JP2005206858A - めっき装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき表面に新しいめっき液を供給し易くし、短時間でめっきが出来るめっき装置及びその方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を真空保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に該ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に一方向に攪拌する攪拌部材及び該攪拌部材を駆動する駆動装置を有することを特徴とするめっき装置にある。
【選択図】 図５

Description

本発明は、新規なめっき装置及びその方法に係り、特に深穴深溝埋め込み用めっき装置及びその方法に関する。

めっき装置において膜厚分布の均一性に優れ、めっき液中の気泡によるめっき欠けが発生しにくい方式として、被めっき物をめっき液中に垂直に設置するディップ方式が知られている。ディップ方式におけるめっき槽の特長を生かし、かつウエハ前処理として特許文献１が知られている。特許文献１には、めっきを行う前に親水化処理を行うことにより、高アスペクト比のパターン内の気泡を除去し、めっき欠陥を防止し、高歩留まり性を有する全自動めっき方法と装置が開示されている。

特許文献２には、めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を真空保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に該ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置及びめっき槽内に垂設された陽極板に対向させて垂設した被めっき物にめっきを施すめっき方法が開示され、更にめっき液攪拌部材を設けることが示されている。

特開2003-171791号公報

特開2001-140099号公報

特許文献１においては、めっき時の印加電圧としてパルス電流を加える必要があり、めっき膜厚を所定の厚さにするための積算電流にするためには、長時間のめっきを行わなくてはならない欠点があった。これは、少しめっきしては休み、また少しめっきしては休むことにより、めっき時にウエハ表面に新しいめっき液が供給されるようにするためである。

又、特許文献２においては、めっき液攪拌部材を有するが、その具体的な記載がなく、又、めっき液の供給の具体的な記載がない。

本発明の目的は、深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき物表面に新しいめっき液を供給し易くし、短時間でめっきが出来るめっき装置及びその方法を提供することにある。

本発明は、被めっき物表面に新しいめっき液を供給し易くするために、めっき槽内のめっき液を鉛直方向に伸びる攪拌棒（スキージ）によってめっき液の上下を同時に攪拌させることを特徴とするものである。その攪拌棒は、左右の運動又は一方向に回転運動させることによりめっき液全体を攪拌させ、ウエハ表面に常に新しいめっき液を供給出来るようにする。特に、攪拌棒を一方向に回転攪拌させることにより深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき表面に新しいめっき液を供給し易くし、短時間でめっきが出来る。具体的には、以下の通りである。

本発明は、めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に前記ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に一方向に攪拌する攪拌部材及び該攪拌部材を駆動する駆動装置を有することを特徴とする。

前記攪拌部材は少なくとも一本の棒状部材からなること、又、前記攪拌部材が少なくとも一個の回転ベルトに固定され該回転ベルトは少なくとも２本の回転軸間に巻き掛けられ前記回転ベルトの回転運動によって前記攪拌を行うことが好ましい。

前記めっき槽はめっき液上面の形状が４角形状を有しその四隅が円弧状又は鈍角状を有すること、又、前記めっき槽に着脱自在に設置される開口部材によって前記開口部が形成されていること、更に、前記ステージは前記開口部に回転させて設置させる回転アームに設けられた前記押圧装置を介して前記開口部に設置されていること、又、前記ステージは、前記被めっき物を真空保持する真空保持構造を有することが好ましい。

前記押圧装置は前記回転アームに設けられたエアーシリンダによる加圧手段と、該加圧手段による加圧を前記ステージに伝達する球面軸受けとを有すること、又、前記開口部は、前記被めっき物のめっき面の大きさ応じて開口の大きさが調整されることが好ましい。

又、本発明は、めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を真空保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に該ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置において、前記めっき槽内の底部に前記被めっき物のめっき面に対して平行に形成されたスリット状のめっき液供給口を有することを特徴とする。

前記めっき液供給口は前記被めっき物のめっき面の幅より長い前記スリットを有し、前記めっき面の近傍に有すること、又、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に左右又は一方向に攪拌する攪拌部材及び該攪拌部材を駆動する駆動装置を有することが好ましい。

更に、本発明は、めっき槽内に垂設された陽極板に対向させて垂設した被めっき物にめっきを施すめっき方法において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に一方向に攪拌することを特徴とする。

