JP2014203982A - プリント基板のパターン形成方法、及びミリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、エッチング時にレジストが切削面側に後退して金属膜に対して庇をなし、テーパが生じていた。また、従来のミリング装置では、基板上の位置により金属膜のエッチングレートに差が生じ、削りが基板中心部では過剰に、外周部では不十分になり、削りムラが生じるという問題があった。
【解決手段】 配線パターンの形成前に、層間絶縁膜上にトレンチ構造を形成し、金属配線層の形成及びレジスト塗布を行い、トレンチ部の凹凸に従ってレジスト表面にも凹凸を形成することで、ミリングにより金属膜をエッチングする際に、マスクレジストが凹形状であるためエッチングによる後退が従来よりも進行しにくくなり、テーパの形成を抑制する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ミリングにより切削して配線パターン形成を行うプリント基板のパターン形成方法、及びミリング装置に関する。

従来、プリント基板のＰＷＢ（Printed Wiring Board）配線層の製作では、金属膜上にレジストをマスクとして設け、金属膜のミリングにより配線パターンが形成される。このとき、異方性エッチングにより、レジスト端部から垂直下方に金属膜の掘削が進行するのが理想的であるが、実際はレジストが金属膜に対して庇となること（以下、シャドウィング効果と呼ぶ）により、ＰＷＢ配線層にはテーパ（傾斜）が形成される（例えば、特許文献１、２参照）。

図５は、プリント基板のミリング加工時に形成される金属膜の庇の一例を説明する図である。図５（ａ）において、ミリング加工前に、層間絶縁膜１の上に金属膜２が形成されており、その上にマスクレジスト３を設けている。ミリング加工により、層間絶縁膜１上でマスクレジスト３下部を除く金属膜２を削ると、図５（ｂ）に示すように、マスクレジスト３が変形した変形レジスト４が形成されるとともに、残存する金属膜２にテーパ部５が形成されることとなる。

ＰＷＢ設計の際、この金属膜のテーパを考慮した設計をしなければ、配線回路のインピーダンスコントロールが難しくなる。また、従来のミリング装置は、エッチャント放出源を固定し、プリント基板を一回転させることにより、プリント基板上の削りムラを低減させる仕組みとなっている。しかしながら、基板サイズが大きくなると中心部と外周部のエッチングレートに大きな差が生じうる。例えば、図６は、ミリング装置の一例を示す図である。図６（ａ）において、ミリング前のプリント基板６に対し、非可動で固定されたエッチャント放出源７からエッチャント８を放出する。プリント基板６を回転させてミリングを行なうと、そのミリング後のプリント基板９には、図６（ｂ）に示すように、中心部と外周部のエッチングレート差により削りムラ１０を生じることとなる。

特開平１１−８７３１２号公報 特開平９−３０５９３１号公報

従来の平坦なレジストマスクを用いたミリングでは、エッチング時間が長時間にわたる場合、レジストが切削面側に後退して金属膜に対して庇をなし、配線パターンにテーパが生じる原因となる。また、従来のミリング装置では、プリント基板上の位置により金属膜のエッチングレートに差が生じて削りムラが発生し、削りが基板中心部では過剰に、外周部では不十分になりかねない。この場合、過剰に切削が進んだ部分では下層配線の断線、切削が不十分な部分ではショートのおそれがあるという問題があった。

なお、特許文献１はレジストの変形によるミリング中の再付着物を低減させることが開示されている。同文献１は加熱によりレジストを基板の外側に張り出させる方法が示されるものの、レジストの形状制御についてまでは記載されていない。また、特許文献２は多段テーパの傾斜角度の制御が開示されている。同文献２は前段テーパに依存した傾斜角度の制御が示されるものの、テーパ自体の形成を抑制するものではない。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、ミリングによるプリント基板のパターン形成方法において、配線パターンを形成する金属膜に庇形状を生成することなく、また金属膜の削りムラを抑制することを目的とする。

