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JCUテクニカルレポート バックナンバー一覧

ネオアドヒージョンNA、ナノラフネスNR

総合研究所
エレクトロニクス技術開発1部
エッチング技術課
文蔵 隆志Takashi FUMIKURA

はじめに

近年、微細配線形成技術に代表されるセミアディティブプロセスにおいては、前記表皮抵抗低減対応として、ビルドアップフィルムの低粗度化が進んでいる。これに伴いその樹脂層に形成される無電解銅めっきシード層も平滑化しており、粗化形状を利用した密着力(アンカー効果)が得られない為、パターンレジスト(ドライフィルム)に対して密着性の確保が困難になってきている。
この問題に対して、一般的な0.5~1μm程度のエッチング量を必要とする粗化液を用いてドライフィルムレジストとの密着性を得ようとしても、無電解銅めっきシード層の厚さは1μm前後と非常に薄く、粗化が形成される前にシード層が溶解除去(エッチングアウト)してしまう為、現状では銅表面をエッチングしない酸洗浄等の表面クリーニングに留まっている。
また、銅配線と絶縁樹脂材料間の密着性を得るための方法は、銅表面を化学エッチングで粗化して凹凸を形成し、アンカー効果により密着を得る方法が主流となっている。
しかしながら、回路表面の凹凸は、高密度化・高速伝送化への妨げとなるため、銅表面が平滑であることが好ましく、粗化レスで密着性を得る接着技術や表皮抵抗に影響を与えない程度の粗度で銅表面を粗化することの出来る技術が求められている。
様々な要求の中、我々は「ドライフィルムレジストと銅に対し密着力を保つ接着層形成液」及び「低エッチング量かつ微細粗化形状を得られるエッチング液」の開発を行なっている。
本稿では、粗化レス密着処理プロセス「NA」及び、微量エッチング粗化プロセス「NR」を紹介する。

DFR前処理「ネオアドヒージョンNA」

1)「NA」プロセスについて
NA」は銅表面に有機被膜を形成し、ドライフィルムとの密着性を向上させる表面処理剤である。
図1にNAの推奨プロセスを示す。プロセスとしてはNA処理後に、ドライフィルムラミネート・露光・現像工程を経て更にその後に、プラズマ処理を推奨している。
NAはドライフィルムの現像液と硫酸銅めっき浴に対し被膜が溶解しないように設計している。プラズマ処理を経ずに硫酸銅めっきを施すと、無電解銅めっき(シード)層と硫酸銅めっき層間にNA被膜が残り、後のフラッシュエッチング時に被膜箇所へエッチング液が浸透し、アンダーカットや、回路剥離の発生原因となってしまう。
尚、プラズマ処理はNAの残膜除去だけではなく、ドライフィルムの現像残渣やフリル(裾残り)の除去にも効果を発揮する為、微細配線形成においては非常に有効である。


2)「NA」処理後の銅表面とドライフィルムの密着性
図2にNA処理を施した銅とドライフィルムのクロスカット結果を示す。
NA処理は銅を溶解しないので未処理と同等の表面形状である。しかし、ドライフィルムのクロスカットでは顕著な差が出ており、ドライフィルムのラミネート前処理として非常に有効なプロセスであることが判る。
尚、NAはドライフィルムのような「一時的に密着させ、後に剥がす」事が必須条件の為、積層樹脂材料に対する永久的な密着を要求される工程には不向きである。

1)「NA」プロセスについて
NA」は銅表面に有機被膜を形成し、ドライフィルムとの密着性を向上させる表面処理剤である。
図1にNAの推奨プロセスを示す。プロセスとしてはNA処理後に、ドライフィルムラミネート・露光・現像工程を経て更にその後に、プラズマ処理を推奨している。
NAはドライフィルムの現像液と硫酸銅めっき浴に対し被膜が溶解しないように設計している。プラズマ処理を経ずに硫酸銅めっきを施すと、無電解銅めっき(シード)層と硫酸銅めっき層間にNA被膜が残り、後のフラッシュエッチング時に被膜箇所へエッチング液が浸透し、アンダーカットや、回路剥離の発生原因となってしまう。
尚、プラズマ処理はNAの残膜除去だけではなく、ドライフィルムの現像残渣やフリル(裾残り)の除去にも効果を発揮する為、微細配線形成においては非常に有効である。


2)「NA」処理後の銅表面とドライフィルムの密着性
図2にNA処理を施した銅とドライフィルムのクロスカット結果を示す。
NA処理は銅を溶解しないので未処理と同等の表面形状である。しかし、ドライフィルムのクロスカットでは顕著な差が出ており、ドライフィルムのラミネート前処理として非常に有効なプロセスであることが判る。
尚、NAはドライフィルムのような「一時的に密着させ、後に剥がす」事が必須条件の為、積層樹脂材料に対する永久的な密着を要求される工程には不向きである。

微量エッチング粗化処理「ナノラフネス NR」

1)「NR」プロセスについて
「NR」は低エッチング量で、銅表面にナノオーダーの微細な凹凸を形成し、樹脂材料との密着性向上を図る粗化液である。
NRは通常の粗化エッチングとは異なり、0.05~0.2μm程度のエッチング量で凹凸が形成される為、無電解銅めっき品のドライフィルムラミネート前処理として適用することが出来る。
また、配線回路に対しNR処理を施すことで、積層樹脂材料等との密着を得ることも可能である。
図3にNRの推奨プロセスを示す。プロセスとしては、一般的な粗化エッチング工程と同様である。NRの処理前に銅表面が酸化しているようであれば酸洗浄工程を推奨する。エッチング量が0.05~0.2μm前後ということもあり、銅の表面の汚れや錆が処理後の形状に大きな影響を与える為である。場合により、アルカリ洗浄等で表面の有機等の汚れを完全に除去する必要もある。


