(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚測定領域と配線形成領域とが画定された下地絶縁層と、
前記膜厚測定領域の前記下地絶縁層の上に形成されたアンテナ用の第１金属層と、
前記配線形成領域の前記下地絶縁層の上に形成された第１配線層と、
前記下地絶縁層、前記第１金属層及び前記第１配線層の上に形成された第１絶縁層と、
前記第１金属層と対向するように、前記膜厚測定領域の前記第１絶縁層の上に形成された、パッド部を有する前記アンテナ用の第２金属層と、
前記膜厚測定領域の前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第１ビア導体を介して前記第１金属層に接続された第１電極パッドと、
前記配線形成領域の前記第１絶縁層の上に形成された第２配線層と、
前記第２金属層を被覆して形成され、膜厚測定対象となる第２絶縁層と
を有し、
前記第１金属層と前記第１配線層とは、同一層から形成されると共に、電気的に絶縁されており、
前記第２金属層と前記第２配線層とは、同一層から形成されると共に、電気的に絶縁されており、
前記パッド部と前記第１電極パッドとは、測定器のプローブが接続されるパッドであることを特徴とする膜厚測定機能付き基板。
【請求項２】
前記第２絶縁層は、前記パッド部及び前記第１電極パッドを露出させる開口部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定機能付き基板。
【請求項３】
前記膜厚測定領域の前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第２ビア導体を介して前記第１金属層に接続された第２電極パッドを有し、
前記第２電極パッドは測定器のプローブが接続されるパッドであることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定機能付き基板。
【請求項４】
前記第２絶縁層は、樹脂層又はＯＳＰ膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の膜厚測定機能付き基板。
【請求項５】
第１金属層と、
前記第１金属層の上に形成された第１絶縁層と、
前記第１金属層に対向するように、前記第１絶縁層の上に形成された、パッド部を有する第２金属層と、
前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第１ビア導体を介して前記第１金属層に接続される第１電極パッドと
を備えたアンテナを含む基板を用意する工程と、
前記第２金属層の上に、膜厚測定対象となる第２絶縁層を形成する工程と、
前記第１電極パッド及び前記パッド部に測定器のプローブを接続して、前記アンテナの共振周波数を測定する工程と、
前記共振周波数に基づいて、前記第２絶縁層の膜厚を算出する工程と
を有することを特徴する絶縁層の膜厚測定方法。
【請求項６】
前記第２絶縁層を形成する工程では、前記第２金属層及び前記第１電極パッドを覆う第２絶縁層を形成した後で、前記第１電極パッド及び前記パッド部を露出させる開口部を前記第２絶縁層に形成する工程を有し、
前記アンテナの共振周波数を測定する工程では、前記開口部に露出する前記第１電極パッド及び前記パッド部に前記プローブを接続することを特徴とする請求項５に記載の絶縁層の膜厚測定方法。
【請求項７】
前記第２絶縁層を形成する工程では、前記第２金属層及び前記第１電極パッドを覆う第２絶縁層を形成する工程を有し、
前記アンテナの共振周波数を測定する工程では、前記第２絶縁層を前記プローブで突き破って前記第１電極パッド及び前記パッド部に前記プローブを接続することを特徴とする請求項５に記載の絶縁層の膜厚測定方法。
【請求項８】
前記第２絶縁層の膜厚と、前記アンテナの共振周波数との関係を検量線として予め作成しておき、測定された共振周波数から前記検量線により膜厚を算出することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の絶縁層の膜厚測定方法。
【請求項９】
前記アンテナは、前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第２ビア導体を介して前記第１金属層に接続される第２電極パッドを有し、
前記アンテナの共振周波数を測定する工程では、前記第２電極パッドにも前記プローブを接続することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の絶縁層の膜厚測定方法。
【請求項１０】
