JP2003253496A

JP2003253496A - 電気めっき治具および電気めっき方法

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Publication number: JP2003253496A
Application number: JP2002049372A
Authority: JP
Inventors: Riichi Okubo; 利一大久保; Kazuo Kondo; 和夫近藤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】液流動の邪魔になる複雑な機構は用いず、設備
投資額を少なくして、遮蔽板を用いるよりも一段と優れ
た膜厚の均一性が得られる電気めっき治具および電気め
っき方法を提供する。【解決手段】シート状、または、円盤状の基板表面上へ
電気めっきを行う時に、基板の周辺部に設置する金属製
の電気めっき治具であって、治具表面が部分的に電気的
絶縁物であり、好ましくは基板と接する部分から連続し
て少なくとも治具表面が電気的絶縁物であり、絶縁の程
度によって基板表面上のめっき膜厚を均一化することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面の電気め
っき治具及びそれを用いた電気めっき方法に関し、特に
基板表面のめっき膜厚を均一化するための電気めっき治
具及びそれを用いた電気めっき方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化により、使用されるプ
リント基板の配線の高密度化が急速に進められている。
高密度プリント基板では、微細な配線が形成されるが、
最近では、その微細配線がライン幅（Ｌ）／ライン間隔
（Ｓ）＝５０／５０（μｍ）以下といったものも要求さ
れるようになってきた。この微細配線は、基板表面の銅
箔などの金属層上に、回路パターンを描いたレジストを
形成し、化学エッチングして形成するのが最も一般的で
ある。

【０００３】また、半導体分野では、サブミクロンのサ
イズのビア，トレンチを加工したシリコンウェハー上に
電気銅めっきを行い、それをＣＭＰ（ケミカルメカニカ
ルポリッシング）によって研磨することで、銅配線回路
を形成する工程も一般化しつつある。

【０００４】化学エッチングは、金属とエッチング液の
接触によりその界面で起こる反応であり、金属層の表面
から深部に進行する。従って、表面に近い部位の方が、
エッチング液に接触する時間が長くなるため、エッチン
グされた回路の形状は、裾を引いた台形または山型にな
る。このため、エッチングでは、金属層の膜厚に対し、
適当な条件を選定しなければならない。エッチング過多
の場合は、表面部のエッチングが進行しすぎて、ライン
幅の細りが起こり、エッチング不足の場合は、底部でラ
イン間隔が不足、ひどい場合には、ラインの短絡という
ことが起こりうる。

【０００５】最近の高密度配線基板は多層化しており、
その層間の接続のために電気銅めっきが行われる。この
めっき層は基板表面にも析出するため、前述の微細配線
は、このめっき層もエッチングして形成されなければな
らない。ところが、従来のめっき層の膜厚には、大きな
ばらつきがあるため、エッチング条件を平均膜厚に合わ
せたとしても、場所により、エッチングの過多、不足と
なる部分が生じていた。これまでの、ライン幅，ライン
間隔の大きな回路パターンでは顕著な問題にはならなか
ったが、最近の微細回路パターンでは、このめっき膜厚
のばらつきによる影響が極めて顕著になってきた。

【０００６】基板表面の電気銅めっき膜厚を均一化する
多くの試みが、これまでに行われてきた。電気めっきに
おける膜厚均一化は、被めっき電極であるカソード表面
での電流密度分布を均一化することに他ならない。電流
密度は、一般的に被めっき電極の周辺部で高く、中央部
で低くなるため、めっき槽内の構造を工夫することによ
って、この電流密度の分布を改善し、均一化を図ること
が行われている。めっき槽内の工夫として、遮蔽板の設
置と、めっき設備の機構が挙げられる。例えば、特開平
８−１００２９２号公報では、アノ−ド電極を上部、カ
ソ−ド電極を下部に水平対向させ、被めっき物の形状に
応じた開口面積と開口形状を有する膜厚修正板をアノ−
ドとカソ−ド間に設置し、電気めっきの際アノ−ド電極
及びカソ−ド電極間を流れる電流は全て膜厚修正板の開
口部を経由し、かつカソ−ド付近をスキ−ジによつて撹
拌しながらめっきを行っている。また、特許第３０６５
９７０号では、シ−ト状短冊製品をめっき処理液中に搬
送させながら電気めっきするのに際して、電流が過度に
集中してしまうシ−ト状短冊製品の両側端部と下端部に
対しても他のシ−ト面と均等な電流が分布されるよう
に、シ−ト状短冊製品の横向き間隔を電流が過度に集中
されない狭い間隙幅となるように設備機構上の工夫を行
っている。

