JP4181807B2

JP4181807B2 - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP4181807B2
Application number: JP2002202065A
Authority: JP
Inventors: 直寛眞篠
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004042082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工方法に関し、更に詳細にはシリコン基板、樹脂基板又は樹脂フィルムから成る被加工物にレーザ光を照射して貫通孔を形成するレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型化に伴なって、パッケージ内に複数個の半導体チップを配置したマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）等が実用化され、半導体装置の高性能化と小型化とが図られている。
かかるＭＣＰとしては、図４に示す三次元ＭＣＰや図５に示す二次元ＭＣＰがある。
図４に示す三次元ＭＣＰでは、積層された複数個の半導体チップ１００，１００・・は、相互にヴィア１０２で電気的に接続されている。
また、図５に示す二次元ＭＣＰでは、複数個の半導体チップ２００，２００・・は、パッケージ基板２０６上に載置されたシリコンインターポーザ２０２を介して形成された多層回路基板２０４上に搭載されている。この半導体チップ２００，２００・・の各々は、多層回路基板２０４内に形成された導体パターン及びシリコンインターポーザ２０２を貫通するヴィア２０８，２０８・・を介してパッケージ基板２０６と電気的に接続されている。
この様に、図４及び図５に示すＭＣＰでは、半導体チップ１００やシリコンインターポーザ２０２を貫通するヴィア１０２（２０８）が形成されている。
【０００３】
かかるヴィア１０２（２０８）を形成するには、半導体チップ１００やシリコンインターポーザ２０２に貫通孔１０４（図４）を形成することが必要である。従来、半導体チップ１００やシリコンインターポーザ２０２の様なシリコン基板にヴィア形成用の貫通孔を形成する方法には、プラズマを用いたプラズマ加工方法やレーザ光を用いたレーザ加工方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる方法のうち、プラズマ加工方法によれば、内壁面等に付着する付着物が極めて少ない清浄な貫通孔をシリコン基板に形成できる。
しかしながら、プラズマ加工方法は、貫通孔の形成コストが高くなり、低コストでシリコン基板に貫通孔を形成できる方法が要請されている。
一方、シリコン基板にレーザ光を照射して貫通孔を形成するレーザ加工方法によれば、プラズマ加工方法に比較して、シリコン基板に低コストで貫通孔を形成できるが、清浄な貫通孔を形成できない。
つまり、レーザ加工方法によってシリコン基板に貫通孔を形成する際には、図６に示す如く、空間部３０４が形成されたステージ３０２を用い、空間部３０４に貫通孔３０６を形成する個所が位置するように、ステージ３０２上に載置したシリコン基板３００にレーザ光Ｌを照射する。
この様にして形成された貫通孔３０６には、そのレーザＬの照射側の開口周縁近傍には、レーザ光Ｌの照射によってシリコン基板３００から飛散した飛散物が付着・堆積して堆積物（レーザドロス）３０８が形成されている。
更に、飛散物は、貫通孔３０６の内壁及びステージ３０２に載置したシリコン基板３００の載置面にも付着している。
【０００５】
かかるレーザドロス３０８や飛散物を放置すると、後工程でシリコン基板３００から剥離し、異物となって製品の信頼性等を低下させ易い。
このレーザドロス３０８や飛散物は、苛性カリ(KOH)溶液でシリコン基板３００を洗浄することによって除去可能ではあるが、苛性カリ(KOH)溶液での洗浄中に、シリコン基板３００の一面側に形成した配線パターン等を損傷するおそれがある。
また、レーザ光Ｌの照射で貫通孔３０６を形成すると、貫通孔３０６の形成中に、レーザ光Ｌの熱によってシリコン基板３００が部分的に加熱されて焼けが生じることがある。かかる焼けが生じなくても、熱がシリコン基板３００内に蓄熱されて配線パターン等が熱損傷を受けるおそれもある。
