JP5830635B1 - キャリア付き極薄銅箔、並びにこれを用いて作製された銅張積層板、プリント配線基板及びコアレス基板 - Google Patents

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Abstract

キャリアピール強度の調整が簡便にできるキャリア付き極薄銅箔等を提供する。本発明のキャリア付き極薄銅箔(10)は、キャリア箔(11)上に、拡散防止層(12)、剥離層(13)および極薄銅箔(16)を順次積層して形成したものであり、未加熱の前記キャリア付き極薄銅箔(10)からキャリア箔(11)を引き剥がし、引き剥がされたキャリア箔(11)の剥離面にて、オージェ電子分光分析法(AES)による深さ方向組成分析を行なったときの、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、W、Cr、C及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜91at.%であることを特徴とする。

Description

本発明は、キャリア付き極薄銅箔、並びにこれを用いて作製された銅張積層板、プリント配線基板及びコアレス基板に関するものである。
近年、半導体パッケージ等に用いられているビルドアップ基板は、コアレス基板に置き換えられつつある。電子機器の小型・薄型化の進展に伴い、回路基板メーカーではコアレス基板と呼ばれる薄型化が可能な基板を使用した多層積層板の製造が検討されている。しかし、コアレス基板は、配線層を支持するコア層が存在しないことから、剛性に乏しく、配線層形成中に折れ、反り、割れ等の不良が発生することが懸念されている。そこで、キャリア付き極薄銅箔を構成するキャリア箔を支持体として、極薄銅箔側にビルドアップ回路基板を積層し、最終的にキャリア付き極薄銅箔を構成するキャリア箔を剥がして、コアレス基板のみを取り出す製造工程が検討されている。
ビルドアップ基板は、支持体であるコア層の両面に微細な配線層(ビルドアップ層)を積み重ね、高密度の配線が形成されている。コア層にはガラスエポキシ樹脂等を用いたプリント基板技術が採用されているが、このコア層が電気特性を劣化させる原因となっている。特に、コア層を貫通するめっきスルーホールが持つ大きなインダクタンス成分は、半導体チップの電源雑音を増大させる要因になっている。そのため、このコア層が存在しないコアレス基板を採用する動きが急速に進んでいる。
キャリア付き極薄銅箔を支持体とするコアレス基板の具体的な製造工程を説明する。コアレス基板は、図1(a)〜(g)に示す工程を順次行なうことにより製造される。まず、支持体用キャリア付き極薄銅箔3の極薄銅箔2側にプリプレグ4を張りあわせる(図1(a))。次に、プリプレグ4のもう一方の表面に、配線形成用キャリア付き極薄銅箔7の極薄銅箔6側を張り合わせる(図1(b))。その後、張り合わせたキャリア付き極薄銅箔7から配線形成用キャリア箔5を剥離し、極薄銅箔6を所定の配線パターンにエッチングして微細配線8を形成する(図1(c))。次いで、この微細配線8上に、再びプリプレグ4を張り合わせ、これにより、コアレス基板の一層目が完成する(図1(d))。そして、図1(b)〜図1(d)の工程を、必要な層数の微細配線8が形成されるまで繰り返し実施することで、支持体となっているキャリア付き極薄銅箔3上にコアレス基板9を形成する(図1(e))。その後、支持体用キャリア付き極薄銅箔3のキャリア箔1を剥離し(図1(f))、最後に、露出した極薄銅箔2をエッチング等で除去することによって、コアレス基板9を製造することができる(図1(g))。
上記コアレス基板の製造において、キャリア付き極薄銅箔3から、支持体用キャリア箔1を剥離する際のピール強度は、コアレス基板を構成する層の形成(積層)時のプレス又はエッチング等の製造工程では剥離が生じない程度の密着性を有し、かつ、前記層の形成(積層)後の後工程では機械的に引き剥がせる程度の適度な密着性を有することが必要である。
キャリア付き銅箔については、例えば特許文献1及び2に記載されているが、何れもコアレス基板の作製を意図したものではなく、また、これらの提案をそのままコアレス基板の製造に適用したとしても、予期しない不具合が生ずる恐れがあることを本発明者らは認識した。例えば、特許文献1は、多層積層板を製造する際に負荷される温度を考慮し、300℃〜400℃の高温下での環境に置かれてもキャリア箔と極薄銅箔とを容易に剥がせるように設定することを目的として、剥離界面を2層とし、2層からなる剥離層の金属比を規定して容易に剥がすことを主眼としている。
また、特許文献2は、剥離強度が低く、かつフクレの発生を抑制するために、剥離層を構成する2種類の金属AとBの含有量を規定している。
特許文献1及び2の提案は、いずれも積層板作製の際に負荷される高温(300℃〜400℃)加熱下でプレスを行った後でも、キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がす際のピール強度を低く維持することを目的として開発したものであり、このようなキャリアピール強度が低いキャリア付き銅箔を支持体として使用して積層板、特にコアレス基板を作製した場合、層の形成(積層)時のプレス又はエッチング等の製造工程中に負荷される作用力により、積層工程中の意図しない段階で、支持体となるキャリア箔と極薄銅箔との間で剥離が生じる不具合が発生する危険性があった。
また、その一方でコアレス基板を構成する層の形成(積層)においても、支持体となるキャリア付き極薄銅箔3と同様のキャリア付き極薄銅箔7が使用される。図1(b)の工程の後に配線形成用キャリア箔5を引き剥がす際、キャリア付き極薄銅箔7から配線形成用キャリア箔5を引き剥がすときのピール強度が、キャリア付き極薄銅箔3から支持体用キャリア箔1が剥がれるピール強度よりも低くなければ、支持体として使用されているキャリア箔1が、コアレス基板製造工程中に意図しない剥離が生じることが懸念される。
