JPH0666552B2 - 銅ポリイミド多層基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐熱性及び電気特性の優れた銅ポリイミド多層
基板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、LSI技術の高速化、高密度化に伴い、電子回路配
線系の多層化、高電気特性化が要求さ、この要求に対し
て耐熱性や誘電特性の良好な有機絶縁材料であるポリイ
ミドを使用して多層配線基板を製造することが検討され
ている。

多層配線基板の製造方法は、シーケンシャル積層法とビ
ルドアップ法の二つの方法に分類される。このうちシー
ケンシャル積層法とは、絶縁フィルムの片面もしくは両
面に金属薄を張り付けてエッチングにより回路パターン
を表面に配したものを内層板として、この内層板２枚以
上を半硬化状態の樹脂シートや熱硬化性樹脂含浸基材
（プリプレグ）を用いて貼り合せる方法である。これに
対してビルドアップ法では絶縁層と導体層とを交互に積
み上げる。すなわち、表面に回路パターンを形成させた
ところの出発材料の上にワニス状の有機絶縁体を塗布し
た後、これを硬化させて絶縁層を重ね、その上にスパッ
タリングやめっきにより所望の導電回路パターンを積み
重ねるという一連の工程を何回も繰りかえすのである。
内層板を接着剤により貼り合せて組み立てるシーケンシ
ャル積層法によるよりも、接着剤を介さずに金属層とポ
リイミド層とを順次積み上げていくビルドアップ法を採
用して製造したほうがポリイミド自体の特性を生かすこ
とができ、耐熱性や電気特性の面でより有利であると考
えられている。

このビルドアップ法で金属層とポリイミド層とを積層す
る場合に、ポリイミド層の積層については、ポリイミド
前駆体樹脂を塗布する工程が含まれる。ポリイミド前駆
体樹脂には、感光性を付与した種類の製品が開発されて
おり、この種類のものを用いれば、露光、現像によって
ポリイミド層をパターン化・形成することができるた
め、多層基板における絶縁層の層間接続孔を容易に加工
できる。この種類の樹脂は一般に感光性ポリイミド樹脂
とよばれており、例えば芳香族ポリイミドの前駆体であ
る芳香族ポリアミック酸に対して感光性を付与するため
に架橋性基成分を加えたもの等が知られている。

この感光性ポリイミド樹脂以外を使用してビルドアップ
法により多層配線基板を製造する方法としては、感光性
のない一般のポリイミド前駆体樹脂、例えば芳香族ポリ
アミック酸を有機溶媒に溶かして作成したポリマー溶液
を塗付し、これをプリベイクして一部ポリイミド化の進
んだ樹脂層を形成させ、その上にマスクレジストを印刷
した後にポリイミドを部分的に化学溶解して層間接続孔
を設け、マスクレジストを除いた後にポストベイクして
完全にイミド化させ、しかる後に金属導体層を加層する
方法がある。この場合に、ポリイミドの溶解には溶解力
の強いエッチャントが要求され、例えばヒドラジンとエ
チレンジアミンの混合液等が使用される。

［発明が解決しようとする課題］ IC回路における伝送信号の高速化に対応するためには、
配線系を含めた特性インピーダンスの制御が必要とな
る。高速演算素子において高速性を有効に生かすために
は素子間に交わされる信号の伝播に要する駆動電力を低
く押えることが要求される。そのため、配線系の特性イ
ンピーダンスは高い方が望ましい。また高速化が進むに
従って、同一基板における特性インピーダンスの不整合
による信号の反射が雑音の増加の原因となるために、同
一基板における特性インピーダンスの整合化を図る必要
がある。そのためには、絶縁材料の誘電率、導体間距離
（すなわち、絶縁層の厚さ）、導体の厚さ、及び導体の
幅について考慮しなければならず、例えば絶縁層として
ポリイミド樹脂を用い、導体の厚さが20〜50μｍ、導体
の幅が40〜100μｍであるような信号線の場合、特性イ
ンピーダンスを50オーム前後に設定するためには、基板
の絶縁厚さを20〜100μｍとすることが必要とされ、こ
の範囲内で基板の厚さを自由に設定可能であることが望
まれる。

