(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとなる多層プリント基板の表面に配線層を形成する工程と、配線層間の導通を形成するめっき工程とからなる配線基板の製造方法において、
前記めっき工程が、穴径が０．５〜１５０μｍ，深さ２〜１００μｍ，アスペクト比（深さ／穴径）が６以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法にあって、ブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき液は、銅（ＩＩ）イオン  ５０〜８５ｇ／Ｌと，硫酸  ０〜１００ｇ／Ｌと，塩素イオン  １〜１００ｍｇ／Ｌを含み、かつ、促進剤と抑制剤を含むめっき液を用い、該電気銅めっき液の温度が３０〜６５℃で、該電気銅めっき液が、ブラインドビアホールを有する基板に対して、表面に平行な流速０．０５〜０．５ｍ／ｓの液流を与えて電気めっきを行うこと、
を特徴とする配線基板の製造方法。
【請求項２】
電気めっきを電流密度３Ａ／ｄｍ２以下で行うことを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法に関して、特にブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき手段に特徴を有する配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
近年、電子機器の小型化により、使用されるプリント基板の配線層の高密度化が急速に進められている。このため、ビルドアップ基板と呼ばれる形態の基板が大量に生産されるようになってきた。このビルドアップ基板はコアとなる多層プリント基板の表面に絶縁樹脂層と配線層を交互に積み上げて形成していくものであり、配線層間の導通はビア穴を形成してその内部に銅めっきを行うことによって行われる。従来は、ビア穴の壁面に無電解銅めっきと電気銅めっきの技術を適用して銅層を形成していたが、この方法では、ビア穴上に上方層のビア穴の形成ができないため、パターンの設計の自由度が損なわれるという問題が出てきた。そこで、ビア穴上にビア穴を積み上げることが可能となるよう、ビア穴内を銅で埋めてしまうフィルドビアと呼ばれる方法が注目されるようになった。
【０００３】
【従来の技術】
ところが、一般的にこのフィルドビアを電気銅めっきにより行う場合には、アスペクト比（深さ／穴径）の高いブラインドビアホール２では、そのビアホール内にボイドが発生しやすい。フィルドビア電気銅めっきでは、めっき液中に促進剤と抑制剤を添加しており、抑制剤がブラインドビアホール２表面近くのめっき速度を抑え、さらに促進剤が内部のめっき速度を増大させることで、ブラインドビアホール２内の埋め込みが可能となる。しかし、この促進剤の作用によって増進しためっき速度に相当する銅イオンの供給速度に達しない場合に、ボイドが発生する。すなわち、銅めっき液よりの銅イオンの供給速度と、電気めっきによる銅イオンの消耗速度の関係によりボイドの発生が決まることになる。
【０００４】
銅イオンの消耗速度は、電流密度が高くなるほど大きくなるわけであるから、高電流密度ほど、ボイドの発生を防止するために銅イオンの供給速度を高めることが重要である。
【０００５】
従来は、アスペクト比の大きなブラインドビアホール２の電気めっきでは、電流密度を下げることでボイドを防止していたものであるが、この方法ではめっき加工の生産性を低下させるものである。
【０００６】
一方、半導体装置用の銅配線形成のため、ウェハー表面に形成されたビア，トレンチに電気銅めっきを施す工程を含む「ダマシンプロセス」が広く行われるようになってきた。この工程では、開口径（幅）は０．２μｍ以下，深さ２μｍ以下のビア，トレンチに対して、穴埋めが行われるが、この程度のサイズでは、ビアの深さ２μｍ以下のため，銅イオンは拡散により十分に供給されるために、通常に使用される電気銅めっき液でも十分な埋め込み性が見込まれる。また、めっきすべき銅膜厚が１μｍ以下と小さいため、めっき時間は短くてよく、めっき加工の生産性に対してあまり影響がない。
【０００７】
