(57)【要約】【課題】セミアディティブ工法における給電層除去の目的で用いられるエッチング液を用いたエッチング液の分析により、回路断面形状を短時間で正確に評価するエッチング液分析装置を提供することを課題とする。【解決手段】エッチング液１５の中で回転する回転電極１７と、回転電極を回転させながら移動させるための制御機構１９と、制御機構から送られてくるデータを演算処理するためのデータ処理手段１８とを備えてなり、回転電極は、その回転電極の回転軸１１に近い位置にある第一の回転電極対１２および遠い位置にある第二の回転電極対１３を備えており、回転電極と回転電極対の表面は金属１６で被覆されており、制御機構は、その電極対の電気抵抗値を測定するための電気抵抗測定器を備えていることを特徴とするエッチング液分析装置。【選択図】図３
2015050321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液が、配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定するためのエッチング液分析装置であって、
前記エッチング液の中で回転する回転電極と、
前記回転電極を予め設定した回転数で回転させながら、前記エッチング液の外である初期の位置から下降させて、前記エッチング液の中で下降を停止し、もう１つの予め設定した回転数で回転させるための制御機構と、  
前記制御機構から送られてくるデータを演算処理するためのデータ処理手段と、
前記制御機構と前記データ処理手段を制御するための制御手段とを備えてなり、
前記回転電極は、その回転電極の回転軸に近い位置に第一の回転電極対を、さらに遠い位置に第二の回転電極対を備えており、
前記回転電極と前記回転電極対の表面は金属で被覆されており、
前記制御機構は、前記の回転電極対の電気抵抗値を測定し、記憶してデータをデータ処理手段に送信するための電気抵抗測定器および送信機能を備えていることを特徴とするエッチング液分析装置。
【請求項２】
前記エッチング液は、過酸化水素１〜１００ｇ／Ｌと、硫酸を１〜５００ｇ／Ｌと、添加剤と、を含む水溶液であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング液分析装置。
【請求項３】
前記回転電極の回転数が１００〜５０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング液分析装置。
【請求項４】
前記回転電極上の回転電極対を被覆する金属の厚さが、５０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエッチング液分析装置。
【請求項５】
前記金属が銅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエッチング液分析装置。
【請求項６】
前記回転電極において、前記回転電極の回転軸を中心とする半径１０ｍｍの円内に第一の回転電極対が配置されており、半径１０ｍｍの円を超えて１００ｍｍ未満の円より内側に第二の回転電極対が配置されており、前記第二の回転電極対の端子間に前記第一の回転電極対が配置されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング液分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のエッチング液分析装置を用いて、セミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液が配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定するためのエッチング液分析方法であって、
前記第一の回転電極対と前記第二の回転電極対を前記回転電極に装着し、前記回転電極と装着された回転電極対の表面に金属を被覆する工程と、
前記回転電極を予め設定した回転数で回転させながらエッチング液の中に下降させ、予め設定された位置で下降を停止した後、予め設定したもう１つの回転数で回転させながら、前記回転電極が下降を開始した時点から測定する電気抵抗値が飽和するまで、前記回転電極対の電気抵抗値を測定し記録する工程と、
前記第一の回転電極対と前記第二の回転電極対の電気抵抗値が経時的に変化するまでの時間差を算出し、その値の大きさからエッチング液が配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定する工程とを備えていることを特徴とするエッチング液分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板、半導体パッケージ基板を製造するためのセミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板、半導体パッケージ基板等の回路形成のエッチング液においては、一般に添加剤が用いられる。一般的に、セミアディティブ工法の給電層除去工程のエッチングにおいて、回路上部は液流を妨げるものが少ないため、エッチング液の液流が速い傾向にあり、一方、回路とそれを支持する樹脂との界面近くは回路自体によって、別の回路が隣接するため液の更新が妨げられるため、液流が遅い傾向にある。液流が速い部分は、液の更新が盛んに行われるためエッチングが進み易く、逆に流速が遅い部分はエッチングが進みづらい傾向にある。
