JP2023522576A - めっき装置及びめっき方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置及びめっき方法を開示する。一実施形態において、めっき装置は、電解液を収容するように構成されためっき浴と、基板を保持するように構成された基板保持モジュールと、基板がめっきされる電解液に浸漬されている間、基板保持モジュールを基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させるように構成された少なくとも1つの駆動装置と、を備えている。本発明は、基板保持モジュールを振動させることにより、めっき速度を上げ、パターン構造上に均一にめっきを行うことで、めっき中の物質移動を促進することができる。
Description
本発明は、一般に、半導体デバイスの製造に関し、より詳細には、めっき速度を上げるための電解液撹拌を伴うめっき装置及びめっき方法に関する。
半導体デバイスの製造においては、デュアルダマシン法におけるトレンチ、ホール、TSVなどの配線構造の金属膜形成や、先端パッケージングプロセスにおけるバンプ等の形成に、めっき技術が一般的に使用されている。技術の急速な発展に伴い、めっき品質だけでなく、めっき速度に対する要求も高まっている。デュアルダマシン法及びアドバンストパッケージングプロセス共に、めっき速度が高いほどスループットが向上するため、めっき速度の重要性はますます高まっている。
一般に、めっき速度は、例えば、電解液の組成、電解液の温度、電解液の攪拌等が関係する。さらに、電解液の攪拌は、例えば、電解液の流量、被めっき基板の回転速度、電解液に加える振動等が関係する。現在、めっき中の物質移動を促進してめっき速度を上げるため、電解液の攪拌を強化する方法がいくつか提案されている。1つの方法として、横方向の流れを促進するように構成された流路口があるフローダイバータと組み合わせてフローシェーピングプレートを使用することが挙げられる。この方法は、めっき中の効果的な物質移動を得るために電解液の流れのダイナミクスを制御し、均一性の高いめっきを得ることができる。しかしながら、基板の一方側から他方側への電解液の流れが強すぎると、電解液中の添加剤の分布に影響が生じる。具体的には、流路口に近い側の電解液の流速は速く、流路から遠い側の電解液の流速は遅くなる。そのため、基板の中心から端にかけての電解液の流速は均一ではない。より具体的には、基板の端にある流路口では電解液の流量が多く、当該電解液が基板の中心を通って流路口から離れた基板の別の側に電解液が流れる間に、電解液の流量がどんどん少なくなる。多くの添加剤(特にめっきレベラー)は電解液の流量に敏感である。電解液の流量が多すぎて、基板全体の電解液の流量の分布が均一でないと、電解液の流量の大きい基板表面にレベラーが付着しやすくなり、めっきの均一性が悪くなる。一方、半導体デバイスの微細構造等では、バンプの形状も影響を受ける。電解液の流速に敏感なレベラーにより、バンプの形状が傾く。基板を回転させることで非対称性を補正することは可能であるが、めっき処理中に基板の回転速度が変化してしまう。これは産業界では一般的なことであり、めっきが不均一になる。
電解液の攪拌を強化する方法として、パドルの振動を利用したパドル使用方法もある。この方法の欠点は、一般的にパドルを拡散板と被めっき基板との間に設置するため、パドルの高速移動により電解液中に気泡が発生し、気泡がめっきのない基板表面に付着し、めっき品質に問題が発生することである。また、パドルには多数の開口部があり、開口部のパターンや大きさが電界分布に影響し、基板上のめっきの均一性に問題が生じる可能性があることも、パドルに起因する課題の一つである。さらに、パドルで基板表面に隣接する流れを攪拌すると、電解液内の電界に影ができ、めっき基板上の均一性の問題が発生する。
また、より高いめっき速度を実現するために、低速めっき用電解液とは異なる処方の電解液が使用される。例えば、銅めっきでは、従来のめっき速度は2~5ASDであるところ、8ASDを超えるめっき速度、具体的には8~30ASDのめっき速度で、電解液中のCuイオン濃度が高くなり、添加剤がより複雑になる。めっき速度が高くなると、膜やバンプの形状を制御することが難しくなる。また、1つのダイの中にトレンチと大きなパッド構造との両方がある等、デバイスの構造が複雑になると、レベラーの強度も必要になってくる。また、
ウェーハレベルの均一性も、高速めっきでは制御が困難である。ウェーハレベルでもダイ内でも、めっきの効果を上げるためには、電解液中の添加剤である促進剤、レベラー、抑制剤等の相互協力が必要となる。
ウェーハレベルの均一性も、高速めっきでは制御が困難である。ウェーハレベルでもダイ内でも、めっきの効果を上げるためには、電解液中の添加剤である促進剤、レベラー、抑制剤等の相互協力が必要となる。
そのため、現在の電解液の攪拌方法には欠点がある。めっき速度やめっきの均一性を高めるため、電解液の新しい攪拌方法を提案する必要がある。
本発明の目的は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき装置を提供することである。本発明に係るめっき装置は、電解液を収容するように構成されためっき浴と、基板を保持するように構成された基板保持モジュールと、前記基板がめっきされる電解液に浸されている間、前記基板保持モジュールを前記基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させるように構成された少なくとも1つの駆動装置と、を備えている。
本発明の別の目的は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法を提供することである。本発明に係るめっき方法は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法であって、基板保持モジュールに前記基板を搭載して保持する工程と、めっき浴に収容された電解液に前記基板を浸漬させる工程と、前記基板が前記電解液に浸漬されてめっきが行われている間に前記基板保持モジュールを前記基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させる工程と、を備えている。
