JP2006156460A - 回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビア内に残存するスミアをプラズマ処理によって除去し、ビア信頼性が高い回路基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板にビアを形成した後、ビア周辺に残存するスミアをプラズマ処理により除去する工程を含む回路基板の製造方法であって、前記プラズマ処理は、酸素およびフッ素系ガスを含む第一のガスを用いてプラズマ処理を行う第一の工程と、前記第一の工程の後、酸化性ガスまたは窒素を含む第二のガスを用いてプラズマ処理を行う第二の工程と、前記第二の工程の後、少なくとも一種類の不活性ガスを含む第三のガスを用いてプラズマ処理を行う第三の工程と、を含むことを特徴とする回路基板の製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回路基板の製造方法に関する。

近年、電子機器の高密度化に伴い、これに用いられる回路基板の多層化、細線化が要求されている。多層用回路基板の工法の一つにバンプめっきによる接合方式があり、例えば、ブラインドビアの場合では次のような方法で形成される。
片面回路基板３１０（図３（ａ））に、ＵＶレーザー等でブラインドビア３０３（図３（ｂ））を形成し、ビア形成時に発生したスミア３０４（図３（ｂ））を除去するデスミア処理（図３（ｃ））を行う。このデスミア処理には、過マンガン酸溶液によるウェット方式或いは、プラズマによるドライ方式が用いられることが多い。そして、バンプめっき３０５（図３（ｄ））を施し、積層接合（図３（ｅ））を行い、多層化することにより、基板間の導通を行う。

同様に細線用回路基板の工法の一つにブラインドビアめっき、フィルドビアめっきによる導通形成方式がある。例えば、次のような方法で形成される。両面回路基板４１０（図４（ａ））に、ＵＶレーザー等でブラインドビア４０３（図４（ｂ））を形成し、ビア形成時に発生したスミア４０４（図４（ｂ））を除去するデスミア処理（図４（ｃ））を行う。このデスミア処理には、過マンガン酸溶液によるウェット方式或いは、プラズマによるドライ方式が用いられることが多い。そして、ブラインドめっき４０５（図４（ｄ１））又は、フィルドビアめっき４０６（図４（ｄ２））を施し、絶縁層を介して両面の銅はくの導通を得ることができる。

この様な多層用回路基板、細線用回路基板の製造において、回路基板に形成されたビアの内部及び、その周辺にスミアが残存すると、次工程のめっきを良好な品質・形状に施すことが出来ない。そのため、従来はレーザー加工等によって形成されたビアの内部及び、その周辺のスミアを除去するため、過マンガン酸溶液に浸漬させて、スミアを溶解除去していた（特許文献１）。

多層用回路基板、細線用回路基板はますます微細化する傾向にあり、従来はビア径１００μｍ 程度であったが、現状は５０μｍ 以下へ移行している。過マンガン酸溶液によるウェット方式では、従来のビア径１００μｍ 程度はスミアを十分に除去することができるが、１００μｍ 以下では絶縁層の濡れ性が悪く処理液がビア内に入りにくく処理が行われない可能性がある。また、ビア内に処理液が入った場合でもビア周辺の溶液は拡散層支配により新旧の処理液の交換が行われにくい。また、環境負荷の観点からも、過マンガン酸溶液を用いない処理が求められてきた。

この様な過マンガン酸溶液によるウェット方式に代え、プラズマによるドライ方式のデスミア処理が行われるようになってきた。プラズマによるドライ方式では、イオン、ラジカルによる化学・物理的反応、スパッタリングによる物理的反応によりスミアを除去する方法で、ビア径の大小に関わらず用いることができる。また、処理液を用いないため、環境負荷が小さい点でも優れている。

特開２００４−１４６５３３号公報

しかしながら、従来のドライ式のデスミア処理では、以下のような課題があった。
プラズマによるドライ方式のデスミア処理で主に用いられるガスは、酸素ガスである。酸素ガスは、有機物と酸化反応し、二酸化炭素、水となってスミアを除去する。しかし、酸素ガス単体では反応速度が遅いため、四フッ化炭素と酸素の混合ガスを用いる場合が多い。この四フッ化炭素と酸素の混合ガスを用いてデスミア処理した場合、短時間で処理することが可能である。

しかし、この混合ガスを用いた場合、四フッ化炭素に含まれるフッ素成分が処理基板の表面に残留してしまう。そのため、基板表面の濡れ性が低下し、表面被覆工程である、めっき処理に影響を及ぼす。その対応として、四フッ化炭素と酸素の混合ガスで処理した後に、酸素ガス単体で処理を行い、残存しているフッ素成分を除去するのが一般的な方法である。

