JP2001355096A - 金属層を均一に堆積させるための有孔陽極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属堆積セルの動作中に使用するための装置
及び方法を提供する。 【解決手段】 本装置は、金属堆積セルの全幅にわたっ
てほぼ水平方向に伸びる有孔陽極２０２を含んでいる。
複数の孔２０６が実質的に垂直に伸び、金属堆積セルの
幅にわたって実質的に均一な電解液の流れを発生させる
ように配列されている。有効陽極２０２から侵食された
粒子が基板に衝突するのを親水性膜２０４が制限する。
膜２０４は、金属体積セルの全幅にわたって伸びること
ができる。また、膜は有効陽極２０２の直上に位置する
部分だけを横切って伸ばすこともできる。この場合、電
解液は膜に遭遇することなく有効陽極を横切って流れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上への金属の
堆積に関する。詳述すれば、本発明は、電気めっきに使
用される陽極形態に関する。

【０００２】

【従来の技術】サブクォーターミクロン、多重レベル金
属化は、次世代の超大規模集積化（ＵＬＳＩ）にとって
重要な技術である。これらの相互接続フィーチャを、信
頼できるように形成することはＵＬＳＩの受入れを改善
し、処理される個々のウェーハの品質を改善する。回路
密度が増加するにつれて、バイア、コンタクト、その他
のフィーチャ、並びにフィーチャ間の誘電体材料の幅は
縮小されてきた。しかしながら、誘電体層の厚みは実質
的に一定に維持されている。従って、フィーチャのアス
ペクト比（即ち、それらの高さ、または深さを幅で除し
た値）は増加している。物理蒸着（ＰＶＤ）及び化学蒸
着（ＣＶＤ）のような従来の多くの堆積プロセスでは、
現在のアスペクト比が４／１を越える、特に10／１を越
えるフィーチャを均一に充填するのは困難である。従っ
て、４／１またはそれより高いアスペクト比を有するナ
ノメートルサイズの、ボイドの無いフィーチャを形成す
ることに多大の努力が支払われつつある。

【０００３】従来は、集積回路設計においては回路基板
上にラインを製造することに制限されていた電気めっき
が、現在ではＩＣ相互接続の製造のためにバイア及びコ
ンタクトを充填するのに使用されてきている。金属の電
気めっきは、一般的に、いろいろな技術によって達成す
ることができる。電気めっきプロセスの一実施の形態
は、先ずウェーハのフィーチャの表面上にバリヤー層を
堆積させ、バリヤー層の上に導電性金属シード層を堆積
させ、次いでシード層の上に導電性金属（銅のような）
を堆積させて構造／フィーチャを充填する。最後に、堆
積された層を、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）によって
平面化し、導電性相互接続フィーチャを限定する。

【０００４】電気めっきでは、金属層の堆積は、シード
層に電力を印加し、堆積させる金属を含む電解液にウェ
ーハのめっき表面を浸すことによって達成される。それ
以後に堆積される金属層はシード層に付着し、金属層は
均一に成長する。ナノメートルサイズの、高アスペクト
比フィーチャを有するウェーハ上に金属を、一貫して信
頼できるように電気めっきするには多くの障害に当面す
る。これらの障害は、ウェーハのめっき表面全体のシー
ド層の部分への電力分布及び電流密度が非均一であるこ
とを含む。

【０００５】めっき表面を電気めっきするシステムを図
１に示す。ファウンテンめっき装置１０として知られる
このデバイスは、ファンテンめっき装置内に含まれてい
る電解液に対面し、そしてその中に浸漬される基板４８
の表面１５上に金属を電気めっきする。電解液は、電解
液セル１２内に限定されている内部空洞１１のリップ８
３まで充填される。ファウンテンめっき装置１０は、ト
ップ開口１３を有する電解液セル１２、トップ開口１３
の上に位置決めされ、基板を電解液内に支持する取り外
し可能な基板支持体１４、及び電解液セル１２の底部分
の付近に配置され、電源４２の正極から給電されている
陽極１６を含んでいる。電解液セル１２は、ディスク状
の基板４８をその中に位置決めするように典型的には円
筒形状である。電気めっき中、ディスク状の接触リング
２０が基板４８を所定位置に確保して支持し、基板４８
が電解液セル１２内に含まれている電解液内に浸漬され
ている間、電解液が基板４８のめっき表面１５と接触で
きるようにする。

【０００６】電源４２の負極は、複数のコンタクト５６
（図１、２、及び４には１つだけ示してある）の各々に
選択的に接続される。コンタクト５６は、典型的には基
板の周縁の回りに取付けられていて基板への複数の回路
通路を作り、それによって基板４８のめっき表面１５上
に形成されているシード層に印加される電場の不規則性
を制限するようになっている。典型的には、コンタクト
５６は、タンタル（Ｔa）、チタン（Ｔi）、白金（Ｐ
t）、金（Ａu）、銅（Ｃu）、または銀（Ａg）のような
導電性金属で形成される。基板４８は、ファウンテンめ
っき装置１０の動作中に電解液が基板４８のめっき表面
１５に沿って流れるように、円筒形電解液セル１２の上
側部分７９内に位置決めされる。従って、基板４８のめ
っき表面１５上に堆積されたシード層に電源４２の負極
からコンタクト５６を介して印加される負電荷が、基板
を実質的に陰極にする。基板４８は、電解液によって陽
極１６に電気的に結合される。基板４８の陰極めっき表
面１５上に形成されているシード層（図示してない）
は、電解液によって運ばれる正イオンを引き付ける。従
って、基板４８は、選択的に電気めっきされる加工片と
して見ることができる。

