(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のステップ：
ｉ．非導電性基材表面の少なくとも一部の上に、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化スズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される金属酸化物化合物の層を堆積させるステップ、およびその後、
ｉｉ．該非導電性基材を４００℃を上回る温度で加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上に該金属酸化物化合物の厚さ５ｎｍ〜５００ｎｍの密着層を形成するステップ、およびその後、
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施すことにより、少なくとも、該金属酸化物化合物の密着層を有する基材表面に金属をめっきするステップ、およびその後、
ｉｖ．該金属めっき層を１５０〜５００℃の最高温度に加熱するステップ
を含み、
前記非導電性基材表面の少なくとも一部の上に金属酸化物化合物の層を堆積させるステップが、次のステップ：
ｉａ．加熱時に該金属酸化物化合物が形成されるのに適した金属酸化物前駆体化合物と該基材とを接触させるステップ、およびその後、
ｉｂ．該非導電性基材を１５０〜４００℃の温度で加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上で該金属酸化物前駆体化合物から該金属酸化物化合物を形成するステップ
を含み、
前記金属酸化物前駆体化合物が、金属酢酸塩、金属アセチルアセトナート、金属硝酸塩、金属塩化物、金属臭化物および金属ヨウ化物からなる群から選択される、非導電性基材上に金属をめっきするための湿式化学法。
【請求項２】
次のステップ：
ｉ．非導電性基材表面の少なくとも一部の上に、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化スズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される金属酸化物化合物の層を堆積させるステップ、およびその後、
ｉｉ．該非導電性基材を４００℃を上回る温度で加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上に該金属酸化物化合物の密着層を形成するステップ、およびその後、
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施すことにより、少なくとも、該金属酸化物化合物の密着層を有する基材表面に金属をめっきするステップ、およびその後、
ｉｖ．該金属めっき層を１５０〜５００℃の最高温度に加熱するステップ
を含み、
前記ステップｉｉにおいて、前記密着層は５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有する、非導電性基材上に金属をめっきするための湿式化学法。
【請求項３】
金属酸化物化合物が、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2または前述のものの混合物からなる群から選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
金属酸化物化合物に、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素、ヒ素またはリンを１０-9〜１０質量％の含分でドープする、請求項１から３までの何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
ステップｉｖ．における加熱を２つのステップで行い、その際、第１の加熱ステップを最高で１００〜２００℃までの温度で行い、かつ第２の加熱ステップを最高で２００〜５００℃までの温度で行う、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
次のステップ：
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施して基材に金属をめっきするステップ
が、次のステップ：
ｉｉｉａ．触媒金属を含有する水溶液と基材とを接触させるステップ、およびその後、
ｉｉｉｂ．めっきされるべき金属イオンの供給源と還元剤とを含有する無電解金属めっき水溶液を、基材と接触させるステップ
を含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
次のステップ：
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施して基材に金属をめっきするステップ
が、次のステップ：
ｉｉｉｂ．めっきされるべき金属イオンの供給源と還元剤とを含有する無電解金属めっき水溶液を該基材と接触させることによって金属層を堆積させ、かつ該めっきプロセスの間にある期間にわたって該基材にＵＶ光を照射するステップ
を含む、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ＵＶ光の波長が２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
次のステップ：
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施して基材に金属をめっきするステップ
が、ステップｉｉｉａ．およびｉｉｉｂ．に加えてさらに、次のステップ：
ｉｉｉｃ．該基材と電解金属めっき溶液とを接触させるステップ
を含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
非導電性基材が、セラミック基材、シリコン系半導体基材またはガラス基材である、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
方法ステップｉｉ．の後に、次のさらなる方法ステップ：
ｉｉ．ａ．該基材と酸性水溶液またはアルカリ性水溶液とを接触させるステップ
を行う、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
湿式化学金属めっき溶液が、ニッケルめっき溶液または銅めっき溶液である、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒活性金属酸化物組成物を施与することにより、非導電性基材、例えばガラス、セラミックおよびシリコン系半導体タイプの表面を金属化するための新規の方法に関する。本方法によって、平滑な基材表面をそのままに保ちつつガラスまたはセラミック基材とめっき金属との高い密着性を示す金属めっき表面が得られる。
【０００２】
本発明は、例えば信号分配（フリップチップガラスインターポーザ）、フラットパネルディスプレイおよび無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナ用のガラスおよびセラミック上の細線回路等のプリント電子回路の分野において適用可能である。典型的な適用分野の一つに、高度なパッケージング工業が挙げられる。また本発明は、シリコン系半導体基材の金属めっきにおいて適用可能である。
【０００３】
発明の背景
当技術分野では、基材の様々な金属化法が知られている。
【０００４】
例えば、電気めっき法や無電解めっき法といった様々な湿式化学めっき法によって導電性基材に他の金属を直接めっきすることが可能である。こうした方法は当技術分野において十分に確立されている。信頼性の高いめっき結果を確実に得るために、通常は湿式化学めっきプロセスが行われる前に基材表面に洗浄前処理が施される。
【０００５】
非導電性表面の様々なコーティング方法が知られている。湿式化学法では、金属化されるべき表面に適当な前処理後にまずは触媒が付与され、次いで無電解的に金属化され、その後、必要に応じて電解により金属化される。より高度な技術の導入に伴い、これまで使用されてきた有機基材は、その寸法安定性や平坦度が比較的低く、それによって入力／出力（Ｉ／Ｏ）ピッチの点で該基材が制限されるため、あまり適さないものとなっている。シリコン製やガラス製の無機インターポーザによって、該インターポーザの熱膨張係数とシリコンチップの熱膨張係数とを容易に一致させることができる。シリコンは成熟した製造基盤を有してはいるものの、ガラスと比較すると幾つかの欠点を有している。特に、ガラスはシリコンよりも本質的に優れた電気特性を有しており、またより大面積のパネルサイズの利用可能性を提供することから、ウェハベースのプラットフォームに対してコストが大幅に削減される。電子パッケージング市場においてガラス基材が使用されるための重要な前提条件の一つとして挙げられるのが、銅をガラスに十分に密着させるための信頼性の高いめっき技術である。
【０００６】
しかし、こうしためっき技術は困難である。それというのも、１０ｎｍ未満の表面粗さを有する極めて平滑なガラスの金属化は、有機基材上のめっきよりも著しく困難であるためである。基材粗面化による機械的な噛付きにのみ依存する方法について、密着性能に関する試験が行われた。
