JP2004235202A

JP2004235202A - 配線基板におけるビア形成方法

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Publication number: JP2004235202A
Application number: JP2003018619A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hayashi; 伸之林; Tomoyuki Abe; 知行阿部; Motoaki Tani; 元昭谷; Hiroyuki Machida; 裕幸町田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP4094965B2

Abstract

【課題】デスミア処理時における絶縁層表面の粗化をより確実に防ぐとともに、レーザによるビアホール形成性に優れたビア形成方法を提供する。
【解決手段】配線基板１におけるビア形成方法は、配線層１１が設けられた回路配線面に絶縁層２が積層形成された配線基板１の絶縁層２上に、無電解メッキにより保護層３を形成する工程と、保護層３および絶縁層２に対して、配線層１１の一部が露出するように開口部４を形成する工程と、デスミア処理法により、開口部４が形成された配線基板１に残る残渣５を除去する工程と、残渣５を除去した後に、配線基板１から保護層３を除去する工程と、開口部４に導電材料からなる導電部７を形成する工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビルドアップ基板などの配線基板に必要とされるビアを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体素子は、更なる高集積化、高密度化の傾向にあり、それに伴い、半導体素子に設けられる入出力用のピンについては、更なる多ピン化、ファインピッチ化の傾向にある。例えば、半導体素子を搭載するための多層プリント配線板ないし多層配線基板については、このようなピンの多ピン化およびファインピッチ化に対応すべく、かつ、半導体素子の電気的特性の向上を図るべく、配線の更なる高密度化、微細化および多層化が強く求められている。
【０００３】
半導体素子を搭載するための多層プリント配線板ないし多層配線基板の積層構造は、主として、パターン化された複数の配線層と、各配線層を電気的に隔絶するための複数の絶縁層と、所定の配線層を電気的に接続するための絶縁層を貫通する複数のビアとによって構成されている。
【０００４】
ビアは、前記絶縁層におけるビアの形成位置に対してレーザ照射などを行うことによりビアホールを形成した上で、例えば真空蒸着法などにより当該ビアホールに金属を成長させることにより形成される。この過程において、レーザ照射により絶縁層に対してビアホールを形成する際、蒸発・飛散するに至らなかった炭化あるいは溶解した樹脂が残渣として当該ビアホールの底部に残留する。そのため、この状態でビアホールにビアを形成すると、ビアと配線層との間に残渣が介在することになり、当該残渣が接続不良や低信頼性の原因となる。一方、蒸発・飛散した樹脂は、その少なくとも一部がビアホール周辺の絶縁膜上に堆積する。そのため、この状態で絶縁層上に配線層を形成すると、配線層と絶縁層との間の密着力不足の原因となる。そこで、当該残渣を除去するために、一般的にデスミア処理が施されるが、当該デスミア処理は、残渣の除去とともに、絶縁層表面を粗化（凹凸を形成）してしまう。
【０００５】
絶縁層表面が粗化されることに起因して、当該絶縁層表面に形成される配線層の表面に凹凸が生じる。このような配線層表面の粗化は、信号の伝送損失抑制の観点から好ましくない。特に高周波領域用途の配線基板では伝送損失の小さいことが望まれるが、配線層の表面粗さが大きいと、高周波信号の伝送損失が増大してしまう傾向にあり好ましくない。これは、表皮効果により高周波信号ほど配線層の表面付近を流れ易くなり、配線層の表面粗さが大きいほど信号の伝送距離が長くなることに起因する。したがって、絶縁層表面の粗化は、高速化に対応した配線基板の作成を妨げる原因となる。
【０００６】
そこで、絶縁層表面の粗化を防ぐ技術として、ビアホール形成時に生じる残渣を除去するためのデスミア処理を行う前に、絶縁層上に保護層として機能するドライフィルムレジストなどの有機膜を形成する技術が公知となっている（例えば、特許文献１，２を参照。）。
【０００７】
しかし、有機膜は、樹脂からなる点では絶縁層と同質であるため、保護層としての有機膜のみを選択的に除去することが困難である。また、除去を容易にするために予め絶縁層との接着性が比較的弱い有機膜を用いると、デスミア処理中に当該有機膜が剥離するおそれがあり、保護層としての役割を十分に果たさない可能性がある。
【０００８】
