JP2010147263A - 微細構造の製造方法および回路基盤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
モールドを用いて、微細構造物を安定に製造できる技術を提供する。
【解決手段】
表面に３次元微細構造を有するモールドの有機樹脂層を準備し、有機樹脂層の表面上に、３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する金属層を形成し、有機樹脂層と金属層の界面に金属酸化物を介した結合を形成し、有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、有機樹脂層を浸透した蟻酸により、金属層との界面における金属酸化物を還元し、金属層と有機樹脂層との結合を切断し、結合を切断した金属層を有機樹脂層から剥離し、有機樹脂層から剥離した金属層を、軟化させた有機樹脂層中に押し込み、金属層の有機樹脂層上方の共通支持部を化学機械研磨により除去することにより、微細構造を製造する。
【選択図】 図１-１

Description

本発明は、微細構造および回路基盤の製造方法に関し、特に剥離工程を含む微細構造および回路基盤の製造方法に関する。

半導体集積回路の構成要件であるＭＯＳトランジスタは、年々微細化が進んでいる。ＭＯＳトランジスタの微細化と共に配線も微細化され、サブミクロンレベルの配線ピッチが既に実用化されている。

微細化したパターンを作成する工程には、リソグラフィが用いられている。フォトリソグラフィにおいては、感光性レジスト膜にレティクルないしマスクの像を露光し、現像することでレジストパターンを作成し、下地の選択的加工等にレジストパターン用いる。レジストパターンは、各加工プロセス毎にレジスト膜形成、露光、現像工程を介して作成されるため、高精度のレジストパターンは高コストである。電子線リソグラフィにおいては、光ビームの代わりに電子線ビーム、感光性レジスト膜の代わりに電子線レジスト膜を用いる。電子線リソグラフィは高分解能を実現できるが、プロセスのコストは更に上昇する。

米国特許５，７７２，９０５号は、レジスト膜を光や電子線で露光する代わりに、所望パターンを有するモールドをレジスト膜に転写する技術を提案する。形成したい溝、孔に対応する隆起パターンを有するモールドを準備する。ＰＭＭＡ等のレジスト膜にモールドを押し当て、レジスト膜をガラス転位温度１０５℃以上、例えば２００℃に加熱すると共にモールドに圧力を印加し、モールドの隆起パターンをレジスト膜に転写する。モールドの隆起パターンに対応する溝、孔がレジスト膜中に形成される。レジスト膜を降温し、モールドを外した後、溝、孔内のレジスト膜の残渣を酸素プラズマによるアッシングで除去する。

このようにして、レジスト膜に３次元構造を有するモールドを押し付けることで所望形状のレジストパターンを作成する。この技術は、機械的リソグラフィと呼べる新たな技術であり、モールドを繰り返し使用することにより低コスト化も期待できる。

米国特許５，７７２，９０５号公報 半導体集積回路装置を実装するパッケージ配線基板（回路基盤）の配線ピッチも微細化することが望まれる。配線基板は、通常絶縁物の基板上に銅配線パターンを備える。絶縁基板全面上に形成した銅膜の上に配線パターンを有するレジストパターンを形成し、不要部の銅膜をエッチングによって除去するサブトラクト法は、最小線幅３５μｍ程度まで利用される。より微細な配線を形成できるセミアディティブ法においては、絶縁基板上にスパッタリングまたは無電解めっきにより薄い銅シード層を形成し、その上に配線パターンの開口を有するレジストパターンを形成し、露出したシード層の上に銅膜をメッキし、レジストパターンを除去し、露出した銅シード層をエッチング除去して、配線パターンを残す。最小線幅１０μｍ程度までの配線パターン形成に利用される。

さらに微細な配線を形成できる方法として、最近インプリント法が提案されている（例えば特許文献２）。配線形状の突起を有する金属プレート（スタンパとも呼ばれる）を準備し、スタンパの突起パターン（雄型）を絶縁基板上の有機樹脂膜に溝パターン（雌型）として転写する。有機樹脂膜上に銅膜をメッキし、有機樹脂膜上の不要部を化学機械研磨（ＣＭＰ）等により除去し、配線パターンを残す。
特開２００５−５７２１号公報 本発明者は、支持部上に配線形状の隆起パターンを有する金属構造物を絶縁有機樹脂膜に押し込み、その後支持部をＣＭＰ等で除去することにより絶縁有機樹脂膜中に銅、アルミニウム等の配線パターンを残すインプラント法を提案した。

