JPH06283859A - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板に発生する反りを、絶縁性材料の線膨張
係数を改善することなく絶縁性膜層形成時に抑止するこ
とができる多層配線基板の製造方法の提供。 【構成】 多層配線基板の絶縁膜層を形成する工程にお
いて、該絶縁膜層の横方向に圧縮力を付与しながら冷却
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大形計算機や、ワーク
ステーション等のコンピュータ、交換器などに用いら
れ、ＬＳＩ、終端抵抗、コンデンサなどを高密度で多層
する薄膜多層配線基板の製造方法に係り、特に、基板形
成時に該基板に発生する反りを抑止するのに好適な多層
配線基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来多用されている基板上に多層配線構
造を形成する方法として、次の３種類の方法を説明す
る。

【０００３】１）第１の方法を図７に示す。まず、図７
（ａ）に示すように下地となる基板１上に、配線となる
部分をレジストで保護して不要な部分をエッチングなど
で除去し、その後前記レジストを除去して導電層２を形
成し配線を施す。この導電層２の一部に、上下層間の電
気的導通を行うために、導電性材料の導通に不要な部分
をレジストで保護し、導電性材料をめっきなどしてビア
３を形成し、その後、前記レジストを除去して立体的な
配線を形成する。その後、図７（ｂ）に示すように形成
されたビア３上に絶縁性材料４を乗せ、加圧加熱しなが
ら、図７（ｃ）に示す絶縁層５を形成する。その後、図
７（ｄ）に示すように絶縁層５中のビア３の表面を露出
させて平滑化する。平滑化された表面には再び導電層２
が選択的に配線されて多層化される。この工程を繰り返
せば、さらに高多層な配線構造を形成できる。しかしな
がら、図７（ｂ）、（ｃ）の工程において、硬化後の絶
縁性材料４の冷却中の線膨張係数が、下地となる基板１
の線膨張係数より大きいため、図７（ｅ）に示す様な反
りが生じる。なお、上記工程の形成技術としては、特公
平４ー３８１５７、特公平４ー３８１５８等がある。

【０００４】２）第２の方法を図８に示す。図８（ａ）
に示すように、予め導電性材料６と絶縁性材料７とが貼
り合わされた基材８の導電性材料６を、図８（ｂ）に示
すように、配線となる部分をレジストで保護して不要な
部分をエッチングなどで除去し、その後前記レジストを
除去して配線９を形成した基板１０と、図８（ｃ）に示
すように、下地となる基板１との間に絶縁性材料１１を
はさみ、加圧加熱して接着し絶縁層を形成する。次に図
８（ｄ）に示すように、前記絶縁層の上下層間の電気的
導通を行うためのスルーホール１２をレーザ加工などに
より形成する。次に図８（ｅ）に示すように、前記スル
ーホール１２に導電性材料１３を埋込み、表面を平滑化
して配線が多層化される。この工程を繰り返せば、さら
に高多層な配線構造を形成できる。しかしながら、図８
（ｃ）の工程において、加熱硬化した後の絶縁性材料１
１の冷却中の線膨張係数が、下地となる基板１より大き
いため前記第１の方法と同様な反りが生じる。

