JP2014055355A - Apparatus for copper electroplating - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気銅めっき装置に関する。 The present invention relates to an electrolytic copper plating apparatus.
電気銅めっきにおいて、不溶性陽極は、銅を溶かして使用する際に異物を最小化するために用いられる。前記不溶性陽極を用いた電気銅めっき方式は、銅(Cu)を供給する方法によって、CuOをめっき液に補充する方式と、めっき液内にFe3+イオンを溶解させて銅イオンを本槽に供給する方式と、に大別される。 In electrolytic copper plating, the insoluble anode is used for minimizing foreign matters when copper is used by melting. The electrolytic copper plating method using the insoluble anode is a method of replenishing CuO with a plating solution by supplying copper (Cu), and supplying copper ions to the main tank by dissolving Fe 3+ ions in the plating solution. It is divided roughly into the method to do.
図1はCuO補充方式による不溶性陽極を用いた電気銅めっき装置であり、本槽10でめっき反応により消耗されるCuを、別の溶解槽14に粉末状のCuO15を投入して空気撹拌などで溶解させた後本槽10に再循環して補充する方式である。この際、前記本槽10には陰極11及び陽極12が含まれており、めっき液13の主成分としては硫酸銅/硫酸/塩素の無機物が用いられる。
FIG. 1 shows an electrolytic copper plating apparatus using an insoluble anode by a CuO replenishment method, in which Cu consumed by the plating reaction in the
図2はFe3+方式による不溶性陽極を用いた電気銅めっき装置であり、本槽20でめっき反応により消耗される銅を、別の溶解槽24のめっき液に純粋な銅ボール25を投入して循環させると、Fe3+26の自発的な還元反応によって銅ボール25が溶けて銅イオンが供給される方式である。この際、前記本槽20には陰極21及び陽極22が含まれており、めっき液23の主成分としては硫酸銅/硫酸/塩素の無機物が用いられる。
FIG. 2 shows an electrolytic copper plating apparatus using an insoluble anode by the Fe 3+ method, in which copper consumed by the plating reaction in the
上記の二つの方式は垂直及び水平めっき設備方式に広く用いられているが、CuOの場合、無機及び有機不純物の流入によって補充(Fill)性能の低下が誘発される場合が多く、Fe3+の場合、特定企業の独占により、改善/改造に対する制約が大きい状況であるため、これに代替可能な装置の開発が求められている状況である。 The above two methods are widely used in vertical and horizontal plating equipment methods, but in the case of CuO, inflow of inorganic and organic impurities often induces a drop in refill performance, and in the case of Fe 3+ Since the restrictions on improvement / modification are large due to the monopoly of a specific company, the development of a device that can replace this is demanded.
本発明は、従来の不溶性陽極を用いた電気銅めっき方式の問題を誘発することなく、これに代替可能な新しい電気銅めっき装置を提供することをその目的とする。 It is an object of the present invention to provide a new electrolytic copper plating apparatus that can replace the conventional copper electroplating system using an insoluble anode without inducing the problems.
本発明の一実施形態による電気銅めっき装置は、陰極、不溶性陽極、銅ボール、及びめっき液が単一の槽(bath)に含まれる電気銅めっき装置であって、前記めっき液はマンガン酸化物を含むことを特徴とする。 An electrolytic copper plating apparatus according to an embodiment of the present invention is an electrolytic copper plating apparatus including a cathode, an insoluble anode, a copper ball, and a plating solution in a single bath, wherein the plating solution is a manganese oxide. It is characterized by including.
前記マンガン酸化物は、KMnO4及びNaMnO4から選択されるものであることができる。 The manganese oxide may be selected from KMnO 4 and NaMnO 4 .
前記マンガン酸化物は、0.1〜10g/Lの濃度で含まれることが好ましい。 The manganese oxide is preferably contained at a concentration of 0.1 to 10 g / L.
前記めっき液は、50〜350g/Lの硫酸銅、10〜150g/Lの硫酸、及び10〜200mg/Lの塩素を含む。 The plating solution contains 50 to 350 g / L copper sulfate, 10 to 150 g / L sulfuric acid, and 10 to 200 mg / L chlorine.
前記不溶性陽極は、チタン(Ti)に白金(Pt)またはIrO2がコーティングされた材質を用いることが好ましい。 The insoluble anode, it is preferable to use a titanium (Ti) to platinum (Pt) or IrO 2 was coated material.
