JP5656735B2 - インプリントモールドとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板およびインプリントモールドとその製造方法に係わり、電子部品及び電子部品を実装する配線板又はパッケージ配線板の製造において配線高さの設定多様性の向上に用いて好適な技術に関する。

電子機器の小型化、薄型化、高機能化に伴って、このような機器に組み込まれる電子部品（部品）も小型化が進み、部品を実装するプリント配線板の配線も微細化されてきている。従来、プリント配線板（配線板）として配線を形成するためにフォトリソグラフィ技術を利用してきたが、フォトリソグラフィにより配線板を作製する場合、配線幅１０μｍ以下の微細化が難しく、より微細な配線幅を容易に形成する方法が求められていた。その一つの方法としてインプリント法がある。インプリント法は、パターンが形成されたインプリント用モールド（モールド）を樹脂に押し付けて、樹脂にモールドのパターンと反転したパターンを転写するものである。転写によるパターン形成法にはナノインプリント（ＮＩＬ）、射出成形、ホットエンボスなどがある。射出成形やホットエンボスでは樹脂が厚いためモールドに加えられた力は樹脂にのみ伝わる。一方ＮＩＬは基板上に通常数十ｎｍから数μｍ厚さの樹脂を載せ、それにモールドを押し付けるため、ほとんどモールドと基板が接触した状態（樹脂をモールドがほとんど貫いた状態、あるいは、樹脂が薄く残った状態）になる。このように薄い樹脂に転写する点でＮＩＬは他の形成法に比べて技術難易度が高いものである。

ＮＩＬにおいて層構造を形成したいとき、多段形状が形成されたインプリントモールド（モールド）は特定の微細な三次元構造パターンなどの層構造を一括で転写することができるため、位置合わせが不要であり、かつ材料の接合面が無くなることから歩留まり及び信頼性が向上することが期待され、また複数工程が一度で済むため低コスト化にも寄与する。

特開２００４−０７１５８７号公報 特開２００９−０７２９５６号公報

特許文献１によれば２種類以上の材料を２層以上積層したスタンパ（モールド）を提案している。この製法は基板上に２種以上の材料を全面に製膜しておき、エッチングで凸部を形成する。
特許文献２によれば基板材料を複数回エッチング加工することにより多段モールドを形成している。

しかし、特許文献１に記載された技術によれば、凸部の高さは成膜した材料の高さの組み合わせになるため、同じ層の凸部厚さは等しくなるので、複数種類の凸部高さが必要なら対応する複数層をそれぞれ成膜しなければならず、工程が煩雑になり製造コストが増加するという問題があった。また、基板に成膜した材料をエッチング加工しスタンパの凸部に用いるため、基板との密着性や成膜速度、エッチング加工性などの面で用いる材料が限定されてしまうという問題があった。

特許文献２に記載された技術では、基板材料を２回エッチング加工することにより２段モールドを形成しているが、同じ層の凸部厚さは等しいので、この方法ではモールド凸部の高さは２種類しか設計できず、また電子線描画装置を使用することから工数が多くなってしまい、製造コストが高くなるという問題があった。

さらに、これらの技術では、従来、頂部の位置が異なる複数種類のパターンを有するモールドを作製する場合、パターンの種類と同数の回数分をパターニングしなければならず、パターンの種類が多くなればそれに伴い工数が増大するという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、頂部の位置が異なるパターンの種類が増えても工数を増やすことなく作製できるインプリントモールドおよびその製造方法を提供するという目的を達成しようとするものである。

