JP2018178222A - Copper electroplating bath for forming low stress film and copper electroplating method - Google Patents

Copper electroplating bath for forming low stress film and copper electroplating method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a copper plating solution capable of preventing warpage of a plating film over time in electrolytic copper plating.SOLUTION: There is provided a copper plating solution capable of obtaining a copper film that has a compressive stress exerted onto a plating film obtained from the copper bath so as to resist a tensile stress exerted onto the film over time, and therefore, keeping the film virtually free from warpage over time, by including in the copper plating solution containing a soluble copper salt and an acid: a leveler (B) comprising (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group and (b) an organohalogen compound, or further comprising (c) a product obtained by reacting a predetermined polyalkylene glycol; or further 50-10000 mg/L of a predetermined sulfur-containing compound selected from a sulfide, a mercaptan or the like.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴及び電気銅メッキ方法に関して、メッキ後の銅皮膜の反りを防止できるものを提供する。   The present invention provides an electrolytic copper plating bath for forming a low stress film and an electrolytic copper plating method, which can prevent warpage of a copper film after plating.

通常の電気銅メッキでは、メッキ後に皮膜内部に引張応力が働いて時間経過とともに(例えば、1〜2日経過後に)、基材の表面に対して銅皮膜がメッキの表面側に凹状に反るという現象がある。つまり、バンプやリードなどの基材上のメッキ皮膜の内部で相互に引張応力が働いて皮膜のうちの外部に臨む表面側が長さ方向に収縮するのに対して、皮膜のうちの基材に臨む接触面側は長さが変わらないために、メッキ皮膜がその表面側を上にして凹状に反る(換言すると、下側の基材に向って凸状に反る)という現象が見られる(図1A参照)。
反りはこの1〜2日の間に経時的に進行した後、定常状態に移行し、それ以上は反らないが、例えば、200μm以下のウエハー、或いはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂などのフィルムのように薄い基材に銅メッキした場合、皮膜を形成した基材ごと全体が経時的に反ってしまい、メッキ皮膜を介して基材にICなどの各種チップ部品を実装した場合、バンプなどの接合部分が割れるなどの接合不良を起こし、電子部品の信頼性を損なう問題がある。
また、銅メッキ皮膜と被メッキ物との間の密着性が低い場合には、メッキ皮膜が反ると皮膜自体が被メッキ物から剥離してしまい、やはり各種チップ部品の実装に際して、電子部品の信頼性を損なうことになる。
In ordinary copper electroplating, tensile stress is applied to the inside of the film after plating, and as time passes (eg, after 1 to 2 days), the copper film warps concavely on the surface side of the plating with respect to the surface of the substrate There is a phenomenon called. That is, while tensile stress works mutually inside the plated film on the base material such as bumps and leads, the surface side facing the outside of the film shrinks in the length direction, while the base material of the film Since the length of the contact surface side does not change, a phenomenon that the plating film warps concavely with its surface side up (in other words, warps toward the lower substrate) is observed (See Figure 1A).
Warpage proceeds with time between these 1 and 2 days, then shifts to a steady state, and does not warp further, but, for example, a wafer of 200 μm or less or a film of polyimide resin, epoxy resin, polycarbonate resin, etc. When copper is plated on a thin base like this, the entire base on which the film is formed warps over time, and when various chip components such as ICs are mounted on the base via the plated film, bumps and the like There is a problem of causing a joint failure such as breakage of the joint portion and impairing the reliability of the electronic component.
In addition, when the adhesion between the copper plating film and the object to be plated is low, if the plating film warps, the film itself peels off the object to be plated, and also when mounting various chip components, the electronic components It will impair the reliability.

一般に、電気銅メッキでは、電着皮膜の均一性、平滑性、光沢性を促進するため、レベラー、ブライトナー、ポリマー、塩化物などを添加している。
従って、これらの成分が複合的に作用して銅皮膜の反りに影響していることが考えられるが、電気銅メッキに関連した従来技術を挙げると、次の通りである。
(1)特許文献1
イミダゾール環、テトラゾール環、ピリジン環、ベンゾチアゾール環などを有する複素環式窒素化合物と、ポリハロゲン化合物(2,4−ビス(クロロメチル)−1,3,5−トリメチルベンゼン、1,2−ジクロロエタンなど)と、ポリエポキシド化合物(1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルなど)とを反応させた生成物を含有する電気銅メッキ液であり(請求項1〜2、6、[0029]〜[0033])、上記反応生成物を含有させることで、メッキ液から得られる銅皮膜の均一電着性と平滑性を改善できる([0007])。
この場合、上記複素環式窒素化合物のうち、5員環化合物(請求項3)の置換基R1にメルカプト基はなく、また、6員環化合物(請求項5)と、縮合複素環窒素化合物(請求項4)には置換基はない。
例えば、実施例1では、イミダゾール(複素環式化合物)と、2,4−ビス(クロロメチル)−1,3,5−トリメチルベンゼン(ポリハロゲン化合物)と、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(ポリエポキシド化合物)との反応生成物が開示される([0056]、表1参照)。
Generally, in copper electroplating, levelers, brighteners, polymers, chlorides and the like are added in order to promote the uniformity, smoothness and gloss of the electrodeposition film.
Therefore, it is conceivable that these components act in combination to affect the warpage of the copper film, but the prior art related to electrolytic copper plating is as follows.
(1) Patent Document 1
Heterocyclic nitrogen compounds having an imidazole ring, tetrazole ring, pyridine ring, benzothiazole ring, etc., and polyhalogen compounds (2,4-bis (chloromethyl) -1,3,5-trimethylbenzene, 1,2-dichloroethane And the like, and a product obtained by reacting a polyepoxide compound (such as 1,4-butanediol diglycidyl ether) with an electrolytic copper plating solution (claims 1-2, 6, [0029] to [0033] And, by containing the above reaction product, it is possible to improve the throwing power and smoothness of the copper film obtained from the plating solution ([0007]).
In this case, among the above-mentioned heterocyclic nitrogen compounds, there is no mercapto group in the substituent R 1 of the 5-membered ring compound (claim 3), and a 6-membered ring compound (claim 5), a fused heterocyclic nitrogen compound There is no substituent in (claim 4).
For example, in Example 1, imidazole (heterocyclic compound), 2,4-bis (chloromethyl) -1,3,5-trimethylbenzene (polyhalogen compound), and 1,4-butanediol diglycidyl ether The reaction product with (polyepoxide compound) is disclosed (see [0056], Table 1).

(2)特許文献2
数平均分子量100〜200万以上を有し、末端にスルホン酸基、アミノ基、メルカプト基、フェニル基、フェニルオキシド基、フェニルアゾフェノキシ基などの官能基、或はハロゲンが結合したポリアルケンオキシド化合物を添加剤として含有する電気銅メッキ液であり(請求項1〜3、[0032]、[0037]〜[0039])、上記添加剤は分子量100以上であるため、当該添加剤を含有した場合、メッキ液中の塩素量が少なくても安定して良好な銅メッキが行え、 ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(SPS) やヤヌスグリーンなどの添加剤を併用する必要もない([0033])。
上記ポリアルケンオキシド化合物では、例えば、有機ハロゲン化物に属するジクロロポリエチレングリコールなどが開示される([0037]〜[0038])。
(2) Patent Document 2
Polyalkene oxide compound having a number average molecular weight of not less than 100 to 2,000,000 and having a functional group such as a sulfonic acid group, an amino group, a mercapto group, a phenyl group, a phenyl oxide group, a phenyl azophenoxy group or a halogen at the end The copper electroplating solution contains Cu as an additive (claims 1 to 3, [0032], [0037] to [0039]), and the above additive has a molecular weight of 100 or more, and therefore, the additive is contained. Even if the amount of chlorine in the plating solution is small, stable and good copper plating can be performed, and it is not necessary to use an additive such as bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS) or Janus green in combination ([0033]) .
As the polyalkene oxide compound, for example, dichloropolyethylene glycol belonging to an organic halide is disclosed ([0037] to [0038]).

(3)特許文献3
ジピリジル化合物とアルキル化剤の反応生成物である4級ジピリジル塩化合物からなるレベラー化合物を含有する銅メッキ浴を基板に適用して、ボイドの発生を抑えてメッキ不良を改善できる銅フィリング方法である(請求項1〜42、段落22〜23)。
上記ジピリジル化合物は、例えば、ピリジン環同士が炭素−炭素で直接結合し、或いは、エチレン基を介して結合したピリジン誘導体などである(請求項6、段落26)。
上記アルキル化剤は2−クロロエチルエーテル、塩化ベンジル、2−(2−クロロトキシ)エタノール、クロロエタノール、ジクロロヘキサン、グリコール結合を有する化合物などである(請求項20、段落39、46、55)。
実施例1では、可溶性銅塩と、硫酸と、塩素イオンと、電着促進剤と、電着抑制剤と、ピリジン環同士がエチレン基を介して結合したピリジン誘導体を2−クロロエチルエーテルでアルキル化したレベラー化合物とを含有する銅メッキ浴が開示されている(段落124)。この場合、上記レベラー化合物は複素環窒素化合物(ピリジン誘導体)と有機塩素化合物(2−クロロエチルエーテル)を反応させた生成物である。
(3) Patent Document 3
A copper filling method that can suppress the occurrence of voids and improve plating defects by applying to a substrate a copper plating bath containing a leveler compound consisting of a quaternary dipyridyl salt compound that is a reaction product of a dipyridyl compound and an alkylating agent (Claims 1 to 42, paragraphs 22 to 23).
The dipyridyl compound is, for example, a pyridine derivative in which pyridine rings are directly bonded to each other by carbon-carbon, or bonded via an ethylene group (claim 6, 26).
The alkylating agent is 2-chloroethyl ether, benzyl chloride, 2- (2-chlorotoxy) ethanol, chloroethanol, dichlorohexane, a compound having a glycol bond, and the like (claim 20, paragraphs 39, 46, 55).
In Example 1, a soluble copper salt, sulfuric acid, chlorine ion, an electrodeposition accelerator, an electrodeposition inhibitor, and a pyridine derivative in which pyridine rings are linked via an ethylene group are alkylated with 2-chloroethyl ether. A copper plating bath is disclosed which contains a stabilized leveler compound (paragraph 124). In this case, the leveler compound is a product obtained by reacting a heterocyclic nitrogen compound (pyridine derivative) and an organic chlorine compound (2-chloroethyl ether).

(4)特許文献4
ポリオキシアルキレングリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコールなどの抑制剤、 SPS 、 メルカプトプロパンスルホン酸(MPS) 、 N,N−ジメチル−ジチオカルバミルプロパンスルホン酸(DPS)、3−[(アミノイミノメチル)チオ]−1−プロパンスルホン酸(UPS) などの電着促進剤を含む銅メッキ液で電気メッキをして、低内部応力の銅皮膜を形成する方法である(請求項1〜6、表1)。
実施例1では、MPS(塩)とSPS(塩)とポリオキシアルキレングリコールとポリエチレングリコールを含有する銅メッキ浴(浴2〜4)が記載され、MPS(塩)とSPS(塩)の合計濃度は5〜9ppmである。
(4) Patent Document 4
Inhibitors such as polyoxyalkylene glycol, carboxymethylcellulose, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol SPS, mercaptopropane sulfonic acid (MPS), N, N-dimethyl-dithiocarbamyl propane sulfonic acid (DPS), 3- [3 The method is a method of forming a copper film with low internal stress by electroplating with a copper plating solution containing an electrodeposition promoter such as (aminoiminomethyl) thio] -1-propanesulfonic acid (UPS). ~ 6, Table 1).
In Example 1, a copper plating bath (baths 2 to 4) containing MPS (salt), SPS (salt), polyoxyalkylene glycol and polyethylene glycol is described, and the total concentration of MPS (salt) and SPS (salt) Is 5-9 ppm.

特開2015−227327号公報JP, 2015-227327, A 特開2008−223082号公報JP 2008-223082 A 特表2012−510179号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-510179 特開2013−060660号公報JP, 2013-060660, A

特許文献1〜4に示す電気銅メッキ液、或いは、予備処理を含む電気銅メッキ方法にあっては、前述したように、得られた銅の電着皮膜は時間経過に伴って引張応力が働いて、メッキ表面に向けて上側に反ってしまい(図1A参照)、基板への各種チップ部品の装填の信頼性を確保するのが容易でないという実情がある。
例えば、上記特許文献1の実施例([0056])には、イミダゾール(複素環式化合物)と、2,4−ビス(クロロメチル)−1,3,5−トリメチルベンゼン(ポリハロゲン化合物)と、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(ポリエポキシド化合物)を反応させた化合物が例示されるが、当該化合物をレベラーとして電気銅メッキ液に添加しても、得られた銅皮膜について経時的な反りを抑制する点で充分ではない(後述の比較例参照)。
本発明は、銅メッキに際してメッキ皮膜が経時的に反るのを有効に防止することを技術的課題とする。
In the electrolytic copper plating solution shown in Patent Documents 1 to 4 or the electrolytic copper plating method including the pretreatment, as described above, the obtained copper electrodeposition film acts as a tensile stress with the passage of time. In this case, it is not easy to ensure the reliability of loading of various chip components on the substrate because the semiconductor chip is warped upward toward the plating surface (see FIG. 1A).
For example, in the example ([0056] of Patent Document 1), imidazole (heterocyclic compound), 2,4-bis (chloromethyl) -1,3,5-trimethylbenzene (polyhalogen compound) and And compounds obtained by reacting 1,4-butanediol diglycidyl ether (polyepoxide compound), but even if the compound is added as a leveler to an electrolytic copper plating solution, the obtained copper film warps with time. Is not sufficient at the point which suppresses (refer to the below-mentioned comparative example).
An object of the present invention is to effectively prevent the plating film from warping over time during copper plating.