このため、コアレス基板を製造する際、キャリアピール強度が異なる二種類のキャリア付き極薄銅箔、すなわち、支持体として用いるためのキャリア付き極薄銅箔3と、配線形成に用いるためのキャリア付き極薄銅箔7とを用意する必要がある。しかしながら、このような二種類の異なるキャリアピール強度を有するキャリア付き極薄銅箔を用意することは、銅箔メーカーの観点からすると、製造条件をそのたびに切り替える必要が生じ、製造コストの増加を招くため好ましくない。また、これを使用する回路基板(PCB)メーカーの観点からすると、キャリアピール強度の低い製品(キャリア付き極薄銅箔)は、配線形成用のみ、キャリアピール強度の高い製品(キャリア付き極薄銅箔)は、コアレス基板製造時の支持体用のみにしか使用できず、用途がそれぞれ限定されてしまうという問題がある。これらのデメリットを解消するため、一種類のキャリア付き極薄銅箔だけを用いることを前提とし、ユーザー側が行なう簡便な方法により、支持体と配線形成のそれぞれに適したキャリアピール強度に変更することが可能なキャリア付き極薄銅箔を開発することが求められている。
WO2010/27052号公報 特開2007−186781号公報
上述したように、ユーザー側でキャリアピール強度を任意に変更可能なキャリア付き銅箔が求められている。特に、コアレス基板の製造において、微細配線の層形成(積層)工程では、印加される温度(プリプレグの種類によって異なるが、大部分は150℃〜220℃の範囲内)での加熱負荷後のキャリアピール強度が低く、また、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔に関しては、キャリアピール強度を、機械的剥離が可能な範囲で高く設定できるような、キャリアピール強度に関して二面性を持つキャリア付き極薄銅箔が求められている。
本発明は、このような要求を満足するキャリア付き極薄銅箔、並びにこれを用いて作製された銅張積層板、銅プリント配線基板及びコアレス基板を提供することを目的とする。
本発明のキャリア付き極薄銅箔は、キャリア箔上に、拡散防止層、剥離層および極薄銅箔がこの順で積層されてなるキャリア付き極薄銅箔であって、前記剥離層はCuが含まれ、かつMo、W、Fe、Co及びNiの群から選択される少なくとも一種類の元素を含む銅合金で構成されており、未加熱の前記キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がし、引き剥がされたキャリア箔の剥離面にて、オージェ電子分光分析法(AES)による深さ方向組成分析を行い、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、WC及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜91at.%であることを特徴とする。より好ましくは、剥離界面から5nm以内の位置にこのような元素割合となるようCuが含まれている事が望ましい。
本発明のキャリア付き極薄銅箔は、220℃で1時間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのピール強度T1が、0.02kN/m未満であり、かつ350℃で10分間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのピール強度T2が、0.02kN/m〜0.1kN/mであることが好ましく、特に、350℃で10分間熱処理した後の前記ピール強度T2と、220℃で熱処理した後の前記ピール強度T1の差(T2−T1)が、0.015〜0.080kN/mの範囲であることが好適である。
本発明において、未加熱のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がし、引き剥がされたキャリア箔の剥離面にて行なった深さ方向組成分析は、オージェ電子分光分析法(AES)で測定されたものを指し、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、WC及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜96at.%とする。前記剥離面からの深さは、SiO2をArイオンビームでスパッタリングする際の速度で換算した値を指す。
また、C、N,及びO元素を主体とするベンゾトリアゾールなどの有機系剥離層にCuを含ませる形態としても、同様に加熱処理後の高キャリアピール強度化が実現される。但し、キャリア箔と極薄銅箔を剥離した際、このような有機系剥離層の構成物が極薄銅箔表面に残留し、極薄銅箔のエッチングを阻害する不具合を生じる場合があるため、注意が必要である。
拡散防止層は、Fe、Ni、Coまたはこれらの元素を含む合金の群から選択された少なくとも1つの金属又は合金で形成されていることが好ましい。
キャリア箔は、銅又は銅合金であることが好ましい。
本発明のキャリア付き極薄銅箔は、銅張積層基板、プリント配線基板及びコアレス基板を作製するために用いるのが好適である。
本発明のキャリア付き極薄銅箔は、一種類のキャリア付き極薄銅箔だけを用いることを前提とし、支持体として使用するキャリア付き極薄銅箔については、高温(例えば350℃)で熱処理を行うことで、キャリアピール強度を、機械的剥離が可能な範囲内で高める一方、配線形成用として使用するキャリア付き極薄銅箔については、微細配線の層形成(積層)工程で印加される温度(例えば150℃〜220℃)でキャリアピール強度の上昇はないように設定する。このようにして用途に分けてキャリアピール強度を設定することにより、コアレス基板積層時の支持体として、積層工程中における意図しない段階でのキャリア箔と極薄銅箔との剥離を防止することができる。つまり、本発明のキャリア付き極薄銅箔は、一つの製品で様々な場面で使用可能な画期的な特徴を有する。
図1(a)〜図1(g)は、キャリア付き極薄銅箔を用いてコアレス基板を製造するための一般的な工程フローを説明するための模式図である。 図2は本発明に従うキャリア付き極薄銅箔の一の層構造を示す断面図である。
