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JP2003060330A - ビアホールのスミア除去方法 - Google Patents

ビアホールのスミア除去方法

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JP2003060330A
JP2003060330A JP2001240635A JP2001240635A JP2003060330A JP 2003060330 A JP2003060330 A JP 2003060330A JP 2001240635 A JP2001240635 A JP 2001240635A JP 2001240635 A JP2001240635 A JP 2001240635A JP 2003060330 A JP2003060330 A JP 2003060330A
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hydrogen peroxide
smear
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俊久 下
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Yoshifumi Kato
祥文 加藤
Takashi Yoshida
貴司 吉田
Michinobu Hidaka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 孔径が４０μｍと小さくなり、レーザー照射
によりビアホールの下穴を形成した場合にも、スミア除
去工程において、導体層部を過剰にエッチングすること
なく、スミアを確実に除去する。 【解決手段】 多層基板の絶縁層12にレーザー照射によ
りビアホール13を形成した後、化学銅メッキのための触
媒付与工程に先だって行われるスミア除去工程のソフト
エッチの際に、ソフトエッチ液として硫酸及び過酸化水
素を含む水溶液が使用される。水溶液は、硫酸の濃度が
過酸化水素の濃度の１．４倍以下であり、好ましくは硫
酸の濃度が５〜５０ｇ／ｌで、かつ硫酸の濃度が過酸化
水素濃度より低い。より好ましくは、硫酸の濃度が５〜
１０ｇ／ｌで、過酸化水素の濃度が３０〜３５ｇ／ｌで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビアホールのスミ
ア除去方法に係り、詳しくは多層基板の配線層間を接続
するビアホールの銅メッキを行う前段階で実施されるビ
アホールのスミア除去に好適なスミア除去方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】多層配線板の高密度化を図るため、ビル
ドアップ配線板が使用されている。ビルドアップ配線板
では配線層間の接続にビアホールが使用されている。ビ
アホールが二つの層間を接続するためだけであれば、ビ
アホール内までメッキする必要はない。しかし、３層以
上に亘って接続が必要な場合、ビアホール内を充填メッ
キしない構成では、図４（ａ）に示すように、ビアホー
ル３１をずらした状態で形成する必要がある。一方、ビ
アホール内を充填メッキした構成では、図４（ｂ）に示
すように、ビアホール３１を重ねた状態で形成すること
ができ、配線のレイアウトの自由度や実装密度を高くす
ることができる。
【０００３】また、現在ビアホールの径は１００μｍ程
度であるため、ビアホール内を充填メッキしない構成で
も各層間の導通を図るのに支障はないが、ビアホールの
径が小さくなると、ビアホール内を充填メッキしないと
各層間の導通に支障を来す（抵抗が大きくなる）虞があ
る。
【０００４】ビアホールを形成する方法には、フォトレ
ジストを使用してフォトエッチングにより下穴を形成す
る方法と、フォトレジスト以外の樹脂を絶縁層とし、レ
ーザー照射により下穴を形成する方法とがある。
【０００５】下穴を形成した後、ビアホールのメッキが
完成するまでには、スミア除去工程、触媒付与工程、化
学銅メッキ工程、電解銅メッキ工程を経る。スミア除去
工程は、図５（ａ）に示すように、基板（図示せず）上
に形成された下層配線３２を覆う絶縁層３３に下穴３４
を形成した際に、下穴３４の底に残る樹脂（スミア）３
５を除去する工程である。
【０００６】そして、従来、スミア除去工程は、膨潤処
理、過マンガン酸エッチング処理、中和・還元処理、ク
リーナーコンディショナー処理及びソフトエッチ処理の
５工程が順に行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ビアホール３１の径が
