(57)【要約】【課題】ガラス基材の両面の凹部と第一層目の配線層との密着力を大幅に向上させ、貫通電極の応力集中を緩和でき、接続信頼性を向上させことができる、信頼性の高いガラスインターポーザとして使用可能な配線回路基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】ガラス基材の内部に貫通電極を有する多層構造の貫通電極付き配線回路基板の製造方法であって、ガラス基材に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、ガラス基材の両面の貫通孔の開口部を含む領域に凹部をエッチングにより形成するエッチング工程と、ガラス基材の両面と貫通孔の内壁とを導電性の金属材料で被覆する被覆工程と、導電性の金属材料をガラス基材の最表面を終点として研磨除去する研磨工程とを有し、貫通孔の開口部の周縁部が曲面形状であって、かつ、周縁部の内径が貫通孔の外方に向かって徐々に広がっていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に貫通電極を有するガラス基材と、
前記ガラス基材の両面にそれぞれ形成された第一層目の配線層と、を備え、
前記貫通電極は、前記ガラス基材に形成された貫通孔の内壁上に形成された金属材料を有し、
前記第一層目の配線層は、前記貫通孔の開口部を含む領域に形成された凹部に埋め込まれ、かつ、前記貫通電極に接続され、
前記凹部及び前記貫通孔の内壁には微細な凹凸が形成されており、
前記貫通孔の開口部の周縁部が曲面形状であって、かつ、前記周縁部の内径が前記貫通孔の外方に向かって徐々に広がっている、配線回路基板。
【請求項２】
ガラス基材の内部に貫通電極を有する多層構造の貫通電極付き配線回路基板の製造方法であって、
前記ガラス基材に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記ガラス基材の両面の前記貫通孔の開口部を含む領域に凹部をエッチングにより形成するエッチング工程と、
前記ガラス基材の両面と前記貫通孔の内壁とを導電性の金属材料で被覆する被覆工程と、
前記導電性の金属材料を前記ガラス基材の最表面を終点として研磨除去する研磨工程とを有し、
前記貫通孔の開口部の周縁部が曲面形状であって、かつ、前記周縁部の内径が前記貫通孔の外方に向かって徐々に広がっていることを特徴とする配線回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング工程は、所定濃度のフッ酸溶液と用いたウェットエッチングにより行われ、
前記貫通孔の開口部の前記周縁部の溶融ガラスを除去して前記周縁部を曲面形状に形成することを特徴とする請求項２に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング工程は、反応性ガスを用いたドライエッチングにより行われ、
前記凹部のエッチング深さに対し、前記貫通孔の中央部よりも前記貫通孔の上端及び下端の開口部のエッチングが進行し前記貫通孔の中心軸を含む断面がＸ形状となり、前記貫通孔の開口部の前記周縁部の溶融ガラスを除去して前記周縁部を曲面形状に形成することを特徴とする請求項２に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程において、前記凹部の表面粗さＲａを１００ｎｍ以下にすることを特徴とする請求項２から４に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記被覆工程において、前記ガラス基材両面及び前記貫通孔の内壁に無機密着層を形成した後に、前記ガラス基材の両面及び前記貫通孔の内壁を前記導電性の金属材料で被覆することを特徴とする請求項２から５に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記無機密着層は、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル、ニッケルリン、クロム、酸化クロム、チッ化アルミ、チッ化銅、酸化アルミ、タンタル、チタン、銅のうち、単体の材料の単層の膜、または、これらのうちの２種類以上の材料を複合させた２層以上の積層の膜であることを特徴とする請求項６に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記導電性の金属材料が、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛のうちいずれかの単体金属、または、これらのうちの二つ以上の化合物、のいずれかであることを特徴とする請求項２から７に記載した配線回路基板の製造方法
【請求項９】
前記研磨工程において、前記ガラス基材の最表面を終点として化学機械研磨により前記ガラス基材の最表面上の前記無機密着層及び前記導電性の金属材料を除去し、前記凹部に前記導電性の金属材料からなる第一層目の配線層と、前記貫通孔に前記第一層目の配線層に接続される前記貫通電極とを有するコア基材を形成することを特徴とする、請求項６から８に記載した配線回路基板の製造方法
【請求項１０】