前記第２絶縁層は、樹脂層又はＯＳＰ膜であることを特徴とする請求項５乃至９のいずれか一項に記載の絶縁層の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚測定機能付き基板及び絶縁層の膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップなどの電子部品が実装される配線基板がある。そのような配線基板では、層間絶縁層の膜厚の設計スペックが決められており、製造工程で層間絶縁層の膜厚を測定してチェックする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２２００３号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７８０４号公報
【特許文献３】特開２０１０−７３７４１号公報
【特許文献４】特開２０１２−４３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
後述する予備的事項の欄で説明するように、配線基板の絶縁樹脂層の膜厚を３次元測長システムで測定する方法では、ビアホールの径、樹脂材料及びプロセス条件に依存するため、測定作業が煩雑になりやすい。
【０００５】
また、配線基板の薄膜のＯＳＰ膜の膜厚測定を溶出法で行う場合は、配線基板の分析部分を個片化する必要があり、手間がかかる課題がある。
【０００６】
簡易な方法でかつ非破壊で絶縁層の膜厚を測定できる膜厚測定機能付き基板及び絶縁層の膜厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の開示の一観点によれば、膜厚測定領域と配線形成領域とが画定された下地絶縁層と、前記膜厚測定領域の前記下地絶縁層の上に形成されたアンテナ用の第１金属層と、前記配線形成領域の前記下地絶縁層の上に形成された第１配線層と、前記下地絶縁層、前記第１金属層及び前記第１配線層の上に形成された第１絶縁層と、前記第１金属層と対向するように、前記膜厚測定領域の前記第１絶縁層の上に形成された、パッド部を有する前記アンテナ用の第２金属層と、前記膜厚測定領域の前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第１ビア導体を介して前記第１金属層に接続された第１電極パッドと、前記配線形成領域の前記第１絶縁層の上に形成された第２配線層と、前記第２金属層を被覆して形成され、膜厚測定対象となる第２絶縁層とを有し、前記第１金属層と前記第１配線層とは、同一層から形成されると共に、電気的に絶縁されており、前記第２金属層と前記第２配線層とは、同一層から形成されると共に、電気的に絶縁されており、前記パッド部と前記第１電極パッドとは、測定器のプローブが接続されるパッドである膜厚測定機能付き基板が提供される。
【０００８】
また、その開示の他の観点によれば、第１金属層と、前記第１金属層の上に形成された第１絶縁層と、前記第１金属層に対向するように、前記第１絶縁層の上に形成された、パッド部を有する第２金属層と、前記第１絶縁層の上に形成され、前記第１絶縁層に配置された第１ビア導体を介して前記第１金属層に接続される第１電極パッドとを備えたアンテナを含む基板を用意する工程と、前記第２金属層の上に、膜厚測定対象となる第２絶縁層を形成する工程と、前記第１電極パッド及び前記パッド部に測定器のプローブを接続して、前記アンテナの共振周波数を測定する工程と、前記共振周波数に基づいて、前記第２絶縁層の膜厚を算出する工程とを有する絶縁層の膜厚測定方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以下の開示によれば、膜厚測定機能付き基板では、膜厚測定領域に、第１絶縁層が第１金属層と第２金属層とで挟まれた構造のアンテナを備えている。そして、アンテナの上に膜厚測定対象の第２絶縁層が形成される。
【００１０】
アンテナの共振周波数を測定することに基づいて、第２絶縁層の膜厚を算出することができる。このようにして、ビアホールの径、樹脂材料及びプロセス条件に依存することなく、簡易な方法でかつ非破壊で絶縁層の膜厚を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は予備的事項に係る絶縁層の膜厚測定方法を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は予備的事項に係るＯＳＰ膜の膜厚測定方法を示す断面図及び平面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図４】図４は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板の製造方法を示す断面図及び平面図（その２）である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図６】図６は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図７】図７は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板を示す断面図及び平面図である。
