JP2003342796A - 電解メッキの方法およびこれを用いた電解メッキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の段差を埋めるメッキで所望のメッ
キ厚さの終点判定する機能を付加した電解メッキの方法
を提供する。 【解決手段】 段差の窪みを埋める電解メッキではメ
ッキ面積は全面でなく、この面積比を利用してメッキの
厚さが段差の上面に設けた終点検出用金属層に達して試
料の全面積にメッキされることを検出する方法によりメ
ッキ厚みの制御をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板、ガラス
基板および樹脂基板などに電解メッキをする方法および
これを用いたメッキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解メッキ技術は古くからメタルの薄板
やパターン部を基板の表面に形成する技術として使われ
てきているが、最近のメッキ技術が高精度化され半導体
デバイスの配線や実装およびＭＥＭＳ（Micro ElectroM
echanical Systems）デバイスを形成するために、主要
な製造技術になっている。特にＭＥＭＳでは、ＬＩＧＡ
と呼ばれる方法で電解メッキが使われ、高精細メタルパ
ターン基板が形成され、また、ガラス基板の表・裏面を
貫通する孔に電解メッキでメタルを埋める方法が使わ
れ、微細寸法を持つフィードスルー基板が形成されてい
る。これら、いずれのメッキでもメッキの厚さを制御し
て、微細な寸法パターンを形成できる高度な電解メッキ
技術が要求されている。

【０００３】従来のＭＥＭＳにおけるメッキ技術では、
メッキされたメタルの厚みは電流密度と時間の積の検量
線から概算したり、メッキ作業を中断して測定したりす
ることによって厚みを制御してきたが、前者では、メッ
キされる面積の誤差が大きいので厚みの誤差も大きい、
また後者では、生産性が悪く低コスト化に問題があっ
た。また、メッキされる試料が大口径、大面積になるほ
ど、試料の面内でメッキ厚さのばらつきが大きくなる問
題があった。大口径のフィードスルーガラス基板を安価
に提供できると、このガラス基板とＳｉ基板を陽極接合
して、ウエーハプロセスパッケージングで気密封止した
素子がウエーハ上に大量に製作できるのでMＥＭＳの分
野ではこれが重要な要素技術の一つになってきている。

【０００４】従来ではウエーハプロセスで素子を大量に
作り、個々に分割した素子をパッケージ単体に組み立て
て完成品としている工程を、ウエーハプロセスでパッケ
ージングまでしたあと、これを分割すると、パッケージ
付き素子が完成できるので、大幅な低コスト化と素子の
小型化ができる特徴がある。このように、ウエーハプロ
セスパッケージング技術の実用化により、フィードスル
ー付き基板の需要が急増している。フィードスルー付き
ガラス基板は通常、フィードスルーの電気抵抗を小さく
するため、貫通孔に銅や金などのメタルを電解メッキで
埋め込んだ構造が使われ、耐熱性が３５０℃以上あり、
気密性が高く、長期安定性が優れた特性を有する。

【０００５】フィードスルー付きガラス基板の従来の製
造で使われてきた電解メッキ基板の構造側断面図を図５
に示す。これは、電解メッキ用金属層８を陰極として下
部からメッキしてガラス基板１の貫通孔にフィードスル
ー用埋め込み金属４で貫通孔を埋めてゆく方法で形成さ
れる。電解メッキによるメタル埋め込み量が不足すると
導通不良や電気抵抗が高くなる不良が発生するため、従
来の方法ではメッキメタルがガラス表面（上面）から盛
り上がるよう、オーバーメッキをしていた。しかし、こ
のガラス表面には配線パターン形成や陽極接合をする工
程があり、このガラス表面にあるメタルの突起物は好ま
しくなく、これをＣＭＰ（Chemical Mechanical Poli
shing）により鏡面仕上げして平坦なガラス平面にする
必要があり、このため従来は研磨作業に時間がかかりす
ぎる問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、電解メッ
キのメッキ厚さが所望の厚さとなる終点（上面）判定の
機能を付加した電解メッキの方法を提供することであ
る。また、大口径、大面積の試料のメッキ厚さの面内分
布を均一にする方法を提供し、この方式を用いた電解メ
ッキ装置を提供することである。上記、課題を解決する
ことによって、特性が揃った部品を大量に生産し、部品
や素子の低コスト化に寄与することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電解メッキで
段差の窪みの部分に金属を埋め込む場合に、試料の全面
積に対してメッキされる面積は必ず少なく、この面積比
を利用して、メッキの厚さが段差の上面に設けた終点
（上面）検出用金属層に達して試料の全面積にメッキさ
れることを使って、メッキの終点（上面）検出をするこ
とを基本としている。このような方法によれば、段差の
高さを試料面内で精密に制御することが可能になり、精
密な厚さ精度のメッキ部品が形成、供給できることが本
発明の特徴である。