【０００７】しかし、遮蔽板による電流密度分布制御に
は次のような問題がある。・被めっき物である基板の大きさにより、異なる形状の
ものを用意しなければならない。・アノード／カソード間に設置するため、めっき面に対
する液流動を妨害する。または、液流動系（ノズル，配
管等）の設置を制限する。また、設備機構上の工夫につ
いては、複雑な機械設計を必要とし、また、新規の設備
導入時には考慮することができても、既存の設備を使用
しながらめっき膜厚の均一化を行わねばならない場合に
は対応できない。

【０００８】半導体分野で行われる銅配線形成において
も、銅めっき層の膜厚は重要な影響因子であり、膜厚の
不均一が、ＣＭＰ工程における研磨量の不均一を招き、
配線の欠陥につながることがある。この分野において
も、電流密度分布のコントロールは、主に遮蔽板が用い
られているが、膜厚均一性は十分ではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な、液流動の邪魔になる複雑な機構は用いず、設備投資
額を少なくして、遮蔽板を用いるよりも一段と優れた膜
厚の均一性が得られる電気めっき治具および電気めっき
方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題に鑑
みなされたものであり、本発明の請求項１の発明は、シ
ート状、または、円盤状の基板表面上へ電気めっきを行
う時に、基板の周辺部に設置する金属製の電気めっき治
具であって、治具表面が部分的に電気的絶縁物であり、
絶縁の程度によって基板表面上のめっき膜厚を均一化す
ることを特徴とする電気めっき治具としたものである。

【００１１】本発明の請求項２の発明は、シート状、ま
たは、円盤状の基板表面上へ電気めっきを行う時に、基
板の周辺部に設置する金属製の電気めっき治具であっ
て、基板と接する部分から連続して少なくとも治具表面
が電気的絶縁物であり、絶縁物の連続長の程度によって
基板表面上のめっき膜厚を均一化することを特徴とする
電気めっき治具としたものである。

【００１２】本発明の請求項３の発明は、シート状、ま
たは、円盤状の基板表面上への電気めっき方法におい
て、基板の周辺部に金属製の電気めっき治具を設置し、
この電気めっき治具が、治具表面が部分的に電気的絶縁
物であり、絶縁の程度を調整することにより基板表面上
のめっき膜厚を均一化することを特徴とする電気めっき
方法としたものである。

【００１３】本発明の請求項４の発明は、シート状、ま
たは、円盤状の基板表面上への電気めっき方法におい
て、基板の周辺部に金属製の電気めっき治具を設置し、
この電気めっき治具が、基板と接する部分から連続して
少なくとも治具表面が電気的絶縁物であり、絶縁物の連
続長の程度を調整することにより基板表面上のめっき膜
厚を均一化することを特徴とする電気めっき方法とした
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の電気めっき治具では、シ
ート状、または、円盤状の基板表面上へ電気めっきを行
う時に、基板の周辺部に設置する金属製の電気めっき治
具であって、治具表面が部分的に電気的絶縁物であり、
好ましくは基板と接する部分から連続して少なくとも治
具表面が電気的絶縁物であり、絶縁の程度によって基板
表面上のめっき膜厚を均一化する。すなわち、本発明の
治具はこのような構造であるから、電気めっきを行うと
きに、電気めっき治具の絶縁物で覆われていない治具の
外周部分に電流集中が起り、基板表面上でめっき膜厚を
均一化出来る。

【００１５】本発明の実施の形態例の電気めっき治具で
は、該当するシート状または円盤状の基板の周辺に、金
属製の電気めっき治具を差し込み填めて設置する。そし
てその結果、その治具の基板を填めている部分は、基板
表面に対して凸であり、その凸部の表面が差し込み口
（基板固定部の入り口）から部分的に電気的絶縁物で覆
われており、部分的絶縁の程度によって基板表面上のめ
っき膜厚を均一化する。この具体的な説明図を図１に示
す。図１は本発明の実施の形態例の電気めっき治具を基
板に設置した状態を示す説明図であり、図（ａ）は平面
で示した説明図、図（ｂ）は断面で示した説明図、図
（ｃ）は図（ｂ）のめっき治具部分を拡大した説明図で
ある。

【００１６】部分的絶縁部３は、金属であるめっき治具
２の基板１の差し込み口（基板固定部の入り口４）から
表面の一部を樹脂、塗料，セラミックスなどの絶縁材料
で覆い、不導体化するものである。これは、被めっき材
である基板１上の電流分布を適切にめっき治具２上に振
り分けるといった効果がある。めっき治具２が設置され
ていない場合には、基板１の端部に電流分布が集中し、
この部分のめっき膜厚が中央部より増大する。一方、基
板１表面に対して凸のめっき治具２を設置すると、凸部
に電流集中するため、めっき治具２に接する基板１上の
部分の膜厚は、むしろ中央部より低下する。そこで、こ
の電流集中度をめっき治具２上の部分的絶縁の程度で調
整することにより、著しい膜厚の均一化が達成できる。

