JP2010232590A

JP2010232590A - 回路基板の製造方法

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Publication number: JP2010232590A
Application number: JP2009081057A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nagamatsu; 正幸長松; Ryosuke Usui; 良輔臼井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】絶縁層上に形成される配線層の配線高さを低減することが可能な回路基板の製造方法を提供する。
【解決手段】両面に上層銅箔２と下層銅箔３が積層された絶縁基板１を用意し、上層銅箔２にレーザ照射することにより下層銅箔２に達するビアホール１ａを形成する。次に、ビアホール１ａにデスミア処理を施してスミアを除去する。次に、レーザ照射およびデスミア処理の際にビアホール１ａの開口上部に形成される上層銅箔２の突出部２ａを残した状態で銅めっき処理を行う。これにより、ビアホール１ａを埋め込むとともに、上層銅箔２上に所定の厚さＨ１を有する上層銅めっき層５を形成する。そして、化学エッチング液を用いて上層銅めっき層５を全面エッチングし、所定の厚みＨ２まで薄膜化する。次に、上層銅めっき層５と上層銅箔２をパターニングすることによって上層配線層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板の製造方法に関する。より具体的には、本発明は、上下の配線層間がビア導体で電気的に接続された回路基板の製造方法に関する。

半導体素子などの電子部品が実装される回路基板（素子搭載用基板）は、回路装置の高密度化にともなって多層化が図られている。一般に、多層配線の回路基板における配線層間は、絶縁層により電気的に絶縁され、所定位置において絶縁層を貫通するビア導体によって電気的に接続されている。

特許文献１は、上記した回路基板の製造方法の一例を開示する。特許文献１に記載の回路基板の製造方法では、まず両面に上層銅箔と下層銅箔が積層された絶縁基板を用意し、上層銅箔に炭素ガスレーザを照射することによって下層銅箔に達するビアホールを形成する。そして、ビアホールにデスミア処理を施すことによってスミアを除去する。次に、炭素ガスレーザの照射およびデスミア処理の際にビアホールの開口部に形成される上層銅箔の突出部を残した状態で、無電解めっき処理を施した後、ビア充填用のめっき液によって電解めっき処理を行う。これにより、ビアホールを埋め込むとともに、上層銅箔の上に所定の厚さを有する上層めっき層を形成するとともに、下層銅箔の上に所定の厚さを有する下層めっき層を形成する。そして、上層めっき層と上層銅箔をパターニングすることによって上層配線層を形成するとともに、下層めっき層と下層銅箔をパターニングすることによって下層配線層を形成する。

特開２００３−１６８８６０号公報

近年、回路基板の薄型化（低背化）が強く求められており、これを実現するには絶縁層の薄膜化および各配線層の配線高さの低減が必要である。特許文献１に記載の回路基板の製造方法において、例えば、上層配線層の配線高さを低減しようとすると、上層銅箔の上に形成するめっき層の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、ビアホールへの埋め込み性を保持した状態で、上層銅箔の上に形成するめっき層の厚さだけを薄く制御することは困難である。また、単純にめっき層の厚さを薄くする制御のみを行うとビアホール内への埋め込み性が劣化するという問題が生じる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁層上に形成される配線層の配線高さを低減することが可能な回路基板の製造方法の提供にある。

本発明のある態様は、回路基板の製造方法である。当該回路基板の製造方法は、一方の面側に第１銅箔が形成された絶縁層を用意し、第１銅箔側から絶縁層にビアホールを形成する第１工程と、ビアホールを形成する際に、ビアホールの開口上部に第１銅箔の突出部を残した状態でめっき処理を行うことによって第１銅箔上に銅めっき層を形成する第２工程と、銅めっき層をエッチングすることによって所定の厚みまで薄膜化する第３工程と、銅めっき層および第１銅箔をパターニングすることによって配線層を形成する第４工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁層上に形成される配線層の配線高さを低減することが可能な回路基板の製造方法を提供することができる。

