JP7462654B2 - 銅表面に酸化銅を形成する方法 - Google Patents
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Description
上記課題は、銅表面に酸化銅を形成する方法によって解決され、本方法は、
a)銅表面を含む基板を提供するステップと、
b)銅表面を任意に予備洗浄するステップと、
c)銅表面を、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物を含むアルカリ性の水性酸化性溶液と接触させるステップと、を含み、
前記酸化銅が、銅表面に形成される。
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される酸化性化合物の使用、に関する。
-数分以内に20μg/cm2までのような妥当な接触時間で銅表面に十分な厚さの酸化銅(典型的には酸化銅(II)の層)の形成、
-均一な酸化銅の形成、
-酸化銅の形成は、接触後に迅速に開始される(すなわち、不都合な遅延なく)。これにより、既存の製造プロセスの最適化が可能になる、
-二酸化炭素の存在は、水性のアルカリ性の酸化性溶液の性能又は上記の有益な効果に悪影響を及ぼすことが少ないか又は影響を及ぼさないため、エージングした酸化性溶液も良好に機能する、
-理想的には、銅表面に存在する不純物を酸化銅に輸送して、洗浄性能をさらに向上させる。
本発明の方法では、均一な酸化銅が銅表面に形成される。本発明の文脈において、「均一」とは、実質的に一定の厚さを有する高度に均一な酸化銅及び規則的/均一な酸化銅表面を意味する。従って、本発明の方法は、銅表面に均一な酸化銅を形成する方法であることが好ましい。
本発明の方法のステップa)では、銅表面を含む基板が提供される。最も好ましくは、銅表面は、銅堆積物の、好ましくは銅層の表面である。銅堆積物及び銅層はそれぞれ、銅堆積物及び銅層中の総原子数に対してそれぞれ95原子%以上の銅を含むことが好ましく、より好ましくは97原子%以上、さらに好ましくは99原子%以上であり、最も好ましくは純粋な金属銅である。これは、銅表面にも同様に適用することが好ましい。従って、場合によっては、本発明の方法が好ましく、ここで、銅表面は、銅以外の元素を少量含む。
本発明の方法の好ましい実施形態において、本方法は、ステップc)の前に、
ステップb)銅表面を予備洗浄するステップを含む。
本発明の方法のステップc)で用いられる酸化性溶液は、アルカリ性水性溶液である。本発明の文脈において、「水性」は、酸化性溶液が水を含むことを意味する。本発明の方法において用いられる酸化性溶液は好ましくは、酸化性溶液の総容量の50体積%以上が水であり、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上、最も好ましくは95体積%以上である。最も好ましくは、酸化性溶液は水を含み、ただし、水が唯一の溶媒である。
本発明の方法のステップc)において、アルカリ性の水性酸化性溶液は、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選ばれる1種以上の、好ましくは1種の酸化性化合物を含む。
-芳香族スルホン酸化合物及びその塩は、1個以上の(好ましくは1個の)ニトロ基を含み、好ましくは、芳香環に直接結合している少なくとも1個のニトロ基を含む、
及び/又は
-芳香族スルホン酸エステル化合物及びその塩は、1個以上の(好ましくは1個の)ニトロ基を含み、好ましくは、芳香環に直接結合している少なくとも1個のニトロ基を含む。
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物が、
酸化性溶液中の全芳香族化合物の96モル%以上の総モル量を構成し、好ましくは97モル%以上、より好ましくは98モル%以上、さらに好ましくは99モル%以上であり、最も好ましくは酸化性溶液中の唯一の芳香族化合物である、
及び/又は
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物が、
酸化性溶液中の全酸化性化合物の96モル%以上の総モル量を構成して銅表面を酸化し、好ましくは97モル%以上、より好ましくは98モル%以上、さらに好ましくは99モル%以上であり、最も好ましくは酸化性溶液中で溶存分子状酸素以外の唯一の酸化性化合物である。
