説明

金属表面処理方法および配線基板の製造方法

【課題】15μm以下の微細な銅または銅合金配線の表面を、低エッチング量(エッチング量0.5μm以下)でRa値が0.5μm以下の程度に粗化することにより、微細な銅配線とレジストや層間絶縁材等の樹脂との密着性が優れる表面とする配線基板の処理方法を提供する。
【解決手段】過酸化水素、硝酸等の無機酸、ハロゲンイオン、およびトリアゾールを含有する第一処理液で処理した後、過酸化水素、無機酸を含有する第二処理液で処理し、さらに、シラン化合物を含有する第三処理液で処理する配線基板の処理方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気、電子機器等に使用されるプリント配線板の製造に使用される銅および銅合金配線の表面処理方法および配線基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化に伴い、プリント配線板には銅配線の微細化が強く要求されてきている。
【0003】
従来のプリント配線板において銅配線を形成する方法としては、一般的にサブトラクティブ法とセミアディティブ法がある。サブトラクティブ法は、銅表面にエッチングレジスト層を形成、その後に露光、現像してレジストパターンを形成する。その後、不要な銅をエッチングし、レジストを剥離して配線を形成する。
【0004】
セミアディティブ法は、絶縁材に金属層(シード層)を形成、その表面にメッキレジスト層を形成、その後に露光、現像してレジストパターンを形成する。その後、電気銅メッキを施して、レジストを剥離し、シード層をエッチングして配線を形成する。
【0005】
多層基板の場合、上で形成された配線上に層間絶縁材を積層させる。また、最外層の配線には配線形成後に外部接続端子等以外の配線を保護するため、配線上にソルダーレジストやカバーレイを形成させる。
【0006】
一般的に層間絶縁材やレジストには樹脂を使用しており、銅配線と層間絶縁材やレジスト等の樹脂との密着性を良好とするため、バフ研磨、スクラブ研磨等の機械処理や粗化剤等の化学研磨処理により銅表面を粗化している。
【0007】
粗化剤として、過酸化水素、硫酸、ベンゾトリアゾール類、塩化物イオンを含有する銅及び銅合金の表面粗化処理液(特許文献1)に関する技術が開示されているが、15μm以下の銅金属配線とソルダーレジストとの密着性に関する記載はなく、特許文献1記載の処理液を用いてエッチング処理を行なった後の層間絶縁樹脂との密着性は不十分であった(比較例5)。過酸化水素、無機酸、トリアゾール、テトラゾール、イミダゾールなどの腐食防止剤、ハライドイオン源を含有する水溶液(特許文献2)、オキソ酸、過酸化物、アゾール及びハロゲン化物を含むエッチング液(特許文献3)、過酸化水素、無機酸、トリアゾール、テトラゾール及び/又はイミダゾール並びに界面活性剤を含む接着促進組成物(特許文献4)、過酸化水素、硫酸、フェニルテトラゾール、塩素イオン源を含有するマイクロエッチング剤(特許文献5)、過酸化水素、硫酸、アミノテトラゾール、テトラゾール化合物、ホスホン酸系キレート剤を含有する表面粗化剤(特許文献6)、無機酸及び銅の酸化剤からなる主剤とアゾール類及びエッチング抑制剤からなる助剤とを含む水溶液からなるマイクロエッチング剤(特許文献7)などが知られている。
【0008】
従来の粗化剤(エッチング剤)では、銅表面を数μmエッチングして銅表面を粗面化して物理的(アンカー)効果で銅と層間絶縁材やレジストとの密着を確保している。しかし、近年、銅配線幅が従来の30〜50μmから15μm以下へと微細化されてきており、従来の粗化剤(エッチング剤)では、銅配線の幅細りが大きく配線形成が困難(配線の消失)、また銅配線表面の粗さが大きい(深さ方向の凹凸が大きい)ため断線発生の問題が懸念されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特許第4280171号公報
【特許文献2】特許第3471610号公報
【特許文献3】特開平10−56263号公報
【特許文献4】特許第2740768号公報
【特許文献5】特開2002−47583号公報
【特許文献6】特開2009−19270号公報
【特許文献7】特開2000−282265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、15μm以下の微細な銅配線に対して、エッチング量0.5μm以下のエッチング処理で、Ra値(表面粗さ)が0.5μm以下の表面状態を有し、銅配線と層間絶縁材やソルダーレジスト等の樹脂との密着性に優れる銅又は銅合金表面を粗化するための表面処理方法および配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、過酸化水素、無機酸、ハロゲンイオン、トリアゾール類からなる第一処理液、過酸化水素、無機酸からなる第二処理液、およびシラン化合物からなる第三処理液で、銅又は銅合金表面を低エッチング量で粗化することにより、微細な銅配線において銅配線と層間絶縁材やソルダーレジスト等の樹脂との密着性が優れることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0012】
