JP3750532B2 - 薄膜回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、マイクロ波又はミリ波領域で用いられる薄膜回路基板の製造方法に関し、特に上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の絶縁膜として、有機絶縁膜を用いた薄膜回路基板及びその製造方法に関する。
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００２】
近年、無線通信分野において、ミリ波やマイクロ波などの高周波領域で用いられる高周波デバイスに対する小型化・低価格化・高性能化への要求が大きくなっている。
【０００３】
また、上記高周波デバイスに対しては、伝送損失が小さく、効率のよい伝送線路が要求されており、伝送線路用の配線（電極）には抵抗が小さい電極材料が用いられている。また、配線間の絶縁膜としては、比誘電率が小さく、かつ誘電正接の小さい誘電体材料からなるものを用いることが必要とされている。
【０００４】
そこで、上記要求に応えるため、電極材料としてはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低抵抗の電極材料を用い、配線間の絶縁膜としては、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジンなどの低誘電率・低誘電正接の有機樹脂からなるものを用いた各種配線基板が開発されている。
【０００５】
ところで、このような配線基板の一つに、例えば、図６に示すように、アルミナなどのセラミックからなる基板５１と、基板５１上に形成された下部薄膜電極５２と、下部薄膜電極５２上に形成された有機絶縁膜５３と、有機絶縁膜５３上に形成され、有機絶縁膜５３に設けられたビアホール５４を介して下部薄膜電極５２と導通する上部薄膜電極５５を備えた構造を有する薄膜回路基板がある。
【０００６】
ところで、図６に示すような、従来の薄膜回路基板においては、有機絶縁膜（有機樹脂）５３と上部薄膜電極（電極材料）５５の密着強度が必ずしも十分ではなく、配線形成プロセスや、配線上へのワイヤーボンディング工程において、膜剥がれが発生するという問題点がある。
また、下部薄膜電極５２の表面が酸化されることにより、上部薄膜電極５５と下部薄膜電極５２の導通信頼性が低下するという問題点がある。
【０００７】
そこで、従来は、有機樹脂と電極材料の密着強度を向上させるために、
▲１▼有機樹脂表面を酸素プラズマで表面処理して密着強度を向上させる方法（特開平８−１３４６３９号）、
▲２▼有機樹脂上に極性ポリマーを形成して金属との密着性を改善する方法（特開平９−２１９５８６号）
などの種々の方法が提案されている。
【０００８】
しかし、上記▲１▼の有機樹脂表面を酸素プラズマで表面処理する方法の場合、電極材料と有機樹脂の密着強度は向上するものの、有機絶縁膜表面が酸化されてしまうため、有機樹脂の比誘電率・誘電正接などの電気特性が劣化し、目標とする高周波モジュール特性が得られなくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
また、上記▲２▼の有機樹脂上に極性ポリマーを形成して金属との密着性を改善する方法の場合、金属と有機樹脂の密着性は向上するが、有機樹脂表面を活性化した後に極性モノマーと重合させる工程が必要であることから、プロセス時間が長くなり、製造コストを押し上げる要因になるという問題点がある。
【００１０】
また、上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の導通信頼性を向上させる方法として、ウェットエッチングやドライエッチング（ＲＩＥ法など）の方法により下部薄膜電極の表面の酸化膜を除去する方法が考えられる。
【００１１】
しかし、有機絶縁膜（有機樹脂）の表面処理後に、ウエットエッチングにより下部薄膜電極の酸化膜を除去するようにした場合、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性を向上させることは可能になるが、有機絶縁膜の表面処理層（上記▲１▼の従来例の場合）や有機絶縁膜の表面に形成された極性ポリマー（上記▲２▼の従来例の場合）がＨ2Ｏと結びついて、上部薄膜電極と有機絶縁膜（有機樹脂）との密着性が低下するという問題点がある。
【００１２】
また、有機絶縁膜（有機樹脂）の表面処理後に、ＲＩＥ法などドライエッチング法により下部薄膜電極の酸化膜を除去するようにした場合、有機絶縁膜の表面処理層や有機絶縁膜の表面に形成された極性ポリマーもエッチングされてしまい、上部薄膜電極と有機絶縁膜の密着強度を向上させることができなくなるばかりではなく、有機絶縁膜自体がエッチングされて膜減りを起こすという問題点がある。
【００１３】
さらに、有機絶縁膜の表面処理を行う前に、下部薄膜電極の表面の酸化膜を除去するようにした場合、酸化膜の除去後に有機絶縁膜を表面処理する際の、酸素プラズマによる処理工程や極性ポリマーの形成工程において、再び下部薄膜電極の表面に酸化膜が形成されてしまい、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性が低下するという問題点がある。
【００１４】
また、上記従来の方法では、有機絶縁膜の表面処理工程と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去工程が独立しているため、製造工程が複雑になり、製造コストの増大を招くという問題点がある。
【００１５】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能で、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することが可能な薄膜回路基板の製造方法、及び有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、
基板上に下部薄膜電極を形成する工程と、
該基板の表面に、前記下部薄膜電極を覆うように、有機絶縁膜を形成する工程と、
パターニング用マスクを用いて、前記有機絶縁膜にマスクパターンに対応するビアホールを形成する工程と、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを前記有機絶縁膜が形成された面側から照射して、前記イオンをビアホールを経て、前記下部薄膜電極にまで到達させることにより、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成する工程と、
前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と電気的に導通する上部薄膜電極を、前記表面改質層が形成された前記有機絶縁膜の表面に形成する工程と
を具備することを特徴としている。
【００１７】
本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、基板上に形成された下部薄膜電極上に有機絶縁膜を形成するとともに、有機絶縁膜にビアホールを形成した後、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅより選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを照射して、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成するようにしているので、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能になり、薄膜回路基板の製造工程を簡略化することが可能になるとともに、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することができるようになる。
【００１８】
なお、本願発明において、表面改質係数とは、有機絶縁膜表面に存在する全てのＣ（炭素）に対する、官能基を形成しているＣの割合で定義される概念であり、式(1)で表される。
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
【００１９】
以下、本願発明における表面改質係数の求め方について、図４を参照しつつ、さらに詳しく説明する。
表面改質係数を求めるにあたっては、まず、Ｘ線光電子分光法により、有機絶縁膜表面の各結合のＣの組成比を同定する。