本発明者らは、上記特許文献1〜4に記載された生成物、特に当該生成物を得るための反応物である複素環窒素化合物、有機ハロゲン化合物などに着目し、これらに改変を加えた化合物を反応させて得られる生成物について、当該生成物を電気銅メッキ液に添加した場合、各種生成物と得られる銅皮膜の反りとの関係を鋭意研究した。
その結果、複素環窒素化合物にメルカプトを導入した化合物(1)を、有機ハロゲン化合物(2)と反応させた生成物、或は、さらに、 反応性基を有するポリアルキレングリコール (3)を反応させた生成物をレベラーとして電気銅メッキ液に添加すると、上記特許文献1に開示された化合物に比べても、得られた銅皮膜の経時的な反りを有効に防止できるという予測外の効果を確認した。
また、メルカプトプロパンスルホン酸(MPS)又はその塩、 ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(SPS)などを初めとする含イオウ化合物は、電気銅メッキで電着促進機能を果たす化合物として用いられるが、 上記レベラーに加えてこの 含イオウ化合物を所定以上の濃度で電着銅メッキ浴に併用することで、銅皮膜の反り防止効果を一層増強できることを 見い出し、本発明を完成した。
The present inventors focused attention on the products described in Patent Documents 1 to 4 above, in particular, heterocyclic nitrogen compounds, organic halogen compounds, etc., which are reactants for obtaining the products, and modified these. With respect to the product obtained by reacting the compound, when the product was added to the copper electroplating solution, the relationship between various products and the warpage of the obtained copper film was earnestly studied.
As a result, a compound (1) in which mercapto is introduced into a heterocyclic nitrogen compound is reacted with an organic halogen compound (2) or a polyalkylene glycol (3) having a reactive group is further reacted. When the product is added as a leveler to the copper electroplating solution, the unexpected effect is confirmed that the warpage of the obtained copper film can be effectively prevented as compared with the compound disclosed in Patent Document 1 above. did.
In addition, sulfur-containing compounds such as mercaptopropane sulfonic acid (MPS) or a salt thereof, bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS) and the like are used as a compound that performs an electrodeposition promoting function in electrolytic copper plating, It has been found that the warpage preventing effect of a copper film can be further enhanced by using this sulfur-containing compound in combination with the above-mentioned leveler in an electrodeposited copper plating bath at a predetermined concentration or more to complete the present invention.

即ち、本発明1は、可溶性銅塩と、酸又はその塩とを含有する電気銅メッキ浴において、
次のレベラー(L1)及びレベラー(L2)の少なくとも一種から選ばれた化合物(B)を含有し、
上記レベラー(L1)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物との反応生成物であり、
上記レベラー(L2)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物と、(c)一端又は両端に反応性基を有するポリアルキレングリコールとの反応生成物であることを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴である。
That is, the present invention 1 relates to an electrolytic copper plating bath containing a soluble copper salt and an acid or a salt thereof,
A compound (B) selected from at least one of the following levelers (L1) and levelers (L2),
The leveler (L1) is a reaction product of (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group and (b) an organic halogen compound,
The leveler (L2) is a reaction product of (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group, (b) an organic halogen compound, and (c) a polyalkylene glycol having a reactive group at one or both ends. It is an electrolytic copper plating bath for low stress film formation characterized by the above.

本発明2は、可用性銅塩と、酸又はその塩とを含有する電気銅メッキ浴において、
(A)スルフィド類、メルカプタン類、チオプロピルスルホン酸類、ジチオカルバミン酸類から選ばれた含イオウ化合物を50〜10000mg/L含有するとともに、
(B)メルカプト基を持つ複素環窒素化合物(a)と、有機ハロゲン化合物(b)との反応生成物である レベラー(L1)、及び
メルカプト基を持つ複素環窒素化合物(a)と、有機ハロゲン化合物(b)と、一端又は両端に反応性基を有するポリアルキレングリコール(c)との反応生成物である レベラー(L2)の少なくとも一種
を含有する ことを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴である。
Invention 2 relates to an electrolytic copper plating bath containing an available copper salt and an acid or a salt thereof,
(A) 50 to 10000 mg / L of a sulfur-containing compound selected from sulfides, mercaptans, thiopropyl sulfonic acids and dithiocarbamic acids,
(B) Leveler (L1) which is a reaction product of a heterocyclic nitrogen compound (a) having a mercapto group and an organic halogen compound (b), a heterocyclic nitrogen compound (a) having a mercapto group, and an organic halogen An electricity for forming a low stress film, comprising at least one of a leveler (L2) which is a reaction product of a compound (b) and a polyalkylene glycol (c) having a reactive group at one end or both ends. It is a copper plating bath.

本発明3は、上記本発明1又は2において、上記複素環窒素化合物(a)を構成する複素環は、ジオキサン環、イミダゾール環、ピリジン環、プリン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾリン環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、ピリミジン環、ピラジン環、キノリン環、ベンゾオキサゾール環、モルホリン環、ピロール環よりなる群から選ばれたものであり、
上記有機ハロゲン化合物(b)は、アルキレン鎖に少なくとも1個以上のハロゲンを有するか、或は、さらにアミノ基、エーテル基、水酸基、スルホン酸基よりなる群から選ばれた官能基を有する化合物であり、
上記ポリアルキレングリコール(c)が有する反応性基は、ハロゲン基、ハロホルミル基、メシレート基、トシレート基よりなる群から選ばれたものであることを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴である。
In the invention 3 according to the invention 1 or 2 above, the heterocycle forming the heterocycle nitrogen compound (a) is a dioxane ring, an imidazole ring, a pyridine ring, a purine ring, a benzoimidazole ring, a benzothiazole ring, an imidazoline ring A triazole ring, a tetrazole ring, a thiadiazole ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a quinoline ring, a benzoxazole ring, a morpholine ring, and a pyrrole ring;
The organic halogen compound (b) is a compound having at least one or more halogens in the alkylene chain, or further having a functional group selected from the group consisting of an amino group, an ether group, a hydroxyl group and a sulfonic acid group. Yes,
The reactive group possessed by the polyalkylene glycol (c) is selected from the group consisting of a halogen group, a haloformyl group, a mesylate group and a tosylate group, and the copper electroplating bath for forming a low stress film is characterized in that It is.

本発明4は、上記本発明2又は3において、含イオウ化合物(A)のうち、スルフィド類が、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(SPS)、ビス(2−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(3−スル−2−ヒドロキシプロピル)ジスルフィド、ビス(4−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(p−スルホフェニル)ジスルフィド並びにこれらの塩から選ばれ、
同じく、メルカプタン類が、メルカプトメタンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、メルカプトプロパンスルホン酸(MPS)並びにこれらの塩から選ばれ、
チオプロピルスルホン酸類が、3−(ベンゾチアゾリル−2−チオ)プロパンスルホン酸(ZPS)、3−[(アミノイミノメチル)チオ]−1−プロパンスルホン酸(UPS)、O−エチル−ジエチル炭酸−S−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩から選ばれ、
ジチオカルバミン酸類が、N,N−ジメチル−ジチオカルバミルプロパンスルホン酸(DPS)、N,N−ジメチル−ジチオカルバミン酸−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩から選ばれたものであることを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴である。
Invention 4 of the Invention 2 or 3 includes sulfides of the sulfur-containing compound (A) as bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), bis (2-sulfopropyl) disulfide, bis (3) -Sul-2-hydroxypropyl) disulfide, bis (4-sulfopropyl) disulfide, bis (p-sulfophenyl) disulfide and salts thereof,
Similarly, mercaptans are selected from mercaptomethanesulfonic acid, mercaptoethanesulfonic acid, mercaptopropanesulfonic acid (MPS) and salts thereof,
Thiopropylsulfonic acids are 3- (benzothiazolyl-2-thio) propanesulfonic acid (ZPS), 3-[(aminoiminomethyl) thio] -1-propanesulfonic acid (UPS), O-ethyl-diethyl carbonate-S -(3-sulfopropyl) -ester and salts thereof;
The dithiocarbamic acids are selected from N, N-dimethyl-dithiocarbamylpropane sulfonic acid (DPS), N, N-dimethyl-dithiocarbamic acid- (3-sulfopropyl) -ester and salts thereof It is an electrolytic copper plating bath for forming a low stress film, which is characterized.

本発明5は、上記本発明1〜4のいずれかの電気銅メッキ浴を用いて、500μm以下の薄い被メッキ物に反り抑制機能を有する低応力のメッキ皮膜を形成して、被メッキ物と一体化したメッキ皮膜の反りを防止することを特徴とする電気銅メッキ方法である。   Invention 5 uses the copper electroplating bath according to any of Inventions 1 to 4 above to form a low stress plating film having a warp suppressing function on a thin plating object of 500 μm or less, It is an electrolytic copper plating method characterized by preventing the curvature of the integrated plating film.

本発明6は、上記本発明1〜4のいずれかの電気銅メッキ浴を用いて、0.1μm〜5000μmの反り抑制機能を有する低応力の銅メッキ皮膜を被メッキ物に形成し、反り作用でメッキ皮膜が被メッキ物から剥離するのを防止することを特徴とする電気銅メッキ方法である。   Invention 6 uses the copper electroplating bath of any of Inventions 1 to 4 above to form a low stress copper plating film having a warp suppressing function of 0.1 μm to 5000 μm on a material to be plated, and produces a warping effect. And preventing the plating film from peeling off the object to be plated.

本発明の電気銅メッキ浴では、メルカプト基を有する複素環窒素化合物を反応物として選択し、これに有機ハロゲン化合物を反応させた生成物からなるレベラーL1、或は、さらにポリエポキシド化合物を反応させたレベラーL2を含有するため、得られた銅皮膜に低応力の性質を付与して、皮膜の経時的な反りを効果的に防止できる。
また、電気銅メッキ浴に対して上記レベラーL1及び/又はレベラーL2に加えて、特定の含イオウ化合物(A)を所定濃度以上で共存させると、銅皮膜の経時的な反りをより有効に防止できる。電気銅メッキ浴に電着促進剤を含有する場合、通常はSPS(ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド)などの含イオウ化合物を3〜10mg/L程度の割合でごく微量配合するが、本発明では50〜10000mg/Lの範囲で通常より多く配合することも特徴になっている。
さらに、本発明のメッキ浴では、一般的な電気銅メッキ浴で汎用されるポリマー成分を省略しても、反り防止機能を有する銅皮膜を得ることができる。
即ち、本発明の銅メッキ浴で形成したメッキ皮膜の内部応力は、ストリップ電着応力試験において概ね0〜−30MPaの圧縮応力を示すため(図1B参照)、時間経過とともに銅メッキ皮膜に働く引張応力(図1A参照)により反ろうとしても、この圧縮応力が引張応力に抗して0MPaに近づくため、経時的にほぼ反りのない皮膜を形成できる。
従って、本発明の銅メッキ浴を用いて薄い被メッキ物に電気メッキをしても、或いは、密着性が低い被メッキ物に対して電気メッキをしても、共に電気メッキ後の銅皮膜の反りを円滑に防止でき、もって電子部品の信頼性を向上できる。
このため、本発明の銅メッキ浴の用途としては、低応力を要する微細配線回路の形成、或いはビアフィリングなどに好適である。
In the electrolytic copper plating bath of the present invention, a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group is selected as a reactant, and a leveler L1 consisting of a product obtained by reacting an organic halogen compound with this is further reacted with a polyepoxide compound. Since the leveler L2 is contained, the low stress property can be imparted to the obtained copper film, and the warpage of the film with time can be effectively prevented.
In addition to the above leveler L1 and / or leveler L2 in the copper electroplating bath, when a specific sulfur-containing compound (A) coexists at a predetermined concentration or more, the temporal warping of the copper film is more effectively prevented. it can. When an electrodeposition accelerator is contained in an electrolytic copper plating bath, usually, a very small amount of a sulfur-containing compound such as SPS (bis (3-sulfopropyl) disulfide) is compounded in a proportion of about 3 to 10 mg / L. It is also characterized by blending more in the range of 50 to 10000 mg / L than usual.
Furthermore, in the plating bath of the present invention, a copper film having a warp preventing function can be obtained even if a polymer component generally used in a general copper electroplating bath is omitted.
That is, since the internal stress of the plating film formed by the copper plating bath of the present invention shows a compressive stress of approximately 0 to -30 MPa in the strip electrodeposition stress test (see FIG. 1B), the tension acting on the copper plating film over time Even if stress (see FIG. 1A) is used for warpage, this compressive stress resists tensile stress and approaches 0 MPa, so it is possible to form a film substantially free of warping over time.
Therefore, even if electroplating is performed on a thin object to be plated using the copper plating bath of the present invention, or on an object to be plated having low adhesion, both of the copper films after electroplating can be used. Warpage can be prevented smoothly, thereby improving the reliability of the electronic component.
For this reason, as a use of the copper plating bath of this invention, it is suitable for formation of a fine wiring circuit which requires low stress, via filling, etc.