【０００５】３）第３の方法を図９に示す。まず図９
（ａ）に示すように、下地となる基板１上に導電性膜１
４を形成する。次に図９（ｂ）に示すように、導電性膜
１４の表面に任意形状に穴あけ加工されたレジスト１５
を形成する。次に図９（ｃ）に示すように、レジスト１
５の前記穴部に導電性膜１４を利用してめっきを行い、
該穴部を充填して導体部１６を形成する。次に図９
（ｄ）に示すように、レジスト１５を除去した後、図９
（ｅ）に示すように導体部１６以外の部分の導電性膜１
４を除去する。次に図９（ｆ）に示すように前記基板の
表面に絶縁性材料１７を塗布し絶縁層を形成する。その
後図９（ｇ）に示すように前記絶縁層の表面を研磨など
により除去し導体部１６の表面を露出させる。この工程
を繰り返せば、さらに高多層な配線構造を形成できる。
しかしながら、図９（ｆ）の工程において、加熱硬化し
た後の絶縁性材料１７の冷却中の線膨張係数が、下地と
なる基板１の線膨張係数より大きいため、前記第１，第
２の方法と同様な反りを発生することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の方法では、
絶縁膜層形成時に、基板に反りを発生するという問題点
を有する。前記反りが発生した場合、特に、層数を多層
化したときの反りは層数に比例して大きくなるため、次
工程の配線形成時に不具合を生じ、場合によっては配線
を形成できない場合もある。また、反りが大きくなる
と、絶縁膜層の引っ張り応力と、下地基板の圧縮応力が
大きくなる。このため、前記応力が材料の破断応力を超
えると、材料に剥離もしくは割れが生じ、それ以上の多
層化ができなくなる場合もある。

【０００７】前記反りの発生する主な原因は、冷却時の
絶縁層材料の線膨張係数が、下地である基板材料の線膨
張係数より大きいためである。すなわち、冷却による絶
縁層材料の寸法収縮が、下地となる基板の寸法収縮より
小さいことから冷却後にバイメタル効果が反りとして現
れるものである。したがって、成形後の絶縁膜層には引
張りの応力が加わり、下地の基板には圧縮の応力が加わ
った状態で釣り合っている。また、絶縁性材料は熱硬化
性材料である事が多いので、熱硬化性材料の硬化による
体積収縮が原因となる場合もある。この場合においても
前記バイメタル効果を助長させるだけであるため反りは
更に大きくなる。

【０００８】前記反りを抑止する方法としては、絶縁性
材料の線膨張係数を小さく改善する方法が一般に行われ
ている。しかしこの方法の場合、絶縁性材料の線膨張係
数以外の電気的な特性（例えば、電気的絶縁性）や、機
械的特性（例えば、引き剥がし強度）等を変化させずに
線膨張係数を改善するには、材料開発に多くの時間が必
要であり、また限界もある。また開発品の信頼性評価な
どにも多くの時間が必要とされるため、結果的に製造コ
スト高となる欠点があった。

【０００９】本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、
前記基板に発生する反りを、絶縁性材料の線膨張係数を
改善することなく絶縁性膜層形成時に抑止することがで
きる多層配線基板の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の多層配線基板の製造方法は、絶縁膜層を形
成する工程において、少なくとも冷却中の絶縁層材料の
線膨張係数よりも小さな線膨張係数を持つ材料の治具で
押圧しながら冷却することにより、前記絶縁膜材料に圧
縮力を付与しながら成形する構成である。

【００１１】また、加熱加圧前に、接着後の反りを予測
して、該反りと逆の反りを予め引っ張りと曲げで付与し
た基板に絶縁膜層を積層接着し絶縁膜層に圧縮力を発生
させながら成形する構成にするとよい。

【００１２】また、治具板で挟持した基板の冷却時の基
板の厚さ方向に温度差を与え、曲げ応力を付与しながら
冷却を行うことにより絶縁膜層に圧縮力を発生させて絶
縁膜層に成形する。

【００１３】さらに、多層基板を挟持する上下治具板の
上治具板の線膨張係数と下治具板の線膨張係数が異なる
ものを用いて、高温時に基板を曲げを付与することによ
り該絶縁膜層に圧縮力を発生させて絶縁膜層を成形す
る。

【００１４】一方、基板に残存した反りは、該基板表面
に成形された絶縁膜層の表面にショットブラスト加工を
施し、絶縁膜層に横方向圧縮力を加え、絶縁膜層の引張
り応力を緩和させて反りを矯正する。

【００１５】また、基板に残存した反りは、該基板表面
に成形された絶縁膜層にイオン注入加工を施し、絶縁膜
層に横方向圧縮力を加えて、絶縁膜層の引張り応力を緩
和させて反りを矯正してもよい。