１００μｍの場合は、絶縁層３３に下穴３４を形成する
のはフォトレジストを使用するフォトリソグラフ法で行
われているが、ビアホール３１の径が４０μｍ程度より
小さくなると、フォトリソグラフ法ではきれいな下穴３
４を形成するのが難しくなる。そのため、レーザー照射
により下穴３４が形成される。ところが、レーザー照射
により下穴３４を形成した場合に、フォトリソグラフ法
で下穴３４を形成した場合と同様の条件でスミア除去処
理を行った場合、ビアホール３１の充填メッキ後に行
う、ビアホールの信頼性試験の一項目である熱衝撃試験
を満足できないものが殆どであった。熱衝撃試験は、−
５５℃と１２５℃の液中に各３分間保持するサイクルを
１０００サイクル行った後の、抵抗変化率が±１０％以
内を合格とするものである。
【０００８】従来のスミア除去工程の最後の処理である
ソフトエッチ（ソフトエッチング）に使用されるソフト
エッチング液は、スミア除去の役割の他に、下穴の下部
を塞いでいる下層配線３２（銅箔）の表面を若干粗化す
る役割もある。そして、従来、ソフトエッチング液とし
ては、硫酸水溶液（硫酸濃度：９８ｇ／ｌ）や、硫酸及
び過硫酸ナトリウム水溶液（硫酸濃度９．８ｇ／ｌ、過
硫酸ナトリウム濃度１５０ｇ／ｌ）あるいは硫酸及び過
酸化水素水溶液（硫酸濃度９８ｇ／ｌ、過酸化水素濃度
２７ｇ／ｌ）が使用されていた。
【０００９】従来は下穴３４がフォトリソグラフ法で形
成されているため、スミアの量が少なく、前記のソフト
エッチング液によりスミア除去と銅箔の粗化が比較的良
好に行われた。しかし、レーザー照射により下穴３４を
形成した場合は、スミアの量が多くなる。そのため、従
来と同じソフトエッチング液で同じ条件でソフトエッチ
を行った場合は、スミアの除去が不完全となり、結果と
してビアホールの充填メッキが良好に行われない。ま
た、ソフトエッチング液の溶解力を強くし過ぎると、図
５（ｂ）に示すように、下層配線３２のエッチングが過
剰となって銅箔と樹脂との間に隙間Δが生じる状態とな
る。このような状態でメッキを行うと、充填メッキが完
了した後、熱衝撃試験において前記隙間に対応する部分
にクラックが入り易くなる。
【００１０】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は孔径が４０μｍと小さくな
り、レーザー照射によりビアホールの下穴を形成した場
合にも、スミア除去工程において、導体層部を過剰にエ
ッチングすることなく、スミアを確実に除去することが
できるビアホールのスミア除去方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、多層基板の絶縁層を挟
んで配置される導体層間を接続するビアホールの内面に
化学銅メッキを施した後、電解銅メッキによりビアホー
ル内を充填メッキするビアホールの形成方法において、
前記化学銅メッキのための触媒付与工程に先だって行わ
れるスミア除去工程のソフトエッチング処理の際に、ソ
フトエッチング液として硫酸及び過酸化水素を含む水溶
液を使用し、硫酸の濃度を過酸化水素の濃度の１．４倍
以下とした。
【００１２】この発明のソフトエッチング液を使用する
ことにより、ソフトエッチング液の組成を除いて、従来
と同じ条件（例えば、処理温度及び処理時間）で、スミ
アの除去が良好に行われる。そして、充填メッキ層の信
頼性を確保できる。
【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記硫酸の濃度が５〜５０ｇ／ｌ
で、かつ硫酸の濃度が過酸化水素濃度より低い。この発
明では、スミアの除去をより良好に行うことができる。
【００１４】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記硫酸の濃度が５〜
１０ｇ／ｌで、過酸化水素の濃度が３０〜３５ｇ／ｌで
ある。この発明では、スミアの除去をさらに良好に行う
ことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を直径４０μｍのビ
アホールの形成に具体化した一実施の形態を図１〜図３
に従って説明する。
【００１６】多層基板の上下の導体層間を電気的に接続
するため、充填メッキされたビアホールを形成するに
は、図１（ａ）に示すように、先ず下層の導体層１１ａ
の上に絶縁層１２が形成された後、レーザー照射により
ビアホール（下穴）１３が形成される。
【００１７】次に下穴１３の底部である導体層１１ａ上
に残ったスミア１２ａの除去を行うスミア除去工程が実
施される。スミア除去工程は従来と同様に膨潤処理、過
マンガン酸エッチング処理、中和・還元処理、クリーナ
