JP2005277329A

JP2005277329A - 配線基板の製造方法

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Publication number: JP2005277329A
Application number: JP2004092205A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Nozuma; 光彦野妻
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】配線基板の製造工程中にリフトオフ膜が剥離することなく、密着強度の強い配線導体層を形成することができる配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】絶縁基板１の主面に配線導体層４を形成する配線基板の製造方法において、絶縁基板１の主面の配線導体層４が形成されない部位に密着金属層２ａおよび被覆金属層２ｂを順次積層し、次に前記被覆金属層および前記絶縁基板の露出している主面に前記配線導体層と成る導体層を被着させ、しかる後に前記密着金属層と前記被覆金属層と前記被覆金属層の上面に形成された前記導体層とを除去する。リフトオフ膜をクロムおよび銅で形成するので、リフトオフ膜が吸湿して変形や剥離が生じたり製造工程中に加わる熱により変質したりする虞がない。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁基板の主面にリフトオフ法を用いて配線導体層が形成される配線基板の製造方法に関する。

従来、リフトオフ法は、精密なパターン形成の一方法であり、配線基板の製造では、例えば配線導体層の形成工程などに利用されている。これは、絶縁基板の主面の配線導体層を形成しない部位にリフトオフ用のフォトレジスト剤をパターンニングし、さらに主面全面に蒸着法、スパッタリング法等の真空薄膜形成技術を用いて成膜することにより金属材料等から成る導体層を成膜した後、リフトオフ液でフォトレジスト剤およびフォトレジスト剤の上に成膜された導体層を除去し、フォトレジスト剤がパターンニングにより除去されていた部分の導体層を残すことにより、配線導体層を形成する技法である。

配線基板の製造方法において、特に配線導体層に白金（Ｐｔ）等のエッチング法によるパターン形成が困難な配線導体層の形成に、このようなリフトオフ法によるパターン形成方法が好適に用いられている。

従来のリフトオフ法を用いた配線基板の製造方法を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）は、従来の配線基板の製造方法を説明するための各工程毎の配線基板の断面図であり、これら図において、11は絶縁基板、12はリフトオフ膜、14は配線導体層を示す。

まず、図２（ａ）に断面図で示すような絶縁基板11を用意する。このような絶縁基板11は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックスあるいはシリコン基板の表面に絶縁膜を形成した絶縁材料から成る。

次に、図２（ｂ）に断面図で示すように、リフトオフ膜12と成る液状のフォトレジスト剤をスピンコート法，ロールコート法等により均一に塗布する。その後、約80℃の温度で0.5〜２時間程度加熱してフォトレジスト剤を膜状に仮硬化させ、フォトマスクを用いて露光した後に、現像液を用いて現像を行なうことにより配線導体層14が形成される部位のフォトレジスト剤を除去し、さらに約130℃の温度で0.5〜２時間程度加熱してフォトレジスト剤を硬化することにより配線導体層14が形成されない部位にリフトオフ膜12を形成する。このリフトオフ膜12となるフォトレジスト剤には、ネガ型フォトレジスト剤，ポジ型フォトレジスト剤等の感光性の樹脂組成物が用いられる。

次に、図２（ｃ）に断面図で示すように、リフトオフ膜12および絶縁基板11の露出している主面に配線導体層14と成る薄膜金属から成る導体層を形成する。この配線導体層14と成る導体層は、真空蒸着法やスパッタリング法等の従来周知の薄膜形成技術を用いることにより薄膜金属層を蒸着して形成される。

しかる後に、図２（ｄ）に断面図で示すように、リフトオフ膜12およびリフトオフ膜12の上面に形成された導体層を除去することにより、絶縁基板11の主面に配線導体層14が形成された配線基板を得る。リフトオフ膜12およびその上面に形成された導体層の除去には、ネガ型フォトレジスト剤，ポジ型フォトレジスト剤等の感光性樹脂組成物を溶解することができるアセトン，エチルアルコール，イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤が用いられ、この有機溶剤に配線基板を浸漬することにより、リフトオフ膜12およびその上面に形成された導体層を除去することができる。
特開平10−21509号公報特開2002−223138号公報特開2003−287905号公報特許第3463246号公報

