JP2018024900A - 無電解めっき装置および無電解めっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無電解めっき液中に生成された金属粉による望ましくないめっき反応を抑制する。
【解決手段】第１の形態によれば、無電解めっき装置が提供され、かかる無電解めっき装置は、無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽と、前記めっき槽から無電解めっき液を排出するための、前記めっき槽に設けられる出口と、前記めっき槽へ無電解めっき液を供給するための、めっき槽に設けられる入口と、前記出口および前記入口を接続する循環流路と、を有し、前記入口は、第１入口と第２入口と、を有し、前記循環流路は、前記第１入口に接続される第１流路と、前記第２入口に接続される第２流路と、を有し、前記無電解めっき装置は、前記第２流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための冷却装置を有する。
【選択図】図５

Description

本願は、無電解めっき装置および無電解めっき方法に関する。

無電解めっきは、加熱された無電解めっき液にめっき対象物である基板を浸漬させるだけで、置換反応あるいは自己触媒反応といった静的還元反応により基板をめっきすることができる。また、無電解めっきでは、電解めっきでは必要とされる下地電極膜が不要となるという利点がある。一方で、電解めっきの場合は、めっき膜およびその下地膜の電位を操作することで、めっき反応を開始させたりめっき膜析出速度を制御したりできるが、無電解めっきの場合は、このような操作を行うことでの制御ができないプロセスである。

特許第３３７６８２０号

無電解めっき液は、めっき析出反応が自発的に起こるように反応性が高い性質を持っている。そのため、無電解めっき液は化学的安定性に乏しく、無電解めっき液の自然分解が進行しやすい。そのため、無電解めっき液の建浴後は、時間の経過とともに自然分解により発生した微細な金属粉が徐々に発生する。これらの金属粉は、めっき反応の起点となるため、金属粉が付着した場所に意図しないめっき析出が起こるという問題が発生する。たとえば、図１は、めっき槽１０内の無電解めっき液２００に金属粉が発生していない正常な状態を示している。一方、図２は、めっき槽１０内の無電解めっき液２００に金属粉１００が発生した状態を示している。

無電解めっき工程の前には、基板の活性化工程が行われる。この活性化工程では、めっき対象物である基板は活性化液に浸漬され、基板表面にめっき反応の核となる触媒が付与される。この活性化処理の後に、基板は洗浄処理され、活性化液が基板から除去される。しかし、基板に洗浄処理を実施しても、活性化液が基板表面に残留していることがある。活性化液が残留している基板を無電解めっき液に浸漬させると、基板に残留していた活性化液に含まれる触媒が無電解めっき液中に拡散する。そして、拡散した触媒はめっき反応の核となる金属粉１００の発生を促進する。発生した金属粉１００も同様に、めっき対象物である基板以外の領域でめっき反応の起点となるため、場合によってはめっきの異常析出という問題が発生する。

無電解めっき液２００中に生成された金属粉１００の表面では、めっき反応が進行するため、基板のめっきに必要なめっき液の成分が消耗する。そのため、無電解めっき液中の金属濃度バランスが崩れ、めっき液の安定性が悪化し、めっき液の分解がさらに促進される。それらの金属粉１００は、無電解めっき液２００中を沈降し、めっき槽１０の底に堆積し続けてしまえば（図２参照）、これがめっき液の分解を促進させる要因となる。

従来は、めっき槽の底部に沈降した金属粉についてはめっき処理中に除去できなかった。そのため、めっき液をめっき槽から排出させた後に、酸などの金属を溶解する薬液をめっき槽に投入し、金属除去を実施していた。そのため、無電解めっき液を頻繁に交換する必要があった。

他の方策として、めっき槽の循環ラインにフィルタを取り付け、金属粉をフィルタリングすることがある。しかし、金属粉はフィルタに捕獲されるが、捕獲された金属粉はめっき反応の核となり、フィルタ表面でめっき反応が進行する。そのため、無電解めっき液中の金属、安定剤、還元剤などの成分が消耗し、無電解めっき液中の各種成分の濃度バランスが崩れ、無電解めっき液の安定性が悪化する。無電解めっき液の分解が促進されないようにするためには、頻繁にフィルタを交換する必要がある。

また、めっき槽内に残留した金属粉は、基板をめっき処理している間に基板に付着し、これが原因で不具合が発生することが分かってきた。たとえば、図３は、正常にめっき処理がなされた基板の断面を示す概略図である。図４は、無電解めっき液２００中に金属粉１００が発生したことにより不具合の発生した基板の断面を示す概略図である。図３に示されるように、正常なめっき処理においては、基板１５０上のめっき対象領域である下地金属膜１５２上にめっきによりバンプ１５４が生成される。図３に示されるように、正常なめっき処理では、絶縁膜１５６により電気的に離間されるようにバンプ１５４が形成される。一方、図４に示されるように、バンプ１５４の間にある絶縁膜１５６の露出面上に金属粉１００が堆積して、隣接するバンプ１５４を電気的に短絡させてしまうことがある。また、無電解めっきにより形成されたバンプ１５４上に金属粉１００が付着することで、めっき形状異常が発生することがある。
本発明は、これらの問題の少なくとも一部を解決ないし緩和することを目的としている。

