JP2017092498A - 配線基板の製造方法、配線基板及び配線基板製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配線基板の製造工程として、導電層の上に絶縁層が積層された配線基板材料に対して、絶縁層を貫通する貫通孔を形成する第一工程と、第一工程の後、配線基板材料に対して波長220nm以下の紫外線を照射することにより、当該配線基板材料のデスミア処理を行う第二工程と、第二工程の後、貫通孔内および絶縁層の上に、材料粒子を衝突させ付着させることでシード層を形成する第三工程と、シード層の上に、電解めっきにより導電材料からなるめっき層を形成する第四工程と、を含む。
【選択図】 図1
Description
多層配線基板の製造工程の一例としては、先ず、絶縁層が導電層の上に積層されてなる配線基板材料に、ドリル加工やレーザ加工を施すことによって絶縁層や導電層の一部を除去し、ビアホールやスルーホールを形成する。このとき、配線基板材料には絶縁層や導電層を構成する材料に起因するスミア(残渣)が生じる。そのため、当該配線基板材料に対してスミアを除去するデスミア処理を行う。
特許文献1には、湿式デスミア処理によってビア形成工程で生じたスミアを除去する工程と、無電解めっきによってシード層を形成する工程と、を有する基板製造方法が開示されている。
そこで、本発明は、シード層と絶縁層との密着性を担保しつつ、配線パターンの微細化を実現することができる配線基板の製造方法、配線基板及び配線基板製造装置を提供することを課題としている。
また、上記の配線基板の製造方法において、前記絶縁層は、粒状フィラーが含有された樹脂よりなり、前記第二工程は、前記配線基板材料に対して前記紫外線を照射する工程と、前記紫外線を照射した前記配線基板材料に物理的振動を与える工程と、を含んでもよい。これにより、有機物質に起因するスミアは、紫外線照射により分解することができ、無機物質に起因するスミアは、物理的振動により分解することができる。このように、有機物質および無機物質のいずれに起因するスミアであっても、確実に除去することができる。
これらにより、絶縁層表面の粗化を最小限に抑えることができ、精度良く微細配線パターンを形成することができる。
図1は、本実施形態の配線基板の製造方法を示す図である。本実施形態において、製造対象の配線基板は、コア基板上に導電層(配線層)と絶縁層とを積層してなる多層配線基板である。コア基板は、例えばガラスエポキシ樹脂などによって構成されている。導電層(配線層)を構成する材料としては、例えば、銅、ニッケル、金などを用いることができる。
このようにしてビアホール12aを形成すると、絶縁層12におけるビアホール12aの内壁面(サイドウォール)、絶縁層12の表面におけるビアホール12aの周辺領域、およびビアホール12aの底部、即ち導電層11におけるビアホール12aによって露出した部分などには、導電層11や絶縁層12を構成する材料に起因するスミア(残渣)Sが生じる。
紫外線照射処理は、例えば大気などの酸素を含む雰囲気下において行うことができる。紫外線光源としては、波長220nm以下、好ましくは190nm以下の紫外線(真空紫外線)を出射する種々のランプを利用できる。ここで、波長220nmとしたのは、紫外線の波長が220nmを超える場合には、樹脂などの有機物質に起因するスミアを分解除去することが困難となるためである。
紫外線光源としては、例えば、キセノンガスを封入したキセノンエキシマランプ(ピーク波長172nm)、低圧水銀ランプ(185nm輝線)などを用いることができる。なかでも、デスミア処理に用いるものとしては、例えばキセノンエキシマランプが好適である。
このような超音波振動処理においては、超音波の振動媒体として、水などの液体および空気などの気体を用いることができる。
また、振動媒体として空気を用いる場合には、圧縮空気を超音波振動させながら配線基板材料に吹きつけることにより、超音波振動処理を行うことができる。ここで、圧縮空気の圧力は、例えば0.2MPa以上であることが好ましい。また、圧縮空気による超音波振動処理の処理時間は、例えば5秒間〜60秒間である。
フォトデスミア処理が完了すると、次に図1(d)に示すように、絶縁層12の上面およびビアホール12aの内面にシード層13を形成する。本実施形態では、シード層13の形成方法としてスパッタリング(SP)を用いる。例えば、密着強度確保のために、先ずターゲット材料としてTi(チタン)を用いてベースとなる層(10nm〜100nm程度)を形成し、その後、ターゲット材料としてCu(銅)を用いてシード層(100nm〜1000nm程度)を形成する。
次に、図1(f)に示すように、シード層13をめっき給電経路に利用する電解めっきにより、ビアホール12a内からレジストパターンRの開口部にかけてめっき層14を形成する。めっき層14としては、例えば、Cu(銅)などからなる層(20μm〜50μm程度)を用いることができる。
なお、図1に示す各工程のうち、図1(b)に示す工程が、導電層の上に積層された絶縁層に貫通孔を形成する第一工程に対応し、図1(c)に示す工程が、第一工程の後に、波長220nm以下の紫外線を照射してデスミア処理を行う第二工程に対応している。また、図1(d)に示す工程が、第二工程の後に、上記貫通孔内および絶縁層の上に、スパッタリング法によりシード層を形成する第三工程に対応し、図1(f)に示す工程が、シード層の上に電解めっきにより導電材料からなるめっき層を形成する第四工程に対応している。