有機樹脂膜中へのモールドのインプリント、または金属構造物のインプラントは、新たな技術であり、多くの可能性を有する。但し、この技術は未だ確立していない。特に微細構造を如何に安定に製造するかの点が解決していない。

本発明の１つの目的は、微細構造を安定に製造できる技術を提供することである。

本発明の１観点によれば、
表面に３次元微細構造を有するモールドの有機樹脂層を準備する工程と、
前記有機樹脂層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する金属層を形成し、前記有機樹脂層と前記金属層の界面に金属酸化物を介した結合を形成する工程と、
前記有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、前記有機樹脂層を浸透した蟻酸により、前記金属層との界面における金属酸化物を還元し、前記金属層と前記有機樹脂層との結合を切断する工程と、
を含む微細構造の製造方法
が提供される。

本発明の他の観点によれば、
表面に３次元微細構造を有するマスタの金属層を準備する工程と、
前記金属層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する有機樹脂層を塗布、硬化し、前記金属層と前記有機樹脂層の界面に金属酸化物を介した結合を形成する工程と、
前記有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、前記有機樹脂層を浸透した蟻酸により、前記金属層との界面における金属酸化物を還元し、前記金属層と前記有機樹脂層との結合を切断する工程と、
を含む微細構造の製造方法
が提供される。

有機樹脂層と金属層との界面における金属酸化物を還元することにより、離型性が得られる。離型剤を用いないので寸法精度を向上させることが可能になる。

本発明者は、支持基板上に配線幅０．５μｍ〜０．９μｍのミクロンオーダ以下の配線パターンを有するインプラント用微細配線パターンの製造を種々試みた。配線パターンに対応する、幅ミクロンオーダ以下の溝部を有する有機樹脂層に金属層を埋込み、その後金属層を有機樹脂層から剥離して共通支持層上に３次元配線パターンを有する金属層を形成する方法を種々考察した。一般的に金属と有機材料間の接着は、主に金属酸化物を介在させた化学結合によることが知られている。溝部を有する有機樹脂層に金属層を埋め込む際に、金属層を剥離するために、有機樹脂層の表面に離型作用のある離型剤を薄く塗布し、金属層の有機樹脂層に対する密着を阻害し、離型性を得る。離型剤の塗布厚にムラがあると、微細構造の寸法精度が劣化する。離型剤の塗布もれがあると、金属層を剥離することが困難になる。

以下、図面を参照して、実施例を説明する。

図１Ａ−１Ｈは、実施例１による金属構造物および配線基板の作成方法を示す断面図である。

図１Ａに示すように、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の有機樹脂製の雌型モールド１１を準備する。雌型モールド１１は、例えば作成しようとする配線パターン形状に対応する溝１２を有する。以下、銅配線をインプラントするための銅構造物をめっきによって形成する場合を例にとって説明する。

図１Ｂに示すように、雌型モールド１１の表面に銅シード層１４をスパッタリングによって作成する。銅シード層１４の上に電解メッキによって銅層１５をメッキする。銅層１５は溝１２を埋め戻し、かつ物理的支持力を与えるのに十分な共通支持層を形成する厚さとする。有機樹脂モールド１１に埋め込まれた銅層１５は、界面で金属酸化物１６を形成することによって密着性を示す。

図１Ｃに示すように、銅層１５を形成した雌型モールド１１を密閉された気相処理室１７内に導入し、蟻酸ガス１８を供給する。蟻酸（ＨＣＯＯＨ）は、刺激臭の強い有機酸であり、常圧で約１０１℃に沸点を持つ。モールド１１の温度を例えば１５０℃〜２００℃の温度に設定する。蟻酸ガスの濃度は、例えば０．１％〜数％である。蟻酸ガスは、有機樹脂に対する浸透性の高いガスであり、１５０℃〜２００℃の温度で容易に有機樹脂中を浸透し、有機樹脂モールド１１と銅層１５との界面に達して、金属酸化物１６を還元する。