しかしながら、上記従来の配線基板の製造方法においてリフトオフ膜12として用いられる、ネガ型フォトレジスト剤，ポジ型フォトレジスト剤等の有機材料から成るフォトレジスト剤は、吸湿性が高く、また、このリフトオフ膜12が吸湿した際、絶縁基板11との密着力が低下して製造工程中に剥離してしまったり、リフトオフ膜12が変形して所望の配線導体層14が形成できなくなったりするという問題点があった。

また、有機材料から成るリフトオフ膜12は、耐熱温度が金属と比較して低いため、配線基板の配線導体層14と成る導体層を成膜する際に、成膜時の熱によりリフトオフ膜12が変質し、その後の有機溶剤によるリフトオフ膜12の除去が困難になる場合があった。

また、有機材料から成るリフトオフ膜12は、目に見えない極薄い残渣が残りやすく、配線導体層14が形成される部位のフォトレジスト剤を除去した後に、その部位に残渣が残った場合、配線導体層14が剥離したり、絶縁基板11との密着強度が極めて弱くなったりする場合があった。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、配線基板の製造工程中にリフトオフ膜が剥離することなく、密着強度の強い配線導体層を形成することができる配線基板の製造方法を提供することにある。

本発明の配線基板の製造方法は、絶縁基板の主面に配線導体層を形成する配線基板の製造方法において、前記絶縁基板の主面の前記配線導体層が形成されない部位に密着金属層および被覆金属層を順次積層し、次に前記被覆金属層および前記絶縁基板の露出している主面に前記配線導体層と成る導体層を被着させ、しかる後に前記密着金属層と前記被覆金属層と前記被覆金属層の上面に形成された前記導体層とを除去することを特徴とするものである。

本発明の配線基板の製造方法によれば、リフトオフ膜がクロムから成る密着金属層および被覆金属層を順次積層したものから成ることにより、配線基板の製造工程中に、従来周知の有機材料から成るリフトオフ膜のようにリフトオフ膜が吸湿して剥離したり変形したりすることがなくなることから、工程不良の少ない配線基板の製造方法を提供することができる。

また、スパッタリング法、真空蒸着法等による導体層を被着させる工程中において、有機材料から成るリフトオフ膜のように、リフトオフ膜が熱により変質し、リフトオフ膜の除去が困難になることがなくなり、工程不良の少ない配線基板の製造方法を提供することができる。

また、リフトオフ膜が密着金属層および被覆金属層を順次積層したものから成ることにより、絶縁基板への密着力が極めて強固なリフトオフ膜を形成することができるので、配線基板の製造工程中にリフトオフ膜が剥離することがなく、工程不良の少ない配線基板の製造方法を提供することができる。

次に、本発明の配線基板の製造方法を、図１に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施の形態の一例を説明する各工程毎の配線基板の断面図であり、これらの図において、１は絶縁基板、２はリフトオフ膜、３はレジストパターン、４は配線導体層を示す。

本発明の配線基板の製造方法は、以下の各工程により実施される。
まず、図１（ａ）に断面図で示すような絶縁基板１を用意する。このような絶縁基板１は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等のセラミックスあるいはシリコン基板の表面に絶縁膜を形成した絶縁材料等から成り、絶縁基板１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、先ずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状と成し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。また、その後、必要に応じて絶縁基板１の主面に研磨加工を施す場合もある。

なお、絶縁基板１の材料として、特に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体を用いた場合には、これらの材料の熱伝導率が40Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高いため、高放熱性という観点から、ＬＤ（レーザダイオード），ＬＥＤ（Light Emitting Diode），高速ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱量の大きい各種半導体素子を搭載する配線基板に好適に使用することができる。

次に、図１（ｂ）に断面図で示すように、絶縁基板１の主面の全面または配線導体層４を形成する必要部位に密着金属層２ａおよび被覆金属層２ｂを順次積層し、二層構造のリフトオフ膜２と成る薄膜金属層を形成する。このリフトオフ膜２と成る薄膜金属層は、真空蒸着法やスパッタリング法等の従来周知の薄膜形成技術を用いて成膜することにより形成される。