【００１６】

【作用】この様にして、絶縁膜層形成時に圧縮力を付与
することにより、冷却後の絶縁膜層に生ずる引張り応力
を緩和することにより、多層配線基板の反りを抑止でき
る。また、反りの生じた配線基板の絶縁膜層に、横方向
の圧縮力を付与することにより該絶縁膜層の引張り応力
を緩和させ、多層配線基板の反りを抑止することができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の各種実施例を、図面を参照し
て順に説明する。まず、本発明の第１の実施例を、多層
配線基板の絶縁膜層の形成工程の例を示す図１を参照し
て説明する。図１において、まず（ａ）に示すように、
下地となるセラミックス基板１８上に、導電層の配線と
なる部分をレジストで保護して不要な部分をエッチング
などで除去し、その後前記レジストを除去して導電層１
９を形成して配線を施し、導電層１９の一部に上下層間
の電気的導通を行うために、導電層１９の電気的導通に
不要な部分をレジストで保護し、導電性材料でめっきし
てビア２０を形成し、その後、前記レジストを除去して
立体的な配線を形成して基板２１を形成する。ついで基
板２１上に、絶縁膜層となる未硬化樹脂２２を重ね、こ
れらを上治具板２４と下治具板２５とで構成される治具
板２３で挟む。ここで、上治具板２４の線膨張係数は、
下地となるセラミックス基板１８よりも小さいインバー
材を用い、一方、下治具板２５の材料は特に限定する必
要はないが鉄系材料を用いた。そして、上治具板２４の
未硬化樹脂２２との接触面２４ａには離型剤が塗布され
ている。また、接触面２４ａの面粗さは３．２ａ程度で
ある。

【００１８】次に（ｂ）に示すように、絶縁膜層となる
未硬化樹脂２２を硬化させるために治具板２３を加熱加
圧し一定時間保持する。その後冷却を開始するが、この
とき上治具板２４と絶縁膜層間の摩擦力を大きくして絶
縁膜層の横方向圧縮力を高めるために、治具板２３の上
下面からの加圧力を付与しながら温度を下げる。絶縁膜
層には、冷却中に上治具板２４との摩擦力による横方向
の圧縮力を付与しているので、最終的に絶縁膜層に残存
する引っ張り応力は緩和され、反りも低減される。この
様な方法で絶縁膜層を形成した場合、基板２１の反りは
前記した従来方法の１／２に抑止できた。

【００１９】つぎに（ｃ）は、前記（ａ），（ｂ）に示
す方法を他の多層配線基板の絶縁膜層の形成方法に適用
した例である。（ｃ）に示すように、予め導電性材料と
絶縁性材料が貼り合わされた基材の導電性材料を、選択
的に除去して配線を形成した基板２６と、下地となる基
板２７との間に絶縁性材料をはさみ、加圧加熱して接着
し絶縁膜層２８を形成し、絶縁膜層２８の一部を露光現
像して除去し、スルーホールを形成して多層化する方法
（ここまでは前記図８の（ａ）〜（ｄ）と同じ方法）に
おいて、前記絶縁膜層２８を加熱加圧及び冷却する際
に、前記治具板２３を使用することにより、絶縁膜層２
８は上下面から加圧力を付与されながら温度を下げら
れ、前記（ａ），（ｂ）の場合と同様に、基板２６，２
７の反りを前記従来方法に比べて半減することができる
効果が得られる。

【００２０】つぎに（ｄ），（ｅ）は、前記（ａ），
（ｂ）に示す方法をさらに他の多層配線基板の絶縁膜層
の形成方法に適用した例である。（ｄ）に示すように、
下地となる基板２９上に導電層３０を選択的に形成し、
その表面に絶縁性の樹脂を塗布し絶縁膜層３１を形成
し、多層化する方法（ここまでは前記図９の（ａ）〜
（ｆ）と同じ方法）においても、（ｅ）に示すように、
絶縁性樹脂塗布後の樹脂硬化のための加熱冷却の際に、
本発明に係わる治具板２３に挟んで加熱加圧及び冷却し
て絶縁層を形成しても、前記（ａ），（ｂ）または
（ｃ）の場合と同様な効果が得られる。

