JPS5941319B2 - 多層プリント基板の処理 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 背景 多層プリント基板は、プリント回路の設計において価値
ある新らしい応用範囲を与える。

配線交差の可能性を増すことにより生ずる設計の自由度
により、従来の両面基板よりも複雑な回路のよりコンパ
クトで有効な配線が行なえる。しかしながら、各層間の
相互接続は単一の両面プリント基板における簡単なスル
ー接続に比べて、より複雑な問題となつている。執拗な
困難は、多層基板（ＭＬＢ）を穴あけするときに生じる
粘着物と誘電物質の付着に起因する。穴をあけた場合、
その穴の側壁をおおつた粘着性のよごれと誘電体により
、内部の導電層間の適切な電気的接触が妨たげられる。
この問題は、米国特許第４０１２３０７号に記載されて
いる。

そこで提案された解決法は、ガスプラズマ洗浄技術を利
用して穴を洗浄することである。このプラズマ技術は、
以前同じ問題を打解するために利用された化学エッチン
グよりも幾つかの点ですぐれていると言われている。本
発明では、多層プリント基板の穴の側壁から粘着物と誘
電体のよごれを除去することにプラズマエッチングを使
用することが実際利益があることを立証した。

また上述の特許による処理をよりー層改善できることも
発見した。この改善が本特許出願の課題である。従来の
技術では望ましくない誘電体でおおわれた側壁を持つ穴
を持つた多層基板をプラズマチエンバ内で処理した。

チエンバ内で形成されたプラズマは誘電体や他の汚染物
質を腐食して取りさる。しかしながら、従来の技術によ
るプラズマチエンバを使用すれば多くの場合、誘電体の
除去が不完全で非能率的になることを発見した。従来の
エッチング装置の主な問題点は、プラズマの信頼できな
い不均一性と、穴の壁への非能率的な侵透にあることが
判明した。このことを実現するため、平行板電極配置を
使用することにより基板の配置に合うようにプラズマを
整形するという効率的なプラズマ配置の研究を行なつた
。

従来の技術によるプラズマチエンバ（円筒チエンバの外
部につけられたリング電極を使用する）に対して今回の
方法の利点は電極からＭＬＢへの拡散距離が比較的短い
こと、ＭＬＢの表面へのエッチングガスの集中が均一で
あること、表面でのガスの流量を制御できることである
。平行板配置による実験では有望であり、また、この考
えにそつた発展により整形されないプラズマチエンバの
プラズマで得られるものよりも良好な結果を生み出しそ
うな見通しが立つた。しかしながら平行板配置を利用し
ての実験結果には不満足であつた。幾度かのエッチング
において、プラズマ処理後まだ誘電体がＭＬＢの穴の中
に残つていたのである。発明の概要 そこで本発明の課題である、よりー層の改良を工夫した
。

この改良は基板それ自身を、プラズマを励起し閉じ込め
基板に合うよう整形するための電極として利用すること
にある。この変更が処理の効率と均一性において非常に
効果のあることがわかつた。この場合プラズマは有効に
しかも均一第５項、第６項、第７項又は第８項に記載の
方法において、前記多層基板はエポキシ誘電体とともに
積層されていることを特徴とする方法。

１０請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
項、第６項、第７項、第８項又は第９項のいずれかに記
載の方法において、いくつかの積層構体を同時処理のた
めに互いに離して積み重ね、その平面が基本的に平行に
なるようにし、重ねられた構体のうち選ばれたものに電
気的接続を施すことを特徴とする方法。

１１請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
項、第６項又は第７項に記載の方法において、前記チエ
ンバが０．５３２ｍｂａｒから１．９５ｍｂａｒに減圧
されることを特徴とする方法。

１２本質的に平坦なプリント回路配線板を処理する方法
であつて、該配線板を、酸素を含むプラズマに対して露
出する工程を含む多層プリント板処理方法において、前
記プラズマが、 配線板に対して平行に配置されその間に配線板を介在さ
せている電極に電位を印加することにより形成されるこ
とを特徴とする多層プリント板処理方法。

１３請求の範囲第１２項記載の方法において、複数のプ
リント回路配線板が交互に相反する電気的極を有する複
数の平坦電極を用いることにより処理されることを特徴
とする方法。

