JP2001293812A

JP2001293812A - 積層箔

Info

Publication number: JP2001293812A
Application number: JP2000110732A
Authority: JP
Inventors: Yoji Mine; 洋二峯; Kentaro Yano; 健太郎矢野; Koji Sato; 光司佐藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】中間層とその両方の面側に配置する金属箔と
して適切な金属の組合せを選択することで選択エッチン
グ性に優れた積層箔を提供する。【解決手段】 IVa族金属若しくはIVa族金属を主成分と
する合金でなる中間層を有する積層箔において、前記中
間層の少なくとも一方の面側には、前記IVa族金属との
固溶度が互いに3原子％以下である金属箔が配置されて
いる積層箔。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、選択エッチング性
に優れた積層箔に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】積層材料の用途は構造材料から機能材料
まで多岐にわたっている。中でも、近年マルチメディア
機器のデジタル化や、携帯機器の急増によって成長して
いる半導体パッケージ関連の分野でも多くの積層材料が
用いられており、その理由の一つには、積層されるそれ
ぞれの材料のエッチング特性の差異に着目して、特定の
金属材料のみに特定のエッチングパターンを形成した
り、特定の金属材料のみをエッチングによって除去する
ことが容易であることが挙げられる。

【０００３】この一例を示すと、半導体パッケージに配
線パターンを形成する方法として、積層箔を適用した転
写法と呼ばれる技術が特開平8-293510号で開示されてい
る。この転写法と呼ばれる技術としては、図６(a)〜(f)
に示すように、キャリア材(5)としての電解銅箔をカソ
ードとして、中間層(1)としてのNiメッキ層を形成した
後、ドライフィルムレジスト(9)をラミネートし、露
光、現像によって所望のレジストパターンを形成し、配
線形成材(6)として硫酸銅メッキを施し、水酸化カリウ
ム溶液を用いてレジストを剥離し、銅配線パターンが形
成された三層構造の転写法用箔材(11)を得る。次に、該
転写法用箔材(11)を金型にセットし、半導体封止用エポ
キシ樹脂(10)へ銅配線パターン側を転写し、キャリア材
及び中間層を選択エッチングを施し、転写された銅配線
パターンのみを残留させることができるものである。

【０００４】この転写法において、厚さ18μｍ以下の配
線形成材を用いた場合、ハンドリング性に問題があるの
で、剛性を付与するためにキャリア材を用い、また、中
間層は、バリア層としてキャリア材をエッチングで除去
する際において、配線形成材にエッチング溶液を到達さ
せないために用いられ、また逆に、配線形成材をエッチ
ング溶液で配線パターニングを行う際に、エッチング溶
液をキャリア材まで到達させないために用いられる。そ
のため、中間層は、キャリア材および配線形成材とエッ
チング条件の異なる金属である必要がある。上述した転
写法を用いれば、ハンドリングが容易で、半導体封止用
エポキシ樹脂に転写された配線の銅箔には、キャリア材
のみを選択エッチングで除去後、中間層のみを選択エッ
チングで除去するため、エッチング斑ができにくい方法
として優れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが検討したところ、中間層としてNiを用いる場合、
Niは例えば上述の配線形成材およびキャリア材として用
いられているCuのような金属とは全率固溶してしまうた
め、工程の熱履歴などによってその接合界面にはCuとNi
が混合した層ができてしまい、例えばNiの選択エッチン
グの際にCuを多く固溶するNi層の溶け残りができたり、
それを完全に除去するためにはエッチング時間が増加す
るといった問題が発生した。本発明の目的は、中間層と
その両方の面側に配置する金属箔として適切な金属の組
合せを選択することで選択エッチング性に優れた積層箔
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、選択エッ
チングを利用した技術において、中間層を形成する金属
と、該中間層を形成する金属を挟み込む金属に関して、
最適な金属の組み合わせの積層箔について鋭意検討した
結果、全率固溶する金属の組合せ以外にも互いに固溶度
の高い金属による積層箔では、その界面には互いが固溶
した層が形成されてしまい、選択エッチング性を害して
しまうことを知見した。そして、種々の金属の組み合わ
せを検討した結果、SnまたはSn合金でなる中間層を形成
させることで、選択エッチング性に優れた積層箔を得る
ことをみいだし、本発明に到達した。

