JP2003101234A - 多層配線基板およびその製造方法、並びにその製造に用いる製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電気化学法によるめっき法によりビアホールを
形成する際に、連続生産中において安定製造できる多層
配線基板およびその製造方法、並びに製造装置を提供す
る。 【解決手段】樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりな
る配線層を積層し、上下の配線層を電気化学的なめっき
法によって接続する多層配線基板の製造方法において、
微小スルーホールのめっき被覆状態を検出することによ
りめっき工程の完了を判定する。なお、めっき被覆状態
の検出は光学的に行われ、所定の径の微小スルーホール
の充填、あるいは、微小スルーホールの径が所定の縮小
率へ到達した場合に、めっき工程が完了したものと判定
することも含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂絶縁膜よりな
る絶縁層と導体膜よりなる配線層を積層し、上下の配線
層を電気化学的なめっき法によって接続する多層配線基
板およびその製造方法、並びにその製造装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の性能が飛躍的に進歩し半
導体が高速化（高周波駆動）、多端子化してきている。
しかしながらコンピューターのハードディスク内のプリ
ント配線板（マザーボード）や携帯端末機および携帯電
話におけるプリント配線板は面積が限られているため、
半導体を実装する配線基板（半導体パッケージ）のサイ
ズには制限がある。

【０００３】高速化、多端子化した半導体を実装するた
めに配線の細線化することで従来の配線基板は対応して
きた。しかしながら半導体パッケージは面積的な制限が
あり、高性能の半導体からの信号を伝送するために多層
構造による配線構造をとることが提案されている。

【０００４】配線層を一層ごとに積層していく方式はビ
ルドアップ法（逐次積層方式）と呼ばれており、現在、
製造方法の主流になっている。積層数は実装する半導体
の性能に依存し、クロック周波数の高いもの（例えばラ
ンバスメモリー）を実装する半導体パッケージと周波数
の低いもの（例えばロジックメモリー）を実装する半導
体パッケージでは当然積層数は異なる。

【０００５】しかしながら今後の半導体の発展を考慮す
ると、実装する半導体はかならず高性能化・高周波数化
することは間違いなく、配線基板も多層化せざるを得な
い。

【０００６】また半導体パッケージの今後の製品製造の
観点からは、どのようにして高い製造安定性を得るかが
常に課題になっている。例えば１０００個のビアホール
の内１つでも接続不良があったり、１本の配線が断線し
ていても半導体パッケージは正常に機能しない。また絶
縁樹脂層を挟んだ上下の金属配線層間接続用のビアホー
ル用孔部形成後に孔を全数検査する手段はとられている
ものの、ビアホール用孔部充填直後の（ビアホール形成
直後）に製造安定性を判定する手段はとられてない場合
が多い。すなわちビアホール形成直後に製造速度を損な
うことのない検査を含めた製造管理法が必要である。

【０００７】現在、ビアホールの信頼性は接続信頼性の
みでなく冷熱衝撃試験等の機能面での信頼性を満足する
必要がある。また配線の微細化技術は完成度が高いがビ
アホールの形成方法（特に全充填ビア／フィルドビア）
は未だ技術確立をみていない。

【０００８】また近年の半導体の高性能化によりビアホ
ール形状は微小径化の傾向にある。現在のビアホール形
成法は２種類に大別され、電気化学法によるめっき法や
適度な粘性をもつ金属ペーストを用いたスクリーン印刷
法により孔を形成後に孔内部を充填する手法と、ビアホ
ール用の金属柱（金属バンプ）を例えばエッチングやス
クリーン印刷等で形成し、絶縁層を積層することにより
ビアホールを形成する方法とがある。特に電気化学法に
よるめっきは広範囲に研究されており微少添加剤の効果
等によりφ５０μｍ程度のビアホール径であれば量産で
も歩留まりよくビアホールが形成できている。また前記
ビアホールの形成手法の中で最も微小径のビアホールの
形成が可能である。

【０００９】スクリーン印刷法では充填用ペーストを金
属粉末と樹脂および溶剤等で適度な粘性を得ている。し
かしながら減圧化でない場合にはビアホール内に気泡が
溜まりやすく、ボイド（程度によってはマイクロボイ
ド）となる危険性が高い。さらに樹脂分はスクリーン印
刷後でも残留したままであるので、高周波の信号を伝送
する際には信号の反射および減衰が懸念される。このよ
うな理由により、スクリーン印刷法よりも電気化学的手
法によりビアホールを形成する場合が多い。また金属バ
ンプによってビアホールを形成する場合には積層する絶
縁樹脂層の被膜が、バンプ上に残留し層間接続の妨げに
なる可能性が大いにある。さらにはバンプと上面の配線
層とを圧接のみ（場合によっては熱効果を付加すること
もある）で高い接続信頼性を得なければならない課題も
ある。

