JP4639586B2 - 導電パターンの形成方法、配線の形成方法、半導体装置の製造方法、回路基板の製造方法、並びに、電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導電パターンの形成方法、配線の形成方法、半導体装置の製造方法、回路基板の製造方法、並びに、電子部品の製造方法に関する。

従来、中空配線等の３次元的なパターンは、犠牲層のエッチング等、ＭＥＭＳ技術若しくはその応用技術により形成されていた（例えば特許文献１〜３）。
特開平１１−３５４７１７号公報 特開２０００−２６９３２７号公報 特開２００１−１８５８２１号公報

しかしながら、上述の方法はいずれもフォトリソグラフィ技術を使用するため、工程への設備投資が大きく、プロセスの流動時間も長い。また、ＭＥＭＳ技術によって形成した３次元パターン（例えば中空配線）は、衝撃等に弱く、信頼性の面でも課題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、設備投資が少なく安価にパターンを形成することのできる導電パターンの形成方法、配線の形成方法、半導体装置の製造方法、回路基板の製造方法、電子部品の製造方法を提供することを目的とし、更に、衝撃等に対して高い信頼性が得られる導電パターン、配線、半導体装置、回路基板、電子部品、電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の導電パターンの形成方法は、光造形技術により基板上にパターンの芯材を形成する工程と、メッキ技術により上記芯材の表面に導電材料を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
本方法では、使用する装置が光造形機とメッキ装置のみで済む（即ち、設備投資が少なくて済む）ため、安価に製品を提供することができる。特に本方法では、光造形技術により任意の立体形状が得られるため、別途抵抗部やキャパシタ等の付加的な構造を追加することも容易であり、デバイスの設計自由度が非常に高い。また、本方法では、従来のフォトリソグラフィ技術で用いるようなマスクが不要であり、製造条件も安定していることから、少量多品種の製造に優れるといった利点もある。さらに、本方法によって形成された導電パターンは芯材が樹脂によって形成されるため、衝撃等に強く、信頼性の高いパターンとなる。逆に、このような樹脂の弾性力を積極的に利用することで、パターン自身に応力緩和機能や弾性変形機能（バネ構造を含む）を付与することもできる。

なお、本方法で得られる導電パターンでは、導電パスはパターンの表面部のみに形成されるため、従来のもの（導電パスがパターン全体で形成されるもの）に比べて抵抗が若干大きくなるが、この導電パターンを例えば高周波伝送等に利用する場合には、電気伝導はパターンの表面部のみで生じる（表皮効果）ため、特に問題にはならない。

また、本発明の導電パターンの製造方法は、導電性の樹脂を用いて光造形技術により基板上に所定のパターンを形成することを特徴とする。
本方法では、別途樹脂の表面に導電材料を形成する必要がないため、より簡単に所望のパターンを得ることができる。また、こうして得られた導電パターンでは導電パスはパターン全体に形成されるため、パターン表層部にのみ導電パスが形成される上述の構成に比べて良好な電気的特性が得られる。なお、上述の導電性の樹脂としては、例えばピロール等の金属導電性を示す高分子材料を用いることができる。或いは、アクリル等の絶縁性の高分子材料に導電性微粒子を練り込んだものを用いてもよい。

また、本発明の導電パターンの形成方法は、導電層の上に該導電層と電気的に接続された導電パターンを形成する方法であって、光造形技術により、上記導電層上にパターン本体の形状をなす第１の芯部と、該第１の芯部と上記導電層とを接続するための第２の芯部とを一体に形成する工程と、メッキ技術により、上記第１の芯部と第２の芯部とを含む芯材の表面に導電材料を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
本方法によれば、導電層上に層間絶縁膜を形成せずに直接導電パターンを形成できるため、導電層とパターン本体部との間に生じる寄生容量を十分小さくすることができる。このため、本構造を多層配線に適用した場合には、配線間に層間絶縁膜がない所謂中空配線と呼ばれる理想的な配線形態を実現することができる。通常、このような中空配線では十分な機械的強度は得られないが、本方法で形成されるパターンは芯材が樹脂で構成されるため、従来の無機材料のみからなる導電パターンと違って、パターン本体部と導電層との間に補強材（層間絶縁膜等）がなくても簡単に破損することはない。

