JP2020531696A - めっき装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板上に金属を析出させるめっき装置において、膜フレームと、陰極液入口管と、中央蓋とを備えためっき装置を提供する。膜フレームは、当該膜フレームの中央を貫通する中央路を有する。陰極液入口管は、膜フレームの中央路に接続する。中央蓋は、膜フレームの中央に固定され、かつ、膜フレームの中央路を覆う。中央蓋の上部は、複数の第１穴を有する。陰極液入口管から膜フレームの中央路を通って中央蓋に陰極液が供給され、陰極液が中央蓋の複数の第１穴を通って基板の中央部に供給される。

Description

本発明は、一般に、IC半導体製造設備に関し、より詳細には、金属析出用のめっき装置に関する。

半導体製造の技術分野において、めっきは、基板上に金属膜を析出するのに一般に用いられる方法である。特に、先進的な実装技術においては、チップ基板の接続部の形成に用いられる銅柱や半田バンプが、一般に電気めっきにより、基板に形成される。これは、電気めっきが、簡素な工程、低コスト、大量生産が容易である等の、利点を有するためである。しかし現在市場に出ているめっき装置は、残念ながら、めっき速度が低いという共通の問題がある。めっき速度が低いということは、生産効率が低いことを意味し、半導体事業においては受け入れ難いことである。半導体事業において、最も大きな投資コストは、多数の製造設備にある。したがって、設備能力を最適化することが、コスト低減に最も有効な方法である。

めっき速度を上昇させるには、物質移動を促進する必要がある。図２３は、銅柱の異常な形状を示す。図２４は、銅柱の正常な形状を示す。銅柱の異常な形状は、物質移動が不十分であることにより析出速度が制限された場合に生じる。めっきでは、柱内に銅柱を形成する際に、物質移動が不十分であると、電解液の流れが大きい領域ほどめっき速度が高く、それ以外の領域ではめっき速度が低くなる。その結果、めっき後において、銅柱の形状が異常なものとなる。基板全体において銅柱の正常な形状を得るには、銅柱の全領域において物質移動が十分に大きいこと、また、全ての銅柱が正常でかつ基板上に一様に形成されるよう、基板全体において物質移動が十分に大きいことが必要であると、理解できるであろう。

一般に、物質移動を高める方法としては、例えば、めっき溶液の化学式を最適化すること、めっき溶液の温度を高めること、めっき溶液の攪拌を促進すること等、複数の方法がある。このうち、めっき溶液の攪拌を促進することは、基板の回転速度を大きくすること、電解液中で攪拌器を用いること、電解液の流速を大きくすることを含む。しかし、基板の回転速度を大きくすると、遠心力の影響により、基板において、縁部に形成されるめっきは厚くなる一方、中央部に形成されるめっきは薄くなる。したがって、単に基板の回転速度を大きくするだけでは、めっき膜にムラが生じ得る。攪拌器としては、通常、可動パドルが用いられる。攪拌器は、高振動で前後に移動するため、電解液中に気泡をトラップし易い。基板上の気泡は、電解液が素子構造又は柱のビア（via）に入り込むのを阻止する。電解液の流速を大きくすることに関しては、流速の上昇が基板全体に行き渡るため、電解液の流れが中心に分布して基板の中央部から縁部に向かう。そのため、基板の中央部には、新しい電解液の供給量が少なくなってしまう。

新しい電解液及び添加剤を、高電流密度の要件を満たすタイミングで供給するには、より多くの電解液を基板の中央部に供給することが必要になる。そうしなければ、基板の中央部において柱の形状が異常になるか、或いは、柱の高さが低くなってしまう。実際には、単に電流密度を高めるだけでは、めっき速度を上昇させることはできない。なぜなら、基板全体での電流密度は不均一であり、「末端効果」という現象によって基板の縁部で高電流密度となる。このように電流密度が不均一になると、基板の縁部でめっき速度が高く、基板の中央部でめっき速度が低くなり、めっき膜にムラが生じる。基板全体での電流密度が不均一になるため、構造を何ら改善せず単にめっき速度を上昇させるために電解液の流速を大きくすると、めっき膜のムラがより顕著になり得る。

めっき装置において、化学物質はめっき速度に影響し得る要素であるが、めっき速度は、主に基板全体における電解液の流速に関連する。めっき速度を上昇させるには、大きくかつ安定した電解液の流れを基板に供給する必要がある。しかしながら、いったん電解液の流速が大きくなると、基板全体における電界及び電解液の流れを制御して一様にするのは困難である。

本発明の目的は、基板上に金属を析出させるめっき装置において、高いめっき速度で基板全体に一様にめっき膜を形成することができる、めっき装置を提供することにある。

本発明の一実施形態において、めっき装置は、膜フレームと、陰極液入口管と、中央蓋とを備えている。膜フレームは、当該膜フレームの中央を貫通する中央路を有する。陰極液入口管は、膜フレームの中央路に接続する。中央蓋は、膜フレームの中央に固定され、かつ、膜フレームの中央路を覆う。中央蓋の上部は、複数の第１穴を有する。陰極液入口管から膜フレームの中央路を通って中央蓋に陰極液が供給され、陰極液が中央蓋の複数の第１穴を通って基板の中央部に供給される。

上述のとおり、本発明に係るめっき装置は、中央蓋を利用して、基板の中央部における電解液の流れと電界の均一化を実現し、さらに基板全体におけるめっき膜の均一化を実現する。めっき中、陰極液入口管内の陰極液の流速が大きくなることで、めっき速度が上昇する。