【０００７】ナノメートルサイズの高アスペクト比フィ
ーチャを有する基板上に、銅を一貫して信頼できるよう
に電気めっきするには多くの障害に当面する。これらの
障害は、実質的に均一な厚みを有する堆積された金属層
を形成させるのに必要な、基板のめっき表面全体の電力
分布及び電流密度の均一性を制限する。

【０００８】電解液は、電解液供給ライン８２から電解
液入口ポート８０を介して電解液セル１２へ供給され
る。通常の動作中、電解液は、電解液セル１２のトップ
に形成されている上側環状リップ８３から環状ドレン８
５内へ溢れる。電解液は、環状ドレンから電解液出口ポ
ート８６を通して電解液戻りライン８８へ排出される。
電解液戻りライン８８は、典型的には再生要素８７を介
して電解液供給ライン８２へ接続されて電解液セル内に
含まれる電解液のための閉ループを形成し、電解液を再
循環させ、維持し、そして化学的にリフレッシュさせる
ことができる。電解液の再循環に伴う動きは、金属イオ
ンを陽極１６から基板４８の表面へ輸送するのをも援助
する。陽極を通る電解液の流れが電解液セルのほぼ水平
の断面形態に順応しない場合には、結果的に電解液セル
１２を通る電解液の流れが不規則且つ非軸方向になり、
そして乱流になることさえあり得る。不規則且つ非軸方
向の流れは渦を発生することがあり、それによって基板
４８に接する境界層内の金属堆積に分裂をもたらしかね
ない。このような非軸方向の流れは、基板４８のめっき
表面１５の選択された部分にわたって不均一なイオン分
布を発生させる。その結果、電解液の異なる領域が異な
るイオン濃度を有するようになり、めっき表面と接触す
る電解液のこのような変化が基板上のめっき速度に変化
をもたらすようになる。この不均一な堆積は、電気めっ
きされる材料に不均一な深さを発生させ得る。電解液セ
ル１２全体にわたって電解液の流れを可能な限り均一に
するような陽極形状を提供することが望ましい。従っ
て、陽極が、陰極・基板４８全体に均一な流れを与える
拡散ノズルとして動作することが望ましい。

【０００９】陽極１６の形状自体が、電気めっきプロセ
スに困難をもたらしかねない。陽極１６の不規則な形
状、及び陽極によって発生する不規則な流れは望ましく
ない。例えば、もし陽極１６が、図１のファウンテンめ
っき装置１０の左側だけに配置されていれば、基板の表
面１５の左側が表面１５の右側よりも厚く被膜されるこ
とになろう。不規則な形状の陽極１６は、ファウンテン
めっき装置１０内に生成される電磁場にも影響し、基板
のめっき表面と接触する電解液に変化を生じさせ得る。
従って、陰極・基板４８全体にわたって電磁場をより一
貫的にし、めっき表面と接触する電解液内の不規則性を
制限し、それによって基板上に堆積されるイオンをより
均一な深さにするために、陰極・気体４８とほぼ同一の
形状を有する陽極１６を製造することが望ましい。

【００１０】ある期間使用した後に、陽極１６は、電解
液に曝される、特に電解液が高速度で陽極１６に導かれ
る場所において電解液に曝されるために退化する。この
退化は陽極１６全体に不規則に発生し、不規則な深さを
有する陽極がもたらされ得る。不規則な深さは、基板・
陰極４８全体に不均一なイオンの付着を、従って順応層
の分裂付着をもたらし得る。陽極１６が退化しても元の
陽極深さ及び形状を維持するようなシステムを提供する
ことが望ましい。陽極は、消耗または破損した時に、ま
たは陽極の深さが不規則になった時に、容易に交換でき
るようにすべきである。

【００１１】図１は、陽極１６を取り囲む袋として構成
されている従来技術の親水性膜８９を示している。親水
性膜８９の材料は、陽極１６から電解液内へ通過する陽
極スラッジは濾過するが、陽極１６によって生成された
イオン（即ち、銅）は陽極１６から陰極４８へ通過でき
るように選択される。親水性膜は当分野においては公知
であり、詳細な説明は省略する。電解液供給ライン８２
から入口ポートを介して入力される電解液は、陽極の周
りに矢印９０によって示す通路に沿って導かれる。電解
液は、金属イオンを陽極１６から陰極４８へ運ぶ。陽極
イオンの流れは実際には陰極まで伸びている。

【００１２】矢印９０によって示されている電解液の流
れは、先ず点９１において陽極親水性膜８９を横切る。
次いで電解液は陽極１６と相互作用し、電解液が陽極と
反応して点９３において陽極イオンを開放させる。この
反応によって、陽極から“陽極スラッジ”と呼ぶ材料
（これは、反応の望ましくない副産物である）が開放さ
れる。陽極スラッジは、陽極親水性膜８９内に留まって
いることが好ましいのであるが、若干の環境の下では親
水性膜から脱出し得る。もし陽極スラッジが電解液内へ
開放され、基板・陰極４８のめっき表面１５と接触する
ように運ばれれば（特に、電解液がめっき表面１５と接
触する時に高速で推進されていれば）、基板４８のめっ
き表面への陽極スラッジの衝突が、堆積された層を破損
させることがあり得る。従って、親水性膜を越える、即
ち膜の外側の電解液内へ陽極スラッジが通過するのを制
限するシステムを提供することが望ましい。