従来、絶縁層とシード層との密着性は、アンカー効果により担保していた。すなわち、絶縁層とシード層との密着性を確保するためには、絶縁層の表面を粗化することが好ましいとされていた。しかしながら、絶縁層の表面を粗化すると、特にL/S(ライン/スペース)=10/10μm以下の微細配線パターンが立たなくなるため、微細配線基板の作製が困難となる。そのため、微細配線基板を作製するためには、絶縁層の表面を粗化することなく、絶縁層とシード層との密着性を担保する必要がある。本発明者は、配線基板の製造工程の一部であるデスミア処理とシード層形成処理とを、フォトデスミア処理とスパッタリング法との組み合わせにより行うことで、絶縁層の表面を粗化することなく、絶縁層とシード層との密着性を担保することができることを見出した。
さらに、スパッタリング法を用いてシード層13を形成するので、表面が粗化されていない絶縁層12の上に、シード層13を十分な密着強度で形成することができる。特に、紫外線照射処理において波長220nm以下の紫外線を用い、当該紫外線照射処理の後にスパッタリング法を用いたシード層形成処理を実施するので、絶縁層12の上に緻密強固なシード層13を形成することができる。以下、この点について詳細に説明する。
この図2に示すように、波長220nm以上の領域、即ち可視光線および近紫外線の一部の領域では、光は樹脂を透過し、その透過率は波長が短くなるにしたがって小さくなる。具体的には、波長300nmを超える領域では、光は樹脂をほぼ透過する。波長300nm以下では、紫外線は樹脂にやや吸収されるが、その吸収は小さく紫外線が完全に遮られるほどではない。これは、樹脂の厚さ方向全体で紫外線を吸収するためであり、その紫外線により励起された樹脂は、樹脂の全体に広く分布する。
そして、このような活性な樹脂部は、スパッタリングによって飛来したターゲット粒子が樹脂に打ち込まれたときのエネルギーによって新たな結合を作り出し、強固にターゲット粒子を固定する。
ビアホール12aに残留するスミア(不図示)を除去するフォトデスミア処理として、図3(a)に示すように、波長220nm以下の紫外線(UV)を照射した場合、上述したように紫外線は絶縁層12表面で吸収され、絶縁層12の表面にカラーセンター(結合欠陥、構造欠陥)Cが生じる。カラーセンターCとは、上記の紫外線を吸収することで励起され、原子同士の化学結合が切れたり結合状態が変化したりすることで生成される欠陥である。
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
<配線基板材料>
先ず、ガラスエポキシ樹脂と銅からなるプリプレグのコア材に、25μmのエポキシ樹脂を両面真空ラミネートし、高圧プレスとベーキングにより作成した積層体を用意した。
この積層体に、ビア加工機(CO2レーザもしくはUVレーザ)によってレーザ加工を施すことにより、ブラインドビアを、500μmピッチで格子状に作成した。ビア開口径は、φ50μmもしくはφ25μmとした。このようにして、配線基板材料を得た。また、このとき、配線基板材料のブラインドビアの底部に、スミアが残留していることを確認した。
CO2レーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。
当該配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施し、その後、無電解銅めっきにより1μmのシード層を形成した基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
<比較例1>
CO2レーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。
当該配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施し、その後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
CO2レーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。
当該配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施し、その後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
上記積層体(エポキシ基板)に厚さ38μmのPETフィルムによる保護膜を貼り、その後、UVレーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。当該配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記積層体(エポキシ基板)に厚さ38μmのPETフィルムによる保護膜を貼り、その後、UVレーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。当該配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
<比較例3>
上記積層体(エポキシ基板)に厚さ38μmのPETフィルムによる保護膜を貼り、その後、UVレーザによってビア開口径φ25μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。当該配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記積層体(エポキシ基板)に厚さ38μmのPETフィルムによる保護膜を貼り、その後、UVレーザによってビア開口径φ25μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。当該配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
CO2レーザによってビア開口径φ50μmのビアを形成した配線基板材料を用いた。
当該配線基板材料に対し、波長254nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施し、その後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