例えば、図４は、有機絶縁膜（ベンゾシクロブテン系樹脂）表面について、Ｘ線光電子分光法により得られるＣ１ｓスペクトルを示す図であり、この図４におけるスペクトルの面積比が各結合のＣの組成比を表しており、また、各スペクトルの合計面積が、検出範囲に存在するＣの総量を表している。
【００２０】
すなわち、図４で検出されているＣ−Ｈ結合又はＣ−Ｃ結合、−Ｃ＝Ｏ結合、及び−ＣＯＯ結合の組成比（面積比）はそれぞれ、８４atm％、１０atm％、６atm％となっており、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基となっているものは、−Ｃ＝Ｏ結合の１０atm％と−ＣＯＯ結合の６atm％を加えた値の１６atm％となる。したがって、この場合の表面改質係数は、上述の式(1)より、０．１６（１６／１００＝０．１６）となる。
【００２１】
なお、本願発明において、上部及び下部薄膜電極とは、いわゆる電極に限られるものではなく、伝送線路やパッドなどを含む広い概念である。
また、本願発明において、基板の形状や構成材料には特別の制約はなく、セラミックなどの種々の材料からなる任意の形状の基板を用いることが可能である。
【００２２】
なお、本願発明において、表面改質係数を０．１〜０．５の範囲としたのは、表面改質係数が０．１未満になると、薄膜電極と有機絶縁膜の密着強度が不十分になり、また、表面改質係数を０．５以上にしようとすると、有機絶縁膜の電気特性の劣化を招くことによる。
【００２３】
また、請求項２の薄膜回路基板の製造方法は、前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００２４】
有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いることにより、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成することが可能になり、本願発明を実効あらしめることが可能になる。
【００２５】
また、請求項３の薄膜回路基板の製造方法は、前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００２６】
上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものを用いることにより、導電性に優れた薄膜電極を備えた薄膜回路基板の製造方法を確実に製造することが可能になる。
【００２７】
また、請求項４の薄膜回路基板の製造方法は、前記不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートが、前記下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下であることを特徴としている。
【００２８】
不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートを、下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下とすることにより、有機絶縁膜の膜減りによる電気特性への悪影響を防止して、信頼性の高い薄膜回路基板を製造することが可能になる。
すなわち、下部薄膜電極と有機絶縁膜のエッチング選択比が大きく、かつ有機絶縁膜の表面処理（官能基の生成）が可能な不活性ガスイオンを使用することにより、有機絶縁膜の表面処理と下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時にかつ効率よく行うことが可能になり、プロセスの簡略化とコストの低減を実現することが可能になる。
【００２９】
また、本願発明（請求項５）の薄膜回路基板は、
基板と、前記基板の表面に配設された下部薄膜電極と、
少なくとも前記下部薄膜電極を覆うように形成された、ビアホールを有する有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成され、前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と導通する上部薄膜電極と
を具備しているとともに、
前記下部薄膜電極の、前記ビアホールを介して前記上部薄膜電極と導通する領域においては表面の酸化膜が除去されており、かつ、
前記有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていること
を特徴としている。
【００３０】
本願発明の薄膜回路基板においては、下部薄膜電極の、ビアホールを介して上部薄膜電極と導通する領域の表面の酸化膜が除去されていることから、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れており、また、有機絶縁膜の表面に、表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていることから、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度に優れており、信頼性の高い薄膜回路基板を得ることが可能になる。なお、本願発明の薄膜回路基板は、上述の請求項１の薄膜回路基板の製造方法により効率よく製造することが可能である。
【００３１】
また、請求項６の薄膜回路基板は、前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００３２】
請求項６の薄膜回路基板においては、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものが用いられていることから、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基などの官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を確実に形成することが可能になり、信頼性を向上させることが可能になる。
【００３３】
また、請求項７の薄膜回路基板は、前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００３４】
請求項７の薄膜回路基板においては、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものが用いられているので、薄膜電極の導電性を向上させることが可能になり、製品の電気的特性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
なお、この実施形態では、基板としてアルミナ基板が用いられ、上部薄膜電極がＴｉ膜（下地膜）上にＣｕ薄膜電極を形成してなる２層構造の薄膜電極であり、下部薄膜電極がＴｉ膜（下地膜）上にＣｕ薄膜電極を形成してなる薄膜電極であって、上部薄膜電極と下部薄膜電極の間に介在する有機絶縁膜がポリイミド樹脂からなるものである場合を例にとって説明する。
【００３６】
(1)まず、図１(ａ)に示すように、アルミナからなる基板１を用意し、プラズマアッシングや、アセトン、イソプロピルアルコール、メターノール、エタノールなどの有機溶剤により表面洗浄を行う。なお、基板としては、アルミナ基板に限らず、半導体基板や誘電体セラミックス基板など種々の基板を用いることが可能である。
【００３７】
(2)次に、図１(ｂ)に示すように、クロロベンゼン法にてリフトオフ用レジストパターン２を形成する。ここではまず、厚膜用ポジ型レジスト（ＡＺＰ４６２０、クラリアント社製）を１５００ｒｐｍ×３０秒の条件でスピン塗布することにより、膜厚６μmのレジスト層を形成し、９０℃のクリーンオーブンにて３０分間プリベークした後、約４０℃に保ったクロロベンゼン中に１０分間基板１を浸して、レジスト表面に対現像液難溶化層を形成し、９０℃のホットプレート上に９０秒間放置して余分なクロロベンゼンを蒸発させる。それから密着露光機にて、ｈ線を用いた露光を行い、アルカリ現像液ＡＺ４００Ｋ（クラリアント社製）中に基板１を２分間浸漬する。これらの作業の後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させる。これにより、図１(ｂ)に示すように、基板１上に所定のレジストパターン２が形成される。
【００３８】
(3)それから、基板１を真空蒸着装置に投入し、基板１との密着層として膜厚が１００nmのＴｉ膜（下地膜）を形成し、続いて、膜厚が５μmのＣｕ膜を成膜することにより、Ｔｉ膜及びＣｕ膜からなる下部薄膜電極用の電極膜１３を形成する（図１(ｃ)）。
