JP2008308708A - めっき形成方法およびめっき処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき処理する際に微細孔の内側に残存する気泡に阻害されることなく、微細孔の内側にめっきを設けることができるめっき形成方法およびめっき処理装置を提供する。
【解決手段】本発明のめっき形成方法は、被処理体１０ａの微細孔の内側にめっきを形成する方法であって、前記被処理体１０ａに対する表面張力が前記めっきを施すために用いられる溶液Ａ１６よりも小さい溶液Ｂ１７に前記被処理体１０ａを浸漬する工程と、前記被処理体１０ａをめっき浴に浸漬させて前記微細孔の内側に溶液Ａ１６を充填する工程と、を順に有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板などの被処理体に設けられた微細孔の内側にめっきを形成する方法およびめっき処理装置に関するものである。

従来から、半導体基板に貫通電極を形成する方法として、半導体基板をめっき浴に浸漬して、半導体基板に設けられた微細孔の内側に電気めっきを施す手法が知られている。
ところが、半導体基板の微細孔の内側には空気などの気体が充満しており、この半導体基板をめっき浴に浸漬させた場合、微細孔の内面に付着した気泡によってめっきが形成されない領域が発生するため、めっき層が不均質になってしまう虞があった（図７参照）。
そのため、電気めっきを用いて均質なめっきを形成するためには、微細孔の内側の気泡を除去することが望ましい。
一般に、半導体基板に形成された微細孔の内側の気泡を除去する手法として、半導体基板をめっき液に浸漬した後にめっき槽内部を減圧することによって微細孔の内側の気泡を膨張させ、さらに半導体基板表面にめっき浴流を発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、半導体基板を加熱して気泡を膨張させる方法やめっき浴を加振する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

一方、半導体基板は更なる小型化が進みつつあり、これに伴って、半導体基板に形成される貫通電極はますます細径化される傾向にある。その際、上述のような方法によっては
、半導体基板の微細孔の内側の気泡を十分に取り除くことが困難であり、均質なめっきを形成するという観点で新たな手法の開発が期待されていた。
特開２００３−１４７５７６号公報 特開平１１−９３０００号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、めっき処理する際に微細孔の内側に残存する気泡に阻害されることなく、微細孔の内側にめっきを設けることができるめっき形成方法およびめっき処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の請求項１に係るめっき形成方法は、被処理体の微細孔の内側にめっきを形成する方法であって、前記被処理体に対する表面張力が前記めっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい溶液Ｂに前記被処理体を浸漬する工程と、前記被処理体をめっき浴に浸漬させて前記微細孔の内側に溶液Ａを充填する工程と、を順に有することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るめっき形成方法は、請求項１において、前記溶液Ａの表面張力αと前記溶液Ｂの表面張力βとの比（α／β）が１以上２以下であることを特徴とする。
本発明の請求項３に係るめっき形成方法は、前記微細孔の開口径を深さで除してなるアスペクト比が１以上３以下であることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るめっき処理装置は、被処理体の微細孔の内側にめっきを形成するための処理装置であって、前記被処理体に対する表面張力が前記めっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい溶液Ｂが収容されている収容槽と、前記被処理体をめっき浴に浸漬させて前記微細孔の内側に溶液Ａを充填する収容槽と、を備えてなることを特徴とする。

