JP3730836B2

JP3730836B2 - 電気めっき試験器の陰極カートリッジ

Info

Publication number: JP3730836B2
Application number: JP2000152342A
Authority: JP
Inventors: 渡山本
Original assignee: Yamamoto MS Co Ltd
Current assignee: Yamamoto MS Co Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: EP1164209B1; JP2001335996A; US20020008026A1; EP1164209A2; US6811661B2; EP1164209A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気めっきの試験器の陰極カートリッジに関し、特に均一なめっきをすることができる電気めっき試験器の陰極カートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、めっき技術は各方面の技術分野で応用されており、特に微小な金属体を形成する技術として次のようなものが注目されている。
１つはダマシンプロセスといわれるＬＳＩの配線技術である。ＬＳＩの高集積化、高性能化を実現するためには、半導体上の配線ピッチを縮小することが必要とされている。ダマシンプロセスは層間絶縁膜を成膜後にドライエッチングプロセスを行うことによって配線溝を確保し、その配線溝にめっきにより配線材料を埋め込む方法である。
【０００３】
また、他のめっき技術を使用した最新技術として、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇｄｅｖｉｃｅｓ）といわれる微小機械部品を作成するための技術がある。ＬＩＧＡはＸ線によりアクリル樹脂を鋳型加工し、この型にめっきを厚く堆積させ、金属微小部品を型取りする技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のめっき技術を実現するためには、被めっき物に形成された溝に均一にめっきを堆積させる必要がある。また、実験室レベルの小規模なめっき試験において種々のめっき液や電流密度等の条件を試験して、めっき条件の選定をし、工業化していく必要がある。そこで、本発明では小規模な電気めっき試験器において、均一な膜を形成することができる電気めっき試験器の陰極カートリッジを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様では、陰極板である被めっき物のめっき面が露出するように開口され、前記めっき面周縁に当接する突起部を複数有し、めっき液に漬からない部分で直流電源と接続可能に露出している板状の陰極伝導体と、前記被めっき物の後面側と前記陰極伝導体の後面側を覆い、前記被めっき物と前記陰極伝導体が入り込む溝部を有する板状の後面側絶縁体と、前記めっき面が露出するように開口され、前記陰極伝導体の前面側を覆う前面側絶縁体と、前記被めっき物と前記後面側絶縁体の間に挟まれる弾性体薄板とを含んでなることを特徴とする電気めっき試験器に使用される陰極カートリッジを構成した。
【０００６】
このように構成することで、めっき面以外の陰極部を絶縁体でめっき液から遮断できるため、陽極からめっき面に向かって電気力線が走り、均一なめっき膜を形成することができる。また、陰極伝導体に設けられた突起部が被めっき物と当接するように構成されているため、陰極伝導体と被めっき物の接触を確実にすることができる。さらにその突起部は複数設けられているので、被めっき物に電気力線が均一に入り、均一なめっき膜を得ることができる。なお、本発明でいう伝導体は電気の伝導体であり、例えば金属や炭素を意味する。
【０００７】
また、本発明の第２の態様では、前記前面側絶縁体の前面側に、前記めっき面が露出するように開口された伝導体であるダミー板を設け、前記ダミー板が陰極となるように直流電源を接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の陰極カートリッジを構成した。
【０００８】
このように構成することで、被めっき物の側方からめっき面の周辺に集中して入りやすい電気力線をダミー板に入らせることができるので、めっき面に入る電気力線を均一にでき、均一なめっき膜を得ることができる。
【０００９】
また、本発明は、めっき液が注入されるめっき水槽と、前記めっき水槽内に設置される陽極と、前記めっき水槽内に前記陽極に平行に設置される被めっき物である陰極と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加させる直流電源とを備える電気めっき試験器において、前記めっき水槽の底面に設けられためっき液の排出口と、前記被めっき物の表面近傍を攪拌する前記めっき水槽底面に設けられためっき液の噴出孔と、前記排出口からめっき液を吸い込み前記噴出孔からめっき液を噴出するように接続されためっき液の循環ポンプとを有することを特徴とする電気めっき試験器に使用するのが好ましい。
【００１０】