また、本発明の他の一実施形態による電気銅めっき装置は、陰極、不溶性陽極、及びめっき液を含む本槽と、銅ボール及び前記不溶性陽極の銅供給源としてマンガン酸化物を含む溶解槽と、を含む。 In addition, an electrolytic copper plating apparatus according to another embodiment of the present invention includes a main tank containing a cathode, an insoluble anode, and a plating solution, and a dissolution tank containing manganese oxide as a copper supply source for copper balls and the insoluble anode. ,including.
前記溶解槽から本槽のめっき液への銅の供給は、前記溶解槽のマンガン酸化物と銅ボールの反応により銅が銅イオンに溶解されてなされることができる。 The supply of copper from the dissolution tank to the plating solution in the main tank can be performed by dissolving copper in copper ions by the reaction of manganese oxide and copper balls in the dissolution tank.
前記マンガン酸化物は、KMnO4及びNaMnO4から選択されるものであることが好ましい。 The manganese oxide is preferably selected from KMnO 4 and NaMnO 4 .
前記マンガン酸化物は、0.1〜10g/Lの濃度で含まれることが好ましい。 The manganese oxide is preferably contained at a concentration of 0.1 to 10 g / L.
前記電気銅めっき装置のめっき液は、50〜350g/Lの硫酸銅、10〜150g/Lの硫酸 、及び10〜200mg/Lの塩素を含む。 The plating solution of the electrolytic copper plating apparatus contains 50 to 350 g / L copper sulfate, 10 to 150 g / L sulfuric acid, and 10 to 200 mg / L chlorine.
本発明によると、電気銅めっき装置における銅供給源として、従来のFe3+の代わりにより高い酸化還元電位を有するマンガン酸化物を用いることにより、低濃度で適用する場合にも、優れた表面めっき抑制効果が得られる。また、スルーホール(Through Hole)またはブラインドビアホール(Blind via hole)のような構造物において、ホールの内部より表面のめっき速度を抑制して、均一電着性を改善することができる。 According to the present invention, by using manganese oxide having a higher redox potential instead of conventional Fe 3+ as a copper supply source in an electrolytic copper plating apparatus, excellent surface plating suppression even when applied at a low concentration An effect is obtained. In addition, in a structure such as a through hole or a blind via hole, it is possible to improve the throwing power by suppressing the plating rate of the surface from the inside of the hole.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本明細書で用いられる用語は、特定実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で用いられたように、単数型は文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む(comprise)」及び/または「含んでいる(comprising)」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素及び/またはこれらの組合せの存在を得するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素及び/またはこれらの組合せの存在または追加を排除しない。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular form also includes the plural form unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, “comprise” and / or “comprising” is to obtain the presence of the mentioned shape, number, step, action, member, element and / or combination thereof. Does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, steps, actions, members, elements and / or combinations thereof.
本発明は不溶性陽極を用いた電気銅めっき装置に関するものであって、本発明の一実施形態による電気銅めっき装置は、図3に示したとおりである。 The present invention relates to an electrolytic copper plating apparatus using an insoluble anode, and the electrolytic copper plating apparatus according to an embodiment of the present invention is as shown in FIG.
これを参照すると、本発明の一実施形態による電気銅めっき装置は、陰極111、不溶性陽極112、銅ボール115、及びめっき液113が単一の槽110に含まれる電気銅めっき装置であり、前記めっき液113にはマンガン酸化物116が含まれる。
Referring to this, an electrolytic copper plating apparatus according to an embodiment of the present invention is an electrolytic copper plating apparatus in which a cathode 111, an
前記図3による電気銅めっき装置は、一つの槽110内に、電気銅めっきを行うための全ての構成要素が含まれている構造を有する。
The electrolytic copper plating apparatus according to FIG. 3 has a structure in which all components for performing electrolytic copper plating are included in one
前記電気銅めっき装置における陰極111は、電気銅めっきがなされる被めっき体であり、例えば、パネル形態のプリント回路基板であることができる。 The cathode 111 in the electrolytic copper plating apparatus is an object to be plated with electrolytic copper plating, and can be, for example, a printed circuit board in the form of a panel.
また、前記不溶性陽極112としては、チタン(Ti)に白金(Pt)またはIrO2がコーティングされた材質を用いることができる。前記不溶性陽極112は、電気銅めっきにおいて、銅を用いてめっきする際に異物を最小化するために用いられる。
The
また、前記電気銅めっきに用いられる銅めっき液は、50〜350g/Lの硫酸銅、10〜150g/Lの硫酸、10〜200mg/Lの塩素イオンを含む。特に、本発明では、不溶性陽極のCu供給のための成分として強い酸化力を有するマンガン酸化物を含む。 Moreover, the copper plating solution used for the said electrolytic copper plating contains 50-350 g / L copper sulfate, 10-150 g / L sulfuric acid, and 10-200 mg / L chlorine ion. In particular, in the present invention, manganese oxide having strong oxidizing power is included as a component for supplying Cu of the insoluble anode.