ビルドアップ法によりポリイミド樹脂を絶縁層とする多
層基板を製造する際に、ポリイミド層の厚さが20μｍを
越えて更に厚くなるに従い、前記感光性ポリイミド樹脂
では露光上の問題から精密で鮮明なポリイミド層のパタ
ーンを得ることが難しくなる傾向がある。また、感光性
を付与するために、予め加えられた架橋性基成分を、現
像の後に揮発させることが必要な場合は、その分の体積
収縮により配線の位置精度が悪化する。

一方、感光性のない一般のポリイミド前駆体樹脂を使用
してビルドアップ法により多層化する場合は、20μｍ以
上の厚膜ポリイミド層の形成には十分対応できるが、層
間接続孔等を形成するため、イミド化の進んだポリイミ
ドを化学溶解により開孔するには、溶解力の強い薬品、
例えばヒドラジン、あるいはヒドラジンとエチレンジア
ミンの混合液を使用することが不可欠である。これらの
薬品からなる溶解液は、溶解速度を高めるために40℃以
上の温度で使用されているが、可燃性があるため取扱に
は難があり、また溶解条件を均一にするためには、溶解
浴を頻繁に交換することが必要であり、これらの薬品の
コストが全体の生産コストを押上げることになる。

また、感光性の有無に拘らず、ポリイミド前駆体樹脂を
使用してビルドアップ法により多層基板を製造する場合
には、ポリイミド前駆体を100〜200℃でプリベイクした
後、200〜400℃でポストベイクし、完全にポリイミドと
した後、その上に導体金属層を追加加層する。これは、
下地の絶縁層がポリイミドと同様に強い耐熱性や耐薬品
性を備えていない場合、その上への金属導体層を形成す
る際に、例えばスパッタリング時の衝撃や、無電解めっ
き前処理時の化学変化によって絶縁層自体が大きく劣化
し、電気的特性が低下してしまうからである。

このように従来法には、導体金属層を積み重ねる前に、
毎回下地である絶縁層を300℃前後に加熱してイミド化
せざるを得ず、高多層化が進むにつれて、この加熱工程
数が大幅に増加するために、全体としての製造にかかる
手間は無視できなくなるという問題点がある。

本発明の目的は、上記問題点を含まない銅ポリイミド多
層配線基板の製造方法の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の方法は、塗布された
ポリイミド前駆体樹脂を100℃以下の温度で乾燥し、固
形分70％以上の樹脂層とし、該樹脂層の上にマスクレジ
ストを用いてパターンを形成し、エッチング浴中で該樹
脂層を選択的に溶解し、層間接続孔付ポリイミド前駆体
樹脂層を形成する第一工程と、該樹脂層表面上に、無電
解めっきもしくは無電解めっきと電解めっきとを併用し
て回路パターン化された導体層を形成する第二工程とか
らなり、第一工程と第二工程とを交互に繰返して積層化
した後、200〜400℃に加熱し、全てのポリイミド前駆体
樹脂層をポリイミド樹脂層とするものである。

［作用］ 本発明では、導体層の材料として銅を使用しているが、
無電解めっきや電解めっきが可能な金属であれば同様に
適用できる。

本発明で言うポリイミド前駆体樹脂とは、ポリアミック
酸、すなわち、全芳香族ポリアミック酸、変成型ポリア
ミック酸、または付加型ポリアミック酸等を有機溶媒と
して、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、
Ｎメチル２ピロリドン、又はジエチレングリコールジメ
チルエーテル等に溶解したポリマー溶液のことであり、
また、本発明で言うポリイミドとは、これらのポリマー
溶液から溶媒を除去し、ポリアミック酸のアミド結合部
位をイミド閉環化させたものである。

本発明で言う固形分とは、樹脂中のポリマー成分を重量
％で表したものである。ポリマー成分がポリアミック酸
の場合は、これを200℃以上の温度に加熱すると脱水反
応であるイミド化反応が起こるため、固形分は溶媒の揮
発による重量変化の他に脱水反応による重量変化も受け
る。しかし、本発明では100℃以下の温度で乾燥するた
めにイミド化反応は考慮する必要はなく、固形分は溶媒
の揮発による重量変化のみに依存すると考えてよい。

