JP3816982B2

JP3816982B2 - フォトビア形成方法

Info

Publication number: JP3816982B2
Application number: JP13481196A
Authority: JP
Inventors: 功嶋田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH09321428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板の製造におけるフォトビアの形成に関し、さらに詳細には、ビア内でのめっきの付き回りをよくしてコンタクトの信頼性を向上させたフォトビア形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板において内導体層と外導体層とのコンタクトを取るためのフォトビアは、次のようにして形成されている。すなわち、図５に示すように導体部１１を有する基板１２上を絶縁層２４で覆い、フォトリソグラフィでビアの形状を形成した後、粗化を施してから、図６に示すように銅等の金属のめっきを施して、絶縁層２４をめっき層２６で覆う。このめっき層２６により、内導体層である導体部１１と外導体層とのコンタクトが取られるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術に係るフォトビアの形成には、コンタクトの信頼性が不足するという問題があった。すなわち図６に見るように、フォトビアにおける底面と側壁との境目のコーナー部分でめっき層２６が薄くなりがちで、導体部１１とのコンタクトが不十分となる場合がある。このため、コンタクトの信頼性が不足するのである。特に、高集積度の基板のように、フォトビアの形状のアスペクト比が高い場合にこのコンタクトの問題が顕著である。この原因としては、めっき液の回り込みと電流分布との２つがある。
【０００４】
まず、めっき液の回り込みについて説明する。すなわち、フォトビア内部ではめっき液が渦流をなす傾向がありビア外との液交換が不十分となるので、めっきにより銅イオンが消費されるとその濃度がビア外より希くなってしまうのである。このためフォトビア内部ではイオン不足によりめっき層２６の厚みが外部よりも薄くなる。コーナー部分は、底面の中央付近と比べても特にめっき液が回り込みにくいのでこの現象が著しく、コンタクト不良の大きな原因となる。
【０００５】
続いて電流分布について説明する。めっき時の電流分布はめっき付着量分布に直結するが、カソードである基板側表面の近傍における電場分布（等電位面の間隔）に依存する。そしてフォトビアの形状のため、上面と側壁とのエッジ部分近傍で等電位面の間隔が小さく電場が強い（エッジ効果）ので、その部分の電流密度も高くなる。反面、フォトビア底面近傍では等電位面の間隔が大きく電場が弱いので、その部分の電流密度は低い。この電流密度の問題もまた、底面の中央付近よりもむしろコーナー部分で顕著であり、その部分のめっき付着量が不足してコンタクト不良が生ずる大きな原因となる。
【０００６】
この対策としては例えば、特公平７−１０５５９３号公報に記載されているように、フォトビア形成のためのフォトリソグラフィを２回（３回以上でもよい）に分けて行うことにより、上面開口部の径を底面部分の径よりも大きくしたステップ形状のフォトビアとすることが考えられる。こうすれば、めっき液の回り込みの問題、電流分布の問題ともに大幅に緩和され、コーナー部分でのめっき厚不足を解消してコンタクトの信頼性を確保できるものである。しかしながらこの方法では、フォトビア形成のためにフォトリソグラフィを２回以上行い、それぞれ異なるパターンマスクを使用するので、マスクのコストが高く工程数も多いという別の問題がある。
【０００７】