【００２１】つぎに、本発明の第２の実施例を、多層配
線基板の絶縁膜層の形成工程の他の例を示す図２を参照
して説明する。図中、前記図１と同符号のものは同じも
のまたは同機能のものを示す。図２において、下地とな
るセラミックス基板１８上の導電層の配線となる部分を
レジストで保護して不要な部分をエッチングなどで除去
し、その後前記レジストを除去して導電層１９を形成し
て配線を施し、導電層１９の一部に上下層間の電気的導
通を行うために、導電層１９の電気的導通に不要な部分
をレジストで保護し、導電性材料でめっきしてビア２０
を形成し、その後、前記レジストを除去して立体的な配
線を形成して基板２１を形成する。ついで基板２１上
に、絶縁膜層となる未硬化樹脂２２を重ね、これらを上
治具板３３，下治具板３４及び引張り曲げ付与治具３５
で構成される治具板３２にセットする。上治具板３３と
下治具板３４とは、それぞれ接着後の基板２１の反りを
予測して、該予測した反りと同量の逆の反りを生じせし
める曲面３３ａ，３４ａを有している。基板２１は単に
下治具板３４に乗せられて上下方向に圧力を付加されて
も、基板２１には前記逆の反りは発生しない。このた
め、基板２１の端部を引張り曲げ付与治具３５により固
定して、基板２１に曲げ力と引張り力とを与える。この
状態で、加熱加圧して未硬化樹脂２２を硬化させる。そ
して、この曲げ力と引張り力とを与えた状態で冷却を行
えば、絶縁膜層には冷却中に横方向（図の左右方向）の
圧縮力を付与し続けるから、最終的に絶縁膜層に残存す
る引張り応力は緩和され、同時に反りも低減される。尚
この方法を前記第１の実施例で述べたと同様に、他の多
層配線基板の絶縁膜層の形成方法に適用しても、同様な
反り低減の効果が得られる。

【００２２】つぎに、本発明の第３の実施例を、多層配
線基板の絶縁膜層の形成工程の他の例を示す図３を参照
して説明する。図中、前記図１，図２と同符号のものは
同じものまたは同機能のものを示す。図３において、下
地となるセラミックス基板１８上の導電層の配線となる
部分をレジストで保護して不要な部分をエッチングなど
で除去し、その後前記レジストを除去して導電層１９を
形成して配線を施し、導電層１９の一部に上下層間の電
気的導通を行うために、導電層１９の電気的導通に不要
な部分をレジストで保護し、導電性材料でめっきしてビ
ア２０を形成し、その後、前記レジストを除去して立体
的な配線を形成して基板２１を形成する。ついで基板２
１上に、絶縁膜層となる未硬化樹脂２２を重ね、これら
を上治具板３７と下治具板３８とで構成される治具板３
６にセットする。次に絶縁膜層となる未硬化樹脂２２を
硬化させるために治具板３６を加熱加圧し、一定時間保
持する。その後冷却を開始するが、この時、上治具板３
７の温度は、前記加熱加圧保持時の温度を保ち、下治具
板３８だけを冷却して、上下治具板の温度差が約４０℃
になるように設定する。このことにより治具板３６に曲
げ力が生じ、基板２１も冷却後の反りと逆に反る。次に
前記温度差を保ちながら、治具板３６に挟んだ基板２１
を室温まで冷却する。この冷却は、温度差を付与したこ
とによる曲げを平坦化しないように、治具板３６の上下
方向の加圧力を付加しない状態で行われる。また、治具
板３６の材質は、前記反りが大きく生ずるように線膨張
係数の比較的大きなステンレス鋼を用いた。このことに
より絶縁膜層に横方向圧縮力を付加することができ、成
形後の絶縁層の引張り力を緩和できるため、基板２１の
反りを低減することができる。尚この方法も前記第１の
実施例で述べたと同様に、他の多層配線基板の絶縁膜層
の形成方法に適用しても、同様な反り低減の効果が得ら
れる。

