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発明の名称 多層配線基板の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−85464
公開日 平成6年(1994)3月25日
出願番号 特願平4−234476
出願日 平成4年(1992)9月2日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 杉山 寿 / 北村 直也 / 山口 欣秀 / 室岡 秀保 / 京井 正之 / 吉井 正樹 / 角田 重晴
要約 目的
絶縁膜形成工程を簡略化することにより、量産性に優れた薄膜多層配線基板の製造方法を提供する。

構成
ベース基板上の配線導体上面に金型を固定し、配線導体間隙を脱気した後、無溶剤の流動性高分子前駆体をトランスファー成形方式で配線導体間隙に充填し、静水圧をかけながら、硬化する工程を繰り返して多層配線基板を製造する。
特許請求の範囲
【請求項1】ベース基板上に1層あるいは2層の水平配線導体あるいは/および垂直ビア導体を形成する工程と、該導体上に表面が平坦な金型を固定し、該ベース基板と該金型に挾まれた導体間隙を無溶剤の流動性高分子前駆体で充填、硬化する工程と、該流動性高分子前駆体硬化物で覆われた導体の上面を露出させる工程とを含み、上記工程を1回以上繰り返して多層化することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項2】ベース基板の表裏両面上に1層あるいは2層の水平配線導体あるいは/および垂直ビア導体を形成する工程と、該導体上に表面が平坦な金型を固定し、該ベース基板と該金型に挾まれた導体間隙を流動性高分子前駆体で充填、硬化する工程と、該流動性高分子前駆体硬化物で覆われた導体の上面を露出させる工程とを含み、上記工程を1回以上繰り返して多層化することを特徴とする多層配線基板の製造方法。
【請求項3】ベース基板上に導体周辺部を封じる柔軟なシール材を設け、該シール材の外側にシール材よりも低く導体高さと同じかあるいは高いスペーサを介して、表面が平坦で離型処理された金型を固定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。
【請求項4】配線導体間隙を排気した後、無溶剤の流動性高分子前駆体を充填、硬化することを特徴とすると請求項1,2,3のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項5】無溶剤の流動性高分子前駆体をトランスファ成形方式で充填することを特徴とすると請求項1,2,3,4のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項6】無溶剤の流動性高分子前駆体を導体間隙に充填後、静水圧をかけながら加熱硬化することを特徴とすると請求項1,2,3,4,5のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項7】流動性高分子前駆体硬化物で覆われた導体上面を、O2プラズマまたはUV/O3によるドライエッチングで露出させることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項8】流動性高分子前駆体硬化物で覆われた導体上面を、クロム硫酸によるウェットエッチングで露出させることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項9】上面が露出した導体上を研磨して導体高さを均一にする工程を含むことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
【請求項10】無溶剤の流動性高分子前駆体が、エポキシ樹脂組成物、分子内に2個以上のベンゾシクロブテン骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物、分子内に2個以上のマレイミド骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物、分子内に2個以上のシアン酸エステル骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物の内の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9のいずれかに記載の多層配線基板の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大型計算機やワークステーション等のコンピュータ、交換機等に用いられ、LSI、終端抵抗、コンデンサ等を高密度で実装する薄膜多層配線基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の多層配線基板の製造方法を図2に示した工程図を例として説明する。図2(a)に示すように、基板201の上面全面にわたって、めっきで電極となりうる下地金属層202を形成し、その上面に図2(b)に示すように、所望の導体パターンの形状に穴開け加工されたレジスト203を形成する。しかる後、露出した溝部分204の下地金属層202を電極として電気めっきを行ない、図2(c)に示すように、レジスト203の溝部分204を選択的に導体充填して、配線、ビア、グランド、電源等の導体205を形成する。