密着金属層はクロム（Ｃｒ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ），タングステン（Ｗ），チタン−タングステン（Ｔｉ−Ｗ）合金，チタン（Ｔｉ）の金属のうちのいずれか一種の金属から成り、被覆金属層は銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ）の金属のうちのいずれか一種の金属から成る。なお、以下では密着金属層がクロムから成り、被覆金属層が銅から成る場合を例に挙げて説明するが、他の金属の組合せを採用した場合も同様の工程で行なうことができる。

例えば、真空蒸着法を用いて形成する場合には、絶縁基板１の主面を成膜室内の蒸着原の方に向けて真空蒸着装置の成膜室に取り付け、成膜室内の蒸着源にリフトオフ膜２と成るクロムおよび銅の金属片を配置し、その後、成膜室内を真空状態（10^−２Ｐａ以下の圧力）にするとともに、蒸着源に配置された金属片をクロムおよび銅の順に加熱して蒸発させ、この蒸発した金属片の分子が絶縁基板１に順次被着されることにより、リフトオフ膜２と成るクロムから成る密着金属層２ａおよび銅から成る被覆金属層２ｂが絶縁基板１の主面に順次積層される。

また、スパッタリング法を用いて形成する場合には、絶縁基板１をスパッタリング装置の成膜室に取り付けて、成膜室内にリフトオフ膜２と成るクロムおよび銅から成るターゲットを配置し、その後、成膜室内を真空状態（10^−２Ｐａ以下の圧力）にするとともに、アルゴン（Ａｒ）等のスパッタガスを成膜室内に導入してクロムおよび銅のターゲットの順に選択的にプラズマを発生させる。すると、プラズマによりイオン化したアルゴン等のスパッタガスにより、クロムおよび銅の順にターゲットがスパッタされてターゲットの金属分子が飛散し、絶縁基板１にクロムから成る密着金属層２ａおよび銅から成る被覆金属層２ｂが順次被着されることにより絶縁基板１の主面にリフトオフ膜２となる薄膜金属層が順次積層される。

リフトオフ膜２のクロム（Ｃｒ）から成る密着金属層２ａの厚みは、0.01〜0.2μｍ程度がよい。0.01μｍ未満では絶縁基板１の主面に密着金属層２ａを強固な密着力で被着させることが困難となり、0.2μｍを超えると成膜時の内部応力によって密着金属層２ａの剥離が生じ易くなる。

また、銅（Ｃｕ）から成る被覆金属層２ｂの厚みは、配線導体層４の厚みの1.1〜２倍程度がよい。1.1倍より小さくなると、リフトオフ膜２の上面と絶縁基板１の主面との段差が小さくなり、配線導体層４と成る導体層を成膜した際、導体層が段差部を覆うように成膜されるため、リフトオフ膜２を溶解するための液が進入するための開口部が形成され難くなることから、リフトオフ膜２の除去が困難になる傾向があるため不適であり、２倍より大きくなると、リフトオフ膜２の上面と絶縁基板１の主面との段差が大きくなり、配線導体層４と成る導体層を成膜する際、リフトオフ膜２が障壁となって、配線導体層４となる部位に導体層が成膜され難くなることから、リフトオフ膜２を精度よく形成することが困難になる傾向があるため不適である。

次に、図１（ｃ）に断面図で示すように、リフトオフ膜２と成る薄膜金属層上に配線導体層４の反転パターン、すなわち配線導体層４が形成されない部位にフォトレジスト剤の膜が形成された形状と成るレジストパターン３を形成する。

レジストパターン３は、従来周知のフォトリソグラフィ法を用い、リフトオフ膜２と成る薄膜金属層上にスピンコート法、ロールコート法等により、液状のフォトレジスト剤を均一に塗布する。その後、約80℃の温度で0.5〜２時間程度加熱してフォトレジスト剤を膜状に仮硬化させ、フォトマスクを用いて露光した後に、現像液を用いて現像を行なうことにより配線導体層４が形成される部位のフォトレジスト剤を除去し、さらに約130℃の温度で0.5〜２時間程度加熱してフォトレジスト剤を硬化させることにより、配線導体層４が形成されない部位にフォトレジスト剤が被着されたレジストパターン３を形成する。

