JP2023029461A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

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正也 鳥羽
Masaya Toba
和彦 蔵渕
Kazuhiko Kurabuchi
崇 増子
Takashi Masuko
一行 満倉
Kazuyuki Mitsukura
慎一郎 安部
Shinichiro Abe
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Abstract

【課題】チップ同士の伝送に優れた微細配線層を有する配線基板を良好な歩留まり且つ低コストで製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の配線基板の製造方法は、支持基板上に第1絶縁材料層を形成する工程と、第1絶縁材料層に第1開口部を形成する工程と、第1絶縁材料層の第1開口部を含む表面を改質する工程と、改質された第1絶縁材料層の上記表面に、無電解銅めっきによりシード層を形成する工程と、第1開口部に連通する開口部と、シード層に至る凹部とを有する配線形成用レジストをシード層上に形成する工程と、電解めっきにより、第1開口部及び開口部並びに凹部に導電材料を充填する工程と、レジストをはく離する工程と、レジストのはく離によって露出した領域のシード層を除去する工程(VIII)とを含む。【選択図】図3

Description

本発明は、配線基板の製造方法に関し、より詳しくは、微細化及び高密度化の要求が高い半導体装置を効率よく、低コストに製造するための配線基板の製造方法に関する。
半導体パッケージの高密度化及び高性能化を目的に、異なる性能のチップを一つのパッケージに混載する実装形態が提案されており、コスト面に優れたチップ間の高密度インターコネクト技術が重要になっている(例えば特許文献1参照)。
パッケージ上に異なるパッケージをフリップチップ実装によって積層することで接続するパッケージ・オン・パッケージがスマートフォン及びタブレット端末に広く採用されている(例えば非特許文献1及び非特許文献2参照)。更に高密度で実装するための形態として、高密度配線を有する有機基板を用いたパッケージ技術(有機インターポーザ)、スルーモールドビア(TMV)を有するファンアウト型のパッケージ技術(FO-WLP)、シリコン又はガラスインターポーザを用いたパッケージ技術、シリコン貫通電極(TSV)を用いたパッケージ技術、基板に埋め込まれたチップをチップ間伝送に用いるパッケージ技術等が提案されている。
特に有機インターポーザ及びFO-WLPでは、半導体チップ同士を並列して搭載する場合には、高密度で導通させるために微細配線層が必要となる(例えば特許文献2参照)。
特開2003-318519号公報 米国特許出願公開第2001/0221071号明細書
Application of Through Mold Via(TMV) as PoP Base Package, Electronic Components and Technology Conference(ECTC),2008 Advanced Low Profile PoP Solution with Embedded Wafer Level PoP(eWLB-PoP)Technology,ECTC,2012
上記特許文献1に記載の技術では、デスミア処理後、無電解めっきによりシード層を形成する。シード層と絶縁層との密着性を確保するためには、絶縁層の表面に適度に粗い状態とし、アンカー効果によりシード層を絶縁層表面に強固に固定する必要がある。上記特許文献1に記載の技術では、湿式デスミア処理を行うことにより、絶縁層表面を粗化している。
ところで、近年、半導体素子は小型化傾向にあり、配線基板も微細化が求められている。上記のようにアンカー効果を得るために絶縁層の表面を粗くすると、その上に形成する配線パターン、特に、L/S(ライン/スペース)が10/10μm以下の微細配線パターンが立たなくなり、配線基板を微細化することができない。つまり、配線基板の製造方法において、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課題である。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チップ同士の伝送に優れた高密度で導通させるための微細配線層を有する配線基板を良好な歩留まり且つ低コストで製造できる配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る配線基板の製造方法は、支持基板上に第1絶縁材料層を形成する工程(I)と、第1絶縁材料層に第1開口部を形成する工程(II)と、第1絶縁材料層の第1開口部を含む表面を改質する工程(III)と、改質された第1絶縁材料層の上記表面に、無電解銅めっきによりシード層を形成する工程(IV)と、第1開口部に連通する開口部と、シード層に至る凹部とを有する配線形成用レジストをシード層上に形成する工程(V)と、電解めっきにより、第1開口部及び開口部並びに凹部に導電材料を充填する工程(VI)と、レジストをはく離する工程(VII)と、レジストのはく離によって露出した領域の前記シード層を除去する工程(VIII)とを含む。