第１の形態によれば、無電解めっき装置が提供され、かかる無電解めっき装置は、無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽と、前記めっき槽から無電解めっき液を排出するための、前記めっき槽に設けられる出口と、前記めっき槽へ無電解めっき液を供給するための、めっき槽に設けられる入口と、前記出口および前記入口を接続する循環流路と、を有し、前記入口は、第１入口と第２入口と、を有し、前記循環流路は、前記第１入口に接続される第１流路と、前記第２入口に接続される第２流路と、を有し、前記無電解めっき装置は、前記第２流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための冷却装置を有する。第１の形態による無電解めっき装置によれば、めっき槽内に、無電解めっき反応を生じさせる高温度の領域と、無電解めっき反応を生じさせない低温度の領域とからなる温度成層を形成することができる。そのため、高温度の領域において発生した金属粉は、低温度の領域に沈降するので、発生した金属粉が無電解めっき液の分解を促進しないようにすることができる。

第２の形態によれば、第１の形態による無電解めっき装置において、前記冷却装置は、前記第２入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように制御される。

第３の形態によれば、第２の形態による無電解めっき装置において、前記無電解めっき装置は、前記めっき槽の前記第１入口付近に配置される第１温度計と、前記めっき槽の前記第２入口付近に配置される第２温度計と、前記冷却装置、前記第１温度計、および前記第２温度計のそれぞれと連絡可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第２入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように前記冷却装置を制御するように構成される。

第４の形態によれば、第１の形態から第３の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記第１入口は、前記第２入口よりも高い位置に配置される。

第５の形態によれば、第１の形態から第３の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記めっき槽は、底面と、前記底面よりも高い位置に配置される底上げ面と、前記底上げ面から上方に延びる、少なくとも１つのノズルと、を有し、前記ノズルは、前記底面と前記底上げ面との間の空間と、前記底上げ面の上方の空間とを流体連通させ、前記第１入口は、前記底面と前記底上げ面との間の空間に無電解めっき液を供給するように配置され、前記第２入口は、前記底上げ面と前記ノズルの排出口との間の空間に無電解めっき液を供給するように配置される。第５の形態によれば、底上げ面の上に、低温度の領域を形成することができる。また、高温度の無電解めっき液をめっき槽の底面から供給することでめっき液に緩やかな上昇流を形成しつつ、めっき液中に形成された温度成層を維持することができる。

第６の形態によれば、第１の形態から第５の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、さらに、前記第１流路に配置される、無電解めっき液を加熱するための加熱装置を有する。

第７の形態によれば、第１の形態から第６の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記めっき槽は、めっき対象物が浸漬される主めっき槽と、前記主めっき槽から溢れる無電解めっき液を受け取るオーバーフロー槽と、を有する。

第８の形態によれば、第７の形態による無電解めっき装置において、前記出口は前記オーバーフロー槽に設けられる。

第９の形態によれば、第７の形態による無電解めっき装置において、前記出口は、前記主めっき槽に設けられる第１出口と、前記オーバーフロー槽に設けられる第２出口と、を有する。

第１０の形態によれば、第１の形態から第９の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、さらに、前記循環流路の途中に配置される、無電解めっき液を貯留するためのタンクと、前記タンクから無電解めっき液を排出するためのタンク出口と、
前記タンクへ無電解めっき液を供給するためのタンク入口と、を有し、前記タンク入口は、第１タンク入口と、第２タンク入口と、を有し、前記循環流路は、前記第１タンク入口に接続される第３流路と、前記第２タンク入口に接続される第４流路と、を有し、前記無電解めっき装置は、前記第４流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための第２冷却装置を有する。

第１１の形態によれば、第１０の形態の無電解めっき装置において、前記タンクは、複数のタンクを含み、前記複数のタンクの各々は、各々のタンクへ無電解めっき液を供給するための第１タンク入口および第２タンク入口、および、前記複数のタンクの各々から無電解めっき液を排出するためのタンク出口を有し、前記複数のタンクの各々の前記第２タンク入口の一方に接続される流路に冷却装置を有する。

第１２の形態によれば、無電解めっき装置が提供され、かかる無電解めっき装置は、無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽と、前記めっき槽から無電解めっき液を排出するための出口と、前記めっき槽へ無電解めっき液を供給するための入口と、前記出口および前記入口を接続する循環流路と、前記循環流路の途中に配置される、無電解めっき液を貯留するためのタンクと、前記タンクから無電解めっき液を排出するためのタンク出口と、前記タンクへ無電解めっき液を供給するためのタンク入口と、を有し、前記タンク入口は、第１タンク入口と、第２タンク入口と、を有し、前記循環流路は、前記第１タンク入口に接続される第１流路と、前記第２タンク入口に接続さ
れる第２流路と、を有し、前記無電解めっき装置は、前記第２流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための冷却装置を有する。第１２の形態によれば、第１の形態の無電解めっき装置と類似の効果が生じる。第１２の形態においては、無電解めっき液の温度成層は、めっき槽ではなくタンクに形成される。

第１３の形態によれば、第１２の形態による無電解めっき装置において、前記冷却装置は、前記第２タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように制御される。

第１４の形態によれば、第１３の形態による無電解めっき装置において、前記無電解めっき装置は、前記タンクの前記第１タンク入口付近に配置される第１温度計と、前記タンクの前記第２タンク入口付近に配置される第２温度計と、前記冷却装置、前記第１温度計、および前記第２温度計のそれぞれと連絡可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第２タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように前記冷却装置を制御するように構成される。

第１５の形態によれば、第１２の形態から第１４の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記第１タンク入口は、前記第２タンク入口よりも高い位置に配置される。

第１６の形態によれば、第１２の形態から第１５の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、さらに、前記入口から前記めっき槽へ供給される無電解めっき液を加熱するための加熱装置を有する。

第１７の形態によれば、第１２の形態から第１６の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記めっき槽は、めっき対象物が浸漬される主めっき槽と、前記主めっき槽から溢れる無電解めっき液を受け取るオーバーフロー槽と、を有する。