【００１７】めっき治具２表面上の部分的絶縁の仕方
は、特に限定されないが、基板１に接するめっき治具２
の端面５（基板固定部の入り口４の周囲の、基板１に対
して垂直の面）と、それに連続して表面上の部分６を絶
縁することが効果的である。この絶縁法の場合、電流密
度の集中は、めっき治具２表面の絶縁物で覆われていな
い端部に起こり、基板１上では中央部と同様の電流密度
となる。

【００１８】めっき治具には、基板の保持、固定の役割
もあり、特に、昨今では、基板の厚さが薄くなってきて
いるため、めっき治具の有効性は高まっている。半導体
ウェハーの電気めっきに関しても、ウェハー周辺部にめ
っき治具を設置することにより、基板（ウェハー）表面
でのめっき膜厚を均一化できる。半導体ウェハーは一般
的に一部分欠けた円盤状であるので、周辺に取り付ける
めっき治具も、その形状に合わせて円形状になる。この
場合は、一般的に片面のみのめっきとなるため、半導体
ウェハーをベースの基板上に載せ、周辺部を円形の治具
でベース基板上に固定することになる。

【００１９】めっき治具の大きさは、被めっき材である
基板を保持，固定する大きさであればよく、特に限定さ
れない。めっき治具の幅や厚さ、および、材料も基板を
保持，固定する目的を優先して設計すればよい。めっき
治具の幅は、基板を保持，固定するための掴みしろ（差
し込み填める部分）に加え、めっきの電流集中を起こさ
せる部分を設け、一般的に１０〜１００ｍｍが適当であ
る。めっき治具の基板表面からの凸の量は、一般的に１
〜２５ｍｍが適当である。材料は、むしろ、めっき液に
よって限定されるが、一般的には、ステンレス，チタ
ン，銅，および、これらの複合材が適当である。なお、
本発明に関して使用される電気めっき液，電気めっき槽
構造も特に限定されない。

【００２０】本発明の他の実施の形態例を示す。図４は
他の実施形態例の電気めっき治具を、基板に設置した状
態を断面で示した説明図である。図４（ａ）では、基板
２１に設置した治具２２の一部分が、基板２１と接する
部分から連続して絶縁物２３であり、この絶縁物２３に
接して金属部分２４が構成されている。この絶縁物２３
の長さを調整してめっき厚を均一化する。この場合、構
造が簡単であるため、既存の治具に棒、又は線状のマス
キング材を取り付けることで、安価に改造できる。図４
（ｂ）では、図４（ａ）で絶縁物の一部分（絶縁物下
の、基板と治具との一部接触部２５）を金属部分で構成
したものである。これによって、絶縁部分の機械的強度
を強めたり、電気的接触抵抗を減じる等の利点がある。

【００２１】また、基板に設置する方法として、金属製
のクリップなどのような少なくとも一部分に弾性力を持
たせ、基板を挟む構成にしても良い。この場合にも基板
と接する部分から連続して治具表面を電気的絶縁物で覆
うか、上記の例のように接する部分から部分的に絶縁物
で構成しても良い。これによって治具の設置が容易とな
る。

【００２２】本発明は、以上のような構成の電気めっき
治具および電気めっき方法であるから、従来のような遮
蔽板や設備機構とは異なり、液流動の邪魔にならず、ま
た、複雑な機構は用いない。そのため、設備投資額を少
なくして十分なめっき膜厚の均一化の効果が得られる。
また、液流動の妨げにならないため、めっき反応に対し
て、イオンや添加剤の拡散効果が強く影響している場合
には、遮蔽板よりも一段と優れた膜厚の均一性が得られ
る。

【００２３】

【実施例】図２のめっき装置を用いてめっき試験を行
い、基板上のめっき膜厚分布を調べた。図２は本発明の
実施例の電気めっき治具を用いてめっきを行うための、
めっき装置を平面で示した説明図である。ただし図で
は、説明のため基板をめっき装置に設置してある。使用
した基板のサイズは以下の通りである。基板サイズ５００ｍｍ×３３０ｍｍ厚さ０．３ｍｍこの基板には、両面に無電解銅めっき（膜厚０．５μ
ｍ）が施されており、その上に電気銅めっきを行った。
電気銅めっきは以下の組成の硫酸銅めっき液を用いた。硫酸銅５水塩２００ｇ／Ｌ硫酸１００ｇ／
Ｌ，添加剤カパグリームＳＴ−９０１Ｃ５ｍＬ／Ｌめっき条件は、次の通りである。電流密度２．５Ａ／ｄｍ²，狙い膜厚２０μｍ（時
間３６分）温度２３℃