次いで、図2(d)に示すように、レジスト203を除去して導体205を露出させた後、図2(e)に示すように、導体205に対接する部分以外の下地金属層202を除去する。次ぎに、図2(f)に示すように、基板201の上面全面に導体205を包むようにポリマーの絶縁層206を形成した後、図2(g)に示すように、研磨等により、導体205の上面を露出させるとともに、絶縁層206の表面を平面研磨する。上記の工程を逐次複数回繰り返して多層配線基板を製造する。なお、上記工程の導体パターンを形成する技術としては、特開昭57−50489、特開昭57−50490、特開昭57−50491等があり、また、絶縁層を形成する技術としては特開昭50−64767等に記載がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の困難な問題点は絶縁膜形成工程と平坦化工程にある。絶縁層を形成するポリマーとして汎用に用いられるポリイミド系材料は、加熱硬化反応により溶剤や水分が蒸発するので、ピンホールやボイドが発生し易い。また、下地の凹凸に沿って収縮するので、基板の凹凸に沿った絶縁膜が形成され、平坦性が著しく劣る。そのため軟らかいポリイミドと硬い金属膜を研削、研磨して平坦化する必要があり、その工程は長時間を要する。また、研削粉、研磨粉の洗浄による異物排除が容易でない。さらに、ポリイミド系材料はポリアミド酸溶液あるいはポリイミド溶液にして塗布加熱するので、一回塗りでは所要の膜厚が得られず、塗布乾燥等の工程数が多いこと、またさらに、ポリイミドの硬化には、高温、長時間を要することなどの問題点がある。これら多くの問題により、従来の薄膜多層配線基板の製造方法は工程数が多くてリードタイムが長く、量産生に著しく劣るという欠点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点を解決するために、本発明では以下のような手段をとった。すなわち、図1(a)に示すようにベース基板101上に水平配線導体102と垂直ビア導体103を形成する工程と、図1(b)に示すように垂直ビア導体103上に表面が平坦な金型104を固定し、図1(b)から(c)に示すようにベース基板101と金型104に挾まれた導体間隙105を無溶剤の流動性高分子前駆体106で充填、硬化する工程と、図1(d)から(e)に示すように流動性高分子前駆体硬化物106で覆われた垂直ビア導体103の上面を露出させる工程とを含み、上記工程を1回以上繰り返して多層化する。
【0005】ベース基板101は配線導体を含んでも含まなくても良い。また、ベース基板101の材質としては有機絶縁物でもセラミックスのような無機絶縁物でも良い。図1ではベース基板101上にまず水平配線導体102を形成し、次いで垂直ビア導体103を形成したが、べース基板101上に水平配線導体102のみ、あるいは垂直ビア導体103のみを形成し、上記工程で絶縁膜を形成しても良い。
【0006】図1では、ベース基板101の片面に多層配線を形成したが、表裏両面に上記方法により同時に多層配線を積層することもできる。表裏同時に多層配線を形成すれば、工程数の削減、リードタイムの短縮が図れる。また、ベース基板101と絶縁膜106の熱膨張係数の差による基板101の反りを低減することができる。
【0007】さらに詳しく本発明の方法を説明すると、ベース基板101上には導体周辺部を封じる柔軟なシール材、例えば、フッ素系ポリマーやシリコーン製のシール材107を設け、シール材107の外側にシール材よりも低く導体高さと同じかあるいは高いスペーサ、例えばステンレス製スペーサ108を介して、表面が平坦で離型処理された金型104を固定する。
【0008】次ぎに、ベース基板101、金型104及びシール材107で囲まれた導体間隙105を排気口109から10torr程度に排気する。これによりボイド発生の大きな原因となる空気や、ベース基板101や水平配線導体102あるいは垂直ビア導体103に付着した気泡等を除くことができる。
【0009】しかる後、無溶剤の流動性高分子前駆体106を上記空間105にトランスファ成形方式で充填する。図1(b)から(c)では、金型104のポット110中にある無溶剤の流動性高分子前駆体タブレット106をプランジャー111で押し、空間105に押し込む。この時、余分な流動性高分子前駆体はオーバーフロー部112に溜める。また、無溶剤の流動性高分子前駆体の粘度によりポットを加熱するか否かを決める。さらに、、タブレット106を作製する際は脱気することが望ましい。
【0010】無溶剤の流動性高分子前駆体を導体間隙に充填後、給気口109から空気、窒素等の不活性気体を送りこみ、静水圧、例えば、5〜10kgf/cm2をかけながら無溶剤の流動性高分子前駆体106を加熱硬化する。静水圧をかけるのは無溶剤の流動性高分子前駆体106中に僅かに残っている可能性のある溶剤や空気あるいは水等が脱気により揮発し発生するボイドやピンホールを樹脂中で押し潰すためである。また、流動性高分子前駆体106にかかる圧力を均一にすることで物性の均一な硬化物が得られる。以上により、ボイドやピンホールがなく、上面が平坦で物性の均一な絶縁層を形成することができる。