従って、従来は、レーザ光を照射してシリコン基板に貫通孔を形成するレーザ加工方法は、工業的に採用され難い。
しかしながら、レーザ加工方法によるシリコン基板の貫通孔の形成は、プラズマ加工による貫通孔の形成に比較して、シリコン基板に低コストで貫通孔を形成できる。
従って、レーザ加工中のシリコン基板３００の放熱性を向上でき、形成された貫通孔の穴の開口周縁に形成されたレーザドロス３０８や貫通孔３０６の内壁面に付着した飛散物を容易に清掃できるならば、工業的に採用され易い。
このため、特開２００２−１８５８６号公報には、容器に貯めた水とシリコン基板３００の一面側とを接触させた状態で、シリコン基板３００の他面側にレーザ光Ｌを照射して貫通孔３０６を形成するレーザ加工方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前掲の公開公報で提案されたレーザ加工方法によれば、レーザ加工中のシリコン基板３００の放熱性を向上できると共に、形成された貫通孔の穴の開口周縁に形成されたレーザドロス３０８や貫通孔３０６の内壁面に付着した飛散物を可及的に少なくできる。
しかしながら、レーザ加工の際には、常に、シリコン基板３００の一面側を、容器に貯めた水と接触させておくことは、シリコン基板３００の保持機構や水の圧力調整機構等が複雑となる。
特に、近年、ヴィア加工用の貫通孔を、薄化されたシリコン基板や樹脂フィルムに形成することも要請されつつある。このため、薄化されたシリコン基板や樹脂フィルムの一面側を、容器に貯めた水と接触させておくことは、その保持機構や水の圧力調整機構等が更に複雑化し、工業的に採用され難い。
そこで、本発明の課題は、薄化されたシリコン基板や樹脂フィルムから成る被加工物の一面側を容易に水と接触させつつ、その他面側にレーザ光を照射して貫通孔を形成するレーザ加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、寒天から成り、層内に水を保持する保水ゲル層をガラス板上に形成し、この保水ゲル層の表面に薄化されたシリコン基板の一面側を密着させてレーザ加工を施すことにより、レーザ加工中のシリコン基板の放熱性を向上でき、形成された貫通孔の穴の開口周縁に形成されたレーザドロスや貫通孔の内壁面に付着した飛散物を可及的に少なくできることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、シリコン基板、樹脂基板又は樹脂フィルムから成る被加工物にレーザ光を照射して貫通孔を形成する際に、該被加工物を保持する保持板上に、前記レーザ光の照射によって加熱された前記被加工物の加熱部分を水の蒸発によって冷却できるように、層内に水を保持する保水ゲル層を形成した後、前記保水ゲル層の上面に一面側が密着するように載置した前記被加工物を、その他面側からレーザ光を照射して貫通孔を形成することを特徴とするレーザ加工方法にある。
かかる本発明において、保水ゲル層を、寒天、ゼラチン又はキトサンゲルによって形成することによって、容易に保水ゲル層を形成できる。
更に、保水ゲル層として、層内に補強材が配設されている保水ゲル層を用いることにより、保水ゲル層の取扱性を向上できる。
また、保持板を冷却してレーザ加工を施すことによって、レーザ加工中の被加工物の放熱性を更に向上できる。
【０００８】
本発明によれば、シリコン基板、樹脂基板又は樹脂フィルムから成る被加工物の一面側を保水ゲル層に密着させた状態で、被加工物の他面側からレーザ光を照射するため、被加工物が薄化されていても、その保持を容易に行うことができる。
更に、レーザ光からの熱によって加熱された被加工物の加熱部分は、保水ゲル層に保持されている水の蒸発によって冷却され、焼けの発生は勿論のこと、配線パターンが形成されていても、熱による損傷を防止できる。
