JP2022109079A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板の上に微細な再配線層を形成し半導体素子を搭載する方式において、加熱時の基板の反りや、再配線層内部の応力に対して配線部の接続信頼性の高い配線基板及び配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子と、半導体素子に接合された半導体素子より太い配線パターンが形成された第２配線基板とを備え、第２配線基板の半導体素子の実装面の対向面に第１配線基板が接合される配線基板において、第２配線基板の導電材料からなる配線部の一辺１．５ｍｍ以上の大面積パターン部に対し、１．５ｍｍ以下の間隔で、感光性樹脂製の複数の島３Ａからなるダミーパターンを配置し、配線部と感光性樹脂層とからなる各再配線層の研磨による表面うねりを抑え、平坦な再配線層を形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、配線基板及びその製造方法に関する。

近年、半導体装置の高速、高集積化が進む中で、ＦＣ－ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂａｌ－ｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）用配線基板に、半導体素子との接続端子の狭ピッチ化、及び基板配線の微細化が求められている。一方、ＦＣ－ＢＧＡ用配線基板とマザーボードとの接続は、従来とほぼ変わらないピッチの接続端子での接続が要求されている。

このＦＣ－ＢＧＡ用配線基板における半導体素子との接続端子の狭ピッチ化や基板配線の微細化のため、シリコン基板上に配線を形成して半導体素子接続用の基板（シリコンインターポーザ）として、それぞれＦＣ－ＢＧＡ用基板に接続する方式が知られている。また、ＦＣ－ＢＧＡ用配線基板の表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）等で平坦化してから微細配線を形成する方式が、特許文献１に開示されている。また、支持基板の上に微細な配線層を形成しＦＣ－ＢＧＡ用配線基板に搭載した後、支持基板を剥離することで狭ピッチな配線基板を形成する方式が特許文献２に開示されている。

特開２０１４－２２５６７１号公報 国際公開第２０１８／０４７８６１号 特許第６２４７０３２号公報

シリコンインターポーザは、シリコンウェハを利用して、半導体前工程の設備を用いて製作されている。シリコンウェハは、形状及びサイズに制限がある。このため、１枚のウェハから製作できるインターポーザの数が少なく、設備費も高価であるため、インターポーザも高価となる。
また、シリコンウェハが半導体であることから、伝送特性も劣化するという問題がある。
また、ＦＣ－ＢＧＡ用配線基板の平坦化を行い、その上に微細配線を形成する方式においては、シリコンインターポーザに見られる伝送特性劣化は小さいが、ＦＣ－ＢＧＡ用配線基板の製造不良と難易度の高い微細配線形成時の不良との通算で、同一基板面内収率が低下する問題や、ＦＣ－ＢＧＡ用配線基板の反り・歪みに起因した半導体素子の実装における問題がある。

一方、支持基板の上に微細な配線を形成し、これに半導体素子を実装した後に、支持基板を剥離して、半導体素子を上記の微細な配線を介してＦＣ－ＢＧＡ用配線基板に搭載すると、次のような問題があった。
例えば、微細な配線パターンをセミアディティブ法で形成し、微細な配線を感光性絶縁樹脂層で被覆し、その上に積層形成する配線パターンとの接続部となるビア部を開口して、必要層数、積層する工法がある。

この場合、配線パターンの有無や粗密によって、配線パターンの無い部分の絶縁樹脂層の高さが低くなり、被覆した絶縁樹脂層の表面にウネリを生じる。これによって、積層形成する配線パターンの寸法のバラつきが生じるといった問題や、半導体素子との実装の際、接続端子間の高さバラツキによって発生する電気的な接続不良の原因となるといった問題があった。
なお、この問題は、支持基板の上に微細な配線を形成し、これをＦＣ－ＢＧＡ用配線基板に実装し、半導体素子に搭載する工程でも同じである。

また、微細な配線パターンを、感光性絶縁樹脂層に対しトレンチパターンを形成して導電性材料で充填しＣＭＰを使用したダマシン工法で作製する場合もある。この場合、配線パターンや接続ビア部やランド部などからなる配線部、グランドパターン部やダミーパターン部や、及び配線基板を作製するのに使用するアライメントマークや補助パターンなどからなるアクセサリパターン部を、ＣＭＰによって形成すると、最狭幅が１．５ｍｍ以上の導電材料ないし感光性樹脂からなる単一材料からなる大面積パターン部では、過剰に研磨され、断面形状が凹形状に仕上がるおそれがある。そして、この凹形状の深さは、配線部の直線寸法が長いほど深くなる傾向があり、配線部の直線寸法にもよるが、凹形状の深さがコンマ数μｍから数μｍまでに変動する。

