JP2007305982A - 微細回路形成のためのプリント基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低価の簡単且つ連続的な工程によって平坦化作業を精密に行って大面積への適用が可能であり、微細回路パターンを経済的に実現することが可能であること。
【解決手段】少なくとも一面に、ビア及びラインを含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層が形成されたプリント基板を提供する段階(S201)と、前記回路形成用陰刻パターンを含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるよう、前記誘電体層上に金属層を形成する段階(S202)と、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の一部を機械的研磨によって除去する段階(S203)と、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の残部を化学的エッチングによって除去して回路を形成する段階(S204)とを含む微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供する。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも一面に、ビア及びラインを含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層が形成されたプリント基板を提供する段階(S201)と、前記回路形成用陰刻パターンを含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるよう、前記誘電体層上に金属層を形成する段階(S202)と、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の一部を機械的研磨によって除去する段階(S203)と、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の残部を化学的エッチングによって除去して回路を形成する段階(S204)とを含む微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供する。
【選択図】図1
Description
本発明は、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法に係り、さらに具体的には、回路形成技術中の平坦化技術と関連し、例えば既存のCMP工程などの高価の工程の代わりに低価の機械的研磨と化学的エッチングを連続的に行うことにより、高信頼性の微細回路パターンを経済的に実現することが可能な、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法に関する。
最近、電子産業が急速に発展するにつれて、電子素子とプリント基板の分野で様々な技術が発展している。特に、これらの回路パターン形成分野における流れが実装面積は縮小され且つ容量及び機能は向上する趨勢にあり、これにより微細回路形成分野の技術が多様で飛躍的に発展している。
回路形成技術中の平坦化技術と関連し、1980年代末、米国IBMは、機械的除去加工と化学的除去加工を一つの加工方法に統合したCMPという新規の研磨工程を開発した。CMPは、サブマイクロンスケールのチップ製造において必ず必要な工程である。ILD(Interlayer Dielectric;層間絶縁膜)CMPと金属CMPは、デバイス層の全表面で継続的に適用されなければならず、3次元の形状程度を得るために各層で広域的な平坦化を行うことがCMPの主な役割である。このようなCMPは、機械的な作用と化学的な作用が同時に働いて相互作用を引き起こす研磨工程である。
現在、平坦化技術に関連して上述したCMP工程が主流を成しており、例えば、特許文献1には、このようなCMP工程を用いた平坦化技術が紹介されている。
次に、これに関連し、従来の技術の一具体例に係る平坦化のためのCMP工程と装備構造を図10(A)及び(B)を参照して説明する。
CMP工程において、ウェハー11、26はパッド12、24とスラリー13、28によって研磨される。また、パッド12、24が付着している研磨テーブルは、単純な回転運動を行い、ヘッド部25は、回転運動23と揺動運動22を同時に行い、一定の圧力で加圧(21)する。ウェハー11、26は、表面張力または真空によってヘッド部25に装着される。ヘッド部25の自体荷重と加圧力21によってウェハー11、26の表面とパッド12、24とは接触する。この接触面間の微細な隙間(パッドの気孔部分)15の間に加工液としてのスラリー13が流れ込んでスラリー13内の研磨粒子とパッド12の表面突起14によって機械的な除去作用が行われ、スラリー13内の化学成分によっては化学的な除去作用が行われる。
CMP工程においてパッド12、24とウェハー11、26間の加圧力によってデバイス突出部の上部から接触がなされ、この部分に圧力が集中して相対的に高い表面除去速度を有し、加工が進行すればするほど前記突出部が削平されるため、全面積にわたっての均一な除去が図られる。
上述したCMP工程は、研磨能率(MRR、Material Removal Rate)、面内均一性(Thickness Uniformity)、表面品位(Surface Quality)などの特性があるが、このような多様な利点にも拘わらず、高価な工程であり、大面積では有用でないという多くの限界点を持っている。
米国特許第5,196,353号明細書
