JP4734723B2 - 同軸ビアホールを用いた多層配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属配線層の層間接続用に形成されるビアホール形状を高周波信号伝送のために、信号伝送配線に接続するビアホールを電源ならびにグランド配線層に接続するビアホールが同心円上に信号伝送用のビアホールを囲む構造であること、またそのビアホールの製造方法ならびにこれを用いた多層配線基板およびそ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微細化することで従来の配線基板は対応してきた。しかしながら加速度的に進歩する半導体の駆動周波数は数百メガHz〜ギガHzレベルの領域に達してきており、従来技術である配線の微細化だけでは高周波の信号が伝送できなくなってきている。
【０００４】
高速化に対して、配線技術の面では図１に示すようなマイクロストリップライン（a ）、ストリップライン（ｂ）、コプレーナストリップライン（ｃ）等の構造を配し、高周波信号伝送時の電磁放射を考慮した電気特性を有する配線技術が提案されている。これらはどれも信号伝送用の配線を電源ならびにグランド配線（あるいは層）が囲む構造である。また絶縁層厚や配線厚ならびに配線幅等の寸法をインピーダンス整合のために設計することも高周波駆動に対しての技術であり、近年注目されてる。
【０００５】
高周波駆動時の信号伝送配線近傍の電磁放射は３次元的に放射される。図１（a ）は絶縁層を介し信号伝送配線とグランド層を配設することにより、電気力線がグランド層へベクトルを持つことで信号伝送時の電磁放射（電気特性）を安定させている（マイクロストリップライン）。図１（ｂ）は信号伝送配線の上下にグランド層を配設することで電磁放射に起因した電気特性をさらに改善している（ストリップライン）。さらに図１（ｃ）では信号伝送配線と同平面上にグランド配線を配設する（コプレーナ化）することで上下左右をグランドとしている（コプレーナストリップライン）。３次元的に放射される電磁波を吸収し近接する信号伝送配線へのノイズ発生を抑制し、現状の構造では最も電気特性を改善した配線構造である。
【０００６】
しかしながら上記配線構造を有する基板において、絶縁層を挟んだ上下の配線を導通させるビアホールの構造に関しては特に提唱されていない。またビアホール自身のテーパ形状であるとかレーザー加工特性である加工位置精度のためのランド（図２の８および９）であるとか、複雑な形状でビアホールが構成されているために高周波駆動時の信号伝送特性が悪い。すなわちビアホールにおいて信号の反射や減衰が必ず起きている。特に高周波信号では顕著である。
【０００７】
【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、複数の樹脂絶縁層と金属配線層からなる多層配線基板に対し、上下の金属配線層を接続させるための孔部のビアホールの形状において、信号伝送配線に接続する信号伝送用のビアホールを電源ならびにグランド配線層に接続するビアホールで囲む構造（コプレーナ化）を配設し、信号伝送時の電磁放射を抑制し高周波駆動時の信号の反射や減衰を軽減するビアホール形状を提供することを目的とする。
【０００８】
【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とが交互に積層されてなる多層配線基板において、信号伝送配線に接続しているビアホールと、その周辺部に一定の間隔を絶縁層で隔てた同心円上の同軸に形成されている電源またはグランド配線に接続しているビアホールがある同軸ビアホールによって上下の金属配線層の導通がとられている多層配線基板の製造方法であって、配線用の銅箔を貫通レーザードリル加工する際に銅箔および絶縁層の順に同軸ビアホール用孔部として加工するバースト加工、および基板同一面内の銅箔のみ同軸ビアホール用孔部として加工した後に絶縁層を同じく同軸ビアホール用孔部として加工するサイクル加工の少なくともどちらか一方において同軸ビアホール用孔部を形成し、孔内部を金属物質で充填した後、フォトリソグラフィーによりパターニングしエッチングすることにより得られる同軸ビアホールを有する両面配線基板どうしを、荷電粒子を含む接着剤層を介してはり合わ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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜１．同軸ビアホール形状および製造方法＞
以下、本発明の多層配線基板における同軸ビアホール形状およびその製造方法について説明する。微細配線を形成する際にはサブトラクティブ法とセミアディティブ法が現在有望視されている。サブトラクティブ法は銅箔上にレジストコート−露光−現像−エッチング工程により銅配線が完成する。一方、セミアディティブ法は樹脂上に無電解めっき−レジストコート−露光−現像−電解めっき−ソフトエッチングすることで銅配線が完成する。無電解めっきにより全面に析出した無電解めっきによる銅はソフトエッチングにより独立パターンの銅配線となる。いずれの方法も公知のフォトリソグラフィーならびにリソグラフィーに基づいた工程である。
