JP5146352B2 - ビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置 - Google Patents

Description

本発明は、大きいサイズの半導体パッケージ基板の製造工程で用いられる表面粗化装置に関するものであり、特に、絶縁層のエッチング量に偏りのない一様な粗化を行う場合に好適に利用できる、ビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置に関する。

ＢＧＡ基板を始めとする、高集積、高周波用途向け半導体パッケージ用基板には、一般に、コア材の表面に絶縁層となる樹脂を塗布し、これに直接メッキ形成しパターンエッチングすることによりプリント基板を形成するビルドアップ方式が採用されている。このビルドアップ方式では、絶縁層とメッキとの密着性を良好にするために、メッキ処理前に絶縁層の表面を荒らす粗化処理を施す必要がある。その方法としては、エッチング液を満たした処理槽内に基板を浸す、ディップ式エッチングによる粗化が主に採用されている。

ディップ式による方法では、エッチング液の反応効果を持続させるために、処理済みのエッチング液を電解再生槽で再生しながら循環させている。したがって、基板は静止したエッチング液内ではなく、常に流動しているエッチング液内に浸される。この時、基板近傍のエッチング液の温度が一定で、流れが一様であれば、均一なエッチング速度が得られる。しかしながら、従来のディップ式の処理槽では、エッチング液面で蒸発し気化熱が生じるために温度分布が発生する上、処理槽内で発生する自然対流によってエッチング液の滞留が生じ、エッチング液の疲労分布に差が生じる。そのため、エッチング速度にばらつきが生じるといった問題がある。

このエッチング速度のばらつきを低減するために様々な提案がなされている。例えば、特許文献１に示すように、基板（被処理物）を装着したフレームを処理槽内で振動させ、エッチング液を撹拌させることで、エッチング速度のばらつきを低減し、基板のエッチングを均一化する表面粗化装置が提案されている。また、特許文献２では、基板を装着したカセットを処理槽内で回転させ、エッチング液を撹拌させることで、エッチング速度のばらつきを低減し、基板のエッチングを均一化する表面粗化装置が提案されている。

特開平８−４１６５９号公報 特開２００６−３２６０９号公報

しかしながら、大型基板においては、特許文献１の方法では基板端部に比較して基板中央部のエッチング液の攪拌が少ないため、相対的にエッチング速度が遅くなり、エッチング量が十分に均一化されないといった問題がある。また、特許文献２の方法では、基板中央部のエッチング液の攪拌が十分でないことに加え、基板の回転に必要な処理槽の大きさを確保しなければならない。また、処理槽を大きくしたことに伴って循環させるエッチング液量も増やす必要があり、エッチング液を供給する供給ポンプの高性能化と、駆動のための消費エネルギーの増加によってコストアップにつながる。

ディップ式以外の方法としては、スプレーノズルでエッチング液を基板に吹き付けてエッチングするスプレー式がある。しかし、このスプレー式では、エッチング液を基板に均一に当てることが困難であるためにエッチング速度にばらつきが生じるといった問題や、スプレー圧力でエッチング部の底部が不均一な形状となるなどの問題がある。また、この他の方法としては、プラズマ方式によりエッチングを行う方法も知られているが、Ａ３サイズ以上の面積の基板の両面を同時に均一にエッチングすることは困難である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ディップ式による絶縁層の表面粗化において、Ａ３サイズ以上の大きな面積の基板の両面に形成された絶縁層を、同時に均一に低コストで粗化処理を行うことが可能な、ビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１においては、処理槽内で基板の絶縁層の表面を粗化した処理済みエッチング液を、排出口から管路を通して電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を、管路を通して供給口から前記処理槽内に戻し、エッチング液を循環させながら粗化処理を行う表面粗化装置において、前記処理槽は略直方体の形状であり、処理槽内で処理される基板の面と直角をなす側面の一方と基板との間に供給パイプが側面に対し平行に設けられ、前記供給パイプには複数の供給口が側面側に設けられ、処理槽内のもう一方の側面の上部に一つの排出口が設けられ、前記基板と供給パイプの間、および前記基板と排出口が設けられた側の処理槽の側面との間にはそれぞれ整流部材が設けられ、排出口側の整流部材の底部に開口部が設けられ、供給口から排出口に向かって側面と垂直方向にエッチング液を流動させることを特徴とする、ビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置としたものである。

また、請求項２においては、請求項１のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置において、処理槽内の幅方向を−１から１で正規化された位置Ｙ、処理槽内の深さ方向の水面位置から処理槽底を０から−１で正規化された位置Ｚに対し、（Ｙ，Ｚ）で示される位置の前記整流部材の孔径Ｄ（Ｙ，Ｚ）が、
｜Ｙ１｜＞｜Ｙ２｜ の位置Ｙ１、Ｙ２について、Ｄ（Ｙ１，Ｚ）＜Ｄ（Ｙ２，Ｚ）
Ｚ１＞Ｚ２ の位置Ｚ１、Ｚ２について、Ｄ（Ｙ，Ｚ１）＜Ｄ（Ｙ，Ｚ２）
であることを特徴とする請求項１に記載のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置である。