上記特許文献1では、イミダゾール環、テトラゾール環、ピリジン環、ベンゾチアゾール環などの複素環式窒素化合物と、ポリハロゲン化合物と、ポリエポキシド化合物とを反応させた生成物を含有する電気銅メッキ液が開示されるが(請求項1〜2、6、[0029]〜[0033])、上記複素環式窒素化合物はメルカプト基を有しない。
この場合、後述する評価試験結果からも明らかなように、メルカプト基を有する複素環式窒素化合物及び有機ハロゲン化合物を反応させた生成物からなる本発明のレベラーを含有する電気銅メッキ浴を、上記特許文献1に準拠してメルカプト基を有しない複素環式窒素化合物を用いた電気銅メッキ浴に比較考量すると、メッキ浴から得られる電着皮膜の反りを抑制する機能において、本発明のメッキ浴は特許文献1に準拠した浴に対して顕著な優位性を示す。
尚、本発明のメッキ浴と特許文献1に準拠したメッキ浴に、本発明の含イオウ化合物を夫々共存させた場合についても、同じく本発明のメッキ浴に顕著な優位性がある。
Patent Document 1 discloses an electrolytic copper plating solution containing a product obtained by reacting a heterocyclic nitrogen compound such as an imidazole ring, a tetrazole ring, a pyridine ring, or a benzothiazole ring, a polyhalogen compound, and a polyepoxide compound. However, the above-mentioned heterocyclic nitrogen compound does not have a mercapto group (claims 1 to 2, 6, [0029] to [0033]).
In this case, as apparent from the results of evaluation tests described later, an electrolytic copper plating bath containing the leveler of the present invention, which is a product obtained by reacting a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group and an organic halogen compound, According to Patent Document 1, the plating bath according to the present invention has a function of suppressing the warping of the electrodeposition film obtained from the plating bath, when compared with the copper electroplating bath using a heterocyclic nitrogen compound having no mercapto group according to Patent Document 1. Show a remarkable advantage over the bath according to Patent Document 1.
Even when the sulfur-containing compound of the present invention is allowed to coexist in the plating bath of the present invention and the plating bath according to Patent Document 1, the plating bath of the present invention also has a significant advantage.

本発明は、第一に、メルカプト基を有する複素環窒素化合物を反応物として選択し、これに有機ハロゲン化合物を反応させ、或は、さらに反応性基を有するポリアルキレングリコールを反応させた生成物(レベラーL1、L2)を含有した電気銅メッキ浴(前記本発明1)であり、第二に、上記生成物L1、L2から選ばれたレベラー(B)に特定の含イオウ化合物(A)を所定濃度以上で共存させた電気銅メッキ浴(前記本発明2)であり、第三に、上記銅メッキ浴を用いて所定の薄い被メッキ物に電気銅メッキする方法(前記本発明5)であり、第四に、銅皮膜と被メッキ物との密着性が低い場合において、上記銅メッキ浴を用いて当該被メッキ物に電気銅メッキする方法(前記本発明6)である。   In the present invention, first, a product obtained by selecting a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group as a reactant, reacting this with an organic halogen compound, or further reacting a polyalkylene glycol having a reactive group (Electrolytic copper plating bath containing (Leveler L1, L2) (Invention 1)) Second, a specific sulfur-containing compound (A) is added to the leveler (B) selected from the above products L1 and L2. It is an electrolytic copper plating bath (invention 2 of the present invention) coexisting at a predetermined concentration or more, and thirdly, a method of electroplating copper on a predetermined thin object using the copper plating bath (invention 5 of the present invention) Fourth, there is a method (electro-conductive copper according to the sixth aspect of the invention) of electroplating copper on the object to be plated using the copper plating bath when the adhesion between the copper film and the object to be plated is low.

本発明1の電気銅メッキ浴は可溶性銅塩と、酸又はその塩と、特定のレベラー(L1)、(L2)から選ばれた化合物(B)とを含有することを特徴とする。
電気銅メッキ浴に添加する可溶性銅塩は、水溶液中で銅イオンを発生させる可溶性の塩であれば任意のものが使用でき、特段の制限はなく、難溶性塩も排除されない。具体的には、硫酸銅、酸化銅、水酸化銅、塩化銅、 硝酸銅、 炭酸銅、酢酸銅、シュウ酸銅などが挙げられ、 酸化銅、硝酸銅、酸化銅、水酸化銅が好ましい。 可溶性銅塩のメッキ浴に対する含有量は 2価の銅イオン換算で10〜70g/Lであり、好ましくは30〜60g/Lである。
また、電気銅メッキ浴のベースとなる酸には、硫酸、塩酸、シュウ酸、酢酸などの通常の銅メッキ浴で汎用される酸が使用でき、有機スルホン酸やオキシカルボン酸などの有機酸を使用することもできる。
ベース酸の塩はアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン塩などである。
酸又はその塩のメッキ浴に対する含有量は 10〜300g/Lであり、好ましくは30〜150g/Lである。
The electrolytic copper plating bath of the present invention 1 is characterized by containing a soluble copper salt, an acid or a salt thereof, and a compound (B) selected from specific levelers (L1) and (L2).
As the soluble copper salt added to the electrolytic copper plating bath, any soluble salt can be used as long as it is a soluble salt that generates copper ions in an aqueous solution, and there is no particular limitation, and poorly soluble salts are not excluded. Specific examples thereof include copper sulfate, copper oxide, copper hydroxide, copper chloride, copper nitrate, copper carbonate, copper acetate, copper oxalate and the like, with copper oxide, copper nitrate, copper oxide and copper hydroxide being preferred. The content of the soluble copper salt in the plating bath is 10 to 70 g / L, preferably 30 to 60 g / L, in terms of divalent copper ions.
Further, as a base acid of the copper electroplating bath, an acid generally used in a common copper plating bath such as sulfuric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, acetic acid can be used, and organic acids such as organic sulfonic acid and oxycarboxylic acid are used. It can also be used.
Salts of base acids are alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, amine salts and the like.
Content with respect to the plating bath of an acid or its salt is 10-300 g / L, Preferably it is 30-150 g / L.

上記化合物(B)は特定のレベラー(L1)とレベラー(L2)から選ばれ、レベラー(L1)とレベラー(L2)のいずれかを単用しても良いし、レベラー(L1)及びレベラー(L2)を併用しても差し支えない。
上記レベラー(L1)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物とを反応させた生成物である。
レベラー(L1)の一方の反応物であるメルカプト基を有する複素環窒素化合物(a)について、上記複素環はジオキサン環、イミダゾール環、ピリジン環、プリン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾリン環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、ピリミジン環、ピラジン環、キノリン環、ベンゾオキサゾール環、モルホリン環、ピロール環よりなる群から選ばれ、好ましくはイミダゾール環、ピリジン環、ベンゾチアゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環などである。
上記複素環窒素化合物(a)には、4−メルカプトキノリンー2−カルボン酸、2−メルカプト−2H−ピロール、メルカプトプリン、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン、5−メルカプト−1−メチルテトラゾール、1−(2−ジメチルアミノエチル)−5−メルカプトテトラゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−1H−イミダゾール、2−メルカプト−1−メチルイミダゾール、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、4−アセトアミド−7−メルカプト−2,1,3−ベンゾオキサジアゾール、2−メルカプトイミダゾリン(エチレンチオ尿素)、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール(ビスムチオール)、2−(2−メルカプトエチル)−1,3−ジオキサン、4−アミノ−6−ヒドロキシ−2−メルカプトピリミジン水和物、2−キノリンチオール、3−メルカプトキノリン、8−キノリンチオール、2−アミノ−5−メルカプト−1,3,4−チアジアゾール、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオールなどが挙げられる。
好ましい複素環窒素化合物(a)は、2−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン、5−メルカプト−1−メチルテトラゾール、2−メルカプト−1H−イミダゾール、2−メルカプトイミダゾリン(エチレンチオ尿素)、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール(ビスムチオール)、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオールなどである。
The above compound (B) is selected from a specific leveler (L1) and a leveler (L2), and either of the leveler (L1) and the leveler (L2) may be used alone, or the leveler (L1) and the leveler (L2) You may use in combination.
The leveler (L1) is a product obtained by reacting (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group with (b) an organic halogen compound.
As for the heterocyclic nitrogen compound (a) having a mercapto group which is one of the reaction products of the leveler (L1), the above-mentioned heterocyclic ring is a dioxane ring, an imidazole ring, a pyridine ring, a purine ring, a benzimidazole ring, a benzothiazole ring, an imidazoline ring Selected from the group consisting of triazole ring, tetrazole ring, thiadiazole ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, quinoline ring, benzoxazole ring, morpholine ring, and pyrrole ring, preferably imidazole ring, pyridine ring, benzothiazole ring, tetrazole ring, Such as thiadiazole ring.
Examples of the heterocyclic nitrogen compound (a) include 4-mercaptoquinoline-2-carboxylic acid, 2-mercapto-2H-pyrrole, mercaptopurine, 2-mercaptopyridine, 4-mercaptopyridine and 5-mercapto-1-methyl tetrazole. 1- (2-Dimethylaminoethyl) -5-mercaptotetrazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercapto-1H-imidazole, 2-mercapto-1-methylimidazole, 3-mercapto-1,2,4-triazole , 2-mercaptobenzothiazole, 4-acetamido-7-mercapto-2,1,3-benzoxadiazole, 2-mercaptoimidazoline (ethylenethiourea), 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (bismuthol) ), 2- (2-mercaptoethyl) -1,3-geo Sun, 4-amino-6-hydroxy-2-mercaptopyrimidine hydrate, 2-quinolinethiol, 3-mercaptoquinoline, 8-quinolinethiol, 2-amino-5-mercapto-1,3,4-thiadiazole, 5 And -methyl-1,3,4-thiadiazole-2-thiol and the like.
Preferred heterocyclic nitrogen compounds (a) are 2-mercaptopyridine, 4-mercaptopyridine, 5-mercapto-1-methyltetrazole, 2-mercapto-1H-imidazole, 2-mercaptoimidazoline (ethylene thiourea), 2,5- Dimercapto-1,3,4-thiadiazole (bismuthol), 5-methyl-1,3,4-thiadiazole-2-thiol and the like.

上記レベラー(L1)の他方の反応物である有機ハロゲン化合物(b)はアルキレン鎖に少なくとも1個以上のハロゲンを有するか、或は、当該ハロゲンと共に、さらにアミノ基、エーテル基、水酸基、スルホン酸基よりなる群から選ばれた官能基を有する化合物である。
有機ハロゲン化合物(b)には、クロロエチルエーテル、クロロエタノール、1,2-ジクロロエタン、1,5-ジクロロペンタン、1,6-ジクロロヘキサン、1,8-ジクロロオクタン、ビス(ブロモエチル)エーテル、1,5-ジブロモペンタン、1,6-ジブロモヘキサン、1,8-ジブロモオクタン、2−クロロエチルアミン、ビス(2−クロロエチル)アミン、2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド、3−クロロ−1−プロパノール、3−ジクロロ−2−プロパノール、3−クロロプロパン、ビス(2−クロロエチル)エーテル、2−クロロエチルメチルスルフィド、2−(2−クロロエトキシ)エタノール、2−クロロエタンスルホン酸ナトリウム、2,2′−ジクロロエチルエーテル、2−ビス(2−クロロエトキシ)エタンなどが挙げられる。
好ましい有機ハロゲン化合物(b)は、2−クロロエチルアミン、2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド、3−クロロ−1−プロパノール、ビス(2−クロロエチル)アミン、3−クロロプロパン、2−クロロエチルメチルスルフィドなどである。
The organic halogen compound (b) which is the other reaction product of the leveler (L1) has at least one or more halogens in the alkylene chain, or, together with the halogen, an amino group, an ether group, a hydroxyl group, a sulfonic acid It is a compound having a functional group selected from the group consisting of groups.
Examples of the organic halogen compound (b) include chloroethyl ether, chloroethanol, 1,2-dichloroethane, 1,5-dichloropentane, 1,6-dichlorohexane, 1,8-dichlorooctane, bis (bromoethyl) ether, 1 3,5-dibromopentane, 1,6-dibromohexane, 1,8-dibromooctane, 2-chloroethylamine, bis (2-chloroethyl) amine, 2- (dimethylamino) ethyl chloride, 3-chloro-1-propanol, 3-Dichloro-2-propanol, 3-chloropropane, bis (2-chloroethyl) ether, 2-chloroethyl methyl sulfide, 2- (2-chloroethoxy) ethanol, sodium 2-chloroethane sulfonate, 2,2'-dichloro Ethyl ether, 2-bis (2-chloroethoxy) ethane and the like can be mentioned.
Preferred organic halogen compounds (b) are 2-chloroethylamine, 2- (dimethylamino) ethyl chloride, 3-chloro-1-propanol, bis (2-chloroethyl) amine, 3-chloropropane, 2-chloroethyl methyl sulfide, etc. It is.

上記レベラー(L2)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物と、(c)一端又は両端に反応性基を有するポリアルキレングリコールとを反応させた生成物である。
レベラー(L2)の反応物である成分(a)及び成分(b)については、レベラー(L1)と同じである。
レベラー(L2)の第三の反応物である反応性基を有するポリアルキレングリコール(c)について、ポリアルキレングリコールはC2〜C4アルキレングリコールのホモポリマー又はコーポリマーであり、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、或はエチレングリコールとプロピレングリコールのコーポリマーが好ましく、より好ましくPEGである。
また、ポリアルキレングリコールの少なくとも一端に有する反応性基は、ハロゲン基、ハロホルミル基、メシレート基、トシレート基よりなる群から選ばれる。
The leveler (L2) is a product obtained by reacting (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group, (b) an organic halogen compound, and (c) a polyalkylene glycol having a reactive group at one or both ends. It is.
The components (a) and (b) which are the reactants of the leveler (L2) are the same as the leveler (L1).
With respect to polyalkylene glycol (c) having a reactive group, which is the third reactant of leveler (L2), polyalkylene glycol is a homopolymer or copolymer of C2 to C4 alkylene glycol, polyethylene glycol (PEG), polypropylene Glycol (PPG), or a copolymer of ethylene glycol and propylene glycol is preferred, and more preferred is PEG.
The reactive group at one end of the polyalkylene glycol is selected from the group consisting of a halogen group, a haloformyl group, a mesylate group and a tosylate group.