【００１３】
一方で、ビアホールの形成方法はサブトラクティブ法によって配線形成をする場合では銅貫通の止まり穴加工（ダイレクトブラインドビア加工）の孔形成が求められ、セミアディティブ法によって配線形成する場合には絶縁樹脂加工による孔形成が求められる。止まり穴加工はパルス発振のレーザードリル加工機を用いれば、単位面積当たりのレーザー光のパルスエネルギーを銅箔層と樹脂層との間で変えることにより行う事ができる。特にダイレクトブラインドビア加工の場合、例えば紫外線レーザー光（YAG 結晶の第３高調波）を利用した銅箔層加工には１０Ｊ／ｍ2 以上、樹脂層加工には１〜３Ｊ／ｍ2 程度のエネルギーが必要である。このエネルギー差を利用して銅箔層および樹脂層に加工可能な程度のパルスショット数を照射することでブラインドビアを形成することができる。樹脂加工のみによる孔形成では１〜３Ｊ／ｍ2 のレーザー光を適切なパルス数照射することでブラインドビア形成を行うことができる。
【００１４】
ダイレクトブラインドビア加工の場合には、銅にレーザー光のエネルギーを吸収させる必要があり、ＣＯ2 レーザーでは黒化処理等を施さなければならず生産工程が増える。第３高調波以上の紫外線レーザー波長であれば銅の吸収波長と重なるために黒化処理等の特殊処理が省略できる。第３高調波以上の紫外線レーザー波長を発振するレーザードリル加工機であったほうが望ましい。
【００１５】
配線におけるコプレーナ構造の場合、図２にあるように信号伝送配線から両脇のグランド配線までの絶縁層間距離（図２のＷ）は等しく設計する必要がある。すなわち同軸ビアホール形状用の孔部形成に関しても信号伝送配線に接続するビアホール用孔部（シグナルビア）からグランド配線に接続するビアホール（グランドビア）までの絶縁層間距離は同じくＷの寸法である方がコプレーナ構造のビアホールとして望ましい。
【００１６】
現在のレーザー加工機は、発振器からのレーザー光をガルバノミラーを含む光学機構によりある一定領域（３０×３０ｍｍ程度）をＸ、Ｙ軸に走査することにより一穴毎の加工を行ってる。レーザー光がＸ、Ｙ軸に光学的に走査されるため、設計座標に対し誤差が生じる。現在のレーザー加工機の加工テーブル精度を重畳した総合加工位置精度は±１５μｍ程度であり、この加工位置精度の問題を考慮しランド（図中、８および９）と呼ばれる的を形成し、レーザー光が走査されてもかならずランド内に照射され上下の配線層の導通がとれるビアホール形状がとられている。
【００１７】
またシグナルビアは図２ではフィルドビア（金属充填ビアホール）であるが、コンフォーマルビア（孔部壁面に沿った金属被覆ビアホール）であっても構わない。
【００１８】
また現在ではCAD データをレーザー加工機でNC変換している。そしてレーザードリル加工機側で加工点の加工径、照射パルス数、照射エネルギー等の加工時の設定を行っている。単一円状のビアホール用孔部の形成には、マスク結像されたレーザー光をそのまま加工径に転写するパンチング工法と、単位径のレーザー光を螺旋運動させ加工径まで拡大させるトレパニング工法（螺旋運動の軌跡によりスパイラル工法とも言う場合がある）がある。同軸ビアホール用の孔部を形成するためには、CAD 上でシグナルビアとグランドビアが設計されていればNC変換後にレーザードリル加工機側で照射パルス数等の設定が可能である。シグナルビアとグランドビアは本質的には同じ座標値であり、グランドビアの円弧径ならびにグランド配線に接続する角度が加工上の問題となる。例えば図３のθがＸ軸に平行（θ= −６０〜６０度）なグランドビアが同一基板に多数設計されていれば、CAD 上でグランドビアを指示する必要なくレーザードリル加工機側でシグナルビアとグランドビアを１対の孔加工として加工することも可能である。パンチング工法で同軸ビアホール用孔部を形成するのであれば、図３(a) に図示するようにグランドビアは円弧上の軌跡になる。またトレパニングまたはスパイラル法により形成するのであれば、例えば図３(b) のような軌跡により形成可能である。この場合には単位径のレーザー光をグランドビアの面方向の厚さまで広げることができればどのような軌跡であっても構わない。またシグナルビアは信号伝送配線に接続するため、グランドビアとは径が異なる場合がある。この場合は、グランドビアをパンチングにより、シグナルビアをトレパニングならびにスパイラル工法により所望の径まで加工することにより同軸ビアホール用孔部の形成が可能である。いずれにせよパンチング工法とトレパニングならびにスパイラル工法の少なくともいずれか一つもしくは全ての加工法を適用することで同軸ビアホール用孔部の形成が可能である。
【００１９】