本発明の目的は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき装置を提供することである。本発明に係るめっき装置は、電解液を収容するように構成されためっき浴と、基板を保持するように構成された基板保持モジュールと、前記基板保持モジュールを前記基板と共に回転駆動するように構成された回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように構成されたコントローラと、を備えている。
本発明の別の目的は、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法を提供することである。本発明に係るめっき方法は、基板保持モジュールに前記基板を搭載して保持する工程と、めっき浴に収容された電解液に前記基板を浸漬させる工程と、前記基板を前記電解液に浸漬させてめっきが行われている間に前記基板保持モジュールを前記基板と共に回転アクチュエータで回転駆動する工程と、前記回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように制御する工程と、を備えている。
以上のように、本発明は、基板をめっきしながら電解液を撹拌するユニークな方法を開示する。当該方法は、基板と共に基板保持モジュールを振動させることであり、めっき速度だけでなくめっき均一性を高めるように物質移動を促進することができる。さらに、基板保持モジュールの振動は往復であり、振動周波数が高いため、添加剤をパターン構造中に均一に分布させることができる。電解液の物質移動境界層はより薄くなり、パターン構造に吸収された電解液中の添加剤は非常に速くかつ均一に交換されるため、パターン構造のメッキ金属の均一性が向上し、柱やバンプの傾きの問題を解決すると共に、めっき速度も高めることができる。
従来の金属を析出させるめっき装置100を示す図1を参照されたい。めっき装置100は、電解液を収容するめっき浴110と、基板130を保持し、基板130の導電面と電気的に接続する基板保持モジュール120と、基板保持モジュール120に接続し、基板保持モジュール120を基板保持モジュール120の軸に沿って回転駆動する回転アクチュエータ140と、めっき浴110内に配置され、基板130の導電面と対向する陽極150と、基板保持モジュール120及び陽極150と電気的に接続する電源160と、を備えている。めっき装置100は、めっき浴110の周囲に設けられた、めっき浴110からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝170をさらに備えている。めっき装置100は、タンク190をさらに備えている。溝170及びタンク190に、管路180が接続されている。タンク190は、別の管路180を介して、めっき浴110に接続されている。
めっき装置100がパターン構造131を有する基板130に金属を析出させるために使用される場合、回転アクチュエータ140が基板保持モジュール120を駆動して基板保持モジュール120の軸に沿って回転させる。めっき浴110の中心から電解液が供給され、基板130の中心を通って基板130の端部に電解液が流入する。一般に、基板130に金属を析出させるため、電解液にレベラー、促進剤、抑制剤等の各種添加剤を添加する。そのため、電解液の流速に敏感な添加剤もある。例えば、Cuめっきの電解液では、電解液の流速が大きいほど基板表面にレベラーが付着しやすい。そのため、めっき中にレベラーが主要な役割を果たす場合、基板130の中心から端に流れる電解液によって誘発され、パターン構造131の片側にレベラーが留まることが多くなる。これにより、パターン構造131にレベラーが不均一に分布し、図2A~図2Cに示すようにパターン構造131に金属析出ムラが発生し、金属の柱又はバンプが傾いてしまう。また例えば、Cuめっき用の電解液では、促進剤が電解液の流速により敏感である。電解液の流速が大きい基板表面では、促進剤が付着しやすくなる。別の実施形態では、めっき中に促進剤が主要な役割を果たす場合、促進剤は、基板130’の中心から端に流れる電解液によって誘発され、基板130’上のパターン構造131’の一側に留まることが多くなる。これにより、促進剤がパターン構造131’に不均一に分布し、図3A~図3Cに示すようにパターン構造131’に金属析出ムラが発生し、金属の柱又はバンプが傾くことになる。この傾きは、めっき速度が大きいほど大きくなる。高いめっき速度でより良いバンプ形状を実現するには、新しい技術が必要である。
本発明は、このような問題を解決するめっき装置及びめっき方法を開示し、基板のパターン構造に均一な金属析出を得るため、基板を電解液に浸漬してめっきする際に、基板保持モジュールを基板と共に振動させる。これにより、レベラー、促進剤、抑制剤等の添加剤を、パターン構造中に均一に分布させ、一箇所に集まらないようにして、めっき金属の柱又はバンプの傾きを抑え、パターン構造に均一な金属析出物が得られる。高周波振動は、電解液境界層の厚みを減少させることができる。境界層の厚さを薄くすることで、より高い物質移動率を実現し、金属の析出率を高めることができる。
図4に、本発明の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が例示されている。めっき装置400は、電解液を収容するように構成されためっき浴401と、基板403を保持し、基板403の導電面と電気的に接続するように構成された基板保持モジュール402と、基板保持モジュール402を基板保持モジュール402の軸に沿って回転させるように構成された回転アクチュエータ404と、基板保持モジュール402を水平方向及び/又は鉛直方向に振動させるように構成された少なくとも一つの駆動装置405と、を備えている。駆動装置405は、モータ、シリンダ又はバイブレータであってよい。めっき装置400は、めっき浴401内に配置され、基板403の導電面に対向する少なくとも1つの陽極406と、基板保持モジュール402及び陽極406と電気的に接続する電源407と、をさらに備えている。めっき浴401の周囲には、めっき浴401からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝408が設けられている。めっき装置400は、タンク410をさらに備えている。溝408及びタンク410に、管路409が接続されている。タンク410は、別の管路409を介して、めっき浴401に接続されている。
