株式会社JCU

JCUテクニカルレポート バックナンバー一覧

MSAPプロセス対応JCU製品の紹介

営業本部 CS技術統括部

電子技術部

松山 哲大  Tetsuhiro MATSUYAMA / 山崎 宣広 Nobuhiro YAMAZAKI

はじめに

近年、電子機器に搭載されるプリント配線板は、小型・薄型・高密度化に向け、配線の更なるファインピッチ化が要求されている。それに伴い、非回路部をエッチング除去するサブトラクティブ法に対し、必要な箇所にのみ電解銅めっきにて配線を形成するSemi-Additive Process(以下、SAP)がより微細な配線形成には有利である。その中でも近年はMSAPが注目されており、微細配線形成はSAPに劣るものの、サブトラクティブ法よりもファインピッチ化が可能な事より、スマートフォンに搭載されるマザーボードへの展開が進められている。理由としては、微細配線を形成することで積層層数の削減が可能となり、プリント配線板をより薄く、小型化することができるためである。

当社では、微細配線形成に必要とされる工程において、フォトリソグラフィー工程を除く全てのプロセスを取り揃えている(図1)。本報では微細配線形成のためのMSAPに関わる製品をピックアップして紹介する。

 

 

図1 微細配線形成工程のJCUプロセスフロー

デスミア・無電解銅めっき(BVH導電化) LIZATRON

LIZATRONは、デスカムから無電解めっきまでを一連とした無電解めっきプロセスである。キャタライザーは、塩酸タイプのPd-Snコロイドを使用しており、アクセレレーターにて余分なSnコロイドを除去することで効率よく金属Pdを析出させることが可能である。これにより、低濃度のキャタライザーでも密着性が確保でき、かつPdの削減が見込める。性能に関しては、更に改良を検討し、従来に比べてBVH底部への析出性を向上させる事ができる。(図2)

 

 

図2 ビア底部付き回り性(120µmφ、d=70µm)

 

 

図2より、ビア壁面底部への付き回り(ビア下部/ビア上部)が、従来製品では70%であるのに対し検討浴では2倍の140%と高い性能であることを示している。また、浴安定性に関しては、シアン非含有でありながらシアン浴とほぼ同等である(現在開発中)。

LIZATRONは、デスカムから無電解めっきまでを一連とした無電解めっきプロセスである。キャタライザーは、塩酸タイプのPd-Snコロイドを使用しており、アクセレレーターにて余分なSnコロイドを除去することで効率よく金属Pdを析出させることが可能である。これにより、低濃度のキャタライザーでも密着性が確保でき、かつPdの削減が見込める。性能に関しては、更に改良を検討し、従来に比べてBVH底部への析出性を向上させる事ができる。(図2)

 

 

図2 ビア底部付き回り性(120µmφ、d=70µm)

 

 

図2より、ビア壁面底部への付き回り(ビア下部/ビア上部)が、従来製品では70%であるのに対し検討浴では2倍の140%と高い性能であることを示している。また、浴安定性に関しては、シアン非含有でありながらシアン浴とほぼ同等である(現在開発中)。

ドライフィルム現像残渣除去プロセス WD

ウェットデスカム(以下、WD)は、ファインピッチなドライフィルムレジスト(以下、DFR)パターン間に現像工程にて残留したDFR残渣をウェットプロセスにより除去することで、後工程で発生するアンダーカットを抑制可能なプロセスである。

WDの有無および、プラズマ処理との性能比較を図3に示す。効果としては、プラズマ処理とほぼ同等のアンダーカット抑制効果が確認できる。また、処理時間が10秒前後と短時間であるため、既存の現像装置を改良して導入することが可能であり、生産性の低下も無い。

 

 

図3 WD、プラズマ処理アンダーカット比較(L/S=10/10µm)

ウェットデスカム(以下、WD)は、ファインピッチなドライフィルムレジスト(以下、DFR)パターン間に現像工程にて残留したDFR残渣をウェットプロセスにより除去することで、後工程で発生するアンダーカットを抑制可能なプロセスである。