上記レベラーL1の銅メッキ浴に対する含有量は0.1〜500mg/Lであり、好ましくは0.5〜200mg/L、より好ましくは1〜50mg/Lである。含有量が適正範囲より少ないと得られた銅皮膜に低応力の性質が足りずに反り防止機能が低下し、逆に、適正範囲より増しても反り防止機能にあまり差異はない反面、銅皮膜の物性を低下させる恐れがある。
上記レベラーL2の銅メッキ浴に対する含有量はレベラーL1の場合と同じであり、レベラーL1とL2を併用する場合の含有量も、各レベラーを単用する場合と同じである。
The content of the leveler L1 with respect to the copper plating bath is 0.1 to 500 mg / L, preferably 0.5 to 200 mg / L, and more preferably 1 to 50 mg / L. If the content is less than the proper range, the low stress property of the obtained copper film is insufficient and the anti-warpage function is deteriorated, and conversely, the anti-warpage function does not differ much even if it exceeds the proper range, but the copper film There is a risk of lowering the physical properties of
The content of the leveler L2 with respect to the copper plating bath is the same as in the case of the leveler L1, and the content in the case of using the levelers L1 and L2 in combination is also the same as in the case of using each leveler.

そこで、先ず、成分(a)と成分(b)を反応させた生成物であるレベラーL1に分類される合成例1〜3を例示する。
(1)合成例1(レベラーL1)
メルカプト基を有するイミダゾール化合物(a)(= 2−メルカプト−1H−メチルイミダゾール )と、ビス(2−クロロエチル)アミン(b)を反応させた例である。
温度計、撹拌機を取り付けた1Lの3つ口フラスコに、2−メルカプト−1−メチルイミダゾール0.5モルとイオン交換水300mlとエタノール250mlを加えた。系内を窒素置換した後、撹拌下、水酸化ナトリウムを加えた。撹拌下で2−メルカプト−1−メチルイミダゾールを溶解させた後、40℃に加温し、ビス(2−クロロエチル)アミン塩酸塩0.5モルを加え、2時間反応させた。反応終了後、室温で塩化メチレンを加え分液ロートに移し、塩化メチレン層を分液した。イオン交換水を加え洗浄した後、塩化メチレン層を再び分液した。塩化メチレン層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去し、メルカプトイミダゾール系化合物を合成した。
Therefore, first, Synthesis Examples 1 to 3 classified into the leveler L1 which is a product of the reaction of the component (a) and the component (b) will be illustrated.
(1) Synthesis example 1 (Leveler L1)
It is an example in which an imidazole compound (a) (= 2-mercapto-1H-methylimidazole) having a mercapto group is reacted with bis (2-chloroethyl) amine (b).
In a 1-L three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer, 0.5 mol of 2-mercapto-1-methylimidazole, 300 ml of ion exchange water and 250 ml of ethanol were added. The system was purged with nitrogen and sodium hydroxide was added under stirring. After dissolving 2-mercapto-1-methylimidazole under stirring, the mixture was heated to 40 ° C., 0.5 mol of bis (2-chloroethyl) amine hydrochloride was added, and the mixture was reacted for 2 hours. After completion of the reaction, methylene chloride was added at room temperature, the mixture was transferred to a separatory funnel, and the methylene chloride layer was separated. After washing with ion exchange water, the methylene chloride layer was separated again. The methylene chloride layer was dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off using an evaporator to synthesize a mercaptoimidazole compound.

(2)合成例2(レベラーL1)
メルカプト基を有する テトラゾール 化合物(a)(= 1−(2−ジメチルアミノエチル)−5−メルカプトテトラゾール )と、 ビス(2−クロロエチル)エーテル (b)を反応させた例である。
温度計、撹拌機を取り付けた1Lの3つ口フラスコに、1−(2−ジメチルアミノエチル)−5−メルカプトテトラゾール0.5モルとイオン交換水300mlとエタノール250mlを加えた。系内を窒素置換した後、撹拌下、60℃以下で水酸化ナトリウム水溶液を加えた。撹拌下、1−(2−ジメチルアミノエチル)−5−メルカプトテトラゾールを溶解させた後、70℃に加温し、ビス(2−クロロエチル)エーテル0.5モルを加え、14時間反応させた。反応終了後、室温で塩化メチレンを加え分液ロートに移し、塩化メチレン層を分液した。イオン交換水を加え洗浄した後、塩化メチレン層を再び分液した。塩化メチレン層を乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去し、メルカプトテトラゾール系化合物を合成した。
(2) Synthesis example 2 (Leveler L1)
It is the example which made the tetrazole compound (a) (= 1-(2- dimethylamino ethyl) 5-mercapto tetrazole) which has a mercapto group, and bis (2- chloroethyl) ether (b) react.
In a 1-L three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer, 0.5 mol of 1- (2-dimethylaminoethyl) -5-mercaptotetrazole, 300 ml of ion exchange water and 250 ml of ethanol were added. After the system was purged with nitrogen, an aqueous sodium hydroxide solution was added at 60 ° C. or less under stirring. Under stirring, 1- (2-dimethylaminoethyl) -5-mercaptotetrazole was dissolved, and then heated to 70 ° C., 0.5 mol of bis (2-chloroethyl) ether was added, and allowed to react for 14 hours. After completion of the reaction, methylene chloride was added at room temperature, the mixture was transferred to a separatory funnel, and the methylene chloride layer was separated. After washing with ion exchange water, the methylene chloride layer was separated again. After drying the methylene chloride layer, the solvent was distilled off using an evaporator to synthesize a mercapto tetrazole compound.

(3)合成例3 (レベラーL1)
メルカプト基を有する ベンゾチアゾール(a) (= 2−メルカプトベンゾチアゾール )と、 2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド (b)及び ビス(2−クロロエチル)エーテル (b)を反応させた例である。
温度計、撹拌機を取り付けた1Lの3つ口フラスコに、2−メルカプトベンゾチアゾール0.5モルとイオン交換水300mlとエタノール250mlを加えた。系内を窒素置換した後、撹拌下、60℃以下で水酸化ナトリウム水溶液を加えた。撹拌下、2−メルカプトベンゾチアゾールを溶解させた後、70℃に加温し、2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド塩酸塩0.2モルを加え、15時間反応させた。反応終了後、室温で塩化メチレンを加え分液ロートに移し、塩化メチレン層を分液した。イオン交換水を加え洗浄した後、塩化メチレン層を再び分液した。塩化メチレン層を乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去し、反応物を得た。その後、温度計、撹拌機を取り付けた200mlの3つ口フラスコに、反応物0.5モルとビス(2−クロロエチル)エーテル0.3モルとメチルセルロース50gを加えた。撹拌下、90℃で35時間反応させた。反応終了後、60℃まで冷却し、メルカプトベンゾチアゾール系化合物を合成した。
(3) Synthesis example 3 (Leveler L1)
It is an example in which benzothiazole (a) (= 2-mercaptobenzothiazole) having a mercapto group is reacted with 2- (dimethylamino) ethyl chloride (b) and bis (2-chloroethyl) ether (b).
In a 1-L three-necked flask fitted with a thermometer and a stirrer, 0.5 mol of 2-mercaptobenzothiazole, 300 ml of ion exchange water and 250 ml of ethanol were added. After the system was purged with nitrogen, an aqueous sodium hydroxide solution was added at 60 ° C. or less under stirring. Under stirring, 2-mercaptobenzothiazole was dissolved and then heated to 70 ° C., 0.2 mol of 2- (dimethylamino) ethyl chloride hydrochloride was added, and the reaction was allowed to proceed for 15 hours. After completion of the reaction, methylene chloride was added at room temperature, the mixture was transferred to a separatory funnel, and the methylene chloride layer was separated. After washing with ion exchange water, the methylene chloride layer was separated again. After the methylene chloride layer was dried, the solvent was distilled off using an evaporator to obtain a reaction product. Thereafter, 0.5 mol of the reaction product, 0.3 mol of bis (2-chloroethyl) ether and 50 g of methylcellulose were added to a 200 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer. The reaction was allowed to proceed at 90 ° C. for 35 hours while stirring. After completion of the reaction, the reaction solution was cooled to 60 ° C. to synthesize a mercaptobenzothiazole compound.

次いで、成分(a)、成分(b)及び成分(c)を反応させた生成物に分類されるレベラーL2の合成例を例示する。
(4)合成例4(レベラーL2)
メルカプト基を有する チアジアゾール(a) (= ビスムチオール )と、 2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド (b)と、ポリエチレングリコール(c)(=PEG)を反応させた例である。
温度計、撹拌機を取り付けた1Lの3つ口フラスコに、ビスムチオール0.5モルとイオン交換水300mlとエタノール250mlを加えた。系内を窒素置換した後、撹拌下、60℃以下で水酸化ナトリウム水溶液を加えた。撹拌下でビスムチオールを溶解させた後、70℃に加温し、2−(ジメチルアミノ)エチルクロリド塩酸塩0.3モルを加え、12時間反応させた。反応終了後、室温で塩化メチレンを加え分液ロートに移し、塩化メチレン層を分液した。イオン交換水を加え洗浄した後、塩化メチレン層を再び分液した。塩化メチレン層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去し反応物を得た。その後、温度計、撹拌機を取り付けた200mlの3つ口フラスコに、反応物0.5モルとポリエチレングリコール(重量平均分子量200)の両末端メシレート化物0.5モルとメチルセルロース50gを加えた。撹拌下、90℃で35時間反応させて、メルカプトチアジアゾール系化合物を合成した。
Next, an example of synthesis of leveler L2 classified into products obtained by reacting component (a), component (b) and component (c) will be illustrated.
(4) Synthesis example 4 (Leveler L2)
It is an example in which thiadiazole (a) (= bismuthiol) having a mercapto group, 2- (dimethylamino) ethyl chloride (b), and polyethylene glycol (c) (= PEG) are reacted.
In a 1-L three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer, 0.5 mol of bismuthiol, 300 ml of ion exchange water and 250 ml of ethanol were added. After the system was purged with nitrogen, an aqueous sodium hydroxide solution was added at 60 ° C. or less under stirring. After dissolving bismuthiol under stirring, the temperature was raised to 70 ° C., 0.3 mole of 2- (dimethylamino) ethyl chloride hydrochloride was added, and reaction was carried out for 12 hours. After completion of the reaction, methylene chloride was added at room temperature, the mixture was transferred to a separatory funnel, and the methylene chloride layer was separated. After washing with ion exchange water, the methylene chloride layer was separated again. The methylene chloride layer was dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off using an evaporator to obtain a reaction product. Then, to a 200 ml three-necked flask equipped with a thermometer and a stirrer, 0.5 mol of the reaction product, 0.5 mol of both-end mesylate of polyethylene glycol (weight average molecular weight 200) and 50 g of methyl cellulose were added. The reaction was carried out at 90 ° C. for 35 hours under stirring to synthesize a mercaptothiadiazole type compound.

一方、本発明2の電気銅メッキ浴は可溶性銅塩と、酸又はその塩と、所定濃度以上の特定の含イオウ化合物(A)と、レベラー(B)とを含有するものであり、含イオウ化合物(A)とレベラー(B)を併用する点に特徴がある。
上記可溶性銅塩、酸又はその塩は、前記本発明1の銅メッキ浴に記載した通りである。
また、上記レベラー(B)は 本発明1の銅メッキ浴で用いた化合物(B)と同じであり、本発明1の特定のレベラー(L1)とレベラー(L2)から選ぶことができるので、レベラー(L1)又はレベラー(L2)を単用しても、レベラー(L1)及びレベラー(L2)を併用しても差し支えない。
本発明2の特定の含イオウ化合物(A)は、 スルフィド類、メルカプタン類、チオプロピルスルホン酸類、ジチオカルバミン酸類から選ばれる。
上記スルフィド類は、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(SPS)、ビス(2−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(3−スル−2−ヒドロキシプロピル)ジスルフィド、ビス(4−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(p−スルホフェニル)ジスルフィド並びにこれらの塩などである。
上記メルカプタン類は、メルカプトメタンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、メルカプトプロパンスルホン酸(MPS)並びにこれらの塩などである。
上記チオプロピルスルホン酸類は、3−(ベンゾチアゾリル−2−チオ)プロパンスルホン酸(ZPS)、3−[(アミノイミノメチル)チオ]−1−プロパンスルホン酸(UPS)、O−エチル−ジエチル炭酸−S−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩などである。
上記ジチオカルバミン酸類は、N,N−ジメチル−ジチオカルバミルプロパンスルホン酸(DPS)、N,N−ジメチル−ジチオカルバミン酸−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩などである。
On the other hand, the electrolytic copper plating bath of the present invention 2 contains a soluble copper salt, an acid or a salt thereof, a specific sulfur-containing compound (A) having a predetermined concentration or more, and a leveler (B). It is characterized in that the compound (A) and the leveler (B) are used in combination.
The soluble copper salt, acid or salt thereof is as described in the copper plating bath of the first invention.
Also, since the above leveler (B) is the same as the compound (B) used in the copper plating bath of the present invention 1, it can be selected from the specific leveler (L1) and the leveler (L2) of the present invention 1, Either (L1) or the leveler (L2) may be used alone, or the leveler (L1) and the leveler (L2) may be used in combination.
The specific sulfur-containing compound (A) of the present invention 2 is selected from sulfides, mercaptans, thiopropylsulfonic acids and dithiocarbamic acids.
The above sulfides are bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), bis (2-sulfopropyl) disulfide, bis (3-sul-2-hydroxypropyl) disulfide, bis (4-sulfopropyl) disulfide, bis ( p-sulfophenyl) disulfide and salts thereof.
Examples of the mercaptans include mercaptomethanesulfonic acid, mercaptoethanesulfonic acid, mercaptopropanesulfonic acid (MPS), and salts thereof.
The above thiopropylsulfonic acids are 3- (benzothiazolyl-2-thio) propanesulfonic acid (ZPS), 3-[(aminoiminomethyl) thio] -1-propanesulfonic acid (UPS), O-ethyl-diethyl carbonate- S- (3-sulfopropyl) -esters and salts thereof.
The dithiocarbamic acids include N, N-dimethyl-dithiocarbamylpropane sulfonic acid (DPS), N, N-dimethyl-dithiocarbamic acid- (3-sulfopropyl) -ester, and salts thereof.

