JP2009263758A - 電解めっき装置及び電解めっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面へのめっき液の供給を増加できて高電流密度に対応でき、短時間で厚く均一なめっき膜厚が得られる電解めっき装置及び電解めっき方法を提供すること。
【解決手段】吸着プレート１０及びめっき槽本体５０からなるめっき槽と、めっき液中に浸漬されるアノード３０と、めっき液中に浸漬されアノード３０の面に対向した位置に設置される半導体基板Ｗと、半導体基板Ｗとアノード３０間に電流を供給する電源装置８０と、めっき槽にめっき液を供給するめっき配管６１−１，２，７３−１〜６とを具備する。半導体基板Ｗとアノード３０との間に半導体基板Ｗ側のめっき液とアノード３０側のめっき液とを分離する隔壁７０を設ける。めっき配管７３−１〜６によって隔壁７０と半導体基板Ｗとの間に半導体基板Ｗの表面と略平行方向のめっき液を通過させる。隔壁７０の半導体基板Ｗに対向する面に凹凸形状（Ｖ溝７１）を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解めっき法により半導体基板等の基板表面に導電層を成膜するのに用いて好適な電解めっき装置及び電解めっき方法に関するものである。

半導体デバイスには小型化、高速化、低消費電力化、高機能化といった様々な面での性能向上が求められており、それに向けてデバイスの微細化や材料の見直し、新規素子構造の導入、アーキテクチャの変更などが幅広く検討されている。たとえば材料の見直しとしてはゲート絶縁膜のhigh‐k化、配線材料のＡｌからＣｕへの変更、層間絶縁膜のlow‐K化などが実施されている。さらにＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造の採用やマルチコア化、並列処理化や低消費電力モードへの動作切り替え、非シリコン基板の採用など、ハード、ソフト両面から工夫が行なわれている。

一方半導体デバイスの内部構造だけでなく、複数のデバイスを組み合わせることで、システムとしての小型化、高速化を図る方法も検討されている。例えばＳＩＰ（System In Package）やＭＣＭ（Multi Chip Module）といったパッケージレベルでの性能の向上がその例である。１つのパッケージの中に複数のデバイスを組み込む技術が1990年代後半にＤＲＡＭの容量拡大を目的として実用化された当初は、パッケージ内にチップを２枚重ねにし、リードフレームにそれぞれのチップをワイヤボンディングする形式であり、実質的に２つのチップが１つのパッケージに入っただけの構造であった。しかしその後、種類の異なったチップを同一面上に並べた面実装型ＭＣＭ、さらに実装面積を小型化するためにチップを重ね合わせた積層型ＭＣＭへと発展している。

パッケージ内部の電気的な接続を考えた場合、複数の半導体チップを１つのパッケージ内に収めると、チップ数の増加に従い、チップ間及びチップ−基板（リードフレームやインターポーザ）間を電気的に接続するための配線数が飛躍的に増大する。古くからパッケージ内の配線には金線を使用したワイヤボンディングが使用されてきたが、パッケージの薄型化とパッケージ内の接続線の増加に伴い、金線を通す物理的な空間を確保するのが難しくなっている。そこでチップ表面にめっき法によりＢＵＭＰを形成し、インターポーザに面実装する方法や、シリコン基板に貫通孔を開け、その中にめっき法で配線を形成して基板同士を相互に接続する方法が開発されている。

ワイヤボンディングを使わずに接続を行なうこれらの方法には、電解めっき法や無電解めっき法が多く使用される。半導体分野では電解めっき法はＢＵＭＰ形成や銅配線の形成に既に広く使用されており、今後も様々な応用が期待される。

電解めっき法による成膜では、得られるめっき膜厚は半導体基板（以下単に「基板」という）に流す電流（電流密度）と電解時間の積（クーロン量）によって決まる。大量生産を行なう上では１枚あたりの処理時間が長いと製造装置コスト、装置設置面積で不利であり、処理時間の短縮、すなわち高電流密度での処理が要求されている。しかし基板上に流せる最大の電流は電気化学反応速度によって制限される。すなわち金属イオンの供給速度とめっき膜の析出速度の遅い方で律速され、イオンの供給速度が析出速度に追いつかない場合には余剰電流により副反応（水素発生や添加剤の分解）が起き、電流効率とともにめっきの膜質も低下する。そのため電解めっきにおいては基板表面には流す電流に対して十分なイオンを供給する必要がある。

現在開発が進められている基板同士の相互接続では、基板表面に数１０μm径、深さ数１０〜数１００μmの開口や、数１０μm幅の溝内にめっき膜を充填することで、接続のための回路を形成する。必要なめっき膜厚は数μmから数１０μmであり、しかも穴や溝が形成された凹凸の激しい基板表面にめっき膜を充填しなくてはならない。このような形状では基板表面の窪み、穴の内部に十分なイオンを素早く供給するのは困難であり、膜質を維持するために比較的低電流密度で長時間のめっきが行なわれている。