2)「NR」処理後の銅表面とドライフィルムの密着性
図4にNR処理を施した無電解銅めっきの表面形状を示す。0.1μm程のエッチング量で表面に微細な凹凸が形成されていることが分かる。
この表面形状に対し、ドライフィルムをラミネートしたものを図5に示す。未処理ではドライフィルムと銅との間に隙間が生じている。一方NR処理品はドライフィルムが銅に対し追従し、隙間無く密着していることが分かる。



現像後のドライフィルム幅(3~7μm)に対し、残存した幅及び、その後に硫酸銅めっきにて配線形成した際の配線残存の幅を表1に示す。
酸洗浄品は現像した段階でドライフィルムが残存した最も細線の幅が5μmとなった。一方、NR0.1μmエッチングを施すと、4μm幅のドライフィルムが残存している。
更にその後、硫酸銅めっきを施した結果では、酸洗浄品は5μm以下の配線が形成されなかったが、NR処理品は4μm幅の配線が形成される結果となり、ドライフィルムの前処理として有効である事が確認出来た。



3)「NR」処理銅と絶縁樹脂材料との密着性
図6にNR処理を施した硫酸銅めっきの表面形状を示す。0.1μm程のエッチング量で銅表面に微細な地割れ状の凹凸が形成されている事が分かる。


NRエッチングを施した硫酸銅めっき銅表面に対し、絶縁樹脂材料をラミネートし、ピール強度の測定を行った結果を図7に示す。
低粗度樹脂材料のNRエッチング後のピール強度は、0.8~0.9kN/mの値を示す結果が得られた。
従来の粗化エッチングの1/10程度の低エッチング量で十分な密着力を得ることができる為、過剰エッチングによる回路の縮小や剥離、更には表皮抵抗等の問題を解消することが期待出来る。


また、NR処理は低粗度での物理密着として、ソルダーレジスト塗布前処理としても有効である。

1)「NR」プロセスについて
「NR」は低エッチング量で、銅表面にナノオーダーの微細な凹凸を形成し、樹脂材料との密着性向上を図る粗化液である。
NRは通常の粗化エッチングとは異なり、0.05~0.2μm程度のエッチング量で凹凸が形成される為、無電解銅めっき品のドライフィルムラミネート前処理として適用することが出来る。
また、配線回路に対しNR処理を施すことで、積層樹脂材料等との密着を得ることも可能である。
図3にNRの推奨プロセスを示す。プロセスとしては、一般的な粗化エッチング工程と同様である。NRの処理前に銅表面が酸化しているようであれば酸洗浄工程を推奨する。エッチング量が0.05~0.2μm前後ということもあり、銅の表面の汚れや錆が処理後の形状に大きな影響を与える為である。場合により、アルカリ洗浄等で表面の有機等の汚れを完全に除去する必要もある。


2)「NR」処理後の銅表面とドライフィルムの密着性
図4にNR処理を施した無電解銅めっきの表面形状を示す。0.1μm程のエッチング量で表面に微細な凹凸が形成されていることが分かる。
この表面形状に対し、ドライフィルムをラミネートしたものを図5に示す。未処理ではドライフィルムと銅との間に隙間が生じている。一方NR処理品はドライフィルムが銅に対し追従し、隙間無く密着していることが分かる。



現像後のドライフィルム幅(3~7μm)に対し、残存した幅及び、その後に硫酸銅めっきにて配線形成した際の配線残存の幅を表1に示す。
酸洗浄品は現像した段階でドライフィルムが残存した最も細線の幅が5μmとなった。一方、NR0.1μmエッチングを施すと、4μm幅のドライフィルムが残存している。
更にその後、硫酸銅めっきを施した結果では、酸洗浄品は5μm以下の配線が形成されなかったが、NR処理品は4μm幅の配線が形成される結果となり、ドライフィルムの前処理として有効である事が確認出来た。



3)「NR」処理銅と絶縁樹脂材料との密着性
図6にNR処理を施した硫酸銅めっきの表面形状を示す。0.1μm程のエッチング量で銅表面に微細な地割れ状の凹凸が形成されている事が分かる。


NRエッチングを施した硫酸銅めっき銅表面に対し、絶縁樹脂材料をラミネートし、ピール強度の測定を行った結果を図7に示す。
低粗度樹脂材料のNRエッチング後のピール強度は、0.8~0.9kN/mの値を示す結果が得られた。
従来の粗化エッチングの1/10程度の低エッチング量で十分な密着力を得ることができる為、過剰エッチングによる回路の縮小や剥離、更には表皮抵抗等の問題を解消することが期待出来る。


また、NR処理は低粗度での物理密着として、ソルダーレジスト塗布前処理としても有効である。

おわりに

電子関連の技術は日進月歩であり、今後も更なる微細化が進むと考えられる。本稿で紹介した「NA」「NR」は密着性の問題で、これまで困難とされてきた領域の微細配線形成において効果が期待でき、歩留まりや性能の向上に貢献できるものと考えている。

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JCUテクニカルレポート 93号 2013年1月