前記ガラス基材の少なくとも一方の面に絶縁性樹脂層を積層し、前記第一層目の配線層と導通をとるための導通ビアを形成し、前記絶縁性樹脂層の上に第二層目の配線層を形成する工程を更に有する請求項２から９に記載した配線回路基板の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁性樹脂層が、エポキシ／フェノール系樹脂、ポリイミド樹脂、シクロオレフィン、アクリル系樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、液晶ポリマー樹脂のうちいずれか一つの材料、または、これらの材料のうちの少なくとも一つと酸化ケイ素とを組み合わせた複合材料を用いることを特徴とする請求項１０に記載した配線回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターポーザとして使用可能な貫通電極付き配線回路基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハプロセスで製造される各種のメモリー、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の半導体素子は、電気的接続用の端子を有する。その接続用端子のピッチと、半導体素子と電気的な接続がなされるべきプリント基板側の接続部のピッチとは、通常、そのスケールが数倍から数十倍程度異なる。そのため、半導体素子とプリント基板を電気的に接続する場合、インターポーザと称されるピッチ変換のための仲介用基板（半導体素子実装用基板）が使用される。このインターポーザの一方の面に、半導体素子を実装し、他方の面もしくは基板の周辺でプリント基板との接続が行われる。
【０００３】
半導体素子をプリント板に実装するためのインターポーザとしては、これまで有機基板や有機ビルドアップ基板が用いられてきた。ところが、昨今のスマートフォンに代表されるような急速な電子機器の高性能化により、半導体素子を縦に積層したり、メモリーやロジックといった異なる半導体素子を同一基板上に並べて実装したりする３次元実装技術や２．５次元実装技術の開発が必要不可欠となりつつある。これらの開発により、電子機器類のさらなる高速化・大容量化・低消費電力化などの実現が可能と考えられているが、半導体素子の高密度化に伴いインターポーザにもより微細な配線を作りこむことが求められている。
【０００４】
ところが、従来の有機材料を用いた基板では、樹脂の吸湿や温度による伸縮が大きくスケールを合わせた微細配線の形成が難しいという問題を有していた。
【０００５】
そこで、近年基材にシリコンやガラスを用いるインターポーザの開発に大きな注目が集まっている。これらの材料からなる基板は、有機基板を用いた際に問題となっていた吸湿や伸縮の影響をほとんど受けないため、微細配線の形成に有利である。また、高い加工性を有するため、内部に微細な貫通孔をあけてその孔を導電性物質で充填して作るＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）やＴＧＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｇｌａｓｓ  Ｖｉａ）と呼ばれる貫通電極が形成できる。この貫通電極は、配線長を短縮し基板の表裏面の配線同士を最短距離で接続可能とするため、信号伝送速度の高速化など優れた電気特性を実現させる。さらには、内部に配線を形成する構造のため電子デバイスの小型化や高密度化にも有効な実装方法であることや、貫通電極の採用により多ピン並列接続が可能となり、ＬＳＩ自体を高速化させる必要がなくなるため低消費電力化が実現できるなど、多数の利点を有する。
【０００６】
シリコンインターポーザとガラスインターポーザとを比較すると、シリコンインターポーザは、ガラスインターポーザよりも微細化が可能であり、また配線やＴＳＶ形成プロセスが確立されている一方で、丸いシリコンウエハでしか扱えないためウエハ周辺部が使用できないことや大型サイズで一括して生産できないためコストが高くなるという大きな欠点を有する。その点、ガラスインターポーザでは、大型パネルでの大量処理が可能であり、またロール・ツー・ロール方式での生産方法も考えられるため大幅なコストダウンが可能となる。また、放電やレーザなどで貫通孔を形成するＴＧＶとは異なり、ＴＳＶはガスエッチングにより孔を掘っていくため、加工時間が長くなることやウエハを薄く削る工程を含むことなどもコストを上げる要因となっている。
【０００７】
さらに、電気特性の面ではガラスインターポーザは基板自体がシリコンインターポーザと違って絶縁体のため、高速回路においても寄生素子発生の懸念がなく、より電気特性に優れる。そもそも基板にガラスを用いると絶縁膜を形成させる工程自体が必要ないため、絶縁信頼が高く工程の短縮も可能となる。
【０００８】
以上のように、低コストにインターポーザを作ることができるガラスであるが、大きな欠点は、微細な配線を形成させるプロセスが確立していないこと、またガラスに対して配線材料の主流となりつつある銅が密着しないため、基板上に配線を形成させるには表面への特殊な処理を必要とすることにある。さらに、ＴＧＶの形成は、スルーホールフィリングやビアフィリングの工程を必要とするため、ボイドが発生し信頼性に大きな問題を抱えている。
【０００９】
例えばガラスインターポーザを用いて高密度実装を可能にする方法は、特許文献１等において提案されている。しかしながら、特許文献１の技術にあっては、従来の有機樹脂と比べて微細な銅配線を形成したガラスインターポーザを使用しているものの、配線の形成方法に関する詳細な記述が無いために、信頼性に欠ける。
【００１０】
また、無電解めっきを用いて無粗化でガラス上に金属膜を形成させる方法は、特許文献２等に提案されているが、配線に使用できるようめっき膜を厚くしていくと密着力が十分でないため簡単に剥離するおそれを有する。
【００１１】