本発明は前記従来の問題点を解消するためになされたものであり、フォトビアのコーナー部分のめっき厚不足を解消して内導体層とのコンタクトを確実にした信頼性の高いフォトビアを１回のフォトリソグラフィで形成できるフォトビア形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、絶縁層に設けた開口部を通じて内層導体部を外部と電気的にコンタクトさせるフォトビアを形成する方法であって、表面に内層導体部を設けた基板を第１の絶縁層で被覆する第１被覆工程と、前記第１の絶縁層で被覆された基板を前記第１の絶縁層より粗化されやすい材質の第２の絶縁層で被覆する第２被覆工程と、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を貫通する開口部を形成して前記内層導体部を露出させる現像工程と、少なくとも前記第２の絶縁層を粗化することにより前記第２の絶縁層の開口径を前記第１の絶縁層の開口径より大きくして段差を形成する段差形成工程とを含んでいる。
【０００９】
さらに、本発明は、第１の絶縁層がシリカフィラーを混練したものであり、第２の絶縁層がエポキシフィラーを混練したものであることを特徴とする。
【００１０】
この形成方法では、基板として表面に内層導体部が設けられているものを用いる。これは通例、銅張積層板を出発材料としてサブトラクティブ法によりエッチングしてパターン形成したものである。第１被覆工程では、内層導体部も含めてこの基板を第１の絶縁層で被覆する。続いて第２被覆工程で第１の絶縁層の上に第２の絶縁層を被せ、これにより基板は絶縁層で２重に覆われる。この２つの絶縁層は、後に粗化を受けることになるが、第１の絶縁層と比較して第２の絶縁層の方がより強く粗化されるように材質が選択されている。
【００１１】
２重の絶縁層で基板を被覆したら、粗化を行う前に絶縁層の現像工程を行い、フォトビアの形状を形成する。すなわち、第１および第２の絶縁層を貫通する穴を形成してその穴の部分で内層導体部を露出させる。これは通例、第１および第２の絶縁層を感光性の材質のものとし、フォトリソグラフィで穴となる部分以外を感光により硬化させ、感光していない部分の第１および第２の絶縁層を除去して行う。あるいは第１および第２の絶縁層自体を感光性のものとする代わりに、別途フォトレジストを塗布して感光層を形成し、感光層の現像後にエッチングで第１および第２の絶縁層を加工してもよい。かかる現像工程により第１および第２の絶縁層を貫通して形成されたビア形状は、その側壁がほぼ垂直であり、第１の絶縁層と第２の絶縁層との境目部分にも特に段差はない。
【００１２】
そこで次に段差形成工程を行う。すなわち粗化である。粗化を行うと、第１の絶縁層に混練されているシリカフィラーが粗化剤に溶けないのに対し、第２の絶縁層に混練されているエポキシフィラーが粗化剤に溶けるので、第２の絶縁層の方が第１の絶縁層よりも強く粗化を受ける。
【００１３】
そして、前記のように上層である第２の絶縁層の方が下層である第１の絶縁層よりも強く粗化されるので、その結果、第１の絶縁層におけるビア径より第２の絶縁層におけるビア径の方が大きくなる。これにより、上面開口部の径を底面部分の径よりも大きくしたステップ形状のフォトビアが形成される。
【００１４】
かくして形成されたフォトビアにめっきを施すと、上面開口部の径が底面部分の径より大きいステップ形状なので、メッキ時にビア内外のめっき液が十分交換されてビア内でイオン不足が生じることはなく、またエッジ効果に起因する電流密度の不均一も軽いので、めっきの付き回りがよく底面と側壁との境目のコーナー部分にも十分にめっき層が形成され、コンタクトが良好にとられ信頼性が高い。めっきの代わりにスパッタリング等を行う場合にも、シャドウイング効果が軽いので付き回りがよく、コンタクトが良好である。なお、かかるフォトビアの形成にフォトマスクは１枚で済んでいる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。まず、銅張積層板に公知のサブトラクティブ法によりエッチングを施して、表層の銅板を所定のパターンに加工する。このパターン加工により積算板上に内層導体層（厚さは１５〜２０μｍ程度）が形成される。そして、この銅張積層板に絶縁層および接着層をロールコータを用いて塗布する。絶縁層および接着層の膜厚は、ともに４０μｍ程度である。従って図１に断面図で示すように、基板１２上に絶縁層１３が存在して導体部１１（内層導体層）もこれに覆われ、さらに絶縁層１３が接着層１４で覆われた構造となる。
