JP2001024308A - めっき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板のめっき表面に気泡が付着せず、陽極電
極表面に形成されたブラックフィルムを安定させること
により、高品質のめっきを安定的に行うことができるめ
っき装置を提供すること。 【解決手段】 被めっき基板１６のめっきを施す面を上
に向けて配置し、被めっき基板１６に対向して上方にめ
っき液室１１を配置し、該めっき液室１１内に被めっき
基板１６のめっきを施す面に対向して陽極電極板１４を
配置し、該めっき液室１１の下面に多数の細孔が形成さ
れた多孔体１２を設け、めっき液室１１に供給しためっ
き液Ｑ₁を該多孔体１２を通して被めっき基板１６のめ
っきを施す面に供給するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被めっき基板にめっ
きを施すめっき装置に関し、特に半導体ウエハ等の表面
に配線用の微細な溝や穴等が形成された被めっき基板の
該溝や穴等を銅等の金属めっきで埋めるのに好適なめっ
き装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体ウエハ等の表面に配線用の
微細な溝や穴が形成された被めっき基板の該溝や穴等を
埋めるために、銅めっき等の金属めっき装置を用い、金
属めっきで該溝や穴等を埋める手法が採用されている。
従来、この種のめっき装置として、フェースダウン方式
の噴流めっき装置がある。図１は、該フェースダウン方
式の噴流めっき装置の構成を示す図である。

【０００３】フェースダウン方式の噴流めっき装置１０
０は、図１に示すように、めっき槽１０１を具備すると
共に、該めっき槽１０１の上部に半導体ウエハ等の被め
っき基板１０２をそのめっき面を下向きにして保持する
基板保持具１０３を具備し、めっき液貯留槽１０４内の
めっき液Ｑ₁をポンプ１０５により、フィルタ１０６及
びめっき液供給管１０７を通して、めっき槽１０１の底
部から噴出させ、被めっき基板１０２のめっき面に垂直
にめっき液の噴流を当てている。

【０００４】めっき槽１０１をオーバーフローしためっ
き液Ｑ₁はめっき槽１０１の外側に配置されためっき液
受樋１０８で回収され、めっき液貯留槽１０４に戻るよ
うになっている。めっき電源１０９より、陽極電極１１
０と陰極電極（被めっき基板１０２のめっき面）の間に
所定の電圧を印加することにより、該陽極電極１１０と
被めっき基板１０２のめっき面との間にめっき電流が流
れ、被めっき基板１０２のめっき面にめっき膜が形成さ
れる。

【０００５】半導体ウエハ等の基板表面に配線やバンプ
を形成する方法として、上記噴流めっき方式は基板全体
をめっき液に浸漬する浸漬めっきに対して基板の裏面を
レジスト等で覆う必要がないという利点を有する。しか
し多層配線に銅の電解めっきを用いた場合、銅はシリコ
ン基板内部で極めて拡散性が高いため、銅めっきにおい
ては、基板の裏面や側面にもめっき液が付着すること
は、厳重に防止する必要がある。このため、被めっき基
板１０２を基板保持具１０３に保持し、シール部材によ
って基板の裏面や側面にめっき液が付着しないようにシ
ールし、基板のめっき面を下に向け、該めっき面に噴流
めっき液を当接させる方法も採用されている。しかし、
上記構成の基板保持具に被めっき基板１０２を装着し、
めっき面を下にしてめっきを行う方法は、めっき面に気
泡が付着しやすいという問題があった。

【０００６】一方、含リン銅を陽極電極とした電解めっ
きにおいては、陽極電極表面にブラックフィルムが形成
され、このブラックフィルムを一定の状態に保つことが
めっき品質を保つ上で重要である。基板を上に向けてめ
っきを行う場合には、基板の交換時に基板より上に位置
する陽極電極がめっき液から空気中に露出し、これによ
って陽極電極の表面に形成されたブラックフィルムの状
態を一定に保つことが困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、上記問題を解決し、基板のめっき
表面に気泡が付着せず、陽極電極表面に形成されたブラ
ックフィルムを安定させることにより、高品質のめっき
を安定的に可能にしためっき装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、被めっき基板のめっきを
施す面を上に向けて配置し、該被めっき基板に対向して
上方にめっき液室を配置し、該めっき液室内に被めっき
基板のめっきを施す面に対向して陽極電極板を配置し、
該めっき室の下面に多数の細孔が形成された多孔体を設
け、めっき液室に供給しためっき液を該多孔体の多数の
細孔を通して被めっき基板のめっきを施す面に供給する
ように構成したことを特徴とする。