（Ａ）〜（Ｄ）本発明の第１実施形態における回路基板の製造工程を示す概略断面図。（Ａ）突出部のある上層銅箔上の上層銅めっき層が横方向に過剰にエッチング除去された状態における回路基板の概略断面図、（Ｂ）突出部のない上層銅箔上の上層銅めっき層が過剰にエッチング除去された状態における回路基板の概略断面図。（Ａ）〜（Ｄ）本発明の第２実施形態における回路基板の製造工程を示す概略断面図。第１実施形態の変形例１における回路基板の概略断面図。第１実施形態の変形例２における回路基板の概略断面図。第１実施形態の変形例３における回路基板の概略断面図。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら回路基板の製造方法について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における回路基板の製造工程を示す概略断面図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、両面に上層銅箔２および下層銅箔３が圧着された絶縁基板１を用意する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、後述するビアホール１ａに対応する形成領域４上に位置する上層銅箔２を除去する。これにより、絶縁基板１のビアホール１ａに対応する形成領域４（例えば、７５μｍ程度の直径）が露出される。

ここで、絶縁基板１には、例えば、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等の有機系樹脂が好適に用いられる。絶縁基板１の厚さは、例えば、６０〜１００μｍ程度である。また、上層銅箔２および下層銅箔３には、例えば、圧延銅箔が好適に用いられ、その厚さは、例えば、３〜５μｍ程度である。

次に、図１（Ｂ）に示すように、上層銅箔２の上方からＵＶレーザを所定の位置に照射することによって、絶縁基板１の露出した表面から下層銅箔３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁基板１に、例えば、９５μｍ程度の直径（開口上部）を有するビアホール１ａを開口する。そして、ビアホール１ａにデスミア処理を施すことによってスミアを除去する。この際、ビアホール１ａの開口上部に、上層銅箔２の突出部２ａが形成される。この突出部２ａの突出量Ｌは、例えば、１０μｍ程度である。

次に、無電解めっき法を用いて、上層銅箔２の上面およびビアホール１ａの内面上に、銅（Ｃｕ）を０．５μｍ程度の厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、上層銅箔２の上面およびビアホール１ａの内部にめっきする。なお、本実施形態では、めっき液中に、抑制剤および促進剤を添加することによって、抑制剤を上層銅箔２の上面上に吸着させるとともに、促進剤をビアホール１ａの内面上に吸着させる。これにより、ビアホール１ａの内面上の銅めっきの厚みを大きくすることができるので、ビアホール１ａ内に銅を埋め込むことができる。その結果、図１（Ｃ）に示すように、上層銅箔２上に、例えば、３５μｍ程度の厚みＨ１を有する上層銅めっき層５が形成されるとともに、ビアホール１ａ内にも上層銅めっき層５が埋め込まれる。一方、上記しためっき処理によって、上層銅めっき層５と同時に、下層銅箔３上にも３５μｍ程度の厚みＨ１を有する下層銅めっき層６が形成される。

次に、化学エッチング液（例えば、硫酸過水）をスプレー噴霧することによって、上層銅めっき層５および下層銅めっき層６の一部を全面エッチングする。これにより、図１（Ｄ）に示すように、上層銅めっき層５および下層銅めっき層６を、例えば、１０μｍ程度の厚みＨ２まで薄膜化する。こうした薄膜化の際には、銅めっき層（上層銅めっき層５、下層銅めっき層６）の薄膜化割合（Ｈ２／Ｈ１）を２／３以下にすることが好ましく、さらに１／２以下にすることがより好ましい。このようにすることで、上層銅めっき層５を厚く形成してその分多くエッチングすることになるので、ビアホール１ａの埋め込み性が向上し、ビアホール１ａ上の上層銅めっき層５の表面を平坦化しやすくなる。

ここで、銅めっき層（上層銅めっき層５、下層銅めっき層６）の結晶粒径（グレインサイズ）を銅箔（上層銅箔２、下層銅箔３）の結晶粒径（グレインサイズ）よりも小さく形成するため、上記した化学エッチング液に対する銅めっき層のエッチングレートは銅箔のエッチングレートよりも速くなっている。