これに対して、図２に示すように、ビルドアップ基板１では、もっと大きな深さのブラインドビアホール２に対して埋め込みを行わねばならない。この場合にはブラインドビアホール２の深さが大きいため、銅イオンの拡散距離（めっき液バルク４〜めっき表面３間の距離）が大きく、拡散の駆動力となる濃度勾配の大きさ（濃度差を拡散距離で割ったもの）が小さくなり、結果として、ブラインドビアホール２内に十分な速度の銅イオン供給が起こりにくくなることがわかった。
【０００８】
さらに、ビルドアップ基板１ではめっき膜厚を大きくする必要があるため（＞１０μｍ）、めっき時間は通常の電流密度（１Ａ／ｄｍ2）でも４５分以上を要し
、ボイド防止のために、さらに電流密度を下げることは重大な生産性の低下につながるものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、穴径が０．５〜１５０μｍ，深さ２〜１００μｍ，アスペクト比（深さ／穴径）が６以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られるビルドアップ基板において、電流密度を低下させずに、ボイドの発生がない穴埋め可能範囲を広げるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、コアとなる多層プリント基板の表面に配線層を形成する工程と、配線層間の導通を形成するめっき工程とからなる配線基板の製造方法において、
前記めっき工程が、穴径が０．５〜１５０μｍ，深さ２〜１００μｍ，アスペクト比（深さ／穴径）が６以下のブラインドビアホールを有し、そのブラインドビアホールを電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られる配線基板の製造方法にあって、ブラインドビアホールを穴埋めする工程に使用する電気銅めっき液は、銅（ＩＩ）イオン  ５０〜８５ｇ／Ｌと，硫酸  ０〜１００ｇ／Ｌと，塩素イオン  １〜１００ｍｇ／Ｌを含み、かつ、促進剤と抑制剤を含むめっき液を用い、該電気銅めっき液の温度が３０〜６５℃で、該電気銅めっき液が、ブラインドビアホールを有する基板に対して、表面に平行な流速０．０５〜０．５ｍ／ｓの液流を与えて電気めっきを行うこと、
を特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１１】
本発明の請求項２に係る発明は、電気めっきを電流密度３Ａ／ｄｍ２以下で行うことを特徴とする請求項１記載の配線基板の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ブラインドビアホール２の底部への銅イオンの供給は、めっき液バルク４からブラインドビアホール２の内部への、拡散と液の対流によってのみ行われるため、その両方の効果を増進させる必要がある。
【００１４】
本発明では、この領域のブラインドビアホール２の銅めっきによる埋め込みでは、前述のように、ブラインドビアホール２の内部への銅イオンの供給が不足しやすいため、これを向上できるように、拡散と対流の両方が増進する方法を工夫した。
【００１５】
本発明においては、銅イオンの拡散の効果を増進させるため、銅めっき液中の銅濃度を高め、それに加え、めっき液の液温も上昇させる。
【００１６】
さらに、本発明においては、めっき液バルク４の対流の効果を増進させるため、ブラインドビアホール２を有するビルドアップ基板１に対して、表面に平行なめっき液バルク４の液流を与えて電気銅めっきを行う。
【００１７】
本発明を考案するに至った理論的過程を、以下に示す。
拡散による物質移動は次式のように表現できる。
−ｄＱ／ｄｔ＝Ｄ＊（Ｃｂ−Ｃｏ）／δ      ―――――（１）
ここで、ｄＱ／ｄｔは物質の流束で、単位時間あたりの物質の移動量である。Ｄは拡散係数，ＣｂとＣｏはそれぞれ溶液バルクと電極反応面での物質の濃度，δは濃度勾配が生じている層（拡散層）の距離である。
【００１８】
一方、流束と電流密度の関係は次のようになっており、
−ｄＱ／ｄｔ＝Ｉ／（ｎ＊Ｆ）              ―――――（２）
これより、電流密度Ｉは次式のように表現できる。
Ｉ＝ｎ＊Ｆ＊Ｄ＊（Ｃｂ−Ｃｏ）／δ――――（３）
