KR101611815B1 - 다층 배선기판과 그 제조방법, 및 프로브 카드 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 특성 임피던스의 조정이 용이하고 협피치화에도 대응 가능한 다층 배선기판과 그 제조방법 및 프로브 카드를 제공하는 것을 과제로 하고, 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판에 있어서, 상기 배선층에 형성되는 배선이 제1층과 제2층으로 이루어지는 2층 구조의 배선이고, 상기 제1층이 제1 도전성 재료로 구성되고, 상기 제2층이 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 구성되어 있고, 상기 2층 구조로 함으로써, 상기 2층 구조의 배선과 동일한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 상기 배선의 특성 임피던스가 50옴에 가까운 값으로 조정되어 있는 다층 배선기판과 그 제조방법 및 프로브 카드를 제공함으로써 그 과제를 해결한다.

Description

다층 배선기판과 그 제조방법, 및 프로브 카드{Multilayer Wiring Board, Manufacturing Method Therefor and Probe Card}

본 발명은 다층 배선기판과 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 특성 임피던스의 조정이 용이하고, 대규모 반도체 집적회로 등에서의 단자의 협(狹)피치(pitch)화에도 대응 가능한 다층 배선기판과 그 제조방법에 관한 것이다.

대규모 반도체 집적회로(이하, 「LSI」라고 함)를 실장하기 위한 LSI 탑재용 배선기판으로서 다양한 박막 다층 배선기판이 이용되고 있다. 또, LSI의 전기적 특성을 웨이퍼 상태에서 일괄 검사하기 위한 프로브 카드에 있어서도, LSI의 단자 피치에 대응한 피치로 프로브를 배치할 필요가 있어, 다층 배선기판이 이용되고 있다.

이들 다층 배선기판에 있어서는, 임피던스의 부정합에서 기인하는 전송신호의 파형의 어지러움이나, 지연, 열화가 생기는 것을 피하기 위해, 전송선로의 특성 임피던스를 조정하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1, 2에 있어서는, 다층 배선층 사이를 접속하는 비아 또는 비아 쌍의 특성 임피던스를 제어하여, 비아와 배선층에서의 배선과의 사이의 특성 임피던스의 미스 매치를 저감하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1, 2는, 다층 배선기판에서의 비아 또는 비아 쌍의 특성 임피던스를 조정하는 기술을 개시하는데 그쳐, 다층 배선기판의 배선층에 형성되는 배선의 특성 임피던스의 조정에 관해서는 어떠한 시사도 하지 않은 것이다.

한편, 특허문헌 3에는, 프로브 카드에서의 배선과 평행하게 접지 도체부를 배치하여 마이크로 스트립 선로를 형성시키고, 배선의 폭과 절연층의 두께를 변화시킴으로써, 배선의 특성 임피던스를 조정하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에는 다층 배선기판에서의 배선의 특성 임피던스를 조정하는 것에 대한 언급은 없고, LSI 등에서의 단자의 협피치화에의 대응에 대해서도 언급하는 바가 없다. 또, 본 발명자들이 확인한 바에 의하면, 이하에 나타낸 대로, 특허문헌 3에 개시되어 있는 기술을 그대로 협피치화에 대응한 프로브 카드 등에서의 다층 배선기판에 적용하는 것은 곤란하다.

즉, 현재는 LSI 등에는 영속적인 고밀도화의 요구가 있고, 이 때문에 배선 피치로는 50 ㎛ 이하가 요구되고 있다. 그 한편, 배선을 흐르는 전류의 용량으로는 1 A 정도가 요구되고 있다. 게다가, 배선의 특성 임피던스(Z₀) 값으로는 50 Ω가 요구되고 있다. 이들 요구를 만족시키기 위해서는, 배선 폭으로는 25 ㎛, 배선 간격 25 ㎛, 배선 두께 10 ㎛ 정도의 구리(Cu) 배선일 필요가 있고, 이와 같은 배선에 대응하는 층간 절연층의 두께는 20 ㎛ 정도가 필요하다. 절연층을 구성하는 절연재로서 일반적인 폴리이미드를 이용하고, 이것을 두께 20 ㎛의 절연층으로서 형성하고, 그 표면에 배선 폭 25 ㎛, 두께 10 ㎛의 구리 배선을 형성함과 동시에, 이면에 그라운드·베타층을 형성하고, 도 5에 나타낸 것과 같은 마이크로 스트립 선로를 구성한 경우, 그 특성 임피던스(Z₀)는 하기 식(1)을 이용하여 근사적으로 계산할 수 있다. 다만, 도 5에 있어서, 101은 배선, 102는 절연층, 103은 그라운드·베타층, H는 절연층의 두께, W는 배선 폭, T는 배선 두께이다.

