JP2007123697A - 半導体装置の製造方法及びめっき用版 - Google Patents

Abstract

【課題】
電子タグ等の半導体装置の製造において、半導体装置が備える配線回路のパターンの形成に当たり、高精度、短時間、低環境負荷かつ経済的な方法を提供する。詳しくは、必要部に選択的にパターンを形成できるというめっき法のメリットに加えて、前後工程を簡略化し、連続化が可能なプロセスを提供することにより、材料費および加工費を大きく低減させることを課題とする。
【解決手段】
めっき版上に所望の配線回路に対応するレジストパターンを形成し、このめっき版上のレジストパターンの開口部に、電解めっきにより金属材料をめっきし、このめっきした部分を別基材に転写することにより、配線回路を備えた半導体装置を製造する。さらにめっき版を円筒形状とし、回転させながら外周部にめっきを析出させ、配線回路を形成し別の基板に転写をする。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上に配線回路を有する回路基板に半導体チップを搭載した半導体装置の製造方法に関する。また、回路基板や半導体装置の製造方法に好適に用いる事ができるめっき用版に関する。本発明の半導体装置として、例えば電子タグを挙げることができる。本発明は、商品の分類や物流に用いられるＲＦＩＤ等の電子タグに適用することができる。

近年、物流管理や商品管理の効率化が進み、今までバーコードなどで行っていた管理をＲＦＩＤとよばれる回路基板と半導体チップからなる電子タグにより行われている。電子タグは情報の伝達方式により大別すると接触方式と非接触方式に分けられる。接触方式では電子タグの外部端子と外部処理装置の端子を当接して情報の送受信を行う。非接触方式では、コイル状の配線回路（以下、電子タグにおいてはアンテナともいう。）を介して情報の送受信を行う。特に近年、無線式の非接触電子タグを用いて管理する方法が盛んに行われるようになってきた。非接触方式では半導体チップの駆動電力を電磁誘導によりまかなう方法が開発されている。

非接触方式の電子タグは一般的に基板上に、配線回路と、半導体チップを備えた構造のものが開発されている。配線回路はアンテナとして機能する。配線回路は、金属線をコイル状に巻いたものを基板上に取り付ける方法が知られている。しかし、この方法は機械的精度に頼る部分が大きく、高精度のアンテナを求められる電子タグの製造には不向きである。また、基板上に金属箔を貼り付け、この金属箔をエッチングによってパターニングしたりして形成していた（特許文献１、２）。基板上に金属ペーストの印刷によって電子タグの配線回路を形成している方法も開発されている。

また、半導体チップを基板上に実装することによる製造工程の複雑化、製造コストの増加を回避するため、半導体チップ上に直接配線回路を形成するコイルオンチップモジュール構造の電子タグが知られている（特許文献１、３）。

ところで、一般的に電子タグは使い捨てが前提となり、製造コストの削減が望まれている状況である。しかし、前述した金属ペーストによる印刷法は、金属ペーストの値段が高く、印刷時に無駄になるインクの量が多いことから製造コスト削減が求められる電子タグの製造には向かない。
また、前記特許文献に記載の金属箔をエッチングにより形成する方法では、めっきの前や後に数種の工程が必要であり、それがいわゆる乾式（溶液を使わない）工程と湿式（溶液を使う）工程とタイプの異なる工程である。一般的にタイプの異なる工程は連続で処理にできないため、この方法による電子タグの製造は生産時間をかかりコスト高となった。
特にコイルオンチップモジュール構造の電子タグの場合、半導体チップに湿式工程を適用することになるため、精度、処理性がさらに悪化する。
また、前記特許文献のようなアンテナの製造においては、電子タグを製造する工程の度にフォトリソグラフィ法により基板上に直接回路基板のパターンを形成して、その部分にめっきを付与しているが、この方法では基板上にパターンを形成する度にフォトリソグラフィ法を適用する必要があるため、フォトレジスト、現像液など大量に無駄となり、工程的にも時間がかかる問題があった。
さらに、めっき法による回路基板の製造においては、個々の基板上に直接アンテナのパターンを形成して、その部分にめっきを付与することによっているが、これでは個々のパターン形成に対して時間・費用がかかる問題があった。また、パネル基板を使用してバッチ処理により複数のパターンを形成する方法が知られているが、この方法も生産性が悪く、大量生産による時間・コスト削減を行うことが困難であった。
特開２００２−９２５６６号公報 特開２００５−７１１４４号公報 特開２０００−１３７７７９号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その課題とするところは電子タグ等の半導体装置の製造において、半導体装置が備える配線回路のパターンの形成に当たり、高精度、短時間、低環境負荷かつ経済的な半導体装置の製造方法を提供することである。
より詳しくは、半導体装置の製造において、必要部に選択的にパターンを形成できるというめっき法のメリットに加えて、前後工程を簡略化し、連続化が可能なプロセスを提供することにより、材料費および加工費を大きく低減させることを課題とする。