【００２３】つぎに、本発明の第４の実施例を、多層配
線基板の絶縁膜層の形成工程の他の例を示す図４を参照
して説明する。図中、前記図１，図２等と同符号のもの
は同じものまたは同機能のものを示す。図４において、
下地となるセラミックス基板１８上の導電層の配線とな
る部分をレジストで保護して不要な部分をエッチングな
どで除去し、その後前記レジストを除去して導電層１９
を形成して配線を施し、導電層１９の一部に上下層間の
電気的導通を行うために、導電層１９の電気的導通に不
要な部分をレジストで保護し、導電性材料でめっきして
ビア２０を形成し、その後、前記レジストを除去して立
体的な配線を形成して基板２１を形成する。ついで基板
２１上に、絶縁膜層になる未硬化樹脂２２を重ね、これ
らを上治具板４０，下治具板４１及び連結ピン４２で構
成される治具板３９にセットする。この場合、上治具板
４０の線膨張係数は、絶縁膜材料の樹脂を硬化させる高
温度下において治具板３９を接着後の基板２１の反りと
反対方向に反らせるために、下治具板４１の線膨張係数
よりも大きい材料を用いる。ここでは、上治具板４０の
材料にステンレス鋼を用い、下治具板４１にはインバー
材を用いた。上下治具板４０，４１の外周部は連結ピン
４２で固定し、高温時において治具板３９が図示のよう
に反る構造になっている。

【００２４】つぎに、絶縁膜材料となる未硬化樹脂２２
を硬化させるために治具板３９を加熱加圧し、一定時間
保持する。この時、治具板３９は次工程の冷却後の反り
と反対方向に反った状態で絶縁膜層が硬化する。その後
冷却を開始するが、この冷却は、治具板３９の反りを平
坦化しないように、治具板３９の上下方向の加圧力を付
加しない状態で行われる。このことにより絶縁膜層に横
方向圧縮力を付加することができ、成形後の絶縁膜層の
引張り力を緩和できるため、基板２１の反りを低減する
ことができる。

【００２５】前記各実施例に示す方法で多層配線基板を
成形しても、基板２１の反りが多少残る場合がある。そ
の場合には次のような方法で反りの除去矯正が行われ
る。

【００２６】図５は、基板の反り除去矯正方法の第１の
例を示す図である。図中、前記図１，図２等と同符号の
ものは同じものまたは同機能のものを示す。図５に示す
ように、ショットブラスト吹き付け口４３から、多数の
微粒子４４を絶縁膜層の全面に吹き付ける構成である。
この吹き付けにより、絶縁膜層に横方向（図の左右方
向）の圧縮力が付与され、絶縁膜層に生じていた引張り
応力が緩和されて、前記基板２１に残存していた反りが
矯正されて除去される。

【００２７】図６は、基板の反り除去矯正方法の第２の
例を示す図である。図中、前記図１，図２等と同符号の
ものは同じものまたは同機能のものを示す。図６に示す
ように、イオン発生源４５から、イオン４６を絶縁膜層
の全面に注入する構成である。この注入により、絶縁膜
層に生じていた引張り応力が緩和され、前記基板２１に
残存していた反りが矯正されて除去される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板に発
生する反りを、絶縁性材料の線膨張係数を改善すること
なく絶縁性膜層形成時に抑止することができる効果を奏
する。また、従来から使用されている材料を使用して基
板の反りを抑止することができるので、新規に材料を開
発する必要はなく、従って、新たに新規材料を開発した
場合のように該新規材料の信頼性評価を行なう必要もな
いため、安価にできる効果を有する。さらに、従来より
配線基板の多層化が容易となるので、多層配線基板の特
性を容易に向上させることが出来る効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の絶縁膜層の形成工程例
を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例の絶縁膜層の形成工程例
を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例の絶縁膜層の形成工程
（冷却時）を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例の絶縁膜層の形成工程
（高温時）を示す断面図である。