図２２は、従来の配線回路基板２００の一例の断面図である。図２２に示すように、ガラス基材２０１に数ミクロン厚の配線を形成する際、電解めっき等で導電性の金属材料を厚付けするが、ガラス基材２０１と導電性の金属材料２０３との界面に密着性を有する無機密着層２０４を形成する必要がある。しかし、依然としてガラス基材２０１と導電性の金属材料２０３との密着性が不十分であることや、配線形成後に不要な部分の無機密着層を剥離することが難しいなどの課題がある。また、貫通孔２１３の開口部のエッジ形状が鋭角に仕上がるため、貫通電極２１４と配線層２０５を形成した際、貫通孔２１３の開口部のエッジに応力が集中し信頼性が低下するなどの課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２４９６０６号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガラス基材の両面の凹部と第一層目の配線層との密着力を大幅に向上させ、貫通電極の応力集中を緩和でき、接続信頼性を向上させことができる、信頼性の高いガラスインターポーザとして使用可能な配線回路基板及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様は、内部に貫通電極を有するガラス基材と、ガラス基材の両面にそれぞれ形成された第一層目の配線層と、を備え、貫通電極は、ガラス基材に形成された貫通孔の内壁上に形成された金属材料を有し、第一層目の配線層は、貫通孔の開口部を含む領域に形成された凹部に埋め込まれ、かつ、貫通電極に接続され、凹部及び貫通孔の内壁には微細な凹凸が形成されており、貫通孔の開口部の周縁部が曲面形状であって、かつ、周縁部の内径が貫通孔の外方に向かって徐々に広がっている、配線回路基板である。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、ガラス基材の内部に貫通電極を有する多層構造の貫通電極付き配線回路基板の製造方法であって、ガラス基材に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、ガラス基材の両面の貫通孔の開口部を含む領域に凹部をエッチングにより形成するエッチング工程と、ガラス基材の両面と貫通孔の内壁とを導電性の金属材料で被覆する被覆工程と、導電性の金属材料をガラス基材の最表面を終点として研磨除去する研磨工程とを有し、貫通孔の開口部の周縁部が曲面形状であって、かつ、周縁部の内径が貫通孔の外方に向かって徐々に広がっていることを特徴とする配線回路基板の製造方法である。
【００１６】
また、エッチング工程は、所定濃度のフッ酸溶液と用いたウェットエッチングにより行われ、貫通孔の開口部の周縁部の溶融ガラスを除去して周縁部を曲面形状に形成してもよい。
【００１７】
また、エッチング工程は、反応性ガスを用いたドライエッチングにより行われ、凹部のエッチング深さに対し、貫通孔の中央部よりも貫通孔の上端及び下端の開口部のエッチングが進行し貫通孔の中心軸を含む断面がＸ形状となり、貫通孔の開口部の周縁部の溶融ガラスを除去して周縁部を曲面形状に形成してもよい。
【００１８】
また、エッチング工程において、凹部の表面粗さＲａを１００ｎｍ以下にしてもよい。
【００１９】
また、被覆工程において、ガラス基材両面及び貫通孔の内壁に無機密着層を形成した後に、ガラス基材の両面及び貫通孔の内壁を導電性の金属材料で被覆してもよい。
【００２０】
また、無機密着層は、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル、ニッケルリン、クロム、酸化クロム、チッ化アルミ、チッ化銅、酸化アルミ、タンタル、チタン、銅のうち、単体の材料の単層の膜、または、これらのうちの２種類以上の材料を複合させた２層以上の積層の膜であってもよい。
【００２１】
また、導電性の金属材料が、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛のうちいずれかの単体金属、または、これらのうちの二つ以上の化合物、のいずれかであってもよい。
【００２２】
また、研磨工程において、ガラス基材の最表面を終点として化学機械研磨によりガラス基材の最表面上の無機密着層及び導電性の金属材料を除去し、凹部に導電性の金属材料からなる第一層目の配線層と、貫通孔に第一層目の配線層に接続される貫通電極とを有するコア基材を形成してもよい。
【００２３】
また、ガラス基材の少なくとも一方の面に絶縁性樹脂層を積層し、第一層目の配線層と導通をとるための導通ビアを形成し、絶縁性樹脂層の上に第二層目の配線層とを形成する工程を更に有してもよい。
【００２４】
また、絶縁性樹脂層が、エポキシ／フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド樹脂、シクロオレフィン、ポリベンゾオキサゾール樹脂、液晶ポリマー樹脂のうちいずれか一つの材料、または、これらの材料のうちの少なくとも一つと酸化ケイ素とを組み合わせた複合材料を用いてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の貫通電極付き配線回路基板及びその製造方法によれば、ガラス基材の両面の凹部と第一層目の配線層との密着力を大幅に向上させ、貫通電極の応力集中を緩和でき、接続信頼性を向上させることができる、信頼性の高いガラスインターポーザとして使用可能な配線回路基板を簡便に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の断面図である。
【図２】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。
【図３】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。
【図４】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。
【図５】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。
【図６】実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。
【図７】実施形態の配線回路基板の断面図である。
