JP2005142378A - 配線回路用部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属板２の表面に金属バンプ８を形成し、金属バンプ８・８間を埋める層間絶縁用絶縁層１４を形成した後、表面研磨により金属バンプ８の頂面を露出させて金属バンプを層間接続用手段として用いることができるようにする配線回路用部材の製造方法、或いはその配線回路用部材の表面に金属箔を積層する配線回路用部材の製造方法において、金属バンプ８とそれに接続される金属板３０との接続の信頼性、層間絶縁用絶縁層の信頼性をより高める。
【解決手段】金属板２の金属バンプ形成側の表面上に絶縁シート１４を加熱、加圧により積層し、その表面を金属バンプ８の頂面が露出するように研磨した後、その表面に剥離シート２６を加熱、加圧により積層し、その後、その表面を剥離シート２６と共に金属バンプ８の頂面が露出するように研磨し、しかる後、剥離シート２６を剥離する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属板の主表面に形成した金属バンプを層間接続手段として用いる配線回路基板の形成に用いる配線回路用部材の製造方法に関する。

本願出願人会社は、多層配線回路基板製造技術として、金属バンプを層間接続手段として用いる技術を開発した。その具体例を挙げると、バンプ形成用の銅層（厚さ例えば１００μｍ）の一方の主面に例えばニッケルからなるエッチングバリア層（厚さ例えば１μｍ）を例えばメッキにより形成し、更に、該エッチングバリア層の主表面に導体回路形成用の銅箔（厚さ例えば１８μｍ）を形成した配線回路基板形成用部材をベースとして用い、それを適宜加工することにより表面に例えば層間接続用の微細な突起物であるバンプを有する多層配線回路基板を得るもので、これに関しては、例えば特願２０００−２３０１４２（：特開２００２−４３５０６号公報）、特願２０００−３３４３３２号（：特開２００２−１４１６２９号公報）、特願２００２−６６４１０（：特開２００２−４３５０６号公報）等の出願により技術的提案をした。

このようなバンプを活かした配線回路基板の製造においては、バンプを形成し、該バンプ間を埋める層間絶縁用絶縁層を形成した後、表面研磨により該バンプの頂面を露出させて該バンプを層間接続用手段として用いることができるようにすることが必要であり、更にまた、層間絶縁用絶縁層の形成及びバンプ頂面を露出させる研磨を終えた後、その表面に配線膜となる銅等の金属板（金属箔）を積層することも必要である。

図６（Ａ）〜（Ｄ）はそのような配線回路用部材の製造方法の概要を工程順に示す断面図である。
（Ａ）銅の金属箔１０１、ニッケル膜１０２及び銅箔１０３からなる三層構造の薄い金属板１０４を用意し、その一主表面にフォトレジスト膜を露光、現像処理により選択的に形成し、その後、その選択的に形成したフォトレジスト膜をマスクとしてその金属板１０４の上記主表面を選択的にエッチングすることにより上下配線間導通用の金属バンプ１０５を形成したものを用意する。

次に、上記フォトレジスト膜を除去し、その後、配線層の絶縁層となる例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、液晶ポリマー等からなる絶縁シート１０６、合成樹脂或いは金属箔からなる剥離シート（第１の剥離シート）１０７及びペーパー（第２の剥離シート）１０８を用意し、上記金属板１０４のバンプ形成側主表面上方に臨ませる。図６（Ａ）はその臨ませた状態を示す。

（Ｂ）次に、図６（Ｂ）に示すように、平板真空熱プレス（熱プレス）により上記絶縁シート１０６、剥離シート１０７及びペーパー１０８を上記金属板１０４の上記金属バンプ形成側主表面に積層する。
（Ｃ）次に、ペーパー１０８を剥離し、その後、上記金属箔１０１の金属バンプ形成側主表面を研磨し、各金属バンプ１０５の頂面を露出させる。その後、上記剥離シート１０７を剥離する。図６（Ｃ）はその剥離した状態を示す。