そこで、上述のような有機膜を保護層として用いた場合の不具合を解消する技術として、絶縁基板に銅箔を貼り付けた銅張積層板の当該銅箔を保護層として用いる技術が公知となっている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３４９４１２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６８４９８号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１１２１２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３において開示されている技術において、デスミア処理が施される際に保護層として機能する銅箔は、比較的膜厚が厚い。そのため、絶縁層上に銅箔による保護層を形成すると、ドリルを用いた機械加工に比べて微細な加工が可能で、かつスループットや経済性にも優れたレーザ加工によるビアホールの形成が困難になる。
【００１１】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、デスミア処理時における絶縁層表面の粗化をより確実に防ぐとともに、レーザによるビアホール形成性に優れたビア形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明において配線基板におけるビア形成方法が提供される。この方法は、配線層が設けられた回路配線面に絶縁層が積層形成された配線基板の当該絶縁層上に、無電解メッキにより保護層を形成する工程と、前記保護層および絶縁層に対して、配線層の一部が露出するように開口部を形成する工程と、デスミア処理法により、開口部が形成された配線基板に残る残渣を除去する工程と、残渣を除去した後に、配線基板から保護層を除去する工程と、開口部に導電材料からなる導電部を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１３】
このような構成によると、無電解メッキにより保護層が形成されるため、当該保護層の膜厚を比較的薄くすることができる。そのため、ビアホールは、ドリルなどを用いた機械加工に比べてより微細かつ高速な加工ができるレーザ加工により容易に形成することができるようになる。したがって、配線の更なる高密度化や微細化、および生産性の向上を図ることができるようになる。
【００１４】
デスミア処理により残渣を除去する際、当該処理中に保護層は剥離しない。そのため、絶縁層表面の粗化をより確実に防ぐことができる。したがって、絶縁層表面は、平滑な状態をより確実に維持することができる。つまり、表皮効果により高周波信号が配線層の表面付近を流れる場合でも、配線層における伝送損失の増大をより確実に抑制することができ、高速化に対応した配線を形成することができる。なお、ここでいう「平滑な状態」とは、絶縁層形成時の状態であり、デスミア処理による粗化作用の影響を受けていない絶縁層表面の状態を意味する。
【００１５】
保護層は、無電解メッキにより形成された金属層であり、絶縁層とは異質の組成を有している。そのため、保護層は、酸によるエッチングなどにより、絶縁層を侵すことなく選択的かつ容易に除去することができる。また、保護層の膜厚自体が比較的薄いので、除去にかかる時間も比較的短持間ですむ。
【００１６】
一般的に、配線基板における配線層を形成する際、まず最初に通電層として無電解メッキ層が形成され、その後に電気メッキ層が形成される。そのため、配線層形成時において無電解メッキ層を形成する際に使用される装置や薬液などを保護層の形成に流用することができ、経済的である。
【００１７】
好ましくは、保護層の厚みは、０．１〜５μｍである。保護層の厚みが０．１μ未満では、デスミア処理時における絶縁層表面の保護機能が不十分となる可能性がある。また、保護層の厚みが５μｍを超えると、レーザ照射による開口部の形成が困難になるばかりでなく、無電解メッキに要する時間や保護膜の除去に要する時間が長くなる。
【００１８】
好ましくは、保護層は、銅またはニッケルにより形成されるか、もしくは銅およびニッケルのいずれか一方を少なくとも含む合金により形成される。
【００１９】
好ましくは、開口部の形成は、レーザの照射により行われる。特に、レーザとして、ＵＶ−ＹＡＧレーザを用いることが好ましい。レーザ加工は、微細加工性および生産性に優れており、開口部の形成をより効率的に行うことができる。特に、ＵＶ−ＹＡＧレーザは、装置の初期導入費用も比較的安価であり、コスト的にも有利である。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、デスミア処理法は、過マンガン酸塩を含む薬液を用いて、残渣を除去する。
【００２１】
本発明の別の好ましい実施形態では、デスミア処理法は、酸素、窒素、あるいは酸素と窒素の混合ガス中でプラズマを発生させ、残渣を除去する。
【００２２】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、デスミア処理法は、ガスの圧力を１〜１０Ｐａに制御しつつ反応性イオンエッチングを行い、残渣を除去する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。なお、以下においては、多層配線基板を構成する１つの絶縁層における１つのビアに着目して説明を行う。