上記のような、二段でデスミア処理をおこなう方法では、例えば、レーザー加工によるエネルギー等のばらつきにより、ブラインドビア底面で銅はくとスミアが入り混じった様な強固に付着したスミアは、この二段デスミアでも除去が困難であった。

そこで、本発明者らが、鋭意研究を重ねた結果、新たな知見を得ることができ本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、基板にビアを形成した後、ビア周辺に残存するスミアをプラズマ処理により除去する工程を含む回路基板の製造方法であって、
前記プラズマ処理は、
酸素およびフッ素系ガスを含む第一のガスを用いてプラズマ処理を行う第一の工程と、
前記第一の工程の後、酸化性ガスまたは窒素を含む第二のガスを用いてプラズマ処理を行う第二の工程と、
前記第二の工程の後、少なくとも一種類の不活性ガスを含む第三のガスを用いてプラズマ処理を行う第三の工程と、
を含むことを特徴とする回路基板の製造方法、
を提供するものである。

本発明に係る回路基板の製造方法は、プラズマ処理によりビア周辺に残存するスミアを除去する際に、３つのプラズマ処理工程を有するものである。こうすることによって、ビアにめっきを埋設する工程において、信頼性の高いビアめっきを提供することが可能となり、接続信頼性の高い回路基板の製造方法を提供することができる。

また、第一のガスのうち、フッ素系ガスの混合比率は１０％以上４０％以下としてもよい。こうすることにより、炭化した有機物を効率的に除去することが可能となる。

また、フッ素系ガスは、四フッ化炭素であってもよい。また、酸化性ガスは、酸素であってもよい。さらには、不活性ガスは、アルゴンであってもよい。そうすることにより、効率的にスミアを除去することが可能となる。

本発明によれば、ビア内に残存するスミアをプラズマ処理によって除去し、ビア信頼性が高い回路基板の製造方法を提供することができる。

以下、本発明のスミア除去の方法について図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。

本実施形態に係る回路基板の製造方法について説明する。
本実施形態に係る回路基板の製造方法は、図１に示すように、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマーなどの樹脂を硬化させた絶縁材からなる支持基材１０１の片面に銅はく１０２が付いた片面回路基板１１０を準備する（図１（ａ））。支持基材１０１側の面から銅はく１０２が露出するまでビア１０３を形成する。この際、ＵＶレーザー又はＣＯ２レーザーを用いると小径でかつ精度良くビアを得る事ができる。この様なビア１０３形成時に、ビア１０３の内部及び、その周辺には熱伝導による熱損失の影響が発生し、スミア１０４が発生する。

スミア１０４には、レーザー加工エネルギーのばらつき等の影響で次の少なくとも３種類が存在すると考えられる。
(i)加工エネルギーが弱く支持基材１０１の未加工樹脂残渣
(ii)支持基材１０１の炭化物残渣
(iii)加工エネルギーが強くビア１０３の底面の銅はく１０２が溶融し、これに二つ目の炭化物とが混入して生成される残渣

これらのスミアを除去するために、本発明は図１の（ｂ）〜（ｄ）に示すプラズマによる第一から第三の工程よりなるデスミア処理方法である。

第一の工程は、酸素およびフッ素系ガスを含む第一のガスを用いて行うもので、この工程で、加工エネルギーが弱く支持基材１０１の未加工樹脂残渣である有機物を除去する（図１（ｂ））。第一の工程の後、第二の工程では、酸化性ガスまたは窒素のどちらか一方のガスを含む第二のガスを用いて行うものであり、この工程で、第一の工程で用いたフッ素系ガスのフッ素成分１０５を処理面から除去し、撥水性を改善する（図１（ｃ））。第二の工程の後、第三の工程では、少なくとも一種類の不活性ガスを含む第三のガスにより第一の工程では除去が困難である底面に強固に付着している有機物又は無機物のスミアをスパッタリングにより物理的に除去する（図１（ｄ））。

ここで用いられるプラズマ装置は、低圧、常圧タイプのどちらでも良いが、反応性の高い低圧プラズマ装置を例に説明する。低圧プラズマ装置の構造は、一般的な平行平板方式で良く、チャンバー２０１（図２）に下部電極２０２を高周波電源に接続すると共に上部電極２０３をグランドに接続した状態で下部電極２０２と対向して配置する。また、チャンバー２０１内を一定の真空状態に保つための真空ポンプ２０４に接続され、反応ガスを一定量ずつ供給するマスフローコントローラー等からなるガス供給管２０５から構成されている。基板２０６は、下部電極２０２の上に配置し処理を行う。