以上説明したように、本発明のめっき形成方法によれば、被処理体に対する表面張力がめっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい溶液Ｂに被処理体を浸漬すると、溶液Ｂは微細孔の内面との接触角が小さいため、微細孔の内面と気泡との間に容易に進入する
。そのため、被処理体の微細孔の内側に充満している気泡は、微細孔の内面から離脱され易く、微細孔の外側へ容易に排出される。その後、溶液Ａを含有するめっき浴に被処理体を浸漬させることによって、微細孔の内側に気泡がない状態で微細孔の内側が溶液Ｂから溶液Ａに置換される。
そのため、被処理体の微細孔の内側に気泡がない状態でめっきを施すことができるので
、微細孔の開口径に依存せず、微細孔の内面に欠陥部の無い均質なめっき層を形成することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
本実施形態のめっき処理装置は、めっき液（以下、溶液Ａとも呼ぶ。）に比べて表面張力の小さい液体（以下、溶液Ｂとも呼ぶ。）を用意し、微細孔の形成されている被処理体をめっき液の収容槽に浸漬する前に溶液Ｂの収容槽に浸漬することにより、溶液Ｂによって微細孔の内部の気泡を排出し、さらに溶液Ｂをめっき液で置換できるので、微細孔の内部にめっきを形成可能とするものである。

本実施形態のめっき処理装置２０は、図１に示すように、第１処理室２１と第２処理室２２とを少なくとも備えている。第１処理室２１には、溶液Ｂ１７が収容されている第１収容槽２３と、第１処理室２１内における気体の圧力を制御する気体制御手段２７が設けられている。第２処理室２２には、溶液Ａ１６が収容されている第２収容槽２４と、被処理体１０ａにめっきを施すための図示略のめっき手段が設けられている。めっき処理装置２０には、被処理体１０ａを保持可能な保持部２６を有するとともに第１処理室２１と第２処理室２２との間で被処理体１０ａを搬送可能な搬送手段２５を備えておくと良い。

被処理体１０ａは、図２（ａ）に示すように、所定の形状（ここでは、平板状）の基材の一面に円柱状の微細孔１１を複数形成してなるものである。微細孔１１は開口部１２を有し、この開口部１２に比べて深さが十分に大きい形状を有している。
微細孔１１の深さｔは、被処理体１０ａに形成する貫通電極の長さによって適宜設定可能であるが、微細孔１１の内側の気泡をより確実に排出する観点から、１００〜３００μｍであることが好ましい。
微細孔１１の開口径ｄは、貫通電極としての信頼性の観点から１０μｍ以上あることが好ましい。さらに、微細孔１１の内側の気泡１５をより確実に排出する観点から、５０μｍ以上であることが好ましい。
微細孔１１の深さと開口径との比（アスペクト比：深さ／開口径）は２以上５以下であることが好ましい。アスペクト比が５を超えると、微細孔１１の内側に気泡１５が残留する虞があるので好ましくない。
また、微細孔１１は、略円柱状に限定されず、多角形状など他の形状であっても良い。例えば、四角柱状や略円錐状であってもよい。さらに、微細孔１１の底部１４の径と開口部１２の径が異なっていてもよい。開口部１２の形状が多角形状の場合、開口部１２の開口径ｄは、多角形状の中心点から最も離隔した頂点までの距離の２倍とすればよい。
尚、被処理体１０ａの被処理面には、シード層（図示略）が設けられており、この被処理体１０ａにめっきを施すことによって、図２（ｂ）に示すように、被処理面にめっき部１８ａが形成される。

被処理体１０ａとしては、一般的な半導体や、ガラス、セラミック、樹脂、金属などからなる基材であって少なくとも被処理面が電気的に絶縁性を備えるものが用いられ、その表面には導電性のシード層が設けられている。被処理体１０ａの微細孔１１の形状としては、円柱状、逆円錐状など如何なる形状であってもよい。

溶液Ａとしては、上述の被処理体１０ａにめっき処理が可能なめっき液であれば特に限定されず、一般的なめっき液が利用できる。例えば、銅めっき液、クロムめっき液、ニッケルめっき液、錫めっき液、亜鉛めっき液などが好適に用いられる。
このようなめっき液の中でも、被処理体１０ａに対する表面張力αが、２０〜１００ｍＮ／ｍの範囲のめっき液が好ましい。