この発明によるプリント基板のパターン形成方法は、層間絶縁膜上にレジストを形成し、フォトリソグラフィにより当該レジストの一部を除去しエッチングによりトレンチ部を形成する工程、上記トレンチ部の形成された層間絶縁膜に金属配線層を形成する工程、上記金属配線層の形成された層間絶縁膜におけるトレンチ部の上方に、凹みの形成されたマスクレジストを堆積する工程、上記マスクレジストの堆積された金属配線層をミリングにより切削し、配線パターンを形成する工程、を備えたものである。

また、上記プリント基板のパターン形成方法を用いたミリング装置において、棒状のエッチャント放出源と、プリント基板の上方で、上記エッチャント放出源を一次元方向に往復移動をさせる可動部と、プリント基板を９０度回転させるステージと、を備えたものである。

この発明によれば、エッチングによるレジストの切削領域側への後退をより抑制し、レジストの金属膜に対する庇の形成を防止するので、配線パターンの金属層のテーパ形成を抑制することができる。

実施の形態１のトレンチ構造形成法を説明する図である。 実施の形態１のマスクレジスト形成法を説明する図である。 実施の形態１のマスクレジストを用いてミリングを行う効果を説明する図である。 実施の形態２のミリング装置を説明する図である。 従来のミリングを用いた配線パターン形成時に形成されるテーパを説明する図である。 従来のミリング装置の動作を説明する図である。

実施の形態１．
以下、図を用いて、この発明に係る実施の形態１による、ミリングを用いたプリント基板のパターン形成方法について説明する。図１は、実施の形態１によるトレンチ構造形成法を説明するための図であり、（ａ）はレジスト（ネガ）１１及びレジスト（ポジ）１２を形成した状態を示し、（ｂ）はレジスト（ポジ）１２が除去された状態を示し、（ｃ）は更にレジスト（ネガ）１１が除去された状態を示す図である。図２は、実施の形態１によるマスクレジスト形成法を説明するための図であり、（ａ）はトレンチ構造に金属配線層１５を堆積した状態を示し、（ｂ）は金属配線層１５上にレジスト（ポジ）１６及びレジスト（ネガ）１７を形成した状態を示し、（ｃ）はレジスト（ポジ）１６を除去してマスクレジスト１８が形成された状態を示す。図３は、実施の形態１によるマスクレジストを用いてミリングを実施した効果を説明するための図であり、（ａ）は図２（ｃ）の状態を示し、（ｂ）はマスクレジスト１８の堆積された金属配線層１５をミリングにより除去した状態を示す。

実施の形態１によるミリング方法は、トレンチ構造の形成、マスクレジストの形成、ミリング加工の順に、ミリングを行なう。

最初に、トレンチ構造の形成について説明する。
プリント基板の配線パターンを形成する前に、層間絶縁膜１上に、下層配線に到達しない程度の深さを持ったトレンチ部１４を有したトレンチ構造を形成しておく。トレンチ部１４は、一般的に利用されているフォトリソグラフィを用いて層間絶縁膜１上に形成する。

トレンチ部１４は次の手順で形成する。
まず、図１（ａ）において、層間絶縁膜１上に、レジストを塗布して、フォトリソグラフィにより、露光した部分のレジストがレジスト（ポジ）１２となり、露光しない部分はレジスト（ネガ）１１となる。
次に、図１（ｂ）において、現像によりレジスト（ポジ）１２が除去されると、レジスト（ネガ）１１のみが残り、レジスト開口部１３が形成される。エッチングを行うとトレンチ部１４が形成されるがレジスト（ネガ）１１は残る。エッチング完了後、レジスト（ネガ）１１除去により、図１（ｃ）のように層間絶縁膜１上にトレンチ部１４が形成される。

次に、マスクレジストの形成について説明する。
まず、図１（ｃ）のトレンチ部１４の形成された層間絶縁膜１上に、図２（ａ）に示すように金属配線層１５を堆積する。金属配線層１５におけるトレンチ部１４の直上の金属は、周辺部よりも凹んだ形状となる。この形状はエッチングの後工程により平坦化されるので、電気的及び機械的な影響は発生しない。

