JP4019960B2

JP4019960B2 - 基板の製造方法

Info

Publication number: JP4019960B2
Application number: JP2003023954A
Authority: JP
Inventors: 利之豊島; 直毅油谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の製造方法に関し、例えばＳｉ基材に貫通配線を簡便に形成する方法である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度実装の進展によりＬＳＩを二次元平面状ではなく積層して実装する三次元実装方法が開発されている。
この三次元実装では、上下に積層したＬＳＩチップの導通を確保する必要があるため、ＬＳＩチップ、撮像素子チップ、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板またはガラス基板などに直接貫通孔を形成してスパッタやメッキなどにより導体を形成して貫通配線を形成する。
【０００３】
これらの貫通配線は、絶縁基材に貫通孔を形成し、上記絶縁基材の片面に、上記貫通孔の開口部を覆うように、スパッタまたは蒸着により電解メッキ用のシード層を形成した後、電解メッキでシード層上の貫通孔を埋め込み、かつ絶縁基板上でバンプ状に導電性部材を形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−１７００３６号公報（第３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、電解メッキ用のシード層をスパッタまたは蒸着により設けると、プロセスが煩雑でプロセスコストが上昇するだけでなく、金属層が貫通孔内部にも形成されるため、電解メッキ時に基材表面と貫通孔内部の電流密度が不均一になって、メッキ金属の成長が不均一になり、ボイドやメッキ液を貫通孔内部に取り込み特性が低下するという課題があった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、簡便な方法で電気的、熱的特性に優れた基板の製造方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の基板の製造方法は、基板本体に貫通孔を形成する第１の工程と、上記基板本体の片面に、上記貫通孔を覆うように、貼着性樹脂層と導電層とからなる導電性貼着シートを上記貼着性樹脂層により貼着する第２の工程と、上記貫通孔の開口部から露出する上記導電性貼着シートの貼着性樹脂を除去することにより上記導電性貼着シートの導電層を露出させる第３の工程と、上記導電層を電解メッキ用電極として、電解メッキにより上記電解メッキ用電極上の上記貫通孔に導体層を埋め込む第４の工程と、上記導電性貼着シートを剥離する第５の工程とを備えた方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
以下、本実施の形態を、基板本体２として主にＳｉ基材を用いた場合について説明するが、ＦＲ４基材、またはビルドアップ法で作製された有機基板やＧａＡｓ基板などを用いることも可能である。
【０００９】
まず、基板本体２に貫通孔１を形成するが｛図１（ａ）｝、Ｓｉ基材への貫通孔１形成については、一般的に知られた通常の方法、例えばＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などのプラズマを用いた方法、エレクトロケミカルエッチング、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）誘導結合型エッチング、レーザーまたはウェットエッチングを用いた方法で形成すればよく、特に限定されることは無い。
【００１０】
次に、Ｓｉ基材の場合には熱酸化によるＳｉ酸化膜絶縁層３をＳｉ基材表面に形成する｛図１（ｂ）｝。
ここではＳｉ基材を用いているため、絶縁層形成では熱酸化によりＳｉＯ_２をＳｉ基材表面に形成する方法が最も簡便であるが、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法やスパッタ法を用いることも可能であり、酸化膜以外にＳｉ窒化膜でもよく、Ｓｉ以外の絶縁膜、例えば感光性樹脂などの有機樹脂を用いて形成することも可能である。
上記有機樹脂としては、例えば感光性ポリイミド｛商品名：フォトニースＵＲ３８００，東レ（株）｝などを用い、通常の写真製版プロセスを用いて絶縁層パターンを形成するが、感光性樹脂としては貫通孔に入り込んだ樹脂の除去性からはネガ型が好ましい。