前記被めっき物をステージに真空保持し、該ステージを回転移動させて前記めっき槽の側面に設けられた開口部にめっき面を垂直に配設した後、前記めっき槽内にめっき液を投入することが好ましい。

更に、前記被めっき物はその一方側のみを前記めっき槽内のめっき液に接触させて前記めっきを施すこと、又、前記被めっき物が半導体基板であり半導体基板上に前記めっきによって金属皮膜を形成することが好ましい。

又、本発明は、めっき槽内に垂設された陽極板に対向させて垂設した被めっき物にめっきを施すめっき方法において、前記めっき槽内の底部に前記被めっき物のめっき面に対して平行に設けられたスリット状のめっき液供給口より前記めっき液を供給しながら前記めっきを行うことを特徴とし、又、前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に左右又は一方向に攪拌することが好ましい。

本発明によれば、深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき表面に新しいめっき液を供給し易くし、短時間でめっきが出来るめっき装置及びその方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明に係るめっき装置の断面図である。図１において、めっき装置は、ウエハステージ１、めっき槽２、ウエハステージ１をめっき槽２に設けられた円形開口部７に押圧する押圧装置を有する。ウエハステージ１は、被めっき物であるウエハ３を真空保持する機構を有しており、その裏側を球面軸受け4を介し回転アーム５により水平から垂直に回転移動させる。ウエハステージ１を垂直にした後、回転アーム５に固定されたエアシリンダ６を伸長させウエハステージ１をめっき槽２の円形開口部７を塞ぐように押し付ける。図中、点線で示した部分が回転前であり、支点を中心にして回転する。回転は駆動モータによって行われる。

ウエハステージ１の裏側に設けられた支柱４２とエアシリンダ６の伸長部４５は広く薄い板ばね４４で結合されている。これはウエハステージ１が円周方向に回転しずれることを防止すると共に、エアシリンダ６の伸長で球面軸受け４を介し押出された時、ウエハステージ１が中心対称に前後に振れる自由を確保しておき、均一にめっき槽２の円形開口部７に押し付けられるようにするためである。２つの支柱４３はウエハステージ１の回転を抑制するものである。

めっき槽２は樹脂製で長方形体に形成されており、めっき槽２に円形開口部７が設けられる。まためっき槽２は、その内部に間仕切り板２２を有し、めっき槽２内は二つに区分され、部屋２３の下側にめっき液の導入管２4が、部屋２５の下側にその排出管２６が接続される。めっき液は、円形開口部７がウエハ３により塞がれる時、導入管２4から上向きに流入し一方の部屋２３を満たし間仕切り板２２を溢れ他方の部屋２５に流れ出す。導入管２４のめっき槽２の入り口にはウエハ３のめっき面の幅より長いボックス４７が設けられ、そのボックス４７にウエハ３のめっき面の幅より長いスリット４６を有し、そのスリット４６よりめっき液がめっき面に供給される。スリット４６の幅はめっき液の供給量に応じて設定される。

部屋２３にはウエハ３と平行にアノード板１２が設置されており、カソード電極と接しているウエハ３との間にめっき電圧が印加される。また、めっき液で満たされる部屋２３内には後述する棒状のめっき液攪拌部材であるスキージ８が設置され、動力によりウエハ３面に平行に繰り返し往復運動させてめっき液を攪拌する。スキージ８はウエハ３に対してそれよりも長くなっており、めっき液が供給されるスリット４６近傍に設けられる。

図２は、本発明に係るめっき装置を示す系統図である。めっき槽２の円形開口部７はウエハ３を載せたウエハステージ１の旋回・走行・押付動作により密閉され、さらに円形開口部７に内蔵された陰極電極１５とウエハ３が接触する。めっき槽２が密閉された後、めっき槽１の下方に設けられた導入管２４からめっき液１７を導入し、めっき槽２内の間仕切り板２２を超えて排出管２６よりめっき液１７は排出される。排出されためっき液１７は貯槽３０へと導かれ、ポンプ３１，フィルター３２を介して再度導入管２４に導かれて循環する構成となっている。めっき液１７が循環されると、めっき電源３３から電線３４を介してアノード板１２へと電流を印加し、めっき液１７中を伝わってウエハ３、陰極電極１５，電線３６，めっき電源３３へと導かれる。以上の動作によりめっき処理が行われる。図２では、スキージ８が図中省略したものである。

