JP2005501394A

JP2005501394A - 導電構造を製造するための方法

Info

Publication number: JP2005501394A
Application number: JP2002555595A
Authority: JP
Inventors: シュタイエルト，フィリップ; バルツ，ジルケ
Original assignee: エルミクロン・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2002-01-03
Publication date: 2005-01-13
Also published as: WO2002054840A1; EP1348320A1

Abstract

導電構造を製造するための方法では、導電構造が形成されるべき場所において溝を備えた表面を有するように、電気絶縁層が作製または準備される。基板表面に対して垂直な溝のうちの少なくともいくつかは、アスペクト比（構造の深さ（ｔ）と幅（ｂ）との比）が１：５から５：１の間、たとえば、少なくとも２：３である断面を有する。基板表面には、溝の特徴的な寸法と比較して薄い導電層が設けられる。その後、基板表面は、溝が充填されるまで、ガルバナイジングされる。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、技術的な応用目的のために、金属を用いてプラスチック内の溝を充填することに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック内の溝を充填するための方法は、電気接続素子、たとえば、回路基板、フレキシブル回路基板、高密度配線、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）基板、チップスケールパッケージ（ＣＳＰ）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）基板等の製造分野において応用例を持つ。しかし、それらは、半導体の構成要素および、マイクロプレーナコイルおよびマイクロリレー等の他の素子のために用いられてもよい。
【０００３】
この発明は、特に、請求項１に記載の方法に関する。さらなる独立請求項に同様に記載された接続素子および半完成品が、この特許出願の主題に属する。
【０００４】
マイクロエレクトロニクスの分野で常に進められている小型化の影響は、電気接続素子、特に回路基板、配線などの製造に及ぶ。多くの適用分野において、回路基板の従来の製造法を段階的に新しい方法と置き換える必要性が存在する。導体構造の従来の製造は、光化学的方法および通路孔の機械的ドリリングに基づいている。より新しい構成には、回路基板材料に、レーザまたはプラズマエッチングまたは孔あけツールの機械プレスにより、できるだけ小さな孔をドリルであけることが含まれる（マイクロパーフォレーション、これについては国際特許公報ＷＯ００／１３０６２を参照）。
【０００５】
微小孔のドリリングは、現在の要求に見合う新しい方法によって行なわれることが多くなっているが、実績のある光構造（photo-structuring）法により、通常どおりの導電トラックの作製が行なわれている。しかしながら、これは、フォトレジストの露光、現像および除去を含む多数の製造ステップを含む。したがって、これは比較的複雑であり、環境的観点からも欠点を有する。
【０００６】
従来の方法に対して、米国特許文書６００５１９８では、中でも、絶縁および好ましくはデュロプラスト（duroplastic）基板に、型押しツールによりＵ字状窪みおよびコップ形状の溝を同時に設けることを企図する、回路基板製造のための方法を記載する。２つの導体層の間の電気的接続のためにコップ形状の溝からポケット孔を形成するため、後で、化学的または機械的に材料をさらに除去しなければならない。その際、窪みおよび溝はメタライズされる。これは、たとえば、ゴムローラを用いて溝の中に導電ペーストを押し込むことによって行なわれる。これに代えて、基板全体を被覆し、その後、ゴムローラで溝の中に絶縁材料（エッチレジスト）を導入してもよい。この後のエッチングプロセスでは、溝の中に存在する金属層はエッチレジストによって保護される。この方法により、いくつかの加工ステップを省く。しかしながら、この方法は、以前と同様に、いくつかのウェットケミカル(wet-chemical)プロセスを必要とする。この方法が機能するのに必要な比較的幅広のＵ字状の溝のために、小型化にはさらに限界が存在する。さらに、ストリップ状導体は、設計により、比較的導電性の低い硬化可能ペースト（導電インク）からなるかまたは比較的薄いかのいずれかである。この理由のために、達成され得る信頼性およびストリップ状導体が伝え得る電力にも限界が設定されてしまう。この方法が実際にうまくいくとは示されていない。なぜなら、導体ペーストまたはエッチレジストを押し込むには、これらの材料を残余の表面上に塗り付けることが常に必要だからである。しかしながら、表面は、絶対に空けておくとともに、清浄でなければならない。被覆加工および硬化の後に、機械的に表面を研削しなければならなくなる。
【０００７】
米国特許文書６０３５５２７では、回路基板を製造するための新しいタイプの方法が開示されている。第１のステップでは、ストリップ状導体のための溝が基板に形成される。その後、導電材料の均一な沈殿が、たとえば、化学気相成長法によって行なわれる。導体材料は、後に再び除去され、ストリップ状導体を形成する溝の中に、依然としていくらかの導体材料が残る。
【０００８】
米国特許文書４６５１４１７では、ストリップ状導体のための溝が基板において機械的に作製される、回路基板製造方法が記載されている。その後、基板は、材料によって均一に被覆されるが、このために、真空沈殿プロセス、具体的には、磁気的に強化されたスパッタリング方法が用いられる。導体材料は、最終的に基板表面から除去され、導体材料は溝の中に残り、ストリップ状導体を形成する。達成される層の厚みが十分でない場合には、さらに材料が機械的に沈殿され得る。
【０００９】
米国特許第４９１２８４４号には、回路基板製造のための方法が記載されており、これによると、ストリップ状導体のためのチャネルが、基板に押込まれ、その後、はんだスズによって充填される。
