JP5958275B2

JP5958275B2 - プリント基板の製造方法

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Publication number: JP5958275B2
Application number: JP2012236568A
Authority: JP
Inventors: 池上　晋平; 晋平池上; 清吾山脇
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: JP2014086662A

Description

本発明は、プリント基板の製造方法に関する。

半導体装置、抵抗素子等が搭載されるプリント基板は、例えば、セミアディティブ製法を使用するビルト工法により形成される。ビルド工法は、配線、絶縁層を繰り返してコア基板上に積層することにより多層配線構造を形成する方法の１つであり、セミアディティブ製法は次に示すような配線形成方法である。

まず、表面に一層目の配線が形成されたコア基板の上に、絶縁樹脂フィルムをラミネートして絶縁層を形成する。その後に、絶縁層の一部にレーザービームを照射してビアホールを形成する。さらに、ビアホールの内と絶縁層の上に金属シード層を化学めっき法で形成した後に、金属シード層の上にレジストパターンを形成し、さらにレジストパターンの配線溝内に金属配線を電解めっきにより形成する。続いて、レジストパターンを除去した後に、金属配線をマスクにして金属配線に覆われない領域の金属シード層をエッチングにより除去する。

上記のように、金属配線はレジストパターンの配線溝内に電解めっき法により形成されるが、配線溝の密度、位置の相違によりめっき金属の形成速度に違いが発生し、膜厚の分布が不均一になり、金属配線の膜厚にバラツキが生じ易いことが知られている。また、電解めっき法により形成される金属配線は、中央が盛り上がって厚く形成される傾向にあることが知られている。

そのような金属配線の膜厚を揃えるために、金属配線をレジストパターンよりも高く形成し、その後にエッチング条件を調整することにより金属配線の膜厚を調整することが知られている。また、金属配線の中央の盛り上がりもエッチングによって平坦化することが知られている。

特開２００８−２５８４８３号公報特開２００７−３２９３２５号公報

ところで、金属配線を電解めっき法により形成すると、金属配線の表面に突起が形成され、その突起は最大で４０μｍにも達する。そのような突起が存在したままでその上に上側の絶縁層と上側の金属配線を順に形成すると、下側の金属配線の上面の突起が上側の絶縁層に入り込み、上側の金属配線と短絡したり、あるいは上下の金属配線間の絶縁耐性を劣化させたりするなどの問題が生じる。

そのような突起は、上記のように金属配線のエッチングを施しても除去しにくい。その理由として、突起は、一種のマスクとして機能するのでエッチングによって消滅しないからである。

本発明の目的は、上下の配線の短絡や絶縁耐性の劣化を防止できるプリント基板の製造方法を提供することにある。

本実施形態の１つの観点によれば、絶縁基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にシード層を形成する工程と、シード層上にレジストを形成する工程と、前記レジストに配線溝を形成する工程と、前記レジストより薄い金属配線を前記配線溝内に電解めっきによって形成する工程と、前記レジストをエッチングして前記金属配線よりも薄く薄層化する工程と、前記金属配線の露出面の突起を研磨により除去する工程と、前記レジストを除去する工程と、前記金属配線から露出する前記シード層をエッチングにより除去する工程と、を有するプリント基板の製造方法が提供される。

本実施形態によれば、上下の金属配線の短絡やその間の絶縁層の絶縁耐性の劣化を防止することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るプリント基板の製造方法の一例を示す断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るプリント基板の製造方法の一例を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、実施形態に係るプリント基板の製造方法の一例を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るプリント基板の製造方法の一例を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例に係るプリント基板の製造方法を示す断面図である。