ここで、ｎは電荷数（Cuではn=2），Ｆはファラデー定数である。  このＩ値は、拡散による銅イオンの移動のみを考慮したとき、流すことのできる最大電流密度である。
【００１９】
前述のように、フィルドビア電気銅めっきでは、ブラインドビアホール２の内部は促進剤の作用によって高電流密度となるため、Ｉの値がそれに見合うような銅イオン供給条件を設定しなければならない。もし、条件が不適合であれば、銅イオンの供給不十分により、ブラインドビアホール２内部にボイドが残留する。
【００２０】
前記（３）式より、拡散支配の状況において、Ｉを大きくするには、濃度差（Ｃｂ−Ｃｏ）と拡散係数を大きくすることが必要である。Ｃｏは、電極表面４上ではほぼ０になるので、めっき液バルク６のＣｂを大きくすることが必要であることがわかる。また、拡散係数は、温度を上げることで値を大きくすることができる。
【００２１】
濃度勾配が生じている層５（拡散層）の距離であるδについては、小さいほど、Ｉを大きくすることができる。また、めっき反応が起こっているブラインドホール２の内部では、必ず濃度勾配が生じているから、δはブラインドホール２の深さとほとんど一致すると考えられる。従って、ブラインドホール２の深さが小さいほど電流密度は大きくできる。（図２参照）
【００２２】
銅めっき液において、銅イオン濃度を高くする試みは、上述の半導体基板用の銅配線に関してこれまでにも行われていた。例えば、特開２０００−８０４９４「銅ダマシン配線用めっき液」では、銅配線を電気銅めっきで形成する工程で、表面の溝や穴中で銅イオンが拡散律速とならないよう、硫酸銅濃度が４〜２００ｇ／Ｌ（銅濃度１〜５０ｇ／Ｌ），硫酸濃度が１０〜２００ｇ／Ｌ，塩素イオン濃度が０〜１００ｍｇ／Ｌとしている。
【００２３】
また、特開２００１−４９４９０「基板のめっき方法及び装置」では、硫酸銅濃度１００〜２５０ｇ／Ｌ（銅濃度２５〜６２．５ｇ／Ｌ），硫酸濃度１０〜１００ｇ／Ｌ，塩素イオン濃度  ０〜１００ｍｇ／Ｌのめっき液を用いる。しかし、これらは、半導体の銅配線に関して考案されたもので、穴径  ０．２μｍ以下，深さ約１．２μｍ程度以下のサイズのビアホールに関するものである。
【００２４】
これに対し、本発明の対象となる、ビルドアップ基板１のブラインドビアホール２の内部の銅イオンの拡散長が大きいため、めっき液の濃度条件だけでは拡散律速にならないようにコントロールすることが困難である。
【００２５】
ビルドアップ基板１のブラインドビアホール２に関しては、めっき液の濃度条件に加えて、めっき液の温度を上げることが必要である。この効果は、めっき液中の銅イオンの溶解度を上げて、銅イオン濃度を増すことに加えて、拡散係数の値を大きくすることにもつながるためである。
【００２６】
本発明における請求項１記載の発明は、銅イオンの供給を向上できるよう、銅イオンの拡散の効果を増進させるため、銅めっき液中の銅濃度を高め、さらにめっき液の液温も上昇させる。
【００２７】
具体的には、銅（II）イオン５０〜８５ｇ／Ｌ，硫酸  ０〜１００ｇ／Ｌ，塩素イオン  １〜１００ｍｇ／Ｌを含むめっき液を用い、めっき液の温度が３０〜６５℃でめっきを行う。
【００２８】
銅イオン濃度は、５０ｇ／Ｌ未満では拡散増進の効果が低く、８５ｇ／Ｌを越えると、液温を上げたとしても銅塩が溶解し得ない。
【００２９】
硫酸濃度は、１００ｇ／Ｌを越えると銅塩を上記の範囲で溶解させることができない。ただし、硫酸が含まれることにより、めっき液の電気伝導度を上昇させて銅膜厚の均一性を向上できる。
【００３０】
塩素の濃度は、低すぎるとめっき被膜の光沢が得られず、また、高すぎると、めっき析出物の物性が低下する。
【００３１】
めっき液の温度上昇により、銅イオンだけでなく、液中に含有されている抑制剤や促進剤の拡散速度も増大する。これにより、ブラインドビアホール２の穴表面部と穴底部に対して、抑制剤と促進剤が同等の効果を及ぼすことになり、コンフォーマル（ブラインドビアホール２表面部と底部の銅めっき膜厚が同等）形状の析出となりやすい。温度が６５℃を越えると、この効果が顕著となり、ブラインドビアホール２の埋め込みが困難となる。
【００３２】