このように構成することで、めっき面に発生する気泡を除去することができ、かつめっき面近傍の陽イオン濃度を一定にすることができるため、均一なめっき膜を形成させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態につき、具体例をあげて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の陰極カートリッジ及びシリコンウエハの分解斜視図である。また、図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の陰極カートリッジ及びシリコンウエハの正面図、（ｂ）は同部品のＡ−Ａ線断面図である。
【００１２】
陰極カートリッジ１は、次のように構成されている。被めっき物である円形薄板状のシリコンウエハ２のめっき面２ａと反対側（以下、「後面側」という）には、めっき面２ａの裏面をめっき液から遮断するように密着するゴム状の弾性力のある弾性体薄板３があてられる。シリコンウエハ２のめっき面２ａ側（以下、「前面側」という）には、ステンレス薄板からなる陰極伝導体４があてられる。陰極伝導体４は、めっき面とほぼ同じ円形に開口されたリング部４ａ及びリング部４ａから上方に細長く伸びた短冊状の電源接続部４ｂ、及びリング部４ａの円周上に８箇所等間隔で中心に向けて設けられた接点片４ｃから構成される。接点片４ｃはさらに図２（ｂ）に示すように、めっき面２ａに向けて突起部４ｄが設けられており、かつ４ｃは若干撓まされながらめっき面２ａに当接するように構成されている。
【００１３】
弾性体薄板３と陰極伝導体４の後面側の面は、アクリル板の後面側絶縁体５により覆われる。後面側絶縁体５は長方形の上部２箇所の頂点に陰極カートリッジ１をめっき水槽に引っ掛けるための被支持部５ａを備え、陰極伝導体４及び弾性体薄板３が接する面にはこれらの部品が納まるように凹部５ｂ，５ｃが設けられている。
【００１４】
陰極伝導体４の前面側にはめっき面２ａと同一形状に開口された前面側絶縁体６が設けられ、さらにその前面側にはめっき面と同一形状に開口された電気伝導体からなるダミー板７が備えられる。ダミー板７の前面側からは、図示しない樹脂のねじにより、後面側絶縁体５、前面側絶縁体６、ダミー板７を共締めすることで、シリコンウエハ２、弾性体薄板３、陰極伝導体４が挟まれて固定されている。共締めされた陰極カートリッジ１及びシリコンウエハ２（以下、単に「陰極１」という）は図２（ａ）に示すようにめっき面２ａ側から見ると、陰極カートリッジ１の前面側及び後面側の絶縁部品からはめっき面２ａと電源接続部４ｂのみが露出した状態になっている。
【００１５】
図３は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の外観を表す斜視図であり、前記陰極１及び陽極８を取り付け、必要な電源、ポンプ及びヒーターを設置した状態を示す。なお、図３において電源及びポンプの図は省略してある。また、図４は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の平面図であり、図５（ａ）は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の図４におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は同図４におけるＣ−Ｃ線断面図、及び図６は同図４におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【００１６】
電気めっき試験器１０は、めっき水槽１１と、陰極１と、陽極８と、ヒーター２５と、図示しない循環ポンプ及び電源より構成される（図３参照）。
めっき水槽１１は、透明なアクリル板よりなる水槽で、仕切り板１２により容積の大きいめっき槽１７と容積の小さい排水槽１８に分離されている（図６参照）。陰極１はめっき槽１７の仕切り板１２と対向する壁の際に被支持部５ａを水槽の縁に引っ掛けて設置されている。陽極８は陰極１に対向して仕切り板１２の側に陰極１同様めっき水槽の縁に引っ掛けて設置されている。ヒーター２５はめっき水槽１１の底部に開口し、所定深さに側面側から設けられたヒーター設置穴１６（図５（ａ）参照）に差し込まれている。なお、ヒーター設置穴１６の入り口はゴムの栓２５ａで密閉することでめっき液の漏れを防止している。
【００１７】
図示しない循環ポンプは排水槽１８の底部に側面から設けられた排水口１３からめっき液を吸い込み、流入口１４からめっき槽１１内部にめっき液を送るように接続されている。図示しない電源は、電源の陽極を端子２０により陽極８へ接続され、電源の陰極を端子２１により電源接続部４ｂへ、また端子２２によりダミー板７へ接続されている。
めっき水槽１１には例えば銅イオン等の陽イオンを含んだめっき液が注入され、めっき槽１７からあふれためっき液は仕切り板１２を超えて排水槽１８に流れるようになっている。
【００１８】
図５（ｂ）に示すように、流入口１４から入っためっき液は流入口１４と連通している噴出孔１５から勢いよく吹き上げられるようになっている。噴出孔１５は図４及び図６に示すようにめっき槽１７の底に穿孔され、陰極１のめっき面２ａ及び陽極８の陰極１に向かう面の近傍（約１〜２ｍｍ）に複数並ぶように位置している。
【００１９】
以上のように構成された電気めっき試験器に使用される陰極カートリッジ１及び電気めっき試験器１０は、次のように操作する。まず、めっき水槽１１に仕切り板１２より若干下の水位までめっき液を注入する。そして、図示しない循環ポンプの電源を入れる。次に、端子２０に電源の陽極を接続し、端子２１及び２２には電源の陰極を接続する。この際、端子２２には、端子２１に比べ微弱な電流が流れるようにする。
