JP3711858B2

JP3711858B2 - 薄膜回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP3711858B2
Application number: JP2000326333A
Authority: JP
Inventors: 幸治吉田; 誠人戸瀬
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: US20020098448A1; JP2002134882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基体上に導体膜が形成され、この導体膜を覆うように基体上に絶縁膜が形成された構造を有する、薄膜回路基板の製造方法に関するもので、特に、ミリ波またはマイクロ波領域で適用されるモジュールを構成する薄膜回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信分野において、ミリ波またはマイクロ波領域で用いられる高周波モジュールに対して、小型であり、低価格であり、かつ高性能であることが求められている。
【０００３】
上述のようなミリ波またはマイクロ波モジュールは、基体と、基体上に形成される導体膜と、導体膜を覆うように基体上に形成される絶縁膜とを備える構造を有する薄膜回路基板を構成している。また、上述した導体膜を下層導体膜とし、絶縁膜上に、上層導体膜が形成される場合には、絶縁膜は、層間絶縁膜として機能する。
【０００４】
このようなミリ波またはマイクロ波モジュールにおいて、伝送損失が小さくかつ効率の良い伝送線路を備えることが要望されており、そのため、伝送線路を与える導体膜には、電気抵抗が小さい導電材料が用いられている。
【０００５】
また、下層導体膜と上層導体膜との間の層間絶縁膜に対しては、比誘電率が低く、かつ誘電正接が小さい誘電体材料からなることが要求されており、そのため、低誘電率かつ低誘電正接であるポリイミド、エポキシ系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、アクリル樹脂、環状オレフィン系樹脂のような有機樹脂が層間絶縁膜の材料として用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した層間絶縁膜の厚みが薄いと、下層導体膜と上層導体膜との間に意図しない電磁結合が生じ、目的とする特性が得られないことがある。そのため、層間絶縁膜の厚みを厚くすることが望まれるが、このような絶縁膜を厚くしたとき、特に、２０μｍ以上に厚くしたとき、以下のような問題に遭遇する。
【０００７】
絶縁膜は、感光性有機膜からなる場合と、非感光性有機膜からなる場合とがある。
【０００８】
絶縁膜が感光性有機膜からなる場合には、パターニングされた絶縁膜を得るため、（１）ワニス状の感光性有機膜の形成、（２）プリベーク、（３）露光、（４）現像、（５）キュアの各工程が実施される。
【０００９】
この場合、感光性有機膜の厚みが厚いと、光吸収の度合いが大きくなり、（３）の露光工程において、光が感光性有機膜の底部にまで到達しない。そのため、（４）の現像工程において、ポジ型感光性有機膜の場合には、現像残りが生じ、ネガ型感光性有機膜の場合には、この有機膜の剥離が生じやすい。
【００１０】
他方、絶縁膜が非感光性有機膜からなる場合、パターニングされた絶縁膜を形成するため、（１）ワニス状の非感光性有機膜の形成、（２）プリベーク、（３）キュア、（４）エッチングレジストの形成、（５）エッチング、（６）エッチングレジストの剥離の各工程が実施される。
【００１１】
この場合、非感光性有機膜の厚みが厚いと、当該非感光性有機膜自身に大きな応力が発生し、（３）のキュア工程の後に、非感光性有機膜にクラックが生じたり、この有機膜が剥がれたりすることがある。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、有機樹脂からなる絶縁膜が厚くされても、上述のような問題を生じにくくすることができる、薄膜回路基板の製造方法を提供しようとすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ミリ波またはマイクロ波モジュールとして用いられる薄膜回路基板の製造方法に向けられる。
【００１４】
薄膜回路基板は、基体と、基体上に形成される導体膜と、導体膜を覆うように基体上に形成される絶縁膜とを備えている。
【００１５】
基体は、誘電体セラミックからなり、その厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍであり、抗折強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²〜４０００ｋｇｆ／ｃｍ²である。
【００１６】
