(57)【要約】【課題】金属配線を有する回路基板で、金属膜の端部にバリが発生しない回路基板の製造方法及び回路基板を提供することである。【解決手段】基板３０上に形成された絶縁層３１を、等方性エッチングにより掘り下げ、絶縁層３１上に凹部４２を形成して、凹部４２上に金属膜３６を形成する。この際、掘り下げられた絶縁層凹部４２の深さｈ１と、金属膜３６の膜厚ｈ２との間にｈ１＞ｈ２の関係が成立し、且つ絶縁層凹部４２の膜厚δが、δ≧０．０１μｍとなるように作製する。この後、リフトオフによりフォトレジスト上に堆積した金属膜を基板から除去すると、金属膜３６の端部にバリの無い回路基板が得られる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の製造方法であって、
基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストを複数の開口部を有するマスクパターンにパターニングする工程と、
前記マスクパターンを介して前記絶縁層を等方性エッチングして、前記マスクパターンの各開口部より広い領域の前記絶縁層凹部を形成する工程と、
前記フォトレジスト及びエッチングされた絶縁層上に金属を堆積して、前記各絶縁層凹部内に孤立した金属膜を形成する工程と、
前記フォトレジストと前記フォトレジスト上に堆積した金属をリフトオフ法により前記基板から除去する工程とを含み、
前記エッチングにより形成された絶縁層凹部の深さｈ１と、前記絶縁層凹部上に堆積した金属膜の膜厚ｈ２との間に、ｈ１＞ｈ２の関係が成立し、且つ絶縁層凹部が形成された領域の前記絶縁層の膜厚δが、δ≧０．０１μｍであることを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記金属をリフトオフ法により前記基板から除去した後、さらに、前記孤立した金属膜を互いに配線するための少なくとも一つの配線用金属膜を形成する工程を含む請求項１に記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記基板がＳｉ基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記孤立した金属膜の上面の膜幅Ｗ１と、下面の膜幅Ｗ２との間に、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立するように金属膜が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記等方性エッチングが、ウェットエッチングまたはドライエッチングであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板の製造方法で製造された回路基板。
【請求項７】
回路基板であって、
基板と、
前記基板上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層に形成された複数の絶縁層凹部と、
前記各絶縁層凹部上に孤立して形成された金属膜とを備え、
前記絶縁層凹部の深さｈ１と、前記金属膜の膜厚ｈ２との間に、ｈ１＞ｈ２の関係が成立し、且つ前記絶縁層凹部の絶縁層の膜厚δが、δ≧０．０１μｍであることを特徴とする回路基板。
【請求項８】
さらに、前記孤立した金属膜を互いに配線する少なくとも一つの配線用金属膜を備えた請求項７に記載の回路基板。
【請求項９】
前記基板がＳｉ基板であることを特徴とする請求項７または８に記載の回路基板。
【請求項１０】
前記金属膜の上面の膜幅Ｗ１と、下面の膜幅Ｗ２との間に、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
金属配線を有する回路基板の製造方法及び回路基板に関し、より詳細には、半導体基板上に電子部品及び金属配線が実装された回路基板の製造方法及び回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムに用いられる波長分割多重方式のデバイスを製造するための有効な技術として、シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ：Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｂｅｎｃｈ）技術が知られている。シリコンオプティカルベンチ技術とは、レーザーダイオード、レンズ、電子部品などを同一Ｓｉ基板上に実装する技術である。また、Ｓｉ基板上にはそれらの部品以外に、光ファイバなどを固定するためのＶ字溝や、基板上に実装されている各部品の電気配線パターンも形成される。
【０００３】