【００１３】陽極イオンを運ぶ電解液は、点９５におい
て再度陽極親水性膜８９を横切る。電解液のこの流れを
許容する親水性膜８９を、当分野では通過膜流（フロー
・スルーメンブレン）フィルタと呼ぶことが多い。電解
液が親水性膜８９を通過する度に発生する大きい圧力降
下は、部分的に、選択された膜フィルタのフィルタサイ
ズに依存する。陽極スラッジの若干はこの圧力降下によ
って膜を通過させられる可能性があるので、この圧力降
下を低下させることが望ましい。またこの圧力降下は、
粒子を基板に接触させるように更に推進させる恐れがあ
る。

【００１４】従って、基板全体にわたって実質的に均一
なイオン流及び電力分布を生じさせるような、電気めっ
き装置に使用するための陽極に対する要望が存続してい
る。このような陽極形態は、基板上により信頼できる、
そして一貫した堆積層を堆積させるために使用すること
ができる。また、陽極を横切る圧力降下を低下させなが
ら、この均一な電力分布を達成する要望も存在してい
る。

【００１５】

【発明の概要】本発明は、一般的には、基板上に金属を
堆積させる装置及び関連方法を提供する。本装置は、金
属堆積セルの全幅にわたってほぼ水平に伸びている有孔
陽極を含む。複数の孔が実質的に垂直に伸び、より均一
な電解液の流れを金属堆積セルの幅全体に発生する。一
実施の形態では、有孔陽極から浸食された粒子が基板に
衝突するのを親水性膜が制限する。膜は金属堆積セルの
全幅にわたって伸びることができる。代替として、膜
は、有孔陽極の直上に位置する部分だけを横切って伸ば
すことができ、従って電解液は膜に遭遇することなく有
孔陽極を横切って流れることができる。

【００１６】以下に、添付図面に基づいて本発明を詳細
に説明する。当分野に精通していれば、以下の説明から
目的物上へ金属層を堆積する如何なる応用にも本発明を
容易に適用することができよう。尚、添付図面では、理
解し易いように同一の要素に対しては類似の番号を付し
てある。

【００１７】以下に、有孔陽極を有するファウンテンめ
っき装置の２つの実施の形態について説明する。第１の
実施の形態に関しては、特に図２を参照されたい。第２
の実施の形態は、図４を参照して説明する。図２は、本
発明のファウンテンめっき装置２００の一実施の形態を
示している。ファウンテンめっき装置２００は、電解液
セル１２、有孔陽極２０２、及び親水性膜２０４を含ん
でいる。有孔陽極２０２は、その中に形成されている孔
２０６を含む。図２に示すように孔は垂直に伸び、電解
液は電解液入口ポート８０から、電解液セル１２によっ
て限定されている上側チャンバ２１０内へ流入し、次い
で電解液出口ポート８６から流出することができる。孔
２０６は、図３の平面図に示すように有孔陽極２０２全
体に規則的パターンに形成することが好ましい。有孔陽
極は銅で作ることが好ましいが、陽極のためにはどのよ
うな適当な金属（例えば、アルミニウム）、材料、また
は合金も使用することができる。電解液セル１２は、電
気めっきプロセス中に基板上に金属を堆積させるのに使
用される電解液を容れるように構成されている。以下に
電気めっきプロセスを詳細に説明するが、この基本的概
念は如何なる湿式堆積プロセスにも適用することが可能
である。

【００１８】本明細書においては、上、下、左、右等の
ような方向に関する用語が使用されている。これらの用
語は添付図面を見た時の方向を示すものであるが、本発
明の範囲を限定する意図はない。電解液セル１２はいろ
いろな向きに位置決めすることができるので、これらの
方向は添付図面について考えるべきであって、本発明の
範囲を限定するものと考えるべきではない。

【００１９】基板支持体１４は、真空デバイス（図示し
てない）と通じているチャンネル９を含んでいる。基板
支持体は、支持体マウント２１によって、浸漬位置と取
出し位置との間でピボットするように取付けられてい
る。基板支持体１４が基板４８を浸漬位置に位置決めし
ている時には、電解液内に含まれる金属イオンをめっき
表面１５上に堆積させることができる。基板支持体１４
が基板を浸漬位置に位置決めしている場合、基板のめっ
き表面は電解液セル１２内に含まれている電解液内に浸
漬される。基板支持体１４が取出し位置へピボットする
と、基板は電解液から引出される。基板支持体１４のチ
ャンネルに印加される真空は、基板支持体上の基板４８
を確保するのに十分な力で基板の裏側を支持するように
基板を引付けている。この力は、基板が反転した位置に
保持されていてさえも、または基板が電解液から取出さ
れるか、または電解液内へ挿入される時にも基板を所定
位置に保持するのに十分である。基板支持体１４は、基
板４８を基板支持体に引付けながら基板を開口１３上に
配置するように構成されている。