また、本発明の導電パターンの形成方法は、導電層の上に該導電層と電気的に接続された導電パターンを形成する方法であって、導電性の樹脂を用いて光造形技術により、上記導電層上にパターン本体となる第１の導電部と、該第１の導電部と上記導電層とを接続するための接続プラグとなる第２の導電部とを一体に形成することを特徴とする。
本方法では、別途樹脂の表面に導電材料を形成する必要がないため、より簡単に中空配線等の３次元パターンを形成することができる。

また、本発明の配線の形成方法，半導体装置の製造方法、回路基板の製造方法、電子部品の製造方法は、上述の方法により形成された導電パターンを用いてそれぞれ配線、半導体装置、回路基板、電子部品を形成又は製造することを特徴とする。
これにより、これらの部材や部品をより安価に提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、光造形技術によってパターンの芯材を形成し、この芯材の表面にメッキを施すことで導電化するものである。
図１は，本発明の電電パターンの形成方法の一例を示す工程図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

本例では、まず図１（ａ）に示すように、パターンの形成対象となる基板１０を用意する。基板１０の材料は、その目的に応じて種々のものを選択することができる。例えば光透過性が求められる場合にはガラス等の透光性材料が選択され、可撓性が求められる場合には樹脂材料等が選択される。また、半導体素子を形成する場合にはシリコンウェハ等の半導体基板が選択される。さらに、基板１０は、複数の導電膜（配線層）と絶縁膜とが予め積層された多層配線基板や回路基板若しくはＩＣチップ等であってもよい。本例では、基板１０を、表面に電極又はランド（導電層）１１を備えたＩＣチップとし、このＩＣチップ１０の導電層１１に再配置配線を形成する場合について説明する。

このように基板１０に対して、本発明では、図１（ｂ）に示すように、光造形技術により３次元形状の樹脂製の芯材１２を形成する。この芯材１２は、配線本体（パターン本体）の形状をなす第１の芯部１２ａと、この第１の芯部１２ａと導電層１１とを接続するための第２の芯部１２ｂとを一体に備えている。また、本例では必要に応じて更に第１の芯部１２ａの端部に、端子電極又はランドの形状をなす第３の芯部１２ｃを一体に設けることもできる。

このような芯材１２は図２に示すような光造形装置によって形成することができる。図２において、光造形装置１００は、レーザ光源１０１と、基板支持用のステージ１０２と、基板１０に芯材の材料となる樹脂Ｒを吐出するためのマイクロディスペンサ１０３とを備えている。この光造形装置１００は、レーザ照射によって樹脂層の所定の部位を選択的に硬化させることで、任意の形状の芯材を形成できるようになっている。
ここで、樹脂Ｒとしては光硬化性樹脂（感光性樹脂）及び熱硬化性樹脂のいずれを用いることもできる。本例では、例えばアクリル等の絶縁性の感光性樹脂（光硬化性樹脂）を用いる。レーザ光源１０１の出力波長や出力強度はこの樹脂Ｒの硬化特性（光反応特性、熱反応特性）に応じて最適に設定される。

ステージ１０２は、基板１０を支持した状態でＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に設けられており、基板１０はステージ１０２の移動により光源１０１から射出された光束に対して移動可能となっている。また、ステージ１０２はＺ軸方向にも移動可能となっている。ここで、光源１０１とステージ１０２に支持された基板１０との間には不図示の光学系が配置されている。基板１０を支持したステージ１０２はＺ軸方向に移動することにより、前記光学系の焦点に対する基板１０の位置を調整可能となっている。そして、光源１０１より射出された光束は、ステージ１０２に支持されている基板１０を照射するようになっている。

