KR102548962B1

KR102548962B1 - 배선 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR102548962B1
Application number: KR1020210079912A
Authority: KR
Inventors: 게이지 구로다; 하루키 곤도; 가즈아키 오카모토; 렌타로 모리; 히로시 야나기모토
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2023-06-29
Also published as: KR20220000361A; CN113853067B; JP7306337B2; TW202203722A; US11425824B2; CN113853067A; TWI793620B; US20210410291A1; JP2022007054A

Abstract

고체 전해질막을 사용하여, 소정의 배선 패턴의 배선층을 구비하는 배선 기판을 제조하는 방법을 제공한다.
먼저, 시드층을 구비한 기재를 준비한다. 시드층을 구비한 기재는, 제1 영역 및 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역으로 이루어지는 주면을 갖는 절연성 기재와, 상기 제1 영역 상에 마련된, 도전성의 시드층을 포함한다. 이어서, 적어도 상기 제2 영역 상에 도전층을 형성하여, 제1 처리 기재를 얻는다. 이어서, 제1 처리 기재 상에 절연층을 형성한다. 이어서, 상기 시드층을 노출시킨다. 이어서, 상기 시드층의 표면에 금속층을 형성한다. 여기서, 상기 제2 처리 기재와 양극 사이에, 금속 이온을 포함하는 용액을 함유하는 고체 전해질막을 배치하고, 상기 고체 전해질막과 상기 시드층을 압접시키면서, 상기 양극과 상기 시드층 사이에 전압을 인가한다. 그 후, 상기 절연층 및 상기 도전층을 제거한다.

Description

배선 기판의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING WIRING SUBSTRATE}

본 발명은, 배선 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 배선 기판의 제조에 있어서, 배선을 형성하기 위해서, 도금법이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 도금법은, 도금 처리 후의 수세가 필요하고, 폐액을 처리할 필요가 있었다. 그래서, 특허문헌 1에 있어서, 양극과 음극(기재) 사이에 고체 전해질막을 배치하고, 양극과 고체 전해질막 사이에 금속 이온을 포함하는 용액을 배치하고, 고체 전해질막을 기재에 접촉시켜, 양극과 기재 사이에 전압을 인가하여 금속을 기재의 표면에 석출시키는, 금속 피막의 성막 방법이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2014-185371호 공보

특허문헌 1에는, 소정의 패턴을 갖는 금속 피막을 형성하는 방법은 기재되어 있지 않다. 그래서, 본 발명은 고체 전해질막을 사용하여, 소정의 배선 패턴의 배선층을 구비하는 배선 기판을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태를 따르면, 절연성 기재와, 상기 절연성 기재 상에 마련된 소정의 배선 패턴을 갖는 배선층을 구비하는 배선 기판의 제조 방법이며,

(a) 시드층을 구비한 기재를 준비하는 스텝이며,

여기서, 시드층을 구비한 기재는,

상기 배선 패턴에 따른 소정 패턴을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역으로 이루어지는 주면을 갖는 상기 절연성 기재와,

상기 제1 영역 상에 마련된, 도전성의 시드층을 포함하는, 스텝과,

(b) 적어도 상기 제2 영역 상에 도전층을 형성하여, 제1 처리 기재를 얻는 스텝과,

(c) 상기 제1 처리 기재 상에 절연층을 형성하여, 상기 시드층 및 상기 도전층을 상기 절연층으로 피복하는 스텝과,

(d) 상기 절연층을 에칭하여, 상기 제2 영역 상의 상기 도전층 상의 상기 절연층을 잔류시키면서 상기 시드층을 노출시키고, 제2 처리 기재를 얻는 스텝과,

(e) 상기 시드층의 표면에 금속층을 형성하는 스텝이며,

여기서, 상기 제2 처리 기재와 양극 사이에, 금속 이온을 포함하는 용액을 함유하는 고체 전해질막을 배치하고, 상기 고체 전해질막과 상기 시드층을 압접시키면서, 상기 양극과 상기 시드층 사이에 전압을 인가하는, 스텝과,

(f) 상기 절연층 및 상기 도전층을 제거하는 스텝을

포함하는, 방법이 제공된다.

본 발명의 제조 방법에서는, 고체 전해질막을 사용하여, 소정의 배선 패턴의 배선층을 구비하는 배선 기판을 제조할 수 있다.

도 1은, 실시 형태에 따른 배선 기판의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는, 시드층을 형성하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 3은, 도전층을 형성하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 4는, 절연층을 형성하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 5는, 시드층을 노출하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 6은, 금속층을 형성하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 7은, 절연층 및 도전층을 제거하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 8은, 절연층 및 도전층을 제거하는 스텝을 설명하는 개념도이다.
도 9는, 금속층을 형성하는 스텝에서 사용하는 성막 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은, 하우징을 소정 높이까지 하강시킨, 도 9에 도시하는 성막 장치를 도시하는 개략 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 참조하는 도면에 있어서, 동일한 부재 또는 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 반복의 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 도면의 치수 비율이 설명의 사정상 실제의 비율과는 다르거나, 부재의 일부가 도면으로부터 생략되거나 하는 경우가 있다. 또한, 본원에 있어서, 기호 「∼」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 기호 「∼」의 전후에 기재되는 수치의 각각을 하한값 및 상한값으로서 포함한다.

실시 형태의 배선 기판의 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 시드층을 구비한 기재를 준비하는 스텝(S1)과, 절연성 기재와 시드층 사이의 밀착성을 향상시키는 스텝(S2)과, 도전층을 형성하는 스텝(S3)과, 시드층을 구성하는 금속과 도전층을 구성하는 금속을 합금화하는 스텝(S4)과, 절연층을 형성하는 스텝(S5)과, 시드층을 노출시키는 스텝(S6)과, 금속층을 형성하는 스텝(S7)과, 절연층 및 도전층을 제거하는 스텝(S8)을 포함한다. 또한, 스텝(S2)과 스텝(S4)은 필수적이지 않다. 이하, 각 스텝을 설명한다.