【図８】図８は図７の平面図のＩＩ−ＩＩの沿った断面図である。
【図９】図９は図７の膜厚測定機能付き基板を使用して絶縁層の膜厚を測定する方法を示す断面図及び平面図である。
【図１０】図１０は図９の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面図ある。
【図１１】図１１はポリイミド層の膜厚とパッチアンテナの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は第２実施形態の膜厚測定機能付き基板を示す断面図及び平面図である。
【図１３】図１３は図１２の平面図のＩＩ−ＩＩの沿った断面図である。
【図１４】図１４は図１２の膜厚測定機能付き基板を使用してＯＳＰ膜の膜厚を測定する方法を示す断面図及び平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１３】
実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）には、予備的事項に係る配線基板の絶縁樹脂層の膜厚測定方法が示されている。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、第１絶縁樹脂層１００の上に銅からなる配線層２００を形成した後に、配線層２００を被覆する第２絶縁樹脂層１２０を形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、第２絶縁樹脂層１２０をレーザで加工することにより、配線層２００に到達するビアホールＶＨを形成する。
【００１５】
その後に、デスミア処理を行うことにより、ビアホールＶＨ内の樹脂スミアを除去してクリーニングする。
【００１６】
ここで、第２絶縁樹脂層１２０の膜厚が設計スペックの範囲に収まっているかどうかチェックする必要がある。
【００１７】
図１（ｃ）に示すように、第２絶縁樹脂層１２０に形成されたビアホールＶＨの底に配線層２００が露出した構造体に３次元測長システムにより光を照射する。このとき、ビアホールＶＨの底の配線層２００の表面の焦点距離Ｄ１と、第２絶縁樹脂層１２０の表面の焦点距離Ｄ２との差が配線層２００上の第２絶縁樹脂層１２０の膜厚として測定される。
【００１８】
この測定方法では、ビアホールＶＨの径が２０μｍ〜１０μｍ程度に小さくなる場合、あるいは第２絶縁樹脂層１２０の膜厚がかなり厚くなる場合は、ビアホールＶＨの底の配線層２００を画像認識できなくなるため、膜厚測定が不可となる。
【００１９】
また、第２絶縁樹脂層１２０の表面とビアホールＶＨの底の配線層２００（銅）の表面とでは画像のコントラストが異なる。このため、確実に各表面を検出するには、照明の光量などを調整する必要があり、測定作業が煩雑になる。
【００２０】
さらには、第２絶縁樹脂層１２０の樹脂材料や各工程でのプロセス条件を変更すると、第２絶縁樹脂層１２０とビアホールＶＨの底の配線層２００との各表面状態がその都度変化してしまう。このため、各表面状態の変化に応じて測定条件を調整する必要があり、測定作業が煩雑になる。
【００２１】
次に、予備的事項に係る配線基板のＯＳＰ（Organic Solderability Preservative）膜の膜厚測定方法について説明する。図２（ａ）に示すように、配線基板６００では、絶縁樹脂層３００の上に銅からなる接続パッドＰが形成されている。また、絶縁樹脂層３００の上に、接続パッドＰの上に開口部４２０が設けられたソルダレジスト層４００が形成されている。
【００２２】
さらに、ソルダレジスト層４００の開口部４２０内の接続パッドＰの表面に膜厚が１００ｎｍ程度の薄膜のＯＳＰ膜５００が形成されている。ＯＳＰ膜５００は、接続パッドＰ（銅）の表面の酸化を防止するための有機保護膜である。
【００２３】
図２（ａ）のＯＳＰ膜５００の膜厚測定方法としては、溶出法がある。溶出法では、図２（ｂ）に示すように、配線基板６００のＯＳＰ膜５００が形成された分析部分６００ａをプレス加工などで打ち抜いて個片サンプルＳにする。
【００２４】
そして、個片サンプルＳを溶剤で溶解し、その中に溶出した分析対象の成分量を測定することにより、個片サンプルＳに付着していたＯＳＰ膜５００の平均膜厚を推定する。
【００２５】
このように、ＯＳＰ膜５００の膜厚測定を溶出法で行う場合は、サンプルサイズに制約があり、配線基板６００の分析部分６００ａを個片サンプルＳにする必要があるため、手間がかかる課題がある。
【００２６】