また、被加工物に貫通孔が貫通された際には、レーザ光が保水ゲル層にも照射される。このため、保水ゲル層の層内に保持されていた水がレーザ光によって急激に蒸発して貫通孔を吹き抜ける。その際に、レーザ加工によって形成された貫通孔の開口周縁のレーザドロスや貫通孔の内壁面に付着する飛散物を吹き飛ばす結果、形成した貫通孔の開口周縁のレーザドロスや貫通孔の内壁面に付着した飛散物を可及的に少なくできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザ加工方法の一例を図１に示す。図１では、互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とに移動可能なＸ−Ｙテーブル１０上に、ガラス製の保持板１２が載置されており、この保持板１２上には、寒天から成る保水ゲル層１４が形成されている。保水ゲル層１４の層内には、保水ゲル層１４の全重量に対して９０重量％以上の水が保持されている。
かかる保水ゲル層１４の上面には、シリコン基板１６が、その一面側を密着して載置されている。このため、シリコン基板１６が薄化されていても、その保持を容易に行うことができる。
この様に、保水ゲル層１４の一面側が密着されて保持されたシリコン基板１６の他面側には、レーザ照射装置（図示せず）からレーザ光Ｌを所定個所に照射して貫通孔１８を形成する。
この貫通孔１８を形成する際に、シリコン基板１６のレーザ光Ｌが照射された加熱部分は、保水ゲル層１４に保持されている水が蒸発して冷却され、焼けの発生は勿論のこと、加熱部分に配線パターンが形成されていても、熱による損傷を防止できる。
また、シリコン基板１６に貫通孔１８が貫通された際には、レーザ光Ｌが保水ゲル層１４にも照射される。このため、保水ゲル層Ｌの層内に保持されていた水がレーザ光Ｌの照射によって急激に蒸発して貫通孔１８を吹き抜ける。その際に、貫通孔１８の開口周縁のレーザドロスや貫通孔１８の内壁面に付着する飛散物を吹き飛ばす結果、貫通孔１８の開口周縁のレーザドロスや貫通孔の内壁面に付着した飛散物を可及的に少なくできる。
【００１０】
更に、図６に示す従来のレーザ加工方法では、レーザ光Ｌの照射によって被加工物としてのシリコン基板３００に貫通孔３０６が貫通した際には、レーザ光Ｌの照射によって形成された飛散物が、ステージ３０２に形成された空間部３０４内に広がる。このため、シリコン基板３００のステージ側においても、貫通孔３０６の開口面周縁にレーザドロス３０８が付着する。
この点、図１に示すシリコン基板１６の一面側は、保水ゲル層１４に密着しているため、シリコン基板１６に貫通孔１８が貫通された際にも、レーザ光Ｌの照射によって形成された飛散物が、シリコン基板１６の一面側に付着することを防止できる。
また、図６に示す従来のレーザ加工方法では、ステージ３０２に形成された空間部３０４と貫通孔３０６を形成するシリコン基板３００の個所との位置合せが必要である。このため、ステージ３０２及びシリコン基板３００には、特別の位置合せ用のマークが必要である。
一方、図１に示す加工方法では、シリコン基板１６を、その一面側を保水ゲル層１４の上面と密着させて載置することで足りるため、シリコン基板１６の位置決めを容易とすることができる。
【００１１】
ところで、図１に示すレーザ加工方法では、保水ゲル層１４は、薄化されたシリコン基板１６を載置する載置面が平坦面であり且つ厚さも一定である保水ゲル層１４を用いる。
かかる保水ゲル層１４を、図２に示す方法で形成することができる。図２に示す方法では、先ず、ガラス製の保持板１２の一面側に、所定高さの枠状のスペーサ２０を載置し、スペーサ２０で囲まれた枠内に、寒天を加熱溶解した溶液をスペーサ２０の上端面から表面張力で盛り上がる状態まで注ぎ込む。
次いで、スペーサ２０の上端面にガラス製の平板状の蓋２２を被せて冷却することによって、上面が平坦面で且つ厚さが一定の保水ゲル層１４を保持板１２上に形成できる。
この様に、保持板１２上に保水ゲル層１４を形成することによって、保水ゲル層１４の搬送等を容易とすることができる。
かかる保水ゲル層１４が形成された保持板１２を、図１に示すレーザ加工の際に、冷却することによって、レーザ加工の際に、保水ゲル層１４の形態を保持できると共に、レーザ光Ｌが照射されたシリコン基板１６からの熱除去を更に効率的に施すことができる。
【００１２】
図１に示す保水ゲル層１４は、その形態をゲルのみで保持しているため、その取扱性が問題となる場合がある。
この場合、保水ゲル層１４内に補強材としての網体、不織布又は紙等の多孔質体を配設することによって、保水ゲル層１４の強度等の力学的特性を向上し、その取扱性を向上できる。