そこで、本発明者らは、上述した問題点を解決するために広範囲な研究を重ねた結果、既存の高価平坦化工程に比べて安価で大面積への適用が容易な新しい平坦化技術を見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の目的は、工程時間の短縮による低価の平坦化工程を用いた、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、インプリント工法と連係して相乗効果を期待することが可能な、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供することにある。
本発明の別の他の目的は、大面積への適用に有用な、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、(a)少なくとも一面に、ビア及びラインを含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層が形成されたプリント基板を提供する段階と、(b)前記回路形成用陰刻パターンを含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるように前記誘電体層上に金属層を形成する段階と、(c)前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の一部を機械的研磨によって除去する段階と、(d)前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の残部を化学的エッチングによって除去して回路を形成する段階とを含むことを特徴とする、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供する。
ここで、前記機械的研磨は、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の厚さが0.1〜20μmとなるまで行われることが好ましい。また、前記化学的エッチングは、0.1〜20μm/分のエッチング速度で行われることが好ましい。前記機械的研磨は、バフ(buff)研磨、サンドベルト(sand belt)研磨、ポリシングまたはこれらの組み合わせで行われ得る。一方、前記誘電体層の陰刻パターンは、好ましくはインプリント工法によって形成できる。前記誘電体層の陰刻パターンは、好ましくは20nm〜200μmのピッチ(pitch)を持つ。前記金属層は、無電解金属メッキ法及び電解金属メッキ法によって形成できる。また、前記金属層は、好ましくは金、銀、ニッケル、アルミニウム、銅及びこれらの合金よりなる群から選択された伝導性金属を含むことができる。
上述したように、本発明の方法によれば、高価のCMP工程を用いる代わりに、機械的研磨と化学的研磨を連係して不要な金属層を順次除去及び平坦化させることにより、工程時間の短縮による低価の平坦化工程を用いて微細回路パターンを実現することができる。 また、本発明によれば、インプリント工法と連係して適用する場合に相乗効果を期待することができ、連続工程で多様な分野に適用することができるという利点があるうえ、工程が単純であり、大面積への適用に有利な経済的な効果もある。
以下に添付図面を参照しながら、本発明についてより具体的に説明する。
前述したように、本発明では、回路形成技術中の平坦化技術に関連し、例えば現在のCMP工程などの高価の工程の代わりに、低価の機械的研磨と化学的エッチングを連続的に行うことにより、非常に低廉で単純に微細回路パターンを実現することが可能な、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法を提供する。
図1は、本発明の一具体的に係る微細回路形成のためのプリント基板の概略的な製造工程流れを示す順序図(流れ図)である。
図1を参照すると、本発明の一具体例に係る微細回路形成のためのプリント基板の製造方法は、陰刻パターンを有する誘電層が形成されたプリント基板の製造過程(S201)、誘電層の陰刻内部及び誘電層上に金属層を形成する過程(S202)、機械的研磨過程(S203)及び化学的エッチング過程(S204)を含んでなる。
まず、段階S201で、少なくとも一面に、ビア及びラインを含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層が形成されたプリント回路基板が提供されると、段階S202では、誘電体層の陰刻パターンを含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるよう、誘電体層上に金属層を形成する。
段階S203で、誘電体層上に過剰に形成された金属層の一部を機械的研磨によって除去する。その後、段階S204で、誘電体層上に過剰に形成された金属層の残部を化学的エッチングによって除去して回路を形成する。
以下、図2(A)〜図3を参照して、本発明の一具体例に係る微細回路形成のためのプリント基板の製造方法をより具体的に説明する。
まず、少なくとも一面に、ビア103及びライン104を含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層102が形成されたプリント基板101を製作する(図2(A)参照)。
前記プリント基板101は、回路形成過程において平坦化工程を必要とするプリント基板であれば特に限定されず、場合によっては、通常の回路形成工程によって内層に回路が形成された多層プリント基板が使用できる。前記プリント基板101の面積は特に限定されず、約100〜10000cm2の面積とする。
前記誘電体層102は、前記プリント基板101上に約1〜1000μmの厚さに形成できる。前記誘電体層の材質は、プリント基板の分野で絶縁層として通常用いられるものであれば、特に限定されない。