本発明2の含イオウ化合物(A)とレベラー(B)を併用する電気銅メッキ浴について、上記含イオウ化合物(A)は単用又は併用でき、電気銅メッキ浴に対する含有量は50〜10000mg/Lであり、好ましくは100〜1500mg/L、より好ましくは50〜1000mg/Lである。
一般に、電気銅メッキ浴には電着促進剤としてSPSなどの含イオウ化合物を含有するが、通常では、その含有量は3〜10mg/L程度のごく微量であるが、本発明2では、50〜10000mg/Lの通常より多い濃度で配合することも特徴となっている。
上記含イオウ化合物(A)が適正範囲より少ないと銅メッキ皮膜に低応力の性質を付与できず、適正範囲より多いと低応力は維持できる反面、皮膜の抵抗値が増し、皮膜が粗くなり、或いは脆くなって、皮膜物性が低下する。
また、上記レベラー(B)の銅メッキ浴に対する含有量は、本発明1の銅メッキ浴の場合と同じく、一般に 0. 1〜500mg/Lであり、好ましくは0.5〜200mg/L、より好ましくは1〜50mg/Lである。
また、当該本発明2では、含イオウ化合物(A)とレベラー(B)の含有比率(重量比)はA/B=1〜500、好ましくは1〜300、より好ましくは2〜100である。
In the copper electroplating bath using the sulfur-containing compound (A) of the present invention 2 and the leveler (B) in combination, the sulfur-containing compound (A) can be used singly or in combination, and its content relative to the copper electroplating bath is 50 to 10000 mg / L, preferably 100 to 1500 mg / L, more preferably 50 to 1000 mg / L.
Generally, a copper electroplating bath contains a sulfur-containing compound such as SPS as an electrodeposition promoter, but the content thereof is usually a very small amount of about 3 to 10 mg / L. It is also characterized by blending at a concentration higher than the usual level of ~ 10000 mg / L.
If the content of the above-mentioned sulfur-containing compound (A) is less than the appropriate range, the low stress property can not be imparted to the copper plating film, and if it is more than the appropriate range, the low stress can be maintained, but the resistance value of the film increases and the film becomes rough. Or it becomes brittle and the physical properties of the film decrease.
The content of the above-mentioned leveler (B) to the copper plating bath is generally 0.1 to 500 mg / L, preferably 0.5 to 200 mg / L, as in the copper plating bath of the first invention. Preferably, it is 1 to 50 mg / L.
Moreover, in the said invention 2, the content ratio (weight ratio) of a sulfur-containing compound (A) and a leveler (B) is A / B = 1-500, Preferably 1-300, More preferably, it is 2-100.

本発明の電気銅メッキ浴では、 光沢作用や平滑化作用などを促進するため、公知のレベラー、ブライトナー、塩化物、ポリマーなどを含有することができる。
上記塩化物については、所定濃度以上の塩素は銅皮膜の反りを促進するため、メッキ浴への含有量は少ない方が好ましい(特開2014−125679号公報の段落7参照)。
また、前述したように、本発明の電気銅メッキ浴では、上記ポリマーの含有を省略しても、反り防止機能を有する銅皮膜を得ることができる。
上記レベラーは界面活性剤や染料を主とする窒素系有機化合物などである。
この界面活性剤には、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、カチオン系界面活性剤、或はアニオン系界面活性剤を単用又は併用できる。
上記ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール(以下、PEGという)、ポリプロピレングリコールを初め、C1〜C20アルカノール、フェノール、ナフトール、ビスフェノール類、(ポリ)C1〜C25アルキルフェノール、(ポリ)アリールアルキルフェノール、C1〜C25アルキルナフトール、C1〜C25アルコキシル化リン酸(塩)、ソルビタンエステル、ポリアルキレングリコール、C1〜C22脂肪族アミン、C1〜C22脂肪族アミドなどにエチレンオキシド(EO)及び/又はプロピレンオキシド(PO)を2〜300モル付加縮合させたものや、C1〜C25アルコキシル化リン酸(塩)などが挙げられる。
上記カチオン系界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩、或はピリジニウム塩などが挙げられ、具体的には、ラウリルトリメチルアンモニウム塩、ステアリルトリメチルアンモニウム塩、ラウリルジメチルエチルアンモニウム塩、オクタデシルジメチルエチルアンモニウム塩、ジメチルベンジルラウリルアンモニウム塩、セチルジメチルベンジルアンモニウム塩、オクタデシルジメチルベンジルアンモニウム塩、トリメチルベンジルアンモニウム塩、トリエチルベンジルアンモニウム塩、ジメチルジフェニルアンモニウム塩、ベンジルジメチルフェニルアンモニウム塩、ヘキサデシルピリジニウム塩、ラウリルピリジニウム塩、ドデシルピリジニウム塩、ステアリルアミンアセテート、ラウリルアミンアセテート、オクタデシルアミンアセテートなどが挙げられる。
上記アニオン系界面活性剤としては、アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、{(モノ、ジ、トリ)アルキル}ナフタレンスルホン酸塩などが挙げられる。 上記両性界面活性剤としては、カルボキシベタイン、イミダゾリンベタイン、スルホベタイン、アミノカルボン酸などが挙げられる。また、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドとアルキルアミン又はジアミンとの縮合生成物の硫酸化、或はスルホン酸化付加物も使用できる。
The electrolytic copper plating bath of the present invention may contain known levelers, brighteners, chlorides, polymers and the like in order to promote the glossing action, the smoothing action and the like.
With regard to the above-mentioned chloride, chlorine having a predetermined concentration or more promotes warpage of the copper film, so the content in the plating bath is preferably small (see paragraph 7 of JP-A-2014-125679).
Further, as described above, in the copper electroplating bath of the present invention, even if the content of the above-mentioned polymer is omitted, a copper film having a warp preventing function can be obtained.
The leveler is, for example, a nitrogen-based organic compound mainly composed of a surfactant or a dye.
As the surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, a cationic surfactant, or an anionic surfactant can be used singly or in combination.
Examples of the nonionic surfactant include polyethylene glycol (hereinafter referred to as PEG) and polypropylene glycol, as well as C1 to C20 alkanols, phenols, naphthols, bisphenols, (poly) C1 to C25 alkylphenols, (poly) arylalkylphenols, C1. ~ C25 alkyl naphthol, C1 to C25 alkoxylated phosphoric acid (salt), sorbitan ester, polyalkylene glycol, C1 to C22 aliphatic amine, C1 to C22 aliphatic amide, etc. ethylene oxide (EO) and / or propylene oxide (PO) And 2 to 300 moles of addition condensation, and C1 to C25 alkoxylated phosphoric acid (salt).
Examples of the cationic surfactant include quaternary ammonium salts or pyridinium salts. Specifically, lauryl trimethyl ammonium salts, stearyl trimethyl ammonium salts, lauryl dimethyl ethyl ammonium salts, octadecyl dimethyl ethyl ammonium salts , Dimethylbenzyl lauryl ammonium salt, cetyl dimethyl benzyl ammonium salt, octadecyl dimethyl benzyl ammonium salt, trimethyl benzyl ammonium salt, triethyl benzyl ammonium salt, dimethyl diphenyl ammonium salt, benzyl dimethyl phenyl ammonium salt, hexadecyl pyridinium salt, lauryl pyridinium salt, dodecyl Pyridinium salt, stearylamine acetate, laurylamine acetate, octadecylamine acetate Such as the Tate, and the like.
Examples of the anionic surfactants include alkyl sulfates, polyoxyethylene alkyl ether sulfates, polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfates, alkyl benzene sulfonates, {(mono, di, tri) alkyl} naphthalene sulfonates, etc. Can be mentioned. Examples of the amphoteric surfactant include carboxybetaine, imidazoline betaine, sulfobetaine and aminocarboxylic acid. Also, sulfated or sulfonated adducts of condensation products of ethylene oxide and / or propylene oxide with alkylamines or diamines can be used.

上記染料を主とする窒素系有機化合物は、染料或はその誘導体を初め、アミド系化合物、チオアミド系化合物、アニリン又はピリジン環を有する化合物、各種複素単環式化合物、各種縮合複素環式化合物、アミノカルボン酸類などである。
具体例としては、C.I.(Color Index)ベーシックレッド2、トルイジンブルーなどのトルイジン系染料、C.I.ダイレクトイエロー1、C.I.ベーシックブラック2などのアゾ系染料、3−アミノ−6−ジメチルアミノ−2−メチルフェナジン一塩酸などのフェナジン系染料、コハク酸イミド、2′−ビス(2−イミダゾリン)などのイミダゾリン類、イミダゾール類、ベンゾイミダゾール類、インドール類、2−ビニルピリジン、4−アセチルピリジン、4−メルカプト−2−カルボキシルピリジン、2,2′−ビピリジル、4,4′−ビピリジル、フェナントロリンなどのピリジン類、キノリン類、イソキノリン類、アニリン、チオ尿素、ジメチルチオ尿素などのチオ尿素類、3,3′,3′′−ニトリロ三プロピオン酸、ジアミノメチレンアミノ酢酸、グリシン、N−メチルグリシン、ジメチルグリシン、β−アラニン、システイン、グルタミン酸、アスパラギン酸、アミノ吉草酸、オルニチンなどが挙げられる。好ましい例は、C.I.ベーシックレッド2、ヤヌスグリーンB、トルイジンブルー、コハク酸イミドが挙げられる。
上記ブライトナーは、チオ尿素又はその誘導体、2−メルカプトベンゾイミダゾール、チオグリコール酸などのメルカプタン類、2,2′−チオジグリコール酸、ジエチルスルフィドなどのスルフィド類、3−メルカプトプロパン−1−スルホン酸ナトリウム、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィド(2ナトリウム塩)などのメルカプトスルホン酸類などである。
上記ポリマー成分は、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ステアリン酸−ポリエチレングリコールエステル、ポリエチレン−プロピレングリコールなどがある。
但し、本発明の電気銅メッキ浴にあっては、上記各種添加剤が銅皮膜の反りに関係することも考えられるので、成分の選択、濃度には注意を要する。
The nitrogen-based organic compounds mainly comprising the above dyes are, for example, dyes or derivatives thereof, amide compounds, thioamide compounds, compounds having an aniline or pyridine ring, various heteromonocyclic compounds, various condensed heterocyclic compounds, Amino carboxylic acids and the like.
Specific examples thereof include CI (Basic Color 2) Basic Red 2, Toluidine dyes such as Toluidine Blue, azo dyes such as CI Direct Yellow 1 and CI Basic Black 2, 3-amino- 6-dimethylamino-2-methylphenazine phenazine dyes such as hydrochloric acid, succinimides, imidazolines such as 2'-bis (2-imidazoline), imidazoles, benzimidazoles, indoles, 2-vinylpyridine, Pyridines such as 4-acetylpyridine, 4-mercapto-2-carboxylpyridine, 2,2'-bipyridyl, 4,4'-bipyridyl, phenanthroline, quinolines, isoquinolines, thiophene, thiourea, dimethylthiourea and the like Ureas, 3,3 ', 3 "-nitrilotripropionic acid, diaminomethyleneamino Acid, glycine, N- methyl glycine, dimethyl glycine, beta-alanine, cysteine, glutamic acid, aspartic acid, amino acid, such as ornithine. Preferred examples include CI Basic Red 2, Janus Green B, Toluidine Blue, and Succinimide.
The above brightener is thiourea or a derivative thereof, mercaptans such as 2-mercaptobenzimidazole and thioglycolic acid, sulfides such as 2,2'-thiodiglycolic acid and diethyl sulfide, 3-mercaptopropane-1-sulfone And sodium mercaptosulfonic acid such as bis (3-sulfopropyl) disulfide (disodium salt).
Examples of the polymer component include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyethylene glycol, polypropylene glycol, stearic acid-polyethylene glycol ester, polyethylene-propylene glycol and the like.
However, in the copper electroplating bath of the present invention, since the above-mentioned various additives are considered to be related to the warpage of the copper film, attention must be paid to the selection and concentration of the components.