【００２４】
図１は、多層配線基板の製造における本発明の実施形態に係るビア形成方法の一連の工程を、多層配線基板の要部断面図で表したものである。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示すように、基材１０と、パターン化された第１の配線層１１，１２からなる配線基板１の配線層１１上に絶縁層２および保護層３を順次積層形成する。なお、図中において、配線層１１，１２のパターン化された様子は発明の特徴ではないので示していない。また、本実施形態では、配線基板１の片側（第１の配線層１１側）のみにビアを形成する方法について説明するが、第１の配線層１２側に形成する場合も同様である。
【００２６】
第１の絶縁層２は、フィルム状の絶縁材料を貼り付けることにより形成してもよいし、液状の絶縁材料をスピンコート法などを用いて塗布した後、加熱硬化させることにより形成してもよい。第１の絶縁層２を構成する絶縁材料としては、エポキシ樹脂などが挙げられる。なお、第１の絶縁層２を形成後、当該絶縁層２の表面２ａに対して研磨などを施すことにより当該表面２ａがより平滑な状態となるようにしてもよい。
【００２７】
保護層３は、無電解メッキにより第１の絶縁層２上に形成される。無電解メッキ技術としては、公知の技術を利用することができる。保護層３を構成する金属としては、銅やニッケルといった金属単体、あるいは、銅およびニッケルのいずれか一方を少なくとも含む合金などが挙げられる。保護層３の厚みは、０．１〜５μｍであるのが好ましい。保護層３の厚みがこの範囲より小さいと、後述するデスミア処理（図１（ｃ）参照）の際における絶縁層２の保護機能が不充分となり、逆に、保護層３の厚みが過剰に大きいと、レーザ照射Ｌによる開口部４の形成が困難になるばかりでなく、無電解メッキに要する時間や後述する保護膜の除去（図２（ｂ）参照）に要する時間が長くなるからである。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、保護層３および絶縁層２における所定のビア形成箇所にレーザＬを照射することにより開口部４を形成する。このとき、蒸発・飛散するに至らなかった炭化あるいは溶解した樹脂が残渣５として開口部４の底部４ａに残留する。一方、蒸発・飛散した樹脂も、その少なくとも一部が残渣５として開口部４周辺の保護層３上に堆積する。レーザＬとしては、ＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザなどが挙げられるが、中でも微細加工性や生産性、経済性などの観点からＵＶ−ＹＡＧレーザが望ましい。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、残渣５を除去するために、開口部４が形成された配線基板１に対してデスミア処理を施す。具体的には、まず開口部４が形成された配線基板１を所定温度（例えば、６０〜９０℃）に昇温したデスミア処理液６中に所定時間（例えば、５〜１５分間）浸漬することにより行う。デスミア処理液６としては、過マンガン酸塩を含む溶液などが挙げられる。このように、デスミア処理液６中に浸漬することにより残渣５の除去を行った後、デスミア処理液６中から配線基板１を取り出すと、図２（ａ）に示したように、開口部４における絶縁層２の壁面２ｂは粗化されている。これにより、壁面２ｂと、後述する工程（図２（ｃ）参照）において当該壁面２ｂに接触形成されるビア７との間において十分なアンカー効果が得られる。
【００３０】
デスミア処理は、上述の方法に限られず、プラズマエッチングや反応性イオンエッチングなどを用いてもよい。プラズマエッチングとは、プラズマ放電による分子解離の結果発生する励起分子、ラジカルあるいはイオンなどの励起種を利用して対象物（本発明では残渣５）のエッチングを行う技術である。エッチングは、生成した励起種と残渣との反応によって生成される揮発性化合物の蒸発により進行する。なお、プラズマエッチングは酸素、窒素あるいは酸素および窒素の混合ガスからなる雰囲気中で行われることが好ましいが、これらに限られるものではない。反応性イオンエッチングとは、ガスに高周波電力（例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマ状態とし、そこで生じた陽イオンを加速して、残渣に衝突させることにより除去する方法である。特に、ガスの圧力を１〜１０Ｐａに制御するとイオンの運動方向が揃い直進性が高まるので好ましい。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示したように、保護層３を除去する。保護層３の除去方法としては、酸によるエッチングなど公知の技術を利用することができる。