JP6401136B2 - 配線基板の製造方法、配線基板及び配線基板製造装置 - Google Patents
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Description
多層配線基板の製造工程の一例としては、先ず、絶縁層が導電層の上に積層されてなる配線基板材料に、ドリル加工やレーザ加工を施すことによって絶縁層や導電層の一部を除去し、ビアホールやスルーホールを形成する。このとき、配線基板材料には絶縁層や導電層を構成する材料に起因するスミア(残渣)が生じる。そのため、当該配線基板材料に対してスミアを除去するデスミア処理を行う。
特許文献1には、湿式デスミア処理によってビア形成工程で生じたスミアを除去する工程と、無電解めっきによってシード層を形成する工程と、を有する基板製造方法が開示されている。
ところで、近年、半導体素子は小型化傾向にあり、配線基板も微細化が求められている。しかしながら、上記のようにアンカー効果を得るために絶縁層の表面を粗くすると、その上に形成する配線パターン、特に、L/S(ライン/スペース)=10/10μm以下の微細配線パターンが立たなくなり、配線基板を微細化することができない。
そこで、本発明は、シード層と絶縁層との密着性を担保しつつ、配線パターンの微細化を実現することができる配線基板の製造方法、配線基板及び配線基板製造装置を提供することを課題としている。
上記の配線基板の製造方法において、前記第三工程は、イオンエッチングにより前記酸化膜を除去してもよいし、薬液により前記酸化膜を除去してもよいし、過酸化水素と硫酸を混合した薬液により前記酸化膜を除去してもよい。これにより、導電層との接続強度が確保されたシード層を形成することができる。
さらに、本発明に係る配線基板は、上記のいずれかの配線基板の製造方法により製造される。したがって、当該配線基板は、シード層と絶縁層との密着性が担保され導電層とメッキ層との接続強度が確保された信頼性の高い微細配線基板とすることができる。
図1は、本実施形態の配線基板の製造方法を示す図である。本実施形態において、製造対象の配線基板は、コア基板上に導電層(配線層)と絶縁層とを積層してなる多層配線基板である。コア基板は、例えばガラスエポキシ樹脂などによって構成されている。導電層(配線層)を構成する材料としては、例えば、銅、ニッケル、金などを用いることができる。
絶縁層は、例えば無機物質よりなる粒状フィラーが含有された樹脂などによって構成されている。このような樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などを用いることができる。また、粒状フィラーを構成する材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、マイカ、珪酸塩、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、酸化チタンなどを用いることができる。
このようにしてビアホール12aを形成すると、絶縁層12におけるビアホール12aの内壁面(サイドウォール)、絶縁層12の表面におけるビアホール12aの周辺領域、およびビアホール12aの底部、即ち導電層11におけるビアホール12aによって露出した部分などには、導電層11や絶縁層12を構成する材料に起因するスミア(残渣)Sが生じる。
紫外線照射処理は、例えば大気などの酸素を含む雰囲気下において行うことができる。紫外線光源としては、波長220nm以下、好ましくは190nm以下の紫外線(真空紫外線)を出射する種々のランプを利用できる。ここで、波長220nmとしたのは、紫外線の波長が220nmを超える場合には、樹脂などの有機物質に起因するスミアを分解除去することが困難となるためである。
有機物質に起因するスミアは、紫外線照射処理工程において、波長220nm以下の紫外線を照射することにより、紫外線のエネルギーおよび紫外線の照射に伴って生ずるオゾンや活性酸素によって分解される。また、無機物質に起因するスミア、具体的にはシリカやアルミナは、紫外線が照射されることによって脆いものとなる。
上記の紫外線照射処理を行う紫外線照射装置において、被処理対象である配線基板材料が酸素を含む処理気体の雰囲気中で紫外線に曝される処理領域は、例えば120℃以上190℃以下(例えば、150℃)に加熱される。また、紫外線出射窓と被処理対象である配線基板材料との離間距離は、例えば0.3mmに設定される。なお、紫外線の照度や紫外線の照射時間などは、スミアSの残留状態などを考慮して適宜設定することができる。