このためＣＭＰを使用して配線部を形成した基板の表面は、感光性絶縁樹脂層の表面に対し、コンマ数μｍから数μｍ凹んだウネリを生じたものになり、この再配線層（配線部）の上に次ぎの再配線層を積層形成する際、感光性絶縁樹脂層が下層のウネリに添って塗工され、トレンチパターンにもウネリを生じる。
上に積層形成したトレンチパターンを導体層で被覆し、被覆した導体層をＣＭＰにて研磨して、配線部やアクセサリパターン部を形成する際、下層のウネリの深い部分で、感光性絶縁樹脂層のトレンチパターンの表面まで研磨が入らず、パターンが形成できないおそれがあるという問題があった。
また、各層のウネリの上に形成した接続端子部も高さにバラツキを生じ、半導体素子との実装の際、接続端子間の高さバラツキによる電気的な接続不良の原因となるおそれがあった。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、配線部の接続信頼性の高い配線基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の請求項１に記載の発明は、半導体素子に接合された第２配線基板と、上記第２配線基板における、上記半導体素子との実装面とは反対側の対向面に実装される第１配線基板とを備える配線基板において、第１配線基板、第２配線基板、半導体素子のそれぞれを構成する配線の幅が、最も細いものの比較において、その順に細くなり、上記第２配線基板は、２以上の再配線層が積層されて多層配線を構成し、上記各配線層は、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を備え、上記感光性樹脂層に開口した開口部が樹脂トレンチ部を形成し、上記樹脂トレンチ部の一部として、導電材料が充填される、配線パターン部と、上記配線パターンを取り囲む様に配置された感光性樹脂ベタパターン部と、更に感光性樹脂ベタパターン部を囲む様に配置された最狭部の幅が１．５ｍｍ以上の大面積パターンからなるグランドパターンとを有し、上記樹脂トレンチ部の底面には、シード密着層とシード層とがこの順に形成されると共に、上記樹脂トレンチ部の内部に導電性材料が充填されて形成された導体層からなる配線部を有し、上記配線部となる導体層を２層以上積層して上記多層配線が構成され、上記配線部と感光性樹脂層とからなる各再配線層には、上記グランドパターン内に、１．５ｍｍ以下の間隔で感光性樹脂からなる複数の島状感光性樹脂パターンが配置されてなるダミーパターンを有する。

上記感光性樹脂ベタパターン部が、最狭部の幅が１．５ｍｍ以上の大面積パターンからなる場合、上記樹脂ベタパターン部内に１．５ｍｍ以下の間隔で導電性材料からなる複数の島状導電性パターンが配置されてなるダミーパターンを有する。

また、本発明の態様は、半導体素子に接合された第２配線基板を備える配線基板であって、上記第２配線基板は、２以上の再配線層が積層されて多層配線を構成し、上記各配線層は、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を備え、上記感光性樹脂層に開口した開口部が樹脂トレンチ部を形成し、上記樹脂トレンチ部の一部は、導電材料が充填される配線パターン部を形成し、上記樹脂トレンチ部の底面には、シード密着層とシード層とがこの順に形成されると共に、上記樹脂トレンチ部の内部に導電性材料が充填されて導体層からなる配線部が形成される、配線基板の製造方法であって、上記再配線層の形成方法が、上記感光性樹脂層に樹脂トレンチ部を形成する工程と、上記樹脂トレンチ部と感光性樹脂層上にシード密着層とシード層を設ける工程と、上記シード層上に導電性材料をベタ膜で積層形成する工程と、上記ベタ膜で形成した導電性材料を、基板の積層表面より研磨する第１の研磨で、樹脂トレンチ部内の導電性材料を残し、感光性樹脂層表面に積層形成された不要な導電性材料を研磨除去する工程と、上記第１の研磨にて露出した基板表面の、シード密着層とシード層と導電性材料からなる導体層及び感光性樹脂層の表面を、第２の研磨で除去し、樹脂トレンチ部内を導電性材料で充填した構造からなる再配線層を形成する工程と、を備え、上記再配線層を形成する工程を、必要層数分繰り返して、再配線層を２層積層形成する。

本発明の態様によれば、微細な配線層を形成し半導体素子を実装する第２配線基板において、配線層間のビア接続部の電気的接続信頼性と配線間の絶縁信頼性を向上できる。このため、本発明の態様によれば、断線やショートが無く、配線基板の信頼性を向上させることが可能となる。

支持基板上に剥離層を形成した状態を示す断面図である。 感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 シード密着層を形成した状態を示す断面図である。 シード層を形成した状態を示す断面図である。 導体層を形成した状態を示す断面図である。 表面研磨により導体層とシード層を研磨した状態を示す断面図である。 表面研磨により導体層とシード密着層、及び感光性樹脂層を研磨し第１配線基板との接合用の接続端子を形成した状態を示す断面図である。 接続ビア部の感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 接続ビア部と配線部の感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 シード密着層を形成した状態を示す断面図である。 シード層を形成した状態を示す断面図である。 導体層を形成した状態を示す断面図である。 表面研磨により接続ビア部及び配線部を形成した状態を示す断面図である。 図３Ａから図３Ｆを繰り返して多層配線を形成した状態を示す断面図である。 感光性樹脂層を形成した状態を示す断面図である。 シード密着層を形成した状態を示す断面図である。 シード層を形成した状態を示す断面図である。 レジストパターンを形成した状態を示す断面図である。 導体層を形成した状態を示す断面図である。 レジストパターンを除去した状態を示す断面図である。 不用なシード密着層及びシード層をエッチング除去した状態を示す断面図である。 導電材料パターンないし感光性絶縁樹脂パターンからなる大面積パターン部に配置する島状のダミーパターンを示す図である。 表面処理、はんだ接合部を形成し、支持基板上の配線基板が完成した状態を示す断面図である。 第２配線基板に半導体素子を接合した状態を示す断面図である。 第２配線基板と半導体素子との間をアンダーフィルで充填した状態を示す断面図である。 第２配線基板上の半導体素子を封止樹脂でモールドした状態を示す断面図である。 剥離層にレーザ光を照射する状態を示す断面図である。 支持基板を除去した状態を示す断面図である。 半導体素子を実装した状態を示す断面図である。 半導体素子と第２配線基板と第１配線基板とを、接合した状態を示す断面図である。 １ピースのイメージ図と、そのイメージ図のうちのａ－ｂ部の拡大図を下段に示す。配線部は数μｍのパターンの集合体であり、１ピース図では塗りつぶしで表記した。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