上述のように、基体を誘電体セラミックから構成するのは、基体の材料の比誘電率を大きくして、薄膜回路基板の小型化を図るためである。また、基体の厚さを０．０５ｍｍ以上とするのは、基体の機械的強度を所定以上に保つためである。他方、基体の厚みが厚くなるほど、素子間の結合が大きくなることを考慮して、ミリ波またはマイクロ波領域で許される最大厚みは２ｍｍである。また、基体の抗折強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²〜４０００ｋｇｆ／ｃｍ²としたのは、この発明に係る製造方法を実施するにあたり、基体が割れない範囲を限定したものである。
【００１７】
導体膜は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｂ、およびＶから選ばれた少なくとも１種を含む。
【００１８】
絶縁膜は、ポリイミド、エポキシ系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、アクリル系樹脂、および環状オレフィン系樹脂から選ばれた少なくとも１種を含む有機樹脂からなり、その厚みが２０μｍ以上であり、１つのパターンの面積が５ｃｍ²以下であり、応力が１５ＭＰａ〜６０ＭＰａである。
【００１９】
上述のように、絶縁膜の厚さを２０μｍ以上としたのは、絶縁膜によって導体膜間のアイソレーションを行なう場合、ミリ波またはマイクロ波領域においてアイソレーションが可能となる最小膜厚が２０μｍであるからである。また、１つのパターンの面積が５ｃｍ²以下としたのは、絶縁膜による薄膜回路基板の小型化の利点が奏される最大面積が５ｃｍ²であるからである。また、絶縁膜の応力を１５ＭＰａ〜６０ＭＰａとしたのは、上述のような有機樹脂からなる膜の一般的な応力がこの範囲内にあるからである。
【００２０】
このような構成を有する薄膜回路基板を製造するにあたって、この発明によれば、基体を洗浄する工程と、基体上に、導体膜を所定のパターンをもって形成する工程と、導体膜を覆うように、基体上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をパターニングする工程とが実施され、前述した技術的課題を解決するため、絶縁膜を形成する工程と絶縁膜をパターニングする工程とが複数回繰り返されることを特徴としている。
【００２１】
絶縁膜が感光性有機膜からなる場合、好ましくは、絶縁膜を形成する工程は、ワニス状の感光性有機膜を基体上に形成する工程を備え、パターニングする工程は、感光性有機膜をフォトリソグラフィによって露光・現像する工程と、感光性有機膜をキュアする工程とを備える。
【００２２】
絶縁膜が非感光性有機膜からなる場合、好ましくは、絶縁膜を形成する工程は、ワニス状の非感光性有機膜を基体上に形成する工程を備え、パターニングする工程は、非感光性有機膜をキュアする工程と、非感光性有機膜上にエッチングレジストを形成する工程と、ドライエッチングによって非感光性有機膜をエッチングする工程と、エッチングレジストを除去する工程とを備える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、より具体的な実施例に基づいて説明する。実施例においては、導体膜の材料としてＣｕを用い、絶縁膜においてポリイミドを用いているが、これらの材料に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
この実施例１においては、絶縁膜の形成のために感光性ポリイミドが用いられる。
【００２５】
まず、図１（１）に示すように、基体１が用意される。基体１は、たとえばアルミナのような誘電体セラミックから構成される。基体１の厚さは、０．０５ｍｍ〜２ｍｍであり、同じく抗折強度は５００ｋｇｆ／ｃｍ²〜４０００ｋｇｆ／ｃｍ²である。
【００２６】
次に、基体１が洗浄される。この洗浄にあたり、たとえば、プラズマアッシングや、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール等の有機溶剤による表面洗浄が適用される。
【００２７】
次に、図１（２）に示すように、基体１上に、リフトオフ用レジストパターン２が形成される。このリフトオフ用レジストパターン２の形成にあたっては、たとえばクロロベンゼン法が適用される。
【００２８】
より詳細には、まず、ベンゾシクロブテン上に、厚膜用ポジ型レジスト（たとえば、クラリアント社製「ＡＺＰ４６２０」）を、１５００ｒｐｍ×３０秒のスピン塗布にて６μｍの膜厚をもって形成し、９０℃のクリーンオーブンにて３０分間プリベークする。次に、約４０℃に保ったクロロベンゼン中に、基体１を１０分間浸し、レジスト表面に対現像液難溶化層を形成した後、９０℃のホットプレート上に９０秒間放置して、余分なクロロベンゼンを蒸発させる。次に、密着露光機によって、ｈ線を用いた露光を行ない、アルカリ現像液（たとえば、クラリアント社製「ＡＺ４００Ｋ」）中に基体１を２分間浸漬する。このような工程を経てリフトオフ用レジストパターン２を形成した基体１を、純水によって５分間以上洗浄し、次いで、スピン乾燥機によって乾燥させる。