図5A及び図5Bを組み合わせると、基板403は、パターン構造4031を有する。めっき装置400がパターン構造4031に金属を析出させるために使用される場合、基板403を基板保持モジュール402によって水平に保持し、基板403をめっき用電解液に浸漬すると同時に、駆動装置405により基板保持モジュール402及び基板403を駆動して電解液を撹拌させるように、水平方向及び/又は鉛直方向の振動を含む往復運動をさせる。これにより、基板403がめっきのために電解液に浸漬されている間に、金属イオン、レベラー、促進剤及び抑制剤等の添加剤が一箇所に集まらず、パターン構造4031に均一に分布するように物質移動が促進される。めっき金属の柱又はバンプの傾きが低減され、パターン構造4031に均一な金属析出が得られる。具体的には、回転アクチュエータ404は、基板403を被めっき電解液に浸漬した状態で、基板保持モジュール402をその軸方向に回転させるように駆動する。電解液は、めっき浴401の中心から供給され、基板403の中心を通って基板403の端へと流量V2で流れる。駆動装置405は、基板保持モジュール402及び基板403を振動速度V1で水平方向に振動させる。V1は、0.2V2以上、好ましくはV2より大きく、より好ましくはV2の2倍である。図5Aに示すように、振動方向が電解液の流れ方向と逆の場合、相対速度VはV1+V2に等しい。図5Bに示すように、振動方向が電解液の流れ方向と同じ場合、相対速度VはV1-V2に等しい。基板保持モジュール402の水平振動により相対速度Vを急速に変化させ、電解液の撹拌を実現することにより、物質移動を促進し、パターン構造4031における添加剤の分布均一性を改善し、さらにめっき速度とめっき均一性を向上させることができる。
図6に、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。めっき装置600は、電解液を収容するように構成されためっき浴601と、基板603を保持するように構成された基板保持モジュール602と、基板保持モジュール602を水平方向及び/又は鉛直方向に振動させるように構成された少なくとも一つの駆動装置605と、を備えている。駆動装置605は、モータ、シリンダ又はバイブレータであってよい。めっき装置600は、めっき浴601内に配置され、基板603の導電面に対向する少なくとも1つの陽極606と、基板603の導電面及び陽極606と電気的に接続する電源607と、をさらに備えている。めっき浴601の周囲には、めっき浴601からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝608が設けられている。めっき装置600は、タンク610をさらに備えている。溝608及びタンク610に、管路609が接続されている。タンク610は、別の管路609を介して、めっき浴601に接続されている。
本実施形態では、パターン構造を有する基板603は、基板保持モジュール602によって鉛直に保持される。基板保持モジュール602及び基板603は、パターン構造に金
属を析出させるために電解液に鉛直に浸漬される。めっき中、駆動装置605は、基板保持モジュール602を駆動すると共に、基板603を駆動して、水平及び/又は鉛直の振動を含む電解液を撹拌する往復運動を行い、レベラー、促進剤、抑制剤等の添加剤がパターン構造中に均一に分布できるように物質移動を促進する。基板603がめっきされるべき電解液中に浸漬されている間に、レベラー、促進剤、抑制剤等の添加剤が一箇所に集まらないようにして、めっき金属の柱又はバンプの傾斜を抑え、パターン構造に均一な金属析出物が得られる。
属を析出させるために電解液に鉛直に浸漬される。めっき中、駆動装置605は、基板保持モジュール602を駆動すると共に、基板603を駆動して、水平及び/又は鉛直の振動を含む電解液を撹拌する往復運動を行い、レベラー、促進剤、抑制剤等の添加剤がパターン構造中に均一に分布できるように物質移動を促進する。基板603がめっきされるべき電解液中に浸漬されている間に、レベラー、促進剤、抑制剤等の添加剤が一箇所に集まらないようにして、めっき金属の柱又はバンプの傾斜を抑え、パターン構造に均一な金属析出物が得られる。
図7A~図9Bに、本発明の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。めっき装置700は、めっき浴701と、基板保持モジュールと、振動板715と、取付板716と、支持台座717と、駆動装置705と、を含む。基板保持モジュールは、さらに、基板ホルダ702と、支柱712と、固定装置713と、ブラケット714と、回転アクチュエータ704と、を含む。
めっき浴701は、電解液を収容するように構成されている。めっき浴701は、電気めっきのための陽極室及び陰極室を含んでよい。陽極室及び陰極室は、膜フレーム上に配置された膜によって隔てられている。陽極室は複数の陽極ゾーンに分割することができ、各陽極ゾーンには独立に制御された電源に接続された陽極が収容されている。陽極は、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタン板(Ptコーティング)等からなってよい。複数の小開口を有する少なくとも1枚の拡散板711が、電界の均一制御及び電解液の流れの均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝708が設けられている。
基板ホルダ702は、基板を保持するように構成されている。支柱712は、基板ホルダ702及び固定装置713に接続されている。ブラケット714は、固定装置713の側部に固定されている。振動板715は、基板保持モジュールを支持するように構成されている。振動板715の一端はブラケット714に接続され、振動板715の他端は取付板716に接続されている。取付板716は、支持台座717上に配置されている。取付板716は、鉛直アクチュエータによる駆動の下、振動板715を上下動させるように、支持台座717に沿って上下動可能である。振動板715は、固有振動数を有する。回転アクチュエータ704は、固定装置713に配置され、基板ホルダ702を回転駆動するように構成されている。駆動装置705は、ブラケット714上に配置され、基板保持モジュールを駆動して水平方向に振動又は振動板715の固有振動数で共振させるように構成されている。駆動装置705は、慣性バイブレータ等のバイブレータであってよい。