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。

図１〜図４は、本実施形態に係るプリント基板の製造方法の一例を示す断面図であり、それらの図のうち図３は、プリント基板の一部を拡大して示している。

次に、図１（ａ）に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、絶縁基板１として、例えばガラスエポキシやガラス繊維から形成された基板を使用し、その下面と上面に金属膜、例えば銅箔膜がラミネートされている。絶縁基板１の一部には、ドリルやレーザーを使用してスルーホール１ａ〜１ｄが形成されている。また、スルーホール１ａ〜１ｄの中の少なくとも内周面には、無電解めっきや導電性ペースト充填により、導電性のコンタクト層３ａ〜３ｄが形成されている。

絶縁基板１の下面と上面のそれぞれの金属膜は、レジストパターン（不図示）とエッチング技術を使用してパターニングされる。これにより絶縁基板１の下面側には１層目の金属配線４ａ〜４ｄ、パッド（不図示）等が形成され、上面側でも１層目の金属配線５ａ〜５ｄ、パッド（不図示）等が形成される。

次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１の下面と上面にそれぞれ１層目の絶縁樹脂膜６、７をラミネートする。絶縁樹脂膜６、７として、例えばポリイミドフィルムを使用する。

この後に、ＣＯ_２レーザーを使用してレーザー光を下面側の１層目の絶縁樹脂膜６に照射すことにより、図１（ｃ）に示すように、下面側の１層目の金属配線４ａ〜４ｄの一部を露出する一層目のビアホール８ａ〜８ｄを形成する。さらに、同様な方法により、上面側の１層目の絶縁樹脂膜７のうち１層目の金属配線５ａ〜５ｄの上に一層目のビアホール９ａ〜９ｄを形成する。

続いて、ビアホール８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄの底に付着している樹脂の残渣を除去するデスミア処理を施すとともに、絶縁樹脂膜６、７の露出面を荒らして後述のシード層１０、１１が付着し易くする。デスミア処理として、例えば過マンガン酸等の薬液を用いるウエット処理、或いはプラズマを用いるドライ処理のいずれでもよい。プラズマを用いる場合には、プラズマ発生用ガスとして例えば酸素ガスとともに不活性ガス、例えばヘリウムガスを使用する。

次に、図２（ａ）に示すように、下面側と上面側の１層目の絶縁樹脂膜６、７のそれぞれの露出面とビアホール８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄの内面の上に、金属、例えば銅のシード層１０、１１を無電解めっき法により形成する。

さらに、下面側と上面側のシード層１０、１１の露出面に感光性のドライフィルムレジスト１２、１３をラミネートした後、ドライフィルムレジスト１２、１３のそれぞれを順に露光、現像する。これにより、図２（ｂ）に示すように、下面側の銅シード層１０を覆うドライフィルムレジスト１２に配線溝１２ａ〜１２ｄを形成する。さらに、上側の銅シード層１１を覆うフォトレジスト１３に配線溝１３ａ〜１３ｅを形成する。配線溝１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｅの一部は、ビアホール８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄの上を通る平面形状を有している。配線溝１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｅの幅は例えば約２０μｍに形成される。

続いて、図２（ｃ）に示すように、下面側と上面側のシード層１０、１１をめっき用電極に使用し、配線溝１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｅの中に、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅとなる金属膜、例えば銅膜又は銅合金膜を電解めっきにより形成する。この場合、ビアホール８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄ内に形成される金属膜は、ビアとして機能する。

これにより、絶縁基板１の下面側では、ビアホール８ａ〜８ｄを介して２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄと１層目の金属配線４ａ〜４ｄが電気的に接続される。同様に、上面側では、ビアホール９ａ〜９ｄを介して２層目の金属配線１５ａ〜１５ｄと１層目の金属配線５ａ〜５ｄが電気的に接続される。

ところで、図２（ｃ）に示した絶縁基板１の上面側の構造を拡大した図３（ａ）に示すように、２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅの露出面には突起ｔが形成され、突起ｔは最大で４０μｍ程度の高さを有している。また、２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅの目標厚さは、ドライフィルムレジスト１３よりも薄く設定される。例えば、二層目の金属配線１５ａ〜１５ｅの厚さを約２３μｍとし、ドライフィルムレジスト１３の厚さを約２４μｍとする。