本発明は、請求項１のように処理槽の側面に挿入した供給パイプからエッチング液を供給し整流部材を通して、淀みの少ないエッチング液の流れを基板に与え、対向する側面の排出口から排出させることにより、流れを横方向に均一化し、基板のエッチング速度のばらつきを減少させることができ、また、複数の孔を形成した整流部材の底部に開口部を設けることによって、処理槽の底部のエッチング液を流れやすくすることにより、処理槽の排出口側の底部の渦の発生が抑制され、エッチング液の疲労を抑えることができる。

更に、請求項２に示す式を満たすように排出口側の整流部材の孔径に分布をつけることによって、処理槽の幅方向中央と底部の流出量を増やし、処理槽の排出口側の底部の渦が解消され、エッチング液の疲労を抑えることができる。

本発明の表面粗化装置の、第１の実施形態を示す概略構成図 本発明の表面粗化装置の、第２の実施形態を示す概略構成図 本発明の表面粗化装置の、供給パイプの模式図 本発明の表面粗化装置の、整流部材の平面図 請求項３の式に従い孔径分布をつけた場合の整流部材の平面図 実施例１の表面粗化装置内のエッチング液の流動状態を示す説明図 実施例２の表面粗化装置内のエッチング液の流動状態を示す説明図 実施例３の表面粗化装置内のエッチング液の流動状態を示す説明図 比較例１の表面粗化装置内のエッチング液の流動状態を示す説明図 実施例１の基板の温度分布を示す説明図 実施例２の基板の温度分布を示す説明図 実施例３の基板の温度分布を示す説明図

以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。

（実施形態）
図１は、本発明によるビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置の第１の実施形態を示す概略の構成図である。図１に示すように、表面粗化装置は、エッチング液１を満たす高さ（Ｈ）、幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）の略直方体の処理槽２、基板３の絶縁層表面を粗化した処理済みエッチング液を排出する排出口８、排出管路８１、オーバーフロー槽８２、電解再生槽６、再生後のエッチング液を供給する供給パイプ５、供給管路５１、循環供給ポンプ９１を備えている。

複数枚の基板３は、基板保持ホルダ１１によって保持された状態で、処理槽２内のエッチング液１に浸けられる。また、整流部材Ａは基板３が浸けられている領域と供給パイプ５の配置されている領域を仕切るように配置され、整流部材Ｂは基板３が浸けられている領域と排出口８の配置されている領域を仕切るように配置されている。なお、本発明の請求項２によれば、図２に示すように、排出口８側に設置された整流部材Ｂには、処理槽２底部から一定の高さの開口部を設けてもよい。この構造によって、基板３下部のエッチング液１の流れがスムーズになり、渦の発生を抑制することができる。

処理槽２は略直方体であり、整流部材ＡおよびＢは、それぞれ供給パイプ５および排出口８のある側の処理槽２の側面に平行に配置される。

整流部材ＡおよびＢは、平板状の板材に複数の孔を形成したものであり、その材質は、処理槽２内を循環するエッチング液により変質しないものであればよく、各種の金属、プラスチック、セラミック、ガラス、あるいはこれらを複合した材質のものなど、適宜のものを用いることができる。孔の形状および配置および単位面積あたりの密度については後述する。

図３は、供給パイプ５の一部分を模式的に示した図である。供給パイプ５には、エッチング液を噴出するエッチング液供給孔が筒状の側面に所定ピッチで形成されている。図３には、供給パイプ５の同じ高さの位置にエッチング液供給孔が２個形成されている場合を示しているが、同じ高さに１個ずつでもかまわない。また供給パイプ５が処理槽２内に配設される時には、エッチング液供給孔から供給されるエッチング液が整流部材Ａに直接当たらないような向きに設置する。

処理槽２の側面には、高さＨ’から上部を処理槽２と同じ幅Ｗで開口した排出口８が設けられ、前記排出口８にオーバーフロー槽８２が設置され、その底部に排出管路８１の開口部が配置されている。排出口８からあふれ出したエッチング液１が、オーバーフロー槽８２で回収され、排出管路８１を介して電解再生槽６に送られる。