図2は、本発明に従うキャリア付き極薄銅箔の代表的な実施形態である。図2に示すように、キャリア付き極薄銅箔10は、キャリア箔11と、キャリア箔11の表面に形成の拡散防止層12と、拡散防止層12の表面に形成された剥離層13と、剥離層13の表面に形成された極薄銅箔16からなる。剥離層13は、単一層で構成しても構わないが、図2に示すように、キャリア箔11側に形成された第一剥離層14と、極薄銅箔16側に形成された第二剥離層15とで構成することが好ましい。図2で示すように、剥離層13を、第一剥離層14と第二剥離層15の2層で構成する場合、キャリア付き極薄銅箔10からキャリア箔11を引き剥がした際、第一剥離層14はキャリア箔11側に残り、第二剥離層15は極薄銅箔16側に残る。なお、剥離層13は、第一剥離層14のみの単一層の構成であっても、同様な高キャリアピール強度化を図ることが可能であるが、第一剥離層14は、第1剥離層14の形成後、極薄銅箔16の形成前に、一般に行なわれる場合が多い銅ストライクめっき工程において用いられるめっき溶液で溶解しやすい。そこで、第一剥離層14の溶解を防ぐため、第一剥離層14上に第二剥離層15を形成して、第一剥離層14が銅ストライクめっき溶液に直接触れないようにすることがより好ましい。
キャリア付き極薄銅箔10を構成するキャリア箔11としては、一般に、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、チタン合金箔、銅箔、銅合金箔等が使用可能である。極薄銅箔または極薄銅合金箔(以下、両者を区別する必要がないときは総称して、単に「極薄銅箔」という。)に使用するキャリア箔11としては、その取扱いの簡便さの点から、電解銅箔、電解銅合金箔、圧延銅箔または圧延銅合金箔が好ましい。また、その厚みは7μm〜200μmの厚さの箔を使用することが好ましい。
積層板、特にコアレス基板の作製に用いる場合、キャリア箔11の厚さが7μm未満では、このキャリア箔11の機械的強度が低いためにコアレス基板製造時の支持体としてキャリア箔11を機能させることができず、折れや反りが生じやすくなる結果、製造したコアレス基板にダメージを与える虞がある。また、キャリア箔11の厚さが200μm超えだと、単位コイル当たりの重量(コイル単重)が増すことで生産性に大きく影響するとともに設備上もより大きな張力を要求され、設備が大がかりとなるため好ましくない。従って、キャリア箔11の厚さは、7μm〜200μmとすることが好適である。
剥離層13はCuを含み、Mo、W、Fe、Co、Ni及びCrの群から選択される少なくとも一種類の元素とを含むことが好ましい。
本発明では、前記剥離層中に含まれるCuについては、未加熱のキャリア付き極薄銅箔10からキャリア箔11を引き剥がし、引き剥がされたキャリア箔11側の剥離面に存在する元素(図2では、第一剥離層14中に含まれる元素)に関し、オージェ電子分光分析法(AES)による深さ方向組成分析(デプスプロファイル)を行い、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、W、Cr、C及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜91at.%であることが好ましい。より好ましくは、剥離界面から5nm以内の位置にこのような元素割合となるようCuが含まれている事が望ましい。
上記Cuの元素割合の最大値が9at.%未満であると、キャリア付き極薄銅箔に高温(例えば350℃)での熱処理を施しても、キャリアピール強度を、所期した程度まで高めることができない。つまり、上記Cuの元素割合の最大値が9at.%未満であるキャリア付き極薄銅箔をコアレス基板の支持体として使用する場合、コアレス基板の層形成(積層)工程中に、支持体としてのキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔の意図しない剥離が発生することが懸念される。また、上記Cuの元素割合の最大値が96at.%よりも高くなると、高温(例えば350℃)での熱処理を施すことにより、キャリアピール強度が、機械的に剥離できる範囲を超えて高くなり過ぎる。つまり、上記Cuの元素割合の最大値が96at.%よりも高いキャリア付き極薄銅箔をコアレス基板の支持体として使用する場合、コアレス基板の層形成(積層)工程が完了した後に、支持体として使用したキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を剥離する際に、コアレス基板に大きな力が作用する結果、コアレス基板に折れや反り等の不良を発生させることが懸念される。このため、本発明では、上記Cuの元素割合の最大値を9at.%〜91at.%とする。
[拡散防止層の形成]
本発明では、キャリア付き極薄銅箔10からキャリア箔11の剥離性を安定させるために、キャリア箔11の表面に拡散防止層12を形成する。このように拡散防止層12を設けることで、キャリア箔11中に含まれるCuが剥離層13に熱拡散することを防止して、キャリア箔11と極薄銅箔16とが、機械的に剥離できる範囲を超えて過度に接合されるのを防止でき、剥離層13の剥離性を安定化させることができる。拡散防止層12の材質としては、例えばFe、Ni、Coまたはこれらの元素により形成された合金が挙げられる。拡散防止層12の厚さは、10〜200nmであることがキャリア箔のCuの拡散を防止する点で好ましい。また、拡散防止層12の形成方法は、例えば、Niめっき、Feめっき、Coめっきなどの電解めっきで形成する方法が挙げられる。
[剥離層の形成]