図１Ｄに示すように、界面の金属酸化物１６が消滅すると、有機樹脂モールド１１と銅層１５は剥離しやすい状態となる。

図１Ｅに示すように、銅層１５を引き上げることにより、有機樹脂モールド１１から微細構造を有する銅層１５を剥離することができる。なお微細構造を形成した銅層１５は損傷を受けやすい。

図１Ｆに示すように、銅層１５を剥離せず、有機樹脂モールド１１に収容した状態で保管、搬送することにより、微細構造を形成した銅層１５を保護することもできる。有機樹脂層をキャップとすることにより、銅層の酸化を抑制し、微細構造の変形を防止することが可能となる。

図１Ｇに示すように、ガラスエポキシ基板などの絶縁基板１９上に、エポキシ樹脂シート等の絶縁有機樹脂膜２０を形成し、有機樹脂膜２０を加熱して軟化させ、微細配線パターンを形成した銅層１５を押し込む。エポキシ樹脂シートとしては、例えば味の素社のＡＢＦＧＸ−１３等を用いる。必要に応じてアニール処理などを行ない、有機樹脂層２０を硬化させる。その後基板を降温する。

図１Ｈに示すように、表面から銅層１５を化学機械研磨（ＣＭＰ）し、共通支持部を除去し、絶縁有機樹脂層２０を露出させる。絶縁有機樹脂層中に埋め込まれた微細配線１５ｘを有する回路基盤が得られる。

なお、ＣＭＰで除去する部分は、物理的支持のために形成されており、配線としては使用しない。物理的支持機能を有する他の金属で形成してもよい。金属として銅を用い、配線パターンを形成する場合を説明したが、作成する金属構造物は配線に限らない。ミクロンオーダ以下の微細構造を有するＭＥＭＳ（mechanical electrical micro structure 機械電気微細構造）などを作成することもできる。有機樹脂との間に酸素を介した化学結合を形成する金属として、銅の他、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、錫、錫合金、亜鉛、亜鉛合金などを用いてもよい。

金属材料層をメッキで堆積する場合を説明したが、メッキに代えて、スパッタ、蒸着、ＣＶＤなどを用いてもよい。金属層形成後、必要に応じてＣＭＰを行なって共通支持部の表面を平坦化してもよい。シード層をスパッタリングで形成する場合を説明したが、無電解メッキでシード層を形成してもよい。蟻酸処理は１５０℃以下の温度で行うこともできるが、処理時間は長くなる。雌型有機樹脂モールドは、有機樹脂膜に雄型金属マスタを押し入れ、剥離することで作成することができる。

図２Ａ−２Ｇは、実施例２による、金属マスタを用いた雌型樹脂モールドの作成方法を示す断面図である。

図２Ａに示すように、Ｎｉ，Ｎｉ合金などの耐久性に優れた金属で形成された金属マスタ２１を準備する。金属マスタ２１は、例えば作成しようとする配線パターン形状に対応する突起構造２２を有する。金属マスタ２１は、例えばシリコンや石英をホトリソグラフィプロセスでエッチングすることで反転パターンの原版を作り、その原版に形成した凹凸をニッケルメッキ層などに転写することで形成する。マスタは繰り返し使用するため、耐久性に優れたニッケルやニッケル合金で作ることが好ましい。

図２Ｂに示すように、金属マスタ２１の表面に液状有機樹脂層２２ｐを塗布し、溶媒を蒸発させる。有機樹脂は、熱硬化性、またはＵＶ（紫外線）硬化性である。

図２Ｃに示すように、有機樹脂層２２ｐを加熱するか、ＵＶ照射することにより、硬化した有機樹脂層２２にする。有機樹脂層２２は、金属マスタ２１との界面で金属酸化物１６を形成することによって密着性を示す。