本発明の請求項１記載のインプリントモールドの製造方法は、
支持板体の表面に所定の高さ寸法の凸部を有するインプリントモールドの製造方法であって、
前記支持板体表面に所定深さの凹部を形成する凹部形成工程と、
この凹部及び支持板体表面に開口する樹脂被覆をパターニングして形成する樹脂パターニング工程と、
前記開口部内に充填して充填部を形成する充填部形成工程と、
前記樹脂被覆を除去する除去工程と、
を有し、
前記凹部の深さ寸法と前記充填部の高さ寸法とを組み合わせて、前記凹部の底面を基準とする複数の異なる高さ寸法を有する凸部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項２記載のインプリントモールドの製造方法においては、請求項１記載のインプリントモールドの製造方法において、前記凹部が複数の深さ寸法を有する多段状に形成されてなることを特徴とする。
本発明の請求項３記載のインプリントモールドの製造方法においては、前記凸部の高さ寸法が、インプリントモールドによって形成される回路における当該部分の設定電流値か、設定電圧値か、抵抗値の少なくとも１以上に基づいて設定されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のインプリントモールドの製造方法である。
本発明の請求項４記載のインプリントモールドは、請求項１記載のインプリントモールドの製造方法により製造され、
前記凸部が、前記凹部の深さ寸法と等しい高さ寸法を有する第１種凸部と、前記充填部の高さ寸法と等しい高さ寸法を有する第２種凸部と、前記凹部の深さ寸法と前記充填部の高さ寸法の和に等しい高さ寸法を有する第３種凸部とからなることを特徴とするインプリントモールドである。
本発明の請求項５記載のインプリントモールドは、請求項２記載のインプリントモールドの製造方法により製造され、
前記凸部が、前記凹部の複数の深さ寸法とそれぞれ等しい高さ寸法を有する第１種凸部と、前記充填部の高さ寸法と等しい高さ寸法を有する第２種凸部と、前記凹部の複数の深さ寸法と前記充填部の高さを組み合わせた和に等しい高さ寸法を有する第３種凸部とを少なくとも有することを特徴とするインプリントモールドである。
本発明の請求項６記載の回路基板は、請求項１から３のいずれか１項記載のインプリントモールドの製造方法によって製造されるか、請求項４または５に記載されたインプリントモールドを用いてパターン転写されたことを特徴とする。

本発明によれば、支持板体と同一の材料で凸部を形成した後で、凸部を利用してパターン形成することにより、パターン形成の工数を減らすという効果を奏することができる。

図１は、本発明に係るインプリントモールドの第１実施形態における製造方法の工程を示す模式断面図である。 図２は、本発明に係るインプリントモールドの第１実施形態における製造方法の工程を示す模式断面図である。 図３は、本発明に係るインプリントモールドの第１実施形態における製造方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明に係るインプリントモールドの第２実施形態を示す模式断面図である。

以下、本発明に係る回路基板およびインプリントモールドとその製造方法の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１、図２は、本実施形態におけるインプリントモールドの製造方法の工程を示す模式断面図であり、図３は、本実施形態におけるインプリントモールドの製造方法を示すフローチャートである。図において、符号１０はインプリントモールドである。

本実施形態のインプリントモールド１０は、図１（ｇ）に示すように、基板（支持板体）１１と、該基板１１の表面に形成された３種類の高さ寸法を有する凸部として、高さ（高さ寸法）ｈ１を有する第１凸部（第１種凸部）１３と、高さ（高さ寸法）ｈ２を有する第２凸部（第２種凸部）１４と、高さ（高さ寸法）ｈ３を有する第３凸部（第３種凸部）１５とからなるパターン形状を有し、樹脂等に押しつけて、図２（ｊ）および図２（ｋ）に示すように、高さ寸法ｈ１を有する凹部５３、高さ寸法ｈ２を有する凹部５４，高さ寸法ｈ３を有する凹部５５のように、３種類の深さ（高さ）寸法の凹部を有するパターン転写された樹脂層５０等を形成するものとされる。なお図２（ｊ）および図２（ｋ）においては、形成された凹部５５の最深部が下側に貫通しているがこれが貫通しないことも可能である。モールドは第２凸部１４を形成せず、第１凸部１３及び第３凸部１５から構成されてもよい。

基板１１は、シリコン、金属や硬質樹脂等からなるものとされ、パターン転写時に必要な強度を有するものであれば特に限定されないが、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属及びそれらの合金、硬質樹脂基板、ガラス、シリコン、セラミックから選択されたものを用いることができる。

第１凸部（第１種凸部）１３は基板１１と同種の材質からなり、図１（ｇ）に示すように、基板１１表面に設けられた凹部１２の底面からの高さ寸法ｈ１がこの凹部１２の深さ寸法と等しくなるとともに基板１１の表面と略平行となる先端面を有する。
第２凸部（第２種凸部）１４は基板１１と異なる種類の材質からなり、図１（ｇ）に示すように、基板１１表面に設けられた凹部１２の底面からの高さ寸法ｈ２がこの凹部１２の深さ寸法より大きくなるとともに基板１１の表面と略平行となる先端面１４ａを有する。