即ち、本発明は、以下のとおりである。
1.配線幅15μm以下の銅または銅合金からなる金属配線基板の金属表面を粗化する方法であって、過酸化水素0.1〜1質量%、無機酸0.3〜2質量%、ハロゲンイオン0.0001〜0.0003質量%およびトリアゾール類0.01〜0.2質量%を含有する第一処理液を用いて処理した後、過酸化水素1〜30質量%、無機酸0.001〜0.1質量%を含有する第二処理液を用いて該金属配線表面を処理することを特徴とする金属表面処理方法。
2.さらに、シラン化合物0.1〜5質量%含有することを特徴とする第三処理液を用いて該金属配線表面を処理することを特徴とする金属表面処理方法。
3.無機酸が、硝酸、硫酸およびリン酸から選ばれた少なくとも1種の無機酸であることを特徴とする第1項または第2項記載の金属表面処理方法。
4.ハロゲンイオンが、塩素イオンまたは臭素イオンであることを特徴とする第1項または第2項に記載の金属表面処理方法。
5.トリアゾール類が、1H−ベンゾトリアゾール、4−メチルベンゾトリアゾールおよび5−メチルベンゾトリアゾールから選ばれた少なくとも1種のトリアゾール類であることを特徴とする第1項または第2項に記載の金属表面処理方法。
6.ハロゲンイオンとトリアゾール類の質量比(ハロゲンイオン/トリアゾール類)が0.0002〜0.003であることを特徴とする請求項1または第2項に記載の金属表面処理方法。
7.シラン化合物が、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、およびN−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする第2項に記載の金属表面処理方法。
8.過酸化水素0.1〜1質量%、無機酸0.3〜2質量%、ハロゲンイオン0.0001〜0.0003質量%およびトリアゾール類0.01〜0.2質量%を含有する第一処理液を用いて処理し、過酸化水素1〜30質量%、無機酸0.001〜0.1質量%を含有する第二処理液を用いて処理し、シラン化合物0.1〜5質量%を含有することを特徴とする第三処理液を用いて、配線幅15μm以下の銅または銅合金からなる金属配線基板の金属表面の表面粗さ(Ra値)を0.5μm以下の金属配線基板の製造方法。
9.無機酸が、硝酸、硫酸およびリン酸から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする第8項に記載の配線基板の製造方法。
10.ハロゲンイオンが、塩素イオンまたは臭素イオンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする第8項に記載の配線基板の製造方法。
11.トリアゾール類が、1H−ベンゾトリアゾール、4−メチルベンゾトリアゾールおよび5−メチルベンゾトリアゾールから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする第8項に記載の配線基板の製造方法。
12.ハロゲンイオンとトリアゾール類の濃度の質量比(ハロゲンイオン/トリアゾール類)が0.0002〜0.003であることを特徴とする第8項に記載の配線基板の製造方法。
13.シラン化合物が、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、およびN−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする第8項に記載の配線基板の製造方法。
【発明の効果】
【0013】
本発明の表面処理液を用いる処理方法によって、従来困難であった低エッチング量(0.5μm以下)で微細な銅配線と層間絶縁材やレジスト等の樹脂との密着性を格段に向上させることができ、産業上の利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施例1の表面処理液で銅表面を0.3μmエッチングしたときの電子顕微鏡(SEM)写真。
【図2】比較例5の表面処理液で銅表面を0.3μmエッチングしたときの電子顕微鏡(SEM)写真。