以下、図１～図８を用いて、本発明の一実施形態に係る支持基板を用いた配線基板の製造工程の一例を説明する。
まず、図１に示すように、支持基板１の一方の面に、剥離層２を形成する。剥離層２は、後の工程で支持基板１を剥離するために形成される。
剥離層２は、例えば、ＵＶなどの光を吸収して発熱、もしくは、変質によって剥離可能となる樹脂でもよく、熱によって発泡することにより剥離可能となる樹脂でもよい。剥離層２として、ＵＶ光などの光、例えばレーザ光によって剥離可能となる樹脂を用いる場合、剥離層２を設けた側とは反対側の面から支持基板１に光を照射して、支持基板上の配線基板１１と半導体素子１５との接合体から支持基板１を取り去ることができる。

剥離層２の材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、及びアクリル樹脂などの有機樹脂や、アモルファスシリコン、ガリウムナイトライド、金属酸化物膜などの無機層から選ぶことができる。さらに剥離層２は、光分解促進剤や光吸収剤、増感剤、フィラー等の添加材を含有してもよい。さらに剥離層２は、複数層で構成されていてもよく、例えば支持基板１上に形成される多層再配線層（第２配線基板）の保護を目的として、剥離層２上にさらに保護層を設けることや、支持基板１との密着性を向上させる層を剥離層２の下層に設けてもよい。
さらに剥離層２と多層再配線層との間にレーザ反射層や金属層を設けてもよく、その構成は本実施形態により限定されない。

支持基板１は、支持基板１を通じて剥離層２に光を照射させる場合もあるため、透明性を有することが好ましく、支持基板１として、例えばガラスを用いることができる。ガラス基板は、平坦性に優れており、また剛性が高いため、支持基板１上の配線基板１１の微細なパターン形成に向いている。また、ガラスは、ＣＴＥ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：熱膨張率）が小さく歪み難いことから、パターン配置精度及び平坦性の確保に優れている。支持基板１としてガラスを用いる場合、ガラスの厚さは、製造プロセスにおける反りの発生を抑制する観点から厚い方が望ましく、その厚みは、例えば０．７ｍｍ以上、好ましくは１．１ｍｍ以上の厚みである。また、ガラスのＣＴＥは３ｐｐｍ以上１５ｐｐｍ以下が好ましく、半導体素子１５、ＦＣ－ＧＢＡ用配線基板１２のＣＴＥの観点から、ガラスのＣＴＥは９ｐｐｍ程度がより好ましい。

ガラスとしては、例えば石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、ソーダガラス、又はサファイヤガラス等が例示できる。一方、剥離層２に熱によって発泡する樹脂を用いる等、支持基板１を剥離する際に支持基板１に光の透過性が必要でない場合、支持基板１には、歪みの少ない材料、例えば、メタルやセラミックスなどからなる基板を用いることができる。
本発明の１実施形態では、剥離層２としてＵＶ光を吸収して剥離可能となる樹脂を用い、支持基板１にはガラスを用いる。

次に、図２Ａに示すように、剥離層２の上に感光性樹脂層３を形成する。
本実施形態では、感光性樹脂層３を、例えば、感光性のエポキシ樹脂をスピンコート法によって形成する。感光性のエポキシ樹脂は、比較的低温で硬化することができ、形成後の硬化よる収縮が少ないため、その後の微細パターン形成に優れる。感光性樹脂層３の形成方法は、その形成に液状の感光性樹脂を用いる場合、スリットコート、カーテンコート、ダイコート、スプレーコート、静電塗布法、インクジェットコート、グラビアコート、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、スピンコート、ドクターコートから選定できる。感光性樹脂層３の形成方法は、フィルム状の感光性樹脂を用いる場合、ラミネート、真空ラミネート、真空プレスなどが適用できる。
感光性樹脂層３は、例えば感光性ポリイミド樹脂、感光性ベンゾシクロブテン樹脂、感光性エポキシ樹脂及びその変性物を絶縁樹脂として用いることも可能である。

次いで、フォトリソグラフィーにより、感光性樹脂層３に開口部からなる樹脂トレンチ部２１を設ける（図２Ａ参照）。樹脂トレンチ部２１を構成する開口部は、導電材料が充填されて、配線パターンやランドや接続ビアからなる配線部や、グランドパターン部やダミーパターン部や、配線基板を作製するのに使用するアライメントマークや補助パターンからなるアクセサリパターン部となる部分である。
ランド部は、φ１００μｍ以下の開口部に形成される。アライメントマークは、直線寸法が数百μｍから２ｍｍ程度の十字形や、円形のパターン、及びその集合体の開口部として形成される。

配線パターンの最小線幅は製品の形態により選択すればよく、１例として、配線幅１４ｎｍからなる半導体素子を、配線幅２μｍでバンプピッチ５０μｍからなる第２配線基板と電気的に接続し、更に配線幅１０μｍでバンプピッチ１６０μｍからなる第１配線基板と電気的に接続することで、半導体装置として使用が容易となる。
第２配線基板において、配線幅３μｍ以下ではこれまで配線形成に使用されてきたセミアディティブ工法では難しくなり、ＣＭＰを使用したダマシン工法が有効になる。
グランドパターンは、感光性樹脂ベタパターンを介し配線パターンを取り囲むように、不定形で最狭部の幅が１．５ｍｍ以上の大面積の開口部からなる。

