(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に金属膜を設けたのち、エッチングマスクを用いて、前記金属膜の露出部を、フッ酸で溶解する無機物の粒子からなる研磨材を用いたサンドブラスト法によりメカニカルエッチングするとともに、前記金属膜の露出部にケミカルエッチングを同時に施して、配線層を形成することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
上記ケミカルエッチングに用いるエッチング液と、上記メカニカルエッチングに用いる研磨材とを別のノズルから噴出させることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
上記ケミカルエッチングに用いるエッチング液と、上記メカニカルエッチングに用いる研磨材とを同一のノズルから噴出させることを特徴とする請求項１記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
上記配線層が多層金属膜からなると共に、上記ケミカルエッチングに用いるエッチング液が、前記多層金属膜を構成する個々の金属膜のみをエッチングする複数のエッチング液からなり、エッチングする金属膜に応じて噴出するエッチング液を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板の製造方法に関するものであり、特に、サンドブラスト法とケミカルエッチングとを組み合わせて配線パターンを形成するケミカルメカニカルエッチング方法による回路基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子計算機の高速化、半導体装置の大容量化、高集積化に伴い、その実装方法も大きく変化してきており、半導体装置等を実装するために用いる回路基板も高密度実装、微細配線、及び、多層化が主流になり、小さなスペースで多数の配線層が形成されるようになってきた。
【０００３】
従来においては、ＡｌＮ等の基板上に樹脂等の絶縁層を介して導体パターンを形成し、このプロセスを複数回繰り返すことによって薄膜多層回路基板を形成していた。
【０００４】
この場合、配線パターンを形成する方法としては、導体層の形成工程においては、メッキ法、蒸着法、或いは、スパッタリング法等が用いられており、また、パターニング方法としては、ケミカルエッチング法、アディティブ法、或いは、リフトオフ法が用いられていた。
【０００５】
この様な薄膜多層回路基板において、寄生容量による遅延を防止して、信号を高速に伝播させるためには、低誘電率の樹脂からなる絶縁層を用いることが必須であり、また、高密度化に伴って配線層の形状としてもより高いアスペクト比が求められることになり、さらに、製品の低コスト化のためにＱ−ＴＡＴ（Ｑｕｉｃｋ−Ｔｕｒｎ  Ａｒｏｕｎｄ  Ｔｉｍｅ）な製造プロセスが望まれることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ケミカルエッチング法の場合にはサイドエッチングが起こり、断面形状が矩形の配線層を得ることが困難であるため、高いアスペクト比、例えば、０．５以上のアスペクト比の配線層を得ることができなかった。
【０００７】
また、リフトオフ法の場合には、高アスペクト比の狭いパターン幅の溝内に導体を形成することは容易ではなく、且つ、フォトレジストの耐熱温度が制限条件となるため、使用できる導体の材料に限りがあった。
【０００８】
したがって、本発明は、高アスペクト比の配線層を、フォトレジストの耐熱温度等の制限条件に影響されることなく、高スループットで形成することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１（ａ）乃至（ｃ）参照
（１）本発明は、回路基板の製造方法において、絶縁性基板１上に金属膜２を設けたのち、エッチングマスク３を用いて、前記金属膜２の露出部を、フッ酸で溶解する無機物の粒子からなる研磨材を用いたサンドブラスト法によりメカニカルエッチングするとともに、前記金属膜２の露出部にケミカルエッチングを同時に施して、配線層４を形成することを特徴とする。
【００１０】
この様に、メカニカルエッチングとケミカルエッチングとを合わせて用いることにより、サイドエッチングを抑制して、高アスペクト比の配線層４を形成することができる。
特に、メカニカルエッチングによる基本的なパターニングと、ケミカルエッチングによるバリ５等の除去を同時に行うことによって、製造工程が短縮化され、スループットが向上する。
【００１１】
また、研磨材を圧縮空気と共に噴出するサンドブラスト法を用いることによって、サイドエッチングを伴わない高精度のメカニカルエッチングが可能になる。
【００１２】
