JP4067275B2 - メッキ装置及びその通電確認方法 - Google Patents
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Description
本発明は半導体ウエハ等の被メッキ基板にメッキを施すメッキ装置に係り、特に被メッキ基板に均一に通電することで均一な膜厚のメッキ膜を形成できるメッキ装置に関するものである。
背景技術
図1は、従来のこの種のメッキ装置の概略構成を示す図である。図示するようにメッキ装置はメッキ液Qを収容したメッキ槽10内に半導体ウエハ等の被メッキ基板12を装着したメッキ治具11と、陽極電極13を対向して配置した構成である。そしてメッキ治具11と陽極電極13の間にメッキ電源14から所定の直流電圧を印加し、被メッキ基板12にメッキ液Qを介して電流を供給することでメッキ膜を形成する。
メッキ治具11には給電部16が設けられ、該給電部16は被メッキ基板12の表面の導電部に当接する給電接点15が配置され、該給電接点15と前記メッキ電源14が電気的に接続され、該メッキ電源14からメッキ電流は陽極電極13、被メッキ基板12及び給電接点15を通して流れる。
従って、上記複数の給電接点15が被メッキ基板12の導電膜に確実に接触していないとメッキができないばかりか、被メッキ基板12の表面に形成されるメッキ膜が不均一となるという問題がある。従来、この給電接点15と被メッキ基板12の導電膜の接触状態を簡単に確認方法及び装置がなかった。
発明の開示
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、被メッキ基板の導電部に接触する複数の給電接点の導通状態(接触状態)を検出できる導通状態検出手段及び各給電接点を通して流れるメッキ電流を均一化して均一な膜厚のメッキ膜が形成できるメッキ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は、被メッキ基板上の導電膜に接触させる複数の通電ピンを具備するメッキ治具に被メッキ基板を装着し、該メッキ治具の通電ピンと該被メッキ基板上の導電膜の通電確認方法であって、前記メッキ治具の各通電ピンは相互に電気的に独立して配置され、該通電ピンに通電する各配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、該逆流防止用のダイオードの他端を一括して結線してメッキ電源に接続するようにし、前記配線間の抵抗値を測定して通電ピン間の電気抵抗を測定することを特徴とする。
また、導通状態検出手段は、被メッキ基板の導電部と各給電接点との接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段を具備し、該接触抵抗測定手段で測定した接触抵抗値より各給電接点の導通状態を検出することが好ましい。
また、導通状態検出手段は複数の給電接点のそれぞれを通して流れる電流を検出する電流検出器を具備し、該電流検出器で検出された電流より各給電接点の導通状態を検出するようにしてもよい。
更に、各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けるようにしてもよい。
発明を実施するための最良の形態
図2は、本発明の実施に好適なメッキ治具11の給電部の構成例を示す断面図である。図示するように、給電部は環状の枠体17の内周側に環状のパッキン18が設けられ、該パッキン18の内側に給電環19が配置され、該給電環19に所定の間隔で複数の給電接点15が配置されている。該給電接点15の先端が被メッキ基板12の外周部表面に形成された導電部(図示せず)に接触し、該導電部と給電接点15は電気的に接続される。また、パッキン18の先端は被メッキ基板12の表面に押圧されて密着し、メッキ液がパッキン18の内側に浸入するのを防ぎ、給電接点15及び給電環19等がメッキ液に曝されない構造となっている。
図3は、給電部の給電環19に給電接点15を取付けた状態を示す図である。図3では給電環19に所定の間隔で給電接点15が取付けられる。また、給電環19が絶縁部材20で電気的に複数個(図では4個)に分割され、該分割された給電環19のそれぞれに給電接点15が取付けられている。なお、図3は給電環19に給電接点15を取付けた状態を下方から見た斜視図である。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体ウエハ(被メッキ基板)とメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。図4において、12はメッキ治具に装着されたウエハであり、該ウエハ12の導電膜にはメッキ治具の複数の給電接点である通電ピン(図では90°間隔で配置された通電ピン)2−1、2−2、2−3、2−4が接触している。各通電ピンは、図3に示すような治具に装着されている。通電ピン2−1には配線3−1の一端が、通電ピン2−2には配線3−2の一端が、通電ピン2−3には配線3−3の一端が、通電ピン2−4には配線3−4の一端がそれぞれ接続され、他端はそれぞれメッキ電源5の負電極に接続される。