配線層である銅をレーザー光によりダイレクト加工する場合には、１つ（あるいはシグナルビアとグランドビアの１対）のビアホール用孔部の形成時に、銅の加工後同じ座標値において樹脂を加工するバースト加工と銅のみの加工を基板内全座標について行なった後レーザー光のエネルギー密度を再設定し樹脂を加工するサイクル加工とがある。同軸ビアホール用の孔部形成に際し、単一円上の孔部をシグナルビアとグランドビアで形成するため加工スループットの遅延が懸念される場合がある。バースト加工により同軸ビアホール用孔部の形成を行う場合であれば加工スループットはレーザー光の発振周波数のみに依存する。一方、銅のみをパンチング工法やトレパニングならびにスパイラル工法によって基板内全座標に形成し、その後グランドビアの円弧径まで加工径を再設定し樹脂のみをパンチング工法するサイクル加工であれば、加工スループットのさらなる短縮を計ることができる。樹脂加工時には銅がほとんど加工されないエネルギー密度に設定されているため、グランドビアの円弧径にてパンチング工法を行っても問題はない。また銅加工を紫外線レーザー、樹脂加工をＣＯ2 レーザーの２軸機で加工を行えば、加工スループットはさらに向上する。
【００２０】
また同軸ビアホール用孔部を形成する製造方法はレーザードリル加工に限定されるものではなく、樹脂層が感光性を揺する場合は公知のフォトリソグラフィーによって孔部を形成しても構わない（フォトビア）。
【００２１】
＜１．多層配線基板および製造方法＞
以下、本発明の多層配線基板およびその製造方法について説明する。微細配線を形成する際にはサブトラクティブ法とセミアディティブ法が現在有望視されている。配線形成にサブトラクティブ法を採用する場合にはビアホール用孔部の形成には配線層への銅に対してダイレクト加工が求められる。フォトリソグラフィーにて銅を円状にエッチング後にレーザードリル加工を行うコンフォーマル法が提案されているが、工程が増えるため生産効率は低下する。
【００２２】
図４に、サブトラクティブ配線形成と銅ダイレクト加工の組み合わせによる同軸ビアホールの構造を有する多層配線基板ならびにその製造方法について説明する。図４(a) は両面銅張り樹脂基板である。１１は銅層、１２は樹脂層（絶縁層）であり、片側の銅層からレーザー加工を行う。銅ダイレクト加工であるため、紫外線レーザーであったほうが銅の吸収波長と重なるため黒化処理等の特殊工程を省略できる。１３はシグナルビア用孔部、１４はグランドビア用孔部である（図４(b) 参照）。１３および１４の孔部形成時に銅層には１０Ｊ／ｍ2 、樹脂層加工時に３Ｊ／ｍ2 程度のエネルギー密度を持つ紫外線レーザーをそれぞれの層に適正パルス数照射する。この時の加工方式は例えば図３(a) および(b) に代表される。レーザードリル加工後に過マンガン酸によるデスミア処理を施し、電気化学的手法により孔内を銅等の金属物質で被覆することでビアホールが形成される。図４(c) はシグナルビアとグランドビアを金属で充填したビアホールであり（１５および１６）、１７はシグナルビア径、１８はグランドビアの円弧径、１９はグランドビア面方向厚みである。
【００２３】
次にレジスト２０を基板に塗布し、公知のフォトリソグラフィーによりパターニングする（図４(d) 参照）。レジスト２０をマスクとし、塩化第二鉄液や塩化銅等の薬液によりエッチングする（図４(e) 参照）。生産効率を上げるために露光、現像およびエッチングは両面同時であったほうが望ましい。
【００２４】
以上の工程により同軸ビアホールを有する両面配線基板が完成する。また必要があれば、図４(e) の両面配線基板の片側に片面銅張り樹脂を積層することや樹脂層および銅層を順次積層し、図４(b) 〜(d) の工程を経ることによって所望の多層配線基板を製造することができる（図４(f) 〜(h) ）。図４(f) 〜(h) では片側順次積層（ビルドアップ）方式であるが、生産性向上には両側同時積層および同時処理であった方が望ましい。また荷電粒子を含む接着剤層２１を介して両面配線基板（図４(e) 参照）を張りあわせることで、荷電粒子２２によって導通のとれる多層配線基板を一括積層することも可能である（図４(i) 参照）。
【００２５】
シグナルビアとグランドビアから構成される同軸ビアホールを有する多層配線基板を製造する方法は上記になんら限定されるものではない。
【００２６】
また前記同軸ビアホール形状およびそれを用いた多層配線基板の製造方法はリジットもしくはフレキシブル配線基板のどちらでも対応可能な形状および製造方法である。
【００２７】
【実施例】
＜実施例１＞
三井化学社製のネオフレックス両面銅箔付きポリイミドテープ（銅／ポリイミド／銅→９／３０／９μｍ、銅／ポリイミド→９／３０μｍおよび１２／５０μｍの基材）を使用し、高周波伝送時のＳパラメーターを測定するために図５および６のような評価基板を作製した。図５は同軸ビアホールを有する評価基板であり、配線長は３０mm、上下の配線層を接続する同軸ビアホールは３０穴とした。また図６は単一円状のビアホールを有する評価基板であって、同軸ビアホール評価基板との比較のために作製した。配線長は同じく３０mm、ビアホールは３０穴である。
【００２８】
まずはじめに両面銅箔付きポリイミドテープ基板（９／３０／９μｍ）に対し第３高調波のレーザー光によって図３(a) のレーザードリル加工を施した。シグナルビア用孔部１７はφ５０μｍであり、グランドビア用孔部１８はφ１００μｍの円弧径、グランドビア用孔部の面方向厚み１９を３０μｍとした。またグランドビア用孔部の加工角度は２４０度（θ= −６０〜６０度および１２０〜２４０度）とし、配線パターンに接続させるものとした。また単一円状のブラインドビア加工をパンチング法を用いてそれぞれの円状孔部を連結させることでグランドビア用孔部を形成した。シグナルビアとグランドビアに対しパンチングによるバースト加工を採用し、銅加工にはエネルギー密度１０Ｊ／ｍ2 のレーザー光を５パルス、樹脂加工には３Ｊ／ｍ2 のレーザー光を３０パルス照射することで同軸ビアホール用孔部を形成した。
