JP2016151028A - 電解めっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解めっき時の電流線の集中により、めっき対象物の被めっき領域の端部領域において、中央領域よりもめっき膜厚が厚くなってしまうことを抑制することが可能な電解めっき装置を提供する。【解決手段】 めっき対象物１がアノードと対向するようにめっき液に浸漬され、アノードに対するカソードとして機能するように構成された電解めっき装置であって、攪拌部材２１が、めっき対象物１とアノードとの間の領域において、めっき対象物１の主面１ａと平行な方向に往復動してめっき槽内のめっき液を攪拌するとともに、攪拌部材２１の移動方向についてみた場合における、被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅに対向する領域を通過する際の攪拌部材２１の移動速度が、被めっき領域Ｍの中央領域Ｍｍに対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるように構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、電解めっき装置に関し、詳しくは、めっき対象物の被めっき領域に形成されるめっき膜の厚みに位置的な偏りが生じることを抑制できるようにした電解めっき装置に関する。

シリコンウエハなどの基板をめっき対象物として、めっき対象物にめっきを行う場合、めっき対象物を基板ホルダーに保持させた状態でめっきを行う、電解めっき方法が広く用いられている。

そして、このような電解めっき装置として、例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すような電解めっき装置が提案されている（特許文献１参照）。

この特許文献１の電解めっき装置１１０は、めっき液１１２を収容するめっき槽１１１と、めっき槽１１１内に配置されたアノード１１５と、カソードとなるめっき対象物１０１を保持してめっき液中に固定するための基板ホルダー１１７と、めっき液１１２を攪拌するための攪拌部材（パドル）１２１とを備えている。
そして、電解めっき装置１１０では、攪拌部材１２１を、めっき対象物１０１の被めっき領域Ｍと対向する領域と同じ長さ、又は、それよりも長い区間において等速で水平方向に移動させることにより、被めっき領域Ｍにおけるめっき膜の厚みが均一になるようにしている。

特開平８−１４４０８５号公報

しかしながら、上述の電解めっき装置１１０を用いて、攪拌部材１２１を等速で移動させながらめっきを行った場合、電流線を遮蔽する時間が攪拌部材１２１の移動するすべての領域で同じになり、アノード１１５とめっき対象物（カソード）１０１の間で発生する電流線Ｒが、被めっき領域Ｍの端部（周縁部）領域に集中すること（図９参照）を防止できないため、被めっき領域Ｍの端部領域では、中央領域に比べてめっき膜厚が厚くなるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、電流線の集中により、めっき対象物の被めっき領域の端部領域において、中央領域よりもめっき膜厚が厚くなってしまうことを抑制することが可能な電解めっき装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電解めっき装置は、
めっき対象物の主面の、めっき処理が施されるべき被めっき領域にめっき処理を行うための電解めっき装置であって、
前記めっき対象物が浸漬されるめっき液を貯留するめっき槽と、
前記めっき槽内に配設されたアノードと、
少なくとも一部が前記めっき液に浸漬された状態で、所定の方向に往復動して、前記めっき液を攪拌する攪拌部材とを備え、
前記めっき対象物が、前記アノードと対向するように前記めっき液に浸漬され、前記アノードに対するカソードとして機能するように構成され、
前記攪拌部材が、前記めっき対象物と、前記アノードとの間の領域において、前記めっき対象物の前記主面と平行な方向に往復動して前記めっき槽内の前記めっき液を攪拌するとともに、
前記攪拌部材の移動方向についてみた場合における、前記被めっき領域の端部領域に対向する領域を通過する際の前記攪拌部材の移動速度が、前記被めっき領域の中央領域に対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるように構成されていること
を特徴としている。

本発明の電解めっき装置においては、前記攪拌部材を、任意の位置で加減速させることができるように構成されていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、例えば、電流線の集中によるめっき膜厚の偏りを、さらに精度よく抑制することが可能になる。
また、上記構成を備えることにより、積極的にめっき膜厚を制御して、任意の位置で、所望の厚みを有するめっき膜を形成することが可能になる。