図8A~図8B及び図9A~図9Bに示すように、駆動装置705は、基板を被めっき物の電解液に浸漬した状態で、基板ホルダ702を水平方向に振動させるように駆動することが可能である。基板ホルダ702は、駆動装置705の駆動により、往復運動を行うことができる。一対のリミットストップ部材718は、ブラケット714が取付板716に衝突するのを防ぐように、基板保持モジュールの振幅を制限するように構成されている。一対のリミットストップ部材718は、軟質ゴムからなってよい。一実施形態において、一対のリミットストップ部材718は、ブラケット714に配置され、振動板715の両側にそれぞれ配置されている。別の実施形態において、一対のリミットストップ部材718は、取付板716に配置され、振動板715の両側にそれぞれ配置される。
基板保持モジュールの振幅は、パターン構造の大きさに関係する。パターン構造における金属析出への振動効果を向上させるため、基板保持モジュールの振幅は、パターン構造のサイズよりも大きいことが好ましい。基板保持モジュールの振幅は、25um~2000um、好ましくは100um~500umに設定することが可能である。
基板保持モジュールの振動周波数は、基板保持モジュールの振幅と基板保持モジュールの振動速度に関係する。さらに、基板保持モジュールの振動速度は、電解液の流量に関係する。基板保持モジュールの振動速度は、電解液の中心から端までの流速よりも大きいことが好ましい。通常、電解液の流速は、0.01m/sから0.2m/sに設定され、これは電解液供給の初期流量に依存する。基板保持モジュールの振動数は、下記式で算出することができる。
ここで、fは基板保持モジュールの振動周波数、V1は基板保持モジュールの振動速度、Aは基板保持モジュールの振幅を示す。例えば、V1 = 0.02m/s 、A= 0.5mm のとき、f= 10Hz となる。この周波数は、より具体的には、片持ち梁構造である基板保持モジュール及び振動板715の共振周波数であり、振動板715の固有振動数でもあり、駆動装置705の駆動周波数でもある。慣性振動子の動作周波数は、0.1Hz~500Hzの範囲で設定可能である。好ましくは、駆動に最もエネルギーを必要としない振動板715の共振周波数と等しく設定される。
計算式(1)~(4)において、fは基板保持モジュールの振動周波数、mは基板保持モジュールの重量、kは振動板の剛性係数、Eは振動板の材料の弾性係数、Hは振動板の断面幅、Bは振動板の断面高さ、Lは振動板の長さを示す。
図10A~図11Bに、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板上に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。図7A~図9Bに示すめっき装置と比較して、本実施形態では、駆動装置705’は、振動板715と共振して基板保持モジュールを水平方向に振動させるための一対のモータ又はシリンダであってよい。一対のモータ又はシリンダは、ブラケット714に配置され、振動板715の両側にそれぞれ配置されてよい。或いは、一対のモータ又はシリンダは、取付板716に配置され、振動板715の両側にそれぞれ配置されてよい。
図12A~図14Bに、本発明の別の実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が図示されている。めっき装置1200は、めっき浴1201と、基板保持モジュールと、一対の振動板1215と、取付板1216と、支持台座1217と、駆動装置1205と、を含む。基板保持モジュールは、基板ホルダ1202と、支柱1212と、固定装置1213と、ブラケット1214と、回転アクチュエータ1204と、鉛直連結部材1219と、水平連結部材1220と、弾性連結部材1221と、フレーム1222と、をさらに含む。
めっき浴1201は、電解液を収容するように構成されている。めっき浴1201は、電気めっきのための陽極室及び陰極室を含んでよい。陽極室及び陰極室は、膜フレーム上に配置された膜によって隔てられている。陽極室は複数の陽極ゾーンに分割することができ、各陽極ゾーンには独立に制御された電源に接続された陽極が収容されている。陽極は、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタン板(Ptコーティング)等からなってよい。複数の小開口を有する少なくとも1枚の拡散板1211が、電界の均一制御及び電解液の流れの均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝1208が設けられている。
基板ホルダ1202は、基板を保持するように構成されている。支柱1212は、基板ホルダ1202及び固定装置1213に接続されている。ブラケット1214は、実質的にU字形状であり、一対のアーム部とベース部とを有する。ブラケット1214の一対のアーム部は、固定装置1213の両側に配置され、一対の振動板1215にそれぞれ接続されている。一対の振動板1215は、固定装置1213の両側に接続されている。ブラケット1214のベース部は、取付板1216に接続されている。取付板1216は、支持台座1217に配置されている。取付板1216は、鉛直アクチュエータによる駆動の下、基板保持モジュールを上下動させるように、支持台座1217に沿って上下動可能である。基板保持モジュールのたるみを防止するため、鉛直連結部材1219をブラケット1214のベース部と水平連結部材1220とに連結し、水平連結部材1220を弾性連結部材1221に連結し、弾性連結部材1221を固定装置1213に固定されたフレー
ム1222に連結している。回転アクチュエータ1204は、固定装置1213に配置され、基板ホルダ1202を回転駆動するように構成されている。
ム1222に連結している。回転アクチュエータ1204は、固定装置1213に配置され、基板ホルダ1202を回転駆動するように構成されている。
駆動装置1205は、固定装置1213に配置され、基板がめっきされている間、基板保持モジュールを駆動し、鉛直方向に振動又は振動板1215の固有周波数で共振させるように構成されている。図13A~図13B及び図14A~図14B参照)。駆動装置1205は、バイブレータであってよい。
基板ホルダ1202が高周波で上下動することで、基板と拡散板1211との間の空間に強い撹拌効果を発生させることができる。基板ホルダ1202が高速で下降すると、当該空間内の液圧が急激に上昇し、その圧力によって電解液がパターン構造に流入する。すると、パターン構造でのマイクロワイズド液流速が非常に速くなり、添加剤がパターン構造に均一に浸透し、バンプの傾きの問題解決に寄与する。また、別の面では、基板ホルダ1202が上に移動すると、上記空間が大きくなり、上記空間内の液圧が急激に減少する。すると、微細パターン構造内の液体が流出する。高速の上下運動により、液圧が急激に変化する。パターン構造における物質移動速度が向上する。