次に、図３（ｂ）に示すように、ドライフィルムレジスト１３を途中までエッチングすることにより金属配線１５ａ〜１５ｅより薄くする。そのエッチング方法として、例えばＯ_２とＣＦ_４を含むガスを使用するプラズマエッチング法を採用する。

エッチング後のドライフィルムレジスト１３は、後の研磨処理によって２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅが剥がれない厚さ、即ち金属配線１５ａ〜１５ｅの厚さの７０％以上、８０％以下になる厚さ、例えば金属配線１５ａ〜１５ｅが２３μｍの場合には約１６μｍ〜約１８μｍの厚さとなるように調整される。

この後、図３（ｃ）に示すように、ドライフィルムレジスト１３の上面から突出した状態の２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅをバフロール（不図示）により研磨することにより、２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅの突起ｔを除去する。この場合、研磨される表面の粗さを調整するために、例えば３０００番手のバフロールを使用する。この場合、２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅは僅かに薄くなる一方、ドライフィルムレジスト１３は上記のように調整されているので殆ど削られることはない。なお、バフロールの代わりに平坦な研磨布を使用してもよい。

この後に、図３（ｄ）に示すように、ドライフィルムレジスト１３をエッチングにより除去する。この場合のエッチング方法として、水酸化ナトリウム溶液などを使用するウエットエッチング法を用いる。なお、上記のプラズマエッチング法を用いてもよい。

以上のようなドライフィルムレジスト１３の薄層化と、突起ｔの研磨による除去と、残されたドライフィルムレジスト１３の除去とを含む一連の工程は、絶縁基板１の下面側のドライフィルムレジスト１２と２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄにも同様に施される。これにより、絶縁基板１の上面側と下面側は、図４（ａ）に示すように、突起ｔが除去された２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅとシード層１０、１１が絶縁基板１上で露出した状態となる。

次に、図４（ｂ）に示すように、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅをマスクに使用し、露出しているシード層１０、１１をエッチングにより除去することにより、２層目の複数の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅのパターンを分離する。シード層１０、１１が銅から形成されている場合には、例えば過酸化水素及び硫酸を含む薬液を使用するウエットエッチングを用いる。

この後に、図４（ｃ）に示すように、下面側と上面側の２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅと１層目の絶縁樹脂膜６、７のそれぞれの上に、例えばポリイミドフィルムをラミネートすることにより、２層目の絶縁樹脂膜１６、１７を形成する。この後には、上記と同様な方法により、２層目の絶縁樹脂膜１６、１７にそれぞれ２層目のビアホールを形成し、それらの上に３層目の金属配線１８、１９を形成し、３層目の金属配線１８、１９の突起を除去する、という上記と同様の工程を繰り返す。これにより、絶縁基板１の下面側と上面側のそれぞれには多層配線構造が形成され、プリント基板の基本的な構造が完成される。

以上のような製造方法により形成されるプリント基板によれば、電解めっき法により形成される２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの上面に現れる突起ｔが除去されるので、突起ｔが２層目の絶縁樹脂膜１６、１７に入り込むことが防止される。これにより、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅとその上方に３層目の絶縁樹脂膜１６、１７を介して形成される３層目の金属配線１８、１９との短絡やそれらの間の絶縁耐性の劣化が防止される。

ところで、図５（ａ）に示すように、２層目の金属配線１５ａ〜１５ｅの表面及び突起ｔをバフロールにより研磨する前にドライフィルムレジスト１３を除去すると、バフロールにより加わる応力により２０μｍ程度の幅の細い金属配線１５ａ〜１５ｅが剥離し易くなる。特に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、下方にビアホール９ａ〜９ｄが存在していない領域の金属配線１５ｅは、バフロールによる応力に対抗する支えが存在しないので剥離しやすさが増すことになる。