（Ｄ）これで、配線回路用部材が一応完成したといえるが、この配線回路用部材の絶縁シート１０６が形成され、金属バンプ１０５の頂面が露出した面に金属板（金属箔）１０９を積層した状態でも販売され得る。図６（Ｄ）はその金属板１０９を積層すべく配線回路用部材の主表面に臨ませた状態を示す。
特開２００２−４３５０６号公報（特願２０００−２３０１４２号） 特開２００２−１４１６２９号公報（特願２０００−３３４３３２号） 特開２００２−４３５０６号公報（特願２００２−６６４１０号）

ところで、上述した従来の技術によれば、金属バンプ１０５と金属板（金属箔）１０９との接続や金属層１０９と金属箔１０１との絶縁についての信頼度が充分に高くすることが難しいという問題があった。
そこで、本願発明者がその問題を追及すべく、実験、思索を重ねたたところ、それには二つの原因があることが判明した。第１の原因は、金属バンプ１０５の配置ピッチが狭いところで絶縁シート１０６等が各隣接金属バンプ１０５・１０５間に入り込めず、金属箔１０１と金属板１０９との間の絶縁の信頼度が不充分だったり、絶縁シート１０６の成分が金属バンプ１０５頂面上に残り、それが金属バンプ１０５と金属板１０９との良好な接続性を阻害する場合のあることである。

第２の原因は、上記金属箔１０１の上記研磨工程後、金属板１０９の積層までの間に上記各金属板１０５の露出する頂面が酸化し、その酸化する時間が長い程金属バンプ１０５と金属板１０９との良好な接続性が阻害されることにある。

先ず、第１の原因について詳細に説明する。配線回路用部材は、図７（Ａ）に示すように、金属バンプ１０５の配置密度が一定の場合は少なく、密度の低い領域１１０があれば、密度の高い領域１１２もある。そして、図７（Ｂ）に示すように、密度の低い領域１１０においては各隣接金属バンプ１０５・１０５間の間隔が広いので、絶縁シート１０６や剥離シート１０７等が各隣接金属バンプ１０５・１０５間に容易に入り得るが、密度の高い領域１１２においては、各隣接金属バンプ１０５・１０５間の間隔が狭いので、各隣接金属バンプ１０５・１０５間に容易には入り得ず、空間（隙間乃至鬆）１１４が生じる場合がある。

というのは、ＩＣ（半導体集積回路）が搭載されるエリアにおいて特にバンプ間の間隔が狭くなり、例えばバンプピッチが０．３ｍｍタイプのものを例に採ると、密度の高い領域では、１辺が１０ｍｍの正方形の領域（面積１ｃｍ^２）内に１０８９（３３×３３）個のバンプが配設され、また、バンプピッチが０．５ｍｍのタイプのもの例でも、密度の高い領域では、１辺が１０ｍｍの正方形の領域（面積１ｃｍ^２）内に４００（２０×２０）個のバンプが配設されるというように、バンプが密集するケースがある。
尚、これらの場合の前提は、各バンプの基部（根本部分）における直径が８０〜１５０μｍ、頂面における直径が８０〜１２０μｍ、バンプの高さ８０〜１２５μｍ、バンプが形成されている（換言すればバンプの下地となっている）銅からなる金属層（銅箔）の厚さ１２〜１８μｍである。

従って、このようなバンプピッチが狭いエリアにおいては、絶縁シート１０６による層間絶縁の信頼度が低下するおそれがあった。また、各隣接金属バンプ１０５・１０５間に入るべき絶縁シート１０６等が入り得ず、研磨後においてその絶縁シート１０６の成分が残渣として金属バンプ１０５の頂面に存在して金属バンプ１０５と、後で積層される金属板１０９との良好な接続性が損なわれるおそれがあったのである。図７（Ｃ）は研磨後の状態を示すもので、黒く塗り潰した１１６、１１６、・・・は金属バンプ１０５の頂面の絶縁シート１０６成分による汚れを示す。この図７（Ｃ）に示すように、密度の低い領域１１０においては、金属バンプ１０５の頂面には汚れがほとんど生ぜず、密度の高い領域１１２においては、金属バンプ１０５の頂面には汚れ１１６が生じる。

