JPH10270859A - 多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導体回路間の線間絶縁特性に優れた、信頼性の
高いビルドアップ多層配線基板の製造方法を提供する。
さらに最表面導体回路間隔が狭い場合でも、高歩留まり
で表面メタライズが可能なビルドアップ基板の製造方法
を提供する。 【解決手段】導体回路形成工程と層間絶縁膜形成工程と
を交互に繰り返し、ビルドアップ方式によリ多層配線基
板を製造する際、導体回路形成後に導体回路間の絶縁樹
脂表面をＯ₂プラズマ処理あるいは、ＵＶ／Ｏ₃処理によ
り軽くエッチングした後、水洗することにより化学的に
除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多層配線基板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の高機能化及び半導体デバイス
の高集積化に伴い、プリント基板も高密度化が求められ
ており、現在では多層基板がその主流となっている。多
層配線板の製造法は、大きく分けて積層接着法とビルド
アップ法の２種類が広く知られている。積層接着法は、
内層となる積層板にドリルによりブラインドバイヤホー
ルを形成するブラインド孔を開けて、これにめっきを施
すことによりブラインドバイヤホールを有する積層板を
形成し、このブラインドバイヤホールを有する積層板に
外層を積層プレスした後、スルーホール孔を開け、めっ
きすることにより多層配線板を製造する方法である。し
かし、この積層接着法では、層間接続を行うためのブラ
インドバイヤホールやスルーホールがメカニカルなドリ
リングによって開けられるために比較的寸法が大きく、
配線密度を上げるのが難しい。特に近年、民生用各種電
子機器等の小型化や薄膜化に伴い、所定の電気回路を構
成する配線基板を収納するスペースは非常に限られたも
のとなってきており、この限られたスペース内に所望通
りの電気回路を構成する配線基板を収納するためには、
感光性樹脂を用いた微細なフォトビアホールにより各層
間の導通をとるビルドアップ法による薄板化と高密度化
が有力な技術となってきている。

【０００３】層間絶縁膜に感光性樹脂を用いたビルドア
ップ法による多層配線基板の製造方法については、例え
ば特開平４−１４８５９０号公報がある。この配線基板
は、基材にガラスエポキシ銅張積層板を使用し、絶縁層
は感光性エポキシ樹脂、導体層は銅めっきをもって順次
積層した構造からなっている。ビルドアップ法による多
層配線基板の製造方法では、絶縁層と導体回路、特に絶
縁層上の導体回路が強固に接着していることが非常に重
要となる。この絶縁層上に導体回路を強固に接着する技
術は、例えば特開平６−２６０７６３号公報あるいは特
開平７−１５１３９号公報に示されるように、クロム酸
または過マンガン酸カリウム溶液で絶縁層を粗化し、そ
の表面に導体層を形成する方法が広く行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】粗化工程は、ビルドア
ップ法で不可欠、最重要な工程であるが、同時に粗化工
程に付随して下記のような問題が生じるために、ビルド
アップ基板の高密度、高精細化の障害ともなっている。
第一は、導体回路間の線間絶縁性の問題である。すなわ
ち、ビルドアップ法では、樹脂上の導体回路との接着を
高めるために、粗化によって樹脂中の無機フィラあるい
は逆に樹脂を溶解させることにより、絶縁樹脂表面上に
多孔の凹凸形状を形成している。この後、全面めっきを
施してエッチングにより導体回路を形成するが、導体回
路形成後の回路間樹脂表面には、粗化工程時に形成され
た多孔の凹凸がそのままの形状で存在している。この間
隙の多い絶縁樹脂層は、恒温恒湿試験中に水蒸気が浸透
・吸湿しやすいために導体回路近傍で金属の溶解すなわ
ちマイグレーションが促進されやすい。特に最外層のソ
ルダレジストに覆われていない導体回路間では、直接外
気に晒される結果、結露しやすくマイグレーションの進
行も内層に比較して格段に早い。また、絶縁樹脂上にめ
っきで形成した金属層をエッチングして導体回路を形成
するときに、樹脂の凹部に金属が残りやすいこと、さら
には、樹脂の凹部に染み込んだプロセス処理液の洗浄が
十分に行われずイオン性残渣が残りやすいことなどもマ
イグレーション進行促進に繋がる。

