JP2005072235A - ヴィアの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填して形成したヴィアの端面上に直接配線パターンを形成し得るヴィアの形成方法を提供する。
【解決手段】 絶縁性材料から成る基板１０に形成したスルーホール１２内にめっきによって金属を充填しつつ、基板１２の表面に所定厚さのめっき金属層１６を形成し、基板１２を貫通するヴィアを形成する際に、該スルーホール１２の開口部と対応するめっき金属層１６の部分に形成されたディンプル２０を、その周縁近傍を形成するめっき金属層１６の複数箇所にＹＡＧレーザをスポット的に照射して、めっき金属層１６の一部を溶融した溶融金属によって充填することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はヴィアの形成方法に関し、更に詳細には絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填しつつ、前記基板の表面に所定厚さのめっき金属層を形成し、前記基板を貫通するヴィアを形成するヴィアの形成方法に関する。

半導体装置等の電子部品には、図６に示す多層配線基板が用いられている。図６に示す多層配線基板は、セラミックや樹脂等の絶縁性材料から成るコア基板１００の両面側に形成された配線パターン１０２，１０２・・と、樹脂等の絶縁性材料から成る絶縁層１２０，１２０・・に形成された配線パターン１２２，１２２・・とは、コア基板１００を貫通して形成されたヴィア１０４，１０４・・及び絶縁層１２０，１２０・・に形成されたヴィア１２４，１２４・・によって電気的に接続されている。
かかるコア基板１００の製造方法は、例えば下記に示す特許文献１に記載されている。
特開２００２−１６３５７号公報 （［００３４］〜［００４７］、図２，図３）

上記特許文献１に記載されたコア基板１００の製造方法を図７によって説明する。
先ず、ドリル等によってコア基板１００に形成した貫通孔１０６の内壁面を含むコア基板１００の全表面に、無電解めっきによって形成した金属層１０８を給電層とする電解めっきによって、厚付した金属層１１０を形成する［図７（ａ），（ｂ）］。
更に、金属層１０８，１１０が内壁面に形成された貫通孔１０６に、その両開口部に傘状部１１２ａが形成できるように樹脂１１２を充填した後［図７（ｃ）］、傘状部１１２ａをマスクとして、金属層１１０にエッチングを施して薄くして薄金属層１１０ａとする［図７（ｄ）］。
次いで、傘状部１１２ａは研磨等によって除去し、樹脂１１２の露出面も薄金属層１１０ａと同一面とした後［図７（ｅ）］、無電解めっきによって薄金属層１１０ａ及び樹脂１１２の露出面に金属層１１４を形成することによって、コア基板１００を貫通するヴィア１０４を形成できる。「［図７（ｆ）］。
その後、金属層１０８，薄金属層１１０ａ及び金属層１１４から成る金属層にパターニングを施して所望形状の配線パターン１０２，１０２・・を形成し［図７（ｇ）］、図６に示すコア基板１００を得ることができる。

図６及び図７に示すコア基板１００によれば、ヴィア１０４，１０４・・の両端部上に配線パターン１０２を形成でき、配線パターン１０２の設計上の自由度を向上できる。
しかし、コア基板１００のヴィア１０４は、電気特性が大きく異なる金属と樹脂とから構成されているため、インピーダンス等の電位特性の向上を図るには限界がある。

一方、基板にヴィアを形成する際に、予め絶縁材料から成る基板に形成したスルーホール内に、めっきによって金属を充填してヴィアを形成することも考えられる。
このヴィアの形成方法では、先ず、図８（ａ）に示す様に、絶縁材料から成る基板２００にスルーホール２０２を形成した後、図８（ｂ）に示す様に、スルーホール２０２の内壁面を含む基板２００の表面に無電解めっきによって金属から成るシード層２０４を形成する。
次いで、シード層２０４を給電層とする電解めっきを施し、図８（ｃ）に示す様に、シード層２０４上にめっき金属層２０６を形成する。
更に、電解めっきを継続すると、図８（ｄ）に示す様に、スルーホール２０２を金属で充填してヴィアを形成すると共に、基板１００の表面上に所定厚さのめっき金属層２０６を形成できる。
その後、このめっき金属層２０６にパターニングを施すことによって基板２００の両面の各々に所望の配線パターンを形成でき、かかる配線パターンに両端の各々が接続されて成るヴィアが形成された配線基板を得ることができる。
しかし、形成されたヴィア内には、図８（ｄ）に示す如く、内部にボイド２０８が形成されたり、スルーホール２０２の開口部に対応するめっき金属層２０６の部分にディンプル２１０，２１０が形成される。