【００２０】図２に示す実施の形態の親水性膜２０４は
有孔陽極２０２とほぼ並行に伸びており、有孔陽極上に
近接して離間している（例えば、0.5ｃｍ）。親水性膜
は、ほぼ円筒形の部材の内部全体に伸びるように電解液
チャンバ１２の壁の内側に（ファブリックを取付けて確
保するクランプ、リング、または何等かの公知技術によ
って）接続することができる。親水性膜２０４は、有孔
陽極２０２によって生成されたイオンを通過させること
ができるサイズの孔を含んでいる。しかしながら、電解
液内に残された削り屑、副産物、その他の屑（まとめ
て、陽極スラッジとして知られている）のような陽極の
より大きい部分は、電解液から濾過されて親水性膜２０
４内に残るようになる。この濾過プロセスは、これらの
汚染物を基板４８と接触させないようにする。汚染物を
除去するために、取り外し可能なシール２１４を含むシ
ール可能なフラッシュポート２１２が親水性膜２０４の
下に位置決めされている。取り外し可能なシールを時折
開いて、陽極スラッジを電解液１２内からセルの外部領
域へ排出させることができる。この排出により、親水性
膜２０４及び有孔陽極２０２の統合動作が改善される。

【００２１】有孔陽極２０２全体に分布している孔２０
６は、有孔陽極２０２を横切る電解液の流れを、電解液
セル１２の幅全体に実質的に均一に分配する拡散板とし
て働く。図４には比較的僅かな孔が示されているが、実
際には遙かに多くの孔が有孔陽極内に存在している。孔
はアレイに配列することが好ましく、また孔は隣接孔か
ら水平方向に２ｍｍまたはそれ以下の距離だけ離間して
いる。各孔の直径は、数ｍｍまたはそれ以下程度に小さ
くすることができる。孔は、有孔陽極を、電解液セルの
水平断面を横切る電解液の垂直な流れを実質的に等化す
る拡散ノズルとして働かせる。代替として、図２の有孔
陽極２０２は、比較的僅かな孔（１個の孔を含む）で構
成することができる。但し一般的に言えば、孔の数が少
ない程、各孔の直径を大きくして有孔陽極を通る所望の
流量を有する層流を維持すべきである。

【００２２】電解液セルの水平断面を横切る電解液の流
れの分布は、基板４８の下面５０に衝突する電解液をよ
り均一に分布させる。この均一性は、電解液セル全体に
わたってめっき表面に衝突する電解液をほぼ均一な速度
で走行させるのでもたらされるのである。この有孔構成
は、基板上のシード層を有する領域へ、均一且つ予測可
能なように金属イオンを印加する。図２に示す本発明の
実施の形態は、実際にほぼ10μｍの直径の最小サイズを
有する粒子を濾過することができることを示した親水性
膜を使用している。

【００２３】有孔陽極２０２形態は、上側チャンバ２１
０内への電解液の層流が強化されるように構成されてい
る。その中に形成されている孔２０６は、それらを通過
する流体のディフューザ（電解液内に電解液の層流を維
持する）と考えることができる。有孔陽極２０２を通過
する溶液によって生ずる電解液内の乱流は、電解液内の
イオンを不均一に分布させる効果を有し得るので、有孔
陽極２０６を通る層流を可能な限り維持することが不可
欠である。逆に言えば、電解液の層流は、基板のめっき
表面全体に堆積される金属イオンをより均一に分布させ
る。

【００２４】更に、乱流によってもたらされ得る２つの
型の基板境界層が存在する。第１の型の境界層は流体境
界層と呼ばれるものであって、流体の層の流れがどのよ
うに基板のめっき表面に接するかに関係している。第２
の型の境界層はイオン欠乏境界層と呼ばれるものであ
り、電解液内のイオン濃度がバイアまたは他のフィーチ
ャ内の位置の関数として変化する。基板のめっき表面付
近の上側チャンバ２１０内の乱流は、境界層に衝突する
ことができるか、または境界層内のイオン濃度に影響を
与えることができる電流渦を生成することによって、流
体境界層の幅を減少させ得る。流体境界層に衝突するこ
のような電流渦は、流体境界層の層流を分裂させる。十
分な厚みの流体境界層は、めっき表面上にイオン（電解
液から運ばれる）を堆積させるのに重要な表面に接して
比較的安定な流体の領域を作る。表面上に金属イオンを
堆積できるようにする体積を得るためには、十分な流体
境界層が必要である。更に、もし乱流に伴う流れ及び渦
がめっき表面１５に直接衝突すれば、表面上に付着した
堆積済みの材料の若干が乱流流体作用によって除去され
かねない。

【００２５】めっき表面に接するイオンの欠乏した境界
層も、電解液内の乱流によって影響を受ける。バイア、
トレンチ、その他のフィーチャ内の金属の層化は、電解
液内の実質的に均一なイオン濃度に依存する。めっき表
面付近の乱流は、表面に接する電解液からイオンを引付
けるか、または反撥させ、それによって電解液内の金属
イオンの濃度を不均一にする。電解液内に含まれるイオ
ンの濃度のこのような不均一性が、金属イオンの堆積速
度（特にバイア、トレンチ、または他の若干のフィーチ
ャ内の）に大きく影響することが多い。上述した流体境
界層及びイオン欠乏境界層の理由から、基板４６のめっ
き表面１５上に形成されているシード層にイオンの均一
な源を衝突させ、維持するためには、上側チャンバ２１
０内に含まれる電解液内に（特に、めっき表面に接す
る）層流を維持することが重要である。