例えば、図5(a)に示すように、ピール試験において、試料100の絶縁層112に形成されたビア112aの底とサイドウォールとの両方でめっき層114が剥がれた場合、不良品(ビア底不良+サイドウォール不良)であると判定する。この図5(a)に示すパターンは、ビア底(導電層111とめっき層114)とビアのサイドウォール(絶縁層112とめっき層114)の両方の密着性が低い場合に起こる。
また、図5(d)に示すように、ピール試験において、ビア112aが大きく崩れるほど絶縁層112内で凝集破壊している場合にも、良品であると判定する。
さらに、表面に形成したレジストパターンを観察すると、至るところでパターンの倒壊がみられた。これは、表面粗さが大きいためにレジストの設置面が小さくなり、密着性が落ちたためである。このように、参考例1のようにウェットデスミア処理と無電解めっきによるシード層の形成処理との組み合わせでは、アンカー効果により導電層と絶縁層との密着性は担保することができるが、絶縁層表面の粗化により微細配線基板の作製は困難である。
また、表面に形成したレジストパターンを観察すると、至るところでパターンの倒壊がみられた。これは、表面粗さが大きいためにレジストの設置面が小さくなり、密着性が落ちたためである。このように、比較例1のようにウェットデスミア処理とスパッタリングによるシード層の形成処理との組み合わせでは、導電層と絶縁層との密着性を担保することができず、また、絶縁層表面の粗化により微細配線基板の作製も困難である。
さらに、比較例2の試料は、ビアの開口部での浸食が大きく、50μmの開口は57μmまで大きくなっている。また、保護膜の作用で薬液が滞留し、ビアの底部の径がビアの開口部の径よりも大きくなり、ビアの内側が膨らんだ構造となっているものがみられた。なお、表面に形成したレジストパターンを観察した結果は良好であった。これは、表面粗さが小さいためにレジストの設置面が大きくなり、密着性が維持しているためである。
さらに、実施例2の試料は、ビアの開口部での浸食が小さく、50μmの開口は51μmにとどまっている。このように、ビア形状の維持性も高い。また、表面に形成したレジストパターンを観察した結果も良好であった。これは、表面粗さが小さいためにレジストの設置面が大きくなり、密着性が維持しているためである。
比較例3では、ピール強度は0.40kg/cmであった。また、この比較例3の試料におけるビア接続強度は、23%で品質が悪かった。これは、ビア径が小さいために、ビア内にウェットデスミア処理の過マンガン酸が入らず、スミアが除去できないためである。スミアが残った表面にスパッタ源から飛来する金属粒子が堆積し、その上にCuめっき層が形成されるため、密着性が著しく低下している。
さらに、比較例3の試料は、ビアの開口部での浸食が大きく、25μmの開口は30μmまで大きくなっている。また、保護膜の作用で薬液が滞留し、ビアの底部の径がビアの開口部の径よりも大きくなり、ビアの内側が膨らんだ構造となっているものがみられた。なお、表面に形成したレジストパターンを観察した結果は良好であった。これは、表面粗さが小さいためにレジストの設置面が大きくなり、密着性が維持しているためである。
さらに、実施例3の試料は、ビアの開口部での浸食が小さく、25μmの開口は27μmにとどまっている。このように、ビア形状の維持性も高い。また、表面に形成したレジストパターンを観察した結果も良好であった。これは、表面粗さが小さいためにレジストの設置面が大きくなり、密着性が維持しているためである。
(配線基板製造装置) 以上説明した配線基板の製造は、以下に示す配線基板製造装置により実現することができる。
配線基板製造装置210は、紫外線照射装置211と、超音波洗浄・乾燥装置212と、スパッタ装置213と、を備える。紫外線照射装置211は、ワーク(配線基板材料)に対してフォトデスミア処理における紫外線照射処理を行う。超音波洗浄・乾燥装置212は、フォトデスミア処理における物理的振動処理として超音波振動処理(超音波洗浄処理)を行った後、ワークを乾燥する乾燥処理を行う。スパッタ装置213は、スパッタリング法を採用し、フォトデスミア処理後のワーク表面にシード層を形成する処理を行う。
なお、図6において、紫外線照射装置211及び221が紫外線照射部に対応し、超音波洗浄・乾燥装置212及び222が振動付与部に対応し、スパッタ装置213及び224がシード層形成部に対応している。
(変形例) 上記実施形態においては、スパッタリング法によりシード層を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、イオンプレーティング法によりシード層を形成してもよい。この場合にも、スパッタリング法によりシード層を形成した場合と同様の効果が得られる。すなわち、スパッタリング法やイオンプレーティング法のように、材料粒子(金属粒子)を衝突させ付着させることでシード層を形成する手法であれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
Claims (1)
- 導電層と、該導電層の上に配置され、波長220nm以下の紫外線をその表面層で吸収する樹脂からなる絶縁層とを積層してなる配線基板材料と、
前記絶縁層を貫通する貫通孔と、
前記絶縁層の上に積層されるシード層と、
前記シード層の上に積層され、導電材料からなる電解めっき層と、を備える配線基板であって、
前記配線基板材料は、前記紫外線の照射によりスミアが除去された状態であり、
前記絶縁層の前記表面層は、前記紫外線の吸収により生成された結合欠陥を含み、
前記シード層は、前記絶縁層の前記表面層に含まれる前記結合欠陥と、前記絶縁層の前記表面層に衝突し打ち込まれた材料粒子とが結合してなる、
ことを特徴とする配線基板。
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