【００３９】
(4)次に、図１(ｄ)に示すように、基板１をアセトンに浸漬し、さらに超音波を印加してレジストパターン２と、電極膜１３の不要部分１３ａを除去（リフトオフ）することにより、目的とする電極パターン（下部薄膜電極）３を得る。
【００４０】
(5)次に、図１(ｅ)に示すように、基板１上に３ＡＰＳ（３アミノプロピルシラン）などの密着向上剤を塗布した後、レジスト樹脂として、ワニス状のネガ型感光性ポリイミド（例えば東レ社製「フォトニースＵＲ−３１８０Ｅ」）１４を２１５０ｒｐｍ、３０秒の条件でスピン塗布した後、ホットプレート６０℃・６分＋８０℃・６分＋１００℃・６分の条件でプリベークを行う。
【００４１】
(6)次に、密着露光機にて、ｈ線を４００mJ/cm2の条件で照射した後、ポリイミド専用現像液（例えば東レ社製「ＤＶ−６０５」）に基板１を７．５分間浸漬して未露光部を除去し、さらに酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中にて、４００℃で１時間キュアーしてポリイミドを熱重合させることにより、図１(ｆ)に示すような、所定の位置にビアホールとなる孔５を備えた有機絶縁膜（ポリイミドパターン（膜厚１５μm））４を得る。
【００４２】
(7)次に、有機絶縁膜（ポリイミドパターン）４の表面処理、及び下部薄膜電極３の酸化膜除去を行う。なお、この実施形態では、有機絶縁膜４のエッチングレートを下部薄膜電極３のエッチングレートの１／４以下に設定して、有機絶縁膜４の膜減り量を２５nm以下に抑えることにより、電気特性への影響がないようにした。
具体的には、この実施形態では、Ａｒイオン照射装置を用い、ＲＦパワー４００ｗ、Ａｒガス流量２０sccm、背圧５．２×１０-4Ｔｏｒｒ、イオン電流密度０．３５mA/cm2の条件で４分間の処理を行った。このときの有機絶縁膜４のエッチングレートは３．５nm/min、下部薄膜電極３のエッチングレートは２２nm/minである。
なお、この工程において、有機絶縁膜４の表面には、カルボキシル基及びカルボニル基が生成し、表面改質係数が約０．１６の表面改質層が有機絶縁膜４の表面に形成されることになる。
また、この工程においては、下部薄膜電極（Ｃｕ）３が約１００nmエッチングされるが、下部薄膜電極３がエッチングされるのと同じ程度（約１００nm）に有機絶縁膜（ポリイミド）４がエッチングされて膜減りすると、設計通りの電気特性が得られない場合が生じる。
【００４３】
(8)それから、基板１を真空蒸着装置に投入し、図２(ａ)に示すように、基板１との密着層として膜厚が１００nmのＴｉ膜（下地膜）を形成し、続いて、膜厚が１μmのＣｕ膜を成膜することにより、Ｔｉ膜及びＣｕ膜からなる上部薄膜電極用の電極膜１６を形成する。なお、この電極膜１６の一部は、下部薄膜電極３と上部薄膜電極６を導通させるビアホール導体５ａとなる。
【００４４】
(9)次に、図２(ｂ)に示すように、電極エッチング用のポジ型のレジスト（ＡＺ１５００、クラリアント社製）を２０００ｒｐｍ×３０秒の条件でスピン塗布し（膜厚１．５μm）、９０℃のクリーンオーブンにて３０分間プリベークした後、密着露光機にて、ｈ線を用いた露光を行い、アルカリ現像液ＡＺ４００Ｋ（クラリアント社製）中に、基板１を２分間浸漬し、その後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させることにより所定の領域にレジスト層７を形成する。
【００４５】
(10)それから、ウェットエッチングを行い、図２(ｃ)に示すように、上部薄膜電極用の電極膜１６の不要部分１６ａ（図２(ｂ)）を除去する。なお、具体的には、基板１を塩化第２鉄中に１分間浸漬してＣｕ膜をエッチングした後、濃度５％の弗化水素酸水溶液中に３０秒浸漬してＴｉ膜をエッチングする。その後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させる。
【００４６】
(11)次に、基板１をアセトン中に５分浸漬してレジストを剥離した後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させることにより、図２(ｄ)に示すように、電極パターン（上部薄膜電極）６を形成する。
これにより、基板１と、基板１の表面に配設された所定のパターンの下部薄膜電極３と、有機絶縁膜４と、有機絶縁膜４上に形成された所定のパターンの上部薄膜電極６とを備えた本願発明の薄膜回路基板が得られる。
【００４７】
［有機絶縁膜と薄膜電極の密着性の評価］
それから、上記のようにして作成した薄膜回路基板における有機絶縁膜４とその表面に形成された上部薄膜電極６との密着性を、以下に述べる方法により評価した。
【００４８】
(1)密着性評価試験
有機絶縁膜４と上部薄膜電極６の密着性を評価するにあたっては、図３に示すように、基板１上に形成された有機絶縁膜４（なお、この密着性評価試験では、下部薄膜電極は設けていない）の上に薄膜電極６ａ（上部薄膜電極６に相当する）を形成し、この薄膜電極６ａ上に密着強度評価用のテープ（強度５５８g/cm）１１を貼り付けた後、テープ１１を基板１に対して直角を保ったまま剥がして行くテープ剥離試験を行った。
なお、このテープ剥離試験においては、有機絶縁膜４と薄膜電極６ａの密着強度が不十分な場合には、薄膜電極６ａがテープ１１に付着して剥がれることになる。
【００４９】
この実施形態では、有機絶縁膜４に表面処理を施していない比較例の試料と、Ａｒイオンを照射することにより有機絶縁膜４に表面処理を施した本願発明の実施例の試料を用意し、これらについて、テープ剥離試験を行い、密着性を評価した。
ただし、このテープ剥離試験に供した比較例及び実施例の各試料は、薄膜電極６ａの幅（電極ライン幅）が５μmのものである。また、試料数（ｎ）は４００とした。
【００５０】
(2)密着性評価結果
上記テープ剥離試験において、有機絶縁膜に表面処理を施していない比較例の試料では、膜剥がれ率５７．９％であったが、有機絶縁膜に表面処理を施した本願発明の実施例の試料では、膜剥がれが認められず、膜剥がれ率は０．０％であった。これにより、有機絶縁膜に表面処理を施すことにより、有機絶縁膜と薄膜電極の密着性が大幅に改善されることがわかる。
【００５１】
［有機絶縁膜の表面改質係数の評価］
また、上記のようにして、Ａｒイオンにて表面処理した試料の有機絶縁膜の表面改質係数を求めた。
有機絶縁膜の表面改質係数は、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基を形成しているＣの割合であり、下記の式(1)で表される値である。
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
表面処理を施した実施例の試料の場合（図４参照）、有機絶縁膜表面上の各結合のＣの組成比は、Ｃ−Ｈ結合又はＣ−Ｃ結合のＣの組成比が８４atm％、−Ｃ＝Ｏ結合のＣの組成比が１０atm％、−ＣＯＯ結合のＣの組成比が６atm％となっており、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基となっているものは、−Ｃ＝Ｏ結合の１０atm％と−ＣＯＯ結合の６atm％を加えた値の１６atm％であることから、表面改質係数は、上記の式(1)より０．１６（１６／１００＝０．１６）となる。
【００５２】
なお、種々の試料を作製して、有機絶縁膜４と上部薄膜電極６の密着強度について調べた結果、表面改質係数が０．１未満の場合には密着強度が不足し、０．５を超えると有機絶縁膜の電気特性が劣化することが確認された。
【００５３】
［上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の接続抵抗の評価］
次に、デジタルマルチメーターにより、有機絶縁膜４に形成されたビアホール５を介した上部薄膜電極６と下部薄膜電極３の間の接続抵抗を評価した。すなわち、図５に示すように、基板１上に、厚みが５μmの下部薄膜電極３、平面形状が正方形で一辺が１００μmのビアホール５，５を備えた、厚みが１５μmの有機絶縁膜４、及びビアホールパッド５ｂを順に形成し、ビアホール５，５間（距離５００μm）の接続抵抗を４端子法により測定した（試料数ｎ＝４００）。
【００５４】
その結果、Ａｒイオンにて表面処理していない試料の場合には、接続抵抗が９６０mΩと高かったのに対して、Ａｒイオンにて表面処理を施した本願発明の実施例にかかる試料については４．７mΩと接続抵抗が大幅に低下することが確認された。