本発明に係るめっき装置を示す斜視図である。 図１に示すめっき装置の断面図である。 図１に示すめっき装置の別の断面図である。 図１に示すめっき装置の別の断面図である。 図１に示すめっき装置の一部品の断面図である。 図５に示すめっき装置の一部品の展開図である。 図５に示すめっき装置の一部品の部分拡大図である。 本発明に係るめっき装置の膜フレームを示す斜視図である。 図８に示す膜フレームの断面図である。 本発明に係るめっき装置の中央蓋を示す斜視図である。 本発明に係るめっき装置の中央蓋を示す別の斜視図である。 本発明に係るめっき装置の調整部材を示す斜視図である。 本発明に係るめっき装置の第１拡散板を示す斜視図である。 本発明に係るめっき装置の第２拡散板を示す斜視図である。 本発明に係るめっき装置の中板を示す斜視図である。 本発明に係るめっき装置のチャックを示す斜視図である。 チャックを清掃するためのチャック清掃ノズルを示す斜視図である。 チャックの断面図である。 図１８に示すチャックの部分拡大図である。 本発明に係るめっき装置を簡素化した模式図である。 間隙の変化とめっき柱の高さとの関係を示す図である。 中板を用いた縁部のめっきデータを示す図である。 銅柱の異常な形状を示す図である。 銅柱の正常な形状を示す図である。

図１〜図７に、本発明に係るめっき装置の一実施形態が示されている。当該めっき装置は、室本体１０を含む。室本体１０は、台２０に支持されている。室本体１０は、陽極室１１と陰極室１２とに分かれている。陽極室１１及び陰極室１２は、膜フレーム１４上に配置された膜１３によって互いに分離されている。

陽極室１１は、複数の陽極領域１１１に分かれており、隣接する２つの陽極領域１１１は、鉛直に配置された仕切り１１２によって分けられている。仕切り１１２の材料は、非伝導性かつ耐化学性のプラスチック材料から選択される。仕切り１１２は、電界を分離し、電解液の流れの場を制限している。本発明はこれに限定されないが、例えば、一実施形態において、陽極室１１は、２つの陽極領域１１１に分かれている。各陽極領域１１１は、環状陽極１１３を収容している。環状陽極１１３は、独立して制御される電力供給管１１４に接続されている。めっき電流又は電位は、電力供給管１１４によって、各環状陽極１１３に独立して供給される。各電力供給管１１４は、ＤＣ電源又はパルス電源に接続されている。電力供給管１１４は、保護シールド１１５内に収容されている。環状陽極１１３は、可溶性材料（例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）等）からなる。或いは、環状陽極１１３は、不活性材料からなってもよい。各陽極領域１１１は、独立した陽極液入口１１６を有する。陽極液入口１１６は、陽極領域１１１に陽極液を供給するための電解液流制御装置に接続されている。また、各陽極領域１１１は、独立した陽極液出口１１７を有する。陽極液出口１１７は、古くなった電解液、分解生成物及び粉塵を、各陽極領域１１１から排出するためのものである。

膜１３は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）めっき用のカチオン膜である。或いは、膜１３は、合金めっき用の特性を備えたプロトン交換膜又は一般的な膜であってもよい。膜１３は、膜フレーム１４に取り付けられている。膜１３の周縁を膜フレーム１４に固定するため、環状固定板１５が用いられている。膜１３の周縁と膜フレーム１４との間に、第１シールリング１６が設置されている。膜１３の周縁と環状固定板１５との間に、第２シールリング１７が設置されている。膜フレーム１４、第１シールリング１６、膜１３、第２シールリング１７及び環状固定板１５を室本体１０に固定し、陽極室１１と陰極室１２とに分離させるため、複数の固定部材１８（例えば、ねじ等）が用いられている。環状固定板１５と室本体１０との間に、第３シールリング１９が設置されている。

膜フレーム１４の中央部に、陰極室１２に陰極液を供給するための陰極液入口管３０が取り付けられている。膜１３の内側の縁部と陰極液入口管３０との間に、第４シールリング３１が設置されている。膜１３の内側の縁部と膜フレーム１４との間に、第５シールリング３２が設置されている。

図４に示されているように、複数の陽極領域１１１は、完全には分離していない。仕切り１１２の上部と膜１３との間に、気泡を通過させるための間隙が設けられている。陽極室１１の側壁に、膜１３に近づく複数の排出穴１１８が形成されている。複数の排出穴１１８は、それぞれ、排出路１１９に接続されている。複数の陽極領域１１１内の気泡は、収集され、膜３によって排出穴１１８に案内され、排出路１１９から排出される。