発明の背景 多層プリント基板は、プリント回路の設計において価値
ある新らしい応用範囲を与える。

配線交差の可能性を増すことにより生ずる設計の自由度
により、従来の両面基板よりも複雑な回路のよりコンパ
クトで有効な配線が行なえる。しかしながら、各層間の
相互接続は単一の両面プリント基板における簡単なスル
ー接続に比べて、より複雑な問題となつている。執拗な
困難は、多層基板（ＭＬＢ）を穴あけするときに生じる
粘着物と誘電物質の付着に起因する。穴をあけた場合、
その穴の側壁をおおつた粘着性のよごれと誘電体により
、内部の導電層間の適切な電気的接触が妨たげられる。
この問題は、米国特許第４０１２３０７号に記載されて
いる。

そこで提案された解決法は、ガスプラズマ洗浄技術を利
用して穴を洗浄することである。このプラズマ技術は、
以前同じ問題を打解するために利用された化学エツチン
グよりも幾つかの点ですぐれていると言われている。本
発明では、多層プリント基板の穴の側壁から粘着物と誘
電体のよごれを除去することにプラズマエツチングを使
用することが実際利益があることを立証した。

また上述の特許による処理をより一層改善できることも
発見した。この改善が本特許出願の課題である。従来の
技術では望ましくない誘電体でおおわれた側壁を持つ穴
を持つた多層基板をプラズマチエンバ内で処理した。

チエンバ内で形成されたプラズマは誘電体や他の汚染物
質を腐食して取りさる。しかしながら、従来の技術によ
るプラズマチエンバを使用すれば多くの場合、誘電体の
除去が不完全で非能率的になることを発見した。従来の
エツチング装置の主な問題点は、プラズマの信頼できな
い不均一性と、穴の壁への非能率的な侵透にあることが
判明した。このことを実現するため、平行板電極配置を
使用することにより基板の配置に合うようにプラズマを
整形するという効率的なプラズマ配置の研究を行なつた
。

従来の技術によるプラズマチェンバ（円筒チエンバの外
部につけられたリング電極を使用する）に対して今回の
方法の利点は電極からＭＬＢへの拡散距離が比較的短い
こと、ＭＬＢの表面へのエツチングガスの集中が均一で
あること、表面でのガスの流量を制御できることである
。平行板配置による実験では有望であり、また、この考
えにそつた発展により整形されないプラズマチエンバの
プラズマで得られるものよりも良好な結果を生み出しそ
うな見通しが立つた。しかしながら平行板配置を利用し
ての実験結果には不満足であつた。幾度かのエツチング
において、プラズマ処理後まだ誘電体がＭＬＢの穴の中
に残つていたのである。発明の概要 そこで本発明の課題である、より一層の改良を工夫した
。