【０００７】
しかし、これには基材表面の強度の粗面化が必要である。こうした粗面化は、例えばプリント電子回路や無線周波数識別（ＲＦＩＤ）アンテナにおける金属化表面の機能性に悪影響を与える。
【０００８】
非導電性基材、特にガラスまたはセラミックタイプの基材の洗浄と粗面化との双方に、ＨＦ含有酸性媒体かまたは高温のＮａＯＨ、ＫＯＨ若しくはＬｉＯＨ含有アルカリ性媒体を用いた湿式化学エッチングを用いることができる。その後、粗面化された表面の追加の投錨部位により密着性が付与される。
【０００９】
ＥＰ０６１６０５３Ａ１には非導電性表面の直接金属化の方法が開示されており、その際、表面がまず洗浄剤／調整溶液で処理され、その後に活性剤溶液、例えばパラジウムコロイド溶液で処理され、スズ化合物で安定化され、その後にスズよりも貴な金属の化合物とアルカリ水酸化物と錯形成剤とを含む溶液で処理される。その後、該表面は還元剤を含む溶液中で処理されることができ、最終的に電解的に金属化されることができる。
【００１０】
ＷＯ９６／２９４５２は、被覆処理を目的としてプラスチック被覆保持要素に固定された非導電性材料製の基材の表面を選択的または部分的に電解的に金属化するための方法に関する。この提案された方法は次のステップを含む：ａ）クロム（ＶＩ）酸化物を含むエッチング溶液による表面の前処理：次いですぐにｂ）パラジウム／スズ化合物の酸性コロイド溶液による表面処理、ここで、事前に吸着促進溶液と接触することのないように留意すること、ｃ）スズ（ＩＩ）化合物により還元され得る可溶性金属化合物と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属水酸化物と、少なくとも金属水酸化物の沈澱を妨ぐのに十分な量の該金属用の錯形成剤とを含む溶液による表面処理：ｄ）電解金属化溶液による表面処理。
【００１１】
また、非導電性表面上に導電性ポリマーを形成することによって、後続の表面の金属めっきのための第１の導電性層を設けることもできる。
【００１２】
ＵＳ２００４／０１１２７５５Ａ１には非導電性基材表面の直接的な電解金属化が記載されており、該電解金属化は以下のものを含む：基材表面と例えばチオフェン等の水溶性ポリマーとの接触；過マンガン酸塩溶液による基材表面の処理；少なくとも１種のチオフェン化合物と、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびエタンジスルホン酸を含む群から選択される少なくとも１種のアルカンスルホン酸とを含む酸性水溶液または水性ベースの酸性マイクロエマルションによる基材表面の処理；基材表面の電解金属化。
【００１３】
ＵＳ５，６９３，２０９は非導電性表面を有する回路基板を直接金属化するための方法に関し、該方法は次のものを含む：非導電性表面とアルカリ性過マンガン酸塩溶液との反応による、該非導電性表面上に化学吸着した二酸化マンガンの形成；弱酸およびピロールまたはピロール誘導体およびその可溶性オリゴマーの水溶液の形成；ピロールモノマーおよびそのオリゴマーを含む水溶液と、化学吸着した二酸化マンガンを有する非導電性表面との接触による、該非導電性表面上での密着性で導電性でかつ不溶性のポリマー生成物の堆積；および形成された該不溶性で密着性のポリマー生成物を有する非導電性表面上での金属の直接的な電着。該オリゴマーは有利に、室温と該溶液の凝固点との間の温度で、ピロールモノマーを０．１〜２００ｇ／ｌ含む水溶液中で形成される。
【００１４】
Ｒｅｎ−Ｄｅ  Ｓｕｎら（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  １９９９，  １４６：２１１７−２１２２）は、噴霧熱分解によるガラス上でのＺｎＯ薄層の堆積、および後続の湿式化学的Ｐｄ活性化およびＣｕの無電解析出を教示している。この著者らは、堆積された銅層とガラス基材との間に適度な密着性があることを報告している。堆積された銅の厚さは約２μｍである。
【００１５】
ＥＰ２６０２３５７Ａ１は基材を金属化するための方法に関し、該方法によって堆積された金属と基材材料との高い密着性が提供され、それにより永続的な結合が生じる。該方法では、金属化の前にナノメートルサイズの酸化物粒子を含む新規の密着性促進剤が施与される。この粒子はシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化スズおよび酸化亜鉛の粒子の１種以上から選択され、これらは基材への結合に適した化学官能基を有する少なくとも１つの結合基を有する。これらの粒子は、基材への結合に適した化学官能基を有する少なくとも１つの結合基を有することによって官能化されている。こうしたナノメートルサイズの粒子が基材に付与され、こうした粒子はこれに続く金属めっき層が該基材表面に付与されるまでは化学的に不変のままである。
【００１６】
ＪＰＨ０５−３３１６６０Ａは、酸化亜鉛層を有する基材上での酸化銅膜の形成に関する。該方法は次のステップを含む：ｉ）基材表面への酢酸亜鉛溶液の施与、ｉｉ）基材表面上への銅層の堆積、ｉｉｉ）酸素含有雰囲気中での約３００〜５００℃の温度でのめっき銅層の酸化による酸化銅の形成、ｉｖ）銅表面の部分的な還元、およびｖ）電解銅皮膜の形成。該方法は、密着性を促進するための金属酸化物層の形成を目指したものではない。基材表面の化学的性質、めっき金属の種類およびめっき金属層の厚さに応じて、めっき金属層と該表面との密着性が問題となりうる。例えば、密着性が低すぎるために、金属層と下方の基材との間に信頼性の高い結合が生じえないということが起こりうる。
【００１７】
さらに、こうした方法は基材の作製において付加的なステップを必要とすることが多く、こうしたステップでは、表面粗さが均一となるような制御を容易に行うことが通常は不可能である。
【００１８】
さらに、ＣＴＥ（熱膨張係数）がガラス（ＣＴＥ＝３〜８ｐｐｍ）とそれに続くめっき金属（典型的には銅）（ＣＴＥ＝約１６ｐｐｍ）との間で大きく異なるという問題への対処がなされておらず、こうした問題によってベアガラスからの剥離が生じることが多い。
【００１９】
発明の目的
以上を総括すると、工業的な大きな傾向として、エレクトロニクス用途でのセラミックおよびガラス基材には、めっき銅に対して適した次のような密着性促進体が必要であり、すなわち、基材の特性に望ましくないような変化を生じさせず、また経済的に実現可能である密着性促進体が必要である。
【００２０】
従って本発明の目的は、基材を金属化するための方法であって、堆積された金属、好ましくは銅と基材材料との高い密着性を生じさせることによって、該表面の粗さを実質的に増大させることなく永続的な結合を生じさせる前記方法を提供することである。
【００２１】
さらに本発明の目的は、基材表面を完全にまたは選択的に金属化しうることである。
【００２２】
発明の概要
前記目的は、次のステップを含む非導電性基材上に金属をめっきするための湿式化学法により達成される：
ｉ．非導電性基材表面の少なくとも一部の上に、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化スズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される金属酸化物化合物の層を堆積させるステップ、およびその後、
ｉｉ．該非導電性基材を加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上に該金属酸化物化合物の密着層を形成するステップ、およびその後、
ｉｉｉ．湿式化学めっき法を施すことにより、少なくとも該金属酸化物化合物の密着層を有する基材表面に金属をめっきするステップ、およびその後、
ｉｖ．該金属めっき層を１５０〜５００℃の最高温度に加熱するステップ。
【００２３】
本方法により提供される非導電性基材上の金属堆積物は、該堆積された金属と基材材料との高い密着性を示し、かつそれにより永続的な結合を生じさせる。本発明による方法により得られる金属酸化物の薄層は、極めて平滑なガラス基材に特に適した堅牢でかつ費用対効果の大きな密着層として使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明による方法により得られた酸化亜鉛層を有するガラス基材のＦＩＢ像を示す。ＦＥＩ  Ｈｅｌｉｏｓ  ＮａｎｏＬａｂ  ６５０  Ｄｕａｌ  Ｂｅａｍ  ＦＩＢを用いてＦＩＢ／ＳＥＭ解析を行った。ＦＩＢカットの対象となる領域を、約１０ｎｍのパラジウムでスパッタコーティングした（ＰｄはＦＩＢ測定の実施に必要である）。
【図２】図２は、本発明による方法により得られた酸化亜鉛層と次いで無電解めっきされた銅層とを有するガラス基材のＦＩＢ像を示す。円は、銅が酸化亜鉛層のナノ孔に浸透していることを示し、これによりガラス基材とこの金属層との間に強力な化学結合が生じうる。ＦＥＩ  Ｈｅｌｉｏｓ  ＮａｎｏＬａｂ  ６５０  Ｄｕａｌ  Ｂｅａｍ  ＦＩＢを用いてＦＩＢ／ＳＥＭ解析を行った。ＦＩＢカットの対象となる領域を、約１０ｎｍのパラジウムでスパッタコーティングした（ＰｄはＦＩＢ測定の実施に必要である）。