図２０を参照されたい。図２０は、本実施形態に係るめっき装置を簡素化した模式図であり、陽極電解液の循環と環状陽極１１３の自動清掃とを主に示している。めっき中、陽極液入口管１１６１に設置された第３弁１１６２が、開かれる。陽極液入口管１１６１は、陽極液入口１１６に接続されている。排出管１１９１に設置された第２弁１１９２も、開かれる。排出管１１９１は、排出路１１９に接続されている。陽極電解液は、陽極液入口管１１６１及び陽極液入口１１６を通って複数の陽極領域１１１に供給され、その後、排出穴１１８、排出路１１９及び排出管１１９１を通って排出される。このようにして、陽極電解液の循環が実現される。めっき工程が予め設定された状態（例えば、工程時間が２００時間を超えた状態等）に至ると、環状陽極１１３の清掃が必要となる。環状陽極１１３の清掃では、先ず、第３弁１１６２及び第２弁１１９２が閉じられ、陽極電解液の循環が停止される。その後、陽極液出口管１１７１に設置された第４弁１１７２が、開かれる。陽極液出口管１１７１は、陽極液出口１１７に接続されている。複数の陽極領域１１１内の陽極電解液は、陽極液出口１１７及び陽極液出口管１１７１を通って排水される。その後、第４弁１１７２は閉じられる。ＤＩＷ（deionized water：脱イオン水）入口管１１９３に設置された第１弁１１９４と、ＤＩＷ出口管１１７３に設置された第５弁１１７４とが、開かれる。ＤＩＷ入口管１１９３は、排出路１１９に接続されている。ＤＩＷ出口管１１７３は、陽極液出口１１７に接続されている。ＤＩＷは、陽極室１１の複数の陽極領域１１１に供給され、ＤＩＷ入口管１１９３、排出路１１９及び排出穴１１８を通って環状陽極１１３に流れ、その後、陽極液出口１１７及びＤＩＷ出口管１１７３を通って排水される。これにより、陽極泥が除去される。ＤＩＷの流速は、０．５ｌ〜１０ｌｐｍである。環状陽極１１３を清掃する別の方法として、第１弁１１９４を開くことで一定量のＤＩＷを陽極室１１に供給するステップと、第１弁１１９４を閉じるステップと、第５弁１１７４を開くことでＤＩＷを排水して陽極泥を除去するステップと、第５弁１１７４を閉じるステップと、上記のステップを環状陽極１１３が清掃されるまで繰り返すステップとを含む方法がある。図２０には、１つの陽極領域１１１のみが示されている。しかし、他の陽極領域１１１においても、図２０に示されている１つの陽極領域１１１と同様、陽極液の循環と環状陽極１１３の自動清掃とが行われることを理解されたい。

膜１３が設けられた膜フレーム１４は、陽極室１１と陰極室１２とを分離するため、水平方向に配置される。図８及び図９を参照すると、膜フレーム１４は、剛な多孔性又は網目状のフレームである。膜フレーム１４は、実質的に皿状であり、その中央部に陰極液入口１４１を有する。陰極液入口１４１は、陰極液入口管３０に接続されている。膜フレーム１４は、さらに、膜フレーム１４の中央部から縁部に向かって延びる複数の分岐管１４２を有する。複数の分岐管１４２は、それぞれ、陰極液入口１４１に接続されている。複数の分岐管１４２は、それぞれ、複数の噴霧穴１４３を有する。各分岐管１４２に設けられた複数の噴霧穴１４３の直径は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。基板上のため、半径が大きくなると、領域が増大し、めっきの物質移動を実現するためにより多くの流れが必要となる。そのため、噴霧穴１４３の直径は、膜フレーム１４の中央部から縁部に向かって、漸進的に大きくなっている。例えば、５０ｍｍの半径範囲に対応する噴霧穴１４３の直径は２ｍｍ、１００ｍｍの半径範囲に対応する噴霧穴１４３の直径は４ｍｍ、１５０ｍｍの半径範囲に対応する噴霧穴１４３の直径は６ｍｍ、等である。或いは、各分岐管１４２に設けられた複数の噴霧穴１４３の密度が、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。複数の噴霧穴１４３の密度は、膜フレーム１４の中央部から縁部に向かって、漸進的に大きくなっている。一実施形態によると、各噴霧穴１４３の開口方向は、陰極液が同一箇所に噴霧されて衝撃が生じるのを回避するため、鉛直面に対して傾斜している。複数の分岐管１４２のそれぞれに設けられた複数の噴霧穴１４３は、２つの群に分類される。２つの群において、噴霧穴１４３の開口方向は、互いに逆である。必要に応じて、隣接する２つの噴霧穴１４３ごとに、開口方向が逆であってよい。一実施形態において、膜フレーム１４は、流れの均一拡散のため、６つの分岐管１４２を有する。

膜フレーム１４は、膜フレーム１４の中央を貫通する中央路１４４を有する。膜フレーム１４の中央に、保持穴１４５が形成されている。中央路１４４の下端は、陰極液入口１４１に接続されており、中央路１４４の上端は、保持穴１４５に接続されている。膜フレーム１４は、さらに、保持穴１４５内に複数の固定穴１４６を画定している。