【０００５】第二は、導体回路間へのめっき異常析出の
問題である。すなわち、基板の表面パッド上には、半田
を介して部品が搭載されるが、銅パッドそのものだと半
田の食われ量が大きい。そこでリペア耐性を持たせるた
めに通常ニッケルめっきが施され、さらにニッケル膜上
に半田濡れ性を確保するために金めっきが施される。こ
のニッケルめっきあるいは金めっきは、表面パッドの全
てが電気的に接続されているわけではないため、無電解
めっきで行われる。しかし、導体回路間の樹脂表面に
は、粗化工程時に形成された多孔の凹凸形状を持つ層が
残っており、その凹部には、金属残渣すなわち下地導電
膜形成時の触媒Ｐｄ及び回路形成後の銅エッチング残り
がわずかながら存在する。ニッケルめっきの際には、こ
の金属残渣が核となりニッケルが析出するためにめっき
異常析出が発生する。また、粗化後の樹脂表面には、多
くの孔が存在するため、ニッケルめっきの際に発生した
水素が、導体間の樹脂表面にトラップされやすい。この
水素が活性を持っているとニッケルを還元する結果、ニ
ッケル粒子が析出して導体回路間に付着する。特に導体
回路間の間隔が小さくなるほどこの現象は顕著になる。

【０００６】粗化表面上の金属残渣、イオン性残渣及び
多孔の凹凸形状を持つ樹脂表面層を除去する方法は、例
えば研磨等が考えられる。しかし、導体回路間が狭いと
ころでは、導体回路近傍の残渣除去が不完全となり、ま
た、研磨法によると導体金属も同時に削られるため、研
磨により削られた導体粉が逆に絶縁樹脂上に付着する可
能性もある。したがって、研磨による物理的除去方法
は、対処療法的には利用できても本質的対策とはなり得
ない。

【０００７】本発明の目的は、第一に導体回路間の線間
絶縁性に優れた、信頼性の高い多層配線基板の製造方法
を提供すること、第二に最表面導体回路間隔が狭い場合
でもめっき異常析出がなく、高歩留まりで表面メタライ
ズが可能な多層配線基板の製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、導体回路形
成後に、導体回路間の絶縁樹脂表面をエッチングにより
除去することによって達成される。この場合のエッチン
グ方法は、ドライプロセス及びウエットプロセスの両方
が使用できる。ドライプロセスは、Ｏ₂プラズマ処理あ
るいはＵＶ／Ｏ₃処理を施した後、水洗工程を通すこと
が有効である。上記Ｏ₂プラズマ処理は、純水Ｏ₂による
プラズマ処理の他、 Ｏ₂に種々の割合でＣＦ４を混ぜた
混合ガスによるプラズマ処理も可能である。

【０００９】Ｏ₂プラズマ処理あるいはＵＶ／Ｏ₃処理を
施すと、化学的に極めて活性な原子状酸素を含む活性種
が生成され、この活性種との酸化反応により絶縁樹脂中
の有機物の分解が進む結果、絶縁膜表面がエッチングさ
れる。この際、絶縁膜表面凹部に存在する金属エッチン
グ残渣（下地導電膜形成時の触媒Ｐｄ及び回路形成後の
銅エッチング残り）あるいはイオン性残渣は、活性種と
反応しないために絶縁樹脂表面、特に絶縁膜中の無機フ
ィラ上に濃縮されて残る。しかし、Ｏ₂プラズマ処理あ
るいはＵＶ／Ｏ₃処理により絶縁樹脂表面は親水化され
ているために、次の水洗工程でフィラの残渣層は除去さ
れ、さらにフィラ残渣層とともに金属残渣やイオン性残
渣も一緒に除去される。すなわち、Ｏ₂プラズマ処理あ
るいは、ＵＶ／Ｏ₃後の導体間絶縁樹脂は、絶縁樹脂を
粗化する前の樹脂表面とほぼ同じ状態になっている。し
たがって、恒温恒湿試験中に水蒸気が浸透・吸湿しやす
い多孔の凹凸形状を持つ樹脂表面層及び金属残渣、イオ
ン性残渣がないために導体回路近くでの金属溶解すなわ
ちマイグレーションの促進が抑制される結果、導体回路
間の線間絶縁性が向上する。

【００１０】また、めっき異常析出に関しても導体回路
間の金属残渣がなくなるとともに、ニッケルめっき時に
発生する水素をトラップしやすい多孔の凹凸形状を持つ
樹脂表面層がなく、さらに、プラズマ処理によって樹脂
表面に付加された−ＯＯＨ等によって一部活性水素が酸
化されるために導体回路間へのニッケルの析出が著しく
抑制できる。

