(57)【要約】  プリント回路基板の製造工程におけるマイクロビアの形成を評価する方法及びシステムであり、ある実施形態では、マイクロビア開口部が、多層プリント回路（ＰＣＢ）基板の上面誘電層に開通して穿孔され、導電層における捕獲パッドに至るマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板にデスミア処理が施され、前記マイクロビア開口部の底面に汚染物が発見されたか否かを検知するためにマイクロビア開口部内の捕獲パッドに、逐次電気化学的還元分析が施される。汚染物が発見された場合には、プリント回路基板の製造工程を中止し、プリント回路基板を修正するための是正処置を取ることにより汚染の原因を追究する。汚染物が発見されなかった場合には、電解めっきを施した無電極シード層を用いて、プリント回路基板内のマイクロビアにめっき処理を施す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層プリント回路基板の上面誘電層に開通するマイクロビア開口部を穿孔する工程と、
導電層における捕獲パッドに至るマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板にデスミア処理を施す工程と、
前記マイクロビア開口部に汚染物が発見されたか否かを検知するために前記マイクロビア開口部内の前記捕獲パッドに、逐次電気化学的還元分析を施す工程とを含む方法。
【請求項２】
前記マイクロビア開口部において汚染物が発見されたと検知した場合には、
プリント回路基板の製造工程を中止する工程と、
プリント回路基板の製造工程を修正するための是正処置を取る工程と、
プリント回路基板の製造工程を再開する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マイクロビア開口部において汚染物が発見されなかったと検知した場合には、
シード層を用いて、多層プリント回路基板に無電解めっき処理を施す工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記汚染物は、酸化銅、酸化第二銅、及び硫化第一銅のうちの１つである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロビア開口部はテストマイクロビア用の開口部であり、その径は、インターコネクトマイクロビア用のマイクロビア開口部の径よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記捕獲パッドはテストマイクロビア用のパッドであり、その面積は、インターコネクトマイクロビア用の捕獲パッドの面積より大きい請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記穿孔工程は、レーザーを用いてマイクロビア開口部を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上面誘電層と下部誘電層との間に挟まれ、且つ、マイクロビアにおける捕獲パッドを有する内部導電層を備える多層プリント回路基板を提供する工程と、
上面誘電層から捕獲パッドにかけて貫通するマイクロビア開口部を穿孔する工程と、
捕獲パッドに至るマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板にデスミア処理を施す工程と、
マイクロビア開口部に逐次電気化学的還元分析を施す工程と、
プリント回路基板の製造工程において、マイクロビアの製造が、逐次電気化学的還元分析に対応して継続して完了したか否かを決定する工程とを含む方法。
【請求項９】
前記決定工程は、前記マイクロビア開口部における捕獲パッドに、汚染物があるか否かを決定する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記汚染物は、酸化銅、酸化第二銅、及び硫化第一銅のうちの１つである請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プリント回路基板の製造工程におけるマイクロビアの製造を完了させるために継続すると決定する前記方法は、無電解シード層に電解めっきを施した無電解シード層を用いて、マイクロビア開口部にめっき処理を施す工程をさらに有する請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
プリント回路基板の製造工程を継続しないと決定する前記方法は、
プリント回路基板の製造工程を中止させる工程と、
プリント回路基板の製造工程を修正するための是正処置を取る工程と、
プリント回路基板の製造工程を再開させる工程とを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
多層プリント回路基板を解体することをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記穿孔工程は、レーザーを用いてマイクロビア開口部を形成する請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
はんだバンプを備える集積回路を、多層プリント回路基板の上面に積載する工程と、
はんだボールを、前記多層プリント回路基板の下面に連結する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記集積回路を、前記集積回路と前記多層プリント回路基板の上面との間のアンダーフィル材料をアンダーフィルすることをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記集積回路の上面と、前記多層プリント回路基板の上面に設けられた封止材を用いて、前記集積回路と多層プリント回路基板を封止することをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロビアは、マイクロビア開口部及び捕獲パッドを有するテストマイクロビアであり、テストマイクロビアの寸法は、インターコネクトマイクロビアの寸法よりも大きい請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