また、前記被めっき対象物の前記主面に直交する方向からみた場合において、前記移動方向が互いに直交するように構成された少なくとも一対の前記攪拌部材を備えていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、移動方向が互いに直交するように構成された一対の攪拌部材のそれぞれが、移動方向についてみた場合における端部領域において電流線を遮蔽する時間を、中央領域において電流線を遮蔽する時間よりも長くすることが可能になる。
その結果、被めっき領域が方形である場合には、電流線の集中により端部領域のめっき膜厚が中央領域よりも厚くなることを効果的に抑制することが可能になり、被めっき領域の端部領域と中央領域とにおけるめっき膜厚の差の小さい、均一性の高いめっきを行うことが可能な電解めっき装置を提供することが可能になる。

また、前記めっき対象物と、前記アノードとの間の領域であって、前記攪拌部材が往復動する領域よりも前記アノードに近い領域に、前記めっき対象物と対向するように配設され、前記被めっき対象物の前記被めっき領域に対向する領域よりも内側に周縁部が位置する開口を備えた遮蔽板をさらに備えていることが好ましい。

上記構成を備えることにより、被めっき領域の端部領域への電流線の集中をさらに確実に緩和することができ、本発明をより実効あらしめることが可能になる。

本発明の電解めっき装置においては、めっき対象物と、アノードとの間の領域において、めっき対象物の主面と平行な方向に往復動してめっき槽内のめっき液を攪拌する攪拌部材を、その移動方向についてみた場合における、被めっき領域の端部領域に対向する領域を通過する際の移動速度が、被めっき領域の中央領域に対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるような態様で移動させるようにしているので、攪拌部材の移動方向における被めっき領域の端部において、アノードとカソードの間で発生する電流線を攪拌部材により遮蔽する時間を、被めっき領域の中央領域において遮蔽する時間よりも長くすることができるようになる。その結果、めっき対象物の被めっき領域の端部におけるめっき膜厚が、被めっき領域の中央領域よりも厚くなることを抑制することが可能になる。
したがって、本発明によれば、被めっき領域の端部領域と中央領域とにおけるめっき膜厚の差の小さい（めっき膜の厚みに位置的な偏りの小さい）、均一性の高いめっきを行うことが可能な電解めっき装置を提供することが可能になる。

本発明の実施形態１にかかる電解めっき装置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面からみた場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す電解めっき装置を矢印Ｂ（図１参照）からみた場合の図である。 図１に示す電解めっき装置の攪拌部材の移動速度を示す図である。 図３に示す攪拌部材の移動速度の変形例である。 図３に示す攪拌部材の移動速度の他の変形例である。 本発明の実施形態２にかかる電解めっき装置を模式的に示す図であり、（ａ）は正面からみた場合の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図６に示す電解めっき装置を矢印Ｄ（図６参照）からみた場合の図である。 従来の電解めっき装置を示す図であり、（ａ）は正面からみた場合の断面図、（ｂ）は攪拌部材の移動速度を示す図である。 電解めっき時に発生する電流線を模式的に示す図である。

以下に、本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

［実施形態１］
図１（ａ），（ｂ）および図２は、本発明の実施形態１にかかる電解めっき装置１０を示す図である。
電解めっき装置１０は、めっき対象物１の被めっき領域Ｍにめっきを施すための装置であって、めっき液１２を貯留するめっき槽１１と、アノード１５と、めっき液１２を攪拌するための攪拌部材（パドル）２１とを備えている。

また、この電解めっき装置１０においては、めっき対象物１が、カソードとして機能するように構成されている。そして、めっき対象物１は、めっきが施されるべき領域である被めっき領域Ｍを備えた主面１ａが、アノード１５と対向する姿勢で、めっき液１２に浸漬されるように構成されている。

また、めっき槽１１内の、アノード１５とめっき対象物（カソード）１の間には、めっき対象物１と対向するように絶縁材料からなる遮蔽板１３が配設されている。

電解めっき装置１０は、直流電源１９を備えており、アノード１５が直流電源１９のプラス極に、めっき対象物（カソード）１が直流電源１９のマイナス極に接続されている。

アノード１５を構成する材料としては、金属材料であるＣｕが用いられている。めっき液１２としては、硫酸銅と硫酸の水溶液が用いられている。

この実施形態におけるめっき対象物１は、セラミック基板であり、電解めっき装置１０は、このめっき対象物１を保持するためのホルダー１７を備えている。

そして、めっき対象物１は、その主面１ａの被めっき領域Ｍがめっき液１２に浸漬されるような態様でホルダー１７に固定されている。

また、めっき対象物１の主面１ａの被めっき領域Ｍには、電解めっき装置１０によりめっきが施される下地電極（めっき膜の成長の基点となるシード電極）（図示せず）が予め形成されている。なお、下地電極（シード電極）は、特に図示しない配線を介して、直流電源１９のマイナス極に接続されるように構成されている。