(1) 시드층을 구비한 기재를 준비하는 스텝(S1)

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연성 기재(11)의 주면(11a)의 제1 영역 R1에, 시드층(13)을 형성하여, 시드층을 구비한 기재(10)를 얻는다. 제1 영역 R1은, 실시 형태의 제조 방법에 의해 제조되는 배선 기판의 배선 패턴에 따른 소정 패턴을 갖는 영역이다. 또한, 절연성 기재(11)의 주면(11a)은, 제1 영역 R1 및 상기 제1 영역 R1 이외의 영역인 제2 영역 R2로 이루어진다.

절연성 기재(11)로서는, 예를 들어 유리 에폭시 수지 기재 등의 수지 및 유리를 포함하는 기재, 수지제의 기재, 유리제의 기재 등을 사용할 수 있다. 절연성 기재(11)에 사용되는 수지의 예로서, PET 수지, PI(폴리이미드) 수지, LCP(액정 폴리머), 에폭시 수지, ABS 수지, AS 수지, AAS 수지, PS 수지, EVA 수지, PMMA 수지, PBT 수지, PPS 수지, PA 수지, POM 수지, PC 수지, PP 수지, PE 수지, 엘라스토머와 PP를 포함하는 폴리머 알로이 수지, 변성 PPO 수지, PTFE 수지, ETFE 수지 등의 열가소성 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아미노 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 디알릴프탈레이트, 실리콘 수지, 알키드 수지 등의 열경화성 수지, 에폭시 수지에 시아네이트 수지를 첨가한 수지 등을 들 수 있다.

시드층(13)의 재료는, 도전성이라면 특별히 한정되지 않는다. 시드층(13)의 재료는, Cu 또는 Ag 또는 그것들의 합금이면 된다. 시드층(13)은, 후술하는 금속층(14)의 면내 균일성의 관점에서 20nm 이상, 바람직하게는 1000㎛ 이상의 두께를 가져도 되고, 제조 비용의 관점에서 1㎛ 이하, 바람직하게는 300nm 이하의 두께를 가져도 된다.

시드층(13)은 임의의 방법으로 형성해도 된다. 예를 들어, Cu 혹은 Ag 또는 그것들의 합금을 포함하는 금속 입자의 분산액을 제1 영역 R1에 도포하고, 해당 분산액을 고화함으로써, 시드층(13)을 형성할 수 있다. 미세한 배선을 형성하기 위해서, 금속 입자는 보다 작은 입경을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 1nm 이상 100nm 이하의 입경을 가져도 된다. 또한, 금속 입자는, 20nm 이하의 입경을 가져도 된다. 그것에 의해 금속 입자의 융점이 저하되기 때문에, 금속 입자의 소결이 용이하게 된다. 분산액의 분산매로서, 가열에 의해 휘발하는 액체, 예를 들어 데칸올을 사용할 수 있다. 분산액은, 첨가제를 포함해도 된다. 첨가제의 예로서, 탄소수가 10∼17개의 직쇄 지방산염을 들 수 있다. 분산액의 도포 방법으로서는, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 전사 인쇄 등의 인쇄법을 들 수 있다. 분산액을 고화하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가열에 의해 분산매를 휘발시킴과 함께 금속 입자를 소결함으로써, 분산액을 고화할 수 있다.

절연성 기재(11) 상에 메탈 마스크를 배치하고, 진공 증착, 스퍼터링 등을 행함으로써, 제1 영역 R1에 시드층(13)을 형성해도 된다.

시드층(13)과 절연성 기재(11) 사이의 밀착성을 향상시키기 위해서, 시드층(13)을 형성하기 전에, 절연성 기재(11)의 주면(11a)에 표면 처리를 행해도 된다. 예를 들어, 절연성 기재(11)의 주면(11a) 상에 프라이머 등의 층을 형성해도 된다. 프라이머로서는, 폴리이미드나 폴리아미드이미드 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연성 기재(11)의 주면(11a)을 조면화해도 된다. 조면화는, 레이저 조사, 에칭, 디스미어 처리, 기계 가공(연마, 연삭) 등에 의해 행할 수 있다.

또한, 제1 영역 R1은, 연속한 하나의 영역만으로 이루어져도 되고, 복수의 독립한 영역을 포함해도 된다. 제1 영역 R1이 복수의 독립한 영역을 포함하는 경우, 각 독립한 영역에 형성된 시드층(13)은, 후술하는 도전층(12)을 통해 전기적으로 접속된다. 그 때문에, 각 독립한 영역에 형성된 시드층(13)마다, 후술하는 금속층을 형성하는 스텝(S7)에서 사용하기 위한 인출 배선을 마련할 필요는 없다.

(2) 밀착성을 향상시키는 스텝(S2)

이어서, 절연성 기재(11)와 시드층(13) 사이의 밀착성을 향상시킨다. 예를 들어, 불활성 분위기 중에서 시드층(13)을 구비한 기재(10)를 가열함으로써, 밀착성을 향상시킬 수 있다. 절연성 기재(11) 및/또는 시드층(13)을 가압하면서 가열을 행해도 되고, 거기에 보다 한층 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이 스텝(S2)은, 시드층을 구비한 기재를 준비하는 스텝(S1) 후, 또한, 금속층을 형성하는 스텝(S7) 전이라면, 언제 행해도 된다. 또한, 이 스텝(S2)을, 도전층을 형성하는 스텝(S3) 전에 행하는 경우, 시드층을 구비한 기재(10)를, 후술하는 도전층(12)의 내열 온도 이상의 온도로 가열할 수 있다. 즉, 도전층(12)의 재료로서, Sn 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이 스텝(S2)은 필수적인 스텝은 아니다.