導電層における捕獲パッド上の誘電層に設けられたマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板と、
前記捕獲パッドにおけるマイクロビア開口部の汚染物を判定する逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）装置とを備え、
前記ＳＥＲＡ装置は、
マイクロビア開口部周辺の多層プリント回路基板と連結する開口部を有する容器と、
前記容器開口部の先端と多層プリント回路基板の間を液体シールにより接合するＯリングシールと、
前記捕獲パッドと接触し、多層プリント回路基板の真上に位置する状態で、前記容器
内にある還元溶液と、
一端部が前記還元溶液に向けて伸びた基準電極と、
一端部が前記還元溶液に向けて伸びた作用電極と、
前記捕獲パッド、前記基準電極、及び前記作用電極に電気的に連結され、分析器から
作用電極、還元溶液、捕獲パッドへと流れ、分析器に戻ってくる回路に試験電流を生
成し、且つ、試験電流が流れる時間と共に、捕獲パッドと基準電極との間の電極電位を
測定し記録する分析器とを備えるシステム。  
【請求項２０】
試験電流により、捕獲パッドに汚染物の逐次電気化学的還元が生じる請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記汚染物は、酸化銅、酸化第二銅、及び硫化第一銅のうちの１つまたはそれ以上を含む酸化銅状のものである請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記分析器は、前記捕獲パッド及び前記基準電極との間の電極電位を測定するための試験電流及び電圧メータを生成する電源電流を有する請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記還元溶液は、塩化カリウム溶液である請求項１９に記載のシステム。  
【請求項２４】
前記還元溶液は、塩化ナトリウム溶液である請求項１９に記載のシステム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、プリント回路基板の製造に関し、特に、ＰＣＢ基板におけるマイクロビアの形成工程に係わる評価を行うことに関する。
【背景技術】
【０００２】
回路密度がより高い集積回路を製造する技術が急速に変化するにつれ、回路密度が高いプリント回路基板（プリント配線板とも称す。）を製造する技術が徐々に進化している。多層プリント回路基板としては、例えば、銅などの導電体を素材とする多層構造の導体配線層を有するものが一般的である。
【０００３】
プリント回路基板の製造における技術開発の１つとして、マイクロビア（Ｍｉｃｒｏ-ｖｉａあるいはＭｉｃｒｏｖｉａ（時には、略してｕＶｉａと称す。））が挙げられる。マイクロビアは、プリント回路基板の外部導電層と外部導電層から最も近い内部導電層とを連結するための孔あるいは開口部である。マイクロビア及びマイクロビアと連結するパッドの両者の径が小さく、設計者はプリント回路基板の回路密度を高くすることができるため、これに伴い、電子製品をコンパクト化すること、また、コストを下げることが可能となる。  
【０００４】
マイクロビアにより回路密度が高くなる一方、多層プリント回路基板の製造が複雑化するため、マイクロビアの信頼性がとても重要となる。マイクロビアの信頼性試験は、通常、プリント回路基板の製造工程の最終ライン（ＥＯＬ）にて行われるのが一般的であったが、マイクロビアの不良品を修正する是正措置を取るには、この段階では遅すぎる。すなわち、最終ライン（ＥＯＬ）において、プリント回路基板が欠陥のあるマイクロビアを有する場合、このようなプリント回路基板は解体しなければならない。
【０００５】
また、プリント回路基板が、高熱衝撃による応力を受けた場合、マイクロビア内の層と層との接合部分が脆いため、このような接合部分に、亀裂が生じ、層が剥れ、孔が開いてしまう。接合部分が脆い通常の理由は、マイクロビアにデスミア処理を施した後、マイクロビアの底面におけるレジンの残留、あるいは銅パッドの酸化現象により、マイクロビアの底面が汚染されてしまうためである。
【０００６】
従来、プリント回路基板の製造工程の最終ラインの手前で、マイクロビアの汚染、及び汚染問題を、リアルタイムで検知できるモニタはごく僅かしかなかった。すなわち、従来では、無電解（「Ｅｌｅｓｓ」）めっきを施す前に、マイクロビアパッドの汚染を検知するインラインモニタがなかった。また、マイクロビアの信頼性を検知する近年のモニタである「ビアポップ（Ｖｉａ  Ｐｏｐ）」及び「Ｒ-シフト（Ｒ-Ｓｈｉｆｔ）」は、通常、プリント回路基板の製造工程の最終ライン（ＥＯＬ）において使用されるため、汚染問題などのエクスカーションをリアルタイムで検知することが難しかった。「ビアポップ」は、マイクロビアが形成され、デスミア処理され、めっきされ、その後、剥離される状態をモニタリングする。良品のマイクロビアが捕獲パッドに適切に接着される場合に比べ、汚染された不良品のマイクロビアが捕獲パッドに適切に接着されない場合は、マイクロビアが破損する確立が高い。一方、「Ｒ-シフト（レジスタンスシフト）」は、プリント回路基板の製造工程の最終ライン（ＥＯＬ）にて、プリント回路基板が応力を受ける状態をモニタリングする。プリント回路基板に応力が負荷される前後におけるマイクロビアの抵抗値を測定し、この両者の抵抗値に１０％以上の差が生じた場合は、マイクロビアを型に取り付けた際に、マイクロビアの層が剥離すること、また、マイクロビアの信頼性が欠けてしまう高いリスクが生じるものと考えられる。通常、マイクロビアの形成工程が完了後、このマイクロビアをプリント回路基板に取り付ける製造工程の最終ライン（ＥＯＬ）に達するまでに４〜５週間必要とされる。また、近年のインラインモニタは、マイクロビアの汚染問題を常に検知しているわけではなく、製造工程の最終ライン（ＥＯＬ）において、百万個に一個の割合にて不良品を検知するのみであり、マイクロビアのあらゆる汚染物を検知できるわけではない。
