JP7461437B1 - 微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング・プロセスのサイド・エッチングを抑え、微細な相互接続を可能にするサブトラクティブ方法を提供する。【解決手段】最初に乾式エッチングを使用して金属層内に配線パターン溝を形成する方法であって、配線基板１０の表面上の金属層２０の上にレジスト・フィルム３０を堆積させるステップと、乾式エッチング・プロセスを実施して前記レジスト・フィルムをエッチングし、かつ、貫通させて前記金属層内に、第１の金属層の厚さより小さい深さの配線パターン溝２００を形成し、さらに湿式エッチング・プロセスを実施し、前記金属層が、前記配線パターン溝から再びエッチングされて前記金属層が貫通され、前記金属層内に配線を形成するステップと、前記レジスト・フィルムを除去するステップと、を含む。【効果】最初の湿式エッチングで金属層の厚さを低減することができ、サイド・エッチングが抑えられる。【選択図】図１Ｄ

Description

本発明は、回路基板製造方法、特に、微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法に関する。

現行の回路基板製造方法は、主としてリソグラフィおよびエッチングによって配線基板上の金属層内に設計済みの配線パターンが形成される。リソグラフィおよびエッチングのプロセス・ステップは、主として、最初に配線基板上の金属層の上にフォトレジスト層を堆積し、そのフォトレジスト層の上にパターン化のためのマスクをセットアップし、フォトレジスト層を露光してパターン化したフォトレジスト層を形成する。その後、配線基板をエッチングして金属層の、パターン化されたフォトレジスト層によってカバーされていない部分を除去し、最後にパターン化されたフォトレジスト層を除去して配線基板上に配線パターンが完成する。

そのエッチングおよびパターン化されたフォトレジスト層によってカバーされていない金属層の部分を除去するステップにおいては、配線基板が、金属層およびそれの上のパターン化されたフォトレジスト層とともにエッチング溶液内に、フォトレジスト層によってカバーされていない金属層の部分が、エッチング溶液によって配線基板に到達するまで浸食されるように浸漬され、それによって金属層内の配線が完成する。

しかしながら、エッチング溶液は、金属層を下向きに浸食するだけではなく側方も浸食し、その結果、パターン化されたフォトレジスト層の直下の配線パターンのボトムが忠実に保存されず、むしろそれに代わり、内向きに凹められ、それによって配線パターンの構造的安定性が危険にさらされる。それに加えて、近年の回路基板の小型化の要求に応答して、配線パターン設計のワイヤ直径がより小さく、かつ配線間隔の幅がより狭くなり、かつエッチング溶液によって生じる配線パターンの側方の浸食（以下、サイド・エッチングと呼ぶ）が、配線基板上における配線パターンの相互接続をはじめ、完成回路基板の通信品質の安定性に影響を及ぼすことがよりありがちとなる。言い換えると、エッチング溶液のサイド・エッチング現象は、小型化の開発だけでなく回路基板配線の精度も制限し、したがって、従来技術の回路基板製造方法は、さらに改善されることが必要になっている。

現行の回路基板製造方法が、配線パターンのエッチング時にサイド・エッチングを招く傾向にあり、その結果、不安定な配線構造および相互接続のための微細ワイヤの開発を制限しているという事実に鑑み、本発明は、微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法を提供する。

前記方法は、
前記配線基板の第１の表面上に第１の金属層を伴う配線基板を準備するステップと、
前記第１の金属層の上にレジスト・フィルムを堆積させるステップと、
配線パターンに対応する開口を形成するべく前記レジスト・フィルムの表面から前記第１の表面へ向かってエッチングする乾式エッチング・プロセスを実施するステップであって、前記開口が、前記レジスト・フィルムを貫通して前記第１の金属層内に配線パターン溝を形成し、前記配線パターン溝の深さが前記第１の金属層の厚さより小さいとするステップと、
前記第１の金属層の前記配線パターン溝から前記第１の金属層をエッチングし、貫通させて前記第１の金属層内に配線を形成するべく湿式エッチング・プロセスを実施するステップと、
前記レジスト・フィルムを除去するステップと、
を包含する。

本発明においては、前記配線基板上の前記第１の金属層上に配線を形成しようとするとき、最初に第１の金属層上にレジスト・フィルムが堆積され、その後、レーザ・エッチング、イオン・エンハンスト・プラズマ・エッチング、およびそのほかのエッチング・プロセスといった乾式エッチング・プロセスが使用される。前記レジスト・フィルムおよび前記第１の金属層がエッチングされて前記第１の金属層内に配線パターン溝が形成される。その後、湿式エッチング・プロセスが実施され、前記第１の金属層が貫通されるまで前記第１の金属層内の前記配線パターン溝内におけるエッチングが続けられ、前記第１の金属層内の配線が完成される。