キャリア付き極薄銅箔10の作製工程において、図2で示す実施形態では、キャリア箔11上に形成した拡散防止層12上に、第一剥離層14を形成し、次いで第二剥離層15を形成する。上記各剥離層14、15は、例えば後述するように電解めっきで形成することができる。第一剥離層14中に含まれるCu割合を変化させる手段としては、例えば第一剥離層14を形成するためのめっき浴中のCu濃度を変化させる手法が挙げられる。前述の手法はあくまで一例を示したものであって、第一剥離層14のめっき時における電位を制御することによりCuの析出量を制御する手法を採用してもよい。つまり、本発明では、剥離層13中のCu割合の制御法に関しては、特に限定はせず、種々の手法を採用することができる。剥離層13の厚さは約5〜15nmの範囲であることが、キャリア箔と極薄銅箔の剥離を実現し、かつ本発明で規定するキャリアピール強度を実現する点で好ましい。この理由は、剥離層13の厚さが上記範囲よりも薄すぎると、極薄銅箔をキャリア箔から剥離不能になることがある一方、上記範囲よりも厚すぎると、キャリアピール強度が低くなりすぎることがあるからである。また、剥離層13を第一剥離層14と第二剥離層15との2層で構成する場合には、第一剥離層14の厚さと第二剥離層と15の厚さの比は、約2:1〜4:1の範囲にすることが好ましい。剥離層13の組成は、例えばCuを含み、さらにMo、W、Fe、Co、Ni及びCrの群から選択される少なくとも一種類の元素を含むことが好ましく、例えば、Co−Mo−Cu合金めっき、Fe−Mo−Cu合金めっき、Ni−Mo−Cu合金めっき、Ni−Cu合金めっき、Cr−Cu合金めっき等が挙げられる。
[極薄銅箔の製膜]
極薄銅箔16は、硫酸銅浴、ピロリン酸銅浴、シアン化銅浴などを使用し、剥離層13上、図2では第二剥離層15上に電解めっきを行なうことによって形成する。なお、極薄銅箔を製膜するにあたっては、第二剥離層15が、第二剥離層15中に含まれる元素によって、極薄銅箔16を製膜する電解めっき工程の、めっき液中のディップ時間、電流値、めっき仕上げのめっき液切り時、水洗時、及び金属めっき直後のめっき液pHで、溶解等のダメージを受ける場合が想定される。このようなダメージの発生が想定されるため、極薄銅箔を製膜する電解めっき工程におけるめっき浴組成、めっき条件等については、第二剥離層15を構成する元素との関係で注意して選択する必要がある。
また、本発明では、剥離層13(図2では第二剥離層15)上に、極薄銅箔16を形成するに先立ち、ピロリン酸銅浴などでストライク銅めっきを行うことがより好適である。ストライク銅めっきを行うことにより、剥離層13上に、密着性が良好で緻密な下地Cuめっき層(図示せず)を形成することができる。つまり、この下地Cuめっき層の上に、銅めっきを施すことで、剥離層13上に均一な極薄銅箔16を形成することができ、極薄銅箔16に生じるピンホールの数を激減させ、密着不良から来るフクレの発生を防止することができる。
前記ストライクめっきで付着させる下地Cuめっき層の厚さは、剥離層13の剥離性を損なわない厚さとする観点から、0.01μm〜0.5μmであることが好ましい。めっき浴種によってその条件はいろいろであるが、電流密度としては、0.1A/dm〜20A/dm、めっき時間としては0.1秒以上であることが好ましい。まず、電流密度については、0.1A/dm未満では、剥離層13上に、下地Cuめっき層を均一に形成することが難しくなる傾向があり、また20A/dm超えでは、めっき液中の金属イオン濃度が低いストライクめっきでは、めっきヤケが発生し、下地銅めっき層を均一に形成し難くなる傾向があることに注意が必要である。また、めっき時間については、0.1秒未満では短時間過ぎて、所定厚さの銅ストライクめっき層を均一に形成することが難しくなる傾向があることに注意が必要である。この下地Cuめっき層を形成した後、所望厚さのCuめっきを行い、極薄銅箔16を形成する。
コアレス基板の製造では、コアレス基板の層の形成(積層)工程において負荷される加圧加熱時の熱履歴は、プリプレグの種類によっても異なるが、通常は150℃〜220℃の範囲内で、1時間程である。また、キャリア付き極薄銅箔10からキャリア箔11を引き剥がすときのピール強度は、キャリア付き極薄銅箔10が支持体として用いられる場合には、コアレス基板の層の形成(積層)工程中に作用する、配線形成用のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がす力程度では剥離せず、かつ、コアレス基板の層の形成(積層)工程後の後工程で、機械的に剥離することが可能な範囲であることが必要である。具体的に、好適範囲は、0.02kN/m〜0.1kN/mである。
このため、本発明では、1種類のキャリア付き極薄銅箔を用いることを前提とし、220℃までの温度で1時間の加熱処理では、微細配線形成用に適した、キャリア箔の引き剥がし時の作業性の良い低キャリアピール強度が実現される。一方、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔については、予め高温(例えば350℃で10分間)で熱処理を行っておくことによって、コアレス基板支持体用として適する高キャリアピール強度が実現される。このような高キャリアピール強度が実現されることにより、コアレス基板製造工程で回路を形成する際のエッチング処理、及び積層する加圧処理等の負荷でも支持体のキャリア箔が意図しない段階で剥離する不良を低減させることが可能である。
例えば、本発明のキャリア付き極薄銅箔は、220℃で1時間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのピール強度T1が、0.02kN/m未満であり、かつ350℃で10分間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのピール強度T2が、0.02kN/m〜0.1kN/mであることが好ましい。
