JP2829940B2 - 基体上のパターン作成法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基体上のパターン作成法に関し、特に基体上
の金属パターンの作成に関するものである。本発明はマ
ルチチップパッケージ用の薄層構造体の製作に特に有用
である。本発明の方法は、従来の方法で用いられていた
いくつかの工程を除くことを可能とし、そのため著しい
コストの低下を改良された収率とが得られる。本発明に
よれば、不要の区域の金属を除去するために、マイクロ
研磨のようなマイクロ加工が使用される。

〔従来の技術〕

基板上に薄層の配線を製作するため提案されている方
法は、多くの費用のかかるそして時間を必要とする工程
を含んでいる。回路の画定用のような例では、可溶性ポ
リアミドと誘電体（例えばPMDA−ODAポリイミド）層の
ような比較的厚いリフト−オフステンシルを通して、例
えば酸素または酸素と４フッ化炭素のようなフルオロカ
ーボンとの組み合わせなどの反応性イオンエッチングが
含まれる。

反応性イオンエッチングの後で、所要の金属によって
バックフィリング（backfilling）が行われる。

このバックフィリングは、リフト−オフ構造体中かま
たはメッキによるかのいずれかに、単一の回路パターン
（配線とビアス）を個々に作ることにより現在行われて
いる。

反応性イオンエッチングの前には、反応性イオンエッ
チングに対して回路パターンを抵抗性とすることが必要
である。この方法には化学的なケイ素化および好ましく
は元素エッチング耐性の材料、例えば無機性の成分もし
くは無機物質を含むポリマーの使用などが含まれる。

金属によるバックフィリングの後で、リフト−オフマ
スク（例えば可溶性ポリイミド）は適当な溶剤に溶解す
ることにより除去される。このマスクの除去は、不要区
域のマスク上の金属膜をマスクと共にとり除き、基体上
に金属の回路パターンを残留する。

しかしなが上記順序の工程は若干の困難をもたらす。
例えば、反応性イオンエッチングのエッチ速度は、マル
チチップモジュール用に必要とされる比較的大きな基体
の上でとりわけ一様ではない。

このエッチ速度の不均一性は誘電体厚みに変化を生じ
させ、デバイスの電気的特性の悪化を起こすことにな
る。エッチ速度の不均一性を克服するため、誘電体層の
下にエッチ停止層を設けることができる。このエッチ停
止層はエッチされたチャンネル中を一様な深さとするよ
うに十分なエッチングを可能とする。しかし提案されて
いるエッチ停止層の材料は、必要とされる諸特性の１つ
またはいくつかを多少欠いている。例えば、このエッチ
停止材はエッチング処理に対し抵抗性で、誘電体および
エッチ停止層の下の材料に対し良好な接着性を示し、そ
して高い熱的安定性と構造体のその他の層とよく一致す
る熱膨張係数とを有さねばならない。

このほか、使用されるリフト−オフ法は溶剤中のかな
り長い浸漬時間（例えば数時間の）を必要とする。この
長い浸漬は誘電体中への溶剤の拡散を来たし、誘電体の
歪みの増加を生じ金属層の剥離を起こさせる可能性があ
る。

〔発明の要点〕

本発明によれば従来用いられていたリフト−オフ法は
排除される。その上本発明はそうすることが望まれると
きは、反応性イオンエッチングまたはレーザ削除のよう
な誘電体の除去法、およびこの削除に関連した停止層ま
たはビアスのための大きな金属の領域のような、停止技
術を除外することを可能とする。

しかしながら、本発明は必要なときには反応性イオン
エッチングを使用して行うことができる。例えば、リフ
ト−オフ法を除外できるということのために、本発明は
削除技術が他の理由のため必要とされるときですら、著
しく良好な収率とコストの低減とを達成することを可能
にする。

本発明は特に基体上に金属パターンを作成することに
関している。本発明の１つの見方によれば、誘電体層が
基体上に用意される。この誘電体層中に回路チャンネル
の所望パターンが画定される。この誘電体層の上と回路
チャンネルの中に金属が沈着される。この金属はマイク
ロ加工により誘電体の上から除去され、回路チャンネル
中には残留させられる。

多層構造体はこれらの工程をくり返すことにより作ら
れる。

〔発明を実行するための最良の方法〕

本発明の１つの態様によれば、本発明は基体の上に誘
電体の層を用意することを含んでいる。代表的な基体に
は金属、プラスチック、セラミック、ガラス、ガラス−
セラミックおよびその上に既に回路を有するセラミック
が含まれる。

本発明の１つの態様によれば、用いられる誘電体層は
紫外線、Ｘ−線、電子線ビームおよびイオンビームのよ
うな活性光線に露光することで、パターン化しうるどの
ような感光材料であっても良い。この材料はポジまたは
ネガのレジストとすることができる。

使用される好ましい感光性材料は感光性のポリイミド
組成物と感光性エポキシポリマー組成物である。

このような組成物にはポリマーまたはポリマープレカ
ーサー及び感光性の基を有している化合物が含まれる。
例えば感光性ポリイミドプレカーサー組成物はHiramoto
氏他の米国特許第4,243,743号、Hiramoto氏他の米国特
許第4,547,455号、米国特許第4,093,461号と同第4,395,
482号などに例証されているように周知である。