この様に、サンドブラスト法を用いた場合には、表面に研磨材が残留するためエッチング除去する必要があるが、研磨材のエッチング除去に際して基板１上に設けるポリイミド層等の絶縁膜、及び、配線層４を構成する金属膜２に影響を与えないためにフッ酸を用いるのが望ましく、そのためには、研磨材として、シリカ粒子やガラス粒子等のフッ酸に溶解する無機物の粒子を用いる必要がある。
【００１５】
（２）また、本発明は、上記（１）において、ケミカルエッチング液とメカニカルエッチングに用いる研磨材とを別のノズルから噴出させることを特徴とする。
【００１６】
この様に、エッチング液を噴出させるノズルと、研磨材を噴出させるノズルを別個に設けることによって、夫々の最適条件でエッチング液及び研磨材を噴出させることができ、エッチング精度が高まる。
【００１７】
（３）また、本発明は、上記（１）において、ケミカルエッチングに用いるエッチング液とメカニカルエッチングに用いる研磨材とを同一のノズルから噴出させることを特徴とする。
【００１８】
この様に、エッチング液を噴出させるノズルと、研磨材を噴出させるノズルを共通にすることによって、エッチング装置、即ち、サンドブラスト加工機の構成を簡素化することができる。
【００１９】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、配線層４が多層金属膜からなると共に、ケミカルエッチングに用いるエッチング液が、多層金属膜を構成する個々の金属膜２のみをエッチングする複数のエッチング液からなり、エッチングする金属膜２に応じて噴出するエッチング液を切り替えることを特徴とする。
【００２０】
この様に、多層金属膜から配線層４を構成する場合に、エッチング段階に応じて個々の金属膜４のみをエッチングする様に、エッチング液を切り替えて噴出する必要がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図２及び図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
図２参照
図２は、第１の実施の形態に用いる加工機の概念的構成の説明図であり、金属膜を形成した基板１３は、チャンバー１１内に設けられたスピンコータ１８上に載置される。
【００３４】
そして、平均粒径が２〜５μｍのシリカ粒子１６がコンプレッサ１４によって圧縮された空気と共に第１ノズル２０から噴出されると同時に、第２ノズル２２又は第３ノズル２３を介してタンク２１内に収容された、エッチング液が噴出されて、メカニカルエッチングとケミカルエッチングとが同時に行われることになり、また、エッチング終了後には、噴出されたシリカ粒子１６は回収機１７によって吸引され、回収される。
【００３５】
この場合のエッチング工程は、スピンコータ１８を高速で回転した状態で行うものであり、シリカ粒子１６はＸ−Ｙ走査アーム１９によってＸ方向及びＹ方向に走査しながら噴出される。
【００３６】
また、タンク２１には、配線層を構成する金属膜の種類に応じて複数のエッチング液が収容されており、エッチング対象に応じて第２ノズル２２及び第３ノズル２３を切り替えて、対象となる金属膜のみをエッチングするエッチング液を噴出するものであり、この第１の実施の形態においては、Ｃｒをエッチングするフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液と、Ｃｕをエッチングする過硫酸アンモニウムが収容されている。
【００３７】
次に、図３を参照して本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）参照
まず、厚さ２ｍｍのＡｌＮ基板３１上に、厚さ２〜１５μｍ、例えば、１０μｍのポリイミド層３２を成膜したのち、スパッタリング法によって厚さ０．０２〜０．５０μｍ、例えば、０．１μｍのＣｒ層３３、及び、厚さ０．１〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍのＣｕ膜３４を順次堆積させ、次いで、電解メッキ法によって厚さ３〜２０μｍ、例えば、１０μｍのＣｕ層３５を形成したのち、その上にスパッタリング法によって厚さ０．０２〜０．５０μｍ、例えば、０．１μｍのＣｒ層３６を堆積させる。
【００３８】
次いで、フォトレジストを塗布してラインアンドスペースが１０μｍのパターンに成形したフォトレジストマスク３７を設けたのち、図２に示す加工機内に搬入し、第１ノズル２０よりシリカ粒子１６を１〜３０分間、例えば、２分間吹きつけると同時に、第２ノズル２２よりフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液２４を吹きつけることによって、Ｃｒ層３６の露出部をケミカルメカニカルエッチングしてＣｒ層３６をパターニングする。
【００３９】
この場合、メカニカルエッチングに伴ってＣｒ層３６の側面に発生したバリ３８は、同時に吹きつけられるエッチング液２４によって直ちにエッチング除去されるため、図３（ａ）において便宜上記載しているバリ３８が顕著に現れることはない。