220℃で1時間熱処理した後の前記ピール強度T1を0.02kN/m未満とすることによって、配線形成用のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がす作業が容易になる。仮に、350℃で10分間熱処理した後の前記ピール強度T2が0.02kN/m未満だと、コアレス基板の層の形成(積層)工程における、配線形成用のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がす際に、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔が意図せずに剥離する虞があるため、好ましくない。一方、350℃で10分間熱処理した後の前記ピール強度T2が0.1kN/m超えだと、コアレス基板の層の形成(積層)工程後の後工程で、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を機械的に剥離することが難しくなって、折れや反りが生じやすくなる原因となり、製造したコアレス基板にダメージを与える虞があるため、好ましくない。
本発明は、特に、350℃で10分間熱処理した後の前記ピール強度T2と、220℃で1時間熱処理した後の前記ピール強度T1の差(T2−T1)が、0.015〜0.080kN/mの範囲であることがより好適である。前記ピール強度T1の差(T2−T1)を0.015〜0.080kN/mの範囲にすることによって、コアレス基板の層の形成(積層)工程における、配線形成用のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がす際に、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔が意図せずに剥離するのをより一層回避しつつ、コアレス基板の層の形成(積層)工程後の後工程で、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を機械的に剥離することができる。
前述したように本発明の剥離層13は、第一剥離層14と第二剥離層15からなり、さらに第一剥離層14の最表層( すなわち第一剥離層14と第二剥離層15の境界部分)には、金属酸化物層が形成されていることが好ましい。この酸化物層が機械的に破断し易く、剥離界面となると考えられる。第一剥離層14を形成する際のめっき条件を調整することにより、その最表層に金属酸化物を形成することができる。高温(例えば350℃)で熱処理した時に、第一剥離層14中に存在するCuが上述の酸化物層に拡散することで、明確な酸化物層が消失し、結果として第一剥離層14と第二剥離層15とが、拡散したCuを介して密に接合されることで、高キャリアピール強度化が実現されているものと考えられる。このように第1剥離層14中のCuが剥離界面となる部分に拡散しやすくするため、第一剥離層14の最表層(または剥離面)から15nm以内(より好ましくは5nm以内)の深さ位置までにCu、Co、Mo、Ni、Fe、W、Cr、C及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内(より好ましくは5nm以内)の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜91at.%とすることが好ましい。
また、本発明者らの鋭意研究の結果、剥離層13が第一剥離層14のみの単一層の場合においても、同様の現象で高キャリアピール強度化が起こることを見出している。ただし剥離層13が第一剥離層14のみでの構成は、次工程のストライクめっき処理で用いるめっき液の種類によっては第一剥離層14が溶解し、極薄銅箔16が全く剥がれなくなることが生じるので、剥離層13の構成は第一剥離層14とそれを保護する第二剥離層15から形成することが好ましい。
以下本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。尚、以下の実施例に記載しためっき条件はあくまで一例であり、これにより本発明は何ら制約を受けることは無い。
[実施例1〜6]
片面の表面粗さRzが1.1μmである銅箔(厚さ:18μm)をキャリア箔11とし、キャリア箔11上に、下記に示すNiめっき条件でNiめっき処理を行い、厚さ100nmの拡散防止層12を形成した。
Niめっき条件
Ni 50.0g〜200g/L
BO 5.00〜100g/L
pH 3.0〜5.0
浴温 30〜60℃
電流密度 10〜40A/dm
めっき時間 5.00〜30.0s
拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すめっき条件(Co−Mo−Cu合金めっき浴組成、電流密度1.0〜10A/dm、めっき時間1.0〜10s)で、厚さ約4〜10nmの第一剥離層14を形成した。
Co−Mo−Cu合金めっき条件
Mo 1.0〜20g/L
Co 0.50〜15g/L
Cu 0.50〜10g/L
クエン酸 10.0〜200g/L
pH 4.0〜7.0
浴温 20〜40℃
第一剥離層14の形成後、上記と同様のCo−Mo−Cu合金めっき浴組成を用い、このCo−Mo−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬し、その後同一のめっき液を用い、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約1.5〜3nmの第二剥離層15を形成した。
次いで、この第二剥離層15上に、下記に示す下地Cuめっき条件でCuストライクめっきを行い、その上に、下記に示すCuめっき条件によりCuめっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
下地Cuめっき条件
ピロリン酸銅 10〜50g/L
ピロリン酸カリウム 50.0〜500g/L
pH 8.0〜10.0
浴温 30〜50℃
電流密度 0.5〜3.0A/dm
めっき時間 20.0〜100s
Cuめっき条件
Cu 10〜100g/L
SO 30〜200g/L
Cl 10〜50ppm
浴温 30〜70℃
電流密度 10〜50A/dm
めっき時間 20.0〜100.0s
[実施例7]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すFe−Mo−Cu合金めっき条件で厚さ約5nmの第一剥離層14を形成した。
Fe−Mo−Cu合金めっき条件
Mo 1.0〜20g/L
Fe 0.50〜15g/L
