JP5754103B2 - ビルドアッププリント配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビルドアッププリント配線基板の製造方法に係り、特に、導体配線間の間隔が１５μｍ以下の狭間隙導体パターンを有するビルドアッププリント配線基板の製造に好適な技術に関する。

近年、電子機器への高機能化、小型化、軽量化等の要求に対し、それに組み込まれる多層プリント配線板に対しても高密度化、薄型化の要求が高まっている。これらの要求に対応する多層プリント配線板の工法の一つとして、ビルドアップ工法が挙げられる。このビルドアップ工法は、熱硬化性絶縁樹脂層と導体配線層を何重にも重ねて、多層プリント基板を製造する工法である。この多層プリント基板の製造方法において、更なる導体配線の狭ピッチ化が要求されており、例えば導体配線ピッチ３０μｍルールでは、導体配線幅／導体間隙幅（以下、ライン／スペース）が１５／１５μｍの導体パターンのように導体配線ピッチの半分である導体配線の間隙幅１５μｍが要求される。

導体配線ピッチが１００μｍ以下の狭ピッチ導体パターンを形成する工法として、一般的にセミアディティブ工法が採用されている。セミアディティブ工法は、絶縁樹脂層の上に、シード層と呼ばれる導体パターンのない１μｍ厚程度の銅箔層を形成する。次に、このシード層上へドライフィルムレジストをラミネートし、所望するパターン形状を露光、現像して所望する導体パターン状にシード層が露出するドライフィルムレジストのパターンを形成する。更に、シード層に給電しながら、電解銅めっき行い。次いでドライフィルムレジストを剥離した後、電解銅めっきで形成された導体パターンの底部に露出している一部のシード層をエッチングし、独立した導体パターンを形成する工法である。

セミアディティブ工法は、サブトラクティブ工法と比較して導体幅の細り量が少ない工法のため、狭ピッチ導体パターンに向いている工法である。
ここで、一般的に多層プリント基板で使用されているネガ型のドライフィルムレジストについて説明する。ドライフィルムレジストは露光されると光重合開始剤により、バインダーポリマーとモノマーとをラジカル重合させ、３次元的に架橋させる。露光して３次元的に架橋した部分は疎水性を示し、炭酸ナトリウム水溶液などの弱アルカリ性の液は浸透がないため、炭酸ナトリウム溶液では溶解せず、所望するパターンが形成される。

炭酸ナトリウム溶液では溶解できない３次元的に架橋したドライフィルムレジストを剥離するには、強アルカリ性の水酸化ナトリウム水溶液と接触し、ドライフィルムレジスト中のカルボン酸基と水酸化ナトリウムとの中和反応により、塩が形成されて親水性となり、３次元的に架橋したドライフィルムレジスト内に剥離液が吸収膨潤され、ドライフィルムレジストの体積膨張による機械的な歪を発生し、剥離している。

ここで、剥離性を高めるために、特許文献１には、紫外線を露光することにより、親水性を向上させ、蒸気で剥離させることが可能と記載されている。また特許文献２には、紫外線を露光することにより、アルカリ剥離液の浸透性が向上し、剥離性が向上すると記載させている。

特開平９−２８８３５８公報 特許第４１３５８７４号公報

近年、多層プリント基板市場では、前述したように導体パターンの狭ピッチ化が要求されている。導体配線間の間隙が１５μｍ以下の導体パターンを有する製品の製造工程で、ドライフィルムレジストの剥離残渣が、シード層のエッチングをマスクしてしまい、ショート不良が発生する問題が起きやすくなってきている。
この原因は、高密度配線化の実現を目的として、銅配線間を狭間隙化するため、ドライフィルムレジストが細くなっても倒れたりしないような高強度の材料設計になっている。例えば、バインダーポリマーをより高分子化したり、光重合性モノマーの増量などの工夫を施している。このため、カルボン酸基の相対含有量が少なくなり、ドライフィルムレジストが剥離液を吸水膨潤する量が小さいため、機械的な歪量が少なくなり、剥離しづらくなってきている。

