(57)【要約】  本発明は、誘電体材料に形成されたトレンチへの微細トレース析出を可能にし、それによって、埋め込まれた導体形態による潜在的な物理的損傷を最小限にし、トレース内のエレクトロマイグレーションを防止するためにトレース間に微細な空間を作り出す、単数または複数の金属の原子層析出（ＡＬＤ）によって触媒または薄い金属膜を利用する方法およびシステムに関する。
2021528572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層回路において無電解めっきによって析出された金属をパターニングする方法であって、
第１触媒材料を含む第１触媒層を析出することによって基材の表面を活性化する工程と、
第１誘電体材料を使用して前記第１触媒層上に第１ネガ回路パターンをマスキングする工程と、
前記第１触媒層のマスキングされていない部分に第１無電解金属を塗布する工程と、を有し、
前記第１触媒層は、５０ナノメートル未満の平均厚みを有するパターニング方法。
【請求項２】
前記基材は、ポリイミド、膜、布、プラスチック、金属、セラミックおよび樹脂から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項３】
前記基材は、プリント回路基板を含む請求項１または２に記載のパターニング方法。
【請求項４】
前記第１触媒材料は、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、および白金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１〜３の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項５】
前記第１触媒材料は、前記基板上に第１触媒前駆体として析出され、次いで、これは、ほぼゼロ価の金属に活性化される請求項１〜４の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項６】
前記第１触媒前駆体は、有機金属を含む請求項５に記載のパターニング方法。
【請求項７】
前記有機金属は、金属カルボン酸塩を含む請求項６に記載のパターニング方法。
【請求項８】
前記第１触媒層は、２５ナノメートル未満の平均厚さを有する請求項１〜７の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項９】
前記第１触媒層は、前記触媒の１５ナノメートル未満の平均厚さを有する請求項１〜８の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１０】
前記第１誘電体材料は、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、および無機樹脂から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１〜９の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１１】
前記第１誘電体材料は感光性である請求項１〜１０の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１２】
前記第１無電解金属は、銅、ニッケル、パラジウム、白金、スズ、銀、および金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１〜１１の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１３】
ａ）第２触媒材料を有する第２触媒層を、前記第１誘電体材料および前記第１無電解金属のそれぞれの上に析出させる工程と、
ｂ）第２誘電体材料を、前記第２触媒材料の第２層の上に析出させる工程と、
ｃ）第２誘電体材料を使用して前記第２触媒層上に、第２のネガパターン（オプションで、ｚ−軸接続を含む）をマスキングする工程と、
ｄ）前記第２触媒層の非マスキング部分上に第２の無電解金属を析出させる工程と、を有し、
ｅ）オプションで、前記方法を工程（ａ）から工程（ｄ）まで反復し、それによって多層回路を形成する、ここで、前記第１、第２及び任意の後続の触媒層のそれぞれは、独立的に、５０ナノメートル未満の平均厚を有する請求項１〜１２の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１４】
前記第２および後続の触媒材料のそれぞれは、独立的に、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、および白金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１〜１３の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１５】
前記第２及び後続の誘電体材料のそれぞれは、独立的に、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、および無機樹脂から成るグループから選択される少なくとも一つを含む請求項１〜１４の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１６】
