JPH1140951A

JPH1140951A - 多層配線基板の製造方法

Info

Publication number: JPH1140951A
Application number: JP18945697A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kashimura; 隆司樫村; Yoshihide Yamaguchi; 欣秀山口; Fumio Kataoka; 文雄片岡; Makio Watabe; 真貴雄渡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-02-12

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。【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り多層配線基
板を製造するに際し、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、配線基板の製造方
法に関わり、特に、感光性層間絶縁樹脂膜を有する高密
度な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、配線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
線基板の製造法としては、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。

【０００３】しかしながら、上記積層接着法において
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
るためにその寸法が比較的大きく、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
薄型化に伴い、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。

【０００４】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、絶縁膜
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においては、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。

【０００５】この絶縁層上に導体回路を強固に接着する
技術としては、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。この際、粗化後の樹脂に凹凸形状を形成して導体
回路とのアンカー効果を強く持たせるために、感光性樹
脂中に無機充填剤を用いることが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】粗化工程は、ビルドア
ップ法において不可欠、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。

【０００７】第一は、導体回路の線間絶縁性の問題であ
る。なすわち、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充
填剤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。

【０００８】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。

【０００９】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、無電界
めっきで行われる。

【００１０】しかしながら、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。

【００１１】上記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と
しては、例えば研磨等が考えられる。しかしながら、導
体回路間が狭いところでは、導体回路近傍の残渣除去法
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。

【００１２】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
することにある。すなわち、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。

【００１３】

【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
グ方法としては、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。ドライプロセスとしては、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プラズマ処理とし
ては、純水Ｏ₂によるプラズマアッシング及び反応性イ
オンエッチングの他、Ｏ₂に種々の割合でＣＦ₄を混ぜた
混合ガスによるプラズマアッシング及び反応性イオンエ
ッチングも可能である。

【００１４】Ｏ₂プラズマ処理あるいはＵＶ／Ｏ₃処理を
施すと、反応槽中に生成した化学的に極めて活性な原子
状酸素及び酸素イオンが絶縁樹脂中の有機物と酸化反応
することによって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
縁樹脂の分解が進む結果濃縮された無機充填剤上に残
る。

【００１５】しかしながら、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、次の水洗工程で濃縮された無機充填剤の残渣層
は除去され、さらに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傍での金属溶解すな
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。

【００１６】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。

【００１７】プラズマによる酸化処理を利用した回路基
板の製造方法としては、導体回路形成後にプラズマ処理
を施すことにより導体間に残存する触媒Ｐｄを除去し、
めっき時におけるショートの発生を未然に防止する技術
が特開平８−１８６３５１号公報に開示されている。し
かしながら、本発明と本質的に異なる点は、水洗工程の
有無である。

【００１８】すなわち、本発明では、上記のごとくＯ₂
プラズマ処理等によって絶縁膜表面をエッチングすると
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）あるいはイオン性残渣を絶縁樹脂の分解の
結果濃縮された無機充填剤上に残存させ、次の水洗工程
で無機充填剤の濃縮残渣層とともに金属残渣やイオン性
残渣を一緒に除去している。上記開示技術のごとく、プ
ラズマ処理のみでは金属及びイオン性残渣の除去効果が
ほとんどなく、かえって無機充填剤の濃縮残渣層が残る
ために、線間絶縁性は低下する結果となる。

【００１９】一方、ウエットエッチとしては、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。

【００２０】上記導体回路間の絶縁樹脂表面を除去する
方法としては、上記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。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る多層配線基板
の製造方法の一実施例について図面を参照しながら具体
的に説明する。

【００２２】（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
８ミクロン）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。

【００２３】次いで、図１（ｂ）に示すように、この配
線基板上に絶縁層１０２をスプレーコータにより塗布形
成した（約５０ミクロン）。用いた絶縁樹脂は、感光性
樹脂組成物で、下記（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。

【００２４】（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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次いで、図１（ｇ）に示すように、選択エ
ッチ法により、下地及びめっき導電膜（１０４，１０
５）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１００ミクロンの回路（１０４′，１
０５′の二層構造）を形成し、第二の配線層とした。

【００２８】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、プラズマアッシングを行った。エ
ッチングガスとしては、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。

【００２９】装置 :Ｏ₂プラズマアッシャー(東京応化工業製Ｏ
ＰＭ−ＳＱ1000ＥＷ) Ｏ₂流量 :４００ｓｃｃｍガス圧 :１３３ｐａＲＦパワー:８００Ｗ処理時間 :２〜３０分プラズマアッシング後は、絶縁樹脂表面に濃縮された無
機充填剤の残渣層が残るので、図（ｉ）に示すように水
洗を行うことによって残渣層を除去した。水洗は、流水
中で２分行った。

【００３０】この後、第三の配線層形成に関しても、上
記図１（ｂ）の感光性の絶縁層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アッシング処理して、最後にソル
ダレジストを塗布、露光、現像することにより三層構造
の多層配線基板を製造した。

【００３１】（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。

【００３２】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（１５０ミクロン）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６５℃、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。

【００３３】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１ｘ１０⁷メグオーム以上であったの
に対して、恒温恒湿試験５００時間でも１ｘ１０⁶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１ｘ１０²オーム以下と
なる基板が発生した。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。

【００３４】（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。

【００３５】（無電解ニッケルめっき）ＩＣＰニコロンＵ(Ｎｉ−Ｐ) 奧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（１５０ミクロン）においてもショー
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。

【００３６】（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。

【００３７】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（１５０ミクロン）にお
いてもショートの発生は認められなかった。

【００３８】（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。

【００３９】組成：過マンガン酸カリウム０．１〜０．５ｍｏｌ／１（リットル）水酸化ナトリウム０．２〜０．４ｍｏｌ／１（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。

【００４０】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（１５０ミクロン）にお
いてもショートの発生は認められなかった。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、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】実施例１の多層配線基板の製造工程を示す断面
図。

【図２】実施例１の多層配線基板の製造工程を示す流れ
図。

【図３】実施例２の多層配線基板の製造工程を示す流れ
図。

【図４】実施例５の多層配線基板の製造工程を示す流れ
図。

【符号の説明】

１００…配線基板、１０１…回路パターン、１
０２…絶縁層、１０２′…粗化層、１０３…ビヤ
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１０７…無機充
填剤の濃縮残渣層。

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【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工程を含
む多層配線基板の製造方法。
【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。
【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記載の多層配線基板の製造方法。
【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記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項５】請求項１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。
【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５記載の多層配線基板の
製造方法。
【請求項７】請求項１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
リレートモノマー、光重合開始剤、アミン系の熱硬化剤
及び無機充填剤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。
【請求項８】請求項１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２官能以上の多官能固形エポ
キシ樹脂、アクリレートモノマー、光重合開始剤、アミ
ン系の熱硬化剤及び無機充填剤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。