次に、第２の原因について詳細に説明する。銅は酸化され易いが、金属バンプ１０５の頂面を露出させる研磨後、金属板１０９の積層時の強い加圧力で酸化膜等が破壊され、金属バンプ１０５と金属板１０９との間には良好な接続性が得られると考えられてきた。
しかし、上記研磨後、金属板１０９を積層するまでの時間の長短によって接続の信頼度が大きく異なり、一定時間以上だと無視できない信頼度の低下が生じることが判明した。

本発明はこのような問題を解決すべく為されたもので、金属板の表面に金属バンプを形成し、該金属バンプ間を埋める層間絶縁用絶縁層を形成した後、表面研磨により金属バンプの頂面を露出させて該金属バンプを層間接続用手段として用いることができるようにする配線回路用部材の製造方法、或いはその配線回路用部材の表面に金属板（金属箔）を積層する配線回路用部材の製造方法において、金属バンプとそれに接続される金属板との接続の信頼性、層間絶縁用絶縁層の信頼性をより高めることを目的とする。

請求項１の配線回路用部材の製造方法は、表面に縦断面形状がコニーデ状乃至台形状の複数の金属バンプが形成された金属板の該金属バンプが形成された表面上に絶縁シートを加熱、加圧により積層し、該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨し、次いで、上記金属板の上記金属バンプが形成され上記絶縁シートが積層された側の面に剥離シートを加熱、加圧により積層し、その後、上記絶縁シートが形成された側の表面を上記剥離シートと共に上記金属バンプの頂面が露出するように研磨し、しかる後、上記剥離シートを剥離することを特徴とする。

請求項２の配線回路用部材の製造方法は、表面に縦断面形状がコニーデ状乃至台形状の複数の銅からなる金属バンプが形成された金属板の該金属バンプが形成された表面上に絶縁シートを積層し、該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨することを１回乃至複数回行い、上記最後の研磨後、６時間以内に、上記金属板の上記金属バンプが形成された側の表面に該各金属バンプと接続される、上記金属板とは別の金属板を積層することを特徴とする。

請求項１の配線回路用部材の製造方法によれば、絶縁シートを積層し次いで該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨した後、その表面に剥離シートを加熱、加圧により積層し、その後、上記絶縁シートが形成された側の表面を上記剥離シートと共に上記金属バンプの頂面が露出するように研磨するので、金属バンプ間を完全に絶縁シートで埋めて鬆が生じないようにできるので、層間絶縁の信頼度を高めることができる。
そして、研磨を１回ではなく、２回行うことにより、金属バンプの頂面をそこに残渣が着かないようにより確実に露出させて金属バンプと配線回路用部材に積層される金属板との接続の信頼性をより強めることができる。

請求項２の配線回路用部材の製造方法によれば、最後の研磨後、６時間以内に、金属板の銅からなる金属バンプが形成された側の表面に該各金属バンプと接続される金属箔を積層することとし、そして、図４、図５に示すように、銅表面の酸化は６時間以内だと接続性についての必要な信頼度を損なうに至らないので、金属バンプと配線回路用部材に積層される金属板との接続の信頼性を確保することが可能となる。

請求項１の配線回路用部材の製造方法は、基本的には、絶縁シートを積層し、該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨することを２回繰り返すものであるが、配線回路用部材用の素材として例えば銅、ニッケルのエッチングストップ層及び銅からなる三層構造金属板が最適であり、一方の主表面の銅箔を、上記エッチングストップ層をエッチングストッパとして選択的にエッチングすることにより金属バンプを形成するのが好適であるといえる。
しかし、一層の金属板を用意し、ハーフエッチング（金属板の厚さよりも浅い選択的エッチング）することにより金属バンプを形成するようにしても良い。
また、絶縁シートとしては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、液晶ポリマー等が好適である。