使用する感光性のポリイミドプレカーサーは、ポリイ
ミドプレカーサー中に、例えばその側鎖中に有機の感光
性基を導入するか、またはポリイミドプレカーサーと感
光性化合物とを混合することにより、紫外線、遠紫外
線、および可視光線のような活性光に対して感光性を付
与することができる。かかる感光性のポリイミドプレカ
ーサーは従来周知である。

感光性基にはポリイミドプレカーサーの間に架橋結合
を形成するように光によりダイマー化またはポリマー化
されるようなもの、光によりラジカルまたはイオンに活
性化されこれらによりポリイミドプレカーサーが相互に
架橋結合されるようなもの、および光により活性化され
そしてポリイミドプレカーサーと反応してその溶解度を
減少させるようなものなどが含まれる。このような感光
性基としては光によりダイマー化またはポリマー化され
る炭素−炭素２重結合を有する基、アジド基およびキノ
ンジアジド基などがあげられる。

ポリイミドプレカーサーと混合することのできる感光
性の化合物は前記の感光性基を有している。このような
感光性化合物としてはアミノ基を有するビニル化合物、
ビス−アジド化合物およびナフトキノンジアジド化合物
などがあげられる。

以下は代表的な感光性ポリイミドプレカーサーの例で
ある。

（ｉ） 感光性基とアミノ基とをもつ化合物および式
（II）で表わされるポリイミドプレカーサーの混合物； ここでｎは整数であり、R³とR⁴とはそれぞれ４価と２
価の芳香族基である。

ここに記載した感光性基は前記と同じものである。感
光性基とアミノ基とをもつ化合物の例はアリルアミン、
ビニルピリジン、ジメチルアミノエチルメタアクリレー
ト、ジエチルアミノエチルメタアクリレート、ジメチル
アミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアク
リレート、ジアリルアミン、アジド基とアミノ基とをも
つ化合物、およびジアジド基とアミノ基とをもつ化合物
などである。

式（II）中の基R³は、例えばフェニル、ベンゾフェニ
ル、ナフチル、およびビフェニル基などが含まれる。基
R⁴には、例えばフェノキシフェニル、フェニルスルホニ
ルフェニル、ベンジルフェニル、およびフェニル基など
が含まれる。

（ii） 式（III）で表わされるポリイミドプレカーサ
ー； ここでR³、R⁴およびｎはそれぞれ前に定義した通りで
あり、そしてR⁵は光によりダイマー化またはポリマー化
しうる官能基をもつ有機基である。

基R⁵は例えばアリル基、メタアリル基、および以下の
各式で表わされるアシロイルアルキレニル基などが含ま
れる： ここでR⁶は２〜３個の炭素原子の２価アルキレン基で
ある。

（iii） 式（IV）で表わされるポリイミドプレカーサ
ー； ここでR³、R⁴、R⁵およびｎはそれぞれ前に定義した通
りである。

（iv） 式（II）で表わされるポリイミドプレカーサー
とビス−アジドとの混合物。

（ｖ） 式（II）で表わされるポリイミドプレカーサー
とナフトキノンジアジドとの混合物。

感光性層はミヒュラ氏ケトン、ベンゾインエーテル、
２−ｔ−ブチル−9,10−アンスラキノン、ビス−アジド
化合物、モノアジド化合物、およびスルホンアジド化合
物のような光増感剤の１つまたはいくつかを含むことが
できる。さらに感光性のポリイミドプレカーサーは、ポ
リイミド又はそのプレカーサーと共重合しうるコモノマ
ーを含むことができる。

感光性のポリイミドプレカーサー組成物は普通溶液の
形で基体に対し適用される。

常用の溶剤にはＮ−メチル−２−ピラゾリドン、N,N
−ジメチルアセトアミド、α−ブチロラクトン、N,N−
ジメチルホルムアミドが含まれ、そして好ましくはＮ−
メチル−２−ピロリドンである。

市場で入手することのできる感光性ポリイミドプレカ
ーサー組成物の溶液は、チバ−ガイギ社から入手できる
光画像形成性ポリイミド、プローブイミド 348;E.I.デ
ュポン・ド・ネモアース社から入手できる感光性ポリイ
ミド、PI−2701D;E.M.インダストリーズ社から入手でき
るポリイミドプレカーサーホトレジスト、セレクテイル
クス HTR3;ヒタチ化学社から入手できる感光性ポリイ
ミドプレカーサー、PL−1100;アサヒ化成社から入手で
きる感光性ポリイミドプレカーサー、タイメル6246;お
よびトーレイ工業から入手できる感光性ポリイミドプレ
カーサー、ホトニースUR−3640などがある。

感光性のポリエポキシ組成物は米国特許第4,169,732
号、同第4,237,216号、および米国特許第4882245号など
の例示のように周知であり、これらの開示を参考に挙げ
ておく。Gelorme氏他の米国特許第4882245号（この開示
を参考に挙げておく）中で示されたエポキシ組成物は、
比較的厚い層において改良された解像力を示している
（例えば厚さ１ミルで線幅１ミル）。例えば多くの市販
のポリアミドでは最終硬化後に0.4ミルより厚くするこ
とはできない。

米国特許第4882245号に従って作られるエポキシ組成
物の１例は、セラニズ樹脂社の８官能エポキシ化ノボラ
ックSU−８の76.1重量％、チバ−ガイギ社から入手でき
る環状脂肪族系エポキサイドCY179の16.6重量％、ゼネ
ラルエレクトリック社から入手できるトリアリールスル
ホニウム塩の50％溶液UVE 1014の2.0重量％、ダウケミ
カル社から入手できる界面活性剤FC430の0.5重量％とエ
ポキシ化したトリスヒドロキシフェニル−メタンXD−73
42の4.9重量％を含んでいる。

