JP2004087551A - 多層配線基板の製造方法およびこれを用いた多層配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂組成や硬化条件に左右されず孔形成ならびに層間接続のためのビアホール形成を行う多層配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】配線層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、該配線層を積層する際に、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の配線層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該接着層を硬化させる。更に、該配線層を積層する際に、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の配線層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該熱硬化型樹脂を硬化させ、かつ層間接続の金属を同時に熱拡散させることも含まれる。
【選択図】図３
【解決手段】配線層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、該配線層を積層する際に、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の配線層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該接着層を硬化させる。更に、該配線層を積層する際に、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の配線層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該熱硬化型樹脂を硬化させ、かつ層間接続の金属を同時に熱拡散させることも含まれる。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁層（接着層）を挟んだ導体層の層間接続用孔部（ビアホール）形成のための工法を特徴とする多層配線基板の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、半導体装置および半導体装置積載用基板、ならびに多層プリント配線板、高密度実装用のプリント配線板の層間絶縁層に形成されるビアホールを用いた多層配線基板の製造方法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発展し半導体が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、さらには短薄軽小の傾向に発展しているため、半導体を実装する配線基板（半導体パッケージ）も同様の発展傾向にある。また半導体から伝達される信号も高周波化してきており、細線導電回路を有する高精度多層配線基板が要求されている。
【０００３】
多端子化した半導体を実装するため、配線基板にも配線の細線化（高密度化）が要求されるが、１５μｍ程度以下の配線形成は量産技術において困難なことから配線層を多層化することにより配線の細線化を緩和する対策がとられている。多層化に際し、絶縁層に孔部を形成し導通可能な金属材料を孔部内に皮膜することで絶縁層を挟んだ上下の導体層間の層間接続がとられ、多層配線基板となる。
【０００４】
多層配線基板を製造するにあたり、配線層（本明細書では、導電層と絶縁層を併せて配線層という）を逐次積層するビルドアップ工法がある。この工法の主な特徴は、下層配線を形成した後に絶縁層を積層し、層間接続のための孔をフォトリソグラフィーやレーザードリルを用いて突設して金属に代表される導電性物質を充填後、導体層を形成する。所望の層数を積層することにより多層配線基板を得ることができる。絶縁層と上層の導体層を個別に積層する方式もあり、一方で樹脂付き銅箔シート等の絶縁層と導体層が一体とし積層する方式もある。また層間接続の方式も多種あり、機械的にはドリルやレーザー光を用いて１孔ずつの処理を選択したり、絶縁層が感光性を有していればフォトリソグラフィー法により全孔一括処理したりすることも可能である。またフォトリソグラフィー法に類似し、アルカリエッチングにより絶縁層の樹脂に孔を形成する場合もある。逐次積層では積層時のアライメント整合は高い精度で行うことができるが、孔形成や各層ごとでの回路形成があるために生産性をそれほど向上させることはできない。
【０００５】
また一方で、絶縁層上に回路が形成されたシートを必要枚用意し、各層間のアライメント整合を整えた上で熱プレス等により一括積層する工法もある。この場合アライメント整合の方法等の一括積層を行う上での精度の課題もあるが、生産性は非常に向上する。しかしながら熱プレス時の均一性に依存した剥離強度のバラツキや層間接続技術においても問題視される点は多々ある。
【０００６】
プリント配線板等は現在、主に前者の工法により製造されている。逐次積層型の多層配線基板においては、配線層を形成後、半硬化の樹脂やグリーンシートを積層し、絶縁層を熱硬化後に層間接続を行う場合が多かった。なぜなら半硬化されたままであれば、回路化された配線層を隙間なく被覆することができ、かつ絶縁層厚を制御しやすいためである。また熱硬化された絶縁層は分子レベルで化学的な安定構造を形成しているため、製造プロセス上での耐薬品性が高く、多層配線基板の層間接続ならびに配線間の絶縁信頼性等を高く保持している。また１度、熱硬化を付与すれば後の熱負荷がかかる工程においても安定で存在することが可能である。
【０００７】
従来、層間接続のための孔部を形成する場合には金属ドリルによる機械加工が主流だった。しかし孔部が微細になれば当然加工するドリルも小さくなり、さらに微小ドリルは作製にコストが掛かり、ドリル加工時の摩耗も激しい消耗品であった。近年、微小孔部の形成には金属ドリルの機械加工に替わり、高エネルギーのレーザー光を照射し、加工対象物に吸収させ熱加工するレーザードリル加工が用いられるようになってきた。
【０００８】
レーザードリル加工に用いるレーザー光は赤外線領域のＣＯ２レーザー（波長９．３〜１０．６μｍ）、ＹＡＧレーザー（基本波の波長１．０６μｍ）、紫外線領域のＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＹＶＯ４レーザー（第３高調波の波長３５５ｎｍ、第４高調波の波長２６６ｎｍ）およびエキシマレーザー（ＸｅＣｌの波長３０８ｎｍ、ＫｒＦの波長２４８ｎｍ、ＡｒＦの波長１９３ｎｍ）が現在、加工機のレーザー光として利用されている。赤外線領域の波長を利用したレーザードリル加工は金属ドリルにおける機械加工に対し熱加工や熱分解加工であり、紫外線領域の波長を利用したレーザードリル加工は光化学反応を利用した光分解加工と呼ばれている。
【０００９】
金属ドリルによる機械加工は多層配線基板における貫通孔部（スルーホール）の形成が主流であるが、パルス発振であるレーザードリル加工はレーザー光のエネルギー密度を調節することで絶縁層のみの加工が可能である。そのためレーザードリル加工は配線基板の止まり穴加工（ブラインドホール加工）形成を主に使用されている。さらに孔形成を行う上で被加工対象物をほとんど選ばない。
【００１０】
特に、紫外線レーザーはエネルギー密度が高く集光性もあるため微小径でもレーザードリル加工可能である。今後の高密度配線基板化によれば孔径は微小化の傾向にあり、φ２０〜３０μｍ程度の孔径も要求されると思われる。紫外線レーザーは１孔ごとの処理であり、現在の処理スループットは低いが、近年、レーザー発振のための周波数も高くなりさらには加工ヘッドの多軸化も開発されているので量産現場で台頭する可能性は高い。
【００１１】
機械ドリルやレーザー光、フォトリソグラフィー法のいずれの場合でも層間接続のための孔を形成したあとには絶縁層残り（残渣）が存在し、除去を行う工程が一般に取り入れられいる。残渣除去を行わない場合には層間接続の信頼性が著しく低下するためである。また残渣除去には乾式法と湿式法に大きく大別できるが、生産性と製造安定性から例えば過マンガン酸塩を用いた強アルカリによる除去法が選択される。
【００１２】
層間接続の孔を突設および残渣除去された後に、金属物質を孔内に充填および被覆することで層間接続をとることができる。層間接続の方法には電気化学的手法をもちいためっき工法が一般的であり、その他には導電性物質のペーストを孔内に充填する工法等も考えられる。
【００１３】
めっき工法によれば、突設された孔内をコロイド粒子被膜や無電解銅めっき被膜またはスパッタリングにより導電性の薄膜形成した後に、電解銅めっきにより厚肉の被膜に成長させる方法が一般的である。またその際、微小添加剤を適切に選択することで孔壁形状に沿った層間導通孔（コンフォーマルビアホール）および孔内を全充填された層間導通孔（フィルドビアホール）を形成することが可能である。