請求項２の配線回路用部材の製造方法は、基本的に、最後の研磨後、６時間以内に、金属板の銅からなる金属バンプが形成された側の表面に該各金属バンプと接続される金属箔を積層することとするものであり、研磨後、金属板の積層迄の時間は短い程良いといえるが、６時間以内であれば、特に作業性を犠牲にしてまで短くする必要はないといえる。
該請求項２の配線回路用部材の製造方法は、基本的に、絶縁シートを積層し、該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨することを１回しか行わない配線回路用部材の製造方法に適用することができるが、２回行う配線回路用部材の製造方法（請求項２の配線回路用部材の製造方法）にも適用することができる。

以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｄ）、図２（Ｅ）〜（Ｈ）及び図３（Ｉ）、（Ｊ）は本発明配線回路用部材の製造方法の第１の実施例を工程順（Ａ）〜（Ｊ）に示す断面図である。
（Ａ）銅箔４とニッケル層６と銅箔４より厚い金属バンプ（８）となる銅箔８からなる三層構造の配線回路用部材２を用意し、該銅箔８を選択的にエッチングすることにより銅からなる金属バンプ８を形成する。このエッチングにおいてニッケル層６がエッチングストッパとなり、銅箔４がエッチングされるのを阻止する。その後、銅からなる金属バンプ８をマスクとしてニッケル層６をエッチングすることにより除去する。

その後、層間絶縁膜となる絶縁シート１４と、剥離シート（第１の剥離シート）１６と、ペーパー（第２の剥離シート）１８を用意し、上記金属板１のバンプ形成側主表面上方に臨ませる。図１（Ａ）はその状態を示す。尚、１０ａは金属バンプ８の配設ピッチが大きいエリア１２ａにおける各隣接金属バンプ８・８間を示し、１０ｂは金属バンプ８の配設ピッチが小さいエリア１２ｂにおける各隣接金属バンプ８・８間を示す。
上記絶縁シート１４は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、液晶ポリマー等からなり、剥離シート（第１の剥離シート）１６は合成樹脂或いは金属箔からなる。ペーパー１８は紙からなる。

（Ｂ）次に、図１（Ｂ）に示すように、加熱、加圧により、具体的には、平板真空熱プレス（熱プレス）により上記絶縁シート１４、剥離シート１６及びペーパー１８を上記金属板１の上記金属バンプ形成側主表面に積層する。
金属バンプ８の配設ピッチが大きいエリア１２ａにおいては、各隣接金属バンプ８・８間１０ａの間隔が広いので、その各間隔１０ａに絶縁シート１４が入り込み得るが、金属バンプ８の配設ピッチが小さいエリア１２ｂにおいては、各隣接金属バンプ８・８間１０ｂの間隔が狭いので、その各間隔１０ｂに絶縁シート１４が充分には入り込み得ない。２０はその隣接金属バンプ８・８間１０ｂに入り込み得ないことにより生じた空間（鬆）である。この空間（即ち、鬆）２０は金属バンプ８の配設ピッチが大きいエリア１２ａにおいてはほとんど生じない。

（Ｃ）次に、図１（Ｃ）に示すように、最上層のペーパー１８を剥がす。
（Ｄ）次に、図１（Ｄ）に示すように、配線回路用部材２の表面を研磨する。この研磨は、基本的には、金属バンプ８表面に、特に、金属バンプ８の配設ピッチが小さいエリア１２ｂにおける金属バンプ８の表面には絶縁シート１４の成分、或いは銅粉が存在する可能性がある。
（Ｅ）次に、図２（Ｅ）に示すように、剥離シート１６を剥離する。
尚、従来においては、この剥離シート１６を剥離した後、配線層となる金属板を積層することとなるが、本実施例においては、（Ｆ）以下の工程で、これまでの工程のうちの剥離シート、ペーパーの積層及び研磨を繰り返す。そこで、その（Ｆ）以下の工程を説明する。