【００１６】
ここで、絶縁層１３および接着層１４の材質について説明する。これらの材質は、ともにエポキシ樹脂ワニスをマトリックスとしてこれに粉末状のフィラーを混合させたものである。
【００１７】
絶縁層１３に用いられるマトリックスは、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（共栄社製）６０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル製）４０重量部、イミダゾール型硬化剤（四国化学製）５重量部、感光性モノマー（共栄社製）５重量部、光開始剤（関東化学製）５重量部、光増感剤０．５重量部を主成分とする混合物である。そしてフィラーは、シリカ微粉末（龍森製、平均粒径約３μｍ）である。このマトリックスとフィラー（４０重量部）とを混練して５００ｐｓ程度に粘度調整して用いる。
【００１８】
一方、接着層１４は、絶縁層１３のマトリックスとほぼ同じものをマトリックスとして用い、フィラーとしてはエポキシ微粉末（東レ製、平均粒径約５μｍ２０重量部＋平均粒径約０．５μｍ１０重量部）を用いる。そしてこのマトリックスとフィラーとを混練して８００ｐｓ程度に粘度調整し、塗布する。なお、絶縁層１３、接着層１４とも、塗布後に８０℃１５分間乾燥させ、塗布面に指で触れても指にワニスが付着しない程度まで溶剤成分を揮発させる。
【００１９】
次に絶縁層１３および接着層１４の露光を行う。すなわち、パターンが印刷されたマスク１７を介して平行光を照射して、絶縁層１３および接着層１４のうちマスク１７のパターン以外の部分を感光させる。マスク１７には、フォトビアとなる部分に不透明なパターンが印刷され、その部分は光を遮るようになっている。これにより、光が当たった部分の絶縁層１３および接着層１４が感光により硬化する。次いで現像を行う。すなわち、未感光部分の絶縁層１３および接着層１４を溶剤で除去すると、図２に符号１５で示すように、絶縁層１３および接着層１４を貫通する穴が形成され、その部分で導体部１１が露出する。この状態では穴１５の側壁は垂直であり、穴１５の径は絶縁層１３の部分でも接着層１４の部分でもほぼ同一である。
【００２０】
続いて粗化を行う。図２に示す状態のものをクロム酸または過マンガン酸等の腐食液に浸すと、絶縁層１３および接着層１４がエッチングされて表面に微細な凹凸が形成される。このとき、絶縁層１３には、フィラーとして高耐食性のシリカ微粉末が添加されているので、絶縁層１３はあまり粗化されない。これに対し接着層１４のフィラーは腐食液に容易に溶けるエポキシ微粉末であるため、接着層１４は絶縁層１３よりはるかに粗化が進行し、エッチングを多く受ける。このため、絶縁層１３の部分ではビア径が粗化前とあまり変わらないのに対し、その上部の接着層１４ではエッチングのためビア径が粗化前より若干広がった状態となる。この状態を図３に示す。図３では、絶縁層１３の部分のビア径をｄ₁ で示し、接着層１４の部分のビア径をｄ₂で示している。ｄ₁が図２の状態でのビア径とほとんど変わっていないのに対しｄ₂ はそれより大きくなっている。これにより、絶縁層１３の部分と接着層１４の部分との間に段差があり、底部よりも開口部が大きく広がったステップ形状のフォトビアが形成される。
【００２１】
そして、めっきを施す。図３に示す状態のものをまず触媒液に浸して絶縁層１３および接着層１４に活性を付与し、そして無電解銅めっきにより０．５〜１μｍ厚のめっき層を形成してから電気銅めっきによりその上に１０〜２０μｍ厚のめっき層１６を形成する。すると、図４に示すように、フォトビア底面の導体部１１からフォトビア側壁、接着層１４の上面に至るまで銅めっき層１６が形成される。この銅めっき層１６により導体部１１と外部の導体層との電気コンタクトが確保される。
【００２２】