第１８の形態によれば、第１７の形態による無電解めっき装置において、前記めっき槽の前記出口は前記オーバーフロー槽に設けられる。

第１９の形態によれば、第１２の形態から第１８の形態のいずれか１つの形態による無電解めっき装置において、前記タンクは、複数のタンクを含み、前記複数のタンクの各々は、各々のタンクへ無電解めっき液を供給するための第１タンク入口および第２タンク入口、および、前記複数のタンクの各々から無電解めっき液を排出するためのタンク出口を有し、前記複数のタンクの各々の前記第２タンク入口の一方に接続される流路に冷却装置を有する。

第２０の形態によれば、無電解めっき方法が提供され、かかる無電解めっき方法は、無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽に無電解めっき液を供給するステップと、前記めっき槽内の無電解めっき液に、相対的に温度の高い領域と温度の低い領域とからなる温度成層を形成するステップと、を有する。第２９の形態による無電解めっき方法によれば、無電解めっき液に、無電解めっき反応を生じさせる高温度の領域と、無電解めっき反応を生じさせない低温度の領域とからなる温度成層を形成することができる。そのため、高温度の領域において発生した金属粉は、低温度の領域に沈降するので、発生した金属粉が無電解めっき液の分解を促進しないようにすることができる。

第２１の形態によれば、第２０の形態の無電解めっき方法において、前記温度成層を形成するステップは、めっき槽に相対的に温度の高い無電解めっき液を供給するステップと、めっき槽に相対的に温度の低い無電解めっき液を供給するステップと、を有する。

第２２の形態によれば、第２０の形態または第２１の形態の無電解めっき方法において、無電解めっき液の相対的に温度の高い領域と温度の低い領域との温度差が１０℃以上である。

第２３の形態によれば、無電解めっき方法が提供され、かかる無電解めっき方法は、無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽に無電解めっき液を供給するステップと、前記めっき槽から無電解めっき液を貯留するためのタンクに無電解めっき液を供給するステップと、前記タンク内の無電解めっき液に、相対的に温度の高い領域と温度の低い領域とからなる温度成層を形成するステップと、を有する。

第２４の形態によれば、第２３の形態の無電解めっき方法において、前記温度成層を形成するステップは、タンクに相対的に温度の高い無電解めっき液を供給するステップと、タンクに相対的に温度の低い無電解めっき液を供給するステップと、を有する。

第２５の形態によれば、第２３の形態または第２４の形態の無電解めっき方法において、無電解めっき液の相対的に温度の高い領域と温度の低い領域との温度差が１０℃以上である。

めっき槽内の無電解めっき液に金属粉が発生していない正常な状態を示す図である。 めっき槽内の無電解めっき液に金属粉が発生した状態を示す図である。 正常にめっき処理がなされた基板の断面を示す概略図である。 無電解めっき液中に金属粉が発生したことにより不具合の発生した基板の断面を示す概略図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 図８の実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す斜視図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態による無電解めっき処理の流れを示すフローチャートである。 図１３に示される無電解めっき処理の流れの一例を示すフローチャートである。 一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。 一実施形態によるタンクを示す概略図である。

以下に、本発明に係る無電解めっき装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

まず、本開示による無電解めっき装置および無電解めっき方法の概要を簡単に説明する。上述したように、無電解めっき液は化学的安定性に乏しい。そのため、無電解めっき処理中に微細な金属粉が発生することがある。無電解めっき処理中に発生した金属粉がめっき反応の起点となり、望まないめっき反応によりめっき液が分解されて無電解めっき液の安定性を害することがある。一方で、無電解めっき反応を生じさせるには所定の温度が必要になる。本開示による無電解めっき装置および無電解めっき方法においては、無電解めっき液中に、無電解めっき反応が可能な高温側の層と、めっき反応が生じない低温側の層とを形成する。本開示の基本的な考え方は、高温側の層で発生した金属粉を低温側の層に沈降させることで、金属粉を核とする自発的なめっき反応を停止させることにある。以下、このような考え方に基づいた無電解めっき装置および無電解めっき方法の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、本開示による無電解めっき装置および無電解めっき方法の特徴的な部分のみを説明するものである。したがって、実際に無電解めっき装置を製造する場合、本開示で説明する構成以外にも、めっき対象物を搬送および保持するための機構、めっき対象物を洗浄および乾燥させるための機構などが必要になる。本開示による無電解めっき装置および無電解めっき方法は、たとえば半導体基板のようなめっき対象物に、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、鉛（Ｐｂ）、銅（Ｃｕ）などを無電解めっきするのに利用することができる。ただし、本発明において、めっき対象物およびめっき金属はこれらに限定されない。

図５は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図５に示されるように、本実施形態による無電解めっき装置は、無電解めっき液２００を貯留するためのめっき槽１０を備える。無電解めっき処理を行う際は、めっき槽１０内の無電解めっき液２００にめっき対象物を浸漬させる。めっき対象物は、たとえば半導体基板などである。一例として、半導体基板の表面が無電解めっき液２００の液面に垂直になるように、複数の半導体基板をめっき槽１０内に平行に配置してめっき処理を行うことができる。あるいは、半導体基板の表面が無電解めっき液２００の液面に平行になるように、複数の半導体基板をめっき槽１０内に平行に配置してめっき処理を行ってもよい。

めっき槽１０には無電解めっき液２００を排出するための出口１２が設けられる。出口１２の位置は、無電解めっき液２００を排出できる位置であれば任意であり、たとえば、めっき槽１０の底部に設けることができる。めっき槽１０は、無電解めっき液２００をめっき槽１０に供給するための２つの入口、すなわち第１入口１４ａおよび第２入口１４ｂを備える。第１入口１４ａおよび第２入口１４ｂと出口１２とは、循環流路１６で接続される。循環流路１６にはポンプ１８が配置される。ポンプ１８で無電解めっき液２００を移送することで、めっき槽１０内の無電解めっき液２００を循環流路１６を通じて循環させることができる。循環流路１６には、フィルタ２８を設けることができる。フィルタ２８により、めっき槽１０内に発生した金属粉１００などの異物をフィルタリングすることができる。