上記製造方法における工程を経ることで、第1絶縁材料層を貫通する導通部(第1開口部に充填された導電材料)が形成されるとともに、第1絶縁材料層の表面上に配線(凹部に充填された導電材料)が形成される。上記製造方法によれば、第1絶縁材料層の表面上に配線を形成するに先立ち、工程(III)において、第1絶縁材料層の第1開口部を含む表面を改質(例えば、紫外線照射)することで、第1絶縁材料層の表面をナノレベルで粗化することができ、シード層の優れた密着性と、その後に形成される微細配線の優れた形成性とを両立することができる。また、シード層を無電解銅めっきによって形成することで、配線基板の優れた高周波特性と、シード層の高い導電性とを両立できる。
上記製造方法は、工程(VIII)後、導電材料(導通部及び配線)を覆うように、第2絶縁材料層を第1絶縁材料層上に形成する工程(IX)と、第1開口部に連通する第2開口部を第2絶縁材料層に形成する工程(X)とを更に含んでもよい。これらの工程を経ることで、絶縁材料層とこれに埋設された配線とを含む配線層が第1絶縁材料層上に形成される。
上記工程(X)後、第2絶縁材料層に対して工程(III)から工程(X)までの一連の工程を1回以上繰り返すことによって、多層化された配線層を形成してもよい。具体的には、以下の記載におけるNを2以上の整数とすると、上記工程(X)後、第N絶縁材料層の第N開口部を含む表面を改質する工程(III)と、改質された第N絶縁材料層の上記表面に、無電解銅めっきによりシード層を形成する工程(IV)と、第N開口部に連通する開口部と、シード層に至る凹部とを有する配線形成用レジストをシード層上に形成する工程(V)と、電解めっきにより、第N開口部及び開口部並びに凹部に導電材料を充填する工程(VI)と、レジストをはく離する工程(VII)と、レジストのはく離によって露出した領域のシード層を除去する工程(VIII)と、導電材料を覆うように、第N+1絶縁材料層を第N絶縁材料層上に形成する工程(IX)と、第N開口部に連通する第N+1開口部を第N+1絶縁材料層に形成する工程(X)とを1回以上繰り返すことで、多層化された配線層を形成することができる。
本発明によれば、チップ同士の伝送に優れた高密度で導通させるための微細配線層を有する配線基板を良好な歩留まり且つ低コストで製造できる配線基板の製造方法が提供される。
図1(a)は支持基板上に第1絶縁材料層を形成した状態を模式的に示す断面図であり、図1(b)は第1絶縁材料層に第1開口部を形成した状態を模式的に示す断面図であり、図1(c)は第1絶縁材料層の第1開口部を含む表面を改質した状態を模式的に示す断面図であり、図1(d)は第1絶縁材料上に無電解銅めっきによりシード層を形成した状態を模式的に示す断面図である。 図2(a)は開口部と凹部とを有する配線形成用レジストを形成した状態を模式的に示す断面図であり、図2(b)は電解めっきによって導通部及び配線を形成した状態を模式的に示す断面図であり、図2(c)は配線形成用レジストをはく離した状態を模式的に示す断面図であり、図2(d)はレジストのはく離によって露出したシード層を除去した後の状態を模式的に示す断面図である。 図3は第2開口部を有する第2絶縁材料層を第1絶縁材料層上に形成した状態を模式的に示す断面図である。 図4は多層化された配線層を有する配線板の一実施形態を模式的に示す断面図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本明細書の記載及び請求項において「左」、「右」、「正面」、「裏面」、「上」、「下」、「上方」、「下方」等の用語が利用されている場合、これらは、説明を意図したものであり、必ずしも永久にこの相対位置である、という意味ではない。また、「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法について説明する。本実施形態に係る配線基板の製造方法は以下の工程をこの順序で含む。
(I)支持基板S上に第1絶縁材料層1を形成する工程。
(II)第1絶縁材料層1に第1開口部H1を形成する工程。
(III)第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面Fを改質する工程。
(IV)改質された第1絶縁材料層1の表面Fに、無電解銅めっきによりシード層Tを形成する工程。
(V)第1開口部H1に連通する開口部R1と、シード層Tに至る凹部R2とを有する配線形成用レジストRをシード層T上に形成する工程。
(VI)電解めっきにより、第1開口部H1及び開口部R1、並びに、凹部R2に導電材料を充填する工程。
(VII)レジストRをはく離する工程。