【００１１】
図１における（ｃ）、（ｄ）工程による電解メッキ用のシード層形成において、まず、導電層５としてＣｕ箔を用い、この導電層５および上記基板本体２に貼着性を有する貼着性樹脂からなる樹脂シート（貼着性樹脂層）４を貼り合わせて導電性貼着シート１０を作製し、これを上記貼着性樹脂層４を基板本体２側にして貼着する｛図１（ｃ）｝。
【００１２】
上記導電性粘着シート１０に係わる、導電層５としてはＣｕを用いることが好適であるが、ＡｕまたはＡｇ等を用いることも可能である。
また、金属以外の材料を用いることも可能で、電解メッキに使用できる導電性があれば特に限定されるものではなく、例えば導電性樹脂｛商品名：パピオスタット，東京インキ（株）製｝などを用いることができる。
さらに、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｈｉｎＯｘｉｄｅ）付きガラスや、ＩＴＯ付きプラスチックフィルム｛商品名：トービ・ＯＴＥＣ，東洋紡アングレチア（株）製｝を用いることもできる。
【００１３】
なお、上記導電性貼着シート１０に係わる貼着性樹脂層４としては、上記導電層５および基板本体２に貼着性を有する樹脂を用いる。
ここで、貼着性とは、被貼着物に対して、粘着性（化学結合を有しない）または接着性（化学結合を有する）を有するという意である。つまり、樹脂自体が粘着性を有するか、樹脂自体が加えられたエネルギにより変化して基板本体２および導電層５と物理的または化学的に密着し、電解メッキ中剥がれない状態が得られる特性をさすものである。
【００１４】
上記貼着性樹脂からなるシート（貼着性樹脂層）としては、例えば、Ｇ−ＷＳＳ、５５１６｛以上商品名：積水化学工業（株）製｝、リバアルファ、５９１５、５９１９、５９１１、５９１９Ｍ、ＦＢ−Ｍ１１Ａ、Ｂ−ＲＬ７２、Ｂ−ＥＬ１０｛以上商品名：日東電工（株）製｝を用いることができるが、後で述べる剥離工程において、紫外線照射または１５０℃と比較的低温での加熱処理で行うことができること、Ｓｉ基板から剥離した場合に残渣が残りにくいことから、Ｇ−ＷＳＳが最適である。
しかし、樹脂材料はこれに限定されるものではなく、Ｓｉ基材等の基板本体に上記貼着性を有し、かつメッキ後にＳｉ基材等を破壊することなく剥離することができる樹脂を用いればよい。
また、上記貼着性樹脂層の膜厚は特に限定されるものではないが、後述する樹脂層の部分的除去の観点から１００μｍ以下が望ましい。
なお、導電性貼着シート１０として、予め上記導電層５と貼着性樹脂層４が一体成型されたフィルムである、ニトホイル｛商品名：日東電工（株）製｝を用いることができる。
【００１５】
次に、上記導電性粘着シート１０をＳｉ基材２に貼着させた後に、Ｓｉ基材２をマスクとして貫通孔１の底部にある上記導電性貼着シート１０の貼着性樹脂層４を除去して導電層５を貫通孔の開口部から露出させ、上記導電層５を下記メッキ工程におけるシード層とする｛図１（ｄ）｝。
上記導電性貼着シート１０の上記樹脂層４を除去する方法としては、例えばプラズマなどを用いた常圧プラズマ表面処理装置｛商品名：ＡＰ−Ｔ，積水化学工業（株）製｝等がある。
【００１６】
次に、導電性貼着シート１０の導電層５であるＣｕをシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中浸漬してＣｕ電解メッキを行い、貫通孔にＣｕ層（導体層）７を埋め込む｛図１（ｅ）｝。
電解メッキ終了後にＳｉ基材を洗浄し、上記樹脂層４の貼着性を実質的に消失させて、導電性貼着シート１０を剥離させる｛図１（ｆ）｝。
貼着性樹脂層４として例えば上記Ｇ−ＷＳＳを用いた場合は、循環オーブンを用いて１５０℃で１０分間加熱処理することにより、または紫外線に対して透明な導電層を用いる場合には、紫外線（４２０〜３００ｎｍ）照射により剥離することができる。
なお、上記剥離は、用いた貼着性樹脂の種類により種々の方法が用いられ、例えば上記貼着性樹脂の軟化点以上に加熱したり、上記樹脂のＴｇ（ガラス転移点）以上に加熱したり、または上記樹脂の熱分解温度以上に加熱することにより、上記樹脂の上記貼着性を低下させることにより行うことができる。
【００１７】
剥離後、さらに水洗処理した後乾燥して、本発明の実施の形態による貫通孔にＣｕ層が埋め込まれ貫通配線が形成された基板を得ることができる。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態においては、導電性貼着シートを用いて電解メッキ用のシード層を形成しているので、貫通孔内部に電気メッキ用の電極として作用する導電層が全く形成されず、貫通孔内部の金属埋め込みは電解メッキだけで行われるため、メッキ金属の成長が均一になり、欠陥の形成が防止された均一な導体層が得られるので優れた特性が得られる。