これに対して本実施形態では、上記のように、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの上面の突起ｔを研磨により除去する際に、ドライフィルムレジスト１２、１３の厚さを２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの厚さの７０％〜８０％に残存させて金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅを側面から支えている。これにより、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの突起ｔを除去する際に生じる応力により金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅが移動しにくくなり、それらの剥離が防止される。

なお、ドライフィルムレジスト１２、１３を上記の７０％より薄くすると、研磨時にドライフィルムレジスト１２、１３による金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの移動規制力が弱くなるし、８０％より大きくなると次に説明するような問題が生じる。

即ち、図３（ａ）に示したようにドライフィルムレジスト１２、１３を２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅよりも厚い状態、或いは上記の８０％より厚い状態で残したままでそれらの表面を研磨すると、バフロールがドライフィルムレジスト１２、１３をも研磨することになる。このような場合には、研磨により生じた金属粒子だけでなくドライフィルムレジスト１２、１３の材料の粒子がバフロールの目に埋め込まれ、目詰まりしてしまう。これによりドレッサーによるバフロールの目立てを頻繁に行う必要があり、作業効率が低減し、さらにはバフロールの劣化が激しくなる、という問題が生じる。

これに対し、本実施形態では、ドライフィルムレジスト１２、１３よりも薄い２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅを形成した後に、それらの厚さを２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの厚さの７０％以上、８０％以下になるように調整している。これより、バフロールによるドライフィルムレジスト１２、１３の研磨を防止することができるので、バフロールの目詰まりが抑制される。

さらに、初期状態で、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅより薄いドライフィルムレジスト１２、１３をシード層１０、１１の上に形成すると、突起ｔの研磨時にバフロールはドライフィルムレジスト１２、１３に接触しにくくなる。しかし、金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅをドライフィルムレジスト１２、１３より厚く形成すると、金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅは、ドライフィルムレジスト１２、１３上では厚さ方向だけでなく横方向にも広がって形成される。このため、金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの互いの上部が横方向に近づきすぎて短絡が生じ易くなる。従って、２層目の金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅは、ドライフィルムレジスト１２、１３よりも薄く形成することが好ましい。

なお、金属配線を銅又は銅合金により形成する場合には、金属配線の表面にタンタル、金などの酸化防止金属を電解めっき法により極めて薄く形成してもよい。これにより、ドライフィルムレジスト１３を酸素プラズマにより薄くする際に、金属配線１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅの酸化が防止される。その酸化防止金属は突起ｔの研磨の際に残されてもよいし、除去されてもよい。

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈され、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。

１絶縁基板
１ａ〜１ｄスルーホール
４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ１層目の金属配線
６、７絶縁樹脂膜
８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄビアホール
１０、１１シード層
１２、１３ドライフィルムレジスト
１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｅ配線溝
１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｅ金属配線
１６、１７２層目の絶縁樹脂膜

Claims

絶縁基板の上方に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にシード層を形成する工程と、
シード層上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに配線溝を形成する工程と、
前記レジストより薄い金属配線を前記配線溝内に電解めっきによって形成する工程と、
前記レジストをエッチングして前記金属配線よりも薄く薄層化する工程と、
前記金属配線の露出面の突起を研磨により除去する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記金属配線から露出する前記シード層をエッチングにより除去する工程と、
を有するプリント基板の製造方法。
薄層化された前記レジストは、前記金属配線の厚さに対して７０％以上、８０％以下の厚さに薄くされることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の製造方法。
前記レジストは、プラズマエッチングにより薄層化されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリント基板の製造方法。
前記金属配線の上面には、酸化防止金属が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプリント基板の製造方法。
前記絶縁膜を形成する前に、前記絶縁基板の上に下側配線を形成する工程と、
前記絶縁膜のうち前記下側配線の一部の上にホールを形成する工程と、
前記ホールの中に前記シード層と前記金属配線の一部を埋め込み、前記金属配線と前記下側配線を接続する工程と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプリント基板の製造方法。