第３凸部（第３種凸部）１５は基板１１と同種の材質からなる基端部１５ｄと、この基端部１５ｄより縮径するとともに第２凸部と同種の材質とされる先端部１５ｃとからなり、基板１１の表面と略平行となる先端面１５ａおよび段差面１５ｂを有する。または、段差面１５ｂを設けないこともできる。
第３凸部（第３種凸部）１５は、図１（ｇ）に示すように、基板１１表面に設けられた凹部１２の底面からの高さ寸法ｈ３がこの凹部１２の深さ寸法ｈ１および第２凸部の高さ寸法ｈ２の和とほぼ等しくなる。第３凸部の高さ寸法ｈ３は、第１凸部の高さ寸法ｈ１と第２凸部の高さ寸法ｈ２の和よりも多少小さくすることもできる。第１凸部の高さ寸法ｈ１と第２凸部の高さ寸法ｈ２と第３凸部の高さ寸法ｈ３とは、いずれも、凹部１２の底面１２ａからの高さとされる。

本実施形態のインプリントモールドの製造方法は、図３に示すように、樹脂被覆１６Ａを基板１１の表面１１ａに塗布しフォトリソグラフィによりパターンを形成する樹脂パターニング工程Ｓ１１と、凹部１２と第１凸部１３とを形成するエッチング（凹部形成）工程Ｓ１２と、樹脂被覆１６Ａを除去する樹脂除去工程Ｓ１３と、めっきをおこなうための給電層１７を形成する給電層形成工程Ｓ１４と、給電層１７上にレジスト（樹脂被覆）１６Ｂをパターニングして形成する樹脂パターニング工程Ｓ１５と、めっきにより充填部１８を形成するめっき（充填部形成）工程Ｓ１６と、レジストを除去する樹脂剥離工程Ｓ１７とを有するものとされる。

本実施形態のインプリントモールドの製造方法は、図３に示す樹脂パターニング工程Ｓ１１として、図１（ａ）に示すように、感光性樹脂とされる樹脂被覆１６Ａをスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等で、例えばシリコンウェーハとされる基板１１の表面１１ａに塗布する。または、シリコンウェーハとされる基板１１の表面１１ａにフィルム状の樹脂をラミネートしてもよい。次いで、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより開口部１６ａのパターンを形成する。開口部１６ａのパターンは、凹部１２および第１凸部１３の配置に対応している。開口部１６ａのパターンは、印刷やインプリントでパターンを形成してもよく、この場合樹脂被覆１６Ａは感光性樹脂である必要はない。

次いで、図３に示すエッチング（凹部形成）工程Ｓ１２として、図１（ｃ）に示すように、基板１１をドライエッチングすることで、凹部１２を深さｈ１となるように形成する。この際、パターニングした樹脂被覆１６Ａにシリコンエッチング耐性がなければ、予め例えば酸化膜などを成膜した後、樹脂を形成し、レジストパターンを形成して、樹脂パターニング後、ウエットエッチング等により酸化膜のパターニングをし、エッチングマスクとしてもよい。エッチング（凹部形成）工程Ｓ１２によって、凹部１２とともに、第１凸部１３および、第３凸部１５の基端部１５ｄが形成される。

次いで、図３に示す樹脂除去工程Ｓ１３として、樹脂被覆１６Ａを除去した後、図３に示す給電層形成工程Ｓ１４として、図１（ｄ）に示すように、めっきの給電層１７を形成する。給電層１７は、基板１１の表面１１ａ、つまり、凹部１２の底面、および、第１凸部１３の上面１３ａ、第３凸部１５の基端部１５ｄの上面（段差面）１５ｂに形成される。
給電層１７の形成は、スパッタ法、蒸着法、塗付法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、無電解めっき等を採用することができる。また、給電層１７はＣｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ａｕなどから形成することができる。さらに、密着力をあげるために、給電層１７と基板１１との間に密着層として同様にＣｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＴｉＷ等を成膜してもよい。

次いで、図３に示す樹脂パターニング工程Ｓ１５として、図１（ｅ）に示すように、給電層１７上にレジスト（樹脂被覆）１６Ｂをパターニングして形成する。樹脂被覆１６Ｂは開口部１６ｂを有し、このパターンは、第２凸部１４および第３凸部１５の先端部１５ｃの配置に対応している。樹脂被覆１６Ｂとしては、レジスト層とすることができるが、絶縁性を有し充填部形成工程Ｓ１６における電解めっきがなされない材質であればどのようなものでも適応可能である。樹脂被覆１６Ｂの開口部１６ｂはフォトリソグラフィや印刷法、インプリント法などで形成できる。樹脂被覆１６Ｂを形成する厚さは、第２凸部１４および第３凸部１５の先端部１５ｃの高さ寸法に対応して設定される。