식(1)

식(1)에 있어서, Z₀, H, W 및 T는, 각각 상술한 대로, 특성 임피던스, 절연층의 두께, 배선 폭 및 배선 두께이고, εr은 절연층의 비유전율이다. 식(1)에 있어서, H=20 ㎛, W=25 ㎛, T=10 ㎛, εr=3.7을 대입하면, 배선의 특성 임피던스(Z₀)는 Z₀=53.1(Ω)로 계산되고, 필요한 특성 임피던스인 50옴(Ω)에 거의 가까운 값이 된다.

그러나, 다층 배선기판에 있어서는, 배선은 절연층에 끼워진 내층에 있고, 그 위아래에 그라운드·베타층이 존재하므로, 예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같은 스트립 선로가 형성된다(도 6에서 도 5에서와 같은 부재 또는 부분에는 같은 부호를 붙이고 있음). 도 6에 나타낸 것과 같은 스트립 선로의 특성 임피던스(Z₀)는 하기 식(2)를 이용하여 근사적으로 계산된다.

식(2)

식(2)에 있어서, Z₀은 특성 임피던스, H는 상하 절연층의 두께, W는 배선 폭, T는 배선 두께, εr은 절연층의 비유전율이고, 여기에, H=20 ㎛, W=25 ㎛, T=10 ㎛, εr=3.7을 대입하면, 배선의 특성 임피던스(Z₀)는 Z₀=36.0(Ω)으로 계산되고, 필요한 특성 임피던스인 50옴(Ω)보다 대폭으로 낮은 값이 된다. 따라서, 특허문헌 3에 개시된 기술을 그대로 적용한 것으로는, 단자의 협피치화에 대응한 다층 배선기판에서의 배선의 특성 임피던스를 50옴 근처로 조정하는 것은 곤란하다.

특허문헌 1: 일본공개특허 특개2008-205099호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 특개2010-2257호 공보 특허문헌 3: 일본공개특허 특개2010-2302호 공보

본 발명은, 상기 종래기술의 결점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 특성 임피던스의 조정이 용이하고, LSI 등에서의 단자 피치의 협피치화에도 대응 가능한 다층 배선기판과 그 제조방법, 및 그와 같은 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하도록 예의연구를 거듭한 결과, 본 발명자들은 배선의 특성 임피던스(Z₀)가 하기 식(3)으로 나타나고, 그리고, 배선 재료의 일부 또는 전부를 투자성체(비투자율이 큰 도전성 재료)로 치환하면, 하기 식(4)에 나타낸 바와 같이 특성 임피던스를 상승시킬 수 있음을 발견하였다.

식(3)

식(3)에 있어서, Z₀: 특성 임피던스, E: 전장(電場)(벡터), H: 자장(磁場)(벡터), μ: 투자율, ε: 유전율이다.

식(4)

식(4)에 있어서, Z₀: 최초 특성 임피던스, Z₁: 배선 재료를 투자성체로 치환한 후의 특성 임피던스, μ₀: 투자성체의 투자율.

상기 식(4)에 나타내어진 대로, 배선을 구성하는 도전성 재료로서 투자성체를 이용하면, 배선의 특성 임피던스(Z₀)는, μ₀의 평방근을 계수로 하여 커지고, 배선의 특성 임피던스는 Z₀에서 Z₁로 상승한다. 한편, 종래부터 일반적으로 배선에 이용되고 있는 구리 등의 도전성 재료는 비투자성이므로, 배선에 이용되고 있는 구리 등의 도전성 재료의 일부를 비투자율이 큰 도전성 재료로 치환함으로써, 배선의 특성 임피던스를 상승시킬 수 있는 것은 아닌가 생각할 수 있다. 본 발명자들은 이와 같은 발견에 근거하여 각종 시행착오를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명은, 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판에 있어서, 상기 배선층에 형성되는 배선이 제1층과 제2층으로 이루어지는 2층 구조의 배선이고, 상기 제1층이 제1 도전성 재료로 구성되고, 상기 제2층이 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 구성되어 있고, 상기 2층 구조로 함으로써, 상기 2층 구조의 배선과 동일한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 상기 배선의 특성 임피던스가 50옴에 가까운 값으로 조정되어 있는 다층 배선기판을 제공함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.

