JP2005158799A

JP2005158799A - 直接露光装置、直接露光方法および配線基板

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Publication number: JP2005158799A
Application number: JP2003390931A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Kobayashi; 和貴小林; Toshinori Koyama; 利徳小山
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】デュアルダマシン構造の配線基板を製造するにあたり、種々の深さの溝を備える絶縁層を、低コストかつ短時間で配線基板上に形成することができる直接露光装置および直接露光方法、ならびに、この直接露光装置により形成された配線基板を実現する。
【解決手段】直接露光装置を用いて、直接露光による露光対象基板１１上の感光性絶縁レジスト３１への露光量を、形成すべき溝の深さに応じて制御し、種々の深さを有する溝を備えた絶縁層を露光対象基板１１上に形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定の深さの溝を備える絶縁層を配線基板上に形成する直接露光装置および直接露光方法、ならびに、この直接露光装置により形成された配線基板に関する。

配線基板に形成される配線パターンは、より一層微細化、複雑化する傾向にあり、高精度な配線形成技術が求められている。

また、各種部品の小型化および高性能化は、配線基板の多層化を促進する。多層基板は複数の基板を積層したものである。特に近年では、多層基板のうちの１番中央に位置する基板にガラスクロスを入れた硬い層を作り、その上に薄い絶縁層を積み重ね、さらにその上に微細配線を形成し、そしてまた薄い絶縁層を積み重ねるといったことを繰り返すことによって多層基板を形成するビルドアップと呼ばれる技術も一般化されている。

このような多層基板においては、各層の面上の配線の他に、積層された各層の配線間を接続する配線（ビア）も形成されるので、多層基板の配線形成には特に高精度が要求される。

配線を形成する技術として、Ｃｕ（銅）のエッチングを必要としないダマシンが主流となってきている。ダマシンにはシングルダマシンとデュアルダマシンとがある。このうちデュアルダマシンは、下層配線層との電気的コンタクトをとるビアホールを配線溝と同時に形成し、バリヤメタル層の堆積、Ｃｕ膜の堆積、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)をそれぞれ１回行い、配線およびビアホールを同時に形成する手法である。

デュアルダマシン構造の配線基板の製造にあたっては、ビアホール（トレンチ）用と配線用とで深さが異なる溝を形成しなければならない。

従来例による露光方法によれば、一回の露光処理ではビアホール用の溝および配線用の溝を形成することはできず、各溝を形成するために露光処理を２回実行する必要がある（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来例による配線基板においてビアホール用および配線用の溝を形成するプロセスの一例を説明するための配線基板の断面図である。以降、異なる図面において同じ参照番号が付されたものは同じ構成要素であることを意味するものとする。

まず、図８（ａ）において、露光対象基板５０上にポジ型の感光性絶縁レジスト５２を形成する。感光性絶縁レジスト５２は配線基板における絶縁層となる。なお、露光対象基板５０上には既に配線５１が形成されているものとする。

次に、図８（ｂ）に示すように、感光性絶縁レジスト５２のうち、ビアホール用の溝５３（図８（ｄ））となるべきエリア７１のみが露光されるよう、フォトマスク６１を用いて露光する。なお、このときの光の照射量は、感光性絶縁レジスト５２の感光が配線５１まで達する大きさとし、例えばＡｍＪ／ｃｍ²とする。

次いで、図８（ｃ）に示すように、感光性絶縁レジスト５２のうち、配線用の溝５４（図８（ｄ））となるべきエリア７２のみが露光されるよう、フォトマスク６１を用いて露光する。なお、このときの光の照射量は、感光性絶縁レジスト５２の感光が配線５１までは達しない程度の大きさ、すなわち、配線用の溝５４の深さがビアホール用の溝５３の深さよりも浅くなるような大きさに設定し、例えばＢｍＪ／ｃｍ²（ただし、Ｂ＜Ａ）とする。