【００２９】
次に、図１（３）に示すように、基体１を真空蒸着装置に投入し、まず、基体１との密着層を形成するように、Ｔｉを１００ｎｍの厚みで成膜し、次いで、Ｃｕを５μｍの厚みで成膜し、基体１上に導体膜３を所定のパターンをもって形成する。なお、導体膜３は、基体２上だけでなく、リフトオフ用レジストパターン２上にも形成される。
【００３０】
次に、図１（４）に示すように、基体１を、たとえばアセトンに浸漬し、さらに超音波を印加することによって、余分なリフトオフ用レジストパターン２およびその上の導体膜３を除去（リフトオフ）する。
【００３１】
次に、図１（５）に示すように、基体１上に、３−アミノプロピルシラン等の密着性向上剤を塗布した後、ワニス状のネガ型感光性ポリイミド（たとえば、東レ社製「フォトニースＵＲ−３１８０Ｅ」）を、２１５０ｒｐｍで３０秒間スピン塗布し、次いで、ホットプレートを用いて、６０℃で６分間、８０℃で６分間および１００℃で６分間のプリベークを行なうことによって、導体膜３を覆うように、基体１上に感光性ポリイミド膜４を形成する。
【００３２】
次に、密着露光機を用いて、４００ｍＪ／ｃｍ²のｈ線を感光性ポリイミド膜４に照射した後、ポリイミド専用現像液（たとえば、東レ社製「ＤＶ−６０５」）に基体１を７．５分間浸漬することによって、図１（６）に示すように、感光性ポリイミド膜４の未露光部を除去し、それによって、たとえば４ｃｍ²のパターン面積を有する感光性ポリイミド膜４を得る。
【００３３】
次に、上述のようにパターニングされた感光性ポリイミド膜４を、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中において、４００℃で１時間キュアすることによって、ポリイミドを熱重合させる。この段階で得られた感光性ポリイミド膜４は、その厚みがたとえば１５μｍである。
【００３４】
次に、図１（５）および（６）に示した工程と実質的に同じ工程を実施し、図１（７）に示すように、第２の感光性ポリイミド膜５を形成し、次いで、図１（８）に示すように、第２の感光性ポリイミド膜５をパターニングする。
【００３５】
そして、上述のような感光性ポリイミド膜の形成およびパターニングの各工程を必要回数繰り返し、それによって、合計膜厚がたとえば３０μｍ以上の感光性ポリイミド膜を得る。
【００３６】
（実施例２）
この実施例２においては、絶縁膜の形成のために非感光性ポリイミドが用いられる。
【００３７】
まず、図２（１）に示すように、基体１１を用意し、これを洗浄する工程、同（２）に示すように、基体１１上にリフトオフ用レジストパターン１２を形成する工程、同（３）に示すように、基体１１上に導体膜１３を形成する工程、および、同（４）に示すように、余分なリフトオフ用レジストパターン１２およびその上の導体膜１３をリフトオフする工程が、前述した実施例１の場合と同様の方法に基づいて実施される。
【００３８】
次に、図２（５）に示すように、基体１１上に、３−アミノプロピルシラン等の密着性向上剤を塗布した後、ワニス状の非感光性ポリイミド（日立化成社製「ＯＰＩ−Ｎ３２０５」）を１０００ｒｐｍで３０秒間スピン塗布した後、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中において、１００℃で３０分間、２００℃で３０分間および３５０℃で６０分間のキュアを行ない熱重合させることによって、非感光性ポリイミド膜１４を形成する。
【００３９】
次に、図２（６）に示すように、非感光性ポリイミド膜１４上に、エッチングレジスト１５を形成する。
【００４０】
より詳細には、まず、厚膜ポジ型レジスト（たとえば、クラリアント社製「ＡＰＺ４６２０」）を、１５００ｒｐｍで３０秒間のスピン塗布によって６μｍの膜厚をもって成膜し、９０℃のクリーンオーブンにて３０秒間プリベークする。次いで、密着露光機を用いて、ｈ線による露光を行ない、アルカリ現像液（たとえば、クラリアント社製「ＡＺ４００Ｋ」）中に基体１１を２分間浸漬する。そして、このような工程を経てパターニングされたエッチングレジスト１５を、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて乾燥させる。
【００４１】
次に、図２（７）に示すように、非感光性ポリイミド膜１４のエッチングを行なう。たとえば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて、Ｏ₂ガス流量１４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｔｏｒｒ、およびＲＦパワー３００Ｗの条件にて１５分間のエッチング処理１６を行なう。この結果、たとえばパターン面積が４ｃｍ²となるようにパターニングされた非感光性ポリイミド膜１４が基体１１上に与えられる。