본 발명의 다층 배선기판에 있어서는, 상기한 대로, 배선을 구성하는 제1 도전성 재료의 일부가 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 치환되어 있기 때문에, 그 특성 임피던스는, 동일한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 상승하여, 50옴에 가까운 값으로 조정하는 것이 가능하다.

상기 제1 도전성 재료로는, 구리(Cu) 또는 은(Ag)이 바람직하고, 상기 제2 도전성 재료로는, 니켈(Ni), 코발트(Co), 또는 니켈 및/또는 코발트를 포함하는 합금이 바람직하다. 덧붙여서, 구리의 비투자율은 0.999991, 은의 비투자율은 0.99998로 작고, 모두 1.0 이하이고, 비투자성체이다. 한편, 니켈의 비투자율은 600, 코발트의 비투자율은 250으로 크고, 모두 10 이상이고, 투자성체이다.

본 발명의 다층 배선기판의 바람직한 일 양태에서, 상기 배선의 폭은 10 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하이다. 배선의 폭이 10 ㎛ 미만이면, 용량으로 1 A의 전류를 흘리는 것이 곤란해지고, 배선의 폭이 25 ㎛를 넘으면, 현재 요구되고 있는 50 ㎛ 이하라는 배선 피치에 대응할 수 없게 되어 바람직하지 않다.

또, 상기 제1층의 두께는 6 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이고, 상기 제2층의 두께가 상기 제1층의 두께의 5% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다. 제1층의 두께가 6 ㎛ 미만이면, 배선의 폭을 25 ㎛로 한 경우라도 용량으로 1 A의 전류를 흘리는 것이 곤란해져 바람직하지 않다. 한편, 제1층의 두께가 20 ㎛를 넘으면, 제2층의 두께를 포함한 배선 두께가 20 ㎛를 대폭으로 넘고, 배선 부분과 그 이외의 부분의 단차가 커져, 소위 스텝 커버리지(Step Coverage) 문제가 발생하고, 절연층을 도포하는 프로세스에서 곤란함이 발생하여, 절연층에 구멍 등의 결함이 발생하여 필요한 절연성이 유지되지 않을 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 또, 제2층의 두께가 제1층의 두께의 5% 미만이면, 특성 임피던스의 상승이 작고, 제1 도전성 재료의 일부를 제2 도전성 재료로 치환함으로 인한 이점이 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 또, 제2층의 두께가 제1층의 두께의 50%를 넘으면, 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료의 비율이 상대적으로 적어지고, 도체 저항이 커져 원하는 전류용량을 만족시키지 않게 되므로 바람직하지 않다.

본 발명의 다층 배선기판에 있어서는, 기본적으로는, 배선은 제1층과 제2층이 적층된 2층 구조면 되고, 제1층이 위여도 제2층이 위여도 좋다. 그러나, 예를 들어 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료로서 구리를 이용하는 경우에는, 제조공정 중의 노출에 의해 구리의 표면이 산화될 수 있기 때문에, 그와 같은 산화를 방지하기 위해서는 제2층을 제1층보다도 위, 즉 다층 배선기판의 기판으로부터 보다 먼 쪽에 위치시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2층을 구성하는 제2 도전성 재료로는 투자성을 갖고, 화학적으로 비교적 안정하여 일련의 다층 배선 프로세스에서 표면이 산화하지 않는 도전성 재료면 되고, 니켈 또는 코발트가 적절히 이용된다.

게다가, 본 발명의 다층 배선기판에 있어서는, 상기 배선을, 제1층 및 제2층으로 이루어지는 2층 구조에 더하여, 적어도 한 층의 제3층을 갖춘 3층 이상의 다층 구조의 배선으로 해도 좋다. 이 경우, 상기 제3층을 구성하는 제3 도전성 재료로는, 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 도전성 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 제3 도전성 재료의 비투자율은 상기 제2 도전성 재료의 비투자율과는 다른 것이 적절하다. 상기 제3 도전성 재료로는, 상기 제2 도전성 재료와 마찬가지로, 니켈(Ni), 코발트(Co), 또는 니켈 및/또는 코발트를 포함하는 합금이 바람직하다. 이와 같이 본 발명의 다층 배선기판을 3층 이상의 다층 구조로 하는 경우에는, 상기 제2층에 더하여 상기 제3층의 층 두께나 구성재료를 선택함으로써, 상기 배선의 특성 임피던스의 조정을 보다 정밀도 좋게 할 수 있는 이점이 얻어진다.

또, 본 발명의 다층 배선기판에 있어서는, 절연층을 구성하는 재료로는, 그 유전율, 및 절연층의 형성의 용이함의 관점에서 폴리이미드를 이용하는 것이 바람직하다.