次いで、図３に示すめっき（充填部形成）工程Ｓ１６として、図１（ｆ）に示すように、給電層１７のうち開口部１６ｂ内部の露出した部分をカソードとして給電をとるとともに、給電層１７に対向する図示しないアノードを用いて電解めっきを施すことで、開口部１６ｂ内部に導電性の充填部１８を形成する。充填部１８は、開口部１６ｂによってその配置が規制され、第２凸部１４および第３凸部１５の先端部１５ｃが形成される。充填部の厚さはｈ２とされ、第２凸部１４の高さ寸法が凹部１２の底面１２ａからｈ２となり、第３凸部１５の先端部１５ｃの高さ寸法が段差面１５ｂからｈ２となるように形成される。
充填部１８は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌから選択される金属、および、これらの合金からなることが可能である。
めっきの代わりに導電性ペーストを印刷し、焼成して充填部１８を形成してもよい。この場合、充填部１８は、Ｃｕ、Ａｕ、カーボンなどからなることができる。また、このとき給電層形成工程Ｓ１４を省略することができる。

次いで、図３に示す樹脂剥離工程Ｓ１７として樹脂被覆１６Ｂを剥離・除去することで、図１（ｇ）に示すように、異なる高さｈ１，ｈ２，ｈ３を有する凸部１３，１４，１５を有するインプリントモールド１０を得る。

さらに、図２（ｈ）に示すように、樹脂５１を用意し、図２（ｉ）に示すように、インプリントモールド１０を樹脂５１に押し付けて樹脂５１を変形させ、図２（ｊ）に示すように、インプリントモールド１０を離型させることでモールド凸部の反転パターンを転写する。その後、図２（ｋ）に示すように、高さ寸法がｈ１，ｈ２，ｈ３の凹部５３，５４，５５にめっきや導電性ペーストを充填することによって、高さ寸法がｈ１の回路５２ａ、高さ寸法がｈ２の回路５２ｂ、高さ寸法がｈ３の回路５２ｃを有する回路基板５０が完成する。凹部５３，５４，５５にめっきするときには、電流値か、電圧値か、抵抗値の少なくとも１以上に基づいて、凸部の高さ寸法が設定される。
ここで、樹脂５１の厚さ寸法を第３凸部の高さ寸法ｈ３とほぼ等しく設定することにより、第３凸部１５が樹脂５１を貫通する。これにより、最も高い高さ寸法ｈ３を有する回路５２ｃは、先端部５２ｄをその先端面５２ｅによって隣接した階層の基板と接続されるビアとすることができる。

本実施形態においては、モールド１０の凸部１３，１４，１５は、シリコンエッチングによるｈ１、例えばＣｕめっきによるｈ２、これらｈ１とｈ２の組み合わせであるｈ３の３種類の高さを持つ。ここでｈ３＝ｈ１＋ｈ２の高さ寸法、実際には、めっき高さばらつきを考慮して、ｈ３≒ｈ１＋ｈ２であるモールドを提供することが可能となる。

以下、本発明に係るインプリントモールドおよびその製造方法の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態におけるインプリントモールドを示す模式断面図である。図において、符号２０はインプリントモールドである。
本実施形態において、上述した第１実施形態と異なる点は、凹部が一段目の凹部１２Ａと、２段目の凹部１２Ｂからなり、これにより、凸部の高さ寸法の基準が２段目の凹部１２Ｂの底面となり、高さ寸法の設定が異なる部分である。これ以外の対応する構成要素に関しては同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のインプリントモールド２０においては、図４に示すように、基板２１には、図１の深さｈ１と対応する深さｈ１１を有する凹部１２Ａが形成され、その一部分にさらに深さ寸法ｈ１２を有する凹部１２Ｂが形成されている。この凹部１２Ｂの底面１２ｂは最深位置であり各凸部の高さ寸法に対する基準面となっている。

このため、第１凸部１３の高さ寸法はｈ１３＝ｈ１１＋ｈ１２とされ、第３高凸部（第３種凸部）１５の高さ寸法はｈ１６＝ｈ１３＋ｈ２＝ｈ１１＋ｈ１２＋ｈ２とされている。
また、凹部１２Ａ内部に位置する第３低凸部（第３種凸部）１５Ａと、凹部１２Ｂ内部に位置する第２凸部（第２種凸部）１４とが設けられ、第３低凸部１５Ａの高さ寸法はｈ１５＝ｈ１２＋ｈ２とされ、第２凸部１４の高さ寸法はｈ２とされている。