【図3】比較例6の表面処理液で銅表面を0.3μmエッチングしたときの電子顕微鏡(SEM)写真。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の第一処理液の過酸化水素の濃度は、0.1〜1質量%であり、好ましくは0.1〜0.9質量%であり、更に好ましくは0.2〜0.9質量%であり、特に好ましくは0.2〜0.8質量%である。濃度が0.1質量%未満では酸化効果が不十分であり十分な銅の溶解速度が得られず、また濃度が1質量%を越えると溶解速度が早くなり過ぎて緻密な粗化表面が得られず好ましくない。
【0016】
第一処理液の無機酸は、硝酸、硫酸、リン酸、フッ酸、塩酸、硼酸等が挙げられるが、これらのうち好ましいものは、硝酸、硫酸、リン酸である。無機酸の濃度は、0.3〜2質量%であり、好ましくは0.3〜1.9質量%、更に好ましくは0.4〜1.9質量%であり、特に好ましくは0.5〜1.8質量%である。濃度が0.3質量%未満では十分な銅の溶解速度が得られず、また濃度が2質量%を越えると溶解速度が早くなり過ぎて緻密な粗化表面が得られず好ましくない。
【0017】
第一処理液の過酸化水素と無機酸のモル比(過酸化水素/無機酸)が0.90〜2.00であり、好ましくは0.90〜1.50で、更に好ましくは0.95〜1.30であり、特に好ましくは0.95〜1.20である。モル比が0.90未満、および2.00を越えると、0.5μm以下のエッチング処理した場合、緻密な粗化表面が得られず好ましくない。
【0018】
ハロゲンイオンは、銅または銅合金表面を粗化させる効果があり、銅または銅合金とレジストや層間絶縁材等の樹脂との密着性が良好となる。フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオンが挙げられるが、これらのうち好ましいものは、塩素イオン、臭素イオンである。ハロゲンイオンの濃度は、0.00001〜0.0003質量%であり、好ましくは0.00005〜0.0003質量%であり、特に好ましくは0.0001〜0.0003質量%である。
【0019】
トリアゾール類は、ハロゲンイオンと併用されることにより、銅又は銅合金表面を微小に粗化させる効果があり、銅又は銅合金と層間絶縁材やレジスト等の樹脂との密着性を向上させる。トリアゾール類の中でも、ベンゼン環を有するものが好ましく、その中でも特に1H−ベンゾトリアゾール、4−メチルベンゾトリアゾール、5−メチルベンゾトリアゾールが好ましい。トリアゾール類の濃度は、0.01〜0.2質量%であり、好ましくは0.05〜0.19質量%で、更に好ましくは0.1〜0.19質量%であり、特に好ましくは0.1〜0.18質量%である。
【0020】
ハロゲンイオンとトリアゾール類の濃度の質量比(ハロゲンイオン/トリアゾール類)は、0.0002〜0.005であり、好ましくは0.001〜0.004で、更に好ましくは0.002〜0.003である。質量比が0.0002未満、および0.005を越えると、0.5μm以下のエッチング処理した場合、緻密な粗化表面が得られず好ましくない。
【0021】
第二処理液の過酸化水素の濃度は、0.1〜30質量%であり、好ましくは1〜20質量%であり、更に好ましくは5〜10質量%である。濃度が0.1質量%未満では酸化効果が不十分であり、また濃度が30質量%を越えるとそれ以上の酸化効果が得られず経済上好ましくない。
【0022】
第二処理液の無機酸は、硝酸、硫酸、リン酸、フッ酸、塩酸、硼酸等が挙げられるが、これらのうち好ましいものは、硝酸、硫酸、リン酸である。無機酸の濃度は、0.001〜0.1質量%であり、好ましくは0.003〜0.05質量%、更に好ましくは0.005〜0.01質量%である。濃度が0.001質量%未満では十分な銅の溶解速度が得られず、また濃度が0.1質量%を越えると溶解速度が早くなり過ぎて緻密な粗化表面が得られず好ましくない。
【0023】
第三処理液に含まれるシラン化合物は、銅又は銅合金と層間絶縁材やレジスト等の樹脂との密着性を化学的に向上させる。シラン化合物の中でも、水溶性を有する3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランが好ましい。シラン化合物の濃度は、0.1〜5質量%であり、好ましくは0.3〜4質量%、更に好ましくは0.5〜3質量%である。濃度が0.1質量%未満では十分な銅表面と樹脂との密着強度が得られず、また濃度が5質量%を越えるとそれ以上の密着強度が得られず経済上好ましくない。シラン化合物の固着方法は、20〜40℃で30〜120秒浸漬した後、100〜150℃で30〜120分間乾燥させる。
【0024】
エッチング量は、0.5μm以下が良く、好ましくは0.4μm以下であり、更に好ましくは0.3μm以下である。
【0025】
銅及び銅合金表面の表面粗さ(Ra値)は、伝送損失の点から0.5μm以下が好ましく、更に好ましくは0.3μmである。0.5μm以上では伝送損失に問題が出る可能性が高い。