【０００７】すなわち本発明は、SnまたはSn合金でなる
中間層を有する積層箔において、前記中間層の両方の面
側には、前記中間層とはエッチング性が異なる金属箔が
配置されている積層箔である。好ましくは、中間層と金
属箔の界面にはSnと前記金属箔に含まれる金属との金属
間化合物が形成されている積層箔であり、さらに好まし
くは、中間層には金属Snが形成されている積層箔である
か、若しくは、中間層はSnと金属箔に含まれる金属との
金属間化合物でなる積層箔である。また、前記金属箔の
少なくとも一方の金属箔はCuを主成分とする金属箔であ
る積層箔としてもよく、中間層または中間層と金属間化
合物の厚さが0.1〜3.0μｍであることが好ましく、最も
好ましくは、積層箔が帯材である積層箔である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に詳しく本発明について説明
する。本発明は、特に選択エッチングに供される積層箔
について、中間層とそれを挟み込む金属箔の最適な組み
合わせを提案するものである。具体的には、本発明の重
要な特徴は図１に示すように、中間層(1)としてSnまた
はSn合金を用い、さらにその両側に中間層とはエッチン
グ性の異なる金属箔を配置することにある。なお、本発
明でいうSn合金とは、中間層を挟み込む種々の金属との
合金や、例えばSn-Bi、Sn-Cu、Sn-Ni等のSnを主成分と
する合金を例えばメッキ法で形成しても差し支えない。

【０００９】本発明の中間層となるSnは、酸ともアルカ
リとも反応する両性元素であるため、選択エッチングに
供される用途に最適である。また、Snは、多くの金属と
金属間化合物をつくり、特に半導体パッケージ分野で主
として使用されるような、例えばCuやNi等の金属とは、
過度に固溶することはなく、中間層の境界でのエッチン
グ特性が明瞭に異なるうえ、接合強度も強いという利点
がある。更に、Snは融点が低く、低温短時間の熱履歴で
本発明の積層箔の中間層であるSnまたはSn合金の一部ま
たは全部を接合強度向上に寄与する金属間化合物とする
ことができ、必要に応じて中間層とそれを挟み込む金属
との接合強度を変化させることも可能であり、例えば、
上記Cu箔を用いた転写法に供する場合においては、工程
で適宜熱履歴を利用して、SnまたはSn合金の一部を金属
間化合物とすることが可能である。

【００１０】この状態を説明すると、図２に示すように
中間層(1)と金属箔(2)の間に金属間化合物(3)を形成す
ることで接合強度が増加する。ここでいう金属間化合物
とは、例えば、中間層を挟み込む金属箔が含有する元素
との金属間化合物であればよく、仮に前述の金属箔がCu
やNiであれば、Cu₃Sn、Cu₆Sn₅、Ni₃Sn₄等が含まれる。
また、図３のように中間層として金属Snを残留させた場
合、中間層とそれを挟み込む金属箔との界面での接合強
度を保ったままで、深絞りなどの塑性加工が可能であ
り、このような金属Snを残留させながら、金属箔に含ま
れる金属(元素)との金属間化合物を形成させる方法とし
ては、例えば、ホットプレスなどで変形と拡散を同時に
行ない、金属間化合物を形成させるとよい。

【００１１】更に、本発明の積層箔が加熱されるデバイ
スなどに用いられる場合、図４に示すように中間層は融
点の高い金属間化合物(3)層として存在することが望ま
しく、中間層の両方の面側の金属箔にSnとの互いの固溶
度が小さい金属を選択すれば、熱履歴によって金属Snを
枯渇させ金属間化合物とすることで安定となる。

【００１２】また本発明において、中間層の両側に配置
する金属箔はCu、Ni、Fe、Al、Ti、Mg等が利用できる
が、選択エッチング性を阻害しないために、SnまたはSn
合金と非全率固溶の金属または合金であればよく、この
うち、特にCuを主成分とする金属箔がSnまたはSn合金と
の組み合わせにおいては最適である。Cuを主成分とする
金属箔は、上述の選択エッチング特性を阻害することも
なく、特に、半導体用プリント基板においては、電気信
号の伝送効率などが問題となってくるため、電気伝導性
のよいものが好ましいからである。

【００１３】Cuを主成分とする金属箔のうち、具体的に
は、選択エッチングを均一で、且つ迅速に行なえ、更に
は放熱性に優れており、安価で入手のし易さ等の理由に
より、純Cuでなる金属箔の使用が最も好ましい。また、
本発明においては中間層の何れか一方の面側若しくは両
方の面側にCuを主成分とする金属箔を配することができ
るが、中間層を挟む両方の面側の金属箔は実質的に同一
の素材とした方が、エッチング設備を同一のものとする
ことができ、設備が節約できることから、中間層を挟み
込む金属箔は同種である方が好ましい。