次に、図３を参照しながら具体的な芯材の形成手順について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、マイクロディスペンサ１０３によって基板上の所定の領域に樹脂層Ｒ１を形成し、この樹脂層Ｒ１に対して所定の光束径を有するレーザ光束を部分的に照射する。これにより、図３（ｂ）に示すように、樹脂層Ｒ１はレーザの照射領域に対応して部分的に硬化され、この硬化された樹脂層によって第２の芯部１２ｂが形成される。

次に、第２の芯部１２ｂを形成したのと同様の手順により、樹脂層Ｒ１の上に第１の芯部１２ａを形成する。すなわち、マイクロディスペンサ１０３によって樹脂層Ｒ１（第２の芯部１２ｂを含む）の上に樹脂層Ｒ２を形成し、レーザ照射によって、第２の芯部１２ｂの形成領域を含む所定の領域の樹脂層Ｒ２を選択的に硬化する。この工程により、第１の樹脂層Ｒ１の上に、硬化樹脂からなる第１の芯部１２ａが第２の芯部１２ｂと一体に形成される。
そして、このように下層側から第２の芯部１２ｂと第１の芯部１２とを順に形成した後、現像処理により未硬化部分の樹脂層を除去する。これにより、基板１０上に３次元形状を有する芯材が形成される。なお、第１の芯部１２ａの上に第３の芯部１２ｃを形成する場合には、図３（ｄ）の工程の後に、第２の芯部１２ｂ及び第１の芯部１２ａを形成したのと同様の手順を繰り返せばよい。

図１に戻って芯材形成後の工程について説明する。
図３のようにして芯材１２が形成されたら、今度はメッキ技術により、この芯材１２の表面に導電材料を形成する。具体的には、液相法（ディップ法や液滴吐出法等）により芯材１２の表面に塩化パラジウム等の触媒を形成し、無電解メッキにより導電薄膜（導電材料）１３を堆積させる（図１（ｃ））。

以上により、導電層１１の上に、配線本体（パターン本体）となる第１の導電部１４ａと、該第１の導電部１４ａと上記導電層１１とを接続するための接続プラグとなる第２の導電部１４ｂとを一体に備えた配線１が形成される。この配線１は、配線本体である第１の導電部１４ａの下層側に層間絶縁膜等が配置されない（即ち、配線本体の下が空気層となる）、所謂中空配線構造を有することから、理想的な電気的特性が得られるようになっている。通常、このような中空配線では十分な機械的強度は得られないが、本例の配線は配線芯が樹脂によって構成されるため、従来の無機材料のみからなる導電パターンと違って、パターン本体部と導電層との間に補強材（層間絶縁膜等）がなくても簡単に破損することはない。
このように形成された配線１には、図１（ｄ）に示すように、配線端部に形成された端子電極又はランド１３ａの上に半田バンプ２０が形成され、このバンプ２０を介して外部素子と電気的に接続されることとなる。

以上説明したように、本発明では、使用する装置が光造形機とメッキ装置のみで済む（即ち、設備投資が少なくて済む）ため、安価に製品を提供することができる。また、本方法では、従来のフォトリソグラフィ技術で用いるようなマスクが不要であり、製造条件も安定していることから、少量多品種の製造に優れるといった利点もある。
また、本方法によって形成された導電パターンは芯材が樹脂によって形成されるため、衝撃等に強く、信頼性の高いパターンとなる。逆に、このような樹脂の弾性力を積極的に利用することで、パターン自身に応力緩和機能や弾性変形機能（バネ構造を含む）を付与することもできる。このような樹脂の弾性力が有効に発揮される形態としては、以下のものが挙げられる。