【００２９】
レーザードリル加工後、飛散銅の除去（ドロス除去）をバフロールを用いた物理研磨により処理し、過マンガン酸カリウム水溶液によりデスミア処理を５分間施した。デスミア処理は孔底部にある残査（スミア）を除去するとともに孔壁を粗化し、次工程のめっき密着強度を上げる効果がある。
【００３０】
次に自己触媒型の無電解めっきによる化学銅を孔内に０．２〜０．５μｍ被覆し、その後フィルドビアを行うために電解銅めっきを行った。めっき液の組成は硫酸銅２２５ｇ／Ｌ、硫酸５５ｇ／Ｌ、塩素イオン６０ｍｇ／Ｌ、添加剤２０ｍＬであり浴温を２５℃とし、攪拌を行いながら陰極電流密度を１．０Ａ／ｄｍ2 で５０分間行った。電解めっき後に９０℃で１０分間、サンプルを乾燥させた。
【００３１】
その後、ドライフィルムレジスト（厚さ１0 μｍ）を熱圧着ラミネートした後、フォトリソグラフィー（１５０ｍＪ／ｃｍ2 露光、炭酸ナトリウム１％現像）により図４(d) のようにパターニングし、比重１．４０、液温５０℃の塩化第二鉄液によりエッチングした。ドライフィルムレジストのパターニングとエッチングは共に両面同時に行った。以上の工程で、図５および６におけるL2、L3およびL2' 、L3' のそれぞれの配線層を形成した。
【００３２】
次にL2、L3およびL2' 、L3' 配線層の両面に片面銅箔付きポリイミドテープ基板（L2およびL3' 側に９／３０μｍ，L3およびL3' 側に１２／５０μｍ）を薄膜接着層を介し積層し、L1およびL1' 配線層を前記同様のサブトラクティブ法により形成した。L4およびL4' 層はグランド層とした。
【００３３】
図５および６の評価基板に対して、アジレントテクノロジー社製８７２２ESネットワークアナライザーを用いて高周波信号伝送時のＳパラメーターの透過（S21 ）を測定した。結果を表１に示す。特に高周波信号伝送時（３０〜４０GHz 帯）において両者に顕著な結果が得られた。同軸ビアホール形状であった場合、単一円状ビアホールであった場合（５０％減衰）に比べ１０％程度の減衰で信号を伝送することができた。また特に伝送周波数が高ければ高いほど、減衰せず信号を伝送することができる結果が得られた。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【発明の効果】
本発明の信号伝送配線へ接続するビアホールと電源ならびにグランド配線に接続するビアホールが同心円上の同軸に形成されている同軸ビアホール形状によれば、単一円状のビアホールでは減衰の非常に大きい高周波信号を６０〜８０％少ない減衰で伝送することができる。またより高周波駆動時に同軸ビアホールと単一円状ビアホールとでは信号伝送の減衰に差が現れる。同軸ビアホールは今後の半導体のさらなる高周波駆動化の推移に対応したビアホール形状及び多層配線基板である。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】信号伝送配線と電源ならびにグランド配線（層）を有する配線構造の断面図である。
【図２】同軸ビアホール形状を示す上面図および断面斜視図である。
【図３】同軸ビアホール用孔部のレーザー光による加工方法（手段）を示す説明図である。
【図４】同軸ビアホールを有する多層配線基板の製造方法を示す説明図である。
【図５】同軸ビアホールを有する評価基板の上面図および断面図である。
【図６】単一円状のビアホールを有する評価基板の上面図および断面図である。
【符号の説明】
１ 信号伝送配線
２ 絶縁樹脂
３ 下面電源ならびにグランド層
４ 上面電源ならびにグランド層
５ 電源ならびにグランド配線
６ 信号伝送接続用ビアホール（シグナルビア）
７ グランド配線接続用ビアホール（グランドビア）
８ シグナルビア用ランド
９ グランドビア用ランド
１０ 絶縁樹脂層
１１ 上面配線層
１２ 絶縁樹脂層
１３ シグナルビア用孔部
１４ グランドビア用孔部
１５ シグナルビア
１６ グランドビア
１７ シグナルビア径
１８ グランドビア円弧径
１９ グランドビア面方向厚み
２０ レジストマスク
２１ 荷電粒子含有層
２２ 荷電粒子
２３ 信号伝送配線
２４ グランド配線
２５ シグナルビア
２６ グランドビア
２７ 絶縁樹脂
２８ グランド層
２９ 単一円状ビアホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属配線層の層間接続用に形成されるビアホール形状を高周波信号伝送のために、信号伝送配線に接続するビアホールを電源ならびにグランド配線層に接続するビアホールが同心円上に信号伝送用のビアホールを囲む構造であること、またそのビアホールの製造方法ならびにこれを用いた多層配線基板およびそ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微細化することで従来の配線基板は対応してきた。しかしながら加速度的に進歩する半導体の駆動周波数は数百メガHz〜ギガHzレベルの領域に達してきており、従来技術である配線の微細化だけでは高周波の信号が伝送できなくなってきている。