この改良は基板それ自身を、プラズマを励起し閉じ込め
基板に合うよう整形するための電極として利用すること
にある。この変更が処理の効率と均一性において非常に
効果のあることがわかつた。この場合プラズマは有効に
しかも均一にＭＬＢの穴に侵透し洗浄作用を促進するの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の方法によりプリント基板の洗浄に
利用されるプラズマ装置の典型的なものを表わした図で
あり、整形されないプラズマを持つプラズマチエンバを
この図は示している。 第２図は、平行電極配置により処理される材料に合うよ
うにプラズマを整形できる改良された装置をわした同様
の図である。第３図は第１図および第２図と同様な図で
あり、本発明によるプラズマの形成のための方法を示し
ている。第４図はプリント基板を高周波発生器に接続し
た場合の電気的な回路を図解した回路図である。第５図
は第１図から第３図で示されている多層基板の一つの断
面図である。第６図から第１０図までは本発明による処
理に従つた基板の電気的接続を示す回路図である。第１
１図はカバー兼誘電界サプレツサの斜視図である。詳細
な説明 ＭＬＢの穴の洗浄に対する従来技術の方法に関連して利
用された一般的な設計によるプラズマチエンバは第１図
に示される。 プラズマチエンバは１０で示され穴あけされた基板１１
がチエンバ内に入れられている。ドリル穴は１２で示さ
れこれが処理の焦点となる。このチエンバを密閉して排
気した後、全気圧が０．０５から１００トルになるよう
にエツチングガスで満たす。プラズマは電極１３，１４
を介して作動する高周波発生器１５により形成される。
このプラズマはチエンバ１０を満たし基板１１をつつむ
のである。プラズマをプラズマチエンバ内に満たしチエ
ンバ内に置かれたものすべてをつつみこむようなプラズ
マをプラズマチエンバ内に発生させる他の電極配置も知
られており利用された。アルミニウムのプラズマチエン
バは電極として機能するチエンバ壁と、チエンバ内の中
空の円筒により形成される他の電極に関連して使用され
た。電極間で形成されたプラズマは中空の円筒にはいり
込み、円筒内に並べられたプリント基板にまで達する。
これら一般的な装置による多くの試験の結果、この種の
プラズマ処理によつてドリルの穴から誘電体のよごれが
除去されることが立証された。 しかしながら多くの場合において、除去は不完全、不均
一であり誘電体が残つてしまつた。機能の点から見ると
、不完全なエツチングはエツチングしないことと同じで
ある。それゆえにこのプラズマエツチング処理は不満足
なものと見なされるのである。第２図に示される装置は
エツチングの改善を与えるプラズマ技術を促進するもの
である。 ここでチエンバ２０は第１図のチエンバと（普通はアル
ミニウムであるが、導電物質でも非導電物質でもよいこ
とを除いて）同様であるが外部の高周波電極を持たない
。穴あけされた基板２１をチエンバ内に並べる。ここで
各基板は図に示されるように高周波電極２２と２３の間
に置く。この平行板電極配置はプラズマを整形しプラズ
マを基板のみに限定する。プラズマのドリル穴への侵透
は第１図の配置に比べて増加するのである。この配置を
使用したことにより注意すべき結果が得られた。 この二つの配置の比較実験により平行板配置の方が整形
されないプラズマで得られた結果よりも信頼できるエツ
チング結果を与えることが立証された。ＭＬＢの誘電体
は市販されている製品に使用されているエポキシ樹脂で
あつた。アクリルやポリイミドのような他の誘電材料に
おいてもここに記載のものと比べて少なくとも定性的に
は同等の結果になると思われる。実験の大部分において
、ＣＦ４の体積パーセントが２０から６０ｆ）０２ＣＦ
４混合ガスをエツチングガスとして使用したが、他のエ
ツチングガスも同様に使用できる。０．１０から０．２
０トルのガス圧が満足のいく結果を与えた。 適当な状態にすれば０．０５から１００トルというより
広い範囲でガス圧を変化できると予想される。またエツ
チング速度を上げるため基板温度を９５℃以上に上げて
エツチング速度を高めることが望ましいことが判明した
。高周５波電力を調整して基板を熱し過ぎないようにす
ることも必要とされる。平行板配置による実験ではこの
処理が有効であるが最適でぱないことが示された。 不完全で不均一なエツチング例がしばしば発生し、より
一層の改善を必要とすることがわかつた。この技術改善
は第３図に示される配置によつてなされた。 ここで多層基板３１は図で示されるようにチエンバ３０
の電極３２内に支えられている。基板は高周波電極３３
が基板の一方の側の銅あるｊいは導電シート３４（第５
図）に接し、中間にある高周波電極４０が基板の他方の
側の導電シート３５（第５図）に接するように絶縁スペ
ーサ３６のみぞに並べられる。 同様に中間にある高周波電極４０は次のＭＬＢの導電シ
ート３４に接し、電極３２は基板の他方の側の導電シー
ト３５に接する。誘電界サプレツサ（ＤＦＳ）３７はプ
ラズマをさらに基板に限定し基板に合うよう整形するた
めに、各基板３６の上部と下部のみならず基板の前部と
後部の端に置かれる。これらの誘電界サプレツサは基板
全体にわたりエツチングの均一性と完全性を改善する。
高周波発生器３９や他の直流、交流、直流パルス電流な
どの電源は各基板の表面導電層３４，３５の間で発生し
、穴３８に向かつて広がるプラズマを励起するために使
用する。この配置はプラズマがまさにエツチングをうけ