また、電解メッキ用のシード層の形成に蒸着やスパッタなどを用いないため、プロセスが簡便で低コストである。
さらに、上記導電性貼着シートは、パーティクルなどを発生しにくく貼着性の低下が小さいような基板本体を用いたり、または貼着性を劣化させない範囲で貼着と剥離の工程を実施できるように、工程の処理条件を最適化することにより繰り返し使用することも可能である。
【００１９】
また、本実施の形態におけるメッキ工程｛図１（ｅ）｝において、貫通孔に析出する導体層７と、基板表面上の配線パターンの導体層を同時に形成する場合には、配線パターンに対応するレジストパターンをメッキ前に予め形成することも可能である。
この場合には、導電性貼着シートの貼着性樹脂層を除去する工程で上記レジストパターンが除去されて膜べりするため、導電性貼着シートの上記樹脂層厚よりも厚いレジスト膜厚が必要となる。
また、導電性貼着シートの導電層に金属を用いる場合には、図では説明を省略しているが、基板に貼着している側と反対側にメッキ金属が析出するため、電解メッキの場合にはカバーフィルムを形成することが望ましい。
【００２０】
実施の形態２．
図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態の図１（ｄ）において、除去されるべき貫通孔の開口部から露出する部分の貼着性樹脂を、導電性貼着シート１０から予め除去し、その後、基板本体の片面に導電性貼着シートを貼着する工程｛図１（ｃ）｝を施す方法である。
【００２１】
つまり、実施の形態１と同様にして、基板本体２に貫通孔を形成し｛図２（ａ）｝、表面に酸化膜絶縁層３を形成する｛図２（ｂ）｝。
次に、貫通孔の開口部から露出し除去される部分の貼着性樹脂４を、導電性貼着シート１０から予め除去した｛図２（ｃ）｝ものを、上記貫通孔１を形成した基板本体２に貼着し｛図２（ｄ）｝、以下実施の形態１と同様にしてメッキ工程を施して貫通配線を形成する。
【００２２】
本実施の形態においては、導電性貼着シートの樹脂を予め除去しているので、上記貼着性樹脂を除去する工程で分解ガスなどが発生する場合でも、貫通孔内部に分解性の残渣が残るという問題が発生せず、また、上記貼着性樹脂の除去に要する処理時間を考慮する必要がなく工程時間の短縮が実現できる。
また、上記貼着性樹脂を選択的に除去することにより、導体層を埋め込む貫通孔を選択することができる。
【００２３】
実施の形態３．
図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図であるが、本実施の形態は、第１の実施の形態において、導電性貼着シートとして、ポリピロールなどの導電性高分子｛商品名：ＢＡＳＦ，ＰＹＲ（株）製｝や、樹脂中に金属などの導電粒子やファイバーなどを充填させた樹脂シート[｛商品名：８０７７３，森宮電機（株）製｝、｛商品名：Ｘ−７００１，タカチ電気工業（株）製｝]等、単独で導電層と上記貼着性を共に有する樹脂でシートを構成しているものを用いた場合である。
【００２４】
つまり、図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、上記実施の形態１における導電性貼着シートとして、単独で導電層と上記貼着性を共に有する樹脂でシートを構成したものを用いているので、貼着性樹脂を除去する工程｛図１（ｄ）｝を省略することができる以外は、実施の形態１と同様にして貫通配線を形成することができる。
以上のように、本実施の形態においてはより工程が簡略できるという効果がある。
【００２５】
【実施例】
実施例１．
図１に示すように、厚み５０μｍのＳｉ基材２に、レジストパターンを形成後ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）エッチング装置を用いてＳｉをエッチングして直径５０μｍの貫通孔１を形成した。
また、貫通孔１を形成したＳｉ基材２を赤外線ランプアニール装置を用いて熱酸化を行うことにより、Ｓｉ基材表面に膜厚１００ｎｍのＳｉ酸化膜３を形成した。
次に、導電層５として厚み１０μｍのＣｕ箔を用い、貼着性樹脂層４として膜厚３０μｍの樹脂シート｛商品名：Ｇ−ＷＳＳ，積水化学工業（株）製｝を用いて、上記Ｃｕ箔５に８０℃でラミネートして得た導電性貼着シート１０を、上記樹脂層４側をＳｉ基材２側にして貼着した。