【００１０】従来の電気化学法によるめっき法は、電解
めっきの前処理としてビアホール内に金属薄膜層をスパ
ッタリングおよび自己触媒型の無電解めっき等で形成
し、それを陰極として硫酸銅を主成分とする電解浴下で
適切な電流密度を与え銅を析出させてビアホールを形成
していた。

【００１１】しかしながらビアホールの検査は樹脂断面
観察（マイクロセクション）であるとか、製品に関係の
ないダミーパターンで導通検査を行う手法がとられてい
た。まためっき液中の成分を逐次抜き取り、化学的手法
に代表される分析を行い各種成分を含んだめっき液の安
定を確認することで、安定しためっき工程がとられてい
るものと推測していた。

【００１２】前記分析には、例えばＣＶＳ（サイクリッ
クボルタンメトリストリッピング法）、ハルーセル試験
といった電気化学的手法により従来のめっき製造ライン
では液管理がされている。

【００１３】また断面観察は連続製造法（例えばロール
法）では製品を裁断する必要があり、またダミーパター
ンの導通検査にせよ検査速度が製造速度に応答するため
には課題が多い。まためっき液中の分析手法は間接的に
ビアホールの安定形成を推測しているため、製品の安定
製造をすべて保証できるものではない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を鑑
みてなされたものであり、電気化学法によるめっき法に
よりビアホールを形成する際に、連続生産中において安
定製造できる多層配線基板およびその製造方法、並びに
製造装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明において
は、樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりなる配線層
を積層し、上下の配線層を電気化学的なめっき法によっ
て接続する多層配線基板の製造方法において、微小スル
ーホールのめっき被覆状態を検出することによりめっき
工程の完了を判定することを特徴とする多層配線基板の
製造方法としたものである。請求項２の発明において
は、めっき被覆状態の検出は光学的に行われ、所定の径
の微小スルーホールの充填、あるいは、微小スルーホー
ルの径が所定の縮小率へ到達した場合に、めっき工程が
完了したものと判定することを特徴とする請求項１記載
の多層配線基板の製造方法としたものである。請求項３
に記載の発明においては、樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と
導体膜よりなる配線層を積層し、上下の配線層を電気化
学的なめっき法によって接続する多層配線基板の製造装
置において、めっき工程中あるいはめっき工程後の微小
スルーホールの画像を読取る撮像手段と、前記微小スル
ーホールの画像と、めっき工程前の微小スルーホールの
データと照合し、微小スルーホールの充填および／また
は縮小率を判定するモニタリング手段を備えたことを特
徴とする多層配線基板の製造装置としたものである。請
求項４に記載の発明においては、モニタリング手段の判
定結果により、めっき添加剤の投与量を制御する添加剤
投与手段を具備することを特徴とする請求項３に記載の
多層配線基板の製造装置としたものである。請求項５に
記載の発明においては、樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導
体膜よりなる配線層を積層し、上下の配線層を電気化学
的なめっき法によって接続する多層配線基板において、
径の異なる複数の管理用の微小スルーホールからなる判
定部を有することを特徴とする多層配線基板としたもの
である。請求項６に記載の発明においては、前記微小ス
ルーホールはφ２０〜２００μｍの径、好ましくはφ２
０〜８０μｍの径で形成されていることを特徴とする請
求項５記載の多層配線基板としたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。樹脂絶縁膜よりなる絶縁層としては、所望
の電気特性、機械特性を有していれば特に限定されるも
のではないが、例えば、ポリイミド樹脂を用いることが
できる。また、導体膜よりなる配線層としては、特に限
定されるものではないが、電気伝導率、価格から銅を用
いることができる。

【００１７】そして、樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体
膜よりなる配線層が積層された基材に、金属ドリル法や
高エネルギー密度のレーザードリル法または感光性樹脂
に対するフォトリソグラフィー等によって形成されたビ
アホール用孔部を形成し、前記ビアホール用孔部に電気
化学法を用いためっき法を用いて、絶縁層を挟んだ上下
の配線層を接続する。またビアホール用孔部に充填また
は被覆する金属物質は電気伝導率、価格ならびに電気化
学的手法の容易さから銅が用いられている。