前記第２およびその後続の無電解金属のそれぞれは、銅、ニッケル、パラジウム、白金、および金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１〜１５の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１７】
ネガ正孔パターンは、フォトリソグラフィ又はアブレーションによって形成される請求項１〜１６の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項１８】
多層回路における金属のパターニングの方法であって、
薄金属膜をベース材料の表面に配置する工程と、
第１の誘電体材料を使用して、第１のネガ回路パターンを前記薄金属膜上にマスキングする工程と、
第１金属を前記薄金属膜の非マスキング部分上に析出させる工程と
前記ベース材料と前記薄金属膜との両方を除去する工程と、を有し、
前記第１金属は、第１誘電体材料および第１無電解材料からなる群のうちの少なくとも１つを含み、
前記薄金属膜は、２０ナノメートル未満の平均厚さを有するパターニング方法。
【請求項１９】
前記薄金属膜は、銅、銀、ネッケル、鉄、スズ、亜鉛、コバルト、鉛、アルミニウム、および対応の合金から成るグループの少なくとも一つである請求項１８に記載のパターニング方法。
【請求項２０】
前記ベース材料は、金属、プラスチック又はセラミックを有する請求項１８または１９に記載のパターニング方法。
【請求項２１】
前記薄金属膜は、前記ベース材料から機械的又は化学的に除去される請求項１８〜２０の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２２】
前記ベース材料は、前記薄金属膜と同じ金属を含む請求項１８〜２１の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２３】
前記ベース材料は、ポリエチレンテレフタレート又はサーモプラスチック膜を含む請求項１８〜２２の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２４】
ａ）第１触媒材料の第１の触媒層を、前記第１誘電体材料および前記第１金属上に析出する工程と、
ｂ）前記触媒材料の前記第１層上に第２誘電体材料を析出する工程と、
ｃ）前記第２誘電体材料を使用して第１触媒層上にネガ正孔パターン（ｚ軸接続）をマスキングする工程と、
ｄ）前記第１触媒層の非マスキング部分上に第２の無電解材料を析出する工程と、を有し、
ｅ）オプションで、前記方法を工程（ａ）から（ｄ）まで反復し、それによって多層回路を形成する請求項１８〜２３の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２５】
前記第１およびその後続の触媒層のそれぞれは、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、および白金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１８〜２４の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２６】
前記第１，第２およびその後続の誘電性材料は、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂および無機樹脂から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１８〜２５の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２７】
前記第１，第２およびその後続の無電解材料は、銅、ニッケル、パラジウム、白金、スズ、銀、および金から成るグループの少なくとも一つを含む請求項１８〜２６の何れか一項に記載のパターニング方法。
【請求項２８】
ネガ正孔パターンは、フォトリソグラフィ又はアブレーションによって形成される請求項１８〜２７の何れか一項に記載のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１８年６月２１日に出願された米国仮出願６２／６８８２３４に対する優先権の利益を主張する。これおよび本明細書で参照される他のすべての外部参照は、参照によりその全体が組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明の分野は、基板上に無電解金属をパターニングするためのシステムおよび方法である。
【背景技術】
【０００３】
以下の背景説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。それは、本明細書で提供される情報のいずれかが先行技術であるとか、またはここにクレームされている発明に関連しているとか、或いは、具体的または暗黙的に参照されている出版物が先行技術であることを認めるものではない。
【０００４】
無電解金属めっきは、外部電力を使用せずに物質上に金属の層を析出させるためにレドックス反応を利用する。このプロセスでは、いくつかの種類の金属を触媒として使用することができる。たとえば、パラジウム、白金、銀は、基板上での無電解金属めっきを開始するためのよく知られた触媒である。触媒は、金属塩の溶液からの無電解金属（例えば、銅、スズなど）の開始およびその後の析出を容易にする。触媒は、様々な形態で基板上に生成され析出され得る（例えば、パラジウムは、コロイド状パラジウム、イオン性パラジウムなどとして析出することができる）。