WDの有無および、プラズマ処理との性能比較を図3に示す。効果としては、プラズマ処理とほぼ同等のアンダーカット抑制効果が確認できる。また、処理時間が10秒前後と短時間であるため、既存の現像装置を改良して導入することが可能であり、生産性の低下も無い。

 

 

図3 WD、プラズマ処理アンダーカット比較(L/S=10/10µm)

低発泡酸性クリーナー PB-280

PB-280は、従来に比べ同等の高い洗浄力を保持し、かつ低発泡タイプの酸性クリーナーである。また、DFRパターンへのアタック性も抑制されるのでDFRファインパターンに対して剥れや配線蛇行などを低減できる。(図4)

 

 

図4 DFRパターンへの影響(L/S=7/7µm)

PB-280は、従来に比べ同等の高い洗浄力を保持し、かつ低発泡タイプの酸性クリーナーである。また、DFRパターンへのアタック性も抑制されるのでDFRファインパターンに対して剥れや配線蛇行などを低減できる。(図4)

 

 

図4 DFRパターンへの影響(L/S=7/7µm)

ビアフィリング・パターンめっきプロセス CU-BRITE VF6

 

当社主力製品でもある電解硫酸銅めっきとしては、スルーホール、ビアフィリング及びパターンめっきなどニーズに適したプロセスを数多く揃えている。その中でもCU-BRITE VF5はSAP用途に開発したもので、開口径φ15、20µmの小径ビアに対し表層膜厚5µmで良好なフィリング性が得られ(図5)、更に、高硫酸濃度にて使用可能であることから面内均一性の優れためっき膜厚が確保できるので、今後のMSAPにも有利である。

また、更なる面内均一性の要求から新製品としてCU-BRITE VF6を開発し、従来製品と同等のフィリング性を有し、かつ面内均一性を約20%向上させることができる(図6、7)。

 

図5 フィリング性および面内均一性(表層膜厚:5µm)

 

 

 

図6 フィリング性能比較 (表層膜厚:15µm)

 

 

 

図7 面内均一性比較(弊社独自粗密パターン品 膜厚:16µm)

 

当社主力製品でもある電解硫酸銅めっきとしては、スルーホール、ビアフィリング及びパターンめっきなどニーズに適したプロセスを数多く揃えている。その中でもCU-BRITE VF5はSAP用途に開発したもので、開口径φ15、20µmの小径ビアに対し表層膜厚5µmで良好なフィリング性が得られ(図5)、更に、高硫酸濃度にて使用可能であることから面内均一性の優れためっき膜厚が確保できるので、今後のMSAPにも有利である。

また、更なる面内均一性の要求から新製品としてCU-BRITE VF6を開発し、従来製品と同等のフィリング性を有し、かつ面内均一性を約20%向上させることができる(図6、7)。

 

図5 フィリング性および面内均一性(表層膜厚:5µm)

 

 

 

図6 フィリング性能比較 (表層膜厚:15µm)

 

 

 

図7 面内均一性比較(弊社独自粗密パターン品 膜厚:16µm)

DFR剥離プロセス RS-083 SU

SAPでは一般的にDFRを微細粉砕して剥離する水溶性有機溶剤剥離液が多く採用されている。しかしながら、空気中に含まれる炭酸ガスとの反応に伴い、炭酸塩類が蓄積してDFRの剥離性能が低下することが懸念されている。この対策として当社は従来と同等の剥離性能で、かつ耐炭酸性を有し、浴寿命を従来の約1.5倍以上できるRS-083 SUを開発した。

浴寿命評価データを図8に示す。浴寿命に達した従来浴にて処理した際(浴温50℃、浸漬処理、揺動あり、DFR:SAP用25µm厚、5×5cm2)のDFR断片サイズを基準に評価した結果、RS-083 SUの浴寿命は従来の約1.8倍であることが確認できている。これにより処理液空け替え等の作業ロスの低減が図れ、コスト低減に貢献できると考える。

 

 