【００４２】
次に、図２（８）に示すように、エッチングレジスト１５をアセトンにて剥離する。このようにして、たとえば膜厚が１２μｍのパターニングされた非感光性ポリイミド膜１４を得ることができる。
【００４３】
次に、図２（９）〜（１２）に示すように、前述した図２（５）〜（８）に示した工程と実質的に同様の工程が繰り返される。すなわち、図２（９）に示すように、第２の非感光性ポリイミド膜１７が形成され、図２（１０）に示すように、第２のエッチングレジスト１８が形成され、このエッチングレジスト１８がパターニングされ、次いで、図２（１１）に示すように、再びエッチング処理１６が実施され、それによって、図２（１２）に示すように、パターニングされた第２の非感光性ポリイミド膜１７が前述の第１の非感光性ポリイミド膜１４上に形成される。
【００４４】
そして、上述のような非感光性ポリイミド膜の形成およびパターニングの各工程を必要回数繰り返し、それによって、合計膜厚がたとえば２４μｍ以上の非感光性ポリイミド膜を得る。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、比較的膜厚の薄い絶縁膜をパターニングしながら積み重ねることによって、たとえば膜厚２０μｍ以上といった比較的厚い絶縁膜を得るようにしているので、現像残り、クラックまたは剥がれを生じさせることなく、比較的膜厚の大きい絶縁膜を薄膜回路基板において形成することが可能となる。
【００４６】
したがって、ミリ波またはマイクロ波モジュールとして用いられる薄膜回路基板において、上層導電膜と下層導電膜との間に形成される層間絶縁膜の厚みを十分に厚くすることができ、これら上層および下層の導体膜間に生じ得る電磁結合を防止でき、ミリ波またはマイクロ波モジュールにおいて目標とする特性をより容易に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による薄膜回路基板の製造方法に含まれる代表的な工程を順次図解的に示す断面図である。
【図２】この発明の他の実施形態による薄膜回路基板の製造方法に含まれる代表的な工程を順次図解的に示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１基体
３，１３導体膜
４，５感光性ポリイミド膜（絶縁膜）
１４，１７非感光性ポリイミド膜（絶縁膜）
１５，１８エッチングレジスト
１６エッチング処理

Claims

基体と、前記基体上に形成される導体膜と、前記導体膜を覆うように前記基体上に形成される絶縁膜とを備え、
前記基体は、誘電体セラミックからなり、その厚さが０．０５ｍｍ〜２ｍｍであり、抗折強度が５００ｋｇｆ／ｃｍ²〜４０００ｋｇｆ／ｃｍ²であり、
前記導体膜は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｂ、およびＶから選ばれた少なくとも１種を含み、
前記絶縁膜は、ポリイミド、エポキシ系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、アクリル系樹脂、および環状オレフィン系樹脂から選ばれた少なくとも１種を含む有機樹脂からなり、その厚さが２０μｍ以上であり、１つのパターンの面積が５ｃｍ²以下であり、応力が１５ＭＰａ〜６０ＭＰａであり、
ミリ波またはマイクロ波モジュールとして用いられる薄膜回路基板の製造方法であって、
前記基体を洗浄する工程と、
前記基体上に、前記導体膜を所定のパターンをもって形成する工程と、
前記導体膜を覆うように、前記基体上に前記絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をパターニングする工程と
を備え、
前記絶縁膜を形成する工程と前記絶縁膜をパターニングする工程とを複数回繰り返すことを特徴とする、薄膜回路基板の製造方法。
前記絶縁膜は感光性有機膜からなり、前記絶縁膜を形成する工程は、ワニス状の感光性有機膜を前記基体上に形成する工程を備え、前記パターニングする工程は、前記感光性有機膜をフォトリソグラフィによって露光・現像する工程と、前記感光性有機膜をキュアする工程とを備える、請求項１に記載の薄膜回路基板の製造方法。
前記絶縁膜は非感光性有機膜からなり、前記絶縁膜を形成する工程は、ワニス状の非感光性有機膜を前記基体上に形成する工程を備え、前記パターニングする工程は、前記非感光性有機膜をキュアする工程と、前記非感光性有機膜上にエッチングレジストを形成する工程と、ドライエッチングによって前記非感光性有機膜をエッチングする工程と、前記エッチングレジストを除去する工程とを備える、請求項１に記載の薄膜回路基板の製造方法。