上記のようなフォトビアは、底部よりも開口部が大きく広がったステップ形状をしていることにより以下のような特徴を有している。すなわち、フォトビア形成後のめっき時において、底面と側壁との境目のコーナー部分にも必要な厚みを有するめっき層が形成され、このためコンタクト不良が生じることがなく信頼性が高い。このようにコーナー部分でめっき層が薄くならない理由は、ビア内への銅イオンの供給と電流密度の分布とにある。すなわち、ステップ形状で開口部が底部より広いことから、めっき時にビア内外でめっき液がよく循環するので、ビア内にも銅イオンが補充され不足なく供給されるからである。また、ステップ形状であることより、側壁と上面とのエッジ部分への電流集中が緩和される結果、電流密度が小さくなりがちなコーナー部分の電流密度が大きくなるからである。従って、底面部分と側壁さらには上面部分とで銅めっき層１６が確実に連続しており、コンタクトの信頼性が高い。
【００２３】
また、このようなステップ形状のフォトビアを形成するにあたり、絶縁層１３と接着層１４との耐粗化性の相違を利用しているので、露光は１回で済み従ってマスク１７も１枚で済む。このため工程数が過大になることもなく、マスク費用が増大することもない。
【００２４】
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、底部よりも開口部が大きく広がったステップ形状のフォトビアを、１枚のフォトマスクで形成できるので、めっき時にビア内に銅イオンが十分に補充され、電流密度の集中もなく、従ってコンタクトの信頼性が高いフォトビアを低コストで形成できるものである。
【００２５】
なお、前記実施の形態は、本発明を何ら限定するものでないことはもちろんである。従って本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは当然である。例えば前記実施の形態において、絶縁層１３および接着層１４をそれ自体感光性の材質のものとして直接マスク１７でパターニングを行ったが、代わりにそれ自体は非感光性として別途フォトレジストを用いてパターニングするようにしてもよい。また、フォトビア形成後に電気めっき等の湿式法で銅めっき層１６を形成したが、蒸着やスパッタリングのような気相法で形成してもよく、この場合もステップ形状によりシャドウイングが軽減されるので、コンタクトの信頼性が高い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明のフォトビア形成方法によれば、コーナー部分のめっき厚不足を解消して内導体層と外部とのコンタクトを確実にとることができるフォトビアを１回のフォトリソグラフィで形成することができ、信頼性の向上とコスト低減とに大きな効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態において、絶縁層および接着層形成後に露光を行う状態を示す断面図である。
【図２】本実施の形態において、露光後に現像した状態を示す断面図である。
【図３】本実施の形態において、現像後に粗化を行った状態を示す断面図である。
【図４】本実施の形態において、粗化後にめっきを行った状態を示す断面図である。
【図５】従来技術において、現像後に粗化を行った状態を示す断面図である。
【図６】従来技術において、粗化後にめっきを行った状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１内層導体部
１３絶縁層（第１の絶縁層）
１４接着層（第２の絶縁層）
ｄ₁ 絶縁層におけるビア径
ｄ₂ 接着層におけるビア径

Claims

絶縁層に設けた開口部を通じて内層導体部を外部と電気的にコンタクトさせるフォトビアを形成する方法において、
表面に内層導体部を設けた基板を、シリカフィラーを混練した第１の絶縁層で被覆する第１被覆工程と、
前記第１の絶縁層で被覆された基板を、エポキシフィラーを混練して前記第１の絶縁層より粗化されやすくした第２の絶縁層で被覆する第２被覆工程と、
１回の露光および現像により、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を貫通する開口部を形成して前記下層導体部を露出させる露光現像工程と、
少なくとも前記第２の絶縁層を粗化することにより前記第２の絶縁層の開口径を前記第１の絶縁層の開口径より大きくして段差を形成する段差形成工程とを含むことを特徴とするフォトビア形成方法。