JPH06226601A

JPH06226601A - 研磨方法及び研磨装置

Info

Publication number: JPH06226601A
Application number: JP1841393A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tenmyo; 浩之天明; Tetsuya Yamazaki; 哲也山崎; Makoto Fukushima; 誠福島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、有機物等の粘弾性材料の高効
率な研磨方法に関するものであり、特に、電子回路基板
等の複合材料の表面を平坦に研磨する方法を提供するこ
とにある。【構成】高密度，高アスペクト比の配線パターンをポリ
イミドで塗布して絶縁層を形成した表面凹凸の大きい電
子回路基板表面を、有機樹脂を溶解することが出来る溶
剤と金属を研磨できる砥粒を組み合わせることにより研
磨する。【効果】本発明により、電子回路基板等の高密度，高ア
スペクト比の配線段差表面を平坦に研磨することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研磨効率の低い有機材
料の研磨に関するものである。特に凹凸を持つ複合材料
の表面を平坦に研磨する方法に関するものであり、配線
による凹凸を持つ電子回路用薄膜多層基板に用いる層間
絶縁膜の製造方法に適するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨方法は、テープ研磨、サンド
ペーパーによる研磨、ダイヤモンドペーストによる研磨
等の方法が用いられてきた。しかし、これらの方法は、
いずれも金属等弾性体の研磨には効果があるが、粘弾性
体（例えば有機高分子材料）や複合材料(例えば有機物
と無機物、例えば金属と樹脂)の研磨に対しては、十分
な効果が見出せなかった。即ち、従来の研磨方法では、
弾性体からなる部分は研磨されるが、粘弾性体から成る
部分では研磨効率が低いといった欠点があった。

【０００３】一方近年要求される高性能の電子回路部品
の製造プロセスにおいては、性能の大幅向上のため高密
度、高アスペクト比の配線パターンを高度に平坦化する
方法が必要とされている。その作成方法を図１に示す。
基板２上にポリイミド１を塗布し、その上に配線層３を
形成し、さらに絶縁層を形成することにより薄膜多層基
板を作成する方法である。

【０００４】この方法では、配線の形状が塗布した絶縁
層の表面に出る。このため基板上に凹凸が生じる。この
凹凸は、後の上層配線層形成時のフォト工程において障
害となる。そこで有機高分子材料や金属／有機物等の複
合材料の研磨が必要である。

【０００５】平面研磨を多層基板作成工程に用いること
は、特開平４−８４９５に述べられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の研磨方法は、固
い材質の研磨または、やわらかい材質の研磨のみに重点
が置かれた研磨方法であったと言える。このため複合材
料に対する配慮に欠けていた。

【０００７】上記特許では、多層基板の表面の樹脂除去
について述べられている。すなわち、多層プリント配線
板の積層時に穴から表面に溶け出した樹脂を固化後にベ
ルトサンダーにて研磨除去するものである。しかし、こ
の発明においても複合材料については触れられておら
ず、本発明は新規性が認められる。

【０００８】表面の平坦化は、近年要求される高性能の
電子回路部品の製造プロセスにおいて性能の大幅向上の
ための重要な技術である。また、平坦性は、性能の大幅
向上に伴う高密度、高アスペクト比の配線パターンにお
いては、必須である。

【０００９】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を克
服し、溶剤と砥粒を選択することにより、様々な材料の
組合せによる凹凸表面に対しても効率良く表面研磨を行
う方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、異なった材質
から成る複合材料を平坦に研磨しようとする時、有機物
等やわらかい材質を溶剤で溶解し、かつ無機物等固い材
質を砥粒で研磨する方法である。

【００１１】

【作用】本発明においては、凹凸基板表面に塗布した有
機物（樹脂，絶縁膜)及び無機物（金属，配線)の複合材
料の研磨を溶剤と砥粒が混合した状態で研磨する。この
ため、有機物部分については、溶剤の効果により研磨が
促進される。一方、無機物部分については、砥粒の効果
により研磨される。即ち、従来の研磨方法においては、
固い金属材料に適した砥粒を用いた場合、やわらかい有
機樹脂部分が研磨されない。また、固い材料，やわらか
い材料の両者が同時に存在する場合は、固い材料（金属
など）のみが研磨されるといった欠点がある。従来方法
による研磨後の形状は、図２に示すようにポリイミドの
バリ４が生じている。電子回路基板に適応した場合に
は、配線（スタッド）と絶縁層の境界のバリ部分で配線
切れといった問題が生じる可能性がある。本発明におい
ては、各々に適した溶剤および砥粒を用いることにより
効率良く研磨することが出来る。