かかるディンプル２１０，２１０の深さが、基板２００の両面上に形成されためっき金属層２０６の厚さ以下であれば、めっき金属層２０６をエッチング等で除去することによって、ディンプル２１０，２１０を除去可能である。
しかしながら、図９（ａ）に示す如く、ディンプル２１０，２１０の深さが、めっき金属層２０６の厚さを越える場合には、めっき金属層２０６をエッチング等で除去しても、ディンプル２１０，２１０を完全に除去できない。
また、図９（ｂ）に示す如く、スルーホール２０２をめっき金属層２０６で閉塞できずに細孔（シーム）２１２が残存する場合には、めっき金属層２０６をエッチング等で除去しても、シーム２１２は依然として残存している。
しかも、コア基板１００には、通常、多数個のヴィアを形成することを要し、基板２００に形成した多数個のスルーホール２０２の各々に対して、めっき条件の最適化を図ることは極めて困難である。このため、基板２００に形成した多数個のヴィア内には、ディンプル２１０やシーム２１２が形成されたヴィアが存在する。

この様に、ディンプル２１０やシーム２１２が形成されたヴィアが存在する基板では、各ヴィアの両端面側に直接配線パターンを形成することは、ヴィアと配線パターンとの電気的接続の不良を惹起するおそれがある。このため、通常、ヴィアの両端面側にスルーホール２０２の径よりも大径の配線用パッドを形成することによって、両者の電気的接続の確実性を担保している。
しかし、大径の配線用パッドを各ヴィアの両端面側に形成することは、基板に形成する配線パターンの設計自由度が低減すると共に、配線パターン等の高密度化を図ることが困難となる。
そこで、本発明の課題は、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填して形成したヴィアの端面上に直接配線パターンを形成し得るヴィアの形成方法を提供することにある。

本発明者は、前記課題の解決は、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填してヴィアを形成した際に、スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所に、金属を充填することが有効であると考え検討した。
その検討において、本発明者は、金属未充填箇所の開口部の周縁近傍を形成するめっき金属層の複数箇所にスポット的にＹＡＧレーザを照射し、その熱により溶融した溶融金属によって、金属未充填箇所を充填できることを知り、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填しつつ、前記基板の表面に所定厚さのめっき金属層を形成し、前記基板を貫通するヴィアを形成する際に、該スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所を、その周縁近傍を形成するめっき金属層の複数箇所にレーザをスポット的に照射して、前記めっき金属層の一部を溶融した溶融金属によって充填することを特徴とするヴィアの形成方法にある。
また、本発明は、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填しつつ、前記基板の表面に所定厚さのめっき金属層を形成し、前記基板を貫通するヴィアを形成する際に、該スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所を金属箔又は金属粉によって覆い、前記金属未充填箇所を、前記金属箔又は金属粉の複数箇所にレーザをスポット的に照射して、前記金属箔又は金属粉の少なくとも一部を溶融した溶融金属によって充填することを特徴とするヴィアの形成方法でもある。
かかる本発明において、レーザを、金属未充填箇所の周縁に沿って順次照射することによって、金属未充填箇所の周縁近傍を形成するめっき金属層の一部を溶融し、スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所を溶融金属で充填できる。
また、レーザを、スルーホールの開口部の周縁近傍から内方にスパイラル状に順次照射することによって、金属未充填箇所に溶融金属を充填した部分に対しても再度溶融し、スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分の均一化を図ることができる。