本実施形態のインプリントモールドの製造方法は、第１実施形態において示した図３において、樹脂パターニング工程Ｓ１１とエッチング（凹部形成）工程Ｓ１２と樹脂除去工程Ｓ１３とによって凹部１２Ａを形成した後に、再度これらを繰り返すことで凹部１２Ｂを形成し、その後、給電層形成工程Ｓ１４と樹脂パターニング工程Ｓ１５とめっき（充填部形成）工程Ｓ１６と樹脂剥離工程Ｓ１７とによって、第２凸部１４と第３低凸部１５Ａと第３高凸部１５とを形成するものとされる。

本実施形態においては、凹部を多段に構成することで、凹部の深さ寸法ｈ１１とｈ１２と、第２凸部１４の高さ寸法であるｈ２とを組み合わせて、多彩な高さ寸法を有するインプリントモールド２０を得ることができる。

なお、凹部１２を一段として充填部１８を多層に形成することもできる。
この場合には、インプリントモールドの製造方法としては、第１実施形態において示した図３において、樹脂パターニング工程Ｓ１１とエッチング（凹部形成）工程Ｓ１２と樹脂除去工程Ｓ１３の後に、凹部１２を形成し、その後、給電層形成工程Ｓ１４と樹脂パターニング工程Ｓ１５とめっき（充填部形成）工程Ｓ１６と樹脂剥離工程Ｓ１７とによって、一層目の充填部を形成する。その後、給電層形成工程Ｓ１４と樹脂パターニング工程Ｓ１５とめっき（充填部形成）工程Ｓ１６と樹脂剥離工程Ｓ１７とを繰り返して、２層目の充填部を形成することができる。これにより、凹部の深さ寸法ｈ１と、複数の充填部の高さ寸法を組み合わせて、同様に、多彩な高さ寸法を有するインプリントモールド２０を得ることができる。

さらに、凹部を多段とするとともに充填部を多層に形成することで、さらに多様な高さ寸法を設定することが可能となる。

本発明は、高さの異なる配線を備えた回路基板を、インプリントモールドを用いて形成するのに適用することができる。例えば、磁気センサや、個別パッケージ品で搭載されてきた主要ＬＳＩを、一つのパッケージに集約するＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）などにおいて、図１に示す第３凸部１５の基端部１５ｄと、第２凸部１４を設定電圧の高い電源回路とすることができる。

さらに、第３凸部１５の先端部１５ｃを、多層基板におけるビアとして最外周に配置することでシールドとして利用できる。

１０，２０…インプリントモールド、１１…基板、１２…凹部、１２ａ…底面、１３…第１凸部、１４…第２凸部、１５…第３凸部

Claims (5)

1. 支持板体の表面に所定の高さ寸法の凸部を有するインプリントモールドの製造方法であって、
   前記支持板体表面に所定深さの凹部を形成する凹部形成工程と、
   この凹部及び支持板体表面に開口する樹脂被覆をパターニングして形成する樹脂パターニング工程と、
   前記開口部内に充填して充填部を形成する充填部形成工程と、
   前記樹脂被覆を除去する除去工程と、
   を有し、
   前記凹部の深さ寸法と前記充填部の高さ寸法とを組み合わせて、前記凹部の底面を基準とする複数の異なる高さ寸法を有する凸部を形成することを特徴とするインプリントモールドの製造方法。
2. 請求項１記載のインプリントモールドの製造方法において、前記凹部が複数の深さ寸法を有する多段状に形成されてなることを特徴とするインプリントモールドの製造方法。
3. 前記凸部の高さ寸法が、インプリントモールドによって形成される回路における当該部分の設定電流値か、設定電圧値か、抵抗値の少なくとも１以上に基づいて設定されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のインプリントモールドの製造方法。
4. 請求項１記載のインプリントモールドの製造方法により製造され、
   前記凸部が、前記凹部の深さ寸法と等しい高さ寸法を有する第１種凸部と、前記充填部の高さ寸法と等しい高さ寸法を有する第２種凸部と、前記凹部の深さ寸法と前記充填部の高さ寸法の和に等しい高さ寸法を有する第３種凸部とからなることを特徴とするインプリントモールド。
5. 請求項２記載のインプリントモールドの製造方法により製造され、
   前記凸部が、前記凹部の複数の深さ寸法とそれぞれ等しい高さ寸法を有する第１種凸部と、前記充填部の高さ寸法と等しい高さ寸法を有する第２種凸部と、前記凹部の複数の深さ寸法と前記充填部の高さを組み合わせた和に等しい高さ寸法を有する第３種凸部とを少なくとも有することを特徴とするインプリントモールド。

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