게다가, 본 발명은, 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판의 제조방법으로서, 상기 배선층에 형성되는 배선의 형성 공정으로서, 제1 도전성 재료를 이용하여 제1층을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료를 이용하여 상기 제1층과 적층하는 제2층을 형성함으로써, 상기 제1층의 두께와 상기 제2층의 두께를 가산한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 상기 배선의 특성 임피던스를 50옴에 가까운 값으로 조정하는 공정을 포함하는, 다층 배선기판의 제조방법을 제공함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.

게다가, 본 발명은, 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판의 제조방법으로서, 상기 배선층에 형성되는 배선의 형성 공정으로서, 제1 도전성 재료를 이용하여 제1층을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료 및 제3 도전성 재료를 이용하여, 각각 상기 제1층과 적층하는 제2층 및 적어도 한 층의 제3층을 형성함으로써, 상기 배선의 특성 임피던스를, 상기 제1층의 두께와 상기 제2층의 두께와 상기 제3층의 두께를 가산한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 50옴에 가까운 값으로 조정하는 공정을 포함하는, 다층 배선기판의 제조방법을 제공함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.

아울러, 본 발명은, 상술한 본 발명의 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드를 제공함으로써도, 상기 과제를 해결하는 것이다.

본 발명의 다층 배선기판 및 그 제조방법에 의하면, 다층 배선기판의 배선층에 형성되는 배선을, 제1 도전성 재료로 구성되는 제1층과, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 구성되는 제2층의 적층구조로 함으로써, 또는 상기 적층구조에 더하여, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제3 도전성 재료로 구성되는 적어도 한 층의 제3층이 적층한 3층 이상의 적층구조로 함으로써, 상기 배선의 특성 임피던스를 원하는 50옴에 근접한 값으로 조정할 수 있고, 단자 간의 협피치화에 대응하여 배선 간격을 좁게 하는 경우에도, 접속되는 신호선로와의 사이에서 임피던스 정합(整合)을 취하는 것이 비교적 용이해져, 비틀림이나 손실이 적은 신호전송이 가능해지는 이점이 얻어진다. 또, 본 발명의 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드에 의하면, 단자간 또는 전극간의 피치가 좁은 LSI 등의 반도체 장치여도, 그 전기적 특성을 정밀도 좋게 검사할 수 있는 이점이 얻어진다.

도 1은 본 발명의 다층 배선기판의 일부를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 배선부분만을 빼내어 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다층 배선기판에서의 배선의 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다층 배선기판의 제조공정의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 마이크로 스트립 선로를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 스트립 선로를 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 도시한 것에 한정되지 않음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 다층 배선기판의 일부를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서, 1은 배선, 2는 절연층, 3은 그라운드·베타층이고, 본 예에 있어서 절연층(2) 및 그라운드·베타층(3)은 배선(1)의 상하에 존재하고 있고, 다층 배선기판을 구성하는 스트립 선로가 형성되어 있다. W는 배선(1)의 배선 폭, T는 배선(1)의 배선 두께이고, H는 배선(1)의 상하에 존재하는 절연층(2)의 두께이다. 도 1에 나타낸 대로, 배선(1)의 상하에서 절연층(2)의 두께(H)는 같다. 또, 4는 제1층, 5는 제2층을 나타내고 있다.

도 2는 도 1에서의 배선(1) 만을 꺼내어 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 대로, 배선(1)은 제1 도전성 재료로 구성되는 제1층(4)과, 그 위에 적층된 제2 도전성 재료로 구성되는 제2층(5)으로 이루어지는 2층 구조를 갖고 있다. 제1층(4)을 구성하는 제1 도전성 재료로는, 예를 들어 종래부터 배선에 범용되고 있는 구리(Cu)나 은(Ag) 등을 이용할 수 있고, 가격 면에서는 구리를 이용하는 것이 바람직하다.