厚い誘電体層中に微細な線を解像することは、低い配
線抵抗のために幅がせまくかつ背の高い回路パターンが
必要なときに特に重要である。また厚い誘電体層はいわ
ゆるファット−ライン構造体（１ミル）の製作に必要が
ある。このファット−ライン構造体は、ECL回路のよう
なDC高電流デバイスの高能力パッケージに特に有用であ
る。

感光性の組成物はスピン法、スプレ法またはローラ塗
布を含む公知方法のどれかで必要とする基体上に塗布さ
れる。

金属化される２つの層の間の絶縁体として用いられる
とき最終的の厚みは約２〜約50μｍ、好ましくは約６〜
約15μｍである。

感光性ポリイミドプレカーサー層は溶剤を除き塗膜を
乾燥するために前硬化される。ポリイミドプレカーサー
のため用いられるもっとも普通の溶剤はＮ−メチル−２
−ピロリドンおよびγ−ブチルラクトンである。

代表的に、前硬化は約50゜〜150℃の温度で約15〜約6
0分間行われる。

前硬化の後で、層中のホトレジストに露光した画像パ
ターンを作るために、この層はホトマスクを通じて活性
光線に対し画像状に露光される。活性光線は、例えば水
銀燈を用い、436nmのＧ−線または365nm（光の波長）の
Ｉ−線及び約150mJ/cm²〜約650mJ/cm²の露光エネルギー
を使用して与えることができる。

マスクを通じた露光後、マスクをとり外し露光した感
光性層は現像される。

ホトマスクは、ガラス板上にクロムまたは酸化クロム
の画像パターンをもつクロムマスク、あるいはガラスま
たは透明フィルム上に写真乳剤の画像パターンをもつ乳
剤マスクである。

ポリイミド用の適当な現像溶剤は、キシレンとアルコ
ールのような添加物をもつＮ−メチル−２−ピロリドン
およびγ−ブチロラクトンである。米国特許第482245号
のエポキシホトレジスト用の適当な現像用溶剤はトリク
ロロエタン、1,1,1−トリクロロメタン、ジグライム、
プロピレングリコールおよびモノメチルエーテルアセテ
ートなどである。

現像温度は普通約20℃〜約30℃である。

このようにして得られたパターン化された層は、つい
で必要なレベルに硬化するため後硬化される。追加的な
誘電体のつぎの層が用いられるときには、つぎの誘電体
層の接着性を強化するため硬化は部分的とするのが好ま
しい。Ｂ−硬化と記号をつけたこの硬化程度は温度と時
間とによって調節される。代表的にはＢ−硬化は約250
゜〜約380℃、好ましくは約300゜〜約350℃の温度で、
約10〜約60分、好ましくは約20〜約40分の時間が行われ
る。

必要な場合、感光性の誘電体の代りに、ポリイミドま
たはエポキシポリマー組成物を含むもっと普通の非感光
性誘電体を誘電体として用いることができる。例えば使
用することのできる普通の非感光性ポリイミドには未変
性のポリイミド、同じくポリエステルイミド、ポリアミ
ド−イミド−エステル、ポリアミド−イミド、ポリシロ
キサン−イミドのような変性イミド、同じくその他の混
合ポリイミドまたはポリイミドの混合物などが含まれ
る。

このようなものは既に良く知られており、特に詳細に
記述する必要はない。

一般にポリイミドは以下のくり返し単位を含んでい
る： ここでｎは通常約10,000〜約100,000の分子量を与え
るためのくり返し単位数を表わす整数である。Ｒは以下
のものからなる群より選ばれた少なくとも１つの４価の
有機基であり： ここでR₂は１〜４の炭素原子をもつ２価の脂肪族炭化水
素基、カルボニル、オキシ、スルホ、ヘキサフルオロイ
ソプロピリデンおよびスルホニル基などからなる群より
選ばれたものであり、R₁は以下のものからなる群より選
ばれた少なくとも１つの２価の基であり： ここでR₃はR₂、シリコおよびアミノ基からなる群より選
ばれた２価の有機基である。Ｒおよび／またはR₁基の２
個またはこれ以上、特にアミド基を含むR₁のマルチ系列
を含むポリマーを使用することができる。

誘電体の非感光性物をパターン化する本発明のこの態
様によれば、ポリイミドプレカーサー（ポリアミン酸ま
たはエステル）を用いることができる。このようなもの
は多くの供給者から市場で入手できる。

入手しうる代表的なポリイミドプレカーサーは、ピラ
リン の商品名のもとに入手できる、デュポン社からの
各種のポリイミドプレカーサーである。このポリイミド
プレカーサーにはさらにPI−2555 、PI−2545 、PI−
2560 、PI−5878 、PIH−61454 、およびPI−2540
の商品記号のもとに、デュポン社から入手しうるピラリ
ン ポリイミドプレカーサーを含む多くのグレードのも
のがある。ポリイムドプレカーサーはスピン法またはス
プレ法を含む既知の方法により必要とされる基体上に塗
布される。このポリイミドプレカーサー層は溶剤を除く
ためについでベークされ、代表的にこのベーキングは約
80゜〜120℃の温度で約15〜約60分間行われる。