前記マンガン酸化物は、KMnO4及びNaMnO4から選択されるものであることができる。前記マンガン酸化物は、銅ボールを溶解させて、銅イオンを生成させる役割をする。また、この反応後に生成された副産物であるKMnO2は、KMnO4にさらに酸化されて再生される。前記マンガン酸化物は、被めっき体である陰極の表面に作用して、めっきを抑制する効果を有する。 The manganese oxide may be selected from KMnO 4 and NaMnO 4 . The manganese oxide serves to dissolve copper balls and generate copper ions. Further, KMnO 2 which is a by-product generated after this reaction is further oxidized to KMnO 4 and regenerated. The said manganese oxide acts on the surface of the cathode which is a to-be-plated body, and has the effect which suppresses plating.
前記マンガン酸化物は0.1〜10g/Lの濃度で含まれることが好ましい。前記マンガン酸化物の濃度が0.1g/L未満である場合には、表面めっき抑制効果が微小であるため均一電着性が得られず、また、10g/Lを超過する場合には、表面めっき抑制効果が過多であるため表面めっきの厚さが不足したり未めっきが発生して好ましくない。 The manganese oxide is preferably contained at a concentration of 0.1 to 10 g / L. When the concentration of the manganese oxide is less than 0.1 g / L, uniform electrodeposition cannot be obtained because the surface plating suppression effect is minute, and when the concentration exceeds 10 g / L, the surface Since the plating suppression effect is excessive, the thickness of the surface plating is insufficient or unplating occurs, which is not preferable.
また、前記めっき液に含まれる硫酸銅は、五水和物の形態で含まれることができ、その濃度が低すぎる場合には陰極電流の効率が低下するため、50〜350g/Lで含まれることが安定しためっき効率を得るために好ましい。 Further, the copper sulfate contained in the plating solution can be contained in the form of pentahydrate, and when the concentration is too low, the efficiency of the cathode current is reduced, so it is contained at 50 to 350 g / L. Is preferable in order to obtain stable plating efficiency.
また、前記めっき液の硫酸は10〜150g/Lの濃度で含まれることが、伝導度を増加させて通電を円滑にするという点で好ましい。 Moreover, it is preferable that the sulfuric acid of the said plating solution is contained by the density | concentration of 10-150 g / L from the point of increasing conductivity and smoothing electricity supply.
また、前記めっき液の塩素イオンは、HClまたはKClの形態で含まれることができ、添加剤と相まって平滑作用が明確に現れるためには、その濃度が10〜200mg/Lであることが好ましい。 In addition, the chlorine ions of the plating solution may be included in the form of HCl or KCl, and the concentration is preferably 10 to 200 mg / L in order for the smoothing action to appear clearly in combination with the additive.
また、本発明の他の一実施形態による電気銅めっき装置は、図4に示したとおりであり、これを参照すると、陰極121、不溶性陽極122、及びめっき液123を含む本槽120と、銅ボール125及びマンガン酸化物126を含む溶解槽124と、を含む。
Further, an electrolytic copper plating apparatus according to another embodiment of the present invention is as shown in FIG. 4, and referring to this, a
前記実施形態による電気銅めっき装置は、陰極121、不溶性陽極122、及びめっき液123は本槽120に含まれ、銅供給のために銅ボール125及びマンガン酸化物126は溶解槽124に別に含まれる構造を有する。
In the electrolytic copper plating apparatus according to the embodiment, the
従って、前記溶解槽124に銅ボール125を投入すると、この銅ボール125がマンガン酸化物126によって銅イオンに溶解され、本槽120のめっき液123に供給される。また、前記反応後に生成された副産物であるKMnO2は、本槽120の陽極122でKMnO4にさらに酸化されて再生される。従って、前記マンガン酸化物は、被めっき体である陰極121の表面に作用して、めっきを抑制する効果を有する。
Therefore, when the
前記電気銅めっき装置における陰極121は、電気銅めっきがなされる被めっき体であり、例えば、パネル形態のプリント回路基板であることができる。
The
また、前記不溶性陽極122としては、チタン(Ti)に白金(Pt)またはIrO2がコーティングされた材質を用いることができる。前記不溶性陽極122は、電気銅めっきにおいて、銅を用いてめっきする際に異物を最小化するために用いられる。
As the
また、前記電気銅めっきに用いられる銅めっき液は、50〜350g/Lの硫酸銅、10〜150g/Lの硫酸、10〜200mg/Lの塩素イオンを含む。時に、本発明では、不溶性陽極のCu供給のための成分として強い酸化力を有するマンガン酸化物を含む。 Moreover, the copper plating solution used for the said electrolytic copper plating contains 50-350 g / L copper sulfate, 10-150 g / L sulfuric acid, and 10-200 mg / L chlorine ion. Sometimes, the present invention includes manganese oxide having strong oxidizing power as a component for supplying Cu of the insoluble anode.