図15A~図16Bに、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板上に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。図12A~図14Bに示すめっき装置と比較して、本実施形態では、駆動装置1205’は、振動板1215と共振して基板保持モジュールを鉛直方向に振動させるためのモータ又はシリンダであってよい。モータ又はシリンダは、水平連結部材1220に配置されてよい。
図17A~図17Bに、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板上に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。めっき装置1700は、めっき浴1701、基板保持モジュール、振動板1715、取付板1716、支持台座1717及び鉛直アクチュエータを含む。基板保持モジュールは、さらに、基板ホルダ1702と、支柱1712と、固定装置1713と、回転アクチュエータ1704と、を含む。
めっき浴1701は、電解液を収容するように構成されている。めっき浴1701は、電気めっきのための陽極室及び陰極室を含んでよい。陽極室及び陰極室は、膜フレーム上に配置された膜によって隔てられている。陽極室は複数の陽極ゾーンに分割することができ、各陽極ゾーンには独立に制御された電源に接続された陽極が収容されている。陽極は、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタン板(Ptコーティング)等からなってよい。複数の小開口を有する少なくとも1枚の拡散板1711が、電界の均一制御及び電解液の流れの均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝1708が設けられている。
基板ホルダ1702は、基板を保持するように構成されている。支柱1712は、基板ホルダ1702及び固定装置1713に接続されている。振動板1715は、固定装置1713及び取付板1716の側面に接続されている。取付板1716は、支持台座1717に配置されている。取付板1716は、鉛直アクチュエータによる駆動の下、基板保持モジュールを上下動させるように、支持台座1717に沿って上下動可能である。回転アクチュエータ1704は、固定装置1713に配置され、基板ホルダ1702を回転駆動するように構成されている。
本実施形態では、鉛直アクチュエータは駆動装置として機能し、基板がめっきされている間、基板保持モジュールを駆動して、鉛直方向に振動又は振動板1715の固有周波数に共振させるように構成されている。
図18A~図20Cに、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。めっき装置1800は、めっき浴1801と、基板保持モジュールと、第1振動板18151と、一対の第2振動板18152と、取付板1816と、支持台座1817と、第1駆動装置1805と、を含む。基板保持モジュールは、基板ホルダ1802と、支柱1812と、固定装置1813と、ブラケット1814と、回転アクチュエータ1804と、を含む。
めっき浴1801は、電解液を収容するように構成されている。めっき浴1801は、電気めっきのための陽極室及び陰極室を含んでよい。陽極室及び陰極室は、膜フレーム上に配置された膜によって隔てられている。陽極室は複数の陽極ゾーンに分割することができ、各陽極ゾーンには独立に制御された電源に接続された陽極が収容されている。陽極は、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタン板(Ptコーティング)等からなってよい。複数の小開口を有する少なくとも1枚の拡散板1811が、電界の均一制御及び電解液の流れの均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝1808が設けられている。
基板ホルダ1802は、基板を保持するように構成されている。支柱1812は、基板ホルダ1802及び固定装置1813に接続されている。ブラケット1814は、実質的にU字形状であり、一対のアーム部とベース部とを有する。ブラケット1814の一対のアーム部は、固定装置1813の両側に配置され、一対の第2振動板18152にそれぞれ接続されている。一対の第2振動板18152は、固定装置1813の両側に接続されている。ブラケット1814のベース部は、第1振動板18151の一端に接続されている。第1振動板18151の他端は、取付板1816に接続されている。取付板1816は、支持台座1817に配置されている。取付板1816は、鉛直アクチュエータによる駆動の下、基板保持モジュールを上下動させるように、支持台座1817に沿って上下動可能である。回転アクチュエータ1804は、固定装置1813に配置され、基板ホルダ1802を回転駆動するように構成されている。
第1駆動装置1805は、ブラケット1814のベース部に配置されており、基板保持モジュールを駆動して水平方向に振動又は第1振動板18151の固有周波数で共振させるように構成されている。鉛直アクチュエータは、第2駆動装置として機能し、基板保持モジュールを駆動して、鉛直方向に振動又は一対の第2振動板18152の固有振動数で共振させるように構成されている。本実施形態では、基板がめっきされている間、基板保持モジュールは、第1駆動装置1805及び鉛直アクチュエータによって、水平振動及び鉛直振動を同時に行うように駆動されてよい。
図22に、本発明の別の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板上に金属を析出させるためのめっき装置が示されている。めっき装置2200は、めっき浴2201と、基板保持モジュールと、取付板2216と、支持台座2217と、駆動装置2205と、を含む。基板保持モジュールは、さらに、基板ホルダ2202と、支柱2212と、連結板2225と、固定装置2213と、ブラケット2214と、回転アクチュエータ2204と、シャフト2223と、ベアリング2224と、一対の弾性部材2226と、を含む。