以下に説明する実施形態の膜厚測定機能付き基板を使用する絶縁層の膜厚測定方法は、前述した課題を解消することができる。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図３〜図６は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板の製造方法を示す図、図７は第１実施形態の膜厚測定機能付き基板を示す図である。
【００２８】
本実施形態では、膜厚測定機能付き基板の製造方法を説明しながら、絶縁層の膜厚測定方法を説明する。
【００２９】
最初に、配線基板に、絶縁層の膜厚測定を行うためのパッチアンテナを形成する方法について説明する。図３（ａ）に示すように、まず、配線基板の下地絶縁層１０を用意する。
【００３０】
下地絶縁層１０はガラスエポキシ樹脂などのコア基板であってもよいし、コア基板上に形成されたビルドアップ配線層の製造途中の樹脂からなる層間絶縁層であってもよい。あるいは、配線基板の下地絶縁層１０は、コア基板を有さないコアレス配線基板の基板として機能する層間絶縁層であってもよい。
【００３１】
配線基板の下地絶縁層１０には、膜厚測定用のパッチアンテナが配置される膜厚測定領域Ａと、電気的な配線層が配置される配線形成領域Ｂとが画定されている。
【００３２】
特に図示しないが、配線基板は多面取り用の大型基板であり、複数の製品領域と、各製品領域を取り囲むように格子状に設けられたダイシング領域とを有する。
【００３３】
上記した膜厚測定領域Ａはダイシング領域の任意の領域に配置されるか、あるいは各製品領域内の一端部にそれぞれ配置される。また、配線形成領域Ｂは各製品領域にそれぞれ配置される。
【００３４】
次いで、図３（ｂ）に示すように、膜厚測定領域Ａの下地絶縁層１０上に第１金属層２１を形成する。膜厚測定領域Ａに配置される第１金属層２１は一括パターンのグランドプレーン層として形成される。第１金属層２１は、例えば四角形状で形成される。
【００３５】
これと同時に、配線形成領域Ｂの下地絶縁層１０上に第１配線層３１を形成する。第１配線層３１と第１金属層２１とは、電気的に独立して形成される。
【００３６】
下地絶縁層１０がコア基板である場合は、コア基板に貫通導体が形成されており、両面側の第１配線層３１が貫通導体を介して相互接続される。コア基板を有する場合は、両面側に多層配線層が形成されるようにしてもよい。
【００３７】
あるいは、下地絶縁層１０が層間絶縁層として形成され、その下に下側配線層が形成されている場合は、第１配線層３１は下地絶縁層１０に配置されるビア導体を介して下側配線層に接続される。
【００３８】
次いで、図３（ｃ）に示すように、下地絶縁層１０、第１金属層２１及び第１配線層３１の上に未硬化の樹脂フィルムを貼付し、加熱処理して硬化させることにより、第１層間絶縁層４１を形成する。第１層間絶縁層４１の樹脂材料としては、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などが使用される。
【００３９】
その後に、図３（ｄ）に示すように、第１層間絶縁層４１をレーザで加工する。これにより、膜厚測定領域Ａでは、第１金属層２１の一端部に到達する第１ビアホールＶＨ１と、第１金属層２１の他端部に到達する第２ビアホールＶＨ２とが形成される。また、配線形成領域Ｂでは、第１配線層３１の接続部に到達する第３ビアホールＶＨ３が形成される。
【００４０】
その後に、過マンガン酸カリウム液などでデスミア処理を行うことにより、第１、第２、第３ビアホールＶＨ１，ＶＨ２，ＶＨ３内の樹脂スミアを除去してクリーニングする。
【００４１】
続いて、図４の断面図に示すように、膜厚測定領域Ａの第１層間絶縁層４１の上に、第１ビアホールＶＨ１内の第１ビア導体ＶＣ１を介して第１金属層２１の一端部に接続される第１電極パッドＰ１を形成する。
【００４２】
これと同時に、膜厚測定領域Ａの第１層間絶縁層４１の上に、第２ビアホールＶＨ２内の第２ビア導体ＶＣ２を介して第１金属層２１の他端部に接続される第２電極パッドＰ２を形成する。図４の断面図の膜厚測定領域Ａは図４の平面図のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。図４の平面図は透視的に描かれている。
【００４３】
これと同時に、図４の平面図を加えて参照すると、膜厚測定領域Ａの第１層間絶縁層４１の上に第２金属層２２を形成する。第２金属層２２は、第１層間絶縁層４１を介して第１金属層２１（グランドプレーン層）と対向するように、第１層間絶縁層４１の上に形成される。第２金属層２２は、膜厚測定領域Ａに一括パターンのアンテナパターン層として配置される。
【００４４】
第２金属層２２は、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２側に延びる延在部２２ａを有し、その先端側にパッド部ＰＸを備えている。
【００４５】