る場所で形成されるという理由で魅力があるのである。
基板の表面導電層の接続を電気的な回路で示すことは説
明上好都合である。第４図に示されるような電気的な直
並列配置において付加的な基板を追加してもよい。また
は直状の直列配置もしくは直状の並列配置を本装置の適
切な直状の変形例とともに使用してもよい。 先に示した配置は非常に有利な点を含んでいる。例えば
一番外側の２枚の基板の外側の面は同じ電位であるため
、接地された容器の形をした電極３２に直接つなぐこと
ができる。他の配列も同様に、もしくはもつと効率よい
ように設計することが可能である。 たとえば各導電シートの上部と下部の縁のために導電性
もつトラツクをつくることは便利であるとわかるであろ
う。使用される物質はここでも色々なものが可能である
。金属のばね状の電極を基板の出し入れに使つてもよい
。図示の装置に接続して使用する様々な気体導流装置が
工夫される。電極３２付近の気体が阻止され、チエンバ
に入つた気体が内側の処理チエンバだけに流れるように
平板で分割することは有用であることがわかつた。高周
波電極としての基板の導電シートの間で作られるプラズ
マを使つた多層基板のプラズマ洗浄は現実的であり非常
に成功した。 この配置の方が加熱が効率的であり、基板の曲がりが小
さい。基板の並列配置したものは整形されてないプラズ
マチエンバに比べて効率がよく均一であるが、それより
も常に、さらにエツチングの効率がよく均一性が高い。
使用したエツチング条件は平行板電極配置の実験につい
て述べたものと本質的に同じである。以下の特定の実施
例では有益な結果をもたらすとわかつた条件を示す。以
下は４枚のエポキシガラスＭＬＢ基板を同時に処理する
実例である。 第３図に見られるように、基板は真空チエンバの中で支
えられ高周波電極はそれぞれの銅面シートに接している
。４枚の基板はあらかじめ８０℃に熱しておく。 真空は０．００トルまで引き、ＣＦ４と０２の等しい割
合の混合気体を０．１００トルになるまで入れる。高周
波発生器の電力は１５００ワツトに合わせ、基板は６０
分間処理する。高周波電源を切り気体を止め、系を大気
圧にもどしチエンバを排気し基板を抜く。この手順は一
例であり、適当な結果を得るためには他の手順も工夫す
る余地がある。この手順はエポキシガラスの多層基板か
らすべての付着物を効率よく取り去るために用いられて
きた。プラズマの生成や生成の補助のために電極として
使う多層基板の物質や配置を変えた場合には若干の調整
が必要かもしれない。エポキシガラス多層基板について
は以下の条件が推奨できる。 両面に導体面をもつ穴のあけられた基板のエツチング処
理について述べてきた。 基板の片面が絶縁体もしくは両面すら絶縁体の場合（こ
の場合すべての導体層は基板の内部にある）も予見する
ことができる。そのような構造のものは内部のいずれか
の２層に電極を施すことにより本発明の方法で処理可能
である。また、２枚もしくはそれ以上の基板を同時に処
理する際それぞれすべての基板の表面に電極を施すこと
は必要ではなく、いくつかの場合では好ましくすらない
ことがわかつた。 第６図〜第１０図に示される電気的接続の配置は第４図
に示されるものにかわるものとして使用し得ることがわ
かつた。第６図は第４図においてｎ枚の基板がある場合
の電気的接続を図によつて表したものであり、コンデン
サとして働く１番目、２番目、ｎ番目の基板を示してい
る。 第７図では電気的接続が最初と最後の基板の外側の層に
だけになされたものである。第８図では隣り合つた２枚
の基板間の接続が付け加えられており、実際につながつ
ている基板間領域（１つまたはそれ以上）と接続されて
いない領域（１つまたはそれ以上）をも示している。第
９図および第１０図ではいくつかの基板層が電気的につ
ながつており、またいくつかの基板層がつながつていな
くてその接続のいくつかは接地され他は高周波源につな
がつている。第１０図の相互接続は第７図の配置を２つ
の部分に増して並列に高周波源に接続したものであるこ
とがわかる。接地された平面電極が容器から絶縁された
電気的配置を使つて好結果を得た。接地はチエンバにね
じでとりつけられた帯金でなされる。この配置は前述の
両配置がいくつかの応用でうまく働くように代りの方法
とも考えられる。第７図に示されるｎ＝２の場合の電気
的配置は特に効率的であるとわかつた。 接地装置や接地の帯金の長さといつた装置の幾何的変化
に対する高周波電場分布の依存性が軽減されることがわ
かつた。この配置もブライトブラズマ領域とダークプラ
ズマ領域を作り出すことがわかつた。ブライトの範囲は
基板の表面に電気的接続のない基板の間の領域に相当し
、ダークの範囲は表面に電気的接続がある基板間領域に
相当する。ブライトの領域はダーク領域より高圧であり
基板間や穴の中に圧力差をつくり出し、気体を穴の中に
流し込みそれによつて穴内の表面のエツチングを向上さ
せるのである。この電気的配置を使うと基板のエツチン
グは高い圧力の方がよくなることがわかり、０．４トル
かＪフ θ ら１，５トルまでの圧力範囲が好ましい。 これらのより高い圧力では基板表面における温度の均一
性は圧力の調節により変わることがある。たとえば０．
４ＨＬにおいては基板の中心は前後の縁の部分より急速
に熱くなることがわかつた。０．２ＨＬでは前後が中央
より早く熱くなつた。 経験では基板の中で最もエツチングが難かしいのは中央
部分であるから、基板の中心が少なくとも前後と同じ温
度になるよう圧力を調節する方が有利であることがわか
つた。また、この配置で効率よくエツチングするに必要