【0011】ここで、図1(b)(c)に示すように、垂直ビア導体103のそれぞれの高さとスペーサ108の高さが同じであれば、垂直ビア導体103上面は露出するが、そうでない場合には、図1(d)に示すように、垂直ビア導体103の上面は流動性高分子前駆体硬化物で覆われる。これでは次ぎに形成する導体との接続がとれないので、垂直ビア導体103の上面を露出させる必要がある。その方法として、O2プラズマあるいはUV/O3によるドライエッチングか、あるいは/およびクロム硫酸等によるウェットエッチングを行なう。これにより、図1(e)に示すように、絶縁膜を均一にエッチバックすることができ、また、エッチングされた絶縁膜表面は接着性に優れた表面になる。さらに、垂直ビア導体103のそれぞれの高さが著しく異なる場合には、必要に応じて機械研磨、化学研磨等の研磨を行ない、垂直ビア導体103の高さを均一にしてもよい。この場合の研磨は、垂直ビア導体103のみであり、また、量も少ないので、従来技術で述べたような長時間のかかる困難な工程にはならない。
【0012】ここで用いた絶縁材料106は無溶剤の流動性高分子前駆体であれば種類を問わないが、薄膜多層配線基板用絶縁膜の物性を考慮すると、例えば、エポキシ樹脂組成物、分子内に2個以上のベンゾシクロベテン骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物、分子内に2個以上のマレイミド骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物、分子内に2個以上のシアン酸エステル骨格を有する化合物あるいは該化合物を含む組成物等が好適である。
【0013】
【作用】従来技術に比較して本発明では、ベース基板上に形成した導体上に表面が平坦な金型を固定し、ベース基板と金型とシール材に挾まれた導体間隙を脱気した後、溶剤を含む高分子前駆体ではなく無溶剤の流動性高分子前駆体をトランスファ方式で充填し、静水圧を加えながら硬化して絶縁膜を形成するので、平坦でボイドやピンホールのない、物性の均一な絶縁膜を一度に形成することができる。
【0014】さらに、導体の上面が絶縁層で覆われた場合には、O2プラズマまたはUV/O3等によるドライエッチングかあるいは/およびクロム硫酸等によるウェットエッチングで絶縁膜をエッチバックするので、絶縁膜の平坦性を保ったまま、導体上面を露出させることができ、さらにその絶縁膜表面の接着性を向上させることができる。
【0015】また、導体表面を僅かに露出させた状態で導体を研磨し、導体高さを均一にするので、研磨工程が非常に簡単で短時間になる。
【0016】加えて、上記工程をベース基板の表裏両面に同時に行なえば、ベース基板の反りを低減できるばかりか、工程数の削減、リードタイムの短縮が図れる。
【0017】以上述べた作用により、全体として、プロセスの簡略化と歩留向上により薄膜多層配線基板の量産性向上が図れる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0019】(実施例1)ガラスセラミックスベース基板上全面に、厚さ0.5〜0.8μmのCr/Cu/Crの重ねスパッタ膜からなる下地金属膜を形成した後、成膜・露光・現像により水平配線導体用の溝をフォトレジスト(クレゾールノボラック型ポジ形レジスト)に形成し、溝内のCrをエッチング除去してCuを露出させた。次いで、フォトレジストの溝部分に硫酸銅水溶液を用いた電気めっきによりフォトレジストとほぼ同じ高さの水平配線導体を形成した。さらに、成膜・露光・現像により垂直ビア導体用の溝をフォトレジストに形成し、この溝部分に硫酸銅水溶液を用いた電気めっきによりフォトレジストとほぼ同じ高さの垂直ビア導体を形成した。しかる後、2層のフォトレジストをアルカリ水溶液で溶解除去し、さらに、下地金属膜を硝酸第2セシウムアンモニウムでエッチング除去して、ベース基板上に水平配線導体群と垂直ビア導体群を形成した基板を作製した。なお、水平配線導体の幅は30μm、高さは25μmで最小ピッチは70μm、垂直ビア導体は25x25μm、高さ25μmに形成した。
【0020】この基板の導体群の外側にフッ素系ポリマーでできた直径2mmのシール材を置き、さらにその外側にステンレス製の高さ50μmのスペーサを置いて、図1(b)に示す金型に装着し、15kgf/cm2の圧力で型締めした。
【0021】図1(b)に示す金型のポットには、エピコート819(油化シェルエポキシ製商品名)100部、HP−800N(日立化成製商品名)50部とジメチルベンジルアミン1部から成るエポキシ樹脂組成物のタブレットを入れて置く。
【0022】そして、排気口から排気し、導体群間隙の空間を約10torrにまで減圧にした。そしてポットを90℃に加熱し、10kgf/cm2の圧力でプランジャーを押して、エポキシ樹脂組成物を充填した。この後、排気を止め、大気圧に戻した後、給気口から空気を送りこみ、充填したエポキシ樹脂組成物に静水圧5kgf/cm2をかけて、130℃にて1時間保持してエポキシ樹脂組成物を硬化した。
【0023】このようにして作製した基板上の垂直ビア導体の上面は導体が露出した所と露出していない所があったので、基板を100℃に加熱し、20分間UV/O3ににさらすことで、絶縁膜を約1μmエッチバックし、垂直ビア導体の上面を完全に露出させた。そして、平坦性をさらに良くするために、露出した垂直ビア導体の上面をテープ研磨し、完全に平坦な面を形成した。
【0024】しかる後、上記下地金属膜の形成から露出した垂直ビア導体の上面研磨までの工程を10回繰り返し、水平配線導体層計10層の薄膜多層配線基板を作製した。