【図５】本発明の基板の反り除去矯正方法の第１の例を
示す図である。

【図６】本発明の基板の反り除去矯正方法の第２の例を
示す図である。

【図７】従来の多層配線基板の製造方法の第１の例を示
す工程図である。

【図８】従来の多層配線基板の製造方法の第２の例を示
す工程図である。

【図９】従来の多層配線基板の製造方法の第３の例を示
す工程図である。

【符号の説明】

１，１０，２１，２６，２７，２９…基板、２，１９，
３０…導電層、３，２０…ビア、４，７，１１，１７…
絶縁性材料、５…絶縁層、６，１３…導電性材料、８…
基材、９…配線、１２…スルーホール、１４…導電性
膜、１５…レジスト、１６…導体部、１８…セラミック
ス基板、２２…未硬化樹脂（絶縁膜層）、２３，３２，
３６，３９…治具板、２４，３３，３７，４０…上治具
板、２５，３４，３８，４１…下治具板、２８，３１…
絶縁膜層、３５…引張り曲げ付与治具、４２…連結ピ
ン、４３…ショットブラスト吹き付け口、４４…微粒
子、４５…イオン発生源、４６…イオン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡市 正樹 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 杉山 寿 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 北村 直也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山口 欣秀 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜で絶縁層と配線層を交互に形成し、
   多層基板を接着成形するプロセスにおいて、冷却後の基
   板の反りを抑止するために、絶縁膜層を形成する工程に
   おいて、絶縁膜層に横方向の圧縮力を付与しながら冷却
   することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
2. 【請求項２】 冷却時の線膨張係数が基板と同じか、基
   板よりも小さな材料の治具板で挟持して、上方向から加
   圧しながら冷却することにより、絶縁膜層に圧縮力を付
   与しながら、多層基板の反りを抑止する多層配線基板の
   製造方法。
3. 【請求項３】 絶縁膜層の横方向圧縮力を大きくするた
   めに、絶縁膜層と接触する治具板の面粗さを粗くしたこ
   とを特徴とする請求項２記載の多層配線基板の製造方
   法。
4. 【請求項４】 加熱加圧前に、接着後の反りを予測し
   て、該反りと逆の反りを予め引張りと曲げで付与した基
   板に絶縁膜層を積層接着し、該絶縁膜層に圧縮力を発生
   させながら積層する多層配線基板の製造方法。
5. 【請求項５】 治具板で挟持した基板の冷却時の基板の
   厚さ方向に温度差を与え、曲げ応力を付与しながら冷却
   を行うことにより、絶縁膜層に圧縮力を発生させて反り
   を抑止する多層配線基板の製造方法。
6. 【請求項６】 多層基板を挟持する上下治具板の上治具
   板の線膨張係数と下治具板の線膨張係数が異なるものを
   用いて、高温時の基板に曲げを付与することにより、絶
   縁膜層に圧縮力を発生させて冷却後の基板の反りを抑止
   する多層配線基板の製造方法。
7. 【請求項７】 基板表面に成形された絶縁膜層の表面
   に、ショットブラスト加工を施し、前記絶縁膜層の横方
   向の引張り応力を緩和させて、前記基板に発生した反り
   を矯正する多層配線基板の製造方法。
8. 【請求項８】 基板表面に成形された絶縁膜層にイオン
   注入加工を施し、前記絶縁膜層の横方向の引張り応力を
   緩和させて、前記基板に発生した反りを矯正する多層配
   線基板の製造方法。