【００１４】
またブラインドホール加工された孔の場合、ランドに相当する金属と電解銅めっきにより孔内に充填された銅では物性が異なる。（ランドが異種金属の場合はもとより、同じ銅であってもランドの銅とは機械的物性がことなる場合が多い）また層間における接続信頼性はビアホールの強度に依存するものである。さらにビアホールの強度は主にビアホール底部の密着強度に他ならない。なぜならばビアホール底部の剥離が生じると層間接続の断線となるためである。
【００１５】
通常、めっき処理を行った後には５０〜３００℃程度で乾燥する。めっき後に熱負荷を付与することでランド部とビアホール底部との間に熱拡散接合の効果が期待できる。高温であれば特に原子拡散しやすいために、ビアホール底部の剥離強度は高く接続信頼性も高いものになる。
【００１６】
また導電性ペーストを孔内に充填しビアホールを形成する場合であっても、該ペーストを、導電性を有したビアホールとして機能させるために樹脂分や溶剤分を昇華させる必要があるために熱負荷の付与を行う。
【００１７】
絶縁層を形成する樹脂は、その組成と熱硬化の条件によって分子鎖の架橋状態が変わり、吸収波長特性にもこれらの要因により変化が見られる。例えば紫外線の第３高調波（波長３５１〜３５５ｎｍ）では樹脂の組成と硬化条件によって吸収率が１０〜８０％と大きく変化する。紫外線レーザー光でのドリル加工は樹脂の分子鎖を解離させる光分解加工の要素を含んでいるために、被加工物の吸収特性は重要な因子である。
【００１８】
吸収特性の低い樹脂に対してはレーザー光のエネルギー密度であるとか、パルス数を増やすことにより加工性を高めなければならない。また吸収特性の高い樹脂に対しては低いエネルギー加工でも良好な加工形状が得られる。一般的には吸収特性の高い樹脂であった方が孔加工後の残渣も少ない。
【００１９】
コストダウンや製造安定性のために、絶縁層の組成や熱硬化条件がしばしば変わることがあり、積層工程の次工程である孔形成では、再度良好な加工形状を有する加工条件を再構築しなければならなかった。特に熱硬化の影響に敏感に反応する樹脂では紫外線波長に対し、吸収特性が大きく変わり、孔形成の再構築に多大な時間を費やすこともあった。加えて、残渣の影響を詳細に調べるために長時間の接続信頼性を検証しなければならない可能性もある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、熱硬化型の樹脂を未硬化または半硬化の状態で孔加工し、層間接続のためのビアホールを形成後に、絶縁層としての樹脂の硬化およびランド銅とビアホール底部のめっき銅との拡散接合の効果を得るために熱負荷を同時に付与することによって、樹脂組成や硬化条件に左右されず孔形成ならびに層間接続のためのビアホール形成を行う多層配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記課題を達成するための、まず請求項１の発明では、導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該接着層を硬化させることを特徴とする多層配線基板の製造としたものである。
【００２２】
また請求項２の発明では、導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該熱硬化型樹脂を硬化させ、かつ層間接続の金属を同時に熱拡散させ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。
【００２３】
また請求項３の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成する工程が、レーザー光による非接触加工により下層導体層まで突設することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２４】
また請求項４の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程が、紫外線波長を有するレーザー光による突設し、湿式処理または乾式処理により残渣除去を行い、導電被膜を層間接続用孔部に薄膜被覆し、電解銅めっきにより金属を厚付け被覆することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２５】
また請求項５の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程後に与える熱負荷が５０〜３００℃の範囲であり、かつ熱硬化型樹脂のガラス転位温度（Ｔｇ）以上であることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２６】
また請求項６の発明では、回路形成された配線層に接着層を積層し、上下の導体層を金属により層間接続し、熱負荷を付与する工程すべてが長尺フレキシブル基板を用いたリール工法であることを特徴とする請求項１〜５記載の何れかに記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多層配線基板における製造方法について説明する。多層配線基板を製造するにあたり配線形成にはサブトラクティブ法を用い、層間接続には紫外線レーザー光を用いたダイレクト加工を選択することが好ましい。セミアディティブ法であると配線形成の工程数が増えるためであり、またＣＯ２レーザーでは波長が長いために光分解加工を行う事ができない上に、微小径に対応する事ができない。また絶縁層は多種の材料が提案されている（例えばガラスエポキシ系、ポリイミド系、液晶ポリマー系等）が、導体層としてはサブトラクティブ法を行うことが容易であり、さらに層間接続配線（ビアホール）形成の可能な銅が広く用いられている。
【００２８】
多層配線を形成する上で、液状の半硬化樹脂では膜厚のバラツキが懸念される。そこでフィルム状の未硬化または半硬化の熱硬化性接着層（以下、接着フィルムと称する）を用いれば高精度膜厚での多層化が容易である。フィルム状の未硬化または半硬化の熱硬化性接着層を用いる場合には、工法別に、シート状の接着フィルムを用いて平板プレスで積層するプロセスと、狭幅の長尺テープ状の接着フィルムを用いてリール法により積層するプロセスがある。平板プレスは大径のスルーホールにより上下の導体層が接続された大判のコア基材の上下面に導体層と絶縁層を交互に積層していくことで多層配線基板が製造される。一方でリール工法では一定速度で絶縁層をラミネートしていき（導体層と絶縁層が一体になった長尺テープ基板である場合もある）、コア基材なしで積層することができる。また連続生産法であり、かつ狭幅であるために高精度で積層することも可能であり、かつ同一面内の処理バラツキを大判基板より少なくすることができる。
【００２９】
一方でリール法は製品を巻き取らなければならないために、長尺テープ基板自体の剛性を低くする必要がある。また接着層の熱硬化性樹脂を硬化させた場合においても可撓性を有する特性を持つ材料にある程度制限される。そのため低弾性率の低Ｔｇ型の熱硬化性樹脂により多層化し、長尺テープ基板の可撓性を保持する必要がある。一般にポリイミドは可撓性を有し、そのＴｇは２５０℃程度である。またポリイミドはフィルム化し易く、耐熱性が高く、低誘電率であるために多くの配線基板の絶縁層に用いられている。しかしながらリール法にて積層する際に、ポリイミドを採用する場合にはＴｇが高いためにラミネート時に高温に加熱する必要があるが、ポリイミドのＴｇ以上の温度を実現するラミネート装置は特殊設計しなければならないために、非常に高価になる。
【００３０】
そこでさらに低Ｔｇを有した接着フィルムにより、比較的低温度で多層化させることが考えられる。低誘電率を有する必要があるために、接着フィルムの組成も例としてエポキシ、エラストマー、ポリオレフィン、アクリル系材料を主成分とする。特に少なくともエポキシ硬化成分を系内に有する熱硬化型接着フィルムが好ましい。これは、エポキシ硬化成分が積層後に熱負荷を付与することで耐熱性を大幅に向上させることができるためであり、信頼性に優れる接着層を与えることができるからである。少なくともエポキシ硬化成分を含有して成ることを特徴とする接着フィルムとしては、エポキシ系はもちろんのこと、エラストマー系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム、ポリオレフィン系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム、アクリル系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