基板の中央部（直径略０〜６０ｍｍの領域）へのめっきは制御が困難であり、特に、基板の中央部における電解液の流れ及び電界を制御して一様にするのは困難である。当該問題を解決するため、また、基板の中央部でのめっきの制限を打破して全体にめっきをするため、本発明に係るめっき装置は、さらに、中央蓋４０と、調整部材５０とを含む。中央蓋４０は、膜フレーム１４の保持穴１４５に固定されている。図１０及び図１１を参照すると、中央蓋４０は、中央蓋４０の中央に画定された貫通孔４１を有する。中央蓋４０は、中央蓋４０の上部に、流れの均一拡散のため放射状に配置された複数の第１穴４２を有する。第１穴４２の直径は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。基板上のため、半径が大きくなると、領域が増大し、めっきの物質移動を実現するためにより多くの流れが必要となる。そのため、第１穴４２の直径は、中央蓋４０の中央部から縁部に向かって、漸進的に大きくなっている。或いは、中央蓋４０に設けられた複数の第１穴４２の密度が、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。複数の第１穴４２の密度は、中央蓋４０の中央部から縁部に向かって、漸進的に大きくなっている。好ましくは、中央蓋４０の側壁に、複数の第２穴４３が設けられている。複数の第２穴４３それぞれの開口方向は、斜め上向きである。中央蓋４０の上部に複数の第１穴４２が設けられただけであると、めっき中、複数の第１穴４２から陰極室１２に電解液が噴霧されると、中央蓋４０の周囲領域に空洞が形成され、中央蓋４０の周囲における電解液の流れが不十分になり得る。中央蓋４０の側壁に複数の第２穴４３を設けることにより、当該問題が解決される。中央蓋４０の側壁に配置された複数の第２穴４３の直径又は密度は、中央蓋４０の上部に配置された第１穴４２の直径又は密度と異なってよい。

中央蓋４０の上部は、複数の取付穴４４を有する。中央蓋４０は、複数のねじを用いて、膜フレーム１４の保持穴１４５に固定されている。複数のねじは、それぞれ中央蓋４０の取付穴４４と、膜フレーム１４の固定穴１４６とに、挿入されている。中央蓋４０と膜フレーム１４との間に、Oリング４５が設置されている。陰極液は、陰極液入口管３０、陰極液入口１４１及び中央路１４４を通って、分岐管１４２及び中央蓋４０に供給される。陰極液は、分岐管１４２に設けられた噴霧穴１４３、中央蓋４０に設けられた第１穴４２及び第２穴４３を通って、陰極室１２に噴霧される。陰極液入口管３０内の陰極液の流速は、概ね２〜６０LPM（Liter per Minute）となり、３０LPM（Liter per Minute）を超え得る。陰極液の流速は大きくなるが、中央蓋４０と、膜フレーム１４の分岐管１４２の新規なデザインとによって、基板全体における電解液の流れ及び電界の均一化が実現され、ひいては、基板全体におけるめっき膜の均一化が実現される。また、大きくかつ安定した電解液の流れが得られることで、従来のめっき装置に比べ、めっき速度が上昇する。仮に、中央蓋４０がない場合、電解液は、膜フレーム１４の陰極液入口管３０及び陰極液入口１４１から上方に向かって直接的に勢いよく流れ、電解液の流れが速く、衝撃力が大きくなる。この場合、基板の中央部でジェッティング現象が生じ、基板の中央部においてめっき柱の形状が異常なものになる。中央蓋４０を設け、かつ、第１穴４２及び第２穴４３の数を多くしたことより、電解液の流れが緩やかになり、衝撃力が小さくなる。一方、陰極液の流れは、第１穴４２及び第２穴４３を設けたことで調整され、基板の中央部に対する陰極液の供給の均一化が実現される。

図１２を参照すると、調整部材５０は、中央蓋４０に供給される陰極液の流れを調整するように構成され、ひいては、基板の中央部に供給される陰極液の流れを調整するように構成されている。調整部材５０は、中央蓋４０の貫通孔４１に挿入され、かつ、中央部の流れの制御のため膜フレーム１４の中央路１４４の上端に配置されている。調整部材５０は、陰極液が中央蓋４０に供給されないよう、膜フレーム１４に設けられた中央路１４４の上端を完全に阻止できる。調整部材５０を漸進的に上昇させることで、中央路１４４の上部開口が漸進的に開き、陰極液が調整部材５０と中央路１４４との間の間隙１４７を通って中央蓋４０に供給される。このように、間隙１４７のサイズを変更することで、基板の中央部に供給される陰極液の流れを調整できる。間隙１４７のサイズは、調整部材５０を上下に移動させることで、変更できる。一実施形態によると、調整部材５０は、基部５１と、基部５１の下部に形成された阻止部５２とを有する。基部５１は、円柱形である。阻止部５２は、逆円錐形である。基部５１の上部に、ドライバ等の工具を用いて調整部材５０を回転させるための、溝状の開口５３が形成されている。調整部材５０は、当該回転により、中央蓋４０の貫通孔４１内において上下に移動する。これにより、間隙１４７のサイズが調整され、中央蓋４０に供給される陰極液の流れが調整され、ひいては、基板の中央部に供給される陰極液の流れが調整される。中央蓋４０に供給される陰極液の流れが調整部材５０により独立して制御されることが、理解できるであろう。調整部材５０は、位置決めねじであってよい。また、陰極液入口管３０内に陰極液の流れが生じた場合に、中央蓋４０に供給される陰極液の流れが小さいと、膜フレーム１４の分岐管１４２に供給される陰極液の流れが大きくなり、逆に中央蓋４０に供給される陰極液の流れが大きいと、膜フレーム１４の分岐管１４２に供給される陰極液の流れが小さくなる。したがって、中央蓋４０に供給される陰極液の流れと、膜フレーム１４の分岐管１４２に供給される陰極液の流れとが、調整可能である。