【００２６】図４は、例えば電気めっきデバイスのよう
なファウンテンめっき装置４００に適用される有孔陽極
アセンブリの別の実施の形態を示している。電気めっき
装置４００は、陰極・基板４４８、モジュラー陽極アセ
ンブリ４１０、及び後述するように陰極・基板４４８と
モジュラー陽極アセンブリ４１０との間に生成される電
場を維持する電源４４２を含んでいる。図５及び６にそ
れぞれ、図４の５−５矢視、及び６−６矢視平面図でモ
ジュラー陽極アセンブリ４１０を示してある。図３、
５、及び６において、太線は不透過性ケーシングの断面
線を示しており、細線は他の全ての線を示している。

【００２７】モジュラー陽極アセンブリ４１０は、所定
位置に挿入し、所定位置に確保し、または損耗または破
損した時に修理または交換するために取り外すことがで
きるように、モジュラーユニットとして形成されてい
る。モジュラー陽極アセンブリ４１０は、その中に形成
されている孔を有する有孔陽極４２０を含む。有孔陽極
４２０は、不透過性ケーシング４１４内に位置決めされ
る。電解液容器１２は、ナット及びボルト、ねじ、ねじ
りクリップ、他の取外し可能なファスナ、または他の公
知の型のファスナによって、磁束ストレートナー４１６
に取付けられているベース部分４１５を備えている。磁
束ストレートナー４１６とベース部分４１５との間の接
続は、電解液セル内に含まれている電解液がこれら２つ
の要素間を通過しないように制限するのに十分である。
ベース部分４１５は、有孔陽極へ電気を供給するために
不透過性ケーシング４１４を通って伸びるフィードスル
ーによって有孔陽極４２０に固定されている。磁束スト
レートナー４１６は、磁束線を矢印４１９で示してある
ように、互いに実質的に平行に有孔陽極４２０から基板
まで伸ばすことができるように構成されている。有孔陽
極から基板まで走行する金属イオンの走行経路は磁束線
４１９に大きく追随するから、有孔陽極と基板との間の
磁束線４１９を平行に配向することは、基板全体の電荷
密度の均一性を向上させ、基板全体への金属イオンの堆
積をも向上させる。

【００２８】不透過性ケーシング４１４は、電解液と化
学的に及び電磁的に反応するのを制限するために、プラ
スチックのような非可溶性材料で形成することが好まし
い。以下に説明するように、電解液が有孔陽極と接触で
きるようになる前に電解液チャンバへ流入する電解液の
走行方向は変化しなければならないので、電解液入口ポ
ート８０を通して供給される電解液（モジュラー陽極ア
センブリ４１０を通過した後に金属イオンを運ぶ）が速
度をもって直接有孔陽極４２０に衝突することはない。

【００２９】不透過性ケーシング４１４のベース部分４
１５は、モジュラー陽極アセンブリ４１０の周囲に限定
され、モジュラー陽極アセンブリ４１０のための円筒形
側壁を形成している。モジュラー陽極アセンブリ４１０
に物理的に取付けられているフィードスルー４２３は、
モジュラー陽極アセンブリ４１０を所定位置に支持し、
電源４４２から有孔陽極へ電気を供給する電気コネクタ
を含んでいる。この構成によれば、電解液入口ポート８
０から供給される電解液を、有孔陽極４２０を通過さ
せ、電解液セル１２内に限定されている上側部分４２２
へ流入させることができる。モジュラー陽極アセンブリ
４１０内に形成されている磁束ストレートナー４１６
は、図２の実施の形態の有孔陽極２０２で説明したよう
な手法で電解液の層流を発生させるためのディフューザ
として機能する。モジュラー陽極アセンブリ４１０を交
換するには、ねじをゆるめ、ボルトをゆるめて２つの要
素を切り離すか、または磁束ストレートナー４１６とベ
ース部分４１５との間の特定の型の接続を取り外すこと
によって磁束ストレートナー４１６をベース部分４１５
から切り離す。次いで、モジュラー陽極アセンブリ４２
０とフィードスルー４２３との間の接続、またはフィー
ドスルー４２３とベース部分４１５との間の接続の何れ
かを切り離す（両要素の間にどのようなファスナが設け
られていても、それらを取り外す）ことによって、モジ
ュラー陽極アセンブリ４２０をベース部分４１５から取
り外す。次に、モジュラー陽極アセンブリをベース部分
４１５から分離する。元のモジュラー陽極アセンブリを
ベース部分から取り外した動作を逆に辿ることによっ
て、交換モジュラー陽極アセンブリをベース部分に再取
付けする。次いで、磁束ストレートナーをベース部分４
１５に再取付けする。

【００３０】ファウンテンめっき装置４００内へ交換モ
ジュラー陽極アセンブリ４２０を挿入する前に、交換モ
ジュラー陽極アセンブリ４２０は液体（典型的には、電
解液）で満たした容器内に貯蔵しておくことが好まし
い。このようにすると、交換モジュラー陽極アセンブリ
４２０の構成要素は容器内に含まれる流体で飽和され、
容器内に挿入される前に元々モジュラー陽極アセンブリ
４２０内に含まれていたガスが流体に置換されて除去さ
れるようになる。ファウンテンめっき装置４００内にガ
スが存在すると電解液の流れが分裂され、電気めっきの
品質が劣化する恐れがある。