【図８】実施形態に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図９】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１０】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１１】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１２】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１３】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１４】実施例２に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１５】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１６】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１７】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１８】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図１９】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図２０】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図２１】比較例の配線回路基板の製造工程を示す図である。
【図２２】従来の配線回路基板の一例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
［コア基板１０の構成］
図１は、本実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板１０は、ガラス基材１と、貫通電極１４と、貫通電極１４に接続される第一層目の配線層５とを有する。貫通電極１４は、貫通孔１３に埋め込まれた導電性の金属材料３よりなる。第一層目の配線層５は、ガラス基材１の表面に形成された凹部６に埋め込まれた導電性の金属材料３よりなる。貫通電極１４と、第一層目の配線層５には、無機密着層４が設けられている。貫通電極１４の隙間には、穴埋め樹脂１２が充填されている。
【００２９】
図２〜図６は、本実施形態に係る配線回路基板を構成するコア基板の製造工程を示す図である。以下、図１を用いて、図２〜図６を併せて参照しながらコア基板の製造工程を説明する。
【００３０】
まず、図２に示すように、ガラス基材１に貫通孔１３を形成する。ガラス基材１は、低膨張ガラス（熱膨張率：３〜４ｐｐｍ／℃）、ソーダガラス（熱膨張率：８〜９ｐｐｍ／℃）などが使用可能であり、製造方法や、Ｎａ等の金属成分の添加により、熱膨張率を３〜９ｐｐｍ／℃の範囲に制御が可能である。貫通孔１３形成前のガラス基材１のＲａ（算術平均粗さ）は１０ｎｍ以下である。
【００３１】
なお、ガラス基材１の熱膨張率は、ＪＩＳ：Ｒ３１０２やＪＩＳ：Ｋ７１９７に従い、ＴＭＡ（熱機械分析）にて測定した値である。また、ガラス基材のＲａ（算術平均粗さ）は触針式の膜厚計にて測定した値である。
【００３２】
ガラス基材１に貫通孔１３を形成する方法としては、ＣＯ２レーザやＵＶレーザの他に、ピコ秒レーザやフェムト秒レーザ、エキシマレーザや放電加工、感光性ガラスやブラスト加工等を使用可能であるが、加工速度や加工穴の形状が良好なＣＯ２レーザが最も望ましい。
【００３３】
次に、図３に示すように、ガラス基材１の両面にマスキング材を用いて成膜し、凹部６に相当する領域に開口が設けられたレジストパタンを形成する。マスキング材としては、例えば、感光性のレジスト２や、Ｃｒスパッタ膜１１のような耐腐食性を有する金属箔膜が使用可能である。レジストパタンの形成方法の一例として、ガラス基材１の両面に、スパッタリング法によりＣｒスパッタ膜１１を成膜し、このＣｒスパッタ膜１１上に感光性レジスト層２を積層した後に、フォトマスクを用いた露光処理、現像処理及び洗浄を行うことで、凹部６に相当する領域に開口が設けられたレジストパタンを形成することが挙げられる。尚、開口が設けられたレジストパタンの形成方法はこれに限定されない。
【００３４】
次に、図４に示すように、第一層目の配線層５に相当する凹部６を形成する。凹部６は、レジストパタンに設けられた開口から露出したガラス基材１をエッチングすることで形成することができる。凹部６は、ガラス基材１の両面の貫通孔１３の開口部を含む領域にそれぞれ形成される。ガラスエッチングは、所定濃度のフッ酸水溶液によるＷｅｔエッチングや、フッ素系のガスを使用したＤｒｙエッチングが使用可能である。フッ酸水溶液は、フッ化水素を主成分とし、硝酸や、エッチング速度や液安定性を制御する添加剤を添加した混合溶液を使用すればよく、その比率や温度はエッチング量やエッチング時間により規定すればよい。凹部６の形成後、マスキング材を剥離液にて剥離除去することで、凹部６と貫通孔１３とを有するガラス基材１が得られる。
【００３５】
ガラス基材１のエッチングにより、貫通孔１３の内壁と開口部周縁とがエッチングされる。貫通孔１３の開口部は熱歪が残ったり、部分融解したりして変質しエッチングが入り易い状態になっており、エッチングの進行が速い事により貫通孔１３の開口部の周縁部を曲面形状に加工することが可能である。つまり、図４に示すように、貫通孔の開口部の周縁部を、曲面形状であって、かつ、周縁部の内径が貫通孔の外方に向かって徐々に広がっている形状となるように加工することが可能である。
【００３６】