シリコンオプティカルベンチ技術を用いて作製した回路基板の一例を図１に示す。この回路基板は、レーザーダイオード（不図示）の抵抗値を決めるために用いられる。図１に示すように、Ｓｉ基板１０表面に形成されたＳｉＯ２膜１１上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ多層金属膜１２及び１３が形成され、さらに、ＴａＮ膜１４で金属膜１２及び１３が配線されている。レーザーダイオードの抵抗値は、ＴａＮ膜１４の膜厚、長さ、幅及びＮ含有量により決定される。
【０００４】
一般に、図１に示すような金属配線を有する回路基板では、金属膜１２及び１３を形成する方法としてリフトオフ法が用いられる。リフトオフ法では、まず、基板上に塗布されたリフトオフ用フォトレジストを露光及び現像し、所望の金属配線部分のフォトレジストを除去して金属配線パターンを形成する。この際、フォトレジストの開口部壁面の形状がオーバーハング形状、または、逆テーパー形状になるように、所定の溶媒による処理を行ったり、特殊なフォトレジストを用いたり、あるいは積層タイプのフォトレジストが用いられていた。次いで、フォトレジスト側からスパッタ法や蒸着法などにより金属を堆積させると、フォトレジスト開口部に露出したＳｉＯ２膜１１上及びフォトレジスト上に金属膜が形成される。そして、アセトンなどの有機溶剤を使用して、フォトレジスト上に堆積した金属膜を基板から剥離すると、所望の金属配線部分のみに金属膜が残る。
【０００５】
リフトオフ法を用いて金属膜を形成する方法の例としては、図１に示すようなシリコンオプティカルベンチの回路基板以外に、ショットキー接合型電界効果トランジスタのゲート電極を、半導体基板上にＣＶＤで絶縁膜を形成することなく、リフトオフ法で形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−９２６０５号公報（第２−７頁、第１−２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リフトオフ法で回路基板上に金属膜を形成する場合、スパッタ源あるいは蒸着源から飛来する金属原子を基板に対して精度良く垂直方向に堆積させなければならない。この精度が悪くなると、図２（ａ）に示すように、スパッタ源あるいは蒸着源から飛来した金属原子がフォトレジスト２１の開口部の壁面側に回り込み、フォトレジスト２１の開口部の壁面に沿って金属が上方に延在して付着した金属膜２３が形成される。この後、リフトオフ法で、フォトレジスト２１上に堆積した金属膜２４を回路基板から剥離すると、図２（ｂ）に示すように、金属膜２３の端部にバリ２５が残る。このような端部にバリのある複数の金属膜を別の配線用金属膜で配線すると、図２（ｃ）に示すように、バリ２５により金属膜２３及び２７と配線用金属膜２６との接触部分で断線が発生するという問題があった。
【０００８】
また、リフトオフ法ではフォトレジストの選択条件が厳しく、微細な配線が作製可能であること、感度が良いこと、所望のオーバーハング形状が作製できること、リフトオフ時に剥離がし易いことなど、様々な条件を同時に満たす必要がある。しかし、そのようなフォトレジストは稀であり、そのためリフトオフ法の使用が制限されるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題を解決するものであって、本発明の第１の目的は、金属膜の端部にバリが発生しない回路基板の製造方法及び回路基板を提供することである。また、本発明の第２の目的は、上記従来技術で用いられている特殊なリフトオフ用のフォトレジストを使用せずに、金属膜をリフトオフ法で作製することのできる回路基板の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に従えば、回路基板の製造方法であって、基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上にフォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストを複数の開口部を有するマスクパターンにパターニングする工程と、前記マスクパターンを介して前記絶縁層を等方性エッチングして、前記マスクパターンの各開口部より広い領域の前記絶縁層凹部を形成する工程と、前記フォトレジスト及びエッチングされた絶縁層上に金属を堆積して、前記各絶縁層凹部内に孤立した金属膜を形成する工程と、前記フォトレジストと前記フォトレジスト上に堆積した金属をリフトオフ法により前記基板から除去する工程とを含み、前記エッチングにより形成された絶縁層凹部の深さｈ１と、前記絶縁層凹部上に堆積した金属膜の膜厚ｈ２との間に、ｈ１＞ｈ２の関係が成立し、且つ絶縁層凹部が形成された領域の前記絶縁層の膜厚δが、δ≧０．０１μｍであることを特徴とする回路基板の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の回路基板の製造方法では、まず、基板上に絶縁層を形成する。次いで、スピンコート法やスプレー塗布などにより絶縁層上にフォトレジストを塗布する。その後、フォトレジストの露光及び現像を行って、金属配線パターンに相当する所定のマスクパターンを絶縁層上に形成する。次に、マスクパターン開口部に露出した絶縁層を等方性エッチングして、例えば、図４（ａ）に示すように、絶縁層上にマスクパターン開口部４１より広い開口幅を有する絶縁層凹部４２を形成する。この際、図４（ｂ）に示すように、後に絶縁層凹部４２上に形成される金属膜３６と基板３０との絶縁性を保つために、絶縁層凹部４２の膜厚δが、δ≧０．０１μｍとなるようにエッチング量を調整する。