本発明は、配線層を形成するエッチング・プロセスを、第１のステップを乾式エッチング・プロセスとし、第２のステップを湿式エッチング・プロセスとする２つのステップに分割する。乾式エッチングは、パターン化されたレジスト・フィルムをレジスト・フィルムから形成することに加えて、前記第１の金属層内における配線パターン溝の形成も行い、その後に続く湿式エッチング・プロセスのステップにおいて除去が必要となる前記第１の金属層の厚さを低減する。その結果として、フォトレジスト層によってカバーされていない金属層全体を湿式エッチングによって直接除去する従来技術と比較すると、本発明は、除去されるべき第１の金属層の部分の厚さを前もって低減することから、湿式エッチング・プロセスが実施されるときには、湿式エッチング・プロセスによって除去される金属層の部分の厚さが低減されている。したがって、湿式エッチング・プロセスの間において前記レジスト・フィルムの下の前記第１の金属層に対するサイド・エッチングの程度も低減される；したがって、過剰なサイド・エッチングによって生じる不安定な配線構造の問題を回避することが可能である。

それに加えて、露光および現像プロセスによってパターン化され、配線パターンを伴うフォトレジスト層の生成および配線金属層に対する湿式エッチングの直接的な実施に関して述べれば、レーザ・エッチング等の乾式エッチングは、より深く指定されるエッチングの深さ、およびより高い、指定されたエッチング経路の精度を有し、それが、微細配線仕様によって求められる２０μｍ以下の線幅および間隔の両方を伴う配線パターン溝を効率的に形成することが可能であり、また前述した、サイド・エッチングの程度の低減における本発明の有効性の観点から述べれば、湿式エッチング・プロセスによる影響をより受けやすい微細配線についてのサイド・エッチングの問題の効果的な解決が可能になる。さらにまた、レーザ・エッチング・テクノロジを用いて直接前記金属層を貫通して配線の分離を完成させることと比較すると、本発明は、配線基板と金属層の間の接合における、レーザ・エッチングの高い温度に起因する接合の分離の問題も回避する。

要約すると、本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法は、より狭い配線幅およびピッチを伴う微細な配線回路基板の製造に利用可能であり、かつそれの配線品質も保証する。

本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。 本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法のプロセス・フローの断面図である。

以下においては、本発明の実施態様における技術的解決策を、本発明の実施態様内の図面を参照して明瞭かつ完全に説明する。説明されている実施態様が本発明の実施態様のすべてではなく、その一部に過ぎないことは明らかである。本発明の実施態様に基づいて、創造的努力を伴うことなくこの分野の当業者によって得られるそのほかのすべての実施態様は、本発明の保護範囲内に入るものとする。

図１Ａから図１Ｇを参照されたい。本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法は、主として以下のステップを含む。

図１Ａに示されているとおり、配線基板１０が準備され、配線基板１０の第１の表面１１は、それの上に第１の金属層２０を有している。

図１Ｂに示されているとおり、レジスト・フィルム３０が第１の金属層２０の上に堆積される。

図１Ｃに示されているとおり、乾式エッチング・プロセスが実施され、エッチングが配線パターンに従ってレジスト・フィルム３０の表面から配線基板１０へ向かって進み、開口３０１を形成する。乾式エッチングが進むに従って、開口がレジスト・フィルム３０を貫通し、第１の金属層２０内に配線パターン溝２００を形成する。乾式エッチング・プロセスが完了したときの配線パターン溝２００の深さｄ１は、第１の金属層２０の厚さＤ１より小さい。

図１Ｄに示されているとおり、その後、湿式エッチング・プロセスが実施され、第１の金属層２０内の配線パターン溝２００を介して第１の金属層２０がエッチングされて、第１の金属層２０が貫通される。

図１Ｅに示されているとおり、その後、レジスト・フィルム３０が除去される。レジスト・フィルム３０は、たとえば、レジスト・フィルム３０が作られた材料のために特化された別のエッチング・プロセスによってエッチング除去される。