【図３】図３は、ガラス基材上の金属めっき層の密着強度と、本発明による方法により処理された基材（酸化亜鉛金属層を伴う）および比較例の基材（酸化亜鉛金属層なし）の表面粗さとの関係を示す。棒グラフにおいて、最高値（上方の線）および平均値（下方の線）を示す。
【図４】図４は、界面層の形成を模式図として示したものである。金属酸化物をガラス基材上に堆積し、次いで焼結した。それにより該金属酸化物は結晶質となり、かつ金属とシリカと酸化物との三元合金の界面層が基材と該金属酸化物層との間に形成される。
【図５】図５は、金属酸化物層の厚さとめっき銅層の密着強度との関係を示す。
【図６】図６は、ステップｉｉ）において、それぞれ３００℃で３時間（図６の下部）、４００℃で１時間（図６の中央）および５００℃で１時間（図６の上部）加熱された３つの異なる基材について、ＣｕＫα線源（波長１．５４Ａ）を搭載したＳＩＥＭＥＮＳ  Ｄ５００装置（現在はＢｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ）で得られた垂直入射Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを示す。これらのシグナルは、２θ＝３１．８、３４．５および３６．３がそれぞれＺｎＯの面方位１００、００２および１０１に相当する。３００℃で３時間焼結された基材は結晶性を示さず、かつ剥離強度は０Ｎ／ｃｍであった。４００℃で１時間焼結された基材が、剥離強度が１．５Ｎ／ｃｍでありかつある程度の結晶化度を示したのに対して、５００℃で１時間焼結された基材は、ほとんど結晶質でありかつ剥離強度は６Ｎ／ｃｍであった。
【００２５】
しかし、相対強度は、ＪＣＰＤＳ（粉末回折標準に関する合同委員会）のデータベースにおいて最高強度を示す１０１のシグナルを有する「非配向」ＺｎＯ粉末に関して挙げられている相対強度とは異なる。本発明においては常に００２のシグナルが最も高い強度を示しており、この事実はクリスタリットの優先配向を意味する。
【００２６】
焼結温度の上昇に伴うシグナル強度の増大は、ＺｎＯ層の結晶化度の増大をも意味している。従って、焼結温度は、結晶化度および達成可能な剥離強度と直接相関する。こうした一連の実験条件で機械的に安定なＺｎＯ層を形成するためには、約４００℃という好ましい焼結温度が推奨される。実施例３ｃにより様々なＺｎＯ焼結温度を用いて試料を処理した。
【００２７】
発明の詳細な説明
本発明は、非導電性基材を金属化するための金属めっき法を提供する。
【００２８】
本発明によるめっき法での処理に適した非導電性基材には、ガラス、セラミックおよびシリコン系半導体材料（ウェハ基板とも称される）が含まれる。
【００２９】
ガラス基材の例には、シリカガラス（非晶質二酸化ケイ素材料）、ソーダ石灰ガラス、フロートガラス、フッ化物ガラス、アルミノシリケート、リン酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、カルコゲナイドガラス、ガラス−セラミック材料、酸化アルミニウム、酸化表面を有するケイ素が含まれる。このタイプの基材は、例えばマイクロチップパッケージ用のインターポーザ等として利用される。本発明による方法でのガラス基材の処理は特に好ましく、特に５０ｎｍ未満の表面粗さを有する平滑なガラスの処理が好ましい。
【００３０】
シリコン系半導体材料は、ウェハ工業において用いられている。
【００３１】
セラミック基材には、例えば酸化物系アルミナ、ベリリア、セリア、酸化ジルコニアといった工業用セラミックや、ＢａＴｉＯ3のようなバリウム系セラミックスや、炭化物、ホウ化物、窒化物およびケイ化物といった非酸化物が含まれる。
【００３２】
こうした非導電性基材、特にガラスおよびウェハ基板は、平滑な表面を有していることが多い。非導電性基材の「平滑な表面」は、本明細書においては、ＩＳＯ  ２５１７８により光干渉顕微鏡法により測定される表面の平均表面粗さＳaを用いて定義される。「平滑な表面」のパラメータＳaについての値は、ガラス基材については、好ましくは０．１〜２００ｎｍ、さらに好ましくは１〜１００ｎｍ、さらに好ましくは５〜５０ｎｍの範囲である。セラミック基材については、この表面粗さはより高いことが多い。Ｓa値は最高で１０００ｎｍになることがあり、例えば４００〜６００ｎｍの範囲になることがある。
【００３３】
このような平滑な表面と０．１〜２００ｎｍのＳa値とを有する例えばガラスやウェーハ基板等の基材が特に好ましい。最も好ましいのは、ガラス基材である。
【００３４】
非導電性基材は、好ましくは、該非導電性基材と金属酸化物前駆体化合物との接触前に洗浄される。適した洗浄方法には、界面活性物質を含有する溶液への基材の浸漬、１種の極性有機溶媒または複数の極性有機溶媒の混合物への基材の浸漬、アルカリ性溶液への基材の浸漬、および前述の洗浄方法の２つ以上の組み合わせが含まれる。
【００３５】
例えばガラス基材の洗浄は、ＮＨ4ＯＨ  ３０質量％とＨ2Ｏ2  ３０質量％と水との混合物に３０分間浸漬し、次いでＨＣｌ  ３５質量％とＨ2Ｏ2  ３０質量％と水との混合物に３０分間浸漬することにより行うことができる。この後に、基材を脱イオン水ですすぎ、かつ乾燥させる。
【００３６】
本明細書で定義される金属酸化物化合物は、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化スズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される化合物である。金属イオンの価数は可変である。しかし幾つかの金属は価数が主に１種類であり、例えば亜鉛はほぼ常に亜鉛（ＩＩ）であり、従ってＺｎ（ＩＩ）Ｏ酸化物種を形成する。
【００３７】
金属酸化物前駆体化合物は、本明細書においては、対応する金属酸化物の供給源として機能する化合物と定義される。前駆体化合物は、加熱時に非導電性基材の表面上に薄い金属酸化物層を形成することができる。総じて、加熱時に対応する金属酸化物を形成するいずれの金属塩も適している。好ましくは、加熱は酸素の存在下に行われる。通常は、対応する金属自体の酸化物が直接施与されることはない。それというのも、対応する金属自体の酸化物は水性溶媒にも有機溶媒にも難溶性であり、従って基材表面への均一な施与が困難であるためである。
【００３８】
ほとんどの場合、金属酸化物前駆体化合物の加熱によって、対応する酸化物が得られる。熱分解は、酸素の存在下での熱処理プロセスである。金属酸化物前駆体化合物の熱分解によって、対応する金属酸化物化合物が形成される。
【００３９】
典型的な金属酸化物前駆体化合物には、各金属の可溶性塩が含まれる。金属酸化物前駆体化合物は有機金属塩であってよく、例えばアルコキシドであってよく、例えばメトキシド、エトキシド、プロポキシドおよびブトキシド、酢酸塩およびアセチルアセトナートであってよい。また、金属酸化物前駆体化合物は無機金属塩であってもよく、例えば硝酸塩、ハロゲン化物、特に塩化物、臭化物およびヨウ化物であってもよい。
【００４０】
この金属酸化物前駆体化合物は、ＥＰ２６０２３５７Ａ１によるナノメートルサイズの酸化物粒子と次の点で異なっており、すなわち、基材への結合に適した化学官能基を有する少なくとも１つの結合基を有することによる官能化が行われない、という点で異なっている。
【００４１】
金属酸化物前駆体化合物の金属は、亜鉛、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素およびスズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される。
【００４２】
金属酸化物化合物または金属酸化物前駆体化合物には、ゲルマニウム、アルミニウム、ホウ素、ヒ素またはリンを、総じて１０-9〜１０質量％の含分でドープすることができる。このようなドーピングは当業者によく知られており、かつこれによって金属酸化物層の導電率が高められる。導電率が十分に高い場合には、当技術分野で知られておりかつ本明細書に記載されている湿式化学めっき法で金属酸化物層を直接電解めっきすることができる。
【００４３】
上記ステップｉｉにおいて形成される金属酸化物化合物は、好ましくは、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2または前述のものの混合物からなる群から選択される。
【００４４】
本発明による方法において施与されるべき最も好ましい金属酸化物化合物は、酸化亜鉛である。典型的な酸化亜鉛前駆体化合物は、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、塩化亜鉛、臭化亜鉛およびヨウ化亜鉛である。他の好ましい酸化物は、酸化アルミニウムである。典型的な酸化アルミニウム前駆体化合物は、アルミニウムの酢酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物およびヨウ化物である。
【００４５】