図５の実施形態による無電解めっき装置においては、循環流路１６は、第１流路１６ａおよび第２流路１６ｂの２つに分岐する。第１流路１６ａは第１入口１４ａに連結され、第２流路１６ｂは第２入口１４ｂに連結される。第１流路１６ａには加熱装置２０が配置され、第１流路１６ａを通る無電解めっき液２００を所望の温度に加熱することができる。第２流路１６ｂには冷却装置２２が配置され、第２流路１６ｂを通る無電解めっき液２００を所望の温度に冷却することができる。また、第２流路１６ｂには流量調整弁２４が設けられ、第２流路１６ｂを通る無電解めっき液２００の流量を調整することができる。第１入口１４ａは、第２入口１４ｂよりも高い位置に配置される。これは、めっき槽１０内の無電解めっき液２００に後述する温度成層を形成するのに有利である。

図５の実施形態において、めっき槽１０は、第１入口１４ａ付近に配置される第１温度計２６ａと、第２入口１４ｂ付近に配置される第２温度計２６ｂとを備える。第１温度計２６ａにより、第１入口１４ａから供給される無電解めっき液２００の温度を測定することができる。第２温度計２６ｂにより、第２入口１４ｂから供給される無電解めっき液２００の温度を測定することができる。なお、他の実施形態として、第１温度計２６ａおよび第２温度計２６ｂは、それぞれ第１流路１６ａおよび第２流路１６ｂに設けてもよい。加熱装置２０、冷却装置２２、第１温度計２６ａ、および第２温度計２６ｂは、制御装置５０と有線／無線により連絡可能である。制御装置５０は、第１温度計２６ａでの温度測定結果に基づいて、第１流路１６ａを通る無電解めっき液２００を予め設定した第１温度になるように加熱装置２０を制御する。また、制御装置５０は、第２温度計での温度測定結果に基づいて、第２流路１６ｂを通る無電解めっき液２００を予め設定した第２温度になるように冷却装置２２を制御する。

一実施形態において、第１温度は、無電解めっき処理を実行するのに適切な温度である。たとえば、半導体基板にニッケル（Ｎｉ）を無電解めっきする場合、第１温度は約８０℃とすることができる。一方、第２温度は、無電解めっき処理が進行しない温度、あるいは低速度でしか無電解めっき処理が進行しない温度とすることができる。たとえば、第１温度よりも１０℃以上低い温度に設定することができる。本実施形態による無電解めっき装置においては、めっき槽１０の上方には、第１入口１４ａから、無電解めっき処理を進行させるための高温度の無電解めっき液２００が供給され、めっき槽１０の下方には、第２入口１４ｂから、無電解めっき処理が進行しない低温度の無電解めっき液２００が供給される。これにより、めっき槽１０には、無電解めっき液の温度差に伴う比重差から、温度差のある無電解めっき液が混ざりあわず、境界層が生じる。つまり、高温側の無電解めっき液の層２００ａと低温側の無電解めっき液の層２００ｂによる温度成層が形成される。かかる温度成層は、無電解めっき液２００の流れを乱さなければ継続的に維持される。めっき槽１０内で無電解めっきを行う場合、めっき対象物を高温側の層２００ａに浸漬させる。上述したように、高温側の層２００ａでは、めっき処理中に金属粉１００が発生し、発生した金属粉１００が核となり、望まない場所でめっき処理が進行することがある。本実施形態によれば、高温側の層２００ａで発生した金属粉１００は、重力の作用によりめっき槽１０内を沈降し、低温側の層２００ｂに到達する。低温側の層２００ｂは無電解めっき処理が進行しない、あるいは低速でしか進行しないので、金属粉１００を核とした自発的なめっき反応を停止または抑制することができる。

図６は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図６に示される無電解めっき装置は、図５の実施形態とは異なり、めっき槽１０が、主めっき槽１０ａおよびオーバーフロー槽１０ｂを備える。主めっき槽１０ａは、めっき対象物が浸漬される槽である。オーバーフロー槽１０ｂは、主めっき槽１０ａから溢れる無電解めっき液２００を受け取る槽である。図６の無電解めっき装置においては、めっき槽１０から無電解めっき液２００を排出するための出口は２つ設けられ、主めっき槽１０ａに設けられる第１出口１２ａと、オーバーフロー槽に設けられる第２出口１２ｂとが設けられる。第１出口１２ａから排出される無電解めっき液は流量調整弁２４を介して、第２出口１２ｂから排出される無電解めっき液と合流する。それ以外の構成は、図５に示される無電解めっき装置と同様に構成することができる。

図７は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図７に示される無電解めっき装置は、図６に示される実施形態と同様に、めっき槽１０が、主めっき槽１０ａおよびオーバーフロー槽１０ｂから構成される。図７の実施形態においては、第１出口１２ａから排出される無電解めっき液は、第２出口１２ｂから排出される無電解めっき液と合流させられることなく、第２入口１４ｂへ移送され、第２出口１２ｂから排出さ
れる無電解めっき液は、第１入口１４ａへ移送される。図７の実施形態による無電解めっき装置においては、低温層２００ｂの無電解めっき液が、循環流路１６において高温層２００ａの無電解めっき液と混合されないので、図６の実施形態による無電解めっき装置の場合と比べて、加熱装置２０および冷却装置２２で消費されるエネルギーが小さくなる。ただし、それぞれの流路に無電解めっき液を移送するためのポンプ１８が必要になる。