절연성 기재(11)와 시드층(13) 사이의 밀착성을 향상시킴으로써, 예를 들어 금속층을 형성하는 스텝(S7)에 있어서, 고체 전해질막(52)과 금속층(14)을 이격시킬 때에, 시드층(13)이 절연성 기재(11)로부터 박리하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 배선 기판(1)(도 8 참조)에 있어서, 배선층(2)과 절연성 기재(11) 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

(3) 도전층을 형성하는 스텝(S3)

도 3에 도시한 바와 같이, 시드층을 구비한 기재(10)에, 도전층(12)을 형성하여, 제1 처리 기재(20)를 얻는다. 도전층(12)은, 적어도, 절연성 기재(11)의 주면(11a)의 제2 영역 R2에 형성한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 영역 R2에 추가하여, 시드층(13) 상에도, 도전층(12)을 형성해도 된다. 제2 영역 R2 및 시드층(13) 상에 도전층(12)을 형성하는 경우, 패터닝 방법을 사용할 필요가 없기 때문에, 제조 프로세스가 단순해진다.

도전층(12)은, 후술하는 금속층(14)의 형성을 위하여 충분한 도전성을 갖는다. 도전층(12)의 재료의 예로서, FeSi₂, CoSi₂, MoSi₂, WSi₂, VSi₂, ReSi_1.75, CrSi₂, NbSi₂, TaSi₂, TiSi₂, ZrSi₂등의 금속 규화물(실리사이드), 특히 전이 금속 규화물, TiO₂, SnO, GeO, ITO(산화인듐주석) 등의 도전성 금속 산화물, Pd, Sn, Cu, Ti, Al, Cr 등의 금속, Pd, Sn, Cu, Ti, Al, Cr, Si의 적어도 1종을 함유하는 합금, 도전성 수지를 들 수 있다. 특히, 도전층(12)은, 시드층(13)에 포함되는 금속보다도 비(卑)한(즉, 표준 산화 환원 전위가 낮은) 금속을 포함해도 된다. 그것에 의하여, 후술하는 시드층을 노출시키는 스텝(S6) 및 절연층 및 도전층을 제거하는 스텝(S8)에 있어서, 도전층(12)을 용이하게 에칭할 수 있다. 또한, 시드층(13)이 Ag를 포함하는 경우, 도전층(12)은, Pd, Sn, 또는 Cu, 또는 이들의 합금을 포함해도 된다. Pd, Sn 및 Cu는, Ag와 합금을 형성하기 위해서, 후술하는 합금화 스텝(S4)에 의해, 시드층(13)에 포함되는 금속과 도전층(12)에 포함되는 금속을 합금화할 수 있다.

또한, 도전층(12)은, 표면에 자연 산화막을 가져도 된다. 자연 산화막이란, 물질을 대기 중에 방치한 경우에 물질의 표면에 자연스럽게 형성되는 산화막을 말한다. 자연 산화막의 예에는, Ti, Al, Cr, 또는 그것들의 적어도 1종을 함유하는 합금의 표면에 형성되는 부동태 막 및 Si 또는 실리사이드의 표면에 형성되는 SiO₂가 포함된다. 도전층(12)은, 시드층(13)의 두께보다 작은 두께를 가져도 되고, 후술하는 금속층(14)의 면내 균일성의 관점에서 20nm 이상, 바람직하게는 100㎛ 이상의 두께를 가져도 되고, 제조 비용의 관점에서 300nm 이하의 두께를 가져도 된다.

도전층(12)은 임의의 방법으로 형성해도 된다. 예를 들어, 스퍼터링법 등의 PVD(물리 기상 증착)법, CVD(화학 기상 증착)법, 무전해 도금법에 의해, 도전층(12)을 형성할 수 있다.

(4) 합금화하는 스텝(S4)

시드층(13)이 Ag를 포함하고, 도전층(12)이, Pd, Sn, 혹은 Cu, 또는 이들의 합금을 포함하는 경우, 시드층(13)에 포함되는 금속과 도전층(12)에 포함되는 금속을 합금화해도 된다. 그것에 의하여, 시드층(13)에 포함되는 Ag의 마이크레이션을 억제할 수 있다. 합금화는, 제1 처리 기재(20)를 가열함으로써 행할 수 있다. 가열 수단으로서, 리플로 로, 적외선 램프, 레이저, 크세논 램프 등의 임의의 수단을 사용해도 된다. 또한, 이 스텝(S4)은, 도전층을 형성하는 스텝(S3) 후, 또한, 금속층을 형성하는 스텝(S7) 전이라면, 언제 행해도 된다. 또한, 이 스텝(S4)은 필수적인 스텝은 아니다.

(5) 절연층을 형성하는 스텝(S5)

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 처리 기재(20) 상에 절연층(16)을 형성하고, 시드층(13) 및 도전층(12)을 절연층(16)으로 피복한다.

절연층(16)의 재료는, 절연성이라면 특별히 한정되지 않는다. 절연층(16)의 재료의 예로서, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, SiOC(탄소 첨가 실리콘 산화물) 등의 산화물, 폴리실란, 폴리실라잔, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지를 들 수 있다.

절연층(16)은, CVD법, 스퍼터법, 미스트 코팅법, 스핀 코팅법, 딥 코팅법 등의 임의의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 미스트 코팅법이란, 초음파 진동자를 사용하여 금속 원소를 포함하는 원료 용액을 무화하여 미스트를 형성하고, 해당 미스트를 기판에 공급하여 열에너지 등에 의해 기판의 표면에서 분해 및/또는 반응시킴으로써, 기판의 표면에 상기 금속 원소를 포함하는 박막을 형성하는 방법이다.