（Ｆ）研磨を終え、剥離シート１６を剥離した状態の配線回路用部材２のその研磨、剥離シート１６の剥離をした主表面に、剥離シート（第１の剥離シート）２６と、ペーパー（第２の剥離シート）２８を用意し、上記金属板１のバンプ形成側主表面上方に臨ませる。図２（Ｆ）はその臨ませた状態を示す。
尚、剥離シート（第１の剥離シート）２６及びペーパー（第２の剥離シート）２８は、前記剥離シート１６及びペーパー１８と例えば同じ材質である。

（Ｇ）次に、その剥離シート（第１の剥離シート）２６及びペーパー（第２の剥離シート）２８を配線回路用部材２の上記主表面に加圧、加熱により積層する。具体的には、工程（Ｃ）の場合と同様に、平板真空熱プレス（熱プレス）により積層する。この積層で、金属バンプ８の配設ピッチが小さいエリア１２ｂにおいて各隣接金属バンプ８・８間に生じていた空間（鬆）２０はこの積層工程で積層されたその剥離シート（第１の剥離シート）２６及びペーパー（第２の剥離シート）２８に押圧された絶縁シート（前の積層工程で積層済みの絶縁シート）１４で埋められる。従って、絶縁シート１４により層間絶縁をより完璧にできる。
その後、最表面のペーパー２８を剥離する。図２（Ｇ）はその剥離をした後の状態を示す。

（Ｈ）次に、配線回路用部材２の金属バンプ８形成側の表面の２回目の研磨を行う。この研磨は各金属バンプ５の頂面が完全に露出する迄行う。
各金属バンプ８は、２回目の積層及び研磨の過程で、配設ピッチが大きいエリア１２ａにおけるものも、配設ピッチが小さいエリア１２ｂにおけるものも、頂面がきれいに露出し、１回目の積層及び研磨が終了した段階におけるよりも絶縁シート１４の成分（絶縁物成分）による汚染度は極めて少ない。
（Ｉ）次に、図３（Ｉ）に示すように剥離シート１６を剥がす。

（Ｊ）次に、銅からなる金属板（銅箔）３０を配線回路用部材の主表面に積層する。図３（Ｊ）は金属板３０を積層すべく配線回路用部材の主表面に臨ませた状態を示す。
この積層は上記２回目の研磨工程を終えた後、６時間経過する前に行うのが好ましいといえる。下記の図４はその好ましいといえる根拠を示す試験データを示す。本試験データは、研磨後、０時間（即ち、研磨直後）、３時間、６時間、９時間、１２時間の各時間経過時点で金属板を積層した場合における初期抵抗と、試験後抵抗と、その抵抗の変化率についてのデータである。

その試験において、初期抵抗とは、金属板積層済み配線回路用部材２に試験用に形成されたテスト用パターンの端子抵抗である。このテスト用パターンは、具体的には、上部回路と下部回路との間に上記金属バンプ８を介在させたものを所定数直列に接続して縦断面で視てジグザグ状の直列回路を構成したものであり、その配線回路用部材２の次に述べる過酷な条件を課す前におけるその直列回路の端子抵抗が上記初期抵抗なのである。
また、試験後抵抗とは、初期抵抗が測定された金属板積層済み配線回路用部材２について、２６０℃のシリコンオイル中に１０秒間侵漬し、その後、室温の普通の室内空間に１０秒間置くということを、３０回繰り返し、その後測定した金属バンプと金属板との抵抗である。この過酷な条件を課しての試験をホットオイル（ＨＯ）試験と称している。上述したように、変化率は（試験後抵抗−初期抵抗）×１００／初期抵抗（％）である。尚、変化率が−（マイナス）のものは試験後抵抗の方が初期抵抗より小さい場合であり、測定誤差範囲内である。