ところで、本発明者らの検討によると、めっき版上に所望の配線回路に対応するレジストパターンを形成し、このめっき版上のレジストパターンの開口部に、電解めっきにより金属材料をめっきし、このめっきした部分を別基材に転写することにより、配線回路を備えた半導体装置を製造できることを見出した。さらにめっき版を円筒形状に加工するか、まためっき版を円筒状のドラムに保持し、この円筒を回転させながら、円筒外周部の曲面にめっきを析出させ、配線回路を形成し、これを基板に転写をすることで、配線回路を備えた半導体装置を連続的に生産できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて成されたもので、生産性の高い工程とすることができ、低コストでのアンテナの製造を実現できる。

本発明によれば、配線回路のパターンを形成するために行うフォトリソグラフィの回数を低減することができた。このため、フォトリソグラフィ工程により発生するフォトレジスト、現像液などの資源を節約することができ、同時に回路基板の生産時間を短くすることができた。
回路基板が備える配線回路のパターンの形成に当たり、高精度、短時間、低環境負荷かつ経済的な回路基板の製造方法を提供することできた。
また、チップオンモジュール構造の電子タグの製造においては、フォトリソグラフィ法によりパターンを形成し、処理性及び精度が高い電子タグを提供することができた。
さらに、本発明によれば必要部に選択的にパターンを形成できるというめっき法のメリットに加えて、前後工程を簡略化し、連続化が可能なプロセスを提供する半導体装置の製造方法を提供することができた。

以下に本発明による半導体装置の製造方法を、その実施の形態に基づいて説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、大別して３つの工程で構成される。すなわち、
（１）めっき版にレジストパターンを形成する工程、
（２）レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程、
（３）配線回路を別基板上に転写する工程、
である。
（１）めっき版にレジストパターンを形成する工程では、例えば、円筒状又は長尺状のめっき版上にレジストパターンを形成することができる。レジストパターンは、レジスト材料をフォトリソグラフィ法、レーザー加工法、印刷法、ルーター加工、その他機械的なエッチング等することによって形成することができる。
＜めっき版＞
めっき版は、基板に転写される配線回路が形成される媒体である。めっき版の材質として、例えば、ステンレス、銅、チタン、アルミニウム，ニッケル、これらの合金などが使用できる。また、これらを板状にしたものの表面に金属をスパッタ、蒸着、めっきなどによってコーティングしたものを使用することができる。但し、めっき版の表面は、めっきにより形成した配線回路に対して不活性である必要がある。めっき版と配線回路が密着すると、配線回路が別基板に転写できなくなるためである。このため、めっき版の材質や表面状態を選択し、表面をなるべく平滑にすることが好ましい。例えば、めっき版として、ステンレス板を鏡面研摩したものが好適である。
＜レジストパターン＞
このレジスト材料には、電解めっきによる金属材料の析出を防止するため、絶縁体を用いることが望ましい。例えば、フッ素樹脂組成物、アクリル樹脂組成物、ポリエチレン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、ウレタン樹脂組成物、その他のドライフィルム、ポリマーシート、インキなどの有機物のほか、金属酸化物粉等の無機物も使用できる。
レジストパターンの形成方法は、めっきレジストの種類やパターンの緻密さによって選択する。レジストパターンの形成を、レーザー加工により行う場合は、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザーにより行うことができる。
レジストパターンの形成をフォト法で行う場合は、微細な高精彩パターン（目安としてパターンピッチ＜２００μｍ）の形成に適している。一般的なパターン（目安のパターンピッチ＞２００μｍ）では、スクリーン印刷などの方法でのパターン形成を行うとコスト削減ができる。