【０００８】基板に形成した段差の下部面から電解メッ
キで金属を埋める電解メッキ法において、段差の上面部
に導電層を設け、これを終点（上面）検出のセンサに用
いることを特徴とする電解メッキの方法を提供する。

【０００９】基板に形成した段差は基板を貫通する孔ま
たは溝で、段差の下部面から電解メッキで金属を埋める
電解メッキ法において、基板の上面部に導電層を設け、
これを終点（上面）検出のセンサに用いることを特徴と
する電解メッキの方法を提供する。

【００１０】基板に形成した段差は、フォトレジスト、
樹脂、絶縁体材料によって形成され、段差の下部面から
電解メッキで金属を埋める電解メッキ法において、基板
の上面部に導電層を設け、これを終点（上面）検出のセ
ンサに用いることを特徴とする電解メッキの方法を提供
する。

【００１１】メッキ試料に電解メッキで金属を埋める方
法において、段差の上面に設けた導電層をメッキの終点
（上面）検出の手段に用いるよう電解メッキの装置を構
成する事を特徴とする電解メッキ装置を提供する。

【００１２】メッキ試料に電解メッキで金属を埋める方
法において、段差の上面に設けた導電層をメッキの終点
（上面）検出の手段に用い、メッキ試料の面内にわたっ
てメッキの厚さが均一に進行するよう制御機構を付加し
て電解メッキの装置を構成する事を特徴とする電解メッ
キ装置を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の１実施例で
ある電解メッキによるメッキ層厚さの終点検出法を、図
１と図２のガラス基板の構造側断面図および図３のメッ
キ中の抵抗値データ例で説明する。図１はアンダーメッ
キ、図２がオーバーメッキした時の形態例である。ガラ
ス基板１は保持基板５に接着層９により固定され、保持
基板５と犠牲層１００の上面にあるメッキ用金属層８が
メッキされる陰極になってメッキ堆積が進行する。ガラ
ス基板の貫通孔底部にある接着層９はメッキ前に除去さ
れこの領域だけのメッキ用金属層８が露出している。

【００１４】ガラス基板の上面にメッキ終点検出用金属
層２を有する構造が本発明の特徴であり、これが終点検
出のセンサの働きをすることを図３と図４によって説明
する。図３はメッキ通電における陽極・陰極間の抵抗値
変化を計測したデータ例である。また、図４は本発明に
用いた電界メッキ装置の概略構成図で、陽極・陰極間の
抵抗値をメッキ制御部３１と信号処理部３２でオンタイ
ムの計測をしながら電源部３３でメッキ条件（電流な
ど）を制御する機能が付加されていることが特徴であ
る。