(VIII)レジストRのはく離によって露出した領域のシード層Tを除去する工程。
本実施形態に係る配線基板の製造方法は、微細化及び多ピン化が必要とされる形態において特に好適であり、特に、異種チップを混載するためのインターポーザが必要なパッケージ形態において好適である。より具体的には、本実施形態に係る製造方法は、ピンの間隔が200μm以下(より微細な場合には例えば30~100μm)であり且つピンの本数が500本以上(より微細な場合には例えば1000~10000本)のパッケージ形態において好適である。
上記製造方法によれば、絶縁材料層の表面を改質することによって、シード層と絶縁材料層との密着性を高めることができる特徴を有する。そのため、チップ同士の伝送に優れた高密度で導通させるための微細配線を有する配線基板を良好な歩留まりで製造することができる。また、上記製造方法によれば、デスミア処理に使用する薬剤による表面粗化をせずに微細配線のシード層を形成できるため、上記配線基板を良好な歩留まりで製造することができる。以下、各工程について説明する。
<支持基板上に第1絶縁材料層を形成する工程(I)>
工程(I)は、支持基板S上に第1絶縁材料層1を形成する工程である(図1(a))。支持基板Sは、特に限定されないが、シリコン板、ガラス板、SUS板、ガラスクロス入り基板、半導体素子入り封止樹脂等であり、高剛性からなる基板が好適である。図1(a)に示したとおり、支持基板Sは絶縁材料層を形成する側の表面に導電層Saが形成されたものであってもよい。支持基板Sは、導電層Saの代わりに配線及び/又はパッドを表面に有するものであってもよい。
支持基板Sの厚さは0.2mmから2.0mmの範囲であることが好ましい。0.2mmより薄い場合はハンドリングが困難になる一方、2.0mmより厚い場合は材料費が高くなる傾向にある。支持基板Sはウェハ状でもパネル状でも構わない。サイズは特に限定されないが、直径200mm、直径300mm又は直径450mmのウェハ、あるいは、一辺が300~700mmの矩形パネルが好ましく用いられる。
後述の工程(II)においてフォトリソグラフィープロセスにより微細な第1開口部H1を容易に形成できる点から、第1絶縁材料層1を構成する材料として感光性樹脂材料を採用することが好ましい。感光性絶縁材料としては、液状又はフィルム状のものが挙げられ、膜厚平坦性とコストの観点からフィルム状の感光性絶縁材料が好ましい。また、微細な配線を形成できる点で、感光性絶縁材料は平均粒径500nm以下(より好ましくは50~200nm)のフィラ(充填材)を含有することが好ましい。感光性絶縁材料のフィラ含有量は、フィラを除く感光性絶縁材料の質量100質量部に対して0~70質量部が好ましく、10~50質量部がより好ましい。
フィルム状の感光性絶縁材料を使用する場合、そのラミネート工程はなるべく低温で実施することが好ましく、40℃~120℃でラミネート可能な感光性絶縁フィルムを採用することが好ましい。ラミネート可能な温度が40℃を下回る感光性絶縁フィルムは常温(約25℃)でのタックが強く取り扱い性に悪化する傾向があり、120℃を上回る感光性絶縁フィルムはラミネート後に反りが大きくなる傾向がある。
第1絶縁材料層1の硬化後の熱膨張係数は、反り抑制の観点から80×10-6/K以下であることが好ましく、高信頼性が得られる点で70×10-6/K以下であることがより好ましい。また、絶縁材料の応力緩和性、高精細なパターンが得られる点で20×10-6/K以上であることが好ましい。
第1絶縁材料層1の厚さは、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましく、3μm以下であることが更に好ましい。第1絶縁材料層1の厚さが上記範囲内であると、例えば、後述の工程(II)において微細な円形又は楕円形からなる第1開口部H1を良好に形成しやすい。第1絶縁材料層1の厚さは、絶縁信頼性の観点から1μm以上であることが好ましい。
<第1絶縁材料層に第1開口部を形成する工程(II)>
工程(II)は、第1絶縁材料層1の表面に第1開口部H1を形成する工程である(図1(b))。本実施形態において、第1開口部H1とは、第1絶縁材料層1の表面に対して、第1絶縁材料層1の厚さ方向に開口し、支持基板Sの表面(導電層Saの表面)にまで至る凹んだ部位をいい、この開口部位の内壁(側面及び底面等)を含む。第1開口部H1は、図1(b)に示すように、支持基板Sの表面にまで至るように形成されていること、すなわち、第1絶縁材料層1からなる側面と、支持基板Sの表面からなる底面とによって構成されていることが好ましい。第1開口部H1の開口形状は、円形又は楕円形であることが好ましく、この場合の開口サイズは直径5~50μm(より微細な場合には直径5~10μm)の円の面積に相当する程度であってもよい。