本出願人会社は、図４に示すように、変化率が５％以内のみを合格とする厳しい試験基準を設け、その合格に○を付し、５〜１０％には△を付し、１０％以上には×を付した。６時間までではすべての金属バンプにおいて変化率が５％以内であり、△、×になるバンプが無かった。
しかし、９時間になると、６割のバンプが抵抗変化率５％以内であり、○であるものの、残りの４割が５〜１０％の変化率であり、△が付されることになる。このように、△が付されるバンプがあれば好ましくないといえる。また、１２時間になっても７割のバンプが○であるものの、残りの３割のバンプが×であり、より好ましくないといえる。

図５は最後の研磨後、金属板積層までの時間と、抵抗値変化率及び歩留まり率との関係を示すもので、その時間が６時間程度までだと歩留まり１００％であり、抵抗変化率も２．５％以下であり、６時間以内であると好ましいことが明らかである。

本発明は、層間接続手段として金属バンプを用いる配線回路基板の形成に用いる配線回路用部材の製造方法一般に利用可能性がある。

（Ａ）〜（Ｄ）は本発明配線回路用部材の製造方法第１の実施例の工程（Ａ）〜（Ｄ）を示す断面図である。 （Ｅ）〜（Ｈ）は本発明配線回路用部材の製造方法の第１の実施例の工程（Ｅ）〜（Ｈ）を示す断面図である。 （Ｉ）、（Ｊ）は本発明配線回路用部材の製造方法の第１の実施例の工程（Ｉ）〜（Ｊ）を示す断面図である。 上記実施例においての研磨後、０時間（即ち、研磨直後）、３時間、６時間、９時間、１２時間の各時間経過時点で金属板を積層した場合における初期抵抗と、試験後抵抗と、その抵抗の変化率及び良品か否かに関する判定結果を示す。 上記の最後の研磨後の金属板積層までの時間と、抵抗値変化率及び歩留まり率との関係を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は配線回路用部材の製造方法の従来例の工程（Ａ）〜（Ｄ）を順に示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は従来例の問題点を説明するためのもので、（Ａ）は金属バンプの配置密度が低い領域と密度の高い領域の平面図、（Ｂ）は金属バンプの配置密度が低い領域と密度の高い領域の絶縁シートの積層後における状態を示す断面図、（Ｃ）は積層及び研磨後における金属バンプの配置密度が低い領域と密度の高い領域の金属バンプの頂面の汚染の度合いを示す平面図である。

符号の説明

２・・・配線回路用部材、４・・・金属箔、６・・・ニッケル箔、８・・・金属バンプ、
１０ａ、１０ｂ・・・隣接金属バンプ８・８間部分、
１２ａ・・・バンプ配置密度の低い領域、１２ｂ・・・バンプ配置密度の高い領域、
１４・・・絶縁シート（層間絶縁膜）、１６・・・剥離シート、１８・・・ペーパー、
２０・・・鬆、２４・・・絶縁シート（層間絶縁膜）、２６・・・剥離シート、
２８・・・ペーパー、３０・・・金属板（銅箔）。

Claims (2)

1. 表面に縦断面形状がコニーデ状乃至台形状の複数の金属バンプが形成された金属板の該金属バンプが形成された表面上に絶縁シートを加熱、加圧により積層し、
   上記絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨し、
   次いで、上記金属板の上記金属バンプが形成され上記絶縁シートが積層された側の面に剥離シートを加熱、加圧により積層し、
   その後、上記絶縁シートが形成された側の表面を上記剥離シートと共に上記金属バンプの頂面が露出するように研磨し、
   しかる後、上記剥離シートを剥離する
   ことを特徴とする配線回路用部材の製造方法。
2. 表面に縦断面形状がコニーデ状乃至台形状の複数の銅からなる金属バンプが形成された金属板の該金属バンプが形成された表面上に絶縁シートを積層し、該絶縁シートが形成された側の表面を上記金属バンプの頂面が露出するように研磨することを１回乃至複数回行い、
   上記最後の研磨後、６時間以内に、上記金属板の上記金属バンプが形成された側の表面に該各金属バンプと接続される、上記金属板とは別の金属板を積層する
   ことを特徴とする配線回路用部材の製造方法。
   
   

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