【００１０】
英国公開特許出願２２１２３３１および日本特許出願１１１４６６９８の各々は、プラスチックの回路基板を製造するための方法を示し、ここでは、溝のパターンが、変形可能なプラスチックに押込まれ、その後、導体ペーストが溝に押込まれる。
【００１１】
これらのすべての思想は、光化学的方法という主要な応用に代わってストリップ状導体構造を機械的に作製することが、長い間、専門家たちの関心を集めてきたことを明確に示す。それにもかかわらず、これらの方法のうちの１つとして、はっきりと解決策を主張しているものはない。この理由は、特に、以下に示されるものである。
【００１２】
− 事実上すべての上述の方法によって、導体材料が機械的に除去されることが必要となるか、または、導体材料は、１つの方法ステップでは、ストリップ状導体の間にある表面から残る。しかし、このことは、非常に微細なストリップ状導体面にとっては好適ではない。代わりに、上述の文書のうちの少なくとも１つは、レーザアブレーションによって表面から材料を選択的に除去することに言及している。しかしながら、集中的な一連のプロセスとしてのこれは、経済的ではない。
【００１３】
− 真空沈殿（スパッタリング、ＣＶＣ、蒸着）は、非常に遅く、かつ費用のかかるプロセスである。（ドクターブレード等を用いて）弾性導体ペーストを機械的に組込むことは、ある程度までしか大量生産にとって好適でないことがわかった。
【００１４】
− 提案された思想においては、非常に微細なストリップ状導体構造と比較的大きな導電性を持ったストリップ状導体とを同時に製造することは、ほぼ不可能である。これらの思想によるストリップ状導体はすべて、非常に薄いか、または、導電率（導体ペースト）に限界があるかのいずれかである。
【特許文献１】
国際特許公報ＷＯ００／１３０６２
【特許文献２】
米国特許文書６００５１９８
【特許文献３】
米国特許文書６０３５５２７
【特許文献４】
米国特許文書４６５１４１７
【特許文献５】
米国特許第４９１２８４４号
【特許文献６】
英国公開特許出願２２１２３３１
【特許文献７】
日本特許出願１１１４６６９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この発明の目的は、基板内の溝を用いることによって導電性の構造を製造するための方法を提供することである。同時に、この方法によって、ストリップ状導体および通路孔等の構造ができる限り小さな横寸法を持つことが可能になる。しかしながら、現在の技術と比較して、構造の信頼性および性能が減じられてはならない。したがって、ストリップ状導体に関して、結果として以下のような要求が生まれる。すなわち、既存のシステムと比較して、表面に関しては、それらは、より低い平面の断面構成部分を有するべきである、つまり、それらは、基板内で十分に大きな深さを有するべきであるという要求が生まれる。製造方法は、経済的でなければならず、現在の技術に基づいた装置を用いて実現され得なければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
これらの特性を持った方法が、特許請求項内で規定されるようなこの発明によって可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
この方法は、導体構造のための溝が、作製され、電気化学的に(galvanically)充填されるという事実によって基本的に特徴付けられる。後続のステップでは、ストリップ状導体の間にある場所から導体材料が、場合によっては、除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ガルバナイジング（galvanisation）方法は、迅速かつ効率的である。電気化学的に堆積される導体構造は、たとえば、銅から構成され得る。得られる構造の材料は、高い導電率を有する。これにもかかわらず、ストリップ状導体構造の電気化学的充填は、これまで全く検討されることがなかった。この基本的な理由が、図１ｂに示される。この図は、いわゆる「気泡空洞」形成を示す。線４１″は、さまざまな量の堆積された材料を持った表層を示す。被覆された基板１０１′に対するガルバナイジングの際、導体材料１０３″は好ましくは角に沈降し、溝にはほとんど沈降しないため、充填すべき溝の幅と深さの間の比率が小さくなるときには、あるタイプの空洞“気泡空洞”１１１′が形成される。この理由により、アスペクト比が１：３よりも大きい、１：２であるまたは２：３もしくは１：１以上ですらある溝は、電気化学的充填が考えられなかった。しかしながら、気泡空洞の形成を防ぐために構造が非常に平坦に選択されている場合には、望ましくない様態で小型化に限界がでる。導体材料が導体構造自体から完全に除去されることなく、導体構造の間の領域の導体材料を除去することも困難である。現在の技術による、非常に平坦な構造の充填が、図１ａに示される。この図では、典型的な基板の形１０１′が示され、これは薄い被覆を有し、その上に、導体層１０３′がガルバナイジングされた。図示される線４１′は、さまざまな量の堆積材料を有する表層を示す。比較的大きな層の厚みがあっても、依然として、基板内の溝を表面上で確認することができる。
【００１９】
「気泡空洞」の形成を防ぐための１つの思想は、パルスめっき、または、いわゆる逆パルスめっき法である。この後者の方法に従うと、電流は何度か方向転換され、これは、材料が交互に基板上に堆積され、再び除去されるという事実に繋がる。これを用いることによって、最適な事例では、アスペクト比が大きすぎない場合には、「気泡空洞」の形成が回避され得る。しかしながら、装置および印加されなければならないエネルギに関する費用は、大きな不利点である。
【００２０】
具体的な詳細のない米国特許文書６２１１０７１は、集積回路の製造のための、２μｍ以下の特徴的なサイズを持った構造の一般的な電気化学的充填に関する。パルスめっき、または逆パルスめっき等が用いられるのかについての詳細は、提供されていない。「気泡空洞」の形成を防ぐために、ここでは、溝の縁を削ぐことが提案されており、これによって、より大きなアスペクト比が達成され得る。しかしながら、削ぐことのために、多くの面（導体幅）が再び必要とされることが、とりわけ不利な点である。食いつき部を作ることは、製造技術の観点から容易ではなく、大きな費用を伴ってしか回路基板に適用され得ない。さらに、寸法は、０．１μｍ付近にある。このため、電気化学的および化学的なプロセスを伴ったこれらの「ナノ構造」においては、主流であるのは拡散であり、発明が主に関連している、微細構造の場合のような対流（流れ）ではない。さらに、この文書の教示に従ったウェハは、充填後に、化学的−機械的な様態で平坦化される必要がある。