好ましくは、乾式エッチング・プロセスを、コンピュータによる指定深度コントロール付きのレーザ・エッチング・プロセスとし、コンピュータが、レーザ・エッチングの深さをコントロールするだけではなく、レーザ・エッチングによって形成される配線パターン溝２００の配線パターン、すなわち第１の金属層２０内の除去されるべき対応の領域も指定する。レーザ・エッチングの深さは、レジスト・フィルム３０を貫通するだけではなく、第１の金属層２０内に配線パターン溝２００を形成する必要もある。第１の金属層２０の厚さＤ１およびレジスト・フィルム３０の厚さＤ２は、堆積の時点において既知であり、それによってレーザ・エッチングによるエッチングの深さｄ２がレジスト・フィルム３０の厚さＤ２より大きく、かつレジスト・フィルム３０の厚さＤ２と第１の金属層２０の厚さＤ１の合計より小さく設定される。換言すれば、レーザ・エッチングの深さｄ２は、第１の金属層２０を貫通することのないように制限される。好ましくは、レーザ・エッチング・プロセスが、たとえば、紫外線レーザ、グリーン・レーザ、ナノ秒レーザ、またはフェムト秒レーザ・テクノロジを利用する。

たとえば、図１Ｃも併せて参照されたい。第１の金属層の厚さＤ１を６μｍ、レジスト・フィルム３０の厚さＤ２を１μｍとすると、レーザ・エッチングの深さｄ２を５μｍに設定することが可能である。このようにすると、配線パターン溝２００の下に残存する第１の金属層２０の厚さが２μｍになり、換言すれば、湿式エッチングの実施時においては、エッチングの深さを２μｍに設定することだけが第１の金属層内の配線の完成のために必要になる。

現在の例において、パターン化されたフォトレジスト層の堆積の完了後、同じ仕様の金属層のエッチングが従来技術に説明されているとおりの湿式エッチングによって直接実施される場合には、金属層を６μｍまで湿式エッチングすることが必要となり、それが、その湿式エッチング・プロセスの間にサイド・エッチングを継続的に生じさせることになる。これに対して、本発明は、湿式エッチング・プロセスによって除去されるべき金属層の厚さを減じることから（上に述べられているとおり、わずか２μｍ）、湿式エッチング・プロセスの間に生じるサイド・エッチングの程度の大幅な低減が可能になる。

図２Ａから図２Ｃを参照されたい。第１の実施態様においては、本発明の微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法を、両面回路基板の製造プロセスにも適用することが可能である。この実施態様においては、配線基板１０がさらに、第１の表面１１の反対側となる第２の表面１２を有し、第２の表面１２は、それの上に第２の金属層４０を有し、前述した配線基板１０を準備するステップが、さらに以下のサブステップを含む。

図２Ａに示されているとおり、配線基板１０が提供され、配線基板１０の第１の表面１１に金属箔層２１が、第２の表面１２に金属箔層４１がそれぞれ堆積される。金属箔層２１および４１は、たとえば、配線基板１０の第１の表面１１および第２の表面１２のそれぞれにあらかじめ堆積された銅箔層であり、それらの金属箔層２１および４１の厚さを、好ましくは３－５μｍとする。

図２Ｂに示されているとおり、配線基板１０および両方の金属箔層２１ならびに４１を貫通する少なくとも１つのスルーホール１００を形成する穿孔プロセスが実施される。

図２Ｃに示されているとおり、金属めっきプロセスが実施される。電解めっき層５０が、配線基板１０の第１の表面１１の金属箔層２１と、配線基板１０の第２の表面１２の金属箔層４１と、前記少なくとも１つのスルーホール１００の内壁１０１の上に形成される。この実施態様においては、第１の表面１１上の金属箔層２１と電解めっき層５０の組み合わせを前述した第１の金属層２０として考えることが可能であり、また第２の表面１２上の金属箔層４１と電解めっき層５０の組み合わせを前述した第２の金属層４０として考えることが可能であり、それにおいて電解めっき層５０の厚さを好ましくは３μｍから５μｍとする。好ましくは、金属箔層２１ならびに４１および電解めっき層５０が、銅等の同一の金属材料から作られる。

図２Ａから図２Ｃに示されているステップは、両面回路基板の配線基板１０内の導電性スルーホール１００の配置の完成に関する。次に、図２Ｄから図２Ｆを参照するが、これらの図は、配線基板１０の第１の表面１１および第２の表面１２上における配線の形成の完成に関する。

図２Ｄに示されているとおり、この実施態様においては、レジスト・フィルム３０が配線基板１０の第１の金属層２０の表面（すなわち、第１の表面１１の電解めっき層５０の表面）上に堆積され、同時にレジスト・フィルム３０は、第２の金属層４０の表面（すなわち、第２の表面１２の電解めっき層５０の表面）、および少なくとも１つのスルーホール１００内の内壁１０１の電解めっき層５０の上にも堆積される。レジスト・フィルム３０は、たとえば電解めっきまたは無電解めっきによって堆積される。