一方、前記誘電体層102に回路形成用陰刻パターン103、104を形成する過程は、当業界に公知となったものであれば特に限定されないが、好ましくは、インプリント工法によって行われることが良い。この際、前記陰刻パターンは、それぞれ約10nm〜100μmのライン及びスペース、すなわち約20nm〜200μmのピッチを持つことが典型的であり、特に微細回路を実現するためには約0.1〜50μmのピッチを持つことが好ましい。
次に、前記誘電体層102の陰刻パターン103、104を含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるよう、誘電体層102上に金属層105を形成する(図2(B)参照)。
前記金属層105の形成方法としては、当業界に公知となった方法であれば、特に限定されずに適用することができるが、好ましくは、無電解メッキ及び電解メッキ法を適用する。この際、金属としては、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びこれらの合金のうち少なくとも一つの伝導性金属を含む金属材料が使用できる。このような金属層形成過程では、通常、陰刻パターンのみならず、パターンの上層部にまで所望しない金属層が形成される。
次いで、このように過度に形成された上部金属層105の一部を除去して後続の工程、すなわち化学的エッチングが容易であるよう、研磨機械106を用いた機械的研磨が行われる(図2(C)及び(D)参照)。この際、不均一な扁平度で形成されている上部金属層105は、研磨と同時に平坦化がなされる(図3参照)。すなわち、図3の(C)に示すように、研磨回数に応じて上部金属層105が益々除去されると共に、研磨回数が増加するにつれて大略的な平坦化がなされる(図3の(C1)〜(C4)参照)。
このような過程によって行われる機械的研磨は、好ましくは過剰に形成された上部金属層105の厚さが約0.1〜20μm、好ましくは約1〜10μmとなるまで行われることが、後続の化学的エッチング工程の効率を極大化するのに最も適する。
一方、このような機械的研磨工程としては、当業界に公知となったものであれば特に限定されず、例えばバフ(buff)研磨、サンドベルト(sand belt)研磨、ポリシングを含む各種研磨法又はこれらの組み合わせを適用することができる。
上述したように適切な厚さを持つように機械的に研磨された後に残った上部金属層105の残部は、化学的エッチングによって完璧に除去して最終的に回路105を形成する(図2(E)及び(F)参照)。
本発明の化学的エッチング方法は、特に限定されないが、図2(E)に示すように、エッチング液108を含有したエッチング槽107に浸漬するディッピング法を使用してもよい。この他にも、通常のスプレー法などの様々な化学的ウェットエッチング法を使用することが可能である。
ここで、前記化学的エッチングは、約0.1〜20μm/min、好ましくは0.3〜1μm/minのエッチング速度で行われることが、過剰に形成された金属層の完璧な除去と同時に過エッチング現象なしに精密に回路パターンを実現するのにさらに適する。
一方、前記エッチング液としては、通常の回路形成工程で使用されるエッチング液であれば、特に限定されずに使用可能である。
このように完成された回路パターンの上部には、基板の適用目的に応じて再び陰核パターンの誘電体層が形成され、上述したような回路層形成工程が連続的にさらに行われて多層の回路パターンが実現され得る。また、選択的に、外層として使用する場合には、通常の外層形成工程に応じて半田レジスト塗布工程などの外層形成工程が順次行われ得るのは勿論である。
特に、上述した本発明に係るプリント基板の製造方法は、インプリント工法と連係して適用する場合、さらに微細な回路パターンを高信頼性且つ経済的に実現することができるという利点がある。
以下、下記実施例によって本発明をより具体的に説明する。ところが、本発明の範疇はこれらの実施例に限定されるものではない。
一面に回路形成用陰刻パターンの誘電体層が形成されたプリント基板を次の条件下で無電解銅メッキ及び電解銅メッキして陰刻パターンだけでなく、その上部に厚さ約20μmの銅メッキ層を形成した。その後、後述するように機械的研磨を行うが、厚さ約6μmの上部銅メッキ層が残るまで機械的研磨を行った後、次のように化学的エッチングによって回路パターン以外の上部銅メッキ層を完全に除去し、約12.27μmの回路パターンが実現されたプリント基板を製作した。こうして得た回路パターンの平面及び断面のSEM写真をそれぞれ図4及び図5に示した。
無電解銅メッキ
無電解銅メッキの析出原理を簡単に説明すると、次の通りである。無電解銅メッキを施すためには、パラジウム(触媒)を表面に吸着(非金属の場合)または置換(金属の場合)させてコートした後、無電解銅メッキ液の構成成分である還元剤から電子を受け取って銅として析出する原理によってメッキが施される。また、無電解銅メッキを施すためには、前処理という工程を行ってからメッキするが、その工程の順序は、コンディショナー(60℃、5分)→プリディップ(Pre dip)(実温、1分)→活性化処理(Activator)(40℃、5分)→還元処理(Reducer)(30℃、3分)→無電解銅メッキ(32℃、10分)である。各工程別の役割を簡単に説明すると、コンディショナー工程は、界面活性剤からなる溶液を用いて、パラジウムイオンがよく吸着し得るようにする工程であり、プリディープ工程は、次の工程である活性化処理時の溶液を保護するための工程である。活性化処理工程は、パラジウムがイオン状態で溶けているため、「触媒付与工程」とも言われる。還元処理工程は、パラジウムイオンを金属パラジウムに作る工程である。以上のような工程を行って無電解銅メッキを施した。