なお、この実施形態では、被めっき領域Ｍの形状は略矩形状であり、被めっき領域Ｍは、水平方向に対向する２辺と鉛直方向に対向する２辺により挟まれるように構成されている。

そして、この実施形態１の電解めっき装置１０において、上述の攪拌部材２１は、めっき対象物１とアノード１５の間の領域に、めっき対象物１の主面１ａと平行でかつ、水平な方向に往復動してめっき槽１１内のめっき液１２を攪拌するとともに、攪拌部材２１の移動方向についてみた場合における、被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅに対向する領域を通過する際の攪拌部材２１の移動速度が、被めっき領域Ｍの中央領域Ｍｍに対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるように構成されている（図３参照）。

また、攪拌部材２１は、めっき対象物１の主面１ａに近接して、例えば、主面１ａから０．５ｍｍ〜２ｍｍ離れた位置に配設されている。また、攪拌部材２１は、その一部である下端側がめっき液１２に浸漬され、長手方向が鉛直方向に向くように配設されている

なお、攪拌部材２１を構成する材料としては、例えば、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの絶縁性を有する材料が用いられる。攪拌部材２１の形状に特別の制約はなく、例えば、円柱や多角柱状の部材を用いることができる。

めっき槽１１の上方には、攪拌部材２１を所定方向に往復動させるための移動手段２２と、移動手段２２を固定するための天板フレーム２３が配設されている。移動手段２２としては、攪拌部材２１の往復動の移動速度を変えることができるように、例えば、一軸ロボットが用いられる。

この攪拌部材２１の往復動により、めっき対象物１の主面１ａ近傍のＣｕイオンが消費されためっき液１２が、新鮮なめっき液（Ｃｕイオンを十分に含むめっき液）と入れ替わるように構成されている。

また、上述した遮蔽板１３は、攪拌部材２１が往復動する領域よりもアノード１５に近い領域に配設されている。

遮蔽板１３は枠状の形状をしており、めっき対象物１の被めっき領域Ｍに対向する領域よりも内側に周縁部１３ａが位置する開口１３ｂを備えている。この実施形態では、遮蔽板１３の開口１３ｂは、被めっき領域Ｍの形状と相似形とされている。この遮蔽板１３により、被めっき領域Ｍの端部領域への電流線Ｒの集中が緩和される。
なお、遮蔽板１３は、被めっき領域Ｍの形状に対応して交換することができるように構成されている。

次に、上述した構成を有する電解めっき装置１０を用いて、めっき対象物１にめっき処理を施す際の、攪拌部材２１の移動速度について説明する。

上述のように、攪拌部材２１は、攪拌部材２１の移動方向についてみた場合、被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅに対向する領域を通過する際の移動速度が、被めっき領域Ｍの中央領域Ｍｍに対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるように構成されている。
具体的には、攪拌部材２１は、往路では、被めっき領域Ｍの一方の端部領域Ｍｅで徐々に移動速度を上げ、中央領域Ｍｍで一定の移動速度ｖ１で移動し、他方の端部領域Ｍｅで徐々に移動速度を下げるように制御されている。また、復路では、その逆となるように速度制御されている。

攪拌部材２１を上述のように動作させながらめっきを行うことにより、攪拌部材２１の移動方向における被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅにおいて、中央領域Ｍｍに比べて、アノード１５とめっき対象物（カソード）１の間で発生する電流線Ｒの、攪拌部材２１による遮蔽時間を長くすることができ、端部領域Ｍｅへの電流線Ｒの集中を抑制して、端部領域Ｍｅのめっき膜厚を中央領域Ｍｍのめっき膜厚と同等にする（すなわち、攪拌部材２１を被めっき領域Ｍの全領域で等速で移動させた場合に比べて、端部領域Ｍｅにおけるめっき膜厚を薄くする）ことができる。