電解再生槽６で再生されたエッチング液１は、循環供給ポンプ９１や供給管路５１を介して、供給パイプ５のエッチング液供給孔から処理槽２内に供給される。

次に、整流部材Ａ、Ｂについて説明する。
整流部材Ａ、Ｂの孔の形状や配置の例を、図４および図５に示す。図４および図５においては、等ピッチ（図４および図５では３０ｍｍ）の６０°千鳥で孔を配置した場合を示しているが、６０°千鳥以外の配列に孔を配置してもよい。

また、孔のサイズと形状については、図４においては所定の直径（図４では６ｍｍ）を有する円形であり、図５においては所定範囲の直径（図５では６〜１２ｍｍ）を有する円形である場合を示す。孔の形状は円形状に限らなくともよく、長円形状、楕円形状、矩形状などであっても良いし、不定形な孔形状であってもかまわない。

本発明の請求項２によれば、図５に示すように、整流部材Ｂに形成されている孔の径が、処理槽２底部で整流部材Ｂの中央部ほど大きくすることができる。これにより、処理槽２の底のほうでもエッチング液の交換が起きやすくなるようにしている。

図５においては孔の間隔一定で孔径を変化させるようにしているが、孔径一定で孔の間隔を変化させる（底の方ほど孔の間隔を小さくする）ようにしても同様の効果が得られる。

以上のように構成された表面粗化装置を用いた、基板３の粗化処理の実施例について説明する。

処理槽２は、図１又は図２のような構成のステンレス製で、そのサイズは、Ｈ＝１００ｃｍ、Ｗ＝２０ｃｍ、Ｌ＝１２０ｃｍ、Ｈ’＝８０ｃｍとした。また、基板３は、サイズが縦ａ＝６０ｃｍ、横ｂ＝８０ｃｍのビルドアップ基板とし、エポキシ樹脂が塗布された状態である。エッチング液１として過マンガン酸カリウム溶液を満たした処理槽２に、前記基板３の１０枚を１ｃｍ間隔で平行に並べ９ｃｍの深さに２０分浸けて粗化処理を行った。なお、前記基板３の１０枚のうち、最も外側に配置する２枚は同じサイズのステンレス等でできたダミー板でも良い。

その粗化処理の際のエッチング液１は、供給パイプ５からの供給量を毎分５００Ｌとして循環させた。供給パイプ５は４０Ａのステンレス製とし、図３に示したような構成のもので、供給パイプ５の側面に高さ方向の間隔５ｃｍで１６ヶ所に２個ずつ合計３２個のエッチング液供給孔が形成されている。同じ高さにある２個のエッチング液供給孔は互いに９０°の位置にあり、また高さ方向には１列に並んで形成されている。各エッチング液供給孔は孔径６．５ｍｍの円形状である。

整流部材Ａは、図４に示すような孔径６ｍｍの円形状の孔をピッチ３０ｍｍの６０°千鳥で配置したものを用い、処理槽２の供給パイプ５側の側壁面から１０ｃｍ離れた位置に配置した。整流部材Ｂは、処理槽２の仕切り板８２から１４ｃｍ離れた位置に配置した。

前記共通の構成に対し、整流部材Ｂの状態が異なる実施例１〜３および比較例１を示す。

（実施例１）
整流部材Ｂの孔径パターン１として、図４に示すような孔径６ｍｍの円形状の孔をピッチ３０ｍｍの６０°千鳥で配置したものを用いた。整流部材Ｂの処理槽２底部に開口部を設けなかった。

（実施例２）
整流部材Ｂの孔径パターン１として、図４に示すような孔径６ｍｍの円形状の孔をピッチ３０ｍｍの６０°千鳥で配置したものを用いた。請求項２に基づき整流部材Ｂの処理槽２底部から２０ｍｍの高さで開口部を設けた。

（実施例３）
整流部材Ｂの孔径パターン２として、図５に示すような、ピッチ３０ｍｍの６０°千鳥で孔を配置し、
−１から１で正規化された整流部材幅方向（図１、２においてＷの方向）の位置：Ｙ
０から−１で正規化された処理槽深さ方向（図１、２においてＨの方向）の位置：Ｚ
Ｙ、Ｚの位置の整流部材の孔径：Ｄ（Ｙ，Ｚ）
整流部材の最小孔径：Ｄ０
とした時、
Ｄ（Ｙ，Ｚ）＝（１−Ｚ＊ｅｘｐ（−Ｙ＊Ｙ＊５））＊Ｄ０ （式１）
となるように孔径に分布をつけた。この孔径分布をつけたことで、排出口側の整流部材の幅方向中央で底部の流出量を増やし、エッチング液の疲労を抑えることができる。