【００２１】
この発明に従った方法は、アスペクト比が１：５から５：１以上であり、かつ、寸法が約１０μｍ未満から数百μｍである、傾斜部(steep)（「垂直な」または基本的に平行な壁）をも備えた溝を電気化学的に充填することも可能であるという事実に基づく。このようなアスペクト比を持った、基本的にチャネル形状の、つまり細長い溝を電気化学的に充填することができるという認識は、驚くべきものである。構造の深さと、ガルバナイジングの際に全体として堆積される材料との比も、驚くほど好ましいものであり得る。
【００２２】
重要な認識は、装飾用のガルバナイジングで用いられるように、銅電解質または別の電解質を用いることである。同時に、意外なことには、このような電解質は、導体構造を形成するために、気泡空洞がない状態で溝を充填するのに非常に好適であることが確認された。
【００２３】
装飾用のガルバナイジングでは、光沢があり、多くの場合には平滑でもある表面が、可能な限り低い製造コストで電気化学的被覆によって達成されるべきである。たとえば、ニッケル、クロム、および銀が、特に装飾的に作用する。しかしながら、これらの金属を堆積させる前に、多くの場合、銅が表面上に沈殿させられる。酸銅電解質は、安価であり、かつ高い沈殿速度を有する。さらに、好適な有機添加物によって、かき傷等のむらをなくすという効果を達成することもできる。この発明は、これらの効果を利用する。
【００２４】
この発明に従った方法は、第１の導電層（シード層）を用いての被覆後の電気絶縁基板内の溝が、完全に電気化学的に充填されるか、または気泡空洞がない状態になることを基本的に特徴とする。溝のアスペクト比は、１：５から５：１であり、好ましくは、２：３から２．５：１の間にあり、溝の幅は、５μｍから数百μｍの間にあり、好ましくは、１０μｍから５００μｍの間にあり、たとえば、１５μｍから３００μｍの間にある。
【００２５】
第１の好ましい実施例の形態に従うと、第１の導電層の堆積は、導体構造が設けられるべき基板表面全体の上の広い面積にわたって行なわれる。次に、充填が行なわれ、溝が導体材料で充填されるまで、基板全体が電気化学的に導体材料で覆われる。したがって、導体構造の間にある表面上にも、導体材料は堆積する。したがって、充填後、これらの表面から導体被覆が再びなくなるまで、ウエットケミカル様態で行なわれる導体材料の新たな除去が行なわれる。
【００２６】
一つの実施例の形態に従うと、鋳造または射出時に溝が形成されるように、好適な金型の助けをかりて鋳造または射出される基板から出発する。
【００２７】
基板は、デュロプラストとして形成されてもよく、または溝に対応する突出部を有する金型上で硬化されてもよい。
【００２８】
さらなる実施例の形態は、平坦な表面を備えた中間製品から基板が製造されることを企図する。溝は、塑性変形（「型押し」）等によって、マイクロツールを用いたドリリングまたは（機械的な）フライス削りにより、レーザアブレーションで作製される。
【００２９】
溝を形成するそれぞれのステップの後には、ウエットケミカル後清浄ステップまたはプラズマ清浄ステップが続き得る。
【００３０】
さらなる可能性は、光化学的に、従来どおりに、または（中でも）ＬＩＧＭ（Ｘ線リソグラフィ、ガルバナイジング、および成形）方法等を用いての溝の作製にある。溝は、好適なマスクまたは保護層の助けをかりながら、プラズマアブレーションによって作製されてもよい。
【００３１】
溝を充填することによって作製された導体構造は、さまざまな機能を満たすことができる。それらは、電気接続素子（回路基板、ＨＤＩ等）におけるさまざまな導体層間の接触部または従来のストリップ状導体として働き得る。それらは、接触面を形成し、インピーダンスとして機能し、または特定の電界および／または磁界等の生成を行ない得る。
【００３２】
導体構造の間にある表面セクションから導体材料がなくなるように、溝の充填後、再び導体材料が除去される。これは、好ましくは、それ自体で再び公知である様態で、ウエットケミカル様態で行なわれる。この発明による基本的な達成は、（この説明の文脈では、「残余層の厚み」と呼ばれる）除去されるべき導体材料層が、構造の寸法と比較して薄くなることが可能であるという事実である。これによって、電気化学的充填、さらには（材料）除去ステップが、現在の技術と比較して安価になり、環境に対してずっと優しくなる。
【００３３】
この発明の一つの実施例の形態によると、充填された構造の深さおよび幅が２０μｍから５０μｍの範囲にある場合、２μｍから３０μｍの間または２μｍから１０μｍの間にさえある残余層の厚みが達成され得ることが示され、ガルバナイジングステップの後、表面は、基本的に平坦または鏡のように平滑にさえなるが、これは、非常に驚くべき結果である。
【００３４】
上述のアスペクト比（深さと幅の比）は、１：５から５：１の間にあり、好ましくは、１：２から３：１の間にあり、特に、２：３から２．５：１の間で好まれ、いくつかの応用例においては、少なくとも１：１または少なくとも３：２である。
【００３５】
この発明に従った方法は、驚くほどシンプルで、非常に迅速であり、したがって経済的である。加えて、（装飾用）電気化学的応用のための酸銅電解質溶液を大量生産品として市場で安価に入手できるという事実は、この方法の魅力にプラスの効果を与える。
【００３６】
溝を電気化学的に充填するための好ましく、かつ重要な実施例の形態に従うと、好適な添加物とともに装飾用ガルバナイジングの分野からの銅電解質が用いられることが、さらにここで簡単に言及される。しかし、当然のことながら、この方法は、平滑化および均一化の様態で作用する添加剤を含む、被覆技術からの他の電解質にも適用され得る。
【００３７】