本発明の一実施形態では、図８に示すように、配線部とアクセサリパターン２７とグランドパターン３０Ａと感光性樹脂ベタパターン３０Ｂとダミーパターン２８を配置した配線基板を形成するものである。
図５Ｈに示すように、感光性樹脂層３で囲まれた大面積の開口で導電材料にて形成したグランドパターン３０Ａが形成されている。そのグランドパターン３０Ａの開口部に、複数の感光性樹脂層３からなるダミーパターン２８を配置した。なお、グランドパターンの開口部には導電材料が充填される。また、図５Ｈには、配線パターンが省略されている。グランドパターン２１Ａの外形輪郭は図５Ｈ記載の如く配線パターン部を囲むよう配置し不定形である。
また、導電材料部と感光性樹脂部の位置関係を逆転し、導電材料で囲まれた感光性樹脂ベタパターン３０Ｂに導電材料からなるダミーパターン２８を配置することも可能である。

図５Ｈに示すダミーパターン２１は、所定の配列パターンで配置されて構成される。隣り合うダミーパターン２８及びグランドパターン３０Ａの外周輪郭部までの間隔が１．５ｍｍ以下となるように設定する。ダミーパターン２８の単位面積辺りの配置する個数は、１辺３ｍｍの正方形の中に１個以上配置する為、０．１１（＝１／９） 個／ｍｍ２□以上の密度で配置すれば良い。
ダミーパターン２８の寸法や形状は特に規定しないが５０μｍ以上５００μｍ以下の寸法でパターン形状も丸、八角形、楕円形、正方形などが可能である。ダミーパターン２８の配置間隔は１．５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下が良く、下限は５００μｍ以上で配置すればよい。

ダミーパターンを構成する島３Ａの配置間隔が１．５ｍｍより広いと、研磨にて感光性樹脂層３の上に析出した導体層６を研磨除去する際、配置したダミーパターン間の導電性材料の凹み量が０．１μｍより大きくなるため、再配線層に－０．１μｍより大きいウネリを生じ、次の再配線層を積層形成する際の障害となる。
こうして形成したダミーパターン２８の上端面は、他の感光性樹脂層３と面一の高さとなっている。
樹脂トレンチ部２１に対して、現像時の樹脂残渣の除去を目的として、プラズマ処理を行ってもよい。感光性樹脂層３の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の１実施形態では例えば厚み８μｍで形成する。

また、発明の１実施形態では、剥離層２の上に形成する再配線層が半導体素子１５の実装面になり、積層して形成した剥離層２と対向する面が第１配線基板１２の実装面になる構造において、アライメントマークなどのアクセサリパターン２７やグランドパターン３０Ａや感光性樹脂ベタパターン３０Ｂに対し、１ｍｍ間隔でφ２００μｍのダミーパターン２８を配置する。
剥離層２の上に形成する再配線層が、第１配線基板１２の実装面になり、積層して形成した剥離層２と対向する面が半導体素子１５の実装面になる構造も、本発明で得られる支持基板１上の配線基板１１の構造は同一であり、本請求の範囲に含まれる。

次いで、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、真空中で、シード密着層４、及び、シード層５をこの順に形成する。
シード密着層４は、感光性樹脂層３へのシード層５の密着性を向上させる層であり、シード層５の剥離を防止する層である。シード層５は、配線部形状において、電解めっきの給電層として作用する。
シード密着層４及びシード層５は、例えば、スパッタ法、又は蒸着法などにより形成され、その材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ＡｉＣｕ、ＮＩＦｅ、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＴｉＮ、Ｃｕ_３Ｎ_４、Ｃｕ合金や、これらを複数組み合わせたものを適用することができる。本実施形態では、電気特性、製造の容易性の観点及びコスト面を考慮して、シード密着層４としてチタン層を、続いてシード層５として銅層を順次スパッタリング法で形成する。チタン層と銅層の合計の膜厚は、電解めっきの給電層として１μｍ以下とするのが好ましい。本発明の一実施形態では、Ｔｉ：５０ｎｍ、Ｃｕ：３００ｎｍを形成する。

次に図２Ｄに示すように、電解めっきにより導体層６を形成する。
導体層６は、ＦＣ－ＢＧＡ基板１２との接合用の電極となる。電解めっきとしては、電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき電解イリジウムめっき等が挙げられる。電解銅めっきであることが、簡便で安価で、電気導電性が良好であることから望ましい。
電解銅めっきの厚みは、第１配線基板１２と接合用の電極となり、はんだ接合の観点から１μｍ以上、且つ生産性の観点から３０μｍ以下であることが望ましい。
本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３のトレンチ部２１が充填される厚みとしてＣｕ：９μｍを形成し、感光性樹脂層３の上部にもＣｕ：９μｍを形成する。

次に図２Ｅに示すように、導体層６の導電性材料に対する化学研磨性を有するＣＭＰ（化学機械研磨）により、感光性樹脂層表面の銅層を研磨除去する。すなわち、樹脂トレンチ部２１のトップ部を被覆したシード密着層４と、樹脂トレンチ部２１の開口部に充填した導体層６が表面となるように、第１の研磨にて加工を行う。化学機械研磨にて使用する研磨材は、化学的な研磨成分と物理的な研磨成分を含んでおり、化学的な研磨成分が支配的な処方が望ましい。物理的な研磨成分の効果を高く調整した処方も使用可能であるが、導体層６、シード密着層４、及び感光性樹脂層３からなる硬さの異なる層が研磨とともに表面に出て来るため、配線の高さや、表面の凹凸の制御が難しくなる。
本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３の上部導体層６のＣｕ：９μｍ、及びシード層５のＣｕ：３００ｎｍを、化学的な研磨成分が支配的な研磨材を使用して、第１の研磨により除去する。