절연층(16)은, 시드층(13)의 두께 이상의 두께를 가져도 된다. 특히, 절연층(16)은, 시드층(13)의 두께의 2.5배∼10배의 두께를 가져도 된다. 그것에 의하여, 절연층(16)의 표면이 충분히 평탄해지고, 후속의 시드층을 노출시키는 스텝(S6)에 있어서, 평탄한 표면을 갖는 제2 처리 기재(30)를 형성하는 것이 용이하게 된다.

(6) 시드층을 노출시키는 스텝(S6)

도 5에 도시한 바와 같이, 제2 영역 R2 상의 도전층(12) 상의 절연층(16)이 잔류함과 함께, 시드층(13) 상의 도전층(12)이 노출되도록, 절연층(16)을 에칭하고, 또한 시드층(13) 상의 도전층(12)을 제거하여, 시드층(13)의 표면을 노출시킨다. 시드층(13) 상의 도전층(12)은, 에칭에 의해 제거할 수 있다. 또한, 도전층(12)을 형성하는 스텝(S3)에 있어서, 시드층(13) 상에 도전층(12)을 형성하지 않는 경우 및 합금화하는 스텝(S4)에 있어서, 도전층(12)에 포함되는 금속을 시드층(13)에 포함되는 금속과 완전히 합금화시키는 경우에는, 도전층(12)의 제거는 불필요하고, 제2 영역 R2 상의 도전층(12) 상의 절연층(16)이 잔류함과 함께, 시드층(13) 또는 시드층(13)과 도전층(12)의 합금의 층의 표면이 노출되도록, 절연층(16)을 에칭하면 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 패터닝 방법을 사용하지 않고, 절연층(16)의 전체 면을 에칭해도 된다. 또한, 제2 영역 R2 상의 절연층(16)의 에칭은 필수가 아니고, 적어도 제1 영역 R1 상의 절연층(16)을 에칭하면 된다.

절연층(16) 및 도전층(12)의 에칭은, 건식 에칭법 및 습식 에칭법의 어느 것으로 행해도 된다. 건식 에칭의 예로서, 반응성 가스 에칭법, 스퍼터 에칭법, 플라스마 에칭법, 이온 밀링법, 반응성 이온 에칭(RIE)법, 반응성 이온빔 에칭법, 라디칼 에칭법, 광여기 에칭법, 레이저 어시스트 에칭법, 레이저 어블레이션 에칭법을 들 수 있다. 반응성 이온 에칭법에는, 용량 결합형 플라스마(CCP), 유도 결합형 플라스마(ICP), 또는 마이크로파 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라스마를 사용할 수 있다. 습식 에칭의 예로서, 에칭액으로서 HF 등의 산 또는 알칼리의 용액을 사용한 화학적 에칭 및 화학적 에칭과 기계 연마를 조합한 화학 기계 연마(CMP)를 들 수 있다.

절연층(16) 및 도전층(12)의 에칭에 사용하는 에칭 가스 또는 에칭액은, 절연층(16) 및 도전층(12)의 각 재질에 따라, 적절히 선택해도 된다. 에칭 가스의 예로서, CF₄, SF₆, 붕소, 염소, HBr, BCl₃을 들 수 있다. 또한, 에칭액으로서, HF 등의 산 또는 알칼리의 용액 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 절연층(16)이, SiO₂, SiOC, 폴리실란, 또는 폴리실라잔으로 형성되는 경우, CF₄가스를 사용한 반응성 이온 에칭법에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 또한, 절연층(16)이 SiO₂ 또는 SiOC로 형성되는 경우, HF 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 절연층(16)이, 에폭시계 수지 또는 아크릴레이트계 수지로 형성되는 경우, O₂/CF₄ 혼합 가스 혹은 O₂/SF₆/CHF₃ 혼합 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법, 또는 알칼리 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 도전층(12)이, 실리사이드로 형성되는 경우, CF₄ 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법에 의해 도전층(12)을 에칭할 수 있다.

이렇게 해서, 절연성 기재(11)와, 제1 영역 R1 상에 마련된, 도전성의 시드층(13)과, 제2 영역 R2 상에 마련된, 도전층(12)과, 도전층(12) 상에 마련된 절연층(16)을 포함하는, 제2 처리 기재(30)가 얻어진다. 제2 처리 기재(30)에 있어서, 시드층(13)의 표면과 절연층(16)의 표면은, 절연성 기재(11)의 주면(11a)으로부터의 높이가 실질적으로 동등하면 된다. 그것에 의해 제2 처리 기재(30)의 표면이 충분히 평탄해지기 때문에, 후속의 금속층을 형성하는 스텝(S7)에 있어서, 고체 전해질막(52)과 제2 처리 기재(30)를, 용이하게 균일하게 접촉시킬 수 있다.

(7) 금속층을 형성하는 스텝(S7)

도 6에 도시한 바와 같이, 시드층(13)의 표면에 금속층(14)을 형성한다. 금속층(14)의 재료로서는, Cu, Ni, Ag, Au 등을 들 수 있고, 바람직하게는 Cu이면 된다. 금속층(14)은, 예를 들어 1㎛ 이상 100㎛ 이하의 두께를 가져도 된다.

금속층(14)의 형성에 사용하는 성막 장치(50)의 일례를 도 9 및 도 10에 도시한다. 성막 장치(50)는, 시드층(13)에 대향하도록 배치되는 금속제의 양극(51)과, 양극(51)과 제2 처리 기재(30) 사이에 배치되는 고체 전해질막(52)과, 양극(51)과 시드층(13) 사이에 전압을 인가하는 전원부(54)를 구비한다.