【００３１】以上の説明では、フィードスルー４２３に
よってモジュラー陽極アセンブリ４２０をベース部分４
１５に対して支持するとしたが、モジュラー陽極アセン
ブリをベース部分４１５に対して、または電解液セル１
２の他のセグメントに対して支持する他の如何なる型の
支持体を設けることもできる。モジュラー陽極アセンブ
リ４１０を電解液セル１２に対して維持するためには、
如何なる型の確保デバイスをも使用することができる。
例えば、モジュラー陽極アセンブリはフィードスルーを
介してベース部分４１５に取付け、または固定すること
ができる。代替として、モジュラー陽極アセンブリ４１
０は、電解液セル内にボルト締めすることができる。図
４の実施の形態のモジュラー陽極アセンブリ４１０を電
解液セル１２に対して取り外し可能なように取付ける如
何なる公知システム（例えば、ねじ、ウェッジ、ねじ・
ロック、スリップロック等）も、モジュラー陽極アセン
ブリのための確保デバイスの意図した範囲内にある。

【００３２】有孔陽極４２０内に形成されている孔４１
２は、図５及び６に示すように規則的に離間し、実際的
には密に離間していて、電解液供給ライン８２から上側
チャンバ４２２までの電解液の流れがほぼ均一になるよ
うにしている。これにより、めっき表面１５に衝突する
電解液は、陰極・基板４８の水平断面全体にほぼ均一な
垂直流を有するようになる。このほぼ均一な流れは、帯
電したシード層を含むめっき表面１５に金属層（図示し
てない）を生成させ、各金属層をほぼ均一な厚みにする
ことにとって重要である。本発明の範囲内に留まりなが
ら、有孔陽極４２０内に１つのような少ない孔４１２を
形成できることも構想している。しかしながら、安定
な、且つ実質的に均一な層流を維持するためには、有孔
陽極内に設ける孔の数が少なければ、通常は個々の孔の
直径を大きくする必要がある。もし数個の孔だけが存在
するのであれば、陰極・基板４８へ均一な流れを供給す
るために、典型的には、モジュラー陽極アセンブリ４１
０の下流に（即ち、有孔陽極と基板との間に）セラミッ
クディフューザ（図示してないが、当分野において公知
である）を配置することが大きく要望される。これらの
ディフューザは、層流を維持する効果を有している。

【００３３】不透過性ケーシング４１４は、電解液入口
ポート８０から流入する電解液が、有孔陽極４２２の
底、側、または孔に直接衝突しないように制限する。し
かしながら、図４に示すように、電解液が上方から有孔
電極４２０へ通過することを制限するようには設計され
ていない。磁束ストレートナー４１６の周縁部分４２４
は、図４に示すように、有孔陽極４２０の裏側の上まで
垂直に伸びている。

【００３４】親水性膜４６０は、有孔陽極４２２の上ま
で部分的に伸び、有孔陽極４２２に固定されている。親
水性膜４６０は、反応空間４６４と、有孔陽極４２０と
磁束ストレートナー４１６との間に限定されている容積
との間を通る電解液を濾過する。各煙突部分４１２の上
に配置されている親水性膜４６０の部分にはレセスが切
られており、それによって電解液が各煙突部分を通って
自由に垂直に流れ得るようにしてある（垂直流は、親水
性膜を通過しなければならないことによって制限される
ことがない）。このように煙突上の親水性膜を除去した
ことにより、親水膜にまたがって生成される流体圧力降
下が制限される。反応物空間４６４が、有孔陽極４２０
の上面４６２、不透過性ケーシング、及び親水性膜４６
０の間に限定されている。反応物空間４６４は比較的静
的な流体を含み、電解液と有孔陽極の材料との間の反応
を改善する。上側チャンバ４２２内に含まれる電解液
は、親水性膜４６０を横切ることによって反応物空間４
６４内へ逆流し、有孔陽極４２０の上面４６２から陰極
・基板４４８のめっき表面５０まで伸びる電解液連続体
を発生することができる。

【００３５】反応物空間４６４内の流体の流れはほぼ澱
んでいて、有孔陽極４２０に及ぼす電解液の流体力学的
効果を改善する（流体力学的効果は、乱流の下では減少
する）。この電解液連続体は、有孔陽極４２０によって
生成されるイオンを、親水性膜４６０を横切って陰極・
基板４４８（より詳しく言えば、電源４４２が印加され
ている時のめっき表面５０上に含まれているシード層）
へ向かう電解液内へ拡散させることができる。金属イオ
ンは電解液内へ、及び反応物空間４６４内へ挿入され、
親水性膜４６０を横切るから、煙突部分４１２を直接通
過する電解液と、反応物空間４６４から親水性膜を通っ
て走行する電解液との間のイオン濃度には僅かな非均一
性が存在する可能性がある（後者の電解液が有孔陽極と
直接的に相互作用する機会を有しているので）。反応物
空間４６４内に含まれる電解液のほぼ澱んだ流体特性
は、反応物空間内に含まれる陽極スラッジが圧力降下の
影響の下に親水性膜を強制的に横切らされる傾向を制限
する。有孔陽極から通過する電解液内の金属イオン濃度
の非均一性を制限するためには、煙突部分４１２と煙突
部分の直径（共に、変化する金属イオン濃度間の垂直次
元を制限する傾向がある）との間の距離を短くすべきで
ある。これらの条件の下では、モジュラー陽極アセンブ
リの直上の電解液の水平断面を横切るイオン濃度の不規
則性は、電解液内の金属イオンの拡散と、電解液容器内
に含まれる電解液内の僅かな横方向電流とによって、電
解液が基板のめっき表面に垂直に走行する際に等化され
る。