間隙のサイズを調整することで、基板の中央部における陰極液の流れを制御できる。間隙のサイズが小さいと、基板の中央部における陰極液の流れは小さくなる。逆に、間隙のサイズが大きいと、基板の中央部における陰極液の流れは大きくなる。間隙のサイズは、調整部材５０を回転させることで、調整される。調整部材５０は上下に回転し、これに応じて間隙のサイズが１ｍｍ増加又は減少する。図２１を参照されたい。基板の中央部において、間隙がより大きく、かつ、１つのダイにおけるめっき柱の高さの平均がより高くなることが、図２１から理解できるであろう。これは、間隙のサイズを調整することでめっき柱の高さを制御できることを意味する。基板の中央部において、間隙がより大きく、これに応じて、陰極液の流れが大きくなり、かつ、めっき柱の高さが高くなる。これにより、基板の中央部におけるめっきの問題が解決される。

本発明に係るめっき装置は、電界の均一化及び電解液の流れの均一化を含む均一化の制御をより実現するため、複数の小さな開口を有する少なくとも１つの拡散板を含む。一実施形態において、めっき装置は、膜フレーム１４の上部に固定された２つの拡散板を有する。図５、図６、図１３及び図１４を参照されたい。第１拡散板６０は、複数の開口６１を有する。一実施形態において、第１拡散板６０に設けられた複数の開口６１のサイズは一定であり、第１拡散板６０に設けられた複数の開口６１の密度は一定である。開口６１の直径は、０．５〜５ｍｍである。別の実施形態において、第１拡散板６０に設けられた複数の開口６１の密度は一定であり、第１拡散板６０に設けられた複数の開口６１の直径は一定でない。具体的には、第１拡散板６０の中央部に設けられた複数の開口６１の直径は、第１拡散板６０の縁部に設けられた複数の開口６１の直径よりも大きい。これにより、第１拡散板６０の中央部における電界の強度を大きくでき、ひいては、基板の中央部におけるめっき速度を上昇させることができる。第１拡散板６０の材料は、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＥＫ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、テフロン等であってよい。第１拡散板６０の厚みは、２〜２０ｍｍである。第２拡散板７０は、複数の開口７１を有する。一実施形態において、第２拡散板７０に設けられた複数の開口７１のサイズは一定であり、第２拡散板７０に設けられた複数の開口７１の密度は一定である。開口７１の直径は、０．５〜５ｍｍである。別の実施形態において、第２拡散板７０に設けられた複数の開口７１の密度は一定であり、第２拡散板７０に設けられた複数の開口７１の直径は一定でない。具体的には、第２拡散板７０の中央部に設けられた複数の開口７１の直径は、第２拡散板７０の縁部に設けられた複数の開口７１の直径よりも大きい。これにより、第２拡散板７０の中央部における電界の強度を大きくでき、ひいては、基板の中央部におけるめっき速度を上昇させることができる。第２拡散板７０の材料は、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＥＫ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、テフロン等であってよい。第２拡散板７０の厚みは、２〜２０ｍｍである。第１拡散板６０及び第２拡散板７０は、同じものであってもよいし、同じものでなくてもよい。好ましくは、第１拡散板６０に設けられた複数の開口６１の密度は、第２拡散板７０に設けられた複数の開口７１の密度よりも大きく、第１拡散板６０が第２拡散板７０の上に設置されている。第２拡散板７０が膜１３及び環状陽極１１３により近いため、電界の分布を制御でき、電界を再分布することで、エッジ効果の問題を解決できる。基板上のフォトレジスト及びシード層の抵抗のため、基板の中央部では抵抗がより大きく、基板の縁部に近いほど抵抗が小さくなる。したがって、第２拡散板７０は、主に周囲の電界を調整する。第２拡散板７０の中央部に設けられた複数の開口７１の直径は、より大きく、４ｍｍである。複数の開口７１の直径は、第２拡散板７０の中央部から縁部に向かって、漸進的に小さくなっている。第２拡散板７０の縁部に設けられた複数の開口７１の直径は、２．５ｍｍである。これにより、中央部の電界が大きくなり、縁部の電界が小さくなることで、エッジ効果の問題を解決することができる。第１拡散板６０は、基板のより近くにあり、流れの円滑化と拡散を実現する。しかしながら、電界拡散の距離効果を考慮すると、第１拡散板６０と第２拡散板７０との間隔を大きくしすぎないようにする必要がある。第１拡散板６０と第２拡散板７０との間隔が大きすぎると、第２拡散板７０の電界拡散効果が明らかに低下してしまう。第１拡散板６０と第２拡散板７０との間隔は、１〜２０ｍｍである。

図５及び図６に示されているように、第１拡散板６０と第２拡散板７０との間には、基板の縁部のめっき柱の高さを制御するため、環状の中板８０が設置されている。第１拡散板６０と中板８０との間に、シールリング６２が設置されている。中板８０と第２拡散板７０との間に、別のシールリング８２が設置されている。第２拡散板７０と膜フレーム１４の上部との間に、別のシールリング７２が設置されている。第１拡散板６０、シールリング６２、中板８０、シールリング８２、第２拡散板７０及びシールリング７２を、膜フレーム１４の上部に固定するため、複数の位置決め部材９０が用いられている。

図１５Ａに示されているように、好ましくは、中板８０は、基板の縁部におけるめっき柱の均一化のため、中板８０の内側の縁部に複数の凸部８１と複数の凹部８２とを有する。凸部８１及び凹部８２は、交互に配置されている。中板８０は、第１拡散板６０と第２拡散板７０との間に配置されている。凸部８１は、第１拡散板６０の縁部に設けられた対応する開口６１をブロックし、電解液が当該開口６１を通るのを防止する。第１拡散板６０の縁部に設けられた残りの開口６１は、凹部８２に対応し、凸部８１によってブロックされない。これにより、電解液が、中板８０によってブロックされない当該開口６１を通ることができる。好ましくは、第１拡散板６０の縁部に設けられた複数の開口６１のうち、半分が、中板８０の凸部８１によってブロックされ、残りの半分が、ブロックされない。