好ましくは、レジスト・フィルム３０と、金属箔層２１および４１と、電解めっき層５０が異なる金属材料から作られる。たとえば、金属箔層２１および４１と、電解めっき層５０は、金属銅であり、レジスト・フィルム３０は、スズ、ニッケル等の金属、またはこれらの合金から作られる；しかしながら、本発明がこれに限定されることはない。配線基板１０およびそれの上の第１の金属層２０が、湿式エッチング・プロセスにおいてはエッチング溶液内に浸漬されることから、エッチングが、特定種類の金属、たとえば第１の金属層２０として使用される金属銅をエッチングすることはありがちである。特定の領域のエッチングを防止するために、レジスト・フィルム３０と、金属箔層２１および４１と、電解めっき層５０が異なる材料で作られる。

図２Ｅを参照されたい。この実施態様においては、乾式エッチング・プロセスのステップの実施時に、第１の金属層２０上のレジスト・フィルム３０のエッチングおよび貫通、および第１の金属層２０内の配線パターン溝２００の形成に加えて、配線基板１０の第２の表面上のレジスト・フィルム３０もまた、乾式エッチングを受けてレジスト・フィルム３０を通る開口３０１が形成され、第２の金属層４０内に配線パターン溝４００が形成される。その場合に、第１の表面１１または第２の表面１２上において配線パターン溝２００および４００が電解めっき層５０を貫通すること、またはしないことのいずれもあり得る；しかしながら、この時点において、配線パターン溝２００および４００が金属箔層２１および４１を貫通することはない。

図２Ｆに示されているとおり、この実施態様は、湿式エッチング・プロセスを実施するステップにおいて、第１の金属層２０の配線パターン溝２００のエッチングに加えて、第２の金属層４０の配線パターン溝４００を介して第２の金属層４０のエッチングをさらに行い、第２の金属層４０を貫通して第２の金属層４０内に配線を形成し、第１の金属層２０内の配線が、少なくとも１つのスルーホール１００の内壁１０１上の電解めっき層５０によって第２の金属層４０内の配線と電気的に接続される。

最後に、図２Ｇに示されているとおり、レジスト・フィルム３０が除去される。

図２Ｅに示されている手前のステップにおいて、配線パターン溝２００および配線パターン溝４００が電解めっき層５０を貫通する場合には、湿式エッチング・プロセスが、続けて金属箔層２１および４１のエッチングおよび貫通を行うものとする。配線パターン溝２００および配線パターン溝４００が電解めっき層５０を貫通しない場合には、湿式エッチング・プロセスが、最初に電解めっき層５０のエッチングおよび貫通を行い、その後、続けて金属箔層２１および４１のエッチングおよび貫通を行うものとする。

注意される必要があるが、第２の金属層４０上の金属箔層４１、電解めっき層５０、および配線パターン溝４００の特徴は、第１の金属層２０上の金属箔層２１、電解めっき層５０、および配線パターン溝２００のそれと同じであり、したがって、ここではそれらの特徴の説明を繰り返していない。

好ましくは、配線基板１０を、たとえば、ハード配線基板、ソフト配線基板、またはハードおよびソフト複合配線基板とする。それに加えて、配線基板１０を、複数の積層誘電体層、配線層等を含む複合配線構造を伴う多層配線基板とすることも可能である。

以上は、本発明の好ましい実施態様である。この分野の当業者は注意される必要があるが、本発明の原理からの逸脱を伴うことなく、ある程度の本発明の改善および修正を行うことがまだ可能であるが、それにもかかわらずそれらは、本発明の保護範囲内にあるものとして見做される。

１０ 配線基板
１１ 第１の表面
１２ 第２の表面
２０ 第１の金属層
２１ 金属箔層
３０ レジスト・フィルム
４０ 第２の金属層
４１ 金属箔層
５０ 電解めっき層
１００ スルーホール
１０１ 内壁
２００ 配線パターン溝
３０１ 開口
４００ 配線パターン溝
ｄ１ 溝２００の深さ
Ｄ１ 第１の金属層２０の厚さ
ｄ２ レーザ・エッチングの深さ
Ｄ２ レジスト・フィルム３０の厚さ

Claims (9)