ーコンディショナー処理及びソフトエッチ処理の５工程
が順に行われる。そして、ソフトエッチ処理で使用する
ソフトエッチング液（以下、ソフトエッチ液と称す）の
組成が異なる他は従来の各処理条件と同じ条件で処理が
行われる。
【００１８】ソフトエッチ液には硫酸及び過酸化水素を
含む水溶液が使用される。水溶液中の硫酸の濃度は、過
酸化水素の濃度の１．４倍以下である。硫酸の濃度は５
〜５０ｇ／ｌで、かつ硫酸の濃度が過酸化水素濃度より
低い組成が好ましい。さらに好ましくは、硫酸の濃度が
５〜１０ｇ／ｌで、過酸化水素の濃度が３０〜３５ｇ／
ｌである。
【００１９】スミア除去工程終了後、ビアホール１３の
内面及び上層の導体層１１ｂを形成すべき箇所への触媒
付与処理と、化学銅メッキ処理とが行われて、図１
（ｂ）に示すように、薄い化学銅メッキ層１４が形成さ
れる。次に電解銅メッキが行われ、図１（ｃ）に示すよ
うに充填メッキ層１５が形成される。
【００２０】電解銅メッキは２段階に分けて行われ、図
２（ａ）に示すように、第１段階において低電流密度で
所定時間行われ、次に第２段階のメッキが高電流密度で
行われる。第１段階のメッキにより、化学銅メッキ層１
４の上に、所定の膜厚に緻密な電解銅メッキ層が形成さ
れる。そして、第２段階のメッキにより、ビアホール１
３の残りの部分が充填されるように電解銅メッキ層が形
成されることにより、充填メッキ層１５が形成される。
【００２１】電解銅メッキは、電流密度がメッキ浴の許
容電流範囲において行われ、第１段階のメッキでは、電
流密度が１．５Ａ／ｄｍ2以下で行われ、膜厚１μｍ以
上、好ましくは１．５〜２．０μｍの銅を析出させた
後、第２段階のメッキがそれより高い電流密度で行われ
る。第２段階のメッキの電流密度は電解銅メッキのメッ
キ浴の組成にもよるが、電解銅メッキの合計時間を３０
分程度で完了するには、３Ａ／ｄｍ2程度が好ましい。
【００２２】電解銅メッキは、図２（ｂ）に示すよう
に、正のパルスと負のパルスとを交互に、かつ正のパル
スの通電量が大きなパルスメッキで行われる。パルスメ
ッキは、正のパルスの通電時間ｔ１と、負のパルスの通
電時間ｔ２との比ｔ１／ｔ２が、例えば、２０／１に設
定される。一回の通電時間ｔ１は、４０〜５０ｍｓ（ミ
リ秒）程度に設定される。パルスメッキは、正のパルス
の電流値Ｆと負のパルスの電流値Ｒとの比Ｆ／Ｒが１／
３程度に設定される。なお、図２（ｂ）では通電時間ｔ
１及び通電時間ｔ２の比ｔ１／ｔ２は前記の値と異なる
状態で図示されている。
【００２３】（実施例）以下、実施例及び比較例により
本発明をさらに詳しく説明する。図３に示すように、ビ
アホール１３が多数形成された評価基板を形成し、スミ
ア除去工程のソフトエッチ条件を変更してスミア除去を
行った後、ビアホール１３の充填メッキを行った。そし
て、得られた試料について表１に示す４項目、即ち高温
放置試験、高温高湿放置試験、熱衝撃試験及びはんだ耐
熱試験の信頼性評価を行った。
【００２４】実施例及び比較例において、スミア除去工
程のソフトエッチ処理を除いた他の処理、触媒付与処理
及び化学銅メッキ処理は、公知の処理条件でおこなっ
た。また、電解銅メッキにおけるメッキ浴への添加剤と
して、アトテック社製のインパルスＨ（商品名）ブライ
トナー及びレベラーを使用した。それぞれの添加量は、
メーカー推奨条件であるブライトナー：２．５ｍｌ／
ｌ、レベラー：８ｍｌ／ｌとした。そして、低電流密度
（１Ａ／ｄｍ2）で１０分、高電流密度（３Ａ／ｄｍ2）
で２０分パルスメッキを行った。
【００２５】
【表１】 はんだ耐熱試験は、２８０〜２９０℃のはんだ浴中に所
定時間（３０秒）浸漬した後、冷却し、その後、抵抗値
を測定した。
【００２６】４項目の評価試験のうち、高温放置試験、
高温高湿放置試験は比較例でも合格したが、はんだ耐熱
性試験及び熱衝撃試験は比較例では合格率が低かった。
実施例と比較例についてソフトエッチ条件と信頼性試験
の結果及びソフトエッチ後のビアホール１３の状態の顕
微鏡による観察結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】 表２において、硫酸とあるのは濃硫酸（濃度９８％）を
意味し、過酸化水素水とあるのは工業用過酸化水素水
（濃度３３〜３５％）を意味する。従って、硫酸５ｍｌ
／ｌは硫酸４．９ｇ／ｌに相当し、硫酸１００ｍｌ／ｌ
は硫酸９８ｇ／ｌに相当する。また、過酸化水素水５ｍ
ｌ／ｌは過酸化水素１．７ｇ／ｌに相当し、過酸化水素
水１００ｍｌ／ｌは過酸化水素３４ｇ／ｌに相当する。
【００２８】表２から、実施例１〜実施例３のソフトエ
ッチ液、即ち硫酸の濃度が過酸化水素の濃度の１．４倍