Cu 0.60〜10g/L
クエン酸 10.0〜200g/L
pH 4.0〜7.0
浴温 20〜40℃
電流密度 1.0〜10A/dm
めっき時間 1.0〜10s
第一剥離層14を形成した後、上記と同様のFe−Mo−Cu合金めっき浴組成を用い、Fe−Mo−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬した。めっき浴中に浸漬した後、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。次いで、この剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[実施例8]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すNi−Mo−Cu合金めっき浴を用い、厚さ約5nmの第一剥離層14を形成した。
Ni−Mo−Cu合金めっき条件
Mo 1.0〜20g/L
Ni 0.50〜15g/L
Cu 0.60〜10g/L
クエン酸 10.0〜200g/L
pH 4.0〜7.0
浴温 20〜40℃
電流密度 1.0〜10A/dm
めっき時間 1.0〜10s
第一剥離層14を形成した後、Ni−Mo−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬した。めっき浴中に浸漬した後、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。次いで、この剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[実施例9]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すNi−W−Cu合金めっき条件で、厚さ約5nmの第一剥離層14を形成した。
Ni−W−Cu合金めっき条件
W 1.0〜20g/L
Ni 0.50〜15g/L
Cu 0.60〜10g/L
クエン酸 10.0〜200g/L
pH 4.0〜7.0
浴温 20〜40℃
電流密度 1.0〜10A/dm
めっき時間 1.0〜10s
第一剥離層14を形成した後、Ni−W−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬した。めっき浴中に浸漬した後、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。次いで、この剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[実施例10]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すCr−Cu合金めっき条件で、厚さ約5nmの第一剥離層14を形成した。
Cr−Cu合金めっき条件
Cr 1.0〜20g/L
Cu 0.60〜10g/L
pH 3.5〜5.0
浴温 20〜30℃
電流密度 1.0〜10A/dm
めっき時間 1.0〜10s
第一剥離層14を形成した後、Cr−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬した。めっき浴中に浸漬した後、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。次いで、この剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[実施例11]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、下記に示すNi−Cu合金めっき条件で、厚さ約5nmの第一剥離層14を形成した。
Ni−Cu合金めっき条件
Ni 0.50〜15g/L
Cu 0.60〜10g/L
pH 4.0〜6.0
浴温 20〜40℃
電流密度 1.0〜10A/dm
めっき時間 1.0〜10s
第一剥離層14を形成した後、Ni−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬した。めっき浴中に浸漬した後、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。次いで、この剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[比較例1]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、Cuを含まないCo−Mo(Cu以外の成分は実施例1〜6と同じ)合金めっき浴で、実施例1〜6と同様の浴温、電流密度、めっき時間で厚さ約4nmの第一剥離層14を形成し、第一剥離層14の形成後、Cuを含まないCo−Mo合金めっき浴中に5.0秒間浸漬し、その後、Cuを含まないCo−Mo合金めっき浴を用い、実施例1と同様のめっき条件で厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。
次いでこの剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[比較例2]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、Cu濃度を0.15g/Lとし、それ以外は実施例1〜6と同様の組成のCo−Mo−Cu合金めっき浴を用いて実施例1〜6と同様の浴温、電流密度、めっき時間で厚さ約4nmの第一剥離層14を形成し、第一剥離層14の形成後、Cuを0.15g/L含むCo−Mo−Cu合金めっき浴に5.0秒間浸漬し、その後、Cuを0.15g/L含むCo−Mo−Cu合金 めっき浴を用い、実施例1と同様のめっき条件で厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。
次いでこの剥離層15上に、実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[比較例3]