さらに同時に、図４の断面図に示すように、配線形成領域Ｂの第１層間絶縁層４１の上に、第３ビアホールＶＨ３内の第３ビア導体ＶＣ３を介して第１配線層３１に接続される第２配線層３２を形成する。第２配線層３２と第２金属層２２とは、電気的に独立して形成される。
【００４６】
以上により、膜厚測定領域Ａに、第１層間絶縁層４１が第１金属層２１と第２金属層２２とによって挟まれたキャパシタ構造からなるパッチアンテナＰＡが構築される。パッチアンテナＰＡは、配線形成領域Ｂに形成された第１配線層３１及び第２配線層３２と電気的に独立して形成される。
【００４７】
後述するように、パッチアンテナＰＡの上に膜厚測定対象となる層間絶縁層が形成され、パッチアンテナＰＡの共振周波数を測定することにより、層間絶縁層の膜厚を算出することができる
上記した第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２、第２金属層２２及び第２配線層３２はセミアディティブ法によって形成される。図５（ａ）〜（ｄ）を参照して詳しく説明する。図５（ａ）〜（ｄ）では、前述した図３（ｄ）の膜厚測定領域Ａの第２ビアホールＶＨ２から配線形成領域Ｂが部分的に示されている。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、図３（ｄ）の第１層間絶縁層４１の上及び第１、第２、第３第２ビアホールＶＨ１，ＶＨ２，ＶＨ３内に無電解めっき又はスパッタ法により、銅などからなるシード層１２を形成する。
【００４９】
続いて、図５（ｂ）に示すように、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２、第２金属層２２及び第２配線層３２が配置される領域に開口部１３ａが設けられためっきレジスト層１３をシード層１２の上に形成する。
【００５０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、シード層１２をめっき給電経路に利用する電解めっきにより、めっきレジスト層１３の開口部１３ａに銅などからなる金属めっき層１４を形成する。
【００５１】
さらに、図５（ｄ）に示すように、めっきレジスト層１３を除去した後に、金属めっき層１４をマスクにしてシード層１２をエッチングする。このようにして、図４で示した第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２、第２金属層２２及び第２配線層３２は、シード層１２と金属めっき層１４とによりそれぞれ形成される。
【００５２】
前述した図３（ｂ）の第１金属層２１及び第１配線層３１においても、同様なセミアディティブ法によって形成される。
【００５３】
次いで、図６に示すように、第１層間絶縁層４１、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２、第２金属層２２及び第２配線層３２の上に、膜厚測定対象となる第２層間絶縁層４２を形成する。
【００５４】
第２層間絶縁層４２は、前述した図３（ｃ）の第１層間絶縁層４１の形成方法と同様な方法により形成される。また同様に、第２層間絶縁層４２はエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などから形成される。
【００５５】
続いて、図７の断面図に示すように、膜厚測定領域Ａにおいて、第１電極パッドＰ１、第２電極パッドＰ２及び第２金属層２２のパッド部ＰＸの上の部分の第２層間絶縁層４２をレーザで加工する。図７の断面図の膜厚測定領域Ａは図７の平面図のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。図７の平面図は透視的に描かれている。
【００５６】
これにより、図７の平面図を加えて参照すると、第２層間絶縁層４２に、第１電極パッドＰ１、第２電極パッドＰ２及び第２金属層２２のパッド部ＰＸを一括して露出させる開口部４２ａが形成される。第２金属層２２のパッド部ＰＸ以外の領域は、膜厚測定対象の第２層間絶縁層４２によって被覆された状態となる。
【００５７】
このとき同時に、図７の断面図に示すように、配線形成領域Ｂでは、レーザ加工により、第２配線層３２に到達する第４ビアホールＶＨ４が第２層間絶縁層４２に形成される。あるいは、後述する膜厚測定が終了してから配線形成領域Ｂに第４ビアホールＶＨ４を形成してもよい。
【００５８】
以上により、実施形態の膜厚測定機能付き基板１が得られる。
【００５９】
図７の断面図及び平面図に示すように、実施形態の膜厚測定機能付き基板１の膜厚測定領域Ａでは、下地絶縁層１０の上にパッチアンテナ用の第１金属層２１が形成されている。第１金属層２１はグランドプレーン層として形成される。
【００６０】