次にプラズマの各工程について詳細に説明する。
第一の工程は、片面回路基板１１０をプラズマ装置のチャンバー２０１へ投入し、下部電極２０２の上に配置する。この際、ビア１０３がプラズマで処理されるように上面にする。下部電極２０２と片面回路基板１１０の間に、基板のたわみ等による隙間が存在すると、その空間にプラズマが集中する異常放電現象になる可能性があり、専用治具を用いたり、テープで固定したりすることが好ましい。

次にチャンバー２０１を閉じて、真空ポンプ２０４を稼動させ、真空引きを開始する。目安として１００Ｐａ以下の真空度が好ましい。より好ましいのは１０Ｐａ以下である。１００Ｐａ以下であれば、プラズマが安定して放電し、面内のエッチング均一性が優れており好ましい。所定の真空度に達したら、ガス供給管２０５から酸素およびフッ素系ガスを含む第一のガスを所定量流し続ける。ここで、フッ素系ガスとしては、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、三フッ化窒素が好ましく、これらの中で四フッ化炭素がさらに好ましい。また、フッ素系ガスの混合比率は、フッ素系ガスが効率よく機能する、１０％以上４０％以下が好ましく、２０％以上３０％以下がより好ましい。この範囲内にあれば、処理時間を短くすることができ効率的である。

フッ素系ガスと酸素の混合ガスを数秒間流した後に下部電極２０２に電圧をかけるとより安定した状態から処理が開始され、処理バッチごとのばらつきが少ない処理が可能である。

この時、ビア１０３では、次のような反応がなされていると考えられる。酸素原子はイオンＯ＋と電子とラジカルＯ＊に電離する。ラジカルＯ＊は、基板表面に吸着し揮発性物質を形成する。イオンＯ＋は、電圧をかける事により直進し、ビア１０３の内部及び、その周辺に付着しているＣ／Ｈ／Ｏから成る有機物に物理的作用し、表面解離した或いは表面解離を起こしそうな有機物とラジカルＯ＊が反応し、二酸化炭素や水となり除去される。

第二の工程は、第一の工程のガス供給を停止し、所定の真空度まで到達させる。ガス供給管２０５から酸化性ガスを所定量流し続ける。ここで、酸化性ガスの変わりに窒素ガスを用いても良い。また、酸化性ガスとしては、酸素、酸化硫黄類、酸化窒素類が好ましく、それらの中でも酸素がより好ましい。
酸化性ガスを数秒間流した後に下部電極２０２に電圧をかけるとより安定した状態から処理が開始され、処理バッチごとのばらつきが少ない処理が可能である。

この時、ビア１０３では、次のような反応がなされていると考えられる。酸素原子はイオンＯ＋と電子とラジカルＯ＊に電離する。ラジカルＯ＊は、ビア１０３の内部及びその周辺に付着しているフッ素系ガスのフッ素成分と反応すると考えられ、これにより、フッ素成分が取り除かれ親水性の極性基が表面に導入される。

第三の工程は、第二の工程のガス供給を停止し、少なくとも一種類の不揮発性ガスである第三のガスを、所定の真空度まで到達させる。ガス供給管２０５から不揮発性ガスを所定量流し続ける。ここで、不揮発性ガスとしては、アルゴン、ネオン、クリプトン、ヘリウムガスなどの不活性ガスを用いても良いが、最も安価で反応の安定性が高いアルゴンガスがより好ましい。また、必要により複数の不揮発性ガスを混合して用いてもよい。

この時、ビア１０３では、次のような反応がなされていると考えられる。アルゴン原子はイオンＡｒ＋と電子に分離する。アルゴンガスは酸素ガスのように反応によりスミアを除去するのではなく、イオンＡｒ＋による強力な物理的効果により、ビア１０３の内部及び、その周辺に付着している有機物、無機物をスパッタリングで除去する。これにより、第１の工程では除去できなかったビア１０３の底面に強固に付着している銅はくと炭素の入り混じりのスミアを除去できる。
上記のような第一から第三の工程のプラズマデスミア処理により、ビア１０３に付着しているスミアは完全に除去される。

以下、本実施形態に係る回路基板の製造方法の効果について説明する。本実施形態では、酸素とフッ素系ガスの混合ガスを含む第一のガスを用いてプラズマ処理を行う第一の工程と、第一の工程の後、酸化性ガスまたは窒素を含む第二のガスを用いてプラズマ処理を行う第二の工程と、第二の工程の後、少なくとも一種類の不活性ガスを含む第三のガスを用いたプラズマ処理を行う第三の工程とで処理される。第一の工程では、レーザ等の加工で発生した樹脂の炭化物などから形成されている有機物を除去する。次に、第二の工程で、第一の工程で使用したフッ素を含むガスにより、基材周辺に付着しているフッ素成分を除去する。さらに、第三の工程では、第一の工程で除去されずに残存しているスミアをスパッタリングによって除去する。
もし、第三の工程を、一番最初に行うとエッチング処理が遅いため、表面上のスミアを除去するのに長時間を費やし、処理効率が低下するとともに、基板表面にダメージを与え表層がもろくなりやすい。