図１５Ａは、複数の凸部８１及び複数の凹部８２が設けられた中板８０であって、第１拡散板６０の縁部に設けられた複数の開口６１のうち、半分が、中板８０の凸部８１によってブロックされ、残りの半分が、ブロックされない、中板８０を示す。図１５Ｂは、第１拡散板６０の縁部に設けられた複数の開口６１を全くブロックできず、電解液が、第１拡散板６０の縁部に設けられた全ての開口６１を通ることができる、中板８０´を示す。図１５Ｃは、第１拡散板６０の縁部に設けられた全ての開口６１をブロックでき、電解液がこれら開口６１を通ることができない、中板８０"を示す。図２２から理解できるように、中板は、主に基板の縁部におけるめっきの厚みに影響を及ぼす。第１拡散板６０の縁部に設けられた全ての開口６１がブロックされる構成では、縁部の電力線が弱まるため、基板において、縁部のめっき厚が他の部分のめっき厚よりも小さくなる。逆に、第１拡散板６０の縁部に設けられた全ての開口６１がブロックされない構成では、基板において、縁部のめっき厚が他の部分のめっき厚よりも大きくなる。これら２つの構成では、基板の縁部におけるめっき柱の高さが、工程要件の範囲外となり、生産ロスが生じてしまう。本発明は、複数の凸部８１及び複数の凹部８２が設けられた中板８０を利用し、第１拡散板６０の縁部に設けられた複数の開口６１を選択的にブロックする。基板全体において、めっきの厚みが、実質的に一様になり、工程要件の範囲内となる。したがって、基板の縁部におけるめっきの厚みを良好に制御できる。

図４を参照すると、陰極室１２は、内側壁１２１及び外側壁１２２を有する。内側壁１２１と外側壁１２２との間に、窪み１２３が形成されている。内側壁１２１の上部に、複数の切欠き１２４が形成されている。窪み１２３の下部に、複数の陰極液出口１２５が設けられている。陰極室１２の電解液は、複数の切欠き１２４を通って窪み１２３に受容され、陰極液出口１２５を通って排水される。陰極室１２に、基板のめっき膜を清掃するための基板リンスノズル１２６が配置されている。

図２を参照すると、陰極室１２の上部に、めっき中に電解液が飛散するのを防止するためのシュラウド１０１０が固定されている。シュラウド１０１０は、収集溝１０１１を有する。排水路１０１２は、収集溝１０１１に接続されている。収集溝１０１１内の液体は、排水路１０１２を通って排水される。シュラウド１０１０の側壁は、収集溝１０１１を清掃するための清掃液入口１０１３を画定している。陰極室１２に、ガス排気のためのガス通気口１０３０が接続されている。めっき装置は、さらに、液面レベルを測定するレベルセンサ１０４０を含む。

シュラウド１０１０より上方に、チャック清掃ノズル１０２０が配置されている。チャック清掃ノズル１０２０は、めっき中に基板を保持するチャック１００を清掃するための、清掃液を噴霧する。チャック１００の清掃中、チャック清掃ノズル１０２０から噴霧された清掃液は、シュラウド１０１０の収集溝１０１１に収集され、排水路１０１２を通って排水される。チャック１００については、本願明細書の一部として援用するＰＣＴ特許出願番号「PCT/CN2015/096402」（２０１５年１２月４日出願）に、詳細に記載されている。

図１６〜図１９を参照すると、チャック１００は、チャックカップ１０１と、電気伝達のためチャックカップ１０１の上部に配置された３つの直立柱１０２と、基板の表面の縁部に接触する複数のフィンガー部２０１１を有する導電リングと、リップシール部１１１５を有するシールシェルとを有する。リップシール部１１１５は、基板の表面の縁部をシールすることで、基板がめっきの電解液に浸される間、電解液が基板の表面及び裏面の縁部に到達しないようにする。チャック清掃ノズル１０２０は、清掃液を噴霧することで、導電リングのフィンガー部２０１１及びシールシェルのリップシール部１１１５を清掃する。基板のめっき後、導電リングのフィンガー部２０１１及びシールシェルのリップシール部１１１５に、めっき溶液の残留物が保持され得る。めっき溶液の残留物は、時間内に清掃されないと、結晶化する。シールシェルのリップシール部１１１５上の結晶は、リップシール部１１１５と基板の表面の縁部とのシールに悪影響を及ぼし、めっき溶液が導電リングに接触し、めっき不良が生じ得る。したがって基板の各部のめっきが完了するたびに、導電リングのフィンガー部２０１１及びシールシェルのリップシール部１１１５を清掃する必要がある。