図８は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図９は、図８の実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す斜視図である。なお、図９においては、主めっき槽１０ａの底部付近の構造のみを示しており、他の構成は省略して図示している。図８、９に示される無電解めっき装置は、図６、７に示される実施形態と同様に、めっき槽１０が、主めっき槽１０ａおよびオーバーフロー槽１０ｂから構成される。図８、９に示される実施形態による無電解めっき装置においては、主めっき槽１０ａは、底面３０と、底面３０よりも高い位置に配置される底上げ面３２と、を有する。主めっき槽１０ａの底上げ面３２には、上方に延びるノズル３４が設けられる。ノズル３４は、底面３０と底上げ面３２との間の空間と、底上げ面３２の上方の空間とを流体連通させる。そのため、底面３０と底上げ面３２との間の空間に存在する無電解めっき液２００は、ノズル３４を通じて、底上げ面３２の上方の空間へ移動することができる。本実施形態において、第２入口１４ｂは、底上げ面３２とノズル３４の上部開口部との間に配置される。そのため、冷却装置２２で冷却された無電解めっき液２００は底上げ面３２とノズル３４の上部開口部との間に供給され、ここに無電解めっき液の低温層２００ｂが形成される。一方、第１入口１４ａは、主めっき槽１０ａの底部に配置される。そのため、加熱装置２０で加熱された無電解めっき液２００は、主めっき槽１０ａの底部から供給される。主めっき槽１０ａの底部から供給された無電解めっき液２００は、ノズル３４を通って主めっき槽１０ａの上方へ流れる。そのため、無電解めっき液２００の高温層２００ａと低温層２００ｂとの温度成層を維持したまま、高温層２００ａにおいて主めっき槽１０ａの下から上に向かう緩やかな流れを形成することができる。なお、図示の明瞭化のために、図８、図９には示していないが、図５〜図７の実施形態と同様に、無電解めっき装置は、第１入口ａ付近に配置される第１温度計２６ａ、および第２入口１４ｂ付近に配置される第２温度計２６ｂとを備えることができる。

図１０は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図１０に示される無電解めっき装置は、図６に示される無電解めっき装置と同様に、主めっき槽１０ａおよびオーバーフロー槽１０ｂを備える。オーバーフロー槽１０ｂには、無電解めっき液２００を排出するための出口１２が設けられる。主めっき槽１０ａには、無電解めっき液２００を供給するための入口１４が設けられる。本実施形態においては、図５〜図９の実施形態とは異なり、主めっき槽１０ａの入口は１つである。主めっき槽１０ａの出口１２および入口１４は、循環流路１６で接続される。本実施形態による無電解めっき装置は、循環流路１６の途中に、無電解めっき液２００を貯留するためのタンク４０を備える。タンク４０には、タンク４０から無電解めっき液２００を排出するためのタンク出口４２が設けられる。また、タンク４０は、無電解めっき液２００をタンク４０に供給するための２つのタンク入口、すなわち第１タンク入口４４ａおよび第２タンク入口４４ｂを備える。図１０に示される実施形態においては、オーバーフロー槽１０ｂの出口１２からの循環流路１６は、第３流路１６ｃおよび第４流路１６ｄの２つに分岐する。第３流路１６ｃは、タンク入口４４ａに連結され、第４流路１６ｄはタンク入口４４ｂに連結される。第４流路１６ｄには、冷却装置２２が配置され、第４流路１６ｄを通る無電解めっき液２００を所望の温度に冷却することができる。また、第４流路１６ｄには流量調整弁２４が設けられ、第４流路１６ｄを通る無電解めっき液２００の流量を調整することができる。第１タンク入口４４ａは、第２タンク入口４４ｂよりも高い位置に配置される。これは、タンク４０内の無電解めっき液２００に、上述した高温層２００ａおよび低温層２００ｂからなる温度成層を形成するのに有利である。また、タンク出口４２は、高温層２００ａの
無電解めっき液２００を排出できるように、高い位置に配置することが有利である。

図１０の実施形態において、タンク４０は、第１タンク入口４４ａ付近に配置される第１温度計２６ａと、第２タンク入口４４ｂ付近に配置される第２温度計２６ｂとを備える。第１温度計２６ａにより、第１タンク入口４４ａから供給される無電解めっき液２００の温度を測定することができる。第２温度計２６ｂにより、第２タンク入口４４ｂから供給される無電解めっき液２００の温度を測定することができる。なお、他の実施形態として、第１温度計２６ａおよび第２温度計２６ｂは、それぞれ第３流路１６ｃおよび第４流路１６ｄに設けてもよい。加熱装置２０、冷却装置２２、第１温度計２６ａ、および第２温度計２６ｂは、制御装置５０と有線／無線により連絡可能である。制御装置５０は、第１温度計２６ａでの温度測定結果に基づいて、第３流路１６ｃを通る無電解めっき液２００を予め設定した第１温度になるように加熱装置２０を制御する。また、制御装置５０は、第２温度計での温度測定結果に基づいて、第４流路１６ｄを通る無電解めっき液２００を予め設定した第２温度になるように冷却装置２２を制御する。なお、図１０においては、加熱装置２０は第３流路１６ｃおよびタンク出口４２と主めっき槽１０ａの入口１４とを連結する流路の両方に設けているが、一方を省略してもよい。また、主めっき槽１０ａの入口１４付近に温度計を設置してもよい。