このように従来例では、ビアホール用の溝５３および配線用の溝５４の形成のために２回露光を実行しなければならないが、どちらの露光を先に実行してもよい。

露光処理後は、図８（ｄ）に示すように、現像処理を実行し、必要に応じてキュアなどを実行する。これによりビアホール用の溝５３および配線用の溝５４が形成される。

続いて、図８（ｅ）に示すように、スパッタ、無電解銅めっきもしくは電解銅めっきなどを用いて導体層５５を形成する。

そして、導体層５５の表面をＣＭＰにより研磨して平坦化し、図８（ｆ）に示すようなビアホール５６および配線５７が形成された配線基板を得る。

一方、近年では、フォトマスクを使用しない直接露光（いわゆるマスクレス露光）による方法も提案されている。直接露光による方法によれば、歪んだ基板に合わせた描画データの修正が容易であり、製造精度の向上、歩留まりの向上、納期の短縮、製造コストの低減などにおいて改善がもたらされる。

直接露光による方法の一例として、基板上に形成したレジストを露光するにあたり、露光すべきパターンに対応したパターンデータを作成し、このパターンデータをディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）に入力し、その複数の各可動ミラーをパターンデータに応じて傾動させ、このＤＭＤに光を投射してその各可動ミラーからの反射光をレジストに照射してパターンデータに対応した形状に露光させる技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−９３９７７号公報特開平１０−１１２５７９号公報

デュアルダマシン構造の配線基板を製造するにあたり、種々の深さの溝を有する絶縁層を配線基板上に形成する場合は、フォトマスクを使った露光方法およびフォトマスクを使わない直接露光による方法いずれにおいても、深さの種類に応じて露光処理を複数回実行しなければならない。例えば絶縁層に形成する溝の深さが３種類ある場合は、少なくとも３回の露光処理を実行しなければならない。

特に、フォトマスクを使った露光方法、露光処理のたびにフォトマスクが必要となるため、コストがかかり、非常に非経済的である。

一方、直接露光による方法は、フォトマスクを使った露光方法に比べて、フォトマスクを用いない分コストは安いが、複数回基板を露光しなければならない点ではフォトマスクを使った露光方法と同じであり、やはりコストの面で効率が悪い。また、１回の露光処理が終わるたびに次の露光処理のための条件を設定しなおさなければならないので、手間および時間もかかる。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、デュアルダマシン構造の配線基板を製造するにあたり、種々の深さの溝を有する絶縁層を、低コストかつ短時間で配線基板上に形成することができる直接露光装置および直接露光方法、ならびに、この直接露光装置により形成された配線基板を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、配線基板上の感光性絶縁レジストを直接露光する直接露光装置を用いて、直接露光による配線基板上の感光性絶縁レジストへの露光量を、形成すべき溝の深さに応じて制御し、種々の深さを有する溝を備えた絶縁層を配線基板上に形成する。

直接露光による方法は、フォトマスクを用いた露光方法に比べて、露光条件を柔軟に設定することができる。本発明では、形成すべき溝の深さを、配線基板上の溝の位置に応じて可変とするが、これは、形成すべき溝の位置に応じて直接露光装置の露光量を制御することにより実現する。

直接露光装置の露光量の制御は、直接露光における感光性絶縁レジストへの光の照射時間のデューティー比を、形成すべき溝の深さに応じて可変とすることで実現する。感光性絶縁レジストへの光の照射時間が長いほど、絶縁層に形成される溝の深さは深くなる。

一般に直接露光装置は、相対移動の方向に沿って並ぶ複数の発光体を用いて、この発光体に対して相対移動する露光対象基板上の所望のスポットに対して光を照射する。本発明では、直接露光装置に対して配線基板が相対移動する間に、配線基板上に形成すべき溝の深さおよび位置に応じて露光量を制御する。これにより、１回限りの走査における露光処理によって、複数種類の深さを有した溝を配線基板上に形成することが可能となる。

なお、配線基板を直接露光装置に対して相対移動させずに、直接露光装置に対して静止した状態で一度に直接露光するようにしてもよい。この場合も、上述のように配線基板上に形成すべき溝の深さおよび位置に応じて露光量を制御する。