本発明においては、抑制剤と促進剤の濃度を、標準に比べて低くすることが好ましい。例えば、Ｃｕ―ＢｒｉｔｅＶＦ（荏原ユージライト（株）製）を用いた場合、添加剤量は標準の２０ｍＬ／Ｌではなく、４０℃で８ｍＬ／Ｌ、６０℃で８ｍＬ／Ｌとする。３０℃未満では液中に十分な銅イオンを溶解させることができず、銅イオンの拡散速度も低いため、ボイドが発生する。
【００３３】
さらに、図１に示す、本発明における請求項１記載の発明は、液の対流の効果を増進させるため、ブラインドビアホール２を有するビルドアップ基板１に対して、表面に平行なめっき液バルク４の液流を与えて電気銅めっきを行う。（３）式におけるＩ値は、拡散の効果のみを考慮したものであるが、対流によって、強制的に銅イオンを移動させることにより、ブラインドビアホール２の表面部と内部にまでめっき液バルク４の液流を起こし、より銅イオンの供給量を増加させ、その効果により、Ｉ値よりも大きな電流密度を流すことが可能となる。
【００３４】
ビルドアップ基板１の表面に対して平行に、めっき液バルク４液流の流速を  ０．０１ｍ／ｓ以上、より好ましくは、流速を０．０５〜０．５ｍ／ｓとする。これにより、ブラインドビアホール２内部には、渦状の液対流が形成され、この流れによって、めっき液バルク４からブラインドビアホール２の内部に銅イオンが流れ込む。もちろん、ブラインドビアホール２の内部の流速は、表面に比べて著しく低下するが、ビルドアップ基板１の表面のめっき液バルク４流速が大きいほど、ブラインドビアホール２の内部の対流も大きくすることができるため、流速の増進に効果があるものである。
【００３５】
前記のめっき液バルク４からブラインドビアホール２の内部に銅イオンが流れ込むため、めっき溶液バルク４物質の濃度Ｃｂの層流と、電極めっき反応面での物質の濃度Ｃｏとの距離が近接し，δは濃度勾配が生じている層５（拡散層）の距離が大幅に小さくなる。その結果により、前記式（１）関係式から、銅イオンの供給量が増加して、前記式（３）に伴う電流密度も増加する効果が生じる。
【００３６】
しかし、本発明における高温の領域では、前述したように、共存する抑制剤，促進剤の拡散速度が大きくなることにより、ブラインドビアホール２への銅析出がコンフォーマル形状になりやすく、あまり強すぎる液流は、この効果をさらに助長してしまうものである。これより、液流の上限は０．５ｍ／ｓが適当である。
【００３７】
表面に平行なめっき液バルク４の液流は、ビルドアップ基板１に対して平行、または、垂直な方向からノズルより液を噴出させることで得ることができる。基板１に対して平行な場合はもちろん、垂直の場合でも、液流は、基板１に衝突した後、基板表面に沿って平行な方向に向かうため、実質的に平行流を形成することができる。平行流により、ブラインドビアホール２の内部には、渦状の液対流が形成され、この流れによって、めっき液バルク層４がブラインドビアホール２内部まで奥深く流れ込み、めっき電極３の表面に銅イオンが多く供給される。
【００３８】
本発明では、促進剤としては、ビス（３−スルフォプロピル）ジスルフィド（以下「ＳＰＳ」と略称する）が主に使用でき、濃度は０．００１〜１０ｍｇ／Ｌが適当である。この他の促進剤としては、２硫化ビススルフォ二ナトリウム、２硫化ビス（２−スルフォエチル）二ナトリウム、２硫化テトラメチルチウラム、２硫化テトラエチルチウラムなどが使用できる。
【００３９】
抑制剤としては、ポリエーテル化合物が使用でき、好ましくは、ポリエチレングリコール（以下「ＰＥＧ」と略称する）（分子量  ２００〜１００００）、または、ＰＥＧとポリプロピレングリコールの共重合体（分子量４００〜１００００
）が適当である。濃度は０．１〜１００ｍｇ／Ｌが適当である。
【００４０】
また、この電気銅めっき液には、上記の成分以外に、主にめっき表面の光沢度等の要求に応じて、他の添加剤として、ヤヌスグリーンＢ、第３アルキルアミンとポリエピクロルヒドリンからなる第４アンモニウム塩付加物、ポリアルキルエチレンイミン、アミド化合物なども使用される。もちろん、市販の添加剤も使用することができる。例としては、Ｃｕ―ＢｒｉｔｅＶＦ（荏原ユージライト（株）製）、キュプロナールＶＦ（日本リーロナール（株）製）などが挙げられる。
【００４１】