【００１８】めっき法によるビアホールへの銅の充填に
は、前処理としてビアホール用孔壁が陰極として機能す
るために孔壁全面に銅被膜（この薄膜には他の金属物質
も用いられることがある）を形成する工程がある。例と
して電圧を印可しないコロイド粒子を用いた自己触媒型
の無電解めっき法やスパッタリング法がある。特に薬液
処理による湿式プロセスを選択する場合にはビアホール
用孔部へ必ず薬液が供給されるよう工夫する必要があ
る。

【００１９】薄膜の金属物質で被覆されたビアホール用
孔部は電解銅めっき液中では陰極となるため、孔壁に沿
った銅めっき（コンフォーマルビア）や孔内全充填の銅
めっき（フィルドビア）が可能である。コンフォーマル
ビアおよびフィルドビアの形成には電解銅めっき浴中の
微少量の添加剤がめっきツキ廻りに大きく影響してい
る。

【００２０】いずれの前処理およびどちらのビアホール
の形態をしていても、電解めっきを最終工程としてビア
ホールは形成される。電解めっきは微少量の添加剤や負
荷電流密度、陽極・陰極の関連配置等が製造安定に大き
く影響する工程である。特に微少量の添加剤の効果が大
きく影響している。

【００２１】しかしながらめっき液の分析を行っている
間、製造ラインを止めるのでは製造効率に影響し、かつ
専門技能をもった人員でなければ行えない分析では、常
に管理者をめっき製造ラインに常駐させる必要がある。

【００２２】すなわち製造速度に影響なく、かつ簡易的
にビアホールの安定製造を判断するめっき製造ラインの
管理法が望まれる。

【００２３】そこで、多層配線基板に上下の配線層を接
続するビアホールとは別に、後記の方法によりめっき工
程の管理用のまたは上下の配線層を接続する微小スルー
ホールを設け、ビアホールと微小スルーホールを同時に
めっきし、パターン内ビアホールの形成完了時の管理用
の微小スルーホール状態を把握する。連続生産中のめっ
き製造ラインでの管理用微小スルーホールとめっき工程
前の微小スルーホールの情報とを照会することによりめ
っき工程の状態を簡易的に管理できる。

【００２４】なお、好ましくはデータの照会のために、
例えばφ１０μｍごとにφ２０〜２００μｍの径の異な
る複数の管理用の微小スルーホール１を設けておき、光
学的にめっき被膜状態を検出する光源１２と受光部１３
からなる撮像手段の間に微小スルーホールの部位が搬送
されてくるように配置し、受光部で特定の径の微小スル
ーホールによる透過光の遮断を検知した場合に、ビアホ
ールのめっきが完了したものと判定するモニタリング手
段によりめっき工程管理を行うことができる。また前記
検知の他に、めっき工程前の微小スルーホールの径１５
と、めっき工程後の微小スルーホールの径１６を受光部
で検知し、所定の縮小率へ到達している場合に、ビアホ
ールのめっきが完了したものと判定するモニタリング手
段によっても同様な管理を行なうこともできる。この場
合、微小スルーホール径の縮小率はＣＣＤカメラ等で認
識し容易に画像処理によって判定される。

【００２５】なお、めっき被覆状態の検出は前記光学な
手法に限られるものではなく、電気的な手法や、機械的
な手法を用いても良い。

【００２６】めっき液の時系列的劣化に伴い、めっき製
造の管理範囲を超えた場合には適切な処置（例えば微少
添加剤の投与）を取る必要がある。モニタリング手段お
よび例えば添加剤投与手段との情報交換を電気的には行
えば、生産ライン稼働時にリアルタイムでめっき製造の
管理用の微小スルーホールをモニタリングし、オートメ
ーションで管理幅に応じた適切な添加剤を投与すること
もできる。

【００２７】φ２０〜２００μｍの微小スルーホールの
形成には金属ドリルによる機械加工あるいは金型による
打ち抜き加工もしくはレーザードリル加工が望ましい。
スプロケットホールを薄膜基板に形成する場合には同時
に微小スルーホールが形成できるが、スプロケットホー
ルのないデザインルールでは微小スルーホール形成用の
専用工程が増えてしまうため製造速度が遅くなる。また
φ１００μｍ以下は金属ドリルや金型では形成すること
は生産維持費等の観点を含めても困難である。ここでレ
ーザードリル加工によりビアホール用孔部を形成するの
であれば、同時にめっき製造の管理用の微小スルーホー
ル形成も容易に行うことができる。