図１０の実施形態においては、図５〜図９までの実施形態とは異なり、無電解めっき液２００の温度成層をめっき槽１０あるいは主めっき槽１０ａに形成するのではなく、循環流路１６の途中に別途設けたタンク４０内で無電解めっき液２００の温度成層を形成するようにしている。そのため、無電解めっき液に温度成層を形成する機能を持たない従来のめっき槽自体を変更することなく、外付けのタンク４０を設けて、このタンク４０内に温度成層を形成させるようにするだけで、望まないめっき反応が進行することを防止することができる。また、めっき槽に温度成層を形成せずに上述のようなタンク４０もない場合、たとえば配管中でめっき液とともに移動する粒子を核としてめっき反応が進行する可能性も想定される。しかし、図１０の実施形態においては、配管中に温度成層を形成するタンク４０を設けることで、望まないめっき反応を停止させて粒子を捕集でき、めっき槽以外の部分で望まないめっき反応が進行するのを防止することができる。また、めっき槽に温度成層を形成することができない場合に、本実施形態のように外付けのタンク４０を設けることで、温度成層を形成するのに最適な条件（タンク４０の大きさ、タンク４０への流入するめっき液の流速など）を達成することができる。

図１１は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図１１に示される無電解めっき装置は、図６に示される無電解めっき装置に、図１０に示されるタンク４０の特徴を組み合わせたものである。

図１２は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図１２に示される無電解めっき装置は、図８、図９に示される無電解めっき装置に、図１０に示されるタンク４０の特徴を組み合わせたものである。

図１５は、一実施形態による無電解めっき装置の概略構成を示す図である。図１５に示される無電解めっき装置は、図１１に示される無電解めっき装置に、さらに無電解めっき液に温度成層を形成するためのタンク４０が追加されたものである。２つのタンク４０は直列に接続されている。他の実施形態として、無電解めっき液に温度成層を形成するための２つ以上のタンク４０を直列に接続した構成を採用してもよい。また、無電解めっき液に温度成層を形成するための２つ以上のタンク４０を設ける構成は、任意のめっき槽１０と組み合わせることができ、たとえば、図５、図１０、図１２に示されるめっき槽１０と組み合わせてもよい。無電解めっき液に温度成層を形成するための２つ以上のタンク４０を直列に接続することにより、めっき反応の核となる金属粉１００の捕集効率を向上させ
ることができる。

図５〜図１２、図１５に示される実施形態においては、冷却装置２２により無電解めっき液２００の温度を下げてからめっき槽１０またはタンク４０に供給しているが、他の実施形態として、タンク４０に無電解めっき液２００を供給してからタンク４０内の一部の無電解めっき液２００の温度を下げるようにしてもよい。たとえば、図１６は、一実施形態によるタンク４０を示す概略図である。図１６のタンク４０は、１つのタンク入口４４および１つのタンク出口４４を備える。図１６のタンク４０は、底部に冷却装置２２を備える。冷却装置２２は、タンク４０の底部から無電解めっき液２００を冷却することができる。冷却装置２２は、たとえばペルチェ素子を備えることができる。冷却装置２２はタンク４０内に配置されて、無電解めっき液２００を冷却するものとしてもよく、タンク４０の外側に配置されて、タンク４０の壁面（たとえば底面）を介してタンク４０内の無電解めっき液２００を冷却するものとしてもよい。あるいは、タンク４０の底面付近からタンク４０内に冷却媒体を流す配管を設けて、タンク４０の底面付近の無電解めっき液２００を冷却するようにしてもよい。無電解めっき液２００は１つのタンク入口からタンク４０内に供給される。タンク４０内に供給された無電解めっき液２００は、タンク４０の底部付近で冷却装置２２により冷却されて、温度成層が形成される。図１６に示されるタンク４０は、図１０〜図１２、図１５に示される任意のタンク４０に採用することができる。また、図示しないが、一実施形態として、めっき槽１０の底部に図１６で説明したような冷却装置２２を設けて、めっき槽１０に無電解めっき液を供給した後に冷却装置２２でめっき液を冷却するように構成してもよい。

本実施形態による無電解めっき装置を利用した無電解めっき方法の例を説明する。一例として、半導体基板をめっき処理する場合を説明する。なお、以下で説明される無電解めっき方法には、上述の任意の実施形態による無電解めっき装置を使用することができる。

図１３は、一実施形態による無電解めっき処理の流れを示すフローチャートである。基板を無電解めっきする場合、基板の活性化処理が行われる（Ｓ１０）。この活性化処理では、めっき対象物である基板は活性化液に浸漬され、基板表面にめっき反応の核となる触媒が付与される。活性化処理の後には、基板は洗浄処理され、活性化液が除去される（Ｓ１２）。基板の洗浄が終了すると、基板はめっき槽１０に搬送されて、無電解めっき処理が行われる（Ｓ１４）。無電解めっき処理が終了すると、基板は洗浄される（Ｓ１６）。その後は、半導体デバイス製造の次の工程に基板を移動させる。