Ｗｅｔエッチングは等方的にエッチングが進む為、貫通孔１３の内壁を均等にエッチングすることができ、貫通孔１３内の熱歪領域を溶解除去することができる。一方、Ｄｒｙエッチングは貫通孔１３の開口部が中央部より反応性が速い為、貫通孔１３の中心軸を含む断面がＸ形状のエッチング形状となり、導電性の金属材料３の充填が容易になるなどのメリットがある。
【００３７】
ガラス基材１のエッチング面は、ＷｅｔエッチングやＤｒｙエッチングにより荒さを調整することが可能である。ガラス基材１のエッチング面を荒らす事で、無機密着層４や導電性の金属材料３の密着性を向上することが可能である。ガラス基材１の凹部６のＲａ（算術表面粗さ）は、第一層目の配線層５に電流を通す際の高周波域にて電流の表皮効果により抵抗値上昇に繋がる。凹部６のＲａが１００ｎｍを超えるとガラス基材１と配線層５との密着性は向上するが配線設計や使用条件により抵抗値の上昇が許容できなくなる為、凹部６のＲａは１００ｎｍ以下が望ましい。
【００３８】
次に、図５に示すように、凹部６を形成したガラス基材１の両面及び貫通孔１３の内壁に導電性の金属材料３を被覆し、貫通孔１３内に残った空隙に穴埋め樹脂１２を充填する。導電性の金属材料３の被覆は、ガラス基材１の両面及び貫通孔１３の内壁に、ガラス基材１との密着性を確保する為の無機密着層４を形成した後、導電性の金属材料３で凹部６を含むガラス基材１の両面及び貫通孔１３の内壁を被覆する。このとき、凹部６における無機密着層４と導電性の金属材料３とを併せた膜厚は凹部６の深さより厚い膜厚で形成する。また、導電性の金属材料３は、無機密着層４が形成された貫通孔１３の内部を完全に充填できる膜厚で形成しても良い。
【００３９】
無機密着層４は、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、ニッケル、ニッケルリン、クロム、酸化クロム、チッ化アルミ、チッ化銅、酸化アルミ、タンタル、チタン、銅のうち、単体の材料の単層の膜、または、クロム／銅、チタン／銅のように２種類以上の材料を複合させた２層以上の積層の膜が使用可能である。スパッタ成膜や無電解めっきや水溶液への浸漬形成や導電性ペーストの印刷などの方法で形成すれば良い。
【００４０】
導電性の金属材料３は、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、錫、錫銀、錫銀銅、錫銅、錫ビスマス、錫鉛のうちいずれかの単体金属、または、これらのうちの二つ以上の化合物が使用可能である。電解めっきや導電性ペーストの印刷などの方法で形成すれば良い。
【００４１】
電解めっきにて形成する場合、貫通孔１３の内部はコンフォーマルめっきやフィルドめっきにより形成することが可能である。コンフォーマルめっき後に貫通孔１３内に残った空隙は、シリカと有機樹脂とからなる穴埋め樹脂１２や導電性金属材料とプライマーとからなる導電性ペーストにて充填すれば良い。なお、穴埋め樹脂や導電性ペーストを充填する方法として、スクリーン印刷法やディペンサーなどが可能である。
【００４２】
次に、図６に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）にて、ガラス基材１の最表面１５が露出するまで研磨処理することで、第一層目の配線層５を得ることができる。ＣＭＰのスラリーは無機密着層４と導電性の金属材料３とを研磨除去できるものを選べば良い。金属材料３が電解Ｃｕめっきの場合、過酸化水素、酸化セリウム、酸化ケイ素からなるスラリーを使用することで、ガラス基材１の最表面１５より高い無機密着層４及び導電性の金属材料３を除去することができる。
【００４３】
ガラス基材１の最表面１５の上に残った無機密着層４や金属材料３はＣＭＰで完全に除去するのが望ましいが、残渣として無機密着層４や金属材料３が残った場合はＷｅｔエッチングにて溶解除去することも可能である。
【００４４】
以上により、貫通孔１３の内壁に導電性の金属材料３が形成された貫通電極１４と、凹部６を導電性の金属材料３で充填した第一層目の配線層５とを形成することで、コア基板１０を得ることができる。
【００４５】
本実施形態に係るコア基板１０によれば、第一層目の配線層５をガラス基板１の凹部６に形成し、ガラス基板１の凹部６の内壁を微細に荒らして凹凸を形成することで、ガラス基板１と第一層目の配線層５との密着力を大幅に向上させることができ、且つ、配線層５の表面以外の全ての面がガラス基材１と密着していることで、前処理無しでも高い密着性を有し、ハンドリング時の信頼性が向上される。また、貫通孔１３の開口部の周縁部が曲面形状になり応力集中を緩和することができるため、高い接続信頼性と優れた電気特性を実現することができる。
【００４６】
［配線回路基板１００の構成］
図７は、本実施形体の配線回路基板の断面図である。図７に示すように、本実施形態に係る配線回路基板（ガラスインターポーザ）１００は、上述したコア基板１０と、絶縁性樹脂層７と、第二層目の配線層８と、導通ビア９と、絶縁性樹脂層１６と、導通パッド１８を備えている。第二層目以降の配線層及び絶縁性樹脂層は必要により設定すればよく、特に規定するものではない。
【００４７】
図８は、本実施形態に係る配線回路基板の製造工程を示す図である。以下、図７及び図８を併せて参照しながら説明する。
【００４８】
まず、図８に示すように、絶縁性樹脂層７をコア基板１０の両面に形成する。絶縁性樹脂層７の材料としては、エポキシ／フェノール系樹脂、ポリイミド樹脂、シクロオレフィン、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）樹脂、液晶ポリマー樹脂のうちいずれか一つの材料、またはこれらの材料のうちの少なくとも一つと酸化ケイ素などの無機フィラーなどとを組み合わせた複合材料を用いることが可能である。また、絶縁性樹脂層７の材料としては、例えば、ドライフィルムや液状レジストが使用可能である。
【００４９】