次に図２Ｆに示すように、感光性樹脂層３と導体層６、及び、シード層５とを物理的に研磨除去する第２の研磨により、シード密着層４と、感光性樹脂層３の表層を除去する。第２の研磨は、シード密着層４と感光性樹脂層３の異種材料の研磨である。化学的な研磨では感光性樹脂層３は研磨できないので、フィラー等の研磨材による物理的な研磨が有効である。物理的な研磨では表面凹凸の高い部分が先に研磨されるため、第２の研磨は、第１の研磨で生じた表面凹凸の低減に有効である。
研磨材としては、物理的な研磨が支配的な研磨材に、導電性材料に対する化学的な研磨成分を少量添加し、導体層６の表面の整面性を付与した処方が望ましい。
導体層６と感光性樹脂層３の研磨速度を調節し、感光性樹脂層３の研磨速度を高くすることで、配線部が感光性樹脂層３より高くなった形状を実現する。

また、樹脂トレンチ部２１の開口幅が広く、第１の研磨により導体層６が凹形状に加工された部分は、凹形状の端部に位置する感光性樹脂層３やシード密着層４を優先的に研磨することで、凹形状の深さを低減することができる。
こうして、バンプ部１７やランド部２７やアクセサリパターン２７など、種々の開口幅を有するパターンからなる樹脂トレンチ部２１に対し、第１の研磨によって凹形状の深さがコンマ数μｍから１μｍ弱となった再配線層を、第２の研磨によって表層をコンマ数μｍ研磨することで、配線部とグランドパターン部と感光性樹脂ベタパターン部の高さの仮想平面からのバラつきを－０．１から＋０．１μｍの範囲に制御できる。

ここで、膜厚の測定は、触針式の膜厚計やレーザ顕微鏡などを用いて行い、感光性樹脂層３の高さを基準に各測定点の高さのバラつきを算出した。
仮想平面の式を下記１に表す。全域での三次元測定値を（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）とする測定単位はμｍで示す。

各測定点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）と最小二乗平面との距離が最小になるように定数（ａ、ｂ、ｃ）を決定すればよい。各測定点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ、ｚ_ｉ）と最小二乗平面との高さをＥ_ｉとし、全点の２乗和をＦとすると、Ｆは下式で表される。

そして、Ｆ値を最小にするように定数（ａ、ｂ、ｃ）を決定する。すなわち、上記式を定数（ａ、ｂ、ｃ）について偏微分した値が＝０になる３元連立方程式（下記式を参照）を解く。

実際には、計算機を用いた行列演算により定数（ａ、ｂ、ｃ）を求めることができる。さらに仮想平面からの二乗平均距離の３倍値は下記式から求めることができる。下記式は、再配線層の平坦性を示す下記値が、±０．１＊３μｍ以下を示す。

この式の意味は、各測定点から求めた平面と各測定点との距離の標準偏差の３倍の値が０．３μｍ以下であることを示す。ｎは第１主面の測定点数で、ｎは少なくとも５×５＝２５点以上の格子点であることが望ましい。より望ましくはｎは１０×１０＝１００以上であることが望ましい。測定点数ｎが２５点未満である場合、サンプリング数が少なく真値を測定することが困難である。
こうして、研磨して得たパンプ部が、ＦＣ－ＢＧＡ基板１２や半導体素子１５との接続端子となる。

次に図３Ａに示すように、図２Ａと同様に、上面に感光性樹脂層３を形成する。
形成する感光性樹脂層３の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば厚み２μｍとして感光性樹脂層３を形成する。また平面視のビア部の開口形状は、導体層６との接続の観点から設定され、本発明の一実施形態では例えばφ１０μｍの開口形状を形成する。この開口部は、多層再配線層の上下の再配線層をつなぐ接続ビア部１９の形状である。

さらに、その上面に図３Ｂに示すように、図２Ａと同様に、上面に感光性樹脂層３を形成する。
形成する感光性樹脂層３の厚みは、開口部に形成する導体層の厚みに応じて設定され、本発明の一実施形態では例えば厚み２．５μｍで感光性樹脂層３を形成する。樹脂トレンチ部２１は、ランド部２６と配線パターン部２５からなる配線部と、アライメントマークなどからなるアクセサリパターン部２７やグランドパターン３０Ａからなる。

平面視のランド部２６の開口形状は、積層体の接続性の観点から設定され下部の接続ビア部３１の開口形状外側を囲って形成される。本発明の一実施形態では、例えばφ２５μｍの開口形状を形成する。配線パターン部は、例えばＬ／Ｓ＝２／２μｍの開口形状で形成する。
アライメントマークは、数百μｍから２ｍｍ程度の十字形や、円形のパターン、及びその集合体の開口部からなり、グランドパターン３０Ａは配線パターン２５を取り囲む２００μｍから５００μｍ幅の樹脂ベタパターン３０Ｂを介し、上記樹脂ベタパターン部３０Ｂを囲む最狭部の幅が１ｍｍ以上の幅からなる大面積の凹パターンからなる。

本発明の一実施形態では、大面積のグランドパターンの開口部に、１ｍｍ間隔でφ２００μｍのダミーパターン２８を形成した。
本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３を２層塗工し各層、接続ビア部３１と、ランド部２７と配線パターン部２５と分けて形成したが、諧調露光により１層塗工で１回のフォトリソ工程で形成することも可能である。