レジストパターン３の厚みは１〜５μｍ程度がよい。１μｍより小さくなると、リフトオフ膜２にピンホール等の欠陥が発生し易くなる点で不適であり、５μｍより大きくなると、レジストパターン３の密着力が低下してレジストパターン３が製造工程中に剥がれ易くなるという点で不適である。

次に、図１（ｄ）に断面図で示すように、従来周知のエッチング法を用いて配線導体層４が形成されるフォトレジスト剤が除去された部位のリフトオフ膜２を完全に除去する。例えばリフトオフ膜２の銅（Ｃｕ）から成る被覆金属層２ｂは、過硫酸アンモニウム水溶液や塩化第二鉄水溶液を用いることにより、銅を水溶液に溶解させて容易にエッチングすることができる。また、リフトオフ膜２のクロム（Ｃｒ）から成る密着金属層２ａは、過マンガン酸カリウム水溶液を用いることにより、クロムを水溶液に溶解させて容易にエッチングすることができる。

次に、図１（ｅ）に断面図で示すように、レジストパターン３を除去する。レジストパターン３の除去には、フォトレジスト剤を溶解剥離するための、例えば東京応化工業株式会社製の商品名「剥離液５０２Ａ」等の主成分が芳香族炭化水素等から成る剥離液を用い、その後アセトン、ＩＰＡ等の有機溶剤で剥離液を置換し、乾燥して有機溶剤を除去することにより、図１（ｅ）の工程が終了する。有機溶剤は絶縁基板１の主面の配線導体層４が形成される部位を洗浄する役割も果たす。その結果、絶縁基板１と配線導体層４との密着強度を極めて強固なものとすることができる。また、上記工程の後、ドライエッチングやＵＶ洗浄等を行ない、絶縁基板１の主面の配線導体層４が形成される部位をさらに洗浄してもよい。

次に、図１（ｆ）に断面図で示すように、リフトオフ膜２の被覆金属層２ｂおよび絶縁基板１の露出している主面に配線導体層４と成る導体層を蒸着法、スパッタリング法等の真空薄膜形成技術により被着させる。この配線導体層４と成る導体層は、真空蒸着法やスパッタリング法等の従来周知の薄膜形成技術を用いることにより被着される。例えば真空蒸着法を用いて被着させる場合には、絶縁基板１の主面を成膜室内の蒸着源の方に向けて真空蒸着装置の成膜室に取り付け、成膜室内の蒸着源に配線導体層４の導体層と成る金属片を配置し、その後、成膜室内を真空状態（10^−２Ｐａ以下の圧力）にするとともに、蒸着源に配置された金属片を順次加熱して蒸発させ、この蒸発した金属片の分子が絶縁基板１に順次被着されることにより、配線導体層４と成る導体層が形成される。

配線導体層４と成る導体層は、リフトオフ膜２の密着金属層２ａおよび被覆金属層２ｂと違う材質の金属から成り、例えばチタン（Ｔｉ）から成る密着金属層と、白金（Ｐｔ）から成る拡散防止層と、金（Ａｕ）から成る主導体層の３層構造から成る。密着金属層の厚さは0.01〜0.2μｍ程度がよい。0.01μｍ未満では、絶縁基板１の主面に密着金属層を強固な密着力で被着させることが困難となり、0.2μｍを超えると、成膜時の密着金属層の内部応力によって密着金属層の剥離が生じ易くなる。

拡散防止層は、密着金属層の金属と主導体層の金属との相互拡散を防ぐ作用を為し、その厚さは0.05〜１μｍ程度がよい。0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たし難くなる。１μｍを超えると、成膜時の拡散防止層の内部応力により拡散防止層の剥離が生じ易くなる。

主導体層には、電気抵抗が小さく腐蝕し難い金（Ａｕ）が好適に使用され、その厚さは0.1〜５μｍ程度がよい。0.1μｍ未満では、導体層の電気抵抗が大きくなる傾向にあり、５μｍを超えると、成膜時の主導体層の内部応力により剥離を生じ易くなる。また、金（Ａｕ）は貴金属で高価であることから、コストの点でなるべく薄く形成することが好ましい。