1. 微細な相互接続を伴う回路基板を製造するためのサブトラクティブ方法であって、
   第１の表面上に第１の金属層を伴う配線基板を準備するステップと、
   前記第１の金属層の上にレジスト・フィルムを堆積させるステップと、
   配線パターンに対応する開口を形成するべく前記レジスト・フィルムの表面から前記第１の表面へ向かってエッチングする乾式エッチング・プロセスを実施するステップであって、前記開口が、前記レジスト・フィルムを貫通して前記第１の金属層内に配線パターン溝を形成し、前記配線パターン溝の深さが前記第１の金属層の厚さより小さいとするステップと、
   前記第１の金属層の前記配線パターン溝から前記第１の金属層をエッチングし、貫通させて前記第１の金属層内に配線を形成するべく湿式エッチング・プロセスを実施するステップと、
   前記レジスト・フィルムを除去するステップと、を含み、
   前記乾式エッチング・プロセスは、前記湿式エッチング・プロセスによって除去される前記第１の金属層の厚さを低減させるために実施され、
   前記乾式エッチング・プロセスの後の前記第１の金属層の前記厚さは２μｍ以下である、
   サブトラクティブ方法。
2. 前記乾式エッチング・プロセスは、レーザ・エッチング・プロセスである、請求項１に記載のサブトラクティブ方法。
3. 前記配線基板は前記第１の表面の反対側となる第２の表面上に第２の金属層を有し、前記配線基板を準備する前記ステップは、
   前記配線基板の前記第１の表面および前記第２の表面のそれぞれの上に金属箔層を堆積させるサブステップと、
   前記配線基板および前記第１および第２の表面上の前記金属箔層の両方を通る少なくとも１つのスルーホールを形成するべく穿孔プロセスを実施するサブステップと、
   前記配線基板の前記第１の表面の前記金属箔層および前記第２の表面の前記金属箔層のそれぞれの上、および前記少なくとも１つのスルーホールの内壁上に電解めっき層を形成するべく金属めっきプロセスを実施するサブステップであって；前記第１の表面上の前記金属箔層および前記電解めっき層は、前記第１の金属層として結合され、かつ前記第２の表面上の前記金属箔層および前記電解めっき層は、前記第２の金属層として結合されるものとするサブステップと、を含む、請求項１または請求項２に記載のサブトラクティブ方法。
4. 前記第１の金属層の上にレジスト・フィルムを堆積させる前記ステップにおいて、前記レジスト・フィルムは、前記第２の金属層の表面上、および前記少なくとも１つのスルーホールの前記内壁の上にも同時に堆積され、
   乾式エッチング・プロセスを実施する前記ステップにおいて、前記配線基板の前記第２の表面上の前記レジスト・フィルムは、別の配線パターンに対応する開口を形成するべくエッチングされ、前記開口は、前記第２の金属層上の前記レジスト・フィルムを貫通し、かつ前記第２の金属層内に別の配線パターン溝を形成し、前記第２の金属層内の前記別の配線パターン溝の深さは、前記第２の金属層の厚さより小さく、
   湿式エッチング・プロセスを実施する前記ステップにおいて、前記第２の金属層内に配線が形成されるように、前記第２の金属層を貫通するべく前記第２の金属層内の前記配線パターン溝から前記第２の金属層がさらにエッチングされ、
   前記第１の金属層内の前記配線は、前記第２の金属層内の前記配線と、前記少なくとも１つのスルーホールの前記内壁の前記電解めっき層を介して電気的に接続される、請求項３に記載のサブトラクティブ方法。
5. 乾式エッチング・プロセスを実施する前記ステップにおいて、前記第１の金属層内に前記配線パターン溝が形成され、前記第２の金属層内に前記別の配線パターン溝が形成されるとき、前記第１の表面上の前記配線パターン溝または前記第２の表面上の前記別の配線パターン溝が、前記電解めっき層を貫通するか、または貫通しないかのいずれかとなる、請求項４に記載のサブトラクティブ方法。
6. 前記レジスト・フィルムと、前記金属箔層と、前記電解めっき層とは、異なる金属材料から作られる、請求項３に記載のサブトラクティブ方法。
7. 前記配線基板は、複合配線構造を伴う多層配線基板を含む、請求項１に記載のサブトラクティブ方法。
8. 前記配線基板は、ハード配線基板、ソフト配線基板、またはハードおよびソフト複合配線基板である、請求項１に記載のサブトラクティブ方法。
9. 前記乾式エッチング・プロセスのエッチングの深さは、前記レジスト・フィルムの厚さより大きく、前記レジスト・フィルムの厚さと前記第１の金属層の厚さの合計より小さい、請求項２に記載のサブトラクティブ方法。