JP6015969B2 - 回路基板の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板の形成方法に関し、より具体的には、導電ビアを含む配線を備える回路基板の形成方法に関する。

3次元チップ積層や、いわゆる2.5次元パッケージ等には、微細な配線を持つインターポーザが要求される。インターポーザは、一般に実装されるＩＣチップ間及びＩＣチップと配線基板との間を電気的に接続（中継）する役割を果たす。インターポーザでは、また、電気特性の観点から、配線の厚みは現状よりもあまり薄くしないことが求められている。すなわち、アスペクト比の高い配線が求められている。

インターポーザは、現在は主にシリコン基板を利用して作られているが、コストが高いせいもあり余り広く利用されていない。インターポーザを有機材料からなる有機基板で作ることができれば、そのコストを安くできる可能性があり、その広い利用により、3次元チップ積層等の普及が進むことが期待できる。

しかし、従来の方法を用いて有機基板からなるインターポーザ等を作成する場合には以下のような課題がある。
（ｉ）有機材料の性質上、各種パターンの寸法が不安定になりやすい。
（ｉｉ）露光及び現像の回数が多く、製造工程が複雑である。

特開2004-040019号公報 特開2003-133313号公報

したがって、本発明の目的は、上記した有機基板を作成する場合の課題を改善し、有機基板を用いた場合でも広く利用可能な回路基板（配線基板、インターポーザ等を含む）の作成方法を提供することである。

本発明の一態様では、回路基板の作成方法が提供される。その方法は、（ａ）基板上に導体パターンを形成するステップと、（ｂ）導体パターンの形成後の基板上に第１ネガレジストを形成するステップと、（ｃ）導体パターンの表面上の第１ネガレジストを部分的に露光して第１ビア露光部を形成するステップと、（ｄ）第１ビア露光部の形成後の基板上に第２ネガレジストを形成するステップと、（ｅ）第１ビア露光部上の第２ネガレジストを部分的に露光して第１ビア露光部よりも大きな第２ビア露光部を形成するステップと、（ｆ）第２ビア露光部の形成後の第１ネガレジスト及び第２ネガレジストを現像して導体パターンに至るビア開口を形成するステップと、（ｇ）ビア開口に導体を充填するステップと、を含む。

本発明の一態様によれば、第１及び第２の２つのネガレジストの現像を同時に行うことにより、及びこの２つのネガレジストを除去することなく永久レジスト（層間絶縁層）として用いることにより、導電ビアを含む回路基板の作成工程を大幅に削減することができる。

本発明の一態様では、第２ビア露光部を形成するステップ（ｅ）は、同時に第１ビア露光部上以外の第２ネガレジストを部分的に露光して配線露光部を形成することを含み、導体パターンに至るビア開口を形成するステップ（ｆ）は、同時に第２ネガレジストに配線開口を形成することを含み、開口に導体を充填するステップ（ｇ）は、同時に配線開口に導体を充填することを含む。

本発明の一態様によれば、導電ビアと配線を同時に形成することにより、導電ビアを含む回路基板の作成工程をさらに減らすことができ、また導電ビアと配線の位置ずれによる短絡を回避することが可能となる。

本発明の方法のフローを示す図である。 本発明の方法の各工程の断面図である。 本発明の方法の利点を説明するための断面図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の方法のフローを示す図である。図２は、図１のフローの各工程での回路基板の断面図である。図１及び図２を参照しながら本発明の方法及び当該方法により得られる回路基板について説明する。

図１のステップＳ１１において、基板上に導体パターン形成する。図２（ａ）に示すように、基板１０となる材料（基材）上に導体パターン１２を形成する。基材としては、無機材料あるいは有機材料からなる絶縁材料、あるいはシリコン等の半導体材料を用いることができる。導体パターン１２は、例えば、基板１０上にシード層及びパターン化したレジストを形成し、電解メッキにより銅等の導体層を形成した後に、残っているレジスト及びシード層を剥離することにより得ることができる。

ステップＳ１２において、導体パターン１２が形成された基板１０上に第１ネガレジストを形成する。図２（ｂ）に示すように、第１ネガレジスト１４を、基板１０及び導体パターン１２の表面を覆うように形成する。第１ネガレジスト１４は、いわゆるネガ型フォトレジストであり、露光された部分が変質して残る感光性材料からなる。第１ネガレジスト１４は、所定の感光性材料（樹脂、高分子材料）を従来からある塗布技術（スピンコーティング等）を用いて形成することができる。

ステップＳ１３において、第１ネガレジスト１４に対して第１ビア露光部を形成する。図２（ｃ）に示すように、露光しない（遮光）領域１８を含むフォトマスク１６を基板１０上に設置した後に、露光用の光２０を照射して第１ネガレジスト１４を露光する。その際、遮光領域１８が導体パターン１２の真上に位置するようにフォトマスク１６を位置合わせする。