さらに、Ｓｉ基材２をマスクとして貫通孔１の底部にある樹脂層４を、常圧プラズマ表面処理装置｛商品名：ＡＰ−Ｔ，積水化学工業（株）製｝を用いて除去してＣｕ面を露出させた。
【００２６】
さらに、Ｃｕ箔５をシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中浸漬し、Ｃｕ電解メッキを析出速度１０μｍ／時間で５時間メッキ処理し、貫通孔１にＣｕ金属（導体層）７を埋め込んだ。
電解メッキ終了後に基板を洗浄し、循環オーブン中を用いて１５０℃で１０分間加熱処理した。
この加熱処理により、Ｓｉ基材２の乾燥を行うとともに樹脂層４の貼着性を実質的に消失させてシート１０を剥離しさらに水洗処理して樹脂層４の残留物を溶解除去した後乾燥して、貫通孔にＣｕ金属層７が埋め込まれ貫通配線が形成された本発明の実施例によるＳｉ基板を得た。
【００２７】
実施例２．
図４は、本発明の実施例の基板の製造方法を工程順に示す説明図で、実施例１において、導電層５としてＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｈｉｎＯｘｉｄｅ）付きガラスや、ＩＴＯ付きプラスチックフィルム｛商品名：トービ・ＯＴＥＣ，東洋紡アングレチア（株）製｝を用いた場合である。
【００２８】
まず、実施例１と同様にして、貫通孔１を形成したＳｉ基材２表面に膜厚１００ｎｍのＳｉ酸化膜３を形成した。
次に、図４に示すように、導電層５となるＩＴＯ付ガラス基板（抵抗１０Ω）に、膜厚３０μｍの上記Ｇ−ＷＳＳシート４を８０℃でラミネートして導電性貼着シート１０を得、この導電性貼着シート１０の樹脂側をＳｉ基材側にして貼着させる。
【００２９】
さらに、Ｓｉ基材２をマスクとして貫通孔１の底部にある樹脂層を、洗浄装置（ＵＥＲ）｛商品名：ＶＵＶ−Ｏ３，ＵＳＨＩＯ（株）製｝を用いてＵＶ光を照射し６、発生したオゾンにより除去してＩＴＯ面を露出させた。
さらに、このＩＴＯをシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中浸漬し、Ｃｕ電解メッキを析出速度５μｍ／時間で、１０時間メッキ処理し貫通孔にＣｕ層を埋め込んだ。
電解メッキ終了後に基板を洗浄し、超高圧水銀灯｛ＵＳＨＩＯ（株）製｝を用いてＩＴＯ付ガラス基板の裏側からＵＶを照射（３Ｊ／ｃｍ^２）して６０、樹脂層の上記貼着性を実質的に消失させた後、導電性貼着シート１０を剥離し、さらに水洗処理して樹脂層の残留物を溶解除去した後乾燥して、貫通孔にＣｕ層が埋め込まれ貫通配線が形成された本発明の実施例によるＳｉ基板を得た。
【００３０】
実施例３．
図１に示すように、まず、実施例１と同様にして、貫通孔１を形成したＳｉ基材２表面に膜厚１００ｎｍのＳｉ酸化膜３を形成した。
次に、導電層として厚み１０μｍのＣｕ箔５を用い、これに膜厚２０μｍの樹脂粘着シート４｛商品名：５９１９，日東電工（株）製｝を８０℃に加熱してラミネートすることにより導電性貼着シート１０を得、この導電性貼着シート１０の樹脂側をＳｉ基材側に貼着させた。
なお、図面では省略しているが、貼着のための樹脂層が形成されている面と反対側の面には、Ｃｕ箔側に余分なメッキを析出させないためにカバーフィルム｛商品名：エレップマスキングテープ，日東電工（株）製｝を貼り付けてある。
【００３１】
さらに、Ｓｉ基材２をマスクとして貫通孔１の底部にある樹脂層を、常圧プラズマ表面処理装置｛商品名：ＡＰ−Ｔ，積水化学工業（株）製｝を用いて除去してＣｕ面を露出させた。
さらに、このＣｕをシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中浸漬しＣｕ電解メッキを析出速度１０μｍ／時間で、５時間メッキ処理し貫通孔にＣｕ層を埋め込んだ。
電解メッキ終了後に基板を洗浄し、循環オーブン中を用いて１００℃で５分間加熱処理し、さらに１５０℃に加熱しながら導電性貼着シート１０を剥離した。
さらにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中で洗浄した後、水洗処理して樹脂層の残留物を溶解除去した後乾燥して、貫通孔にＣｕ層が埋め込まれ貫通配線が形成された本発明の実施例によるＳｉ基板を得た。
【００３２】
実施例４．
図１に示すように、まず、実施例１と同様にして、貫通孔１を形成したＳｉ基材２表面に膜厚１００ｎｍのＳｉ酸化膜３を形成した。
次に、導電層として厚み１０μｍのＣｕ箔５を用い、これに膜厚２０μｍの熱可塑性接着シート４｛商品名：ＢＲ−Ｌ７２，日東電工（株）製｝を９０℃に加熱してラミネートすることにより導電性貼着シートを得、このシートを樹脂側をＳｉ基材側に接着して貼着させた。