次いで、図３Ｃ、図３Ｄに示すように、図２Ｂ、図２Ｃと同様に、真空中で、シード密着層４及びシード層５を形成する。本発明の一実施形態では、Ｔｉ：５０ｎｍ、Ｃｕ：３００ｎｍを形成する。
次に図３Ｅに示すように、電解めっきにより導体層６を形成する。導体層６は、配線部及びアクセサリパターン部となる。電解めっきとしては、電解ニッケルめっき、電解銅めっき、電解クロムめっき、電解Ｐｄめっき、電解金めっき、電解ロジウムめっき、電解イリジウムめっき等が挙げられるが、電解銅めっきであることが簡便で安価で、電気導電性が良好であることから望ましい。
電解銅めっきの厚みは、配線部の電気抵抗の観点から０．５μｍ以上、生産性の観点から１０μｍ以下であることが望ましい。本発明の一実施形態では、感光性樹脂層３の２重の開口部にはＣｕ：５μｍを形成し、感光性樹脂層３の１重の開口部と感光性樹脂層３の上部にもＣｕ：５μｍを形成する。

次に図３Ｆに示すように、図２Ｅ、図２Ｆと同じように、導体層の導電性材料に対する化学研磨性を有するＣＭＰ（化学機械研磨）によって、感光性樹脂層表面の銅層を研磨除去する。すなわち、樹脂トレンチ部２１のトップ部を被覆したシード密着層４と、樹脂トレンチ部２１の開口部を充填した導体層６が表面となるように、第１の研磨にて加工を行う。
また、感光性樹脂層３と導体層６、及び、シード層５とを物理的に研磨除去する第２の研磨により、シード密着層４と、感光性樹脂層３の表層を除去する。
研磨を行った後に残った導体層６が、接続ビア部３１、ランド部２６、配線パターン部２５（配線部）の導体部、及びアクセサリパターン部２７とグランドパターン３０Ａないし感光性樹脂ベタパターン３０Ｂ内のダミーパターン２８となる。

本発明の一実施形態では、配線部やグランドパターン３０Ａやアクセサリパターン部２７やなど種々の開口幅を有するパターンからなる樹脂トレンチ部２１に対し、第１の研磨により凹形状の深さがコンマ数μｍから１μｍ弱となった再配線層を形成する。また、第２の研磨により、配線部とアクセサリパターン部と感光性樹脂層の仮想平面からの高さのバラツキを－０．１から＋０．１μｍの範囲に制御できる。
そして、図４に示すように、図３Ａ～図３Ｆを繰り返すことで、順次再配線層を積層して多層配線を形成する。
本発明の一実施形態では、Ｌ／Ｓ＝２／２μｍからなる微細な配線部を有する再配線層を２層形成する。

次いで、半導体素子１５との接合電極を形成する工程を説明する。
図５Ａに示すように、図２Ａ同様に、多層配線の上面に感光性樹脂層３を形成する。形成する感光性樹脂層３の厚みは、下層の導体層の厚みを被覆して上下層で電気的な絶縁性が得られる厚みに応じて設定される。本発明の一実施形態では例えば厚み４μｍの感光性樹脂層３を形成する。
次いで、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、図２Ｂ、図２Ｃと同様に、真空中で、シード密着層４及びシード層５を順次形成する。

次いで、図５Ｄに示すように、レジストパターン７を形成する。その後、図５Ｅのように電解めっきにより導体層６を形成する。形成した導体層６は、半導体素子１５との接合用の電極となる。電解めっきの厚みは、はんだ接合の観点から１μｍ以上、且つ生産性の観点から３０μｍ以下であることが望ましい。
本発明の一実施形態では、例えばレジストパターン７はφ２５μｍの開口形状とし、間隔は５５μｍで形成し、導体層の厚みは感光性樹脂層３の開口部にはＣｕ：１０μｍを形成し、感光性樹脂層３の上面にはＣｕ：７μｍを形成する。

その後、図５Ｆに示すようにレジストパターンを除去する。その後、図５Ｇに示すように不要なシード密着層４及びシード層５をエッチング除去する。この状態で表面に残ったバンプ部１７からなる導体層６が、半導体素子１５との接合用の電極となる。
バンプ部１７からなる導体層６は凸形状のまま使用してもよいし、フィラー入りの感光性樹脂を使用して被覆してもよい。
又は、図５Ｃの後に導体層をベタ膜で形成し、図５Ｆとなるように、研磨により樹脂トレンチ内に導体層が充填された形状を選択してもよい。
バンプ部１７の形状は、半導体素子１５との接合方式に合わせて選択すればよい。
そして、バンプ部１７からなる導体層６の表面の酸化防止と、はんだバンプ１０の濡れ性をよくするため、バンプ部１７からなる導体層６の表面に表面処理層９を設ける（図５Ｉ参照）。

本発明の一実施形態では、表面処理層９として無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっきを形成する。なお、表面処理層９には、ＯＳＰ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｉｄｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｅｓｅｒｂａｔｉｖｅ：水溶性フラックスによる表面処理）膜を形成してもよい。
次いで、表面処理層９上に、はんだ材料を搭載した後、一度溶融冷却して固着させることで、はんだバンプ１０の接合部を得る（図５Ｉ参照）。これにより、支持基板１上に形成された配線基板１１が完成する。

次いで、図６Ａに示すように、はんだバンプ１０の接合部によって、支持基板１上の配線基板１１と、半導体素子１５とを接合する。
次いで、図６Ｂに示すように、上記の接合部をアンダーフィル２２で封止する。
アンダーフィルを構成する樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂、及びマレイミド樹脂の１種又はこれらの樹脂の２種以上が混合された樹脂に、フィラーとしてのシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が用いられる。アンダーフィル２２は、液状の樹脂を充填させることで形成される。