このように狭幅パターンが形成できるような高架橋密度のドライフィルムレジストは、弱アルカリ性の現像液、および剥離液の浸透量が抑えられ、従来一般的に用いられている水酸化ナトリウム溶液による膨潤剥離では、剥離不良を多発し、安価な製品を市場に供給できなくなった。
また一般的に導体配線間の間隙幅１５μｍ以下の狭間隙になると、ドライフィルムレジストのパターン幅と高さのアスペクト比が１以上５未満の高アスペクト比なパターン形成が必要になるため、ドライフィルムレジストの膜厚を薄くしたり、電解銅めっき厚を厚みを薄くするなどして、ドライフィルムレジストの剥離性が低下しないようにしている。しかし、この方法では配線幅が細くなった上に配線高さも低くなってしまい導体としての抵抗値が高くなる問題があった。

本発明は、前記の背景技術が持つ問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、導体配線の間隙が１５μｍ以下の狭間隙パターンを有する多層プリント配線板であっても、ビルドアッププリント配線基板のセミアディティブ工法において、ドライフィルムレジストが、より剥離不良なく剥離できるようにすることで、不良発生の低減に更に繋がるビルドアッププリント配線基板の製造方法を提供することにある。

通常、電解銅めっき工程後ではドライフィルムレジストは含水率が５〜１０％程度あり、電解銅めっきが成長する過程での圧縮応力によって変形し、ドライフィルムレジストは電解銅めっきパターンにくい込んでいる状態になっている。
前記したように、従来のドライフィルムレジスト厚では、電解銅めっきによって形成された配線と配線の間隔が１５μｍ以下のパターンに形成されたドライフィルムレジストはアルカリによる膨潤剥離が困難であった。

これに対し、本発明者らは、ドライフィルムレジストの剥離前処理を追加することによって、ドライフィルムレジストの剥離性を向上させることを発見した。
すなわち、前記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、ビルドアッププリント配線基板をセミアディティブ工法によって製造するビルドアッププリント配線基板の製造方法であって、形成したドライフィルムレジストを剥離するドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、当該ドライフィルムレジストを乾燥収縮させることを特徴とする。

ドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、ドライフィルムレジストを乾燥収縮させることにより、電解銅めっきとドライフィルムレジストとの境界面で剥離を促し、ドライフィルムレジストの剥離工程での剥離性を向上させる。
次に、請求項２に記載した発明は、前記乾燥収縮の前処理として、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長を有する紫外線をドライフィルムレジストに照射することを特徴とする。

ドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長を有する紫外線照射することにより、未架橋のモノマーをより架橋させることで、ドライフィルムレジストをより収縮させ、電解銅めっきとドライフィルムレジストとの境界面で剥離を促し、ドライフィルムレジストの剥離工程での剥離性を向上させる。
次に、請求項３に記載した発明は、前記ドライフィルムレジストを、フリーズドライによって乾燥収縮させることを特徴とする。

前記ドライフィルムレジスト４１の乾燥は、含水率１％程度まで急速乾燥させることが望ましい。一般的な乾燥方法として熱風オーブンが用いられる。１５０℃以上で乾燥させるとドライフィルムレジスト４１の酸化が進み剥離不能になってしまうため、１１０℃以上１３０℃以下の範囲が好ましい。また乾燥速度を向上させるためには、関係湿度３０％以下が好ましい。ドライフィルムレジスト４１の種類や膜厚にも拠るが、前記条件であれば１５分程度で電解銅めっきとドライフィルムレジスト４１の界面に隙間が発生し、次工程のドライフィルムレジスト４１剥離性向上に寄与する。