【００３６】不透過性ケーシング４１４は、図４の有孔
陽極４１０内の孔内に伸びる煙突部分４１６を有し、有
孔陽極が電解液入口ポート８２から流入する電解液と直
接接触しないように保護している。電解液チャンバ１２
を通るこの電解液の流れは、典型的には0.5乃至15ガロ
ン／分の流量で発生する。この速度で注入される電解液
は、もし電解液を有孔陽極に直接衝突させれば、有孔陽
極４１０の材料を退化させる恐れがある。どの有孔陽極
も電解液内へ犠牲にされることにより最終的には退化す
るのであるが、有孔陽極４１０の表面に電解液の流れが
直接当たると（特に、高速度で）退化はかなり増加す
る。更に、高速で流れる電解液を有孔陽極４１０の表面
に当てると、電気めっきのための適切な化学平衡を維持
するのに必要な電解液内に含まれる有機添加物が（酸化
によって）枯渇するようになる。

【００３７】図４の有孔陽極と電解液との反応は、電解
液セル１２内の電解液の流れの方向を観察すると理解し
易い。入口ポート８０を通して電解液チャンバ１２へ流
入する電解液は、全体的には矢印４７０で示す方向に流
れる。電解液を有孔陽極に接触させるためには、有孔陽
極を横切った後の電解液を矢印４７２で示す方向に流さ
なければならない。従って、有孔陽極と接触するどの流
体も反応物空間４６４内へ入らなければならず、そのた
めにはこの流体を、矢印４７０で示す電解液セル内の電
解液の全体的な流れの方向とは実質的に逆である方向に
走行させる必要がある。図４に示す不透過性ケーシング
４１４は、親水性膜４６０によってカバーされている開
口を有しており、反応物空間へ流入するどの電解液も、
矢印４７０で示される方向に反応物空間４６４内へ走行
する場合には１回は親水性膜を横切らなければならず、
また矢印４７２で示される方向に反応物空間４６４を退
去する場合には再度親水性膜を横切らなければならな
い。一般的な電解液の流れが陽極４２０に直接衝突する
のを制限するような如何なる不透過性ケーシング４１４
も、本発明の範囲内にあることを理解されたい。

【００３８】図４の実施の形態の不透過性ケーシング４
１４は、電解液供給ライン８２からの電解液が有孔陽極
４２０の表面に直接衝突することを制限する。電解液に
直接曝される唯一の有孔陽極の表面は、有孔電極４２０
の電解液供給ライン８２とは反対の側である。有孔陽極
と接触する電解液は全て、先に上側チャンバ４２２内へ
上向きの方向に通過し、次いで親水性膜４６０を横切っ
た後に反応物空間４６４内へ逆流した電解液を含む。有
孔陽極４２０の上面４６２によって限定されている反応
物空間４６４は、電解液をほぼ静止に維持するように構
成されている。反応物空間４６４内のこの静止電解液
は、陽極の不規則形状の浸食を最小にしながら、有孔陽
極４２０からのイオンの拡散を可能にすることが望まし
い。反応物空間内に含まれる電解液の静的状態は、電解
液内の有機添加物の枯渇をも制限する。電解液内の有機
添加物のレベルを維持することは、基板４４８のめっき
表面５０上へイオンを適切に堆積させることにとって重
要である。

【００３９】更に、図２に示す親水性膜２０４は、電解
液セル１２の全幅にわたって伸びている。図４の実施の
形態の親水性膜４６０には、煙突部分４１２の上に伸び
ていない部分が存在している。従って、電解液供給ライ
ン８２から供給される電解液の大きいパーセンテージ
は、親水性膜４６０を横切る必要なく、煙突部分４１２
を通過して上側チャンバ４２２内へ流入する。煙突部分
４１２を通過する電解液が親水性膜を横切らなくてもよ
いという事実は、親水性膜における関連圧力降下を制限
することになる。親水性膜４６０が電解液の流れを妨害
せず、また圧力降下を発生させないので、直径0.16μｍ
より大きいサイズの粒子を濾過することができる細かい
親水性膜を使用することができる。細かい親水性膜を使
用すると、親水性膜を横切ってモジュラー陽極アセンブ
リと陰極・基板４４８との間の電解液チャンバ１２内の
空間へ輸送される陽極スラッジ及び粒状物質の寸法及び
量が減少する。

【００４０】本発明の教示を組み込んだいろいろな実施
の形態を詳細に説明したが、当分野に精通していれば、
これらの教示を組み込んだ他の多くの変化した実施の形
態を容易に考案できよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】陽極及び陰極・基板を含む従来技術のファウン
テンめっき装置の一実施の形態の断面図である。