本発明によれば、デュアルダマシン構造の配線基板を製造するにあたり、種々の深さの溝を備える絶縁層を、低コストかつ短時間で配線基板上に形成することができる。

図１は、本発明の実施例による直接露光装置が作成する配線基板の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。

露光対象基板１１上には、配線基板の完成後に絶縁層となるポジ型の感光性絶縁レジスト３１が設けられる。ポジ型の感光性絶縁レジスト３１の例としては、ポジ型ポリイミドなどがある。

本実施例では、図１（ｂ）に示すように、感光性絶縁レジスト３１に関して、その一部の領域を、深さｄ１もしくはｄ２（ただしｄ１＜ｄ２）となるまで直接露光装置を用いて感光する場合について説明する。図１（ｂ）の深さｄ１およびｄ２の部分は、図１（ａ）のエリア３３および３２にそれぞれ対応する。このように感光した後、現像処理などを施すことにより、深さがｄ１もしくはｄ２の溝が絶縁層に形成されることになる。絶縁層に形成された深さの異なる溝は、例えば配線用の溝やビアホール用の溝となり得る。

図２は、本発明の実施例による直接露光装置の、マトリクス状に並ぶ発光体の一配置例を示す概略的な平面図である。

本実施例による直接露光装置は、複数の発光体がマトリクス状に並ぶ発光体マトリクス１０を備え、この発光体マトリクス１０を用いて、この発光体マトリクス１０に対して相対移動する露光対象基板上の所望のスポットに対して光を照射する。なお、説明を簡明にするために、図２に示す例では、８行８列のマトリクス状に発光体が配列されるものとするが（図中、マトリクスを構成する四角形で示される。）、実際の直接露光装置では数億個程度の発光体を備えるのが一般的である。なお、各発光体の位置は、図２に示すように、行について「１」〜「８」、列について「Ａ」〜「Ｈ」で識別され、本明細書では例えば「発光体Ｄ４」というように表現する。発光体の具体例については後述する。

図３は、本発明の実施例の直接露光装置による露光動作を説明する図である。また、図４は、本発明の実施例の直接露光装置における各発光体の発光動作のタイミングを示す図である。

本実施例による直接露光装置は、図２に示すような発光体がマトリクス状に並ぶ発光体マトリクス１０を備えるが、この発光体マトリクス１０を用いて、この発光体マトリクス１０に対して相対移動する露光対象基板１１の感光性絶縁レジスト３１（図１参照）上の所望のスポットに光を照射する。なお、実際には、露光対象基板を直接露光装置の光源に対して移動させるのが一般的である。

本実施例では、直接露光による配線基板上の感光性絶縁レジストへの露光量を、形成すべき溝の深さに応じて制御する。すなわち、形成すべき溝の深さを、配線基板上の溝の位置に応じて可変とする。このため、詳細については後述するが、発光体ごとにオンオフ制御を実行する。

また本実施例では、図４に示すように、マトリクス状に配置された複数の発光体を有する露光ユニットの、発光動作の同期間隔をｆとする。例えば、ｆ＝１ｍｓｅｃであるならば、１ｍｓｅｃごとに各発光体の発光動作が同期して一斉にオンもしくはオフ動作に入ることになる。本実施例では、時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の各間隔がｆとなる。なお、図４では、発光体マトリクス１０内の複数の発光体のうち、特に、発光体Ｄ４、Ｃ２およびＤ３についての発光動作のタイミングを例示している。

直接露光装置の露光量の制御は、直接露光における感光性絶縁レジストへの光の照射時間のデューティー比を、形成すべき溝の深さに応じて可変とすることで実現する。感光性絶縁レジストへの光の照射時間が長いほど、絶縁層に形成される溝の深さは深くなる。本実施例では、感光性絶縁レジスト３１の深さｄ２まで感光するのに必要な光の照射時間を「オン時間２」とし、深さｄ１まで感光するのに必要な光の照射時間を「オン時間１」とする。ｄ１＜ｄ２であるので、オン時間１＜オン時間２となる。一例を挙げると、オン時間１が０．５ｍｓｅｃ、オン時間２が１．０ｍｓｅｃである。