この発明によって、電気接続素子における導体ストリップ断面のシンプルな最適化が可能となる。導体ストリップは、たとえば、基本的には矩形断面を有し得るが、これは、同時に、現在の技術と比較してずっと好ましいアスペクト比を有する。
【００３８】
現在の技術による回路基板とは対照的に、この発明によって、異なる厚みの導体ストリップの製造が容易に可能となる。たとえば、同じ回路基板上で、１つの加工ステップで、電力導体ストリップおよび信号導体ストリップが製造され得る。
【００３９】
電解質は、水溶液であり、少なくとも３つの成分グループを有する。すなわち、
Ａ．遷移金属塩または貴金属塩、たとえば、硫酸銅、銅フルオロホウ酸塩(copper fluoroborate)、酢酸銅、硝酸銅、シアン化銅等と、
Ｂ．酸、たとえば、硫酸、スルホン酸、フルオロホウ酸、スルホンアミド、塩酸等と、
Ｃ．有機添加物、たとえば、硫黄含有脂肪族プロパンスルホン酸誘導体、チオ尿素およびチオ誘導体、ジチオアルキル酸誘導体、オルトリン酸、チオリン酸エステル、芳香族チオ化合物、ゼラチン、糖蜜、フェナゾニマム（phenazonimum）誘導体、ポリアルキレングリコールエーテル、ホルムアルデヒド、ジオチオ炭酸塩(diothio-carbonate)、メルカプト化合物、ジチオカルバミル化合物、ベンゾチアゾリル化合物、エチレンアミン化合物、メチレンジスルフィド化合物、コハク酸化合物、スルホコハク酸化合物とを有する。
【００４０】
電解質は、緩衝剤、アルカリ塩、またはアルカリ土類塩（たとえば、ＮａＣｌ）および／またはさらなる有機添加物または無機添加物をさらに含み得る。
【００４１】
以下で、この発明の実施例がさらに、図面によってより詳細に説明される。
【００４２】
図２ａおよび図２ｂでは、この発明に従って充填される溝を備えた基板１０１が示される。
【００４３】
第１のステップでは、薄い導体層による被覆が、基板１０１上に堆積される。この文脈での「薄い」は、溝の特徴的な寸法、たとえば、約５０−５００ｎｍ、１００−３００ｎｍ、１５０−２５０ｎｍ等と比較して小さな厚み、したがって、たとえば、典型的な溝の幅の１０００分の１から数百分の１の間を意味している。堆積は、たとえば、スパッタリングによって真空チャンバ内で行なわれ得る。化学気相成長法（ＣＶＤ）、熱蒸着、陽極蒸着、シンプルなウエットケミカル沈殿、またはさらなる化学的または物理的な方法等の他の方法も考えられる。銅は、好ましくは、被覆材料として用いられるが、銀、クロム、チタン等の他の導体材料を用いることもできる。特定のポリマー材料を用いると、銅は、接着強度に関して問題が起こることなく、直接堆積され得る。他の事例では、まず、クロム、チタン、またはウォルフラムの、いわゆる接着層が堆積されなければならない。第２のステップでは、通例、銅が堆積される。このような場合には、薄い導体層は、２つまたは場合によってはそれよりも多くの金属層から構成される。
【００４４】
続いて、電気化学的に溝を充填する。線４１は、さまざまなガルバナイジングステージ中での導体層１０３の表面を同時に表わす。図からはっきりと推断され得るように、非常に速やかに平坦な面が達成される。図中の破線は、基板の表面を表す。変数ｂおよびｔはそれぞれ、溝の幅および深さを表わす。図に示されるほぼ矩形またはＵ字形状の断面以外に、型押しスタンプによって作製され得る他のいずれかの溝断面も考えられる。
【００４５】
残余の層の厚みｒ、つまり、最終的な製品または中間製品においては導体材料が存在すべきでない表面の場所で堆積される材料の厚みも、図に示す。電解質およびガルバナイジング方法によると、理想的なケースの残余層の厚みは、１０μｍから３０μｍの間、１０μｍから２０μｍの間、または１０μｍから１５μｍの間にさえもされ得ることが示された。これは、溝のサイズに実質的に左右されずに、２０μｍから５０μｍという広い範囲の溝寸法に適用される。条件ｒ＜ｔ、主にｒ＜２ｔも、いかなる問題もなく満たされ得る。
【００４６】
ガルバナイジング、つまり、電気めっき加工においては、充填の際、たとえば、逆パルスめっきは用いられない。つまり、ガルバナイジング加工では、極性は、転換されないか、または多くて２回転換される。銅だけでなく、基本的に他の導体材料、たとえば銀も、考えられ得る。以下で、電気めっきステップがより詳細に取扱われる。加工ステップの後、基板層は、溝を充填し、かつ基板全体を広範に覆うめっきを有する。
【００４７】
図３に従ったさらなるステップでは、導体材料１０３′が、企図される場所、たとえば、ストリップ状導体のための溝、通路孔、およびコンタクト場所にしか存在しなくなるまで、めっきが除去される。この除去も、エッチングによってウェットケミカル様態で行われ得る。これは、それ自体で公知である様態で、たとえば、化学浴内で、またはエッチング溶液で噴霧することにより、行われ得る。しかし、エッチングの代わりに、他の除去方法、たとえば、ファイングラインディング、「ラッピング」等の機械的な除去方法またはさらなる化学的または物理的な除去方法が適用されてもよい。
【００４８】
ここで説明される実施例に従う銅でのガルバナイジングまたは電気めっきは、図４および図４ｃに従う装置で行われ得る。ここで、電解質セル中にサンプルを組入れ、加工しかつその後セルから除去するバッチプロセスが記載される。図４は、縦方向の構成のガルバナイジング用装置の平面図を概略的に示す。図４ｃは図４の線Ｃ−Ｃに沿った断面を示す。装置は、周方向に２つの陽極ロッド５３を取付けかつ中央に陰極ロッド５５を取付ける容器５１を含む。陰極ロッドは、開口を有するスチールプレート５６を保持しかつ収容する役割を果たし、これは図４ａに正面図が縮小された縮尺で示される。開口５６ａには、被覆された基板を保持する働きをする把持装置５６ｂが設けられる。さらに、ダイヤフラム５７およびアパーチャ５９がさらに設けられる。ダイヤフラム５７は、いかなる陽極泥６０も陰極のまわりの電解質に入り込まないようにする働きをする。アパーチャは、電流または電界（図４ｂを参照）からの、横方向に限定された遮蔽として働く。さらに、孔あき誘電体チューブとして形成される手段６１が設けられ、これを通して、各々の酸銅電解質ごとに必要な空気注入が行なわれる。さらに、図示されないフィルタ手段およびポンプが存在し、それを用いて電解質が導出され、フィルタされかつ再び容器に導かれる。これらの手段によって行なわれる電解質循環は、たとえば、１時間当り電解質の量の３倍から５倍である。