このポリイミド層の溶媒のベーキングアウトはＡ−硬
化と呼ばれ、皮膜の機械的特性とエッチング性とを最良
とするために行われる。

つぎに、回路チャンネルの所望パターンとするために
ポリイミド中でパターンがエッチングされる。このエッ
チングは良く知られたホトレジストとリソグラフ法とを
用いて行われる。

ポジ型レジストの場合は、普通アルカリ性の現像液
が、ポリイミドの酸性層をエッチングするとともにレジ
ストを現像するために用いられる。

ポジ型レジストはスピン法またはスプレ法を含む公知
方法により所望の基体上に塗布される。ポジレジストは
通常２〜12ミクロンの厚みである。

代表的なポジレジストはTNSであり、これはトリシク
ロデカンジアゾナフタキノン〔すなわち、ビス−4,8−
（ヒドロキシメチル）トリシクロ（5.2.1.0 2,6）デカ
ン−0,0−ビス（６−ジアゾ−5,6−ジヒドロ−５−オク
ソ−１ナフタレン）スルホネート〕で増感したトルエン
ジイソシアネートノボラックポリマーである。

ホトレジストはついで所要のパターンの下に活性光線
例えば紫外線照射に対して露光され、そして露光された
ホトレジストを除去するために適当な溶剤を用いて現像
される。代表的な現像液はテトラメチルアンモニウムヒ
ドロオキサイドであり、これは所望の回路チャンネルパ
ターンをその中に作るようＡ−硬化したポリイミドをエ
ッチングする。

所望のパターンを与えるためポリイミドがエッチング
された後残っているホトレジストは取り除かれる。TNS
ポジ型レジスト用の適当な溶剤はｎ−ベチルアセテート
および／またはイソプロピルアルコールである。

使用することのできるポジ型ホトレジストの他の例
は、フェノールホルムアルデヒドノボラックポリマーを
ベースとしたタイプのポジ型ホトレジストである。この
ようなものの例はシップレイAZ 1350であり、これはｍ
−クレゾールホルムアルデヒドノボラックポリマー組成
物であり、この中には２−ジアゾ−１−ナフトール−５
−スルホン酸エステルのようなジアゾケトンを含んでい
る。組成物は普通約15重量％またはこの程度のジアゾケ
トン化合物を含んでいる。その外、他のシステムにおい
ては、ジアゾケトンは実際にポリマー分子に直接結合さ
れている。ホトレジスト材料に関する論説は、例えばDe
ckert氏他の「ソリッドステート製作の鍵−マイクロリ
ソグラフィ」Journal of the Electrochemical Societ
y,Vol.125,No.3,pp.45C−56C,1980中に見ることがで
き、この記載を参考に挙げておく。

本発明によればホトレジストの機能は、ホトレジスト
とＡ−硬化したまたは乾燥したポリイミドとの間の、追
加的なエッチングマスクとしてのうすい金属層により強
化することができる。これには２種類のエッチング剤を
必要とし、より強力なエッチング剤はホトレジストを損
傷する傾向があるので、結局収量の危険が少ない、より
強力な第３のポリイミドエッチング剤の使用を認める。
うすい金属層は通常厚み約500〜約5000オングストロー
ムである。

例えばポリイミドがこの段階で十分に硬化されている
場合、ポリイミドをたたくためにはずっと強い現像液を
使用することが必要である。代表的な強力な現像用組成
物の例は水酸化カリウム水溶液である。

ポジ型ホトレジストを用いる代りに、必要なればネガ
型ホトレジストを使用することができる。この場合、大
部分のネガ型ホトレジストは有機性の現像液を必要と
し、またこのものはポリイミド層をエッチしないから、
処理のためには２つの別個のエッチング剤が必要となろ
う。

入手しうる代表的なネガ型ホトレジストはコダックの
KTFR であり、これは製造者によればポリイソプレンゴ
ム誘導体を含む樹脂システムをもとにしている（Levine
氏他、Kodak Photoresist Semin.Proc.,Vol.1,pp.15−1
7,1968,Kodak社出版192A）。いま１つの代表的なネガ型
ホトレジストはアームストロング社のファントンF362
で、これはその分析結果によればジアクリレート及びチ
バ−ガイギ社からのイルガキュア907（これはイソプロ
ピルチオキサンテンである）を含むスチレン−マレイン
酸エステルコポリマーを含んでいる。

ホトレジストはメチルクロロホルムのスプレーを使用
し、ついで水スプレーリンスまたはフレオンを用いるリ
ンスにより現像することができる。

ネガのKTFR ホトレジストはついでＪ−100剥離剤を
使用して剥離でき、この剥離剤はパークロロエチレン約
35容量％、ｏ−ジクロロベンゼン約35容量％、フェノー
ル約10容量％、およびアルキルアリールスルホン酸20容
量％を含んでいる。

残留ホトレジストを除去した後、ポリイミドは例えば
約350℃に約60分間の加熱でさらに硬化できる。

誘電体層中にバイアと回路とをパターン化する好まし
い方法は、感光性の誘電体または湿式エッチング法の利
用であるが、誘電体のパターン化のために削除法を使用
することもできる。削除法の例としては反応性イオンエ
ッチングが選ばれる。なぜならば感光性の誘電体または
湿式エッチングの利用では達成することが限定される。
例えば１〜２ミクロンまたこれ以下のような、極端に小
さな形が要求されるとき非常に有用だからである。