성막 장치(50)는, 또한 하우징(53)을 구비한다. 하우징(53)에는, 양극(51)과, 금속층(14)의 재료인 금속의 이온을 포함하는 용액(이하, 금속 용액이라고 한다) L이 수용된다. 하우징(53)은, 도 9에 도시한 바와 같이, 양극(51)과 고체 전해질막(52) 사이에, 금속 용액 L이 수용되는 공간을 구획 형성해도 된다. 이 경우, 양극(51)은, 금속층(14)의 재료와 동일하고 또한 금속 용액 L에 가용인 재료(예를 들어 Cu)로 형성된 판상 부재, 또는 금속 용액 L에 불용인 재료(예를 들어 Ti)로 형성된 판상 부재일 수 있다. 양극(51)과 고체 전해질막(52) 사이에 금속 용액 L이 수용되는 성막 장치(50)에서는, 고체 전해질막(52)과 제2 처리 기재(30)를 균일한 압력으로 압접시킬 수 있기 때문에, 제2 처리 기재(30)의 전체 면에 걸쳐, 시드층(13) 상에 균일하게 금속층(14)을 형성하는 것이 가능하다. 그 때문에, 이러한 성막 장치(50)는, 미세한 배선 패턴의 형성에 적합하다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 양극(51)과 고체 전해질막(52)이 접촉하고 있어도 된다. 이 경우, 양극(51)은, 금속 용액 L을 투과할 수 있는 다공질체로 형성되어도 되고, 양극(51)의 고체 전해질막(52)과 접촉하는 면의 반대의 면이, 금속 용액 L이 수용되는 공간과 접촉하고 있어도 된다.

고체 전해질막(52)의 재료로서는, 예를 들어 듀퐁사제의 나피온(등록 상표) 등의 불소계 수지, 탄화수소계 수지, 폴리아믹산 수지, 아사히 글래스사제의 셀레미온(CMV, CMD, CMF 시리즈) 등의 양이온 교환 기능을 갖는 수지를 들 수 있다. 고체 전해질막(52)을 금속 용액 L에 접촉시키면, 금속 용액 L이 고체 전해질막(52)에 침투한다. 그 결과, 고체 전해질막(52)은, 금속 용액 L을 내부에 함유한다. 고체 전해질막(52)은, 예를 들어 약 5㎛∼약 200㎛의 두께를 가져도 된다.

금속 용액 L은, 금속층(14)의 재료인 금속(예를 들어 Cu, Ni, Ag, Au 등)을 이온의 상태에서 함유한다. 금속 용액 L은, 질산 이온, 인산 이온, 숙신산 이온, 황산 이온, 피로인산 이온을 포함해도 된다. 금속 용액 L은, 금속의 염, 예를 들어 질산염, 인산염, 숙신산염, 황산염, 피로인산염 등의 수용액이면 된다.

또한, 성막 장치(50)는, 하우징(53)의 상부에, 하우징(53)을 승강시키는 승강 장치(55)를 구비한다. 승강 장치(55)는, 예를 들어 유압식 또는 공기 압력식의 실린더, 전동식의 액추에이터, 리니어 가이드, 모터 등을 포함해도 된다.

하우징(53)은, 공급구(53a)와 배출구(53b)를 갖는다. 공급구(53a) 및 배출구(53b)는, 배관(64)을 통해 탱크(61)에 접속된다. 배관(64)에 접속된 펌프(62)에 의해 탱크(61)로부터 송출된 금속 용액 L은, 공급구(53a)로부터 하우징(53) 내에 유입하고, 배출구(53b)를 통해 하우징(53)으로부터 배출되어서 탱크(61)로 되돌아간다. 배관(64)에는, 배출구(53b)의 하류에 있어서, 압력 조정 밸브(63)가 마련된다. 압력 조정 밸브(63) 및 펌프(62)에 의해 하우징(53) 내의 금속 용액 L의 압력을 조정할 수 있다.

성막 장치(50)는, 또한, 제2 처리 기재(30)를 적재하는 금속 받침대(56)와, 제2 처리 기재(30)의 도전층(12) 또는 시드층(13)과 금속 받침대(56)를 전기적으로 접속하기 위한 도전 부재(57)를 구비한다. 도전 부재(57)는, 제2 처리 기재(30)의 에지부의 일부를 덮음과 함께, 부분적으로 절곡되어서 금속 받침대(56)에 접촉하는 금속판이면 된다. 이에 의해, 금속 받침대(56)가 도전 부재(57)를 통해 도전층(12) 및 시드층(13)에 전기적으로 접속된다. 또한, 도전 부재(57)는, 제2 처리 기재(30)에 탈착 가능하면 된다.

전원부(54)의 부극은, 금속 받침대(56)를 통해 도전층(12) 및 시드층(13)에 전기적으로 접속되고, 전원부(54)의 정극은, 양극(51)에 전기적으로 접속된다.

이하와 같이 하여, 성막 장치(50)를 사용하여 금속층(14)을 형성할 수 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 금속 받침대(56) 상의 소정 위치에 제2 처리 기재(30) 및 도전 부재(57)를 적재한다. 이어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 승강 장치(55)에 의해 하우징(53)을 소정 높이까지 하강시킨다.

이어서, 펌프(62)에 의해 금속 용액 L을 가압한다. 그러자, 압력 조정 밸브(63)에 의해 하우징(53) 내의 금속 용액 L이, 소정의 압력으로 유지된다. 또한, 고체 전해질막(52)이, 제2 처리 기재(30)의 표면, 즉, 시드층(13) 및 절연층(16)의 표면에 모방하도록 변형하고, 시드층(13) 및 절연층(16)의 표면에 접촉한다. 그것에 의하여, 고체 전해질막(52)에 함유되는 금속 용액 L이, 시드층(13) 및 절연층(16)의 표면에 접촉한다. 고체 전해질막(52)은, 하우징(53) 내의 금속 용액 L의 압력으로, 시드층(13) 및 절연층(16)의 표면에 균일하게 압박된다.