【００１１】一方、ウエットエッチは、例えば、クロム
酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、マンガン酸塩、過マン
ガン酸塩等の酸化力の大きい酸化剤を含有した溶液を用
いて軽くエッチングすることが有効である。この場合、
多孔の凹凸形状を持つ樹脂表面層が溶解除去されるとと
もに絶縁膜表面凹部に存在する金属エッチング残渣（下
地導電膜形成時の触媒Ｐｄ及び回路形成後の銅エッチン
グ残り）も除去される結果、導体回路間の線間絶縁性が
向上するとともに、導体回路表面メタライズの際の導体
間めっき析出を抑制できる。ただし、処理時間が長いと
新たに多孔の凹凸形状を持つ樹脂表面層が形成されて導
体回路間の線間絶縁性は低下する。

【００１２】導体回路間の絶縁樹脂表面を除去する方法
は、ドライプロセス及びウエットプロセスの両方を併用
することももちろん可能である。また、本発明は、層間
絶縁膜として感光性樹脂を用いたビルドアップ法に限ら
ず、層間絶縁膜として熱硬化性樹脂を用いレーザによっ
てビアホールを形成するビルドアップ法等、およそ導体
回路との接着をとるために絶縁樹脂を粗化する工程を含
むビルドアップ法全てに適用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る多層配線基板
の製造方法の一実施例を図１に従って示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。

【００１４】（実施例１）図１（ａ）に示す配線基板１
００として、ガラス布基材にエポキシ樹脂を含浸固化
し、その両面に銅箔を張り合わせた積層板（銅箔厚さ１
８μ）を準備し、銅箔に予め周知の方法により第一の配
線層として回路パターン１０１形成したものを試料基板
とした。

【００１５】次いで、図１（ｂ）に示すように、この配
線基板上に絶縁層１０２をスプレコータにより塗布形成
した（約５０μ）。用いた絶縁樹脂は、感光性樹脂組成
物で、（イ）〜（ハ）と適量の溶剤（エチルセロソル
ブ）を混合し、８０℃で３０分間加熱撹拌した後、常温
で他の成分（ニ）〜（チ）を混合して三本ロールにて混
練することにより得た。

【００１６】 （イ）ジアリルフタレート樹脂 １００ｇ （ロ）エポキシ樹脂（エピコート８２８） ３０ｇ （ハ）ペンタエリスリトールトリアクリレート ２０ｇ （ニ）ベンゾインイソプロピルエーテル ４ｇ （ホ）ジシアンジアミド ４ｇ （ヘ）２，４−ジアミノ−６−［２´−メチルイミダゾリル− （１´）］−エチル−ｓ−トリアジン １ｇ （ト）微粒子シリカ ２０ｇ （チ）その他（塗布特性向上のための添加剤） 適量 次に、図１（ｃ）に示すように、ビアホールのパターン
が形成されたネガマスクを介して４００Ｗ高圧水銀ラン
プを用い、２分間ＵＶ光で露光し、現像により所望部に
ビアホール１０３を形成した。

【００１７】続いて、図１（ｄ）に示すように、絶縁樹
脂層１０２と後工程の下地導電膜との接着強度を確保す
るために、樹脂層１０２の表面粗化処理を行い、粗化面
１０２´を形成した。粗化液は、過マンガン酸カリウム
溶液を用い、この液に１０〜２０分浸漬した後、塩酸ヒ
ドロキシルアミンで、二酸化マンガンを中和した。

【００１８】さらに、図１（ｅ）に示すように、下地導
電膜１０４をめっき処理で形成する前処理として、基板
の粗化層１０２´をＳｎ，Ｐｄ系の触媒液に浸漬して活
性化し、無電解銅めっきにより下地導電膜１０４を形成
した。その後、基板洗浄による電気銅めっきの前処理工
程を経て、厚付け電気銅めっきを施し、図１（ｆ）に図
示されるめっき導電膜１０５を形成した。

【００１９】次いで、図１（ｇ）に示すように、選択エ
ッチ法により、めっき導電膜（１０４，１０５）の配線
パターン化を行った。すなわち、常法により基板のめっ
き導電膜１０５上に感光性エッチングドライフィルムを
ラミネートし、所定の回路パターンマスクを介して露光
した後、現像、エッチング、剥離の工程を通して樹脂上
に幅約１００μの回路（１０４´，１０５´の二層構
造）を形成し、第二の配線層とした。

