JP2021527166A - 無電解銅又は銅合金めっき浴及びめっきする方法 - Google Patents
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Abstract
(式中、Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2-カルボキシビニル基、置換又は無置換2-ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2-(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又はii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又はiii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又はiv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)による少なくとも1つの化合物を更に含むことを特徴とする、無電解銅めっき浴。本発明は更に、少なくとも銅又は銅合金層を基板の表面上に析出させる方法、層系及び本発明の無電解銅めっき浴を提供するための部品キットに関する。
Description
a)銅イオン、
b)銅イオンを金属銅に還元するのに適した少なくとも1つの還元剤、及び
c)銅イオン用の少なくとも1つの錯化剤
を含む、銅又は銅合金層を基板の表面上に析出させるための本発明による無電解銅めっき浴であって、
d)式(1):
Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、置換又は無置換2−ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、
R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)
による少なくとも1つの化合物
を含むことを特徴とする、無電解銅めっき浴
である、本発明の第1の態様によって解決される。
(i)表面を有する基板を用意する工程と、
(ii)基板の表面の少なくとも一部を、本発明の無電解銅めっき浴と接触させる工程と
をこの順序で含み、それにより、銅又は銅合金層を基板の表面の少なくとも一部上に析出させる、方法である本発明の第2の態様によって更に解決される。
(iii)銅又は銅合金層を、電解銅めっき浴から析出させる工程
が含まれる、本発明の好ましい方法(請求項13に記載の通り)に関する。
・水素(−H)、
・カルボン酸基(−CO2H)、
・カルボキシレート基(−CO2M1、式中、M1は、水素以外の適切な対イオン、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含む金属イオン、及びアンモニウム等の遊離基形成陽イオンであり、好ましくは、M1は、アルカリ金属イオン、例えば、リチウム、ナトリウム又はカリウムである)、
・スルホン酸基(−SO3H)、
・スルホネート基(−SO3M2、式中、M2は、水素以外の適切な対イオン、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含む金属イオン、及びアンモニウム等の遊離基形成陽イオンであり、好ましくは、M2は、アルカリ金属イオン、例えば、リチウム、ナトリウム又はカリウムである)、
・置換又は無置換のカルボキサミド基(
・ニトリル基(−C≡N)、
・ニトロ基(−NO2)、
・置換又は無置換のトリアルキルアンモニウム基(
・置換又は無置換の2−カルボキシビニル基(−C(R3)=C(R4)−CO2H、式中、R3及びR4は、独立して、置換又は無置換のアルキル基又は水素、好ましくは水素である)、
・置換又は無置換の2−ビニルカルボキシレート基(−C(R5)=C(R6)−CO2M3、式中、M3は、水素以外の適切な対イオン、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含む金属イオン、及びアンモニウム等の遊離基形成陽イオンであり、好ましくは、M3は、アルカリ金属イオン、例えば、リチウム、ナトリウム又はカリウムであり、R5及びR6は、独立して、置換又は無置換のアルキル基又は水素、好ましくは水素である)、
・置換又は無置換の2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基(
・置換又は無置換のヒドロキサム酸基(−C(O)−N(R10)−OH、式中、R10は、アルキル基、アリール基及びそれらの組合せからなる群から選択される)、及び
・置換又は無置換のオキシム基(−C(R11)=N−OH、式中、R11は、水素、アルキル基、アリール基及びアルキルとアリールの組合せからなる群から選択される)
からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではない。本発明者らは、Z1及びZ2の両方が水素である場合、銅層の光沢が損なわれて、銅でめっきされるべき基板の被覆及び浴のめっき速度が減少することを見出した(Table 2(表2)〜Table 4(表4)を参照)。
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している。
によって表される。この実施形態において、式(1)による化合物は、置換又は無置換の芳香環部分を含まない(描写されるピリジン環は別とする。残基R1、R2、R3及びR4は全て、水素である(事例1)。
の1つによって表され得る。
a)銅イオン、
b)少なくとも1つの還元剤としてのホルムアルデヒド又はグリオキシル酸、
c)ポリアミノジコハク酸;ポリアミノモノコハク酸;少なくとも1つのポリアミノジコハク酸及び少なくとも1つのポリアミノモノコハク酸の混合物;酒石酸塩;キシリトール;N,N,N’,N’−テトラキス−(2−ヒドロキシプロピル)−エチレンジアミン及びN’−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン−N,N,N’,N’−三酢酸の混合物;N,N,N’,N’−テトラキス−(2−ヒドロキシプロピル)−エチレンジアミン及びエチレンジアミン−四酢酸(EDTA)の混合物;又は少なくとも1つの錯化剤としての上述の任意の塩、
d)式(1)による少なくとも1つの化合物、