図１４は、図１３に示される無電解めっき処理（Ｓ１４）のより詳細な処理の流れの一例を示すフローチャートである。無電解めっき処理を始めるには、めっき槽１０に無電解めっき液２００を建浴する（Ｓ１４−２）。無電解めっき液２００を建浴する際に、加熱装置２０および冷却装置２２を用いて、無電解めっき液２００に温度成層が形成されるように建浴する。たとえば、図５〜図９、図１１、図１２、図１５に示される無電解めっき装置を使用する場合、無電解めっき処理を行うのに最適な第１温度のめっき液２００ａを第１入口１４ａからめっき槽１０に供給し、無電解めっき処理が進行しない第２温度のめっき液２００ｂを第２入口１４ｂからめっき槽１０に供給する。あるいは、めっき槽１０に供給されためっき液を図１６で説明したような冷却装置２２を用いて無電解めっき液２００に温度成層を形成してもよい。また、図１０に示される無電解めっき装置を使用する場合、高温である第１温度の無電解めっき液２００を主めっき槽１０ａの入口１４およびタンク４０の第１タンク入口４４ａから主めっき槽１０ａおよびタンク４０に供給し、低温の第２温度の無電解めっき液２００ｂを第２タンク入口４４ｂからタンク４０へ供給する。図１１および図１２に示される無電解めっき装置を用いる場合、主めっき槽１０ａおよびタンク４０の両方に無電解めっき液２００の温度成層が形成されるように建浴する。一実施形態として、上記の第２温度は、第１温度よりも１０℃以上低い温度とすることが
できる。また、図１６に示されるタンク４０を使用する実施形態においては、タンク４０に無電解めっき液を供給するとともに、タンク４０内のめっき液の一部を冷却して温度成層を形成してもよい。

無電解めっき液２００の建浴ができたら、めっき対象物である半導体基板を無電解めっき液２００へ浸漬させる（Ｓ１４−４）。このとき、半導体基板の表面が無電解めっき液２００の液面に垂直になるように、複数の半導体基板をめっき槽１０内に平行に配置して無電解めっき処理を行うことができる。あるいは、半導体基板の表面が無電解めっき液２００の液面に平行になるように、複数の半導体基板をめっき槽１０内に平行に配置してめっき処理を行ってもよい。このとき、図５〜図９、図１１、図１２、図１５に示される実施形態においては、めっき槽１０または主めっき槽１０ａの下方は低温の層２００ｂであり、めっき槽１０の上部は高温の層２００ａとなる温度成層が形成されている。無電解めっき処理を行う高温の層２００ａに温度グラデーションが存在する場合、温度が高い上部の方がめっきの析出速度が速くなる。そのため、基板をめっき液面に垂直に浸漬させた場合、基板の上方と下方とでめっき速度が変わり、めっき膜にムラができる可能性がある。基板をめっき液面に平行に浸漬させることで、基板の面内ではめっき膜にムラが生じないようにすることができる。複数の半導体基板間のめっき処理速度の違いは、浸漬時間を変更することで調整可能である。

少なくとも無電解めっき処理を行っている間は、めっき槽１０内の無電解めっき液２００を循環させる（Ｓ１４−６）。無電解めっき液２００の循環は、ポンプ１８により循環流路１６内で無電解めっき液２００を移送することで行われる。また、このとき、制御装置５０により、加熱装置２０および冷却装置２２を制御することで、無電解めっき液２００の温度管理を行う。

基板に無電解めっき処理が終了したら、基板をめっき槽１０から引き上げる（Ｓ１４−８）。基板をめっき槽１０から引き上げたら、基板を洗浄する（Ｓ１６）。

以上のように本願発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。また、上述の実施形態のそれぞれの特徴は互いに矛盾しない限り組み合わせまたは交換することができる。

１０…めっき槽
１０ａ…主めっき槽
１０ｂ…オーバーフロー槽
１２…出口
１４…入口
１６…循環流路
１８…ポンプ
２０…加熱装置
２２…冷却装置
２４…流量調整弁
２６ａ…温度計
２６ｂ…温度計
２８…フィルタ
３０…底面
３２…底上げ面
３４…ノズル
４０…タンク
４２…タンク出口
４４ａ…タンク入口
４４ｂ…タンク入口
５０…制御装置
１００…金属粉
２００…無電解めっき液
２００ａ…高温層
２００ｂ…低温層

Claims (25)