【０００７】
マイクロビアの信頼性に関しては、不良品の発生を検知するために、プリント回路基板の製造ラインを止めなければならないという問題がつきものである。また、品質の悪い商品をエンドユーザに納品し、事業に失敗した場合は、企業の品質基準に大きなダメージを被る。  
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】マイクロビアを備える多層プリント回路基板の典型例を上から見た図である。
【０００９】
【図１Ｂ】マイクロビアを備える多層プリント回路基板を有するパッケージ集積回路の典型例の断面図である。
【００１０】
【図２Ａ】多層プリント回路基板におけるマイクロビアを上から見た拡大図である。
【００１１】
【図２Ｂ】多層プリント回路基板におけるマイクロビアの断面を示す拡大図である。
【００１２】
【図３】本発明の実施形態におけるマイクロビアの形成方法に係わる機能ブロック図である。
【００１３】
【図４Ａ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１４】
【図４Ｂ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１５】
【図４Ｃ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１６】
【図４Ｄ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１７】
【図４Ｅ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１８】
【図４Ｆ】マイクロビアの構造形成の断面を示す拡大図である。
【００１９】
【図５】逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）を使用したデスミア処理後、異なるそれぞれの時間における銅酸化の測定結果を示す曲線グラフである。
【００２０】
【図６】逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）を使用して汚染を検知する測定結果の典型例を示す曲線グラフである。
【００２１】
【図７】逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）を使用して、汚染されたマイクロビアと汚染されていないマイクロビアの測定結果を示す２つの曲線グラフである。
【００２２】
【図８】マイクロビアにおける汚染物を検知するために使用される逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）システムの典型例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態における詳細な説明にて、本発明を理解するための様々な詳細事項を述べるが、本発明はこれらに限定しなくても実施可能であることが当業者にとって明らかである。その他、本発明の実施形態の概念を不要に不明瞭としないために、本発明の実施形態に関係のない公知の方法、手順、部品、及び回路については詳細には述べない。  
【００２４】
本発明の実施形態においては、通常、逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）を使用して、多層プリント回路基板の基板製造工程におけるマイクロビアの信頼性をモニタリングする。ＳＥＲＡは、通常、プリント回路基板の接触表面及び貫通穴のはんだ付け性、及び集積回路のワイヤボンドパッドに対するワイヤボンディング性が予測可能である様々なコーティングパラメータを決定するために使用される電気化学プロセスである。通常、テストピースにおける狭い特定の領域は絶縁されており、表面種を酸化させるために電流が印加される。時間の経過と共に電圧を記録し、グラフ上における平坦域が生じた個所が、酸化現象が現れたことを示す。電圧のレベルにより、現在の状況及び各レベルにおいて測定された時間が特定できる。電圧レベルと経過時間との対応関係を示すグラフより、コーティング汚染、コーティング厚さの問題、及びコーティング気孔率、あるいは構造上の問題を検知してもよい。従来から、ＳＥＲＡ計測法は、酸化還元反応を利用して、酸化物、硫化物、レジンの残留などの表面状態を検知し数量化するための表面分析機器として考えられていた。ＳＥＲＡは、有機汚染、及び酸化銅（酸化銅ＣｕＯ及び酸化二含銅Ｃｕ２Ｏ）を検知するために使用できるためとても定評がある。現在、ＳＥＲＡは、マイクロビアの信頼性に係わるインライン計測法における破壊計測技術あるいは非破壊計測技術として使用される。
【００２５】
本発明の一実施形態における方法は、多層プリント回路基板の上面誘電層に開通するマイクロビア開口部を穿孔する工程と、導電層における捕獲パッドに至るマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板にデスミア処理を施す工程と、マイクロビア開口部に汚染物が発見されたか否かを検知するためにマイクロビア開口部内の捕獲パッドに、逐次電気化学的還元分析を施す工程とを含む。汚染物が発見された場合には、プリント回路基板の製造工程を中止する工程と、プリント回路基板を修正するための是正処置を取る工程と、プリント回路基板の製造工程を再開する工程とを有してもよい。汚染物が発見された場合、さらにまた、多層プリント回路基板を解体する工程を有してもよい。尚、マイクロビア開口部に汚染物が発見されない場合は、無電解シード層に電解めっきを施した後、シード層を用いて、多層プリント回路基板に無電解めっきを施す工程をさらに有してもよい。