フォトマスク１６の遮光領域１８の下側の第１ネガレジスト１４の領域２２が露光されず、後述する後工程（Ｓ１６）の現像により除去されて第１ビアの領域となる。本発明の方法では、露光後の第１ネガレジスト１４を直ぐに現像しないのが１つの特徴である。なお、フォトマスク１６を用いずに、レーザ光による直接露光（Laser Direct Image）を利用しても良い。

ステップＳ１４において、露光後の第１ネガレジスト１４上に第２ネガレジストを形成する。図２（ｄ）に示すように、基板１０の全体に渡って露光後の第１ネガレジスト１４の表面を覆うように第２ネガレジスト２４を形成する。第２ネガレジスト２４は、第１ネガレジスト１４と同じネガ型フォトレジストを用いて同様な方法により形成することができる。

ステップＳ１５において、第２ネガレジスト２４に対して第２ビア露光部を形成する。図２（ｅ）に示すように、遮光領域２８を含むフォトマスク２６を基板１０上に設置した後に、露光用の光２０を照射して第２ネガレジスト２４を露光する。その際、遮光領域２８が第１ネガレジスト１４の露光されていない領域２２の真上に位置するようにフォトマスク２６を位置合わせする。

フォトマスク２６の遮光領域２８の下側の第２ネガレジスト２４の領域３０が露光されず、後述する後工程（Ｓ１６）の現像により除去されて、第１ビア領域上の第２ビアの領域となる。フォトマスク２６の遮光領域２８の大きさ（内径）をフォトマスク１６の遮光領域１８よりも大きくすることにより第１ビア領域及び第２ビアの領域からなるデュアルダマシン構造を得ることができる。

ステップＳ１５において、第２ビア露光部の形成（露光）と同時に配線となる領域（配線パターン）を露光することができる。図２（ｅ）では、フォトマスク２６の遮光領域２９が第２ネガレジスト２４の配線となる領域のための露光されない領域３１を形成するために設けられている。本発明の方法では、第２ビア露光と配線露光とを同時に行うことが１つの特徴である。これにより、図３を参照しながら後述するように、露光時の位置合わせずれによる短絡等の不具合の発生を減少させることができる。

ステップＳ１６において、既に露光された第１ネガレジスト１４及び第２ネガレジスト２４を所定の現像液を用いて現像する。図２（ｆ）に示すように、この現像により、露光されていない領域２２及び３０においてビア開口３２が形成され、同時に露光されていない領域３１において配線開口３４が形成される。ビア開口３２では導体パターン１２の表面に至る開口が形成される。

本発明の方法では、第１ネガレジスト１４及び第２ネガレジスト２４が除去されずにそのまま残って、永久レジストとして、言い換えれば層間絶縁層として機能することに１つの特徴がある。これにより、現像工程を減らすことができることに加えてレジスト除去工程を削減することができる。

ステップＳ１７において、現像後に形成されたビア開口３２及び配線開口３４に導電材料（導体）を充填する。図２（ｇ）〜（ｉ）にメッキ法を用いた例を示す。図２（ｇ）において、ビア開口３２及び配線開口３４の表面（内面）を含む第１ネガレジスト１４及び第２ネガレジスト２４の表面にシード層３６を形成する。図２（ｈ）において、シード層３６上に電解メッキにより導電材料（導体層）３８を形成する。これにより、ビア開口３２及び配線開口３４が導電材料により充填される。導電材料としては、例えば銅が用いられる。

図２（ｉ）において、メッキされた導電材料３８の表面を研磨してビア開口３２の導電ビア４０と配線開口３４の配線層４２のみを残して他の領域の導電材料３８を除去して平坦化する。研磨は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて行うことができるが、他の研磨方法を用いてもよい。例えば、図２（ｈ）の導電材料３８上に電着レジストを形成し、電着レジストの表面をバフ研磨及び化学エッチングして平坦化した後に、残った電着レジストを剥離することにより同様な平坦化を行うことができる。

図１のステップＳ１１〜Ｓ１７により得られた図２（ｉ）の平坦化された構造上に有機材料等の絶縁層を形成した後に、さらにステップＳ１１〜Ｓ１７を繰り返すことにより、複数の図２（ｉ）の構造が積層化された回路基板構造を得ることができる。この単層あるいは積層された回路基板構造は、１つの回路基板として、回路基板間あるいは回路基板と半導体チップの間を中継するいわゆるインターポーザとして利用することができる。

次に、図３を参照しながら本発明の利点について説明する。図３の（ａ）〜（ｄ）は、従来のビア部分と配線部分とを別々に形成（露光）する場合の工程を示している。図３の（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明のビア部分と配線部分とを同時に形成（露光）する場合の工程を示している。従来の工程（ａ）は、本発明の工程（Ａ）と同じであり、図２の工程（ｃ）に対応している。すなわち、第１ネガレジスト１４の第１ビア露光部（実際には露光されていない領域）２２の形成を示している。