図４は、本発明の導電パターンの形成方法を用いて製造した電子部品の一例であるプローブカード２の要部構造を示す断面図である。プローブカード２は、半導体装置や液晶装置等の電気特性検査を行なうための触針器具であり、端子電極（導電層）１１を有するプローブ基板１０と、この電極１１の上に形成された検査針としてのプローブ１７とを備えている。プローブ基板１０には電極１１の形成位置に貫通電極（図示略）が形成されており、この貫通電極及び電極１１を介して、基板裏面側に配置された検査装置本体（テスター）からプローブ１７に対して検査信号が供給されるようになっている。

このプローブ１７は、プローブ本体（パターン本体）である第１の導電部１７ａと、この第１の導電部１７ａと電極１１とを接続するための接続プラグとなる第２の導電部１７ｂと、これら第１の導電部１７ａと第２の導電部１７ｂとを繋ぐ第３の導電部１７ｃとを備えており、例えば図１に示した配線１の形成方法と同様の手順によって形成されている。すなわち、まず基板１０上に、光造形技術を用いて３次元的な形状を有する樹脂製の芯材１５を形成する。この際、芯材１５は、例えばプローブ本体１７ａの形状をなす第１の芯部１５ａと、この第１の芯部１５ａと電極１１とを接続するための第２の芯部１５ｂと、これらの芯部１５ａ及び１５ｂを繋ぐための第３の芯部１５ｃとを、下層側のものから順に形成する。そして、この工程により一体に形成された第１の芯部１５ａ，第２の芯部１５ｂ，第３の芯部１５ｃ（即ち、芯材１５）にメッキ処理を施して、芯材１５の表面を導電材料１６によって被覆する。

本例のプローブ１７は芯材が樹脂によって構成されているため、単に基板に検査針を埋め込んだだけの従来のプローブに比べて、弾力性に富んだ構造となっている。このため、検査針１７ａを半導体装置や液晶装置の端子部に接触させた場合に、この検査針１７ａと接続プラグ１７ｂとの連結部である第２の導電層１７ｃが弾性変形し、接触時の応力を緩和することができる（応力緩和機能）。このように本例によれば、被測定側の端子を傷つけることなく当該端子との間で良好な密着性が得られることから、高い精度の検査を行なうことが可能となる。また、極めて柔軟性の高い構造が得られることから、相手側端子との接触時に、その衝撃でプローブ１７が破損する虞が少なくなる。
なお、樹脂の弾性力が有効に発揮される例としては、この他にも、例えばＤＭＤ等で用いられるような可動性のミラーデバイス等を挙げることができる。このような素子を本発明の方法によって形成することで、デバイスの高性能化及び低コスト化を図ることができる。

また、本発明の導電パターンの形成方法では、光造形技術により任意の立体形状が得られるため、例えば図５に示すように配線１８の一部を渦巻状とすることで、インダクタ１８（図中、符号１７は配線３の芯材を示す）等の構造を付加することも容易となる。勿論、平板状の配線を重ねてキャパシタを形成したり、抵抗部を形成することもできる。このように本発明によれば、デバイスの設計自由度も格段に高くなり、デバイスの高機能化を図ることが可能となる。

次に、本発明の導電パターンを有する配線又は半導体装置を備えた回路基板及び電子機器について説明する。
図６は本発明の回路基板の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。図６に示すようにこの実施形態の回路基板５には、前述の再配置配線を備えたＩＣチップを３次元実装してなる半導体装置４が搭載されている。回路基板５は、例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板からなるもので、例えば銅等からなる配線パターン（図示せず）が所望の回路となるように形成され、さらにこれら配線パターンに電極パッド（図示せず）が接続されている。そして、この電気パッドに半導体装置４におけるインターポーザ基板のハンダボールが電気的に接続されることにより、半導体装置４は回路基板５上に実装されたものとなっている。なお、回路を構成する配線パターンを本発明の方法により形成することも可能である。