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、上層銅めっき層５および上層銅箔２を同時にパターニングするとともに、下層銅めっき層６および下層銅箔３を同時にパターニングする。これにより、上層配線層および下層配線層をそれぞれ形成する（図示せず）。

以上の工程を経て、上層配線層と下層配線層とがビアホール１ａを介して電気的に接続された回路基板が製造される。

図２は、上層銅箔上の上層銅めっき層が横方向に過剰にエッチング除去された状態における回路基板の概略断面図である。図２（Ａ）は上層銅箔の突出部がある場合であり、図２（Ｂ）は上層銅箔の突出部がない場合である。なお、図２（Ａ）では、化学エッチング液に対する上層銅めっき層５のエッチングレートが上層銅箔２のエッチングレートよりも速いため、上層銅箔２部分が露出しても上層銅めっき層５部分が優先的にエッチング除去されている。

突出部２ａのない場合には、上層銅めっき層５が横方向に過剰にエッチング除去されると、図２（Ｂ）に示すように、上層銅箔２上の上層銅めっき層５とビアホール１ａ内の上層銅めっき層５との間で断線する可能性が高くなり、その後パターニングされる上層配線層と下層配線層との間の接続信頼性が劣化する。これに対して、突出部２ａがある場合には、図２（Ａ）に示すように、上層銅めっき層５が横方向に過剰にエッチング除去されても上層銅箔２上の上層銅めっき層５とビアホール１ａ内の上層銅めっき層５とは上層銅箔２の突出部２ａを介して接続された状態が保持される（図中の破線の丸で囲まれた領域Ｘを参照）。このため、突出部２ａの存在により上層配線層と下層配線層との間の接続信頼性の劣化が低減される。

本発明の第１実施形態における回路基板の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）ビアホール１ａ内を含む上層銅箔２の上に厚く上層銅めっき層５を形成した後、上層銅めっき層５を化学エッチング液で全面エッチングすることによって所望の厚さＨ２まで薄膜化するようにした。これにより、ビアホール１ａを上層銅めっき層５で充填した
状態で従来よりも上層銅めっき層５の薄膜化が可能になり、配線高さが低減された上層配線層を有する回路基板の形成性が向上する。

（２）上層銅箔２の突出部２ａが存在する状態で、めっき処理および全面エッチング処理を行って上層配線層を形成するようにした。これにより、めっき処理時のめっき膜厚や全面エッチング処理時のエッチング量などの製造バラツキに起因して、上層銅めっき層５が横方向に過剰にエッチングされても、突出部２ａの存在により上層配線層と下層配線層との間の接続信頼性の劣化を低減することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における回路基板の製造工程を示す概略断面図である。第１実施形態との相違点は、下層配線層１３上に形成された銅箔１２付き絶縁層１１からなる積層体に対してビアホールを形成した後、上層配線層を形成していることである。それ以外は第１実施形態と同様である。

まず、絶縁基板１０上に下層配線層１３を形成する。そして、銅箔１２付き絶縁層１１からなる積層体を用意し、この積層体を、下層配線層１３が形成された絶縁基板１０の上に貼り付けた後、所定の温度で圧着して硬化させる。これにより、図３（Ａ）に示すように、下層配線層１３上に絶縁層１１および銅箔１２が積層される。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、後述するビアホール１１ａに対応する形成領域１４上に位置する銅箔１２を除去する。これにより、絶縁層１１のビアホール１１ａに対応する形成領域１４（例えば、７５μｍ程度の直径）が露出される。

ここで、絶縁基板１０は、例えば、有機系樹脂などで構成され、その内部に下層配線層１３と接続される別の配線層が形成されていてもよい。下層配線層１３は、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、全面に形成された銅めっき層が所定の配線パターンに形成されたものであり、その厚さは、例えば、１５μｍ程度である。また、絶縁層１１には、第１実施形態の絶縁基板１と同様の材料が好適に用いられ、その厚さは、例えば、７５〜１１５μｍ程度である。銅箔１２には、例えば、圧延銅箔が好適に用いられ、その厚さは、例えば、３〜５μｍ程度である。