な電力は先に述べた配置で使われる電力より小さいこと
もわかつた。 電力は約１５００ワツトから約５００〜８００の間の値
に軽減される（４枚の基板の場合）。いくつかの条件下
で穴のうちのあるものからプラズマが乱れ広がるのを観
測した。 これは、これらの穴で急速なエツチングが行なわれてい
ることを示す。それゆえ一様なエツチングを行なうため
にこの乱れを除去することが望ましい。プラズマの乱れ
の除去は乱れが起こるよりも小さい電力に軽減するか、
または扱う気体を上げることによつて達成される。しか
し、部分的エツチングや急速なエツチングが場合によつ
て便利なことがあり、このときにはプラズマの乱れが起
こつてもかまわずプラズマの乱れが促進されるよう調節
する。これまで作成したプラズマ処理チエンバの進んで
いる点は、先に述べた誘電界サプレツサ（ＤＦＳ）を用
いている点である。 これはチエンバ内で希望する場所にプラズマ密度を決定
するのに特に有利だと思われる。誘電界サプレツサは固
定されたブラケツトもしくは１ｆドア１ｆ（第１１図の
７０）に入れるのが便利である。ドアは左、右、上また
は下側をちようつがいで止めてもよく、この例では示さ
れているように気体の流れを容易にするために穴があけ
られている。他の気体導流装置も工夫の余地がある。こ
の配置は基板の出し入れが容易であることは明らかであ
る。この種の方法はより多くの基板を収容できる装置寸
法であるので特に便利である。第６図〜第１０図につい
て、処理される基板は第１図〜第３図に見られる配置に
似ていると理解されよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁層によつて分離された複数の金属層とそこを貫
   通する穴を有する積層型構体を処理する多層プリント板
   処理方法であつて減圧で酸素を含むガス混合体を含むチ
   ェンバ内に該構体を置く工程を含む処理方法において、
   該積層型構体の金属層に対して電気的に接触させる工程
   と；該穴内に広がるガスプラズマを生成するように該接
   触点に電場を印加する工程とを含むことを特徴とする多
   層プリント板処理方法。 ２ 請求の範囲第１項記載の方法において、前記構体は
   多層プリント基板であることを特徴とする方法。 ３ 請求の範囲第１項または第２項記載の方法において
   、前記金属層が銅またはアルミニウムであることを特徴
   とする方法。 ４ 請求の範囲第１項、第２項又は第３項に記載の方法
   において、前記誘電界サプレッサがプリント基板の縁を
   囲むことを特徴とする方法。 ５ 請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項の記
   載の方法において、前記チェンバが穴のエッチングを促
   進するために酸素の他に気体を含むことを特徴とする方
   法。 ６ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第
   ５項に記載の方法において、前記チェンバはＣＦ＿４と
   Ｏ＿２の体積比が２０対８０から８０対２０であること
   を特徴とする方法。 ７ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
   項又は前６項に記載の方法において、前記電界が高周波
   電界であり、基板を２０〜１７５℃の範囲内の温度に保
   つのに十分なレベルに電界を調節することを特徴とする
   方法。 ８ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
   項、第６項又は第７項に記載の方法において、前記チェ
   ンバが総気圧０．０５から０．４００トールまで減圧さ
   れていることを特徴とする方法。 ９ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５
   項、第６項、第７項又は第８項に記載の方法において、
   前記多層基板はエポキシ誘電体とともに積層されている
   ことを特徴とする方法。 １０ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第
   ５項、第６項、第７項、第８項又は第９項のいずれかに
   記載の方法において、いくつかの積層構体を同時処理の
   ために互いに離して積み重ね、その平面が基本的に平行
   になるようにし、重ねられた構体のうち選ばれたものに
   電気的接続を施すことを特徴とする方法。 １１ 請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第
   ５項、第６項又は第７項に記載の方法において、前記チ
   ェンバが０．５３２ｍｂａｒから１．９５ｍｂａｒに減
   圧されることを特徴とする方法。 １２ 本質的に平坦なプリント回路配線板を処理する方
   法であつて、該配線板を、酸素を含むプラズマに対して
   露出する工程を含む多層プリント板処理方法において、
   前記プラズマが、 配線板に対して平行に配置されその間に配線板を介在さ
   せている電極に電位を印加することにより形成されるこ
   とを特徴とする多層プリント板処理方法。 １３ 請求の範囲第１２項記載の方法において、複数の
   プリント回路配線板が交互に相反する電気的極を有する
   複数の平坦電極を用いることにより処理されることを特
   徴とする方法。