（２）レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程は、レジストパターンの開口部領域に金属材料をめっきすることにより形成される。金属層の形成には電解めっきを好適に用いることができるが、無電解めっきを用いることもできる。回路基板を電子タグのアンテナとして用いる場合は、配線回路の電気伝導度及び膜厚は、配線回路の設計段階で考慮される。配線回路の膜厚は、レジストパターンと同程度又はこれよりもやや大きくすると後工程で転写をする場合に効率がよい。また、配線回路の表面を粗面化処理して、次に転写されやすいように処理しておくことが好ましい。
上記金属材料としては、銅、ニッケル、鉄、クロム、マンガン、チタン、コバルト、亜鉛、スズ、鉛、その他貴金属およびこれらの合金が適当である。金属材料の電気伝導度，硬さ，ダクティリティー，表面粗さなどの特性は、配線回路特性、電子タグとして用いる場合のアンテナ特性及び後続の転写工程の操作性（易転写性）などに影響する。そのため、これらの特性はめっき工程において、めっき液の組成の選択（金属塩の種類，濃度，ｐＨ，添加剤等）やめっき条件（電流密度，析出速度，液温，液の流動）の設定を検討することによって、最適化することが好ましい。
また、ニッケル，鉄など常磁性材料を用いると、配線回路を基板に転写する際に磁力で補助することができる。
本工程の一例として、めっき版に円筒形状のものを用いるか、長尺状のめっき版を円筒状のドラムに保持して行うことができる。いずれの場合も円筒を回転しながら、円筒曲面上のレジストパターンおよび配線回路に対し、前工程、めっき工程、後工程、および基板への転写工程が順次施す。

（３）配線回路を別基板上に転写する工程は、めっき版上にめっきされた配線回路と別基板（以下、単に基板とも言う。）に密着させた後、配線回路を基板に転写させる工程である。配線回路は、めっきによりめっき版に保持されているので、これを引き離し、基板に転写させるために力を加える。例えば、基板に予め接着層を形成しておき、基板と配線回路が密着した際に接着力を発生させる方法が挙げられる。
別基板として、ガラス基板、絶縁基板、金属板、半導体チップのようなパネル状のものや、プラスチックフィルム、金属箔、これらを複合したフィルムなど長尺状のシートを用いることができる。長尺状のシートを用いた場合、ロールトゥロールで配線回路をめっき転写でき生産効率がよいという利点がある。
また転写効率を強化するため、別基板の両面のうち、めっき版と向き合う面と反対側の面位置に磁石を配置することで、配線回路が別基板側に引き寄せられる引力が働き転写を補助することができる。この際配線回路を形成する金属材料は常磁性体であることが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法に於いて、上記に挙げた複数の方法のうちいずれか最適な方法を選択し、任意に（１）〜（３）を組み合わせての一連の工程として実施することができる。ただし、上記に挙げた工程に限定されるものではない。

以下、上記本発明の半導体装置の製造方法を電子タグの製造を例に説明する。
まず図１に示す第１の例において、レジストパターン１４が形成された円筒状のめっき版へのめっきが行われる。それに引き続き、配線回路１３が基板上へ転写される。円筒状めっき版の円筒の回転により、一連の工程は繰り返し連続的に行われる（図１参照）。ここで、円筒状めっき版上に析出された配線回路１３は、連続的に供給した長尺状の基板シートをめっき版に密着させ、引き剥がすことによって基板シート上に転写される。この状態を図４に示す。円筒状のめっき版の曲面上には、予め図５のようなレジストパターンが円周の全体に形成されている。
図１の円筒状のめっき版１は、軸２を中心に回転している。回転しながら、曲面上のレジストパターン１４に対し、前工程、めっき工程、後工程、および基板への転写工程が順次施される。素工程は、前処理（めっき析出面の洗浄）、水洗、めっき、水洗、乾燥、転写であり、一連の工程が再び繰り返される。
円筒状めっき版１の平面部には、絶縁被覆処理が施されている。前処理、水洗は、円筒状めっき版の曲面部５にノズル８から液を噴出することによって行われる。噴出後の液が下方に落ちないようにするためには、絞りロールやトレーで受けて系外に流出するとよい。めっきは、円筒状めっき版１がめっき液４中に浸漬されている部分で、アノード３との間に電流を通電することで行われる。カソード接点は、回転軸２に対して設けられることが適当である。めっき後、水洗乾燥した後、ロール７との間に基板６を挟みこみ、密着することで、めっきで形成された配線回路を基板上に転写させる。この部分は、図４に詳細図が示されている。基板６上には接着剤１２を付与させ、さらに、ロール７に加熱機構を持たせることによって転写の効率が高くなる。転写で一連の工程は終わるが、もし、転写されずに残ったものがあった場合は、再度投入された場合に不良となるので、転写後に残留の有無を検査して残留分を除去する工程を導入すると好ましい。