【０００５】
プリント回路基板の従来の製造は、サブトラクティブ製造方法を使用する。所望の銅パターンを作り出すために、サブトラクティブ処理は、フォトリソグラフィ露光と化学エッチングを使用して、載置された銅の大部分を除去する。化学エッチングプロセスは等方性であるため、トレース形状は常に台形形状であり、そのことがトレース間の空間のサイズの制限となる。
【０００６】
プリント回路基板の別の従来の製造方法は、セミアディテブ法を使用する。それは、ベース用に薄い導電性膜を使用する。めっきレジストを回路のネガ像でベース上に塗布し、次に回路に対して十分な厚さになるように金属をめっきした後、前記めっきレジストを除去し、その結果、薄い導体領域が露出されてしてエッチングされる。前記薄ベース層に対するエッチングプロセスが少ないことにより最小トレース幅が改善される。しかしながら、ベース誘電体材料への回路の接着は、薄いベース導体とベース誘電体材料との間の粗さおよび／または化学的相互作用によって影響を受ける。この理由により、密着性を表すベース誘電体の粗さと細かなトレースがトレードオフになる。
【０００７】
アディティブプロセスを使用して金属パターンを作り出すために多くの努力が行われてきた。例えば、プリント回路基板は、あらかじめ触媒化されたフィラーを含む基板表面上にネガめっきレジストパターンを作成し、無電解めっき技術を使用して導体を堆積することによって生成することができる。Kohmの米国特許第５，３３８，５６７号明細書（特許文献１）は、そのような事前に触媒化されたベース材料の例を教示している。この文献および本明細書で参照されているすべての出版物の、その全体がここに組み込まれる。完全アディティブ導体プロセスは、微細な回路の損傷を防くが、前記事前触媒化ベース材料は、通常、高価な貴金属である触媒をかなりの量必要とし、エレクトロマイグレーションの潜在的な促進剤となる。さらに、事前に触媒化されたベース材料を使用することは、誘電率を妨げ、フィラの散逸を引き起こす可能性がある。
【０００８】
別の例では、Gullaの米国特許第５，１５８，８６０号明細書（特許文献２）は、液相線触媒技術（触媒の液相反応）を使用する完全アディティブプロセスのための回路メタライゼーション方法を開示している。このプロセスは、めっきレジスト表面上で吸収された触媒が除去されることを期待するものであるが、トレース間の非常に狭い空間などの非常に小さなフィーチャーにおいては、可能な触媒残留によって結果が台無しになる。
【０００９】
以下の説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。それは、本明細書で提供される情報のいずれかが先行技術であるとか、またはここでクレームされている発明に関連しているとか、或いは、具体的または暗黙的に参照されている出版物が先行技術であることを認めるものではない。
【００１０】
別の例では、Hotta（堀田）の米国特許第６，７０９，８０３号明細書（特許文献３）は、めっきレジスト析出の前に触媒を適用することによる上記の懸念の可能な改善を開示している。しかしながら、二次触媒作用は、めっきレジスト表面上に部分的に触媒析出を形成する可能性がある。さらに別の例として、Kimの米国特許第６，８８４，９４５号明細書（特許文献４）は、電解めっき技術を使用してめっきレジストを備えた回路を形成するセミアディテブプロセスを教示している。しかしながら、電解めっき中の電流分配用のベースの薄い銅層がエッチングで除去され、このプロセスによって回路の下にアンダーカットが生じ、これがその接着を弱める可能性がある。たとえ、プロセスが完了したとしても、三次元的に露出された小さな回路フィーチャーのために、製造プロセス中に回路が物理的ダメージを受ける懸念は残る。
【００１１】
いくつかの実施形態において、本発明の特定の実施形態を説明およびクレームするために使用される成分の量、濃度などの特性、反応条件を表す数字は、場合によっては、用語「約」によって修飾されるものとして理解される。したがって、いくつかの実施形態において、記載される説明及び添付の請求項に記載の数値パラメータは、特定の実施例において得ることが追及される所望の性質に応じて変化可能な近似値である。いくつかの実施例において、前記数値パラメータは、報告される有効桁数に照らして、通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。本発明のいくつかの実施形態の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値ではあるが、具体例に記載の数値は、可能な限り正確に報告されるものである。本発明のいくつかの実施例に提示される数値は、それぞれの試験測定で見出された標準偏差に必然的に起因する特定の誤差を含み得る。
【００１２】
本明細書の説明および以下の特許請求の範囲全体で使用される場合、“a”，“an”及び“the”の意味は、文脈から特に銘記されない限り、複数形の参照を含む。また、本明細書の説明で使用において、“in”の意味には、文脈から特に銘記されない限り、“on”の意味を含む。