次に、絶縁性樹脂７に導通ビア孔を形成した後に、この導通ビア孔に導通ビア９を形成する。導通ビア９は、第一層目の配線層５と第二層目の配線層８とを、電気的に接続させている。
【００５０】
導通ビア９は、絶縁性樹脂層７に形成した導通ビア孔の内部に、コンフォーマルめっきやフィルドめっき、導電性ペーストの充填等、導電性物質を充填する加工を行って形成する。絶縁性樹脂層７に導通ビア孔を形成する方法は、例えば、絶縁性樹脂層７の材料により選択すれば良く、絶縁性樹脂層７の材料が熱硬化性樹脂であれば、ＣＯ２レーザやＵＶレーザ等を用いた加工により形成可能であり、レーザ加工の後は、レーザ加工で発生したスミアを除去する為にデスミア処理を行えば良い。また、絶縁性樹脂層７の材料が感光性レジストの場合は、フォトリソ法にて形成すれば良い。
【００５１】
次に、導通ビア９及び絶縁性樹脂７上に第二の配線層８を形成する。第二層目の配線層８の形成方法は特に規定しないが、無機密着層４として無電解めっき、または、スパッタ膜を使用し、電解めっきにて厚付けし、セミアディティブ法やサブトラクティブ法によりパタン形成する方法を用いればよい。
【００５２】
以上により、本実施形態に係る多層構造の貫通電極付き回路基板１００を得ることができる。本実施形態の配線回路基板１００によれば、コア基板１０の貫通電極１４の小径化や狭ピッチ化およびガラス基材１表面の配線の微細化が可能となる。また、ガラス基材１の両面に形成した第二層目の配線層８との間で、貫通電極１４の集積度が高く、かつ高い導通信頼性を実現することが可能となる。
【実施例】
【００５３】
本発明の実施例について、配線回路基板の製造方法を説明する。
【００５４】
［実施例１］
以下、実施例１について、図１及び図７を参照しつつ、図２〜図６、図８を用いて説明する。
【００５５】
ガラス基材１は、厚さ０．３ｍｍ、大きさ３００×３００ｍｍの低膨張ガラス（Ｒａ：１０ｎｍ、ＣＴＥ：３．８ｐｐｍ／℃）を使用した。ガラス基材１への貫通孔１３の形成には、ＣＯ２レーザを使用し、レーザパルス巾１００μｓ以下、ピーク出力４ｋＷ以上にて行った。貫通孔１３の内径は、Ｔｏｐ６０μｍΦ、Ｂｏｔｔｏｍ４０μｍΦにて形成した（図２）。
【００５６】
貫通孔１３を形成したガラス基材１の両面にマスキング材としてＣｒ膜１１をスパッタ成膜し、このＣｒ膜１１上に感光性ネガレジストフィルム２をラミネートした。次に、凹部６に相当する部分が開口したレジストパタンを形成し、開口部のＣｒ膜１１を硝酸セルムアンモニウムからなるエッチング液で溶解除去した（図３）。
【００５７】
次に、Ｃｒ膜１１の開口部を２５℃に温度制御した３％フッ酸に添加剤を添加した水溶液にてエッチングし深さ５μｍの凹部６を形成した。ガラス基材のエッチング後、マスキング材のＣｒ膜１１及び感光性ネガレジスト２を剥離除去した（図４）。フッ酸水溶液によるエッチングにより、貫通孔１３の内径はＴｏｐ７０μｍΦ、Ｂｏｔｔｏｍ５０μｍΦになった。貫通孔１３の開口部の周縁部が溶解され、貫通孔１３の開口部の周縁部を曲面形状にすることができた（図４）。また、凹部６の算術表面粗さＲａは７０ｎｍとなり、エッチング前のガラス基材１表面に比べ粗化面が得られた。尚、凹部６のＲａ（算術平均粗さ）は、触針式膜厚計にて測定した。
【００５８】
次に、凹部６を形成したガラス基材１の両面にスパッタ成膜にて０．０５μｍ厚のＴｉ膜と、０．３μｍ厚のＣｕ膜とを連続成膜し、貫通孔１３内のスパッタ膜が付かない部分の補完のため、無電解Ｎｉめっきを０．２μｍの厚みで形成して、無機密着層４を形成した。次に、凹部６を含むガラス基材１の両面に、導電性の金属材料３を電解銅めっきにて８μｍの膜厚で形成した。次に、貫通孔１３内をコンフォーマル銅めっきにて８μｍの厚さで形成した。次に、貫通孔１３内のコンフォーマル銅めっきの隙間に対して、シリカフィラーとエポキシ系樹脂からなる永久穴埋め樹脂１２をスクリーン印刷にて充填した（図５）。
【００５９】
次に、ガラス基材１の両面の永久穴埋め樹脂１２と導電性の金属材料３と無機密着層４とをガラス基材１の最表面１５を終点として、酸化セリウムとシリカと過酸化水素の混合液からなる研磨剤を使用して化学機械研磨して、第一層目の配線層５と貫通電極１４とを作製した。これにより、コア基板１０を得た（図６）。
【００６０】
次に、絶縁性樹脂層７をコア基板１０の両面に積層した。絶縁性樹脂７の材料には、エポキシ系樹脂からなる層間絶縁用フィルム（ＡＢＦ）を使用した。次に、絶縁性樹脂層７に孔を形成し、導電ビア９を形成した。導通ビア９は、フィルドめっきにて形成した。絶縁性樹脂７への導通ビア９の形成には、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用し、内径は２０μｍΦにて形成した（図８）。
【００６１】
次に、配線層８を形成し、最表面の絶縁性樹脂層１６には感光性のソルダーレジストを形成し、導通パッド１８に無電解Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕめっきにて表面処理を施しし、多層構造の貫通電極付き配線回路基板１００を得た（図７）。
【００６２】
なお、実施例１では、絶縁性樹脂層７の上の配線層８の層数を１層とし、最表面の絶縁性樹脂層をソルダーレジスト１６とし、導通パッド１８表面の表面処理を無電解Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕめっきとしたが、これらの構成は、特に限定するものではない。また、貫通電極１４をコンフォーマル銅めっきにより形成したが、フィルド銅めっきとすることで永久穴埋め樹脂１２の印刷工程を省略する構成も可能である。
【００６３】
［実施例２］
以下、実施例２について、図１及び図７を参照しつつ、図９から図１４を用いて説明する。
【００６４】