実施例1と同様のキャリア箔11に、実施例1と同様の拡散防止層12を形成した。拡散防止層12を形成したキャリア箔11上に、Cu濃度を20g/Lとし、それ以外は実施例1〜6と同様の組成のCo−Mo−Cu合金めっき浴を用いて実施例1〜6と同様の浴温、電流密度、めっき時間で厚さ約8nmの第一剥離層14を形成し、第一剥離層14の形成後、Cuを20g/L含むCo−Mo−Cu合金めっき浴に5.0秒間浸漬し、その後、Cuを20g/L含むCo−Mo−Cu合金めっき浴を用い、実施例1と同様のめっき条件で厚さ約3nmの第二剥離層15を形成した。次いでこの剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[比較例4]
実施例1と同様のキャリア箔11に拡散防止層を形成しないで、Cuを含まないCo−Mo(Cu以外の成分は実施例1〜6と同じ)合金めっき浴で、実施例1〜6と同様の浴温、電流密度、めっき時間で厚さ約4nmの第一剥離層14を形成し、第一剥離層14の形成後、Cuを含まないCo−Mo合金めっき浴中に5.0秒間浸漬し、その後、Cuを含まないCo−Mo合金めっき浴を用い、実施例1と同様のめっき条件で厚さ約2nmの第二剥離層15を形成した。
次いでこの剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
[比較例5]
実施例1と同様のキャリア箔11に拡散防止層を形成しないで、実施例1と同条件のCo−Mo−Cu合金めっき浴で、実施例1〜6と同様の浴温、電流密度、めっき時間で厚さ約4nmの第一剥離層14を形成し、第一剥離層14の形成後、上記と同様のCo−Mo−Cu合金めっき浴組成を用い、このCo−Mo−Cu合金めっき浴中に5.0s浸漬し、その後同一のめっき液を用い、電流密度0.1〜0.9A/dmで、めっき時間を5.0〜30sで厚さ約1.5〜3nmの第二剥離層15を形成した。
次いでこの剥離層15上に実施例1と同様に銅ストライクめっきと銅めっきを行い、下地Cuめっきを含めて厚さ3μmの極薄銅箔16を形成してキャリア付き極薄銅箔10を作製した。
作製した未加熱の各試料のキャリア付き極薄銅箔10からキャリア箔11を引き剥がし、キャリア箔11側の剥離面に残存している元素の深さ方向組成分析(デプスプロファイル)を、オージェ電子分光分析装置(アルバックファイ製 PHI5400)で測定した。スパッタレートは15.9nm/分(Sio換算)、測定領域の大きさは1mm角とした。測定された深さ方向の元素割合プロファイルのうち、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、W、Cr、C及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値を測定した。その値を表1に示す。
作製した各キャリア付き極薄銅箔を、220℃で1時間、又は350℃で10分間の熱履歴で、プレス圧30kgf/cmの条件でプレスを行い極薄銅箔とプリプレグを張り合わせた。その後10mm幅の回路を作製し、キャリアピール強度をJIS C 6481−1996に基づき、引っ張り試験機(東洋ボールドウイン製、UTM−4−100)を用いて、キャリア箔を90度方向に引き剥がした。キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときの、220℃で1時間の熱処理後のピール強度T1、および350℃で10分間の熱処理後のピール強度T2を測定した。測定結果を表1に示す。
Figure 0005830635
[評価結果]
実施例1〜11は、キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がした際に、キャリア箔側の剥離面から15nm以内の深さに存在するCuの元素割合の最大値が、9.6〜91.0at.%となった。また、220℃で1時間の熱処理後では、いずれも0.002〜0.015kN/mの範囲にあって、0.02kN/m未満の低キャリアピール強度を示した。一方、350℃で10分間の熱処理後では、いずれも0.020〜0.091kN/mの範囲にあって、0.02〜0.1kN/mの範囲内の高キャリアピール強度を示した。前述した測定結果から明らかなとおり、熱処理条件の違いによって微細配線形成用途及びコアレス基板製造時の支持体用途のどちらにも適するキャリアピール強度が実現されている。なお、上記実施例は、いずれもNiめっき層を拡散防止層とした場合である。なお、Feめっき層やCoめっき層を拡散防止層とした場合についての実施例は示していないが、本発明者らは、Feめっき層やCoめっき層を拡散防止層とした場合についても、上記と同様の評価を行い、Niめっき層と同様の効果が得られることを確認した。
一方、比較例1は、Cuが含まれていないCo−Mo合金めっき浴で第一剥離層および第二剥離層を処理し、キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのキャリア箔の剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が0at.%であるため、350℃で10分間の熱処理後においても高キャリアピール強度化が起こらなかった。つまり、キャリアピール強度化が起こらないため、コアレス基板製造時の積層工程中における意図しない段階で、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔が剥離する場合があった。
比較例2は、Co−Mo−Cu合金めっき浴で第一剥離層および第二剥離層を処理したものの、キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのキャリア箔の剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が3.2at.%と本発明の適正範囲よりも小さいため、350℃で10分間の熱処理後における高キャリアピール強度化の効果が弱く、目的とするキャリアピール強度とならなかった。したがって、比較例1と同様にコアレス基板製造時の積層工程中における意図しない段階で、支持体として用いられるキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔が剥離する場合があった。