これは、Ａｒイオンをビアホール５を経て下部薄膜電極３にまで到達させることにより、下部薄膜電極３の表層の酸化膜が除去されたことによるものである。
【００５５】
なお、上記実施形態では、表面処理方法として、Ａｒイオンを照射する方法を用いた場合について説明したが、その他にも、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、及びＸｅなどの不活性ガスのイオンを照射するように構成することも可能である。
【００５６】
また、上記実施形態では、上部薄膜電極及び下部薄膜電極を構成する材料としてＣｕを用いているが（密着層はＴｉ膜）、薄膜電極材料としては、その他にもＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ及びＮｂなどの少なくとも１種を含む種々の材料を用いることが可能である。
【００５７】
また、上記実施形態では、有機絶縁膜として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明したが、有機絶縁膜としては、その他にも、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂などの種々の樹脂を用いることが可能である。
【００５８】
本願発明はさらにその他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、基板上に形成された下部薄膜電極上に有機絶縁膜を形成するとともに、有機絶縁膜にビアホールを形成した後、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅより選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを照射して、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成するようにしているので、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能になり、薄膜回路基板の製造工程を簡略化することが可能になるとともに、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することができる。
【００６０】
また、請求項２の薄膜回路基板の製造方法のように、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いることにより、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成することが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
【００６１】
また、請求項３の薄膜回路基板の製造方法のように、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものを用いた場合、導電性に優れた薄膜電極を備えた薄膜回路基板の製造方法を確実に製造することができるようになる。
【００６２】
また、請求項４の薄膜回路基板の製造方法のように、不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートを、下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下とした場合、有機絶縁膜の膜減りによる電気特性への悪影響を防止して、信頼性の高い薄膜回路基板を製造することが可能になる。すなわち、下部薄膜電極と有機絶縁膜のエッチング選択比が大きく、かつ有機絶縁膜の表面処理（官能基の生成）が可能な不活性ガスイオンを使用することにより、有機絶縁膜の表面処理と下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時にかつ効率よく行うことが可能になり、プロセスの簡略化とコストの低減を実現することが可能になる。
【００６３】
また、本願発明（請求項５）の薄膜回路基板は、下部薄膜電極の、ビアホールを介して上部薄膜電極と導通する領域の表面の酸化膜が除去されていることから、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れており、また、有機絶縁膜の表面に、表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていることから、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度に優れた薄膜回路基板を得ることができる。なお、本願発明の薄膜回路基板は、上述の請求項１の薄膜回路基板の製造方法により効率よく製造することが可能である。
【００６４】
また、請求項６の薄膜回路基板のように、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いた場合、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基などの官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を確実に形成することが可能になり、信頼性を向上させることが可能になる。
【００６５】
また、請求項７の薄膜回路基板においては、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものが用いられているので、薄膜電極の導電性を向上させることが可能になり、電気的特性の高い薄膜回路基板を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (ａ)〜(ｆ)は、本願発明の薄膜回路基板の製造方法を示す図である。
【図２】 (ａ)〜(ｄ)は、本願発明の薄膜回路基板の製造方法を示す図である。
【図３】上部薄膜電極の有機絶縁膜に対する密着強度を評価するテープ剥離試験の実施方法を説明する図である。
【図４】表面処理を施した本願発明の実施例にかかる有機絶縁膜表面のＸ線光電子分光法によるＣ１ｓスペクトルを示す図である。
【図５】上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の接続抵抗の測定方法を示す図である。
【図６】従来の薄膜回路基板の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ レジストパターン
３ 下部薄膜電極（電極パターン）
４ 有機絶縁膜（ポリイミドパターン）
５ ビアホール（孔）
５ａ ビアホール導体
５ｂ ビアホールパッド
６ 上部薄膜電極
６ａ 上部薄膜電極に相当する薄膜電極
７ 電極エッチング用のポジ型のレジスト
１１ テープ
１３ 下部薄膜電極用の電極膜
１３ａ 電極膜の不要部分
１４ レジスト樹脂（ネガ型感光性ポリイミド）
１６ 上部薄膜電極用の電極膜
１６ａ 電極膜の不要部分
【発明の属する技術分野】
本願発明は、マイクロ波又はミリ波領域で用いられる薄膜回路基板の製造方法に関し、特に上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の絶縁膜として、有機絶縁膜を用いた薄膜回路基板及びその製造方法に関する。
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【０００２】
近年、無線通信分野において、ミリ波やマイクロ波などの高周波領域で用いられる高周波デバイスに対する小型化・低価格化・高性能化への要求が大きくなっている。
【０００３】
また、上記高周波デバイスに対しては、伝送損失が小さく、効率のよい伝送線路が要求されており、伝送線路用の配線（電極）には抵抗が小さい電極材料が用いられている。また、配線間の絶縁膜としては、比誘電率が小さく、かつ誘電正接の小さい誘電体材料からなるものを用いることが必要とされている。
【０００４】
そこで、上記要求に応えるため、電極材料としてはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低抵抗の電極材料を用い、配線間の絶縁膜としては、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジンなどの低誘電率・低誘電正接の有機樹脂からなるものを用いた各種配線基板が開発されている。
【０００５】