無電解銅メッキの析出原理を簡単に説明すると、次の通りである。無電解銅メッキを施すためには、パラジウム(触媒)を表面に吸着(非金属の場合)または置換(金属の場合)させてコートした後、無電解銅メッキ液の構成成分である還元剤から電子を受け取って銅として析出する原理によってメッキが施される。また、無電解銅メッキを施すためには、前処理という工程を行ってからメッキするが、その工程の順序は、コンディショナー(60℃、5分)→プリディップ(Pre dip)(実温、1分)→活性化処理(Activator)(40℃、5分)→還元処理(Reducer)(30℃、3分)→無電解銅メッキ(32℃、10分)である。各工程別の役割を簡単に説明すると、コンディショナー工程は、界面活性剤からなる溶液を用いて、パラジウムイオンがよく吸着し得るようにする工程であり、プリディープ工程は、次の工程である活性化処理時の溶液を保護するための工程である。活性化処理工程は、パラジウムがイオン状態で溶けているため、「触媒付与工程」とも言われる。還元処理工程は、パラジウムイオンを金属パラジウムに作る工程である。以上のような工程を行って無電解銅メッキを施した。
電解銅メッキ
電解銅メッキは、無機物として金属塩(CuSO4・5H2O)、伝導塩(H2SO4)及び塩素イオン(Cl−)が含有され、添加剤として、分極作用をするレベラー(日本Ebara社のVF−II A剤)、促進作用をする光沢剤(日本Ebara社のVF−II B剤)が含有された銅メッキ液を使用し、濃度は下記の通りである。CuSO4・5H2O=200g/L、H2SO4=30g/L、Cl−=40ppm/L、レベラー=25ml/L、光沢剤=0.5ml/L。この際、メッキ温度を20〜25℃、電流密度を1.5A/dm2、攪拌方式を空気攪拌として、5L/minでメッキを施した。
電解銅メッキは、無機物として金属塩(CuSO4・5H2O)、伝導塩(H2SO4)及び塩素イオン(Cl−)が含有され、添加剤として、分極作用をするレベラー(日本Ebara社のVF−II A剤)、促進作用をする光沢剤(日本Ebara社のVF−II B剤)が含有された銅メッキ液を使用し、濃度は下記の通りである。CuSO4・5H2O=200g/L、H2SO4=30g/L、Cl−=40ppm/L、レベラー=25ml/L、光沢剤=0.5ml/L。この際、メッキ温度を20〜25℃、電流密度を1.5A/dm2、攪拌方式を空気攪拌として、5L/minでメッキを施した。
バフ研磨条件
−バフ形態:セラミックバフ及びブラシバフの組み合わせ型
−RPM:1800RPM
−コンベヤーベルト速度:2m/min
−圧力:0.5A
化学的エッチング
エッチング液を、PCBのセミアディティブ工法における回路形成用として使用している日本Ebara社のEBA CHEM Fine Etch SAC Seriesとし、エッチング速度を約1μm/分程度とし、ディッピング方式による攪拌を左右往復100回/分として、エッチングを行った。この際、液組成は下記の通りである。
CuSO4・5H2O=15g/L、H2SO4=5%、35%−H2O2=5%。
エッチング温度を35℃としてエッチングを行った。
−バフ形態:セラミックバフ及びブラシバフの組み合わせ型
−RPM:1800RPM
−コンベヤーベルト速度:2m/min
−圧力:0.5A
化学的エッチング
エッチング液を、PCBのセミアディティブ工法における回路形成用として使用している日本Ebara社のEBA CHEM Fine Etch SAC Seriesとし、エッチング速度を約1μm/分程度とし、ディッピング方式による攪拌を左右往復100回/分として、エッチングを行った。この際、液組成は下記の通りである。
CuSO4・5H2O=15g/L、H2SO4=5%、35%−H2O2=5%。
エッチング温度を35℃としてエッチングを行った。
化学的エッチングを次のように行った以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その断面SEM写真を図6に示した。
化学的エッチング
エッチング液を日本Ebara社のNBD Seriesとし、エッチング速度を約2〜3μm/分とし、ディッピング方式による攪拌を左右往復100回/分として、エッチングを行った。この際、液組成は下記の通りである。
CuSO4・5H2O=15g/L、H2SO4=4%、35%−H2O2=5%
エッチング温度を30℃としてエッチングを行った。
エッチング液を日本Ebara社のNBD Seriesとし、エッチング速度を約2〜3μm/分とし、ディッピング方式による攪拌を左右往復100回/分として、エッチングを行った。この際、液組成は下記の通りである。
CuSO4・5H2O=15g/L、H2SO4=4%、35%−H2O2=5%
エッチング温度を30℃としてエッチングを行った。
[比較例1]
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を機械的研磨のみを用いて完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その平面SEM写真を100倍、50倍に拡大して図7に示した。
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を機械的研磨のみを用いて完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その平面SEM写真を100倍、50倍に拡大して図7に示した。
[比較例2]
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を化学的研磨のみを用いて約15μm/分のエッチング速度で完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その断面SEM写真を500倍に拡大して図8に示した。