いくつかの場合には、本発明の方法が好ましく、ステップc)において、酸化性溶液は、1つ以上の錯化剤をさらに含む。錯化剤は、典型的には、銅表面に酸化性溶液を適用する際に可溶化される銅イオンを錯体化する働きをし、不溶性の水酸化銅の形成を回避する。典型的には、銅イオンのための錯化剤は、そのような水酸化物形成を防止するか、又は少なくとも有意に減少させる。従って、本発明の方法は好ましくは、ステップc)において、酸化性溶液が、銅イオンを錯化するための1つ以上の錯化剤、好ましくは、少なくとも1つのカルボキシル基及び少なくとも1つのヒドロキシル基を含む1つ以上の錯化剤をさらに含む。
d)好ましくは、酸化銅を酸性溶液と接触させることによって、酸化銅を除去するステップ。
本発明はまた、銅表面に均一な酸化銅を形成するための、アルカリ性の水性酸化性溶液における、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される酸化性化合物の使用、に関する。本発明の方法に関する前述のことは、本発明の使用にも同様に適用されることが好ましい。
A)酸化性溶液:
本発明のアルカリ性の水性酸化性溶液:
0.5mol/L~1mol/LのNaOH(pH13~14)と錯化剤としてのグルコン酸塩とを含むアルカリ性の水性溶液に、酸化性化合物としての3-ニトロベンゼンスルホン酸塩10mmol/L~50mmol/Lを添加することにより、本発明の酸化性溶液(以下、単に「inv」という)が製造される。
比較のために、3-ニトロベンゼンスルホン酸塩を含まない「inv」について上述したように溶液(以下、単に「comp1」という)を調製する。この溶液において、酸化銅を形成するための銅の酸化は、主に、強アルカリ性溶液中に溶存した周囲空気酸素によって促進される。
また、比較のために、pH4.0~4.5の範囲の水性溶液中に0.4mol/L~0.6mol/LのH2O2を含む非アルカリ性の酸化性溶液(以下、単に「comp2」という)を調製した。この溶液において、酸化銅を形成するための銅の酸化は、主に、H2O2によって促進され、pHは、形成された酸化銅の激しい溶解を回避するためにあまり酸性ではない。
以下の特性をテストするために実験を行う:
(i)ステップc)後の光学的外観、
(ii)酸化銅形成の開始時間、
(iii)形成された酸化銅の量、
(iv)形成された酸化銅の均質性
(v)炭酸塩濃度を異にした場合における(酸化物の重量増加によって決定される)酸化銅形成。
特性(i)から(iv)の結果を以下の表Aにまとめる。
(i):
「inv」と接触した銅表面は、緑色がかった色合いを有する有意な金色を有する酸化銅を生じる(表A参照)。この色は本発明の方法に特徴的であり、比較的高い炭酸塩濃度に達しない限り、基本的には均一にエージングされた酸化性溶液中でも形成される(表B、「inv」、3分の接触時間、30g/Lの炭酸塩濃度を参照)。3分の接触時間で、特徴的な色は、0g/Lから少なくとも15g/Lまでの炭酸塩濃度に対して維持される。対照的に、接触時間が5分であれば、30g/Lの炭酸塩濃度を含む特徴的な色も維持される(表B、「inv」、5分の接触時間を参照)。
-酸化銅は弱酸性の酸化性溶液には許容できないほど溶解する;pHは弱酸性であるが、この段階では望ましくない溶解を完全に排除することはできない。
-酸化銅の望ましくない溶解は、酸化性溶液中の銅イオンの濃度を酸化性溶液「inv」及び「comp1」よりも著しく増加させるが、これは望ましくないため、銅イオンに対して比較的高濃度の錯化剤を必要とする。
-「comp2」中のH2O2濃度は、「comp2」がH2O2を安定化させるために好ましくはより酸性のpHを必要とするために安定ではないが、酸化銅の安定性の観点から有害であり;したがって、「comp2」の長期安定性は悪影響を受ける。
表Aは、「inv」との接触による酸化銅の形成が、「comp1」との接触と比較して有意に早期に開始されることを示す。従って、「inv」は、「comp1」と比較して、酸化銅形成の開始を有意に加速し、開始時間を有意に低下させる。
表Aは、「inv」との接触が、形成される酸化銅の量の増加を示しており、これは「comp1」との接触と比較して約3倍である(表A、「comp1」、6μg/cm2対「inv」、18μg/cm2を比較)。さらに、表Bは、各場合において、「inv」と接触すると、「comp1」と接触する場合と比較して、より多くの酸化銅が形成されることを示す。
均質性は目視検査によって決定された。均一に分布した色(より暗い/より明るい領域、スポット、ぼやけ及びしみがない)は、均一な酸化銅層を示す。対照的に、スポット、ぼやけ及びしみを含む色のより暗い/より明るい領域を有する表面は、有意に異なる厚さ及び明らかな不均質性を有する酸化物層を強く示す。
