JP5724499B2 - 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係り、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、エッチング液面での気化熱によって温度分布が生じる上、処理槽内で発生する自然対流によってエッチング液が滞留し、エッチング液の疲労分布に差が生じる。そのため、基板面のエッチング速度がばらつく問題がある。

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目的とする。

上記の課題を解決するための手段として、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、電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を該処理槽内に戻し、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であって、
前記処理槽は略直方体の形状であり、
前記処理槽内で処理される基板面と直角の位置にある一方の処理槽側面側の処理槽内部に、１ないし複数の排出孔を設けた第１排出パイプと１ないし複数の供給孔を設けた第２供給パイプを挿入し、他方の処理槽側面側の処理槽内部の該第１排出パイプと対向する位置に、１ないし複数の排出孔を設けた第２排出パイプを挿入し、前記第２供給パイプと対向する位置に１ないし複数の供給孔を設けた第１供給パイプを挿入し、片側面の供給パイプと排出パイプは一定の間隔を有し、前記処理槽の側面には供給パイプ及び排出パイプから一定の距離を取った所に整流部材を有し、前記第２排出パイプを挿入した側の処理槽側面にオーバーフロー槽と接続する排出口を配置し、前記第１供給パイプと前記第１排出パイプからなる第１循環路と前記第２供給パイプと前記第２排出パイプからなる第２循環路を交互に使用してエッチング液を循環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に記載の発明は、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において、前記整流部材の高さが排出口の高さよりも低い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である。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置において、粗化処理中は前記整流部材の高さよりも低い位置にエッチング液の液位を保ち、次の粗化処理までの間に前記第２循環路でエッチング液を循環させながら排出口の高さまで液位を上げ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である。

本発明は、処理槽側面の供給孔からエッチング液を供給し、処理槽側面の排出孔から排
出させる構造の表面粗化装置において、粗化処理中に第１循環路と第２循環路を交互に使
用することによって処理槽内のエッチング液を撹拌し、エッチング速度のばらつき要因で
ある基板面近傍の温度分布や流速分布を平均化することができるため、粗化の均一化を図
ることができる。一般的に、粗化処理に要する時間、数分から数十分の間、エッチング速
度はほぼ一定であるため、その間に生じる疲労分布は粗化ばらつきに影響しない。従って
、粗化処理中は均一な整流となっている必要はなく、一時的な渦が生じてでも撹拌を充分
に行うことが望ましい。更に、粗化処理後に第２循環路のみを使用することによって均一
な横流れを生じさせ、滞留なく処理槽内の疲労エッチング液を効率的に入れ替えることが
できるため、粗化処理時間を超える長時間、疲労エッチング液の滞留による基板のエッチ
ング速度のばらつきを防ぐことができる。また、排出口を設けることによって、排出パイ
プによる排出の不具合が生じても、排出口からオーバーフロー槽にエッチング液が流れる
ため、処理槽からエッチング液が溢れ出すことを防ぐことができる。

また、前記整流部材の高さを排出口の高さよりも低くすることによって、処理槽内の液面に浮いた不純物が整流部材で堰き止められることなく排出口から排出されるため、基板に不純物が付着することを防ぐことができる。