【００１２】
エッチング後、フォトレジスト３２及び絶縁層凹部４２に金属を堆積させる。この際、絶縁層凹部４２の深さｈ１と、絶縁層凹部４２上に形成される金属膜３６の膜厚ｈ２との間にｈ１＞ｈ２の関係が成立するように金属を堆積させる。これにより、金属膜３６とフォトレジスト３２の側面に付着した金属膜とは完全に分離されるので、金属膜３６の端部にはバリが発生しない。最後に、有機溶剤などを用いて、リフトオフ法により、フォトレジスト３２及びフォトレジスト３２の上面及び側面に堆積した金属膜を絶縁層３１から除去すると、図４（ｂ）に示すように、絶縁層凹部４２にのみ金属膜３６が残り、本発明の回路基板が得られる。
【００１３】
本発明の回路基板の製造方法では、例えば、図４（ｃ）に示すように、上記の製造工程で形成された回路基板の金属膜３６及び３７を互いに配線するために、少なくとも一つの別の配線用金属膜３９を、金属膜３６及び３７の間を架橋するように形成しても良い。
【００１４】
また、本発明の回路基板の製造方法では、基板にＳｉ基板を用いることが好ましく、基板上に形成された絶縁層を等方性エッチングする方法には、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の回路基板の製造方法では、図４（ｂ）に示すように、金属膜３６の上面の膜幅Ｗ１と下面の膜幅Ｗ２との間に、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立するように金属膜を形成することが好ましい。この条件で形成された複数の孤立した金属膜の間を架橋するように別の配線用金属膜で配線すれば、図４（ｃ）に示すように、金属膜３６及び３７と配線用金属膜３９との接触部分に断線が発生せず、良好な配線接続が得られる。しかし、例えば、マスクパターン開口部に露出した絶縁層を等方性エッチングして絶縁層凹部を形成した後、一旦マスクパターンを形成しているフォトレジストを剥離して、再度、等方性エッチングにより形成された絶縁層凹部上にフォトレジストでマスクパターンを形成する。次いで、絶縁層凹部上に金属を堆積させてリフトオフにより金属膜を形成すると、図２に示した従来のリフトオフで形成された金属膜２３のように端部にバリが発生して、金属膜の上面の膜幅Ｗ１と下面の膜幅Ｗ２との関係はＷ１＞Ｗ２となる。このような形状の金属膜の間を架橋するように別の配線用金属膜で配線すれば、図５に示すように、金属膜５１及び５２と配線用金属膜５３との接触部分に断線が生じる。
【００１６】
本発明の第２の態様に従えば、回路基板であって、基板と、前記基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層に形成された複数の絶縁層凹部と、前記各絶縁層凹部上に孤立して形成された金属膜とを備え、前記絶縁層凹部の深さｈ１と、前記金属膜の膜厚ｈ２との間に、ｈ１＞ｈ２の関係が成立し、且つ前記絶縁層凹部の絶縁層の膜厚δが、δ≧０．０１μｍであることを特徴とする回路基板が提供される。
【００１７】
本発明の回路基板の一例を図４（ｂ）に示す。本発明の回路基板は、図４（ｂ）に示すように、基板３０と、基板３０上に形成された絶縁層３１と、絶縁層３１に形成された複数の絶縁層凹部４２と、各絶縁層凹部４２に孤立して形成された金属膜３６とで構成されている。絶縁層凹部４２の深さｈ１と絶縁層凹部４２上に形成されている金属膜３６の膜厚ｈ２との間には、図４（ｂ）に示すように、ｈ１＞ｈ２の関係が成立している。また、絶縁層凹部４２の膜厚δは、金属膜３６と基板３０との間の絶縁性を保つために、δ≧０．０１μｍで形成されている。
【００１８】
さらに、本発明の回路基板では、図４（ｃ）に示すように、複数の孤立した金属膜を互いに配線する少なくとも一つの配線用金属層を備えていても良い。また、本発明の回路基板では、基板がＳｉ基板であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の回路基板では、図４（ｂ）に示すように、金属膜３６の上面の膜幅Ｗ１と、下面の膜幅Ｗ２との間に、Ｗ１＜Ｗ２の関係が成立することが好ましい。この条件で形成された複数の孤立した金属膜の間を、別の配線用金属膜で架橋するように配線すれば、図４（ｃ）に示すように、金属膜３６及び３７と配線用金属膜３９との接触部分に断線が発生せず、良好な配線接続が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の回路基板の製造方法及び回路基板について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００２１】