ただし、熱風オーブンによる乾燥方法では、表面の乾燥だけが進行するため、次工程のドライフィルムレジスト剥離工程で、底部までアルカリ性剥離液が浸透し難く、剥離時間が掛かってしまう場合があった。剥離時間が長くなってしまうと銅めっき表面がアルカリによって腐食され部分的に曇ったりして仕上がり品位が劣悪になってしまうことがあった。

このため、フリーズドライと呼ばれる乾燥方法を用いることが好ましい。この乾燥方法は、前記熱風オーブンによる乾燥方法と異なり、ドライフィルムレジスト４１の底部まで乾燥が均一にできる。底部まで多孔質に乾燥できるため、次工程のドライフィルムレジスト剥離工程で、アルカリ性剥離液の浸透性が良く、剥離時間の短縮が可能になり、熱風オーブンによる乾燥に比べ、銅めっき表面が曇ることが少なくなり、剥離時間の短縮と仕上がり品位の向上が両立できた。

本発明によると、導体配線間隙が１５μｍ以下の狭間隙パターンを有する多層プリント配線板であっても、ビルドアッププリント配線基板のセミアディティブ工法において、ドライフィルムレジストの剥離残渣なく剥離できるようになり、剥離不良の発生率をより低減することが可能となる。
このように狭間隙パターンのドライフィルムレジストの剥離性が向上するため、膜厚の薄いドライフィルムレジストに切り替える必要がなく、微細配線になっても従来の配線厚ルールで、電解銅めっき厚が形成できる。

本発明に基づく実施形態に係るビルドアッププリント配線基板の製造方法における、配線を形成する手順を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、コア層１０の片面または両面に、所望のパターン形状を有する配線層としての導電層１１を形成する。更に、導電層１１が形成されたコア層１０の上に、絶縁樹脂を塗布して温度１２０℃程度において真空ラミネートを行い、さらに高温でポストベークすることで絶縁樹脂層２１を形成する（図１（Ａ））。ここでは便宜上、コア層１０にスルーホールを図示していないが、必要に応じてコア層１０を貫通するスルーホール銅配線を形成してもよい。また、図１は、コア層１０の両面に導電層１１を形成する例である。

絶縁樹脂層２１には、任意の有機材料および無機材料を使用することができる。具体的には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁性樹脂からなるが、これに限定されるものではない。また、導電層１１には金属から成るものであれば構わないが、コストおよび導電性の観点から一般的に銅が好ましい。
次いで、絶縁樹脂層２１に導電層１１に達する、例えばφ５０μｍ程度のビアホール２２を形成する（図１（Ｂ））。

ビアホール２２を形成する方法については、レーザ加工が好ましい。レーザについては炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ（基本波、第２高調波、第３高調波、又は第４高調波）、或いはエキシマーレーザ等があるが、導電層１１及び絶縁樹脂層２１を共に加工を行う為、両者を同時に加工することのできる４００ｎｍ以下の短波長レーザであるＹＡＧレーザ（第３高調波、又は第４高調波）、或いはエキシマーレーザがより好ましい。

その後、ビア加工時に発生する、ビアホール２２内の下層に堆積した有機絶縁材料の残渣を除去するため、過マンガン酸カリウムと水酸化ナトリウムの混合液等によりデスミア処理を行う。
デスミア処理としては、公知のデスミア処理を適用することができる。例えば、市販品であるＭＬＢ２１１（ロームアンドハース電子材料株式会社製）を２０容量％、キューポジットＺ１０容量％を含む膨潤浴に、６０〜８５℃で１〜１５分間浸漬した後、ＭＬＢ２１３Ａ（ロームアンドハース電子材料株式会社製）を１０容量％とＭＬＢ２１３Ｂ（ロームアンドハース電子材料株式会社製）を１５容量％含むエッチング浴に５５℃〜８５℃で２〜１５分間浸漬処理し、ＭＬＢ２１６−２（ロームアンドハース電子材料株式会社製）を２０容量％含む中和浴に３５℃〜５５℃で２〜１０分間浸漬する等の公知の方法で適宜実施することができる。