次に第２の実施例を図２に示す。図２は、バッチ式で、レジストパターン部が形成された円筒状のめっき版へのめっきを、液中で回転しながら行う。めっき液中で、配線回路が形成され、めっき後に別工程で基板となる基板シートへ転写される。転写の状態（図４）および、円筒状めっき版の曲面上のパターン（図５）の形成状態は第１の例で述べた方法と同様である。
図２では、円筒状のめっき版１は、別槽で前処理を行った後、めっき液４中に導入され、軸２を中心に回転している。液中では、アノード３が対抗し、電流を流すことにより、カソードであるめっき版１のパターン部にめっきが析出する。このめっき版への電気接点は、軸２から取るのが適当である。適当な条件，時間でめっきが行われた後、めっき版１は、液中から取り出され、別槽で水洗，乾燥が行われた後、転写の工程となる。ここでは、ロール７との間に、基板６を挟みこみ、密着することで、めっきで形成された配線回路を基板上に転写させる。転写の機構、方法等は第１の例と略同一である。基板６上には接着剤１２を付与させ、さらに、ロール７に加熱機構を持たせることによって転写の効率が高くなる。めっき型１は、その後は検査を受け、欠陥を修正した後、再投入される。

次に第３の実施例を図３に示す。本例では、めっき版として長尺の金属製シートを用い、この金属製シートの表面に形成されたレジストパターン部にめっきを析出して、それを別の基板上に転写することを特徴とする。長尺シート状の金属製めっき版のレジストパターン開口部に配線回路がめっきされる。円柱状のドラムの曲面に長尺の金属製めっき版と配線回路が保持されてめっき液中に導入される。続いて、長尺の金属製シート上に析出された配線回路に長尺状の基板シートをロール等を介して密着させ、それを引き剥がす。すると、長尺状の金属製シート上に形成された配線回路が、長尺状の基材シートに連続的に転写される。
長尺の金属製シート１０が図の右から左に連続的に搬送され、その途中で、前処理、水洗、めっき、水洗、乾燥、転写という素工程が順次施される。長尺の金属製シート１０の片面には、図５のような配線回路が形成され、反対面は絶縁されている。前処理，水洗はノズル８から液を金属製シートのパターン上に噴出させ、貯槽で受けて再利用する方式が適当である。長尺の金属製シートは、搬送用ロール１１で保持され、さらにめっき用円柱状ドラム９の曲面上に保持されてめっき槽４中を通過する。めっき用円柱状ドラム９は軸２を中心にして回転している。この間、アノード３と対抗し、電流を流すことによって金属シート上のレジストパターン１４の開口部にめっきが析出する。金属シートへの給電はめっき液の外部で保持用ロール１１において接点を設けて行うとよい。めっき用円柱状ドラム９は、導電体である必要はなく、樹脂製のもの、または金属を樹脂コーティングしたものが使用できる。この後、長尺の金属製シート１０は、保持用ロール１１を通った後、水洗、乾燥され、転写の工程に向かう。転写部の詳細は、図６に示される。２つのロール７との間に基板６とめっきされた金属製シート１０を挟みこみ、密着することで、めっきで形成された配線回路を基板上に転写させる。基板６上には接着剤１２を付与させ、さらに、ロール７に加熱機構を持たせることによって転写の効率が高くなる。配線回路が転写された後の長尺の金属製シート１０は、再使用される。

上記した例は、操作の形態が異なるが一連の素工程は同様である。最初の前処理は、めっき析出する配線回路を洗浄する工程である。使用する薬品は、汚れの程度によるが、軽微な汚れであれば希釈された酸でよく、有機物の汚れがある場合には、界面活性剤を含有する脱脂剤を使用する。
めっきで形成されたアンテナパターンは、基板上に転写されるが、基板６は、電子タグとして使用する場合の基材となるため、用途により材質や性状は選択される。樹脂シートの場合、半硬化の状態でめっきを転写し、その後、硬化する。紙や汎用のポリマーシートなどの絶縁基材を使用する場合は、接着剤１２を予め貼り合わせてから、めっきを転写する。

