JP2010126767A - めっき装置およびめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき時の基体の反りを抑制し基体の汚れを有効に除去するめっき装置およびめっき方法を提供する。
【解決手段】本発明のめっき装置は、めっき層を形成すべき基体を保持する保持板１２と、前記基体１０にめっき液２２を供給するめっき液供給部５０と、前記基体１０のめっきを行う第１の面３６に対向する第２の面３８を、前記めっき液２２よりも高い温度に加熱する加熱手段１８とを具備し、前記基体の表面にめっき層を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、めっき装置およびめっき方法に関し、特に、半導体基板に金属めっきを施すめっき装置およびめっき方法に関する。

半導体基板のような基体上に、アルミニウム、銅またはニッケルなどの金属めっきを施す必要があることがある。半導体基板のケイ素と、アルミニウム、銅またはニッケルなどとは、熱膨張係数などの物性が異なるため、良好な金属めっきを行うことは難しいことが多い。従来の基体へのめっき装置や方法としては、特許文献１に記載の方法のように、電解めっきにおいて、アノード電極やカソード電極の位置を工夫したものがあった。

図６は、特許文献１に記載のめっき装置に代表される従来のめっき装置を示す概略図である。基体保持機構２０ｐの保持板１２ｐに基体１０を保持した後、図６のように、高温（例えば、９０℃）のめっき液２２に基体１０を浸漬している。

しかし、図６の構成では、めっき時に、基体保持機構２０ｐに装着された常温の基体１０を高温のめっき液２２からなるめっき槽２４に浸漬することになる。この場合、基体１０は、めっき液２２へと浸漬後にめっき温度まで上昇する。その結果、基体１０、保持板１２ｐ、およびめっきにて析出されるめっき層との熱膨張係数の違いにより、めっき途中に、基体が反ってしまい、また、めっき品質が悪化するという問題がある。

特に基体の反りは、薄くかつ大口径の基体ほど大きくなり、基体を搬送する装置に対応できない場面がしばしば見られる。

また、めっき面において、基体の表面に付着していた異物を主要因としてめっき品質が悪化し、ピンホールが発生することなどの品質上の問題も見られる。
特開２００６−１１７９６３号公報（図１、段落0050〜0052）

本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するもので、めっき時の基体の反りを抑制し、めっき品質を高め、基体の汚れを有効に除去できるめっき装置とめっき方法を提供することを目的とする。

本発明のめっき装置は、めっき層を形成すべき基体を保持する保持板と、前記基体にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記基体のめっきを行う第１の面に対向する第２の面を、前記めっき液よりも高い温度に加熱する加熱手段とを具備し、前記基体の表面にめっき層を形成するめっき装置である。第２の面をめっき液よりも高い温度に加熱する加熱手段とを具備することにより、めっき層、第１の面および第２の面の間で温度差が少なくなり、基体に反りがなくなり、また、良好な品質のめっき層を得ることができる。

また、アノード電極が形成され、前記めっき液を収容しためっき槽と、前記保持板に支持された前記基体に電流を供給するカソード電極とを具備し、前記加熱手段は、めっき時に前記基体の第１の面の温度が前記第２の面の温度よりも高くならないように温度制御を行う温度制御部を具備することができる。これにより、第１の面と第２の面の温度差を抑えることができる。

また、前記基体は半導体基板であり、前記半導体基板に洗浄液を噴射する噴射部を具備することができる。これにより、めっきに先立ち、半導体基板を洗浄して、ピンホールの原因となる異物を除去することができる。

本発明のめっき方法は、加熱手段が設けられた保持板によって、めっきすべき基体を保持する工程と、前記基体のめっきを行う第１の面に対向する第２の面を、めっき液よりも高い温度に加熱する工程と、加熱された前記基体に前記めっき液を供給する工程とを含み、前記基体の表面にめっき層を形成する。これにより、第１の面、第２の面およびめっき層の温度差を抑えることができる。

また、前記基体としての半導体基板のめっきを行う面に対して、スプレーで洗浄液を噴出して、汚れを除去する工程と、前記半導体基板のめっきを行う第１の面をめっき液に浸漬するに先立ち、前記半導体基板の前記第１の面に対向する第２の面を、前記めっき液よりも高い温度に加熱する工程と、前記半導体基板を前記めっき液に浸漬して、所定の厚みを得るように電解めっきを行う工程とを含むことができる。

前記汚れを除去する工程は、噴射部でフッ化水素溶液を噴出する工程を含むことができる。また、前記汚れを除去する工程は、噴射部で前記めっき液を噴出する工程を含むことができる。また、前記汚れを除去する工程は、噴射部で界面活性剤を噴出する工程を含むことができる。