【００２０】次に、図１（ｈ）に示すように導体回路を
形成した基板に対し、プラズマエッチングを行った。エ
ッチングガスは、酸素を用いた。用いたドライエッチン
グ装置及び処理条件を下記に示す。

【００２１】 装置 ：Ｏ₂プラズマアッシャー（日電アネルバ
製ＤＥＭ−４５１Ｍ） Ｏ₂流量 ：５０ｓｃｃｍ ガス圧 ：１０ｐａ ＲＦパワー ：３００Ｗ 自己バイアス：−７１０Ｖ 処理時間 ：５〜３０分 プラズマエッチング後は、絶縁樹脂表面にフィラの残渣
層が残るので、水洗を行うことにより残渣層を除去し
た。水洗は、流水中で２分行った。

【００２２】この後、第三の配線層形成に関しても、図
１（ｂ）の絶縁層１０２の形成から図１（ｇ）の第二配
線層を形成する工程までと同様の作業を行い、第三配線
層形成後に最外層絶縁樹脂表面を上記と同様の条件でプ
ラズマエッチングを行い、最後にソルダレジストを塗
布、露光、現像して三層構造の多層配線基板を製造し
た。

【００２３】（実施例２）実施例１と同様の感光性絶縁
樹脂を用い、実施例１と同様の工程で多層配線基板を製
造した。実施例１と異なる点は、導体回路形成後の導体
回路間樹脂表面のエッチングとして、ＵＶ／Ｏ₃処理を
施したことである。処理条件を下記に示す。

【００２４】 Ｏ₃流量 ：８ＮＬ／ｍｉｎ 一時電流 ：５Ａ 温度 ：１６０±１０℃ ランプからの距離：１５ｃｍ 処理時間 ：５〜２０分 実施例１及び実施例２の方法で製造した本発明の多層配
線基板について絶縁特性評価を行った。絶縁特性評価
は、恒温恒湿槽中で５０Ｖの電圧を印可して５００時間
経過後の外層導体回路間（１５０μ）の絶縁抵抗を測定
することで行った。なお、恒温恒湿試験環境は、温度６
５℃、湿度９５％で行った。また、比較のために、導体
回路形成後に導体回路間樹脂表面に対し、Ｏ₂プラズマ
処理及びＵＶ／Ｏ₃処理を一切施していない基板につい
ても同様の測定を行った。

【００２５】実施例１及び実施例２の多層配線基板は、
試験前の初期値が１×１０⁷メグオーム以上であったの
に対して、恒温恒湿試験５００時間後でも１×１０⁶メ
グオーム以上の抵抗を保持していた。これに対し、導体
回路形成後に導体回路間樹脂表面に対し、Ｏ₂プラズマ
処理及びＵＶ／Ｏ₃処理を一切施していない場合、恒温
恒湿試験５００時間後の抵抗値が１×１０²以下となる
基板が多発した。このことから、本発明に係る多層配線
基板は、従来法による基板よりも優れた絶縁特性を示す
ことがわかる。

【００２６】（実施例３）実施例１の方法で製造した基
板を使用し、最外層導体回路の表面メタライズとして無
電解ニッケルめっき及び置換金めっきを施した。使用し
ためっき液及びめっき条件は、次の通りである。

【００２７】 （無電解ニッケルめっき） ＩＣＰニコロンＵ（Ｎｉ−Ｐ） 奥野製薬工業社製 液温 ８５℃ めっき時間 ２０分 （置換金めっき） レクトロレス プレップ 日本エレクトロプレイティング・エンジニヤ ース社製 液温 ９０℃ めっき時間 ２０分 無電解ニッケルめっき後及び置換金めっき後に基板表面
を金属顕微鏡にて観察したところ、最外層導体回路間の
もっとも狭い場所（１５０μ）でもショートの発生は認
められなかった。これに対して、導体回路形成後にＯ₂
プラズマ処理を施していない基板では、ニッケルめっき
後に最狭小導体回路間でのショート発生が認められたこ
とから、本実施例に示す製造法の有効性が確認できた。

【００２８】（実施例４）実施例２の方法で製造した基
板を使用し、最外層導体回路の表面メタライズとして無
電解ニッケルめっき及び置換金めっきを施した。使用し
ためっき液及びめっき条件は、実施例３に記載の通りで
ある。