전원부(54)에 의해, 양극(51)과 시드층(13) 사이에 전압을 인가한다. 그러자, 시드층(13)에 접촉한 금속 용액 L에 포함되는 금속 이온이 시드층(13)의 표면에서 환원되어, 시드층(13)의 표면에 금속이 석출된다. 한편, 절연층(16)의 표면에서는 금속 이온의 환원 반응은 일어나지 않기 때문에, 금속은 석출되지 않는다. 그것에 의하여, 시드층(13)의 표면에 선택적으로 금속층(14)이 형성된다. 또한, 양극(51)과 시드층(13) 사이에 인가하는 전압은, 적절히 설정해도 된다. 더 높은 전압을 인가함으로써, 금속의 석출 속도를 높일 수 있다. 또한, 금속 용액 L을 가열해도 된다. 그것에 의하여, 금속의 석출 속도를 높일 수 있다.

소정 두께를 갖는 금속층(14)이 형성된 후, 양극(51)과 시드층(13) 사이의 전압의 인가를 정지하고, 펌프(62)에 의한 금속 용액 L의 가압을 정지한다. 그리고, 하우징(53)을 소정 높이까지 상승시켜(도 9 참조), 고체 전해질막(52)과 금속층(14)을 이격시킨다. 금속층(14)이 형성된 제2 처리 기재(30)를 금속 받침대(56)로부터 떼어낸다.

(8) 절연층 및 도전층을 제거하는 스텝(S8)

도 7에 도시한 바와 같이, 절연층(16)을 제거하고, 이어서 도 8에 도시한 바와 같이, 도전층(12)을 제거한다. 그것에 의하여, 절연성 기재(11) 상에, 시드층(13) 및 금속층(14)을 포함하는, 소정의 배선 패턴을 갖는 배선층(2)이 형성된다.

절연층(16) 및 도전층(12)은 에칭에 의해 제거할 수 있다. 절연층(16) 및 도전층(12)의 에칭법은, 건식 및 습식의 어느 것이어도 된다. 건식 에칭의 예로서, 반응성 가스 에칭법, 스퍼터 에칭법, 플라스마 에칭법, 이온 밀링법, 반응성 이온 에칭(RIE)법, 반응성 이온빔 에칭법, 라디칼 에칭법, 광여기 에칭법, 레이저 어시스트 에칭법, 레이저 어블레이션 에칭법을 들 수 있다. 반응성 이온 에칭법에는, 용량 결합형 플라스마(CCP), 유도 결합형 플라스마(ICP), 또는 마이크로파ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라스마를 사용할 수 있다.

절연층(16) 및 도전층(12)의 에칭에 사용하는 에칭 가스 또는 에칭액은, 절연층(16) 및 도전층(12)의 각 재질에 따라, 적절히 선택해도 된다. 에칭 가스의 예로서, CF₄, SF₆, 붕소, 염소, HBr, BCl₃을 들 수 있다. 또한, 에칭액으로서, HF 등의 산 또는 알칼리의 용액 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 절연층(16)이, SiO₂, SiOC, 폴리실란, 또는 폴리실라잔으로 형성되는 경우, CF₄ 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 또한, 절연층(16)이 SiO₂ 또는 SiOC로 형성되는 경우, HF 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 절연층(16)이, 에폭시계 수지 또는 아크릴레이트계 수지로 형성되는 경우, O₂/CF₄ 혼합 가스 혹은 O₂/SF₆/CHF₃ 혼합 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법, 또는 알칼리 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 절연층(16)을 에칭할 수 있다. 도전층(12)이, 실리사이드로 형성되는 경우, CF₄ 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법에 의해 도전층(12)을 에칭할 수 있다.

이상과 같이 하여, 절연성 기재(11)와, 절연성 기재(11) 상에 마련된 소정의 배선 패턴을 갖는 배선층(2)을 구비하는 배선 기판(1)이 제조된다.

본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 제2 영역 R2에 형성한 도전층(12) 상에 절연층(16)을 형성함으로써, 금속층(14)을 형성하는 스텝(S7)에 있어서, 시드층(13)의 표면에 선택적으로 금속을 석출시킬 수 있다. 즉, 소정의 배선 패턴 이외의 영역에 금속이 석출되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명자들의 예의 검토에 의하면, 제2 영역 R2에 형성한 도전층(12) 상에 절연층(16)을 형성하지 않는 경우, 금속층(14)을 형성하는 스텝(S7)에 있어서, 보다 높은 전압을 인가하거나, 금속 용액 L을 가열하거나 하면, 도전층(12) 상에 금속이 석출될 우려가 있다. 그러나, 실시 형태에 관한 제조 방법에서는, 도전층(12) 상에 절연층(16)을 형성함으로써, 이러한 의도하지 않는 금속의 석출이 방지된다. 그 때문에, 금속층(14)을 형성하는 스텝(S7)에 있어서, 고전압 인가 및/또는 금속 용액 L의 가열을 행할 수 있고, 그것에 의해 금속의 석출 속도를 높여, 배선 기판(1)의 제조 시간을 단축할 수 있다.

또한, 실시 형태에 관한 제조 방법에서는, 레지스트 마스크를 사용하지 않고 배선 기판(1)을 제조할 수 있기 때문에, 배선 기판(1)의 제조 비용의 저감 및 제조 시간의 단축이 가능하게 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 설계 변경을 행할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

절연성 기재로서 유리 에폭시 기재(유리 섬유 강화 에폭시 적층재)를 준비하였다. 절연성 기재의 주면에, 은 나노 입자를 함유하는 잉크를 사용하여, 소정의 패턴을 갖는 Ag층을 시드층으로서 형성하였다. 그것에 의하여, 시드층을 구비한 기재를 얻었다.