具体的には、保護層３が無電解銅メッキ層である場合、例えば過酸化水素と硫酸との混合水溶液、または、塩化第二銅水溶液などを用いて保護層３のエッチング除去が行われる。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示したように、開口部４にビア７を形成する。このビア７を形成するための方法としては、公知の無電解メッキ法により無電解メッキ層を形成した後、当該無電解メッキ層を通電層として電気メッキ処理を施すことによりや電気メッキ層を堆積成長させる方法、あるいは、開口部４に導電性ペーストを充填した後、所定温度（例えば１００〜２６０℃）で所定時間（例えば５〜６０分間）加熱処理を行う方法、などが挙げられる。なお、メッキによりビア７を形成する場合、ビア７の形成と同時に絶縁層２上に第２の配線層（図示しない）としての導体膜を形成してもよい。導電性ペーストは、例えば液状樹脂に金属粒子を分散させてペースト状にしたものである。
【００３３】
以上のようにして、本発明に係るビア形成方法が実施され、ビア７が形成される。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３５】
【実施例１】
厚さ０．１ｍｍであってサイズ３００×３００ｍｍのＦＲ−４材の両面に厚さ１８μｍの銅箔が貼着されている両面銅張積層板（商品名：Ｒ−１７６６、松下電工株式会社製）の銅表面に、絶縁層としての半硬化状態の熱硬化性エポキシ樹脂シート（膜厚：５０μｍ、商品名：ＡＢＦ−ＳＨ−９Ｋ、味の素株式会社製）を積層した後、大気圧下にて１７０℃で１時間加熱し、絶縁層を硬化させた。
【００３６】
次に、絶縁層上に無電解銅メッキを施すことにより、保護層（保護層）としての厚さ０．５μｍの無電解銅メッキ層を形成した。無電解銅メッキ層の形成には、以下の各処理液にメッキ対象物を順次浸漬するサーキュポジットプロセス（シプレイ・ファーイースト株式会社製）を採用した。具体的には、まず絶縁層表面の予洗処理としてサーキュポジットコンディショナ３３２０水溶液（水：９０ｖｏｌ％、コンディショナー３３２０：１０ｖｏｌ％）により５０℃で５分間浸漬処理した。次に、プレディップ処理としてキャタプレップ４０４プレディップを２７０ｇ／ｄｍ^３の濃度で含む水溶液により室温で９０秒間浸漬処理した。次に、触媒化処理としてキャタプレップ４０４プレディップおよびキャタポジット４４キャタリストコンセントレートの混合水溶液（水：８５ｖｏｌ％、キャタプレップ４０４：２７０ｇ／ｄｍ^３、キャタポジット４４：３ｖｏｌ％）により５５℃で３分間浸漬処理した。活性化処理としてキューポジットアクセラレータ１９水溶液（水：８３ｖｏｌ％、アクセラレータ１９：１７ｖｏｌ％）により室温で６分間浸漬処理した。次に、無電解メッキ処理としてキューポジット３２８Ａカッパーミックスコンセントレートおよびキューポジット３２８ＬＡカッパーミックスコンセントレートの混合水溶液（水：７５ｖｏｌ％、キューポジット３２８Ａ：１２．５ｖｏｌ％、キューポジット３２８Ｌ：１２．５ｖｏｌ％）により室温で２５分間浸漬処理した。以上のようにして、無電解銅メッキ層を形成した。
【００３７】
次に、ＵＶ−ＹＡＧレーザ加工装置を用いて無電解銅メッキ層および絶縁層における所定位置にＵＶ−ＹＡＧレーザ（平均出力０．３Ｗ）を照射し、ビアホール（直径：５０μｍ、ピッチ：１ｍｍ、ビアホール数：１００穴（１０×１０穴））を形成した。
【００３８】
次に、ビアホール形成時に生じた残渣を除去するためにデスミア処理を施した。デスミア処理は、デスミア処理システム（商品名：サーキュポジット２００ＭＬＢ、シプレイ・ファーイースト株式会社製）を用いて行った。具体的には、まず残渣の膨潤処理としてサーキュポジットＭＬＢコンディショナ２１１およびサーキュポジットＺの混合水溶液（水：７０ｖｏｌ％、コンディショナー２１１：２０ｖｏｌ％、サーキュポジットＺ：１０ｖｏｌ％）により７０℃で３分間浸漬処理した。次に、除去処理としてサーキュポジットＭＬＢプロモータ２１３ＡおよびサーキュポジットＭＬＢプロモータ２１３Ｂの混合水溶液（水：７５ｖｏｌ％、プロモータ２１３Ａ：１０ｖｏｌ％、プロモータ２１３Ｂ：１５ｖｏｌ％）により７０℃で７分間浸漬処理した。次に、中和処理としてサーキュポジットＭＬＢニュートラライザ２１６−４（水：８０ｖｏｌ％、ニュートラライザ２１６−４：２０ｖｏｌ％）により４０℃で５分間浸漬処理した。以上のようにして、残渣の除去（デスミア処理）を行った。
【００３９】
次に、保護層である無電解銅メッキ層を除去する。具体的には、硫酸および過酸化水素を各５％の濃度で含む剥離液により２５℃で１分間浸漬処理し、無電解銅メッキ層を溶解剥離した。なお、無電解銅メッキ層を除去した後、付着した剥離液を除去するために水洗し、１２０℃で１０分間乾燥する。
【００４０】
以上のようにして形成されたビアホールの底部において残渣が除去されていることと、保護層除去後の絶縁層表面が絶縁層を形成した時点での平滑な状態を維持していることを、断面観察および表面ＳＥＭ観察から確認した。
【００４１】
【実施例２】