ところで、このような配線基板の一つに、例えば、図６に示すように、アルミナなどのセラミックからなる基板５１と、基板５１上に形成された下部薄膜電極５２と、下部薄膜電極５２上に形成された有機絶縁膜５３と、有機絶縁膜５３上に形成され、有機絶縁膜５３に設けられたビアホール５４を介して下部薄膜電極５２と導通する上部薄膜電極５５を備えた構造を有する薄膜回路基板がある。
【０００６】
ところで、図６に示すような、従来の薄膜回路基板においては、有機絶縁膜（有機樹脂）５３と上部薄膜電極（電極材料）５５の密着強度が必ずしも十分ではなく、配線形成プロセスや、配線上へのワイヤーボンディング工程において、膜剥がれが発生するという問題点がある。
また、下部薄膜電極５２の表面が酸化されることにより、上部薄膜電極５５と下部薄膜電極５２の導通信頼性が低下するという問題点がある。
【０００７】
そこで、従来は、有機樹脂と電極材料の密着強度を向上させるために、
▲１▼有機樹脂表面を酸素プラズマで表面処理して密着強度を向上させる方法（特開平８−１３４６３９号）、
▲２▼有機樹脂上に極性ポリマーを形成して金属との密着性を改善する方法（特開平９−２１９５８６号）
などの種々の方法が提案されている。
【０００８】
しかし、上記▲１▼の有機樹脂表面を酸素プラズマで表面処理する方法の場合、電極材料と有機樹脂の密着強度は向上するものの、有機絶縁膜表面が酸化されてしまうため、有機樹脂の比誘電率・誘電正接などの電気特性が劣化し、目標とする高周波モジュール特性が得られなくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
また、上記▲２▼の有機樹脂上に極性ポリマーを形成して金属との密着性を改善する方法の場合、金属と有機樹脂の密着性は向上するが、有機樹脂表面を活性化した後に極性モノマーと重合させる工程が必要であることから、プロセス時間が長くなり、製造コストを押し上げる要因になるという問題点がある。
【００１０】
また、上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の導通信頼性を向上させる方法として、ウェットエッチングやドライエッチング（ＲＩＥ法など）の方法により下部薄膜電極の表面の酸化膜を除去する方法が考えられる。
【００１１】
しかし、有機絶縁膜（有機樹脂）の表面処理後に、ウエットエッチングにより下部薄膜電極の酸化膜を除去するようにした場合、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性を向上させることは可能になるが、有機絶縁膜の表面処理層（上記▲１▼の従来例の場合）や有機絶縁膜の表面に形成された極性ポリマー（上記▲２▼の従来例の場合）がＨ2Ｏと結びついて、上部薄膜電極と有機絶縁膜（有機樹脂）との密着性が低下するという問題点がある。
【００１２】
また、有機絶縁膜（有機樹脂）の表面処理後に、ＲＩＥ法などドライエッチング法により下部薄膜電極の酸化膜を除去するようにした場合、有機絶縁膜の表面処理層や有機絶縁膜の表面に形成された極性ポリマーもエッチングされてしまい、上部薄膜電極と有機絶縁膜の密着強度を向上させることができなくなるばかりではなく、有機絶縁膜自体がエッチングされて膜減りを起こすという問題点がある。
【００１３】
さらに、有機絶縁膜の表面処理を行う前に、下部薄膜電極の表面の酸化膜を除去するようにした場合、酸化膜の除去後に有機絶縁膜を表面処理する際の、酸素プラズマによる処理工程や極性ポリマーの形成工程において、再び下部薄膜電極の表面に酸化膜が形成されてしまい、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性が低下するという問題点がある。
【００１４】
また、上記従来の方法では、有機絶縁膜の表面処理工程と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去工程が独立しているため、製造工程が複雑になり、製造コストの増大を招くという問題点がある。
【００１５】
本願発明は、上記問題点を解決するものであり、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能で、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することが可能な薄膜回路基板の製造方法、及び有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、
基板上に下部薄膜電極を形成する工程と、
該基板の表面に、前記下部薄膜電極を覆うように、有機絶縁膜を形成する工程と、
パターニング用マスクを用いて、前記有機絶縁膜にマスクパターンに対応するビアホールを形成する工程と、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを前記有機絶縁膜が形成された面側から照射して、前記イオンをビアホールを経て、前記下部薄膜電極にまで到達させることにより、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成する工程と、
前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と電気的に導通する上部薄膜電極を、前記表面改質層が形成された前記有機絶縁膜の表面に形成する工程と
を具備することを特徴としている。
【００１７】
本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、基板上に形成された下部薄膜電極上に有機絶縁膜を形成するとともに、有機絶縁膜にビアホールを形成した後、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅより選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを照射して、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成するようにしているので、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能になり、薄膜回路基板の製造工程を簡略化することが可能になるとともに、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することができるようになる。
【００１８】
なお、本願発明において、表面改質係数とは、有機絶縁膜表面に存在する全てのＣ（炭素）に対する、官能基を形成しているＣの割合で定義される概念であり、式(1)で表される。
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
【００１９】
以下、本願発明における表面改質係数の求め方について、図４を参照しつつ、さらに詳しく説明する。
表面改質係数を求めるにあたっては、まず、Ｘ線光電子分光法により、有機絶縁膜表面の各結合のＣの組成比を同定する。
例えば、図４は、有機絶縁膜（ベンゾシクロブテン系樹脂）表面について、Ｘ線光電子分光法により得られるＣ１ｓスペクトルを示す図であり、この図４におけるスペクトルの面積比が各結合のＣの組成比を表しており、また、各スペクトルの合計面積が、検出範囲に存在するＣの総量を表している。
【００２０】
すなわち、図４で検出されているＣ−Ｈ結合又はＣ−Ｃ結合、−Ｃ＝Ｏ結合、及び−ＣＯＯ結合の組成比（面積比）はそれぞれ、８４atm％、１０atm％、６atm％となっており、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基となっているものは、−Ｃ＝Ｏ結合の１０atm％と−ＣＯＯ結合の６atm％を加えた値の１６atm％となる。したがって、この場合の表面改質係数は、上述の式(1)より、０．１６（１６／１００＝０．１６）となる。
【００２１】
なお、本願発明において、上部及び下部薄膜電極とは、いわゆる電極に限られるものではなく、伝送線路やパッドなどを含む広い概念である。
また、本願発明において、基板の形状や構成材料には特別の制約はなく、セラミックなどの種々の材料からなる任意の形状の基板を用いることが可能である。
【００２２】
なお、本願発明において、表面改質係数を０．１〜０．５の範囲としたのは、表面改質係数が０．１未満になると、薄膜電極と有機絶縁膜の密着強度が不十分になり、また、表面改質係数を０．５以上にしようとすると、有機絶縁膜の電気特性の劣化を招くことによる。
【００２３】
また、請求項２の薄膜回路基板の製造方法は、前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００２４】