【０００９】上記のように、めっき室の下面に多数の細
孔を有する多孔体を設けたことにより、めっき液室にめ
っき液の供給を停止しても多孔体の細孔内のめっき液の
表面力によりめっき液をめっき液室内に保つことがで
き、陽極電極板に形成されたブラックフィルムは被めっ
き基板の交換時にもめっき液で覆われ、空気中に露出す
ることがなく、ブラックフィルムの状態を安定した状態
に維持することができるから、高品質のめっきを安定的
に行うことができるめっき装置となる。しかも、被めっ
き基板のめっきを施す面を上に向けて配置しているか
ら、めっき面に気泡が付着することがなくなる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のめっき装置において、多孔体の細孔の内径は５
ｍｍ以下で、その長さは該内径の３倍以上であることを
特徴とする。

【００１１】上記のように多孔体の細孔の内径はめっき
液室へのめっき液の供給を止めた場合にも、めっき液の
表面力によってめっき液室のめっき液が細孔から流出さ
せないための条件であり、本願発明者等の実験によれ
ば、細孔の長さは内径の３倍以上の長さであればめっき
液を細孔内に保つことができることが判明した。そこで
めっき液室へのめっき液供給を止めた場合のめっき液の
表面力によりめっき液の保持を考慮し、細孔の内径を５
ｍｍ以下とし、その長さを該内径の３倍以上（１５ｍ
ｍ）とすることにより、めっき液室へのめっき液の供給
を停止しても細管内のめっき液はその表面力により流出
せず、めっき液室内にめっき液を保持することが可能で
あることが確認できた。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載のめっき装置において、多孔体の細孔の内面が疎
水性を有することを特徴とする。

【００１３】上記のように細孔の内面が疎水性を有する
ことにより、めっき液室のめっき液が細孔の内面に沿っ
て流下し難くなる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至３のいずれか１つに記載のめっき装置において、め
っき液室にめっき液を供給するめっき液供給路の該めっ
き液室直前に閉鎖弁を設けたことを特徴とする。

【００１５】上記のようにめっき液供給路のめっき液室
直前に閉鎖弁を設けることにより、該閉鎖弁を単独又は
他の機構と連携させてめっき液室へのめっき液の供給を
停止することにより、めっき液室の外部に開放された経
路を多孔体の細孔のみとすることができ、めっき液室内
にめっき液を容易に保持できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図２は本発明に係るめっき装置
の構成例を示す図である。図２において、１０は絶縁性
の樹脂材で構成されためっきヘッドであり、該めっきヘ
ッド１０は内部にめっき液室１１が形成され、該めっき
液室１１の下面に板体に多数の細孔を形成してなる多孔
体１２が配置されている。めっきヘッド１０の上方から
供給されためっき液は複数に分岐されためっき液供給路
１３を通してめっき液室１１にその周囲から流入するよ
うになっている。めっき液室１１内の上部には溶解性の
陽極電極板１４が配設されている。

【００１７】なお、多孔体１２は板体に多数の細孔を形
成してなるものに限定されるものではなく、多数の細管
を集合させて形成した多孔体であっても良く、ここでは
テフロン製の厚さ３０ｍｍの板体に内径３ｍｍの貫通孔
を多数形成した多孔板を多孔体１２として用いている。

【００１８】めっきヘッド１０の直下には後に詳述する
構成のめっき保持具１５にめっき面を上向きにして保持
された半導体ウエハ等の被めっき基板１６がめっき液室
１１内に配設された陽極電極板１４に対向して配置され
ている。めっき液室１１に供給されためっき液Ｑ₁は多
孔体１２の各細孔を通って被めっき基板１６のめっき面
に流下する。陽極電極板１４と被めっき基板１６のめっ
き面にはめっき電源１７から配線１８、１８を通して所
定の電圧が印加されるようになっている。陽極電極板１
４及び多孔体１２の直径は被めっき基板１６のめっき面
の直径と略同じ大きさとなっている。

【００１９】被めっき基板１６は上記のようにめっき面
を上に向けて基板保持具１５に保持され、図３に示すよ
うに、めっき面の周囲は基板保持具１５との間にシール
部材１９により液密にシールされ、被めっき基板１６の
表面のめっき液が触れない外周部にカソードピン２０が
当接し、配線１８によりめっき電源１７の陰極側に接続
されている。