【００２６】
本発明のその他の実施形態における方法は、上面誘電層と下部誘電層との間に挟まれ、且つ、マイクロビアにおける捕獲パッドを有する内部導電層を備える多層プリント回路基板を提供する工程と、上面誘電層から捕獲パッドにかけて貫通するマイクロビア開口部を穿孔する工程と、捕獲パッドに至るマイクロビア開口部を有する多層プリント回路基板にデスミア処理を施す工程と、マイクロビア開口部に逐次電気化学的還元分析を施す工程と、プリント回路基板の製造工程において、マイクロビアの製造工程が、逐次電気化学的還元分析に対応して継続して完了したか否かを決定する工程とを含む。プリント回路基板の製造工程において、マイクロビアの製造が、逐次電気化学的還元分析に対応して継続していないことが決定された場合には、プリント回路基板の製造工程を中止させる工程と、プリント回路基板の製造工程を修正するための是正処置を取る工程と、プリント回路基板の製造工程を再開させる工程とを含む。また、汚染物が発見された場合は、多層プリント回路基板を解体する工程をさらに含んでもよい。  
【００２７】
さらにまた、他の実施形態においては、多層プリント回路基板と、逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）装置を有するシステムを提供する。多層プリント回路基板は、誘電層に形成され、且つ、導電層における捕獲パッドの上に至るまで開口したマイクロビア開口部を有する。ＳＥＲＡ装置は、捕獲パッドのマイクロビア開口部が汚染されているか否かを判定するために使用され、また、容器、Ｏリングシール、容器に注入された還元溶液、基準電極、作用電極、及び分析器を備える。容器は、多層プリント回路基板におけるマイクロビア開口部の周辺部と連結するための開口部を有する。Ｏリングシールは、容器開口部の先端と、多層プリント回路基板とを連結するための液体シールである。容器内の還元溶液は多層プリント回路基板の真上に位置し、マイクロビア開口部における捕獲パッドは還元溶液と接触する状態となる。基準電極の一端部、及び作用電極の一端部は還元溶液に向けて伸びており、分析器は、捕獲パッド、基準電極、及び作用電極と電気的に接触する。分析器は、分析器、作用電極、還元溶液、及び捕獲パッドで構成される回路において、分析器から作用電極、還元溶液、捕獲パッドへと流れ、分析器に戻ってくる試験電流を生成する。分析器は、試験電流が流れる時間と共に、捕獲パッドと基準電極との間の電極電位を測定し記録する。試験電流により、捕獲パッド上に、汚染物質の逐次電気化学的還元が生じる。汚染物は、酸化銅、酸化第二銅、及び硫化第一銅のうちの１つまたはそれ以上を含む酸化銅状のものである。還元溶液は、塩化カリウム溶液、塩化ナトリウム溶液、あるいはこれら以外の他の還元溶液であってもよい。    
【００２８】
図１Ａに、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）１００Ａを上から見た図を示す。プリント回路基板１００Ａは、マイクロビア１０２Ａ〜１０２Ｉ（一般的にマイクロビア１０２と称す。）及び回路部品１０４Ａ〜１０４Ｃを備える。回路部品１０４Ａ〜１０４Ｃは、集積回路、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、トランス、あるいは、他の受動／能動電子回路部品であってもよい。マイクロビア１０２Ａ〜１０２Ｉの大部分を、マイクロビア１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｄ、及び１０２Ｇ〜１０２Ｉのように、金属と金属とを実際に相互接続させるために最小次元で形成してもよい。これらのマイクロビアは、インターコネクトマイクロビア（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｍｉｃｒｏｖｉａｓ）と称す。
【００２９】
１つまたはそれ以上のマイクロビアは、図１Ａに示すマイクロビア１０２Ｃ、１０２Ｅ、及び１０２Ｆのようにテストモニタとして使用するために、インターコネクトマイクロビアよりも寸法上大きくてもよい。これらのマイクロビアを、テストマイクロビア（ｔｅｓｔ  ｍｉｃｒｏｖｉａｓ）と称す。これらのテストマイクロビアを、それぞれ、プリント回路基板１００Ａ上の異なる様々な位置に配置させることにより、それぞれ異なる位置におけるマイクロビアの信頼性を検知してもよい。例えば、マイクロビア１０２Ｅをプリント回路基板１００Ａの中央に配置させ、マイクロビア１０２Ｆ、１０２Ｃを、プリント回路基板１００Ａのコーナー部に配置させてもよい。技術的に可能であれば、寸法のより大きなテストマイクロビアを用いて、寸法のきわめて小さなインタコネクトマイクロビアをさらに縮小してもよい。すなわち、寸法の大きなマイクロビアであるテストマイクロビアをＳＥＲＡ試験目的として使用する一方、インターコネクトマイクロビアのサイズを縮小してもよい。プリント基板回路は、一般的に、多様性のマイクロビアを備えてもよい。プリント回路基板全体における全てのマイクロビアの信頼性に係わる特性を明らかにするために、少数のテストマイクロビアを、統計サンプルとして使用し試験してもよい。
【００３０】
図１Ｂは、パッケージ集積回路１１０を示す。パッケージ集積回路１１０は、インターコネクトマイクロビア１１２Ａ及びテストマイクロビア１１２Ｂ（一般的に、マイクロビア１０２と称す。）を備える多層ＰＣＢ１００Ｂを有する。テストマイクロビア１１２Ｂは、インターコネクトマイクロビア１１２Ａよりも大きくてもよい。パッケージ集積回路１１０は、さらにまた、ＩＣダイ１１４、ＩＣダイ１１４とＰＣＢ基板１００Ｂを連結するはんだバンプ１１５、及びプリント回路基板１００Ａのようなより大きなプリント回路基板に連結されたはんだボール１１６をさらに備えてもよい。パッケージ集積回路１１０は、前述した図１Ａにおける回路部品１０４Ａ〜１０４Ｃの１つであってもよい。パッケージ集積回路１１０は、ＩＣダイ１１４とＰＣＢ基板１００Ｂとの間に設けられたアンダーフィル材料１１７（エポキシなど）と、ＩＣダイ１１４及びＰＣＢ基板１００Ｂを覆うことでＩＣダイ１１４とＰＣＢ基板１００Ｂを物理的ダメージから保護するための封止材１１８とをさらに備えてもよい。