한편, 제2층을 구성하는 제2 도전성 재료로는, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 도전성 재료이면 적절한 재료를 사용할 수 있지만, 입수가 비교적 용이하고, 산화하기 어렵고, 게다가 비교적 큰 비투자율을 갖고 있다는 점에서는, 니켈 또는 코발트를 이용하는 것이 바람직하고, 니켈 또는 코발트 또는 그 양쪽을 함유한 합금도 제2 도전성 재료로서 적절히 이용할 수 있다.

t₁은 제1층의 두께, t₂는 제2층의 두께이다. 제1층의 두께(t₁)와 제2층의 두께(t₂)에 관해서는 기본적으로 특단의 제한은 없지만, 간격 50 ㎛ 이하라는 LSI 등에서의 단자의 협피치화에 대응하는 데는, 전술한 대로, 배선(1)의 폭(W)은 25 ㎛ 이하로 할 필요가 있고, 그와 같은 배선 폭(W)의 배선(1)에 1 A 정도의 전류를 흘리는 데는, 제1 도전성 재료로 구성되는 제1층의 두께(t₁)는, 예를 들어 제1 도전성 재료로서 저항률이 낮은 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 이용한 경우라도, 최소한 6 ㎛는 필요하다. 또, 제1층의 두께(t₁)가 너무 커서 20 ㎛ 초과하면, 제2층의 두께를 포함한 배선 두께가 20 ㎛를 대폭으로 넘어, 배선부분과 그렇지 않은 부분과의 단차가 커지고, 절연층을 도포하는 프로세스에 문제를 가져와 절연층의 피착상태에 영향을 미쳐, 절연층에 구멍 등의 결함이 발생하여 필요로 하는 절연성을 유지할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 제1층의 두께(t₁)는 6 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

한편, 제2층의 두께(t₂)는, 제1층에 적층하여 전체로서의 배선(1)의 특성 임피던스를 50옴에 접근시킬 수 있는 값으로 설정하면 되고, 기본적으로 특단의 제한은 없지만, 제1층의 두께(t₁)의 5% 이상 50% 이하의 두께로 하는 것이 좋다. 두께(t₂)가 두께(t₁)의 5% 미만인 경우에는, 제2층을 적층함으로써, 상기 배선의 특성 임피던스를, 2층 구조의 배선과 동일한 두께의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 50옴에 가까운 값으로 조정하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다. 반대로, 두께(t₂)가 두께(t₁)의 50%를 넘는 경우에는, 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료의 비율이 상대적으로 적어지고, 도체 저항이 커져 원하는 전류용량을 만족시킬 수 없게 되어 바람직하지 않다.

또한, 도 2에서는, 제1층보다도 제2층이 위쪽에 적층되어 있지만, 제1층이 제2층의 위에 적층되어 있어도 좋다. 다만, 상술한 대로, 제조공정 중에서의 제1 도전성 재료의 표면 산화를 방지한다는 관점에서는, 제1층 위에 제2층을 적층하는 것이 바람직하다.

덧붙여서, 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료로서 구리, 제2층을 구성하는 제2 도전성 재료로서 니켈을 이용하고, 배선(1)의 전체 두께(T)를 10 ㎛, 제1층(4)의 두께(t₁)를 8 ㎛, 제2층(5)의 두께(t₂)를 2 ㎛(두께(t₂)가 두께(t₁)의 25%인 경우에 상당), 배선(1)의 배선 폭(W)을 25 ㎛, 배선 간격 25 ㎛, 절연층(2)의 두께(H)를 20 ㎛, 절연층(2)을 구성하는 절연재료로서 유전률(εr)이 3.7인 폴리이미드를 이용한 경우에는, 배선(1)의 특성 임피던스는 하기와 같이 계산된다.

즉, 도 1에 나타낸 배선(1)에 있어서는, 전체 두께(T)가 10 ㎛인 배선(1)이 8 ㎛의 제1층과, 2 ㎛의 제2층으로 구성되어 있기 때문에, 8 ㎛ 두께의 제1층을 2 ㎛ 두께의 층이 4매 적층되어 있다고 간주하면, 배선(1)의 합성 임피던스(Z₂)는 하기 식(5)로 계산된다.

식(5)

다만, Z₀는 제1층의 특성 임피던스이고, Z₁은 제2층의 특성 임피던스이다.

도 1에서의 배선(1)은, 그 일부가 니켈로 구성되는 제2층으로 치환되어 있는 점을 제외하면, 도 6에 나타낸 스트립 선로와 동일하기 때문에, 그 특성 임피던스(Z₀)는 먼저 계산으로 구한대로, Z₀=36.0(Ω)이다. 한편, 제2층의 특성 임피던스(Z₁)는, 니켈의 비투자율이 600이므로, 상기 식(4)에 근거하여, 하기와 같이 계산된다.