【０００４】
高速化に対して、配線技術の面では図１に示すようなマイクロストリップライン（a ）、ストリップライン（ｂ）、コプレーナストリップライン（ｃ）等の構造を配し、高周波信号伝送時の電磁放射を考慮した電気特性を有する配線技術が提案されている。これらはどれも信号伝送用の配線を電源ならびにグランド配線（あるいは層）が囲む構造である。また絶縁層厚や配線厚ならびに配線幅等の寸法をインピーダンス整合のために設計することも高周波駆動に対しての技術であり、近年注目されてる。
【０００５】
高周波駆動時の信号伝送配線近傍の電磁放射は３次元的に放射される。図１（a ）は絶縁層を介し信号伝送配線とグランド層を配設することにより、電気力線がグランド層へベクトルを持つことで信号伝送時の電磁放射（電気特性）を安定させている（マイクロストリップライン）。図１（ｂ）は信号伝送配線の上下にグランド層を配設することで電磁放射に起因した電気特性をさらに改善している（ストリップライン）。さらに図１（ｃ）では信号伝送配線と同平面上にグランド配線を配設する（コプレーナ化）することで上下左右をグランドとしている（コプレーナストリップライン）。３次元的に放射される電磁波を吸収し近接する信号伝送配線へのノイズ発生を抑制し、現状の構造では最も電気特性を改善した配線構造である。
【０００６】
しかしながら上記配線構造を有する基板において、絶縁層を挟んだ上下の配線を導通させるビアホールの構造に関しては特に提唱されていない。またビアホール自身のテーパ形状であるとかレーザー加工特性である加工位置精度のためのランド（図２の８および９）であるとか、複雑な形状でビアホールが構成されているために高周波駆動時の信号伝送特性が悪い。すなわちビアホールにおいて信号の反射や減衰が必ず起きている。特に高周波信号では顕著である。
【０００７】
【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、複数の樹脂絶縁層と金属配線層からなる多層配線基板に対し、上下の金属配線層を接続させるための孔部のビアホールの形状において、信号伝送配線に接続する信号伝送用のビアホールを電源ならびにグランド配線層に接続するビアホールで囲む構造（コプレーナ化）を配設し、信号伝送時の電磁放射を抑制し高周波駆動時の信号の反射や減衰を軽減するビアホール形状を提供することを目的とする。
【０００８】
【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とが交互に積層されてなる多層配線基板において、信号伝送配線に接続しているビアホールと、その周辺部に一定の間隔を絶縁層で隔てた同心円上の同軸に形成されている電源またはグランド配線に接続しているビアホールがある同軸ビアホールによって上下の金属配線層の導通がとられている多層配線基板の製造方法であって、配線用の銅箔を貫通レーザードリル加工する際に銅箔および絶縁層の順に同軸ビアホール用孔部として加工するバースト加工、および基板同一面内の銅箔のみ同軸ビアホール用孔部として加工した後に絶縁層を同じく同軸ビアホール用孔部として加工するサイクル加工の少なくともどちらか一方において同軸ビアホール用孔部を形成し、孔内部を金属物質で充填した後、フォトリソグラフィーによりパターニングしエッチングすることにより得られる同軸ビアホールを有する両面配線基板どうしを、荷電粒子を含む接着剤層を介してはり合わ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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜１．同軸ビアホール形状および製造方法＞
以下、本発明の多層配線基板における同軸ビアホール形状およびその製造方法について説明する。微細配線を形成する際にはサブトラクティブ法とセミアディティブ法が現在有望視されている。サブトラクティブ法は銅箔上にレジストコート−露光−現像−エッチング工程により銅配線が完成する。一方、セミアディティブ法は樹脂上に無電解めっき−レジストコート−露光−現像−電解めっき−ソフトエッチングすることで銅配線が完成する。無電解めっきにより全面に析出した無電解めっきによる銅はソフトエッチングにより独立パターンの銅配線となる。いずれの方法も公知のフォトリソグラフィーならびにリソグラフィーに基づいた工程である。
【００１３】
一方で、ビアホールの形成方法はサブトラクティブ法によって配線形成をする場合では銅貫通の止まり穴加工（ダイレクトブラインドビア加工）の孔形成が求められ、セミアディティブ法によって配線形成する場合には絶縁樹脂加工による孔形成が求められる。止まり穴加工はパルス発振のレーザードリル加工機を用いれば、単位面積当たりのレーザー光のパルスエネルギーを銅箔層と樹脂層との間で変えることにより行う事ができる。特にダイレクトブラインドビア加工の場合、例えば紫外線レーザー光（YAG 結晶の第３高調波）を利用した銅箔層加工には１０Ｊ／ｍ2 以上、樹脂層加工には１〜３Ｊ／ｍ2 程度のエネルギーが必要である。このエネルギー差を利用して銅箔層および樹脂層に加工可能な程度のパルスショット数を照射することでブラインドビアを形成することができる。樹脂加工のみによる孔形成では１〜３Ｊ／ｍ2 のレーザー光を適切なパルス数照射することでブラインドビア形成を行うことができる。