【００１３】
本明細書における値の範囲の記載は、単に、その範囲内に属するそれぞれ別個の値を個別的に参照する簡略化された方法として役立つことを意図するものに過ぎない。本明細書において特段に銘記されない限り、個々の数値は、あたかも本明細書に個別的に記載されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書で特定の実施例に提供される、任意の及びすべての例及び例示的言語（例えば「など」）の使用は、単に本発明をより良く例示することを意図するものであって、他にクレームされている本発明の範囲に対する限定を課すものではない。本明細書中のいかなる文言も、本発明の実施に不可欠なクレームされていない要素を示すものとして解釈されてはならない。
【００１４】
本明細書に開示される本発明の代替要素または実施例のグループ化は、限定として解釈されるべきではない。各グループ要素は、個別に、またはそのグループの他の要素または本明細書に見られる他の要素と任意の組み合わせで参照および請求されうる。グループの単数または複数の要素が利便性および／または特許性の理由から、グループに含められるか、グループから削除されることが可能である。そのような包含または削除が行われる場合、本明細書は、その変更された状態のグループを含むものと見なされ、したがって、添付の特許請求の範囲で使用されるすべてのマーカッシュグループの記載説明を満たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，３３８，５６７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１５８，８６０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７０９，８０３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，８８４，９４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、微視的で機能的でより安価な金属パターニングを作り出すことができる、新規で費用効果の高いプロセスを備えた基板上の金属パターニングがいまだに必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
発明の要約
本発明の課題は、無電解金属をパターニングするためのシステムおよび方法を提供する。本発明の一態様は、無電解金属のパターニング方法を含む。この方法の一実施例は、基板を活性化するために基板上に触媒層を配置する工程を含む。次に、誘電体層がネガ回路パターンに塗布され、活性触媒層をマスクする。次に、無電解金属組成物を露出した活性触媒層に塗布して、前記基板上に無電解金属めっきのパターンを形成する。前記無電解金属めっきは、オプション的に、追加の電解金属めっきによって更にめっきアップされる（例えば、深さの増加、体積の増加など）。したがって、本発明は、導電層を選択的に露光することにより、そして、金属が無電解又は無電解及び電解メッキの層上に選択的に析出される、プリント回路を製造する方法を記載する。本明細書中での使用において、「金属」は、無電解または電解めっきのいずれかによってめっきされる金属を意味する。
【００１８】
この方法の別の実施例では、ベース材料として、銅箔などの薄い導電性膜を使用する。ネガ回路パターンを有するめっきレジスト層が、ベース導電性ベース材料の上に配置される。露出された導体が、無電解めっきまたは電解めっきを使用して導体上にめっきされる。その後、ベース導電性材料が化学的または物理的に除去される。
【００１９】
本発明の別の態様は、３つの層、すなわち、めっきプロセスに対して不活性であるベース材料層上の導電性薄膜層と、当該導電性薄膜層上の感光性誘電体層、からなる装置を含む。この装置は、上記の実施例に記載された方法に使用可能である。
【００２０】
多層回路において無電解めっきによって析出された金属をパターニングする更なる方法が考えられる。基板の表面が、第１触媒材料を有する第１の触媒層をこの基板表面上に析出させることによって活性化される。第１の誘電体材料が、前記第１触媒層上にマスキングされて、当該第１触媒層上にネガ回路パターンを形成する。前記誘電体材料のネガ回路パターン像が、通常、フォトリソグラフィ、機械的アブレーション、熱的アブレーション、またはそれらの組み合わせによって作成される。次に、第１無電解金属が、前記第１触媒層のマスクされていない（例えば、露出された）部分に塗布される。好ましい実施例において、前記第１触媒層は、５０ナノメートル未満の平均厚さを有するが、２５ナノメートル未満、または１５ナノメートル未満も考えられる。
【００２１】
前記基板は、典型的には、ポリイミド、布、プラスチック、金属、セラミック、樹脂、またはそれらの適切な膜（例えば、ポリイミド膜）のうちの少なくとも１つを含み、好適実施例において、プリント回路基板を含む。前記第１触媒材料は、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、または白金のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施例において、前記第１触媒材料は、前記基板上に第１触媒前駆体として析出され、次いで、これは、ゼロ価またはほぼゼロ価の金属に活性化される。好ましくは、前記第１触媒前駆体は、有機金属、例えば金属カルボン酸塩を含む。