本実施例では、発光体マトリクス１０の各発光体ごとに、周期ｆ中の間に、光の照射時間を「オン時間１」もしくは「オン時間２」とするか、あるいは光を照射しない「オフ時間」とするか、といったように光の照射時間のデューティー比を変化させる個別制御を行う。通常、発光体は、感光性絶縁レジストに対して短時間では所望の深さまで感光することができるほどの光の強さを有していない。このため、直接露光装置に対して露光対象基板が相対移動する間に複数の発光体によって露光対象基板に対する光の照射量を蓄積していくことによって、所望の深さにまで感光することができる感光量を達成することになる。本実施例によれば、直接露光装置に対して露光対象基板が相対移動する間に上記のような発光体の個別制御を実現することになり、この結果、配線基板上に形成すべき溝の深さおよび位置に応じて露光量をきめ細かく調節することが可能となる。相対移動の速度すなわちステージ速度は例えば、１ｍｍ・ｓｅｃ^-1として、光の照度を５０ｍ・Ｗｃｍ^-2とする。

発光体マトリクス１０が露光対象基板１１上を相対移動していったとき、深さｄ１もしくはｄ２の溝を形成するために光が照射されるエリア３３および３２に対して光を照射することができる位置に到達した各発光体は、上述したような各エリアに対応した照射時間で光を発光することになる。

まず、時間Ｔ０において、図３（ａ）に示すような位置関係に発光体マトリクス１０と露光対象基板１１とがあるとする。このとき、ｄ２の深さまで感光すべきエリア３２への光の照射を担当する発光体Ｄ３、Ｄ４、Ｅ３およびＥ４のｆ期間中の光の照射時間はオン時間２となる。また、ｄ１の深さまで感光すべきエリア３３への光の照射を担当する発光体Ｃ２〜Ｃ５、Ｄ２、Ｄ５、Ｅ２、Ｅ５、およびＦ２〜Ｆ５のｆ期間中の光の照射時間はオン時間１となる。これら以外の発光体は発光動作はせず、オフ状態となる。

時間Ｔ１になると、発光体マトリクス１０は露光対象基板１１に対して図３（ｂ）に示すような相対位置に到達する。このとき、エリア３３および３２に対して光を照射することができる位置に到達した各発光体は、上述したような各エリアに対応した照射時間での発光を開始する。例えば、発光体Ｄ４はオン時間２の発光を開始し、発光体Ｃ２は発光動作せずにオフ状態になり、発光体Ｄ３はオン時間１の発光を開始する。

時間Ｔ２になると、発光体マトリクス１０は露光対象基板１１に対して図３（ｃ）に示すような相対位置に到達する。このとき、例えば、発光体Ｄ４はオン時間２の発光を開始し、発光体Ｃ２は発光動作せずにオフ状態となり、発光体Ｄ３はオン時間１の発光を開始する。

時間Ｔ３になると、発光体マトリクス１０は露光対象基板１１に対して図３（ｄ）に示すような相対位置に到達する。このとき、例えば、発光体Ｄ４はオン時間１の発光を開始し、発光体Ｃ２およびＤ３は発光動作せずにオフ状態となる。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、直接露光装置に対して配線基板が相対移動する間に、配線基板上に形成すべき溝の深さおよび位置に応じて露光量を制御することになるが、これにより、１回限りの走査における露光処理によって、複数種類の深さを有した溝を配線基板上に形成することが可能となる。