次いで、図６Ｃに示すように、半導体素子１５を封止する封止樹脂２３を形成する。
封止樹脂２３には、アンダーフィル２２とは異なる材料であり、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、オキセタン樹脂の１種又はこれらの樹脂の２種以上が混合された樹脂に、フィラーとしてシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は酸化亜鉛等が加えられた材料が使用され、コンプレッションモールド、トランスファーモールド等によって形成される。

次いで、図６Ｅのように、支持基板１を剥離する。剥離は、例えば、図６Ｄに示すように、剥離層２にＵＶレーザ光１３を照射して剥離する。支持基板１の背面より、すなわち、支持基板１の半導体素子１５とは逆側の面からレーザ光１３を支持基板１との界面に形成された剥離層２に照射し剥離可能な状態とすることで、図６Ｅに示すように支持基板１を取り外すことが可能となる。
次に、表層の導体層６の表面に形成されているシード密着層４とシード層５を除去し、図６Ｆに示すような基板を得る。本発明の実施形態では、シード密着層４のチタンを用い、シード層５に銅を用いており、それぞれアルカリ系のエッチング剤と、酸系のエッチング剤にて溶解除去することができる。

このようにして、２以上の再配線層（多層配線）かなる第２配線基板１４と、半導体素子１５とが接合された、図６Ｆに示すような半導体装置を得る。
この後、第２配線基板１４の表面に露出した導体層６の、酸化防止と、はんだバンプ部１７の濡れ性をよくするため、表面に露出した導体層６に対し、無電解Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき、ＯＳＰ、無電解スズめっき、無電解Ｎｉ／Ａｕめっきなどの表面処理を施してもよい。

この後、図７に示すように、以上の処理で得た半導体装置（図６Ｆ参照）をＦＣ－ＢＧＡ基板（第１配線基板）１２に接合すると共に、接合部にアンダーフィル２２を充填し、半導体装置とＦＣ－ＢＧＡ基板１２の固定及び接合部の封止を行い半導体装置２４が完成する、

表１及び表２に、本実施形態における効果確認として、導体層のダミーパターン寸法（島間の配置間隔（表中の横欄の数字））と研磨による凹み量との結果を示す。
表には、導電性材料（導電層）としては銅を使用した場合、化学研磨性の高い第１研磨と、物理研磨性の高い第２研磨後の凹み量と、感光性樹脂に対し銅が凸形状／凹形状のいずれに仕上がったかを示した。
第１研磨には、銅の化学研磨を目的としたスラリを使用し、銅の酸化剤、有機還元剤、防錆材、錯化剤などを分散している。
第２研磨には、銅、シード層、無機密着層、感光性樹脂とを物理的研磨することを目的としたスラリを使用し、数十ｎｍの径のコロイダルシリカからなるフィラーと、フィラーの分散安定剤、添加剤などを分散している。

表１は、第１研磨にスラリＡを用いた場合を示している。表２は、第１研磨にスラリＢを用いた場合を示している。
スラリＡは、銅のエッチング性が強いスラリで、感光性樹脂の開口幅２０μｍと狭いパターン域でも銅のエッチングが入り、感光性樹脂に対する銅の凹み量が大きく仕上がっている。
スラリＢは、銅のエッチング性を抑えたスラリで、感光性樹脂の開口幅２０μｍと狭いパターン域では銅にエッチングが入りにくく、開口幅が広くなり研磨パッドが追従し易くなる領域で銅の凹み量が大きくなり始めている。
銅のエッチング性は、スラリの構成成分のバランスで調整可能である。

第２配線基板の配線部は２００μｍ以下の領域であり、－０．１から＋０．１μｍの範囲で、配線基板内の凹凸が制御可能である。
アクセサリパターン部は、アライメントマークや、グランドパターン、ダミーパターンなど大面積のパターンからなり、上記表１、２に記載の２ｍｍより大きい導電材料によるベタパターン部もある。本発明のダマシン工法で大面積のパターンのベタパターンを形成する場合、表１、２より１．５ｍｍ間隔より狭く、望ましくは１ｍｍ間隔より狭く、導電材料とは異なる材料、例えは感光性樹脂にてダミーパターンを配置することが有効である。

本実施形態では、図２Ｆ、図３Ｆ、図４の導体層６を形成する上で、アクセサリパターン部の直線寸法が１ｍｍより大きい体面積パターン部に、φ２００μｍからなるダミーパターンを１ｍｍ間隔で島状に配置した。
また、感光性絶縁樹脂の直線寸法１ｍｍよい大きい大面積パターン部には、φ２００μｍからなる導電材料からなるダミーパターンを１ｍｍ間隔で島状に配置した。
このパターン配置により、各再配線層の仮想平面からの高さのバラツキを－０．１μｍから＋０．１μｍの範囲で制御することができた。

また、各再配線層の仮想平面からの高さのバラツキを－０．１μｍから＋０．１μｍの範囲に制御することで、上層に積層形成する感光性絶縁樹脂の塗工時のうねりを低減すると共に、樹脂トレンチ部２１の高さバラツキや寸法の解像性のバラつきを抑えることができた。
そして、半導体素子と接続するバンプの高さバラツキを制御でき電気的な接続信頼性の向上に効果的である。