めっき液１７を貯めるめっき液貯槽３０は、めっき液１７がウエハ３の上端以上の位置までめっき槽２にめっき液１７を満たし、このめっき液１７を全液排出管２６から排出したときに全液を収容するに充分な容量を有するものとする。

図３は本発明に係るめっき槽２に設けられた円形開口部材１６とその近傍の詳細図である。めっき槽２側面の円形開口部材１６にはめっき電源３３からの電流を通電する陰極電極１５と、ウエハ３とめっき槽２の密閉をするシール機構２７を有している。また、円形開口部材１６はウエハステージ１を押付ける際に、位置ずれを抑制するためのテーパー状の案内部２８を設けており、さらにめっき液１７の外部液垂れを一箇所に集める排液口２９を有している。

さらに、円形開口部材１６はパッキング４０を有しボルト４１にてめっき槽２に固定されているため、陰極電極１５やシール機構２７の定期的な交換の際は円形開口部材１６を取外すことにより容易に交換することができる。また、めっき槽２本体を交換することなく、円形開口部材１６のみを交換することにより、各種口径の基板の処理に対応することが可能である。

図４は、本発明に係るめっき液攪拌部材の駆動部を示す平面図である。モータ１１で円盤１８を回転させ、この円盤１８の周辺領域に固定したカムフォロワ１９の動きに追随し、縦長の溝２０を有するカム１３が左右に往復運動をする。このカム１３にスキージ取付け金具１４を固定しており、図１に示す１本のスキージ８が連結され左右の往復運動によりめっき液が攪拌される。スキージ８は２〜４の複数本が好ましい。

このようにウエハ３表面に対し、めっき液はスリット４６から供給され下から上に流れ、かつスキージ８の往復運動によりめっき液が左右に揺さぶられることにより新しいめっき液がウエハ３に供給される。本実施例によれば、深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき表面に新しいめっき液を供給し易くし、短時間でめっきを行うことが出来る。

しかし、本実施例における攪拌においては、ウエハ３表面に新しいめっき液を供給する能力はやや不十分である。それはスキージの往復運動の攪拌ではスピードを上げると、ゆり戻しも早くなるため、より高い攪拌効果が得られにくいためである。このため、スキージの往復運動の攪拌では深穴めっき時に完全に埋め込むためには、めっき時の印加電圧としてパルス電流を加えるが、ややめっき時間が長くなってしまうことがある。

図５は、本発明に係るめっき液の攪拌装置の構成図である。図６は攪拌装置の回転部の平面図である。本実施例においては、実施例１のめっき液の攪拌装置を本実施例に変えたものである。ここでめっき槽２のめっき液を満たす一方の部屋２３内の両端付近上方に鉛直方向の樹脂製の回転軸９、１０を設置し、回転軸９はモーター１１に連結している。それら回転軸９、１０に樹脂製プーリー９１、９２を固定しており、プーリー９１と９２間に回転ベルト９３を巻き掛けている。またこれら２本の回転軸はそれぞれ固定枠１０３、１０4に樹脂製ベアリング１０５、１０６、１０７、１０８を介し取り付けられている。回転ベルト９３に鉛直方向に２本の攪拌棒９５、９６を等間隔に取り付けられている。攪拌棒９５、９６はめっき面を覆うようにそれよりも長いものである。この構成により一方の回転軸９をモーター１１により回転させると、回転ベルト９３が一方向に回転し、それに固定した２本の攪拌棒９５、９６によりめっき槽２内のめっき液がウエハ３の面に沿い一方向に回転攪拌される。

めっき槽２の両端付近上方それぞれに鉛直方向の回転軸を設置し、それら回転軸に固定したプーリー９１、９２に回転ベルト９３を巻き掛け、この回転ベルト９３に鉛直方向に攪拌棒９５、９６を取り付ける。この構成により一方の回転軸９をモーター１１により回転させると、回転ベルト９３が一方向に回転し、それに固定した２本の攪拌棒９５、９６によりめっき槽２内のめっき液がめっき面において一方向に回転攪拌させることができる。又、めっき面と反対側の攪拌棒は新しいめっき液をめっき面に供給するように働くのでめっき面への新しいめっき液の供給に繋がる。