本発明におけるエポキシ系硬化成分とは、エポキシ化合物と反応する全ての硬化系を意味し、例えばエポキシ化合物とアミン類との硬化反応、エポキシ化合物とカルボン酸類との硬化反応、エポキシ化合物とフェノール類との硬化反応、エポキシ化合物と酸無水物類との硬化反応、エポキシ化合物とポリアミド樹脂との硬化反応、エポキシ化合物とイミダゾール類との硬化反応等が挙げられる。またこれら硬化反応に限定されるものではない。
【００３２】
また接着フィルムに要求される特性として、一定速度の熱ラミネート時に回路を均一に被覆しなければならないために、熱付加を加えるラミネート時の流動性を高める必要性がある。この様な様々な要求特性を有する他に加え、レーザー光の吸収特性も挙げられる。なぜならば、例えば紫外線レーザー光により微小径の孔形成が可能であれば、長尺テープ基板状に高密度の多層配線基板が高精度で製造可能であるためである。特に、エポキシに対しての紫外線波長の吸収は比較的高く、エポキシ成分を多く含有してあればレーザー加工性は高くなる。逆にエラストマー系、アクリル系、ポリオレフィン系材料では紫外線領域の波長が透過してしまうため、レーザー加工性は低下する。
【００３３】
また熱ラミネート後に接着フィルムを熱硬化させることで接着機能が発揮させる。ラミネート時と同様にＴｇ以上に一定時間保持されることによってフィルム内の分子鎖が架橋反応し重合する。一般に異種材料の接着部にはピール強度が物理量として考えられ、所望のピール強度は接着フィルムの熱硬化時に発揮されるといってよい。
【００３４】
しかしながらエポキシ系硬化成分は熱硬化の履歴（昇温時間やピーク温度保持時間）によりピール強度ならびに紫外線波長の吸収特性が変わる。Ｔｇ以上の熱履歴により分子鎖の架橋程度が依存するためである。図１に接着フィルムにより多層化された基板の孔部を示す。紫外線領域は金属の吸収波長帯であるために金属への直接孔加工が形成可能である。またレーザー光はパルス発振であり、金属への照射、樹脂への照射、接着フィルムへの照射と多段階に設定できる。レーザー光の設定はエネルギー密度およびパルス数である。適正なドリル条件ではランドに向かうに従い、ビアホール用孔部開口径１がランド２側の径より大きいテーパ形状になる。また各層（導体層３、絶縁層４、接着フィルム層５）においてテーパ角度に差がなく加工される。しかしながら適性加工されないと図２のようなテーパ角度に差が生じる場合があり、６はランド上にせりだした接着フィルムの加工残りである。
【００３５】
同様のレーザー光（エネルギー密度およびパルス数）を照射しても、接着フィルムの硬化条件に依存した架橋程度により吸収特性が異なる。光分解加工を行うレーザードリル加工は被加工物の吸収特性に従い、加工形状が変化する。すなわち図２の場合も接着フィルムの硬化条件を変えただけで発生する可能性は大いにある。
【００３６】
またビアホールの接続信頼性はビアホール底部の面積に依存する。ビアホール径は微小径化した方が高密度化を実現できる。一方で、ビアホール径が微小径であればあるほど、テーパ形状となるビアホール底部は狭面積化する。すなわちビアホールのテーパ形状はできるだけ払拭した方が良い。さらにビアホール底部が狭面積であれば、それだけランド銅との密着面積が小さいことになり剥離強度が低下する。すなわち層間接続信頼性の低下につながる。なぜならば異種材料では熱膨張係数が異なるために、冷熱衝撃下の耐久試験等で接着フィルムの加工残り等があると熱膨張に起因する亀裂進展の起点と成りうる可能性は大いにある。従ってビアホールの層間接続信頼性を著しく低下させる原因になりかねない。
【００３７】
そこで接着フィルムにより絶縁層付き導体層（樹脂付き銅箔テープ基板）もしくは導体層のみをラミネート積層した。ラミネート直後は熱硬化が完了していないため接着層は未硬化または半硬化の状態である。未硬化または半硬化の状態はもちろん所望のピール強度を示さないが、孔形成ならびに残渣除去、孔内導電性被膜形成および孔内導電性物質充填工程中に剥離することは、Ｔｇラミネート時の熱圧着のみでの熱付与程度でもありえない。すなわち接着フィルムが半硬化のままビアホール形成の一連の工程が可能である。またビアホール８形成を行った後（図３に示す）の熱硬化時には接着フィルム７は架橋反応と同時に流動性を示すが、ビアホールが既に孔内に形成されているために孔部に流出しビアホール底部（ランド２）面積を侵すことはない。ラミネート法による熱圧着は多層配線基板の仮接着であり、所望の接着機能が発揮されるのは熱硬化時である。
【００３８】
ビアホール用孔内を導電性物質で充填後には、例えばめっき法により電解銅が孔内を被覆している場合には５０〜３００℃程度の熱負荷を付与することでランドとの金属拡散接合を期待することができる。また例えば導電性ペーストを印刷法により孔内に充填した場合でも余分な樹脂分や溶剤分を昇華させる必要がある。
【００３９】
導電性ペーストは金属粒子により層間接続のための導電性を得るが、金属物質の密度の差から、めっき法により孔内に電解銅で被覆した場合であった方が好ましい。なぜならば銅の析出に際に孔内に混入する不純物は限りなく少ないからである。まためっき法によりビアホールを形成する場合の工程は、残渣除去工程→中和工程→孔内触媒付着工程→導電性薄膜形成工程→孔内電気銅めっき被覆工程が一般的である。また有機樹脂の分子鎖構造は基本的には耐酸性が高く、耐アルカリ性が低い。しかしながら材料設計時に耐アルカリ性を保有する設計にすることでめっき法の一連の工程を行うことができる。
【００４０】
従来の工法では、半硬化や半硬化状態の樹脂層を配線層上に積層した後、樹脂層を主に１度目の熱負荷を付与することで完全硬化させた後にビアホール用の孔部を例えばレーザー光により形成し、その孔内を金属物質で被覆（例えばめっき法により）して層間接続用のビアホールを形成してきた。さらに金属拡散により、ビアホールの強度（例えば底部剥離強度）を高め層間接続信頼性の向上のために２度目の熱負荷を付与していた。しかしながらコストダウンや製造安定のために樹脂層の組成や熱硬化条件がしばし変更になる場合があり、その際には孔加工の加工条件を再構築しなければならない。なぜなら樹脂層の架橋程度で紫外線波長領域の吸収特性が変化するためである。しかしながら半硬化および未硬化状態では熱硬化後の樹脂に比べ、紫外線吸収率がほぼ一定に安定している。これは樹脂を形成している組成の分散状態で一意的に決定されるものであり、芳香族を含有していて、さらに架橋前（熱硬化前）であれば大差ない。さらにフィルム状のシート（テープ）を積層する絶縁層に選択するのであれば半硬化の状態でも孔形成が可能である。
【００４１】
そこで、接着フィルムにより導体層を積層した、半硬化もしくは半硬化状態のまま層間接続用の孔形成、残渣除去、薄膜被膜形成、孔内金属充填に従うビアホールを形成した後、接着フィルムの熱硬化およびランド銅とビアホール底部との金属拡散を得るために同時に熱負荷を付与することを提案する。熱負荷の回数を減らしたことにより生産速度が早くなり、さらに半硬化もしくは未硬化状態のまま孔加工を行うことで製造条件の再構築を行う必要性が軽減される。またビアホール形成以降の多層配線基板の製造方法にはなんら干渉しないために従来の製造設備をそのまま転用できる。
【００４２】
【実施例】
＜実施例１＞
宇部興産社製の両面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド／銅→９／２５／９μｍの膜厚）を使用し、ランド部となる１層目の回路をサブトラクティブ法により形成し導体層とした。アクリル／エポキシ系主成分の接着フィルム（１５μｍ）を介在し、片面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド→→９／２５μｍ）をラミネート法により積層した。積層時のラミネート温度は１８０℃、線圧３ｋｇ／ｃｍで仮圧着を行った。次に波長３５５ｎｍの紫外線レーザーを使用し、片側の銅箔面からφ５０μｍの加工径で行った。銅箔加工時には２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度、絶縁層加工時には２Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するレーザー光をバースト加工にて照射した。また接着フィルムに対しては８Ｊ／ｃｍ２のレーザー光を照射し孔形成した。なお接着フィルムの３５５ｎｍ波長における紫外線吸収率は熱硬化（ラミネート後）前で８０％程度（熱硬化後では１２％程度）であることを事前に確認済である。
【００４３】
孔形成後に飛散銅（ドロス）を酸処理により除去し、その後過マンガン酸塩を主成分とする残渣処理および無電解銅めっきを行うことで導電性銅皮膜を形成した。その後、電解銅めっきにより孔内を銅により全充填した。電解銅めっき浴の組成は硫酸銅２００ｇ／Ｌ、硫酸１００ｇ／Ｌ、塩酸５０ｇ／Ｌ、添加剤微少量、浴温２５℃であり電流密度２Ａ／ｄｍ２において４０分間電解めっきを行い図３のような接着フィルムを介在した多層配線基板においてフィルドビアホールを用いた層間接続を行った。
【００４４】