ガラス基材１は、厚さ０．３ｍｍ、大きさ３００×３００ｍｍの低膨張ガラス（Ｒａ：１０ｎｍ、ＣＴＥ：３．８ｐｐｍ／℃）を使用した。ガラス基材１への貫通孔１３の形成には、ＵＶレーザによるガラス改質と、ガラス改質部を所定濃度のフッ酸にてエッチングする工法を使用した。ガラス改質部を２５℃に温度制御した３％フッ酸水溶液にてエッチングし貫通孔１３を形成した。貫通孔１３の内径は、Ｔｏｐ４０μｍΦ、Ｂｏｔｔｏｍ３０μｍΦにて形成した（図９）。
【００６５】
貫通孔１３を形成したガラス基材１の両面にマスキング材としてＣｒ膜１１をスパッタ成膜し、このＣｒ膜１１上に感光性ネガレジストフィルム２をラミネートした。次に、凹部６に相当する部分が開口したレジストパタンを形成し、開口部のＣｒ膜１１を硝酸セルムアンモニウムからなるエッチング液で溶解除去した（図１０）。
【００６６】
次に、Ｃｒ膜１０の開口部を２５℃に温度制御した３％フッ酸に添加剤を添加した水溶液にてエッチングし深さ２μｍの凹部６を形成した。ガラス基材のエッチング後、マスキング材のＣｒ膜１１及び感光性ネガレジスト２を剥離除去した。フッ酸水溶液によるエッチングにより、貫通孔１３の内径はＴｏｐ４４μｍΦ、Ｂｏｔｔｏｍ３４μｍΦになった。貫通孔１３の開口部の周縁部が溶解され、貫通孔１３の開口部の周縁部を曲面形状にすることができた（図１１）。また、凹部６の算術表面粗さＲａは７０ｎｍとなり、エッチング前のガラス基材１表面に比べ粗化面が得られた（図１１）。尚、凹部６のＲａ（算術平均粗さ）は、触針式膜厚計にて測定した。
【００６７】
次に、凹部６を形成したガラス基材１の両面にスパッタ成膜にて０．０５μｍ厚のＴｉ膜と、０．３μｍ厚のＣｕ膜とを連続成膜し、貫通孔１３内のスパッタ膜が付かない部分の補完の為無電解Ｎｉめっきを０．２μｍの厚みで形成して、無機密着層４を形成した。次に、凹部６を含むガラス基材１の両面に、導電性の金属材料３を電解銅めっきにて１０μｍの膜厚で形成した。次に、貫通孔１３内をコンフォーマル銅めっきにて１０μｍの厚さで形成した（図１２）。
【００６８】
次に、ガラス基材１の両面の導電性の金属材料３と無機密着層４とをガラス基材１の最表面１５を終点として、酸化セリウムとシリカと過酸化水素の混合液からなる研磨剤を使用して化学機械研磨して、第一層目の配線層５と貫通電極１４とを作製した（図１３）。
【００６９】
次に、絶縁性樹脂層７をガラス基材１の両面に積層し、貫通電極１４内のコンフォーマル銅めっきの隙間を絶縁性樹脂７にて樹脂充填した。絶縁性樹脂７の材料には、エポキシ系樹脂からなるＡＢＦを使用した。次に、絶縁性樹脂層７に孔を形成し、導電ビア９を形成した。導通ビア９は、フィルドめっきにて形成した。絶縁性樹脂７への導通ビア９の形成には、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用し、内径は２０μｍΦにて形成した（図１４）。
【００７０】
次に、配線層８を形成し、最表面の絶縁性樹脂層１６には感光性のソルダーレジストを形成し、導通パッド１８に無電解Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕめっきにて表面処理を施し、多層構造の貫通電極付き配線回路基板１００を得た（図７）。
【００７１】
なお、実施例２でも、絶縁性樹脂層７の上の配線層８の層数を１層とし、最表面の絶縁性樹脂層をソルダーレジストとし、導通パッド１８表面の表面処理を無電解Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕめっきとしたが、これらの構成は、特に限定するものではない。また、貫通電極１４をコンフォーマル銅めっきにより形成したが、フィルド銅めっきとすることで充填し、化学機械研磨（ＣＭＰ）にてガラス基材１の最表面１５上の導電性の金属材料３及び無機密着層４とともに除去する構成も可能である。
【００７２】
［比較例］
以下、比較例について、図１５〜図２１を用いて説明する。
【００７３】
ガラス基材１は、厚さ０．３ｍｍ、大きさ３００ｍｍ×３００ｍｍの低膨張ガラス（Ｒａ：１０ｎｍ、ＣＴＥ：３．８ｐｐｍ／℃）を使用した。ガラス基材１への貫通孔１３の形成には、ＣＯ２レーザを使用した。貫通孔１３の内径は、Ｔｏｐ６０μｍΦ、Ｂｏｔｔｏｍ４０μｍΦにて形成した（図１５）。
【００７４】
次に、このガラス基材１の両面にスパッタ成膜にて０．０５μｍ厚のＴｉ膜と、０．３μｍ厚のＣｕ膜とを連続成膜し、貫通孔１３内のスパッタ膜が付かない部分の補完のため無電解Ｎｉめっきを０．２μｍの厚みで形成して、無機密着層４を形成した（図１６）。
【００７５】
次に、第一層目の配線層５は、ネガ形ドライフィルムにて配線層５の形状に開口したパタンを形成し、セミアディティブ法にてガラス基材１のパタン開口部に電解銅めっきにて６μｍの膜厚で形成した。次に、貫通孔１３内に貫通電極１４をコンフォーマル銅めっきにて形成した。次に、ネガレジストパタンをアルカリ系の剥離液にて剥離し、露出した無機密着層４のＮｉめっき層をＷｅｔエッチングし、次にスパッタＣｕ層をＷｅｔエッチングし、次にスパッタＴｉ層をＷｅｔエッチングし、第一層目の配線層５を形成した（図１７）。
【００７６】
絶縁性樹脂層７をガラス基材１の両面に積層し、貫通孔１３内のコンフォーマル銅めっきの隙間を絶縁性樹脂７にて充填した。絶縁性樹脂７の材料には、エポキシ系樹脂からなるＡＢＦを使用した。次に、ガラス基材１の両面の絶縁性樹脂層７に孔を形成し、導電ビア９を形成した。導通ビア９は、フィルドめっきにて形成した。絶縁性樹脂７への導通ビア９の形成は、ＵＶ−ＹＡＧレーザを使用し、内径は２０μｍΦにて形成した（図１８）。
【００７７】
次に、導通ビア９と絶縁性樹脂層７表面にシード層として無電解Ｃｕめっきを形成し、第二層目の配線層８の形状に開口したネガレジストパタン１１を形成し、電解Ｃｕめっきにて配線層８を厚盛り形成した（図１９）。
【００７８】
