、及び集束
レンズ１５は、第１の工程を行うためのものであり、第
２のレーザ発振部１２、第２の２軸スキャンミラー１
４、及び集束レンズ１６は、第２の工程を行うためのも
のである。

【００１９】第１のレーザ発振部１１は、赤外域のレー
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、更にはこの種の固体レーザの第２、第
３、またはそれ以上の高調波レーザを使用することがで
きる。

【００２０】また、第２のレーザ発振部１２は、紫外乃
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、アルゴン、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。

【００２１】２軸スキャンミラーは、互いに異なる方向
に回動可能な２枚のミラーを組み合わせて実現され、第
１、第２のレーザ発振部１１、１２からのレーザ光をＸ
−Ｙ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
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、被加工
物１７上の所定の位置に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。

【００２２】本形態の装置では、２つの２軸スキャンミ
ラーをそれぞれ独立制御することができるので、第１、
第２のレーザ発振部１１、１２からのレーザ光をそれぞ
れ異なる位置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、第１のレ
ーザ発振部１１からのレーザ光で絶縁層にバイアホール
を形成する工程と、第２のレーザ発振部１２からのレー
ザ光でバイアホールに残った加工残物を除去する工程と
を（異なるバイアホールに対して）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
工時間を短縮することができる。

【００２３】また、本形態の装置では、Ｘ−Ｙステージ
１８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１８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、１０Ｈｚ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。

【００２４】第１及び第２の集束レンズ１５、１６は、
第１及び第２のスキャンミラー１３、１４でそれぞれ振
られたレーザ光が被加工物１７の表面上で所定の径とな
る様にレーザ光を集束させる。集束レンズ１５は、赤外
光を集束させるので、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、溶
融石英や、ＢＫ７が使用される。なお、第１及び第２の
集束レンズ１５、１６の各表面は、その透過率を考慮し
た上でコーティングされている。

【００２５】この装置を用いて、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（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。

【００２６】まず、多層プリント回路基板をＸ−Ｙステ
ージ１８に搭載する。そして、レーザ光発振部１１から
出射した赤外レーザ光を、２軸スキャンミラー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２
１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。上記のような穴は、
通常、所定範囲の１つの加工領域に複数個形成される。

【００２７】１つの加工領域に対する穴あけ加工が終了
したら、この多層プリント回路基板をＸ−Ｙステージ１
８を用いて移動させる。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、２軸スキャン
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。

【００２８】このように、本形態によれば、高速加工が
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。なお、紫外線
レーザを用いる場合は、酸素をアシストガスとして使用
するとカーボン発生を更に抑えることができる。

【００２９】実際に、炭酸ガスレーザでポリマー製絶縁
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。

【００３０】なお、第２のレーザ発振部１２に使用可能
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。

【００３１】また、ＹＡＧレーザとＹＬＦレーザとは、
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。

【００３２】また、銅蒸気レーザは、ピークパワーが大
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。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ある波長のレーザ光を
用いてポリマー層に穴を形成し、その後別の波長のレー
ザ光で加工残物を取り除くようにしたことで、湿式の後
処理を必要としない。また、レーザ光を２軸スキャンミ
ラーによって非加工物上を走査できるようにしたことに
より、高速加工が可能なバイアホール形成方法及びレー
ザ加工装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図である。

【図２】図１の装置によるバイアホールの形成工程を説
明するための工程図である。

【図３】導体膜上のポリマー層に赤外域レーザ光で形成
した穴の斜視図である。

【符号の説明】

１１、１２ レーザ発振部 １３、１４ ２軸スキャンミラー １５、１６ 集束レンズ １７ 被加工物 １８ Ｘ−Ｙステージ ２１ ポリマー製絶縁層 ２２ 導電層 ２３ 穴 ２４ 加工残物

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属膜上のポリマー層に、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、レーザ光を用いて前記ポリマー層にバイアホー
   ルを形成する第１の工程と、乾式処理により前記バイア
   ホールの加工残物を除去する第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。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバイアホール形成方法に
   おいて、前記第２の工程を、前記第１の工程におけるレ
   ーザ光とは波長の異なるレーザ光を前記バイアホールに
   照射して行うことを特徴とするバイアホール形成方法。
3. 【請求項３】 レーザ光を出射するレーザ発振部と、前
   記レーザ光を被加工物における金属膜上のポリマー層に
   照射して、前記金属膜に達するバイアホールを形成する
   ための第１の光学系と、前記被加工物に形成された前記
   バイアホールの加工残物を乾式処理により除去する加工
   残物除去手段とを有することを特徴とするレーザ加工装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のレーザ加工装置におい
   て、前記第１の光学系は、前記レーザ光を前記被加工物
   の任意の位置に照射するための駆動系を含むことを特徴
   とするレーザ加工装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のレーザ加工装置におい
   て、更に、前記被加工物を保持するとともに、該被加工
   物を移動させることが可能なＸ−Ｙステージを備え、前
   記加工残物除去手段は、該Ｘ−Ｙステージ上において前
   記被加工物に形成された前記バイアホールの加工残物を
   除去することを特徴とするレーザ加工装置。
6. 【請求項６】 請求項３〜５のいずれかに記載のレーザ
   加工装置において、前記加工残物除去手段は、前記レー
   ザ光とは波長の異なるレーザ光を生成する手段と、該波
   長の異なるレーザ光を前記バイアホールに照射する第２
   の光学系とを含むことを特徴とするレーザ加工装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のレーザ加工装置におい
   て、前記レーザ光とは波長の異なるレーザ光を生成する
   手段は、前記レーザ発振部からのレーザ光の波長を変換
   する手段を含むことを特徴とするレーザ加工装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載のレーザ加工装置におい
   て、前記レーザ光とは波長の異なるレーザ光を生成する
   手段として、前記レーザ発振部とは別のレーザ発振部を
   備えることを特徴とするレーザ加工装置。