処理時間短縮のために高電流密度での均一なめっきを実現するには、前述のとおり基板表面へのイオン供給の促進が特に重要である。基板表面上にイオンの供給を物理的に促進する方法としては、(1)基板表面に垂直方向のめっき液流れを与える方法（噴流方式、例えば特許文献１の図１参照）、(2)基板近傍で板状や棒状の物体を基板に平行に振動、回転させることで基板付近のめっき液をかき乱す方法（機械撹拌方式、例えば特許文献２の図１参照）の２種類がある。また、半導体装置以外の素材（例えば機械部品や装飾品など）へのめっきでは、前記に加えて(3)素材自体を振動させる方法（加振方式）、(4)めっき液中に空気を送って気泡で素材付近のめっき液をかき乱す方法（空気撹拌方式）、(5)めっき液に超音波を印加する方法（超音波撹拌方式）等が行なわれている。このうち(3)加振方式、(5)超音波撹拌方式は割れやすいシリコンウエハに適用するのは危険であり、(4)空気撹拌方式は基板表面への気泡の残留による成膜抜けが懸念されるため、わずかな欠陥が製品不良に直結する半導体基板に対してはほとんど行なわれていない。

一方(1)噴流方式は現在の基板へのめっき方法の主流であり、配線層への銅めっき、ＢＵＭＰめっき共に広く用いられている。この方式の一般的な構造としてはめっき槽の上部に蓋をするように半導体基板を設置し、下部からめっき液を処理基板に垂直に吹き付けながら電解めっきを行なうものである。この方式は単純な装置構成で基板全面にめっき液を供給しやすいが、めっき液を均一に基板に当てるためにはある程度の槽の大きさやめっき液供給配管の長さが必要となるため、装置を小型化しにくいという欠点がある。また、基板全面に垂直にめっき液を吹き付けるため、基板中央に流れの淀みによる特異点が発生しやすく、流れを乱したり基板を動かすといった工夫が必要となる場合がある。さらに基板表面やアノードから反応ガスが発生すると、気泡がめっき槽上部にある基板表面に付着して除去しにくいため、成膜抜けの原因になりやすく、めっき条件の制御範囲が狭い。

もう一方の方法である(2)機械撹拌方式は基板をめっき液中に縦に設置するのが一般的で、基板近傍のめっき液を物理的にかき乱す方式である。この方式は基板が垂直に設置されているため(1)噴流方式と比較して、めっき液中に発生した気泡の除去が容易である。さらに(1)噴流方式で発生しやすい基板中央の流れの淀みによる特異点の発生を抑えることが出来る。装置サイズは基板とアノードの間の距離を狭めることで(1)噴流方式と比較すると小型化が可能であるが、基板とアノードとの間に撹拌装置を取り付けて大きく動作させる構造上、小型化、薄型化には限界があった。そのため生産性向上のためにめっき槽を増やすと、装置が大型化してしまっていた。
特開２００３−２６８５９１号公報 特開２００４−２２５１２９号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、基板表面へのめっき液の供給を増加でき、また高電流密度に対応でき、短時間で厚く且つ均一なめっき膜厚が得られ、さらに装置の小型化が図れて設備コスト、維持コストの低減化も図れる電解めっき装置及び電解めっき方法を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬されるアノードと、前記めっき液中に浸漬され前記アノードの面に対向した位置に設置される基板と、前記基板とアノード間に電流を供給する電源装置と、前記めっき槽にめっき液を供給するめっき液供給機構とを具備し、前記対向する基板とアノードとの間に基板側のめっき液とアノード側のめっき液とを分離する隔壁を設け、前記めっき液供給機構によって前記隔壁と基板との間に基板の表面と略平行方向のめっき液を通過させるようにした電解めっき装置において、前記隔壁の少なくとも基板に対向する側の面は、この面に沿って流れるめっき液の流れを乱す凹凸形状を持つことを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電解めっき装置において、前記隔壁の表面の凹凸形状は高低差が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電解めっき装置において、前記めっき液供給機構は、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れが、基板の表面に略平行のまま、その向きを切り換える手段を有していることを特徴とする電解めっき装置なある。