配線3−1と配線3−3の間には電気抵抗測定器4−1が接続され、配線3−2と配線3−4の間には電気抵抗測定器4−2が接続されている。上記回路構成を有するメッキ治具は図1に示すようにメッキ液槽10内のメッキ液Q中にアノード13と対向して配置され、メッキ電源(直流電源)14から通電される。ウエハ12の導電膜に通電ピン2−1、2−2、2−3、2−4の全てが確実に電気的に接触し、その電気抵抗値が0又は極めて小さい値であると、各通電ピンの間の電位差は0又は極めて小さいものとなるが、いずれかの通電ピンが不接触又は接触が不十分の場合は接触抵抗が大きく、この通電ピンと他の通電ピン間に大きな電位差が発生する。この電位差による電気抵抗を電気抵抗測定器4−1及び4−2に導くことにより電気抵抗を測定する。
従って、電気抵抗測定器4−1で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は、通電ピン2−1又は通電ピン2−3のいずれか一方又は双方が接触不良又は不接触ということになり、電気抵抗測定器4−2で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン2−2又は通電ピン2−4のいずれか一方又は双方が接触不良又は不接触ということになる。
図5は、本発明に係るウエハとメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。本回路構成が図4の回路構成と異なる点は、配線3−1と電気抵抗測定器4−1の接続点に逆流阻止ダイオード1−3のアノードを、配線3−2と電気抵抗測定器4−2の接続点に逆流阻止ダイオード1−2のアノードを、配線3−3と電気抵抗測定器4−2の接続点に逆流阻止ダイオード1−4のアノードを、配線3−1と電気抵抗測定器4−1の接続点に逆流阻止ダイオード1−1のアノードをそれぞれ接続し、これら逆流阻止ダイオードのカソードを一括接続してメッキ電源14の負電極に接続する。
上記のように逆流阻止ダイオード1−1〜1−4を設けることにより、図1のメッキ治具とメッキ電源14の通電部を一個所とした場合、通電ピン間を循環して流れる電流は阻止され、通電ピン間の電気抵抗を測ることができる。従って、この場合も、電気抵抗測定器4−1で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン2−1又は通電ピン2−3のいずれかが接触不良又は不接触ということになり、電気抵抗測定器4−2で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン2−2又は通電ピン2−4のいずれかが接触不良又は不接触ということになる。
図6は、本発明の第2の実施形態のメッキ装置の導通状態検出手段の概略構成を示す図である。半導体ウエハ等の被メッキ基板12の導電部に複数の給電接点15が接触しており、該給電接点15はそれぞれ導通状態検出手段22に接続されている。なお、本発明のメッキ装置の構成は図1に示すメッキ装置と略同じであり、導通状態検出手段22と陽極電極13の間にはメッキ電源14が接続される。
被メッキ基板12にメッキを施すに際し、導通状態検出手段22で各給電接点15の導通状態を検出し、導通の不良(給電接点15と導電部の接触不良)がある場合はスイッチ23を開放し、メッキ電源14を遮断するか、警報を発する。
図7は、本発明のメッキ装置の導通状態検出手段22の構成例を示す図である。図7において、22−1、22−2はそれぞれ抵抗値RA、RBが所定値の抵抗器であり、22−3はメッキ装置の各給電接点15の接触抵抗を含む各給電接点15を通る電流回路であり、22−4は抵抗値RGが可変な可変抵抗器である。図示するように、抵抗器22−1、22−2、電流回路22−3、可変抵抗器22−4をブリッジ回路24に接続し、その中間に電流検出器22aを接続する。このようなブリッジ回路24を給電接点15の数だけ設けて、導通状態検出手段22を構成する。
上記構成の導通状態検出手段22において、各給電接点15の導通状態が正常の場合の接触抵抗を含む各給電接点15を通る電流回路の抵抗値をRxとして、電流検出器22aの検出電流が0になるように、可変抵抗器22−4の抵抗値RGを調整すると、
RX=RB/RA・RG
となる。