本発明の電気銅メッキ方法のうち、第一の方法は、上記電気銅メッキ浴を用いて、500μm以下の薄い被メッキ物に反り抑制機能を有する低応力のメッキ皮膜を形成するものである。
即ち、薄い被メッキ物に銅皮膜を電気メッキで形成すると、従来では、メッキ皮膜の反り応力が薄い被メッキ物にも影響し、メッキ皮膜と被メッキ物は一体で反るため、チップ部品を搭載した半導体基板などの電子部品の信頼性を損なう問題があったが、本発明の第一の電気銅メッキ方法では、反り抑制機能を有する低応力のメッキ皮膜を形成することで、被メッキ物と一体化したメッキ皮膜の反りを防止して、電子部品の信頼性を向上できる。
上記被メッキ物は、フレキシブル又はリジッド回路基板、フレキシブル回路アンテナ、RFIDタグ、電解箔、太陽電池、光起電力素子、半導体ウエハー、電磁シールドなどである。
被メッキ物の厚みは300μm以下が好ましく、さらに好ましくは1〜200μmである。
Among the copper electroplating methods of the present invention, the first method is to form a low stress plating film having a warp suppressing function on a thin object of 500 μm or less using the above-mentioned copper electroplating bath.
That is, when a copper film is formed by electroplating on a thin object to be plated, the warp stress of the plating film conventionally affects the thin object to be plated, and the plated film and the object to be plated are integrally bent. There has been a problem that the reliability of electronic components such as mounted semiconductor substrates is impaired, but in the first copper electroplating method of the present invention, the object to be plated is formed by forming a low stress plating film having a warp suppressing function. It is possible to improve the reliability of the electronic component by preventing the warp of the plating film integrated with the above.
The object to be plated is a flexible or rigid circuit board, a flexible circuit antenna, an RFID tag, an electrolytic foil, a solar cell, a photovoltaic element, a semiconductor wafer, an electromagnetic shield or the like.
The thickness of the object to be plated is preferably 300 μm or less, more preferably 1 to 200 μm.

本発明の第二の電気銅メッキ方法は、電着皮膜と被メッキ物の間の密着性が低く、電着皮膜自体が被メッキ物から剥離して反るリスクのある場合に適用される。
即ち、第二の方法は、本発明の電気銅メッキ浴を用いて、0.1μm〜5000μmの反り抑制機能を有する低応力の銅メッキ皮膜を被メッキ物に形成する方法である。
メッキ皮膜が薄いと反りの力は弱くなって被メッキ物に沿い、密着性が低い場合でも剥離は起り難いため、この第二の方法は、被メッキ物に形成する銅皮膜の膜厚はある程度厚いことが前提となり、0.1μm〜5000μmであり、好ましくは0.5〜200μm、より好ましくは1〜100μmである。
但し、上記膜厚範囲では、例えば、下限の0.1μmの膜厚では薄いように見えるが、被メッキ物との関係で、皮膜が反った場合に被メッキ物から剥離するリスクはある。
当該第二の方法では、反り抑制機能を有する低応力のメッキ皮膜を形成することで、反り作用でメッキ皮膜が被メッキ物から剥離することを防止して、電子部品の信頼性を向上できる。
The second electrolytic copper plating method of the present invention is applied in the case where the adhesion between the electrodeposition film and the object to be plated is low and the electrodeposition film itself has a risk of peeling off the object to be plated and warping.
That is, the second method is a method of forming a low stress copper plating film having a warpage suppressing function of 0.1 μm to 5000 μm on an object to be plated using the copper electroplating bath of the present invention.
When the plating film is thin, the warping force is weak and it adheres to the object to be plated, and peeling is unlikely to occur even if the adhesion is low. Therefore, in this second method, the thickness of the copper film formed on the object to be plated is to some extent It is premised that it is thick, and it is 0.1 μm to 5000 μm, preferably 0.5 to 200 μm, more preferably 1 to 100 μm.
However, in the above film thickness range, for example, the film thickness of 0.1 μm at the lower limit appears to be thin, but there is a risk of peeling from the plated object when the film is warped in relation to the plated object.
In the second method, by forming a low stress plating film having a warpage suppressing function, peeling of the plating film from the object to be plated due to the warpage can be prevented, and the reliability of the electronic component can be improved.

上記電気銅メッキ浴のpHは基本的に酸性であり、pH1〜7、好ましくはpH1〜5、より好ましくは2未満である。
本発明の電気銅メッキ浴を用いたメッキ条件には特段の制限はなく、浴温は10〜70℃、陰極電流密度は0.1〜50A/dm2、好ましくは5〜40A/dm2である。また、 陽極は銅(合金)を材質とする可溶性陽極でも良いし、白金又はカーボンなどを材質とする不溶性陽極でも良い。
電気メッキで形成される皮膜の膜厚は一般に5〜50μm程度である。
The pH of the copper electroplating bath is basically acidic, and is preferably 1 to 7, more preferably 1 to 5, and more preferably 2 or less.
There are no particular limitations on the plating conditions using the copper electroplating bath of the present invention, the bath temperature is 10 to 70 ° C., and the cathode current density is 0.1 to 50 A / dm 2, preferably 5 to 40 A / dm 2. The anode may be a soluble anode made of copper (alloy), or an insoluble anode made of platinum or carbon.
The film thickness of the film formed by electroplating is generally about 5 to 50 μm.

以下、本発明の電気銅メッキ浴の実施例、実施例の銅浴から得られる銅メッキ皮膜の経時的な反りを測定する電着応力評価試験例を順次説明する。
上記実施例、試験例の「部」、「%」は基本的に重量基準である。
尚、本発明は下記の実施例、試験例に拘束されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意の変形をなし得ることは勿論である。
Hereinafter, an example of the electrolytic copper plating bath of the present invention and an electrodeposition stress evaluation test example for measuring the warp over time of the copper plating film obtained from the copper bath of the example will be sequentially described.
In the above Examples and Test Examples, "parts" and "%" are basically based on weight.
The present invention is not limited to the following examples and test examples, and it is needless to say that any modification can be made within the scope of the technical idea of the present invention.

《電気銅メッキ浴の実施例》
下記の実施例1〜19のうち、実施例1〜8と実施例13〜16は本発明2に属する例(含イオウ化合物とレベラーの併用例)、実施例9〜12と17〜19は本発明1に属する例(基本的にレベラーの単用例)である。尚、実施例19は含イオウ化合物(A)を含むが、含有量が10mg/Lと少量であって本発明2の要件(含イオウ化合物(A)を50mg/L以上含む)を満たさないため、本発明1に分類される。
実施例1は含イオウ化合物(A)がZPS、本発明のレベラー(B)が前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物の例である。実施例2〜5は実施例1の含イオウ化合物(A)を変更した例、実施例6は実施例1のレベラー(B)を合成例2のレベラーに変更した例、同じく実施例7は合成例3のレベラーに、実施例8は合成例4のレベラーに夫々変更した例である。
実施例9は実施例1を基本として含イオウ化合物(A)を含まず、レベラー(B)のみを単用した例、同じく実施例10は実施例6を基本として含イオウ化合物を含まない例、実施例11は実施例7を基本として含イオウ化合物を含まない例、実施例12は実施例8を基本として含イオウ化合物を含まない例である。尚、実施例9〜12ではレベラー(B)の含有量は各基本例とは異なる。
実施例13は実施例1を基本として含イオウ化合物(A)を増量した例(銅塩の種類は異なる)、同じく実施例14は含イオウ化合物(A)を減量した例である。実施例15は実施例1を基本として本発明のレベラー(B)を増量した例(銅塩の種類は異なる)、同じく実施例16はレベラー(B)を減量した例である。
実施例17は実施例9を基本としてレベラー(B)を減量した例、同じく実施例18はレベラー(B)を増量した例、実施例19はレベラー(B)を減量し、含イオウ化合物(A)を50 mg/L 未満にした例である。
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Among Examples 1 to 19 below, Examples 1 to 8 and Examples 13 to 16 belong to the present invention 2 (examples of combined use of sulfur-containing compound and leveler), and Examples 9 to 12 and 17 to 19 are present. This is an example belonging to invention 1 (basically an example of single use of a leveler). Example 19 contains the sulfur-containing compound (A), but the content is as small as 10 mg / L and does not satisfy the requirement of the present invention 2 (including 50 mg / L or more of the sulfur-containing compound (A)). , Invention 1 is classified.
In Example 1, the sulfur-containing compound (A) is ZPS, and the leveler (B) of the present invention is an example of the mercaptoimidazole compound of Synthesis Example 1. Examples 2 to 5 are examples in which the sulfur-containing compound (A) of Example 1 is modified, Example 6 is an example in which the leveler (B) of Example 1 is modified to the leveler of Synthesis Example 2, and Example 7 is also a synthesis Example 8 is an example in which the leveler of Synthesis Example 4 is changed to the leveler of Example 3.
Example 9 is an example in which the sulfur-containing compound (A) is not contained based on Example 1 and only the leveler (B) is used alone, and Example 10 is an example in which the sulfur-containing compound is not contained based on Example 6 Example 11 is an example based on Example 7 containing no sulfur-containing compound, and Example 12 is an example based on Example 8 containing no sulfur-containing compound. In Examples 9 to 12, the content of the leveler (B) is different from that of each basic example.
Example 13 is an example in which the amount of the sulfur-containing compound (A) is increased based on Example 1 (the type of copper salt is different), and Example 14 is an example in which the amount of the sulfur-containing compound (A) is reduced. Example 15 is an example in which the leveler (B) of the present invention is increased based on Example 1 (the type of copper salt is different), and Example 16 is an example in which the leveler (B) is reduced.
Example 17 is an example where the leveler (B) is reduced based on Example 9, Example 18 is an example where the leveler (B) is increased, and Example 19 is an example where the leveler (B) is reduced and the sulfur-containing compound (A) Is an example of making it less than 50 mg / L.

一方、比較例1〜6のうち、比較例1は実施例1( 含イオウ化合物とレベラーの併用例 )を基本として本発明のレベラー(B)に替えて染料(ヤヌスグリーンB)を用いた例、同じく比較例2は電気銅メッキ浴で汎用されるポリマー(PEG)を用いた例、比較例3 (レベラーの単用例) は実施例9(レベラーの単用例)を基本として本発明のレベラー(B)に替えて染料(フタロシアニン)を用いた例である。
比較例4は通常の電気銅メッキ浴を用いた例である。
比較例5〜6は冒述の特許文献1に準拠した例であり、比較例5は実施例9(レベラーの単用例)を基本として、レベラーにメルカプト基を有しないイミダゾール系化合物を用いた例、比較例6は実施例1 (含イオウ化合物とレベラーの併用例) を基本として、レベラーにメルカプト基を有しないイミダゾール系化合物を用いた例である。
On the other hand, among Comparative Examples 1 to 6, Comparative Example 1 is an example using the dye (Janus green B) in place of the leveler (B) of the present invention based on Example 1 (example of combined use of sulfur-containing compound and leveler). Similarly, Comparative Example 2 is an example using a polymer (PEG) generally used in an electrolytic copper plating bath, Comparative Example 3 (single-use example of leveler) is a leveler of the present invention based on Example 9 (single-use example of leveler) It is an example using a dye (phthalocyanine) instead of B).
Comparative Example 4 is an example using a conventional copper electroplating bath.
Comparative Examples 5 to 6 are examples based on the patent document 1 of lov described above, and Comparative Example 5 is an example using an imidazole compound having no mercapto group in the leveler based on Example 9 (single-use example of the leveler). Comparative Example 6 is an example using an imidazole compound having no mercapto group in the leveler, based on Example 1 (combination example of sulfur-containing compound and leveler).