【００１４】また本発明において、中間層または金属間
化合物と中間層の厚さは選択エッチングの際に、中間層
を挟んで対峙する一方の金属箔へのエッチングバリア層
として機能させるため、下限としては0.1μｍ以上がよ
く、また、前述した転写法用箔材として供する場合に
は、中間層はその一部または全部を除去するため、その
厚みはできるかぎり薄い方がよいので、上限としては3.
0μｍ以下がよい。また、金属箔の厚さは、例えば一方
の金属箔を、回路を描くような配線形成材などとして用
いる場合、ライン間隔の狭い微細配線を形成するには薄
い方がよいが、薄すぎると製造や取り扱いが困難である
こと、ノイズなどの問題を生じやすいことなどの理由に
より1〜18μｍが好ましく、更に最適な厚みは3〜12μｍ
である。

【００１５】また、一方の金属箔を、キャリア材として
用いる場合、その厚さは、エッチングで除去する都合上
薄い方がよく、50μｍ以下がよいが、余り薄すぎると、
キャリア材としての剛性が不十分になるので、より好ま
しくはハンドリング性を考慮して10〜30μｍである。な
お、本発明の積層箔の用途は上記転写法に限定されるも
のではなく、金属箔の厚さや種類も限定されるものでは
ない。また、多層構造の積層箔であっても、部分的に本
発明の構造を含むものであれば良い。また、製造方法と
しては、金属箔にSnまたはSn合金をメッキし、さらにエ
ッチング性の異なる金属をメッキしても良いが、Snまた
はSn合金をメッキした後、真空チャンバー内でイオンエ
ッチングで活性化処理するか、真空蒸着、スパッタリン
グなどの方法でSnまたはSn合金を形成し、同様の処理ま
たは未処理の金属箔と突き合わせて接合するなどの方法
であっても良い。本発明の積層箔は帯材とすることで、
インラインで連続製造ができ、コスト的に有利である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。（実施例１）実施例として、本発明の積層箔の用途の一
つである転写法用積層箔を作製した。配線形成材となる
帯材として厚さ10μｍ、幅200ｍｍ、長さ500ｍの純Cuで
なる圧延材を用いた。また、キャリア材となる帯材とし
て厚さ25μｍ、幅200ｍｍ、長さ500ｍの純Cuでなる圧延
材を用いた。各銅箔の片方の面に平均厚さ0.5μｍの金
属Snの蒸着層を、1×10^-2Paの真空チャンバー内で形成
し、上記配線形成材となる帯材とキャリア材となる帯材
との金属Sn蒸着面同士を10ｍ/ｍｉｎの速度で特別の加
熱を行わず約1％の圧下率のロール圧延で圧着し、積層
箔を得た。

【００１７】得られた転写法用の積層箔は、図５(a)の
ような断面形状を有する帯状材であり、金属Sn(4)の中
間層の平均厚さは1.0μｍであった。この積層箔につい
て配線形成材とキャリア材との引き剥がし試験を行なっ
たところ、0.2N/ｍｍで剥離した。また、配線形成材表
面をレジンフィルムで覆い、キャリア材をエッチングに
より除去し、さらに３０分以上エッチング液に浸した
が、配線形成材はエッチングされず、金属Snでなる中間
層には実質的な欠陥がないことを確認した。また、キャ
リア材除去後の金属Sn層を走査型電子顕微鏡(以下、SEM
と記す)を用いて4000倍で観察したところ、破れを生じ
ていないことが確認できた。さらに、中間層を選択エッ
チングにより除去し、SEMを用いて4000倍で観察したと
ころ、金属Snの中間層の溶け残りはなかった。

【００１８】（実施例２）実施例１で作製した帯状の積
層箔について、連続焼鈍炉を用いて、220℃×1ｍｉｎの
熱処理を行なった。熱処理後の積層箔は、図５(b)に示
す断面形状を有する帯状材である。中間層である金属Sn
(4)とその両側の配線形成材(6)およびキャリア材(5)と
の界面には、配線形成材およびキャリア材の純Cuと、中
間層の金属Snとの金属間化合物であるCu₆Sn₅(7)およびC
u₃Sn(8)が形成されており、中間層には金属Snが残留し
ている構造となっていた。金属間化合物を含む中間層の
厚さは1.5μｍであった。なお、本発明では表面よりCu
箔の一部をスッパタ除去した後、Ｘ線回折により含まれ
る相を同定し、それと併せて積層箔断面をSEM観察し
て、EDSにより層の定量分析を行って、形成層を決定し
た。この積層箔について配線形成材とキャリア材との引
き剥がし試験を行なったところ、界面では剥離せず、母
材破断し、強固に接合していることが確認できた。その
ため、引き剥がし強度を得ることはできなかった。