しかしながら、清掃工程中、チャック１００が回転し続けるため、チャック清掃ノズル１０２０から噴霧された清掃液が、３つの直立柱１２０に当たり、飛散してしまう。当該問題を解決するため、タイマを有するコントローラが、供給管に設置された開閉弁を制御するように構成されている。供給管は、チャック清掃ノズル１０２０に清掃液を供給するため、チャック清掃ノズル１０２０に接続されている。コントローラは、タイマに基づいて開閉弁を制御することにより、複数の直立柱１２０のそれぞれがチャック清掃ノズル１０２０を通過する間、開閉弁を閉じることで、清掃液の噴霧を停止させ、そして、複数の直立柱１２０がチャック清掃ノズル１０２０を通過した後、開閉弁を開くことで、清掃液を噴霧させるように構成されている。例えば、チャック１００の回転速度は２０ｒｐｍであり、チャック１００の一回転あたりの所要時間は３秒である。チャック１００は３つの直立柱１２０を有し、３つの直立柱１２０のそれぞれがチャック清掃ノズル１０２０を通過する時間は０．１秒である。開閉弁は、１つ目の直立柱がチャック清掃ノズル１０２０を通過するとき、０．１秒間閉じられる。その後、開閉弁は、０．９秒間開かれる。その後、開閉弁は、２つ目の直立柱がチャック清掃ノズル１０２０を通過するとき、再び０．１秒間閉じられる。その後、開閉弁は、再び０．９秒間開かれる。その後、開閉弁は、３つ目の直立柱がチャック清掃ノズル１０２０を通過するとき、再び０．１秒間閉じられる。これを繰り返すことで、清掃液が直立柱１２０に当たることが回避される。

本発明に関する上述の説明は、例示及びの説明の目的で提示されたものである。網羅的であること、又は、上記の正確な形態に本発明を限定することは、意図されていない。上述した教示の観点から、多くの修正および変更が可能であることは、明らかである。当業者にとって明らかな修正および変更は、特許請求の範囲において定義される本発明の範囲に含まれる。

Claims (40)