これにより、ピンホールの原因となる基体上の汚れを有効に除去して、良好なめっき層を得ることができる。

本発明のめっき装置およびめっき方法によれば、めっき時に基体の第１の面、第２の面、めっき層において温度差が生じるのを最小限に抑えられるため、基体の反りを最小限に抑えることができ、良好なめっき層を得ることができる。

また、噴射部によってめっきする表面に洗浄液を噴出して汚れ（異物）を除くことで、異物に起因するピンホールをなくすことができる。

本発明に従って加熱手段を設けたことによって、噴射部で基体にめっき液を噴射してめっきを施すことが可能となる。これにより、めっき液に浸漬する方法と比べて大量のめっき液が不要となり、めっき槽を用いないため構成が単純になる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例に従うめっき装置を示した概略図であり、めっきを行うべき基体１０（ここでは半導体基板）を基体保持機構２０が保持する前の段階の図である。本実施の形態のめっき装置は、基体保持機構２０と、基体１０にめっきを施すためのめっき槽２４と、めっき槽２４内の底部に配置したアノード電極２６と、めっき液供給部５０とを備えている。

基体保持機構２０は、加熱手段１８（この場合、抵抗体からなるヒータ）を埋め込んだ保持板１２、カソード電極１３、被覆体１４および支持棒１６を有し、支持棒１６が保持板１２、カソード電極１３および被覆体１４を保持している。保持板１２の下には基体１０を保持することができる。基体１０は、本実施の形態において半導体基板であり、めっきを行う面である第１の面３６および第１の面３６に対向する第２の面３８を有する。基体１０は、薄い厚さの円盤形状であり、基体保持機構２０は上方から見ると円形である。

めっき液供給部５０は、めっき液２２を貯留するためのめっき液タンク４０と、フィルタ４４と、めっき液タンク４０に貯留されためっき液をフィルタ４４を通してめっき槽２４に送出するポンプ４２とを備えている。めっき槽２４またはめっき液タンク４０には、ヒータ（図示せず）を備えており、めっき液２２を加熱して、約９０℃を維持する。めっき反応のために適した温度にするためである。

また、本実施の形態のめっき装置は、噴射口３４を有する噴射部３２を備える。この場合、噴射部３２は、シャワー状に噴射可能なスプレーである。

図２は、図１の状態から進行し、基体保持機構２０が基体１０を保持して持ち上げた段階の概略図である。基体保持機構２０の保持板１２は、基体１０のめっきを行う面である第１の面３６に対向する第２の面３８が保持板１２の面に接するように、基体１０を保持する。この保持は、被覆体１４の係合機構（図示せず）によって行ってもよく、保持板１２の中に設けた真空機構によって行ってもよい。

基体保持機構２０が基体１０を保持して持ち上げた後、保持板１２に設けた加熱手段１８に電流を流し、温度制御部１５の制御の下、加熱手段１８を加熱する。その結果、保持板１２全体を加熱し、保持板１２の面と接する基体１０の第２の面３８を加熱し、結果的に、めっきを施す基体１０の第１の面３６も加熱する。被覆体１４は、加熱手段１８が加熱した熱を逃がさない役割の他、後述するように基体１０をめっき液２２に浸漬した際にめっき液２２が被覆体１４の中側に入り込まないようにする役割を有する。

加熱手段１８は、保持板１２の内部に埋め込んでもよく、また、保持板１２の外側に付着させてもよい。また、加熱手段１８を、めっき液２２に対して耐薬品性・耐温度に優れた材質にて包囲するとよい。好ましくは、加熱手段１８を、フッ化水素溶液に対して耐性があるポリテトラフルオロエチレンで包囲する。また、ステンレスで包囲することもできる。

図３は、図２の状態から進行し、噴射部３２が基体１０に洗浄液を噴射する段階の概略図である。この段階において、まず、噴射部３２を用いて、基体１０の第１の面３６に対して、汚れ（この場合、酸化物）を除去するための第１の洗浄液であるフッ化水素（ＨＦ）溶液を噴射する。

その後、さらに第２の洗浄液であるめっき液２２（めっき槽２４の中のめっき液２２と同じもの）を噴射する。これらの洗浄液は、めっき槽２４のめっき液２２と同じ程度に加熱して用いる。なお、加熱手段１８を備えた保持板１２によって基体１０を引き続き加熱している。

噴射部３２の噴射角度は、基体１０と直角に近い角度が望ましいが、斜め方向、例えば、図のように基体１０の第１の面３６と４５度の角度を形成する角度からでもよい。また、噴射部３２を１つの基体１０に対して複数設けてもよく、逆に、１つの噴射部３２を動かして多数の基体１０に対して噴射するような構成であってもよい。