次に、図３（Ｂ）に示すように、銅箔１２の上方からＵＶレーザを所定の位置に照射することによって、絶縁層１１の露出した表面から下層配線層１３の表面に達するまでの領域を除去する。これにより、絶縁層１１に、例えば、９５μｍ程度の直径（開口上部）を有するビアホール１１ａを開口する。そして、ビアホール１１ａにデスミア処理を施すことによってスミアを除去する。この際、ビアホール１１ａの開口上部に、銅箔１２の突出部１２ａが形成される。この突出部１２ａの突出量Ｌは、例えば、１０μｍ程度である。

次に、無電解めっき法を用いて、銅箔１２の上面およびビアホール１１ａの内面上に、銅を０．５μｍ程度の厚みでめっきする。続いて、電解めっき法を用いて、銅箔１２の上面およびビアホール１１ａの内部にめっきする。その結果、図３（Ｃ）に示すように、銅箔１２上に、例えば、３５μｍ程度の厚みＨ３を有する銅めっき層１５が形成されるとともに、ビアホール１１ａ内にも銅めっき層１５が埋め込まれる。

次に、化学エッチング液（例えば、硫酸過水）をスプレー噴霧することによって、銅めっき層１５の一部を全面エッチングする。これにより、図３（Ｄ）に示すように、銅めっき層５を、例えば、１０μｍ程度の厚みＨ４まで薄膜化する。

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、銅めっき層１５および銅箔１２を同時にパターニングすることにより、上層配線層を形成する（図示せず）。

以上の工程を経て、上層配線層と下層配線層１３とがビアホール１１ａを介して電気的に接続された回路基板が製造される。

本発明の第２実施形態における回路基板の製造方法によれば、第１実施形態に対応する効果を享受することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記第１実施形態では、めっき処理工程において、上層銅めっき層の表面に、ビアホールに起因した段差が残る程度の膜厚を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、上層銅めっき層の膜厚をさらに厚くし、上層銅めっき層の表面を平坦化した上で、全面エッチング処理を行うようにしてもよい。また、図４に示すように、上層銅めっき層５の厚みＨ１に対してビアホール１ｂの寸法（直径）を小さくして、ビアホール１ｂ上の上層銅めっき層５の表面を平坦化した上で、全面エッチング処理を行うようにしてもよい。このようにすることで、積層ビアホールの形成が可能になり、多層配線を有する回路基板を小さく形成することができる。

上記第１実施形態では、めっき処理工程において、ビアホール内を上層銅めっき層で埋め込む例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、図５に示すように、寸法（直径）の大きいビアホール１ｃを被覆するように上層銅めっき層５（例えば、厚みＨ１）を形成した後、上層銅めっき層５を化学エッチング液で全面エッチングすることによって所望の厚さＨ２まで薄膜化してもよい。この場合には上記（２）の効果を享受することができる。さらに、めっき処理および全面エッチング処理を行って上層配線層を形成するようにしたことで、上層銅箔２の突出部２ａを含むビアホール１ｃの側壁被覆性を向上させることができる。この結果、めっき処理のみで膜厚を制御して上層配線層を形成する場合に比べて、上層配線層と下層配線層との間の接続信頼性を向上させることができる。

上記第１実施形態では、上層銅箔側から下層銅箔に達する非貫通のビアホールに対して上層配線層を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、図６に示すように、両面に上層銅箔２２と下層銅箔２３が積層された絶縁基板２１を用意し、これらを貫通するビアホール２１ａに対して上層配線層（および下層配線層）を形成するようにしてもよい。こうしたビアホール２１ａは、例えば、ドリルを上層銅箔２２側から下層銅箔２３側まで貫通させ、その後、デスミア処理を施すことによって形成することができる。また、上層配線層（および下層配線層）は、第１実施形態と同様の方法により、銅めっき層２５の形成、薄膜化、及びパターニングを行うことで形成することができる。なお、ビアホール２１ａは、両面（上層銅箔側および下層銅箔側）からのレーザ照射によって形成してもよい。また、ビアホール２１ａ内を銅めっき層２５で完全に埋め込まず、ビアホール２１ａの側壁を被覆するようにコンフォーマルに形成してもよい。こうした場合にも第１実施形態に対応する効果を享受することができる。