第１金属層２１の上には第１層間絶縁層４１が形成されている。さらに、第１金属層２１に対向するように、第１層間絶縁層４１の上にパッチアンテナ用の第２金属層２２が形成されている。第２金属層２２はアンテナパターン層として形成される。
【００６１】
第１層間絶縁層４１の上には、第１層間絶縁層４１に配置された第１ビア導体ＶＣ１を介して第１金属層２１の一端部に接続される第１電極パッドＰ１が形成されている。また、第１層間絶縁層４１の上には、第１層間絶縁層４１に配置された第２ビア導体ＶＣ２を介して第１金属層２１の他端部に接続される第２電極パッドＰ２が形成されている。
【００６２】
第２金属層２２は、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２側に延びる延在部２２ａを有し、その先端側にパッド部ＰＸを備える。第２金属層２２のパッド部ＰＸは、第１電極パッドＰ１と第２電極パッドＰ２の間の領域にそれらと横方向に並ぶように配置されている。
【００６３】
図８は図７の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。図７の平面図及び図８に示すように、膜厚測定対象となる第２層間絶縁層４２は第２金属層２２のパッド部ＰＸを除く全体を被覆して形成されている。
【００６４】
そして、図７の断面図及び平面図に示すように、膜厚測定対象となる第２層間絶縁層４２は、第１電極パッドＰ１、第２電極パッドＰ２及び第２金属層２２のパッド部ＰＸを露出させる一括した開口部４２ａを備えている。あるいは、第１電極パッドＰ１、第２電極パッドＰ２及び第２金属層２２のパッド部ＰＸの上に開口部が分割されて個別に配置されてもいてもよい。
【００６５】
このようにして、膜厚測定領域Ａに、第１層間絶縁層４１が第１金属層２１と第２金属層２２とによって挟まれたキャパシタ構造からなるパッチアンテナＰＡが構築されている。後述するように、パッチアンテナＰＡが膜厚測定機能を有する。
【００６６】
パッチアンテナＰＡは、配線形成領域Ｂに形成された第１配線層３１及び第２配線層３２と電気的に独立して形成される。
【００６７】
同じく図７の断面図に示すように、膜厚測定機能付き基板１の配線形成領域Ｂでは、下地絶縁層１０の上に第1配線層３１が形成されている。下地絶縁層１０及び第1配線層３１の上に第1層間絶縁層４１が形成されている。第1層間絶縁層４１の上には、第1層間絶縁層４１に配置された第３ビア導体ＶＣ３を介して第1配線層３１に接続される第２配線層３２が形成されている。
【００６８】
また、第１層間絶縁層４１の上には第２層間絶縁層４２が形成されている。第２層間絶縁層４２には第２配線層３２に到達する第４ビアホールＶＨ４が形成されている。この時点では、第４ビアホールＶＨ４は必ずしも形成されている必要はない。
【００６９】
膜厚測定領域Ａの第1金属層２１と配線形成領域Ｂの第1配線層３１とは、同一層から形成され、電気的に絶縁されている。また同様に、膜厚測定領域Ａの第２金属層２２と配線形成領域Ｂの第２配線層３２とは、同一層から形成され、電気的に絶縁されている。
【００７０】
次に、図９及び図１０を参照して、第２層間絶縁層４２の膜厚測定方法について説明する。図９の断面図は図９の平面図のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。図9の平面図は透視的に描かれている。また、図１０は図９の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【００７１】
図９の断面図及び平面図に示すように、一つの信号ピンＳと２つのグランドピンＧを備えたＧＳＧ（グランド・信号・グランド）プローブ（不図示）を用意する。
【００７２】
そして、パッチアンテナＰＡの第２金属層２２のパッド部ＰＸにＧＳＧプローブの信号ピンＳを接触させて接続する。これと同時に、パッチアンテナＰＡの第１電極パッドＰ１及び第２電極パッドＰ２にＧＳＧプローブのグランドピンＧをそれぞれ接触させて接続する。
【００７３】
これにより、ＧＳＧプローブの信号ピンＳは、パッド部ＰＸに繋がる第２金属層２２に電気的に接続される。また、ＧＳＧプローブの２つのグランドピンＧは第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２及び第１、第２ビア導体ＶＣ１，ＶＣ２を介して下側の第１金属層２１にそれぞれ電気的に接続される。
【００７４】
そして、ＧＳＧプローブに接続したネットワークアナライザ（不図示）を用いてパッチアンテナＰＡの共振周波数を測定する。共振周波数とは、パッチアンテナＰＡに高周波を印加し、高周波の周波数を徐々に変えたときに高周波電流が最大となる周波数である。
【００７５】
パッチアンテナＰＡの上に形成された第２層間絶縁層４２の膜厚が変化すると、パッチアンテナＰＡの共振周波数が変化する。
【００７６】