このような超音波振動処理においては、超音波の振動媒体として、水などの液体および空気などの気体を用いることができる。
具体的に説明すると、振動媒体として水を用いる場合には、配線基板材料を、例えば水中に浸漬し、この状態で、当該水を超音波振動させることにより、超音波振動処理を行うことができる。超音波の振動媒体として液体を用いる場合には、超音波振動処理の処理時間は、例えば10秒間〜600秒間である。
上記の紫外線照射処理工程および物理的振動処理工程は、この順でそれぞれ1回ずつ行ってもよいが、紫外線照射処理工程および物理的振動処理工程を交互に繰り返して行うことが好ましい。ここで、紫外線照射処理工程および物理的振動処理工程の繰り返し回数は、各紫外線照射処理工程における紫外線の照射時間などを考慮して適宜設定されるが、例えば1回〜5回である。
フォトデスミア処理が完了すると、次に、シード層を形成するシード層形成処理を行う。このシード層形成処理では、図1(d)に示すように、ビアホール12aの底に形成された酸化膜Fを除去する除去工程と、図1(e)に示すように、絶縁層12の上面およびビアホール12aの内面にシード層13を形成する形成工程とを行う。
次に、図1(g)に示すように、シード層13をめっき給電経路に利用する電解めっきにより、ビアホール12a内からレジストパターンRの開口部にかけてめっき層14を形成する。めっき層14としては、例えば、Cu(銅)などからなる層(20μm〜50μm程度)を用いることができる。
その後、図1(h)に示すように、レジストパターンRを除去し、次いで、図1(i)に示すように、めっき層14をマスクにしてシード層13を除去(フラッシュエッチング)する。
従来、絶縁層とシード層との密着性は、アンカー効果により担保していた。すなわち、絶縁層とシード層との密着性を確保するためには、絶縁層の表面を粗化することが好ましいとされていた。しかしながら、絶縁層の表面を粗化すると、特にL/S(ライン/スペース)=10/10μm以下の微細配線パターンが立たなくなるため、微細配線基板の作製が困難となる。そのため、微細配線基板を作製するためには、絶縁層の表面を粗化することなく、絶縁層とシード層との密着性を担保する必要がある。本発明者は、配線基板の製造工程の一部であるデスミア処理とシード層形成処理とを、フォトデスミア処理とスパッタリング法との組み合わせにより行うことで、絶縁層の表面を粗化することなく、絶縁層とシード層との密着性を担保することができることを見出した。
さらに、スパッタリング法を用いてシード層13を形成するので、表面が粗化されていない絶縁層12の上に、シード層13を十分な密着強度で形成することができる。特に、紫外線照射処理において波長220nm以下の紫外線を用い、当該紫外線照射処理の後にスパッタリング法を用いたシード層形成処理を実施するので、絶縁層12の上に緻密強固なシード層13を形成することができる。以下、この点について詳細に説明する。
この図2に示すように、波長220nm以上の領域、即ち可視光線および近紫外線の一部の領域では、光は樹脂を透過し、その透過率は波長が短くなるにしたがって小さくなる。具体的には、波長300nmを超える領域では、光は樹脂をほぼ透過する。波長300nm以下では、紫外線は樹脂にやや吸収されるが、その吸収は小さく紫外線が完全に遮られるほどではない。これは、樹脂の厚さ方向全体で紫外線を吸収するためであり、その紫外線により励起された樹脂は、樹脂の全体に広く分布する。
そして、このような活性な樹脂部は、スパッタリングによって飛来したターゲット粒子が樹脂に打ち込まれたときのエネルギーによって新たな結合を作り出し、強固にターゲット粒子を固定する。
図3は、波長220nm以下の紫外線を受けた樹脂にスパッタを施したときの状態を示す図であり、図4は、波長250nmの紫外線を受けた樹脂にスパッタを施したときの状態を示す図である。これら図3、図4では、絶縁層10と、絶縁層10の表面上に積層された所要のパターンを有する導電層11と、導電層11を含む絶縁層10上に積層された絶縁層12とを含んで構成される配線基板材料の一部を示している。
このようにカラーセンターCが生じている絶縁層12表面に対し、図3(b)に示すように、スパッタ源から飛来するターゲット粒子(金属粒子)TPが打ち込まれると、カラーセンターCがその金属粒子TPを強固に捕獲する。つまり、紫外線照射を受けた樹脂表面に存在する結合欠陥部にエネルギーが加わることで、金属粒子と樹脂との間にあらたな化学的結合作用ができる。図3(c)は、このときの絶縁層12表面の拡大図である。このように、波長220nm以下の紫外線を受けた絶縁層12とスパッタを施した金属膜(図1のシード層13)との密着性は、非常に強固となる。