【0026】
銅及び銅合金表面のエッチング速度は、種々の条件下で変化するが、例えば30℃の処理条件下で、0.1〜5μm/分であり、好ましくは0.2〜3μm/分で、更に好ましくは0.4〜2μm/分である。特に好ましくは、0.5〜1.5μm/分である。
【0027】
ピール強度は、0.8kgf/cm以上がよく、好ましくは0.9kgf/cm以上であり、特に好ましくは1.0kgf/cm以上である。
【0028】
本発明の金属表面処理液の使用温度に関しては特に制限はないが、20〜50℃であり、好ましくは25〜40℃で、更に好ましくは25〜35℃である。使用温度が高いほど銅の溶解速度は早くなるが、50℃を越えると過酸化水素の分解が激しくなり好ましくない。
【0029】
本発明の金属表面処理液による処理方法に関しては、特に制限はないが浸漬、噴霧等の手段が適宜選択される。又、処理時間に関しては溶解される銅又は銅合金の厚さにより適宜決定される。
【0030】
加えて、本発明の金属表面処理液は、種々の用途に使用することが出来る。ソルダーレジスト、ドライフィルムレジスト、電着レジスト、層間絶縁材の樹脂、接着剤としての樹脂との密着性の向上に有用である。
【実施例】
【0031】
以下に実施例及び比較例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
・表面粗さ(Ra値)評価法;レーザー顕微鏡(OLS3100:オリンパス製)にて測定。Ra値とは測定した粗さ曲線中の平均線に対して、谷部を山部側へ折り返したその高さの平均値。
・表面のSEM観察;日立製作所製の電子顕微鏡S−4700を用い、3万倍で測定した。
・銅エッチング量測定方法;以下の式により質量法にて算出した。
エッチング量=(処理前質量−処理後質量)/(処理面積×8.92)
【0032】
実施例1
電解銅箔(三井金属鉱業製3EC−III)をエッチング液(三菱ガス化学製CPE−700)にて1μmエッチング処理して銅箔表面を清浄化した後、表1に示す第一処理液および第二処理液を用いて30℃浸漬にて0.3μmエッチングした後、水洗、乾燥させた。処理した銅箔の表面状態をSEM観察した結果を図1に示した。レーザー顕微鏡で測定した表面粗さRa値は0.25μmであった。
次に、上記載の電解銅箔上に層間絶縁材(GX−13:味の素ファインテクノ製)を積層して加熱プレスした。得られた積層体の銅箔引き剥がし強さ(ピール強度)をJISC6481に準じて測定した。結果、1.10kgf/cmであった。
【0033】
実施例2
実施例1より第三処理液を追加した以外は実施例1と同様に行なった。Ra値は0.25μm、ピール強度は1.20kgf/cmであった。
【0034】
実施例3
実施例2より無機酸の種類、ハロゲンの種類、アゾール類の種類、シラン化合物の種類を変更した以外は実施例1と同様に行なった。Ra値は0.25μmで、ピール強度は1.20kgf/cmであった。
【0035】
比較例1
第一処理液のみの組成で、他は実施例1と同様に行なった結果、Ra値は0.25μmで、ピール強度は0.70kgf/cmであった。
【0036】
比較例2
第二処理液の無機酸が添加されていない組成で、他は実施例1と同様に行なった。Ra値は0.25μmで、ピール強度は0.70kgf/cmであった。
【0037】
比較例3
第二処理液の過酸化水素が添加されていない組成で、他は実施例1と同様に行なった。Ra値は0.25μmで、ピール強度は0.70kgf/cmであった。
【0038】
比較例4
第一処理液と第三処理液の組成(第二処理液なし)で、他は実施例1と同様に行なった。Ra値は0.25μmで、ピール強度は0.70kgf/cmであった。
【0039】
比較例5
特許文献1の実施例3に記載された組成で、他は実施例1と同様に行なった。
Ra値は0.60μmで、ピール強度は0.45kgf/cmであった。
【0040】
比較例6
特許文献3の実施例1と同様のエッチング液を用い、他は実施例1と同様に行なった結果、Ra値は、0.60μmで、ピール強度は0.45kgf/cmであった。
【0041】
比較例7
特許文献5の実施例1と同様のエッチング液を用い、他は実施例1と同様に行なった結果、Ra値は、0.60μmで、ピール強度は0.45kgf/cmであった。
【0042】
比較例8
特許文献6の実施例1と同様のエッチング液を用い、他は実施例1と同様に行なった結果、Ra値は、0.65μmで、ピール強度は0.45kgf/cmであった。
【0043】
比較例9
特許文献7の実施例1と同様のエッチング液を用い、他は実施例1と同様に行なった結果、Ra値は、0.65μmで、ピール強度は0.45kgf/cmであった。
【0044】
【表1】

【表2】

【産業上の利用可能性】