本願請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電解めっき装置において、前記めっき液供給機構は、基板の外周近傍を囲む位置にめっき液の供給と排出とを切り換えられる複数のめっき配管を具備し、各めっき配管におけるめっき液の供給と排出とを切り換えることで、めっき液の流れの向きを切り換えることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記めっき液供給機構は、基板と隔壁の間を通過するめっき液のめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成と、前記隔壁とアノードの間を通過するめっき液のめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成の少なくともいずれか一つを独立して制御することを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記隔壁が多孔質プラスチック、多孔質セラミック、多孔質ガラスの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記隔壁が表裏に貫通孔を開けたプラスチック、表裏に貫通孔を開けたセラミック、表裏に貫通孔を開けたガラスの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の電解めっき装置において、前記隔壁の材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ＳｉＣセラミック、アルミナセラミック、シリカセラミックの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記隔壁と前記基板との距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記めっき液供給機構によって供給されるめっき液は、前記基板上中心での線速度が０．１ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０の内の何れかに記載の電解めっき装置において、前記めっき液によるめっきが、銅、ニッケル、錫、金、銀、パラジウム、コバルト、クロム又はこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項１２に記載の発明は、めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬されるアノードと、前記めっき液中に浸漬され前記アノードの面に対向した位置に設置される基板と、前記基板とアノード間に電流を供給する電源装置と、前記めっき槽にめっき液を供給するめっき液供給機構とを具備し、前記対向する基板とアノードとの間に基板側のめっき液とアノード側のめっき液とを分離する隔壁を設け、前記めっき液供給機構によって前記隔壁と基板との間に基板の表面と略平行方向のめっき液を通過させるようにした電解めっき装置において、前記めっき液供給機構は、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れが、基板の表面に略平行のまま、その向きを切り換える手段を有していることを特徴とする電解めっき装置にある。

本願請求項１３に記載の発明は、めっき槽内に対向して設置したアノード及び基板の間に、基板側とアノード側を分離する隔壁を設け、隔壁で分離された基板側のめっき槽内とアノード側のめっき槽内とにそれぞれめっき液を通過させ、その際基板と隔壁とを接近させておいてその間を通過するめっき液を基板表面に対して略平行とし、その上で前記基板とアノード間に電流を供給することで基板表面にめっきを行う電解めっき方法において、前記隔壁の少なくとも基板に対向する側の面に凹凸形状を設けておき、この凹凸形状の面に沿って流れるめっき液の流れを乱し、乱した状態のめっき液の流れを基板表面に到達させることを特徴とする電解めっき方法にある。

本願請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の電解めっき方法において、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れを、基板の表面に対して略平行としたまま、その向きを切り換えることを特徴とする電解めっき方法にある。

本願請求項１５に記載の発明は、めっき槽内に対向して設置したアノード及び基板の間に、基板側とアノード側を分離する隔壁を設け、隔壁で分離された基板側のめっき槽内とアノード側のめっき槽内とにそれぞれめっき液を通過させ、その際基板と隔壁とを接近させておいてその間を通過するめっき液を基板表面に対して略平行とし、その上で前記基板とアノード間に電流を供給することで基板表面にめっきを行う電解めっき方法において、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れを、基板の表面に対して略平行としたまま、その向きを切り換えることを特徴とする電解めっき方法にある。

請求項１，請求項２，請求項１３に記載の発明によれば、基板と略平行方向に十分な流速のめっき液を流すことで、基板と隔壁の間に乱流を生じさせることができ、基板表面へのめっき液の供給量を増加させることができ、これによって高電流密度に対応でき、めっき膜の膜厚、膜質の面内均一性が改善でき、短時間で厚く且つ均一なめっき膜が得られ、さらに基板とアノード間に隔壁を設置してそれらの隙間に略平行にめっき液を流すだけなので装置の構造が簡単で小型化が図れて設備コスト・維持コストの低減化も図れる、生産性の高い基板用の電解めっき装置を提供することができる。

請求項３，請求項１４に記載の発明によれば、めっき液の流れの向きを切り換えることで、基板上のめっき膜の膜厚をより均一化することができる。

請求項４に記載の発明によれば、めっき液の流れの向きを容易に切り換えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、アノード側のめっき液や基板側のめっき液をそれぞれ最適な状態に制御することが可能となる。

請求項６，請求項７，請求項８に記載の発明によれば、隔壁として好適な材料（イオンによる電流を通し、且つ絶縁体である材料）を選択することができる。

請求項９に記載の発明によれば、隔壁表面で生じた乱流を基板上に到達し易くすることができ、まためっき液供給流量を上げずにめっき液の流速を高めることができ、これらのことからより効果的に高電流密度での均一なめっき膜の形成が行なえる。