Z₀=36.0(Ω)과, Z₁=882(Ω)를 상기 식(5)에 대입하면, 합성한 배선(1)의 특성 임피던스(Z₂)는, Z₂=44.6(Ω)으로 계산되고, 배선(1)의 전체를 제1 도전성 재료로 구성한 경우, 즉 상기 2층 구조의 배선(1)과 동일한 두께(T)의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 요구되는 특성 임피던스 50옴에 가까운 값이 된다. 이와 같이, 본 발명의 다층 배선기판에 의하면, 제1 도전성 재료로 구성되는 제1층에 대하여, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 구성되는 제2층을 적층하여 배선(1)을 2층 구조로 함으로써, 배선(1)의 특성 임피던스는, 2층 구조의 배선(1)과 동일한 두께의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 배선의 특성 임피던스가 50옴에 가까운 값으로 조정되게 된다.

또한, 위에 설명한 예는, 제1층(4)의 두께(t₁)를 8 ㎛, 제2층(5)의 두께(t₂)를 2 ㎛로 하고, 제2층(5)의 두께(t₂)가 제1층(4)의 두께(t₁)의 25%(=(2 ㎛/8 ㎛)×100)로 한 경우이지만, 제1층(4)의 두께(t₁)에 대한 제2층(5)의 두께(t₂)의 비율을 25%보다도 크게 하면, 배선(1)의 특성 임피던스가 더 50옴에 가까워지는 것은 말할 것도 없다.

또, 위에 설명한 예에서는, 제1층을 구성하는 제1 도전성 재료로서 구리를 이용하고, 제2층을 구성하는 제2 도전성 재료로서 니켈을 이용했으나, 제1 도전성 재료로서 구리 대신에, 예를 들어 은을 이용하고, 제2 도전성 재료로서 니켈 대신에, 예를 들어 코발트, 또는 니켈 및/또는 코발트를 함유하는 합금을 이용하는 경우에도, 각 재료의 비투자율을 감안하여, 배선(1)의 특성 임피던스가 50옴에 가까워지도록, 제1층(4)의 두께(t₁)에 대한 제2층(5)의 두께(t₂)의 비율을 설정하면 된다.

도 3은 본 발명의 다층 배선기판에서의 배선(1)의 다른 일례를 나타낸 도면이다. 본 예에 있어서 배선(1)은, 제2층(5) 위에, 제3층(6)이 더 적층된 3층 구조의 배선이다. 제3층(6)을 구성하는 제3 도전성 재료로는, 제1층(4)을 구성하는 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 도전성 재료이면 되고, 제2 도전성 재료와 동일하게, 니켈 또는 코발트, 또는 니켈 및/또는 코발트를 함유한 합금을 적절히 이용할 수 있다. 다만, 제3 도전성 재료의 비투자율은, 제2 도전성 재료의 비투자율과 다른 것이 적합하고, 예를 들어 제2층(5)을 구성하는 제2 도전성 재료로서 니켈을 선택한 경우에는, 제3층(6)을 구성하는 제3 도전성 재료로는, 니켈 이외의 재료, 예를 들어 코발트, 코발트 함유 합금, 니켈 함유 합금, 또는 니켈 및 코발트 양쪽을 함유하는 합금으로부터 선택하여 이용하는 것이 좋다.

t₃은 제3층(6)의 두께이고, 배선(1)을 도 3에 나타낸 바와 같이 3층 구조로 한 경우에도, 먼저 설명한 2층 구조의 경우와 마찬가지로, 제2층(5)의 두께(t₂)와 제3층(6)의 두께(t₃)를 가산한 두께(t₂+t₃)가 제1층(4)의 두께(t₁)의 5% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다. 또, 제2층(5)의 두께(t₂)와 제3층(6)의 두께(t₃)는 같아도, 달라도 좋다. 또한, 본 예에 있어서는, 제3층(6)은 1층뿐이지만, 제3층(6)은 2층 이상이어도 좋고, 그 경우에는 복수 존재하는 제3층(6)의 층 두께와, 제2층(5)의 층 두께를 가산한 두께가 제1층(4)의 두께(t₁)의 5% 이상 50% 이하인 것이 요구되게 된다. 게다가, 도시한 예에서는, 제3층(6)은 제2층(5) 위에 적층되어 있지만, 제1층(4), 제2층(5), 및 제3층(6)의 적층 순서는 도시한 것에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 다층 배선기판의 제조공정의 일례를 나타낸 도면이다. 우선, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이 기판(B)을 준비한다. 기판(B)으로는, 그 분야에서 범용되고 있는 세라믹 기판, 또는 유리기판 등으로부터 선택되는 적절한 기판을 이용할 수 있다. 이어서, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 기판(B)의 거의 전체 면에, 스퍼터링 또는 진공 증착 등의 적절한 방법에 의해 티탄 또는 크롬의 박막을 두께 10 nm에서 500 nm의 범위로 형성하고, 접착층(7)으로 한다.