【0045】
以上の結果から、本発明の表面処理液で処理した積層体は、表面粗さ(Ra値)は0.30μm以下でありながら引き剥がし強さ(ピール強度)が強く、層間絶縁材との密着性が良好であることがわかる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
配線幅15μm以下の銅または銅合金からなる金属配線基板の金属表面を粗化する方法であって、過酸化水素0.1〜1質量%、無機酸0.3〜2質量%、ハロゲンイオン0.0001〜0.0003質量%およびトリアゾール類0.01〜0.2質量%を含有する第一処理液を用いて処理した後、過酸化水素1〜30質量%、無機酸0.001〜0.1質量%を含有する第二処理液を用いて該金属配線表面を処理することを特徴とする金属表面処理方法。
【請求項2】
さらに、シラン化合物0.1〜5質量%含有することを特徴とする第三処理液を用いて該金属配線表面を処理することを特徴とする金属表面処理方法。
【請求項3】
無機酸が、硝酸、硫酸およびリン酸から選ばれた少なくとも1種の無機酸であることを特徴とする請求項1記載または請求項2記載の金属表面処理方法。
【請求項4】
ハロゲンイオンが、塩素イオンまたは臭素イオンであることを特徴とする請求項1または請求項2記載に記載の金属表面処理方法。
【請求項5】
トリアゾール類が、1H−ベンゾトリアゾール、4−メチルベンゾトリアゾールおよび5−メチルベンゾトリアゾールから選ばれた少なくとも1種のトリアゾール類であることを特徴とする請求項1または請求項2記載に記載の金属表面処理方法。
【請求項6】
ハロゲンイオンとトリアゾール類の質量比(ハロゲンイオン/トリアゾール類)が0.0002〜0.003であることを特徴とする請求項1または請求項2記載に記載の金属表面処理方法。
【請求項7】
シラン化合物が、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、およびN−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の金属表面処理方法。
【請求項8】
過酸化水素0.1〜1質量%、無機酸0.3〜2質量%、ハロゲンイオン0.0001〜0.0003質量%およびトリアゾール類0.01〜0.2質量%を含有する第一処理液を用いて処理し、過酸化水素1〜30質量%、無機酸0.001〜0.1質量%を含有する第二処理液を用いて処理し、シラン化合物0.1〜5質量%を含有することを特徴とする第三処理液を用いて、配線幅15μm以下の銅または銅合金からなる金属配線基板の金属表面の表面粗さ(Ra値)を0.5μm以下の金属配線基板の製造方法。
【請求項9】
無機酸が、硝酸、硫酸およびリン酸から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の配線基板の製造方法。
【請求項10】
ハロゲンイオンが、塩素イオンまたは臭素イオンから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の配線基板の製造方法。
【請求項11】
トリアゾール類が、1H−ベンゾトリアゾール、4−メチルベンゾトリアゾールおよび5−メチルベンゾトリアゾールから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の配線基板の製造方法。
【請求項12】
ハロゲンイオンとトリアゾール類の濃度の質量比(ハロゲンイオン/トリアゾール類)が0.0002〜0.003であることを特徴とする請求項8に記載の配線基板の製造方法。
【請求項13】
シラン化合物が、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、およびN−2−(アミノエチル))−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランから選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項8に記載の配線基板の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−80131(P2011−80131A)
【公開日】平成23年4月21日(2011.4.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−235142(P2009−235142)
【出願日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【出願人】(000004466)三菱瓦斯化学株式会社 (1,281)
【出願人】(596049670)菱江化学株式会社 (8)
【Fターム(参考)】