【図２】有孔陽極を含む本発明の一実施の形態の断面図
である。

【図３】図２の実施の形態に示す陽極の平面図である。

【図４】本発明の陽極アセンブリを含む代替ファウンテ
ンめっき装置の一実施の形態の断面図である。

【図５】図４の５−５矢視断面図であって、図４の陽極
アセンブリを示す図である。

【図６】図４の６−６矢視断面図であって、図４の陽極
アセンブリを示す図である。

【符号の説明】

９ チャンネル １０ ファウンテンめっき装置 １１ 内部空洞 １２ 電解液セル １３ トップ開口 １４ 基板支持体 １５ 基板のめっき表面 １６ 陽極 ２０ 支持体マウント ４２ 電源 ４８ 基板 ５６ コンタクト ７９ セルの上側部分 ８０ 電解液入口ポート ８２ 電解液供給ライン ８３ リップ ８５ ドレン ８６ 電解液出口ポート ８７ 再生要素 ８８ 電解液戻りライン ８９ 親水性膜 ２００ ファウンテンめっき装置 ２０２ 有孔陽極 ２０４ 親水性膜 ２０６ 孔 ２１０ 上側チャンバ ２１２ フラッシュポート ２１４ シール ４００ めっき装置 ４１０ モジュラー陽極アセンブリ ４１２ 孔 ４１４ 不透過性ケーシング ４１５ ベース部分 ４１６ 磁束ストレートナー ４２０ 有孔電極 ４２２ 上側部分 ４２３ フィードスルー ４２４ 周縁部分 ４４２ 電源 ４４８ 陰極・基板 ４６０ 親水性膜 ４６２ 有孔陽極の上面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 21/10 ３０１ Ｃ２５Ｄ 21/10 ３０１ Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｅ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 堆積セル内で使用するための装置であっ
   て、 複数の孔を有する有孔陽極を備え、上記複数の孔は、上
   記複数の孔を通過する液体に実質的に均一な拡散した流
   れを与えるような形態に配列されている、ことを特徴と
   する装置。
2. 【請求項２】 上記堆積セル内の上記有孔陽極上に位置
   決めされている基板を更に備え、上記基板及び上記有孔
   陽極が上記堆積セル内に位置決めされた時に上記基板の
   下面は、上記有孔陽極とほぼ平行に伸びることを特徴と
   する請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 上記有孔陽極と上記基板との間に配置さ
   れている膜を更に備えていることを特徴とする請求項２
   に記載の装置。
4. 【請求項４】 上記膜は、上記有孔陽極から浸食された
   粒子を濾過するようになっていることを特徴とする請求
   項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 上記膜は、親水性であることを特徴とす
   る請求項３に記載の装置。
6. 【請求項６】 ケーシングを更に備え、上記膜は上記ケ
   ーシングに取付けられており、上記膜は上記ケーシング
   と組合って上記有孔陽極を囲んでいることを特徴とする
   請求項４に記載の装置。
7. 【請求項７】 上記有孔陽極、上記ケーシング、及び上
   記膜を含むモジュラー陽極アセンブリを更に備えている
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 上記モジュラー陽極アセンブリは、上記
   金属堆積セル内に取り外し可能なように配置することが
   できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 陽極下面及び有孔陽極内に形成されてい
   る各孔に接して伸びるケーシングを更に備え、上記陽極
   ケーシングは電解液が上記陽極下面及び上記孔表面に直
   接流れるのを制限するように構成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の装置。
10. 【請求項１０】 上記有孔陽極は、上記堆積セルの全幅
    にわたって伸びていることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
11. 【請求項１１】 裏側、めっき表面、及び上記めっき表
    面から上記裏側まで伸びている少なくとも１つの孔を有
    する有孔陽極と、 上記めっき表面及び上記少なくとも１つの各孔に接して
    伸びている陽極ケーシングと、を備えていることを特徴
    とする装置。
12. 【請求項１２】 上記裏側に接して配置されている膜を
    更に備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 上記膜は、上記孔内には配置されてい
    ないことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 上記膜は、上記陽極から浸食された粒
    子を濾過するようになっていることを特徴とする請求項
    １２に記載の装置。
15. 【請求項１５】 上記膜は、親水性であることを特徴と
    する請求項１２に記載の装置。
16. 【請求項１６】 上記有孔陽極は周縁側面を更に備え、
    上記陽極ケーシングは上記周縁側面に接して配置されて
    いることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
17. 【請求項１７】 上記有孔陽極及び上記陽極ケーシング
    は、モジュラーユニットとして形成されていることを特
    徴とする請求項１１に記載の装置。
18. 【請求項１８】 上記有孔陽極は、複数の孔を有してい
    ることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
19. 【請求項１９】 上記陽極ケーシングは、上記電解液が
    上記陽極と接触して基板へ向かって導かれることを制限
    する電解液に対するシールドとして構成されていること
    を特徴とする請求項１１に記載の装置。
20. 【請求項２０】 堆積セル内に位置決めされている陰極
    の少なくとも一部分上に材料を堆積させるための方法で
    あって、 上記堆積セル内に陽極を位置決めするステップと、 上記陽極が、上記陰極の方向である第１の方向に走行す
    るどのような電解液とも接触しないようにシールドする
    ステップと、を含むことを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 上記電解液は、上記陽極に接触する第
    ２の方向へ走行しなければならず、上記第１の方向は上
    記第２の方向とは実質的に逆であることを特徴とする請
    求項２０に記載の方法。
22. 【請求項２２】 上記陽極は、有孔陽極を含むことを特
    徴とする請求項２０に記載の方法。