上述のようなデスミア処理を行うことで、ビアホール２２の底部における絶縁層や有機物残渣を除去することができる。なお、デスミア処理は基板全面に対して行われるため、ビアホール２２の底部における絶縁層１２や有機物残渣が除去されると共に、絶縁層１２の上部、及びビアホール２２の内部が粗化される。
その後、無電解銅めっきにて、約１μｍ厚の導体パターンのない無電解銅めっき層３１を形成する（図１（Ｃ））。この無電解銅めっき層３１は、従来のセミアディティブ工法におけるシード層と呼ばれる層であり、後の工程において無電解銅めっき層３１に給電することにより、無電解銅めっき層３１の上に所定のパターンの電解銅めっきを行うためのものである。

次に、この無電解銅めっき層３１の上に対しドライフィルムレジストをラミネートするが、以下に述べる手順により、最終的な導体パターンとして所望するパターン形状に無電解銅めっき層３１が露出するようなドライフィルムレジスト４１のレジストパターン形状を形成する。
ここで、このパターン形状が、後にはんだとの接続点となる接続パッド部が、凹型形状となるように、レジストパターン形状を形成する。ドライフィルムレジスト４１としては、例えば、支持体フィルムと保護層で挟まれた厚み２５μｍ程度の感光性樹脂層であり、無電解銅めっき層３１へドライフィルムレジスト４１の保護層を剥がしながら、支持体フィルムをコア層１０と逆側に向けて、ホットロールラミネーターにより、ロール温度１２０℃程度で基材にラミネートする。その後、ドライフィルムレジスト４１の支持体フィルム側に所望のパターンを有するフォトマスクを設置し、フォトマスクの上から露光し、硬化レジストパターンを有するドライフィルムレジスト４１を得る。次に、支持体フィルムを剥離して基材をＮａ₂ＣＯ₃水溶液中に浸漬して現像し、所望のパターンを有するレジストパターン形状を得る（図１（Ｄ））。

次に、形成したレジストパターン形状の間隙から露出する、無電解銅めっき層３１上に給電することにより、電解銅めっき層４２を形成する（図１（Ｅ））。
電解銅めっき層４２を形成した後、ドライフィルムレジスト４１を剥離する（図１（Ｆ））。
続いて、露出している無電解銅めっき層３１をエッチング（以後フラッシュエッチングと呼ぶ。）し、予め設計した所望の導体パターンを得る（図１（Ｇ））。

さらに多層の基板を作製する場合は、絶縁樹脂層形成からフラッシュエッチングまで同様の工程を繰り返し行うことにより、積層部の導体回路を形成することができる。
（ドライフィルムレジストの剥離）
次に、前記図１（Ｆ）の工程における、ドライフィルムレジスト４１の剥離について詳細に説明する。

すなわち、形成したドライフィルムレジストを剥離する前に、当該ドライフィルムレジストを乾燥させる工程を備える。すなわち、ドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、ドライフィルムレジストを乾燥収縮させることにより、電解銅めっきとドライフィルムレジストとの境界面で剥離を促し、ドライフィルムレジストの剥離工程での剥離性を向上させる。

前記乾燥は、例えばフリーズドライによって乾燥させる。
また、熱風乾燥させた後、フリーズドライにて更に乾燥させることも可能である。一方、フリーズドライさせた後に熱風乾燥させる工法は乾燥効率が悪いため、費用がかさむだけである。
また、前記乾燥の前処理として、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長を有する紫外線をドライフィルムレジストに照射する。照射する紫外線は、露光に用いられる光の波長の光を含んだ光が好適に用いられる。紫外線照射は、乾燥後に実施することが好ましい。
ドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長を有する紫外線照射することにより、未架橋のモノマーをより架橋させることで、ドライフィルムレジストをより収縮させ、電解銅めっきとドライフィルムレジストとの境界面で剥離を促し、ドライフィルムレジストの剥離工程での剥離性を向上させる。