ネガレジストパタン１１をアルカリ系の剥離液にて剥離し、露出したシード層のＣｕ層をＷｅｔエッチングし、第二層目の配線層８を形成した（図２０）。
【００７９】
最表面の絶縁性樹脂層１６には感光性のソルダーレジストを形成し、導通パッド１８に無電解Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕめっきにて表面処理を施し、多層構造の貫通電極付き配線回路基板１００を形成した（図２１）。
【００８０】
［実施例１、２及び比較例の評価方法］
信頼性試験は、冷熱衝撃試験（ＴＳＴ）  ＪＥＤＥＣ、ＪＥＳＤ２２−Ａ１０６Ｂ、Ｃ：１２５℃⇔−５５℃  ４００サイクル  にて、断線の有無で評価した。
また、配線密着性は、ピール試験機を用いて、ＪＩＳ  Ｈ８６３０に準拠し、ガラス基材上のめっき皮膜に１０ｍｍ幅の切れ込みを入れ、９０°剥離して測定した。
表１に発明例１，２及び比較例のデータをまとめた。
【００８１】
【表１】
2017204527.tif 000003
【００８２】
［実施例１、実施例２の評価］
実施例１、実施例２は、フッ酸溶液のエッチングにより凹部６を形成することにより、貫通孔１３の開口部の周縁部が曲面形状になり、配線層５に対し応力集中を低減する効果が得られた。また、フッ酸溶液のエッチングにより、貫通孔１３の熱歪領域の除去によりマイクロクラックの発生の解消や、凹部６の算術表面粗さＲａを１００ｎｍ以下まで粗化することができた。これにより、貫通電極１４の応力集中の抑制やマイクロクラックの発生の抑制、及び、ガラス基材１と第一層目の配線層５との密着性の向上が可能となった。
【００８３】
また、無機密着層４にエッチング性の難しい材料を選択した場合であっても、ガラス基材１の最表面１５が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）することで、容易に第一層目の配線層５を形成することが可能なことを確認した。また、実施例２の如く、貫通電極１４内の配線厚を厚く形成し、ガラス基材の第一層目の配線層５の線幅を細くし、かつ、配線層５の厚みを薄く形成した場合であっても、接続信頼性の高い微細配線回路基板を形成することが可能なことを確認した。
【００８４】
これらの結果、実施例１及び２に係る配線回路基板１００は、配線層の線幅を細くし、かつ、配線層の厚みを薄く形成した場合であっても、高温−低温の温度変化を伴う信頼性試験において剥離破断を回避し、高い接続信頼性を得ることができることを確認した。
【００８５】
［比較例の評価］
比較例によれば、ガラス基材１の表面に、第一層目の配線層５と、絶縁性樹脂７と、配線層８とを積層形成して配線回路基板１００を作製することは可能であるが、無機密着層４のＷｅｔエッチングを３種の薬液で３回行う必要があるため、エッチング性の低い金属材料などがエッチング不良に繋がるリスクが高くなることが分かった。
【００８６】
また、ガラス基材１の表面の平滑な面に第一層目の配線層５を形成する為密着性が実施例１、２に比べやや低下することを確認した。また、ＴＳＴ後の断線の原因は、貫通電極１４の開口部の周縁部起点の配線層の破断、シード層剥離不足によるショートよるものであった。これにより、貫通孔１３の開口部の周縁部が鋭角に仕上がる為応力集中による配線層５の断線のリスクが実施例１，２に比べ高いことを確認した。
【００８７】
［実施例と比較例との対比］
以上説明したように、本発明によれば、充分な信頼性を有する配線回路基板１００を提供することが可能であることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る配線回路基板及びその製造方法によれば、特に、パッケージ基板と半導体素子との間に介在する配線回路基板や、半導体素子を接続するための配線回路基板を備える半導体装置の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  …  ガラス
２  …  レジスト
３  …  導電性の金属材料
４  …  無機密着層
５  …  第一層目の配線層
６  …  凹部
７  …  絶縁性樹脂
８  …  第二層目の配線層
９  …  導通ビア
１０  …  コア基板
１１  …  レジスト
１２  …  穴埋め樹脂
１３  …  貫通孔
１４  …  貫通電極
１５  …  ガラス基材の最表面
１６  …  ソルダーレジスト
１８  …  導通パッド
１００  …配線回路基板
【図１】
2017204527.tif 000004
【図２】
2017204527.tif 000005
【図３】
2017204527.tif 000006
【図４】
2017204527.tif 000007
【図５】
2017204527.tif 000008
【図６】
2017204527.tif 000009
【図７】
2017204527.tif 000010
【図８】
2017204527.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2017204527.tif 000013
【図１１】
2017204527.tif 000014
【図１２】
2017204527.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2017204527.tif 000017
【図１５】
2017204527.tif 000018
【図１６】
2017204527.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
2017204527.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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