第1開口部H1の形成方法は、レーザアブレーション、フォトリソグラフィー、インプリント等が挙げられる。これらの方法のうち、微細化とコストの観点から、工程(I)において感光性樹脂材料からなる第1絶縁材料層1を形成し、フォトリソグラフィープロセス(露光及び現像)によって第1開口部H1を形成することが好ましい。感光性樹脂材料の露光方法としては、通常の投影露光方式、コンタクト露光方式、直描露光方式等を用いることができ、現像方法としては炭酸ナトリウム又はTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)のアルカリ水溶液を用いることが好ましい。第1絶縁材料層1に第1開口部H1を形成した後、絶縁材料を更に加熱硬化させてもよい。加熱温度は100℃~200℃、加熱時間は30分~3時間の間で実施される。また、開口された面に第1絶縁材料層1の残渣がある場合は、酸素プラズマ処理、アルゴンプラズマ処理、窒素プラズマ処理によって残渣を除去することができる。
<表面を改質する工程(III)>
工程(III)は、第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面Fを改質する工程である(図1(c))。工程(IV)に先立ち、第1絶縁材料層1の表面を改質によってナノレベルに粗化することで、第1絶縁材料層1とシード層Tの優れた密着性と、その後に形成される微細配線の優れた形成性とを両立することができる。
改質の方法としては、紫外線照射、電子線照射、オゾン水処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等の方法が挙げられる。これらの方法のうち、真空設備を必要とせず、廃液等が発生しない紫外線照射が好ましい。改質に用いる紫外線照射のランプとして、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、真空紫外エキシマランプ等が挙げられるが、活性化効果の大きい、低圧水銀ランプあるいはエキシマランプが好ましい。
改質は、大気中で行うことが好ましく、酸素雰囲気中で行うことがより好ましい。改質は、25℃~100℃で行うことが好ましい。より反応性を早めるために40℃~100℃がより好ましく、60℃~100℃が更に好ましい。
改質後の第1絶縁材料層1表面の純水との接触角は、40度以下であることが好ましく、20度以下であることがより好ましく、10度以下であることが更に好ましい。また、改質処理は複数回繰り返してもよい。
<改質後の第1絶縁材料層の表面にシード層を形成する工程(IV)>
工程(IV)は、改質された第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面Fに、無電解銅めっきによりシード層Tを形成する工程である(図1(d))。本実施形態においては、まず、無電解銅めっきの触媒となるパラジウムを第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面に吸着させるため、第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面を前処理液で洗浄する。前処理液は水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含む市販のアルカリ性前処理液でよい。水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの濃度は1%~30%の間で実施される。前処理液への浸漬時間は1分~60分の間で実施される。前処理液への浸漬温度は25℃~80℃の間で実施される。前処理した後、余分な前処理液を除去するため、市水、純水、超純水又は有機溶剤で洗浄してもよい。
前処理液除去後、第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面からアルカリイオンを除去するために、酸性水溶液で浸漬洗浄する。酸性水溶液は硫酸水溶液でよく、濃度は1%~20%、浸漬時間は1分~60分の間で実施される。酸性水溶液を除去するため、市水、純水、超純水又は有機溶剤で洗浄してもよい。
続いて、酸性水溶液で浸漬洗浄がなされた後の第1絶縁材料層1の表面にパラジウムを付着させる。パラジウムは、市販のパラジウム-スズコロイド溶液、パラジウムイオンを含む水溶液、パラジウムイオン懸濁液等でよいが、改質層に効果的に吸着するパラジウムイオンを含む水溶液が好ましい。
パラジウムイオンを含む水溶液に浸漬する際、パラジウムイオンを含む水溶液の温度は、25℃~80℃、吸着させるための浸漬時間は1分~60分の間で実施される。パラジウムイオンを吸着させた後、余分なパラジウムイオンを除去するため、市水、純水、超純水又は有機溶剤で洗浄してもよい。
パラジウムイオン吸着後、パラジウムイオンを触媒として作用させるための活性化を行う。パラジウムイオンを活性化させる試薬は市販の活性化剤(活性化処理液)でよい。パラジウムイオンを活性化させるために浸漬する活性化剤の温度は、25℃~80℃、活性化させるために浸漬する時間は1分~60分の間で実施される。パラジウムイオンの活性化後、余分な活性化剤を除去するため、市水、純水、超純水又は有機溶剤で洗浄してもよい。