【００１９】また、配線形成材表面をレジンフィルムで
覆い、キャリア材をエッチングにより除去し、さらに30
分以上エッチング液に浸したが、配線形成材はエッチン
グされず、中間層には実質的な欠陥がないことを確認し
た。また、キャリア材除去後のSn層をSEMを用いて4000
倍で観察したところ、破れを生じていないことも確認で
きた。さらに、中間層の金属Snおよび金属間化合物の除
去を行なった結果、溶け残りは認められなかった。そし
て、さらに、190℃×2hrの条件で段の付いた金型を用い
てホットプレス加工を行なったが、中間層における剥離
は認められず、良好な段付き積層箔が得られ、良好な加
工性も得られていることを確認した。

【００２０】（実施例３）実施例１の帯状の積層箔に対
して、バッチ炉を用いて、190℃×120ｍｉｎの熱処理を
施した。熱処理後の積層箔は、図６(C)に示すような断
面形状を呈しており、中間層が配線形成材およびキャリ
ア材の純Cuと、中間層の金属Snとの化合物であるCu₃Sn
(8)のSn合金とでなっており、平均厚さは2.0μｍであっ
た。この積層箔について配線形成材とキャリア材との引
き剥がし試験を行なったところ、母材破断し、強固に接
合していることが確認できた。また、配線形成材表面を
レジンフィルムで覆い、キャリア材をエッチングにより
除去し、さらに30分以上エッチング液に浸したが、配線
形成材はエッチングされず、Sn合金でなる中間層には実
質的な欠陥がないことを確認した。また、キャリア材除
去後のSn層をSEMを用いて4000倍で観察したところ、破
れを生じていないことも確認できた。さらに、Sn合金で
なる中間層の除去を行なった結果、溶け残りは認められ
なかった。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、中間層とその少なくと
も一方に配置する金属箔として適切な金属の組合せを選
択することで選択エッチング性に優れた積層箔を提供す
ることができ、エッチング工程の大幅なコストダウンを
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層箔の一例を示す断面模式図であ
る。

【図２】本発明の積層箔の一例を示す断面模式図であ
る。

【図３】本発明の積層箔の一例を示す断面模式図であ
る。

【図４】本発明の積層箔の一例を示す断面模式図であ
る。

【図５】本発明の転写法用積層箔の一例を示す断面模式
図である。

【図６】転写法の一例を示す断面模式図である。

【符号の説明】

１．中間層、２．金属箔、３．金属間化合物、４．金属
Ｓｎ、５．キャリア材、６．配線形成材、７．Ｃｕ_６Ｓ
ｎ_５、８．Ｃｕ_３Ｓｎ、９．ドライフィルムレジスト、
１０．半導体封止用エポキシ樹脂、１１．転写法用箔材

フロントページの続きＦターム(参考） 4E351 AA03 BB01 BB23 BB24 BB30 BB35 DD01 DD04 DD12 DD21 DD54 GG11 4F100 AB17B AB21A AB21D AB21E AB33A AB33B AB33C AB33D AB33E BA03 BA05 BA06 BA10B BA10C BA27 BA41 EH66A EJ15B EJ15C GB41 JL01 YY00D YY00E

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 SnまたはSn合金でなる中間層を有する積
層箔において、前記中間層の両方の面側には、前記中間
層とはエッチング性が異なる金属箔が配置されているこ
とを特徴とする積層箔。
【請求項２】中間層と金属箔の界面にはSnと前記金属
箔に含まれる金属との金属間化合物が形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の積層箔。
【請求項３】中間層には金属Snが形成されていること
を特徴とする請求項２に記載の積層箔。
【請求項４】中間層はSnと金属箔に含まれる金属との
金属間化合物でなることを特徴とする請求項２に記載の
積層箔。
【請求項５】少なくとも一方の金属箔はCuを主成分と
する金属箔であることを特徴とする請求項１乃至４の何
れかに記載の積層箔。
【請求項６】中間層または中間層と金属間化合物の厚
さが0.1〜3.0μｍであることを特徴とする請求項１乃至
５の何れかに記載の積層箔。
【請求項７】積層箔が帯材であることを特徴とする請
求項１乃至６の何れかに記載の積層箔。