金属酸化物前駆体化合物は、総じて、非導電性基材の表面に該金属酸化物前駆体化合物が施与される前に、適した溶媒に溶解される。これによって、該化合物の基材表面上での均一な表面分布が促進される。適した溶媒には、水、極性有機溶媒が含まれ、特にアルコール、例えばエタノール、プロパノール、イソプロパノール、メトキシエタノールまたはブタノールおよびグリコールが含まれる。
【００４６】
さらなる極性有機溶媒には、グリコールのアルキルエーテル、例えば１−メトキシ−２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのモノアルキルエーテル、ケトン、例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソホロン；エステルおよびエーテル、例えば２−エトキシエチルアセテート、２−エトキシエタノール、芳香族化合物、例えばトルエンおよびキシレン、含窒素溶媒、例えばジメチルホルムアミドおよびＮ−メチルピロリドン、並びに前述のものの混合物が含まれる。
【００４７】
また、溶媒は水性溶媒であってもよい。また、溶媒は水と有機溶媒との混合物であってもよい。
【００４８】
特に水性溶媒が用いられる場合には、この溶液はさらに、非導電性基材表面の濡れ性を改善するための１種以上の湿潤剤を含むことができる。適した湿潤剤またはその混合物には、非イオン性試薬、例えば非イオン性アルキルフェノールポリエトキシ付加物またはアルコキシ化ポリアルキレンおよびアニオン性湿潤剤、例えば有機リン酸塩またはリン酸エステルおよびジエステルが含まれる。少なくとも１種の湿潤剤の量は、溶液の０．０００１〜５質量％の範囲であり、さらに好ましくは溶液の０．０００５〜３質量％である。
【００４９】
本発明による好ましい一実施形態は、エタノール中の金属酢酸塩の溶液であり、その際、酢酸亜鉛または酢酸アルミニウムが最も好ましい。金属酸化物前駆体化合物は様々な塩の混合物を含むことができるが、好ましくは塩を１種のみ含む。
【００５０】
また、金属酸化物化合物を非導電性基材の表面上に直接堆積させることもできる。有機溶媒および水性媒体のいずれも用いることができる。総じて金属酸化物化合物は一般的なほとんどの溶媒に対して難溶性を示すため、通常はコロイド分散液として表面に施与される。こうしたコロイド分散液は、典型的には界面活性剤またはポリマーにより安定化される。こうしたコロイド分散液の調製方法は、当業者によく知られている。
【００５１】
本発明による方法においては、金属酸化物前駆体化合物の堆積が好ましい。
【００５２】
少なくとも１種の金属酸化物化合物または金属酸化物前駆体化合物の濃度は、好ましくは０．００５〜１．５モル／ｌの範囲であり、さらに好ましくは０．０１〜１．００モル／ｌの範囲であり、最も好ましくは０．１〜０．７５モル／ｌの範囲である。
【００５３】
本発明による金属酸化物化合物または金属酸化物前駆体化合物を含む溶液または分散液は、例えばディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、ローリング、印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷およびはけ塗り等の方法により非導電性基材に施与されることができる。こうした方法は当技術分野において知られており、かつ本発明によるめっき法に適合させることができる。こうした方法によって、非導電性基基材の表面上に所定の厚さの均一な皮膜が生じる。
【００５４】
ステップｉ．における溶液または分散液との接触時間は、１０秒間〜２０分間、好ましくは３０秒間〜５分間、さらに好ましくは１分間〜３分間の期間にわたる。施与温度は、用いられる施与方法に依る。例えば、ディップコーティング法、ローラーコーティング法またはスピンコーティング法については、施与温度は典型的には５〜９０℃、好ましくは１０〜８０℃、さらに好ましくは２０〜６０℃の範囲である。施与は、１回または複数回行われることができ、例えば２回、３回、４回、５回または最高で１０回行われることができる。施与ステップ数は可変であり、かつ所望の金属酸化物化合物の層の最終的な厚さに依存する。総じて３〜５の施与ステップで十分であろう。次の層を施与する前に溶媒を除去することによりコーティングを少なくとも部分的に乾燥させることが推奨される。適した温度は、使用される溶媒およびその沸点並びに層厚に依存し、かつルーチン試験により当業者により選択されることができる。総じて、１５０℃から最高で３５０℃、好ましくは２００℃〜３００℃の温度で十分であろう。このように、個々の施与ステップの間に塗膜を乾燥または部分的に乾燥させることが好ましい。なぜならば、金属酸化物化合物または金属酸化物前駆体化合物を含む溶液または分散液の溶媒への溶解に対して安定な非結晶性金属酸化物が形成されるためである。
【００５５】
ステップｉｉ）においては、加熱が行われる。
【００５６】
この加熱は、１つ以上のステップで行うことができる。ある段階では、３５０℃を上回る、好ましくは４００℃を上回る温度が必要とされる。高められた温度での加熱によって金属酸化物の縮合が生じ、それによって基材表面上に機械的に安定な金属酸化物層が形成される。多くの場合、この金属酸化物は結晶状態にある（図６も参照のこと）。ＺｎＯに関しては、この加熱ステップにおける温度は４００℃以上である。
【００５７】
この加熱ステップｉｉ）は焼結と呼ばれる場合もある。焼結とは、材料を液化点まで溶融することなく熱によって該材料の機械的に安定な固体の層を形成するプロセスである。この加熱ステップｉｉ）は、３５０〜１２００℃の範囲の温度で、さらに好ましくは３５０〜８００℃の範囲の温度で、最も好ましくは４００〜６００℃の範囲の温度で行われる。
【００５８】
処理時間は、好ましくは１分間〜１８０分間であり、さらに好ましくは１０分間〜１２０分間であり、最も好ましくは３０分間〜９０分間である。
【００５９】
本発明の一実施形態においては、温度勾配を用いて加熱を行うことができる。この温度勾配は、線形であっても非線形であってもよい。線形温度勾配とは、本発明の文脈においては、より低温で開始して最終温度に達するまで絶え間なく昇温する連続的な加熱であると理解されるべきである。本発明による非線形温度勾配には、昇温速度（すなわち、ある時間内での温度変化）の変化が含まれ、また温度変化のない時間（それによってある期間にわたって同一の温度で基材が保持される）も含まれる。非線形温度勾配には、線形温度勾配も含まれうる。温度勾配の種類にかかわらず、こうした温度勾配の後に、いかなる温度変化をも伴わない最終加熱ステップが続くことができる。こうした温度勾配の後に、基材を例えば５００℃で１時間保持することができる。
【００６０】
一実施形態においては、非線形温度勾配には、例えば任意の乾燥ステップや必須の焼結ステップ（こうしたステップの間には昇温を伴う）といった、本明細書に記載される複数の加熱ステップが含まれうる。
【００６１】
金属酸化物前駆体化合物を施与することにより金属酸化物の層を形成する場合には、このステップは、好ましくは以下のステップを含む：
ｉａ．加熱時に該金属酸化物化合物が形成されるのに適した金属酸化物前駆体化合物と該基材とを接触させるステップ、およびその後、
ｉｂ．該非導電性基材を加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上で該金属酸化物前駆体化合物から該金属酸化物化合物の密着層を形成するステップ。
【００６２】
ステップｉａ）における金属酸化物前駆体化合物の加熱によって、対応する金属酸化物への転化が生じる。この加熱は熱分解と呼ばれる場合もある。熱分解とは、酸素を伴うかまたは伴わない、高められた温度での材料の熱化学的分解である。
【００６３】
金属酸化物前駆体化合物が、例えば酢酸塩のように酸素含有化合物である場合には、加熱ステップｉａ）には酸素含有雰囲気の存在が必ずしも必要とされるわけではないが、該加熱ステップｉａ）は酸素含有雰囲気中で行われることができる。金属酸化物前駆体化合物が、例えばハロゲン化物のように酸素含有化合物ではない場合には、加熱ステップｉａ）には酸素含有雰囲気の存在が必要である。
【００６４】
金属酸化物前駆体化合物が基材に施与される場合には、好ましくは、第１の加熱が、高められた温度（ステップｉａ）でかつ総じて焼結温度よりも低い温度で行われる。この温度範囲は、形成される金属酸化物、施与様式および使用される前駆体化合物に依る。当業者によって、当技術分野において知られている方法により特定の金属酸化物および前駆体化合物に適した温度範囲が選択されるであろう。
【００６５】
例えば、加熱ステップｉａ）は、１００〜６００℃、さらに好ましくは１５０〜４００℃、最も好ましくは２００〜３００℃の範囲の温度で行われる。
【００６６】
処理時間は、好ましくは１分間〜１８０分間であり、さらに好ましくは１０分間〜１２０分間であり、最も好ましくは２０分間〜６０分間である。
【００６７】
加熱ステップｉｉ）は、上記の温度および時間で行われる。
【００６８】
また、加熱ステップｉｉにおいて、熱分解と焼結とを１つのステップで行うこともできる。総じてこの場合には、熱分解ステップの間に、例えば上記の温度勾配を適用することによって温度をゆっくりと高めて、最初に金属酸化物前駆体化合物から金属酸化物化合物を形成させ、次いで焼結が行われる。
【００６９】