洗浄液をシャワー状に噴出することで、基体１０のミクロ的な窪み部にある異物を吹き飛ばし、溶解する。異物があればピンホールの原因となる。洗浄液をシャワー状に噴出させる際に、基体１０を加熱手段１８によって加熱することにより、異物が基体１０と分離しやすくなり、また、洗浄液と基体１０との温度差が少なくなることにより、基体１０の反りが少なくなる。

なお、噴射部３２の噴射において、界面活性剤を噴射させることができる。この場合、特に有機物質の除去に有効である。

図４は、図３の状態から進行し、基体保持機構２０によって基体１０をめっき槽２４のめっき液２２に浸漬した段階の概略図である。

保持板１２にカソード電極１３を設け、このカソード電極１３とめっき槽２４の中のアノード電極２６との間に電圧を印加して、基体１０とアノード電極２６の間に電流を流し、基体１０の第１の面３６に、電解めっきを施す。本実施の形態の場合、ニッケル（Ｎｉ）のめっきを施す。なお、加熱手段１８を備えた保持板１２によって基体１０を引き続き加熱している。

加熱手段１８の加熱は、温度制御部１５の制御の下、基体１０のめっき液２２への浸漬に先立ち、基体１０の第２の面３８がめっき液２２の温度よりも高い温度となるように行う。このようにすることで、後述するように、基体１０のめっき反応を行う第１の面３６を適切な温度に保つ。

さらに、好ましくは、加熱手段１８の加熱は、基体１０のめっき液２２への浸漬に先立ち、基体１０の第１の面３６がめっき液２２の温度よりも高い温度となるように行う。このようにすることで、めっき液２２全体の中で基体１０の第１の面３６の部分の温度が高くなり、第１の面３６に対してめっき反応を選択的に行うことができるようになる。

また、温度制御部１５を用いて、基体１０の第１の面３６の温度と第２の面３８の温度を測定し、めっき時に基体１０の第１の面３６の温度が第２の面３８の温度よりも高くならないように温度制御を行うことが好ましい。第１の面３６と第２の面３８の温度差が大きいと、基体１０の反りやめっき品質の悪化をもたらすからである。基体１０の第１の面３６の温度と第２の面３８の温度の測定は、被覆部１４に熱電対を設けることで行う。温度制御部１５は、温度の比較、電流制御、温度制御をプロセッサにより行う。

図３の段階で、基体１０を加熱しながら洗浄液を噴射していることによって、めっきに適した良好な基体１０の第１の面３６となっている。また、約９０℃のめっき液２２に基体１０を浸漬しているため、基体１０とめっき液２２との温度差が大きければ基体１０に反りが発生しやすいが、本発明に従って、基体１０を加熱しているため、基体１０の反りを最小限に抑えることができている。

基体１０をめっき液２２に浸漬した後、所望のめっき厚みを得るように基体１０の第１の面３６上にめっき層を成長させる。その後、めっき槽２４から基体保持機構２０を持ち上げ、基体１０を基体保持機構２０から離す。加熱手段１８の加熱は、基体保持機構２０をめっき槽２４から持ち上げた後に止めてもいいが、その後すぐに新たな基体１０を保持する場合は、継続的に加熱するのがよい。

めっきを終了した基体１０は、本発明に従って、基体１０に洗浄液を噴射し、加熱状態で基体１０にめっきを施したことにより、均一な表面を有し反りを最小限に抑えることができた。

図５（ａ）は、図４の状態において基体１０をめっき槽２４のめっき液２２に浸漬した状態の概略図であり、図５（ｂ）は、その状態における基体１０、保持板１２およびめっき液２２の温度分布図である。図５（ｂ）の温度分布図において、横軸Ｔは温度であり右側が高温を意味し、縦軸Ｄは深さ方向の距離であり、下側が深い位置を意味する。グラフ中、点線で囲んだ領域は反応領域である。

本発明に従い、基体１０の第２の面３８を、基体１０のめっき液２２への浸漬に先立ち、めっき液２２の温度（Ｓ２の部分の温度）よりも高い温度Ｔ_Hに加熱する。さらに、本発明に従い、基体１０の第１の面３６を、基体１０のめっき液２２への浸漬に先立ち、めっき液２２の温度（Ｓ２の部分の温度）よりも高い温度に加熱する。

従って、基体１０の第１の面３６と第２の面３８の間は、図５（ｂ）の温度分布図においてＳ１で示した温度勾配が発生する。また、基体１０の第１の面３６とめっき槽２４の底との間は、Ｓ２で示した温度勾配が発生し、めっき槽２４の中では基体１０の第１の面３６の温度が最も高くなる。これはめっき反応の反応熱と加熱手段１８が発生した熱が原因である。従って、基体１０の第１の面３６の温度が、第２の面３８の温度よりも高くなることがあり得るため、温度制御部１５を用いて、基体１０の第１の面３６の温度と第２の面３８の温度を測定し、めっき時に基体１０の第１の面３６の温度が第２の面３８の温度よりも高くならないように温度制御を行うことが好ましい。これにより、第１の面３６と第２の面３８の温度差を抑えることができ、基体１０の反りやめっき品質の悪化を抑えることができる。