溶液Ｂは、被処理体１０ａに対する表面張力βがめっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい液体である。
このような液体としては、各種の活性剤が含有された液体が利用できる。活性剤としては、脂肪酸塩型や硫酸エステル型、スルホン酸型、高級脂肪酸エステル型、高級脂肪酸ソルビタンエステル型、ＰＯＥアルキルアミン型、高級アルコールエーテル型、第４級アンモニウム塩などが挙げられる。
溶液Ｂとしては、微細孔１１の内部に充満している気泡１５を排出する観点から、被処理体１０ａに対する表面張力が、２０〜４０ｍＮ／ｍの範囲の液体が好ましい。

また、被処理体１０ａに対する液体Ａと液体Ｂの表面張力の比（α／β）は１以上２以下であることが好ましい。液体Ａと液体Ｂの表面張力の比（α／β）をこの範囲に設定することによって、被処理体１０ａとよく濡れた溶液Ｂを良好に溶液Ａに拡散置換させることができ、被処理体１０ａと溶液Ａがよく濡れた状態を形成することができる。
表面張力の比（α／β）が１未満の場合には、被処理体１０ａを溶液Ａ中に浸漬しても
、被処理体１０ａの微細孔１１の内面に付着している溶液Ｂとめっき液（溶液Ａ）との相互拡散が不十分であるため、溶液Ｂを溶液Ａに置換することが困難になる。
また、表面張力の比（α／β）が２を超えると、溶液Ｂとめっき液（溶液Ａ）との相互拡散の速度が遅くなり、好ましくない。

次に、上述の被処理体１０ａにこのような溶液Ａや溶液Ｂを接触させた場合の様子を図４に示す。溶液Ａ（表面張力が比較的大きい）の場合には、図４（ａ）に示すように、被処理体１０ａと液体Ａとの接触角Ｒａは大きい。一方、溶液Ｂ（表面張力が比較的小さい）の場合には、図４（ｂ）に示すように、被処理体１０ａと液体Ｂとの接触角Ｒｂは、接触角Ｒａに比べて小さい。
そのため、被処理体１０ａをこのような溶液Ａや溶液Ｂ内に浸漬させた場合には、図５と図６に示すような違いが生じる。すなわち、溶液Ａに浸漬した場合には、図５に示すように、気体１５が接触している微細孔１１の内面に溶液Ａが進入しにくい。一方、溶液Ｂに浸漬した場合には、図６（ａ）に示すように、気体１５が接触している微細孔１１の内面に溶液Ｂが容易に進入する。その後、進入した溶液Ｂが微細孔１１の内面を伝って微細孔１１の内面の全域に広がり、微細孔１１の内側から気泡１５が排出される（図６（ｂ）
，（ｃ）参照）。

このように、溶液Ｂを用いることによって、溶液Ａに比べて、微細孔１１の内側の気体１５は容易に排出される。その後、微細孔１１の内側に充填されている溶液Ｂを溶液Ａに置換することによって、溶液Ａを用いて電気めっき処理が可能な状態になる。
尚、表面張力の比を上述の範囲に設定しているので、溶液Ｂを溶液Ａに置換して微細孔１１の内側を溶液Ａで充填する際には、被処理体１０ａとよく濡れた溶液Ｂを良好に溶液Ａに拡散置換させることができ、被処理体１０ａと溶液Ａがよく濡れた状態を形成することができる。それによって、微細孔１１の内側に溶液Ｂが残留することを防止できる。

次に、上述のめっき処理装置２０を用いて、被処理体１０ａにめっきを施す方法について説明する。
めっき処理に際しては、予め、第１収容槽２３に溶液Ｂを収容しておき、第２収容槽２４に溶液Ａを収容しておく。搬送手段２５を用いて所定の形状の微細孔１１を有する被処理体１０ａを第１収容槽２３に浸漬する。この際、被処理体１０ａに形成されている微細孔１１の開口部１２を上方に向けておくことが、微細孔１１の内側の気泡１５の排出の観点から好ましい。続いて、第１処理室２１あるいは第１収容槽２３内を気体調整手段２７によって１０００Ｐａ以下に減圧する。被処理体１０ａの微細孔１１の内側に充満していた気泡１５を、溶液Ｂの進入により微細孔１１の外側に排出する。第１処理室２１内を気体調整手段２７によって、大気圧に戻す。