非導電性基材上の金属酸化物膜の厚さは、好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、さらに好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍであり、最も好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００７０】
本発明により得られる金属酸化物膜の厚さは、例えば厚さ１５μｍのめっき銅層について約１０〜１２Ｎ／ｃｍという極めて高い密着性が達成されるように最適化されることができる。これよりも低い膜厚（１０〜５０ｎｍ）では膜厚にかなり依存することが認められ、約７５ｎｍを超える厚さでは安定した性能が認められる（図５）。しかし超薄膜であっても密着性値は４〜５Ｎ／ｃｍを超え、こうした値は、貫通ビア充填や細線パターン形成といった下流ステップにおいて良好な性能を得るのに十分であることが判明した。
【００７１】
金属酸化物のクリスタリットサイズは総じて５〜４０ｎｍの範囲の平均直径を有し、膜が厚くなるほどサイズが大きくなる傾向にある。
【００７２】
この理論に束縛されるものではないが、金属酸化物前駆体化合物から対応する金属酸化物への転化に際して金属酸化物から基材への相互拡散が生じ、金属酸化物と基材との架橋結合が形成されるものと考えられる。また、金属酸化物の焼結も認められる。形成される金属酸化物は、（金属酸化物化合物として直接施与される場合と、金属酸化物前駆体化合物として施与されかつステップｉｉ）において対応する酸化物化合物へと変換される場合のどちらの場合にも）非導電性基材の表面に十分に密着する。例えば、非導電性基材がガラス基材である場合には、このガラス基材と金属酸化物との間にＯＨ基の縮合を介して共有結合が生成される。
【００７３】
焼結された金属酸化物層は、機械的に安定な多孔質層をガラス上に形成する。画像処理ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ  １．４４ｏ）により特定される気孔率は２０〜４０体積％の範囲内であり、個々の孔の直径は５〜３０ｎｍの範囲である。総じて、孔径は層厚と共に増加する。さらに、こうした多孔質構造によって電着銅の機械的な噛付きが生じる。こうした強い相互作用に基づいて、引き続きガラス上にめっきされる金属皮膜の十分な密着性が生じる。図１は、ガラス基材上の金属酸化物層がナノ多孔質構造を有することを示す。こうしたナノ多孔質構造によって、引き続きめっきされる金属層（例えば銅）は機械的結合を生じうる。これによってガラス基材と金属層との間の密着性が高まる。さらに、こうして生じた銅と金属酸化物層との相互浸透が、銅と基材との間のＣＴＥの不一致を解消するＣＴＥバッファーとしての役割を果たす。
【００７４】
実施例５により得られる酸化亜鉛層の解析の結果、ＳｉＯ2（ガラス基材）が酸化亜鉛層へ拡散することによって約１０〜２０ｎｍの相互拡散層が形成され、その際に新たな種であるＺｎＳｉＯ3およびＺｎＳｉＯ4が形成される（図４）。この相互拡散によって、金属酸化物層と基材とが共有結合する。
【００７５】
こうした強力な相互作用にもかかわらず、エッチング剤溶液中で基材から金属酸化物層を容易に除去することができ、この金属酸化物層は以下に説明するようにパターン形成用途にも適合する。
【００７６】
こうして得られた表面の平均表面粗さＳaは、方法条件に応じて５ｎｍ〜６０ｎｍの範囲である。
【００７７】
ガラス基材の１０ｎｍ〜１０００ｎｍの機械的粗面化について、ガラスと銅との密着強度に対するその影響を試験した。金属酸化物層の施与前に、粗面化を行った。本発明による方法に関しては、この粗面化による影響は極めて限定的であることが予想される。なぜならば、密着性が十分となるための主要な機序は、ガラス界面での機械的な噛付きに基づくものではないためである。本発明の方法により処理された試料は、基材の粗面化を必要とすることなく、８Ｎ／ｃｍを上回る極めて高い剥離強度を示した（図３）。この試験の処理順序は実施例５において用いた順序に従い、かつ以下に記載する。８Ｎ／ｃｍ超では、粗さの増大と共に剥離強度の適度な増加が認められた。これは恐らく、ガラス表面積の増大により共有結合のための場所が増えたためであろうと考えられる。本発明による方法による処理が行われずかつガラス基材と金属層との間に金属酸化物層を有しない対照試料は、基材の粗さにかかわらず密着性をほとんどないし全く示さなかった。
【００７８】
任意に、本方法はさらなるステップを含むことができる。次のさらなるステップを、方法ステップｉｉの後に行うことができる：
ｉｉａ．基材と酸性水溶液またはアルカリ性水溶液とを接触させるステップ。
【００７９】
このさらなるステップによって表面粗さが約１０〜５０ｎｍだけ増加するが、これが２００ｎｍを超えることはない。この高められた粗さは、金属層と非導電性基材表面との密着性を高めつつもその機能に不利な影響を及ぼすことのないような範囲内である。
【００８０】
酸性水溶液は、好ましくはｐＨ＝１〜５のｐＨ値を有する酸性水溶液である。様々な酸を用いることができ、例えば硫酸、塩酸、または有機酸、例えば酢酸を用いることができる。
【００８１】
また、アルカリ性水溶液はｐＨ＝１０〜１４のｐＨ値を有するアルカリ性水溶液である。様々なアルカリ性供給源を用いることができ、例えば水酸化物塩、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムまたは炭酸塩を用いることができる。
【００８２】
本発明の方法により金属酸化物層が得られ、この金属酸化物層は多孔質膜を形成する。この多孔質膜は、ガラスのような基材への例えば銅の無電解および電解金属めっきを触媒しうる。例えばガラスと銅との間の中間層としての機能については、化学的および機械的な噛付きが利用される。この中間層は、
（ａ）ガラス界面に強力な共有結合を生じさせる。この共有結合は、めっき金属膜をガラス界面に投錨固定するのに十分な堅牢性を示す；
（ｂ）高い密着性で以てめっきされるべき銅に対して、銅界面で、機械的な噛付き作用を有する多孔質の貯留部として作用する；
（ｃ）金属酸化物部から銅界面へのＣＴＥの段階的な増加を伴うＣＴＥバッファー域として作用する。
【００８３】
その後、密着層を有する非導電性基材の表面には、上記ステップｉｉｉにおいて湿式化学めっき法を施すことにより金属がめっきされる。
【００８４】
湿式化学めっき法は当業者に十分に知られている。典型的な湿式化学めっき法は、外部電流を印加する電解めっき、堆積されるべき金属の酸化還元電位と基材表面上の金属の酸化還元電位との差を利用した浸漬めっき、またはめっき溶液中に含まれる化学的還元剤を用いた無電解めっき法である。
【００８５】
本発明の好ましい一実施形態においては、湿式化学めっき法には次のステップを有する無電解めっき法が含まれる：
ｉｉｉａ．触媒金属を含む水溶液と基材とを接触させるステップ、およびその後、
ｉｉｉｂ．めっきされるべき金属イオンの供給源と還元剤とを含有する無電解金属めっき水溶液を、基材と接触させるステップ。
【００８６】
無電解めっきのために、例えばＣｕイオン、Ｎｉイオン、ＣｏイオンまたはＡｇイオンを含む無電解めっき浴と基材とを接触させる。典型的な還元剤には、ホルムアルデヒド、次亜リン酸塩、例えば次亜リン酸ナトリウム、グリオキシル酸、ＤＭＡＢ（ジメチルアミノボラン）またはＮａＢＨ4が含まれる。
【００８７】
ステップｉｉｉａにおいて、金属酸化物化合物の密着層を有する非導電性基材を、触媒金属を含有する水溶液と接触させる。この触媒金属（ステップｉｉｉａ．）は、ステップｉｉｉｂ．による金属層の無電解めっきの開始に必要である。
【００８８】
金属酸化物化合物の密着層は、銅、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金を含む群から選択される触媒金属で活性化される。最も好ましい触媒金属は、パラジウムである。
【００８９】
触媒金属は、金属酸化物化合物の密着層上に、イオンの形態で堆積されてもよいし、コロイドとして堆積されてもよい。
【００９０】
触媒金属がイオンの形態で用いられる場合には、基材表面は、該基材表面のうち金属酸化物化合物層からなる領域上での連続的な無電解めっきのためにのみ活性化される。従って、本発明によるめっき法のステップｉｉｉｂ．における選択的な無電解堆積には、パターン形成されたフォトレジストのようなマスクは必要ではない。
【００９１】
こうしたイオンの形態の触媒金属は、例えば次亜リン酸イオンおよび／または例えばボラン−アルキルアミン付加物や水素化ホウ素ナトリウムといったボラン化合物等の還元剤を含有する溶液、好ましくは水溶液を基材と接触させることにより、別個のステップにおいてその金属状態へと還元される。
【００９２】
触媒金属をイオンの形態で含む活性剤およびその使用は当技術分野において知られており、それに応じて本発明によるめっき法において使用されることができる。
【００９３】