시드층을 소결함과 함께, 시드층과 절연성 기재 사이의 밀착성을 향상시키기 위해서, 불활성 분위기 중에서, 시드층을 구비한 기재의 표면에 레이저광(파장 1064nm, 빔 직경 1.6mm, 출력 150W)을 0.2초간 조사하여, 시드층을 구비한 기재를 가열하였다.

이어서, 시드층을 구비한 기재 상에, 도전층으로서 두께 300nm의 Ti층을 스퍼터링법에 의해 형성하였다. 도전층은, 시드층을 구비한 기재의 주면 전체에 형성하였다. 즉, 시드층과 절연성 기재의 주면 시드층에 피복되어 있지 않은 영역을, 도전층으로 피복하였다. 그것에 의하여, 제1 처리 기재를 얻었다.

CVD법에 의해, 제1 처리 기재에 SiO₂를 성막하여, 시드층 및 도전층을 피복하는 절연층을 형성하였다.

이온 밀링법에 의해, 절연층 전체를 에칭하여, 시드층 상의 도전층을 노출시켰다. 또한, 이온 밀링법에 의해, 시드층 상의 도전층을 제거하였다. 그것에 의하여, 시드층의 표면을 노출시켰다. 절연성 기재의 주면의 시드층에 피복되어 있지 않은 영역 상에는, 도전층 및 절연층이 잔류하고, 도전층 및 절연성 기재의 표면은 노출되지 않았다.

도 9, 10에 도시하는 성막 장치(50)를 사용하여, 이하의 조건에서, 시드층의 표면에 금속층으로서 Cu층을 형성하였다.

음극: 시드층

양극: 무산소 구리선

고체 전해질막: 나피온(등록 상표)(두께 약 8㎛)

금속 용액: 1.0mol/L의 황산구리 수용액

고체 전해질막을 시드층에 압박하는 압력: 1.0MPa

인가 전압: 0.5V

전류 밀도: 0.23mA/㎠

이어서, CF₄ 가스를 사용한 용량 결합형 플라스마 에칭에 의해, 잔류한 절연층 및 도전층을 제거하였다. 그것에 의하여, 시드층 및 금속층으로 이루어지는 소정의 배선 패턴의 배선층이, 절연성 기재 상에 형성되었다. 이렇게 해서, 절연성 기재와 배선층을 구비하는 배선 기판이 얻어졌다.

실시예 2

절연성 기재로서 유리 기재를 사용한 것 및 시드층을 구비한 기재의 표면에 조사하는 레이저광의 출력을 180W로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

실시예 3

시드층을 형성하기 전에, 스핀 코팅법에 의해, 절연성 기재의 주면에, 프라이머로서 폴리이미드를 도포한 것 및 레이저 조사 대신에, 불활성 분위기 중에서 시드층을 구비한 기재를 30분간 120℃로 가열한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

실시예 4

시드층을 형성하기 전에, 스핀 코팅법에 의해, 절연성 기재의 주면에, 프라이머로서 폴리이미드를 도포한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

실시예 5

시드층을 형성하기 전에, 절연성 기재의 주면을 조면화한 것 및 레이저 조사 대신에 불활성 분위기 중에서 시드층을 구비한 기재를 30분간 120℃로 가열한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

비교예 1

절연성 기재로서 유리 에폭시 기재를 준비하였다. 스퍼터법에 의해, 절연성 기재의 주면 전체에, 두께 100nm의 WSi₂층을 도전층으로서 형성하였다.

이어서, 도전층 상에 은 나노 입자를 함유하는 잉크를 사용하여, 소정의 패턴을 갖는 Ag층을 시드층으로서 형성하였다.

도 9, 10에 도시하는 성막 장치(50)를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서, 시드층의 표면에 금속층으로서 Cu층을 형성하였다.

이어서, CF₄ 가스를 사용한 용량 결합형 플라스마 에칭에 의해, 금속층을 마스크로 하여, 도전층을 에칭하였다. 그것에 의하여, 잔류한 도전층, 시드층 및 금속층으로 이루어지는 소정의 배선 패턴의 배선층이, 절연성 기재 상에 형성되었다. 이렇게 해서, 절연성 기재와 배선층을 구비하는 배선 기판이 얻어졌다.

비교예 2

도전층을 형성한 후, 시드층을 형성하기 전에, 불활성 분위기 중에서, 기재를 30분간 200℃로 가열한 것 이외에는, 비교예 1과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

<밀착성 평가>

실시예 1∼5 및 비교예 1, 2에서 제작한 배선 기판의 테이프 박리 시험을 행하였다. 비교예 1, 2의 배선 기판의 배선층은, 절연성 기재로부터 박리하였다. 실시예 1∼5의 배선 기판의 배선층은, 절연성 기재로부터 박리하지 않았다. 실시예 1∼5의 배선 기판은, 비교예 1, 2의 배선 기판보다도, 배선층과 절연층 기재의 밀착성이 높은 것이 나타났다.

실시예 6

절연성 기재로서 유리 기재를 준비하였다. 절연성 기재의 주면에, 구리 나노 입자를 함유하는 잉크를 사용하여, 스크린 인쇄법에 의해, 소정의 패턴을 갖는 두께 300nm의 Cu층을 시드층으로서 형성하였다. 그것에 의하여, 시드층을 구비한 기재를 얻었다.

시드층을 소결함과 함께, 시드층과 절연성 기재 사이의 밀착성을 향상시키기 위해서, 불활성 분위기 중에서, 시드층을 구비한 기재의 표면에 레이저광(파장 1064nm, 빔 직경 1.6mm, 출력 180W)을 1초간 조사하여, 시드층을 구비한 기재를 가열하였다.