比較例

使用する材料や、工法、構成は実施例と同じで、アクセサリパターン部や感光性絶縁樹脂の直線寸法１．５ｍｍ以上の大面積部に、島状のダミーパターンを配置しない構成を比較例として説明する。
比較例では、グランドパターンとて配線パターンを囲む不定形の導電材料からなるベタパターンを配置した。図３Ｆ、図４の導体層６を形成する上で、化学的研磨性の高い第１研磨により、グランドパターン部の凹み量が２μｍ強となり、パターン中央付近の導電材料が消失し、下層の感光性樹脂層が露出する部分が生じた。
配線部は比較例と同等の品質で形成できた。
こうして得られた再配線層は、表面の仮想平面からの高さのバラツキが－２μｍから＋０．１μｍの範囲になった。

また、各再配線層の仮想平面からの高さのバラツキが－２μｍから＋０．１μｍの範囲になったことで、上層に積層形成する感光性絶縁樹脂の塗工時のうねりを受け、樹脂トレンチ部２１の高さバラツキや寸法の解像性のバラつきが生じると共に、ウネリの谷の部分の研磨が上手く入らず、銅がベタ膜で残る部分が発生するなど、パターン解像性が低下した。
上記の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能なことはもちろんである。

本発明は、主基板と半導体素子との間に介在するインターポーザ等を備えた配線基板を有する半導体装置に利用可能である。

１ 支持基板
２ 剥離層
３ 感光性樹脂層
４ シード密着層
５ シード層
６ 導体層
７ レジストパターン
９ 表面処理層
１０ はんだバンプ
１１ 配線基板
１２ 半導体素子（第１配線基板）
１４ 配線基板（第２配線基板）
１５ 半導体素子
１７ バンプ部
２１ 樹脂トレンチ部
２２ アンダーフィル
２３ 封止樹脂
２４ 半導体装置
２５ 配線パターン
２６ ランド
２７ アクセサリパターン
２８ ダミーパターン
２９ 配線部
３０Ａ グランドパターン
３０Ｂ 感光性樹脂ベタパターン
３１ ビア

Claims (7)

1. 半導体素子に接合された第２配線基板と、
   上記第２配線基板における、上記半導体素子との実装面とは反対側の対向面に実装される第１配線基板とを備える配線基板において、
   第１配線基板、第２配線基板、半導体素子のそれぞれを構成する配線の幅が、最も細い位置での比較において、その順に細くなり、
   上記第２配線基板は、２以上の再配線層が積層されて多層配線を構成し、
   上記各配線層は、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を備え、上記感光性樹脂層に開口した開口部が樹脂トレンチ部を形成し、
   上記樹脂トレンチ部の一部として、導電材料が充填される、配線パターン部と、上記配線パターン部を取り囲む様に配置された感光性樹脂ベタパターン部と、更に感光性樹脂ベタパターン部を囲む様に配置された最狭部の幅が１．５ｍｍ以上の大面積パターンからなるグランドパターンとを有し、
   上記樹脂トレンチ部の底面には、シード密着層とシード層とがこの順に形成されると共に、上記樹脂トレンチ部の内部に導電性材料が充填されて形成された導体層からなる配線部を有し、
   上記配線部となる導体層を２層以上積層して上記多層配線が構成され、
   上記配線部と感光性樹脂層とからなる各再配線層には、上記グランドパターン内に、１．５ｍｍ以下の間隔で感光性樹脂からなる複数の島状感光性樹脂パターンが配置されてなるダミーパターンを有する、
   ことを特徴とする配線基板。
2. 上記感光性樹脂ベタパターン部が、最狭部の幅が１．５ｍｍ以上の大面積パターンからなる場合、上記感光性樹脂ベタパターン部内に１．５ｍｍ以下の間隔で導電性材料からなる複数の島状導体パターンを配置されてなるダミーパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 隣り合う再配線層の層間を接続する接続ビア部は、上記第１配線基板ないし上記第２配線基板が実装される側の一方面、及び側面に対し、シード密着層があることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
4. 上記導電性材料は銅を含むことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の配線基板。
5. 上記第２配線基板の上記シード層は銅を含む層であることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の配線基板。
6. 上記第２配線基板の上記シード密着層はチタンを含む層であることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の配線基板。
7. 半導体素子に接合された第２配線基板を備える配線基板であって、上記第２配線基板は、２以上の再配線層が積層されて多層配線を構成し、上記各配線層は、感光性樹脂からなる感光性樹脂層を備え、上記感光性樹脂層に開口した開口部が樹脂トレンチ部を形成し、
   上記樹脂トレンチ部の一部は、導電材料が充填される配線パターン部を形成し、上記樹脂トレンチ部の底面には、シード密着層とシード層とがこの順に形成されると共に、上記樹脂トレンチ部の内部に導電性材料が充填されて導体層からなる配線部が形成される、配線基板の製造方法であって、
   上記再配線層の形成方法が、
   上記感光性樹脂層に樹脂トレンチ部を形成する工程と、
   上記樹脂トレンチ部と感光性樹脂層上にシード密着層とシード層を設ける工程と、
   上記シード層上に導電性材料をベタ膜で積層形成する工程と、
   上記ベタ膜で形成した導電性材料を、基板の積層表面より研磨する第１の研磨で、樹脂トレンチ部内の導電性材料を残し、感光性樹脂層表面に積層形成された不要な導電性材料を研磨除去する工程と、
   上記第１の研磨にて露出した基板表面の、シード密着層とシード層と導電性材料からなる導体層及び感光性樹脂層の表面を、第２の研磨で除去し、樹脂トレンチ部内を導電性材料で充填した構造からなる再配線層を形成する工程と、
   を備え、
   上記再配線層を形成する工程を、必要層数分繰り返して、再配線層を２層積層形成することを特徴とする配線基板の製造方法。

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