コロイドの形態で提供される触媒金属は、吸着により基材表面全体に堆積される。ステップｉｉｉｂ．における無電解めっきによって金属層を選択的に堆積させるべき場合には、コロイド形態の触媒金属を堆積させる前に、基材表面のうちステップｉｉｉｂ．における金属層の堆積が望ましくない部分を、例えばパターン形成されたフォトレジストのようなマスクで被覆することが必要である。基材のそのような部分が被覆されない場合には、ステップｉｉｉｂ．において基材表面全体に金属層が堆積される。そのような場合には、パターン形成された金属層を得るためには、無電解めっき後にエッチングプロセスを施す必要がある。
【００９４】
触媒金属をイオンの形態またはコロイドの形態で提供する施与可能な活性剤組成物は、例えばＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  Ｖｏｌ．  ５：  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  ｐ．３１７−３１８に開示されている。
【００９５】
好ましくは、ステップｉｉｉｂ．における無電解金属めっき溶液は、相応する金属または金属合金の堆積に適した、銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金の浴組成物である。
【００９６】
最も好ましくは、湿式化学的金属堆積の間に銅または銅合金が堆積され、その際、湿式化学的堆積に最も好ましい方法は無電解めっき法である。
【００９７】
銅の無電解めっき電解液は、総じて、銅イオンの供給源、ｐＨ調整剤、錯化剤、例えばＥＤＴＡ、アルカノールアミンまたは酒石酸塩、促進剤、安定剤添加物および還元剤を含有する。ほとんどの場合には還元剤としてホルムアルデヒドが使用され、他の一般的な還元剤は、次亜リン酸塩、ジメチルアミンボランおよびボロヒドリドである。無電解銅めっき電解液のための典型的な安定剤添加物は、例えばメルカプトベンゾチアゾール、チオ尿素、他の様々な硫黄化合物、シアン化物および／またはフェロシアン化物および／またはシアン化コバルト塩、ポリエチレングリコール誘導体、複素環式窒素化合物、メチルブチノールおよびプロピオニトリルといった化合物である。さらに、銅電解液に定常的な空気流を通すことによって、安定剤添加物としてしばしば分子酸素が用いられる（ＡＳＭ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  Ｖｏｌ．５：  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，  ｐｐ．３１１−３１２）。
【００９８】
無電解金属および金属合金めっき電解液の他の重要な例としては、ニッケルおよびその合金の堆積用の組成物が挙げられる。このような電解液は、通常は還元剤としての次亜リン酸塩化合物をベースとし、さらに、第ＶＩ族元素（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）の化合物、オキソアニオン（ＡｓＯ2-、ＩＯ3-、ＭｏＯ42-）、重金属カチオン（Ｓｎ2+、Ｐｂ2+、Ｈｇ+、Ｓｂ3+）および不飽和有機酸（マレイン酸、イタコン酸）を含む群から選択される安定剤添加物の混合物を含む（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｐｌａｔｉｎｇ：  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ｅｄｓ．：  Ｇ．Ｏ．Ｍａｌｌｏｒｙ，  Ｊ．Ｂ．Ｈａｊｄｕ，  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｎｉｓｈｅｒｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  Ｒｅｐｒｉｎｔ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ｐｐ．３４−３６）。
【００９９】
その後の方法ステップにおいて、無電解で堆積された金属層をさらに構造化して回路とすることができる。
【０１００】
本発明のもう１つの実施形態においては、金属層の堆積をＵＶ光を用いて無電解金属めっき水溶液から行うことができ、それにより触媒活性化ステップが回避される。この金属層の堆積は次のステップを含む：
ｉｉｉａ．めっきされるべき金属イオンの供給源と還元剤とを含有する無電解金属めっき水溶液を基材と接触させることによって金属層を堆積させ、かつ該めっきプロセスの間にある期間にわたって該基材にＵＶ光を照射するステップ。
【０１０１】
めっきプロセスの間にある期間にわたって基材にＵＶ光を照射する、とは、この照射がめっきプロセスの全期間にわたってもよいし、めっきプロセスの初期段階のみであってもよいことを意味する。総じて、めっきプロセスの最初の段階の間にのみ基材に照射するだけで十分であり、例えば、めっきプロセスの最初の１〜５、１０、２０または３０分間に、金属の最初の核生成部位が形成されるまで照射するだけで十分である。
【０１０２】
ＵＶ光の波長は、２００ｎｍ〜４５０ｎｍで可変であり、好ましくは３００ｎｍ〜４００ｎｍで可変である。ＵＶ光のエネルギーは基材に適合されることができ、かつ例えば０．１〜３００ｍＷ／ｃｍ2、好ましくは１〜１００ｍＷ／ｃｍ2、最も好ましくは２〜７５ｍＷ／ｃｍ2という広範囲にわたって可変である。
【０１０３】
本発明の一実施形態においては、ステップｉｉｉｂ．で得られた金属または金属合金層の上に、少なくとも１つのさらなる金属または金属合金層を電気めっきにより堆積させる。
【０１０４】
湿式化学めっき法を施して基材に金属をめっきするための特に好ましい一実施形態は、次のステップを含む：
ｉｉｉｂ．基材と無電解金属めっき溶液とを接触させるステップ、および
ｉｉｉｃ．基材と電解金属めっき溶液とを接触させるステップ。
【０１０５】
電解金属化に関しては、例えばニッケル、銅、銀、金、スズ、亜鉛、鉄、鉛またはそれらの合金を堆積させるために、ステップｉｉｉｃ．において所望のいかなる電解金属析出浴を用いることもできる。当業者は、そのような析出浴に精通している。
【０１０６】
光沢ニッケル浴としては典型的にはワットニッケル浴が用いられ、これは、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸を含有し、かつ添加剤としてサッカリンを含有する。光沢銅浴として使用される組成物の一例は次のような組成物であり、すなわち、硫酸銅、硫酸、塩化ナトリウムを含有し、かつ硫黄が低酸化数である有機硫黄化合物、例えば有機スルフィドまたはジスルフィドを添加剤として含有する組成物である。
【０１０７】
その他の次のような実施形態においては、すなわち、堆積された金属酸化物密着層が例えばＺｎＯ／Ａｌ2Ｏ3のようにもとから高導電性であるという実施形態においては、中間無電解金属化ステップを必要とすることなく、金属酸化物層を直接電解めっきすることができる：
ｉ．非導電性基材表面の少なくとも一部の上に、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化スズまたは前述のものの混合物からなる群から選択される金属酸化物化合物を堆積させるステップ、およびその後、
ｉｉ．該非導電性基材を加熱し、それにより該基材表面の少なくとも一部の上に該金属酸化物化合物の密着層を形成するステップ、およびその直後に、
ｉｉｉ．湿式化学電解めっき法を施すことにより、少なくとも該金属酸化物化合物の密着層を有する基材表面に金属をめっきするステップ、およびその後、
ｉｖ．該金属めっき層を１５０〜５００℃の最高温度に加熱するステップ。
【０１０８】
本発明者らは、堆積された金属層の熱処理によって、下方の非導電性基材に対する該金属層の剥離強度（ＰＳ）が大幅に増大することを見出した。この増大の程度は驚くべきものであった。このような熱処理はアニール処理とも呼ばれる。アニール処理は、金属の材料特性を変化させ、かつ例えばその延性を増大させ、内部応力を緩和し、かつ揮発性物質や欠陥の除去による層の精製を通じて金属構造を改良する既知の処理方法である。このようなアニール処理によって、堆積された金属層と非導電性基材表面との間の剥離強度の大幅な増大も生じることは、予見不能であった。さらに、本発明によらなければ剥離したであろう金属層を、本発明によってより厚く十分な剥離強度で以て堆積することが可能となる。
【０１０９】
こうした熱処理は、最終金属めっきステップの後に本発明の方法によるステップｉｖ．において行われる：
ｉｖ．金属めっき層を１５０〜５００℃の最高温度に加熱するステップ。
【０１１０】
この熱処理のために、基材を、１５０〜５００℃の最高温度に、好ましくは４００℃の最高温度まで、さらに好ましくは３５０℃の最高温度まで、ゆっくりと加熱する。処理時間は、基材材料、めっき金属およびめっき金属層の厚さによって異なり、当業者がルーチン試験により決定することができる。総じて、処理時間は５〜１２０分間の範囲であり、好ましくは１０〜６０分間の範囲であり、さらに好ましくは最高で２０分間、３０分間または４０分間の処理時間で十分である。
【０１１１】
熱処理を、２、３またはそれを上回るステップで、個々のステップの間の保持時間を順次増加させて行うことがさらに好ましい。そのような段階的な処理によって、めっき金属層と非導電性基材との間に特に高い剥離強度が生じる。