【００２４】めっき装置は、図２のように、めっき槽１
４の一対の辺の内側にアノード（電極）１０を設け（直
方体の上下部は図示していない）、両辺の内側に設けた
アノード１０の中間部にカソード（基板）１１を配置す
るようにした。アノード１０とカソード１１の間にノズ
ル１３を備えた液噴出用配管１２を設け、ノズル１３よ
り液流を基板１１表面に噴出する構造にし、その噴出用
配管１２の電流遮蔽の影響をなくすため、基板１１は、
左右にロッキング（揺動）した。

【００２５】ここでは、基板に対し、めっき治具を設置
し、膜厚均一化の効果を調べた。条件は、次の通りであ
る。めっき治具無し。めっき治具を設置し、マスクは無し。めっき治具を設置し、部分マスクをした。では、幅２５ｍｍ，厚さ５ｍｍのステンレス製のめっ
き治具を基板四辺の周辺部に対し、両面に取り付けて、
基板を固定した。基板の挟みしろは５ｍｍとした。この
治具の上部にあるハンガーを、めっき槽上のブスバーに
懸垂し、給電した。では、と同じめっき治具に対
し、ポリプロピレン樹脂で部分的マスクを行った。マス
クした箇所は、基板との接触部側の端面（５ｍｍ幅）
と、そこから、連続的に治具表面部の７ｍｍ幅の部分で
ある。

【００２６】上記の条件で、めっき試験を行い、めっき
膜厚を微小抵抗式膜厚計で測定した。試験結果を図３に
示す。図３は、めっき膜厚を、基板の位置に対応して示
したグラフである。これをめっき治具無し、めっ
き治具を設置し、マスクは無し、めっき治具を設置
し、部分マスクをした条件毎に示した。このように、部
分的絶縁を行った電気めっき治具を用いたの条件で
は、著しく均一な膜厚が得られた。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、部分的絶縁を施した電気めっ
き治具を使用することにより、液流動の邪魔になる複雑
な機構は用いず、設備投資額を少なくして、遮蔽板を用
いるよりも一段と優れた電気めっきの膜厚の均一性が得
られる電気めっき治具および電気めっき方法とすること
ができる。これにより、例えば、プリント基板の電気銅
めっきに適用した場合、Ｌ／Ｓ＝５０／５０（μｍ）以
下の微小回路パターンをエッチングで形成することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例の電気めっき治具を、基
板に設置した状態を示す説明図

【図２】本発明の実施例の電気めっき治具を用いてめっ
きを行うための、めっき槽を平面で示した説明図

【図３】本発明の実施例のめっき膜厚を、基板の位置に
対応して示したグラフ

【図４】本発明の他の実施の形態例の電気めっき治具
を、基板に設置した状態の一部分を断面で示す説明図

【符号の説明】

１・・・・基板２・・・・めっき治具３・・・・部分的絶縁部４・・・・基板固定部入り口５・・・・基板に接するめっき治具の端面６・・・・絶縁物で覆われためっき治具の表面上の部分１０・・・・アノード１１・・・・カソード（基板）１２・・・・液噴出用配管１３・・・・ノズル１４・・・・めっき槽２１・・・・基板２２・・・・治具２３・・・・絶縁物２４・・・・金属部分２５・・・・基板と治具との一部接触部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状、または、円盤状の基板表面上へ
電気めっきを行う時に、基板の周辺部に設置する金属製
の電気めっき治具であって、治具表面が部分的に電気的
絶縁物であり、絶縁の程度によって基板表面上のめっき
膜厚を均一化することを特徴とする電気めっき治具。
【請求項２】シート状、または、円盤状の基板表面上へ
電気めっきを行う時に、基板の周辺部に設置する金属製
の電気めっき治具であって、基板と接する部分から連続
して少なくとも治具表面が電気的絶縁物であり、絶縁物
の連続長の程度によって基板表面上のめっき膜厚を均一
化することを特徴とする電気めっき治具。
【請求項３】シート状、または、円盤状の基板表面上へ
の電気めっき方法において、基板の周辺部に金属製の電
気めっき治具を設置し、この電気めっき治具が、治具表
面が部分的に電気的絶縁物であり、絶縁の程度を調整す
ることにより基板表面上のめっき膜厚を均一化すること
を特徴とする電気めっき方法。
【請求項４】シート状、または、円盤状の基板表面上へ
の電気めっき方法において、基板の周辺部に金属製の電
気めっき治具を設置し、この電気めっき治具が、基板と
接する部分から連続して少なくとも治具表面が電気的絶
縁物であり、絶縁物の連続長の程度を調整することによ
り基板表面上のめっき膜厚を均一化することを特徴とす
る電気めっき方法。