本実施例は、めっき槽２内にめっき液を流入した後、一方の回転軸をモーター１１により回転させると、回転ベルト９３が一方向に回転し、それらに固定した攪拌棒９５、９６によりめっき槽２内のめっき液全体がウエハ３の面に沿い一方向に回転攪拌される。これにより、ウエハ３面には絶えず新しいめっき液が供給されるため、めっき時の印加電圧として直流電流を使用しても、ウエハ３内の深い穴を完全に埋め込む銅めっきが可能となる。

回転ベルト９３としては、タイミングベルト又はチェーンを使用することが望ましく、これにより回転時のスリップを防止でき、かつこれらへの攪拌棒９５、９６の固定を強固にできる。また攪拌棒９５、９６としてはめっき液に浸る部分の形状を、めっき液を効率良く攪拌できるような形状として、断面が三角形や長方形となる形状にすることが望ましい。これによりめっき液の攪拌効果があがる。

又、めっき槽２上方の両端付近に鉛直方向の回転軸を設置し、それぞれの回転軸に複数個例えば２個のプーリー９１、９２を固定しそれぞれのプーリー９１、９２に回転ベルト９３を巻き掛け、回転ベルト９３を複数個例えば２個にする。攪拌棒９５、９６はこれら複数の回転ベルト９３の両方に固定され、鉛直方向に取り付けられる。この構成により一方の回転軸をモーター１１により回転させると、複数の回転ベルト９３が一方向に同時に回転し、それらの両方に固定した攪拌棒９５、９６によりめっき槽２内のめっき液を一方向に回転攪拌させる。ここで各攪拌棒９５、９６は複数の回転ベルト９３に固定されているため、構造上強固となり、めっき液を回転攪拌する際、少々の液抵抗があっても、ぶれを生じない利点がある。

更に、回転ベルト９３の回転方向を所定時間例えば３０秒ごとに反転させる機構を付加した構造も含む。この方法によりウエハ３面内のめっき厚さの均一性を向上させることが出来る。めっき液全体がスムーズに一方向回転するように、めっきを実施するめっき槽２の四隅を直角形状でなく、円弧や鈍角形状とし、めっき液の淀みとなる部分をなくすことが望ましい。

図６に示すように、攪拌棒９５と、攪拌棒９６との紙面に対して上下の間隔は狭いほど好ましいが、本実施例においては約６０ｍｍとした。好ましくは１０〜４０ｍｍである。又、本実施例では、ウエハ２００〜３００ｍｍに対して２本のめっき液攪拌棒を用いたものであるが、１本でも良い。しかし、１本の場合、所定の攪拌速度を得るには回転速度が大きくなりめっき液の飛散が生じること、めっき液の乱流が生じる恐れがある。又、全体で等間隔で８本程度多く設けることにより回転速度を小さくすることができ前述の点が少なくできるので有利であるが、あまり本数を多くすると電気の流れが阻害されるので好ましくない。好ましくは４〜１２本である。

このようにウエハ３表面に対し、めっき液はスリット４６から供給され下から上に流れ、かつ２本の攪拌棒９５、９６の一方向の回転運動によりめっき液が回転しながらめっき面に対して一方向に流れることにより新しいめっき液が効率良くウエハ３に供給することができる。回転は反対方向に対しても行うことができ、所定の時間毎に回転方向を変えてめっきを行うことができる。

以上のように、本実施例によれば、実施例１に比較してより深い穴や深い溝又はアスペクト比の高い穴や溝を有する被めっき表面に対しても新しいめっき液を常に十分に供給することができ、短時間でめっきを行うことができる。

本発明に係るめっき装置の断面図である。 本発明に係るめっき装置の断面図である。 本発明に係るめっき装置に係るウエハステージの取り付け部の断面図である。 本発明に係るめっき装置に係る攪拌棒の回転部近傍を示す断面図である。 本発明に係るめっき装置に係る攪拌棒の回転部近傍を示す断面図である。 本発明に係るめっき装置に係る攪拌棒の回転部を示す断面図である。