この補強材を保水ゲル層１４内に配設するには、図３に示す様に、分割可能なスペーサ２０ａ，２０ｂを用いる。このスペーサ２０ａ，２０ｂの間に、補強材２４の端部を挟み込み、保持板１２の一面側に載置する。
次いで、スペーサ２０ａ，２０ｂで囲まれた枠内に、寒天を加熱溶解した溶液を、スペーサ２０ａ，２０ｂの上端面から表面張力で盛り上がる状態まで注ぎ込む。
その後、スペーサ２０の上端面にガラス製の平板状の蓋２２を被せて冷却することによって、上面が平坦面で且つ厚さが一定の保水ゲル層１４であって、内部に補強材２４が配設された保水ゲル層１４を形成できる。
この様に、内部に補強材２４が配設された保水ゲル層１４は、その力学的特性が向上されているため、保持板１２と別部材上で形成した後、保持板１２上に容易に載置できる。
尚、図１〜図３に示す保水ゲル層１４は、寒天によって形成しているが、ゼラチン又はキトサンゲルによっても形成できる。
【００１３】
また、シリコン基板１６のレーザ光Ｌが照射される他面側には、貫通孔１８の形成途中に発生する飛散物が付着し易い。このため、シリコン基板１６の他面側に剥離し易い紙等の剥離シートを貼着し、レーザ加工の終了後に剥離シートを剥離することによって、飛散物の付着が極めてすくない、貫通孔１８が形成されたシリコン基板１６を得ることができる。
或いは、シリコン基板１６の他面側に金属めっき層を形成した後、レーザ光Ｌを照射して貫通孔１８を形成する。その後、金属めっき層をエッチングで除去することによっても、飛散物の付着が極めてすくない、貫通孔１８が形成されたシリコン基板１６を得ることができる。
尚、以上の説明では、被加工物としてシリコン基板１６について説明してきたが、樹脂基板又は樹脂フィルムを被加工物としても本発明を適用できる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ加工方法によれば、被加工物の一面側を保水ゲル層に密着させた状態で、被加工物の他面側からレーザ光を照射するため、被加工物が薄化されていても、その保持を容易に行うことができる。
更に、レーザ加工後には、被加工物に焼けの発生は勿論のこと、配線パターンが形成されていても、熱による損傷を防止できるため、最終的に得られる電子部品の信頼性を向上できる。
しかも、レーザ加工によって被加工物に形成した貫通孔の開口周縁のレーザドロスや貫通孔の内壁面に付着した飛散物を可及的に少なくできるため、残留している飛散物等を容易に清掃できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工方法の一例を説明するための説明図である。
【図２】図１に示す保水ゲル層１４の形成方法を説明するための説明図である。
【図３】他の保水ゲル層１４の形成方法を説明するための説明図である。
【図４】マルチチップパッケージ（ＭＣＰ）の一例を説明する部分断面図である。
【図５】マルチチップパッケージ（ＭＣＰ）の他の例を説明する説明図である。
【図６】従来のレーザ加工方法を説明するための部分断面図である。
【図７】従来のレーザ加工方法で形成された貫通孔の状態を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
１０テーブル
１２保持板
１４保水ゲル層
１６シリコン基板
１８貫通孔
２０，２０ａ，２０ｂスペーサ
２４補強材

Claims

シリコン基板、樹脂基板又は樹脂フィルムから成る被加工物にレーザ光を照射して貫通孔を形成する際に、
該被加工物を保持する保持板上に、前記レーザ光の照射によって加熱された前記被加工物の加熱部分を水の蒸発によって冷却できるように、層内に水を保持する保水ゲル層を形成した後、
前記保水ゲル層の上面に一面側が密着するように載置した前記被加工物を、その他面側からレーザ光を照射して貫通孔を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
保水ゲル層を、寒天、ゼラチン又はキトサンゲルによって形成する請求項１記載のレーザ加工方法。
保水ゲル層として、層内に補強材が配設されている保水ゲル層を用いる請求項１又は請求項２記載のレーザ加工方法。
保持板を冷却してレーザ加工を施す請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工方法。