請求項１０に記載の発明によれば、基板と隔壁間の流路を流れるめっき液に確実に乱流を生じさせることができる。

請求項１１に記載の発明によれば、めっきを行なう金属として好適な材料を選択することができる。

請求項１２，請求項１５に記載の発明によれば、めっき液の流れの向きを切り換えることで、基板上のめっき膜の膜厚、膜質の面内均一性が改善でき、さらに基板とアノード間に隔壁を設置してそれらの隙間に略平行にめっき液を流すだけなので、装置の構造が簡単で小型化が図れて設置コスト、維持コストの低減化も図れる、生産性の高い基板用の電解めっき装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、半導体基板のみでなく、ガラス基板や液晶基板といった種々の基板に適応できることは言うまでもない。図１は本発明の一実施形態にかかる電解めっき装置１の要部（めっき槽周辺部分）の構成を示す図であり、図１（ａ）は概略側断面図、図１（ｂ）は概略平断面図である。なお図１（ｂ）は電解めっき装置１を半導体基板Ｗと隔壁７０の間で切断して基板Ｗ側を見た状態を示している。同図に示すように電解めっき装置１は、半導体基板（以下単に「基板」という）Ｗを保持する基板ホルダ（以下「吸着プレート」という）１０と、アノード３０を保持するめっき槽本体５０とを具備して構成されている。吸着プレート１０とめっき槽本体５０とを併せてめっき槽が構成される。以下各構成部品について説明する。

吸着プレート１０は略平板状であって一方の面に図示しない吸着孔を有し、この吸着孔を真空引きすることでその表面に載置した半導体基板Ｗを固定するものである。

めっき槽本体５０は、前記吸着プレート１０と略同一外形寸法の筒状の側壁５１を有し、その内部をめっき液収納部５３とし、側壁５１の前記基板Ｗから離れた側の端部を底板５５によって塞いでいる。めっき液収納部５３内部の底板５５近傍には前記基板Ｗの表面に対向して平行に配置される平板状のアノード３０が設置されている。アノード３０はその中央部分が支持軸５９によって底板５５に固定され、支持軸５９を通して給電される。ここでアノード３０としては、めっきする金属と同じ元素からなる溶解アノードを用いても良いが、溶解アノードは使用に伴って摩耗するため定期的な交換が必要である。この電解めっき装置１では、下記するようにめっき液を基板Ｗ側とアノード３０側とで分離できるため、アノード３０で発生する気泡が基板Ｗに付着する恐れがないので、メンテナンスが容易な不溶解アノードを使用している。

底板５５の周囲の対向する２個所（上下の位置）には、めっき液を供給・排出するめっき配管６１−１，２が取り付けられている。下側のめっき配管６１−１は図示しないめっき液供給タンクからポンプを使用してめっき液が供給され、上側のめっき配管６１−２はめっき液を排出して前記図示しないめっき液供給タンクに戻され、これによってめっき液供給機構（めっき液循環機構）が構成されている。なおめっき配管６１の数は３つ以上であっても良い。

めっき槽本体５０の側壁５１の基板Ｗ側の先端辺には基板Ｗの外周近傍に当接することでシールするリング状のシール部６５が設けられている。またシール部６５の外側（めっき液に触れない側）を囲む位置には、基板Ｗの上面外周部分に当接することで基板Ｗに給電を行なう複数の接点６７が取り付けられている。

めっき槽本体５０の内部には、基板Ｗ側のめっき液とアノード３０側のめっき液とを分離する平板状の隔壁７０が設置されている。隔壁７０はめっき液の流れを規制する一方、アノード３０と基板Ｗとの間に電流を流す必要がある。そのため隔壁７０はイオン電導を妨げない材料または構造が必要である。ただし隔壁７０自体に導電性があると、隔壁７０が基板Ｗに対してアノード３０として働くため、電流分布を乱す上、隔壁７０が溶解したりガスを発生する恐れがある。そのため隔壁７０は絶縁体である必要がある。つまり隔壁７０の材料は、絶縁体であり、且つイオンによる電流を通す材料であればどのような材料でも良い。具体的に隔壁７０の材質としては、多孔質プラスチック、多孔質セラミック、多孔質ガラス、イオン交換樹脂、表裏に貫通孔を設けたガラス、プラスチック、セラミック等の緻密絶縁体板等を用いるのがよい。多孔体材料以外に、めっき液をわずかに通す貫通孔を設けた絶縁材料（細孔を多数開けたプラスチック板、ガラス板など）でも良い。ただし、隔壁７０に機械的剛性がないとめっき液を流したときに変形してしまうため、流量に対して十分な強度が必要である。特に多孔質プラスチックを使用する場合には剛性のある材料を選択するか、塩ビ製のパンチングボードなどを支持体として用いる。プラスチック材料としては、例えば旭化成ケミカルズ（株）製のポリオレフィン系樹脂 サンファインＡＱがある。またポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂などもある。セラミック材料としてはＳｉＣセラミック、アルミナセラミック、シリカセラミック等が挙げられる。ガラスとしてはコーニング社製バイコールガラス等が挙げられる。