【００１５】本発明によるメッキ終点検出は以下のよう
になされる。図３の特性曲線から、メッキの時間経過と
ともに陽極・陰極間の抵抗は序々に減少し、途中に抵抗
値が急減する領域（急峻変化領域）を経て、最小値に落
ち着くことがわかる。これはメッキされる陰極の有効面
積が増えることで説明でき、急峻変化領域ではガラス基
板の上面にあるメッキ終点検出用金属層２に複数個の貫
通孔に埋め込まれた金属が次々に接触して、メッキ面積
を増大させているためである。オーバーメッキではこの
抵抗が最小値になる。本発明ではこの状態をモニタする
ことによりメッキ作業の終点検出が可能であることがわ
かる。なお、図３のＡ点とＢ点が図１と図２で示した模
式図にそれぞれ対応している。また、抵抗値の急峻変化
領域が短時間であるほど、複数個の貫通孔に埋まるメッ
キの厚さが面内で均一に処理されていることである。実
際のメッキは直流とパルスメッキの組み合わせの条件で
行う。急峻変化領域の始まりを検出したら、周期的に電
流を反転させる制御をかけると、開口部の余剰なメッキ
金属は再溶解し、孔内の金属は再溶解が抑制されながら
埋め込みが進行し、面内を均一な厚さに充填することが
できるようになる。このように電流波形とメッキ装置の
構造を検討することによって大口径の基板にたいして厚
さの揃ったメッキ条件を持つ装置を提供することが可能
になる。

【００１６】（実施例２）本発明の別の実施例であるメ
ッキ装置の概略構成図を図６に示す。実施例１で示した
図４のメッキ装置と異なる点はメッキ槽２５中にメッキ
厚制御板２８を挿入し、メッキ条件制御部３５によって
これを移動できる機能を付加したことが特徴である。図
３で述べた抵抗値の急峻変化領域の時間巾がさらに最短
になるよう、制御板を制御する。この制御板は、メッキ
膜厚を均一化するよう実験的に決めた形状を有し、これ
をさらに可動する機構と併用して制御をかけ、メッキ厚
の面内均一化向上を図る。メッキ電流を制限する形状は
例えばスリットであって、これを試料面でスキャンして
ゆく方法で均一化を図る。

【００１７】（実施例３）本発明の他の実施例であるフ
ィードスルー付きガラス基板の製造方法を図７から図１
２で説明する。これには、実施例１で述べた一部の工程
を使っている。 図７：ガラス基板１の表面に終点検出用埋め込み金属層
２を形成する。 図８：これをエッチングのマスクとしてガラス基板１に
貫通孔７を形成する。この方法は、例えばＳＦ６ガスに
よるドライエッチングやレーザ支援ウエットエッチング
などがある。 図９：貫通孔に金属層を埋め込むメッキ基板１０の構成
とするために図８のガラス基板と、電解メッキ用金属層
８と犠牲層１００付き保持基板５を接着層９で接着し
て、酸素プラズマエッチにより、貫通孔底部の接着層９
を除去する。接着層９や犠牲層１００は溶媒で良く溶け
るフォトレジストや有機樹脂材が好ましい。 図１０：実施例１と２で述べた方法およびメッキ装置に
より銅の電解メッキで貫通孔にフィードスルー用埋め込
み金属層３を形成する。この厚さは終点検出用金属層２
に流れ出すメッキ電流によって抵抗が小さくなる検出法
によって決定されるので、均一化が可能になる。 図１１：メッキ終了のメッキ基板１０から犠牲層１００
を溶媒で溶かし、保持基板５をはずし、残った金属層８
や接着層９をリムーバで除去する。 図１２：最後に終点検出用金属層２をイオンミリングに
よりエッチングして、フィードスルー付きガラス基板が
出来上がる。

【００１８】本発明の製造方法によれば、終点検出機構
によってガラス面から余分に突出した金属が形成される
のを防げるので、従来必要であったＣＭＰ工程が省略で
きる特徴がある。これで生産性が著しく向上し低コスト
化できる効果が大きい。

【００１９】（実施例４）本発明の他の実施例であるフ
ィードスルー付きＳｉ基板の製造方法を図１３から図１
５で説明する。 図１３：Ｓｉ基板５１に貫通孔５７をドライエッチで形
成し、この周りに絶縁層であるＳｉＯ２膜５４を約２μ
ｍの厚さに被服し、最上部に終点検出用金属層５２を形
成する。このＳｉ基板と電解メッキ用金属層８と犠牲層
１００付き保持基板５を接着層９で接着して、酸素プラ
ズマエッチにより、貫通孔底部の接着層９を除去する。
接着層９や犠牲層１００は溶媒で良く溶けるフォトレジ
ストや有機樹脂材が好ましい。 図１４：実施例１と２で述べた方法およびメッキ装置に
より銅の電解メッキで貫通孔にフィードスルー用埋め込
み金属層５３を形成する。この厚さは終点検出用金属層
２に流れ出すメッキ電流によって抵抗が小さくなる検出
法によって決定されるので、均一化が可能になる。 図１５：メッキ終了のメッキ基板から犠牲層１００を溶
媒で溶かし、保持基板５をはずし、残った金属層８や接
着層９をリムーバで除去する。最後に終点検出用金属層
５２をイオンミリングによりエッチングして、フィード
スルー付きＳｉ基板が出来上がる。