【０００３】
このエッチング速度の局部的な差が生じることにより、エッチングを施すことで回路の上部がより速くエッチングされるため、断面形状は矩形から角のとれた丸い形状になる（図１（１）および（３）参照）。回路の角が丸くなり、上面の面積、平坦性が損なわれることは、ワイヤーボンディング等の実装の局面において品質の低下を招くことにつながることから、配線回路の断面形状は矩形に形成されることが望ましい（図１（２）参照）。
【０００４】
エッチング液に添加される添加剤は、このようなエッチングの進み易さのばらつきを抑える目的で使用されており、たとえば特許文献１にある添加剤は、エッチング液の流速の速い部分の銅表面に抑制剤が吸着することによって回路の角部分のエッチングを抑制し、断面形状を矩形に形成するというメカニズムになっている。
【０００５】
添加剤の濃度測定の手法としては、イオンクロマトグラフィや高速液体クロマトグラフィ等が使用されている。これらは、筒状の容器に固定相（充填剤）を詰めて、ある化合物を含む移動相に流すことでその化合物の精製や同定・定量などの分析を行なうものである。移動相に含まれるいくつかの化合物と固定相との相互作用による流出速度の差によって、物質を分離する方法である。
【０００６】
このような手法で添加剤の各成分濃度を測定することはできるが、分析に長時間を要する。また、各成分の濃度が管理範囲内でも、形成した回路の角が丸くなる場合もある。つまり、添加剤濃度を測定するだけでは、配線回路の断面形状を矩形に形成できるかどうかについては必ずしも判定できるものではなく、そのような判定が可能となる分析手段の確立が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４３０９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、エッチング液の経時変化等により発生する、配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを正確かつ迅速に評価することができるエッチング液分析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、セミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液が、配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定するためのエッチング液分析装置であって、
前記エッチング液の中で回転する回転電極と、
前記回転電極を予め設定した回転数で回転させながら、前記エッチング液の外である初期の位置から下降させて、前記エッチング液の中で下降を停止し、もう１つの予め設定した回転数で回転させるための制御機構と、  
前記制御機構から送られてくるデータを演算処理するためのデータ処理手段と、
前記制御機構と前記データ処理手段を制御するための制御手段とを備えてなり、
前記回転電極は、その回転電極の回転軸に近い位置に第一の回転電極対を、さらに遠い位置に第二の回転電極対を備えており、
前記回転電極と前記回転電極対の表面は金属で被覆されており、
前記制御機構は、前記の回転電極対の電気抵抗値を測定し、記憶してデータをデータ処理手段に送信するための電気抵抗測定器および送信機能を備えていることを特徴とするエッチング液分析装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記エッチング液は、過酸化水素１〜１００ｇ／Ｌと、硫酸を１〜５００ｇ／Ｌと、添加剤と、を含む水溶液であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング液分析装置である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記回転電極の回転数が１００〜５０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング液分析装置である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記回転電極上の電極対を被覆する金属の厚さが、５０ｎｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエッチング液分析装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記金属が銅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエッチング液分析装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記回転電極において、前記回転電極の回転軸を中心とする半径１０ｍｍの円内に第一の回転電極対が配置されており、半径１０ｍｍの円を超えて１００ｍｍ未満の円より内側に第二の回転電極対が配置されており、前記第二の回転電極対の端子間に前記第一の回転電極対が配置されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング液分析装置である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の分析装置を用いて、セミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液が配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定するためのエッチング液分析方法であって、
前記第一の回転電極対と前記第二の回転電極対を前記回転電極に装着し、前記回転電極と装着された回転電極対の表面に金属を被覆する工程と、
前記回転電極を予め設定した回転数で回転させながらエッチング液の中に下降させ、予め設定された位置で下降を停止した後、予め設定したもう１つの回転数で回転させながら、前記回転電極が下降を開始した時点から測定する電気抵抗値が飽和するまで、前記回転電極対の電気抵抗値を測定し記録する工程と、
前記第一の回転電極対と前記第二の回転電極対の電気抵抗値が経時的に変化するまでの時間差を算出し、その値の大きさからエッチング液が配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定する工程とを備えていることを特徴とするエッチング液分析方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエッチング液分析装置および分析方法を用いてエッチング液の分析を行うことにより、プリント基板、半導体パッケージ基板等の配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを短時間で正確に判定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】給電層除去工程前後の断面形状の例を説明する概略断面図であり、（１）は給電層を除去する前の状態、（２）は配線回路の断面形状が矩形に保たれたまま給電層が除去された状態、（３）は給電層を除去した後、配線回路の断面形状の角が丸くなった状態、をそれぞれ示している。
【図２】本発明のエッチング液分析装置で使用する回転電極の表面の電極のレイアウトの一例を示す概略上面図である。
【図３】本発明のエッチング液分析装置で使用する回転電極の一例を説明する概略図であり、（１）は回転電極の概略断面図、（２）は回転電極と回転電極の側面に形成された外部との接続の為の電極とその外部との接続電極を介して電気抵抗測定器が接続された状況を示した概略鳥瞰図、（３）は回転電極をエッチング液中に入れて測定している状況を示す概略図、である。
【図４】本発明のエッチング液分析装置の構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のエッチング液分析装置について説明する。本発明のエッチング液分析装置は、セミアディティブ工法における給電層除去工程に使用するエッチング液が、配線回路の断面形状を矩形に形成できるか否かを判定するための分析装置であり、回転電極の回転軸１１に近い位置にある第一の回転電極対１２と、遠い位置にある第二の回転電極対１３とから構成されてなるものである。さらにこれら２つの電極対を表面に有する回転電極１７の表面と、これら２つの電極対の表面をスパッタにより金属１６で被覆したものを電気抵抗測定器３０に接続し、回転させながらエッチング液に浸漬して、前記２つの電極対上の金属１６がエッチングにより除去され、それぞれの抵抗値が変化するまでにかかる時間の差をもって、エッチング液によって加工される配線回路の断面形状を矩形にできるか否か判定するものである。第一の回転電極１２は、回転電極の回転軸１１の近傍に配置されることで、エッチング処理におけるエッチング液１５の流速の遅い部分を再現し、その位置における電気抵抗値を計測するために設けられるものである。第一の回転電極１２の配置位置としては、回転電極の回転軸１１を中心とした近傍が好ましく、特に、回転電極の回転軸１１を中心とする半径１０ｍｍの円内に配置されることが、エッチング液の流速の遅い部分を再現する上で望ましい。  また、第二の回転電極１３は、回転電極の回転軸１１に対して、外周部に配置されることで、エッチング処理におけるエッチング液１５の流速の速い部分を再現した位置における電気抵抗値を計測するために設けられるものである。第二の回転電極１３の配置位置としては、回転電極の回転軸１１に対して、外周に当たる位置が好ましく、特に、回転電極の回転軸１１を中心として、半径１０ｍｍを超え、半径１００ｍｍ未満の円内に配置されることがエッチング液の速い流速を安定して再現する上で好ましい。