デスミア処理として、酸素プラズマ装置（商品名：ＴＥＰＬＡ４４０Ｇ型、ＴｅｃｈｎｉｃｓＰｌａｓｍａ製）用いて所定の処理条件（酸素圧力：０．１５ｍＰａ、出力：５００Ｗ、処理時間：５分間）によりプラズマエッチング処理した以外は実施例１と同様にして本実施例の処理を行い、ビアホールを形成した。
【００４２】
以上のようにして形成されたビアホールの底部において残渣が除去されていることと、保護層除去後の絶縁層表面が絶縁層を形成した時点での平滑な状態を維持していることを、断面観察および表面ＳＥＭ観察から確認した。
【００４３】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００４４】
（付記１）配線層が設けられた回路配線面に絶縁層が積層形成された配線基板の当該絶縁層上に、無電解メッキによる保護層を形成する工程と、
前記保護層および前記絶縁層に対して、前記配線層の一部が露出するように開口部を形成する工程と、
デスミア処理法により、前記開口部が形成された配線基板に残る残渣を除去する工程と、
前記残渣を除去した後に、前記配線基板から前記保護層を除去する工程と、
前記開口部に導電材料からなる導電部を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板におけるビア形成方法。
（付記２）前記保護層の厚みは、０．１〜５μｍである、付記１に記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記３）前記保護層は、銅またはニッケルにより形成されるか、もしくは銅およびニッケルのいずれか一方を少なくとも含む合金により形成される、付記１または２に記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記４）前記開口部の形成は、レーザの照射により行われる、付記１〜３のいずれか１つに記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記５）前記レーザは、ＵＶ−ＹＡＧレーザである、付記４に記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記６）前記デスミア処理法は、過マンガン酸塩を含む薬液を用いて、前記残渣を除去する、付記１〜５のいずれか１つに記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記７）前記デスミア処理法は、酸素、窒素、あるいは酸素と窒素の混合ガス中でプラズマを発生させ、前記残渣を除去する、付記１〜５のいずれか１つに記載の配線基板におけるビア形成方法。
（付記８）前記デスミア処理法は、ガスの圧力を１〜１０Ｐａに制御しつつ反応性イオンエッチングを行い、前記残渣を除去する、付記１〜５のいずれか１つに記載の配線基板におけるビア形成方法。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によると、絶縁層表面を粗化することなくビアホールの底部における残渣を除去するとともに、機械加工に比べてより微細かつ高速な加工ができるレーザ加工によりビアホールが容易に形成することができる。したがって、レーザ加工によりビアホールを形成することで、配線の更なる高密度化や微細化、および生産性の向上を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るビア形成方法における一連の工程を表す要部断面図である。
【図２】図１に続く工程を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１配線基板
２絶縁層
２ａ（絶縁層２の）表面
２ｂ（開口部４における絶縁層２の）壁面
３保護層
４開口部
５残渣
６デスミア処理液
７ビア
Ｌレーザ

Claims

配線層が設けられた回路配線面に絶縁層が積層形成された配線基板の当該絶縁層上に、無電解メッキによる保護層を形成する工程と、
前記保護層および前記絶縁層に対して、前記配線層の一部が露出するように開口部を形成する工程と、
デスミア処理法により、前記開口部が形成された配線基板に残る残渣を除去する工程と、
前記残渣を除去した後に、前記配線基板から前記保護層を除去する工程と、
前記開口部に導電材料からなる導電部を形成する工程と、を含むことを特徴とする配線基板におけるビア形成方法。
前記保護層の厚みは、０．１〜５μｍである、請求項１に記載の配線基板におけるビア形成方法。
前記保護層は、銅またはニッケルにより形成されるか、もしくは銅およびニッケルのいずれか一方を少なくとも含む合金により形成される、請求項１または２に記載の配線基板におけるビア形成方法。
前記開口部の形成は、レーザの照射により行われる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の配線基板におけるビア形成方法。
前記レーザは、ＵＶ−ＹＡＧレーザである、請求項４に記載の配線基板におけるビア形成方法。