【００１４】
ダイレクトブラインドビア加工の場合には、銅にレーザー光のエネルギーを吸収させる必要があり、ＣＯ2 レーザーでは黒化処理等を施さなければならず生産工程が増える。第３高調波以上の紫外線レーザー波長であれば銅の吸収波長と重なるために黒化処理等の特殊処理が省略できる。第３高調波以上の紫外線レーザー波長を発振するレーザードリル加工機であったほうが望ましい。
【００１５】
配線におけるコプレーナ構造の場合、図２にあるように信号伝送配線から両脇のグランド配線までの絶縁層間距離（図２のＷ）は等しく設計する必要がある。すなわち同軸ビアホール形状用の孔部形成に関しても信号伝送配線に接続するビアホール用孔部（シグナルビア）からグランド配線に接続するビアホール（グランドビア）までの絶縁層間距離は同じくＷの寸法である方がコプレーナ構造のビアホールとして望ましい。
【００１６】
現在のレーザー加工機は、発振器からのレーザー光をガルバノミラーを含む光学機構によりある一定領域（３０×３０ｍｍ程度）をＸ、Ｙ軸に走査することにより一穴毎の加工を行ってる。レーザー光がＸ、Ｙ軸に光学的に走査されるため、設計座標に対し誤差が生じる。現在のレーザー加工機の加工テーブル精度を重畳した総合加工位置精度は±１５μｍ程度であり、この加工位置精度の問題を考慮しランド（図中、８および９）と呼ばれる的を形成し、レーザー光が走査されてもかならずランド内に照射され上下の配線層の導通がとれるビアホール形状がとられている。
【００１７】
またシグナルビアは図２ではフィルドビア（金属充填ビアホール）であるが、コンフォーマルビア（孔部壁面に沿った金属被覆ビアホール）であっても構わない。
【００１８】
また現在ではCAD データをレーザー加工機でNC変換している。そしてレーザードリル加工機側で加工点の加工径、照射パルス数、照射エネルギー等の加工時の設定を行っている。単一円状のビアホール用孔部の形成には、マスク結像されたレーザー光をそのまま加工径に転写するパンチング工法と、単位径のレーザー光を螺旋運動させ加工径まで拡大させるトレパニング工法（螺旋運動の軌跡によりスパイラル工法とも言う場合がある）がある。同軸ビアホール用の孔部を形成するためには、CAD 上でシグナルビアとグランドビアが設計されていればNC変換後にレーザードリル加工機側で照射パルス数等の設定が可能である。シグナルビアとグランドビアは本質的には同じ座標値であり、グランドビアの円弧径ならびにグランド配線に接続する角度が加工上の問題となる。例えば図３のθがＸ軸に平行（θ= −６０〜６０度）なグランドビアが同一基板に多数設計されていれば、CAD 上でグランドビアを指示する必要なくレーザードリル加工機側でシグナルビアとグランドビアを１対の孔加工として加工することも可能である。パンチング工法で同軸ビアホール用孔部を形成するのであれば、図３(a) に図示するようにグランドビアは円弧上の軌跡になる。またトレパニングまたはスパイラル法により形成するのであれば、例えば図３(b) のような軌跡により形成可能である。この場合には単位径のレーザー光をグランドビアの面方向の厚さまで広げることができればどのような軌跡であっても構わない。またシグナルビアは信号伝送配線に接続するため、グランドビアとは径が異なる場合がある。この場合は、グランドビアをパンチングにより、シグナルビアをトレパニングならびにスパイラル工法により所望の径まで加工することにより同軸ビアホール用孔部の形成が可能である。いずれにせよパンチング工法とトレパニングならびにスパイラル工法の少なくともいずれか一つもしくは全ての加工法を適用することで同軸ビアホール用孔部の形成が可能である。
【００１９】
配線層である銅をレーザー光によりダイレクト加工する場合には、１つ（あるいはシグナルビアとグランドビアの１対）のビアホール用孔部の形成時に、銅の加工後同じ座標値において樹脂を加工するバースト加工と銅のみの加工を基板内全座標について行なった後レーザー光のエネルギー密度を再設定し樹脂を加工するサイクル加工とがある。同軸ビアホール用の孔部形成に際し、単一円上の孔部をシグナルビアとグランドビアで形成するため加工スループットの遅延が懸念される場合がある。バースト加工により同軸ビアホール用孔部の形成を行う場合であれば加工スループットはレーザー光の発振周波数のみに依存する。一方、銅のみをパンチング工法やトレパニングならびにスパイラル工法によって基板内全座標に形成し、その後グランドビアの円弧径まで加工径を再設定し樹脂のみをパンチング工法するサイクル加工であれば、加工スループットのさらなる短縮を計ることができる。樹脂加工時には銅がほとんど加工されないエネルギー密度に設定されているため、グランドビアの円弧径にてパンチング工法を行っても問題はない。また銅加工を紫外線レーザー、樹脂加工をＣＯ2 レーザーの２軸機で加工を行えば、加工スループットはさらに向上する。