【０１１２】
典型的な温度プロファイルは、次の通りであることができる：
ａ）１００〜２００℃で１０〜６０分間、その後１５０〜４００℃で１０〜１２０分間、または、
ｂ）１００〜１５０℃で１０〜６０分間、任意にその後１５０〜２５０℃で１０〜６０分間、その後２３０〜５００℃で１０〜１２０分間。
【０１１３】
本発明による方法が無電解金属めっきステップと電解金属めっきステップとを含む場合には、各金属めっきステップの後に熱処理ステップを施すことが推奨される。無電解金属めっきステップ後の熱処理は、上記のように行うことができる。多くの場合、１ステップで、最高で１００〜２５０℃までの温度で１０〜１２０分間熱処理を行えば十分である。
【０１１４】
実施例
次の試験は本発明の利点の説明を企図したものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【０１１５】
次の市販の３種の試料を処理した（いずれも、１．５×４．０ｃｍのスライド）：
ホウケイ酸ガラス（Ｓa＜１０ｎｍ）
セラミック基材Ａｌ2Ｏ3（Ｓa＝４５０ｎｍ）
これらの試料を洗浄し、かつ次の通りに処理する。
【０１１６】
試験において、第１表において様々な試験条件を列挙し、かつ特定する。
【０１１７】
実施例１（比較例）
２０ｎｍのＴｉ密着層と４００ｎｍのＣｕ種層とを順次スパッタコートしたガラス試料（上記の通り）を準備した。
【０１１８】
このＣｕスパッタガラス試料を１８０℃の温度で３０分間アニール処理し、かつ希硫酸（５％）を用いて周囲温度で１分間にわたって酸化物を除去した。
【０１１９】
市販の電解銅めっき浴（Ｃｕｐｒａｃｉｄ、Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ）から、電解（酸）銅を電流密度１．５ＡＳＤでめっきして厚さを１５μｍとし、かつ１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃の温度で３０分間、段階的にアニール処理した。第２の基材を同様に金属めっきし、その後、１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃の温度で３０分間、最後に２５０℃で３０分間、段階的にアニール処理した。
【０１２０】
基材から銅の分離（ブリスター）は認められなかった。１８０℃の温度に加熱された第１の試料は、０．６９Ｎ／ｃｍのＰＳ（剥離強度または密着強度）を示す。２５０℃の温度に加熱された試料は、１．００Ｎ／ｃｍのＰＳを示す。
【０１２１】
実施例２（比較例）
ガラスとセラミック（Ａｌ2Ｏ3）の２種類の試料を、実施例１に記載した通りに洗浄した。
【０１２２】
その後、これらの基材を、５０ｐｐｍのＰｄと２．５ｇ／ｌのＳｎＣｌ2とをコロイドとして含む市販のＰｄ／Ｓｎ触媒（Ａｄｈｅｍａｘ  Ａｃｔｉｖａｔｏｒ，  Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ）で、２５℃の温度で５分間処理し、次いで脱イオン水ですすぎ、かつ、このＰｄ触媒の触媒活性を高めるために通常行われる促進ステップ（Ａｄｈｅｍａｘ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ，  Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ）を行った。
【０１２３】
この後に、これらの基材を、（銅イオン供給源としての硫酸銅と還元剤としてのホルムアルデヒドとを含む）無電解Ｃｕめっき浴中に３７℃の温度で４分間完全に浸漬することによって、Ｃｕの約０．２５μｍのめっき厚を得た。これらの試料を、まず１２０℃の温度で１０分間アニール処理し、次いで１８０℃の温度で３０分間アニール処理した。
【０１２４】
この無電解Ｃｕ層にスコッチ粘着テープ（約２Ｎ／ｃｍ）を貼付し、これを９０°の角度で急激な動きではがすことによって、めっき層の密着性を試験した。銅金属層が剥離することなくこの粘着テープをこの銅金属層からはがすことができた場合、この金属層の密着強度は２Ｎ／ｃｍを上回ることになる。全ての種類の試料について、基材からの無電解銅層の完全な分離が認められた。つまりＰＳは２Ｎ／ｃｍ未満である（「不合格」）。
【０１２５】
（Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより入手可能な市販の酸性電解銅めっき浴、Ｃｕｐｒａｃｉｄから）電解銅を電流密度１．５ＡＳＤでめっきしてＣｕ厚さを１５μｍとしたところ、めっき層は完全に層間剥離した。従って、さらなるアニール試験を行わなかった。
【０１２６】
実施例３
ガラス基材を上記の通りに洗浄し、かつＺｎＯをディップコートした。
【０１２７】
このディップコーティングのために、基材を、ＥｔＯＨ中の０．５モル／ｌのＺｎ（ＯＡｃ）2・２Ｈ2Ｏの溶液に鉛直に周囲温度で浸漬し、かつ１０ｃｍ／分の速度で鉛直に取り出した。次いで、これらの基材を２５０℃の温度で１５分間乾燥させた。この処理を３回繰り返した。その後、これらの基材を、５００℃の最終温度に達するまで４℃／分の熱勾配に供した。その後、これらを空気中で５００℃の温度で１時間焼結した。ＺｎＯ層の厚さは約１５０ｎｍであった。
【０１２８】
周囲温度に冷却した後に、これをＮａ2ＰｄＣｌ4（１００ｐｐｍ）を含む水溶液で３０秒間処理した。この溶液を無電解触媒溶液として用いた。パラジウムイオンからパラジウム金属への還元ステップは不要であった。
【０１２９】
次いで、これらの基材を、Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている銅イオン供給源としての硫酸銅と還元剤としてのホルムアルデヒドとを含む無電解Ｃｕめっき浴に３７℃の温度で５分間完全に浸漬させて、コーティング領域（構造化された基材表面）内にのみ４００ｎｍの無電解銅層を生じさせた。コーティングされていないスライド領域は、めっきされないままであった。
【０１３０】
無電解めっきされた試料を、最初に１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃で３０分間アニール処理した。
【０１３１】
その後、電解銅（Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている電解銅めっき浴、Ｃｕｐｒａｃｉｄ）を電流密度１．５ＡＳＤでめっきして厚さを１５μｍとした。アニール処理を行った場合とアニール処理を行わない場合とで、密着性を評価した。
【０１３２】
３種の試料について、異なる温度プロファイルで段階的にアニール処理を行った：
ａ）１２０℃／１０分間、および１８０℃／３０分間、
ｂ）１２０℃／１０分間、１８０℃／３０分間、および２５０℃／３０分間、ならびに、
ｃ）１２０℃／１０分間、１８０℃／３０分間、および３５０℃／３０分間。
【０１３３】
銅の電解析出後にアニール処理を行わなかった場合、ＰＳはわずか約０．３Ｎ／ｃｍであった（測定下限）。アニール処理された試料を周囲温度に冷却した。プロファイルａ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは１．１Ｎ／ｃｍであった。プロファイルｂ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは２．７Ｎ／ｃｍであった。プロファイルｃ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは５．５Ｎ／ｃｍであった。このことは、アニール処理が剥離強度（ＰＳ）に対して有益な効果をもたらすことを実証している。
【０１３４】
アニール処理されたこれらの試料は２６０℃の温度でのリフロー後に相関剥離を示さず、かつ初期のＰＳが維持された。このリフロー試験を行うことによって、リフローはんだ付けの間の部品取付けの熱応力をシミュレーションした。
【０１３５】
実施例４（ＵＶ活性化）
ガラス基材を上記の通りに洗浄し、かつＺｎＯをディップコートした。
【０１３６】
このディップコーティングのために、基材を、ＥｔＯＨ中の０．５モル／ｌのＺｎ（ＯＡｃ）2・２Ｈ2Ｏの溶液に鉛直に周囲温度で浸漬し、かつ１０ｃｍ／分の速度で鉛直に取り出した。次いで、これらの基材を２５０℃の温度で１５分間乾燥させた。この処理を３回繰り返した。これらの基材を、室温で開始して５００℃に達するまで４℃／分の温度勾配での加熱ステップに供した。最後に、これらを空気中で５００℃の温度で１時間、熱分解しかつ焼結した。ＺｎＯ層の厚さは約１５０ｎｍであった。
【０１３７】
次いで、これらの基材に活性化のためにＵＶ光（波長３６５ｎｍ、エネルギー２．６５ｍＷ／ｃｍ2）を照射しながら、これらの基材を、Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている銅イオン供給源としての硫酸銅と還元剤としてのホルムアルデヒドとを含む無電解Ｃｕめっき浴に３７℃の温度で完全に浸漬した。このＵＶ光を１０分後に止めた。照射の間に無電解銅の薄い層が基材上に堆積し、この層はさらなるめっきを促進するのに十分な厚さを有していた。無電解Ｃｕめっきをさらに１５分間継続したところ、コーティング領域内にのみ１μｍの無電解銅層が生じた。コーティングされていないスライド領域は、めっきされないままであった。