なお、第一の回転電極対１２と第二の回転電極対１３を構成する電極の大きさ、形状、電極間の距離などは、同一のものである。これは、第一の回転電極対１２で測定される電気抵抗値と第二の回転電極対１３で測定される電気抵抗値を比較できるようにするためである。また第二の回転電極対１３の電極間には、第一の回転電極対１２が配置されていない。
【００１９】
本発明のエッチング液分析装置の特徴は、回転電極１７の表面に２つの電極対を有し、第一の回転電極対１２は回転電極の回転軸１１付近に、第二の回転電極対１３は回転電極
の回転軸から離れた外周付近に、それぞれ配置されており、金属１６をスパッタ等により、これらの電極対の表面を被覆するように形成し、電極対を電気抵抗測定器３０に接続して使用する。
【００２０】
回転電極の回転軸１１付近はエッチング液１５の低流速部を、また外周付近はエッチング液１５の高流速部を、それぞれ再現したものである。低流速部は回路と回路の狭間や、回路を支持する樹脂と回路の界面付近の液の更新が遅い部分に相当し、高流速部は回路の上部の液の更新が速い部分に相当する。このため、回転電極１７の回転速度は、実際のエッチング処理時の液流の速さを再現できるのが望ましいが、一般に実測が難しいので、実ラインでのエッチング結果と照らし合わせながら、回転速度を変えて測定し、もっとも実状に近い回転速度を見出せばよい。一度条件が見つかれば、液の組成や添加剤の配合、スプレー条件等を変えない限り同じ条件で分析することができる。
【００２１】
さらに、回転電極の回転軸１１に近い位置にある第一の回転電極対１２と、遠い位置にある第二の回転電極対１３と、それらの回転電極対を表面に有する回転電極１７の表面を金属１６で被覆する。通常、配線回路の材料として銅が使用されるので、金属１６としては銅を好適に使用することができるが、これに限定するものではない。また、図２と図３に、長方形の第一の回転電極対１２と第二の回転電極対１３が回転電極１７の円盤状の電極の上に立てられており、第一の回転電極対１２が回転電極の回転軸１１を挟んで立てられ、第二の回転電極対１３はその円盤状の電極の外周部に、第一の回転電極対１２と平行に備えられている状況を示しているが、これに限定するものではない。第一の回転電極対１２がエッチング液の流速が遅い状況に、また第二の回転電極対１３がエッチング液の流速が速い状況に備えられ、電極対を構成する電極の寸法と一対の電極間の距離が同じであれば、どのように配置されていても良い。
【００２２】
回転電極１７の２つの電極対にテスターなどの電気抵抗測定器３０を接続して、回転電極１７を回転させながらエッチング液に浸漬し、これらの電極対に被覆された金属１６をエッチングする。金属１６のエッチングが進むと電極対で測定される電気抵抗値が経時的に増加してゆく。金属１６のエッチングの進み具合が異なると、測定される電気抵抗値も異なってくる。例えば、金属１６が速くエッチングされる場合は、電気抵抗値は経時的に早く増加するし、逆に遅くエッチングされる場合は、電気抵抗値の経時的増加も遅くなる。電気抵抗値の変化する時間差を評価する方法は１つではないが、例えば、初期の電気抵抗値から変化して行き、エッチングが進むに連れて電気抵抗値は増加してゆくが、最終的には金属がエッチング除去され、電極対の端子間の金属が不連続になった時点で飽和する状況に近づき、それ以降はある一定値に徐々に近づき飽和するようになる。その電気抵抗値が飽和するに至る時間差をもって評価することが可能である。
【００２３】
回転電極の回転軸１１に近い第一の回転電極対１２とその回転軸から離れた第二の回転電極対１３とから得られた電気抵抗値の変化する時間差が０か十分に小さい場合は、配線回路の断面形状を矩形に形成できると判定し、抵抗値の変化する時間差が大きい場合は、配線回路の断面形状は角が丸くなる、といった不具合が起こるものと判断することが経験的に可能である。その時間差の大小の判断は、配線回路のピッチ・高さ、エッチング液の各成分の濃度、エッチング液の疲労度、液温、スプレー条件などにより異なってくるので、実ラインでのデータを蓄積して、それぞれの配線回路設計、液・スプレー条件別に設定しておく必要がある。
【００２４】
測定は、回転電極１７が初期位置から下降を開始し、エッチング液１５の中に入って下降を停止するまでを含む、少なくとも１秒間以上であり、金属１６が回転電極の回転軸１１に近い第一の回転電極対１２およびその回転軸から離れた第二の回転電極対１３の表面からエッチング除去されて、これらの電極対で測定される抵抗値が飽和するまで通して測定を行なうものであり、短時間であるほど好ましい。通常２０秒間から２分間程度である。
【００２５】