続いて、第1絶縁材料層1の第1開口部H1を含む表面に無電解銅めっきし、シード層Tを形成する。このシード層Tは、工程(VI)で実施する電解めっきのための給電層となる。
無電解銅めっきとしては、無電解純銅めっき(純度99質量%以上)、無電解銅ニッケルリンめっき(ニッケル含有率:1質量%~10質量%、リン含有量:1質量%~13質量%)等が挙げられるが、密着性の観点から、無電解銅ニッケルリンめっきが好ましい。無電解銅ニッケルリンめっき液は市販のめっき液でよく、例えば、無電解銅ニッケルリンめっき液(株式会社JCU製、商品名「AISL-570」)を用いることができる。無電解銅ニッケルリンめっきは、60℃~90℃の無電解銅ニッケルリンめっき液中で実施される。
無電解銅めっきにより形成されるシード層Tの厚さは、20nm~200nmが好ましく、40nm~200nmがより好ましく、60nm~200nmが更に好ましい。
無電解銅めっき後、余分なめっき液を除去するため、市水、純水、超純水又は有機溶剤で洗浄してもよい。また、無電解銅めっき後、シード層Tと第1絶縁材料層1との密着力を高めるため、熱硬化(アニーリング:加熱による時効硬化処理)を行ってもよい。熱硬化温度は、80℃~200℃で加熱することが好ましい。より反応性を早めるために120℃~200℃がより好ましく、120℃~180℃で加熱することが更に好ましい。熱硬化時間は5分~60分が好ましく、10分~60分がより好ましく、20分~60分が更に好ましい。
<配線形成用レジストを形成する工程(V)>
工程(V)は、第1開口部H1に連通する開口部R1と、シード層Tに至る凹部R2とを有する配線形成用レジストRをシード層T上に形成する工程である(図2(a))。図2(a)に示すように、第2開口部H2は第1開口部H1が形成されている位置に形成される。これにより、内壁がシード層Tで覆われている第1開口部H1と、これに連通する第2開口部H2とによって構成される貫通孔Hが支持基板S上に形成される。
第2開口部H2の開口形状は、円形又は楕円形であることが好ましい。この場合の開口サイズは直径5~50μm(より微細な場合には直径5~10μm)の円の面積に相当する程度であってもよい。凹部R2はトレンチ構造であることが好ましく、例えば、複数本の凹部R2(溝)が並行するように形成された態様であることが好ましい。凹部R2の開口幅(配線のライン幅)は、好ましくは1~20μm程度であり、1~5μmであってもよい。隣接する凹部R2との間隔(配線のスペース幅)は、好ましくは2~10μm程度であり、1~5μmであってもよい。凹部R2の開口幅及び間隔を上記範囲とすることで、高密度化を実現する半導体装置を提供しやすい傾向にある。すなわち、微細配線層を有する半導体装置を良好な歩留まり且つ低コストで製造しやすい。
配線形成用レジストRは市販のレジストでよく、例えば、ネガ型フィルム状の感光性レジスト(日立化成株式会社製、Photec RY-5107UT)を用いることができる。この場合、配線形成用レジストRにおける開口部R1及び凹部R2は、まず市販のロールラミネータを用いて配線形成用レジストを成膜し、次いで、パターンを形成したフォトツールを密着させ、露光機を使用して露光を行い、次いで、炭酸ナトリウム水溶液で、スプレー現像を行うことによって形成することができる。なお、ネガ型の代わりにポジ型の感光性レジストを用いてもよい。
<貫通孔及び凹部に導電材料を充填する工程(VI)>
工程(VI)は、電解めっきにより、第1開口部H1及び開口部R1、並びに、凹部R2に導電材料を充填する工程である(図2(b))。具体的には、シード層Tを給電層として、例えば、電解銅めっきを実施する。これにより、貫通孔(第1開口部H1及び開口部R1)及び凹部R2内に導電材料(銅含有材料)が充填され、導通部C1及び配線C2がそれぞれ形成される。配線C2の厚さは1~10μmが好ましく、3~10μmがより好ましく、5~10μmが更に好ましい。
<配線形成用レジストをはく離する工程(VII)>
工程(VII)は、シード層T上から、配線形成用レジストRをはく離する工程である(図2(c))。配線形成用レジストRのはく離は、市販のはく離液を使用して行えばよい。
<シード層を除去する工程(VIII)>
工程(VIII)は、レジストRのはく離によって露出した領域のシード層Tを除去する工程である(図2(d))。シード層Tの除去とともに、シード層Tの下に残存しているパラジムを除去してもよい。これらの除去は、市販の除去液(エッチング液)を使用して行えばよく、具体例として、酸性のエッチング液(株式会社JCU製、BB-20、PJ-10、SAC-700W3C)が挙げられる。
上述の工程(I)から工程(VIII)を経ることで、図2(d)に示す配線基板10を得ることができる。