ところで、ポリイミドを絶縁層とする多層配線基板をビ
ルドアップ法により製造する際、各ポリイミド絶縁層の
積層の都度に繰返されるプリベイク、及びポストベイク
を省略することができれば製造にかかる手間は大きく軽
減でき、本発明の目的を達成することができる。この目
的を達成するためには、積層終了後に加熱処理を行なう
ことが必要となる。そのためには、基板上に塗布する固
形分10〜30％のポリイミド前駆体樹脂を簡易な工程によ
り、その上に導体層の加層が可能な程度の機械的剛性を
もつ固形層に変えた後、最終製品における各絶縁層の電
気的特性を劣化させない方法で樹脂固形層表面にメタラ
イジングする技術が必要となる。

一般に樹脂表面上にメタライジングする方法としては、
スパッタリングや無電解めっき法があるが、スパッタリ
ング法では、下地である樹脂層の熱的安定成が悪いと表
面からのダメージにより表面層が劣化し、形状も波打つ
等悪影響が起きる傾向にある。また、無電解めっき法で
は、無電解めっき前処理工程のうち、触媒活性付与の前
段に行われる表面親水化時に最も顕著である。

基板上に塗布されたポリイミド前駆体樹脂表面に対して
化学めっきを行なう場合、塗布後の自然乾燥により固形
分50％程度になり、表面の流動性がなくなってくるた
め、積層化のために必要とされる機械強度は十分に高ま
ってくる。しかし、この乾燥状態のポリイミド前駆体樹
脂層に塩基性処理液による表面親水性化処理を行なった
場合、その塩基性処理液が樹脂層内部に浸透しやすく、
樹脂表面からの副次的な化学ダメージが短時間で内部に
波及する。これを回避するために、本発明では、基板上
に塗布したポリイミド前駆体樹脂を100℃以下で乾燥
し、固形分を70％以上とする。こうすることにより初め
て、親水性化処理時に処理液が樹脂内部へ浸透すること
を防止し、副次的に引起こされる樹脂の化学的変化を表
面附近の極めて薄い領域内に止めることが可能となる。
その結果、最終製品としたときのポリイミド層の絶縁体
としての能力の低下を無視できる程度にまで押えること
が可能となる。

また、固形分を70％以上としたポリイミド前駆体樹脂層
の表面に対する無電解銅めっきにおいては、めっき前処
理の際の化学的損傷を表面からわずか500オングストロ
ームの範囲内に抑えることができ、かつ良好なめっき面
を得ることができる。この程度の極表層の化学変化であ
れば、それによる絶縁体全体としての誘電特性への影響
は無視できるものである。

また、絶縁性は基板に吸着するイオン性不純物により悪
影響を受ける。本発明の方法において、前記化学的損傷
の範囲内にイオン性不純物が吸着することが考えられな
くもないが、表面から500オングストローム程度の浅い
領域に吸着する量では影響がないと思われる。

以下実施の１例を用いて本発明を更に具体的に説明す
る。

第１〜５図は本発明の積層工程を示した図である。

第一工程として、ポリイミドフィルム１上に銅の回路パ
ターン２を設けた基板（第１図）の上に、固形分10〜30
％のポリミイド前駆体樹脂を塗布し、100℃以下で乾燥
し、固形分70％以上のポリミイド前駆体樹脂層３とす
る。この上にマスクレジストを印刷した後に塩基性エッ
チング浴中に浸せきして、ポリイミド前駆体樹脂層を選
択的に溶解して層間接続用開孔部４を形成し、マスクレ
ジストを除去する（第２図）。

次いで、第二工程として、ポリイミド前駆体樹脂層表面
に対して無電解銅めっきと電解銅めっきを利用したアデ
ィティブ銅めっきによって銅の回路パターン２を形成
し、同時に層間接続を図る（第３図）。