そのため、この絶縁層12表面に対し、図4(b)に示すように、スパッタ源から飛来するターゲット粒子(金属粒子)TPを打ち込んでも、金属粒子TPの捕獲作用は少ない。すなわち、図4(c)に、このときの絶縁層12表面の拡大図を示すように、絶縁層12表面と金属粒子TPとの特別な結合作用は無く、絶縁層12上に形成される金属膜(図1のシード層13)の密着力は強化されない。
このように、本実施形態では、絶縁層12とシード層13との密着性を担保することができるが、フォトデスミア処理が何らかの原因で過剰に行われた場合や、フォトデスミア処理の後、シード層を形成する前に長時間放置された場合などには、ビアホール12aの底に露出した導電層11に酸化膜が生じる虞がある。そして、酸化膜を放置してシード層13を形成すると、導電層11とシード層13との接続強度が低下する。そのため、本実施形態では、シード層13形成の準備としてイオンエッチングを行うことで、導電層11に強固に接続したシード層13を形成することができる。以下、この点についてさらに説明する。
ビアホール12aが形成された配線基板材料に対してイオンエッチングを行うと、配線基板材料側が陰極となり、図5(a)に示すように導電層11上の酸化膜FにイオンAIが衝突して酸化膜Fがエッチングされて除去される。
このように酸化膜Fが除去された導電層11表面に対し、酸化膜Fが再び形成される前に、図5(b)に示すように、スパッタ源から飛来するターゲット粒子(金属粒子)TPが打ち込まれると、導電層11表面にその金属粒子TPが強固に付着して一体化する。図5(c)は、このときの導電層11表面の拡大図である。
本実施形態では、シード層の形成処理において、除去工程を行った後に形成工程を行うことで導電層11と強固に一体化したシード層13を確実に形成することができる。したがって、このシード層13をベースに電解めっきを施しためっき層14は、導電層11に対して高い接続強度を示す。
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
<配線基板材料>
先ず、ガラスエポキシ樹脂と銅からなるプリプレグのコア材に、25μmのエポキシ樹脂を両面真空ラミネートし、高圧プレスとベーキングにより作成した積層体(エポキシ基板)を用意した。この積層体に厚さ38μmのPETフィルムによる保護膜を貼り、その後、ビア加工機(UVレーザ)によってレーザ加工を施すことにより、ブラインドビアを、500μmピッチで格子状に作成した。ビア開口径は、φ50μmとした。このようにして、配線基板材料を得た。また、このとき、配線基板材料のブラインドビアの底部に、スミアが残留していることを確認した。
上記配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、無電解銅めっきにより1μmのシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
<参考例2>
上記配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施した後、過酸化水素と硫酸を混合した溶液を用いたウェットエッチングにより酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、無電解銅めっきにより1μmのシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記配線基板材料に対し、過マンガン酸液を利用したウェットデスミア処理を施した後、10分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施し、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、過酸化水素と硫酸を混合した溶液を用いたウェットエッチング(処理時間:5分間)により酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。なお、以下全ての実施例で、フォトデスミア処理においては、紫外線照射処理と物理的振動処理(超音波振動処理)とを実施した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、0.25分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、0.5分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