回転電極１７の回転数は、１００〜５０００ｒｐｍの範囲が好ましい。回転電極の回転数が１００ｒｐｍ未満の場合、回転による液流が生じにくく、エッチング液１５の流速の遅い部分を再現することが困難となる。また、回転電極の回転数が５０００ｒｐｍを超える場合、エッチング液１５の流速が急速となり、回転時に安定した抵抗値計測が困難となってしまう。  さらに、回転電極１７がエッチング液１５に進入する際の回転数は、進入の際にエッチング液が液面から飛散しない程度の低回転数に設定することが望ましく、回転電極１７の降下中に所望の回転数に調整する。回転電極１７の表面に設けられている、第一の回転電極対１２と第二の回転電極対１３の材料としては、白金が通常用いられる。
【００２６】
これらの電極対の表面は、金属１６で被覆されており、その金属１６としては、配線回路と同一の材料を用いることが好ましい。配線回路が銅の場合、電極対を被覆する材料としては銅を用いることが好ましい。回転電極の回転軸１１に近い第一の回転電極対１２を被覆する金属の厚さは、エッチング処理によって、抵抗値変化の確認ができる厚さにする必要がある。この被覆される厚さは、通常５０ｎｍから０．１ｍｍ程度であることが好ましく、特に、０．１〜５μｍであることが望ましい。被覆される金属が５０ｎｍ未満である場合には、被覆される金属がエッチング液によって瞬時にエッチングされてしまうため、安定した状態で抵抗値変化を確認することが困難となる。  一方、被覆される金属が０．１ｍｍを超える場合には、エッチング液による被覆される金属の変化が緩やかに進行するため、抵抗値変化量が少なく、回転電極対における抵抗値が飽和するまでの変化の時間が長く必要となる測定上効率的ではない。また、被覆する方法はスパッタ、蒸着、無電解めっき、または電解めっきを選択することができるが、これらの形成方法に限定されるものではない。
【００２７】
本発明のエッチング液分析装置は、図４に示すように、エッチング液容器１４と、回転電極１７と、回転電極の上下動作などの位置制御と回転数制御を行う機能と、電気抵抗測定器などを備えていて電気抵抗を測定して記憶し、そのデータをデータ処理手段１８に送信する機能を持つ制御機構１９と、制御機構１９から送信された電気抵抗値の測定データを取り込んで演算処理し、その演算結果を表示するデータ処理手段１８と、制御機構１９の動作条件設定とエッチング液分析装置全体を制御する制御手段２０とを備えて構成されている。
【実施例】
【００２８】
上記エッチング液の分析方法および分析装置を用いて、エッチング処理に用いられていない新しいエッチング液（新液とも言う。）と配線回路の断面形状を矩形に形成できないエッチング液の分析を行った。
【００２９】
新液の組成は、過酸化水素２０ｇ／Ｌ、濃硫酸９０ｇ／Ｌ、銅濃度３０ｇ／Ｌとし、添加剤としてアゾール類を２ｍＬ／Ｌ添加したものを用いた。配線回路の断面形状を矩形に形成できないエッチング液には、上記新液を使って銅のエッチングを行い、銅濃度を２．５ｇ／Ｌまで増加させた（銅濃度３２．５ｇ／Ｌ）後、銅濃度の補正をして３０ｇ／Ｌに戻す操作を３回繰り返した。補正を行ってから毎回、１４日間放置した。その後、給電層のエッチング処理を行い、配線回路断面形状が角の取れた形状になることを予め確認したものを用いた。
【００３０】
ここで、新液および配線回路の断面形状を矩形に形成できないエッチング液の添加剤濃度について、高速液体クロマトグラフィを用いて測定すると、どちらもほとんど同じ値を示した。
【００３１】
次にまず、本発明のエッチング液分析装置のエッチング液容器１４に、新液を満たし、回転電極１７上に５００ｎｍ厚の銅１６を被覆して、回転電極１７の回転数を、回転電極降下前を１００ｒｐｍ、回転電極降下が完了した以降の回転数を１５００ｒｐｍにそれぞれ設定した。
【００３２】
次に前記設定の通りに回転電極を回転させながら、新液および配線回路の断面形状を矩形に形成できないエッチング液に浸してエッチングと抵抗測定を同時に行い、２つの電極対の抵抗変化時間の差を算出した。
【００３３】
上記の測定の結果、新液においては２つの電極対の抵抗変化時間の差は１秒以内であったが、配線回路の断面形状を矩形に形成できないエッチング液においては３０秒の差がみられた。これにより、配線回路の断面形状の違いが、抵抗変化時間の差として観測されることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の成果としてのエッチング液分析装置１００は、エッチング流速の違いを利用してエッチングレートを操作する機能を有する添加剤を使用したエッチング液の品質の評価に汎用的に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１：配線回路
２：給電層
３：絶縁樹脂
１１：回転電極の回転軸
１２：第一の回転電極対
１３：第二の回転電極対
１４：エッチング液容器
１５：エッチング液
１６：金属
１７：回転電極
１８：データ処理手段
１９：制御機構
２０：制御手段
３０：電気抵抗測定器
１００：エッチング液分析装置
【図１】
2015050321.tif 000003
【図４】
2015050321.tif 000004
【図２】
2015050321.tif 000005
【図３】
2015050321.tif 000006