【００３３】
さらに、Ｓｉ基材２をマスクとして貫通孔１の底部にある樹脂層を、常圧プラズマ表面処理装置｛商品名：ＡＰ−Ｔ，積水化学工業（株）製｝を用いて除去してＣｕ面を露出させた。
さらに、このＣｕをシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中浸漬し、Ｃｕ電解メッキを析出速度１０μｍ／時間で、５時間メッキ処理し貫通孔にＣｕ金属層を埋め込んだ。
電解メッキ終了後に基板を洗浄し、循環オーブン中を用いて１２０℃に加熱しながら導電性貼着シート１０を剥離した。
さらにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中で洗浄した後、水洗処理して貫通孔にＣｕ層が埋め込まれ貫通配線が形成された本発明の実施例によるＳｉ基板を得た
【００３４】
実施例５．
本実施例においては、図３に示すように、導電性貼着シート１０として上記実施例１において用いたものの代わりに、単独で導電性と貼着性とを共に備えた樹脂層からなるものを用い、そのため実施例１における貼着性樹脂の除去工程を施さない他は実施例１と同様にして基板を製造する。
【００３５】
まず、実施例１と同様にして、貫通孔を形成したＳｉ基材表面に膜厚１００ｎｍのＳｉ酸化膜を形成した。
次に、導電性貼着シート１０として繊維系両面導電性シート｛商品名：Ｘ−７１００，タカチ電気工業（株）製｝を室温にてＳｉ基材２に貼着させた。
さらに、上記導電性貼着シート１０をシード層（陰極）として用いて硫酸銅溶液中に浸漬しＣｕ電解メッキを析出速度１０μｍ／時間で、５時間メッキ処理し貫通孔にＣｕ金属を形成した。
電解メッキ終了後に基板を洗浄し、８０℃に加熱しながら上記導電性貼着シートを基板より剥離除去した。
さらにＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中で洗浄した後、水洗処理して樹脂層の残留物を溶解除去した後乾燥して、貫通孔にＣｕ金属層が形成された本発明の実施例によるＳｉ基板を得た。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の第１の基板の製造方法は、基板本体に貫通孔を形成する第１の工程と、上記基板本体の片面に、上記貫通孔を覆うように、貼着性樹脂層と導電層とからなる導電性貼着シートを上記貼着性樹脂層により貼着する第２の工程と、上記貫通孔の開口部から露出する上記導電性貼着シートの貼着性樹脂を除去することにより上記導電性貼着シートの導電層を露出させる第３の工程と、上記導電層を電解メッキ用電極として、電解メッキにより上記電解メッキ用電極上の上記貫通孔に導体層を埋め込む第４の工程と、上記導電性貼着シートを剥離する第５の工程とを備えた方法で、簡便な方法で電気的、熱的特性に優れる配線を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
【図４】本発明の実施例の基板の製造方法を工程順に示す説明図である。
【符号の説明】
１貫通孔、２基板本体、４貼着性樹脂層、５導電層、７導体層、１０導電性貼着シート。

Claims

基板本体に貫通孔を形成する第１の工程と、上記基板本体の片面に、上記貫通孔を覆うように、貼着性樹脂層と導電層とからなる導電性貼着シートを上記貼着性樹脂層により貼着する第２の工程と、上記貫通孔の開口部から露出する上記導電性貼着シートの貼着性樹脂を除去することにより上記導電性貼着シートの導電層を露出させる第３の工程と、上記導電層を電解メッキ用電極として、電解メッキにより上記電解メッキ用電極上の上記貫通孔に導体層を埋め込む第４の工程と、上記導電性貼着シートを剥離する第５の工程とを備えた基板の製造方法。
請求項１における第３の工程を施す代わりに、請求項１の第３の工程において除去されるべき部分の貼着性樹脂を、導電性貼着シートから除去する工程を、第２の工程の前に施すことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
請求項１における導電性貼着シートとして、単独で導電性と貼着性とを共に備えた樹脂層からなるものを用い、請求項１における第３の工程を削除することを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
第４の工程において、貫通孔に導体層を埋め込むと同時に、基板本体表面上の配線パターンの導体層を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板の製造方法。