<実施例4>
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、1分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、5分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
<実施例6>
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、10分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記配線基板材料に対し、波長172nmの紫外線を用いたフォトデスミア処理を施した後、20分間のイオンエッチングを施して酸化膜除去を行った。そして、保護膜を剥がした後、スパッタリング法により0.33μm(Ti/Cu=0.03μm/0.3μm)のシード層を形成した。さらに、その基板に、電解めっきにより30μmのCu層(めっき層)を形成した。
上記の参考例1〜3、比較例1、実施例1〜6について、基板のCu層をJIS H8630付属書1に記載の方法に準拠して、1cmの幅にカッターナイフで切り込みを入れ、引っ張り試験器で90度方向に引き剥がすピール試験を行った。そして、後で説明するビア接続強度(%)と繰り返し信頼性(%)を求めた。その結果を表1に示す。
図7は、ピール試験でビアに生じる各種の状態を示す図である。
例えば、図7(a)に示すように、ピール試験において、試料100の絶縁層112に形成されたビア112aの底とサイドウォールとの両方でめっき層114が剥がれた場合、不良品(ビア底不良+サイドウォール不良)であると判定する。この図7(a)に示すパターンは、ビア底(導電層111とめっき層114)とビアのサイドウォール(絶縁層112とめっき層114)の両方の密着性が低い場合に起こる。
また、図7(c)に示すように、ピール試験において、めっき層114が絶縁層112の表面から剥がれ、ビア112aとは密着したままの場合にも、良品であると判定する。この図7(c)に示すパターンは、ビア内(ビア底およびサイドウォール)の密着性が非常に高い場合に起こる。
また、図7(d)に示すように、ピール試験において、ビア112aが大きく崩れるほど絶縁層112内で凝集破壊している場合にも、良品であると判定する。
上記繰り返し信頼性とは、デスミア後に放置時間を設けて同じ条件で製作した5枚の基板に対し、基板毎に100個のビアに対する上記ビア接続強度の試験を繰り返し、100%のビア接続強度が得られる率を計算して表したものである。
参考例2〜3では、ビア接続強度は100%で良品が得られ、繰り返し信頼性は80%だった。但し、これら参考例2〜3の試料では、ウェットデスミア処理の薬液がエポキシ樹脂の表面を荒らす作用があり、サイドウォールで表面粗さが大きくなった。このため、ビア接続強度が高くてもピール強度は低く、基板の信頼性も低い。
また、比較例1では、ビア接続強度は100%で良品が得られたが、繰り返し信頼性は40%で、5枚の内3枚で、100%の良品が得られなかった。これは、酸化膜の除去が行われなかったため、一部のビアで酸化膜によりシード層と導電層との密着が妨げられたからである。
実施例2、3では、ビア接続強度は100%で良品が得られ、繰り返し信頼性は90〜95%だった。これは、イオンエッチングによる酸化膜の除去でシード層が導電層と密着したためである。また、フォトデスミア処理により、サイドウォールの荒れも抑えられていた。
以上説明したように、波長220nm以下の紫外線を用いたフォトデスミア処理と、酸化膜の除去処理と、スパッタリングによるシード層の形成処理との組み合わせにより、ビア内での高い密着性を担保することができ、信頼性の高い基板を実現することができる。さらに、樹脂表面を平滑に保つことができるので、微細配線形成のためのレジストパターンを安定して形成することができ、微細配線基板を精度良く作製することができる。
以上説明した配線基板の製造は、以下に示す配線基板製造装置により実現することができる。
図8は、配線基板製造装置の構成を示す概略図である。ここで、図8(a)は、上述した保護膜を用いずに配線基板を製造する配線基板製造装置210の構成を示し、図8(b)は、上述した保護膜を用いて配線基板を製造する配線基板製造装置220の構成を示している。