図３の（ｂ）は、（ａ）で形成された第１ビア露光部２２を現像して開口を形成し、その開口に導体層を充填して導電ビア４４を形成した後に、第２ネガレジスト２４を形成した図である。ここでは、先に導電ビア４４を形成した後に第２レジスト２４を形成している。一方、本発明の図３（Ｂ）では、既に図２（ｄ）を参照しながら説明したように、第１ビア露光部２２形成後の現像、すなわち開口の形成は直ぐには行わない。

図３（ｃ）において、フォトマスク２６を用いて、第２ネガレジスト２４に配線部分の露光を行う。フォトマスク２６の遮光部２８により露光されていない領域３０が形成される。ここでは、フォトマスク２６の位置合わせが不正確で領域３０が導電ビア４４の真上に重なってしまっている場合を示している。この状態で、第２ネガレジスト２４の現像を行うと、図３（ｄ）に示すように、現像後の配線開口３４が導電ビア４４の表面を露出させ、同時に導電ビア４４が隣の配線開口３５に接近してしまう（矢印Ａの破線円）。その結果、その後に配線開口３５に充填される導体層（配線層）と導電ビア４４とが短絡してしまう恐れがある。

一方、本発明の方法では、図３（Ｃ）に示すように、フォトマスク２６を用いた第２ネガレジスト２４に配線部分の露光において、フォトマスク２６の位置合せが不正確で領域３０がビア部の露光領域２２の真上に重なってしまっている場合では、第１ネガレジスト１４の第１ビア露光部（実際には露光されていない領域）２２の右側の一部領域２３が露光されてしまうことになる（矢印Ｂの破線円）。その結果、図３（Ｄ）に示すように、第１及び第２のネガレジスト１４、２４の同時現像時において、ビア開口３２の幅が狭くなることはあっても（矢印Ｃの破線円）、隣の配線開口３５に接近することがないので、配線開口３５に充填される導体層（配線層）とビア開口３２に充填される導電層（導電ビア）とが短絡してしまう恐れは少ない。

この場合、開口３２に形成される導電ビアはいわゆるランドレスビアの構造となる。なお、ビア開口３２の幅（径）が狭くなることを考慮して、言い換えれば導電ビアの電気抵抗が大きくなってしなうことを回避するために、予め第１ビア露光部２２の幅（径）を大きくしておいて、所定の導電ビアの幅（径）を確保するようにしてもよい。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

１０ 基板（材料、基体）
１２ 導体パターン
１４、２４ ネガレジスト
１６、２６ フォトマスク
１８、２８ 遮光領域
２２、３０ 露光されていない領域
２３ 露光された領域
３２、３４、３５ 開口
３６ シード層
３８ メッキ層
４０、４４ 導電ビア
４２ 配線層

Claims (6)

1. 回路基板の形成方法であって、
   （ａ）基板上に導体パターンを形成するステップと、
   （ｂ）導体パターンの形成後の基板上に第１ネガレジストを形成するステップと、
   （ｃ）導体パターンの表面上の第１ネガレジストを部分的に露光して未露光領域である第１ビア露光部を形成するステップと、
   （ｄ）第１ビア露光部の形成後の基板上に第２ネガレジストを形成するステップと、
   （ｅ）第１ビア露光部上の第２ネガレジストを部分的に露光して第１ビア露光部よりも大きな未露光領域である第２ビア露光部を形成するステップと、
   （ｆ）第２ビア露光部の形成後の第１ネガレジスト及び第２ネガレジストを現像して導体パターンに至るビア開口を形成するステップと、
   （ｇ）ビア開口に導体を充填するステップと、を含み、
   前記第１ネガレジスト及び前記第２ネガレジストは、前記回路基板の層間絶縁層として利用される、方法。
2. 前記第２ビア露光部を形成するステップ（ｅ）は、同時に前記第１ビア露光部上以外の前記第２ネガレジストを部分的に露光して配線露光部を形成することを含み、
   前記導体パターンに至るビア開口を形成するステップ（ｆ）は、同時に前記第２ネガレジストに配線開口を形成することを含み、
   前記開口に導体を充填するステップ（ｇ）は、同時に前記配線開口に導体を充填することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ビア開口に導体を充填するステップ（ｇ）は、
   前記ビア開口内及び前記ビア開口を除く前記基板の表面にシード層を形成するステップと、
   前記シード層上に電解メッキにより導体層を形成するステップと、
   前記基板の表面を研磨して前記ビア開口のみに前記導体を残すステップと、を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記ビア開口に導体を充填するステップ（ｇ）は、
   前記ビア開口内、前記配線開口内、及び前記ビア開口と前記配線開口を除く前記基板の表面にシード層を形成するステップと、
   前記シード層上に電解メッキにより導体層を形成するステップと、
   前記基板の表面を研磨して前記ビア開口及び前記配線開口のみに前記導体を残すステップと、を含む請求項２に記載の方法。
5. 前記第１ビア露光部を形成するステップ（ｃ）は、前記第１ネガレジストをレーザで直接露光することを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法
6. 前記基板は有機基板であり、前記回路基板はインターポーザとして利用可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

Images