【００２０】
以上の操作によりシリコンウエハ２にめっきがなされるが、本発明はめっき過程において以下のように作用する。
まず、めっき面２ａと陰極伝導体４の接触点について説明する。図７（ａ）は本発明にかかる陰極カートリッジの正面図であり、（ｂ）は突起部を設けない場合の陰極カートリッジの正面図である。同図において、矢印はめっき面の電流の流れを示す。本発明のような構成を有しない場合、例えば、突起部４ｄを設けないでめっき面２ａと陰極伝導体４をめっき面２ａの周縁で接触させた場合には、部品の微小なゆがみ、部品組立の不均一により、図７（ｂ）のように円周上の一部でのみ接する場合がある。そのため、電気力線は接触部付近のめっき面に偏って入るので、接触部付近の膜厚ばかりが厚い不均一なめっきとなってしまう。ところが、本発明では突起部４ｄの先端の狭い点でめっき面と接触するので、接触点の面圧が高く、確実に接触を確保することが出来る。特に本実施の形態では、図２（ｂ）のように突起部４ｄが撓まされながらめっき面２ａと接するため、めっき面２ａの周縁８点で確実に陰極伝導体４が接触する。従って、図７（ａ）に示すようにめっき面２ａに均一に電気力線が入り、各接点へと均等に電流が流れ、均一なめっき膜の形成が可能になる。
なお、本実施の形態では陰極伝導体４のリング部４ａの内側に接点片４ｃを設け、接点片４ｃの突起部４ｄを接触点としたが、接点片４ｃを設けずに例えばリング部４ａに突起部４ｄを設けることもできる。この場合弾性体薄板３の弾性力により接点の接触圧力を確保するとよい。
【００２１】
次に、前面側絶縁体４の外側にダミー板７を設けてダミー板７が陰極となるように電源を接続したことについて説明する。図８（ａ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ線断面図であり、（ｂ）はダミー板を設けない場合の図７（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面に相当する図である。同図において、矢印は、めっき液中の電気力線を表す。陰極のダミー板を設けない場合、図８（ｂ）のようにめっき液中の電気力線はめっき面２ａの側方からめっき面２ａの周辺部に向かって集中して入ってくる。そのため、めっき面２ａの周辺部のめっき厚さが厚くなる傾向がある。これに対し、本発明のようにダミー板７を設けると、側方からめっき面２ａに近づいてきた電気力線は、図８（ａ）に示すようにダミー板に吸い寄せられる。そのため、めっき面２ａには前方から近づいてきた電気力線のみが入るので、めっき面２ａには均一なめっき膜が形成される。
【００２２】
次に、めっき面２ａの近傍で、噴出孔１５からめっき液を噴出させたことについて説明する。電気めっきは、被めっき物を陰極とし、めっき液中の金属陽イオンを陰極に引き寄せ、これをめっき面に堆積させるものである。この際、めっき面２ａ直近の金属陽イオンが引き寄せられやすいことから、時間が経過するとめっき面２ａ近傍の陽イオン濃度が低くなってくる。すると、めっきの条件が変化するため、時間の経過につれめっきの品質が変化してしまう。また、めっき液中の気体性の陽イオンが陰極に引き寄せられた場合には、めっき面上で気泡を生ずることがある。こうなると、気泡が付着した部分ではその後電気が流れないため、めっきの堆積が停止してしまい、不均一なめっきの原因となる。
ところが、本発明のようにめっき面２ａの近傍でめっき液を噴出させてめっき液を循環させた場合には、めっき面２ａ近傍の金属陽イオン濃度は時間的に変化することもない。また、めっき面２ａに気泡が付着した場合には、めっき面２ａに勢いよく流れてくるめっき液により気泡が流される。これらの作用により、本発明のめっき試験器では、めっき条件が安定して均一なめっき膜の形成が可能となっている。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のめっき試験器は、前記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、本発明のめっき試験器の使用方法の応用として、めっき液攪拌器を併せて使用する方法もある。
図９（ａ）は本発明の実施の形態の電気めっき試験器にめっき液攪拌器を装備した状態の平面図、（ｂ）は図９（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。なお、図９（ａ）及び（ｂ）において、めっき水槽１１の枠部分と、めっき液攪拌器３０及び陰極１及び陽極８以外の部分については図を省略してある。
【００２４】
めっき液攪拌器３０は直径約２ｍｍの金属棒であるパドル３１をめっき面２ａの近傍でめっき面２ａに沿ってパドル軸と垂直方向に往復運動させることによりめっき面２ａ近傍のめっき液を攪拌するものである。パドル３１は固定ねじ３７によりスライドシャフト３４に固定されており、スライドシャフト３４はスライドレール３３，３３の溝上をＸ方向にスライド可能になっている。スライドシャフト３４の一方の末端にはスライドシャフト３４と垂直のＹ方向に溝が切られたフォロワー３５が固定されている。フォロワー３５の溝にはローラーピン３６ａが入り込んでおり、ローラーピン３６ａはモーター３２により回転される円盤３６の円周付近の１箇所に円盤３６に対し自転可能に支持されている。