図３の形状のビアホール形成後、図４▲１▼の昇温プロファイルに従い熱負荷を付与した。熱硬化後、接着フィルムと絶縁層との界面のピール強度を測定したところ８００ｇｆ／ｃｍであった。また図４の昇温プロファイルに従えば、銅原子の拡散が５．５０Å程度見込まれる。次にＸ線透過によりビアホール内の空隙（ボイド）検査を行ったところ１００孔中ボイドは観察されなかった。また断面観察によりビアホール付近を観察したところ、接着フィルムのしみ出しはなく接着フィルムの膜厚バラツキの１０％以内であった。すなわち孔形成後の薬液処理を経ても未硬化または半硬化の接着フィルムが剥離することなく、かつ薬液耐性に問題はないことになる。従って接着フィルムを用いて、ビアホールを用いて層間接続を行えることを確認した。
【００４５】
＜実施例２＞
宇部興産社製の両面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド／銅→９／２５／９μｍの膜厚）を使用し、片側の銅箔面から実施例１同様に紫外線レーザーを照射し、止まり穴孔を形成した。また実施例１同様に飛散銅および残渣の除去を行い、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを行うことによりフィルドビアホール２０を形成した。電解めっきを行うことにより銅箔上の膜厚が厚肉化するため、導体層厚９μｍまで酸処理によりエッチングを行った。以上の工程により層間接続のされた両面銅箔付きフレキシブルテープ基板を得た。またリール法を用いたので長尺テープ基板である。
【００４６】
次に液状レジストを表裏同時に塗工し、両面同時に露光・現像することでレジストをパターニングした。パターニングされたレジストをエッチングマスクとして塩化第２鉄液により両面の銅箔をエッチングし、導体層１４、１５を形成した。以上の工程により第１の絶縁層を挟んだ第１および第２の導体層が形成された。なお以上の２層基板にはアライメントマークが形成されており以降の配線層形成時での加工基準となる。
【００４７】
次にポリエチレンテレフタレートにより表裏を保護されたアクリル／エポキシ系主成分の接着フィルム（１５μｍ）を第１および第２の配線上に１８０℃、３ｋｇ／ｃｍのラミネートにより仮圧着を行った。ポリエチレンテレフタートを剥離し片面銅箔付きポリイミドテープ基板（銅／ポリイミド→９／２５μｍの膜厚）を１８０℃、３ｋｇ／ｃｍで熱圧着した。この積層工程は片面ごとの処理であり、接着フィルム層１２により銅箔およびポリイミド層１０が積層された。両面同時ではラミネート時のラミネートロール上圧、背圧のバラツキにより接着フィルムの厚さにバラツキが生じてしまうためである。しかしながら前記製造装置上の問題が解決されれば、両面同時に積層工程を行った方が生産性は向上する。
【００４８】
積層工程の後に層間接続用のビアホールを同時形成するために、同様に３５５ｎｍの波長を有する紫外線レーザー光をφ５０μｍの加工径で孔加工を行った。接着フィルム層を介在して積層されているため、実施例１同様に孔加工した。その後、飛散銅および残渣の除去を行い、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを両面同時に行うことによりフィルドビアホール２１および２２を形成した。次に図４の２種類の昇温プロファイル▲１▼、▲２▼に従い、長尺テープ基板に熱負荷を付与した。
【００４９】
熱負荷を付与後、前記回路形成の工程を行うことにより導体層１６および１７を形成した。以上により４層配線基板が完成した。接着フィルム層１２および絶縁（ポリイミド）層１０間のピール強度を測定したところ、昇温プロファイル▲１▼では８００ｇｆ／ｃｍ、▲２▼では６００ｇｆ／ｃｍであった。昇温プロファイル▲２▼よりも▲１▼の熱硬化条件であった方がピール強度が高い結果を得た。また▲１▼では５．５０Åの原子拡散が見込まれるにもかかわらず、▲２▼では１．７５Å程度の原子拡散が見込まれるに過ぎない。また必要に応じ積層、ビアホール形成、熱負荷、回路形成の工程を繰り返すことで６層配線基板を製造することもできる。図５では６層配線基板（第１の絶縁層９、第２の絶縁層１０、第３の絶縁層１１、第１の接着フィルム層１２、第２の接着フィルム層１３、第１の導体層１４、第２の導体層１５、第３の導体層１６、第４の導体層１７、第５の導体層１８、第６の導体層１９、第１、２間ビアホール２０、第４、２間ビアホール２１、第３、１間ビアホール２２、第６、４間ビアホール２３、第５、３間ビアホール２４）の最表層をソルダーレジスト２５で被覆した形態を図示した。
【００５０】
上記工法により製造した昇温プロファイル条件が異なる２種類の多層テープ基板の接続信頼性を評価するために以下の冷熱衝撃信頼性試験（−６５℃×３０ｍｉｎ〜１２５℃×３０ｍｉｎ）を行った。評価用の多層配線基板はチェーン回路であり、主な構成を以下に示す。
導体層（配線層）数 ４層および６層
導体層厚 ９μｍ
接着フィルム厚 ３０μｍ（１５μｍ）
ライン幅 ５０μｍ
ビア／ランド ５０μｍ／１００μｍ
１層当たりのビア数 １０００ビア
ビア接続形態 階段状およびスタック状
【００５１】
冷熱衝撃信頼性試験結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
４層および６層配線基板ともに昇温プロファイル▲１▼ではＮＧサンプルはないにもかかわらず、▲２▼ではＮＧサンプルが発生した。さらに４層よりも６層配線基板の接続信頼性が低かった。試験後の配線基板を故障・破壊解析したところ、ビアホール部に大きな違いを見いだすことができた。▲２▼ではランド銅とビアホール底部での界面にクラックが発生していたが、信頼性試験を合格した▲１▼の配線基板ではランド／ビアホール底部間にクラックは認められなかった。これは、銅およびポリイミドの熱膨張係数が１５〜２０ｐｐｍ程度であるのに対し、実施例で用いたアクリル／エポキシ系の接着フィルムではそれが１２０℃付近で１００ｐｐｍにもなった。すなわち−６５℃〜１２５℃間の温度差における各材料の熱膨張差によりランド／ビアホール底部間の界面剥離が生じ、▲２▼の昇温プロファイルでは故障が発生したと考えられる。加えて、▲２▼では▲１▼に比べ原子拡散の距離が小さい。銅の原子を２．５６Åと考えると、▲２▼では原子１個分も拡散しておらず、▲１▼では約２個分拡散している。銅の原子拡散が考えられる▲１▼ではランド／ビアホール底部の界面でも拡散が起きており、より強固な接合をしていると考えることができる。また４層よりも６層配線基板は接着フィルム層が多い。すなわち確率的にビアホール底部で断線する可能性が高くなる。しかしながら全ての実験系でもビアホール断面は図３のような形状であった。すなわちビアホールの加工形状は接着フィルムが未硬化または半硬化の状態で加工しているために昇温プロファイルに関係しない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の多層配線基板の製造方法によれば、導体層と絶縁層が交互に積層されてなる多層配線基板を製造する工法において、接着層を未硬化または半硬化の状態で層間接続のためにビアホール形成後に、熱負荷を付与することで、接着フィルムの熱硬化およびランド／ビアホール底部間の原子拡散によるより強固な接合を同時に期待でき、高い接続信頼性を得ることができる。また同じ組成の接着フィルムであれば硬化条件に左右されることなくレーザードリル加工が可能である。この製造方法は、特に長尺テープ基板を用いるリール法により製造する場合に有効である。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】接着フィルムにより積層された基板に孔加工を施した説明図を示すものである（接着フィルム加工残りなしの場合）。
【図２】接着フィルムにより積層された基板に孔加工を施した説明図を示すものである（接着フィルム加工残りありの場合）。
【図３】接着フィルムにより積層された基板のビアホール断面図を示すものである。
【図４】昇温プロファイル図を示すものである。
【図５】接着フィルムを用いて多層化した６層配線基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ビアホール用孔部開口径
２ ランド
３ 導体層
４ 樹脂層（絶縁層）
５ 接着フィルム（絶縁層）
６ 接着フィルム加工残り
７ 接着フィルム
８ ビアホール
９ 第１の絶縁層（ポリイミド）
１０ 第２の絶縁層（ポリイミド）
１１ 第３の絶縁層（ポリイミド）
１２ 第１の接着層（フィルム）
１３ 第２の接着層（フィルム）
１４ 第１の導体層
１５ 第２の導体層
１６ 第３の導体層
１７ 第４の導体層
１８ 第５の導体層
１９ 第６の導体層
２０ 第１、２間ビアホール
２１ 第４、２間ビアホール
２２ 第３、１間ビアホール
２３ 第６、４間ビアホール
２４ 第５、３間ビアホール