【0025】(実施例2)ガラスセラミックスベース基板の両面に実施例1と同様に水平配線導体と垂直ビ導体と絶縁膜を同時に積層して行き、表裏合計で水平配線導体層計20層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際には、装置として図1(b)に示す上金型と対称な金型を下金型として用いた。
【0026】(実施例3)実施例1のUV/O3に替えて、O2プラズマアッシャーにより絶縁膜をエッチバックし、実施例1と同様にして水平配線導体10層の薄膜多層配線基板を作製した。
【0027】(実施例4)実施例1のUV/O3に替えて、クロム硫酸により絶縁膜をエッチングし、実施例1と同様にして水平配線導体10層の薄膜多層配線基板を作製した。
【0028】(実施例5)実施例1のテープ研磨に替えて、アルカリ水溶液でエッチングし、実施例1と同様にして水平配線導体10層の薄膜多層配線基板を作製した。
【0029】(実施例6)実施例1のエポキシ樹脂組成物に替えて、ベンゾシクロブテン系絶縁材料としてシスビスベンゾシクロブテニルエテンを180℃で5時間加熱してオリゴマー化した材料を用い、実施例1と同様にして水平配線導体10層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際の硬化は250℃1時間の条件で行なった。
【0030】(実施例7)実施例1のエポキシ樹脂組成物に替えて、ビスマレイミド/シアン酸エステル系絶縁材料としてBT−3309T(三菱瓦斯化学製商品名)を用い、実施例1と同様にして水平配線導体10層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際のポット温度は70℃に設定し、硬化は150℃1時間の条件で行なった。
【0031】(実施例8)実施例1のガラスセラミックスベース基板に替えて、ガラスポリイミドプリント配線板を用い、実施例1と同様にして水平配線導体層計6層の薄膜多層配線基板を作製した。この際変えた条件は以下の通りである。
【0032】(1)Cr/Cu/Crの重ねスパッタ膜からなる下地金属膜の替わりにCuの無電解めっき膜からなる下地金属膜を用いた。
【0033】(2)フォトレジストには25μm厚のフィルムレジストを用いた。
【0034】(3)下地金属膜のエッチングには塩化第2銅系エッチャントを用いた。
【0035】なお、水平配線導体の幅は50μm、高さは25μmで最小ピッチは130μm、垂直ビア導体は40x40μm、高さ25μmに形成した。
【0036】(4)露出した垂直ビア導体の上面のテープ研磨に替えて、バフ研磨を行なった。
【0037】(実施例9)ガラスポリイミドプリント配線板の両面に実施例8と同様に水平配線導体と垂直ビ導体と絶縁膜を同時に積層して行き、表裏合計で水平配線導体層計12層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際には、装置として図1(b)に示す上金型と対称な金型を下金型として用いた。
【0038】(実施例10)実施例9のエポキシ樹脂組成物に替えて、EXA4700(大日本インキ製商品名)100部、HP−800N(日立化成製商品名)67部からなるエポキシ樹脂組成物を用い、実施例9と同様にして水平配線導体層計12層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際のポット温度は150℃に設定し、硬化は200℃1時間の条件で行なった。
【0039】(実施例11)実施例9のエポキシ樹脂組成物に替えて、ビスマレイミド/シアン酸エステル系絶縁材料としてBT−3309T(三菱瓦斯化学製商品名)を用い、実施例9と同様にして水平配線導体層計12層の薄膜多層配線基板を作製した。なお、その際のポット温度は70℃に設定し、硬化は150℃1時間の条件で行なった。
【0040】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ベース基板上に形成した導体上に表面が平坦な金型を固定し、ベース基板と金型とシール材に挾まれた導体間隙を脱気した後、溶剤を含む高分子前駆体ではなく無溶剤の流動性高分子前駆体をトランスファ方式で充填し、静水圧を加えながら硬化して絶縁膜を形成するので、平坦でボイドやピンホールのない、物性の均一な絶縁膜を一度に形成することができる。
【0041】さらに、導体の上面が絶縁層で覆われた場合には、O2プラズマまたはUV/O3等によるドライエッチングかあるいは/およびクロム硫酸等によるウェットエッチングで絶縁膜をエッチバックするので、絶縁膜の平坦性を保ったまま、導体上面を露出させることができ、さらにその絶縁膜表面の接着性を向上させることができる。
【0042】また、導体表面を僅かに露出させた状態で導体を研磨し、導体高さを均一にするので、研磨工程が非常に簡単で短時間になる。
【0043】加えて、上記工程をベース基板の表裏両面に同時に行なえば、ベース基板の反りを低減できるばかりか、工程数の削減、リードタイムの短縮が図れる。
【0044】上記作用により、全体として、プロセスの簡略化と歩留向上により薄膜多層配線基板の量産性向上が図れる。




 

 


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