【００２５】
このように構成しためっき液攪拌器３０は次のように動作する。モーター３２を作動させると、モーター３２に固定されている円盤３６が回転し、円盤上のローラーピン３６ａのＸ位置及びＹ位置が変化する。フォロワー３５はＸ方向のみ移動可能であり、ローラーピン３６ａのＹ位置の変化はフォロワー３５の溝に吸収されるため、溝に入ったローラーピン３６ａのＸ方向の位置変化に連動してフォロワー３５がＸ方向に往復運動する。スライドシャフト３４さらにはパドル３１はフォロワー３５と一体に固定されているため、パドル３１はＸ方向に往復運動をする。
めっき液攪拌器３０は以上のようにして、めっき面２ａの近傍を激しく攪拌するので、めっき面２ａ近傍の金属陽イオン濃度を一定にし、また、めっき面２ａに付着した気泡を除去することができる。従って、めっき面２ａに均一なめっき膜を形成することができる。
【００２６】
また、他の応用例として、陰極１と陽極８の間の陰極付近に絶縁体からなる遮蔽版を設けることができる。
図１０は陰極と陽極の間の陰極１付近に絶縁体からなる遮蔽板を設けた場合の電気めっき試験器の平面図である。同図中、矢印はめっき液中の電気力線の流れを表す。
遮蔽板４０は絶縁体からなる平板で、めっき面２ａの前方に、めっき面２ａと相似形で若干小さい形状の穴、例えば、めっき面２ａに対し５％小さい穴をあけたものである。この遮蔽板４０を陰極１付近、例えばめっき面２ａの前面１０ｍｍの位置に、めっき面２ａと遮蔽板４０の穴の中心位置が合うように設置する。この状態でめっきを行うと、図１０に示すように陽極から出た電気力線は横に広がった後めっき面に向けて入ろうとするところ、遮蔽板４０に経路を制限されるため、めっき面の側方からめっき面２ａに入ることができず、めっき面２ａ前方から均一に入ることになる。そのため、めっき面２ａでの電流密度は均一となり、陰極には均一にめっき膜が形成される。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、請求項１の発明によれば、めっき面と陰極伝導体との接触が確実になり、均一にめっき膜を形成させることができる。
また、請求項２の発明によれば、めっき面の側方からめっき面に近づく電気力線がダミー板に入るため、めっき面には均一に電気力線が入り、均一にめっき膜を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の陰極カートリッジ及びシリコンウエハの分解斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の陰極カートリッジ及びシリコンウエハの正面図、（ｂ）は同部品のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の外観を表す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の図４におけるＢ−Ｂ線断面図であり、（ｂ）は同図４におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電気めっき試験器の図４におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】（ａ）は本発明にかかる陰極カートリッジの正面図であり、（ｂ）は突起部を設けない場合の陰極カートリッジの正面図である。
【図８】（ａ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ線断面図であり、（ｂ）はダミー板を設けない場合の図７（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面に相当する図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態の電気めっき試験器にめっき液攪拌器を装備した状態の平面図、（ｂ）は図９（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図１０】陰極と陽極の間の陰極付近に絶縁体からなる遮蔽板を設けた場合の電気めっき試験器の平面図である。
【符号の説明】
１…陰極カートリッジ（陰極）、２…陰極板、２ａ…めっき面、３…弾性体薄板、４…陰極伝導体、４ｄ…突起部、５…後面側絶縁体、６…前面側絶縁体、７…ダミー板、８…陽極、１０…電気めっき試験器、１１…めっき水槽、１３…排水口、１４…流入口、１５…噴出孔、

Claims

陰極板である被めっき物のめっき面が露出するように開口され、前記めっき面周縁に当接する突起部を複数有し、めっき液に漬からない部分で直流電源と接続可能に露出している板状の陰極伝導体と、前記被めっき物の後面側と前記陰極伝導体の後面側を覆い、前記被めっき物と前記陰極伝導体が入り込む溝部を有する板状の後面側絶縁体と、前記めっき面が露出するように開口され、前記陰極伝導体の前面側を覆う前面側絶縁体と、前記被めっき物と前記後面側絶縁体の間に挟まれる弾性体薄板とを含んでなることを特徴とする電気めっき試験器に使用される陰極カートリッジ。
前記前面側絶縁体の前面側に、前記めっき面が露出するように開口された伝導体であるダミー板を設け、前記ダミー板が陰極となるように直流電源を接続されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の陰極カートリッジ。