【００４９】
電気化学的方法ステップで、前述のような比較的大きなアスペクト比も有する溝が“気泡空洞”なしで充填可能であるためには、電解質の組成が極めて重要である。
【００５０】
装飾目的のための従来のガルバナイジング技術の方法が、好適な適合により、この目的のために用いられ得ることが示された。これまで、このような方法は、回路基板技術での応用のために（または、電気接続素子一般のために用いられるために）検討されてこなかった。これまで、これらは、表面に光沢（装飾）を提供するためにのみ用いられてきた。これまで、これらは、一般に構造化された表面の、溝を備えた表面上に材料を堆積させるために、または、非常に一般的には、機能的なガルバナイジング技術のために用いられてこなかった。
【００５１】
第１の実施例の形態に従うと、電解質は以下の組成を有する。すなわち、
硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）：１０−２００ｇ／Ｌ
硫酸銅（ＣｕＳＯ₄×５Ｈ₂Ｏ）：５０−５００ｇ／Ｌ
塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）：１０−２５０ｍｇ／Ｌおよび有機添加物
ドイツ、ゾーリンゲン、ＨＳＯ社のＨＳＯＣ−ＷＬベースグロス：０．５−５ｍＬ／Ｌ
ＨＳＯＣ−ＷＬグロス基板：０．５−５ｍＬ／Ｌ
ＨＳＯＣ−ＷＬグロス添加物：０．０５−２ｍＬ／Ｌ、である。
【００５２】
以下のパラメータを有する結果が特に有利である。すなわち、
硫酸４５−７０ｇ／Ｌ、硫酸銅２００−２３０ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム１００−１９０ｍｇ／Ｌ、ＨＳＯＣ−ＷＬベースグロス２．２−４．２ｍＬ／Ｌ、ＨＳＯＣ−ＷＬグロス基板１．６−２．８ｍＬ／Ｌ、ＨＳＯＣ−ＷＬグロス添加物０．１５−０．９ｍＬ／Ｌ、である。
【００５３】
最適な結果は、４５−６０ｇ／Ｌの硫酸、２１０−２３０ｇ／Ｌの硫酸銅、１４０−１７０ｍｇ／Ｌの塩化ナトリウム、２．６−３．８ｍＬ／ＬのＨＳＯＣ−Ｗｌベースグロス、１．７−２．５ｍＬ／ＬのＨＳＯＣ−ＷＬグロス基板および０．２−０．６ｍＬ／ＬのＨＳＯＣ−ＷＬグロス添加物によって達成される。
【００５４】
第２の実施例の形態に従うと、無機成分について、第１の実施例の形態と同じ組成が用いられる。すなわち、
硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）：１０−２００ｇ／Ｌ、好ましくは４５−７０ｇ／Ｌおよびたとえば４５−６０ｇ／Ｌ
硫酸銅（ＣｕＳＯ₄×５Ｈ₂Ｏ）：５０−５００ｇ／Ｌ、好ましくは２００−２３０ｇ／Ｌおよびたとえば２１０−２３０ｇ／Ｌ
塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）：１０−２５０ｍｇ／Ｌ、好ましくは１００−１９０ｍｇ／Ｌおよびたとえば１４０−１７０ｍｇ／Ｌ、である。しかしながら、有機成分は、ゾーリンゲン（ＤＥ）のシュミット社（Schmidt）の（従来の電気化学技術的）ＨＳＯＣ−ＯＦ法で準備される。
【００５５】
第３の実施例の形態：
− 硫酸銅（ＣｕＳＯ₄×５Ｈ₂Ｏ）：５０−５００ｇ／Ｌ、好ましくは、２００−２３０ｇ／Ｌ、たとえば、２１０−２３０ｇ／Ｌ
− 硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）：１０−２００ｇ／Ｌ、好ましくは、４５−７０ｇ／Ｌ、たとえば、５０−６０ｇ／Ｌ
− ５０−１００ｍｇ／Ｌ、好ましくは７５−９０ｍｇ／Ｌの塩化イオン
有機成分：ドイツのエンソン（Enthone）ＯＭＩ社のノボスターＥＲ（Novostar-ER）
調合溶液：１−６ｍＬ／Ｌ、好ましくは、１．５−５ｍＬ／Ｌ、たとえば、２−４．５ｍＬ／Ｌ
レベラー(leveller):０．０５−１．０ｍＬ／Ｌ、好ましくは、０．１−０．７ｍＬ／Ｌ、たとえば、０．２−０．５ｍＬ／Ｌ
グロス基板:０．０５−１．０ｍＬ／Ｌ、好ましくは、０．２−１．０ｍＬ／Ｌ、たとえば、０．３−０．８ｍＬ／Ｌ。
【００５６】
第４の実施例:
世界中で事業展開しているシプレイ（Shipley）社（本部：米国、ＭＡ０１７５２、マールバラ（Marlborough））の方法「銅グリーム（Copper Gleam）ＢＬ」が用いられる。
− 硫酸銅：５０−５００ｇ／Ｌ、好ましくは、１７０−２１０ｇ／Ｌ、たとえば、１９０−２０５ｇ／Ｌ
− 硫酸：１０−２００ｇ／Ｌ、好ましくは、３０−８０ｇ／Ｌ、たとえば、３０−５０ｇ／Ｌ
− 塩化イオン：５０−１５０ｍｇ／Ｌ、好ましくは、７５−１２０ｍｇ／Ｌ、たとえば、８０−１００ｍｇ／Ｌ
有機成分：
キャリア(Carrier)銅グリームＢＬ：１−１０ｍＬ／Ｌ、好ましくは、２．５−５．０ｍＬ／Ｌ、たとえば、２．８−４．０ｍＬ／Ｌ
レベラー銅グリームＢＬ：１−１０ｍＬ／Ｌ、好ましくは、１．５ｍＬ／Ｌ、たとえば、１．５−３．０ｍＬ／Ｌ。
【００５７】
以下の方法シーケンスが用いられ得る。すなわち、
１．酸性溶液中で清浄する
２．脱イオン水中ですすぐ
３．酸性溶液（たとえば、硫酸）中につける
４．銅電解質中での電気化学的ビルドアップ
５．脱イオン水中ですすぐ
６．乾燥、が用いられ得る。
【００５８】
銅電解質を調製するために、以下のシーケンスが用いられ得る。
【００５９】
１．脱イオン水を用いて、完全に精製された電解質浴を全体積の７０％まで充填する。
【００６０】
２．残査が残らないように、硫酸銅等の無機塩類が混合され、溶解される。代替的には、塩の高濃度溶液が用いられてもよい。たとえば、硫酸銅を用いる場合には、３００ｇ／Ｌの硫酸銅の溶液が用いられ得る。
【００６１】
３．十分に攪拌しながら、硫酸および塩酸または塩化ナトリウムを慎重に加え、続いて、溶液を室温にまで冷却する。
【００６２】
４．室温にまで冷却した後、脱イオン水を用いて全体積の１００％まで充填し得る。電解質のさらなる混合の後、無機成分（Ｃｕ、硫酸、塩化物）の分析が行われ得る。
【００６３】
５．１−２Ａ／ｄｍ²の電流密度で数時間、電解質をダミーする（dummying/einarbeiten）。
【００６４】
６．必要とされる量の有機添加剤を加え、１−２Ａ／ｄｍ²で数時間電解質をさらにダミーする。