図３，図４はそれぞれ隔壁７０の表面形状の例を示す図であり、図３（ａ），図４（ａ）は表面の一部拡大平面図、図３（ｂ），図４（ｂ）はそれぞれそのＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。図３に示す隔壁７０は、その一方の表面に直線状で平行なＶ溝７１を連続して設けた凹凸形状を有している。また図４に示す隔壁７０は、その一方の表面に直線状で平行な連続するＶ溝７１を直交方向に重ねて設け、これによって凸部の形状をピラミッド型（四角錐型）にしてなる凹凸形状を有している。一方図３，図４に示す隔壁７０の他方の面は何れも平面状としている。なお図１に示す電解めっき装置１で用いている隔壁７０の凹凸形状としては、下記する図２に示すように、図４で示すピラミッド型の突部の先端部分を平面状に切り欠いた形状（四角錐台形状）のものを用いている。

図１に戻ってめっき槽本体５０の側壁５１には隔壁７０よりも基板Ｗ側に開口するめっき配管７３−１〜６が、等間隔に複数（この例では６ヶ所）めっき槽本体５０の外周に沿って取り付けられている。各めっき配管７３−１〜６は図１（ｂ）に示すように先端部分が扇状に広がっており、これによって供給するめっき液が基板Ｗ上で広範囲に広がるように構成されている。めっき配管７３−１〜６には図示しない切換バルブが設置されていて、各めっき配管７３−１〜６はめっき液の供給と排出の両方向にめっき液を流すこと、即ちめっき液の供給と排出の切り換えが可能となっており、これによってめっき配管７３−１〜６のうちの何れかには図示しないめっき液供給タンク（前記めっき配管６１−１，２で用いるめっき液供給タンクとは別のタンク）からポンプを使用してめっき液が供給され、また別のめっき配管７３−１〜６の何れかからはめっき液が排出されて再び前記めっき液供給タンクに戻されるめっき液供給機構（めっき液循環機構）が構成されている。

次に電解めっき装置１の動作を説明する。まず図１（ａ）に示すように電解めっき装置１の各部材をセットし、次にめっき液収納部５３内のアノード３０と隔壁７０の間の空間に前記めっき配管６１−１，６１−２を具備するめっき液供給機構によってめっき液を供給・充填する。めっき液の供給方向はこの例では前述のようにめっき配管６１−１からめっき配管６１−２に向かうように流すが、場合によっては逆方向に流しても良いし、流れを交互に切り換えて流しても良い。同時にめっき液収納部５３内の基板Ｗと隔壁７０の間の空間に前記めっき配管７３−１〜７３−６を具備するめっき液供給機構によってめっき液を供給・充填する。その際この例では、各めっき配管７３−１〜６からタイミングをずらしてめっき液の供給・排出を行なう。例えば図１（ｂ）中のめっき配管７３−１からめっき液を供給すると共にめっき配管７３−４から排出し、次のタイミングでめっき配管７３−２からめっき液を供給すると共にめっき配管７３−５から排出し、その次にはめっき配管７３−３からめっき液を供給すると共にめっき配管７３−６から排出するといった手順でめっき液の流れを順次切換えてゆき、基板Ｗ上でのめっき液の流れ方向の影響を時間的に平均化する。上記例ではめっき液の供給と排出を対向する一対のめっき配管の組み合わせで行なっているが、同時に２ないし３本のめっき配管を使用して広い範囲で平行流を流したり、中心を通らない方向の組合せ（たとえばめっき配管７３−１から供給してめっき配管７３−３から排出する）でめっき液を流してもよい。あるいは、２方向の流れを発生させ、流れをぶつけるようにしても良い。また、供給に対して排出のタイミングを一時的に遅らせ、めっき液の圧力を高めるようにしても良い。さらに供給に対して排出のタイミングを一時的に早め、めっき液の圧力を下げるようにしても良く、これらの組合せによって圧力変動を起こして基板表面でのめっき液の乱れを促しても良い。そして図１（ａ）に示すように、前記各接点６７とアノード３０間を電源装置８０に接続して基板Ｗとアノード３０間に電流を供給すれば、基板Ｗの外周からその表面全体に給電が行なわれ、めっきが開始される。

図２はめっきを行なっているときの基板Ｗとアノード３０と隔壁７０とそれらの間を通過するめっき液の流れの状態を示す要部拡大断面概略図である。同図に示すように隔壁７０の基板Ｗ側を向く表面には、前述のようにピラミッド状で先端が平面状に切り欠かれた四角錐台形状の突部をマトリクス状に設けた凹凸形状が設けられている。そして前述のようにめっき液を流すと、図２に矢印で示すように、隔壁７０の基板Ｗ側を向く表面近傍を流れるめっき液は、その流速と隔壁７０表面の凹凸形状により乱流となり、乱流の影響を基板Ｗ表面に及ぼすことができ、基板Ｗ表面の凹部ｗ１へのめっき液の供給を促進することができる。