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を化学的研磨のみを用いて約15μm/分のエッチング速度で完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その断面SEM写真を500倍に拡大して図8に示した。
[比較例3]
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を化学的研磨のみを用いて約30μm/分のエッチング速度で完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その断面SEM写真を500倍に拡大して図9に示した。
陰刻パターンの上部に形成された過剰の銅メッキ層を化学的研磨のみを用いて約30μm/分のエッチング速度で完全に除去した以外は実施例1と同様にしてプリント基板を製作し、その断面SEM写真を500倍に拡大して図9に示した。
図4〜図9に示したように、回路パターン以外に不要な銅が除去されない現象(図8参照)、或いは回路パターンまでオーバーエッチングされる現象(図7及び図9参照)なしに、本発明の方法によって製造されたプリント基板の場合(図4〜図6参照)、不要な銅箔層のみが完璧に除去されて高信頼性の微細回路パターンが実現されたことが分かった。
以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、これらの実施例は本発明を具体的に説明するためのものである。本発明に係る微細回路形成のためのプリント基板の製造方法は、これらの実施例に限定されず、本発明の技術的思想内において、当分野における通常の知識を有する者によってその変形または改良が可能なのは明白である。
本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の領域に属するものであって、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明確になるであろう。
本発明の単純な変形ないし変更はいずれも本発明の領域に属するものであって、本発明の具体的な保護範囲は特許請求の範囲によって明確になるであろう。
11 ウェハー
12 パッド
13 スラリー
14 パッドの表面突起
15 パッドの気孔部分
21 加圧方向
22 揺動運動
23 回転運動
24 パッド
25 ヘッド部
26 ウェハー
27 スラリー供給部
28 スラリー
29 コンディショナー
101 プリント基板
102 誘電体層
103 ビア
104 ライン
105 金属層
106 研磨機械
107 エッチング槽
108 エッチング液
12 パッド
13 スラリー
14 パッドの表面突起
15 パッドの気孔部分
21 加圧方向
22 揺動運動
23 回転運動
24 パッド
25 ヘッド部
26 ウェハー
27 スラリー供給部
28 スラリー
29 コンディショナー
101 プリント基板
102 誘電体層
103 ビア
104 ライン
105 金属層
106 研磨機械
107 エッチング槽
108 エッチング液
Claims (8)
- (a)少なくとも一面に、ビア及びラインを含む回路形成用陰刻パターンを有する誘電体層が形成されたプリント基板を提供する段階と、
(b)前記回路形成用陰刻パターンを含んで上部の所定の厚さにまで過剰に形成されるよう、前記誘電体層上に金属層を形成する段階と、
(c)前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の一部を機械的研磨によって除去する段階と、
(d)前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の残部を化学的エッチングによって除去して回路を形成する段階とを含むことを特徴とする、微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。 - 前記機械的研磨は、前記誘電体層上に過剰に形成された金属層の厚さが0.1〜20μmとなるまで行われることを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記化学的エッチングは、0.1〜20μm/分のエッチング速度で行われることを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記機械的研磨は、バフ(buff)研磨、サンドベルト(sand belt)研磨、ポリシングまたはこれらの組み合わせで行われることを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記誘電体層の陰刻パターンは、インプリント工法によって形成されたものであることを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記誘電体層の陰刻パターンは、20nm〜200μmのピッチを持つことを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記金属層は、無電解金属メッキ法及び電解金属メッキ法によって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
- 前記金属層は、金、銀、ニッケル、アルミニウム、銅及びこれらの合金よりなる群から選択された伝導性金属を含むことを特徴とする、請求項1に記載の微細回路形成のためのプリント基板の製造方法。
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