1. 無電解めっき装置であって、
   無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽と、
   前記めっき槽から無電解めっき液を排出するための、前記めっき槽に設けられる出口と、
   前記めっき槽へ無電解めっき液を供給するための、めっき槽に設けられる入口と、
   前記出口および前記入口を接続する循環流路と、を有し、
   前記入口は、第１入口と第２入口と、を有し、
   前記循環流路は、前記第１入口に接続される第１流路と、前記第２入口に接続される第２流路と、を有し、
   前記無電解めっき装置は、前記第２流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための冷却装置を有する、無電解めっき装置。
2. 請求項１に記載の無電解めっき装置であって、
   前記冷却装置は、前記第２入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように制御される、無電解めっき装置。
3. 請求項２に記載の無電解めっき装置であって、前記無電解めっき装置は、
   前記めっき槽の前記第１入口付近に配置される第１温度計と、
   前記めっき槽の前記第２入口付近に配置される第２温度計と、
   前記冷却装置、前記第１温度計、および前記第２温度計のそれぞれと連絡可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第２入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１入口から前記めっき槽へ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように前記冷却装置を制御するように構成される、無電解めっき装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
   前記第１入口は、前記第２入口よりも高い位置に配置される、無電解めっき装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
   前記めっき槽は、
   底面と、
   前記底面よりも高い位置に配置される底上げ面と、
   前記底上げ面から上方に延びる、少なくとも１つのノズルと、を有し、前記ノズルは、前記底面と前記底上げ面との間の空間と、前記底上げ面の上方の空間とを流体連通させ、
   前記第１入口は、前記底面と前記底上げ面との間の空間に無電解めっき液を供給するように配置され、
   前記第２入口は、前記底上げ面と前記ノズルの排出口との間の空間に無電解めっき液を供給するように配置される、無電解めっき装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、さらに、
   前記第１流路に配置される、無電解めっき液を加熱するための加熱装置を有する、無電解めっき装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
   前記めっき槽は、めっき対象物が浸漬される主めっき槽と、前記主めっき槽から溢れる無電解めっき液を受け取るオーバーフロー槽と、を有する、無電解めっき装置。
8. 請求項７に記載の無電解めっき装置であって、
   前記出口は前記オーバーフロー槽に設けられる、無電解めっき装置。
9. 請求項７に記載の無電解めっき装置であって、
   前記出口は、前記主めっき槽に設けられる第１出口と、前記オーバーフロー槽に設けられる第２出口と、を有する、無電解めっき装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
    前記循環流路の途中に配置される、無電解めっき液を貯留するためのタンクと、
    前記タンクから無電解めっき液を排出するためのタンク出口と、
    前記タンクへ無電解めっき液を供給するためのタンク入口と、を有し、
    前記タンク入口は、第１タンク入口と、第２タンク入口と、を有し、
    前記循環流路は、前記第１タンク入口に接続される第３流路と、前記第２タンク入口に接続される第４流路と、を有し、
    前記無電解めっき装置は、前記第４流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための第２冷却装置を有する、無電解めっき装置。
11. 請求項１０に記載の無電解めっき装置であって、
    前記タンクは、複数のタンクを含み、前記複数のタンクの各々は、各々のタンクへ無電解めっき液を供給するための第１タンク入口および第２タンク入口、および、前記複数のタンクの各々から無電解めっき液を排出するためのタンク出口を有し、前記複数のタンクの各々の前記第２タンク入口の一方に接続される流路に冷却装置を有する、無電解めっき装置。
12. 無電解めっき装置であって、
    無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽と、
    前記めっき槽から無電解めっき液を排出するための出口と、
    前記めっき槽へ無電解めっき液を供給するための入口と、
    前記出口および前記入口を接続する循環流路と、
    前記循環流路の途中に配置される、無電解めっき液を貯留するためのタンクと、
    前記タンクから無電解めっき液を排出するためのタンク出口と、
    前記タンクへ無電解めっき液を供給するためのタンク入口と、を有し、
    前記タンク入口は、第１タンク入口と、第２タンク入口と、を有し、
    前記循環流路は、前記第１タンク入口に接続される第１流路と、前記第２タンク入口に接続される第２流路と、を有し、
    前記無電解めっき装置は、前記第２流路に配置される、無電解めっき液を冷却するための冷却装置を有する、無電解めっき装置。
13. 請求項１２に記載の無電解めっき装置であって、
    前記冷却装置は、前記第２タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように制御される、無電解めっき装置。
14. 請求項１３に記載の無電解めっき装置であって、前記無電解めっき装置は、
    前記タンクの前記第１タンク入口付近に配置される第１温度計と、
    前記タンクの前記第２タンク入口付近に配置される第２温度計と、
    前記冷却装置、前記第１温度計、および前記第２温度計のそれぞれと連絡可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第２タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度が、前記第１タンク入口から前記タンクへ流入する無電解めっき液の温度よりも、１０℃以上低くなるように前記冷却装置を制御するように構成される、無電解めっ
    き装置。
15. 請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
    前記第１タンク入口は、前記第２タンク入口よりも高い位置に配置される、無電解めっき装置。
16. 請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、さらに、
    前記入口から前記めっき槽へ供給される無電解めっき液を加熱するための加熱装置を有する、無電解めっき装置。
17. 請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
    前記めっき槽は、めっき対象物が浸漬される主めっき槽と、前記主めっき槽から溢れる無電解めっき液を受け取るオーバーフロー槽と、を有する、無電解めっき装置。
18. 請求項１７に記載の無電解めっき装置であって、
    前記めっき槽の前記出口は前記オーバーフロー槽に設けられる、無電解めっき装置。
19. 請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載の無電解めっき装置であって、
    前記タンクは、複数のタンクを含み、前記複数のタンクの各々は、各々のタンクへ無電解めっき液を供給するための第１タンク入口および第２タンク入口、および、前記複数のタンクの各々から無電解めっき液を排出するためのタンク出口を有し、前記複数のタンクの各々の前記第２タンク入口の一方に接続される流路に冷却装置を有する、無電解めっき装置。
20. 無電解めっき方法であって、
    無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽に無電解めっき液を供給するステップと、
    前記めっき槽内の無電解めっき液に、相対的に温度の高い領域と温度の低い領域とからなる温度成層を形成するステップと、
    を有する、無電解めっき方法。
21. 請求項２０に記載の無電解めっき方法であって、前記温度成層を形成するステップは、
    めっき槽に相対的に温度の高い無電解めっき液を供給するステップと、
    めっき槽に相対的に温度の低い無電解めっき液を供給するステップと、
    を有する、無電解めっき方法。
22. 請求項２０または２１に記載の無電解めっき方法であって、
    無電解めっき液の相対的に温度の高い領域と温度の低い領域との温度差が１０℃以上である、無電解めっき方法。
23. 無電解めっき方法であって、
    無電解めっき液を貯留してめっき対象物にめっき処理を行うためのめっき槽に無電解めっき液を供給するステップと、
    前記めっき槽から無電解めっき液を貯留するためのタンクに無電解めっき液を供給するステップと、
    前記タンク内の無電解めっき液に、相対的に温度の高い領域と温度の低い領域とからなる温度成層を形成するステップと、
    を有する、無電解めっき方法。
24. 請求項２３に記載の無電解めっき方法であって、前記温度成層を形成するステップは、
    タンクに相対的に温度の高い無電解めっき液を供給するステップと、
    タンクに相対的に温度の低い無電解めっき液を供給するステップと、
    を有する、無電解めっき方法。
25. 請求項２３または２４に記載の無電解めっき方法であって、
    無電解めっき液の相対的に温度の高い領域と温度の低い領域との温度差が１０℃以上である、無電解めっき方法。