次いで、第１収容槽２３から被処理体１０ａを取り出し、第１処理室２１から第２処理室２２に被処理体１０を搬送し、被処理体１０ａを第２収容槽２４に浸漬する。第２収容槽２４に収容されている溶液Ａが被処理体１０ａの微細孔１１の内側に拡散し、微細孔１１の内側の溶液Ｂを溶液Ａに置換する。その後、電気めっき処理を行うことによって、微細孔１１の内側に溶液Ａによってめっき部１８ａを形成する。最後に、第２収容槽２４から被処理体１０ａを取り出し、乾燥する。
このように処理した被処理体１０ａにおいては、めっき処理を行う第２収容槽２４に被処理体１０ａを浸漬する前に、溶液Ｂが収容されている第１収容槽２３において微細孔１１の内側の気泡を排出しているので、均質なめっき部１８ａを形成することができる。
図２（ｂ）において、被処理体１０ａの上方と下方より機械加工を施すことによって、図３（ａ）に示すように、被処理体１０ａの厚さ方向に貫通してなるめっき部（貫通電極とも呼ぶ。）１８ｂを設けてなる基板１９が得られる。あるいは、予め底部１４に電極１８ｃを設けておくことで、被処理体１０ａの上方を配線形状にパターニングすれば、図３（ｂ）に示すように貫通電極が得られる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、第１収容槽と第２収容槽をそれぞれ別体として用意したが、２つの槽を設けずに、１つの槽を共用してもよい。この場合、共通の収容槽内に液体Ａおよび溶液Ｂを順次供給・排出するための機構を別途設けておけばよい。
また、溶液Ｂが収容されている収容槽において被処理体の微細孔の内側に溶液Ｂを充填した後、溶液Ａが収容されている収容槽に被処理体を浸漬するまでに時間を要する場合には、微細孔の内面に付着している溶液Ｂを純水またはめっき液によって覆ってもよい。このようにすることによって、溶液Ｂの中に外部からの気体が進入することを防止することができる。
また、第１収容槽内で被処理体の微細孔の内側の気泡を排出するために、第１収容槽内を加温してもよいし、加振してもよい。
さらに、本実施形態においては、被処理体の基板の微細孔は一端に底部を有する閉孔状としたが、これに限定されず、両端が開放された開孔状であってもよい。めっき形状も完全充填である必要はなく、図３（ｃ）に示すようにコンフォーマルめっきであってもよい
。

（溶液Ｂによる気泡の排出）
実施例１として、上述の実施形態に基づいて、被処理面にシード層を有する半導体からなる基材１０ａに表１に示すような条件で電気めっき処理を施した。尚、電気めっきの処理時間を６００秒とした。めっき処理後、基材１０ａをダイシングあるいは埋め込み研磨によって、微細孔１１にめっき部１８ｂが形成されてなる基板１９を作製し、めっき部１８ｂの良否を判断した。また、めっき部１８ｂが均質で欠陥部がない状態を○、一部に若干の欠陥部があるが略均質である状態を△、多くの欠陥部がある状態を×として、めっき部１８ｂの状態を評価した。
次に、比較例２として、実施例１と同様に作製した基材１０ａを溶液Ｂの収容槽には浸漬せずに、溶液Ａの収容槽のみに浸漬させて、めっき処理を施し、同様に評価した。

表１に示すように、実施例１においては、微細孔１１の内側に均質なめっき部１８ｂが形成されており、良好な結果が得られた。一方、比較例２においては、微細孔１１の内側に均質なめっき部が形成されていなかった。これは、電気めっき処理に際して、微細孔１１の内面に付着している気泡が十分に排出されていないためである。