有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いることにより、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成することが可能になり、本願発明を実効あらしめることが可能になる。
【００２５】
また、請求項３の薄膜回路基板の製造方法は、前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００２６】
上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものを用いることにより、導電性に優れた薄膜電極を備えた薄膜回路基板の製造方法を確実に製造することが可能になる。
【００２７】
また、請求項４の薄膜回路基板の製造方法は、前記不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートが、前記下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下であることを特徴としている。
【００２８】
不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートを、下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下とすることにより、有機絶縁膜の膜減りによる電気特性への悪影響を防止して、信頼性の高い薄膜回路基板を製造することが可能になる。
すなわち、下部薄膜電極と有機絶縁膜のエッチング選択比が大きく、かつ有機絶縁膜の表面処理（官能基の生成）が可能な不活性ガスイオンを使用することにより、有機絶縁膜の表面処理と下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時にかつ効率よく行うことが可能になり、プロセスの簡略化とコストの低減を実現することが可能になる。
【００２９】
また、本願発明（請求項５）の薄膜回路基板は、
基板と、前記基板の表面に配設された下部薄膜電極と、
少なくとも前記下部薄膜電極を覆うように形成された、ビアホールを有する有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成され、前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と導通する上部薄膜電極と
を具備しているとともに、
前記下部薄膜電極の、前記ビアホールを介して前記上部薄膜電極と導通する領域においては表面の酸化膜が除去されており、かつ、
前記有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていること
を特徴としている。
【００３０】
本願発明の薄膜回路基板においては、下部薄膜電極の、ビアホールを介して上部薄膜電極と導通する領域の表面の酸化膜が除去されていることから、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れており、また、有機絶縁膜の表面に、表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていることから、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度に優れており、信頼性の高い薄膜回路基板を得ることが可能になる。なお、本願発明の薄膜回路基板は、上述の請求項１の薄膜回路基板の製造方法により効率よく製造することが可能である。
【００３１】
また、請求項６の薄膜回路基板は、前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００３２】
請求項６の薄膜回路基板においては、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものが用いられていることから、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基などの官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を確実に形成することが可能になり、信頼性を向上させることが可能になる。
【００３３】
また、請求項７の薄膜回路基板は、前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴としている。
【００３４】
請求項７の薄膜回路基板においては、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものが用いられているので、薄膜電極の導電性を向上させることが可能になり、製品の電気的特性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
なお、この実施形態では、基板としてアルミナ基板が用いられ、上部薄膜電極がＴｉ膜（下地膜）上にＣｕ薄膜電極を形成してなる２層構造の薄膜電極であり、下部薄膜電極がＴｉ膜（下地膜）上にＣｕ薄膜電極を形成してなる薄膜電極であって、上部薄膜電極と下部薄膜電極の間に介在する有機絶縁膜がポリイミド樹脂からなるものである場合を例にとって説明する。
【００３６】
(1)まず、図１(ａ)に示すように、アルミナからなる基板１を用意し、プラズマアッシングや、アセトン、イソプロピルアルコール、メターノール、エタノールなどの有機溶剤により表面洗浄を行う。なお、基板としては、アルミナ基板に限らず、半導体基板や誘電体セラミックス基板など種々の基板を用いることが可能である。
【００３７】
(2)次に、図１(ｂ)に示すように、クロロベンゼン法にてリフトオフ用レジストパターン２を形成する。ここではまず、厚膜用ポジ型レジスト（ＡＺＰ４６２０、クラリアント社製）を１５００ｒｐｍ×３０秒の条件でスピン塗布することにより、膜厚６μmのレジスト層を形成し、９０℃のクリーンオーブンにて３０分間プリベークした後、約４０℃に保ったクロロベンゼン中に１０分間基板１を浸して、レジスト表面に対現像液難溶化層を形成し、９０℃のホットプレート上に９０秒間放置して余分なクロロベンゼンを蒸発させる。それから密着露光機にて、ｈ線を用いた露光を行い、アルカリ現像液ＡＺ４００Ｋ（クラリアント社製）中に基板１を２分間浸漬する。これらの作業の後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させる。これにより、図１(ｂ)に示すように、基板１上に所定のレジストパターン２が形成される。
【００３８】
(3)それから、基板１を真空蒸着装置に投入し、基板１との密着層として膜厚が１００nmのＴｉ膜（下地膜）を形成し、続いて、膜厚が５μmのＣｕ膜を成膜することにより、Ｔｉ膜及びＣｕ膜からなる下部薄膜電極用の電極膜１３を形成する（図１(ｃ)）。
【００３９】
(4)次に、図１(ｄ)に示すように、基板１をアセトンに浸漬し、さらに超音波を印加してレジストパターン２と、電極膜１３の不要部分１３ａを除去（リフトオフ）することにより、目的とする電極パターン（下部薄膜電極）３を得る。
【００４０】
(5)次に、図１(ｅ)に示すように、基板１上に３ＡＰＳ（３アミノプロピルシラン）などの密着向上剤を塗布した後、レジスト樹脂として、ワニス状のネガ型感光性ポリイミド（例えば東レ社製「フォトニースＵＲ−３１８０Ｅ」）１４を２１５０ｒｐｍ、３０秒の条件でスピン塗布した後、ホットプレート６０℃・６分＋８０℃・６分＋１００℃・６分の条件でプリベークを行う。
【００４１】
(6)次に、密着露光機にて、ｈ線を４００mJ/cm2の条件で照射した後、ポリイミド専用現像液（例えば東レ社製「ＤＶ−６０５」）に基板１を７．５分間浸漬して未露光部を除去し、さらに酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中にて、４００℃で１時間キュアーしてポリイミドを熱重合させることにより、図１(ｆ)に示すような、所定の位置にビアホールとなる孔５を備えた有機絶縁膜（ポリイミドパターン（膜厚１５μm））４を得る。
【００４２】
(7)次に、有機絶縁膜（ポリイミドパターン）４の表面処理、及び下部薄膜電極３の酸化膜除去を行う。なお、この実施形態では、有機絶縁膜４のエッチングレートを下部薄膜電極３のエッチングレートの１／４以下に設定して、有機絶縁膜４の膜減り量を２５nm以下に抑えることにより、電気特性への影響がないようにした。