２５ ソルダーレジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁層（接着層）を挟んだ導体層の層間接続用孔部（ビアホール）形成のための工法を特徴とする多層配線基板の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、半導体装置および半導体装置積載用基板、ならびに多層プリント配線板、高密度実装用のプリント配線板の層間絶縁層に形成されるビアホールを用いた多層配線基板の製造方法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発展し半導体が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、さらには短薄軽小の傾向に発展しているため、半導体を実装する配線基板（半導体パッケージ）も同様の発展傾向にある。また半導体から伝達される信号も高周波化してきており、細線導電回路を有する高精度多層配線基板が要求されている。
【０００３】
多端子化した半導体を実装するため、配線基板にも配線の細線化（高密度化）が要求されるが、１５μｍ程度以下の配線形成は量産技術において困難なことから配線層を多層化することにより配線の細線化を緩和する対策がとられている。多層化に際し、絶縁層に孔部を形成し導通可能な金属材料を孔部内に皮膜することで絶縁層を挟んだ上下の導体層間の層間接続がとられ、多層配線基板となる。
【０００４】
多層配線基板を製造するにあたり、配線層（本明細書では、導電層と絶縁層を併せて配線層という）を逐次積層するビルドアップ工法がある。この工法の主な特徴は、下層配線を形成した後に絶縁層を積層し、層間接続のための孔をフォトリソグラフィーやレーザードリルを用いて突設して金属に代表される導電性物質を充填後、導体層を形成する。所望の層数を積層することにより多層配線基板を得ることができる。絶縁層と上層の導体層を個別に積層する方式もあり、一方で樹脂付き銅箔シート等の絶縁層と導体層が一体とし積層する方式もある。また層間接続の方式も多種あり、機械的にはドリルやレーザー光を用いて１孔ずつの処理を選択したり、絶縁層が感光性を有していればフォトリソグラフィー法により全孔一括処理したりすることも可能である。またフォトリソグラフィー法に類似し、アルカリエッチングにより絶縁層の樹脂に孔を形成する場合もある。逐次積層では積層時のアライメント整合は高い精度で行うことができるが、孔形成や各層ごとでの回路形成があるために生産性をそれほど向上させることはできない。
【０００５】
また一方で、絶縁層上に回路が形成されたシートを必要枚用意し、各層間のアライメント整合を整えた上で熱プレス等により一括積層する工法もある。この場合アライメント整合の方法等の一括積層を行う上での精度の課題もあるが、生産性は非常に向上する。しかしながら熱プレス時の均一性に依存した剥離強度のバラツキや層間接続技術においても問題視される点は多々ある。
【０００６】
プリント配線板等は現在、主に前者の工法により製造されている。逐次積層型の多層配線基板においては、配線層を形成後、半硬化の樹脂やグリーンシートを積層し、絶縁層を熱硬化後に層間接続を行う場合が多かった。なぜなら半硬化されたままであれば、回路化された配線層を隙間なく被覆することができ、かつ絶縁層厚を制御しやすいためである。また熱硬化された絶縁層は分子レベルで化学的な安定構造を形成しているため、製造プロセス上での耐薬品性が高く、多層配線基板の層間接続ならびに配線間の絶縁信頼性等を高く保持している。また１度、熱硬化を付与すれば後の熱負荷がかかる工程においても安定で存在することが可能である。
【０００７】
従来、層間接続のための孔部を形成する場合には金属ドリルによる機械加工が主流だった。しかし孔部が微細になれば当然加工するドリルも小さくなり、さらに微小ドリルは作製にコストが掛かり、ドリル加工時の摩耗も激しい消耗品であった。近年、微小孔部の形成には金属ドリルの機械加工に替わり、高エネルギーのレーザー光を照射し、加工対象物に吸収させ熱加工するレーザードリル加工が用いられるようになってきた。
【０００８】
レーザードリル加工に用いるレーザー光は赤外線領域のＣＯ２レーザー（波長９．３〜１０．６μｍ）、ＹＡＧレーザー（基本波の波長１．０６μｍ）、紫外線領域のＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＹＶＯ４レーザー（第３高調波の波長３５５ｎｍ、第４高調波の波長２６６ｎｍ）およびエキシマレーザー（ＸｅＣｌの波長３０８ｎｍ、ＫｒＦの波長２４８ｎｍ、ＡｒＦの波長１９３ｎｍ）が現在、加工機のレーザー光として利用されている。赤外線領域の波長を利用したレーザードリル加工は金属ドリルにおける機械加工に対し熱加工や熱分解加工であり、紫外線領域の波長を利用したレーザードリル加工は光化学反応を利用した光分解加工と呼ばれている。
【０００９】
金属ドリルによる機械加工は多層配線基板における貫通孔部（スルーホール）の形成が主流であるが、パルス発振であるレーザードリル加工はレーザー光のエネルギー密度を調節することで絶縁層のみの加工が可能である。そのためレーザードリル加工は配線基板の止まり穴加工（ブラインドホール加工）形成を主に使用されている。さらに孔形成を行う上で被加工対象物をほとんど選ばない。
【００１０】
特に、紫外線レーザーはエネルギー密度が高く集光性もあるため微小径でもレーザードリル加工可能である。今後の高密度配線基板化によれば孔径は微小化の傾向にあり、φ２０〜３０μｍ程度の孔径も要求されると思われる。紫外線レーザーは１孔ごとの処理であり、現在の処理スループットは低いが、近年、レーザー発振のための周波数も高くなりさらには加工ヘッドの多軸化も開発されているので量産現場で台頭する可能性は高い。
【００１１】
機械ドリルやレーザー光、フォトリソグラフィー法のいずれの場合でも層間接続のための孔を形成したあとには絶縁層残り（残渣）が存在し、除去を行う工程が一般に取り入れられいる。残渣除去を行わない場合には層間接続の信頼性が著しく低下するためである。また残渣除去には乾式法と湿式法に大きく大別できるが、生産性と製造安定性から例えば過マンガン酸塩を用いた強アルカリによる除去法が選択される。
【００１２】
層間接続の孔を突設および残渣除去された後に、金属物質を孔内に充填および被覆することで層間接続をとることができる。層間接続の方法には電気化学的手法をもちいためっき工法が一般的であり、その他には導電性物質のペーストを孔内に充填する工法等も考えられる。
【００１３】
めっき工法によれば、突設された孔内をコロイド粒子被膜や無電解銅めっき被膜またはスパッタリングにより導電性の薄膜形成した後に、電解銅めっきにより厚肉の被膜に成長させる方法が一般的である。またその際、微小添加剤を適切に選択することで孔壁形状に沿った層間導通孔（コンフォーマルビアホール）および孔内を全充填された層間導通孔（フィルドビアホール）を形成することが可能である。
【００１４】
またブラインドホール加工された孔の場合、ランドに相当する金属と電解銅めっきにより孔内に充填された銅では物性が異なる。（ランドが異種金属の場合はもとより、同じ銅であってもランドの銅とは機械的物性がことなる場合が多い）また層間における接続信頼性はビアホールの強度に依存するものである。さらにビアホールの強度は主にビアホール底部の密着強度に他ならない。なぜならばビアホール底部の剥離が生じると層間接続の断線となるためである。
【００１５】
通常、めっき処理を行った後には５０〜３００℃程度で乾燥する。めっき後に熱負荷を付与することでランド部とビアホール底部との間に熱拡散接合の効果が期待できる。高温であれば特に原子拡散しやすいために、ビアホール底部の剥離強度は高く接続信頼性も高いものになる。
【００１６】
また導電性ペーストを孔内に充填しビアホールを形成する場合であっても、該ペーストを、導電性を有したビアホールとして機能させるために樹脂分や溶剤分を昇華させる必要があるために熱負荷の付与を行う。
【００１７】
絶縁層を形成する樹脂は、その組成と熱硬化の条件によって分子鎖の架橋状態が変わり、吸収波長特性にもこれらの要因により変化が見られる。例えば紫外線の第３高調波（波長３５１〜３５５ｎｍ）では樹脂の組成と硬化条件によって吸収率が１０〜８０％と大きく変化する。紫外線レーザー光でのドリル加工は樹脂の分子鎖を解離させる光分解加工の要素を含んでいるために、被加工物の吸収特性は重要な因子である。
【００１８】
吸収特性の低い樹脂に対してはレーザー光のエネルギー密度であるとか、パルス数を増やすことにより加工性を高めなければならない。また吸収特性の高い樹脂に対しては低いエネルギー加工でも良好な加工形状が得られる。一般的には吸収特性の高い樹脂であった方が孔加工後の残渣も少ない。
【００１９】