代表的な誘電体層、好ましくは非感光性ポリイミドが
基体上、好ましくは金属、セラミックまたはシリコンウ
エハーの上に被着される。このポリイミド層は前述のよ
うに処理されて硬化を完了する。

反応性イオンエッチングに対し抵抗性の、例えば金属
または金属酸化物の層、あるいはエッチ抵抗剤、例えば
ケイ素を含む低分子量のものを加えるよう処理すること
ができるホトレジスト層がポリイミド層の上に被着され
る。このエッチ抵抗層は回路パターンを必要としない区
域をエッチングから保護する。エッチ抵抗層は普通約50
0〜約5000オングストロームの厚さである。ホトレジス
トが用いられるとき、ホトレジストは回路パターンを画
定するために、前述のように写真リソグラフ法で処理さ
れ、ついで代表的なケイ素化剤によって処理される。

エッチ抵抗層に金属膜を用いる場合、この層は蒸着ま
たはスパッタリングのような真空蒸着法により、数千オ
ングストロームの厚さまでに沈着される。

シップレイAZ 1350のような高解像性のホトレジスト
がスピン法などにより塗布される。回路パターンがこの
レジスト中に写真リソグラフ法で画定された後、レジス
トは乾燥され、現像されそして焼き付けをされる。つぎ
に金属層は適当なエッチング剤でエッチングされ、レジ
ストは剥離される。パターン化した金属の層は反応性イ
オンエッチングのマスクの役目をする。

ポリイミドとパターン化した金属の構成体は、ついで
代表的には酸素とフルオロカーボンガスの組み合わせを
用いる、反応性酸素イオンエッチングによりエッチされ
る。

ポリイミド層がパターン化された後、エッチ抵抗層は
金属層の場合はエッチングにより、またケイ素化抵抗層
の場合はフッ素の多い反応性イオンエッチングによりと
り除かれる。

本発明により使用した感光性または非感光性のいずれ
かの誘電体中に、回路チャンネルのパターンが作られた
後、パターン化された全表面は金属により被覆される。

この金属は真空蒸着、スパッタリングおよび電気メッ
キを含む公知技術により被着することができる。本発明
の好ましい態様によれば、比較的うすい約100〜約1000
オングストローム、代表的に約200オングストローム
の、クロムまたはチタンの層が付着されついで銅の層が
被着される。このクロムまたはチタンは銅と誘電体との
間の接着性を促進させる。全体の金属層は回路チャンネ
ルの深さよりも厚くなければならない。厚い電導性の配
線（例えば、＞10ミクロン）が必要の場合、うすい銅の
層（数ミクロン）でパターン化した面を被覆し、ついで
残りの銅の厚みを得るために電気メッキをするのが好ま
しい。

つぎに、不要な区域（すなわち、回路チャンネルを除
く全区域）上の金属はマイクロ加工によってとり除かれ
る。マイクロ加工の例はダイアモンド旋盤、精密研削、
精密研磨および好ましくはマイクロ研磨などである。

商業的な研磨技術はケムエッチ（chemech）研磨と呼
ばれている。ケムエッチ研磨は、回転する円板上にとり
付けた、その表面上に研磨材粒子とエッチング溶液とが
分布された、やわらかな布地に対し試料を押し付けるこ
とにより行われるため、研磨は等方的である。平らなま
たは平坦な表面を達成することは、特にポリマーと金属
の両方が表面に露出している時は困難である。平面を達
成するため化学的と機械的の作用をバランスされるのは
むずかしい。

本発明の好ましい態様によれば、平坦な面は高精度の
研磨装置による研削法で達成される。このような装置
は、例えば米国ではモーアとプノイモ社から、英国では
キュープ社からそして西ドイツ国ではキューグラ社から
入手することができる。

これらの機械は被加工面を加工するため、一般に単一
ダイアモンドの工作バイトを使用している。しかしなが
ら、単結晶ダイアミンド以外の多結晶工作バイト、タン
グステンカーバイトバイトのような材料を用いることも
できる。

レーザ干渉計により試料取付ステージのレベル合わせ
をすることで、長さ1mにわたって１ミクロン以内の平面
性を達成することができる。仕上り表面の平均粗さは0.
02〜0.005ミクロンである。希望しないそして不要なす
べての区域から確実に金属を除去するために、加工は誘
電体層のわずかな深さもとり除くことができる。

製作される特定の構造によっては、不要な区域の金属
がとり除かれた後、いま１つの感光性層が被着され、そ
して所要の層の数が達成されるまで同じ方法がくり返さ
れる。

マイクロ加工技術により作られる平坦性または平面性
が、本発明の技術の品質および収量改良を得るための鍵
である。

本発明のいま１つの態様の回路画定の変法によれば、
ホトレジストが基体上にスピン法によるなどして付与さ
れる。代表的な基体には金属、プラスチック、セラミッ
ク、ガラス、ガラス−セラミック、および既にその上に
回路を有するセラミックなどが含まれる。好ましい基体
は金属またはセラミックである。

ホトレジストは前述したものを含めネガまたはポジの
ホトレジストとすることができる。基体は後の写真リソ
グラフ処理が適切に行うことができるように、ホトレジ
ストが与えられる実質的に平坦な表面を少なくとも１つ
もつべきである。