図２Ｄに示すように、有機樹脂層２２を形成した金属マスタ２１を密閉された気相処理室１７内に導入し、蟻酸ガス１８を供給する。金属マスタ２１、有機樹脂層２２の温度を例えば１５０℃〜２００℃の温度に設定する。蟻酸ガスの濃度は、例えば０．１％〜数％である。蟻酸ガスは、１５０℃〜２００℃の温度で容易に有機樹脂層２２中を浸透し、有機樹脂層２２、金属マスタ２１の界面に達して、金属酸化物１６を還元する。

図２Ｅに示すように、界面の金属酸化物１６が消滅すると、有機樹脂層２２と金属マスタ２１は剥離しやすい状態となる。

図２Ｆに示すように、有機樹脂層２２を引き上げることにより、金属マスタ２１から剥離することができる。なお微細構造を形成した有機樹脂層２２は損傷を受けやすい。

図２Ｇに示すように、有機樹脂層２２を金属マスタ２１に嵌め合わせた状態で保管、搬送することにより、微細構造を形成した有機樹脂層２２を保護することもできる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。微細構造は配線に限らず、３次元構造を有する微細構造であればよい。

と、 図１Ａ−１Ｈは、実施例１による金属構造物および配線基板の作成方法を示す断面図である。 と、 図２Ａ−２Ｇは、実施例２による雌型樹脂モールドの作成方法を示す断面図である。

符号の説明

１１ 有機樹脂製の雌型モールド、
１２ 溝、
１４ 銅シード層、
１５ 銅層、
１６ 金属酸化物、
１７ 気相処理室、
１８ 蟻酸ガス、
１９ 絶縁基板、
２０ 絶縁有機樹脂膜、
２１ 金属マスタ、
２２ｐ 液状有機樹脂層、
２２ 有機樹脂層、

Claims (6)

1. 表面に３次元微細構造を有するモールドの有機樹脂層を準備する工程と、
   前記有機樹脂層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する金属層を形成し、前記有機樹脂層と前記金属層の界面に金属酸化物を介した結合を形成する工程と、
   前記有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、前記有機樹脂層を浸透した蟻酸により、前記金属層との界面における金属酸化物を還元し、前記金属層と前記有機樹脂層との結合を切断する工程と、
   を含む微細構造の製造方法。
2. 前記結合を切断した前記金属層を前記有機樹脂層から剥離する工程と、
   前記有機樹脂層から剥離した前記金属層を、軟化させた有機樹脂層中に押し込む工程と、
   前記金属層の、前記有機樹脂層上方の共通支持部を化学機械研磨により除去する工程と、
   をさらに有する請求項１記載の微細構造の製造方法。
3. 前記結合を切断した前記金属層を、前記有機樹脂層中に保管する工程、
   をさらに有する請求項１記載の微細構造の製造方法。
4. 表面に３次元微細構造を有するマスタの金属層を準備する工程と、
   前記金属層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する有機樹脂層を塗布、硬化し、前記金属層と前記有機樹脂層の界面に金属酸化物を介した結合を形成する工程と、
   前記有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、前記有機樹脂層を浸透した蟻酸により、前記金属層との界面における金属酸化物を還元し、前記金属層と前記有機樹脂層との結合を切断する工程と、
   を含む微細構造の製造方法。
5. 前記結合を切断した前記有機樹脂層を前記金属層から剥離する工程と、
   剥離した前記有機樹脂層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する金属層を形成する工程と、
   をさらに有する請求項４記載の微細構造の製造方法。
6. 表面に３次元微細構造を有するモールドの有機樹脂層を準備する工程と、
   前記有機樹脂層の表面上に、前記３次元微細構造を完全に埋め込み、共通支持部も形成する金属層を形成し、前記有機樹脂層と前記金属層の界面に金属酸化物を介した結合を形成する工程と、
   前記有機樹脂層を蟻酸ガスに曝し、前記有機樹脂層を浸透した蟻酸により、前記金属層との界面における金属酸化物を還元し、前記金属層と前記有機樹脂層との結合を切断する工程と、
   絶縁有機樹脂層を供えた支持基板の前記絶縁有機樹脂層に前記金属層を埋め込み、前記共通支持部を除去して回路基盤を作成する工程と、
   を含む回路基盤の製造方法。

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