図8(a)に示す配線基板製造装置210は、紫外線照射装置211と、超音波洗浄・乾燥装置212と、エッチング・スパッタ装置213と、を備える。紫外線照射装置211は、ワーク(配線基板材料)に対してフォトデスミア処理における紫外線照射処理を行う。超音波洗浄・乾燥装置212は、フォトデスミア処理における物理的振動処理として超音波振動処理(超音波洗浄処理)を行った後、ワークを乾燥する乾燥処理を行う。エッチング・スパッタ装置213は、イオンエッチング法とスパッタリング法を採用し、フォトデスミア処理後のワーク表面から酸化膜を除去してシード層を形成する処理を行う。
このような配線基板製造装置210,220によれば、シード層と絶縁層との密着性が担保され、シード層と導体層との接続強度も担保された信頼性の高い配線基板の製造を実現することができる。
なお、図8において、紫外線照射装置211及び221が紫外線照射部に対応し、超音波洗浄・乾燥装置212及び222が振動付与部に対応し、エッチング・スパッタ装置213及び224がシード層形成部に対応している。
上記実施形態においては、スパッタリング法によりシード層を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、イオンプレーティング法によりシード層を形成してもよい。この場合にも、スパッタリング法によりシード層を形成した場合と同様の効果が得られる。すなわち、スパッタリング法やイオンプレーティング法のように、材料粒子(金属粒子)を衝突させ付着させることでシード層を形成する手法であれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
また、上記実施形態においては、イオンエッチング法により酸化膜を除去する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、薬液に基板材料を浸漬して酸化膜を除去してもよい。薬液としては、例えば、過酸化水素と硫酸を混合した薬液が好ましく、水酸化ナトリウム水溶液であってもよい。このように薬液で酸化膜を除去する場合にも、イオンエッチング法により酸化膜を除去する場合と同様の効果が得られる。
Claims (6)
- 導電層の上に、無機物質よりなるフィラーが含有された樹脂からなる絶縁層が積層された配線基板材料に対して、前記絶縁層を貫通する貫通孔を形成する第一工程と、
前記貫通孔が形成された前記配線基板材料に対して、波長220nm以下の紫外線を照
射することにより、当該配線基板材料のデスミア処理を行うとともに前記絶縁層および前記貫通孔の表面に結合欠陥を生成する第二工程と、
前記デスミア処理された前記貫通孔の底の導電材料に形成された酸化膜を除去し、前記結合欠陥が生成された前記貫通孔内および前記絶縁層の表面に対して、材料粒子を衝突させ打ち込むことでシード層を形成する第三工程と、
前記シード層の上に、電解めっきにより導電材料からなるめっき層を形成する第四工程
と、を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。 - 前記第三工程は、
イオンエッチングにより前記酸化膜を除去することを特徴とする請求項1に記載の配線
基板の製造方法。 - 前記第三工程は、
イオンエッチングにより前記酸化膜を除去し、スパッタリング法により前記シード層を
形成することを特徴とする請求項1または2に記載の配線基板の製造方法。 - 前記第三工程は、
薬液により前記酸化膜を除去することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方
法。 - 前記第三工程は、
過酸化水素と硫酸を混合した薬液により前記酸化膜を除去することを特徴とする請求項
4に記載の配線基板の製造方法。 - 導電層の上に、無機物質よりなるフィラーが含有された樹脂からなる絶縁層が積層され、前記絶縁層を貫通する貫通孔が形成された配線基板材料に対して、波長220nm以下の紫外線を照射することにより、当該配線基板材料のデスミア処理を行うとともに前記絶縁層および前記貫通孔の表面に結合欠陥を生成する紫外線照射部と、
前記デスミア処理された前記貫通孔の底の導電材料に形成された酸化膜を除去し、前記結合欠陥が生成された前記貫通孔内および前記絶縁層の表面に対して、材料粒子を衝突させ打ち込むことでシード層を形成するシード層形成部と、を備えることを特徴とする配線基板製造装置。
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