이어서, 시드층을 구비한 기재 상에, 도전층으로서 두께 300nm의 WSi₂층을 스퍼터링법에 의해 형성하였다. 도전층은, 시드층을 구비한 기재의 주면 전체에 형성하였다. 즉, 시드층과 절연성 기재의 주면의 시드층에 피복되어 있지 않은 영역을, 도전층으로 피복하였다. 그것에 의하여, 제1 처리 기재를 얻었다.

미스트 코팅법에 의해, 제1 처리 기재에 폴리실라잔을 도포하여, 시드층 및 도전층을 피복하는 절연층을 형성하였다.

음극: 시드층

양극: 무산소 구리선

고체 전해질막: 나피온(등록 상표)(두께 약 8㎛)

금속 용액: 1.0mol/L의 황산구리 수용액

고체 전해질막을 시드층에 누르는 압력: 1.0MPa

인가 전압: 0.5V

전류 밀도: 0.23mA/㎠

실시예 7

딥 코팅법에 의해 제1 처리 기재에 에폭시 아크릴레이트를 도포하고, 시드층 및 도전층을 피복하는 절연층을 형성한 것 및 잔류한 절연층의 제거를 O₂/CF₄ 혼합 가스를 사용한 용량 결합형 플라스마 에칭에 의해 행한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 배선 기판을 제작하였다.

실시예 8

CVD법에 의해 제1 처리 기재 상에 SiO₂를 성막하여, 시드층 및 도전층을 피복하는 절연층을 형성한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

실시예 9

스퍼터법에 의해 제1 처리 기재 상에 SiO₂를 성막하여, 시드층 및 도전층을 피복하는 절연층을 형성한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

비교예 3

절연층의 형성 및 에칭을 행하지 않은 것 이외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여, 배선 기판을 제작하였다.

<금속 석출 위치의 제어 가능성 평가>

비교예 3의 배선 기판을, 마이크로스코프(배율: 100배)로 관찰하였다. 배선 패턴에 대응하는 영역 이외의 영역에 있어서, Cu의 석출이 관찰되었다. 즉, 배선층에 포함되지 않는 Cu층이 관찰되었다. 마이크로스코프 상에 기초하여, 배선 패턴에 대응하는 영역 이외의 영역의 면적에 대한, 배선층에 포함되지 않는 Cu층의 면적의 비율을, 화상 해석 소프트웨어 WinROOF를 사용하여 계산하였다. Cu층의 면적 비율은, 1％였다.

마찬가지로, 실시예 6∼9의 배선 기판도 마이크로스코프로 관찰하였다. 배선 패턴에 대응하는 영역 이외의 영역에 있어서, Cu의 석출은 보이지 않았다.

1: 배선 기판,
2: 배선층,
10: 시드층을 구비한 기재,
11: 절연성 기재,
12: 도전층,
R1: 제1 영역,
R2: 제2 영역,
13: 시드층,
14: 금속층,
16: 절연층,
20: 제1 처리 기재,
30: 제2 처리 기재,
50: 성막 장치,
51: 양극,
52: 고체 전해질막,
L: 금속 이온을 포함하는 용액(금속 용액)

Claims

절연성 기재와, 상기 절연성 기재 상에 마련된 소정의 배선 패턴을 갖는 배선층을 구비하는 배선 기판의 제조 방법이며,
(a) 시드층을 구비한 기재를 준비하는 스텝이며,
여기서, 시드층을 구비한 기재는,
상기 배선 패턴에 따른 소정 패턴을 갖는 제1 영역 및 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역으로 이루어지는 주면을 갖는 상기 절연성 기재와,
상기 제1 영역 상에 마련된, 도전성의 시드층을 포함하는, 스텝과,
(b) 적어도 상기 제2 영역 상에 도전층을 형성하여, 제1 처리 기재를 얻는 스텝과,
(c) 상기 제1 처리 기재 상에 절연층을 형성하여, 상기 시드층 및 상기 도전층을 상기 절연층으로 피복하는 스텝과,
(d) 상기 절연층을 에칭하여, 상기 제2 영역 상의 상기 도전층 상의 상기 절연층을 잔류시키면서 상기 시드층을 노출시키되, 상기 절연성 기재의 주면으로부터의 상기 시드층의 표면의 높이와 상기 절연성 기재의 주면으로부터의 상기 절연층의 표면의 높이가 동일하게 되도록 상기 시드층을 노출시키고, 제2 처리 기재를 얻는 스텝과,
(e) 상기 시드층의 표면에 금속층을 형성하는 스텝이며,
여기서, 상기 제2 처리 기재와 양극 사이에, 금속 이온을 포함하는 용액을 함유하는 고체 전해질막을 배치하고, 상기 고체 전해질막과 상기 시드층을 압접시키면서, 상기 양극과 상기 시드층 사이에 전압을 인가하는, 스텝과,
(f) 상기 절연층 및 상기 도전층을 제거하는 스텝을
포함하고,
상기 스텝(a) 후, 또한 상기 스텝(e) 전에,
(g) 불활성 분위기 중에서 상기 시드층을 구비한 기재를 가열함으로써 상기 절연성 기재와 상기 시드층 사이의 밀착성을 향상시키는 스텝을
더 포함하고,
상기 절연층은 SiO₂층인, 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 스텝(g)이, 상기 스텝(b) 전에 행하여지는, 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 스텝(b)에 있어서, 상기 제2 영역 및 상기 시드층 상에, 상기 도전층을 형성하는, 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 시드층 및 상기 도전층의 각각이, 금속을 포함하고,
상기 도전층에 포함되는 금속이, 상기 시드층에 포함되는 금속보다도 비(卑)한, 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 시드층 및 상기 도전층의 각각이, 금속을 포함하고,
상기 방법이, 상기 스텝(b) 후, 또한 상기 스텝(e) 전에,
(h) 상기 시드층에 포함되는 금속과 상기 도전층에 포함되는 금속을 합금화하는 스텝을 더 포함하는, 방법.