各給電接点15を通る電流回路の抵抗値Rxの変化は主に各給電接点15の接触抵抗に依存するから、各給電接点15の導通状態が不良となり接触抵抗が増加するとブリッジ回路24のバランスがくずれ電流検出器22aに電流が流れる。この検出電流が所定以上の時、導通不良として前述のように、メッキ電源を遮断するか、その旨の警報を行う。
上記のように導通状態検出手段22を設けることにより、メッキ治具11に装着された被メッキ基板12の導電部と各給電接点15の接触状態をメッキ処理に先立って、或いはメッキ処理中も確認できるから、各給電接点15の導通状態不良によるメッキ膜厚の不均一を防止することができる。
なお、図6及び図7においては、給電接点15の数だけ電流検出器22aを含むブリッジ回路を設けているが、該電流検出器22aを含むブリッジ回路24を1個として、スイッチを切り替えて各給電接点15の導通状態(接触状態)を確認するようにしてもよい。また、電流検出器22aを含むブリッジ回路を用いたが、電流検出器22aの感度が高いものであれば、図6に示すように、各給電接点15を電流検出器22aに直接接続して、各給電接点15を通して流れる電流を直接検出するようにしてもよい。
被メッキ基板12の導電部と給電接点15の導通状態を検出するには、給電接点15と給電接点15との間の抵抗値を測定し、接触抵抗を検出する方法がある。給電接点15と給電接点15の間のそれぞれの抵抗値は、図8に示すように、被メッキ基板12の導電部と給電接点15との間の接触抵抗値R1、R3と被メッキ基板12の導電部自身の抵抗値R2の合成抵抗値R0である。ここで接触抵抗値R1、R3は略数百mΩ程度であるから、高精度に抵抗値を測定する必要がある。
図9は精度良く合成抵抗値R0=R1+R2+R3を測定するための基本的な回路構成を示す図である。図9において、31は交流電源(発振回路)、32は定電流回路、33は増幅器、34は同期検波回路(乗算回路)、35はローパスフィルタである。交流電源31からの交流電圧e1sinωtを同期検波回路34の一方の端子(X)に入力し、給電接点15と15の間の抵抗値R0=R1+R2+R3に交流電源31からの交流を定電流回路32を通して定電流を通電し、その両端に発生する電圧を増幅器33を介して増幅した交流電圧e2sinωtを他方の端子(Y)に入力する。
同期検波回路34では交流電圧e1sinωtと交流電圧e2sinωtを乗算して、
(e1・e2・sinωt2)/10={(e1・e2)/20}(1−cos2ωt)
の出力電圧を得る。この出力電圧をローパスフィルタ35を通すことにより、cos2ωtを除去することにより、ローパスフィルタ35の出力は、
(e1・e2)/20
の直流出力となる。この直流出力は合成抵抗値R0=R1+R2+R3に比例したものとなる。
上記合成抵抗値R0=R1+R2+R3は通常700mΩ〜900mΩであるから、これを正確に測定するためには、配線材の抵抗値をキャンセルしなければならない。図10は配線材の抵抗値をキャンセルすることを説明するための等価回路を示す図である。図10において、r1、r2は定電流回路32を給電接点15、15(A、B)に接続する配線材の抵抗値を示し、r3、r4は増幅器33を給電接点15、15(A、B)に接続する配線材の抵抗値を示す。定電流回路32からの電流をIM、増幅器33に流れる電流をIV、合成抵抗値R0=R1+R2+R3に流れる電流をIとする。
増幅器33は入力インピーダンスが100MΩと高い演算増幅器を用いるから、IV≪IMとなり、I≒IMとなる。従って、IV≒0により、増幅器33入力電圧EMは、
EM=E―IV(r3+r4)≒E
ここで、Eは合成抵抗値R0=R1+R2+R3の両端の電圧である。定電流回路32の出力側から増幅器33側を見た抵抗値RMは
RM=EM/IM
RM=E/I≒R0
となる。合成抵抗値R0の両端A、Bまで定電流回路32と増幅器33を配線することにより、上記配線材の抵抗値r1〜r4をキャンセルすることができる。
上記抵抗測定方法及び配線材の抵抗値のキャンセル方法を用いたメッキ装置を図11乃至図13を用いて説明する。図11は給電接点の接触抵抗測定及びメッキ電流供給のための配線構成、図12は接触抵抗測定装置の回路構成、図13はメッキ電流供給装置の回路構成をそれぞれ示す図である。図11に示すように、陽極電極13には端子T0が接続され、メッキ治具11の給電接点15−1〜15−8のそれぞれには端子I1〜I8が直接接続され、更に切替スイッチS1〜S8を介して端子V1〜V8と端子T1〜T8が接続されている。