【００６５】
７．好適な方法によって有機添加剤を分析し、場合によっては、足りない量を補給する。
【００６６】
８．ここで、電解質は、すぐにでも使用できる。
【００６７】
図５では、この発明に従う方法の実施例を連続プロセスとして実行するための装置がさらに示される。非常に概略的に、横方向配置が示される。しかしながら、特に大きな設備では、偏向ローラを備えたより複雑な構成が考えられる。この実施例の形態では、連続プロセスとして、被覆された基板に対するマウントは必要ない。陰極として機能する（被覆を有する）基板１は、前述のように折り曲げ可能フォイルとして設計され、ローラによって張力がかけられる。たとえば、プロセス全体の間にそれは移動され、電解質容器の中を横方向に引かれる。陽極５３′は、基板の上もしくは下または基板の両側に取付けられる。装置は、空気流入手段と、適切な場合には、ダイヤフラムおよびアパーチャとも含む。それらはここでは繰返して説明しない。さらに、連続した電解質の流れのために設けられる、図示されないノズルが存在する。図面に矢印で示されるこの流れにより、時が経つとともに陰極の近傍で電解質が局所的に空乏することがなくなる。
【００６８】
この発明に従う方法を実行するための変形の概略図が図６に示される。この変形では、電気分解セル５１″で、被覆された基板上への銅沈殿プロセスが行なわれる。これは、容器６３″とは別個のものであり、その中で銅が固体状態から溶液の電解質になる。同時に、電解質の連続循環が行なわれ、空乏された電解質は電気分解セル５１″から容器６３″の中に運搬され、銅で濃縮された電解質が容器から電気分解セルに運搬される。
【００６９】
たとえば、導体構造のためにチャネルのような溝を作製することに関して、多くの公知の、および新しい可能性が存在する。さまざまな可能性のうちから選択されたものが、図７から図１０によって概略的に示される。
【００７０】
図７の基板１は、溝ができるように、型押しステップで、型押しツール２１を用いて塑性変形される。回路基板を型押しするのに非常に好適なサーモプラスト（thermoplasts）およびデュロプラストが存在することがわかった。好適な塑性変形可能な材料の例は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）である。さらなる可能性は、ポリカーボネート、特定のポリエステル（ＰＥＥＫ）、２次相転移温度を介して変形可能なエポキシ樹脂、およびポリスルホン等である。型押しステップは、真空チャンバ内で、または酸素含有大気中で、もしくは、たとえば、保護ガス下で行われ得る。
【００７１】
図８によると、基板は、突出部を含む金型２３および２５内での射出成形によっても作製され得る。図中、射出チャネル２７が概略的に示される。分離面２９を通して空気が抜き出され得る。
【００７２】
図９によると、基板１内の溝は、レーザアブレーションによっても作製され得ることが示される。レーザ光源３１が、図中で非常に概略的に示される。
【００７３】
図１０によると、第１のステップでの基板は、構造化されたレジスト層３３で覆われる。構造化は、たとえば、従来の様態で行なわれる。溝は、ウェットケミカル様態で、またはエッチングによって、後に作製される。
【００７４】
この発明による方法は、１：５から３：１の間または＞２：３の大きなアスペクト比を持つ微細構造を製造するのに特に好適である。なぜなら、チャネルの深さは、用いられる誘電体の厚みによっても限定されるためである。厚みは１０−２００マイクロメートルの範囲にあるため、導体チャネルは通常は、５または１０から最大で数百マイクロメートルの間の幅を有する。回路基板向けの適用例では、非常に単純かつ経済的な態様で、最も微細な導電トラックを特に製造し得る。しかしながら、実際にすべての適用例において、金属を備えたより大きな表面が必要である。したがって、たとえば、構成要素を回路基板にはんだ付けする接触表面は大抵は比較的大きく、電流供給導線（ＶccおよびＧＮＤ）を大きな表面を有して設計しなければならないことがしばしばである。ガルバナイジングの後、これらの表面は銅の層を有するが、この厚みは小さすぎる。銅をシンニングした（thinning away）後、これらの大面積領域で銅をエッチングで除去する。図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃはこれを概略的に図示する。これにより、図１１ａは型押しステップ後の基板２１０を示す。同じ基板が図１１ｂに示され、ここで被覆および電気めっきステップの後、銅層２０３が設けられる。図１１ｃによると、エッチバックの後、銅２０３′は段差の近傍および溝の中にしか残らない。
【００７５】
２つの型押しスタンプを相互にプレスするのに代えて、回転ローラ（「ローラ型押し」）によっても型押しステップを達成することができる。
【００７６】
後清浄および後処理ステップは、たとえば、プラズマエッチングによって行なわれる。この代替例として、ウェットケミカルプロセスも考えられ得る。
【００７７】
ここまでは、導体材料を用いての電気化学的充填のために、平坦な構造のみが検討されてきた。この理由はとりわけ、ガルバナイジングの際、材料が、電界の大きなところに、好ましくは、角および縁に自然に沈降するためである。しかしながら、ここで説明されるこの発明の実施例は、深さ対幅の比としてのアスペクト比が、少なくとも１：２、たとえば、約１：１以上である断面を有するストリップ状導体が前もって形成され、充填されるという事実に基づく。
【００７８】
この発明に従う方法を用いてこれらの大表面構造を製造可能であるために、さまざまな設計方策を選択し得る。
【００７９】
接触表面として設計すべき表面が、微細構造を網目状に覆う（aufgerastert/screened into）。これはたとえば、この発明に従う方法に最適なアスペクト比を有する、平行に走るかまたは交差する微細チャネルによって達成され得る。そのような場合、非常に好ましい電流供給平面または網目状平面も作製され得る。これらも大抵は従来の適用例では網目状に覆うように設計されるからである。しかしながら、はんだ付けのために接続表面を製造するならば、網目状に覆った表面によって良好なはんだ付け品質が可能になるわけではなく、閉（closed）はんだ付け表面を形成するようにこの方法に変更を加えなければならない。