本発明によれば、絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に、ディンプルやシーム等の金属未充填箇所が形成されても、金属未充填箇所の周縁近傍を形成するめっき金属層の複数箇所にスポット的にレーザを照射し、めっき金属層の一部を溶融した溶融金属によって、金属未充填箇所を充填できる。
この様に、金属未充填箇所に溶融金属を充填することによって、基板の表面に形成しためっき金属層をエッチング等で除去することによって、端面が平坦なヴィアを得ることができ、ヴィアの端面上に直接配線パターンを形成できる。
その結果、基板に形成する配線パターンの設計自由度を増加できると共に、配線パターン等の高密度化にも寄与できる。

図１に示す様に、樹脂等の絶縁材料から成る基板１０に形成したスルーホール１２内に、めっきによって銅等の金属を充填する。このめっきによるスルーホール１２内への金属の充填は、図８に示す方法と同様にして行うことができる。
すなわち、樹脂等の絶縁材料から成る基板１０に形成したスルーホール１２の内壁面を含む基板１０の表面に無電解めっきによって銅等の金属から成るシード層１４を形成した後、シード層１４を給電層とする電解めっきを施し、スルーホール１２内を銅等の金属で充填しつつ、シード層１４上に銅等の金属から成る所定厚さのめっき金属層１６を形成する。
このスルーホール１２の開口部に対応するめっき金属層１６の部分には、図１に示す様に、金属未充填箇所としてのディンプル２０が形成されることがある。このディンプル２０は、めっき金属層１６をエッチング等によって除去しても、ヴィアの端面には依然として残存する程度に深いものである。

かかるディンプル２０に対し、ディンプル２０の周縁近傍を形成するめっき金属層１６に、レンズ２２で絞ったＹＡＧレーザをスポット的に照射し、めっき金属層１６の一部を溶融する。溶融した溶融金属は、矢印Ａ方向に流れてディンプル２０を充填する。
かかるＹＡＧレーザのスポット的な一回の照射では、その溶融される溶融金属量は少ない。このため、ディンプル２０を充分に金属充填すべく、ＹＡＧレーザのスポット的な照射を複数回行うことが必要である。この際に、ＹＡＧレーザのスポット的な照射を、同一箇所に繰り返して行うと、その箇所が深く抉れるため、ディンプル２０の周縁近傍の異なる複数箇所にＹＡＧレーザのスポット的な照射を行う。

このＹＡＧレーザのスポット的な複数回の照射を、例えば図２（ａ）に示す様に、ディンプル２０の周縁に沿う４箇所（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に施す場合、ａ→ｂ→ｃ→ｄの順序でＹＡＧレーザのスポット的な照射を順次施すことが好ましい。
この様に、ＹＡＧレーザのスポット的な複数回の照射を施すことによって、ディンプル２０は金属で充填される。このディンプル２０の金属の充填程度は、めっき金属層１６をエッチング等によって除去した際に、ディンプル２０が消滅する充填程度であればよく、ディンプル２０を完全に充填することは要しない。
また、ＹＡＧレーザのスポット的な複数回の照射を、例えば図２（ｂ）に示す様に、スルーホール１２の開口部の周縁近傍から内方にスパイラル状に順次照射することによって、ディンプル２０に金属を充填した部分に対しても再度溶融し、スルーホール１２の開口部に対応するめっき金属層１６の部分の均一化を図ることができる。図３に、ＹＡＧレーザのスポット的な照射をスルーホール１２の開口部の周縁近傍から内方にスパイラル状に順次照射した状態を示す。図３に示すスルーホール１２の開口部の径は１９３μｍであって、ＹＡＧレーザのスポット的な照射回数は５７９回である。
この様に、ＹＡＧレーザのスポット的な照射をスルーホール１２の開口部の周縁近傍から内方にスパイラル状に順次照射することによって、ディンプル２０の金属による充填は勿論のこと、スルーホール１２内に充填された金属の全体が加熱されて図８（ｄ）に示すボイド２０８の縮小乃至消滅も期待できる。

かかるＹＡＧレーザのスポット的な照射によってディンプル２０を金属充填した後、めっき金属層１６をエッチング等によって除去することによって、両端面が平坦な基板１０を貫通するヴィアを形成できる。
かかるヴィアの両端面には、直接配線パターンを形成でき、ヴィア径よりも大径の配線用パッドを形成することを要しない。このため、基板１０に形成する配線パターンの設計自由度を増加できると共に、配線パターン等の高密度化も図ることができる。