【実施例】
この例で作製した回路基板の製造方法を、図３を用いて説明する。まず、Ｓｉ基板３０の表面に２μｍの厚さを有するＳｉＯ２層３１が形成された５インチのウェハーを用意する。次いで、図３（ａ）に示すように、ポジ型フォトレジスト３２（ＯＦＰＲ−８００（東京応化製））を、ＳｉＯ２層３１上に４μｍの厚さで塗布した。次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、フォトレジスト３２に所定の金属配線パターンに相当するマスクパターンを形成した。この例では、マスクパターンとして２ｍｍ×４ｍｍの長方形の開口部３３をＳｉＯ２層３１上に１００個作製し、隣接する金属配線パターン間の距離ｄを０．５μｍとした。
【００２２】
次に、バッファードフッ酸を用いて、図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト開口部３３のＳｉＯ２層を等方性エッチングして、ＳｉＯ２層３１に深さ１μｍの凹部３４を形成した。この際、フォトレジスト開口部３３のＳｉＯ２層３１は等方性エッチングにより基板の表面方向にもエッチングされる。これにより、フォトレジスト開口部３３近傍のフォトレジスト３２の下部のＳｉＯ２層３１もエッチングされるので、図３（ｃ）に示すように、エッチングされたＳｉＯ２層の凹部３４は、フォトレジスト開口部３３より広い開口幅を有している。この結果、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２層凹部３４の端部では、フォトレジストの下面領域３５がＳｉＯ２層と接触せずに露出している。
【００２３】
エッチング後、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２層凹部３４の表面に、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕを、この順番でそれぞれ０．３μｍの厚さで蒸着することによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ多層構造の金属膜３６を形成した。蒸着には、図示しないアルバック社製蒸着装置ＥＸ−４００を用いた。こうして、図３（ｄ）に示すように、蒸着された金属膜は、フォトレジスト３２の上面及び側面のみならずＳｉＯ２層の各凹部３４にも堆積する。ここで、各凹部３４に形成された金属膜３６，３７の膜厚は、エッチングにより掘り込まれたＳｉＯ２層凹部３４の深さより小さくなるように蒸着を制御する。こうすることで、フォトレジスト３２の側面に付着した金属膜３８と、ＳｉＯ２層凹部３４上に形成された金属膜３６，３７とは完全に分離される。それゆえ、ＳｉＯ２層凹部３４上に形成された金属膜３６，３７の端部にはバリが発生しない。
【００２４】
ＳｉＯ２層凹部３４上に金属膜３６，３７を蒸着した後、回路基板をアセトンに浸漬をすると、金属膜３８が付着していないフォトレジスト３２の下面領域３５にアセトンが入り込み、フォトレジスト３２を溶解して除去され、フォトレジスト３２の上面及び側面に堆積した金属膜３８も同時にフォトレジストとともに回路基板から除去される。これにより、図３（ｅ）に示すように、金属膜３６の所定の金属配線パターンがＳｉＯ２層上に形成された。
【００２５】
次に、上記製造工程で、ＳｉＯ２層凹部３４上に形成した金属膜３６とそれに隣接する金属膜３７とを互いに配線するためのＴａＮ膜３９を、図３（ｆ）に示すように、金属膜３６と金属膜３７との間を架橋するように形成した。ここで、ＴａＮ膜３９の作製方法は、まず、図３（ｅ）の金属膜３６及び３７が形成されたＳｉＯ２層上に、フォトレジストを４μｍ塗布し、フォトリソグラフィー法によりＴａＮ膜３９の金属配線パターンを形成する。次いで、金属配線パターンが形成されている側の表面に、スパッタによりＴａＮ膜３９を堆積させた。そして、アセトンを用いてリフトオフ法によりフォトレジストを除去するとともに、フォトレジスト上に堆積したＴａＮ膜を回路基板から剥離すると、図３（ｆ）に示すような金属配線された回路基板が得られた。作製されたＴａＮ膜３９は、幅０．２μｍ×長さ０．６μｍの形状とし、膜厚は０．３μｍとした。ただし、ＴａＮ膜３９の長辺部を用いて隣接する金属膜３６及び３７を配線した。この際、図３（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２層凹部３４上に形成された金属膜３６及び３７の端部にはバリが無いので、金属膜３６及び３７の間をＴａＮ膜で配線しても、バリによる断線は発生しない。