次に、図２（ｂ）に示すように、金属配線層１５上にパターニングのためのレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりレジスト（ポジ）１６及びレジスト（ネガ）１７が形成される。このとき、金属配線層１５の金属膜に凹凸があるため、レジストもそれに沿って凹凸が生じる。図２（ｂ）の例では、レジスト（ネガ）１７の上面に凹みが形成されている。
そして、現像によりレジスト（ポジ）１６が除去され、レジスト（ネガ）１７のみが残る。レジスト（ポジ）１６の除去後、図２（ｃ）に示すように、トレンチ構造の直上に残ったマスクレジスト１８は、直下の金属配線層１５の金属の表面形状に倣って、表面が凹形状となる。

次に、ミリングにより金属配線層１５のパターニングを行なう。図３（ａ）に示すマスクレジスト１８の堆積した金属配線層１５をミリングすると、図３（ｂ）に示すように配線パターン１９をなす金属層が形成されるとともに、トレンチ構造の直上に残るミリング後の変形レジスト２０は表面が凸形状となる。

ここで、ミリングにより、マスクレジスト１８で覆われていない部分の金属配線層１５の金属膜が削られていく際、マスクレジスト１８もエッチングにより切削領域側に後退していく。マスクレジスト１８は表面が凹形状であるため、その端部が上方を向いており、更に中心部に比べて端部の膜厚が高いためエッチングによる後退が従来よりも進行しにくくなる。その結果、金属配線層１５の金属膜の垂直切削に適したマスクレジスト形状の保持期間が従来よりも長くなって、金属配線層１５にテーパが形成されることを抑制する。

以上説明した通り、実施の形態１によるプリント基板のパターン形成方法は、層間絶縁膜１上にレジスト（レジスト（ネガ）１１及びレジスト（ポジ）１２）を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングを行い当該レジストの一部を除去しエッチングによりトレンチ部１４を形成する工程、上記トレンチ部１４の形成された層間絶縁膜１に金属配線層１５を形成する工程、上記金属配線層１５の形成された層間絶縁膜１におけるトレンチ部１４の上方に、凹みの形成されたマスクレジスト１８を堆積する工程、上記マスクレジスト１８の堆積された金属配線層１５をミリングにより切削し、配線パターン１９を形成する工程、を備えたものである。

これによれば、エッチングによるレジストの切削領域側への後退をより抑制し、レジストの金属膜に対する庇の形成を防止するので、配線パターンの金属層のテーパ形成を抑制することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明に係る実施の形態２によるミリング装置を説明する図である。実施の形態２によるミリング装置５０は、実施の形態１によるプリント基板のミリング方法を用いるとともに、水平及び垂直方向にエッチャント放出源を可動するミリング法を組み合わせることで、膜厚の地点依存の少ない、より精度の高いＰＷＢ配線層を製作することができる。即ち、ミリング装置５０は、図６の従来のミリング装置のようにプリント基板を一回転させる代わりに、プリント基板の上方で、プリント基板に対して相対的にエッチャント放出源を垂直及び水平方向に往復移動させることで、均一なエッチングを行う。

図４において、ミリング装置５０は、エッチャント放出源２１と、エッチャント放出源２１を一方向に往復移動させる可動部３０を有している。エッチャント放出源２１は、棒状となっており、特定の方向に所定の幅を有してエッチャントを放出する。

プリント基板６は、ミリング装置５０内に設けたステージ４０に固定される。このステージ４０はＬ字型固定具が固定されており、このＬ字型固定具にプリント基板６の角を固定させることにより、プリント基板６の縦位置と横位置を固定する。このようにして、プリント基板６の固定には、基板位置を微調整する機構を必要としない。プリント基板６を水平に保持するため、プリント基板６の下の上記ステージ４０上に、基板吸着用の吸入口を備える。例えばポンプで吸入経路内の空気を吸入することにより、プリント基板６を吸着する吸入口を真空に保ち、プリント基板６をステージに密着させる。プリント基板６の交換時には吸着を解除し、手動でプリント基板６を交換する。また、ミリング装置５０のステージ４０は、プリント基板６を９０度回転させるように回転自在に構成されている。