【００２２】
前記第１誘電体材料は、少なくとも部分的に、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、無機樹脂、またはそれらの組み合わせ、である。いくつかの実施例において、オプション的に、前記第１誘電体材料は、好ましくはシリカ、ガラス、タルク、マイカ、カオリン、炭酸塩、水酸化物塩、ケイ酸塩、またはそれらの組み合わせからなる無機フィラを含む。いくつかの実施例において、前記第１誘電体材料は感光性である。前記第１無電解金属は、典型的には、銅、ニッケル、パラジウム、白金、スズ、銀、金、またはそれらの組み合わせまたは合金のうちの少なくとも１つである。
【００２３】
さらなる方法は、第２触媒材料を有する第２触媒層を、前記第１誘電体材料または前記第１無電解金属、あるいはその両方の少なくとも一部に析出させることを含む。次に、第２誘電体材料が、前記第２触媒材料の前記第２層の上にさらに析出される。次に、ネガ正孔パターン（例えば、ｚ軸接続）および／または回路パターン（例えば、ｚ軸、ｙ軸、ｘ軸、またはそれらの全体または部分的な組み合わせ）が、第２誘電体材料を使用して前記第２触媒層上にマスキングされる。代替的に又は組み合わせで、前記ネガ正孔バターン、追加の正孔パターン、又はその他の回路パターンが、アブレーション、フォトリソグラフィ、またはレーザーアブレーションによって形成される。次に、第２の無電解金属が、前記第２触媒層のマスクされていない（例えば、露出された）部分に析出される。オプションとして、触媒層、誘電体マスク、および無電解金属の追加の層が、多層回路を形成するために、同様の方法で析出される。好適実施例において、前記第１、第２及び後続の触媒層のそれぞれは、独立的に、５０ナノメートル、又は、２５ナノメートル、或いは、いくつかの実施例では１５ナノメートル未満の平均厚みを有する。
【００２４】
前記第２およびその後続の任意の触媒材料は、好ましくは、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、プラチナ、または合金またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施例において、触媒材料の各層は、異なる触媒を含むが、同じ触媒の層または同じ触媒の交互の層も考えられる。
【００２５】
第２及びそれ以降の誘電体材料のそれぞれは、好ましくは、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、無機樹脂、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む。前記第１誘電体材料は、好ましくは、いくつかの実施例においてオプションとして、シリカ、ガラス、タルク、マイカ、カオリン、炭酸塩、水酸化物塩、ケイ酸塩、またはそれらの組み合わせからなる無機フィラを含む。各マスクのために使用される各誘電体材料は同じ誘電体材料（または少なくとも部分的に同じ）であり得るが、使用される誘電体材料のそれぞれが異なり、使用される誘電体材料のそれぞれが異なるか、同じ誘電体材料が代替の方法で使用されるか、あるいは、誘電体材料の組み合わせが各マスク間で使用されることも考えられる。
【００２６】
前記第２およびその後続の任意の無電解金属のそれぞれは、少なくとも部分的に、銅、ニッケル、パラジウム、白金、金、またはそれらの混合物または合金のうちの少なくとも１つを含む。析出される前記無電解金属のそれぞれは、各層間で同じであるか、または共通の金属を共有することができるが、各層に析出される金属はまた、多層回路（例えば、組み込み回路、表面回路、ターミナル回路）内のその位置に基づいて異なって選択され得る。
【００２７】
多層回路における金属のパターニングのさらなる方法も考えられる。薄い金属膜を基材の表面に配置し、第１の誘電体材料を使用して、第１のネガ回路パターンを前記薄金属膜上にマスキングする。第１の金属が、前記薄金属膜のマスクされていない（例えば、露出された）部分に析出され、前記ベース材料と前記薄金属膜の両方が除去される。好ましくは、前記第１金属は、前記第１誘電体材料または前記第１無電解材料のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施例において、前記薄金属膜は、２０マイクロメートル未満の平均厚さを有する。
【００２８】
前記薄金属膜は、好ましくは銅、銀、ニッケル、鉄、スズ、亜鉛、コバルト、鉛、アルミニウムまたは対応する合金のうちの少なくとも１つを含む。前記ベース材料は、通常、金属、プラスチック、またはセラミックのうちの少なくとも１つである。いくつかの実施例において、前記薄金属膜は、前記ベース材料から機械的、化学的、または熱的に除去される。いくつかの実施例において、前記ベース材料は、前記薄金属膜と同じ金属を少なくとも部分的に含むが、前記ベース材料はまた、代替的にまたは組み合わせて、ポリエチレンテレフタレートまたは熱可塑性フィルムを含むことが可能である。
【００２９】