ホトレジストはついで所望のパターンの下で紫外線の
ような活性光線に対し露光され、そして適当な溶剤を使
用して現像をされ、後に所望の回路チャンネルが与えら
れるパターンを得る。現像用の溶剤は、ポジ型レジスト
の場合には露光をされたホトレジストをとり除き、また
ネガ型レジストの場合は未露光のホトレジストをとり除
く。

つぎに、パターン化した全表面は金属で被覆される。
金属は真空蒸着、スパッタリング、無電解メッキ、スパ
ッタリング後に電気メッキ、および無電解後に電気メッ
キなどを含む公知技術により被着される。

本発明の好ましい態様によればこの金属は銅であり、
普通は約１ミクロン〜約50ミクロン（２ミル）、好まし
くは約５〜約25ミクロンの厚みである。

つぎに、この金属層はホトレジストのレベルにまでマ
イクロ加工され、これにより残っているホトレジストの
パターンが露出される。前述のマイクロ加工技術はどれ
も用いることができ、マイクロ研磨によるのが好まし
い。

残っているホトレジストは適当な溶剤と接触させるこ
とによりとり除かれる。

誘電体の層がつぎにこの回路パターンの上に被着され
る。誘電体材料はどんなものでも、前述したようなポリ
イミドとエポキシポリマーを含め使用することができ、
好ましくはもっと普通の非感光性ポリイミドである。

誘電体の被着前に、接着促進層が付与される。この目
的のためには有機シリコン化合物を使用することができ
る。好ましい接着促進剤はユニオンカーバイド社のA110
0（ガンマ−アミノ−プロピル−トリエトキシ−シラ
ン）で、この溶液から適当な方法、例えばディップ法、
スプレ法またはスピン法などにより付与される。

また本発明の好ましい態様によれば、ポリイミドは約
300゜〜約400℃に約20〜約40分間加熱することにより充
分に硬化される。

つぎに、誘電体は金属パターンのレベルにまでマイク
ロ加工され、これにより金属パターンは露出されるが、
金属配線の間の誘電体はそのままに維持される。前述の
マイクロ加工技術はどれも用いることができ、マイクロ
研磨によるのが好ましい。

製作される特定の構造によっては、誘電体が不要な区
域からとり除かれた後、いま１つの感光性層を被着する
ことができ、そして所望の層数が達成されるまで同じ方
法がくり返される。

本発明のさらに別の態様によれば、金属の層が基体上
に被着される。代表的な基体にはプラスチック、セラミ
ック、ガラスおよびガラス−セラミックなどが含まれ
る。金属は真空蒸着、スパッタリングおよび電気メッキ
などを含む、公知技術のいずれかにより被着することが
できる。

本発明の好ましい態様によれば、クロムまたはチタン
の約200〜約1000オングストロームの比較的うすい層、
代表的には約500オングストロームの層が被着され、つ
いで約５〜約50ミクロンの銅の層が被着される。クロム
またはチタンは銅と基体との間の接着を促進する。

本発明の好ましい態様によれば、金属の層はまた、低
コストの銅のフィルムを、テフロンのような熱可塑性ポ
リマーまたはエポキシあるいはアクリレートのような接
着剤によって、ラミネートするような経済的な方法によ
り、基体上に用意することができ、そして所望の層の厚
みとするためにマイクロ加工することができる。この方
法の利点は、真空蒸着またはスパッタリングのような、
うすい金属層を沈着させるためのいくつかを高価な工程
が、低コストの金属箔を用いる簡単なラミネーション法
に置き換えられることである。

金属層は約２〜約40ミクロン、代表的には約５ミクロ
ンの所要の層の厚みとなるまでにマイクロ加工をされ
る。

本発明の好ましい態様によれば、銅が金属層であると
き、約100〜約1000オングストロームのクロムまたはチ
タンのうすい層、または代表的には約500オングストロ
ームのクロムまたはチタンが、銅の上に被着され、酸化
から銅を保護しそして後に付与されるホトレジストとの
接着を良くする。

クロムは銅の表面酸化物を還元した後で蒸着およびス
パッタリングのような公知技術により付与することがで
きる。

ついでホトレジストがスピン法などによりこの金属層
の上に付与される。ホトレジストは前述のものを含めネ
ガまたはポジホトレジストとすることができる。つぎに
ホトレジストは所望パターンの下に紫外線のような活性
光線に対して露光され、そして次に適当な溶剤を用いる
ことにより現像されて後で所望の金属の回路チャンネル
線を与えるパターンとする。現像用の溶剤はポジ型レジ
ストの場合露光をされたホトレジストを除去し、またネ
ガ型レジストの場合は未露光のホトレジストを除去す
る。

つぎに、ホトレジストの除去によって露出した金属
は、公知エッチング剤中でエッチングすることによりと
り除かれて残留するホトレジストをマスクとして使用
し、所望金属パターンとする。

例えば、約60g/の過マンガン酸塩と約20g/の水酸
化ナトリウムとを含む過マンガン酸塩組成物液が、約10
0゜F（37.8℃）で約1.2分間および8psi（0.56kg/cm²）
の圧力で、クロムを除去するために吹き付けられる。基
体はつぎに脱イオン水ですすぐことができる。銅を除去
するためには、比重約1.280の塩化第２鉄組成物を約30
℃で約１分間およそ8psi（0.56kg/cm²）の圧力で吹き付
ける。下のクロム層も上記と同じ方法で除くことができ
る。