次に、本発明の実施例による直接露光装置の露光源として用いられる発光体の具体例について説明する。

上述したように、本実施例による直接露光装置は、複数の発光体がマトリクス状に並ぶ発光体マトリクス１０を備える。

図５は、本発明の実施例の直接露光装置における発光体がディジタルマイクロミラーデバイスを備えてなる場合を説明する概略図である。

ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）では、独立に傾動する複数の微小な可動ミラーが所定の間隔を有して配列されており、直接露光装置内に別個に設けられた光源からの光が投射される。この場合、可動ミラーを傾動させることによって光の照射時間を調節する。なお、光源の例としては、ＧａＮ系の４０５ｎｍの半導体レーザが使われる。しかしこれに限定されるものではない。その他の例としてＡｒなどの気体レーザ、ＹＡＧなどの固体レーザ、ＧａＡｓなどの半導体レーザなどがあり、光の波長を２６６ｎｍ〜８００ｎｍとする。

図５ではＤＭＤのうち１つの可動ミラー４１について示されている。光を露光対象基板３０に照射する場合は、図５（ａ）に示すように、可動ミラー４１に投射されて反射した光を固定ミラー４２に入射させ、さらに固定ミラー４２で反射させて露光対象基板３０に照射する。光を露光対象基板３０に照射しない場合は、可動ミラー４１に投射されて反射した光が固定ミラー４２に入射しないよう、可動ミラー４１を所定の角度で傾斜させる。本実施例では、可動ミラー４１の傾動の角度を制御して、感光性絶縁レジストへの光の照射時間を変化させる。

図６は、本発明の実施例の直接露光装置における発光体が液晶を備えてなる場合を説明する概略図である。

本実施例では、光源から発せられる光の透過量を、液晶４３を用いて変化させる。なお、光源の例は、図５を参照して説明したとおりである。

図６では液晶４３の一部が概略的に示されている。光を露光対象基板３０に照射する場合は、図６（ａ）に示すように、液晶４３の表示を透明にして光源からの光を露光対象基板３０に照射させる。光を露光対象基板３０に照射しない場合は、液晶４３の表示を有彩色、好ましくは黒色にして、光源からの光を遮断する。本実施例では、液晶４３の表示色を制御して、液晶４３を透過する光の感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させる。

さらには、図示はしないが、発光体マトリクス１０の各発光体を、発光素子そのもので実現してもよい。すなわち、複数の発光素子をマトリクス状に配置して発光体マトリクス１０を実現してもよい。この場合、発光素子が発する光の感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させる。

ところで、一般に直接露光装置においては、マトリクス状に配置された発光体１つで光を照射することができる範囲は限られている。したがって、隣接する発光体の照射範囲がオーバーラップしないことになる。このため、従来より、複数配列された発光体に対して所定の角度を有するように露光対象基板を相対移動させて上記オーバーラップしない領域が生じないようにする手法がとられている。本発明はこのような場合にも適用できるが、このことについて次に説明する。

図７は、本発明の実施例の直接露光装置による露光動作について、発光体マトリクスと露光対象基板とが所定の角度を有するように相対移動させた場合を説明する図である。

図中、発光体マトリクス１０内の発光体の照射可能範囲を黒丸で示すが、発光体マトリクスを露光対象基板１１に対して所定の角度を持って相対移動させることで、１走査する間に露光対象基板１１全体にわたってもれなく露光することができる。この場合も図３および４を参照して説明した場合と同様に、本発明の露光動作を実現することができる。

デュアルダマシン構造の配線基板を製造するにあたり、種々の深さの溝を有する絶縁層を配線基板上に形成することができる露光装置および方法として適用することができる。

本発明の実施例による直接露光装置が作成する配線基板の一例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。本発明の実施例による直接露光装置の、マトリクス状に並ぶ発光体の一配置例を示す概略的な平面図である。本発明の実施例の直接露光装置による露光動作を説明する図である。本発明の実施例の直接露光装置における各発光体の発光動作のタイミングを示す図である。本発明の実施例の直接露光装置における発光体がディジタルマイクロミラーデバイスを備えてなる場合を説明する概略図である。本発明の実施例の直接露光装置における発光体が液晶を備えてなる場合を説明する概略図である。本発明の実施例の直接露光装置による露光動作について、発光体マトリクスと露光対象基板とが所定の角度を有するように相対移動させた場合を説明する図である。従来例による配線基板においてビアホール用および配線用の溝を形成するプロセスの一例を説明するための配線基板の断面図である。