（表面張力の依存性）
次に、比較例３，８、実施例４〜７として、実施例１と同様に作製した基材１０ａを用いて、表２のような溶液Ａおよび溶液Ｂによって、めっき処理を施した。表２に示すように、実施例４〜７においては、微細孔１１の内側に均質なめっき部１８ｂが形成されていることが確認できた。
一方、比較例３においては、微細孔１１の内部に均質なめっき部が形成されていなかった。これは、電気めっき処理に際して、微細孔１１の内面に付着している気泡が十分に排出されていないためである。また、比較例８においても、微細孔１１の内部に均質なめっき部が形成されていなかった。これは、溶液Ａの表面張力が溶液Ｂの表面張力に比べて高すぎるため、微細孔１１の内部の溶液Ｂが溶液Ａに十分に置換されなかったためである。

（アスペクト比の依存性）
次いで、実施例９〜１２として、表３に示すように、微細孔１１の深さおよび開口径を異ならせた基材１０ａを用意し、実施例１と同様に電気めっき処理を施した。
表３に示すように、実施例９〜１１においては、微細孔１１の内部に均質なめっき部１８ｂが形成されていることが確認できた。一方、実施例１２においては、微細孔１１の内部に均質なめっき部が形成されていなかった。これは、アスペクト比が大きいため、電気めっき処理に際して、微細孔１１の内部に付着している気泡が十分に排出されていないためである。

本発明のめっき処理装置を示す概略図である。 本発明の被処理体を示す側断面図であり、（ａ）はめっき処理前、（ｂ）はめき処理後の側断面図ある。 本発明の基板を示す側断面図であり、（ａ）は図２（ｂ）における基板の後加工処理後の側断面図であり、（ｂ）は下部電極を有する基板の側断面図であり、（ｃ）はコンフォーマルにめっき処理を施した基板の側断面図である。 被処理体に液体が付着した状態を示す図であり、（ａ）は表面張力が大きい液体、（ｂ）は表面張力が小さい液体の場合の状態図である。 被処理体を液体中に浸漬した状態を示す概略図である。 被処理体を液体中に浸漬した状態を示す概略図であり、（ａ）は浸漬直後、（ｂ）は一定時間経過後、（ｃ）は気泡が排出される時点、を示す概略図である。 従来の方法を用いてめっき処理した被処理体を示す側断面図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ・・・被処理体（基材）、１１・・・孔、１２・・・開口部、１４・・・底部、１５・・・気泡（気体）、１６・・・溶液Ａ、１７・・・溶液Ｂ、１８ａ，１８ｂ・・・めっき部、１８ｃ・・・電極、１９・・・基板、２０・・・めっき処理装置、２１・・・第１処理室、２２・・・第２処理室、２３・・・第１収容槽、２４・・・第２収容槽、２５・・・搬送手段、２６・・・保持部、２７・・・気体制御手段、Ｒａ，Ｒｂ・・・接触角。

Claims (4)

1. 被処理体の微細孔の内側にめっきを形成する方法であって、
   前記被処理体に対する表面張力が前記めっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい溶液Ｂに前記被処理体を浸漬する工程と、
   前記被処理体をめっき浴に浸漬させて前記微細孔の内側に溶液Ａを充填する工程と、
   を順に有することを特徴とするめっき形成方法。
2. 前記溶液Ａの表面張力αと前記溶液Ｂの表面張力βとの比（α／β）が１以上２以下であることを特徴とする請求項１に記載のめっき形成方法。
3. 前記微細孔の開口径を深さで除してなるアスペクト比が１以上３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき形成方法。
4. 被処理体の微細孔の内側にめっきを形成するための処理装置であって、
   前記被処理体に対する表面張力が前記めっきを施すために用いられる溶液Ａよりも小さい溶液Ｂが収容されている収容槽と、
   前記被処理体をめっき浴に浸漬させて前記微細孔の内側に溶液Ａを充填する収容槽と、
   を備えてなることを特徴とするめっき処理装置。

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