さらなる方法は、第１触媒材料の第１の触媒層を、前記第１誘電体材料および前記第１金属上に少なくとも部分的に析出させることを含む。次に、第２誘電体材料が、前記第１触媒層の少なくとも一部（例えば、前記第１触媒材料の一部を含む）上に析出される。次に、ネガ正孔パターン（例えばｚ軸接続）および／または回路パターン（例えばｚ軸、ｙ軸、ｘ軸、またはそれらの全体または部分的な組み合わせ）が、前記第２誘電体材料を使用して前記第１触媒層上にマスキングされる。代替的に、又は、組み合わせで、前記ネガ正孔パターン、追加の正孔パターン、又はその他の回路パターンが、アブレーション、フォトリソグラフィ、またはレーザーアブレーションによって形成される。第２の無電解材料が、前記第１触媒層のマスクされていない（例えば、露出された）部分に析出される。別の多層回路を、記載の、触媒、マスク及び金属の追加の層を析出させることによって形成することができる。
【００３０】
前記第１および後続の触媒層の少なくともいくつか（好ましくはほとんど、より好ましくはすべて）には、パラジウム、銀、金、ニッケル、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、白金、またはそれらの様々な組み合わせまたは合金が含まれる。
【００３１】
同様に、前記第１、第２、およびその後続の任意の誘電体材料の少なくとも一部（好ましくはほとんど、より好ましくはすべて）は、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、無機樹脂、またはそれらの組み合わせ、のうちの少なくとも１つを含む。
【００３２】
さらに、前記第１、第２、およびその後続の任意の無電解材料の少なくともいくつか（好ましくはほとんど、より好ましくはすべて）は、銅、ニッケル、パラジウム、白金、スズ、銀、金、またはそれらの組み合わせ又は合金の少なくとも１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】無電解金属のパターニングの方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２】無電解金属のパターニングの方法の一実施形態の工程を示す図である。
【図３】金属のパターニングの方法の別の実施形態のフローチャートを示す図である。
【図４】金属のパターニングの方法の別の実施形態の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
詳細な説明
本発明は、基板上に金属をパターニングするための方法、システム、および装置に関する。本発明の一態様は、無電解めっきを使用して無電解金属をパターニングする方法を含む。無電解めっきは、酸化還元反応を利用して、外部電力を使用せずに物体に金属を析出させる。無電解めっきの主な利点の１つは、電解めっきを使用して金属イオンの均一な析出を達成することが困難な、エッジ、穴の内側、不規則な形状の物体など、物体のすべての部分に金属イオンを均一に析出できることである。
【００３５】
図１は、無電解めっきを使用して無電解金属をパターニングする方法１００の１つの好ましい実施例を示している。この実施例において、前記方法は、基板上に触媒を析出させて、基板が少なくとも部分的に触媒層によってコーティングされるように触媒層を形成する工程１０５から始まる。前記基板はプリント回路基板とすることができ、剛性または可撓性の任意の適切なタイプの材料を基板として使用することができる。例えば、前記基板は、ポリイミド、布、プラスチック、金属、セラミック、および樹脂の材料を含むことができる。さらに、例えば、パラジウム、金、銀、銅、ロジウム、コバルト、イリジウム、および白金を含む、多くの貴金属を無電解めっきの触媒として使用できると、考えられる。又、後でめっきされる銅などの導電性金属を自己触媒として使用することも可能である。
【００３６】
好適実施例において、前記触媒は、元素金属および活性金属を含む。前記活性触媒の原子価はほぼゼロである。前記活性触媒はまた、理想的には、原子レベルの層として、基板上に、生成或いは配置される。前記触媒の厚さは、フィーチャ間の絶縁抵抗によって制限される。
【００３７】
触媒前駆体を使用して、十分に薄い触媒層析出を達成することができる。それは溶液として塗布されうる。例えば、パラジウム前駆体溶液を、ルイス塩基配位子およびパラジウム化合物を溶媒中に含むように調製することができる。例えば、特定の実施例において、パラジウム前駆体溶液が、プロピオン酸パラジウム（例えば、プロピオン酸パラジウム（ＩＩ）−シクロペンチルアミン複合体など）の形態で調製される。前記触媒前駆体は、炭酸塩を含む有機金属であり得る。プロピオン酸パラジウム溶液の調製に関する追加の詳細は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，６２８，８１８号明細書に記載されている。
【００３８】
前記触媒前駆体または触媒前駆体溶液は、任意の数の異なる方法で基板上に堆積させることができる。例えば、前記触媒前駆体は、前記基材上にパターン無しで析出させることができる。析出には、基板表面の大部分または全体をパラジウムインクでコーティングすることが含まれる。コーティング方法は、バーコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、ロールコーティング、インクジェット印刷、オフセット印刷、および他のほとんどの一般的な方法など、さまざまな一般的なコーティング方法から選択可能である。