【００４０】
図３（ｃ）参照
次いで、エッチング液を切り替えて、第１ノズル２０よりシリカ粒子１６を１〜３０分間、例えば、１０分間吹きつけると同時に、第３ノズル２３より過硫酸アンモニウムからなるエッチング液を吹きつけることによって、Ｃｕ層３５及びＣｕ層３４の露出部をケミカルメカニカルエッチングしてＣｕ層３５及びＣｕ層３４をパターニングする。
【００４１】
図３（ｄ）参照
次いで、再びエッチング液を切り替えて、第１ノズル２０よりシリカ粒子１６を１〜３０分間、例えば、２分間を吹きつけると同時に、第２ノズル２２よりフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液２４を吹きつけることによって、Ｃｒ層３３の露出部をケミカルメカニカルエッチングして最終的な配線層パターンを形成する。
【００４２】
次いで、回路基板を加工機より取り出して、フッ酸処理により残留するシリカ粒子１６を溶解させて除去したのち、フォトレジストマスク３７を除去し、この様な工程を３回繰り返すことによって、３層の配線層からなる薄膜多層回路基板が完成する。
【００４３】
この第１の実施の形態においては、金属膜の除去工程の主要部をメカニカルエッチングによって行うので、サイドエッチングが発生することがなく、高アスペクト比の配線層を形成することができ、且つ、メカニカルエッチングと同時にバリ３８を除去するためのケミカルエッチングを行うので、バリ３８の発生をみることがない。
【００４４】
また、メカニカルエッチングとケミカルエッチングを同時に行うので製造工程が短縮されスループットが向上し、製品の低コスト化が可能になり、さらに、シリカ粒子１６とエッチング液２４とを別のノズルから噴出させるので、夫々の最適条件を選択することができ、加工精度が高まる。
【００４５】
次に、図４及び図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
図４参照
図４は、第２の実施の形態に用いる加工機の概念的構成の説明図であり、その基本的構成は図２に示した第１の実施の形態に用いる加工機と同じであり、金属膜を形成した基板１３は、チャンバー１１内に設けられたスピンコータ１８上に載置される。
【００４６】
しかし、この場合には、タンク２５の配管はＸ−Ｙ走査アーム１９に接続されており、平均粒径が０．０２〜２μｍのシリカ粒子とエッチング液とからなる研磨材混合エッチング液２６がコンプレッサ１４によって圧縮された空気と共にノズル１５から噴出され、メカニカルエッチングとケミカルエッチングとが同時に行われることになり、また、エッチング終了後には、噴出されたシリカ粒子は回収機１７によって吸引され、回収される。
【００４７】
この場合のエッチング工程も、スピンコータ１８を高速で回転した状態で行うものであり、シリカ粒子とエッチング液とからなる研磨材混合エッチング液２６は、Ｘ−Ｙ走査アーム１９によってＸ方向及びＹ方向に走査しながら噴出される。
【００４８】
また、タンク２５には、配線層を構成する金属膜の種類に応じて複数のエッチング液が収容されており、エッチング対象に応じてエッチング液を切り替えて、対象となる金属膜のみをエッチングするエッチング液をＸ−Ｙ走査アーム１９に供給するものであり、第２の実施の形態においては、Ｃｒをエッチングするフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液と、Ｃｕをエッチングする過硫酸アンモニウムが収容されている。
【００４９】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態の製造工程を説明する。
図５（ａ）参照
まず、第１の実施の形態と同様に、厚さ２ｍｍのＡｌＮ基板３１上に、厚さ２〜１５μｍ、例えば、１０μｍのポリイミド層３２を成膜したのち、スパッタリング法によって厚さ０．０２〜０．５０μｍ、例えば、０．１μｍのＣｒ層３３、及び、厚さ０．１〜１．０μｍ、例えば、０．５μｍのＣｕ膜３４を順次堆積させ、次いで、電解メッキ法によって厚さ３〜２０μｍ、例えば、１０μｍのＣｕ層３５を形成したのち、その上にスパッタリング法によって厚さ０．０２〜０．５０μｍ、例えば、０．１μｍのＣｒ層３６を堆積させる。
【００５０】
次いで、フォトレジストを塗布してラインアンドスペースが１０μｍのパターンに成形したフォトレジストマスク３７を設けたのち、図４に示す加工機内に搬入し、ノズル１５よりシリカ粒子と、フェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液を混合させた研磨材混合エッチング液２６を１〜３０分間、例えば、２分間吹きつけることによって、Ｃｒ層３６の露出部をケミカルメカニカルエッチングしてＣｒ層３６をパターニングする。