【００１２】

【実施例】本発明における研磨の原理を図３に示す。有
機樹脂は、砥粒のみでは研磨されにくい。そこで本発明
においては研磨治具５の上に、砥粒７と溶剤６を含浸さ
せた研磨剤を用い、基板２上の有機樹脂１の表面を溶解
させながら研磨する方法を提供するものである。

【００１３】研磨に供した基板を図４に示す。基板２
は、アルミナを用いた。その上にスパッタおよびフォト
工程を用いて配線３を形成した。配線幅８および高さ９
は、２０μmとした。

【００１４】この上にポリイミドを２０μm塗布した直
後の表面形状を図５に示す。図５の１０部分が配線によ
る表面凹凸部分である。この表面上にフォトレジストを
用いて配線パターンを作製することは段差による配線切
れが懸念される。そのため近年要求されている高密度、
高アスペクト比の配線パターンに対しては、本発明のよ
うな高度に平坦化された表面が要求されている。

【００１５】本発明では、まず凸部分の有機樹脂が溶剤
によって溶解され削れていく。続いて金属と有機物が同
時に存在する表面では、金属が砥粒により研磨され、有
機物が溶剤によって溶解／研磨される。

【００１６】本発明を実現するためには、有機溶剤が研
磨剤（サンドペーパーや研磨テープの砥粒）の隙間に適
度に浸透するようにすると共に、基板表面に付着した溶
剤を除去する必要がある。

【００１７】以下において、上記プロセス条件を実現す
るために必要な装置構造を含め、研磨条件を表１に示す
と共に、本発明の詳細を実施例により説明する。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例１：研磨装置として泉谷機械工業株
式会社製マイクロラップマシンMLS-315YWを用いた。そ
の装置の構造概略を図６に示す。

【００２０】本装置は、テープ供給リール１３から研磨
テープを送りだし、テープ巻取りリール１４で巻取るよ
うになっている。途中の駆動ローラ１６で研磨テープの
送り速度を調節し、コンタクトローラ１７でワーク１８
と接し、研磨する構造になっている。このときコンタク
トローラ１７が振動し、研磨する距離を稼いでいる。

【００２１】本発明により付加した機能を図７に示す。
図７は、図６のワーク接触部分を拡大したものである。

【００２２】本発明で付加した機能は、溶剤供給装置１
９と溶剤２０で研磨テープを湿らせるための不織布２１
および過剰の溶剤を拭き取る不織布２２である。研磨条
件を表１に示し、研磨テープの仕様を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】この装置を用いて、銅を配線した上に、日
立化成工業(株)製ポリイミドワニスPIQをスピンコート
した凹凸基板(100mm角)を研磨した。PIQは数回重ねて塗
布し、このときPIQフルキュア後の最終膜厚は、２０μm
狙いとした。銅配線は、垂直段差２０±２μmでパター
ン形状として２０μmライン&スペースとした。溶剤とし
て、N-メチル-2-ピロリドンを用いた。研磨の差を評価
するため、砥粒のみで研磨した表面形状を図８に示し、
砥粒＋溶剤で研磨した表面形状を図９に示す。

【００２５】従来方法（砥粒のみ）で研磨した基板の表
面は、図５に示すように塗布直後６μmあった段差が図
８に示すように０.５μm程度に平坦化された。しかし、
銅配線部分の研磨速度が速いため平坦部分に比べて０.
５μm程度凹んでいた。しかも金属と有機樹脂薄膜の研
磨効率が異なるためバリが生じていることがわかる。

【００２６】本発明（砥粒＋溶剤）による方法では、図
５に示すように塗布直後６μmあった段差が図９に示す
ように０.３μm程度に平坦化され、従来方法に比べて
０.２μm改善された。また、銅配線部分の凹みは０.２
μm程度になり、従来方法に比べて０.３μm改善され
た。しかも銅周辺部分のポリイミドのバリも研磨されて
いることが確認された。以上の結果より、本方法は、銅
とポリイミドを均一に研磨することにおいて優れた方法
であることが分かった。