比較例3は、Co−Mo−Cu合金めっき浴で第一剥離層および第二剥離層を処理したものの、キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのキャリア箔の剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が96.1at.%と本発明の適正範囲よりも大きいため、350℃で10分間の熱処理後において高キャリアピール強度化については実現されている。しかしながら、キャリアピール強度が高くなりすぎて、キャリア箔を引き剥がす際にコアレス基板に曲げや折れ等のダメージが生じる場合が認められた。
比較例4は、比較例1と同様にCuが含まれていないCo−Mo合金めっき浴で第一剥離層および第二剥離層を処理したものであるが、拡散防止層を形成していない。キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときのキャリア箔の剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、剥離層にCuを含んでいないことにもかかわらず99.6at.%となったが、これはキャリア箔の銅の信号を拾ったためであると考えられる。キャリアピール強度については220℃プレス後の時点で0.020kN/mを超えており、キャリアピール強度が高くなりすぎて、キャリア箔を引き剥がす際にコアレス基板に曲げや折れ等のダメージが生じる場合が認められた。
比較例5は、実施例1から拡散防止層を取り除いた形態となる。拡散防止層が存在していないのでキャリア箔からのCuの拡散が進み、キャリアピール強度については220℃プレス後の時点で0.020kN/mを超えた。このようにキャリアピール強度が高くなりすぎたことにより、キャリア箔を引き剥がす際にコアレス基板に曲げや折れ等のダメージが生じる場合が認められた。
実施例1〜11で作製した各キャリア付き極薄銅箔を使用して前記コアレス基板作製ステップに従いコアレス基板を作製した結果、製造工程でトラブルなく、剥離工程でも支障なく剥離することができた。
本発明のキャリア付き極薄銅箔は、一種類のキャリア付き極薄銅箔だけを用いることを前提とし、支持体として使用するキャリア付き極薄銅箔については、高温(例えば350℃)で熱処理を行うことで、キャリアピール強度を、機械的剥離が可能な範囲内で高める一方、配線形成用として使用するキャリア付き極薄銅箔については、微細配線の層形成(積層)工程で印加される温度(例えば150℃〜220℃)でキャリアピール強度の上昇はないように設定する。このようにして用途に分けてキャリアピール強度を設定することにより、コアレス基板積層時の支持体として、積層工程中における意図しない段階でのキャリア箔と極薄銅箔との剥離を防止することができる。つまり、本発明のキャリア付き極薄銅箔は、一つの製品で様々な場面で使用可能な画期的な特徴を有する。
1 キャリア箔
2 極薄銅箔
3 支持体用キャリア付き極薄銅箔
4 プリプレグ
5 キャリア箔
6 極薄銅箔
7 配線形成用キャリア付き極薄銅箔
8 微細配線
9 コアレス基板
10 キャリア付き極薄銅箔
11 キャリア箔
12 拡散防止層
13 剥離層
14 第一剥離層
15 第二剥離層
16 極薄銅箔

Claims (7)

  1. キャリア箔上に、拡散防止層、剥離層および極薄銅箔がこの順で積層されてなるキャリア付き極薄銅箔であって、前記剥離層はCuが含まれ、かつMo、W、Fe、Co及びNiの群から選択される少なくとも一種類の元素を含む銅合金で構成されており、未加熱の前記キャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がし、引き剥がされたキャリア箔の剥離面にて、オージェ電子分光分析法(AES)による深さ方向組成分析を行ない、Cu、Co、Mo、Ni、Fe、WC及びOを分母としたときの、前記剥離面から15nm以内の深さ位置までに存在するCuの元素割合の最大値が、9at.%〜91at.%であることを特徴とするキャリア付き極薄銅箔。
  2. 220℃で1時間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときの20℃におけるピール強度T1が、0.02kN/m未満であり、かつ350℃で10分間熱処理した後のキャリア付き極薄銅箔からキャリア箔を引き剥がしたときの20℃におけるピール強度T2が、0.02kN/m〜0.1kN/mであるキャリア付き極薄銅箔。
  3. 350℃で10分間熱処理した後の20℃における前記ピール強度T2と、220℃で1時間熱処理した後の20℃における前記ピール強度T1の差(T2−T1)が、0.015〜0.080kN/mの範囲である、請求項2に記載のキャリア付き極薄銅箔。
  4. 前記拡散防止層がFe、Ni、Co、またはこれらの元素により形成された合金で形成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載のキャリア付き極薄銅箔。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のキャリア付き極薄銅箔を用いて作製された銅張積層板。
  6. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のキャリア付き極薄銅箔を用いて作製されたプリント配線基板。
  7. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のキャリア付き極薄銅箔を用いて作製されたコアレス基板。
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