具体的には、この実施形態では、Ａｒイオン照射装置を用い、ＲＦパワー４００ｗ、Ａｒガス流量２０sccm、背圧５．２×１０-4Ｔｏｒｒ、イオン電流密度０．３５mA/cm2の条件で４分間の処理を行った。このときの有機絶縁膜４のエッチングレートは３．５nm/min、下部薄膜電極３のエッチングレートは２２nm/minである。
なお、この工程において、有機絶縁膜４の表面には、カルボキシル基及びカルボニル基が生成し、表面改質係数が約０．１６の表面改質層が有機絶縁膜４の表面に形成されることになる。
また、この工程においては、下部薄膜電極（Ｃｕ）３が約１００nmエッチングされるが、下部薄膜電極３がエッチングされるのと同じ程度（約１００nm）に有機絶縁膜（ポリイミド）４がエッチングされて膜減りすると、設計通りの電気特性が得られない場合が生じる。
【００４３】
(8)それから、基板１を真空蒸着装置に投入し、図２(ａ)に示すように、基板１との密着層として膜厚が１００nmのＴｉ膜（下地膜）を形成し、続いて、膜厚が１μmのＣｕ膜を成膜することにより、Ｔｉ膜及びＣｕ膜からなる上部薄膜電極用の電極膜１６を形成する。なお、この電極膜１６の一部は、下部薄膜電極３と上部薄膜電極６を導通させるビアホール導体５ａとなる。
【００４４】
(9)次に、図２(ｂ)に示すように、電極エッチング用のポジ型のレジスト（ＡＺ１５００、クラリアント社製）を２０００ｒｐｍ×３０秒の条件でスピン塗布し（膜厚１．５μm）、９０℃のクリーンオーブンにて３０分間プリベークした後、密着露光機にて、ｈ線を用いた露光を行い、アルカリ現像液ＡＺ４００Ｋ（クラリアント社製）中に、基板１を２分間浸漬し、その後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させることにより所定の領域にレジスト層７を形成する。
【００４５】
(10)それから、ウェットエッチングを行い、図２(ｃ)に示すように、上部薄膜電極用の電極膜１６の不要部分１６ａ（図２(ｂ)）を除去する。なお、具体的には、基板１を塩化第２鉄中に１分間浸漬してＣｕ膜をエッチングした後、濃度５％の弗化水素酸水溶液中に３０秒浸漬してＴｉ膜をエッチングする。その後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させる。
【００４６】
(11)次に、基板１をアセトン中に５分浸漬してレジストを剥離した後、純水にて５分間以上洗浄し、スピン乾燥機にて基板１を乾燥させることにより、図２(ｄ)に示すように、電極パターン（上部薄膜電極）６を形成する。
これにより、基板１と、基板１の表面に配設された所定のパターンの下部薄膜電極３と、有機絶縁膜４と、有機絶縁膜４上に形成された所定のパターンの上部薄膜電極６とを備えた本願発明の薄膜回路基板が得られる。
【００４７】
［有機絶縁膜と薄膜電極の密着性の評価］
それから、上記のようにして作成した薄膜回路基板における有機絶縁膜４とその表面に形成された上部薄膜電極６との密着性を、以下に述べる方法により評価した。
【００４８】
(1)密着性評価試験
有機絶縁膜４と上部薄膜電極６の密着性を評価するにあたっては、図３に示すように、基板１上に形成された有機絶縁膜４（なお、この密着性評価試験では、下部薄膜電極は設けていない）の上に薄膜電極６ａ（上部薄膜電極６に相当する）を形成し、この薄膜電極６ａ上に密着強度評価用のテープ（強度５５８g/cm）１１を貼り付けた後、テープ１１を基板１に対して直角を保ったまま剥がして行くテープ剥離試験を行った。
なお、このテープ剥離試験においては、有機絶縁膜４と薄膜電極６ａの密着強度が不十分な場合には、薄膜電極６ａがテープ１１に付着して剥がれることになる。
【００４９】
この実施形態では、有機絶縁膜４に表面処理を施していない比較例の試料と、Ａｒイオンを照射することにより有機絶縁膜４に表面処理を施した本願発明の実施例の試料を用意し、これらについて、テープ剥離試験を行い、密着性を評価した。
ただし、このテープ剥離試験に供した比較例及び実施例の各試料は、薄膜電極６ａの幅（電極ライン幅）が５μmのものである。また、試料数（ｎ）は４００とした。
【００５０】
(2)密着性評価結果
上記テープ剥離試験において、有機絶縁膜に表面処理を施していない比較例の試料では、膜剥がれ率５７．９％であったが、有機絶縁膜に表面処理を施した本願発明の実施例の試料では、膜剥がれが認められず、膜剥がれ率は０．０％であった。これにより、有機絶縁膜に表面処理を施すことにより、有機絶縁膜と薄膜電極の密着性が大幅に改善されることがわかる。
【００５１】
［有機絶縁膜の表面改質係数の評価］
また、上記のようにして、Ａｒイオンにて表面処理した試料の有機絶縁膜の表面改質係数を求めた。
有機絶縁膜の表面改質係数は、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基を形成しているＣの割合であり、下記の式(1)で表される値である。
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
表面処理を施した実施例の試料の場合（図４参照）、有機絶縁膜表面上の各結合のＣの組成比は、Ｃ−Ｈ結合又はＣ−Ｃ結合のＣの組成比が８４atm％、−Ｃ＝Ｏ結合のＣの組成比が１０atm％、−ＣＯＯ結合のＣの組成比が６atm％となっており、有機絶縁膜表面に存在するＣのうち、官能基となっているものは、−Ｃ＝Ｏ結合の１０atm％と−ＣＯＯ結合の６atm％を加えた値の１６atm％であることから、表面改質係数は、上記の式(1)より０．１６（１６／１００＝０．１６）となる。
【００５２】
なお、種々の試料を作製して、有機絶縁膜４と上部薄膜電極６の密着強度について調べた結果、表面改質係数が０．１未満の場合には密着強度が不足し、０．５を超えると有機絶縁膜の電気特性が劣化することが確認された。
【００５３】
［上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の接続抵抗の評価］
次に、デジタルマルチメーターにより、有機絶縁膜４に形成されたビアホール５を介した上部薄膜電極６と下部薄膜電極３の間の接続抵抗を評価した。すなわち、図５に示すように、基板１上に、厚みが５μmの下部薄膜電極３、平面形状が正方形で一辺が１００μmのビアホール５，５を備えた、厚みが１５μmの有機絶縁膜４、及びビアホールパッド５ｂを順に形成し、ビアホール５，５間（距離５００μm）の接続抵抗を４端子法により測定した（試料数ｎ＝４００）。
【００５４】
その結果、Ａｒイオンにて表面処理していない試料の場合には、接続抵抗が９６０mΩと高かったのに対して、Ａｒイオンにて表面処理を施した本願発明の実施例にかかる試料については４．７mΩと接続抵抗が大幅に低下することが確認された。
これは、Ａｒイオンをビアホール５を経て下部薄膜電極３にまで到達させることにより、下部薄膜電極３の表層の酸化膜が除去されたことによるものである。
【００５５】
なお、上記実施形態では、表面処理方法として、Ａｒイオンを照射する方法を用いた場合について説明したが、その他にも、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、及びＸｅなどの不活性ガスのイオンを照射するように構成することも可能である。
【００５６】
また、上記実施形態では、上部薄膜電極及び下部薄膜電極を構成する材料としてＣｕを用いているが（密着層はＴｉ膜）、薄膜電極材料としては、その他にもＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ及びＮｂなどの少なくとも１種を含む種々の材料を用いることが可能である。
【００５７】
また、上記実施形態では、有機絶縁膜として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明したが、有機絶縁膜としては、その他にも、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂などの種々の樹脂を用いることが可能である。
【００５８】
本願発明はさらにその他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００５９】
【発明の効果】