【０１３８】
無電解めっきされた試料を、まず１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃の温度で３０分間アニール処理した。
【０１３９】
その後、電解銅（Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている電解銅めっき浴、Ｃｕｐｒａｃｉｄ）を電流密度１．５ＡＳＤでめっきして厚さを１５μｍとした。アニール処理を行った場合とアニール処理を行わない場合とで、密着性を評価した。
【０１４０】
３種の試料について、異なる温度プロファイルで段階的にアニール処理を行った：
ａ）１２０℃／１０分間、および１８０℃／３０分間、および
ｃ）１２０℃／１０分間、１８０℃／３０分間、および３５０℃／３０分間。
【０１４１】
銅の電解析出後にアニール処理を行わなかった場合、ＰＳは約０．３Ｎ／ｃｍであった（測定下限）。
【０１４２】
プロファイルａ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは１．６Ｎ／ｃｍであった。プロファイルｃ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは６．３Ｎ／ｃｍであった。このことは、アニール処理が剥離強度（ＰＳ）に対して有益な効果をもたらすことを実証している。
【０１４３】
アニール処理されたこれらの試料は２６０℃の温度でのリフロー後に相関剥離を示さず、かつ初期のＰＳが維持された。このリフロー試験を行うことによって、リフローはんだ付けの間の部品取付けの熱応力をシミュレーションした。
【０１４４】
実施例５
ガラス基材を上記の通りに洗浄し、かつＺｎＯをディップコートした。
【０１４５】
このディップコーティングのために、基材を、ＥｔＯＨ中の０．５モル／ｌのＺｎ（ＯＡｃ）2・２Ｈ2Ｏの溶液に鉛直に周囲温度で浸漬し、かつ１０ｃｍ／分の速度で鉛直に取り出した。次いで、これらの基材を２５０℃の温度で１５分間乾燥させた。この処理を３回繰り返した。その後、これらの基材を空気中で５００℃の温度で１時間、熱分解しかつ焼結した。ＺｎＯ層の厚さは約１５０ｎｍであった。
【０１４６】
次いで、これらの基材に活性化のためにＵＶ光（波長３６５ｎｍ、エネルギー２．６５ｍＷ／ｃｍ2）を照射しながら、これらの基材を、Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている銅イオン供給源としての硫酸銅と還元剤としてのホルムアルデヒドとを含む無電解Ｃｕめっき浴に３７℃の温度で完全に浸漬した。このＵＶ光を１０分後に止めた。この期間中に無電解銅の薄い層が基材上に堆積し、この層はさらなるめっきを促進するのに十分な厚さを有していた。無電解Ｃｕめっきをさらに１５分間継続したところ、コーティング領域内にのみ１μｍの電解銅層が生じた。コーティングされていないスライド領域は、めっきされないままであった。
【０１４７】
無電解めっきされた試料を、まず１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃の温度で３０分間アニール処理した。
【０１４８】
その後、電解銅（Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている電解銅めっき浴、Ｃｕｐｒａｃｉｄ）を電流密度１．５ＡＳＤでめっきして、厚さをそれぞれ１５μｍおよび３０μｍとした。この時点で、３０μｍのＣｕを有する基材は層間剥離を示し、さらなる処理を行わなかった。
【０１４９】
１５μｍのＣｕを有する基材を、次の温度プロファイルでアニール処理した：
ｃ）１２０℃／１０分間、１８０℃／３０分間、および３５０℃／３０分間。
【０１５０】
これらの基材を周囲温度に冷却し、かつさらに前述の電解銅めっき浴中でめっきして総厚３０μｍとした。
【０１５１】
基材から銅の分離（ブリスター）は認められなかった。７．８Ｎ／ｃｍという高いＰＳが測定された。この試験によって、アニール処理が有益な効果をもたらすこと、そしてそれによってアニール処理された金属層にさらなるめっきを施すことが可能となることが、明確に実証された。
【０１５２】
アニール処理されたこれらの試料は２６０℃の温度でのリフロー後に相関剥離を示さず、かつ初期のＰＳが維持された。このリフロー試験を行うことによって、リフローはんだ付けの間の部品取付けの熱応力をシミュレーションした。
【０１５３】
本発明による方法によって、層間剥離が生じることなく、１５μｍを上回る、例えば３０μｍの層厚の銅金属の堆積と高い剥離強度値とが可能になることが、本試験により実証された。
【０１５４】
実施例６
Ａｌ2Ｏ3セラミック基材を上記の通りに洗浄し、かつ噴霧熱分解によりＺｎＯをコーティングした。
【０１５５】
このために、４００℃の温度に予熱しておいたセラミック基材に、ＥｔＯＨ中の０．０５モル／ｌのＺｎ（ＯＡｃ）2・２Ｈ2Ｏ（金属酸化物前駆体化合物）の溶液を、携帯型エアブラシユニットにより噴霧した。
【０１５６】
次いで、この基材を空気雰囲気中で５００℃の温度で１時間、熱分解しかつ焼結した。ＺｎＯ金属酸化物層の厚さは約２００ｎｍであった。
【０１５７】
次いで、これらの基材に活性化のためにＵＶ光（波長３６５ｎｍ、エネルギー２．６５ｍＷ／ｃｍ2）を照射しながら、これらの基材を、Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている銅イオン供給源としての硫酸銅と還元剤としてのホルムアルデヒドとを含む無電解Ｃｕめっき浴に３７℃の温度で完全に浸漬した。このＵＶ光を１０分後に止めた。この期間中に無電解銅の薄い層が基材上に堆積し、この層はさらなるめっきを促進するのに十分な厚さを有していた。無電解Ｃｕめっきをさらに１５分間継続したところ、コーティング領域内にのみ１μｍの無電解銅層が生じた。コーティングされていないスライド領域は、めっきされないままであった。
【０１５８】
無電解めっきされた試料を、まず１２０℃の温度で１０分間、その後１８０℃の温度で３０分間アニール処理した。
【０１５９】
その後、電解銅（Ａｔｏｔｅｃｈ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨより市販されている電解銅めっき浴）を電流密度１．５ＡＳＤでめっきして厚さを１５μｍとした。アニール処理を行った場合とアニール処理を行わない場合とで、密着性を評価した。
【０１６０】
これらの試料について、異なる温度プロファイルで段階的にアニール処理を行った：
ａ）１２０℃／１０分間、および１８０℃／３０分間、
ｃ）１２０℃／１０分間、１８０℃／３０分間、および３５０℃／３０分間。
【０１６１】
銅の電解析出後にアニール処理を行わなかった場合、ＰＳはわずか約０．５Ｎ／ｃｍであった（測定下限）。アニール処理された試料を周囲温度に冷却した。プロファイルａ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは４．２Ｎ／ｃｍであった。プロファイルｃ）によりアニール処理を行った後、析出した金属層のＰＳは８．０Ｎ／ｃｍであった。このことは、アニール処理がＰＳに対して有益な効果をもたらすことを実証している。
【０１６２】
【表１】
0006478982.tif 000002
ＭＯ：金属酸化物化合物
合格：ＰＳ（剥離強度、密着強度ともいう）が２Ｎ／ｃｍ以上である
不合格：ＰＳが２Ｎ／ｃｍ未満である
ＩＭＡＤＡ社製デジタルフォースゲージおよび剥離強度試験機を用いて９０°剥離強度（ＰＳ）測定を行った。全ての試料についてのＰＳ値を第１表のＰＳの第７列〜第９列に示す。これらの値はさらに実施例１〜６において得られたものである。
【０１６３】
Ｃｕ層にスコッチ粘着テープ（約２Ｎ／ｃｍ）を貼付し、これを９０°の角度で急激な動きではがすことによって、めっき層の密着性を試験した。銅金属層が剥離することなくこの粘着テープをこの銅金属層からはがすことができた場合、この金属層の密着強度は２Ｎ／ｃｍを上回ることになる（第１表中の「合格」）。この金属層が剥離した場合、密着強度は２Ｎ／ｃｍ未満である（第１表中の「不合格」）。
【０１６４】
本発明による方法を用いて金属めっきされた試料はいずれも、下方の非導電性基材に対する金属層の十分な密着性を示した。Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＬＥＸＴ  ４０００共焦点レーザー顕微鏡のステップ高さにより酸化物膜の層厚を測定した。粗さ値は、１２０μｍ×１２０μｍの表面積にわたって合成した値である。
【図１】
0006478982.tif 000003
【図２】
0006478982.tif 000004
【図３】
0006478982.tif 000005
【図４】
0006478982.tif 000006
【図５】
0006478982.tif 000007
【図６】
0006478982.tif 000008