【００２６】
【比較例】
比較例では、フォトレジスト開口部の露出したＳｉＯ２層を等方性エッチングで掘り下げないで金属膜を形成した以外は実施例と同様に回路基板を作製した。ここで、実施例及び比較例で作製した回路基板で、複数の孤立した金属膜間を配線しているＴａＮ膜の抵抗値を測定して比較した。抵抗値は、ＴａＮ膜に架橋されている二つの金属膜に，それぞれプローブを接触させ四端子法で測定した。また、図４に示すように、フォトレジスト開口部４１の幅Ｅ１とＳｉＯ２層凹部４２の幅Ｅ２との差Ｅ２−Ｅ１、金属膜３６の上面の膜幅Ｗ１と下面の膜幅Ｗ２との差Ｗ２−Ｗ１、及びＳｉＯ２層凹部４２の深さｈ１と金属膜３６の膜厚ｈ２との差Ｄ（＝ｈ１−ｈ２）を、走査型電子顕微鏡で測定した。それらの結果を表１にまとめた。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、比較例で作製した回路基板では、ＴａＮ膜の最大抵抗値と最小抵抗値との差が非常に大きくなり、接触不良の配線部分が確認された。一方、実施例では、ＴａＮ膜の最大抵抗値と最小抵抗値との差が小さく、全ての配線部分で良好な接触状態が得られた。
【００２９】
上記実施例では、金属膜の所定パターンを形成するフォトレジストにポジ型のフォトレジストを用いたが、本発明はこれに限定されず、ネガ型のフォトレジストを用いても良い。
【００３０】
また、上記実施例では、Ｓｉ基板表面の絶縁層としてＳｉＯ２層１層を有する回路基板を説明したが、本発明はこれに限定されず、絶縁層が多層構造であっても良い。
【００３１】
また、上記実施例では、ＳｉＯ２層上に複数の金属膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜）を形成する方法に蒸着法を用いたが、本発明はこれに限定されず、スパッタリングあるいはイオンプレーティングを用いても良い。また、配線用金属膜（ＴａＮ膜）を形成する方法にスパッタリングを用いたが、本発明はこれに限定されず、蒸着法あるいはイオンプレーティングを用いても良い。
【００３２】
さらに、上記実施例では、金属膜（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜）及び配線用金属膜（ＴａＮ膜）をリフトオフ法で形成する際、アセトンを用いてフォトレジスト上に堆積した金属膜を除去したが、本発明はこれに限定されず、他の有機溶剤、あるいは、酸及びアルカリなどの無機溶剤を用いて除去しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の回路基板の製造方法及び回路基板に従えば、金属膜の端部にバリが生じない金属配線を有する回路基板を容易に製造することができるので、接触精度が均一で歩留まりの良い金属配線を有する回路基板が得られる。
【００３４】
また、本発明の回路基板の製造方法では、フォトレジスト開口部の絶縁層を等方性エッチングして、フォトレジスト開口部より広い開口幅を有する絶縁層凹部を形成することにより、フォトレジスト開口部と絶縁層凹部との間にオーバーハング形状を形成する。即ち、従来用いられていた特殊なリフトオフ用のフォトレジストを用いなくても、容易にフォトレジスト開口部にオーバーハング形状を形成にすることができる。従って、本発明の回路基板の製造方法に従えば、特殊なリフトオフ用のフォトレジストを使用せずに金属配線を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の金属配線を有する回路基板の概略断面図である。
【図２】リフトオフ法で金属膜の端部にバリが生じる場合の説明図であり、（ａ）はフォトレジスト開口部に金属を堆積させた場合の概略断面図であり、（ｂ）はリフトオフにより、フォトレジストを除去した後の概略断面図であり、（ｃ）は金属配線に断線がある場合の、従来の回路基板の概略断面図である。
【図３】実施例の回路基板の製造方法のフローチャートを示した図である。
【図４】本発明の回路基板の概略断面図であり、（ａ）はフォトレジスト開口部の絶縁層を等方性エッチングした後の概略断面図であり、（ｂ）はリフトオフ法により、フォトレジスト上に堆積した金属膜を除去した後の概略断面図であり、（ｃ）は金属膜を配線した場合の概略断面図である。
【図５】金属膜の上面の膜幅Ｗ１と下面の膜幅Ｗ２との間に、Ｗ１＞Ｗ２の条件が成立している場合の配線回路の概略断面図である。
【符号の説明】
１０，３０　基板
１１，３１　絶縁層
１２，１３，２３，２７，３６，３７　金属膜
１４，２６，３９　配線用金属膜
２１，３２　フォトレジスト
３４，４２　絶縁層凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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