【００２９】無電解ニッケルめっき後及び置換金めっき
後に基板表面を金属顕微鏡にて観察したところ、最外層
導体回路間のもっとも狭い場所（１５０μ）でもショー
トの発生は認められなかった。

【００３０】（実施例５）実施例１と同様の感光性絶縁
樹脂を用い、実施例１と同様の工程で多層配線基板を製
造した。実施例１と異なる点は、最外層導体回路形成後
の導体回路間樹脂表面のエッチングとして、過マンガン
酸カリウム溶液を用いたことである。処理液の組成及び
処理条件を下記に示す。

【００３１】 組成 ：過マンガン酸カリウム０．１〜０．５ｍｏｌ／ｌ（リットル） 水酸化ナトリウム ０．２〜０．４ｍｏｌ／ｌ（リットル） 液温 ：５０〜９０℃ 処理時間：３〜５分 本方法で製造した基板を使用し、最外層導体回路の表面
メタライズとして無電解ニッケルめっき及び置換金めっ
きを施した。使用しためっき液及びめっき条件は、実施
例３に記載の通りである。

【００３２】無電解ニッケルめっき後及び置換金めっき
後に基板表面を金属顕微鏡にて観察したところ、最外層
導体回路間のもっとも狭い場所（１５０μ）でもショー
トの発生は認められなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、導体回路間の線間絶縁
特性に優れた、信頼性の高いビルドアップ多層配線基板
を容易に製造することができる。さらに、本発明によれ
ば、最表面導体回路間隔が狭い場合でもめっき導体回路
間へのめっき異常析出がなく、高歩留まりで表面メタラ
イズが可能なビルドアップ基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる多層配線基板の製造工
程を示す断面図。

【符号の説明】

１００…両面銅張り積層板、 １０１…回路パターン、 １０２…感光性絶縁樹脂層、 １０２´…表面粗化された絶縁樹脂層、 １０３…バイヤホール、 １０４…下地導電膜、 １０４´…回路パターン、 １０５…めっき導電膜、 １０５´…回路パターン、 １０６…回路パターンの間隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 真貴雄 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式 会社日立製作所情報通信事業部内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導体回路形成工程と層間絶縁膜形成工程と
   を交互に繰り返し、ビルドアップ方式により多層配線基
   板を製造する方法において、導体回路形成後に導体回路
   間の絶縁樹脂表面をエッチングにより除去することを特
   徴とする多層配線基板の製造方法。
2. 【請求項２】上記絶縁樹脂表面をエッチングにより除去
   する工程が、ドライプロセスを用いて有機成分を除去す
   るとともに樹脂表面の無機成分を濃縮する工程と、水洗
   によって上記濃縮無機成分を除去する工程とから成る請
   求項１に記載の多層配線基板の製造方法。
3. 【請求項３】上記ドライプロセスとしてＯ₂プラズマを
   用いた請求項２に記載の多層配線基板の製造方法。
4. 【請求項４】上記ドライプロセスとしてＵＶ／Ｏ₃を用
   いた請求項２に記載の多層配線基板の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１に記載の絶縁樹脂表面をエッチン
   グする方法として酸化力の大きな酸化剤を含有する溶液
   を用い、絶縁樹脂表面を軽くエッチング処理した後、中
   和処理する工程を通す請求項１に記載の多層配線基板の
   製造方法。
6. 【請求項６】上記酸化力の大きな酸化剤が、クロム酸、
   クロム酸塩、重クロム酸塩、マンガン酸塩、過マンガン
   酸塩のいずれかから成る請求項４に記載の多層配線基板
   の製造方法。
7. 【請求項７】請求項１に記載の層間絶縁膜を、少なくと
   も室温で固形の多官能不飽和化合物、エポキシ樹脂、ア
   クリレートモノマ、光重合開始剤、アミン系の熱硬化剤
   及び無機フィラーから成る感光性絶縁樹脂組成物で構成
   して成る多層配線基板の製造方法。
8. 【請求項８】請求項１に記載の層間絶縁膜を、少なくと
   も不飽和基を付加反応させた複数官能の多官能固形エポ
   キシ樹脂、アクリレートモノマ、光重合開始剤、アミン
   系の熱硬化剤及び無機フィラから成る感光性絶縁樹脂組
   成物で構成して成る多層配線基板の製造方法。