また、粗化処理中は整流部材の高さよりも低い位置にエッチング液の液位を保つことによって、エッチング液は全て整流部材を通して循環するため、処理槽の深さ方向の流速分布を均一に近くし、エッチング速度のばらつきを防ぐことができる。さらに、次の粗化処理までの間に前記第１循環路でエッチング液を循環させながら排出口の高さまで液位を上げることによって、液位が整流部材の高さを超えるまでは均一な横流れを生じさせ、滞留なく処理槽内の疲労エッチング液を効率的に入れ替えることができるため、粗化処理時間を超える長時間、疲労エッチング液の滞留による基板のエッチング速度のばらつきを防ぐことができ、さらに液位が排出口の高さに達すると処理槽内の液面に浮いた不純物が排出口から排出されるため、基板に不純物が付着することを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る表面粗化装置の概略構成図である。 本発明の表面粗化装置の処理槽を上から見た模式図である。 本発明の表面粗化装置の供給分配管の供給孔付近の模式図である。 本発明の表面粗化装置の第１排出パイプ、第２排出パイプの模式図である。 本発明の表面粗化装置の整流部材の平面図である。 本発明の表面粗化装置の整流部材の高さと排出口の高さを示す側面図である。 本発明の実施例における粗化処理中に第１循環路を選択した場合の処理槽内のエッチング液の流れを示す説明図である。 本発明の実施例における粗化処理中に第２循環路を選択した場合の処理槽内のエッチング液の流れを示す説明図である。 本発明の実施例における粗化処理後に排出口からオーバーフローさせた場合の処理槽内のエッチング液の流れを示す説明図である。

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実施形態の一例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１を排出する第１排出孔８１を有する第１排出パイプ７１、および、第２排出孔８２を有する第２排出パイプ７２、再生後のエッチング液１を供給する第１供給パイプ５１および第２供給パイプ５２から構成される。第１供給パイプ５１および第２供給パイプ５２はそれぞれ２本の分配管に分岐し、第１供給孔４１を有する第１供給分配管５１１と５１２、第２供給孔４２を有する第２供給分配管５２１と５２２から構成される。第１排出パイプ７１および第２排出パイプ７２は、電解再生槽６に接続されている。また、第１供給分配管５１１と５１２は、処理槽２の側面に対面して挿入し、第２供給分配管５２１と５２２は、処理槽２の他方の側面に対面して挿入した構成からなる。

第１供給孔４１、第２供給孔４２は、それぞれ第２供給分配管５２１および５２２上の処理槽深さ方向に一定間隔で設けられている。さらに、第１排出孔８１、第２排出孔は、それぞれ第１排出パイプ７１、第２排出パイプ７２上の処理槽深さ方向に一定の間隔で設けられている。

第２供給パイプ５２が挿入された側の処理槽２の側面には、高さＨｏの位置にオーバーフロー槽２２への排出口２１が設けられ、オーバーフロー槽２２の底に接続された第３排出パイプ７３から第２排出パイプ７２へオーバーフローしたエッチング液１が排出される。

図２は、図１の処理槽２を上からみた平面概略図である。第１供給パイプ５１と第２排出パイプ７２は、処理槽２の同じ側面側の処理槽内部に挿入され、第２供給パイプ５２と第１排出パイプ７１は、処理槽２のもう一方の側面側の処理槽内部に挿入される。

基板３は、基板支持フォルダ１１によって吊り下げられ、粗化処理中は処理槽２に漬けられる。第１供給パイプ５１、第２供給パイプ５２、第１排出パイプ７１、第２排出パイプ７２には、それぞれ第１供給ポンプ９１、第２供給ポンプ９２、第１排出ポンプ９３、第２排出ポンプ９４が接続されている。第１供給ポンプ９１と第１排出ポンプ９３とを同時に作動する第１循環路か、第２供給ポンプ９２と第２排出ポンプ９４とを同時に作動する第２循環路かを選択することにより、粗化処理中の処理槽２と電解再生槽６の間のエッチング液１の循環を制御できるようになっている。

また、各供給分配管および各排出パイプから一定の距離に、パンチングメタルや金網、ハニカムなどの整流部材１２を設置し、エッチング液１の供給、排出が一様に行われるようにしている。

整流部材１２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１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、適宜選択できる。

また、整流部材１２の孔１３の形状や配置の一例を図５に示す。図５では、３０ｍｍの等ピッチ６０°千鳥で直径６ｍｍの孔１３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１３のサイズや形状についても円形状に限らず、長円形状、楕円形状、短形状などであってもよく、また、不定形な孔形状であっても構わない。