(1)実施例1
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
酸化銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(1) Example 1
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper oxide (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercaptoimidazole compound 10 mg / L of Synthesis Example 1
pH <1

(2)実施例2
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
酸化銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
UPS 100mg/L
上記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(2) Example 2
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper oxide (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
UPS 100 mg / L
Mercapto imidazole compound 10 mg / L of the above Synthesis Example 1
pH <1

(3)実施例3
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
SPS 100mg/L
上記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(3) Example 3
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
SPS 100 mg / L
Mercapto imidazole compound 10 mg / L of the above Synthesis Example 1
pH <1

(4)実施例4
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
MPS 100mg/L
上記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(4) Example 4
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
MPS 100 mg / L
Mercapto imidazole compound 10 mg / L of the above Synthesis Example 1
pH <1

(5)実施例5
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
DPS 100mg/L
上記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(5) Example 5
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
DPS 100 mg / L
Mercapto imidazole compound 10 mg / L of the above Synthesis Example 1
pH <1

(6)実施例6
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例4のメルカプトチアジアゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(6) Example 6
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercapto thiadiazole compound 10 mg / L of Synthesis Example 4
pH <1

(7)実施例7
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例2のメルカプトテトラゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(7) Example 7
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercapto tetrazole compound 10 mg / L of the synthesis example 2
pH <1

(8)実施例8
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例3のメルカプトベンゾチアゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(8) Example 8
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercaptobenzothiazole compound 10 mg / L of the above-mentioned Synthesis Example 3
pH <1

(9)実施例9
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(9) Example 9
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercaptoimidazole compound 50 mg / L of the above-mentioned Synthesis Example 1
pH <1

(10)実施例10
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例4のメルカプトチアジアゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(10) Example 10
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercapto thiadiazole compound 50 mg / L of Synthesis Example 4
pH <1

(11)実施例11
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例2のメルカプトテトラゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(11) Example 11
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercapto tetrazole compound 50 mg / L of Synthesis Example 2
pH <1

(12)実施例12
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例3のメルカプトベンゾチアゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(12) Example 12
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercaptobenzothiazole compound 50 mg / L of Synthesis Example 3
pH <1

(13)実施例13
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 1000mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(13) Example 13
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 1000 mg / L
Mercaptoimidazole compound 10 mg / L of Synthesis Example 1
pH <1

(14)実施例14
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 50mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
(14) Example 14
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 50 mg / L
Mercaptoimidazole compound 10 mg / L of Synthesis Example 1
pH <1

(15)実施例15
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(15) Example 15
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercaptoimidazole compound 50 mg / L of the above-mentioned Synthesis Example 1
pH <1

(16)実施例16
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 1mg/L
pH<1
(16) Example 16
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Mercaptoimidazole compound 1 mg / L of Synthesis Example 1
pH <1

(17)実施例17
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 1mg/L
pH<1
(17) Example 17
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercaptoimidazole compound 1 mg / L of Synthesis Example 1
pH <1

(18)実施例18
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 30g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(18) Example 18
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu2 +) 30 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Mercaptoimidazole compound 50 mg / L of the above-mentioned Synthesis Example 1
pH <1

(19)実施例19
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 30g/L
硫酸(98%) 90g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 10mg/L
前記合成例1のメルカプトイミダゾール系化合物 50mg/L
pH<1
(19) Example 19
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu2 +) 30 g / L
Sulfuric acid (98%) 90g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 10 mg / L
Mercaptoimidazole compound 50 mg / L of the above-mentioned Synthesis Example 1
pH <1

(20)比較例1
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
ヤヌスグリーンB 10mg/L
pH<1
(20) Comparative Example 1
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Janus Green B 10 mg / L
pH <1

(21)比較例2
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
ポリエチレングリコール(平均分子量 ) 500mg/L
pH<1
(21) Comparative Example 2
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Polyethylene glycol (average molecular weight) 500 mg / L
pH <1

(22)比較例3
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
フタロシアニン 10mg/L
pH<1
(22) Comparative Example 3
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Phthalocyanine 10 mg / L
pH <1

(24)比較例4
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
ヤヌスグリーンB 1mg/L
ポリエチレングリコール(平均分子量20000) 500mg/L
pH<1
(24) Comparative Example 4
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Janus Green B 1 mg / L
Polyethylene glycol (average molecular weight 20000) 500 mg / L
pH <1

(25)比較例5
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
尚、前記合成例1では本発明のレベラーL1に分類されるメルカプト基を有するイミダゾール系化合物を合成したが、上記メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物は、この合成例1を基本として、2−メルカプト−1H−メチルイミダゾール0.5モルに替えて、イミダゾール0.5モルを用いて合成した。
(25) Comparative Example 5
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
Imidazole compound without mercapto group 10 mg / L
pH <1
In the above Synthesis Example 1, an imidazole compound having a mercapto group classified into leveler L1 of the present invention was synthesized, but the imidazole compound having no mercapto group is a 2-mercapto compound based on this Synthesis Example 1. It was synthesized using 0.5 mole of imidazole instead of 0.5 mole of 1H-methylimidazole.

(26)比較例6
下記の組成で電気銅メッキ浴を建浴した。
硫酸銅(Cu2+として) 40g/L
硫酸(98%) 110g/L
塩化物イオン 40mg/L
ZPS 100mg/L
メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物 10mg/L
pH<1
上記メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物は、比較例5で用いたものと同じである。
(26) Comparative Example 6
An electrolytic copper plating bath was constructed with the following composition.
Copper sulfate (as Cu 2+) 40 g / L
Sulfuric acid (98%) 110 g / L
Chloride ion 40 mg / L
ZPS 100 mg / L
Imidazole compound without mercapto group 10 mg / L
pH <1
The imidazole compound having no mercapto group is the same as that used in Comparative Example 5.

《電着応力の評価試験例》
そこで、上記実施例1〜19並びに比較例1〜6の各銅メッキ浴を用いて、陰極電流密度:10A/dm2、浴温:30℃、メッキ時間:10分の条件で電気メッキを行い、得られたメッキ直後の電着皮膜について、テストストリップ電着応力試験を実施した。
冒述したように、通常の銅メッキでは、メッキ直後の応力は引張応力(+MPa)であり、時間経過(1〜2日経過後)に伴って引張応力(+MPa)が継続的に働くため、メッキ面側への反りがより強くなり(図1A参照)、また、たとえ、メッキ直後の応力が0MPaの場合であっても、同じく時間経過に伴ってメッキ面側に反るが、1〜2日経過すると定常状態になってそれ以上は反らない。
<< Example of evaluation test of electrodeposition stress >>
Therefore, using the copper plating baths of Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 6, electroplating is performed under the conditions of a cathode current density of 10 A / dm 2, a bath temperature of 30 ° C., and a plating time of 10 minutes. A test strip electrodeposition stress test was performed on the obtained electrodeposition film immediately after plating.
As described above, in normal copper plating, the stress immediately after plating is tensile stress (+ MPa), and tensile stress (+ MPa) works continuously with the passage of time (after 1 to 2 days). Warpage to the surface side becomes stronger (see FIG. 1A), and even if the stress immediately after plating is 0 MPa, it also warps to the plating surface side with the passage of time, but it takes 1 to 2 days When it passes, it will be in a steady state and it will not go any further.

下表Aはその試験結果である。
この場合、応力が+MPaの場合は引張応力を意味し、−MPaは圧縮応力を意味する。
[表A] 応力(MPa) 応力(MPa)
実施例1 −10 比較例1 +10
実施例2 −9 比較例2 +8
実施例3 −10 比較例3 +15
実施例4 −8 比較例4 +20
実施例5 −8 比較例5 +11
実施例6 −12 比較例6 +9
実施例7 −11
実施例8 −10
実施例9 −8
実施例10 −10
実施例11 −8
実施例12 −8
実施例13 −5
実施例14 −5
実施例15 −7
実施例16 −11
実施例17 −13
実施例18 −8
実施例19 −9
Table A below shows the test results.
In this case, when the stress is + MPa, it means tensile stress, and -MPa means compressive stress.
[Table A] Stress (MPa) Stress (MPa)
Example 1 -10 Comparative example 1 +10
Example 2 -9 Comparative example 2 +8
Example 3 -10 Comparative example 3 +15
Example 4-8 Comparative example 4 +20
Example 5-8 Comparative example 5 + 11
Example 6-12 Comparative example 6 + 9
Example 7-11
Example 8-10
Example 9-8
Example 10-10
Example 11-8
Example 12-8
Example 13-5
Example 14-5
Example 15-7
Example 16-11
Example 17-13
Example 18-8
Example 19-9

《上記試験結果に基づく総合評価》
上表Aによれば、本発明の含イオウ化合物(A)を含み、且つ、本発明のレベラー(B)に替えて、電気銅メッキ浴で汎用される窒素系の染料(ヤヌスグリーン)を含む比較例1では+10MPa、同じく、電気銅メッキ浴で汎用されるポリマー(PEG)を含む比較例2では+8MPaの各引張応力を示した。
また、本発明の含イオウ化合物(A)を含まず、本発明のレベラー(B)に替えて、電気銅メッキ浴で汎用される窒素系の染料(フタロシアニン)を含む比較例3では+15MPaの引張応力を示した。
次いで、本発明の含イオウ化合物(A)を含まず、本発明のレベラー(B)に替えて、メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物を含む比較例5では+11MPa、本発明の含イオウ化合物(A)を含み、且つ、本発明のレベラー(B)に替えて、メルカプト基を有しないイミダゾール系化合物を含む比較例6では+9MPaの各引張応力を示した。
尚、一般的な電気銅メッキ浴を用いた比較例4では、やはり引張応力を示し、その値は+20MPaと最も大きかった。
<< Comprehensive evaluation based on the above test results >>
According to the above Table A, it contains the sulfur-containing compound (A) of the present invention and, instead of the leveler (B) of the present invention, it contains a nitrogen-based dye (Janus green) widely used in copper electroplating baths. In Comparative Example 1, each tensile stress was +10 MPa, and in Comparative Example 2 containing a polymer (PEG) commonly used in an electrolytic copper plating bath, +8 MPa was shown.
In addition, in Comparative Example 3 which does not contain the sulfur-containing compound (A) of the present invention and contains a nitrogen-based dye (phthalocyanine) generally used in an electrolytic copper plating bath instead of the leveler (B) of the present invention It showed stress.
Next, the sulfur-containing compound (A) of the present invention (A) does not contain the sulfur-containing compound (A) of the present invention, and in Comparative Example 5 containing an imidazole compound having no mercapto group instead of the leveler (B) of the present invention Comparative Example 6 containing an imidazole compound containing no mercapto group, instead of the leveler (B) of the present invention, showed a tensile stress of +9 MPa.
In addition, in the comparative example 4 which used the common electrolytic copper plating bath, tensile stress was shown again, and the value was the largest with +20 MPa.

要するに、比較例1〜3及び比較例6は本発明の含イオウ化合物(A)と本発明のレベラーに代替する化合物とを含む点で本発明2に対比すべき例であり、比較例5は本発明の含イオウ化合物(A)を含まず、本発明のレベラーの代替化合物を含む点で本発明1の対比例であるが、これら比較例1〜6ではすべてのメッキ皮膜に引張応力 ( +MPa ) が作用し、 メッキ皮膜が表面側を上にして凹状(即ち、下方の基材側に凸状)に反ることが分かる(図1A参照)。
これに対して、本発明のレベラー(L1、L2)を含み、或はさらに本発明の含イオウ化合物(A)を所定量含む実施例1〜19では、すべてのメッキ皮膜に−13〜−5MPaの圧縮応力(図1B参照)が作用することが分かる。
これにより、 時間経過とともに引張応力が働いて銅メッキ皮膜が反ろうとしても、引張応力( +MPa )に抗してこの圧縮応力(− MPa )が働いて応力を0Mpaに近づけるため、ほぼ反りのない銅皮膜を経時的に形成できる。
このため、電気銅メッキにおいて、本発明の課題である電着皮膜の反りを防止するためには、メッキ直後に圧縮応力(−MPa)になることが条件であり、本発明の銅メッキ浴から得られる電着皮膜は当該条件を満たすことが裏付けられた。
In short, Comparative Examples 1 to 3 and Comparative Example 6 are examples to be compared with the present invention 2 in that they contain the sulfur-containing compound (A) of the present invention and the compound replacing the leveler of the present invention. This is a comparative example of the present invention 1 in that it does not contain the sulfur-containing compound (A) of the present invention and contains an alternative compound of the leveler of the present invention, but in these comparative examples 1 to 6, tensile stress (+ MPa) was applied to all plated films. It can be seen that the plating film warps in a concave shape (ie, convex on the lower substrate side) with the surface side up (see FIG. 1A).
On the other hand, in Examples 1 to 19 including the levelers (L1, L2) of the present invention, or further containing a predetermined amount of the sulfur-containing compound (A) of the present invention, all plating films were It can be seen that the compressive stress of (see FIG. 1B) acts.
As a result, even if the tensile stress works with time and the copper plating film is warped, this compressive stress (-MPa) works against the tensile stress (+ MPa) to bring the stress close to 0 Mpa, so there is almost no warpage. A copper film can be formed over time.
For this reason, in electrolytic copper plating, in order to prevent the warp of the electrodeposition film which is the subject of the present invention, it is a condition that compressive stress (-MPa) is obtained immediately after plating, and from the copper plating bath of the present invention It was confirmed that the obtained electrodeposition film satisfied the conditions.

特に、比較例5〜6(上記特許文献1の準拠例)を実施例1〜19に対比考量すると、複素環窒素化合物を反応させた生成物をレベラーに用いて電気銅メッキを行う場合、複素環化合物に対するメルカプト基の結合の有無で、得られる銅皮膜に働く力が引張応力と圧縮応力との逆向きに分かれるという予測外で顕著な結果が判明した。
即ち、複素環窒素化合物に対するメルカプト基の結合の有無が銅皮膜の継時的な反りの抑制に大きく関係し、反りの抑制には複素環化合物へのメルカプト基の結合が必須であるという重要な因果関係が裏付けられた。
In particular, when Comparative Examples 5 to 6 (comparative examples according to Patent Document 1 above) are compared with Examples 1 to 19, complex copper is plated when a product obtained by reacting a heterocyclic nitrogen compound is used as a leveler. The remarkable result was unexpectedly found that the force acting on the obtained copper film splits in the opposite direction of tensile stress and compressive stress depending on the presence or absence of mercapto group binding to the ring compound.
That is, it is important that the presence or absence of the binding of the mercapto group to the heterocyclic nitrogen compound is largely related to the suppression of the warpage of the copper film over time, and that the bonding of the mercapto group to the heterocyclic compound is essential for the suppression of the warpage. Causal relationship was supported.