なお、攪拌部材２１の移動方向についてみた場合の、被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅおよび中央領域Ｍｍにおける攪拌部材２１の移動速度については、実際に、端部領域Ｍｅと中央領域Ｍｍに形成されるめっき膜厚を比較することで適宜設定することが可能である。これにより、遮蔽板１３を交換することなく、攪拌部材２１の動作設定を変更することで、めっき膜厚を調整することができるようになり、被めっき領域Ｍの範囲が異なる場合においても、めっき膜厚を均一とするための調整を容易に行うことが可能になる。

また、電解めっき装置１０は、図４に示すように、攪拌部材２１の移動速度が、端部領域Ｍｅに対向する領域の一部において、一定の速度を有するように構成することも可能である。図４に示すような態様で攪拌部材２１を移動させるようにした場合も、端部領域Ｍｅに対向する領域を通過する際の移動速度が、中央領域Ｍｍに対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅いため、図３に示す場合に準じる効果を得ることができる。

なお、電解めっき装置１０は、図５に示すように、攪拌部材２１の移動速度が、中央領域Ｍｍに対向する領域で、加速または減速するように構成することも可能である。図５に示すような態様で攪拌部材２１を移動させるようにした場合、被めっき領域Ｍの、攪拌部材２１の移動方向において、任意の膜厚を形成することが可能になる。

なお、移動速度は、速度ｖ１より遅くなるように減速した後、加速することも可能であり、速度ｖ１より速くなるように加速した後、減速することも可能である。
また、被めっき領域Ｍの端部領域Ｍｅにおける、攪拌部材２１の移動速度の傾きや段部などの態様は、上述した例に限られるものではなく、階段状や曲線状とすることも可能である。

［実施形態２］
図６（ａ），（ｂ）および図７は、本発明の他の実施形態（実施形態２）にかかる電解めっき装置１０Ａを示す図である。この電解めっき装置１０Ａは、第１の攪拌部材（実施形態１で示した攪拌部材２１と同じ攪拌部材）２１ａと、第２の攪拌部材２１ｂを備えている。

第１の攪拌部材２１ａは、長手方向が鉛直方向を向き、かつ、めっき対象物１の主面１ａと平行に配設され、水平方向に往復動するように構成されている。また、第２の攪拌部材２１ｂは、長手方向が水平方向を向き、かつ、めっき対象物１の主面１ａと平行に配設され、鉛直方向に往復動するように構成されている。
すなわち、第１および第２の攪拌部材２１ａ，２１ｂは、めっき対象物１の主面１ａに直交する方向からみた場合に、それぞれの移動方向が互いに直交するように構成されている。

そして、第１の攪拌部材２１ａは、移動手段２２により水平方向に往復動するように構成され、第２の攪拌部材２１ｂは、両端支持部材２５を介して移動手段２２ａにより鉛直方向に往復動できるように構成されている。
なお、第２の攪拌部材２１ｂは、第１の攪拌部材２１ａよりもアノード１５側に近い位置に配設されている。
また、第１の攪拌部材２１ａと第２の攪拌部材２１ｂは、互いの間隔が、例えば、０．５ｍｍ〜２ｍｍとなるように配設されている。

そして、第１の攪拌部材２１ａと第２の攪拌部材２１ｂは、図３に被めっき領域と移動速度の関係を示した実施形態１の攪拌部材２１の場合と同様に、水平方向と鉛直方向に往復動する。すなわち、第１および第２の攪拌部材２１ａ，２１ｂの移動方向それぞれについてみた場合に、被めっき領域Ｍの中央領域Ｍｍに対向する領域よりも端部領域Ｍｅに対向する領域において移動速度が遅くなるように構成されている。

なお、この実施形態２では、第１および第２の一対の攪拌部材２１ａ，２１ｂは、一方が動作している間は、他方が動作を止めるように、交互に動作するように構成されている。ただし、一対の攪拌部材２１ａ，２１ｂを同時に動作させるように構成することも可能である。