また、上述のレジストパターンを備えためっき版は、半導体を実装し無線による電波を送受信して使用する電子タグに用いる金属製のアンテナや、その他の回路基板、半導体装置等をめっきにより形成する場合などに適用することができる。めっき用版は、金属板と金属層上の絶縁層からなる。絶縁層が配線回路等任意のパターンに対応する形状とすることで、本発明のめっき用版とすることができる。さらに、本発明のめっき用版は、任意のパターンとは別のダミーパターンを含む。ダミーパターンを設けることにより、金属板表面の電流分布が均一化し、めっき形成する配線回路の形状が安定する。また、このめっき用版の形状は、円筒（シリンダー）状または、長尺のシート状とすることができる。円筒状のめっき版は、前記第１の例、第２の例に示された方法等において使用することができ、長尺のシート状のめっき用版は第３の方法において使用することができる。

アンテナパターン部が形成された円筒状のめっき版へのめっきと、めっきされたアンテナの基板上への転写が連続的に行われ、円筒状めっき版の回転によりこれらの工程が繰り返し行われるアンテナの製造方法を示す。 バッチ式で、アンテナパターン部が形成された円筒状のめっき版へのめっきを液中で回転しながら行い、めっき後に別工程で基板シートへのアンテナの転写を行うアンテナの製造方法を示す。 長尺の金属製シート版の表面に形成されたアンテナパターン部にめっきを析出して、それを別の基板上に転写するアンテナの製造方法を示す。 円筒状のめっき版から基板シートへのアンテナの転写を示す。 めっき版上に多面付けで形成されたアンテナパターンを示す。 長尺の金属製シート版から基板シートへのアンテナの転写を示す

符号の説明

１・・・円筒状のめっき版
２・・・軸
３・・・アノード
４・・・めっき液
５・・・円筒状めっき版の曲面部
６・・・基板シート
７・・・ロール
８・・・ノズル
９・・・めっき用円柱状ドラム
１０・・・長尺の金属製シート
１１・・・搬送用ロール
１２・・・接着剤
１３・・・配線回路
１４・・・レジストパターン

Claims (11)

1. 半導体を実装し、配線回路を備えた半導体装置の製造方法において、
   （ａ）円筒状のめっき版の曲面上にレジストパターンを形成する工程と、
   （ｂ）前記レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程と、
   （ｃ）前記配線回路を別基板上に転写する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記円筒状のめっき版が、円筒の中心軸を芯として回転し、
   前記（ｂ）前記レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程と、前記（ｃ）前記配線回路を別基板上に転写する工程、が連続的に行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記（ｃ）配線回路を別基板上に転写する工程が、
   （ｃ−１）前記円筒状のめっき版上に析出されためっきに、長尺状のシートを連続的に供給し密着させる工程と、
   （ｃ−２）前記円筒状のめっき版から長尺状のシートを引き剥がす工程と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記（ｂ）前記レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程が、
   （ｂ−１）めっき液中で前記円筒状のめっき版が回転されバッチ式でめっきが行われる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 半導体を実装し、配線回路を備えた半導体装置の製造方法において、
   （ａ−２）長尺シート状のめっき版にレジストパターンを形成する工程と、
   （ｂ）前記レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程と、
   （ｃ）前記配線回路を別基板上に転写する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記（ｂ）前記レジストパターンの開口部にめっきを析出して配線回路を形成する工程が
   （ｂ−２）円柱状のドラムの曲面に前記長尺シート状のめっき版を保持し、このドラムを回転させて前記めっき版をめっき液中に導入する工程であり、
   この工程と、前記（ｃ）前記配線回路を別基板上に転写する工程とを、ドラムの回転により連続的に行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記（ｃ）配線回路を別基板上に転写する工程が、
   （ｃ−３）前記長尺状のめっき版上に析出されためっきに、長尺状のシートを連続的に供給しロールを介して密着させる工程と、
   （ｃ−４）前記長尺状のめっき版から長尺状のシートを引き剥がす工程と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 請求項１〜８に記載の半導体装置の製造方法により製造され、配線回路がアンテナであることを特徴とする電子タグ。
9. 配線回路をめっきにより形成した後、別の基板に転写するめっき用版において、
   金属板と、金属板上に設けられた絶縁層からなり、
   さらに前記絶縁層が、配線回路に対応するパターンに加工された部分と、
   前記配線回路に対応するパターンの外縁部に、電流分布を均一化するダミーパターンに加工された部分を含むことを特徴とするめっき用版。
10. 円筒形状、シリンダー形状、長尺のシート形状のいずれかの形状であることを特徴とする請求項９に記載のめっき用版。
11. ステンレス，チタン，銅，銅合金，ニッケル，アルミニウムのいずれかを主原料として含む請求項９に記載のめっき用版。