【００３９】
前記触媒層が、５０ナノメートル未満、より好ましくは２５ナノメートル未満、最も好ましくは１５ナノメートル未満の平均厚さを有することが特に好ましい。前記触媒層が前記基板上に配置されると、前記方法は、パターニングされた誘電体材料の層を前記触媒層上に配置する工程１１０に続く。前記誘電体材料は、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリフェニレンエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアンジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、炭化水素樹脂、ポリフルオロカーボン、ＬＣＰ樹脂、および無機樹脂からなるグループのうちの少なくとも１つを含む。
【００４０】
好適実施例において、前記誘電体材料は、最終的な導電性回路パターンが基板上にあるものに対して実質的に反対である、最終的な導電性回路パターンのネガパターン上にめっきされる。いくつかの実施例において、前記ネガパターンは、少なくとも部分的に２次元（Ｘ軸およびＹ軸）である。しかしながら、前記ネガパターンは、３次元（Ｘ、ＹおよびＺ軸）、線形（例えば１次元）、または組み合わせを、含むことが考えられる。
【００４１】
前記誘電体の前記ネガパターンは、様々な印刷および／またはフォトリソグラフィ技術によって作成することができる。たとえば、従来のスクリーンまたはステンシル印刷、およびインクジェット印刷により、選択的な誘電体材料の堆積が可能である。好ましくは、選択的印刷方法よりも高密度の設計および／またはより短い処理時間を可能にする、ＵＶまたは他の波長の露光ユニットと併用のインク、ペーストおよびフィルムフォーマットを有する感光性誘電体材料。
【００４２】
誘電体の他のネガパターンは、アブレーション、レーザーアブレーション、またはミリングによって作成することができる。
【００４３】
前記誘電体材料が触媒層上に配置された後、前記方法は、パターニングされた誘電体の層上に無電解金属の層を配置する工程１１５に続く。無電解材料は触媒層に塗布されるのであるが、それは基板の誘電体材料でコーティングされた部分には析出できず、触媒層が露出している部分には析出される。前記無電解金属めっきは、前記触媒がこれらとうまく機能するため、市販の化学薬品およびプロセスを使用することができる。
【００４４】
オプションで、前記形成された回路に、従来のビアホール形成技術を適用する別の層を追加することができる。例えば、誘電体材料を、工程１１０で説明した回路準備された基板上に析出する。Ｚ軸接続用のビアホールが、工程１２０で、レーザーまたは機械ドリルを用いたアブレーション技術によって、または析出された誘電体材料をフォトリソグラフィ像に適切に位置決めするためにフォトリソグラフィ技術を使用して、形成される。ビアホール形成後、オプションで、工程１２５において無電解金属を析出する。例えば、前記第１の回路が銅で作られ、次に従来式の無電解銅を、自己触媒として銅を使用してビアホール底部の露出銅の上に堆積するこができる。前記ビアホールの銅が十分に成長すると、オプションの工程１３０の同じプロセスサイクルを使用して、別の回路を追加することができる。オプションの工程１３５を介して、同じプロセスサイクルを繰り返し適用して、さらなる多層構造を形成することができる。考えられる無電解金属には、銅、ニッケル、パラジウム、白金、スズ、銀、および金が含まれる。
【００４５】
図２は、図１に対応する断面図として概略図を示している。第１工程２００は、ベース材料２０１上の触媒層２０２作成である。前記ベース材料は、金属、プラスチック、またはセラミックであり得、また、ポリエチレンテレフタレートおよび熱可塑性フィルムなどのポリマーを含み得る。作成されたベース材料２１１上に、工程２１０において、ネガ回路像を有する誘電体材料２１２を触媒層上に配置する。工程２２０において、無電解金属２２３が前記触媒ベース材料２２１の露出部分上に析出される。前記誘電体材料２３３はめっき化学に対して活性ではないので、工程２２０において誘電体材料上に金属が析出することはない。
【００４６】
オプションの工程２３０は、二つの回路層を接続するためのビアホールを作る。工程２３０に示されているように、誘電体材料２３３がベース回路２３１上にめっきされ、層状化または充填された金属がビアホール２３４の内面に析出され、ベース回路２３２の一部に接続される。次のオプション工程２４０は、２００から２２０の前記プロセスの同じシーケンスを適用して前記ベース２４１上に別の回路を形成するものである。前記工程２３０ないし２４０を、必要に応じて反復して実行することができ、その結果、多層回路が形成される。
【００４７】
あるいは、無電解金属めっきの予備的作成のために前記触媒を使用する代わりに、薄金属膜を適用することができる。適切な薄金属膜には、銅、銀、ニッケル、鉄、スズ、亜鉛、コバルト、鉛、またはアルミニウムが含まれるが、より好ましくは銅が含まれる。これらの金属の組み合わせまたは合金も使用可能である。前記薄金属膜は前記ベース材と同じとすることができる。前記薄金属膜は、それを含む実行可能な無電解金属溶液から選択可能である。前記薄金属膜は、プロセスのために十分な剛性を得るために、取り外し可能な材料の上に定着させることができる。また、前記薄金属膜は、犠牲層を含み得る。このようなホイルは市販されており、それは、それが不要になったときにベース材料の除去プロセスに役立つ。金属析出シード層用の薄金属膜フィルムの使用において、それは、無電解金属めっきと電解金属めっきとの両方を可能にする。