めっき浴2201は、電解液を収容するように構成されている。めっき浴2201は、電気めっきのための陽極室及び陰極室を含んでよい。陽極室及び陰極室は、膜フレーム上に配置された膜によって隔てられている。陽極室は複数の陽極ゾーンに分割することができ、各陽極ゾーンには独立に制御された電源に接続された陽極が収容されている。陽極は、銅(Cu)、チタン(Ti)、チタン板(Ptコーティング)等からなってよい。複数の小開口を有する少なくとも1枚の拡散板2211が、電界の均一制御及び電解液の流れ
の均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝2208が設けられている。
の均一制御のために、陰極室に配置される。陰極室の周囲には、陰極室からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝2208が設けられている。
基板ホルダ2202は、基板を保持するように構成されている。支柱2212は、基板ホルダ2202及び連結板2225に接続されている。回転アクチュエータ2204は、固定装置2213に配置されている。シャフト2223は、固定装置2213を貫通している。シャフト2223の一端は回転アクチュエータ2204に接続し、シャフト2223の他端はベアリング2224を介して連結板2225に接続している。一対の弾性部材2226は、シャフト2223及び連結板2225に接続されている。ブラケット2214は、固定装置2213の側面に固定され、取付板2216に接続されている。取付板2216は、支持台座2217に配置されている。取付板2216は、鉛直アクチュエータによる駆動の下、基板保持モジュールを上下動させるように、支持台座2217に沿って上下動可能である。駆動装置2205は、連結板2225に配置されている。
めっき中、回転アクチュエータ2204の駆動により、シャフト2223が回転速度w1で回転する。一対の弾性部材2226がシャフト2223及び連結板2225に連結されているため、基板ホルダ2202だけでなく、支柱2212及び連結板2225もシャフト2223と共に回転速度w1で回転する。基板ホルダ2202がめっきのために回転する間、駆動装置2205は、基板ホルダ2202だけでなく、支柱2212及び連結板2225を、回転速度w2で時計回りに回転させると共に反時計回りに回転させるように駆動する。好ましくは、回転速度w2は回転速度w1よりも大きい。これにより、基板ホルダ2202の回転速度を急速に変化させて、電解液の撹拌を実現する。これにより、めっきの均一性及びめっき速度を向上させることができる。
以上のように、本発明によると、基板がめっきされる電解液に浸漬されている間に基板を振動させる駆動装置を少なくとも1つ用いることにより、微細構造中の添加剤を均一に分布させるので、微細構造中のめっき金属の均一性を向上させることができる。さらに、先行技術のようにパドルを使って電解液を攪拌するのに比べ、本発明では、基板と拡散板との間に設けられるパドル等の棚がないため、電界分布がより均一になり、「影」の問題が生じない。
本発明は、さらに、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法を提供する。当該めっき方法は、
基板保持モジュールに基板を搭載して保持する工程と、
めっき浴に収容された電解液に基板を浸漬させる工程と、
基板が電解液に浸漬されてめっきが行われている間に、基板保持モジュールを基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させる工程と、を備えている。
基板保持モジュールに基板を搭載して保持する工程と、
めっき浴に収容された電解液に基板を浸漬させる工程と、
基板が電解液に浸漬されてめっきが行われている間に、基板保持モジュールを基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させる工程と、を備えている。
一実施形態において、基板は、基板保持モジュールによって水平に保持される。
一実施形態において、基板は基板保持モジュールにより鉛直に保持され、基板保持モジュール及び基板は電解液中に鉛直に浸漬される。
一実施形態において、電解液は流量V2を有し、基板保持モジュールと基板とは振動速度V1(V1≧0.2V2)で振動するように駆動される。
一実施形態において、基板保持モジュールの振動周波数は0.1Hz~500Hzに設定される。
一実施形態において、基板保持モジュールの振幅はパターン構造のサイズよりも大きい。
一実施形態において、基板保持モジュールの振幅は25um~2000umに設定される。
一実施形態において、当該めっき方法は、基板がめっきされる電解液に浸漬されている間、基板を回転させるように駆動することをさらに含む。
図23に、本発明の例示的な実施形態に係る、パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置が例示されている。めっき装置2300は、電解液を収容するように構成されためっき浴2301と、基板2303を保持し、基板2303の導電面と電気的に接続するように構成された基板保持モジュール2302と、基板保持モジュール2302を基板保持モジュール2302の軸に沿って回転させるように構成された回転アクチュエータ2304と、を備えている。めっき装置2300は、回転アクチュエータ2304に接続したコントローラ2330であって、回転アクチュエータ2304をN回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように構成されたコントローラ2330をさらに含む。Nは3.0以下である。好ましくは、Nは0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5及び3.0である。コントローラ2330は、回転アクチュエータ2304の回転速度を120rpm未満に制御する。めっき装置2300は、めっき浴2301内に配置され、基板2303の導電面に対向する少なくとも1つの陽極2306と、基板保持モジュール2302及び陽極2306と電気的に接続する電源2307と、をさらに備えている。めっき浴2301の周囲には、めっき浴2301からオーバーフローした電解液を受け入れるための溝2308が設けられている。めっき装置2300は、タンク2310をさらに備えている。溝2308及びタンク2310に、管路2309が接続されている。タンク2310は、別の管路2309を介して、めっき浴2301に接続されている。