符号の説明

１…ウエハステージ、２…めっき槽、３…ウエハ、４…球面軸受け、５…回転アーム、６…エアシリンダ、７…円形開口部、８…スキージ、９、１０…回転軸、１１…モーター、１２…アノード板、１３…カム、１４…スキージ取付け金具、１５…陰極電極、１６…円形開口部材、１７…めっき液、１８…円盤、１９…カムフォロワ、２０…縦長の溝、２１…側面部、２２…間仕切り板、２３…一方の部屋、２４…めっき液の導入管、２５…他方の部屋、２６…排出管、２７…シール機構、２８…テーパ案内部、２９…排液口、３０…めっき液貯槽、３１…ポンプ、３２…フィルター、３３…めっき電源、３４，３６…電線、４０…パッキング、４１…ボルト、４２、４３…支柱、４４…板ばね、４５…伸長部、４６…スリット、４７…ボックス、９１，９２…樹脂製プーリー、９３…回転ベルト、９５，９６…攪拌棒、１０３，１０４…固定枠、１０５，１０６，１０７、１０８…樹脂製ベアリング。

Claims (18)

1. めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に前記ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に一方向に攪拌する攪拌部材及び該攪拌部材を駆動する駆動装置を有することを特徴とするめっき装置。
2. 請求項１において、前記攪拌部材は少なくとも一本の棒状部材からなることを特徴とするめっき装置。
3. 請求項１又は２において、前記攪拌部材が少なくとも一個の回転ベルトに固定され、該回転ベルトは少なくとも２本の回転軸間に巻き掛けられ、前記回転ベルトの回転運動によって前記攪拌を行うことを特徴とするめっき装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記めっき槽はめっき液上面の形状が４角形状を有し、その四隅が円弧状又は鈍角状を有することを特徴とするめっき装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記めっき槽に着脱自在に設置される開口部材によって前記開口部が形成されていることを特徴とするめっき装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記ステージは、前記開口部に回転させて設置させる回転アームに設けられた前記押圧装置を介して前記開口部に設置されることを特徴とするめっき装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記ステージは、前記被めっき物を真空保持する真空保持構造を有することを特徴とするめっき装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、前記押圧装置は、前記回転アームに設けられたエアーシリンダによる加圧手段と、該加圧手段による加圧を前記ステージに伝達する球面軸受けとを有することを特徴とするめっき装置。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、前記開口部は、前記被めっき物のめっき面の大きさ応じて開口の大きさが調整されることを特徴とするめっき装置。
10. めっき槽と、該めっき槽内に垂設した陽極板と、該陽極板に対向して垂設する被めっき物を真空保持するステージと、前記めっき槽の側面部に設けられた開口部に該ステージを押圧する押圧装置とを有するめっき装置において、前記めっき槽内の底部に前記被めっき物のめっき面に対して平行に形成されたスリット状のめっき液供給口を有することを特徴とするめっき装置。
11. 請求項１０において、前記めっき液供給口は、前記被めっき物のめっき面の幅より長い前記スリットを有し、前記めっき面の近傍に有することを特徴とするめっき装置。
12. 請求項１０又は１１において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に左右又は一方向に攪拌する攪拌部材及び該攪拌部材を駆動する駆動装置を有することを特徴とするめっき装置。
13. めっき槽内に垂設された陽極板に対向させて垂設した被めっき物にめっきを施すめっき方法において、前記めっき槽内のめっき液を前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に一方向に攪拌することを特徴とするめっき方法。
14. 請求項１３において、前記被めっき物をステージに真空保持し、該ステージを回転移動させて前記めっき槽の側面に設けられた開口部にめっき面を垂直に配設した後、前記めっき槽内にめっき液を投入することを特徴とするめっき方法。
15. 請求項１３又は１４において、前記被めっき物はその一方側のみを前記めっき槽内のめっき液に接触させて前記めっきを施すことを特徴とするめっき方法。
16. 請求項１３〜１５のいずれかにおいて、前記被めっき物が半導体基板であり、該半導体基板上に前記めっきによって金属皮膜を形成することを特徴とするめっき方法。
17. めっき槽内に垂設された陽極板に対向させて垂設した被めっき物にめっきを施すめっき方法において、前記めっき槽内の底部に前記被めっき物のめっき面に対して平行に設けられたスリット状のめっき液供給口より前記めっき液を供給しらがら前記めっきを行うことを特徴とするめっき方法。
18. 請求項１７において、前記被めっき物のめっき面に対してその上下で同時に左右又は一方向に攪拌することを特徴とするめっき方法。

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