上記第１実施形態では、上層銅箔として圧延銅箔を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、上層銅箔として上層銅めっき層よりも結晶粒径（グレインサイズ）を大きく形成しためっき銅箔を用いてもよい。これにより、化学エッチング液に対するエッチングレートに差が生じ、第１実施形態と同様の効果を享受することができる。

上記第１実施形態では、化学エッチング液に対するエッチングレートが互いに異なる例
を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、化学エッチング液に対するエッチングレートが互いに同じであってもよい。この場合には、全面エッチングの際に、上層銅箔の突出部がない場合に比べて、少なくとも上層銅箔の突出部がエッチング除去される時間だけ、絶縁基板の開口上部において絶縁基板が露出するまでの製造マージンが増加する。この結果、こうした回路基板を安定して製造することができる。

上記第１実施形態では、絶縁基板上の上層銅箔の突出部が絶縁基板の上面に対して略水平な方向に突出した状態の例を示したが、こうした上層銅箔の突出部は絶縁基板の上面に対してビアホールの外側に反り上がった状態（跳ね上がった状態）に形成することがより好ましい。このようにすることで、上層銅箔の突出部を絶縁基板の上面に対してビアホールの内側に垂れ下がった状態に形成する場合に比べて、めっき処理の際に、突出部の下面側（絶縁基板と突出部との空間部分）にめっき液が回り込みやすくなり、所望の膜厚のめっき層を形成することが可能になる。こうした傾向はビアホールの寸法（直径）が小さくなるとより顕著になる。この結果、上層配線層と下層配線層との間の接続信頼性を向上させることができる。

上記第１実施形態では、絶縁基板に直接各銅箔を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、絶縁基板と各銅箔との間にプライマレジンからなる接着層をさらに設けてもよい。これにより、絶縁基板と銅箔との密着性が向上することに加え、第１実施形態と同様の効果を享受することができる。

上記実施形態では、ビアホールに対して配線層を形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、トレンチからなる開口部に対して同様の手順で配線層を形成するようにしてもよい。こうした場合にも同様の効果を享受することができる。

１絶縁基板、１ａビアホール、２上層銅箔、２ａ突出部、３下層銅箔、４ビアホールの形成領域、５上層銅めっき層、６下層銅めっき層。

Claims

一方の面側に第１銅箔が形成された絶縁層を用意し、前記第１銅箔側から前記絶縁層にビアホールを形成する第１工程と、
前記ビアホールを形成する際に、前記ビアホールの開口上部に前記第１銅箔の突出部を残した状態でめっき処理を行うことによって前記第１銅箔上に銅めっき層を形成する第２工程と、
前記銅めっき層をエッチングすることによって所定の厚みまで薄膜化する第３工程と、
前記銅めっき層および前記第１銅箔をパターニングすることによって配線層を形成する第４工程と、
を備えることを特徴とする回路基板の製造方法。
前記第１工程は、レーザ照射することによって前記ビアホールを形成するステップと、前記レーザ照射の後に、前記ビアホールに対してデスミア処理を施すことによってスミアを除去するステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
前記絶縁層は、他方の面側に金属層を有し、
前記第１工程では、前記第１銅箔側から前記金属層に達するように前記ビアホールを形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板の製造方法。
前記第２工程では、前記銅めっき層は、前記ビアホールを埋め込んだ状態で前記第１銅箔上に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
前記第３工程では、前記銅めっき層の薄膜化をウエットエッチングによって行い、当該ウエットエッチングでは、前記第１銅箔のエッチングレートが前記銅めっき層のエッチングレートよりも遅いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
前記第２工程では、前記銅めっき層を、前記銅めっき層の結晶粒径が前記第１銅箔の結晶粒径よりも小さく形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。