及び、任意選択で、コバルトイオン、ニッケルイオン及びそれらの混合物から選択される銅イオン以外の更なる金属イオンを含む。
(i.a)基板を前処理する工程
を含む。
ε)任意選択で、基板の表面を、還元物質と接触させる工程(ここで、イオン性活性化物質の触媒用金属イオンは、元素金属に還元される);或いは、活性化物質が、コロイド状触媒用金属を含有する場合;
φ)任意選択で、基板の表面を促進剤と接触させる工程(ここで、コロイド、例えば保護用コロイドの成分が、触媒用金属から除去される);
γ)任意選択で、基板の表面を、無電解銅めっき浴中で還元剤として使用される成分で構成されるエンハンサーと接触させる工程。
(iii)銅又は銅合金層を、電解銅めっき浴から析出させる工程
を含むことが好ましい。
(i)表面を有する基板を用意する工程と、
(ia)任意選択で、基板を前処理する工程と、
(ii)基板の表面の少なくとも一部を、本発明の無電解銅めっき浴と接触させて、無電解銅又は銅合金層を、基板の表面上に析出させる工程と、
(iii)更なる銅又は銅合金層を、電解銅めっき浴から析出させて、電解銅又は銅合金銅を(直接)、無電解銅又は銅合金層上に析出させる工程と
をこの順序で含む。
− 銅又は銅合金層は、特に電解的肥厚後に、非常に光沢があり、高い光反射率を示す;
− 銅又は銅合金層は、特に電解的肥厚後に、非常に滑らかである;
− 本発明の発明者らは、電解めっきプロセス由来の、その次に析出される銅又は銅合金層の滑らかさ及び光沢が、ベースとなる基板の特性に、即ち、この場合は、本発明の無電解銅めっき浴から形成される銅又は銅合金層の特性に非常に依存する。したがって、本発明は、電解めっきプロセス由来の、その次に析出される銅又は銅合金層の滑らかさ及び光沢の改善も可能にする。
− 表面を有する基板と、
− 基板の表面上の、本発明の無電解銅めっき浴から析出された銅又は銅合金層と
を含む層系に関する。
− 表面を有する基板と、
− 基板の表面上の、本発明の無電解銅めっき浴から析出された銅又は銅合金層と、
− 無電解銅めっき浴から析出された前記銅又は銅合金層の上の、電解銅めっき浴から析出された銅又は銅合金層と
を含む層系に関する。
I)無電解銅めっき浴を用意する工程と、
II)式(1):
Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、置換又は無置換2−ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、
R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)
による少なくとも1つの化合物を添加する工程と
をこの順序で含む方法に関する。
A)銅イオンを含む溶液、好ましくは水溶液と、
B)銅イオンを金属銅に還元するのに適した少なくとも1つの還元剤を含む溶液、好ましくは水溶液と、
C)銅イオン用の少なくとも1つの錯化剤を含む溶液、好ましくは水溶液と、
D)式(1):
Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、置換又は無置換2−ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、
R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)
による少なくとも1つの化合物を含む溶液、好ましくは水溶液と
を含む、部品キットに関する。
A)1g/L〜470g/L、好ましくは10g/L〜250g/L、より好ましくは20g/L〜80g/Lの範囲の濃度で銅イオンを含む水溶液と、
B)50g/L〜600g/L、好ましくは100g/L〜450g/L、より好ましくは100g/L〜400g/Lの範囲の濃度で銅イオンを金属銅に還元するのに適した少なくとも1つの還元剤を含む水溶液と、
C)0.18mol/L〜2.9mol/L、好ましくは0.3mol/L〜2.0mol/L、より好ましくは0.7mol/L〜1.5mol/Lの範囲の濃度で銅イオン用の少なくとも1つの錯化剤を含む水溶液と、
D)0.01g/L〜150g/L、好ましくは0.05g/L〜50g/L、より好ましくは0.1g/L〜25g/Lの範囲の濃度で式(1)による少なくとも1つの化合物を含む水溶液と
を含む。
析出テストに関して、ベアラミネートFR−4基板(Panasonic社のMC10EX)を使用した。スルーホール被覆の評価に関して、材料IS410(Isola社の)、158TC(ITEQ社の)、R−1755C(Matsushita/Panasonic社の)、NP140(Nan Ya社の)、S1141(Shengy社の)に基づくクーポンを利用した。クーポン中の孔径は、1mmであった。必要に応じて、基板を、当該技術分野で既知のデスミア処理に付した。光沢測定に関して、エポキシ樹脂コア材料及び圧延アニール(RA−Cu)銅又はホットアニール(HA−Cu、BH−HA−Cu)銅を有するラミネートを使用した。表面の光沢(輝きとも称される)は、Canon C5535iを用いたフルカラー300×300dpiスキャンによって評価して、画像を適切な画像解析ツール(例えば、Olympus Stream Enterprise)へインポートとして、チャネルを赤0〜150、緑0〜128、青0〜128に調整しながら目的の領域(ROI)を使用することによってスキャンを解析した。
本方法における銅又は銅合金によるリセス構造体の表面の被覆は、業界標準のバックライトテストを使用して評価することができる。バックライトテストでは、不完全な被覆の領域を、強力な光源で観察すると明るいスポットとして検出することが可能になるように、めっきされたクーポンを切片化する[米国特許出願公開第2008/0038450号明細書を授与、その全体が参照により本明細書に援用される]。銅又は銅合金析出物の品質は、従来の光学顕微鏡下で観察される光量によって決定される。
析出物の厚さは、テストパネルの各側にある10個の銅パッドで測定した。選択した銅パッドは、種々のサイズを有しており、XRF機器Fischerscope X−RAY XDV−μ(Helmut Fischer GmbH社、ドイツ)を使用して、XRFによって層厚を決定する。析出物の層状構造を推測することによって、層厚は、かかるXRFデータから算出され得る。めっき速度は、得られた層厚を、前記層厚を得るのに必要な時間で除算することによって算出された。