以上、配線基板の製造方法について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を行ってもよい。例えば、図3に示す配線基板20のように、配線C2が第2絶縁材料層2に埋設された態様としてもよい。工程(VIII)を経て得られた配線基板10に対し、導通部C1及び配線C2を覆うように、第2絶縁材料層2を第1絶縁材料層1上に形成する工程(IX)と、第1開口部H1に連通する第2開口部H2を第2絶縁材料層2に形成する工程(X)とを更に実施することで図3に示す配線基板20を得ることができる。配線基板20は、第2絶縁材料層2と、これに埋設された複数の配線C2とによって構成される配線層8Aを備える。なお、第2絶縁材料層2を構成する材料としては、第1絶縁材料層1と同様のもの(例えば、感光性樹脂材料)を挙げることができる。
上記実施形態においては、一層の配線層を有する配線基板10,20の製造方法について例示したが、多層化された配線層を有する配線基板を製造してもよい。図4に示す多層配線基板30は、上記工程(X)後、第2絶縁材料層2に対して工程(III)から工程(X)までの一連の工程を1回以上繰り返すことによって製造することができる。具体的には、上記工程(X)後、第2絶縁材料層2の第2開口部H2を含む表面を改質する工程(III)と、改質された第2絶縁材料層2の上記表面に、無電解銅めっきによりシード層を形成する工程(IV)と、第2開口部H2に連通する開口部と、第2シード層に至る凹部とを有する配線形成用レジスト(不図示)をシード層上に形成する工程(V)と、電解めっきにより、第1開口部及び開口部並びに凹部に導電材料を充填する工程(VI)と、レジストをはく離する工程(VII)と、レジストのはく離によって露出した領域のシード層を除去する工程(VIII)と、導電材料を覆うように、第3絶縁材料層3を第2絶縁材料層2上に形成する工程(IX)と、第2開口部H2に連通する第3開口部H3を第3絶縁材料層3に形成する工程(X)とを1回以上繰り返すことで、二層の配線層8A,8Bを有する多層配線基板30を得ることができる。一連の上記工程を2回以上繰り返すことで三層以上の配線層を有する多層配線基板を製造してもよい。
本発明を以下の実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
<感光性樹脂フィルムの作製>
絶縁材料層の形成に使用する感光性樹脂組成物を以下の成分を使用して調製した。
・カルボキシル基とエチレン性不飽和基とを含有する光反応性樹脂:酸変性したクレゾールノボラック型エポキシアクリレート(CCR-1219H、日本化薬株式会社製、商品名) 50質量部
・光重合開始剤成分:2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-フォスフィンオキサイド(ダロキュアTPO、BASFジャパン株式会社製、商品名)及びエタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(o-アセチルオキシム)(イルガキュアOXE-02、BASFジャパン株式会社製、商品名) 5質量部
・熱硬化剤成分:ビフェノール型エポキシ樹脂(YX-4000、三菱ケミカル株式会社製、商品名) 10質量部
・無機フィラ成分:(平均粒径:50nm、ビニルシランでシランカップリング処理したもの)
無機フィラ成分は、樹脂分100体積部に対し、10体積部になるように配合した。なお、動的光散乱式ナノトラック粒度分布計「UPA-EX150」(日機装株式会社製)及びレーザー回折散乱式マイクロトラック粒度分布計「MT-3100」(日機装株式会社製)を用いて粒度分布を測定し、最大粒径が1μm以下となっていることを確認した。
上記組成の感光性樹脂組成物の溶液をポリエチレンテレフタレートフィルム(G2-16、帝人株式会社製、商品名、厚さ:16μm)の表面上に塗布した。それを熱風対流式乾燥機を用いて100℃で約10分間乾燥した。これにより形成された感光性樹脂フィルムの厚さは15μmであった。
<微細配線を有する配線層の形成>
支持基板として、ガラスクロス入り配線基板(サイズ:200mm角、厚さ1.5mm)を準備した。この配線基板の表面には銅層が形成されており、その厚さは20μmであった。
・工程(I)
上記配線基板の銅層の表面に、上記感光性樹脂フィルム(絶縁材料層)をラミネートした。詳細には、まず、配線基板の銅層の表面に感光性樹脂フィルムを載置した。次いで、プレス式真空ラミネータ(MVLP-500、株式会社名機製作所)を用いてプレスした。プレス条件は、プレス熱板温度80℃、真空引き時間20秒、ラミネートプレス時間60秒、気圧4kPa以下、圧着圧力0.4MPaとした。
・工程(II)
プレス後の絶縁材料層に露光処理及び現像処理を施すことによって、配線基板の銅層にまで至る開口部を設けた。露光は絶縁材料層の上にパターンを形成したフォトツールを密着させ、i線ステッパー露光機(製品名:S6CK型露光機、レンズ:ASC3(Ck)、株式会社サーマプレシジョン製)を使用して、30mJ/cmのエネルギー量で露光した。次いで、30℃の1質量%炭酸ナトリウム水溶液で、45秒間スプレー現像を行い、開口部を設けた。次いで、現像後の絶縁材料層表面にマスク露光機(EXM-1201型露光機、株式会社オーク製作所製)を使用して、2000mJ/cmのエネルギー量でポストUV露光した。次いで、クリーンオーブンで170℃、1時間の熱硬化を行った。