【００３１】
ＰＣＢ基板１００Ｂは、基板あるいはプリント回路基板としてもよい。いずれにしても、プリント回路基板１００Ｂは、上面と、上面に対向する底面を備える。ＰＣＢ基板１００Ｂは、誘電層に相互接続されたマイクロビアに加え、経路トレース（ｒｏｕｔｉｎｇ  ｔｒａｃｅｓ）、パワープレーン（ｐｏｗｅｒ  ｐｌａｎｅｓ）、グランドプレーン（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅｓ）などを１つまたはそれ以上の層の上に備えてもよい。  
【００３２】
集積回路１１４は、複数のはんだバンプ１１５によりＰＣＢ基板１００Ｂの上面に取り付けられる。はんだバンプ１１５は、一般にＣ４（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｃｏｌｌａｐｓｅ  ｃｈｉｐ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）と称するプロセスにて、集積回路１１４とＰＣＢ基板１００Ｂと間に２次元配列にて配置されてもよい。導電体であるはんだバンプ１１５は、集積回路１１４とＰＣＢ基板１００Ｂと間に電流を流すことが可能である。  
【００３３】
複数のはんだボール１１６は、ＰＣＢ基板１００Ｂの底面に取り付けられる。はんだボール１１６がリフローされることにより、パッケージ集積回路１１０が、例えば、プリント回路基板１００Ａのような他のプリント回路基板に取り付けられる。ＰＣＢ基板１００Ｂは、導電層と相互接続するマイクロビアに加え、ＰＣＢ基板１００Ｂの上面のはんだバンプ１１５を、ＰＣＢ基板１００Ｂの底面のはんだボール１１６に電気的に接続する経路トレース、パワープレーン、グランドプレーンなどを含んでもよい。はんだバンプ１１５が、電気的に集積回路１１４に接続すると共に、集積回路１１４が、ＰＣＢ基板１００Ｂの複数の層における経路トレース、パワープレーン、グランドプレーン、及びマイクロビアを介して、ＰＣＢ基板１００Ｂの底面のはんだボール１１６に電気的に接続されてもよい。  
【００３４】
プリント回路基板１００Ａ及び１００Ｂにおけるマイクロビア１０２は、本発明の実施形態に従って分析されるため、確実に形成することが可能である。
【００３５】
図２Ａは、マイクロビア１０２を上から見た拡大図である。マイクロビア１０２は、上から見た図を２次元図でスケッチした場合、正方形、あるいは、伸長した長方形の形状をしているが、製造品として、上から２次元的に見た場合は、より円形状、あるいはコーナー部に丸みのある楕円形の形状をしている。  
【００３６】
マイクロビア１０２は、約２００〜３００ミクロンの長さＤを有するが、技術が進歩するにつれ、長さＤをより短くしてもよい。テストマイクロビアを形成するにあたり、より大きな径を有するマイクロビアを使用することにより、最新のＳＥＲＡ装置を、より小さな径を有するインターコネクトマイクロビア用に使用し続けてもよい。例えば、テストマイクロビアの寸法が２５０ミクロンである一方、インターコネクトマイクロビアの寸法が５０ミクロンと小さくてもよい。但し、両者の寸法上に違いがあっても、構造上は同じとする。
【００３７】
図２Ｂは、マイクロビア１０２を備えるプリント回路基板１００の断面図を示す。プリント回路基板１００は、複数のインターコネクト層２０２Ａ〜２０２Ｎを備える。マイクロビアを形成するにあたり、少なくとも２つのインターコネクト層が使用される。インターコネクト層２０２Ａ〜２０２Ｍのそれぞれの間に、誘電層２０４Ａ〜２０４Ｎがあってもよい。インターコネクト層２０２Ａ〜２０２Ｎは、金属あるいは他の導体のような導電材により形成されてもよい。通常、導電材は、インターコネクト層を形成するために使用される銅であり、また、誘電層２０４Ａ〜２０４Ｍは、日本の味の素社製のＡｖＢＦ（Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ  Ｂｕｉｌｄｕｐ  Ｆｉｌｍ）誘電材（例えば、ＡＢＦ-ＳＨ、ＡＢＦ-ＧＸ３、及びＡＢＦ-ＧＸ１３）、あるいはその他の誘電材であってもよい。
【００３８】
マイクロビアは、捕獲パッド２１２と外層接触層２１０を備えた構造を有する。マイクロビアの寸法が直径Ｄである一方、捕獲パッド２１２の寸法が、直径Ｄよりも大きい直径Ｌであってもよい。捕獲パッド２１２は、導電層２０２Ｂと同一の材料で形成される。マイクロビア１０２の接触層２１０を形成する導電層２０２Ａを層にする前に、捕獲パッド２１２の表面を、本発明の実施形態によるＳＥＲＡを使用して分析する。  
【００３９】
図３に、本発明の実施形態によるマイクロビア１０２の形成工程をフローにて示す。工程３０２にて、捕獲パッドを形成する導電層に至るまで開通する開口部を、多層プリント回路基板に穿孔することによりマイクロビアの形成が開始される。開口部の穿孔は、レーザー、あるいは、反応性イオン・エッチングを用いて行ってもよい。
【００４０】
図４Ａ〜４Ｂは、レーザー穿孔工程を示す。銅製の捕獲パッド４０４上の積層誘電層（ＡＢＦ）４０２は、レーザー光線４１０を用いて穿孔される。銅製の捕獲パッド４０４は、下層ＡＢＦ４０６により支持される。
【００４１】
レーザー穿孔工程の後、次工程である金属めっき処理を施す前に、除去すべき汚れ及び樹脂残渣を、工程３０４にて、金属接触面から除去される。これは、デスミア処理と呼ばれる前処理工程により実施される。デスミア処理は、面積の大きい銅表面を露出し、後工程であるめっき処理による層間の相互接続を増進させるために、マイクロビア開口部からエポキシ樹脂（汚れ含む）とガラス繊維を、単に除去するための工程である。ＰＣＢ基板のデスミア処理は、ドライ・プラズマ・エッチング装置、あるいは化学エッチングなどの専門のデスミア装置により行ってもよい。デスミア処理の結果を図４Ｃ〜４Ｅに示す。