以上のように、穴径が０．５〜１５０μｍ，深さ２〜１００μｍ，アスペクト比（深さ／穴径）が６以下のブラインドビアホール２に対し、電気銅めっきでビア穴埋めを行う時に、めっき液の温度を３０〜６５℃にし、銅イオン  ５０〜８５ｇ／Ｌ，硫酸  ０〜１００ｇ／Ｌ，塩素イオン  １〜１００ｍｇ／Ｌを含むめっき液を用いることで、ブラインドビアホール２のビア穴３内部への銅イオンの供給を増進する。これにより、電気銅めっきによる穴埋めの時にボイドが発生するのを抑制し、従来に比べて穴埋めできる適用範囲を広げることができる。
【００４２】
<実施例１>
本発明により、電気銅めっきでのブラインドビアホール２の埋め込みにおいて、埋め込みの可能な大きさ等のめっき条件範囲を広げることが可能となる。
【００４３】
以下、その例を示す。まずコアとなる多層プリント基板は両面板を１品種選択した。多層プリント基板の表面に配線層を形成するビルドアップ工程では、絶縁樹脂を塗布して絶縁樹脂層を形成した。前記絶縁樹脂層は１００μｍ〜２μｍの範囲で最適化した。該絶縁樹脂層の表面の所定の位置にブラインドビアホール２を形成した。穴明け加工方法はフォトリソ法による場合と、レーザ光の照射による場合があり、適宜使い分ける。
【００４４】
次に、配線層間の導通を形成するめっき工程はフイルドビアとからなる配線基板を製造した。そのブラインドビアホール２を電気銅めっきにより穴埋めする工程を経て作られ、まず、ブラインドビアホール２を形成した表面の全面に無電解めっきによって、薄膜層を形成し、該薄膜層を電極として、電気めっきによってブラインドビアホール内を電気銅めっきにより穴埋めしてフイルドビアを形成した。つぎに、全面に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂よりなるレジスト層を形成する
。該レジスト層をフォトリソ法を用いて、露光、現像工程と、腐蝕工程と、薄膜工程により所定の配線回路パターンを形成した。上述のように、一般にコアとなる多層プリント基板の表面に絶縁樹脂層と配線層を交互に積み上げて形成して、配線層間の導通はブラインドビアホール２内を電気銅めっきによって行って配線基板を製造する。
【００４５】
つぎに、前記配線基板の表面に４種のサイズのブラインドビアホール２を開けたビルドアップ基板１を作製した。４種のサンプルは表１に示す。
【００４６】
【表１】
0004354139.tif 000002
【００４７】
この基板に対し、無電解銅めっきで表面を導電化した後に、フィルドビア電気銅めっきを行った。電気銅めっき条件は表２に示す通りとした。
【００４８】
【表２】
0004354139.tif 000003
【００４９】
この試験の結果を表３にまとめる。全般的にはアスペクト比が高くなるとボイド不良が発生するが、本発明の方法では電流密度の３Ａ／ｄｍ２のみにボイド不良が発生している。その他は不良の発生は皆無である。
【００５０】
【表３】
0004354139.tif 000004
【００５１】
このように、本発明により、従来はボイドが発生していた条件でもボイドなく穴埋めすることが可能となり、埋め込み可能な範囲を広げることができることがわかった。ただし、埋め込み可能範囲は際限なく広げることができるわけではなく、それぞれの個別条件で、電流密度、ビアのサイズ（穴径，深さ），流速などの諸因子によって限定される。
【００５２】
【発明の効果】
従来は、電流密度を下げて、生産性を落とさなければ、ボイドが発生していた、穴径、深さのブラインドビアホールに対し、本発明の方法を用いてボイドなく穴埋めすることが可能となる。これにより、生産性を向上しつつ、ボイド発生の可能性を低減させるため、配線基板の性能向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラインドビアホールの電気銅めっき法の模式図。
【図２】従来技術のブラインドビアホールの電気銅めっき法の模式図。
【符号の説明】
１…ビルドアップ基板
２…ブラインドビアホール
３…めっき電極（カソード・基板表面）
４…めっき液バルク（層）
５…濃度勾配が生じている層
【図１】
0004354139.tif 000005
【図２】
0004354139.tif 000006