なお、上記の（式１）は、本発明の請求項２に記載の、
｜Ｙ１｜＞｜Ｙ２｜ となる任意の位置（Ｙ１，Ｚ）と（Ｙ２，Ｚ）に対して、
Ｄ（Ｙ１，Ｚ）＜Ｄ（Ｙ２，Ｚ）
Ｚ１＞Ｚ２ となる任意の位置（Ｙ，Ｚ１）と（Ｙ，Ｚ２）に対して、
Ｄ（Ｙ，Ｚ１）＜Ｄ（Ｙ，Ｚ２）
という条件を満たすものである。また整流部材Ｂの処理槽２底部から２０ｍｍの高さで開口部を設けた。

更に、本発明の効果を比較検証するため、以下を実施した。

（比較例１）
整流部材Ａは設置しているが、整流部材Ｂを設置しなかった。

実施例１〜３および比較例１についてのエッチング液の流出時間をまとめたものを表１に示す。

表１において、本発明に基づいて整流部材Ｂを設置した実施例１〜３は、整流部材Ｂを設置しなかった比較例１に比べエッチング液の平均流出時間が非常に短くなっており、処理槽内においてより淀みのない流れとなっていることがわかる。

図６〜９は、それぞれ実施例１〜３および比較例１の粗化処理の際の処理槽２内のエッチング液の流れを模式的に示したものである。

図９に示す比較例１のエッチング液の流れでは、処理槽２に複数の大きな渦が発生し、淀みとなっていることがわかる。図６に示す実施例１のエッチング液の流れでは、処理槽２底部に弱い渦が発生しやや滞留が生じたが、図７、８に示す実施例２、３のエッチング液の流れでは処理槽２底部に渦が発生せず、従って定常的な滞留も生じなかった。更に、図７に示す実施例２のエッチング液の流れでは、整流部材Ｂから基板３へ逆流する淀みが生じたが、図８に示す実施例３のエッチング液の流れでは、整流部材の孔径に前記のような分布をつけたことによって、整流部材Ｂから基板３への逆流がなく淀みが解消された。

表１によると実施例１のほうが実施例２、３よりも平均流出時間がやや短くなっているが、局所的な流れを見ると、請求項２に基づいて処理槽２底部に開口部のある整流部材Ｂを用いた実施例２、３の方が定常的滞留のない好ましい流れになっていることがわかる。更に、実施例２よりも、請求項３に基づいて整流部材Ｂの孔径に分布を与えた実施例３のほうが、より淀みのない好ましい流れになっていることがわかる。

また、図１０〜１２は、それぞれ本発明に基づく実施例１〜３の粗化処理の際の基板３のうち、中央に配置された基板の定常状態の温度分布を示したものである。いずれも０．０１５℃以下となっており、エッチング速度に有意差が生じるほどの温度差になっていないことも確認された。

以上説明したように本発明のエッチング装置によれば、渦を解消し淀みを減らすことができ、エッチング速度のばらつきを抑えられるため、エッチング処理を均一化する効果が得られる。

１・・・エッチング液
２・・・処理槽
３・・・基板
５・・・供給パイプ
６・・・電解再生槽
８・・・排出口
Ａ・・・供給パイプ側の整流部材
Ｂ・・・排出口側の整流部材
５１・・・供給管路
８１・・・排出管路
８２・・・オーバーフロー槽
９１・・・循環供給ポンプ

Claims (2)

1. 処理槽内で基板の絶縁層の表面を粗化した処理済みエッチング液を、排出口から管路を通して電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を、管路を通して供給口から前記処理槽内に戻し、エッチング液を循環させながら粗化処理を行う表面粗化装置において、前記処理槽は略直方体の形状であり、処理槽内で処理される基板の面と直角をなす側面の一方と基板との間に供給パイプが側面に対し平行に設けられ、前記供給パイプには複数の供給口が側面側に設けられ、処理槽内のもう一方の側面の上部に一つの排出口が設けられ、前記基板と供給パイプの間、および前記基板と排出口が設けられた側の処理槽の側面との間にはそれぞれ複数の孔を形成した整流部材が設けられ、排出口側の整流部材の底部に開口部が設けられ、供給口から排出口に向かって側面と垂直方向にエッチング液を流動させることを特徴とする、ビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置。
   
2. 請求項１のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置において、処理槽内の幅方向を−１から１で正規化された位置Ｙ、処理槽内の深さ方向の水面位置から処理槽底を０から−１で正規化された位置Ｚに対し、（Ｙ，Ｚ）で示される位置の前記整流部材の孔径Ｄ（Ｙ，Ｚ）が、
   ｜Ｙ１｜＞｜Ｙ２｜ の位置Ｙ１、Ｙ２について、Ｄ（Ｙ１，Ｚ）＜Ｄ（Ｙ２，Ｚ）
   Ｚ１＞Ｚ２ の位置Ｚ１、Ｚ２について、Ｄ（Ｙ，Ｚ１）＜Ｄ（Ｙ，Ｚ２）
   であることを特徴とする請求項１に記載のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置。
   

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