【００５１】
この場合も、第１の実施の形態と同様に、メカニカルエッチングに伴ってＣｒ層３６の側面に発生したバリは、研磨材混合エッチング液２６に含まれるフェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液によって直ちにエッチング除去される。
【００５２】
図５（ｂ）参照
次いで、エッチング液を切り替えて、ノズル１５よりシリカ粒子と過硫酸アンモニウムを混合させた研磨材混合エッチング液２６を１〜３０分間、例えば、１０分間吹きつけることによって、Ｃｕ層３５及びＣｕ層３４の露出部をケミカルメカニカルエッチングしてＣｕ層３５及びＣｕ層３４をパターニングする。
【００５３】
図５（ｃ）参照
次いで、再びエッチング液を切り替えて、ノズル１５よりシリカ粒子と、フェリシアン化カリウムと水酸化ナトリウムとからなるエッチング液を混合させた研磨材混合エッチング液２６を１〜３０分間、例えば、２分間吹きつけることによって、Ｃｒ層３３の露出部をケミカルメカニカルエッチングして最終的な配線層パターンを形成する。
【００５４】
次いで、回路基板を加工機より取り出して、フッ酸処理により残留するシリカ粒子を溶解させて除去したのち、フォトレジストマスク３７を除去し、この様な工程を３回繰り返すことによって、３層の配線層からなる薄膜多層回路基板が完成する。
【００５５】
この第２の実施の形態においても、金属膜の除去工程の主要部をメカニカルエッチングによって行うので、サイドエッチングが発生することがなく、高アスペクト比の配線層を形成することができ、且つ、メカニカルエッチングと同時にバリを除去するためのケミカルエッチングを行うので、バリの発生をみることがない。
【００５６】
また、メカニカルエッチングとケミカルエッチングを同時に行うので製造工程が短縮されスループットが向上し、製品の低コスト化が可能になり、さらに、一つのノズルを共通で用いているので、サンドブラスト加工機、即ち、エッチング装置の構成を簡素にすることができる。
【００５７】
なお、上記の各実施の形態の説明においては、配線層を構成する金属膜として、Ｃｒ層３３乃至Ｃｒ層３６の４層構造膜を用いているが、この様な４層構造膜に限られるものでなく、単層の配線層でも良く、また、材料としても、Ａｌ系合金等の他の導電材料を用いても良いものであり、材料に応じて選択エッチング液を適宜選択すれば良い。
【００５８】
また、基板及びその上に設ける絶縁層としても、ＡｌＮ基板及びポリイミド層の組み合わせに限られるものではなく、また、薄膜多層回路基板の層数も３層に限られるものではなく、必要とする層数に応じて工程を繰り返す回数を増やせば良いものである。
【００５９】
また、上記の各実施の形態の説明においては、研磨材としてシリカ粒子を用いているが、シリカ粒子に限られるものでなく、シリカと同様にフッ酸に溶解し、且つ、過硫酸アンモニウム等の金属用エッチング液に溶解しないガラス粒子等の他の無機物の粒子を用いても良いものである。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング工程の主要部をメカニカルエッチングで行うので、サイドエッチングが発生することがなく、高アスペクト比の配線層を精度良く形成することができ、高密度実装技術に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に用いる加工機の概念的構成の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に用いる加工機の概念的構成の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の製造工程の説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  金属膜
３  マスク
４  配線層
５  バリ
１１  チャンバー
１３  基板
１４  コンプレッサ
１５  ノズル
１６  シリカ粒子
１７  回収機
１８  スピンコータ
１９  Ｘ−Ｙ走査アーム
２０  第１ノズル
２１  タンク
２２  第２ノズル
２３  第３ノズル
２４  エッチング液
２５  タンク
２６  研磨材混合エッチング液
３１  ＡｌＮ基板
３２  ポリイミド層
３３  Ｃｒ層
３４  Ｃｕ層
３５  Ｃｕ層
３６  Ｃｒ層
３７  フォトレジストマスク
３８  バリ
【図１】
0003593639.tif 000002
【図２】
0003593639.tif 000003
【図３】
0003593639.tif 000004
【図４】
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【図５】
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