・工程(III)
紫外線照射装置(SSP-16、セン特殊光源株式会社製)を用いて、絶縁材料層に紫外線を照射した。これにより、絶縁材料層の表面を改質した。紫外線ランプから絶縁材料層の表面までの距離は40mm、紫外線照時間は30秒とした。
・工程(IV)
無電解銅めっきにより、絶縁材料層の表面にシード層を形成した。すなわち、まず、アルカリクリーニングとして、アルカリクリーナー(株式会社JCU製、商品名:EC-B)の110mL/L水溶液に50℃で5分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。次に、コンディショナとして、コンディショニング液(株式会社JCU製、商品名:PB-200)とEC-Bの混合液(PB-200濃度:70mL/L、EC-B濃度:2mL/L)に50℃で5分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。次に、ソフトエッチングとして、ソフトエッチング液(株式会社JCU製、商品名:PB-228)と98%硫酸の混合液(PB-228濃度:100g/L、硫酸濃度:50mL/L)30℃で2分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。次に、デスマットとして、10%硫酸に室温で1分間浸漬した。次に、キャタライザとして、キャタライズ用試薬1(株式会社JCU製、商品名:PC-BA)とキャタライズ用試薬2(株式会社JCU製、商品名:PB-333)とEC-Bの混合液(PC-BA濃度:5g/L、PB-333濃度:40mL/L、EC-B濃度:9mL/L)60℃で5分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。次に、アクセラレータとして、アクセラレータ用試薬(株式会社JCU製、商品名:PC-66H)とPC-BAの混合液(PC-66H濃度:10mL/L、PC-BA濃度:5g/L)に30℃で5分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。次に、無電解銅めっきとして、無電解銅めっき液(株式会社JCU製、商品名:AISL-570B、AISL-570C、AISL-570MU)とPC-BAの混合液(AISL-570B濃度:70mL/L、AISL-570C濃度:24mL/L、AISL-570MU濃度:50mL/L、PC-BA濃度:13g/L)に60℃で7分間浸漬し、その後純水に1分間浸漬した。その後、85℃のホットプレートで5分間乾燥させた。次に、180℃のオーブンで1時間、熱アニーリングした。
・工程(V)
真空ラミネータ(ニチゴー・モートン株式会社製、V-160)を用いて、無電解銅が成膜された200mm□の基板の上に、配線形成用レジスト(日立化成株式会社製、RY-5107UT)を真空ラミネートした。ラミネート温度は110℃、ラミネート時間は60秒、ラミネート圧力は0.5MPaとした。
真空ラミネート後、1日放置し、i線ステッパー露光機(製品名:S6CK型露光機、レンズ:ASC3(Ck)、株式会社サーマプレシジョン製)を用いて、配線形成用レジストを露光した。露光量は140mJ/cm、フォーカスは-15μmとした。露光後、1日放置し、配線形成用レジストの保護フィルムをはく離し、スプレー現像機(ミカサ株式会社製、AD-3000)を用いて現像した。現像液は1.0%炭酸ナトリウム水溶液、現像温度は30℃、スプレー圧は0.14MPaとした。これにより、以下のL/S(ライン/スペース)の配線を形成するためのレジストパターンをシード層上に形成した。
・L/S=10μm/10μm(配線の数:10本)
・L/S=7μm/7μm(配線の数:10本)
・L/S=5μm/5μm(配線の数:10本)
・L/S=3μm/3μm(配線の数:10本)
・L/S=2μm/2μm(配線の数:10本)
・工程(VI)
クリーナーとして(奥野製薬工業株式会社製、商品名:ICPクリーンS-135)の100mL/L水溶液に50℃で1分間浸漬し、純水に50℃で1分間浸漬、純水に25℃で1分間浸漬し、10%硫酸水溶液に25℃で1分間浸漬した。次に、硫酸銅5水和物の120g/L、96%硫酸220g/Lの水溶液7.3Lに、塩酸を0.25mL、奥野製薬工業株式会社製の商品名:トップルチナGT-3を10mL、奥野製薬工業株式会社製の商品名:トップルチナGT-2を1mL加えた水溶液に、25℃で電流密度を1.5A/dmで10分間の条件で電解めっきを施した。その後、純水に25℃で5分間浸漬し、80℃のホットプレートで5分間乾燥させた。
・工程(VII)
スプレー現像機(ミカサ株式会社製、AD-3000)を用いて、配線形成用レジストをはく離した。はく離液は2.38%TMAH水溶液、はく離温度は40℃、スプレー圧力は0.2MPaとした。