表Bは、それぞれの場合において、「inv」との接触が酸化銅の形成をもたらすことを示す。さらに、いずれの場合も、形成される酸化銅の量は、「comp1」と接触するよりも多い。結果として、酸化銅の形成は炭酸塩の存在によって負に影響されず、酸化銅形成の増加はエージングした酸化性溶液中でも起こる。
Claims (15)
- 銅表面上に酸化銅を形成する方法であって、
a)銅表面を含む基板を提供するステップと、
b)銅表面を任意に予備洗浄するステップと、
c)銅表面を、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物を含むアルカリ性の水性酸化性溶液と接触させるステップと、を含み、
前記酸化銅が、銅表面に形成され、
ステップc)において、酸化性溶液が、銅イオンを錯化するための1つ以上の錯化剤をさらに含む、方法。 - ステップb)の予備洗浄は、ステップc)で定義されたものとは異なる酸化性化合物を含む水性予備洗浄溶液に銅表面を接触させることによって行われ、予備洗浄溶液のpHは4以下である、請求項1に記載の方法。
- 酸化性化合物が、1種以上の過酸化物を含む、請求項2に記載の方法。
- ステップc)において、
-芳香族スルホン酸化合物及びその塩は、1個以上のニトロ基を含む、
及び/又は
-芳香族スルホン酸エステル化合物及びその塩は、1個以上のニトロ基を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 - ステップc)において、芳香族ニトロ化合物及びその塩が、ニトロベンゼン、その塩、置換ニトロベンゼン及び/又はその塩を含む、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- ステップc)において、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物が、
酸化性溶液中の全芳香族化合物の96モル%以上の総モル量を構成する、
及び/又は
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される1種以上の酸化性化合物が、
酸化性溶液中の全酸化性化合物の96モル%以上の総モル量を構成して銅表面を酸化する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - ステップc)において、酸化性溶液が、ニトロベンゼンスルホン酸及び/又はその塩を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)において、酸化性溶液との接触時間が、3秒以上5分以下の範囲である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)において、酸化性溶液の温度が、20℃から80℃の範囲である、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 銅イオンを錯化するための1つ以上の錯化剤は、グルコン酸及び/又はその塩を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- ステップa)において、銅表面を含む基板は、非導電性基板であるか、又は非導電性基板を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- ステップa)において、基板は、鉄及びスズの表面を含まない、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)の後に、酸化銅が、10~50μg/cm2の範囲の量で銅表面に形成される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)において、アルカリ性の水性酸化性溶液中の1種以上の酸化性化合物の総濃度が、酸化性溶液の総容量に基づいて、5mmol/Lから500mmol/Lの範囲である、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 銅表面に均一な酸化銅を形成するための、アルカリ性の水性酸化性溶液における、
-芳香族スルホン酸化合物、その塩、
-芳香族スルホン酸エステル化合物、その塩、
-芳香族ニトロ化合物、及びその塩、
からなる群から選択される酸化性化合物の使用であって、
前記酸化性溶液が、銅イオンを錯化するための1つ以上の錯化剤をさらに含む、使用。
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