以下の硫酸、過酸化水素水溶液を使用した場合に、銅箔
（導体層１１ａ）の過剰エッチングなしにスミアを良好
に除去でき、充填メッキ層の信頼性も合格となることが
確認された。また、硫酸の濃度が５〜５０ｇ／ｌで、か
つ硫酸の濃度が過酸化水素の濃度より低い場合がより良
好となり、硫酸の濃度が５〜１０ｇ／ｌで、過酸化水素
の濃度が３０〜３５ｇ／ｌの場合にさらに良好となるこ
とが確認された。
【００２９】一方、比較例のソフトエッチ液（従来のソ
フトエッチ液）を使用した場合は、いずれの場合も充填
メッキ層の信頼性試験が不合格となった。また、ソフト
エッチ処理でスミアが残ったり（比較例１，２）、スミ
アは除去できるが過剰エッチングにより絶縁層１２（樹
脂）の下方にまで導体層１１ａ（銅箔）のエッチングが
進行した（比較例３，４）。
【００３０】この実施の形態によれば次の効果が得られ
る。 （１） 電解銅メッキによりビアホール内を充填メッキ
するビアホールの形成方法において、スミア除去工程の
ソフトエッチ液として、硫酸及び過酸化水素を含む水溶
液を使用し、硫酸の濃度を過酸化水素の濃度の１．４倍
以下とした。従って、孔径が小さく（例えば４０μ
ｍ）、レーザー照射によりビアホールの下穴を形成した
場合にも、スミア除去工程において、下層配線部（導体
層１１ａ）を過剰にエッチングすることなく、スミア１
２ａを確実に除去することができる。
【００３１】（２） ソフトエッチ液の硫酸の濃度が５
〜５０ｇ／ｌで、かつ硫酸の濃度が過酸化水素水濃度よ
り低くなるように設定すると、スミア除去がより良好に
行われる。
【００３２】（３） ソフトエッチ液の硫酸の濃度が５
〜１０ｇ／ｌで、過酸化水素の濃度が３０〜３５ｇ／ｌ
とすることにより、スミア除去がより良好に行われる。 （４） ソフトエッチ処理の温度や時間を従来と同じ条
件で実施することができるため、ソフトエッチ液を代え
るだけで従来と同様に簡単に実施できる。
【００３３】（５） 過酸化水素水として工業用過酸化
水素水を使用するため、消毒用の過酸化水素水のように
過酸化水素濃度の低いものを使用する場合に比較して、
ソフトエッチ液の調製作業が簡単になる。
【００３４】（６） 電解銅メッキを行う際に、低電流
密度の第１段階のメッキと高電流密度での第２段階のメ
ッキに分けて行う。従って、化学銅メッキ層１４の表面
に電解銅メッキがデンドライト（樹枝状結晶）析出する
のが抑制されて、緻密に均一に付着する。また、ビアホ
ール内に信頼性に悪影響を与えるボイドが発生せずに、
短時間で充填メッキを行うことができる。
【００３５】（７） 低電流密度の第１段階のメッキと
高電流密度での第２段階のメッキの両方とも、正のパル
スと負のパルスとを交互に、かつ正のパルスの通電量を
大きく設定したパルスメッキでわれる。従って、信頼性
の確保された充填メッキ層を短時間で形成できる。
【００３６】実施の形態は前記に限らず、例えば次のよ
うに構成してもよい。 〇 ソフトエッチ液を調製する際、９８％の濃硫酸と３
０〜３５％工業用過酸化水素水とを用いて調製する方法
に限らず、濃度の低い硫酸や過酸化水素水を使用して所
望の濃度となるように調製してもよい。
【００３７】〇 ソフトエッチ条件は室温（２５℃）に
限らず、それより高い温度で行ってもよい。温度により
ソフトエッチの適性時間は変化する。 〇 ソフトエッチ液を、フォトリソグラフ法により下穴
を形成する場合のスミア除去に使用してもよい。
【００３８】○ 電解銅メッキを２段階で行わずに、電
流密度がメッキ浴の許容電流範囲における１．５Ａ／ｄ
ｍ2以下のパルスメッキを長時間行って、即ち１段階の
電解銅メッキで充填メッキ層１５を形成してもよい。
【００３９】○ 電流密度がメッキ浴の許容電流範囲に
おける１．５Ａ／ｄｍ2以下で行って、膜厚１μｍ以上
を析出させる際の電解銅メッキをパルスメッキではな
く、直流電力を流して行い、その後の高い電流密度での
電解銅メッキをパルスメッキで行うようにしてもよい。
【００４０】○ ビアホール１３の径は４０μｍに限ら
ず、４０μｍより大きなものや、４０μｍより小さな２
０μｍ程度のものに適用してもよい。前記実施の形態か
ら把握できる技術的思想（発明）について以下に記載す
る。
【００４１】（１） 多層基板の絶縁層を挟んで配置さ
れる導体層間を接続するビアホールの内面に化学銅メッ
キを施した後、電解銅メッキによりビアホール内を充填
メッキするビアホールの形成方法において、前記化学銅
メッキのための触媒付与工程に先だって行われるスミア
除去工程のソフトエッチング処理の際に、ソフトエッチ
ング液として無機酸及び過酸化水素を含む水溶液を使用
し、無機酸の濃度を過酸化水素の濃度の１．４倍以下と
したビアホールのスミア除去方法。