未架橋のドライフィルムレジスト４１の未架橋部分を完全架橋させ、架橋によるドライフィルムレジスト４１の収縮を促進させ、電解銅めっきとドライフィルムレジスト４１の界面に隙間が発生し、次工程のドライフィルムレジスト４１剥離性向上に寄与する。
ドライフィルムレジスト４１を完全架橋させるには、照射する光の露光量としては、少なくとも１００ｍＪ／ｃｍ²以上必要である。また、微細配線形成などのパターン形成では、より短波長でナローな光源として、ｉ線（３６５ｎｍ）のみで露光されているが、本目的のような未架橋部分を完全架橋するために使用する場合には、高圧水銀ランプなどブロードな波長域（ｇ線（４３６ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とを含んだ光）を光源を用いることが好ましい。

なお、エネルギーの高い光を照射した場合は、ドライフィルムレジスト４１の表面が高温化して酸化が進むおそれがあるため、光照射時にドライフィルムレジスト４１を冷却しておくことが好ましい。また、ドライフィルムレジスト４１と光源との距離を離してドライフィルムレジスト４１の温度が上昇しないようにすることも可能である。

＜実施例１＞
ピッチ３０μｍでＬ／Ｓ＝１５／１５μｍの導体パターンの製造方法を図１にて説明する。
まず、コア層１０に形成された銅配線層１１上に、絶縁樹脂としてＡＢＦ ＧＸ−１３（商品名、アジノモトファインテクノ（株）製）をラミネート温度１２０℃で真空ラミネートした後、１８０℃でポストベークして絶縁樹脂層２１を得た（図１（Ａ））。ここでは便宜上、コア層１０にスルーホールを図示していないが、必要に応じてコア層を貫通するスルーホール銅配線が形成される。

次いで、レーザードリルにて、絶縁樹脂２１にφ５０μｍのビアホール２２を形成した後、レーザードリルで発生したスミアを除去するため、デスミア処理した（図１（Ｂ））。
更に無電解銅めっきにて１μｍ厚の無電解銅めっき層３１を形成した（図１（Ｃ））。
更に、ドライフィルムレジスト４１として、サンフォート（登録商標）ＵＦＧ−２５５（商品名、旭化成エレクトロニクス（株）製）を用いた。これは、支持体フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムを、保護層としてポリエチレンフィルムを用いており、感光性樹脂層厚みは２５μｍである。１μｍ厚の無電解銅めっき層３１へ、ドライフィルムレジスト４１の保護層を剥がしながら、ホットロールラミネーター（旭化成（株）製、ＡＬ−７０）により、ロール温度１２０℃で基材にラミネートした。エアー圧力は０．３ＭＰａとし、ラミネート速度は１．０ｍ／ｍｉｎとした。

ドライフィルムレジスト４１の支持体フィルム側にＬ／Ｓ＝２２／８μｍのパターンを有するフォトマスクを設置し、超高圧水銀ランプ（オーク製作所製、ＨＭＷ−２０１ＫＢ）により、１２０ｍＪ／ｃｍ²の露光量で露光し、硬化レジストパターンを有するドライフィルムレジスト４１を得た。次に、支持体フィルムを剥離して基材を３０℃１質量％のＮａ₂ＣＯ₃水溶液中に５０秒浸漬して現像し、２２μｍ幅の間隙に隣接する８μｍ幅のレジストパターンを有するレジスト形状４１を得た（図１（Ｄ））。

ついで、２２μｍ幅の間隙から露出する無電解銅めっき部へ電解銅めっきを行い、２０μｍ厚の電解銅めっき（４２）を形成した（図１（Ｅ））。
ここで、剥離工程の前処理として、関係湿度２５％の乾燥した空気で充満した熱風オーブンに投入し、１２０℃で乾燥させた。３０分処理して、ドライフィルムレジスト４１の含水率１％にさせた。