この特性を利用して、第２層間絶縁層４２の膜厚とパッチアンテナＰＡの共振周波数との関係を検量線として予め作成しておく。そして、測定サンプルのパッチアンテナＰＡの共振周波数を測定することにより、第２層間絶縁層４２の厚みを検量線のデータから算出することができる。
【００７７】
図１０に示すように、パッチアンテナＰＡの端部に発生する電界は、第２金属層２２の上面から第２層間絶縁層４２、第１層間絶縁層４１及び下地絶縁層１０を通過し、第１金属層２１の下面に向う。
【００７８】
これにより、第２層間絶縁層４２が存在しない場合に比べて、パッチアンテナＰＡが構築するキャパシタの容量が実質的に変化するため、それに基づいてパッチアンテナＰＡの共振周波数が変化するものと推測される。
【００７９】
本願発明者は、上記した図９で説明した膜厚測定方法により、パッチアンテナＰＡの上の第２層間絶縁層４２の膜厚を変えた５つの実験サンプルを作成し、それぞれの実験サンプルの共振周波数を測定した。膜厚測定対象の絶縁層としてポリイミド層を使用し、膜厚は、０μｍ、６３μｍ、１２６μｍ、１８９μｍ、２５２μｍとした。
【００８０】
また、パッチアンテナＰＡの第２金属層２２の延在部２２ａを除く四角状領域の面積は１ｍｍ×１ｍｍ程度に設定した。
【００８１】
図１１にその実験結果が示されおり、ポリイミド層の膜厚とパッチアンテナの共振周波数との関係がグラフ化されている。図１１に示すように、ポリイミド層の厚みが０μｍのときは共振周波数が６５．９１ＧＨｚであり、膜厚が６３μｍのときは共振周波数が６３．３２ＧＨｚに下がり、膜厚が１２６μｍのときは共振周波数がさらに６２．５７ＧＨｚに下がった。
【００８２】
このように、ポリイミド層の膜厚が０μｍから１２６μｍまでの範囲では、膜厚が薄くなるにつれて共振周波数が低くなる特性となった。
【００８３】
一方、ポリイミド層の膜厚を１８９μｍにさらに厚くても共振周波数は６２．５５ＧＨｚで殆ど変化せず、さらにポリイミド層の膜厚を２５２μｍに厚くしても共振周波数は６２．５３ＧＨｚで殆ど変化しなかった。
【００８４】
このように、ポリイミド層の厚みが１２６μｍを超えると、共振周波数は変化しないことが分かった。これは、前述した図1０での説明において、ポリイミド層の膜厚がある程度厚くなると、第２金属層２２から上側に発生する電界がポリイミド層の膜みの途中までしか到達しなくなり、飽和状態となるためと推測される。
【００８５】
上記した実験サンプルのパッチアンテナＰＡでは、ポリイミド層の厚みが１２６μｍ以下であれば、パッチアンテナＰＡの共振周波数を測定することにより膜厚を算出することができる。配線基板で使用される層間絶縁層の膜厚は、１０μｍ〜１００μm、例えば３０μｍ程度であるため、上記した方法によって膜厚測定を行うことができる。
【００８６】
このようにして、図１１のように、膜厚測定対象の絶縁層の膜厚とパッチアンテナの共振周波数との関係を検量線として予め作成しておく。そして、測定サンプルのパッチアンテナの共振周波数を測定することにより、検量線のデータから絶縁層の膜厚を算出することができる。
【００８７】
例えば、ある製品の測定サンプルにおいて、パッチアンテナＰＡの共振周波数が６４．５０ＧＨｚであったときは、図１１の検量線から、パッチアンテナＰＡの上のポリイミド層の膜厚が３０μｍ程度であることが算出される。
【００８８】
図１１のような検量線のデータをシステム化して、パッチアンテナＰＡの共振周波数の測定値とリンクさせることにより、共振周波数を測定と同時に膜厚を表示させることも可能である。
【００８９】
なお、パッチアンテナＰＡの第２金属層２２（アンテナパターン層）の設計を変更することにより、共振周波数を変えることができる。各種の絶縁層の膜厚測定に対して、膜厚の変化に応じて共振周波数が変化するように、第２金属層２２（アンテナパターン層）の設計を行えばよい。
【００９０】
以上のように、本実施形態では、パッチアンテナの共振周波数を測定することで層間絶縁層の膜厚を求めることができる。このため、３次元測長システムを使用する場合と違って、層間絶縁層の樹脂材料や各工程のプロセス条件を変更しても、その都度測定条件を調整する必要がなく、簡易な方法で膜厚測定を行うことができる。
【００９１】
また、膜厚測定を行う際に、ビアホールを必要としないため、ビアホールの径が小さくなっても膜厚測定が不可となる問題は発生しない。
【００９２】
また、溶出法を使用する場合と違って、膜厚測定用に配線基板から個片サンプルを採取することなく、非破壊でかつ短手番で膜厚測定を行うことができる。
【００９３】
以上の方法によって図７の第２層間絶縁層４２の膜厚測定を行った後に、配線形成領域Ｂの第２層間絶縁層４２の上に所望の多層配線層が形成される。多層配線層の膜厚測定対象の層間絶縁層の下にパッチアンテナを形成することにより、その層間絶縁層の膜厚を同様に測定することができる。
【００９４】
（第２の実施の形態）