実施形態２の電解めっき装置１０Ａのように、互いに直交する方向に動作する第１および第２の攪拌部材２１ａ，２１ｂを備えた構成とし、上述のような態様で第１および第２の攪拌部材２１，２１ａを動作させながらめっきを行うことにより、一対の攪拌部材２１ａ，２１ｂのそれぞれが、その移動方向についてみた場合における端部領域Ｍｅにおいて電流線Ｒを遮蔽する時間を、中央領域Ｍｍにおいて電流線Ｒを遮蔽する時間よりも長くすることが可能になる。
その結果、平面形状が方形の被めっき領域Ｍの、端部領域Ｍｅの全体（４つの辺の近傍領域全体）において、電流線Ｒの集中により、めっき膜厚が中央領域Ｍｍにおけるめっき膜厚よりも大きくなることを効果的に抑制することが可能になり、めっき膜厚の均一性に優れためっきを行うことができるようになる。

また、この実施形態２のように、動作方向が互いに直交する一対の攪拌部材を備えた構成とした場合、攪拌部材の移動方向における端部領域の移動速度を適切に設定することで、遮蔽板１３を必要とすることなく、めっき膜厚の均一性に優れためっきを行うことが可能な電解めっき装置を提供することが可能になる。

また、上記実施形態では、セラミック基板をめっき対象物１とし、基板上に形成されたシード電極の表面にめっきを施す場合について説明したが、樹脂基板、ガラス基板またはシリコンウエハなどをめっき対象物とすることも可能である。
また、めっき対象物および被めっき領域は、方形である場合に限られるものではなく、略円形などの形状を有するものであってもよい。
さらに、被めっき領域は、めっきが行われるべき下地電極（シード電極）が、例えばマトリックス状などの態様で多数個配設された領域であってもよく、また、単一の下地電極が形成された領域（いわゆる全面電極が形成された領域）であってもよい。

また、上記実施形態では、めっきを施す金属材料がＣｕである場合について説明したが、めっき金属の種類はＣｕに限られるものではなく、例えば、Ｎｉ、Ｓｎなどのめっきを行う場合にも本発明を適用することが可能である。

なお、本発明は、その他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、めっき条件などに関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ めっき対象物（カソード）
１ａ めっき対象物の主面
１０ 電解めっき装置
１１ めっき槽
１２ めっき液
１３ 遮蔽板
１３ａ 遮蔽板の内側の周縁部
１３ｂ 遮蔽板の開口
１５ アノード
１７ ホルダー
１９ 直流電源
２１ 攪拌部材
２１ａ 第１の攪拌部材
２１ｂ 第２の攪拌部材
２２，２２ａ 攪拌部材の移動手段
２３ 天板フレーム
２５ 両端支持部材
Ｍ 被めっき領域
Ｍｅ 被めっき領域の端部領域
Ｍｍ 被めっき領域の中央領域
Ｒ 電流線

Claims (4)

1. めっき対象物の主面の、めっき処理が施されるべき被めっき領域にめっき処理を行うための電解めっき装置であって、
   前記めっき対象物が浸漬されるめっき液を貯留するめっき槽と、
   前記めっき槽内に配設されたアノードと、
   少なくとも一部が前記めっき液に浸漬された状態で、所定の方向に往復動して、前記めっき液を攪拌する攪拌部材とを備え、
   前記めっき対象物が、前記アノードと対向するように前記めっき液に浸漬され、前記アノードに対するカソードとして機能するように構成され、
   前記攪拌部材が、前記めっき対象物と、前記アノードとの間の領域において、前記めっき対象物の前記主面と平行な方向に往復動して前記めっき槽内の前記めっき液を攪拌するとともに、
   前記攪拌部材の移動方向についてみた場合における、前記被めっき領域の端部領域に対向する領域を通過する際の前記攪拌部材の移動速度が、前記被めっき領域の中央領域に対向する領域を通過する際の移動速度よりも遅くなるように構成されていること
   を特徴とする電解めっき装置。
2. 前記攪拌部材を、任意の位置で加減速させることができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解めっき装置。
3. 前記被めっき対象物の前記主面に直交する方向からみた場合において、前記移動方向が互いに直交するように構成された少なくとも一対の前記攪拌部材を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の電解めっき装置。
4. 前記めっき対象物と、前記アノードとの間の領域であって、前記攪拌部材が往復動する領域よりも前記アノードに近い領域に、前記めっき対象物と対向するように配設され、前記被めっき対象物の前記被めっき領域に対向する領域よりも内側に周縁部が位置する開口を備えた遮蔽板をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電解めっき装置。

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