【００４２】（２） 過酸化水素の濃度は３０ｇ／ｌ以
上である請求項１、請求項２及び（１）に記載のビアホ
ールのスミア除去方法。 （３） 前記ソフトエッチング処理は室温で１〜３分行
われる請求項１〜請求項３、（１）及び（２）のいずれ
かに記載のビアホールのスミア除去方法。
【００４３】（４） 過酸化水素水として工業用過酸化
水素水を使用する請求項１〜請求項３、（１）〜（３）
のいずれかに記載のビアホールのスミア除去方法。
【００４４】
【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１〜請求
項３に記載の発明によれば、孔径が４０μｍと小さくな
り、レーザー照射によりビアホールの下穴を形成した場
合にも、スミア除去工程において、導体層部を過剰にエ
ッチングすることなく、スミアを確実に除去することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｃ）はビアホールの充填メッキ層
を形成する手順を示す模式断面図。
【図２】 （ａ）はメッキの条件を示すタイムチャー
ト、（ｂ）はパルスメッキの条件を示す部分模式タイム
チャート。
【図３】 信頼性評価基板の部分模式断面図。
【図４】 （ａ）はビアホールに充填メッキを行わない
場合の部分模式断面図、（ｂ）は充填メッキを行う場合
の部分模式断面図。
【図５】 （ａ），（ｂ）はスミア除去を行った際のビ
アホールの状態を示す模式断面図。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ…導体層、１２ａ…スミア、１３…ビア
ホール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/06 Ｈ０５Ｋ 3/06 Ｐ ５Ｅ３４６ 3/40 3/40 Ｋ 3/46 3/46 Ｎ (72)発明者 井上 敏樹 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機内 (72)発明者 加藤 祥文 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機内 (72)発明者 吉田 貴司 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機内 (72)発明者 日高 理伸 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機内 Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA13 AA32 AA42 BA08 BA35 CA03 CA06 CA14 CA15 DA01 EA04 4K024 AA09 AB02 AB17 BA12 BB11 BC02 CA07 DA04 DA07 EA06 GA01 5E317 AA24 BB12 CC25 CC32 CC33 CD01 CD12 CD25 CD27 CD32 GG03 GG16 5E339 AC01 AD03 AE01 BC02 BD08 BE13 GG02 5E343 AA02 AA07 BB24 BB71 CC71 DD33 DD43 EE01 EE02 EE13 GG01 5E346 AA02 AA06 AA12 AA15 AA32 AA43 CC32 DD25 EE31 EE33 FF01 FF04 FF07 FF15 GG15 GG16 GG17 GG22 GG28 HH11 HH31

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多層基板の絶縁層を挟んで配置される導
    体層間を接続するビアホールの内面に化学銅メッキを施
    した後、電解銅メッキによりビアホール内を充填メッキ
    するビアホールの形成方法において、 前記化学銅メッキのための触媒付与工程に先だって行わ
    れるスミア除去工程のソフトエッチング処理の際に、ソ
    フトエッチング液として硫酸及び過酸化水素を含む水溶
    液を使用し、硫酸の濃度を過酸化水素の濃度の１．４倍
    以下としたビアホールのスミア除去方法。
  2. 【請求項２】 前記硫酸の濃度が５〜５０ｇ／ｌで、か
    つ硫酸の濃度が過酸化水素の濃度より低い請求項１に記
    載のビアホールのスミア除去方法。
  3. 【請求項３】 前記硫酸の濃度が５〜１０ｇ／ｌで、過
    酸化水素の濃度が３０〜３５ｇ／ｌである請求項１又は
    請求項２に記載のビアホールのスミア除去方法。
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