第２実施形態では、他の絶縁層としてＯＳＰ膜の膜厚測定方法について説明する。図１２〜図１４はＯＳＰ膜の膜厚測定方法を説明するための図である。
【００９５】
図１２の断面図の膜厚測定領域Ａは図１２の平面図のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。図１２の平面図は透視的に描かれている。また、図１３は図１２の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【００９６】
図１２の断面図及び平面図に示すように、ＯＳＰ膜の膜厚測定を行う場合は、前述した図４の工程において、配線形成領域Ｂでは第２配線層３２が接続パッドＰとして形成される。接続パッドＰは、多層配線層の最上の配線層として形成され、島状に配置されてもよいし、あるいは引き出し配線の一端に配置されていてもよい。接続パッドＰには、半導体素子などの電子部品が接続される。
【００９７】
そして、第1層間絶縁層４１の上にソルダレジスト層４４が形成される。配線形成領域Ｂでは、接続パッドＰの上にソルダレジスト層４４の第１開口部４４ａが配置される。また、膜厚測定領域Ａでは、第２金属層２２、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２の上にソルダレジスト層４４の第２開口部４４ｂが一括して配置される。
【００９８】
さらに、薬液処理によって、配線形成領域Ｂにおけるソルダレジスト層４４の開口部４４ａ内の接続パッドＰの表面に薄膜のＯＳＰ膜４６を形成する。このとき同時に、膜厚測定領域Ａでは、ソルダレジスト層４４の開口部４４ｂ内の第２金属層２２、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２にも同じ厚みのＯＳＰ膜４６が形成される。図１２の平面図の斜線ハッチング領域にＯＳＰ膜４６が形成される。
【００９９】
このようにして、図１２及び図１３の断面図に示すように、膜厚測定領域Ａの第１、第１電極パッドＰ１，Ｐ２及び第２金属層２２の上に膜厚測定対象となるＯＳＰ膜４６が形成される。これにより、第２実施形態の膜厚測定機能付き基板１ａが得られる。
【０１００】
次いで、図１４に示すように、前述した図９と同様に、パッチアンテナＰＡの第２金属層２２のパッド部ＰＸにＧＳＧプローブの信号ピンＳを接触させて接続する。また同時に、パッチアンテナＰＡの第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２にＧＳＧプローブの２つのグランドピンＧを接触させて接続する。
【０１０１】
このとき、第２金属層２２のパッド部ＰＸ及び第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２の表面にＯＳＰ膜４６が形成されている。しかし、ＧＳＧプローブの信号ピンＳ及びグランドピンＧでＯＳＰ膜４６を押し込んで突き破ることにより、第１、第２電極パッドＰ１，Ｐ２及びパッド部ＰＸにＧＳＧプローブを電気的に接続することができる。
【０１０２】
そして同様に、ＯＳＰ膜４６で被覆されたパッチアンテナＰＡの共振周波数を測定する。前述した第１実施形態と同様に、ＯＳＰ膜４６の膜厚とパッチアンテナＰＡの共振周波数との関係を検量線として予め作成しておくことで、測定された共振周波数及び検量線のデータからＯＳＰ膜４６の膜厚を算出することができる。第２実施形態は第１実施形態と同様な効果を奏する。
【０１０３】
前述した第１、第２実施形態では、樹脂層及びＯＳＰ膜の膜厚測定を例示したが、各種の有機又は無機の絶縁層の膜厚を測定することができる。無機の絶縁層としては、シリコン酸化層、シリコン窒化層、又はシリコン酸化窒化層などがある。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１ａ…膜厚測定機能付き基板、１０…下地絶縁層、１２…シード層、１３…めっきレジスト層、１３ａ，４２ａ…開口部、１４…金属めっき層、２１…第１金属層、２２…第２金属層、３１…第１配線層、３２…第２配線層、４１…第１層間絶縁層、４２…第２層間絶縁層、４４…ソルダレジスト層、４４ａ…第１開口部、４４ｂ…第２開口部、４６…ＯＳＰ膜、Ａ…膜厚測定領域、Ｂ…配線形成領域、Ｇ…グランドピン、ＰＡ…パッチアンテナ、Ｐ１…第１電極パッド、Ｐ２…第２電極パッド、ＰＸ…パッド部、Ｓ…信号ピン、ＶＣ１…第１ビア導体、ＶＣ２…第２ビア導体、ＶＣ３…第３ビア導体、ＶＨ１…第１ビアホール、ＶＨ２…第２ビアホール、ＶＨ３…第３ビアホール、ＶＨ４…第４ビアホール。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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