【００４２】
図４Ｃは、レーザー穿孔工程の後、樹脂残渣／ABF残渣４１２が除去される工程を示す。マイクロビア開口部がレーザー穿孔工程により形成されると、無電極銅のシード層がめっきされる前に、捕獲パッドを含むマイクロビア底面の洗浄が重要となる。無電界めっき処理の前に、マイクロビア底面のあらゆる汚染物が除去されていない場合、マイクロビア内の層と層との接合部分が脆くなってしまう。また、マイクロビアにおける銅の酸化含有量のレベルを最小レベルにすることも重要である。
【００４３】
図４Ｄは、樹脂残渣／ABF残渣４１２の大部分が前もって除去され、レーザー穿孔工程時に生じた表面上の汚染物４１４が減少した状態を示す。
【００４４】
図４Ｅは、デスミア処理の結果、マイクロビア開口部４１６が、捕獲パッド４０４に至るまで大幅に洗浄された状態を示す。
【００４５】
工程３０８にて、インラインモニタを用いてマイクロビアの品質分析が行われる。工程３０４にてデスミア処理が行われた後、マイクロビアの表面上の汚染分析が本発明の実施形態により実施される。一般的に、工程３０８におけるマイクロビアの表面汚染分析は、逐次電気化学的還元分析（ＳＥＲＡ）を用いて行われる。プリント回路基板内のマイクロビアが空気に曝される時間次第で、マイクロビアの底面が、図４Ｄに示すように酸化されてしまう。もし酸化される場合には、工程３０８において実施されるマイクロビアの表面汚染分析により、マイクロビアの表面上の汚染物を検知することで、ＰＣＢ基板及びＰＣＢ基板内のマイクロビアの形成を継続することの有無を決めてもよい。
【００４６】
次に、工程３０８において実施されたマイクロビアの信頼性分析によりマイクロビアの表面上の汚染物が検知されたか否かが決定工程３０９にて決定される。決定工程３０９にて、いかなる汚染物も発見されなかった場合には、プロセスの流れは工程３１１に進み、外部接触層に無電界めっき法によるめっき処理が施される。無電界めっき処理によりシード層にめっき処理を施すことにより、引き続き、電界めっき処理が可能となる。
【００４７】
図４Ｆは、外部層と捕獲パッド４０４の内部層とを接続するための接触層４１８が形成された状態を示す。多層プリント回路基板にマイクロビア１０２が形成された後、他の製造工程が多層プリント回路基板に施される。
【００４８】
決定工程３０９において、汚染物が発見された場合には、プロセスの流れは工程３１３に進み、ＰＣＢ基板の製造工程が中止され、次に、工程３１５にて、是正措置を取ることにより、汚染物が除去される。工程３１７において、汚染された仕掛かり中の多くのＰＣＢ基板が解体される。工程３１５にて、製造工程を正す是正措置が取られた後、ＰＣＢ基板の製造工程が再開される。多くのＰＣＢ基板のうちのいくつかを、他のＰＣＢ基板とは異なる製造工程にて製造し、他のプリント回路基板よりも早い時点にて製造させてもよい。
【００４９】
図５のグラフ５００に、曲線５０２、５０６、５０４、及び５０８を示す。曲線５０２、５０３、５０４、及び５０５は、それぞれ、図３の工程３０４におけるデスミア処理がプリント回路基板に施された後、プリント回路基板が製造ラインにて待機している異なる時間周期を示す。曲線５０２は、２時間後における銅酸化形成のＳＥＲＡ分析を、曲線５０３は２４時間後における銅酸化形成のＳＥＲＡ分析を、曲線５０４は４８時間後における銅酸化形成のＳＥＲＡ分析を、また、曲線５０５は６０時間後における銅酸化形成のＳＥＲＡ分析をそれぞれ示す。曲線５０２〜５０５は、工程３０４（ポストデスミア処理など）におけるデスミア処理がプリント回路基板に施された後、プリント回路基板が製造ラインにて待機している時間を示し、この待機時間が長いほど銅酸化量及び捕獲パッドの表面汚染量が多くなる。すなわち、開口した捕獲パッドを有するマイクロビアが仕掛かり中の段階にて待機している時間が長いほど、製造が完了した後のマイクロビア１０２の信頼性が低減する。もし可能であるならば、デスミア処理を施した後、マイクロビアの形成を素早く完成させることが好ましい。
【００５０】
図６のグラフ６００に、曲線６０１によるＳＥＲＡ分析の典型例を示す。Ｘ軸に示す時間の経過と共に、電位差あるいは電圧を測定する。電圧の絶対値が増加するにつれ、所定時間の間は、抵抗値の増加が見られる。この理由は、金属導体の板厚が金属の消耗によって減少するためである。金属断面の減少により抵抗値は増加するが、電圧の絶対値が、グラフ６００における水平線で示されるような所定期間においてコンスタントになったまま停滞した場合は、金属の抵抗が増加しないため、汚染物が還元されていることを示す。  
【００５１】
曲線６０１上の６０２地点にて、反応型エージェントの反応が始まる。曲線６０１の水平線における６０４地点にて、遷移時間の間、汚染物が還元される。電圧値が増加する曲線６０１上の６０６地点にて、反応プロセスが終了し、他の金属が消耗する。曲線６０１上の６０８地点の最後の水平線においては、消耗する金属が他にないため、水素放出が生じる。
【００５２】
図７のグラフ７００に、曲線７０１Ａ、７０１Ｂを示す。曲線７０１Ａ、７０１Ｂは、初期段階にて、ＳＥＲＡ分析を用いた電圧測定と共に同一経路をたどる。初期段階における曲線７０１Ａ、７０１Ｂのそれぞれに示されるように、７０４地点における水平線にて、亜酸化銅が還元される。  次に、この２曲線は、抵抗の増加と共に、電圧値が約０．６ボルトの位置まで伸長し、その後、両曲線は分岐する。  
【００５３】
ＳＥＲＡ分析による曲線７０１Ａは、酸化銅及び亜酸化銅による汚染物のない信頼性のあるマイクロビアであることを示す。また、曲線７０１Ｂは、酸化銅及び亜酸化銅によるあらゆる汚染物を有する信頼性のない不良品であるマイクロビアであることを示す。
【００５４】
曲線７０１Ａ、７０１Ｂの分岐点から、曲線７０１Ａは、水平線を描かず、約１００秒時における水素放出を示す水平線に到達するまで、抵抗値が増加し続け、その後、水平線７１０に示す水素放出が生じる。
【００５５】