残留しているホトレジストは、ついで適当な溶剤に接
触させることにより除かれ、所望の金属パターンが残さ
れる。

つぎに、この金属パターンと基体との上に誘電体の層
が被着される。適当な誘電体には前述のポリイミドおよ
びエポキシポリマー組成物が含まれ、好ましくはもっと
普通の非感光性ポリイミドである。

また、本発明の好ましい態様によれば、ポリイミドは
約200゜〜約400℃に約20〜約60分間加熱するようにして
部分硬化される。ポリイミド層は約５〜約40ミクロンの
厚みである。

必要なとき残留誘電体層はマイクロ加工により平坦化
することができる。前述のマイクロ加工技術はどれも用
いることができ、マイクロ研磨が好ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、ポリイミドは
約400℃に約30〜60分間加熱することにより充分に硬化
される。

製作される特定の構造によっては、前記の各工程の後
に別の金属層が被着され、そして所要の層の数が達成さ
れるまで同じ方法がくり返されることができる。

以下の非限定的な各実施例は本発明をさらに示すため
与えられるものである。

実施例 １ 厚さ1/16インチ（1.6mm）の銅被覆インバール板（12.
5Cu/75インバール/12.5Cu）から64mm角の試料を切り取
った。この試料は1,000A以下の平均粗さをもつ鏡のよう
な面とするために、キューグラの300/500A研磨装置で両
面から約５ミクロン研磨された。研磨は毎回１〜２ミク
ロンの研磨を６回行った。

約500Aのうすいクロムの層を、接着を強化しかつ処理
中の銅の保護のために両面にスパッタリングで被着し
た。

約１ミルの厚さの感光性エポキシフィルムを、厚さ25
ミクロンの皮膜を作るため溶液から試料上にスピン塗布
した。皮膜は溶剤を除去するために約90℃で10分間熱板
上で乾燥した。このエポキシの固体成分はメチルエチル
ケトン溶剤中に約76.1％のSU8、約4.9％のXD7342、約1
6.6％のCY179、約2.0％のUVE1014、そして約0.5％のFC4
30である。１ミルの線幅と２ミルのビアスとを含む回路
パターンが、この誘電体中に約500mJ/cm²のエネルギー
をもつ365nmのUV放射線で、ガラスマスクを通じて露光
することにより画定された。

露光後、試料は架橋反応を促進させるため約100℃で
約15分間オーブン中で焼成した。

未露光の区域は約0.6psi（0.04kg/cm²）で約60秒間ト
リクロロエタンを吹き付けることにより現像された。露
光後試料は約175℃で約60分間オーブン中で硬化した。

このパターン化した表面に約２ミクロンの銅をスパッ
タリングにより被着した。接着を強化するために銅の層
の下にうすいクロムの層を付与する。この銅層の上に電
気メッキにより計25ミクロンの厚さの銅の層を作った。

誘電体表面上の銅は前記と同じ装置を用いてマイクロ
研磨することにより除いた。研磨は毎回５ミクロンの除
去を５回行った。

誘電体中に埋め込まれ良く画定された回路パターンが
得られた。表面は平坦かつ滑らかであり、そして次の層
をこの上にのせるのに充分すぎるほどであった。多層構
造体は前述の方法の工程をくり返すことにより作られ
る。

参考例 約20ミクロンの厚さのレジスト層が、実施例１で述べ
たクロムを被着した金属基体上に、アームストロングの
ファントンF362ネガ型ホトレジストをスピン法により塗
布された。このレジストは架橋化した層が丈夫なため選
定された。多くのネガ型レジストは架橋化した後でもろ
くなる傾向がある。

レジスト膜は溶剤を除くために100℃の熱板上で10分
間焼成した。

焼成後、１ミル幅の配線と２ミルのビアスとを含む回
路パターンが、約175mJ/cm²のエネルギーをもつ365nmの
UV放射線によって、ガラスマスクを通じて露光すること
によりレジスト中に画定された。

未露光の区域は、炭酸ナトリウムの約1.0重量％水溶
液を、約20psi（1.4kg/cm²）の圧力で吹き付けることに
より現像される。ベルト型の連続式エッチング装置が約
1.2m/分の速度で使用された。現像後、試料は100℃のオ
ーブン中で約10分間焼成した。

約35ミクロンの厚さの銅の層が、実施例１で述べたの
と同じ方法をくり返すことにより、試料のパターンをも
つ側に被着される。レジスト層の上にある銅は、同じ研
磨装置により毎回約3.5ミクロンの銅を除去し、10回行
うことでとり除かれる。レジストの面の出現後、回路の
配線の間のレジスト膜は約１〜２％の水酸化カリウム溶
液で剥離する。明確に区画されかつほぼ直角の回路配線
が基体上に実現された。

PMDA−ODA型のポリアミン酸、デュポン社のRC5878が
このパターン化された基体上に、スピン法を何回もする
ことで15ミクロンの厚さとなるまでに塗布した。このポ
リイミド膜は約120℃で約30分間熱板上で乾燥した。乾
燥した膜は所定の温度サイクルにより、窒素ガスをつめ
たオーブン中で硬化させた。最終の硬化は約300℃の温
度を約30分間保持することにより行われる。

約10ミクロンのポリイミドと銅とを、毎回約２ミクロ
ンの材料を除去し、５回の研磨をすることによりとり除
いた。最終的に約８ミクロンの銅の回路が同じ厚さのポ
リイミド層中に埋め込まれたものが得られる。表面は平
坦で良く画定されており、そして別の層をこの上にのせ
ることができる。多層構造体は同じ工程をくり返すこと
により作られる。