従来行われていた過マンガン酸溶液によるウェット方式においては、ビア径１００μｍ以下となるような細径では、穴内に過マンガン酸溶液が浸透しにくいという問題があった。本実施形態の方法によればこのような問題が解消される。また、このような薬液を用いないので、環境負荷が小さい点でも優れている。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。
たとえば、本実施形態では、基材の一方の面側に金属箔が形成され、他方の面から金属箔へ達する孔を加工する、ブラインドビアをもった回路基板について説明してきたが、基材の両面側に金属箔が形成された両面板を用いて、レーザやドリル加工で貫通孔をあけた一般的なスルーホール穴をもった回路基板の製造方法であってもよい。
また、第一〜第三の工程の間に、他の処理があってもよい。

実施例１
厚み１２μｍの銅はく、および、ポリイミドフィルム厚み２５μｍの支持基材からなる２層片面回路基板（宇部興産製 ＳＥ１３１０）を、支持基材側の面から、ＵＶレーザーにより５０μｍ径のビアを形成した。プラズマによるドライ方式のデスミアで、第１の工程は、５Ｐａまで真空引きを行った後、四フッ化炭素７５ｓｃｃｍ、酸素１７５ｓｃｃｍを導入し、電極に２５００Ｗ加え、１分間保持した。第２の工程は、酸素２００ｓｃｃｍ導入し、電極に２５００Ｗ加え、３０秒間保持した。第３の工程は、アルゴン１００ｓｃｃｍ導入し、電極に２５００Ｗ加え、３０秒間保持した。

実施例２
厚み１２μｍの銅はく、および、ポリイミドフィルム厚み２５μｍの支持基材からなる２層両面回路基板（三井化学製 ＮＦＸ２ＡＢＥＰＦＥ（２５Ｔ））を用いた以外は、実施例１と同様の方法で処理を行った。

比較例１
プラズマによるドライ方式のデスミアで、第１の工程を実施し、第２の工程及び第３の工程を実施しないこと以外は、実施例１と同様の方法で処理を行った。

比較例２
プラズマによるドライ方式のデスミアで、第３の工程、第１の工程、第２の工程の順で実施した以外は、実施例１と同様の方法で処理を行った。

実施例１、２、比較例１、２の方法で処理した基板を次工程のめっき処理を行った結果を表１に示す。表中、めっき形状良好率は、処理を行ったビア総数のうち、めっき形状が良好であったものの数が占める割合を示す。実施例１、２は良好なめっき形状が得られたが、比較例１、２はスミア残りが影響し良好なめっき形状が得られなかった。

本発明によるスミア除去の方法の例を示す図である。 プラズマ装置の概略図である。 多層用回路基板の製造方法を説明するための図である。 細線用回路基板の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１０１、３０１、４０１：支持基材
１０２、３０２、４０２：銅はく
１０３、３０３、４０３：ビア
１０４、３０４、４０４：スミア
１０５：フッ素成分
１０６：スミア
１１０、３１０：片面回路基板
２０１：チャンバー
２０２：下部電極
２０３：上部電極
２０４：真空ポンプ
２０５：ガス供給管
２０６：基板
３０５：バンプめっき
４０５：ブラインドめっき
４０６：フィルドビアめっき
４１０：両面回路基板

Claims (5)

1. 基板にビアを形成した後、ビア周辺に残存するスミアをプラズマ処理により除去する工程を含む回路基板の製造方法であって、
   前記プラズマ処理は、
   酸素およびフッ素系ガスを含む第一のガスを用いてプラズマ処理を行う第一の工程と、
   前記第一の工程の後、酸化性ガスまたは窒素を含む第二のガスを用いてプラズマ処理を行う第二の工程と、
   前記第二の工程の後、少なくとも一種類の不活性ガスを含む第三のガスを用いてプラズマ処理を行う第三の工程と、
   を含むことを特徴とする回路基板の製造方法。
2. 前記第一のガスのうち、フッ素系ガスの混合比率は１０％以上４０％以下である請求項１に記載の回路基板の製造方法。
3. 前記フッ素系ガスは、四フッ化炭素である請求項１または２に記載の回路基板の製造方法。
4. 前記酸化性ガスは、酸素である請求項１ないし３のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
5. 前記不活性ガスは、アルゴンである請求項１ないし４のいずれかに記載の回路基板の製造方法。

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