符号の説明

１０…発光体マトリクス
１１…露光対象基板
３１…絶縁性感光レジスト
４１…可動ミラー
４２…固定ミラー
４３…液晶

Claims

配線基板上の感光性絶縁レジストを直接露光することにより、所定の深さを有する溝を備えた絶縁層を前記配線基板上に形成する直接露光装置であって、
直接露光による前記配線基板上の前記感光性絶縁レジストへの露光量を、形成すべき前記溝の深さに応じて制御する制御手段を備えることを特徴とする直接露光装置。
前記制御手段は、形成すべき前記溝の深さを、該溝の位置に応じて可変とする請求項１に記載の直接露光装置。
前記制御手段は、直接露光における前記感光性絶縁レジストへの光の照射時間のデューティー比を、形成すべき前記溝の深さに応じて可変とすることで、前記露光量を制御する請求項１または２に記載の直接露光装置。
前記制御手段は、形成すべき前記溝が深いほど直接露光における前記感光性絶縁レジストへの光の照射時間を長くすることで、前記露光量を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の直接露光装置。
前記制御手段は、前記直接露光装置に対して前記配線基板が相対移動する間に、前記配線基板上に形成すべき前記溝の深さおよび位置に応じて前記露光量を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載の直接露光装置。
前記直接露光装置は、光源と、該光源から発せられる光の反射方向を変化させる複数のミラー素子を有するディジタルマイクロミラーデバイスと、を備え、
前記制御手段は、前記ミラー素子で反射する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の直接露光装置。
前記直接露光装置は、光源と、該光源から発せられる光の透過量を変化させる液晶と、を備え、
前記制御手段は、前記液晶を透過する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の直接露光装置。
前記直接露光装置は、複数の発光素子を備え、
前記制御手段は、前記発光素子が発する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の直接露光装置。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の直接露光装置によって形成されたことを特徴とする配線基板。
配線基板上の感光性絶縁レジストを直接露光装置を用いて露光することにより、所定の深さを有する溝を備えた絶縁層を前記配線基板上に形成する直接露光方法であって、
直接露光による前記配線基板上の前記感光性絶縁レジストへの露光量を、形成すべき前記溝の深さに応じて制御する制御ステップを備えることを特徴とする直接露光方法。
前記制御ステップでは、形成すべき前記溝の深さを、該溝の位置に応じて可変とする請求項１０に記載の直接露光方法。
前記制御ステップでは、直接露光における前記感光性絶縁レジストへの光の照射時間のデューティー比を、形成すべき前記溝の深さに応じて可変とすることで、前記露光量を制御する請求項１０または１１に記載の直接露光方法。
前記制御ステップでは、形成すべき前記溝が深いほど直接露光における前記感光性絶縁レジストへの光の照射時間を長くすることで、前記露光量を制御する請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の直接露光方法。
前記制御ステップでは、前記直接露光装置に対して前記配線基板が相対移動する間に、前記配線基板上に形成すべき前記溝の深さおよび位置に応じて前記露光量を制御する請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の直接露光方法。
前記直接露光装置は、光源と、該光源から発せられる光の反射方向を変化させる複数のミラー素子を有するディジタルマイクロミラーデバイスと、を備え、
前記制御ステップでは、前記ミラー素子で反射する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の直接露光方法。
前記直接露光装置は、光源と、該光源から発せられる光の透過量を変化させる液晶と、を備え、
前記制御ステップでは、前記液晶を透過する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の直接露光方法。
前記直接露光装置は、複数の発光素子を備え、
前記制御ステップでは、前記発光素子が発する光の前記感光性絶縁レジストへの照射時間を変化させることで前記露光量を制御する請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の直接露光方法。