계속해서, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 접착층(7) 위에, 동일하게 스퍼터링 또는 진공 증착 등의 적절한 방법에 의해 니켈, 파라듐, 또는 백금 등의 백금족의 금속원소로 이루어지는 박막을 두께 10 nm에서 1000 nm의 범위로 형성하고, 중개층(8)으로 한다. 중개층(8)을 형성한 후, 후속하는 전계 도금에 의한 도금층의 두께를 웃도는 두께의 포토레지스트(R)를, 도 4(d)에 나타낸 바와 같이 기판(B)의 전체 면에 코팅하고, 이어서 포토리소그래피에 의해 도 4(e)에 나타낸 바와 같이, 배선 패턴에 상당하는 형상의 개구부(O)를 형성한다.

이어서, 개구부(O)로부터 노출해 있는 중개층(8) 및 접착층(7)을 한쪽 전극으로 하는 전계 도금법에 의해, 도 4(f)에 나타낸 바와 같이 개구부(O)에 제1 도전성 재료의 도금층을 두께 6 ㎛∼20 ㎛의 범위로 형성하고, 제1층(4)을 형성한다. 이 공정이 본 발명의 제조방법에서의 제1 도전성 재료를 이용하여 제1층을 형성하는 공정에 상당한다.

계속해서, 동일하게 전계 도금법에 의해, 제1층(4) 위에, 제2 도전성 재료의 도금층을 제1층(4)의 두께에 대하여 5%∼50%의 범위로 형성하고, 도 4(g)에 나타낸 바와 같이, 제2층(5)을 형성한다. 이 공정이, 본 발명의 제조방법에서의, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료를 이용하여 제1층과 적층하는 제2층을 형성함으로써, 제1층의 두께와 제2층의 두께를 가산한 두께의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 배선의 특성 임피던스를 50옴에 가까운 값으로 조정하는 공정에 상당한다.

또한, 제2층(5) 위에, 제3 도전성 재료의 도금층을, 제2층(5)의 층 두께와 가산한 층 두께가 제1층(4)의 두께에 대하여 5%∼50%의 범위가 되도록 형성하여, 제3층(6)을 더 형성해도 좋다. 제3층(6)을 형성하는 경우에는, 상기 제2층(5)의 형성을 포함한 이 공정이, 본 발명의 제조방법에서의, 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료 및 제3 도전성 재료를 이용하여, 각각 제1층과 적층하는 제2층 및 적어도 한 층의 제3층을 형성함으로써, 배선의 특성 임피던스를, 제1층의 두께와 제2층의 두께와 제3층의 두께를 가산한 두께의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 50옴에 가까운 값으로 조정하는 공정에 상당한다.

제1층(4) 및 제2층(5)의 형성 후, 중개층(8) 위에 잔존하고 있는 포토레지스트(R)를 용제 등을 이용하여 박리하고, 이온빔·에칭 등의 물리적 에칭법에 의해, 중개층(8)과 접착층(7)의 노출부분을 순차 에칭하여 제거하고, 도 4(h)에 나타낸 바와 같이, 배선(1)을 전기적으로 독립한 배선 패턴으로 한다.

이어서, 미리 중합반응을 도중까지 하여 시트상으로 형성한 두께 10 ㎛에서 50 ㎛ 범위의 감광성 폴리이미드 시트를 준비하고, 배선(1)이 전기적으로 독립한 배선 패턴으로서 형성되어 있는 기판(B)을 60 ℃∼150 ℃로 가열하면서, 0.1 MPa∼1 MPa 범위의 압력을 걸어, 배선(1)이 형성되어 있는 기판(B) 위에 상기 감광성 폴리이미드 시트를 붙인다. 이어서, 포토마스크를 이용한 패턴 노광 또는 직접 묘화장치에 의한 노광에 의해, 상기 감광성 폴리이미드 시트를 비아홀 부분을 남기고 전체면 노광하고, 그 후 용제의 샤워에 의해 미노광 부분에 구멍을 만들어, 상기 폴리이미드 시트에 비아홀용 개구를 형성한다. 계속해서, 폴리이미드 시트가 붙여진 기판을 200 ℃∼400 ℃로 가열하여 폴리이미드 시트의 중합을 완결시켜, 도 4(i)에 나타낸 바와 같이, 배선(1)의 상부에 절연층(2)을 형성한다.