本実施形態では、めっき中、コントローラ2330を用い、回転アクチュエータ2304をN(N≦3.0)回転させ、その後N逆回転させることを交互にサイクル数だけ実行する。これにより、パターン構造におけるめっき金属の均一性を向上させる。基板の振動運動の周波数が高いため、基板表面の電解液が回転方向に変化する間に、劇的に変化する。回転アクチュエータを時計回りから反時計回りに劇的に変化させることで、液体の乱流状態を発生させ、基板表面に強い筋状の攪拌を行うことができる。回転アクチュエータは、ポイント・トゥ・ポイントの位置制御モードで制御される。
本発明は、さらに、パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法を提供する。当該めっき方法は、
基板保持モジュールに基板を搭載して保持する工程と、
めっき浴に収容された電解液に基板を浸漬させる工程と、
基板が電解液に浸漬されてめっきが行われている間に、基板保持モジュールを基板と共に回転アクチュエータで駆動する工程と、
回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように制御する工程と、を備えている。
基板保持モジュールに基板を搭載して保持する工程と、
めっき浴に収容された電解液に基板を浸漬させる工程と、
基板が電解液に浸漬されてめっきが行われている間に、基板保持モジュールを基板と共に回転アクチュエータで駆動する工程と、
回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように制御する工程と、を備えている。
一実施形態において、Nは0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5及び3.0である。Nが0.5の場合、基板保持モジュールは0度から180度まで回転し、その後逆方向に回転する。回転速度が同一で、周波数が非常に高くなる。基板保持モジュールが180度未満までしか回転しない場合、基板表面のめっき速度が非対称になる。そのため、回転周期は0.5、1.0、1.5、2.0、2.5及び3.0とする必要がある。Nが3.0より大きい場合、例えば回転数60rpmであると、時計回りの回転に3秒、反時計回りの回転に3秒かかる。1周期に6秒かかる。Nが大きくなるほど、周期が長くなるため、上述した劇的な変化による撹拌作用が弱くなる。
一実施形態において、回転アクチュエータの回転数を120rpm未満に制御する。
上述した本発明の実施形態はいずれも、基板上のパターン構造において均一な金属析出を得るための無電解めっきに好適である。
また、上述した本発明の実施形態はいずれも、均一な形状を得るために基板上の金属を電気的に除去するのに好適である。
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、多くの修正及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及び変更は、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)
- パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置であって、
電解液を収容するように構成されためっき浴と、基板を保持するように構成された基板保持モジュールと、前記基板がめっきされる前記電解液に浸されている間、前記基板保持モジュールを前記基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させるように構成された少なくとも1つの駆動装置と、を備えためっき装置。 - 前記少なくとも1つの駆動装置は、モータ、シリンダ及びバイブレータのいずれかである、請求項1に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールは前記基板を水平に保持する、請求項1に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールは前記基板を鉛直に保持し、前記基板保持モジュール及び前記基板は前記電解液に鉛直に浸漬される、請求項1に記載のめっき装置。
- 前記電解液は流量V2を有し、前記少なくとも1つの駆動装置は、前記基板保持モジュールを駆動すると共に、前記基板を振動速度V1(V1≧0.2V2)で振動させる、請求項1に記載のめっき装置。
- 少なくとも1つの振動板をさらに備え、前記少なくとも1つの駆動装置は、前記基板保持モジュールを駆動して、振動又は前記少なくとも1つの振動板の固有周波数で共振させるように構成された、請求項1に記載のめっき装置。
- 取付板及び支持台座をさらに備え、前記基板保持モジュールはブラケットをさらに有し、前記振動板の一端は前記ブラケットに接続され、前記振動板の他端は前記取付板に接続され、前記取付板は前記支持台座に配置されている、請求項6に記載のめっき装置。
- 前記取付板は前記支持台座に沿って上下動可能である、請求項7に記載のめっき装置。
- 前記駆動装置は前記ブラケットに配置され、前記駆動装置はバイブレータである、請求項7に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールが振動するように駆動されている間、前記基板保持モジュールの振幅を制限するように構成された一対のリミットストップ部材をさらに備えた、請求項7に記載のめっき装置。
- 前記一対のリミットストップ部材は、前記ブラケットに配置され、前記振動板の両側にそれぞれ位置するか、或いは、前記取付板に配置され、前記振動板の両側にそれぞれ位置する、請求項10に記載のめっき装置。
- 前記駆動装置は、一対のモータ又はシリンダであり、前記一対のモータ又はシリンダは、前記ブラケットに配置され、前記振動板の両側にそれぞれ配置されているか、或いは、前記取付板に配置され、前記振動板の両側にそれぞれ配置されている、請求項7に記載のめっき装置。
- 取付板及び支持台座をさらに備え、前記基板保持モジュールは固定装置及びブラケットをさらに有し、前記少なくとも1つの振動板は一対の振動板を含み、前記ブラケットは一対のアーム及びベース部を有し、前記ブラケットの前記一対のアームは、前記固定装置の両側に配置され、前記一対の振動板にそれぞれ接続され、前記一対の振動板は前記固定装
置の両側に接続され、前記ブラケットの前記ベース部は前記取付板に接続され、前記取付板は前記支持台座に配置されている、請求項6に記載のめっき装置。 - 前記取付板は、前記支持台座に沿って上下動可能である、請求項13に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールは、鉛直連結部材、水平連結部材、弾性連結部材及びフレームをさらに有し、前記鉛直連結部材は、前記ブラケットの前記ベース部及び前記水平連結部材に連結され、前記水平連結部材は前記弾性連結部材に連結され、前記弾性連結部材は前記フレームに連結され、前記フレームは前記固定装置に固定されている、請求項13に記載のめっき装置。