【００４８】
図３は、めっき技術を使用して金属をパターニングする方法３００の別の好ましい実施例を示している。この実施例では、前記薄金属膜をベース材料上に定着させて、さらなるプロセス（工程３０５）のために十分な剛性を得ることができる。続いて、前記誘電体材料が、最終的な導電性回路パターンのネガパターン上で薄い金属膜上に堆積される（工程３１０）。最後に、前記金属層が、誘電体材料によって覆われていない前記薄金属膜層に塗布される（工程３１０）。前記金属析出は、無電解めっきまたは電解めっきのいずれかを使用可能である。
【００４９】
オプションで、ビアホール開口部を有する誘電体材料が、工程３１５において前記ベース回路上に配置される。次に、金属が、工程３２０においてビアホール開口部上に析出される。プロセス３０５−３１０を繰り返し、その後、プロセス３１５−３２０を行うことにより、別の回路層が作成され、工程３３０において多層回路設計を作り出す。
【００５０】
最後に、前記ベース材を薄金属膜から除去し、薄金属膜を除去する。次に、前記薄金属が除去され、エッチングまたは物理的プロセス剥離などの化学的プロセスを前記除去プロセス３３５に使用することができる。
【００５１】
図４は、図３に対応する断面図として概略図を示している。第１工程４００（オプション）は、ベース材料４０１上の薄金属膜４０２の作成である。工程４１０において前記ベース材料４０１上に、誘電体材料４１２が、ネガ回路画像で薄金属フィルム層の上に載置される。工程４２０においてベース材料４２１の上に、金属４２３が、誘電体材料によってカバーされていない、露出した金属薄層上に析出される。
【００５２】
オプションの工程４３０は、二つの回路層を接続するためのビアホールを作る。工程４３０に示されるように、誘電体材料４３３が、ベース回路４３１上にめっきされ、層状または充填された金属のいずれかが、ベース回路４３２の一部に接続するビアホール４３４の内層上に析出される。次の工程４４０は、４１０−４２０のプロセスの同じシーケンスを適用して前記ベース４４１上に別の回路を形成するためのものである。前記工程４３０−４４０は、必要に応じて、反復実施することができ、それによって、多層回路が形成される。オプション工程４５０は、回路４５２を形成するベース材料４０１および薄金属層４０２（集合的に４１１）の除去を示す。
【００５３】
本明細書の説明は、本発明の主題の例示的な実施形態を提供するものである。各実施形態は、本発明の要素の単一の組み合わせを表すが、本発明の主題は、開示された要素のすべての可能な組み合わせを含むと見なされる。したがって、一実施形態が要素Ａ，ＢおよびＣを含み、中間実施形態が要素ＢおよびＤを含む場合、本発明の主題はまた、たとえ明示的でなくても、Ａ，Ｂ，ＣまたはＤの他の残りの組み合わせを含むと見なされる。
【００５４】
本明細書で使用される場合、文脈が別段の指示をしない限り、「に結合される（coupled to）」という用語は、直接結合（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）と、間接結合（少なくとも２つの要素の間に１つの追加要素が存在する）との両方を含むことが意図されている。したがって、「に結合（coupled to）」および「と結合（coupled with）」という文言は同義に使用される。
【００５５】
文脈が反対を指示しない限り、本明細書に記載されるすべての範囲は、それらのエンドポイントを含むものとして解釈されるべきであり、オープンエンド範囲は、商業的に実用的な値を含むものとして解釈されるべきである。同様に、文脈が反対を示さない限り、すべての値のリストは中間値を含むと見なされなければならない。
【００５６】
本明細書の本発明の概念から逸脱することなく、すでに説明したもの以外のさらに多くの修正が可能であることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲を除いて限定されるべきではない。さらに、明細書とクレームの両方を解釈する際には、すべての文言は、文脈と一致する可能な限り広い方法で解釈されるべきである。特に、「含む（comprises）」および「含む（comprising）」という文言は、非排他に要素、コンポーネント、またはステップを指すものとして解釈されるべきであり、参照される要素、コンポーネント、またはステップが、明示的に参照されていない他の要素、コンポーネント、またはステップと共に、存在、利用または組み合わせ可能であることを示している。明細書請求項が。Ａ，Ｂ，Ｃ．．．．およびＮから成るグループから選択される少なくとも一つの何かに言及する場合、そのテキストは、そのグループからの一つの要素のみを要件とする、すなわち、ＡプラスＮや、ＢプラスＮ、等ではない、ものとして解釈されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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