ところで基板Ｗと隔壁７０間の離間距離は、これを縮めて流路を狭くし、この流路を流れるめっき液が乱流を起こすのに十分な流速を発生させるようにしている。必要な流速は基板Ｗと隔壁７０間の離間距離、隔壁７０の表面の凹凸形状、隔壁７０の材質、基板Ｗ上の凹凸の状態等によって変化するが、最低でも０．１（ｍ／ｓｅｃ）以上あることが望ましい。また基板Ｗと隔壁７０間の離間距離はこれを狭くする方が、隔壁７０表面の凹凸で発生した乱流が基板Ｗ表面に到達し易く、基板Ｗ上へのめっき液の供給効果を高めることができるので好適である。具体的には隔壁７０と基板Ｗ間の離間距離を２ｍｍ以下に近づければ、乱流を基板Ｗ上に到達し易くするとともに、ポンプからのめっき液供給流量を上げずにめっき液の流速を高めることができるので好適である。一方アノード３０と隔壁７０間を流れるめっき液の流速は、アノード３０から発生する酸素の気泡を除去するのに十分な流量だけを流せば良く、基板Ｗ側と比べて流量、流速とも少なく、遅くても良い。

なお隔壁７０の凹凸形状はめっき液を流す方向、流速によって各種形状のものを用いるのが望ましい。即ち例えば基板Ｗの表面に対してめっき液を一方向に流す場合は、図３の隔壁７０のように、流れの方向Ｅに対して垂直に凹凸を設けるのが最も簡単にめっき液供給効果が高められて好適である。また上記電解めっき装置１のように基板Ｗの表面に対して複数の方向からめっき液を切り換えながら供給する場合は、図３に示す隔壁７０のような一方向の凹凸では、めっき液の流れが凹凸に対して垂直方向からずれてしまい、凹凸の溝に沿った流れが起きてしまい、めっき液の流れを乱す効果が下がってしまう。そこでこのような場合は、図４に示す隔壁７０のようにピラミッド型の突部や、図２に示す四角錐台形の突部や、円柱型や半球型や六角錐形など、流れ方向の影響の小さい凹凸を配置することで、どの方向からの流れにも同様の効果を得られるようすることが望ましい。また隔壁７０上の凹凸の高さ（高低差）は、隔壁７０と基板Ｗ間の距離及び流速によって決まるが、０．５ｍｍ以上あると効果が発揮し易い。

ところで隔壁７０として多孔質の隔壁を使用する場合、隔壁７０に含まれる気孔の量、分布を調整することで、隔壁７０の電気抵抗を高くすることができ、基板Ｗ表面の電流分布を改善することが可能である。即ちめっき液に浸漬した隔壁７０の電気抵抗を高くするとアノード３０と基板Ｗ間の抵抗値が高くなり、基板導通層の抵抗（基板Ｗの外周近傍に接続する接点６７から基板Ｗの中央までの導電層の電気抵抗）を相対的に無視できるように（キャンセルできるように）なり、基板導通層の膜厚を薄くしてもめっき膜の表面均一性を確保することができる。

また、隔壁７０に気孔率の低い材料（例えば多孔質セラミック材料）を使用した場合、アノード３０側と基板Ｗ側でめっき液が流通しにくくすることができ、アノード３０側と基板Ｗ側のめっき液を分離することができる。これを利用すると、アノード３０側と基板Ｗ側とでめっき液の組成を変えることもできる。たとえばアノード３０の酸化反応で消耗しやすい添加剤を使用する場合には、添加剤成分を含むめっき液を基板Ｗ側のみに流し、アノード３０側には添加剤を含まないめっき液を流すようにすれば、めっき液添加剤成分の過度な消耗を抑えることができる。またたとえばアノード３０側と基板Ｗ側とでめっき液の流量や温度を変えることもできる。即ちこの電解めっき装置１によれば、アノード３０と隔壁７０間にめっき液を供給（循環）するめっき配管６１−１，２等からなるめっき液供給機構と、基板Ｗと隔壁７０間にめっき液を供給（循環）するめっき配管７３−１〜６等からなるめっき液供給機構とを用いて、基板Ｗと隔壁７０の間を通過するめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成と、隔壁７０とアノード３０の間を通過するめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成とを各々独立して制御することもでき、これによってアノード３０側のめっき液と、基板Ｗ側のめっき液とをそれぞれ最適な状態に制御することも可能となる。

さらに前述のような気孔率の低い隔壁７０を使用し、基板Ｗとアノード３０とのめっき液を分離することで、基板Ｗ交換の時にアノード３０側のめっき液はそのままで、基板Ｗ側のめっき液だけを取り出すことができるようになる。このようにすることでめっき後のアノード３０の乾燥、空気酸化を防げるので、縦型の構造でありながら溶解アノードを使用しためっき槽が可能となる。

加えて隔壁７０として気孔率の低い材料を用いると、隔壁７０中へのめっき液の浸透量が少なくなるため、めっき後にめっき液を排出する際に隔壁７０に残るめっき液量を減らすことができ、めっき液の使用量を削減することができる。