曲線７０１Ａ、７０１Ｂの分岐点から、曲線７０１Ｂは水平線７０６を描き、この水平線７０６により、酸化銅による汚染物が含まれることがわかる。その後、曲線７０１Ｂは、抵抗の増加と共に、０．８ボルトまで伸長し、硫化第一銅７０８による汚染物が還元される約０．９ボルトの水平線に到達する。次に、曲線７０１Ｂは、抵抗値の増加と共に、グラフ中の約３００秒の位置まで伸長する。この時点において、曲線７０１Ｂは水平線７１０を描き、この水平線７０１Ｂに沿って水素放出が生じ、また、この時点において、曲線７０１Ａと曲線７０１Ｂが再び交わる。グラフ７００の曲線７０１Ａと曲線７０１Ｂの違いより、マイクロビアに信頼性があるかないかを容易に検知することが可能である。
【００５６】
図８は、マイクロビア１０２の信頼性を評価するためのシステムの典型例を示す。システムは、ＰＣＢ基板１００を分析するための一体のＳＥＲＡ装置８００を備える。このＳＥＲＡ装置８００は、例えば、ＥＣＩテクノロジ社製の「Ｍｏｄｅｌ  ＱＣ−１００  ＳＵＲＦＡＣＥＳＣＡＮ品質制御管理装置などである。ＳＥＲＡ装置８００は、比較的安価な装置であり、マイクロビアの信頼性を決定するインライン計測法として極めて有効に使用される。
【００５７】
ＰＣＢ基板１００は、デスミア処理の後、また、図３に示す工程３０８における無電極めっきの前に、図４Ｅに示す仕掛かり中のマイクロビアと共に分析される。図８に示すＰＣＢ基板における各参照番号は、図４Ｅに用いられるＰＣＢ基板の各参照番号に対応する。図８に示すＰＣＢ基板１００は、導電層２０２Ｂの捕獲パッド４０４に通じるマイクロビア開口部４１６を備える。前述のごとく、このマイクロビアは、ＳＥＲＡ装置８００に連結されるＰＣＢ基板１００の接点８０２に通じるテストマイクロビアであってもよい。
【００５８】
ＳＥＲＡ装置８００は、装置底面の周縁にＯリング８０６を有する底面開口型の容器８０４を有してもよい。尚、底面開口型の容器８０４は、Ｏリング８０６を介してＰＣＢ基板１００により密閉状態とすることが可能である。容器８０４は、基準電極８２４と部分的に絶縁する多孔質ガラスフリット８２２を有する連結チャンバー８２０をさらに備えてもよい。容器８０４とＰＣＢ基板１００との接触面をＯリング８０６にてシールするように容器８０４を、マイクロビア開口部付近におけるＰＣＢ基板１００上に設置してもよい。容器８０４は、ＰＣＢ基板１００に確実に固定されるため、ＳＥＲＡ分析の間、マイクロビア開口部４１６周辺のＯリング８０６による密閉様態が維持される。このような液状タイトシールによる密閉様態とすることにより、還元溶液８０８を、開口８１０を介して容器８０４に注入することが可能である。
【００５９】
還元溶液８０８は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂシステムと共に使用するのに適したホウ酸塩緩衝剤溶液（例えば、ホウ酸ナトリウム９．５５ｇ／ｌ、及びｐＨ８．４のホウ酸６．１８ｇ／ｌ）などのはんだシステムと混合可能である電界液であってもよい。また、同様な結果を得るために、他の様々な種類の電界液（例えば、ホウ酸、クエン酸、サルフェート、硝酸塩など）を用いてもよい。但し、中性あるいはアルカリ性ｐＨを有し、また、強力な金属錯化剤（例えば、塩化物、臭化物など）を除去した電解溶液が、最も適切な測定ができる。本発明の他の実施形態においては、還元溶液８０８が塩化カリウム（ＫＣｌ）であり、また、本発明のその他の実施形態においては、還元溶液８０８が塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）である。
【００６０】
次に、開口部８１０を封止し、容器８０４に不活性ガス８１２を供給する。不活性ガス８１２は、管８１６を介してガス供給源８１４から供給されてもよい。バルブ８１７及び８１８が開くことにより、ガス供給源８１４からの不活性ガス８１２が、容器８０４に空気を流し込み、管８１９を介して放出させる。不活性ガス８１２を使用して、容器８０４から空気を流出させるため、酸素の介在により生じる電気化学還元データの誤りを防止できる。ガス供給源８１４は、大気圧よりも大きな圧力により容器８０４から適切に空気を排出できるように、容器８０４内のガスを加圧するための図示しないポンプを有してもよい。不活性ガスはアルゴン（Ａｒ）あるいは窒素（Ｎ２）であってもよい。  
【００６１】
システム８００は、ＳＥＲＡ分析を実施するために３電極を使用してもよい。マイクロビア開口４１６内の捕獲パッド４０４が第１電極として作用する。ＳＥＲＡ装置８００が不活性対極８２９となり、作用電極、及び基準電極８２４と呼ぶことがある。ある場合においては、ＳＥＲＡ装置８００は、図示しない補助電極を有し、追加測定を行うことにより、より正確なデータを得ることもできる。基準電極８２４は、本発明のある実施形態においては、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）であってもよい。基準電極８２４は、還元溶液８０８に向けて伸びている。本発明のある実施形態においては、不活性対極８２８は白金電極であってもよい。不活性対極８２８は、還元溶液８０８に向けて伸びている。
【００６２】
システム８００は、本質的に試験測定分析器８５０である。試験測定分析器８５０は、試験を制御し、測定することにより、ＳＥＲＡ解析の結果を提供する。試験測定分析器８５０は、電流源、電極８２４、８２８及びマイクロビア捕獲パッドに連結された電圧メータを備える。試験測定分析器８５０は、電流及び電圧のレベルを時間の経過と共に記録できる記録装置をさらに備える。  
【００６３】