【００２０】フィードスルー付きＳｉ基板は、ガラス基
板よりも加工性が優れ、板厚を薄くでき、メタル研磨用
のＣＭＰ工程が不用になるのでＬＳＩ回路付きのＳｉ基
板にも本発明の方法が適用でき、３次元実装などにも利
用することができるため実用上の効果が大きい。

【００２１】（実施例５）本発明の他の実施例であるメ
ッキ厚さを必要とする基板の製造方法を図１６から図２
０で説明する。これは、メッキでメッキ厚みを制御して
形状均一により特性の揃ったＭＥＭＳ用カンチレバーな
どを作る場合に適用すると有効な技術である。 図１６：Ｓｉ基板７１表面に厚さ約０．２μｍの電解メ
ッキ用金属層７８を形成し、フォトレジストパターン７
９を形成する。このフォトレジストパターン７９の膜厚
は所望するメッキ厚と同じである。これはスピンコート
で試料の面内にわたって精度よく均一な高さにすること
ができる技術である。 図１７：この試料表面に厚さ約０．１μｍの終点（上
面）検出用金属層７２を形成する。この金属層の形成に
おいて重要な点は、フォトレジストパターン７９の側壁
部にメタルが付着しないようにすることで、フォトレジ
ストパターン７９の断面形状を逆テーパにする、平行ビ
ームでメタルを成膜するなどで実現できる技術である。 図１８：実施例１と２で述べた方法およびメッキ装置に
より銅の電解メッキで金属層７３をフォトレジストパタ
ーン７９の凹部を埋め尽くすごとく形成する。メッキ厚
さは上面検出用金属層７２が接触して抵抗値の激減によ
って決定されるので、均一に形成することが可能であ
る。なお、所望のメッキ厚を得るためにこの検出点を基
準に時間管理の追加メッキで厚くでき、これは従来のメ
ッキ厚の制御法よりはるかに優れている。 図１９：メッキ終了後、フォトレジストパターン７９を
リムーバで除去し、メッキされたパターン７６を残す。 図２０：最後にイオンミリングにより電解メッキ用金属
層７８をエッチングして、Ｓｉ基板７１上に所望のメッ
キで作ったパターンが出来上がる。この後、一部のＳｉ
を除去することで、メッキで作ったカンチレバーが得ら
れる。

【００２２】この方法によれば、メッキの厚さを精密に
制御することが可能になり、微細なＭＥＭＳ部品の設計
精度を従来法より格段に向上できる特徴がある。この製
造方法では、段差にフォトレジストを用いたが、樹脂や
ＳｉＯ２などの絶縁体でもよいことは言うに及ばない。

【００２３】

【発明の効果】フィードスルー付きガラス基板の穴埋め
工程にメッキ終点（上面）判定の機能を付加した電解メ
ッキの方法を提供することで、メッキ後のＣＭＰ工程を
省略し、低コスト化に寄与する効果がある。所望の厚さ
を精密に要求されるメッキパターン形成に本発明の電解
メッキの方法を適用して、精密な厚さ精度のメッキ部品
が形成できるので、特性の揃ったＭＥＭＳデバイスを提
供できる効果がある。この方式を用いた電解メッキ装置
を提供することで大口径、大面積の試料のメッキ厚さの
面内分布を均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１で使われるアンダーメッキでの電解
メッキ基板の構造側断面図。