【００２０】基板保持具１５は回転軸２５で中心軸の回
りをモータ２２により水平に回転すると共に、基板保持
具上下駆動機構２１により上下に移動可能に配置されて
いる。基板保持具１５は基板保持ケース２３を具備し、
該基板保持ケース２３の内部には基板載置台２３ａが設
けられ、側部には基板出し入れ開口２３ｂが設けられて
いる。また、基板保持ケース２３内には基板押え板２４
が配置され、該基板押え板２４にはその中心部に基板押
え軸２６が設けられ、基板押え軸上下駆動機構２７によ
り上下に移動できるようになっている。被めっき基板１
６は該基板保持ケース２３に収容され、基板押え板２４
でシール部材１９及びカソードピン２０に押え付けられ
保持されるようになっている。

【００２１】めっき液室１１から多孔体１２の多数の細
孔を通って流下しためっき液Ｑ₁は、被めっき基板１６
のめっき面上を流れて、めっきヘッド１０の多孔体１２
下端と基板保持具１５上端との間からめっき液受皿２８
内に流出する。該めっき液受皿２８に回収されためっき
液はフィルター２９を通してめっき液貯留槽３０に送ら
れる。該めっき液貯留槽３０内のめっき液Ｑ₁は、図示
しない調整装置により、濃度、温度などが調整され、め
っき液供給ポンプ３１によりフィルタ３２及びめっき液
供給路１３を通してめっき液室１１に供給される。

【００２２】上記構成のめっき装置において、めっき開
始時には、基板保持具１５の基板押え板２４を基板押え
軸上下駆動機構２７により下降させ（図３のＡ位置）、
基板保持ケース２３の側部に設けた基板出し入れ開口２
３ｂから被めっき基板１６をそのめっき面を上にしてロ
ボットハンド（図示せず）により挿入し、基板載置台２
３ａ上に載置する。次に基板押え板２４を基板押え軸上
下駆動機構２７により上昇させ、被めっき基板１６をシ
ール部材１９及びカソードピン２０に当接させて固定す
る。

【００２３】次に、基板保持具１５を基板保持具上下駆
動機構２１により上昇させ、その上端をめっきヘッド１
０の多孔体１２の下に数ｍｍの間隔を空けて配置させ
る。この間隔はめっき液室１１に供給するめっき液が、
多孔体１２下端と基板保持具１５上端との隙間を充たし
て流出する程度とする。この間隔が広すぎると、被めっ
き基板１６上のめっき液Ｑ₁は該被めっき基板１６の回
転による遠心力で外周部に流れ去り、中央部はめっき液
が少ない状態となるため、被めっき基板１６のめっき面
に均一なめっき膜を形成することが難しくなる。

【００２４】基板保持具１５の位置が定まったら、モー
タ２２により、基板保持具１５を回転して被めっき基板
１６を回転させ、めっき液室１１にめっき液Ｑ₁を供給
すると共に、めっき電源１７から陽極電極板１４とカソ
ードピン２０の間に電流を流して電解めっきを開始す
る。

【００２５】めっき処理が終了すると、めっき液室１１
の直前に配置された閉鎖弁機構３３によりめっき液供給
路１３を閉鎖すると同時に、めっき液供給ポンプ３１を
停止する。これにより、めっき液室１１へのめっき液Ｑ
₁の供給が停止するが、めっき液室１１のめっき液Ｑ₁は
多孔体１２を通って空気と入れ替わることがないため、
めっき液室１１に溜まったままで流下することはない。
従って、陽極電極板１４はめっき液Ｑ₁の中に浸漬され
たままで、空気中に露出されることはない。このため、
陽極電極板１４の表面に形成されたブラックフィルムは
安定した状態を保つことができる。

【００２６】上記めっき液室１１へのめっき液Ｑ₁の供
給を停止したら、基板保持具上下駆動機構２１により、
基板保持具１５を降下させ、続いてモータ２２により被
めっき基板１６を基板保持具１５と共に５００ｒｐｍ以
上の速度で回転させ、該被めっき基板１６及び基板保持
具１５に付着しているめっき液Ｑ₁の液切れを行う。液
切れが終了すると、めっき液受皿２８の外周部を覆って
いるカバー３４を下げ、基板保持具１５の基板押え板２
４を降下させ、被めっき基板１６を基板載置台２３ａに
載置する。基板出し入れ開口２３ｂからロボットハンド
により、めっき処理済みの被めっき基板１６を取り出
し、次にめっき処理すべき被めっき基板１６を基板載置
台２３ａに載置する。