その後、第一工程と第二工程とを所望回数繰返して所望
の層を形成する（第４図）。

以上述べた方法で固形化樹脂層と導体金属層との積層化
を完了した後に、200〜400℃で約１時間加熱し、全樹脂
層をイミド化する（第５図）。本発明で用いるマスクレ
ジストは一般的なものでよく、ゴム系等の特殊で高価な
ものを使用する必要はない。また、銅やポリイミド前駆
体樹脂層のエッチングの条件は極一般的なものでよく、
特に規定するものではない。また、銅のめっきにおいて
も同様である。

本発明の方法を用いれば、厚さ20μｍ以上のポリイミド
絶縁層を含む銅ポリイミド多層配線基板の製造にも対応
できる。

［実施例］ 厚さ50μｍのポリイミドフィルム（東レ・ドュポン社製
製品名「カプトン 200H」）上に厚さ20μｍの銅回路
パターンを設けた基板の上に、ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物と、これと同モルのジアミノベンゾフ
ェノンとを、ジエチレングリコールジメチルエーテル中
で反応させて得たポリアミック酸溶液（三井東圧化学社
製 製品名「Larc TPI ワニスタイプ」）に対しジエ
チレングリコールジメチルエーテルでさらに濃度を調整
し、固形分20％としたポリマー溶液を塗布したのち、80
℃で加熱、乾燥し、固形分70％のポリイミド前駆体樹脂
層とした。この上にマスクレジストを塗布し露光し、現
像した。

次いで、4Nの水酸化カリウム水溶液中に３分間浸せき
し、ポリイミド前駆体樹脂層を選択的に溶解して層間接
続用開孔部を形成し、マスクレジストを除去してポリイ
ミド前駆体樹脂層表面に対して無電解銅めっきと電解銅
めっきを利用したアディティブめっきによって導体回路
パターンを形成し、同時に層間接続を図った。

以上の操作を同様に繰返して固形分70％のポリイミド前
駆体樹脂層と導体回路パターンをさらに交互に積層させ
て、同時に層間接合を行なった。

最後に、この基板全体を300℃で１時間加熱し、イミド
化を行なった。この結果、最下層のポリイミド層の厚さ
が50μｍ、それ以外の２つのポリイミド層の厚さが共に
40μｍ、また計３層の導体回路パターンの厚さがそれぞ
れ20μｍの銅ポリイミド多層配線基板を製造した。

この銅ポリイミド多層配線基板は従来品と同程度以上の
特性を示し、十分使用にたえうるものであることがわか
った。

［発明の効果］ 本発明の方法に従えば、積層化後加熱処理をするため
に、銅ポリイミド多層配線基板を製造する際の製造工程
を大幅に簡略化できる。

また、層間接続孔の開孔の際にポリイミドのエッチング
に不可欠とされていたヒドラジン等の可燃性溶解液にか
えて、安価な塩基性水溶液系の溶解液でも開孔作業が可
能となり、低コスト化が可能となった。

さらに、従来法の様な積層都度の300℃前後の加熱処理
を行なわないために基板内に歪を生ぜず、配線の高密度
化に伴う厳しい加工精度にも対応でき、良好な銅ポリイ
ミド多層配線基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜第５図は本発明の積層工程を示した図である。 １……ポリイミドフィルム ２……銅回路パターン ３……ポリイミド前駆体樹脂固形層 ４……開孔部 ５……ポリイミド層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塗布されたポリイミド前駆体樹脂を100℃
   以下の温度で乾燥し、固形分70％以上の樹脂層とし、該
   樹脂層の上にマスクレジストを用いてパターンを形成
   し、エッチング浴中で該樹脂層を選択的に溶解し、層間
   接続孔付ポリイミド前駆体樹脂層を形成する第一工程
   と、該樹脂層表面上に、無電解めっきもしくは無電解め
   っきと電解めっきとを併用して回路パターン化された導
   体層を形成する第二工程とからなり、第一工程と第二工
   程とを交互に繰返して積層化した後、200〜400℃に加熱
   し、全てのポリイミド前駆体樹脂層をポリイミド樹脂層
   とすることを特徴とする銅ポリイミド多層基板の製造方
   法。