이하, 접착층(7)의 형성 이후의 공정을 반복함으로써, 본 발명의 다층 배선기판을 제조할 수 있다. 제조된 본 발명의 다층 배선기판에 있어서는, 배선의 특성 임피던스가, 그 배선에서의 제1층(4)의 두께(t₁)와 제2층(5)의 두께(t₂)를 가산한 두께의 배선을 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 50옴에 가까운 값으로 조정되어 있다.

상기와 같이 하여 제조된 본 발명의 다층 배선기판은, 종전부터 존재하는 다층 배선기판과 동일하게, LSI 등의 반도체 소자의 전기적 특성을 검사할 때에 이용되는 프로브 카드에 조립하여 사용할 수 있다. 본 발명의 다층 배선기판이 조립된 프로브 카드는, 다층 배선기판에서의 배선의 특성 임피던스가 50옴 또는 그에 가까운 값으로 조정되어 있기 때문에, 전기신호를 파형의 비틀림이나 열화가 적고, 그리고 전송손실도 적게 전송할 수 있고, 단자간 또는 전극 간의 피치가 좁은 LSI 등의 반도체 소자여도, 그 전기적 특성을 보다 정밀도 높게 검사할 수 있다.

산업상 이용가능성

이상 설명한 대로, 본 발명의 다층 배선기판 및 그 제조방법에 의하면, 다층 배선기판에서의 배선의 특성 임피던스를 요구되는 50옴에 근접한 값으로 조정할 수 있고, 단자간 협피치화에 대응하여 배선 간격을 좁게 하는 경우에도, 접속되는 신호선로와의 사이에서 임피던스 정합을 취하는 것이 비교적 용이해져, 비틀림이나 손실이 적은 신호전송이 가능해진다. 또, 본 발명의 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드에 의하면, 단자간 또는 전극간 피치가 좁은 LSI 등의 반도체 장치여도, 그 전기적 특성을 정밀도 좋게 검사할 수 있는 이점이 얻어져, 그 산업상 이용 가능성은 크다.

1, 101: 배선 2, 102: 절연층
3, 103: 그라운드·베타층 4: 제1층
5: 제2층 6: 제3층
7: 접착층 8: 중개층
R: 포토레지스트 O: 개구부

Claims (25)

1. 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판에 있어서, 상기 배선층에 형성되는 배선이 제1층, 제2층 및 적어도 한 층인 제3층을 갖춘 3층 이상의 다층 구조의 배선이고, 상기 제1층이 제1 도전성 재료로 구성되고, 상기 제2층이 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료로 구성되고, 상기 제3층이 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제3 도전성 재료로 구성되어 있고, 상기 다층 구조로 함으로써, 상기 다층 구조의 배선과 동일한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도, 상기 배선의 특성 임피던스가 50옴에 가까운 값으로 조정되어 있고, 상기 제1층의 두께가 6 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하, 상기 제2층의 두께와 상기 제3층의 두께를 가산한 두께가 상기 제1층의 두께의 25% 이상 50% 이하인 다층 배선기판.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 재료가 구리 또는 은이고, 상기 제2 도전성 재료가 니켈, 코발트 또는 니켈 및/또는 코발트를 포함하는 합금이며, 상기 제3 도전성 재료가 니켈, 코발트 또는 니켈 및/또는 코발트를 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 다층 배선기판.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배선의 폭이 10 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하인 다층 배선기판.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2층이 상기 제1층보다도 상기 기판으로부터 먼 쪽에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 배선기판.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연층을 구성하는 재료가 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 다층 배선기판.
   
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9. 기판 위에 복수의 배선층이 절연층을 끼우고 적층되어 있는 다층 배선기판의 제조방법으로서, 상기 배선층에 형성되는 배선의 형성 공정으로서, 제1 도전성 재료를 이용하여 제1층을 형성하는 공정과, 상기 제1 도전성 재료보다도 비투자율이 큰 제2 도전성 재료 및 제3 도전성 재료를 이용하여, 각각 상기 제1층과 적층하는 제2층 및 적어도 한 층의 제3층을 형성함으로써, 상기 배선의 특성 임피던스를, 상기 제1층의 두께와 상기 제2층의 두께와 상기 제3층의 두께를 가산한 두께의 배선을 상기 제1 도전성 재료만으로 구성한 경우보다도 50옴에 가까운 값으로 조정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 다층 배선기판의 제조방법.
   
10. 제1항 또는 제2항에 있어서 기재된 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드.
    
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21. 제3항에 기재된 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드.
    
22. 제4항에 기재된 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드.
    
23. 제5항에 기재된 다층 배선기판을 갖춘 프로브 카드.
    
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