1. 基板上に金属を析出させるめっき装置において、
   膜フレームであって、前記膜フレームの中央を貫通する中央路を有する膜フレームと、
   前記膜フレームの前記中央路に接続する陰極液入口管と、
   前記膜フレームの前記中央に固定されかつ前記膜フレームの前記中央路を覆う中央蓋であって、前記中央蓋の上部に複数の第１穴を有する中央蓋と、を備え、
   前記陰極液入口管から前記膜フレームの前記中央路を通って前記中央蓋に陰極液が供給され、前記陰極液が前記中央蓋の前記複数の第１穴を通って前記基板の中央部に供給される、めっき装置。
2. 前記中央蓋に供給される陰極液の流れが調整可能であり独立して制御される、請求項1に記載のめっき装置。
3. 前記中央蓋が、前記中央蓋の中央に画定された貫通孔を有し、調整部材が、前記中央蓋の前記貫通孔に挿入されかつ前記膜フレームの前記中央路の上端に配置され、前記中央蓋に供給される陰極液の流れを調整するように構成された、請求項1に記載のめっき装置。
4. 前記調整部材は、基部と、前記基部の下部に形成された阻止部とを有する、請求項３に記載のめっき装置。
5. 前記基部の上部に、前記調整部材を回転させるための溝状の開口が形成されており、前記調整部材は、前記阻止部と前記中央路との間の間隙のサイズを調整するため、前記中央蓋の前記貫通孔内において上下に移動可能であり、前記陰極液が前記間隙を通って前記中央蓋に供給される、請求項４に記載のめっき装置。
6. 前記調整部材は位置決めねじである、請求項３に記載のめっき装置。
7. 前記複数の第１穴の直径又は密度が一定である、請求項１に記載のめっき装置。
8. 前記複数の第１穴の直径又は密度が一定でない、請求項１に記載のめっき装置。
9. 前記複数の第１穴の直径が前記中央蓋の中央部から縁部に向かって漸進的に大きくなっているか、又は、前記複数の第１穴の密度が前記中央蓋の中央部から縁部に向かって漸進的に大きくなっている、請求項１に記載のめっき装置。
10. 前記中央蓋は、複数の第２穴が形成された側壁を有し、前記複数の第２穴それぞれの開口方向は、斜め上向きである、請求項１に記載のめっき装置。
11. 前記膜フレームは、前記陰極液入口管及び前記中央路に接続される陰極液入口を有し、
    前記膜フレームは、前記膜フレームの中央部から縁部に向かって延びる複数の分岐管を有し、前記複数の分岐管は、それぞれ、前記陰極液入口に接続され、かつ、複数の噴霧穴を有する、請求項１に記載のめっき装置。
12. 前記複数の噴霧穴の直径又は密度が一定である、請求項１１に記載のめっき装置。
13. 前記複数の噴霧穴の直径又は密度が一定でない、請求項１１に記載のめっき装置。
14. 前記複数の噴霧穴の直径又密度が、前記膜フレームの中央部から縁部に向かって漸進的に大きくなっている、請求項１１に記載のめっき装置。
15. 前記複数の第２穴それぞれの開口方向は、鉛直面に対して傾いている、請求項１１に記載のめっき装置。
16. 前記複数の分岐管のそれぞれに設けられた前記複数の噴霧穴は、開口方向が互いに逆である２つの群に分類される、請求項１５に記載のめっき装置。
17. 少なくとも１つの拡散板をさらに備え、前記拡散板は、複数の開口を有し、前記膜フレームに固定されている、請求項１に記載のめっき装置。
18. 前記拡散板に設けられた前記複数の開口のサイズは一定であり、前記拡散板に設けられた前記複数の開口の密度は一定である、請求項１７に記載のめっき装置。
19. 前記拡散板に設けられた前記複数の開口の密度は一定であり、前記拡散板の中央部に設けられた前記複数の開口の直径は、前記拡散板の縁部に設けられた前記複数の開口の直径よりも大きい、請求項１７に記載のめっき装置。
20. 前記拡散板の数が２つであり、前記２つの拡散板は、それぞれ、第１拡散板及び第２拡散板として定義され、前記第１拡散板は、前記第２拡散板の上に設置され、前記２つの拡散板は互いに離隔している、請求項１７に記載のめっき装置。
21. 前記第１拡散板に設けられた前記複数の開口の密度は、前記第２拡散板に設けられた前記複数の開口の密度よりも大きい、請求項２０に記載のめっき装置。
22. 前記２つの拡散板の間に設置される環状の中板をさらに備え、前記中板は、前記中板の内側の縁部に複数の凸部と複数の凹部とを有する、請求項２０に記載のめっき装置。
23. 前記複数の凸部と前記複数の凹部とが交互に配置されている、請求項２２に記載のめっき装置。
24. 前記第１拡散板の前記縁部に設けられた前記複数の開口のうち、半分は、前記中板の前記凸部によってブロックされ、残りの半分は、ブロックされていない、請求項２２に記載のめっき装置。
25. 前記膜フレーム上に配置された膜によって互いに分離された陽極室及び陰極室をさらに備えている、請求項１に記載のめっき装置。
26. 前記陽極室は、排出路にそれぞれ接続される複数の排出穴が形成された、側壁を有する、請求項２５に記載のめっき装置。
27. 前記陽極室は、複数の陽極領域に分かれており、隣接する２つの前記陽極領域は、鉛直に配置された仕切りによって分けられ、前記複数の陽極領域は、それぞれ、環状陽極を収容し、かつ、独立した陽極液入口と、独立した陽極液出口とを有する、請求項２６に記載のめっき装置。
28. 前記仕切りの上部と前記膜との間に、気泡を通過させるための間隙が設けられており、前記複数の陽極領域内の気泡が、収集され、前記膜によって前記排出穴に案内され、前記排出路から排出される、請求項２７に記載のめっき装置。
29. 前記陽極液入口に接続された陽極液入口管に設置される第３弁と、前記排出路に接続された排出管に設置される第２弁と、をさらに備え、陽極電解液は、前記陽極液入口管及び前記陽極液入口を通って前記複数の陽極領域に供給され、その後、前記排出穴、前記排出路及び前記排出管を通って排出される、請求項２８に記載のめっき装置。
30. 前記陽極液出口に接続された陽極液出口管に設置される第４弁をさらに備え、前記複数の陽極領域内の陽極電解液は、前記陽極液出口及び前記陽極液出口管を通って排水される、請求項２７に記載のめっき装置。
31. ＤＩＷ入口管に設置される第１弁と、ＤＩＷ出口管に設定される第５弁と、をさらに備え、前記ＤＩＷ入口管は、前記排出路に接続され、前記ＤＩＷ出口管は前記陽極液出口に接続され、ＤＩＷは、前記複数の陽極領域に供給され、前記ＤＩＷ入口管、前記排出路及び前記排出穴を通って前記環状陽極に流れ、その後、前記陽極液出口及び前記ＤＩＷ出口管を通って排水される、請求項２８に記載のめっき装置。
32. 前記陰極室は、内側壁及び外側壁を有し、前記内側壁と前記外側壁との間に窪みが形成され、前記内側壁の上部に複数の切欠きが形成され、前記窪みの下部に複数の陰極液出口が設けられ、前記陰極室の電解液は、前記複数の切欠きを通って前記窪みに受容され、前記陰極液出口を通って排水される、請求項２５に記載のめっき装置。
33. 前記陰極室に配置された、前記基板のめっき膜を清掃するための基板リンスノズルをさらに備えている、請求項２５に記載のめっき装置。
34. 前記陰極室の上部に固定されたシュラウドをさらに備えている、請求項２５に記載のめっき装置。
35. 前記シュラウドは、排水路が接続された収集溝を有し、前記収集溝内の液体は、前記排水路を通って排水される、請求項３４に記載のめっき装置。
36. 前記シュラウドの側壁は、前記収集溝を清掃するための清掃液入口を画定している、請求項３５に記載のめっき装置。
37. 前記陰極室に接続した、ガス排気のためのガス通気口をさらに備えている、請求項２５に記載のめっき装置。
38. 前記シュラウドより上方に配置されチャック清掃ノズルをさらに備え、前記チャック清掃ノズルは、めっき中に前記基板を保持するチャックを清掃するものである、請求項３４に記載のめっき装置。
39. 前記チャックは、複数の直立柱を有する、請求項３８に記載のめっき装置。
40. タイマを有するコントローラをさらに備え、前記チャック清掃ノズルに接続された、前記チャック清掃ノズルに清掃液を供給するための供給管に、開閉弁が設置され、
    前記コントローラは、前記タイマに基づいて前記開閉弁を制御することにより、
    前記複数の直立柱のそれぞれが前記チャック清掃ノズルを通過する間、前記開閉弁を閉じることで、前記清掃液の噴霧を停止させ、
    前記複数の直立柱が前記チャック清掃ノズルを通過した後、前記開閉弁を開くことで、前記清掃液を噴霧させるように構成されている、請求項３９に記載のめっき装置。