次に、図１（ｇ）に断面図で示すように、リフトオフ膜２の密着金属層２ａと被覆金属層２ｂと被覆金属層２ｂの上面に上記で形成された導体層とを除去し、配線基板を得る。リフトオフ膜２の密着金属層２ａと被覆金属層２ｂと被覆金属層２ｂの上面に形成された導体層とを除去するには、リフトオフ膜２の密着金属層２ａと被覆金属層２ｂとを腐食溶解することができるとともに、配線導体層４の導体層を腐食溶解することのないエッチング液にて除去する。

リフトオフ膜２がクロム（Ｃｒ）から成る密着金属層２ａと銅（Ｃｕ）から成る被覆金属層２ｂとから成り、配線導体層４が、例えば、チタン（Ｔｉ）から成る密着金属層と白金（Ｐｔ）から成る拡散防止層と金（Ａｕ）から成る主導体層とから成る三層構造である場合、過硫酸アンモニウム水溶液に浸漬し被覆金属層２ｂの銅を溶解させ、その後、過マンガン酸カリウム水溶液に浸漬することにより密着金属層２ａのクロムを溶解させて、容易にリフトオフ膜２を除去することができる。また、リフトオフ膜２の被覆金属層２ｂの上面に形成された導体層は、リフトオフ膜２となる被覆金属層２ｂおよび密着金属層２ａが除去されるとともに絶縁基板１の主面から剥離し、配線導体層４を構成する密着金属層，拡散防止層，主導体層はこれら水溶液に腐食溶解しないので絶縁基板１の主面に残る。

以上の工程により、本発明の配線基板を得ることができる。本発明の配線基板は、絶縁基板１の主面の配線導体層４が形成されない部位にクロムから成る密着金属層２ａおよび銅から成る被覆金属層２ｂを順次積層し、次に被覆金属層２ｂおよび絶縁基板１の露出している主面に配線導体層４と成る導体層を被着させ、しかる後に密着金属層２ａと被覆金属層２ｂと被覆金属層２ｂの上面に形成された導体層とを除去することから、従来周知の有機材料から成るリフトオフ膜に比べ、密着強度および耐湿性に極めて優れた密着金属層２ａおよび被覆金属層２ｂから成るリフトオフ膜４を使用するので配線基板の製造工程中にリフトオフ膜２が剥離することなく、工程不良の少ない配線基板の製造方法を提供することができる。

また、リフトオフ膜２をクロムおよび銅の金属で形成することから、蒸着法、スパッタリング法等の真空薄膜形成技術を用いて配線導体層４を成膜する際、熱によりリフトオフ膜２が変質することがなく、200℃以上の高温における導体層の成膜が可能となるので、密着強度の強い配線導体層４を形成することができ、その後のリフトオフ膜４の除去も容易な配線基板の製造方法を提供することができる。

なお、本発明の配線基板の製造方法は、上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、種々の変更、改良を施すことは何等差し支えない。例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金等の薄膜から成る低融点ろう材を配線導体層４として形成する場合は、配線導体層４と成る導体層を主導体層と成るＡｕの代わりに、またはＡｕから成る主導体層の上にＡｕ−Ｓｎ合金層を形成することにより好適に使用することができる。

（ａ）〜（ｇ）は、本発明の配線基板の製造方法の実施の形態の一例を示す各工程毎の配線基板の断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、従来の配線基板の製造方法の例を示す各工程毎の配線基板の断面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２：リフトオフ膜
２ａ：密着金属層
２ｂ：被覆金属層
３：レジストパターン
４：配線導体層

Claims

絶縁基板の主面に配線導体層を形成する配線基板の製造方法において、前記絶縁基板の主面の前記配線導体層が形成されない部位に密着金属層および被覆金属層を順次積層し、次に前記被覆金属層および前記絶縁基板の露出している主面に前記配線導体層と成る導体層を被着させ、しかる後に前記密着金属層と前記被覆金属層と前記被覆金属層の上面に形成された前記導体層とを除去することを特徴とする配線基板の製造方法。