前記マンガン酸化物は、KMnO4及びNaMnO4から選択されるものであることができ、その濃度は0.1〜10g/Lで含まれることが好ましい。前記マンガン酸化物の濃度が0.1g/L未満である場合には、表面めっき抑制効果が微小であるため均一電着性が得られず、また、10g/Lを超過する場合には、表面めっき抑制効果が過多であるため表面めっきの厚さが不足したり未めっきが発生して好ましくない。 The manganese oxide may be selected from KMnO 4 and NaMnO 4 , and the concentration is preferably 0.1 to 10 g / L. When the concentration of the manganese oxide is less than 0.1 g / L, uniform electrodeposition cannot be obtained because the surface plating suppression effect is minute, and when the concentration exceeds 10 g / L, the surface Since the plating suppression effect is excessive, the thickness of the surface plating is insufficient or unplating occurs, which is not preferable.
この場合、前記不溶性陽極112、122での反応は、下記反応式1のとおりである。
In this case, the reaction at the
(反応式1)
Mn2++4H2O→MnO4 −+8H++5e−
Mn2++2H2O→MnO2+4H++2e−
(Reaction Formula 1)
Mn 2+ + 4H 2 O → MnO 4 − + 8H + + 5e −
Mn 2+ + 2H 2 O → MnO 2 + 4H + + 2e −
また、前記陰極111、121での反応は、下記反応式2のとおりである。
The reaction at the
(反応式2)
MnO4 −+8H++5e−→Mn2++4H2O Eo=+1.51V
Cu2++2e−→Cu Eo=+0.34V
(Reaction Formula 2)
MnO 4 − + 8H + + 5e − → Mn 2+ + 4H 2 O Eo = + 1.51V
Cu 2+ + 2e − → Cu Eo = + 0.34V
また、銅イオンを発生させる反応は、下記反応式3のとおりである。下記の反応は、本槽と溶解槽が別に構成された実施形態の場合、溶解槽で起こる。 The reaction for generating copper ions is as shown in the following reaction formula 3. The following reaction occurs in the dissolution tank in the case where the main tank and the dissolution tank are configured separately.
(反応式3)
2MnO4 −+16H++5Cu→2Mn2++5Cu2++8H2O
(Reaction Formula 3)
2MnO 4 − + 16H + + 5Cu → 2Mn 2+ + 5Cu 2+ + 8H 2 O
本発明によると、銅供給源として用いられるマンガン酸化物の酸化還元電位は+1.51Vであり、Fe3+/Fe2+の酸化還元電位である+0.77Vに比べ高いため、低濃度で適用する場合にも優れた表面めっき抑制効果が得られる。 According to the present invention, the redox potential of the manganese oxide used as the copper supply source is +1.51 V, which is higher than the redox potential of Fe 3+ / Fe 2+ , which is +0.77 V. In addition, an excellent surface plating suppression effect can be obtained.
また、スルーホール(Through Hole)またはブラインドビアホール(Blind via hole)のような構造物において、ホールの内部より表面のめっき速度を抑制して、均一電着性を改善することができる。 In addition, in a structure such as a through hole or a blind via hole, it is possible to improve the throwing power by suppressing the plating rate of the surface from the inside of the hole.
10、20、110、120 本槽
11、21、111、121 陰極
12、22、112、122 陽極
13、23、113、123 めっき液
14、24、124 溶解槽
25、125 銅ボール
26 Fe3+
126 マンガン酸化物
10, 20, 110, 120
126 Manganese oxide
Claims (10)
前記めっき液はマンガン酸化物を含むことを特徴とする電気銅めっき装置。 An electrolytic copper plating apparatus in which a cathode, an insoluble anode, a copper ball, and a plating solution are contained in a single bath,
The electrolytic copper plating apparatus, wherein the plating solution contains manganese oxide.
銅ボール及びマンガン酸化物を含む溶解槽と、を含むことを特徴とする電気銅めっき装置。 A main tank containing a cathode, an insoluble anode, and a plating solution;
An electrolytic copper plating apparatus comprising: a dissolution tank containing copper balls and manganese oxide.
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