本発明を電解めっきの場合に基づいて説明したが、本発明を無電解めっきにも適用できる。その場合、アノード電極２６はなく、基体１０は電流が流れることによってはめっきをしない。本発明に従って加熱手段１８を設けたことによって、噴射部３２で基体にめっき液２２を噴射してめっきを施すことが可能となる。これにより、めっき液に浸漬する方法と比べて、大量のめっき液が不要となり、めっき槽２４を用いないため構成が単純になる。

また、めっき金属としてニッケル（Ｎｉ）、めっき液の温度が約９０℃の場合に基づいて本発明を説明したが、めっき液の温度として常温より高い温度を使用するならば、特にめっきする金属の種類は問わず、本発明を適用することができる。

なお、前記実施の形態では、半導体基板へのめっきについて説明したが、半導体基板に限定されることなく、反りの生じ易いフィルム基板や、金属箔へのめっきなどにも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施例に従うめっき装置を示した概略図であり、基体１０を保持する前の段階を示す図 図１の状態から進行し、基体保持機構２０が基体１０を保持して持ち上げた段階を示す概略図 図２の状態から進行し、噴射部３２が基体１０に洗浄液を噴射する段階を示す概略図 図３の状態から進行し、基体保持機構２０によって基体１０がめっき槽２４のめっき液２２に浸漬した段階を示す概略図 （ａ）は、図４の状態において基体１０をめっき槽２４のめっき液２２に浸漬した状態の概略図、（ｂ）は、その状態における基体１０、保持板１２およびめっき液２２の温度分布図 従来技術のめっき装置を示した概略図

符号の説明

１０ 基体
１２ 保持板
１３ カソード電極
１４ 被覆体
１５ 温度制御部
１６ 支持棒
１８ 加熱手段
２０ 基体保持機構
２２ めっき液
２４ めっき槽
２６ アノード電極
３２ 噴射部
３４ 噴射口
３６ 第１の面
３８ 第２の面
４０ めっき液タンク
４２ ポンプ
４４ フィルタ
５０ めっき液供給部

Claims (8)

1. めっき層を形成すべき基体を保持する保持板と、
   前記基体にめっき液を供給するめっき液供給部と、
   前記基体のめっきを行う第１の面に対向する第２の面を、前記めっき液よりも高い温度に加熱する加熱手段とを具備し、
   前記基体の表面にめっき層を形成するめっき装置。
2. 請求項１に記載のめっき装置であって、
   アノード電極が形成され、前記めっき液を収容しためっき槽と、前記保持板に支持された前記基体に電流を供給するカソード電極とを具備し、
   前記加熱手段は、めっき時に前記基体の第１の面の温度が前記第２の面の温度よりも高くならないように温度制御を行う温度制御部を具備しためっき装置。
3. 請求項１または２に記載のめっき装置であって、
   前記基体は半導体基板であり、
   前記半導体基板に洗浄液を噴射する噴射部を具備しためっき装置。
4. 加熱手段が設けられた保持板によって、めっきすべき基体を保持する工程と、
   前記基体のめっきを行う第１の面に対向する第２の面を、めっき液よりも高い温度に加熱する工程と、
   加熱された前記基体に前記めっき液を供給する工程とを含み、
   前記基体の表面にめっき層を形成するめっき方法。
5. 請求項４に記載のめっき方法であって、
   前記基体としての半導体基板のめっきを行う面に対して、噴射部で洗浄液を噴出して、汚れを除去する工程と、
   前記半導体基板のめっきを行う第１の面をめっき液に浸漬するに先立ち、前記半導体基板の前記第１の面に対向する第２の面を、前記めっき液よりも高い温度に加熱する工程と、
   前記半導体基板を前記めっき液に浸漬して、所定の厚みを得るように電解めっきを行う工程とを含むめっき方法。
6. 請求項５に記載のめっき方法であって、
   前記汚れを除去する工程は、噴射部でフッ化水素溶液を噴出する工程を含む
   めっき方法。
7. 請求項５に記載のめっき方法であって、
   前記汚れを除去する工程は、噴射部で前記めっき液を噴出する工程を含む
   めっき方法。
8. 請求項５に記載のめっき方法であって、
   前記汚れを除去する工程は、噴射部で界面活性剤を噴出する工程を含む
   めっき方法。

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