・工程(VIII)
シード層である無電解銅及びパラジウム触媒を除去した。無電解Cuのエッチングとして、エッチング液(株式会社JCU製、SAC-700W3C)と98%硫酸と35%過酸化水素水と硫酸銅・5水和物の水溶液(SAC-700W3C濃度:5容量%、硫酸濃度:4容量%、過酸化水素濃度:5容量%、硫酸銅・5水和物濃度:30g/L)に35℃で1分間浸漬した。次に、パラジウム触媒の除去としてFL水溶液(株式会社JCU製、FL-A500mL/L、FL-B40mL/L)に50℃で1分間浸漬した。その後、純水に25℃で5分間浸漬し、80℃のホットプレートで5分間乾燥させた。これらの工程を経て実施例に係る配線基板を得た。
(比較例)
工程(III)において、紫外線照射の代わりにデスミア処理に使用する薬液を用いて絶縁材料層の表面を改質(粗面化)したことの他は実施例と同様にして配線基板を得た。すなわち、まず、膨潤処理のため、スウェラ(Atotech社製、クリーナーセキュリガント902)40mL/Lに70℃で5分間浸漬した。その後純水に1分間浸漬した。次いで、粗化処理のため、デスミア液(Atotech社製、コンパクトCP)40mL/Lに70℃で10分間浸漬した。その後純水に1分間浸漬した。その後、純水に25℃で5分間浸漬し、80℃のホットプレートで5分間乾燥させた。
<絶縁樹脂層表面の平均粗さRaの測定>
実施例(紫外線照射による改質)及び比較例(デスミア処理に使用する薬液による改質)に係る絶縁樹脂層の表面の平均粗さRaを表面粗さ計(株式会社小坂研究所製)を用いて測定した。実施例に係る絶縁樹脂層の表面の平均粗さRaは43nmであり、比較例に係る絶縁樹脂層の表面の平均粗さRaは400nmであった。
<配線形成性の評価>
L/Sが10μm/10μm、7μm/7μm、5μm/5μm、3μm/3μm及び2μm/2μmの配線形成性について、10個の配線のうち、配線倒れ又は配線はく離が発生しているものが0個の場合を「A」とし、1~2個の場合を「B」とし、3個以上の場合を「C」とした。表1に結果を示す。
Figure 2023029461000002
1…第1絶縁材料層、2…第2絶縁材料層、3…第3絶縁材料層、8A,8B…配線層、10,20…配線基板、30…多層配線基板、C1…導通部、C2…配線、F…改質された表面、H…貫通孔、H1…第1開口部、H2…第2開口部、R…配線形成用レジスト、R1…第2開口部、R2…凹部、S…支持基板、T…シード層

Claims (7)

  1. 支持基板上に第1絶縁材料層を形成する工程(I)と、
    前記第1絶縁材料層に第1開口部を形成する工程(II)と、
    前記第1絶縁材料層の前記第1開口部を含む表面を改質する工程(III)と、
    改質された前記第1絶縁材料層の前記表面に、無電解銅めっきによりシード層を形成する工程(IV)と、
    前記第1開口部に連通する開口部と、前記シード層に至る凹部とを有する配線形成用レジストを前記シード層上に形成する工程(V)と、
    電解めっきにより、前記第1開口部及び前記開口部、並びに、前記凹部に導電材料を充填する工程(VI)と、
    前記レジストをはく離する工程(VII)と、
    前記レジストのはく離によって露出した領域の前記シード層を除去する工程(VIII)と、
    を含む、配線基板の製造方法。
  2. 前記工程(III)において、前記第1絶縁材料層に向けて紫外線を照射することによって前記第1絶縁材料層の前記表面を改質する、請求項1に記載の配線基板の製造方法。
  3. 前記工程(VIII)後、
    前記導電材料を覆うように、第2絶縁材料層を前記第1絶縁材料層上に形成する工程(IX)と、
    前記第1開口部に連通する第2開口部を前記第2絶縁材料層に形成する工程(X)と、
    を更に含む、請求項1又は2に記載の配線基板の製造方法。
  4. 前記工程(X)後、前記第2絶縁材料層に対して前記工程(III)から前記工程(X)までの一連の工程を1回以上繰り返すことによって、多層化された配線層を形成する、請求項3に記載の配線基板の製造方法。
  5. 前記第1絶縁材料層及び前記第2絶縁材料層はいずれも感光性樹脂材料からなり、
    前記工程(II)における前記第1開口部及び前記工程(X)における前記第2開口部はいずれも露光及び現像によって形成される、請求項3又は4に記載の配線基板の製造方法。
  6. 前記工程(II)で形成される前記第1開口部は、5~50μmの開口径を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。
  7. 前記導電材料からなる複数本の配線を並行するように形成し、当該配線のライン幅が2~10μmであり且つスペース幅が2~10μmである、請求項1~6のいずれか一項に記載の配線基板の製造方法。

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