コストダウンや製造安定性のために、絶縁層の組成や熱硬化条件がしばしば変わることがあり、積層工程の次工程である孔形成では、再度良好な加工形状を有する加工条件を再構築しなければならなかった。特に熱硬化の影響に敏感に反応する樹脂では紫外線波長に対し、吸収特性が大きく変わり、孔形成の再構築に多大な時間を費やすこともあった。加えて、残渣の影響を詳細に調べるために長時間の接続信頼性を検証しなければならない可能性もある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、熱硬化型の樹脂を未硬化または半硬化の状態で孔加工し、層間接続のためのビアホールを形成後に、絶縁層としての樹脂の硬化およびランド銅とビアホール底部のめっき銅との拡散接合の効果を得るために熱負荷を同時に付与することによって、樹脂組成や硬化条件に左右されず孔形成ならびに層間接続のためのビアホール形成を行う多層配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記課題を達成するための、まず請求項１の発明では、導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該接着層を硬化させることを特徴とする多層配線基板の製造としたものである。
【００２２】
また請求項２の発明では、導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該熱硬化型樹脂を硬化させ、かつ層間接続の金属を同時に熱拡散させ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。
【００２３】
また請求項３の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成する工程が、レーザー光による非接触加工により下層導体層まで突設することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２４】
また請求項４の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程が、紫外線波長を有するレーザー光による突設し、湿式処理または乾式処理により残渣除去を行い、導電被膜を層間接続用孔部に薄膜被覆し、電解銅めっきにより金属を厚付け被覆することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２５】
また請求項５の発明では、回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程後に与える熱負荷が５０〜３００℃の範囲であり、かつ熱硬化型樹脂のガラス転位温度（Ｔｇ）以上であることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２６】
また請求項６の発明では、回路形成された配線層に接着層を積層し、上下の導体層を金属により層間接続し、熱負荷を付与する工程すべてが長尺フレキシブル基板を用いたリール工法であることを特徴とする請求項１〜５記載の何れかに記載の多層配線基板の製造方法としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多層配線基板における製造方法について説明する。多層配線基板を製造するにあたり配線形成にはサブトラクティブ法を用い、層間接続には紫外線レーザー光を用いたダイレクト加工を選択することが好ましい。セミアディティブ法であると配線形成の工程数が増えるためであり、またＣＯ２レーザーでは波長が長いために光分解加工を行う事ができない上に、微小径に対応する事ができない。また絶縁層は多種の材料が提案されている（例えばガラスエポキシ系、ポリイミド系、液晶ポリマー系等）が、導体層としてはサブトラクティブ法を行うことが容易であり、さらに層間接続配線（ビアホール）形成の可能な銅が広く用いられている。
【００２８】
多層配線を形成する上で、液状の半硬化樹脂では膜厚のバラツキが懸念される。そこでフィルム状の未硬化または半硬化の熱硬化性接着層（以下、接着フィルムと称する）を用いれば高精度膜厚での多層化が容易である。フィルム状の未硬化または半硬化の熱硬化性接着層を用いる場合には、工法別に、シート状の接着フィルムを用いて平板プレスで積層するプロセスと、狭幅の長尺テープ状の接着フィルムを用いてリール法により積層するプロセスがある。平板プレスは大径のスルーホールにより上下の導体層が接続された大判のコア基材の上下面に導体層と絶縁層を交互に積層していくことで多層配線基板が製造される。一方でリール工法では一定速度で絶縁層をラミネートしていき（導体層と絶縁層が一体になった長尺テープ基板である場合もある）、コア基材なしで積層することができる。また連続生産法であり、かつ狭幅であるために高精度で積層することも可能であり、かつ同一面内の処理バラツキを大判基板より少なくすることができる。
【００２９】
一方でリール法は製品を巻き取らなければならないために、長尺テープ基板自体の剛性を低くする必要がある。また接着層の熱硬化性樹脂を硬化させた場合においても可撓性を有する特性を持つ材料にある程度制限される。そのため低弾性率の低Ｔｇ型の熱硬化性樹脂により多層化し、長尺テープ基板の可撓性を保持する必要がある。一般にポリイミドは可撓性を有し、そのＴｇは２５０℃程度である。またポリイミドはフィルム化し易く、耐熱性が高く、低誘電率であるために多くの配線基板の絶縁層に用いられている。しかしながらリール法にて積層する際に、ポリイミドを採用する場合にはＴｇが高いためにラミネート時に高温に加熱する必要があるが、ポリイミドのＴｇ以上の温度を実現するラミネート装置は特殊設計しなければならないために、非常に高価になる。
【００３０】
そこでさらに低Ｔｇを有した接着フィルムにより、比較的低温度で多層化させることが考えられる。低誘電率を有する必要があるために、接着フィルムの組成も例としてエポキシ、エラストマー、ポリオレフィン、アクリル系材料を主成分とする。特に少なくともエポキシ硬化成分を系内に有する熱硬化型接着フィルムが好ましい。これは、エポキシ硬化成分が積層後に熱負荷を付与することで耐熱性を大幅に向上させることができるためであり、信頼性に優れる接着層を与えることができるからである。少なくともエポキシ硬化成分を含有して成ることを特徴とする接着フィルムとしては、エポキシ系はもちろんのこと、エラストマー系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム、ポリオレフィン系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム、アクリル系にエポキシ系硬化成分を含有した接着フィルム等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
本発明におけるエポキシ系硬化成分とは、エポキシ化合物と反応する全ての硬化系を意味し、例えばエポキシ化合物とアミン類との硬化反応、エポキシ化合物とカルボン酸類との硬化反応、エポキシ化合物とフェノール類との硬化反応、エポキシ化合物と酸無水物類との硬化反応、エポキシ化合物とポリアミド樹脂との硬化反応、エポキシ化合物とイミダゾール類との硬化反応等が挙げられる。またこれら硬化反応に限定されるものではない。
【００３２】
また接着フィルムに要求される特性として、一定速度の熱ラミネート時に回路を均一に被覆しなければならないために、熱付加を加えるラミネート時の流動性を高める必要性がある。この様な様々な要求特性を有する他に加え、レーザー光の吸収特性も挙げられる。なぜならば、例えば紫外線レーザー光により微小径の孔形成が可能であれば、長尺テープ基板状に高密度の多層配線基板が高精度で製造可能であるためである。特に、エポキシに対しての紫外線波長の吸収は比較的高く、エポキシ成分を多く含有してあればレーザー加工性は高くなる。逆にエラストマー系、アクリル系、ポリオレフィン系材料では紫外線領域の波長が透過してしまうため、レーザー加工性は低下する。
【００３３】
また熱ラミネート後に接着フィルムを熱硬化させることで接着機能が発揮させる。ラミネート時と同様にＴｇ以上に一定時間保持されることによってフィルム内の分子鎖が架橋反応し重合する。一般に異種材料の接着部にはピール強度が物理量として考えられ、所望のピール強度は接着フィルムの熱硬化時に発揮されるといってよい。
【００３４】
しかしながらエポキシ系硬化成分は熱硬化の履歴（昇温時間やピーク温度保持時間）によりピール強度ならびに紫外線波長の吸収特性が変わる。Ｔｇ以上の熱履歴により分子鎖の架橋程度が依存するためである。図１に接着フィルムにより多層化された基板の孔部を示す。紫外線領域は金属の吸収波長帯であるために金属への直接孔加工が形成可能である。またレーザー光はパルス発振であり、金属への照射、樹脂への照射、接着フィルムへの照射と多段階に設定できる。レーザー光の設定はエネルギー密度およびパルス数である。適正なドリル条件ではランドに向かうに従い、ビアホール用孔部開口径１がランド２側の径より大きいテーパ形状になる。また各層（導体層３、絶縁層４、接着フィルム層５）においてテーパ角度に差がなく加工される。しかしながら適性加工されないと図２のようなテーパ角度に差が生じる場合があり、６はランド上にせりだした接着フィルムの加工残りである。