本発明の要旨およびその実施態様を要約すると次の通
りである。

１）a.誘電体層を基体上に設け、 b.誘電体層中に回路チャンネルの所望パターンを形
成し、 c.誘電体層の上と回路チャンネルの中に金属を付着
させ、そして d.金属をマイクロ加工し、これにより誘電体の上か
ら金属を除去するとともに回路チャンネル中に付着した
金属は残留させ、それにより基体上に金属のパターンを
形成させる ことからなる、基体上に金属パターンを形成させる方
法。

２） 誘電体層は感光性ポリイミドプレカーサー層であ
る、前記第１項記載の方法。

３） 誘電体層は感光性エポキシポリマー層である、前
記第１項記載の方法。

４） マイクロ加工はマイクロ研磨である、第１項記載
の方法。

５） 回路チャンネルは活性光線に誘電体を像露光しつ
いで現像して回路チャンネルにすることによって形成さ
れるものである、前記第１項記載の方法。

６） 現像後残留する誘電体は硬化される、前記第５項
記載の方法。

７） 金属は銅を含むものである、前記第１項記載の方
法。

８） 回路チャンネルは少なくとも10ミクロンの厚さで
ある、前記第１項記載の方法。

９） 誘電体層は非感光性ポリイミドプレカーサー層で
ある、前記第１項記載の方法。

10） 誘電体層上に感光性層を置き、活性光線にこの感
光性層を像露光し、感光性層を現像して回路チャンネル
の所望のパターンのマスクとし、そしてつぎにこの現像
された感光性層をマスクとして用いて、誘電体層中に回
路チャンネルの所望パターンを形成することにより回路
チャンネルは形成される、前記第９項記載の方法。

11） マイクロ加工はマイクロ研磨である、前記第10項
記載の方法。

12） 感光性層と誘電体との中間に金属層を設け、現像
したホトレジストをマスクとして用いて金属層をエッチ
ングし次いで現像した感光性層とエッチングされた金属
層の両方をマスクとして用い、誘電体層中に回路チャン
ネルの所望パターンを形成することをさらに含む、前記
第10項記載の方法。

13） 金属は銅を含む、前記第１項記載の方法。

14） 回路チャンネルは削除法により誘電体層中に形成
される、前記第９項記載の方法。

15） 削除法は反応性イオンエッチングである、前記第
14項記載の方法。

16） 反応性イオンエッチングに抵抗する層が回路パタ
ーンの不要な区域の誘電体層上に設けられる、前記第15
項記載の方法。

17） 反応性イオンエッチングに抵抗する層は金属また
は金属酸化物である、前記第16項記載の方法。

18） 回路チャンネルは少なくとも10ミクロンの厚さで
ある、前記第１項記載の方法。

19）a.感光性層を基体上に設け、 b.感光性層中に回路チャンネルの所望パターンを形
成し、 c.感光性層の上と回路チャンネルの中に金属を付着
し、 d.この金属をマイクロ加工しこれにより感光性層の
上から金属を除去するとともに、感光性層により形成さ
れた回路チャンネル中に付着した金属を残留させ、 e.残留している感光性層を除去し、 f.金属の上と基体上に誘電体層を被着し、 g.金属のレベルまで誘電体層をマイクロ加工して、
金属の上から誘電体を除去するとともに金属の間に空間
中の誘電体を残留させる ことからなる、基体上に金属パターンを形成させる方
法。

20） 誘電体層はポリイミドプレカーサー層である、前
記第19項記載の方法。

21） マイクロ加工はマイクロ研磨である、前記第19項
記載の方法。

22） 金属は銅を含む、前記第19項記載の方法。

23） 回路チャンネルは少なくとも10ミクロンの厚さで
ある、前記第19項記載の方法。

24）a.基体の上に金属を設け、 b.所要の厚さまでこの金属をマイクロ加工し、 c.この金属上にホトレジスト層を被着し、 d.ホトレジスト中に回路チャンネルの所望パターン
を画定し、 e.このホトレジストをマスクとして用い金属層中に
所望金属パターンをエッチングし、 f.残留しているホトレジスト層を除去し、 g.金属の上と基体上に誘電体層を被着し、 h.金属のレベルまで誘電体層をマイクロ加工して金
属パターンの金属の間に誘電体材料の所望パターンを設
ける ことからなる、基体上に金属パターンを形成させる方
法。

25） 誘電体層はポリイミドプレカーサー層である、前
記第24項記載の方法。

26） マイクロ加工はマイクロ研磨である、前記第24項
記載の方法。

27） 金属は銅を含む、前記第24項金属の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−35693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−220395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−142393（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−64920（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/10 G03F 1/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）感光性ポリイミド組成物及び感光性エ
   ポキシポリマー組成物からなる群から選択された材料よ
   りなる誘電体層を基体上に設け、 ｂ）上記誘電体層を露光現像して、所望の金属パターン
   形成用回路チャンネルを上記誘電体層に形成し、 ｃ）上記回路チャンネルが埋められるように、上記誘電
   体層の上と上記回路チャンネルの中に金属を付着させ、
   そして ｄ）単結晶ダイアモンドカッティングによって上記金属
   をマイクロ加工し、上記誘電体の上の上記金属の部分を
   除去するとともに上記回路チャンネル中に付着した上記
   金属の部分は残留させて、基体上に平坦な金属パターン
   を形成する方法。