【００２７】なお、上記めっき液の液切の後、めっき液
受皿２８の外周部を覆っているカバー３４の上部に取り
付けたノズル（図示せず）から純水等の洗浄水液を噴射
し、被めっき基板１６及び基板保持具１５を洗浄し、再
度液切れすることもできる。

【００２８】また、上記実施の形態例ではめっき液Ｑ₁
としては硫酸銅溶液を用い銅の電解めっきを行っている
が、本発明は銅の電解めっきに限定されるものではな
く、他の金属の電解めっきにも利用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００３０】請求項１に記載の発明によれば、めっき室
の下面に多数の細孔が形成された多孔体を設けることに
より、めっき液室にめっき液の供給を停止しても多孔体
の細孔内のめっき液の表面力によりめっき液をめっき液
室内に保つことができ、陽極電極板に形成されたブラッ
クフィルムは被めっき基板の交換時にもめっき液で覆わ
れ、空気中に露出することがなく、安定した状態に維持
できるから、高品質のめっきを安定的に行うことができ
る。しかも、被めっき基板のめっきを施す面を上に向け
て配置しているから、めっき面に気泡が付着することが
なくなる。

【００３１】請求項２に記載の発明によれば、多孔体に
形成された細孔の内径は５ｍｍ以下で、その長さは該内
径の３倍以上とすることにより、めっき液室へのめっき
液の供給を停止しても細孔内のめっき液はその表面力に
より流出しないから、めっき液室内にめっき液を保持す
ることが可能になる。

【００３２】また、請求項３に記載の発明によれば、細
孔の内面が疎水性を有することにより、めっき液室のめ
っき液が内面に沿って流下し難くなる。

【００３３】また、請求項４に記載の発明によれば、め
っき液供給路のめっき液室直前に閉鎖弁を設けることに
より、該閉鎖弁を単独又は他の機構と連携させてめっき
液室へのめっき液の供給を停止することにより、めっき
液室の外部に開放された経路を多孔体の細孔のみとする
ことができ、めっき液室内にめっき液を容易に保持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のフェースダウン方式の噴流めっき装置の
構成を示す図である。

【図２】本発明に係るめっき装置の構成例を示す図であ
る。

【図３】本発明に係るめっき装置の基板保持具の構成例
を示す図である。

【符号の説明】

１０ めっきヘッド １１ めっき液室 １２ 多孔体 １３ めっき液供給路 １４ 陽極電極板 １５ 基板保持具 １６ 被めっき基板 １７ めっき電源 １８ 配線 １９ シール部材 ２０ カソードピン ２１ 基板保持具上下駆動機構 ２２ モータ ２３ 基板保持ケース ２４ 基板押え板 ２５ 回転軸 ２６ 基板押え軸 ２７ 基板押え軸上下駆動機構 ２８ めっき液受け皿 ２９ フィルター ３０ めっき液貯留槽 ３１ めっき液供給ポンプ ３２ フィルター ３３ 閉鎖弁機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国沢 淳次 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 BA11 BB12 CA15 CB02 CB08 CB13 CB15 CB19 CB26 GA16 5E343 AA22 BB24 DD43 FF16 FF17 GG20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被めっき基板のめっきを施す面を上に向
   けて配置し、該被めっき基板に対向して上方にめっき液
   室を配置し、該めっき液室内に前記被めっき基板のめっ
   きを施す面に対向して陽極電極板を配置し、該めっき室
   の下面に多数の細孔が形成された多孔体を設け、前記め
   っき液室に供給しためっき液を該多孔体の多数の細孔を
   通して前記被めっき基板のめっきを施す面に供給するよ
   うに構成したことを特徴とするめっき装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のめっき装置において、
   前記多孔体の細孔の内径は５ｍｍ以下で、その長さは該
   内径の３倍以上であることを特徴とするめっき装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のめっき装置において、 前記多孔体の細孔の内面が疎水性を有することを特徴と
   するめっき装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   めっき装置において、 前記めっき液室にめっき液を供給するめっき液供給路の
   該めっき液室直前に閉鎖弁を設けたことを特徴とするめ
   っき装置。