【００８０】
図１２ａ、１２ｂおよび１２ｃに１つの可能性が示される。ここでは、図１１ａから１１ｃと類似の態様で、型押しステップ後、電気めっきステップ後またはエッチングの後の電気接続素子を示す。可能性は、型押しステップの間に基板３１０に設けられる非常に微細な構造３０１ａを有する大表面領域を網目状に覆うことにある。これらの構造は溝とこれらの間にある突出部とを含む。これらの構造、すなわちたとえば溝の深さはＴ／２を下回る。ここで、Ｔはストリップ状導体のチャネル形状の溝の深さを表わす。これは、これらの微細網目状ゾーン中の銅の人工的な肥厚化をもたらし、銅をシンニングした後に閉残余層３０３ａ′が残ってしまう。網目状覆いは、たとえば、平行導電トラック、交差導電トラックなど、多くの方法で行われ得る。
【００８１】
これも、溝とこれらの間にある突出部とを有する微細な構造とは別に、より大きな大表面構造も含む型押しツールを製造することによって達成され得る。図１３ａ、１３ｂおよび１３ｃに、製造のさまざまな段階の間の好適な電気接続素子が示される。ガルバナイジングの際、微細構造は迅速に充填され、最終的に、シート状構造がガルバナイジングされる。まとめると、これにより、大表面領域でわずかにより厚い銅層を生じる。銅をシンニングした後、閉残余層４０３ａ′が残る。すなわち、エッチバックステップ後、突出部は依然として銅で覆われている。
【００８２】
表面をはんだ付けするための大表面領域の網目状覆いは、銅層を機械的に堅く誘電体に固定し、それによりはんだ付け表面の接着強度が大きく増すという利点も有する。
【００８３】
この発明を説明した実施例は回路基板の製造に限られる。この発明の知識があれば、当業者は、この発明が他の電気接続素子の製造にちょうど好適であることを容易に認めるであろう。
【００８４】
さらに、上記説明については、簡略化のために、この方法の製品は完成した接続素子であると仮定された。当然ながら、当業者は、前述されたステップに加えて、電気接続素子を製造するためのさらなる加工ステップを用い得ることを容易に認めるであろう。この方法はさらに、接続素子へとさらに加工される半完成品の製造に好適である。たとえば、そのような半完成品は、たとえば他の構成要素とともに、多層電気接続素子に加工され得る。
【００８５】
この発明に従う方法を用いて製造され得る電気接続素子は、多数の可能な型押しを有し得かつ、電気接続素子が適用される分野に一般的に適用され得る。互いに電気的に結合される素子を回路基板が備える従来の適用例とは別に、この発明に従う接続素子は、当然ながら、小型化がさらに進められる適用例に完璧に好適である。さらに、ストリップ状導体の電流負荷可能性（current loadability）が重要である適用例も参照される。そのような適用例は、前述のように、特に好ましい断面を有するトラックをこの発明に従う接続素子が有し得るために好ましい。
【００８６】
この発明の基本的な認識は、約１０μｍから１００μｍの間の範囲の幅を持った（「微細」）構造、場合によっては、ずっと幅の広い構造も電気化学的に充填できることである。アスペクト比および残余層の厚みに対する要求に従って、それ自体で公知である被覆のための方法に基づいた方法ステップでこの発明による方法を補うこともできる。この発明は、以下に基づいた方法ステップまたは部分的なステップを含む方法を含む。すなわち、
ａ）従来の回路基板ガルバナイジング、
ｂ）パルスめっきまたは逆パルスめっき、または
ｃ）他の従来のガルバナイジング方法に基づいた方法ステップまたは部分的なステップを含む方法を含む。
【００８７】
この発明の概念に基づいたさらなる多くの実施例の形態が考えられる。特に、上述の電解質溶液は、単なる例にすぎない。多くのさらなる電解質溶液が、現在の技術において公知である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図２ａ】基板表面に対して垂直な断面によって、この発明に従った手順を非常に概略的に示す図である。
【図２ｂ】基板表面に対して垂直な断面によって、この発明に従った手順を非常に概略的に示す図である。
【図３】基板表面に対して垂直な断面によって、この発明に従った手順を非常に概略的に示す図である。
【図４】バッチプロセスとして電気化学的プロセスステップを行なうための、水平面に沿った容器の平面図である。
【図４ａ】図４に関する詳細を示す図である。
【図４ｂ】図４に関する詳細を示す図である。
【図４ｃ】図４の構成の縦のセクションを示す図である。
【図５】連続的なプロセスとして電気化学的被覆／充填を行なうための構成の一例を非常に概略的に示す図である。
【図６】特別な変形例に従った、電解質の循環を示す概略図である。
【図７】電気絶縁面に溝を作製するための方法のうちから選択された方法を概略的に示す図である。
【図８】電気絶縁面に溝を作製するための方法のうちから選択された方法を概略的に示す図である。
【図９】電気絶縁面に溝を作製するための方法のうちから選択された方法を概略的に示す図である。
【図１０】電気絶縁面に溝を作製するための方法のうちから選択された方法を概略的に示す図である。
【図１１ａ】製造プロセスにおけるさまざまなステージでの回路基板領域の一部を示す図である。
【図１１ｂ】製造プロセスにおけるさまざまなステージでの回路基板領域の一部を示す図である。
【図１１ｃ】製造プロセスにおけるさまざまなステージでの回路基板領域の一部を示す図である。