【００２７】実施例２：研磨装置の構造概略を図１０に
示す。

【００２８】本装置は、容器２５の中に定盤２８があ
り、この上に砥粒の間に溶剤が含浸している２７。サン
プル基板は、凹凸面２６が下になるようにセットした。
研磨時は、２４方向に押しつけ、２３方向に移動させ研
磨した。この装置を用いて実施例１と同様なサンプルを
研磨した。溶剤は、実施例１に用いた物と同じものを用
いた。研磨剤の仕様を表３に示す。また、研磨条件を表
４に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】従来方法（砥粒のみ）で研磨した基板の表
面は、図５に示すように塗布直後６μmあった段差が図
１１に示すように０.６μm程度に平坦化された。しか
し、銅配線部分の研磨速度が速いため平坦部分に比べて
０.６μm程度凹んでいた。

【００３２】本発明(砥粒＋溶剤)による方法では、塗布
直後６μmあった段差が図１２に示すように０.２μm程
度に平坦化され、従来方法に比べて０.４μm改善され
た。また、銅配線部分の凹みは０.２μm程度になり、従
来方法に比べて０.４μm改善された。よって本方法を用
いても実施例１同様に銅とポリイミドを均一に研磨でき
ることが実証された。

【００３３】いずれの実施例においても従来法では得ら
れない極めて高度な平坦化が達成され、本発明の有効性
が実証された。

【００３４】また、装置の選択により、様々な材料の研
磨を行うことができ、その応用の幅も広い。すなわち以
上の実施例においては、配線に銅、絶縁膜にポリイミド
を用いた配線基板について述べたが、配線および絶縁膜
の材料としてはこれに限らない。例えば、配線材として
はアルミニウムやニッケル，タングステンなどの各種金
属が使用できる。又絶縁材料としては、エポキシ樹脂な
どの他の有機材料も溶剤を選択することにより使用でき
る。また、本方法は、配線／絶縁層表面の平坦化のみな
らず、配線／レジスト表面の平坦化などにも応用が出来
る。

【００３５】このようにして高度に平坦化された基板表
面上においては、種々の微細加工を高精度に実行するこ
とが可能となり、更に複雑な構造体を得ることが出来る
等の利点がある。例えば、電子回路基板においては、微
細パターンを形成し、上下方向への微細かつ高密度の接
続をすることが可能となり、以上の工程を繰り返すこと
により、高密度薄膜多層基板を形成することが可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、複合材料の研磨におい
て研磨剤と溶剤の適宜な選択を行うことにより、様々な
材料の研磨を効率良く行うことが出来る。そのため、電
子回路基板を例にとれば、高アスペクト比の配線段差表
面を高度に平坦化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】薄膜多層回路基板の作成方法を示す図である。

【図２】従来方法の研磨によるサンプルの形状を示す図
である。

【図３】本発明の原理を示す図である。

【図４】実験に用いた基板を示す本発明における平板型
研磨装置の原理を示す図である。

【図５】研磨前の表面形状を示す図である。

【図６】実験に用いたテープ研磨装置を示す図である。

【図７】本発明により付加した機構を示す図である。

【図８】従来方法を用いたテープ研磨の結果を示す図で
ある。

【図９】本発明によるテープ研磨装置を用いた結果を示
す図である。

【図１０】実験に用いた研磨装置を示す図である。

【図１１】従来方法を用いた研磨の結果を示す図であ
る。

【図１２】本発明による研磨装置を用いた結果を示す図
である。

【符号の説明】

１…樹脂（絶縁材料）、２…基板、３…金属（配線）、
４…バリ、５…研磨治具、６…溶剤、７…砥粒、８…幅
（２０μｍ）、９…高さ（２０μｍ）、１０…配線部
分、１１…手動ハンドル（上下）、１２…高さ調整ハン
ドル、１３…テープ供給リール容器、１４…テープ巻取
りリール、１５…研磨テープ、１６…駆動ローラ、１７
…コンタクトローラ、１８…ワーク、１９…溶剤供給装
置、２０…溶剤、２１…溶剤供給用不織布、２２…溶剤
拭き取り用不織布、２３…左右移動、２４…押しつけ方
向、２５…容器、２６…凹凸面、２７…溶剤＋研磨剤、
２８…定盤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨効率の悪い有機物等の研磨を行う時に
研磨剤に溶剤を添加し、溶剤による溶解と研磨剤による
機械研磨を同時に行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】砥粒による研磨に、溶剤による溶解性を付
加することにより、無機物等から成る弾性物と有機物等
から成る粘弾性物の複合材料を同一速度で平坦に研磨す
ることを特徴とする研磨方法。
【請求項３】砥粒によるテープ研磨装置に溶剤を供給す
る装置を付加した、複合材料を同一速度でテープ研磨す
ることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】砥粒による研磨に溶剤を供給する装置を付
加した、複合材料を同一速度で研磨することを特徴とす
る研磨装置。