図６は、図１の処理槽２を側面からみた概略図である。供給パイプ及び排出パイプ等は省略した。整流部材１２の高さＨｐは、排出口２１の高さＨｏよりも低くする。

基板３の粗化処理中は、第１循環路と第２循環路を交互に循環させながら、エッチング液１の液位Ｈｗは整流部材１２の高さＨｐよりも低く保つ。基板３の粗化処理が終了すると、基板３は基板支持フォルダ１１によって引き上げられる。その際、第２供給ポンプ９２と第２排出ポンプ９４とを同時に作動する第２循環路が選択され、処理槽２の疲労したエッチング液１を総入れ替えする。その際、第２供給ポンプ９２の流量を第２排出ポンプ９４の流量より多くすることによって、エッチング液１の液位は排出口２１の高さに変化させ、オーバーフローさせる。次の基板３の粗化処理前に第２排出ポンプ９４のみを作動させ、エッチング液１の液位Ｈｗを整流部材１２の高さＨｐよりも低くする。

実施形態で説明した構成の表面粗化装置での実施例を述べる。

図１の表面粗化装置において、処理槽２は、高さＨ１０００ｍｍ、幅Ｗ５００ｍｍ、長さＬ１２００ｍｍの略直方体ステンレス槽とした。第２供給パイプ５２が挿入された側の処理槽２の側面には、高さＨｏ８６０ｍｍの位置にオーバーフロー槽２２への排出口２１を設けた。エッチング液１として、７０℃の過マンガン酸カリウム溶液を使用し、液位Ｈｗ＝８００ｍｍで処理槽２を満たしている。基板３は、横ａ＝６００ｍｍ、縦ｂ＝５００ｍｍ、厚みｃ＝１ｍｍ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。前記基板３を１４枚、２０ｍｍ間隔で平行に並べ、液面からの深さ１２０ｍｍで２０分間漬けて、粗化処理を行った。

図３は、表面粗化装置の供給分配管の供給孔付近の模式図である。図３に示したような構成で、第１供給分配管５１１および５１２、第２供給分配管５２１および５２２は４０Ａステンレスパイプを用い、パイプの側面に、同じ高さにある開口が互いに９０℃の位置にある３個の直径６．５ｍｍの開口を、整流部材１２に対して反対側向きに、高さ方向に１列に５０ｍｍ間隔で１６ヶ所設け、それぞれ第１供給孔４１、第２供給孔４２とした。

なお、開口の方向は、特に限定されるものではない。本実施例では、開口からの噴流が、整流部材１２に直接当たらないようにするために、開口を処理槽側面の方向に向けた。噴流が整流部材を透過して一様な流れを阻害させないため、噴流が直接整流部材に当たらないことがより望ましい。

図４は、表面粗化装置の第１排出パイプ７１および第２排出パイプ７２の模式図である。図４に示したような構成で、第１排出パイプ７１および第２排出パイプ７２は５０Ａステンレスパイプを用い、パイプの側面に、同じ高さにある開口が互いに９０℃の位置にある２個の直径６．５ｍｍの開口を、整流部材１２に対して反対側向きに、高さ方向に１列に５０ｍｍ間隔で１６ヶ所設け、それぞれ第１排出孔８１、第２排出孔８２とした。

なお、開口の方向は、特に限定されるものではない。本実施例では、開口からの吸入流が、整流部材１２に直接当たらないようにするために、開口を処理槽側面の方向に向けた。吸入流が整流部材を透過して一様な流れを阻害させないため、吸入流が直接整流部材に当たらないことがより望ましい。

整流部材１２は、幅Ｗ５００ｍｍ、高さＨｐ８５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレス板であって、図５に示すように孔径６ｍｍの円形状の孔をピッチ１０ｍｍの６０°千鳥で配置したものを用い、処理槽２の側壁面から１５０ｍｍ離れた位置に配置した。