【図１２ａ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子の１つの実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【図１２ｂ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子の１つの実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【図１２ｃ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子の１つの実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【図１３ａ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子のさらなる実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【図１３ｂ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子のさらなる実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【図１３ｃ】さまざまな製造ステージにおける、この発明に従った電気接続素子のさらなる実施例の形態の領域の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０１基板、１０３導体層。

Claims

導電構造を製造するための方法であって、
前記構造が形成されるべき場所に溝を備えた表面を有する電気絶縁基板（１）が作製または準備され、
前記基板の表面に対して垂直な少なくともいくつかの溝は、アスペクト比、特に、前記構造の深さ（ｔ）と幅（ｂ）との比が１：５から５：１の間にある断面を有し、
溝が含まれる少なくとも場所での前記基板表面には、前記溝の特徴的な寸法と比較して薄い導電層が設けられ、
前記溝が充填され、かつ基本的に平らな表面が形成されるまで、前記基板表面は後にガルバナイジングされる、方法。
前記薄い導電層は基本的に、完全な基板表面上に堆積されることを特徴とし、
導体構造の間に存在し、かつ導電面を有するべきでない前記基板の場所から金属被覆がなくなるまで、前記基板のガルバナイジング後に導体材料が除去される、請求項１に記載の方法。
前記除去は、ウェットケミカル様態で行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記溝は、アスペクト比、特に、前記構造の深さ（ｔ）と幅（ｂ）との比が少なくとも１：１、たとえば、少なくとも３：２、多くて５：１である、前記基板表面に対して垂直な断面を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
前記構造は、約１０μｍから１００μｍの間の範囲にある幅（ｂ）を備えた溝を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
ガルバナイジングに用いられる電解質は、水および少なくとも３つの以下の成分を含むことを特徴とし、前記３つの以下の成分は、
‐遷移金属塩または貴金属塩、たとえば、硫酸銅、銅フルオロホウ酸塩(copper fluoroborate)、酢酸銅、硝酸銅、シアン化銅等と、
‐酸、たとえば、硫酸、スルホン酸、フルオロホウ酸、スルホンアミド、塩酸等と、
‐有機添加物、たとえば、硫黄含有脂肪族プロパンスルホン酸誘導体、チオ尿素およびチオ誘導体、ジチオアルキル酸誘導体、オルトリン酸、チオリン酸エステル、芳香族チオ化合物、ゼラチン、糖蜜、フェナゾニマム（phenazonimum）誘導体、ポリアルキレングリコールエーテル、ホルムアルデヒド、ジオチオ炭酸塩(diothio-carbonate)、メルカプト化合物、ジチオカルバミル化合物、ベンゾチアゾリル化合物、エチレンアミン化合物、メチレンジスルフィド化合物、コハク酸化合物、スルホコハク酸化合物、または他の有機化合物とを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
前記電解質は、１０−２００ｇ／Ｌの硫酸、５０−５００ｇ／Ｌの硫酸銅、１０−２５０ｍｇ／Ｌの塩化ナトリウム、および有機添加物を有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
前記電解質は、２０−１００ｇ／Ｌおよび好ましくは４５−７０ｇ／Ｌの硫酸、１８０−２８０ｇ／Ｌおよび好ましくは２００−２３０ｇ／Ｌの硫酸銅、および１００−１９０ｍｇ／Ｌおよび好ましくは１４０−１７０ｍｇ／Ｌの塩化ナトリウムを有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
請求項１から８のいずれかに記載の方法で製造される、電気接続素子の構成要素または電気接続素子として用いられる半完成品であって、
前記半完成品は、溝を備える絶縁基板（１０１）を含むことを特徴とし、
前記溝のうちの少なくともいくつかは、０．５μｍから１００μｍの間の最も幅の広い場所で測定された幅（ｂ）と、１：５から５：１の間にあるアスペクト比、特に、深さ（ｔ）と幅（ｂ）との比とを有する、絶縁層の表面に対して垂直な断面を有し、基本的に、電気化学的に堆積される導体材料によって完全に充填される、半完成品。
請求項１から９のいずれかに記載の方法に従ってストリップ状導体構造が設けられる中間製品であって、
溝を含む表面を備えた電気絶縁基板を含み、
前記溝のうちの少なくともいくつかは、０．５μｍから１００μｍの間の最も幅の広い場所で測定された幅（ｂ）と、１：５から５：１の間にあるアスペクト比、特に、深さ（ｔ）と幅（ｂ）との比とを有する断面を有する、中間製品。
酸性の水性電解質の使用であって、前記酸性の水性電解質は、
遷移金属または貴金属、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを有する塩と、
有機添加物と、
電解質中で溶解された金属が、めっき加工中に前記電解質から、かき傷等の不均一な部分を持った表面上へと堆積される場合、堆積される金属の平均の厚みが前記不均一な部分の深さのサイズオーダになるとすぐに、前記不均一な部分は平らにされて、導体構造を備えた電子素子の製造プロセス中に前記不均一な部分が充填されるという特性とを含む、酸性の水性電解質の使用。
前記塩は銅塩（copper salt）であることを特徴とする、請求項１１に記載の使用。
溶液は、前記溝の間に沈降する層としての残余層の層の厚み（ｒ）が１０μｍから３０μｍの厚み、好ましくは１０μｍから２０μｍの厚みに達するとすぐに、各事例において２０μｍから５０μｍの間の幅および深さを有するチャネルが電気化学的に充填されるような性質であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の使用。