【図２】 実施例１で使われるオーバーメッキでの電解
メッキ基板の構造側断面図。

【図３】 実施例１のメッキ通電における陽極・陰極間
の抵抗値変化を計測したデータ例。

【図４】 実施例１の電解メッキ装置の概略構成図。

【図５】 従来の製造で使われている電解メッキ基板の
構造側断面図。

【図６】 実施例２の電解メッキ装置の概略構成図。

【図７】 実施例３の、ガラス基板に終点検出用金属層
を形成した基板の構造側面図。

【図８】 実施例３の、ガラス基板に貫通孔を形成した
基板の構造側面図。

【図９】 実施例３の、金属層を埋め込むメッキ基板の
構造側面図。

【図１０】 実施例３の、貫通孔にフィードスルー用埋
め込み金属層を埋め込んだメッキ基板の構造側面図。

【図１１】 実施例３の、貫通孔にフィードスルー用埋
め込み金属層を埋め込んだ基板の構造側面図。

【図１２】 実施例３の、貫通孔にフィードスルー用埋
め込み金属層を埋め込んで完成した基板の構造側面図。

【図１３】 実施例４の、Ｓｉ基板に貫通孔と絶縁層と
終点検出用金属層を形成したメッキ基板の構造側面図。

【図１４】 実施例４の、Ｓｉ基板の貫通孔に埋め込み
金属層を形成したメッキ基板の構造側面図。

【図１５】 実施例４の、完成したフィードスルー付き
Ｓｉ基板の構造側面図。

【図１６】 実施例５の、Ｓｉ基板に電解メッキ用金属
層とフォトレジストパターンを形成したＳｉ基板の構造
側面図。

【図１７】 実施例５の、フォトレジストパターンに終
点（上面）検出用金属層を形成したＳｉ基板の構造側面
図。

【図１８】 実施例５の、フォトレジストパターン凹部
を埋める金属層を形成したＳｉ基板の構造側面図。

【図１９】 実施例５の、フォトレジストパターンを除
去したＳｉ基板の構造側面図。

【図２０】 実施例５の、メッキで作ったカンチレバー
を形成したＳｉ基板の構造側面図。

【符号の説明】

１：ガラス基板 ２，５２，７２：上面検出用金属層 ３Ａ，３Ｂ，３，５３，７３：埋め込み金属 ５：保持基板 ７，５７：貫通孔 ８，７８：電解メッキ用金属層 ９：接着層 １０：メッキ基板 ２２：陽極金属板 ２３：ふた ２５：メッキ槽 ２６：メッキ浴 ２７：溶液攪拌 ２８：メッキ厚制御板 ３１：メッキ制御部 ３２：信号処理部 ３３：電源部 ３５：メッキ条件制御部 ５１：Ｓｉ基板 ５４：絶縁層 ７６：メッキされたパターン １００：犠牲層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 勝 仙台市太白区秋保町長袋字門前22 Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB08 BA01 BA15 BB09 BC10 CA07 CB21 FA05 GA16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】段差を埋めるごとく段差の下部面から電解
   メッキで金属を堆積させる電解メッキ法において、段差
   の上面部に設けた導電層をメッキの膜厚を検出する手段
   に用いる事を特徴とする電解メッキの方法。
2. 【請求項２】上記、請求項１記載の段差は、基板を貫通
   する孔または、溝であることを特徴とする電解メッキの
   方法。
3. 【請求項３】上記、請求項１記載の段差は、フォトレジ
   スト、樹脂、絶縁体材料の少なくとも１種類によって形
   成されたことを特徴とする電解メッキの方法。
4. 【請求項４】上記、請求項１−３記載のメッキ試料に電
   解メッキで金属を埋める方法において、段差の上面に設
   けた導電層をメッキの膜厚を検出する手段に用いるよう
   電解メッキの装置を構成する事を特徴とする電解メッキ
   装置。
5. 【請求項５】上記、請求項１−３記載のメッキ試料に電
   解メッキで金属を埋める方法において、段差の上面に設
   けた導電層をメッキの膜厚を検出する手段に用い、メッ
   キ試料の面内にわたってメッキの厚さが均一に進行する
   よう制御機構を付加して電解メッキの装置を構成する事
   を特徴とする電解メッキ装置。