【００３５】
同様のレーザー光（エネルギー密度およびパルス数）を照射しても、接着フィルムの硬化条件に依存した架橋程度により吸収特性が異なる。光分解加工を行うレーザードリル加工は被加工物の吸収特性に従い、加工形状が変化する。すなわち図２の場合も接着フィルムの硬化条件を変えただけで発生する可能性は大いにある。
【００３６】
またビアホールの接続信頼性はビアホール底部の面積に依存する。ビアホール径は微小径化した方が高密度化を実現できる。一方で、ビアホール径が微小径であればあるほど、テーパ形状となるビアホール底部は狭面積化する。すなわちビアホールのテーパ形状はできるだけ払拭した方が良い。さらにビアホール底部が狭面積であれば、それだけランド銅との密着面積が小さいことになり剥離強度が低下する。すなわち層間接続信頼性の低下につながる。なぜならば異種材料では熱膨張係数が異なるために、冷熱衝撃下の耐久試験等で接着フィルムの加工残り等があると熱膨張に起因する亀裂進展の起点と成りうる可能性は大いにある。従ってビアホールの層間接続信頼性を著しく低下させる原因になりかねない。
【００３７】
そこで接着フィルムにより絶縁層付き導体層（樹脂付き銅箔テープ基板）もしくは導体層のみをラミネート積層した。ラミネート直後は熱硬化が完了していないため接着層は未硬化または半硬化の状態である。未硬化または半硬化の状態はもちろん所望のピール強度を示さないが、孔形成ならびに残渣除去、孔内導電性被膜形成および孔内導電性物質充填工程中に剥離することは、Ｔｇラミネート時の熱圧着のみでの熱付与程度でもありえない。すなわち接着フィルムが半硬化のままビアホール形成の一連の工程が可能である。またビアホール８形成を行った後（図３に示す）の熱硬化時には接着フィルム７は架橋反応と同時に流動性を示すが、ビアホールが既に孔内に形成されているために孔部に流出しビアホール底部（ランド２）面積を侵すことはない。ラミネート法による熱圧着は多層配線基板の仮接着であり、所望の接着機能が発揮されるのは熱硬化時である。
【００３８】
ビアホール用孔内を導電性物質で充填後には、例えばめっき法により電解銅が孔内を被覆している場合には５０〜３００℃程度の熱負荷を付与することでランドとの金属拡散接合を期待することができる。また例えば導電性ペーストを印刷法により孔内に充填した場合でも余分な樹脂分や溶剤分を昇華させる必要がある。
【００３９】
導電性ペーストは金属粒子により層間接続のための導電性を得るが、金属物質の密度の差から、めっき法により孔内に電解銅で被覆した場合であった方が好ましい。なぜならば銅の析出に際に孔内に混入する不純物は限りなく少ないからである。まためっき法によりビアホールを形成する場合の工程は、残渣除去工程→中和工程→孔内触媒付着工程→導電性薄膜形成工程→孔内電気銅めっき被覆工程が一般的である。また有機樹脂の分子鎖構造は基本的には耐酸性が高く、耐アルカリ性が低い。しかしながら材料設計時に耐アルカリ性を保有する設計にすることでめっき法の一連の工程を行うことができる。
【００４０】
従来の工法では、半硬化や半硬化状態の樹脂層を配線層上に積層した後、樹脂層を主に１度目の熱負荷を付与することで完全硬化させた後にビアホール用の孔部を例えばレーザー光により形成し、その孔内を金属物質で被覆（例えばめっき法により）して層間接続用のビアホールを形成してきた。さらに金属拡散により、ビアホールの強度（例えば底部剥離強度）を高め層間接続信頼性の向上のために２度目の熱負荷を付与していた。しかしながらコストダウンや製造安定のために樹脂層の組成や熱硬化条件がしばし変更になる場合があり、その際には孔加工の加工条件を再構築しなければならない。なぜなら樹脂層の架橋程度で紫外線波長領域の吸収特性が変化するためである。しかしながら半硬化および未硬化状態では熱硬化後の樹脂に比べ、紫外線吸収率がほぼ一定に安定している。これは樹脂を形成している組成の分散状態で一意的に決定されるものであり、芳香族を含有していて、さらに架橋前（熱硬化前）であれば大差ない。さらにフィルム状のシート（テープ）を積層する絶縁層に選択するのであれば半硬化の状態でも孔形成が可能である。
【００４１】
そこで、接着フィルムにより導体層を積層した、半硬化もしくは半硬化状態のまま層間接続用の孔形成、残渣除去、薄膜被膜形成、孔内金属充填に従うビアホールを形成した後、接着フィルムの熱硬化およびランド銅とビアホール底部との金属拡散を得るために同時に熱負荷を付与することを提案する。熱負荷の回数を減らしたことにより生産速度が早くなり、さらに半硬化もしくは未硬化状態のまま孔加工を行うことで製造条件の再構築を行う必要性が軽減される。またビアホール形成以降の多層配線基板の製造方法にはなんら干渉しないために従来の製造設備をそのまま転用できる。
【００４２】
【実施例】
＜実施例１＞
宇部興産社製の両面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド／銅→９／２５／９μｍの膜厚）を使用し、ランド部となる１層目の回路をサブトラクティブ法により形成し導体層とした。アクリル／エポキシ系主成分の接着フィルム（１５μｍ）を介在し、片面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド→→９／２５μｍ）をラミネート法により積層した。積層時のラミネート温度は１８０℃、線圧３ｋｇ／ｃｍで仮圧着を行った。次に波長３５５ｎｍの紫外線レーザーを使用し、片側の銅箔面からφ５０μｍの加工径で行った。銅箔加工時には２０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度、絶縁層加工時には２Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するレーザー光をバースト加工にて照射した。また接着フィルムに対しては８Ｊ／ｃｍ２のレーザー光を照射し孔形成した。なお接着フィルムの３５５ｎｍ波長における紫外線吸収率は熱硬化（ラミネート後）前で８０％程度（熱硬化後では１２％程度）であることを事前に確認済である。
【００４３】
孔形成後に飛散銅（ドロス）を酸処理により除去し、その後過マンガン酸塩を主成分とする残渣処理および無電解銅めっきを行うことで導電性銅皮膜を形成した。その後、電解銅めっきにより孔内を銅により全充填した。電解銅めっき浴の組成は硫酸銅２００ｇ／Ｌ、硫酸１００ｇ／Ｌ、塩酸５０ｇ／Ｌ、添加剤微少量、浴温２５℃であり電流密度２Ａ／ｄｍ２において４０分間電解めっきを行い図３のような接着フィルムを介在した多層配線基板においてフィルドビアホールを用いた層間接続を行った。
【００４４】
図３の形状のビアホール形成後、図４▲１▼の昇温プロファイルに従い熱負荷を付与した。熱硬化後、接着フィルムと絶縁層との界面のピール強度を測定したところ８００ｇｆ／ｃｍであった。また図４の昇温プロファイルに従えば、銅原子の拡散が５．５０Å程度見込まれる。次にＸ線透過によりビアホール内の空隙（ボイド）検査を行ったところ１００孔中ボイドは観察されなかった。また断面観察によりビアホール付近を観察したところ、接着フィルムのしみ出しはなく接着フィルムの膜厚バラツキの１０％以内であった。すなわち孔形成後の薬液処理を経ても未硬化または半硬化の接着フィルムが剥離することなく、かつ薬液耐性に問題はないことになる。従って接着フィルムを用いて、ビアホールを用いて層間接続を行えることを確認した。
【００４５】
＜実施例２＞
宇部興産社製の両面銅箔付きフレキシブルテープ基板（銅／ポリイミド／銅→９／２５／９μｍの膜厚）を使用し、片側の銅箔面から実施例１同様に紫外線レーザーを照射し、止まり穴孔を形成した。また実施例１同様に飛散銅および残渣の除去を行い、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを行うことによりフィルドビアホール２０を形成した。電解めっきを行うことにより銅箔上の膜厚が厚肉化するため、導体層厚９μｍまで酸処理によりエッチングを行った。以上の工程により層間接続のされた両面銅箔付きフレキシブルテープ基板を得た。またリール法を用いたので長尺テープ基板である。
【００４６】
次に液状レジストを表裏同時に塗工し、両面同時に露光・現像することでレジストをパターニングした。パターニングされたレジストをエッチングマスクとして塩化第２鉄液により両面の銅箔をエッチングし、導体層１４、１５を形成した。以上の工程により第１の絶縁層を挟んだ第１および第２の導体層が形成された。なお以上の２層基板にはアライメントマークが形成されており以降の配線層形成時での加工基準となる。
【００４７】