基板３の粗化処理中の、処理槽２内のエッチング液１の流れの模式図を図７、図８および図９に示す。図７は粗化処理中に第１循環路を選択した場合の処理槽２内のエッチング液１の流れを示す説明図、図８は粗化処理中に第２循環路を選択した場合の処理槽２内のエッチング液１の流れを示す説明図、図９は粗化処理後に排出口２１からオーバーフローさせた場合の処理槽２内のエッチング液１の流れを示す説明図である。

第１循環路の第１供給ポンプ９１および第１排出ポンプ９３と、第２循環路の第２供給ポンプ９２および第２排出ポンプ９４を５分毎に交互に作動させることで、毎分３００Ｌ循環させ、エッチング液１の液位Ｈｗを８００±２０ｍｍに保ちながら、処理槽２内に交互に逆向きの流れを与えた。エッチング液１の液位Ｈｗは、整流部材１２の高さＨｐ８５０ｍｍよりも低いため、一様に近い平均横流れが得られた。基板３のエッチング終了時に、基板３は基板支持フォルダ１１によって引き上げられる。

基板３の粗化処理後は、第２循環路の第２供給ポンプ９２を毎分３０４Ｌ、第２排出ポンプ９４を毎分３００Ｌで作動させることで、エッチング液１の液位Ｈｗを上昇させながら処理槽２に一様に近い平均横流れを生じさせ、エッチング液１の液位Ｈｗが整流部材１２の高さＨｐ８５０ｍｍを超える７分３０秒間に処理槽２のエッチング液１を完全に入れ替えることができた。１分３０秒後には、高さＨｏ８６０ｍｍの排出口２１からエッチング液１がオーバーフローし、さらに１分かけて液面の不純物を排出することができた。その後、約７秒間、第２排出ポンプ９４のみを毎分３００Ｌで作動させることで、エッチング液１の液位Ｈｗを８００ｍｍに戻して、次の粗化処理を行った。

１…エッチング液、２…処理槽、３…基板、４１…第１供給孔、４２…第２供給孔、５１…第１供給パイプ、５２…第２供給パイプ、６…電解再生槽、７１…第１排出パイプ、７２…第２排出パイプ、７３…第３排出パイプ、８１…第１排出孔、８２…第２排出孔、９１…第１供給ポンプ、９２…第２供給ポンプ、９３…第１排出ポンプ、９４…第２排出ポンプ、１１…基板支持フォルダ、１２…整流部材、１３…整流部材の孔、２１…排出口、２２…オーバーフロー槽、５１１、５１２…第１供給分配管、５２１、５２２…第２供給分配管。

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、電解再生槽内に導いて再生し、再生後のエッチング液を該処理槽内に戻し、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であって、
   前記処理槽は略直方体の形状であり、
   前記処理槽内で処理される基板面と直角の位置にある一方の処理槽側面側の処理槽内部に、１ないし複数の排出孔を設けた第１排出パイプと１ないし複数の供給孔を設けた第２供給パイプを挿入し、他方の処理槽側面側の処理槽内部の該第１排出パイプと対向する位置に、１ないし複数の排出孔を設けた第２排出パイプを挿入し、前記第２供給パイプと対向する位置に１ないし複数の供給孔を設けた第１供給パイプを挿入し、片側面の供給パイプと排出パイプは一定の間隔を有し、前記処理槽の側面には供給パイプ及び排出パイプから一定の距離を取った所に整流部材を有し、前記第２排出パイプを挿入した側の処理槽側面にオーバーフロー槽と接続する排出口を配置し、前記整流部材の高さが排出口の高さよりも低いものであり、前記第１供給パイプと前記第１排出パイプからなる第１循環路と前記第２供給パイプと前記第２排出パイプからなる第２循環路を交互に使用してエッチング液を循環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に記載のビルドアップ基板絶縁層の表面粗化装置において、粗化処理中は前記整流部材の高さよりも低い位置にエッチング液の液位を保ち、次の粗化処理までの間に前記第２循環路でエッチング液を循環させながら排出口の高さまで液位を上げ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。

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