さらに、超高圧水銀ランプにて３００ｍＪ／ｃｍ２露光することにより、ドライフィルムレジスト４１が収縮し、銅パターンとレジストパターンの界面に隙間を生じさせた。
ドライフィルムレジスト４１の剥膜液として、３質量％のＮａＯＨ水溶液を用意した。５０℃、圧力０．２ＭＰａでスプレーをしながら、ビルドアッププリント基板をインラインのスプレー剥膜装置に投入し、６０秒スプレーし、レジストパターンを剥離後、水洗乾燥し、ドライフィルムレジスト４１の剥離した（図１（Ｆ））。

３５℃の硫酸／過酸化水素系のクイックエッチング液を用いて、パターン形成された電解銅めっき４２の隙間から露出している無電解銅めっき層３１をエッチングして、所望する配線パターンが形成できた（図１（Ｇ））。

＜実施例２＞
２０μｍ厚の電解銅めっき４２の形成工程（図１（Ｅ））までは、実施例１と同じ工程で作製し、次いで、剥離工程の前処理として、フリーズドライにて真空乾燥させる。マルチチャンバーを有するフリーズドライ処理装置の１ｓｔチャンバーに、ビルドアッププリント基板を投入し、常温で１ｋＰａまで減圧させる。次に１ｋＰａの減圧下でフリーズドライ処理装置の−４０℃に設定された２ｎｄチャンバーに搬送し、一気に冷凍させる。次いで２ｎｄチャンバーの１０Ｐａまでさらに減圧し、３０分保持した後、ドライフィルムレジスト４１のフリーズドライを完成させる。

さらに、超高圧水銀ランプにて３００ｍＪ／ｃｍ²露光することにより、ドライフィルムレジスト４１が収縮し、銅パターンとレジストパターンの界面に隙間を生じさせた。
次いで、ドライフィルムレジスト４１の剥離工程（図１（Ｆ））以降も、実施例１と同じ工程で作製し、所望する配線パターンが形成できた（図１（Ｇ））。

＜比較例１＞
基材は、電解銅めっきまで実施例１と同様のものを用いた。
ここで、３重量％のＮａＯＨ水溶液をドライフィルムレジスト４１の剥膜液として用意した。ついで、基材をインラインのスプレー剥膜装置に投入し、５０℃、圧力０．３ＭＰａで３００秒までスプレーした。１３μｍ以上の硬化レジストパターン（フォトマスクパターンサイズＬ／Ｓ＝２７／１３μｍ）は剥離できたが、８μｍ幅のレジストパターン（フォトマスクパターンサイズＬ／Ｓ＝３２／８μｍ）は、銅配線層にドライフィルムレジスト４１が挟まったままで、上手く剥離ができなかった。

本発明は、狭間隙な微細配線を有するビルドアッププリント配線基板の製造方法に利用することができ、不良品の発生頻度を低減させ、かつ製品の信頼性を高め、安価な製品を市場に供給できる。

１１ 導電層（配線層）
２１ 絶縁樹脂層
２２ ビア
３１ 無電解銅めっき層
４１ ドライフィルムレジスト
４２ 電解銅めっき層

Claims (3)

1. ビルドアッププリント配線基板をセミアディティブ工法によって製造するビルドアッププリント配線基板の製造方法であって、
   形成したドライフィルムレジストを剥離するドライフィルムレジスト剥離工程の前処理として、当該ドライフィルムレジストを乾燥収縮させることを特徴とするビルドアッププリント配線基板の製造方法。
2. 前記乾燥収縮の前処理として、３６０ｎｍ以上４４０ｎｍ以下の波長を有する紫外線をドライフィルムレジストに照射することを特徴とする請求項１に記載のビルドアッププリント配線基板の製造方法。
3. 前記ドライフィルムレジストを、フリーズドライによって乾燥収縮させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のビルドアッププリント配線基板の製造方法。

Images