【００２０】
また同軸ビアホール用孔部を形成する製造方法はレーザードリル加工に限定されるものではなく、樹脂層が感光性を揺する場合は公知のフォトリソグラフィーによって孔部を形成しても構わない（フォトビア）。
【００２１】
＜１．多層配線基板および製造方法＞
以下、本発明の多層配線基板およびその製造方法について説明する。微細配線を形成する際にはサブトラクティブ法とセミアディティブ法が現在有望視されている。配線形成にサブトラクティブ法を採用する場合にはビアホール用孔部の形成には配線層への銅に対してダイレクト加工が求められる。フォトリソグラフィーにて銅を円状にエッチング後にレーザードリル加工を行うコンフォーマル法が提案されているが、工程が増えるため生産効率は低下する。
【００２２】
図４に、サブトラクティブ配線形成と銅ダイレクト加工の組み合わせによる同軸ビアホールの構造を有する多層配線基板ならびにその製造方法について説明する。図４(a) は両面銅張り樹脂基板である。１１は銅層、１２は樹脂層（絶縁層）であり、片側の銅層からレーザー加工を行う。銅ダイレクト加工であるため、紫外線レーザーであったほうが銅の吸収波長と重なるため黒化処理等の特殊工程を省略できる。１３はシグナルビア用孔部、１４はグランドビア用孔部である（図４(b) 参照）。１３および１４の孔部形成時に銅層には１０Ｊ／ｍ2 、樹脂層加工時に３Ｊ／ｍ2 程度のエネルギー密度を持つ紫外線レーザーをそれぞれの層に適正パルス数照射する。この時の加工方式は例えば図３(a) および(b) に代表される。レーザードリル加工後に過マンガン酸によるデスミア処理を施し、電気化学的手法により孔内を銅等の金属物質で被覆することでビアホールが形成される。図４(c) はシグナルビアとグランドビアを金属で充填したビアホールであり（１５および１６）、１７はシグナルビア径、１８はグランドビアの円弧径、１９はグランドビア面方向厚みである。
【００２３】
次にレジスト２０を基板に塗布し、公知のフォトリソグラフィーによりパターニングする（図４(d) 参照）。レジスト２０をマスクとし、塩化第二鉄液や塩化銅等の薬液によりエッチングする（図４(e) 参照）。生産効率を上げるために露光、現像およびエッチングは両面同時であったほうが望ましい。
【００２４】
以上の工程により同軸ビアホールを有する両面配線基板が完成する。また必要があれば、図４(e) の両面配線基板の片側に片面銅張り樹脂を積層することや樹脂層および銅層を順次積層し、図４(b) 〜(d) の工程を経ることによって所望の多層配線基板を製造することができる（図４(f) 〜(h) ）。図４(f) 〜(h) では片側順次積層（ビルドアップ）方式であるが、生産性向上には両側同時積層および同時処理であった方が望ましい。また荷電粒子を含む接着剤層２１を介して両面配線基板（図４(e) 参照）を張りあわせることで、荷電粒子２２によって導通のとれる多層配線基板を一括積層することも可能である（図４(i) 参照）。
【００２５】
シグナルビアとグランドビアから構成される同軸ビアホールを有する多層配線基板を製造する方法は上記になんら限定されるものではない。
【００２６】
また前記同軸ビアホール形状およびそれを用いた多層配線基板の製造方法はリジットもしくはフレキシブル配線基板のどちらでも対応可能な形状および製造方法である。
【００２７】
【実施例】
＜実施例１＞
三井化学社製のネオフレックス両面銅箔付きポリイミドテープ（銅／ポリイミド／銅→９／３０／９μｍ、銅／ポリイミド→９／３０μｍおよび１２／５０μｍの基材）を使用し、高周波伝送時のＳパラメーターを測定するために図５および６のような評価基板を作製した。図５は同軸ビアホールを有する評価基板であり、配線長は３０mm、上下の配線層を接続する同軸ビアホールは３０穴とした。また図６は単一円状のビアホールを有する評価基板であって、同軸ビアホール評価基板との比較のために作製した。配線長は同じく３０mm、ビアホールは３０穴である。
【００２８】
まずはじめに両面銅箔付きポリイミドテープ基板（９／３０／９μｍ）に対し第３高調波のレーザー光によって図３(a) のレーザードリル加工を施した。シグナルビア用孔部１７はφ５０μｍであり、グランドビア用孔部１８はφ１００μｍの円弧径、グランドビア用孔部の面方向厚み１９を３０μｍとした。またグランドビア用孔部の加工角度は２４０度（θ= −６０〜６０度および１２０〜２４０度）とし、配線パターンに接続させるものとした。また単一円状のブラインドビア加工をパンチング法を用いてそれぞれの円状孔部を連結させることでグランドビア用孔部を形成した。シグナルビアとグランドビアに対しパンチングによるバースト加工を採用し、銅加工にはエネルギー密度１０Ｊ／ｍ2 のレーザー光を５パルス、樹脂加工には３Ｊ／ｍ2 のレーザー光を３０パルス照射することで同軸ビアホール用孔部を形成した。
【００２９】
レーザードリル加工後、飛散銅の除去（ドロス除去）をバフロールを用いた物理研磨により処理し、過マンガン酸カリウム水溶液によりデスミア処理を５分間施した。デスミア処理は孔底部にある残査（スミア）を除去するとともに孔壁を粗化し、次工程のめっき密着強度を上げる効果がある。