- 前記駆動装置は、前記固定装置に配置されたバイブレータである、請求項13に記載のめっき装置。
- 前記駆動装置は、前記水平連結部材に配置されたモータ又はシリンダである、請求項15に記載のめっき装置。
- 取付板及び支持台座をさらに備え、前記基板保持モジュールは固定装置をさらに有し、前記振動板は前記固定装置及び前記取付板の側面に接続され、前記取付板は前記支持台座に配置され、前記駆動装置は、前記取付板を支持台座に沿って上下動させて前記基板保持モジュールを鉛直方向に振動させる鉛直アクチュエータである、請求項6に記載のめっき装置。
- 前記少なくとも1つの振動板は、第1振動板と一対の第2振動板とを含み、前記少なくとも1つの駆動装置は第1駆動装置と第2駆動装置とを含み、前記第1駆動装置は、前記基板保持モジュールを駆動して水平方向に振動又は前記第1振動板の固有周波数で共振させるように構成され、前記第2駆動装置は、前記基板保持モジュールを駆動して鉛直方向に振動又は前記一対の第2振動板の固有周波数で共振させるように構成された、請求項6に記載のめっき装置。
- 前記第2駆動装置は鉛直アクチュエータである、請求項19に記載のめっき装置。
- 前記基板を回転駆動するように構成された回転アクチュエータをさらに備えた、請求項6に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールは、連結板に固定された基板ホルダと、回転アクチュエータと、シャフトと、ベアリングと、一対の弾性部材とをさらに有し、前記基板ホルダは前記基板を保持するように構成され、前記シャフトの一端は前記回転アクチュエータに接続し、前記シャフトの他端は前記ベアリングを介して前記連結板に接続されており、前記一対の弾性部材は前記シャフト及び前記連結板に接続され、前記回転アクチュエータは前記シャフトを回転駆動して前記基板ホルダを回転速度w1で回転させ、前記基板ホルダがめっきのために回転する間、前記駆動装置は、前記基板ホルダを回転速度w2で時計回りに回転させると共に反時計回りに回転させる、請求項1に記載のめっき装置。
- 回転速度w2は回転速度w1よりも大きい、請求項22に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールの振動周波数は0.1Hz~500Hzに設定されている、請求項1に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールの振幅は、前記基板の前記パターン構造のサイズよりも大きい、請求項1に記載のめっき装置。
- 前記基板保持モジュールの振幅は、25um~2000umに設定されている、請求項1に記載のめっき装置。
- パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法であって、基板保持モジュールに前記基板を搭載して保持する工程と、めっき浴に収容された電解液に前記基板を浸漬させる工程と、前記基板が前記電解液に浸漬されてめっきが行われている間に前記基板保持モジュールを前記基板と共に駆動して水平方向及び/又は鉛直方向に振動させる工程と、を備えためっき方法。
- 前記基板保持モジュールにより前記基板を水平に保持する、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記基板保持モジュールにより前記基板を鉛直に保持し、前記基板保持モジュール及び前記基板を鉛直に前記電解液に浸漬する、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記電解液は流量V2を有し、前記基板保持モジュールと前記基板とを振動速度V1(V1≧0.2V2)で振動させるように駆動する、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記基板保持モジュールの振動周波数を0.1Hz~500Hzに設定する、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記基板保持モジュールの振幅は前記基板の前記パターン構造のサイズよりも大きい、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記基板保持モジュールの振幅を25um~2000umに設定する、請求項27に記載のめっき方法。
- 前記基板がめっきされる前記電解液に浸漬されている間、前記基板を回転させるように駆動することをさらに含む、請求項27に記載のめっき方法。
- パターン構造を有する基板に金属を析出させるためのめっき装置であって、電解液を収容するように構成されためっき浴と、基板を保持するように構成された基板保持モジュールと、前記基板保持モジュールを前記基板と共に回転駆動するように構成された回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように構成されたコントローラと、を備えためっき装置。
- Nが0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5及び3.0である、請求項35に記載のめっき装置。
- 前記回転アクチュエータの回転速度が120rpm未満である、請求項35に記載のめっき装置。
- パターン構造を有する基板に金属を析出させるめっき方法であって、基板保持モジュールに前記基板を搭載して保持する工程と、めっき浴に収容された電解液に前記基板を浸漬させる工程と、前記基板を前記電解液に浸漬させてめっきが行われている間に前記基板保持モジュールを前記基板と共に回転アクチュエータで回転駆動する工程と、前記回転アクチュエータをN(N≦3.0)回転させた後にN逆回転させることを交互にサイクル数行うように制御する工程と、を備えためっき方法。
- Nが0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5及び3.0である、請求項38に記載のめっき方法。
- 前記回転アクチュエータの回転速度を120rpm未満とする、請求項38に記載のめっき方法。
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