次にポリエチレンテレフタレートにより表裏を保護されたアクリル／エポキシ系主成分の接着フィルム（１５μｍ）を第１および第２の配線上に１８０℃、３ｋｇ／ｃｍのラミネートにより仮圧着を行った。ポリエチレンテレフタートを剥離し片面銅箔付きポリイミドテープ基板（銅／ポリイミド→９／２５μｍの膜厚）を１８０℃、３ｋｇ／ｃｍで熱圧着した。この積層工程は片面ごとの処理であり、接着フィルム層１２により銅箔およびポリイミド層１０が積層された。両面同時ではラミネート時のラミネートロール上圧、背圧のバラツキにより接着フィルムの厚さにバラツキが生じてしまうためである。しかしながら前記製造装置上の問題が解決されれば、両面同時に積層工程を行った方が生産性は向上する。
【００４８】
積層工程の後に層間接続用のビアホールを同時形成するために、同様に３５５ｎｍの波長を有する紫外線レーザー光をφ５０μｍの加工径で孔加工を行った。接着フィルム層を介在して積層されているため、実施例１同様に孔加工した。その後、飛散銅および残渣の除去を行い、無電解銅めっきおよび電解銅めっきを両面同時に行うことによりフィルドビアホール２１および２２を形成した。次に図４の２種類の昇温プロファイル▲１▼、▲２▼に従い、長尺テープ基板に熱負荷を付与した。
【００４９】
熱負荷を付与後、前記回路形成の工程を行うことにより導体層１６および１７を形成した。以上により４層配線基板が完成した。接着フィルム層１２および絶縁（ポリイミド）層１０間のピール強度を測定したところ、昇温プロファイル▲１▼では８００ｇｆ／ｃｍ、▲２▼では６００ｇｆ／ｃｍであった。昇温プロファイル▲２▼よりも▲１▼の熱硬化条件であった方がピール強度が高い結果を得た。また▲１▼では５．５０Åの原子拡散が見込まれるにもかかわらず、▲２▼では１．７５Å程度の原子拡散が見込まれるに過ぎない。また必要に応じ積層、ビアホール形成、熱負荷、回路形成の工程を繰り返すことで６層配線基板を製造することもできる。図５では６層配線基板（第１の絶縁層９、第２の絶縁層１０、第３の絶縁層１１、第１の接着フィルム層１２、第２の接着フィルム層１３、第１の導体層１４、第２の導体層１５、第３の導体層１６、第４の導体層１７、第５の導体層１８、第６の導体層１９、第１、２間ビアホール２０、第４、２間ビアホール２１、第３、１間ビアホール２２、第６、４間ビアホール２３、第５、３間ビアホール２４）の最表層をソルダーレジスト２５で被覆した形態を図示した。
【００５０】
上記工法により製造した昇温プロファイル条件が異なる２種類の多層テープ基板の接続信頼性を評価するために以下の冷熱衝撃信頼性試験（−６５℃×３０ｍｉｎ〜１２５℃×３０ｍｉｎ）を行った。評価用の多層配線基板はチェーン回路であり、主な構成を以下に示す。
導体層（配線層）数 ４層および６層
導体層厚 ９μｍ
接着フィルム厚 ３０μｍ（１５μｍ）
ライン幅 ５０μｍ
ビア／ランド ５０μｍ／１００μｍ
１層当たりのビア数 １０００ビア
ビア接続形態 階段状およびスタック状
【００５１】
冷熱衝撃信頼性試験結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
４層および６層配線基板ともに昇温プロファイル▲１▼ではＮＧサンプルはないにもかかわらず、▲２▼ではＮＧサンプルが発生した。さらに４層よりも６層配線基板の接続信頼性が低かった。試験後の配線基板を故障・破壊解析したところ、ビアホール部に大きな違いを見いだすことができた。▲２▼ではランド銅とビアホール底部での界面にクラックが発生していたが、信頼性試験を合格した▲１▼の配線基板ではランド／ビアホール底部間にクラックは認められなかった。これは、銅およびポリイミドの熱膨張係数が１５〜２０ｐｐｍ程度であるのに対し、実施例で用いたアクリル／エポキシ系の接着フィルムではそれが１２０℃付近で１００ｐｐｍにもなった。すなわち−６５℃〜１２５℃間の温度差における各材料の熱膨張差によりランド／ビアホール底部間の界面剥離が生じ、▲２▼の昇温プロファイルでは故障が発生したと考えられる。加えて、▲２▼では▲１▼に比べ原子拡散の距離が小さい。銅の原子を２．５６Åと考えると、▲２▼では原子１個分も拡散しておらず、▲１▼では約２個分拡散している。銅の原子拡散が考えられる▲１▼ではランド／ビアホール底部の界面でも拡散が起きており、より強固な接合をしていると考えることができる。また４層よりも６層配線基板は接着フィルム層が多い。すなわち確率的にビアホール底部で断線する可能性が高くなる。しかしながら全ての実験系でもビアホール断面は図３のような形状であった。すなわちビアホールの加工形状は接着フィルムが未硬化または半硬化の状態で加工しているために昇温プロファイルに関係しない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の多層配線基板の製造方法によれば、導体層と絶縁層が交互に積層されてなる多層配線基板を製造する工法において、接着層を未硬化または半硬化の状態で層間接続のためにビアホール形成後に、熱負荷を付与することで、接着フィルムの熱硬化およびランド／ビアホール底部間の原子拡散によるより強固な接合を同時に期待でき、高い接続信頼性を得ることができる。また同じ組成の接着フィルムであれば硬化条件に左右されることなくレーザードリル加工が可能である。この製造方法は、特に長尺テープ基板を用いるリール法により製造する場合に有効である。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】接着フィルムにより積層された基板に孔加工を施した説明図を示すものである（接着フィルム加工残りなしの場合）。
【図２】接着フィルムにより積層された基板に孔加工を施した説明図を示すものである（接着フィルム加工残りありの場合）。
【図３】接着フィルムにより積層された基板のビアホール断面図を示すものである。
【図４】昇温プロファイル図を示すものである。
【図５】接着フィルムを用いて多層化した６層配線基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ビアホール用孔部開口径
２ ランド
３ 導体層
４ 樹脂層（絶縁層）
５ 接着フィルム（絶縁層）
６ 接着フィルム加工残り
７ 接着フィルム
８ ビアホール
９ 第１の絶縁層（ポリイミド）
１０ 第２の絶縁層（ポリイミド）
１１ 第３の絶縁層（ポリイミド）
１２ 第１の接着層（フィルム）
１３ 第２の接着層（フィルム）
１４ 第１の導体層
１５ 第２の導体層
１６ 第３の導体層
１７ 第４の導体層
１８ 第５の導体層
１９ 第６の導体層
２０ 第１、２間ビアホール
２１ 第４、２間ビアホール
２２ 第３、１間ビアホール
２３ 第６、４間ビアホール
２４ 第５、３間ビアホール
２５ ソルダーレジスト
Claims (6)
- 導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該接着層を硬化させることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
- 導体層と絶縁層とで回路形成された配線層上に、更に配線層を積層した多層配線基板の製造方法において、配線層上への積層工程においては、未硬化または半硬化の熱硬化型の樹脂を接着層とし、該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続した後に、熱負荷を付与し該熱硬化型樹脂を硬化させ、かつ層間接続の金属を同時に熱拡散させることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
- 回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成する工程が、レーザー光による非接触加工により下層導体層まで突設することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法。
- 回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程が、紫外線波長を有するレーザー光による突設し、湿式処理または乾式処理により残渣除去を行い、導電被膜を層間接続用孔部に薄膜被覆し、電解銅めっきにより金属を厚付け被覆することを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法。
- 回路形成された配線層に積層される該接着層に孔部を形成し上下の導体層を金属により層間接続する工程後に与える熱負荷が５０〜３００℃の範囲であり、かつ熱硬化型樹脂のガラス転位温度（Ｔｇ）以上であることを特徴とする請求項１または２記載の多層配線基板の製造方法。
- 回路形成された配線層に接着層を積層し、上下の導体層を金属により層間接続し、熱負荷を付与する工程すべてが長尺フレキシブル基板を用いたリール工法であることを特徴とする請求項１〜５記載の何れかに記載の多層配線基板の製造方法。
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