上述のように、本願発明（請求項１）の薄膜回路基板の製造方法は、基板上に形成された下部薄膜電極上に有機絶縁膜を形成するとともに、有機絶縁膜にビアホールを形成した後、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅより選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを照射して、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成するようにしているので、有機絶縁膜の表面処理と、下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時に行うことが可能になり、薄膜回路基板の製造工程を簡略化することが可能になるとともに、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度及び上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れた薄膜回路基板を効率よく製造することができる。
【００６０】
また、請求項２の薄膜回路基板の製造方法のように、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いることにより、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成することが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
【００６１】
また、請求項３の薄膜回路基板の製造方法のように、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものを用いた場合、導電性に優れた薄膜電極を備えた薄膜回路基板の製造方法を確実に製造することができるようになる。
【００６２】
また、請求項４の薄膜回路基板の製造方法のように、不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートを、下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下とした場合、有機絶縁膜の膜減りによる電気特性への悪影響を防止して、信頼性の高い薄膜回路基板を製造することが可能になる。すなわち、下部薄膜電極と有機絶縁膜のエッチング選択比が大きく、かつ有機絶縁膜の表面処理（官能基の生成）が可能な不活性ガスイオンを使用することにより、有機絶縁膜の表面処理と下部薄膜電極の表面の酸化膜の除去を同時にかつ効率よく行うことが可能になり、プロセスの簡略化とコストの低減を実現することが可能になる。
【００６３】
また、本願発明（請求項５）の薄膜回路基板は、下部薄膜電極の、ビアホールを介して上部薄膜電極と導通する領域の表面の酸化膜が除去されていることから、上部薄膜電極と下部薄膜電極の導通信頼性に優れており、また、有機絶縁膜の表面に、表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていることから、有機絶縁膜と上部薄膜電極の密着強度に優れた薄膜回路基板を得ることができる。なお、本願発明の薄膜回路基板は、上述の請求項１の薄膜回路基板の製造方法により効率よく製造することが可能である。
【００６４】
また、請求項６の薄膜回路基板のように、有機絶縁膜として、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものを用いた場合、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基などの官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を確実に形成することが可能になり、信頼性を向上させることが可能になる。
【００６５】
また、請求項７の薄膜回路基板においては、上部薄膜電極及び下部薄膜電極の構成材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有するものが用いられているので、薄膜電極の導電性を向上させることが可能になり、電気的特性の高い薄膜回路基板を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (ａ)〜(ｆ)は、本願発明の薄膜回路基板の製造方法を示す図である。
【図２】 (ａ)〜(ｄ)は、本願発明の薄膜回路基板の製造方法を示す図である。
【図３】上部薄膜電極の有機絶縁膜に対する密着強度を評価するテープ剥離試験の実施方法を説明する図である。
【図４】表面処理を施した本願発明の実施例にかかる有機絶縁膜表面のＸ線光電子分光法によるＣ１ｓスペクトルを示す図である。
【図５】上部薄膜電極と下部薄膜電極の間の接続抵抗の測定方法を示す図である。
【図６】従来の薄膜回路基板の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ レジストパターン
３ 下部薄膜電極（電極パターン）
４ 有機絶縁膜（ポリイミドパターン）
５ ビアホール（孔）
５ａ ビアホール導体
５ｂ ビアホールパッド
６ 上部薄膜電極
６ａ 上部薄膜電極に相当する薄膜電極
７ 電極エッチング用のポジ型のレジスト
１１ テープ
１３ 下部薄膜電極用の電極膜
１３ａ 電極膜の不要部分
１４ レジスト樹脂（ネガ型感光性ポリイミド）
１６ 上部薄膜電極用の電極膜
１６ａ 電極膜の不要部分
Claims (7)
- 基板上に下部薄膜電極を形成する工程と、
該基板の表面に、前記下部薄膜電極を覆うように、有機絶縁膜を形成する工程と、
パターニング用マスクを用いて、前記有機絶縁膜にマスクパターンに対応するビアホールを形成する工程と、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスのイオンを前記有機絶縁膜が形成された面側から照射して、前記イオンをビアホールを経て、前記下部薄膜電極にまで到達させることにより、下部薄膜電極の表層の酸化膜を除去するとともに、有機絶縁膜の表面にスルホン基、カルボキシル基、カルボニル基、フェノール基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を生成させて、有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層を形成する工程と、
前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と電気的に導通する上部薄膜電極を、前記表面改質層が形成された前記有機絶縁膜の表面に形成する工程と
を具備することを特徴とする薄膜回路基板の製造方法。 - 前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴とする請求項１記載の薄膜回路基板の製造方法。
- 前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜回路基板の製造方法。
- 前記不活性ガスのイオンによる有機絶縁膜のエッチングレートが、前記下部薄膜電極のエッチングレートの１／４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜回路基板の製造方法。
- 基板と、前記基板の表面に配設された下部薄膜電極と、
少なくとも前記下部薄膜電極を覆うように形成された、ビアホールを有する有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に形成され、前記ビアホールを介して前記下部薄膜電極と導通する上部薄膜電極と
を具備しているとともに、
前記下部薄膜電極の、前記ビアホールを介して前記上部薄膜電極と導通する領域においては表面の酸化膜が除去されており、かつ、
前記有機絶縁膜の表面に、下記の式(1)：
表面改質係数＝官能基の総数／有機絶縁膜表面に存在するＣの総数……(1)
で表される表面改質係数が０．１〜０．５の表面改質層が形成されていること
を特徴とする薄膜回路基板。 - 前記有機絶縁膜が、ポリイミド、エポキシ、ベンゾシクロブテン、ビスマレイミドトリアジン、アクリル、環状オレフィン系樹脂のうち少なくとも１種を含むものであることを特徴とする請求項５記載の薄膜回路基板。
- 前記上部薄膜電極及び前記下部薄膜電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｂからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであることを特徴とする請求項５又は６記載の薄膜回路基板。
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