基板の表面上に銅を析出させる前に、Table 1(表1)に記載するように、基板を前処理した(工程(i.a))。
銅イオン供給源としての硫酸銅(銅イオン1.91g)、銅イオン用の錯化剤としての酒石酸塩(20.3g)、pHを13に調整するためのpH調整物質としてのNaOH及び硫酸、銅イオンを金属銅に還元するのに適した還元剤(2.12g)及び以下で付与される量の式(1)(Z1及びZ2はそれぞれ、CO2Hのカリウム塩であり、R1、R2、R3及びR4は水素である)による化合物の0.115wt%溶液(1mL〜20mL)。後者の化合物を、以下で「化合物A」と称する。
Claims (15)
- a)銅イオン、
b)銅イオンを金属銅に還元するのに適した少なくとも1つの還元剤、及び
c)銅イオン用の少なくとも1つの錯化剤
を含む、銅又は銅合金層を基板の表面上に析出させるための無電解銅めっき浴であって、
d)式(1):
Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、置換又は無置換2−ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、
R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)
による少なくとも1つの化合物
を含むことを特徴とする、無電解銅めっき浴。 - Z1及びZ2が独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、及び置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基からなる群から選択される、請求項1に記載の無電解銅めっき浴。
- Z1及びZ2が独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、及び置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基からなる群から選択される、請求項2に記載の無電解銅めっき浴。
- Z1及びZ2が独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、及びスルホネート基からなる群から選択される、請求項3に記載の無電解銅めっき浴。
- Z1及びZ2が独立して、水素、カルボン酸基及びカルボキシレート基からなる群から選択される、請求項4に記載の無電解銅めっき浴。
- Z1とZ2が同じである、請求項1から5のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴。
- Z1もZ2も水素ではない、請求項1から6のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴。
- R1、R2、R3及びR4が水素である、請求項1から7のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴。
- 式(1)による少なくとも1つの化合物の濃度が、1.0*10−6mol/L〜5.0*10−3mol/Lの範囲である、請求項1から8のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴。
- 式(1)による少なくとも1つの化合物の濃度が、4.0*10−6mol/L〜4*10−3mol/Lの範囲である、請求項9に記載の無電解銅めっき浴。
- 式(1)による少なくとも1つの化合物の濃度が、2.0*10−5mol/L〜6.5*10−4mol/Lの範囲である、請求項10に記載の無電解銅めっき浴。
- 少なくとも銅又は銅合金層を基板の表面上に析出させる方法であって、以下の方法工程:
(i)表面を有する基板を用意する工程と、
(ii)基板の表面の少なくとも一部を、請求項1から11のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴と接触させる工程と
をこの順序で含み、それにより、銅又は銅合金層を基板の表面の少なくとも一部上に析出させる、方法。 - 方法工程(ii)の後に、下記の通りに定義される更なる方法工程(iii):
(iii)銅又は銅合金層を、電解銅めっき浴から析出させる工程
が含まれる、請求項12に記載の少なくとも銅又は銅合金層を基板の表面上に析出させる方法。 - − 表面を有する基板と、
− 基板の表面上の、請求項1から11のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴から析出された銅又は銅合金層と、
− 好ましくは、無電解銅めっき浴から析出された前記銅又は銅合金層の上の、電解銅めっき浴から析出された銅又は銅合金層と
を含む層系。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の無電解銅めっき浴を提供するための部品キットであって、下記部品A)〜D):
A)銅イオンを含む溶液と、
B)銅イオンを金属銅に還元するのに適した少なくとも1つの還元剤を含む溶液と、
C)銅イオン用の少なくとも1つの錯化剤を含む溶液と、
D)式(1):
Z1及びZ2は独立して、水素、カルボン酸基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、置換又は無置換カルボキサミド基、ニトリル基、ニトロ基、置換又は無置換トリアルキルアンモニウム基、置換又は無置換2−カルボキシビニル基、置換又は無置換2−ビニルカルボキシレート基、置換又は無置換2−(トリアルキルアンモニウム)ビニル基、置換又は無置換ヒドロキサム酸基、及び置換又は無置換オキシム基からなる群から選択され、但し、Z1及びZ2のうち少なくとも1つは、水素ではなく、
R1、R2、R3及びR4は、下記の通りに定義され:
i. R1、R2、R3及びR4は水素であるか、又は
ii. R1はR2とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R3及びR4は水素であるか、又は
iii. R3はR4とともに、置換又は無置換芳香環部分を形成しており、R1及びR2は水素であるか、又は
iv. R1はR2とともに、並びにR3はR4とともに、それぞれ、置換又は無置換芳香環部分を形成している)
による少なくとも1つの化合物を含む溶液と
を含む、部品キット。
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