【００２８】レーザードリル加工によりめっき製造の管
理用の微小スルーホールを形成する場合には、波長が４
００ｎｍ以下の第3高調波以上の紫外線レーザー光を用
いるのが好ましい。なぜならば第3高調波以上の波長は
金属が吸収する波長と重なるために、金属への直接加工
を行うことができる。ＣＯ₂レーザーが汎用レーザーと
して量産に用いられているが、金属への吸収はほとんど
望めないために黒化処理等の吸収を促進するための特殊
工程が必要になる。生産性を考慮すれば工程短縮化をは
かる必要があるために、ＣＯ₂レーザーよりも第3高調波
以上の紫外線レーザー光が有望視される。

【００２９】めっき製造の管理用の微小スルーホールは
図1に示すように、配線回路パターン（または配線基板
サイズ）とは関係のない部分に形成することが望まし
い。またさらに、めっき製造ラインの信頼性をあげるた
めに数種類の微小スルーホール径を形成し、複数の判定
基準を設けることがさらに望ましい。

【００３０】ＢＧＡ（ボールグリットアレイ）サイズお
よびＣＳＰ（チップサイズパッケージ）サイズ等の異種
の半導体パッケージを同じ生産ラインで製造する場合に
は座標値制御の加工が行えるレーザー加工やＮＣパンチ
ング加工が適している。金型でのプレス打ち抜き加工で
は製造する半導体パッケージに合わせた金型を製作しな
ければならないが、座標値を任意に指定できる加工装置
であればめっき製造の管理用の微小スルーホールの形成
は容易である。

【００３１】めっき製造の管理用の微小スルーホールは
例として図1のように配設したが、配線回路パターン３
の寸法外ならどこでもよく、基板両端のみよりも基板全
面に均一に配設すればめっき製造におけるバラツキも同
時に検査できる。

【００３２】

【実施例】＜実施例１＞以下、図面を参照して、実施例
を説明する。ポリイミドからなる樹脂絶縁層５の両面に
銅からなる上面配線層４を設けたテープ状の基材（銅／
ポリイミド／銅→１２／２５／１２μｍ）を使用し、φ
３０μｍ径のビアホール用孔部（ブラインドビア５）
を、まためっき製造の管理用の微小スルーホール７を紫
外線レーザー（波長３５５ｎｍ）で同時に加工した（図
２(a)参照）。ここで管理用の微小スルーホールはφ２
０、３０、４０、５０、６０μｍを1ヶ所につき２列
（図１参照）で加工したのち、めっき被膜８を形成した
（図２(ｂ)参照）。なお、めっき形成にあたっては、裏
止め層を設けた。事前にφ３０μｍブラインドビアが電
解めっきによりフィルドビアが形成される場合にはφ２
０、３０、４０、５０、６０μｍの微小スルーホールが
φ０、１０、１８、２２、２６μｍ径までめっきされる
ことは確認した。φ２０μｍスルーホールはめっきによ
り完全に充填されてしまっていた。

【００３３】微小スルーホールの検査用には基板搬送の
片側にハロゲンランプの光源１２、他方側にＣＣＤカメ
ラの受光部１３を備え、ＣＣＤカメラの画像をＣＲＴ上
でモニタリングし、画像処理ソフトのパターンマッチン
グ法により検査した（図２(ｃ)、(ｄ)参照）。ＣＣＤカ
メラには同軸落射照明機構を持たせ、検査には透過光１
４および落射光の少なくともどちらか一方を選択できる
方法をとった。また前記管理システムはめっき後の洗
浄、エアナイフ乾燥後のライン上に設置した。めっき槽
や洗浄槽の直後であると微小スルーホール内にめっき液
や洗浄液が付着していて透過光による検査ができないた
めである。

【００３４】電解めっき製造ラインは、電解めっき槽、
洗浄槽、乾燥（エアナイフ）槽を有し基板搬送方向は水
平方向である。またテープ基板は１０５ｍｍ幅であり、
前記管理システムが３台備わることにより基板両端およ
び基板中央部の管理用の微小スルーホールを検査する。
ライン速度は１．０ｍ／ｍｉｎで５０ｍ製造した。めっ
き液の組成は、硫酸銅２００ｇ／Ｌ、硫酸１００ｇ／
Ｌ、塩酸５０ｇ／Ｌ、添加剤微少量、温度２５℃であ
り、液中スプレーノズル１本あたり５Ｌ／ｍｉｎの噴流
によりめっき液の攪拌を行った。またテープ基板である
ので当該電解めっき製造ライン搬送系の一部としてテー
プ基板巻だし部および巻き取り部を備えている。