捕獲パッド４０４に、金属酸化物の電気化学的還元が生じた場合、また、他の汚染物がもし存在する場合は、試験測定分析器８５０はこれらに係わる試験電流を生成する。試験電流は、試験面積１ｃｍ２あたり約１０〜１０００マイクロアンペア程度の比較的低い電流密度であってもよい。精度を追求しない場合には、より高いレベルの電流密度を用いてＳＥＲＡ解析を速めてもよい。また、時間の遅れを考慮しない場合には、より良いＳＥＲＡ解析を得るために、より低いレベルの電流密度を用いてもよい。試験電流は、マイクロビア捕獲パッド４０４と作用電極８２８との間を流れる負電流である一方、マイクロ捕獲パッド４０４と基準電極８２４との間の電位差は、機能時間として記録される。作動電極８２８が低電流にて安定電圧を有する場合、作動電極８２８は基準電極として機能するため、これにより、基準電極８２４を分離する必要性がなくなる。  
【００６４】
試験測定分析器８５０からの試験電流は、導電配線８２６、不活性対極８２８を介して、還元溶液８０８内、捕獲パッド４０４、接点８０２へと流れ、導電配線８３０を介して、試験測定分析器８５０へと戻る。試験測定分析器８５０は、ＳＥＲＡ解析が実施されている間における試験電流の変化を計測し記録し、また、捕獲パッド４０４における金属酸化物の電気化学還元が生じる時間関数として、捕獲パッド４０４と参照電極８２４との間の電解電極も測定し記録する。この工程は、試験電流が、試験測定分析器８５０、導電配線８３２、基準電極８２４、還元溶液８０８、捕獲パッド４０４、接点８０２、導電配線８０３へと流れ、再び試験測定分析器８５０へと戻ってくる回路により実施される。基準電極８２４は、チャンバー８２０内で使用されるか、あるいは、容器８０４内のいずれかの場所に配置されてもよい。さらにまた、電極８２８がある環境において、参照電極の機能を果たす場合は、基準電極８２４は不要であってもよい。
【００６５】
試験測定分析器８５０は、作動中、低レベルの一定の試験電流を生成する。試験電流は、捕獲パッドの裸銅に、酸化物の逐次電気化学的還元を生成する。一定の試験電流が供給される間、試験測定分析器８５０は、捕獲パッドと基準電極との間の電極電位を、時間関数として測定し記録する。電流密度に経過時間を掛けることにより電流密度を電荷密度に変換するために、時間係数を使用することが可能である。電極電位と電荷密度（あるいは時間）の積を測定することにより、還元される特定の酸化物、及び様々な酸化層の厚さを示す一連の変曲点あるいは水平線をグラフに描くことが可能となる。結果を、既知の基準データと比較することにより、捕獲パッドに存在する特定の酸化物を特定することができる。
【００６６】
前述の図７に係わる説明のごとく、電極電位に経過時間を掛けた値を記録することにより、マイクロビア捕獲パッドが良品か不良品であるかを判断することが可能であり、また、仮に、不良品と判断された場合には、どんな種類の酸化物あるいは汚染物が、マイクロビア開口部４１６及び捕獲パッド４０４に存在するかを検知することができる。このようにして、マイクロビアの信頼性を、事前に決定することができるため、マイクロビアの形成が完了する前に、是正措置を取ることが可能である。
【００６７】
本発明のＳＥＲＡ計測により、ＰＣＢ基板の製造工程における最終ラインの手前で、仕掛かり中のＰＣＢ基板のあらゆる汚染物を発見することが可能となる。すなわち、是正措置を取るには遅すぎる製造工程の最終ラインにてマイクロビアの信頼性の有無を検知する方法とは異なり、本発明の実施形態においては、マイクロビアの信頼性を製造ラインにて検知する。
【００６８】
ＰＣＢ基板の製造ラインにて使用される従来のモニタは、ＰＣＢ基板の製造ラインの全てを監視することが必要であり、また、マイクロビアの不良品が発生する原因すらも検知することができなかった。ＳＥＲＡ計測法を使用した方法によれば、仕掛かり中のＰＣＢ基板の製造工程におけるリアルタイムにおいて、不要物により生じるエクスカーションが検知される。マイクロビアの銅製底面におけるあらゆる汚染物は、レジン残渣及び／または酸化銅によるいずれの原因である場合でも、本発明に開示のＳＥＲＡ計測法を用いて、リアルタイムにて検出される。４〜５週間後における製造工程の最終ラインではなく、ＰＣＢ基板の仕掛かり中における製造ラインにて、さらなる製造コストを掛かけずに不要物を見つけることが可能である。
【００６９】
無電極めっきを施す前に、ＳＥＲＡにより、マイクロビアの信頼性を決定することにより、信頼性の問題を掲げた可能性のあるマイクロビアを有する多くのＰＣＢ基板を製造することが防止できる。汚染されていると分析され、不良品の可能性のあるマイクロビアを有する多くのＰＣＢ基板は、通常、製造工程が完了する前に解体される。ＰＣＢ基板の製造工程における初期段階にて、マイクロビアの不良品を見つけることにより、製造工程の最終ラインにてマイクロビアの不良品が発生する可能性の高い製造工程を完了させる余分なコストが廃止できる。  
【００７０】
本発明における実施形態の典型例を添付の図面を用いて説明したが、本発明は、図示した内容や、これらの実施形態に限定されるものではなく、また、明細書に記載の構造や配置に限定されるものではなく、当業者にとって変更が可能であることが明らかである。  
【図１Ａ】
2008519439.tif 000002
【図１Ｂ】
2008519439.tif 000003
【図２Ａ】
2008519439.tif 000004
【図２Ｂ】
2008519439.tif 000005
【図３】
2008519439.tif 000006
【図４Ａ】
2008519439.tif 000007
【図４Ｂ】
2008519439.tif 000008
【図４Ｃ】
2008519439.tif 000009
【図４Ｄ】
2008519439.tif 000010
【図４Ｅ】
2008519439.tif 000011
【図４Ｆ】
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【図５】
2008519439.tif 000013
【図６】
2008519439.tif 000014
【図７】
2008519439.tif 000015
【図８】
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【国際調査報告】
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