図５は表面にシード層ｓ１を介してレジスト層ｓ２を塗布してＢＵＭＰ形状にパターニングした凹部ｓ３を設けた基板Ｗの表面に、高電流密度でめっきを行なった場合の模式図であり、図５（ａ）はめっき前の状態、図５（ｂ）は上記電解めっき装置１から隔壁７０を取り外した状態でめっきを行なった後の状態、図５（ｃ）は上記電解めっき装置１によってめっきを行なった後の状態を示す図である。

同図に示すように電流密度が高い場合、隔壁７０を使用せずにめっきを行なうと図５（ｂ）に示すようにシード層ｓ１へのめっき液の供給が追いつかないため、表面凹凸の激しいめっき膜ｓ４となった。一方、本発明の隔壁７０を使用して基板Ｗ表面にめっき液の乱流を起こしてめっき液の供給を促進した場合、図５（ｃ）に示すようにめっき膜ｓ４はシード層ｓ１から一様に成長し、高さの揃ったＢＵＭＰ形状が得られた。

図６は表面に深穴ｓ５を開口し、その表面にシード層ｓ６を形成した基板Ｗ表面に、高電流密度でめっきを行なった場合の模式図であり、図６（ａ）はめっき前の状態、図６（ｂ）は上記電解めっき装置１から隔壁７０を取り外した状態でめっきを行なった後の状態、図６（ｃ）は上記電解めっき装置１によってめっきを行なった後の状態を示す図である。

同図に示すようにこの例でも隔壁７０を使用しなかった場合は図６（ｂ）に示すようにシード層ｓ６へのめっき液の供給が追いつかないため、深穴ｓ５の入口部分に優先的にめっき膜ｓ４が成長してしまい、深穴ｓ５内部を埋めることができなかった。一方、本発明の隔壁７０を使用すると図６（ｃ）に示すようにめっき膜ｓ４は深穴ｓ５の内部から成長し、さらにめっき液中の添加剤によるボトムアップ効果を発揮することで深穴ｓ５内部を充填することができるようになった。

なお前記電解めっき装置１を用いてめっきできる金属としては各種の金属があり、特に銅、ニッケル、錫、金、銀、パラジウム、コバルト、クロム又はこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金等がこれに該当する。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記電解めっき装置１においては隔壁７０の表面に凹凸を設けたが、流すめっき液の流速によっては凹凸を設けなくても十分な乱流が得られる場合があり、そのような場合は前記凹凸を省略しても良い。また電解めっき装置の構成が前記電解めっき装置１の構成に限定されないことは言うまでも無く、各種の変形が可能であり、要は対向する半導体基板とアノードとの間に半導体基板側のめっき液とアノード側のめっき液とを分離する隔壁を設け、この隔壁と半導体基板との間に隔壁表面で乱流が生じるようにめっき液を通過させる構成であれば、他のどのような構成であっても良い。また隔壁に設ける凹凸もその凹凸面に沿って流れるめっき液の流れを乱す形状であればどのような形状であってもよい。また前記めっき配管７３−１〜６はめっき液の供給と排出を切り換えられる構成としたが、供給するめっき配管と排出するめっき配管とを別々に設置しても良い。

電解めっき装置１の要部を示す図であり、図１（ａ）は概略側断面図、図１（ｂ）は概略平断面図である。 基板Ｗとアノード３０と隔壁７０とめっき液の流れの状態とを示す要部拡大断面概略図である。 隔壁７０の表面形状の例を示す図であり、図３（ａ）は表面の一部拡大平面図、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。 隔壁７０の表面形状の例を示す図であり、図４（ａ）は表面の一部拡大平面図、図４（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。 基板Ｗの表面に高電流密度でめっきを行なった場合の模式図であり、図５（ａ）はめっき前の状態、図５（ｂ）は電解めっき装置１から隔壁７０を取り外した状態でめっきを行なった後の状態、図５（ｃ）は電解めっき装置１によってめっきを行なった後の状態を示す図である。 基板Ｗ表面に高電流密度でめっきを行なった場合の模式図であり、図６（ａ）はめっき前の状態、図６（ｂ）は電解めっき装置１から隔壁７０を取り外した状態でめっきを行なった後の状態、図６（ｃ）は電解めっき装置１によってめっきを行なった後の状態を示す図である。

符号の説明

１ 電解めっき装置（めっき装置）
Ｗ 基板（半導体基板）
１０ 吸着プレート（基板ホルダ、めっき槽）
３０ アノード
５０ めっき槽本体（めっき槽）
６１−１，２ めっき配管（めっき液供給機構）
７０ 隔壁
７１ Ｖ溝（凹凸形状）
７３−１〜６ めっき配管（めっき液供給機構）
８０ 電源装置

Claims (15)

1. めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬されるアノードと、前記めっき液中に浸漬され前記アノードの面に対向した位置に設置される基板と、前記基板とアノード間に電流を供給する電源装置と、前記めっき槽にめっき液を供給するめっき液供給機構とを具備し、前記対向する基板とアノードとの間に基板側のめっき液とアノード側のめっき液とを分離する隔壁を設け、前記めっき液供給機構によって前記隔壁と基板との間に基板の表面と略平行方向のめっき液を通過させるようにした電解めっき装置において、
   前記隔壁の少なくとも基板に対向する側の面は、この面に沿って流れるめっき液の流れを乱す凹凸形状を持つことを特徴とする電解めっき装置。
2. 請求項１に記載の電解めっき装置において、
   前記隔壁の表面の凹凸形状は高低差が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする電解めっき装置。
3. 請求項１又は２に記載の電解めっき装置において、
   前記めっき液供給機構は、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れが、基板の表面に略平行のまま、その向きを切り換える手段を有していることを特徴とする電解めっき装置。
4. 請求項３に記載の電解めっき装置において、
   前記めっき液供給機構は、基板の外周近傍を囲む位置にめっき液の供給と排出とを切り換えられる複数のめっき配管を具備し、各めっき配管におけるめっき液の供給と排出とを切り換えることで、めっき液の流れの向きを切り換えることを特徴とする電解めっき装置。
5. 請求項１乃至４の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
   前記めっき液供給機構は、基板と隔壁の間を通過するめっき液のめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成と、前記隔壁とアノードの間を通過するめっき液のめっき液流量、めっき液温度またはめっき液組成の少なくともいずれか一つを独立して制御することを特徴とする電解めっき装置。
6. 請求項１乃至５の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
   前記隔壁が多孔質プラスチック、多孔質セラミック、多孔質ガラスの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置。
7. 請求項１乃至５の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
   前記隔壁が表裏に貫通孔を開けたプラスチック、表裏に貫通孔を開けたセラミック、表裏に貫通孔を開けたガラスの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置。
8. 請求項６又は７に記載の電解めっき装置において、
   前記隔壁の材料が、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ＳｉＣセラミック、アルミナセラミック、シリカセラミックの何れかからなることを特徴とする電解めっき装置。
9. 請求項１乃至８の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
   前記隔壁と前記基板との距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする電解めっき装置。
10. 請求項１乃至９の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
    前記めっき液供給機構によって供給されるめっき液は、前記基板上中心での線速度が０．１ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする電解めっき装置。
11. 請求項１乃至１０の内の何れかに記載の電解めっき装置において、
    前記めっき液によるめっきが、銅、ニッケル、錫、金、銀、パラジウム、コバルト、クロム又はこれらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金からなることを特徴とする電解めっき装置。
12. めっき液を保持するめっき槽と、前記めっき液中に浸漬されるアノードと、前記めっき液中に浸漬され前記アノードの面に対向した位置に設置される基板と、前記基板とアノード間に電流を供給する電源装置と、前記めっき槽にめっき液を供給するめっき液供給機構とを具備し、前記対向する基板とアノードとの間に基板側のめっき液とアノード側のめっき液とを分離する隔壁を設け、前記めっき液供給機構によって前記隔壁と基板との間に基板の表面と略平行方向のめっき液を通過させるようにした電解めっき装置において、
    前記めっき液供給機構は、前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れが、基板の表面に略平行のまま、その向きを切り換える手段を有していることを特徴とする電解めっき装置。
13. めっき槽内に対向して設置したアノード及び基板の間に、基板側とアノード側を分離する隔壁を設け、隔壁で分離された基板側のめっき槽内とアノード側のめっき槽内とにそれぞれめっき液を通過させ、その際基板と隔壁とを接近させておいてその間を通過するめっき液を基板表面に対して略平行とし、その上で前記基板とアノード間に電流を供給することで基板表面にめっきを行う電解めっき方法において、
    前記隔壁の少なくとも基板に対向する側の面に凹凸形状を設けておき、この凹凸形状の面に沿って流れるめっき液の流れを乱し、乱した状態のめっき液の流れを基板表面に到達させることを特徴とする電解めっき方法。
14. 請求項１３に記載の電解めっき方法において、
    前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れを、基板の表面に対して略平行としたまま、その向きを切り換えることを特徴とする電解めっき方法。
15. めっき槽内に対向して設置したアノード及び基板の間に、基板側とアノード側を分離する隔壁を設け、隔壁で分離された基板側のめっき槽内とアノード側のめっき槽内とにそれぞれめっき液を通過させ、その際基板と隔壁とを接近させておいてその間を通過するめっき液を基板表面に対して略平行とし、その上で前記基板とアノード間に電流を供給することで基板表面にめっきを行う電解めっき方法において、
    前記隔壁と基板との間を通過するめっき液の流れを、基板の表面に対して略平行としたまま、その向きを切り換えることを特徴とする電解めっき方法。

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