【００３５】作製した基板パターンは３０×３０ｍｍサ
イズ、ブロック間ピッチ１０ｍｍのテストパターンであ
り、ビア数は１パターンに３６００ビア（０．５ｍｍ格
子状ピッチ）である。めつき製造の管理用の微小スルー
ホールは０．１ｍｍピッチにてφ２０〜６０μｍを２列
配設した。

【００３６】図1のように配設しためっき製造の管理用
の微小スルーホールをテープ基板５０ｍ全数検査した。
φ２０μｍの微小スルーホールは図2（ｃ）の１１のよ
うに完全に充填されているので透過光は遮断される。ま
たφ４０、６０μｍ径の微小スルーホールはそれぞれφ
１８、２６μｍまで図2（ｄ）の１５、１６のようにめ
っきされるので、これらをパターンマッチングすること
で検査した。パターンマッチングの精度は円状のスルー
ホールめっきであるので７０％以上の一致による精度を
管理範囲とした。

【００３７】また３０×３０ｍｍサイズパターン内をテ
ープ幅方向に対し６ヶ所、ｎ数を３として、テープ巻だ
し部から３ｍおきにマイクロセクションによる断面観察
を行った。以下に微小スルーホールおよびパターン内ビ
アの検査の結果を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明の多層配線基板およびその製造方
法によれば、製造ライン稼働中においても微小スルーホ
ールのめっき状態を判定することができ、それによって
基板パターン内のめっきの状態を把握することができ、
めっきによる安定製造の管理が可能である。また検査は
光学的に行なうことができるので、自動かつ高速度の処
理が可能である。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図1】めっき製造用テープ基板を示す説明図である。

【図２】多層配線基板のめっき工程の断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１ めっき製造の管理用の微小スルーホール ２ スプロケットホール ３ 配線基板パターン ４ 上面配線（金属）層 ５ 樹脂（ポリイミド）絶縁層 ６ ブラインドビア ７ 微小スルーホール ８ めっき被膜 ９ 裏止め層 １０ めっき充填されたビアホール １１ めっき充填された微小ビアホール １２ 光源 １３ 受光部 １４ 透過光 １５ めっき工程前微小ビアホール径 １６ めっき工程後微小ビアホール径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｓ 3/42 ６１０ 3/42 ６１０Ｂ // Ｈ０５Ｋ 1/02 1/02 Ｃ Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 BA12 BB11 BC02 CB24 GA01 5E317 AA24 CC33 CC36 CC38 CC39 CC42 CD27 CD29 GG01 GG16 5E338 BB12 BB16 CC09 CC10 DD12 DD22 EE31 EE33 EE41 EE44 5E346 AA12 AA15 AA32 AA43 AA51 BB15 BB16 CC32 DD24 FF04 FF07 FF14 GG15 GG17 GG31 GG33 HH31 5F044 KK02 KK10 MM04 MM14 MM48

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりな
   る配線層を積層し、上下の配線層を電気化学的なめっき
   法によって接続する多層配線基板の製造方法において、
   微小スルーホールのめっき被覆状態を検出することによ
   りめっき工程の完了を判定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】めっき被覆状態の検出は光学的に行われ、
   所定の径の微小スルーホールの充填、あるいは、微小ス
   ルーホールの径が所定の縮小率へ到達した場合に、めっ
   き工程が完了したものと判定することを特徴とする請求
   項１記載の多層配線基板の製造方法。
3. 【請求項３】樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりな
   る配線層を積層し、上下の配線層を電気化学的なめっき
   法によって接続する多層配線基板の製造装置において、
   めっき工程中あるいはめっき工程後の微小スルーホール
   の画像を読取る撮像手段と、前記微小スルーホールの画
   像と、めっき工程前の微小スルーホールのデータと照合
   し、微小スルーホールの充填および／または縮小率を判
   定するモニタリング手段を備えたことを特徴とする多層
   配線基板の製造装置。
4. 【請求項４】モニタリング手段の判定結果により、めっ
   き添加剤の投与量を制御する添加剤投与手段を具備する
   ことを特徴とする請求項３に記載の多層配線基板の製造
   装置。
5. 【請求項５】樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりな
   る配線層を積層し、上下の配線層を電気化学的なめっき
   法によって接続する多層配線基板において、径の異なる
   複数の管理用の微小スルーホールを有することを特徴と
   する多層配線基板。
6. 【請求項６】前記管理用の微小スルーホールは、φ２０
   〜２００μｍの径、好ましくはφ２０〜８０μｍの径で
   形成されていることを特徴とする請求項５記載の多層配
   線基板。