図１〜図３は、ディンプル２０の周縁近傍に形成されためっき金属層１６の一部を、ＹＡＧレーザのスポット的な複数回の照射によって溶融し、ディンプル２０に金属を充填しているが、ディンプル２０が大径のものである場合には、充分に金属を充填できないおそれがある。
このため、図４に示す様に、スルーホール１２の開口部に対応するめっき金属層１６の部分に形成されたディンプル２０を、めっき金属層１６を形成する金属と同種の金属から成る金属粉２４で覆う。
次いで、金属粉２４の複数箇所にＹＡＧレーザをスポット的に照射し、金属粉２４の少なくとも一部を溶融してディンプル２０を充填する。
この様に、ディンプル２０に予め充填した金属粉２４の一部を、ＹＡＧレーザのスポット的な照射によって溶融してディンプル２０を充填することにより、大径のディンプル２０でも金属で充分に充填できる。
その後、必要に応じて未溶融の金属粉２４を取り除き、めっき金属層１６をエッチング等によって除去することによって、端面が平坦なヴィアを得ることができる。

また、図５に示す様に、スルーホール１２の開口部に対応するめっき金属層１６の部分に形成されたディンプル２０を、めっき金属層１６を形成する金属と同種の金属から成る金属箔２６で覆った後、金属箔２６の複数箇所にＹＡＧレーザをスポット的に照射し、金属箔２６の少なくとも一部を溶融してディンプル２０を充填してもよい。
ここで、図１〜５の説明では、レーザとしてＹＡＧレーザを用いてきたが、ＹＡＧレーザにに代えてエキシマレーザを用いてもよい。
更に、図１〜図５においては、スルーホール１２の開口部に対応するめっき金属層１６の部分に形成されたディンプル２０の充填方法について説明してきたが、図１〜図５に示す充填方法は、図９に示すシーム２１２の充填にも適用できる。

本発明に係る方法の一例を説明する概略図である。 図１に示すレーザのスポット的な照射の順序を説明する説明図である。 図２（ｂ）に示す順序でレーザをスポット的に照射した場合の状態を説明する説明図である。 本発明に係る方法の他の例を説明する概略図である。 本発明に係る方法の他の例を説明する概略図である。 多層配線基板の一例を説明する断面図である。 図６に示す多層配線基板を構成するコア基板の製造方法を説明するための説明図である。 図６に示す多層配線基板を構成するコア基板の他の製造方法を説明するための説明図である。 図８に示すコア基板の他の製造方法の問題点を説明するための部分断面図である。

符号の説明

１０ 基板
１２ スルーホール
１６ めっき金属層
２０ ディンプル
２４ 金属粉
２６ 金属箔

Claims (4)

1. 絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填しつつ、前記基板の表面に所定厚さのめっき金属層を形成し、前記基板を貫通するヴィアを形成する際に、
   該スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所を、その周縁近傍を形成するめっき金属層の複数箇所にレーザをスポット的に照射して、前記めっき金属層の一部を溶融した溶融金属によって充填することを特徴とするヴィアの形成方法。
2. 絶縁性材料から成る基板に形成したスルーホール内にめっきによって金属を充填しつつ、前記基板の表面に所定厚さのめっき金属層を形成し、前記基板を貫通するヴィアを形成する際に、
   該スルーホールの開口部に対応するめっき金属層の部分に形成されたディンプルやシーム等の金属未充填箇所を金属箔又は金属粉によって覆い、
   前記金属未充填箇所を、前記金属箔又は金属粉の複数箇所にレーザをスポット的に照射して、前記金属箔又は金属粉の少なくとも一部を溶融した溶融金属によって充填することを特徴とするヴィアの形成方法。
3. レーザを、金属未充填箇所の周縁に沿って順次照射する請求項１又は請求項２記載のヴィアの形成方法。
4. レーザを、スルーホールの開口部の周縁近傍から内方にスパイラル状に順次照射する請求項１又は請求項２記載のヴィアの形成方法。