図７は本発明の電子機器の一実施形態としての、携帯電話の概略構成を示す斜視図である。図７に示すようにこの携帯電話６は、前記のＩＣチップ又は前記回路基板５を、その筐体内部に備えている。
なお、電子機器としては、前記の携帯電話に限られることなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、ノート型コンピュータ、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。
例えば本実施形態では、本発明の導電パターンの形成方法を電極や配線の形成方法、或いは、電子部品の形成方法に適用した例について説明した。しかし、本発明を半導体装置や回路基板等の、導電パターンを有する種々のデバイスの製造方法に適用可能であることは言うまでもなく、これにより、従来のＭＥＭＳ技術を用いて形成した３次元構造よりも信頼性の高い構造物を安価に形成することが可能となる。この場合、平面形状のパターンを形成することも可能であるが、３次元形状のパターンを形成する方が本発明の効果をより効果的に発揮することができる。
なお、本方法で得られる導電パターンでは、導電パスはパターンの表面部のみに形成されるため、従来のもの（導電パスがパターン全体で形成されるもの）に比べて抵抗が若干大きくなるが、この導電パターンを例えば高周波伝送等に利用する場合には、電気伝導はパターンの表面部のみで生じる（表皮効果）ため、特に問題にはならない。

また、上記実施形態では、導電パターンを絶縁性の芯材の表面にメッキ処理を施すことにより形成したが、芯材自体が導電性を示すものであれば、このようなメッキ処理は不要となる。例えば芯材を、ピロール等の金属導電性を示す高分子材料によって形成したり、アクリル等の絶縁性の高分子材料に導電性微粒子を練り込んだものによって形成したりすることにより、芯材の形成工程のみで導電パターンを形成することが可能となる。また、こうして得られた導電パターンでは導電パスはパターン全体に形成されるため、パターン表層部にのみ導電パスが形成される上述の構成に比べて良好な電気的特性が得られる。

本発明の導電パターンの形成方法の一例としての配線の形成方法を示す工程図。 同、導電パターンの形成方法に好適に用いられる光造形装置の概略構成を示す模式図。 同、導電パターンの芯材の形成工程の一例を示す工程図。 本発明の電子部品の一例を示す部分断面図。 本発明の配線構造の一例を示す平面図及び断面図。 本発明の回路基板の一例を示す斜視図。 本発明の電子機器の一例を示す斜視図。

符号の説明

１・・・配線（導電パターン）、２・・・電子部品、３・・・配線（導電パターン）、５・・・回路基板、６・・・電子機器、１０・・・基板、１１・・・導電層、１２・・・芯材、１２ａ，１５ａ・・・第１の芯部、１２ｂ，１５ｂ・・・第２の芯部、１２ｃ，１５ｃ・・・第３の芯部、１３，１６・・・導電材料、１４ａ，１７ａ・・・第１の導電部、１４ｂ，１７ｂ・・・第２の導電部、１４ｃ，１７ｃ・・・第３の導電部、１７・・・プローブ（導電パターン）、１８・・・インダクタ（導電パターン）、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２・・・樹脂

Claims (5)

1. 導電層の上に該導電層と電気的に接続された導電パターンを形成する方法であって、
   光造形技術により、樹脂層を選択的に硬化させて、前記導電層上にパターン本体の形状をなす第１の芯部と、該第１の芯部と前記導電層とを接続するための第２の芯部とを一体に形成する工程と、
   現像処理により前記第１の芯部の下層側の未硬化部分の前記樹脂層を除去する工程と、
   メッキ技術により、前記第１の芯部と前記第２の芯部とを含む芯材の表面全体に導電材料を形成し、３次元導電パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする、導電パターンの形成方法。
2. 請求項１に記載の方法により形成された導電パターンを用いて配線を形成することを特徴とする、配線の形成方法。
3. 請求項１に記載の方法により形成された導電パターンを用いて半導体装置を製造することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
4. 請求項１に記載の方法により形成された導電パターンを用いて回路基板を製造することを特徴とする、回路基板の製造方法。
5. 請求項１に記載の方法により形成された導電パターンを用いて電子部品を製造することを特徴とする、電子部品の製造方法。

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