次いで、実施例1〜19を詳細に検討する。
実施例1〜8は含イオウ化合物(A)とレベラー(B)を併用した本発明2の電気銅メッキ浴に属するが、このうち、実施例1〜5は本発明のレベラー(=メルカプトイミダゾール系化合物)を固定し、含イオウ化合物(A)をZPS、UPS、SPS、MPS、DPSの各種化合物に変更した例であり、また、実施例1と実施例6〜8は本発明の含イオウ化合物(=ZPS)を固定し、レベラー(B)をメルカプトイミダゾール系化合物、メルカプトチアジアゾール系化合物、メルカプトテトラゾール系化合物などの各種化合物に変更した例であるが、いずれもメッキ皮膜に圧縮応力(−MPa)を付与できた。レベラーL1及びL2を対比すると、レベラーL2(合成例4)を用いた実施例6では−12MPa、レベラーL1(合成例1〜3)を用いた実施例1〜5、7〜8では−11〜−8MPaの圧縮応力を示した。
実施例9〜12はレベラー(B)を単用した本発明1の電気銅メッキ浴に属し、レベラーをメルカプトイミダゾール系化合物、メルカプトチアジアゾール系化合物、メルカプトテトラゾール系化合物などの各種化合物に変更した例であるが、レベラーL1及びL2を対比すると、レベラーL2(合成例4)を用いた実施例10では−10MPa、レベラーL1(合成例1〜3)を用いた実施例9、11〜12では−8MPaの圧縮応力を示した。
Next, Examples 1 to 19 will be examined in detail.
Examples 1 to 8 belong to the electrolytic copper plating bath of the present invention 2 in which the sulfur-containing compound (A) and the leveler (B) are used in combination, but among these, examples 1 to 5 are the levelers of the present invention (= mercaptoimidazole type Compound (A) is fixed to ZPS, UPS, SPS, MPS, DPS various compounds, and Example 1 and Examples 6 to 8 are sulfur-containing compounds of the present invention. This is an example in which (= ZPS) is fixed, and the leveler (B) is changed to various compounds such as mercaptoimidazole compounds, mercaptothiadiazole compounds, mercaptotetrazole compounds, etc., but all are compressive stress (-MPa) on the plated film Could be granted. Comparing the levelers L1 and L2, -12 MPa in Example 6 using the leveler L2 (Synthesis example 4), -11 to 11 in the examples 1 to 5 and 7-8 using the levelers L1 (Synthesis examples 1 to 3) It showed a compressive stress of -8 MPa.
Examples 9 to 12 belong to the electrolytic copper plating bath of the present invention 1 in which the leveler (B) is used singly, and are examples in which the leveler is changed to various compounds such as mercaptoimidazole compound, mercaptothiadiazole compound and mercaptotetrazole compound. However, when the levelers L1 and L2 are compared, -10 MPa in Example 10 using Leveler L2 (Synthesis Example 4), -8 MPa in Example 9 using Leveler L1 (Synthesis Examples 1 to 3), and 11-12 Showed a compressive stress of

実施例13〜16は本発明2の(併用型)電気銅メッキ浴に属し、実施例1を基本として、本発明の含イオウ化合物(A)を増量又は減量し、本発明のレベラー(B)を増量又は減量した例であり、含イオウ化合物(A)を実施例1から増量又は減量した実施例13〜14では圧縮応力は変わらなかった。このため、レベラー(B)は少量であっても適量と判断することができる。また、レベラー(B)を実施例1から増量した実施例15では圧縮応力は−7MPa、減量した実施例16では圧縮応力は−11MPaであるため、併用型のメッキ浴ではレベラー(B)の含有量は少量の範囲で足りることが推測される。
実施例17〜18は本発明1の(単用型)電気銅メッキ浴に属し、実施例1を基本として本発明のレベラー(B)を増量又は減量した例であり、レベラー(B)を実施例1から減量した実施例17では圧縮応力は−13MPa、増量した実施例18では圧縮応力は−8MPaであるため、単用型のメッキ浴でもレベラー(B)の含有量は少量の範囲で足りることが推測される。また、実施例19は含イオウ化合物(A)とレベラー(B)を含むが、含イオウ化合物(A)の含有量(10mg/L)は本発明2の規定量より少ないので、本発明1の電気銅メッキ浴に属し、圧縮応力は−9MPaであった。
特に、実施例16〜17を実施例1に対比考量すると、実施例16〜17ではレベラーの含有量が1mg/Lであって実施例1の1/10にすぎないが、圧縮応力の絶対値は実施例1より増していることに照らせば(−10MPa→−11、−13MPa)、メッキ皮膜の反りを抑制する点ではレベラー(B)の含有量は少量、或は微量で足りることが判断できる。また、実施例19は銅塩と酸の含有量について実施例1から減量しているが、圧縮応力の絶対値はあまり変わらなかった。
Examples 13 to 16 belong to the (combination type) electrolytic copper plating bath of the present invention 2, and the sulfur-containing compound (A) of the present invention is increased or decreased based on Example 1, and the leveler of the present invention (B) In Examples 13-14 in which the sulfur-containing compound (A) was increased or decreased from Example 1, the compressive stress was not changed. Therefore, the leveler (B) can be judged to be an appropriate amount even if it is a small amount. In Example 15 in which the leveler (B) was increased from Example 1, the compressive stress was -7 MPa in Example 15 and the compressive stress was -11 MPa in Example 16 in which the level was reduced. The amount is assumed to be sufficient in a small amount range.
Examples 17 to 18 belong to the (single use type) electrolytic copper plating bath of the invention 1 and are examples in which the leveler (B) of the invention is increased or decreased based on the example 1 and the leveler (B) is implemented. In Example 17 reduced from Example 1, since the compression stress is -13 MPa and the compression stress is -8 MPa in Example 18 increased, the content of the leveler (B) is sufficient even in a small amount range even with a single-use type plating bath It is guessed. Example 19 contains the sulfur-containing compound (A) and the leveler (B), but the content (10 mg / L) of the sulfur-containing compound (A) is less than the amount specified in the second invention. It belongs to an electrolytic copper plating bath and has a compressive stress of -9 MPa.
In particular, when comparing Examples 16 to 17 with Example 1, the content of the leveler in Examples 16 to 17 is 1 mg / L, which is only 1/10 of Example 1, but the absolute value of the compressive stress In view of the fact that it is more than that of Example 1 (-10MPa → -11, -13MPa), it is judged that the content of the leveler (B) may be small or small in terms of suppressing the warpage of the plating film. it can. Moreover, although Example 19 reduced the content of copper salt and acid from Example 1, the absolute value of the compressive stress did not change much.

図1Aは引張応力が働いて反った銅メッキ皮膜の概略図、図1Bは圧縮応力が働いた場合の銅メッキ皮膜の概略図である。FIG. 1A is a schematic view of a copper plating film warped by application of tensile stress, and FIG. 1B is a schematic view of the copper plating film when compressive stress is applied.

Claims (6)

可溶性銅塩と、酸又はその塩を含有する電気銅メッキ浴において、
次のレベラー(L1)及びレベラー(L2)の少なくとも一種から選ばれた化合物(B)を含有し、
上記レベラー(L1)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物との反応生成物であり、
上記レベラー(L2)は、 (a)メルカプト基を有する複素環窒素化合物と、(b)有機ハロゲン化合物と、(c)一端又は両端に反応性基を有するポリアルキレングリコールとの反応生成物であることを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴。
In an electrolytic copper plating bath containing a soluble copper salt and an acid or a salt thereof,
A compound (B) selected from at least one of the following levelers (L1) and levelers (L2),
The leveler (L1) is a reaction product of (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group and (b) an organic halogen compound,
The leveler (L2) is a reaction product of (a) a heterocyclic nitrogen compound having a mercapto group, (b) an organic halogen compound, and (c) a polyalkylene glycol having a reactive group at one or both ends. An electrolytic copper plating bath for forming a low stress film, characterized in that
可用性銅塩と、酸又はその塩を含有する電気銅メッキ浴において、
(A)スルフィド類、メルカプタン類、チオプロピルスルホン酸類、ジチオカルバミン酸類から選ばれた含イオウ化合物を50〜10000mg/L含有するとともに、
(B)メルカプト基を有する複素環窒素化合物(a)と、有機ハロゲン化合物(b)との反応生成物である レベラー(L1)、及び
メルカプト基を有する複素環窒素化合物(a)と、有機ハロゲン化合物(b)と、一端又は両端に反応性基を有するポリアルキレングリコール(c)との反応生成物である レベラー(L2)の少なくとも一種
を含有する ことを特徴とする低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴。
In an electrolytic copper plating bath containing an available copper salt and an acid or a salt thereof,
(A) 50 to 10000 mg / L of a sulfur-containing compound selected from sulfides, mercaptans, thiopropyl sulfonic acids and dithiocarbamic acids,
(B) Leveler (L1) which is a reaction product of a heterocyclic nitrogen compound (a) having a mercapto group and an organic halogen compound (b), a heterocyclic nitrogen compound (a) having a mercapto group, and an organic halogen An electricity for forming a low stress film, comprising at least one of a leveler (L2) which is a reaction product of a compound (b) and a polyalkylene glycol (c) having a reactive group at one end or both ends. Copper plating bath.
上記複素環窒素化合物(a)を構成する複素環は、ジオキサン環、イミダゾール環、ピリジン環、プリン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾリン環、トリアゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、ピリミジン環、ピラジン環、キノリン環、ベンゾオキサゾール環、モルホリン環、ピロール環よりなる群から選ばれたものであり、
上記有機ハロゲン化合物(b)は、アルキレン鎖に少なくとも1個以上のハロゲンを有するか、或は、さらにアミノ基、エーテル基、水酸基、スルホン酸基よりなる群から選ばれた官能基を有する化合物であり、
上記ポリアルキレングリコール(c)が有する反応性基は、ハロゲン基、ハロホルミル基、メシレート基、トシレート基よりなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴。
The heterocyclic ring constituting the heterocyclic nitrogen compound (a) is a dioxane ring, an imidazole ring, a pyridine ring, a purine ring, a benzoimidazole ring, a benzothiazole ring, an imidazoline ring, a triazole ring, a tetrazole ring, a thiadiazole ring, a pyrimidine ring, And is selected from the group consisting of pyrazine ring, quinoline ring, benzoxazole ring, morpholine ring and pyrrole ring,
The organic halogen compound (b) is a compound having at least one or more halogens in the alkylene chain, or further having a functional group selected from the group consisting of an amino group, an ether group, a hydroxyl group and a sulfonic acid group. Yes,
The low stress according to claim 1 or 2, wherein the reactive group possessed by the polyalkylene glycol (c) is selected from the group consisting of a halogen group, a haloformyl group, a mesylate group, and a tosylate group. Electric copper plating bath for film formation.
含イオウ化合物(A)のうち、スルフィド類が、ビス(3−スルホプロピル)ジスルフィ
ド(SPS)、ビス(2−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(3−スル−2−ヒドロキシプロピル)ジスルフィド、ビス(4−スルホプロピル)ジスルフィド、ビス(p−スルホフェニル)ジスルフィド並びにこれらの塩から選ばれ、
同じく、メルカプタン類が、メルカプトメタンスルホン酸、メルカプトエタンスルホン酸、メルカプトプロパンスルホン酸(MPS)並びにこれらの塩から選ばれ、
チオプロピルスルホン酸類が、3−(ベンゾチアゾリル−2−チオ)プロパンスルホン酸(ZPS)、3−[(アミノイミノメチル)チオ]−1−プロパンスルホン酸(UPS)、O−エチル−ジエチル炭酸−S−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩から選ばれ、
ジチオカルバミン酸類が、N,N−ジメチル−ジチオカルバミルプロパンスルホン酸(DPS)、N,N−ジメチル−ジチオカルバミン酸−(3−スルホプロピル)−エステル並びにこれらの塩から選ばれたものであることを特徴とする請求項2又は3に記載の低応力皮膜形成用の電気銅メッキ浴。
Among the sulfur-containing compounds (A), sulfides are bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), bis (2-sulfopropyl) disulfide, bis (3-sul-2-hydroxypropyl) disulfide, bis (4) -Sulfopropyl) disulfide, bis (p-sulfophenyl) disulfide and salts thereof,
Similarly, mercaptans are selected from mercaptomethanesulfonic acid, mercaptoethanesulfonic acid, mercaptopropanesulfonic acid (MPS) and salts thereof,
Thiopropylsulfonic acids are 3- (benzothiazolyl-2-thio) propanesulfonic acid (ZPS), 3-[(aminoiminomethyl) thio] -1-propanesulfonic acid (UPS), O-ethyl-diethyl carbonate-S -(3-sulfopropyl) -ester and salts thereof;
The dithiocarbamic acids are selected from N, N-dimethyl-dithiocarbamylpropane sulfonic acid (DPS), N, N-dimethyl-dithiocarbamic acid- (3-sulfopropyl) -ester and salts thereof The electrolytic copper plating bath for low stress film formation according to claim 2 or 3 characterized by the above-mentioned.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気銅メッキ浴を用いて、500μm以下の薄い被メッキ物に反り抑制機能を有する低応力のメッキ皮膜を形成して、被メッキ物と一体化したメッキ皮膜の反りを防止することを特徴とする電気銅メッキ方法。   A low stress plating film having a warp suppressing function is formed on a thin object to be plated of 500 μm or less using the copper electroplating bath according to any one of claims 1 to 4 and integrated with the object to be plated The copper electroplating method characterized by preventing the curvature of the plating film which carried out. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気銅メッキ浴を用いて、0.1μm〜5000μmの反り抑制機能を有する低応力の銅メッキ皮膜を被メッキ物に形成し、反り作用でメッキ皮膜が被メッキ物から剥離するのを防止することを特徴とする電気銅メッキ方法。   A low stress copper plating film having a warpage suppressing function of 0.1 μm to 5000 μm is formed on an object to be plated using the copper electroplating bath according to any one of claims 1 to 4, and plating is performed by the warpage action. A copper electroplating method characterized in that the coating film is prevented from peeling off from the object to be plated.
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