【００３０】
次に自己触媒型の無電解めっきによる化学銅を孔内に０．２〜０．５μｍ被覆し、その後フィルドビアを行うために電解銅めっきを行った。めっき液の組成は硫酸銅２２５ｇ／Ｌ、硫酸５５ｇ／Ｌ、塩素イオン６０ｍｇ／Ｌ、添加剤２０ｍＬであり浴温を２５℃とし、攪拌を行いながら陰極電流密度を１．０Ａ／ｄｍ2 で５０分間行った。電解めっき後に９０℃で１０分間、サンプルを乾燥させた。
【００３１】
その後、ドライフィルムレジスト（厚さ１0 μｍ）を熱圧着ラミネートした後、フォトリソグラフィー（１５０ｍＪ／ｃｍ2 露光、炭酸ナトリウム１％現像）により図４(d) のようにパターニングし、比重１．４０、液温５０℃の塩化第二鉄液によりエッチングした。ドライフィルムレジストのパターニングとエッチングは共に両面同時に行った。以上の工程で、図５および６におけるL2、L3およびL2' 、L3' のそれぞれの配線層を形成した。
【００３２】
次にL2、L3およびL2' 、L3' 配線層の両面に片面銅箔付きポリイミドテープ基板（L2およびL3' 側に９／３０μｍ，L3およびL3' 側に１２／５０μｍ）を薄膜接着層を介し積層し、L1およびL1' 配線層を前記同様のサブトラクティブ法により形成した。L4およびL4' 層はグランド層とした。
【００３３】
図５および６の評価基板に対して、アジレントテクノロジー社製８７２２ESネットワークアナライザーを用いて高周波信号伝送時のＳパラメーターの透過（S21 ）を測定した。結果を表１に示す。特に高周波信号伝送時（３０〜４０GHz 帯）において両者に顕著な結果が得られた。同軸ビアホール形状であった場合、単一円状ビアホールであった場合（５０％減衰）に比べ１０％程度の減衰で信号を伝送することができた。また特に伝送周波数が高ければ高いほど、減衰せず信号を伝送することができる結果が得られた。
【００３４】
【表１】
【発明の効果】
本発明の信号伝送配線へ接続するビアホールと電源ならびにグランド配線に接続するビアホールが同心円上の同軸に形成されている同軸ビアホール形状によれば、単一円状のビアホールでは減衰の非常に大きい高周波信号を６０〜８０％少ない減衰で伝送することができる。またより高周波駆動時に同軸ビアホールと単一円状ビアホールとでは信号伝送の減衰に差が現れる。同軸ビアホールは今後の半導体のさらなる高周波駆動化の推移に対応したビアホール形状及び多層配線基板である。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】信号伝送配線と電源ならびにグランド配線（層）を有する配線構造の断面図である。
【図２】同軸ビアホール形状を示す上面図および断面斜視図である。
【図３】同軸ビアホール用孔部のレーザー光による加工方法（手段）を示す説明図である。
【図４】同軸ビアホールを有する多層配線基板の製造方法を示す説明図である。
【図５】同軸ビアホールを有する評価基板の上面図および断面図である。
【図６】単一円状のビアホールを有する評価基板の上面図および断面図である。
【符号の説明】
１ 信号伝送配線
２ 絶縁樹脂
３ 下面電源ならびにグランド層
４ 上面電源ならびにグランド層
５ 電源ならびにグランド配線
６ 信号伝送接続用ビアホール（シグナルビア）
７ グランド配線接続用ビアホール（グランドビア）
８ シグナルビア用ランド
９ グランドビア用ランド
１０ 絶縁樹脂層
１１ 上面配線層
１２ 絶縁樹脂層
１３ シグナルビア用孔部
１４ グランドビア用孔部
１５ シグナルビア
１６ グランドビア
１７ シグナルビア径
１８ グランドビア円弧径
１９ グランドビア面方向厚み
２０ レジストマスク
２１ 荷電粒子含有層
２２ 荷電粒子
２３ 信号伝送配線
２４ グランド配線
２５ シグナルビア
２６ グランドビア
２７ 絶縁樹脂
２８ グランド層
２９ 単一円状ビアホール
Claims (1)
- 樹脂絶縁膜よりなる絶縁層と導体膜よりなる配線層とが交互に積層されてなる多層配線基板において、信号伝送配線に接続しているビアホールと、その周辺部に一定の間隔を絶縁層で隔てた同心円上の同軸に形成されている電源またはグランド配線に接続しているビアホールがある同軸ビアホールによって上下の金属配線層の導通がとられている多層配線基板の製造方法であって、
配線用の銅箔を貫通レーザードリル加工する際に銅箔および絶縁層の順に同軸ビアホール用孔部として加工するバースト加工、および基板同一面内の銅箔のみ同軸ビアホール用孔部として加工した後に絶縁層を同じく同軸ビアホール用孔部として加工するサイクル加工の少なくともどちらか一方において同軸ビアホール用孔部を形成し、孔内部を金属物質で充填した後、フォトリソグラフィーによりパターニングしエッチングすることにより得られる同軸ビアホールを有する両面配線基板どうしを、荷電粒子を含む接着剤層を介してはり合わせることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
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