ミリング装置５０内のエッチャント放出源２１は、その移動方向がプリント基板６上のパターンと垂直に交差するよう基板上方に配置される。エッチャント放出源２１は基板の最長辺よりも十分長いものとする。また、エッチャント放出源２１のエッチャント放出レートは放出源上の位置によらず一様であるものとし、エッチャントの放出は一方向だけでなくある程度の広がりを持つ。そのためエッチャント放出源から放出されたエッチャントの到達地点は、エッチャント直下だけでなく、前後に広がりを持った所定の幅を有する。

エッチャント放出源２１は、可動部３０によって、一次元方向にのみ一定速度で往復することにより、レジストでパターニングした所望のパターンのうち、水平パターン及び垂直パターンの中から、エッチャント放出源の移動方向と平行なパターンのみが形成される。これにより、水平方向及び垂直方向のパターンの形成工程を、それぞれ別工程に分けて施工することができる。これについて更に説明する。

まず、可動部３０により、エッチャント放出源２１を水平方向に移動させることで、プリント基板６上の水平パターン２３にのみエッチングが行われる。

このときエッチャント放出源２１は、水平方向に、エッチャント到達範囲２２内でエッチャントが到達する。また、棒状のエッチャント放出源２１の軸方向が垂直方向となっているので、垂直方向のエッチャント到達範囲は、プリント基板６の垂直方向の全幅を覆うようになっている。

プリント基板６上の垂直パターン２４は、エッチャント放出源２１の通過時またはその前後のわずかな時間にのみエッチャントが到達するので、水平パターン２３に比べエッチャントへの暴露時間が少なく、エッチングが十分に進行することはない。

次に、ミリング装置５０のステージ４０を９０度回転させることで、プリント基板６の向きを９０度回転移動させる。この９０度回転した状態で、可動部３０により、プリント基板６を水平方向に移動させることで、水平パターン２３と同様にして垂直パターン２４のエッチングを行う。このとき水平パターン２３には、エッチャント放出源２１の通過時またはその前後のわずかな時間にのみエッチャントが到達するので、垂直パターン２４に比べエッチャントへの暴露時間が少なく、エッチングが十分に進行することはない。

かくして、実施の形態２によるミリング装置５０は、水平及び垂直方向のエッチングをそれぞれ別工程に分けて施行する。このため、実施の形態１によるプリント基板のパターン形成方法を用いた上で、棒状のエッチャント放出源２１と、プリント基板６の上方で、エッチャント放出源２１を一次元方向に往復移動をさせる可動部３０と、プリント基板を９０度回転させるステージ４０とを備える。

これによって、プリント基板９を一回転させることにより２次元的に切削を行っていた従来の方法に比べて、水平及び垂直の２つの工程にミリング工程を分けることにより、金属膜厚の地点依存をなくすことができる。

１ 層間絶縁膜、２ 金属膜、３ マスクレジスト、４ 変形レジスト、５ テーパ部、６ プリント基板（ミリング前）、７ エッチャント放出源、８ エッチャント、９ プリント基板（ミリング後）、１１ レジスト（ネガ）、１２ レジスト（ポジ）、１３ レジスト開口部、１４ トレンチ部、１５ 金属膜、１６ レジスト（ポジ）、１７ レジスト（ネガ）、１８ マスクレジスト、１９ 配線パターン、２０ 変形レジスト、２１ エッチャント放出源、２３ 水平パターン、２４ 垂直パターン、３０ 可動部、４０ ステージ、５０ ミリング装置。

Claims (2)

1. 層間絶縁膜上にレジストを形成し、フォトリソグラフィにより当該レジストの一部を除去しエッチングによりトレンチ部を形成する工程、
   上記トレンチ部の形成された層間絶縁膜に金属配線層を形成する工程、
   上記金属配線層の形成された層間絶縁膜におけるトレンチ部の上方に、レジスト端部の膜厚を高くする凹みの形成されたマスクレジストを堆積する工程、
   上記マスクレジストの堆積された金属配線層をミリングにより切削し、配線パターンを形成する工程、
   を備えたプリント基板のパターン形成方法。
2. 請求項１記載のプリント基板のパターン形成方法を用いたミリング装置において、
   棒状のエッチャント放出源と、
   上記プリント基板の上方で、上記エッチャント放出源を一次元方向に往復移動をさせる可動部と、
   上記プリント基板を９０度回転させるステージと、
   を備えたミリング装置。

Images