図8 スプレー稼動時間における剥離片サイズの変化

SAPでは一般的にDFRを微細粉砕して剥離する水溶性有機溶剤剥離液が多く採用されている。しかしながら、空気中に含まれる炭酸ガスとの反応に伴い、炭酸塩類が蓄積してDFRの剥離性能が低下することが懸念されている。この対策として当社は従来と同等の剥離性能で、かつ耐炭酸性を有し、浴寿命を従来の約1.5倍以上できるRS-083 SUを開発した。

浴寿命評価データを図8に示す。浴寿命に達した従来浴にて処理した際(浴温50℃、浸漬処理、揺動あり、DFR:SAP用25µm厚、5×5cm2)のDFR断片サイズを基準に評価した結果、RS-083 SUの浴寿命は従来の約1.8倍であることが確認できている。これにより処理液空け替え等の作業ロスの低減が図れ、コスト低減に貢献できると考える。

 

 

図8 スプレー稼動時間における剥離片サイズの変化

MSAP用エッチングピット低減シード層除去プロセス POF

フラッシュエッチング(シード層除去)工程においては、配線の細りを最小限に抑えて、かつ矩形配線形成が要求される。当社では、高い矩形配線が形成可能な過酸化水素/硫酸系のFE-830Ⅱを展開している。しかし、一般的に過酸化水素/硫酸ベースのエッチング液は粒界腐食性が高いため、部分的な過剰腐食(以下、ピット)が発生することが多い。このピットは単に外観不良のみならず回路の断線や層間接続不良、最外層貴金属めっき析出不良を引き起こすことが懸念されており、MSAPにおける微細配線形成の課題の一つとされている。その対策として、現在はエッチング前に加熱処理(アニール)が一般的ではあるが、生産性の低下から短時間、更には熱処理回避等の要求が高まっている。このような背景の中、当社はピット抑制効果を有するフラッシュエッチング液POFを開発した。

POFの性能について図9、10に示す。図9よりPOFは従来(FE-830Ⅱ)とほぼ同等の矩形配線を形成できる。また、ピット抑制効果に関しては、パターンめっき直後(熱処理無し)の状態においても従来の1/10程度までにピットを抑制できる(図10)。更に、150℃のアニール処理を加えることで、ピット抑制効果が向上し、当社試験では最短で5分の処理で効果が得られた。

 

 

図9 微細配線形成

 

 

図10 ピット抑制効果

フラッシュエッチング(シード層除去)工程においては、配線の細りを最小限に抑えて、かつ矩形配線形成が要求される。当社では、高い矩形配線が形成可能な過酸化水素/硫酸系のFE-830Ⅱを展開している。しかし、一般的に過酸化水素/硫酸ベースのエッチング液は粒界腐食性が高いため、部分的な過剰腐食(以下、ピット)が発生することが多い。このピットは単に外観不良のみならず回路の断線や層間接続不良、最外層貴金属めっき析出不良を引き起こすことが懸念されており、MSAPにおける微細配線形成の課題の一つとされている。その対策として、現在はエッチング前に加熱処理(アニール)が一般的ではあるが、生産性の低下から短時間、更には熱処理回避等の要求が高まっている。このような背景の中、当社はピット抑制効果を有するフラッシュエッチング液POFを開発した。

POFの性能について図9、10に示す。図9よりPOFは従来(FE-830Ⅱ)とほぼ同等の矩形配線を形成できる。また、ピット抑制効果に関しては、パターンめっき直後(熱処理無し)の状態においても従来の1/10程度までにピットを抑制できる(図10)。更に、150℃のアニール処理を加えることで、ピット抑制効果が向上し、当社試験では最短で5分の処理で効果が得られた。

 

 

図9 微細配線形成

 

 

図10 ピット抑制効果

おわりに

本稿ではMSAPを中心とした一部の紹介だが、その他にもダイレクトレーザーBVH加工前後処理やDFR密着性向上処理、更にはETSプロセス用のフラッシュエッチング処理等の一連の製品も保有している。

エニーレイヤーからMSAP化への転換期である現在、当社は単一プロセスの提案ではなく、その前後含めたトータルプロセスでの全体最適として、ファインピッチ化をはじめとする、次世代技術発展に貢献できるよう努めていきたい。

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JCUテクニカルレポート 102号 2017年8月