接触抵抗測定装置は図12に示すように、4個の接触抵抗測定回路41−1〜41−4で構成され、接触抵抗測定回路41−1〜41−4は各々同じ構成である。接触抵抗測定回路41−1でその構成を説明すると、交流電源(発振回路)31、定電流回路32、増幅器33、同期検波回路34、DC増幅器36、ローパスフィルタ35及びA/D変換器37を具備する。接触抵抗測定回路41−1は端子V1、V2、I1、I2が設けられ、それぞれ図11の端子V1、V2、I1、I2に接続される。接触抵抗測定回路41−2は端子V3、V4、I3、I4が設けられ、それぞれ図11の端子V3、V4、I3、I4に接続される。接触抵抗測定回路41−3は端子V5、V6、I5、I6が設けられ、それぞれ図11の端子V5、V6、I5、I6に接続される。接触抵抗測定回路41−4は端子V7、V8、I7、I8が設けられ、それぞれ図11の端子V7、V8、I7、I8に接続される。
上記構成の接触抵抗測定装置において、メッキ槽10(図1参照)にメッキ液を収容する前に、切替スイッチS1〜S8を接点c側に切り替え、接触抵抗測定回路41−1〜41−4の各定電流回路32から被メッキ基板(図示せず)を装着したメッキ治具11の給電接点15−1と15−2、15−3と15−4、15−5と15−6、15−7と15−8の間にそれぞれ定電流を供給し、それぞれの給電接点15間に発生する電圧を増幅器33、同期検波回路34、DC増幅器36、ローパスフィルタ35を介して測定する。これにより、上記のように配線材の抵抗値がキャンセルされ、合成抵抗値R0=R1+R2+R3に比例した直流出力を得ることができる。
上記ローパスフィルタ35の直流出力をA/D変換器37でデジタル信号に変換し、CPUに送る。CPUはこの直流出力から給電接点15に接触不良があるか否かを判断し、接触不良がある場合は、どの給電接点15が接触不良であるかを通知する。接触不良はメカニカル部の不具合で発生する場合があるので、接触不良の給電接点15の再接触をすることにより、接触良好となる場合があるので、再接触を試みる。
上記のように接触抵抗測定装置で給電接点15の接触不良が無い場合、即ち全ての給電接点の導通状態が良好な場合、切替スイッチS1〜S8を接点a側に切り替え、メッキ槽10にメッキ液を収容し、図13に示すメッキ電流供給装置からメッキ電流を供給する。
メッキ電流供給装置は図13に示すように、8個のメッキ電流供給回路42−1〜42−8で構成され、メッキ電流供給回路42−1〜42−8は各々同じ構成である。それぞれ端子T0と端子T1〜T8を具備し、端子T0及びT1〜T8は図11の端子T0及びT1〜T8に接続される。
メッキ電流供給回路42の構成をメッキ電流供給回路42−1で説明すると、メッキ電流検出回路38、電流制御回路39、メッキ電源40を具備する。電流制御回路39はCPUからのメッキ条件の指令により、メッキ電流値を設定し、該設定したメッキ電流値をメッキ電源40から端子T0、陽極電極13、被メッキ基板12(図1参照)、メッキ治具11の各給電接点15−1〜15−8、各切替スイッチS1〜S8及び各端子T1〜T8を通して流す。
給電接点15−1〜15−8の各々を通して流れるメッキ電流はメッキ電流検出回路38で検出され、該検出値は電流制御回路39に出力され、該電流制御回路39はメッキ電流が上記設定値になるようにメッキ電源40を制御する。従って、給電接点15−1〜15−8の各々を通して流れるメッキ電流を均一に設定しておけば、各給電接点15を通して流れるメッキ電流が均一となり均一な膜厚のメッキ膜が形成できる。
なお、上記接触抵抗測定装置及びメッキ電流供給装置は一例であり、本発明のメッキ装置の接触抵抗測定装置及びメッキ電流供給装置はこれに限定されるものではない。
以上説明したように、本発明によれば、複数の給電接点のそれぞれの導通状態を検出する導通状態検出手段を設けたので、各給電接点の導通状態を確認でき、メッキ膜が不均一となる原因の一つを除去できる。
また、各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けたので、各給電接点を通して流れるメッキ電流を均一にすることができ、被メッキ基板の被メッキ面に膜厚の均一なメッキ膜を形成できる。
産業上の利用の可能性
本発明のメッキ装置は、半導体ウエハ等の被メッキ基板に均一なメッキ膜を形成できるので、半導体製造等の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は、従来のメッキ装置の概略構成を示す図である。
図2は、本発明のメッキ治具の給電部の構成例を示す断面図である。
図3は、上記メッキ治具の給電部の給電環に給電接点を相互に絶縁分離して取付けた状態を下方から見た斜視図である。
図4は、本発明の第1の実施形態のウエハとメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。
図5は、図4の変形例の回路構成例を示す図である。
図6は、本発明の第2の実施形態のメッキ装置の導通状態検出手段の概略構成を示す図である。
図7は、上記導通状態検出手段の回路構成例を示す図である。
図8は、給電接点間の抵抗の等価回路の構成を示す図である。
図9は、給電接点間の抵抗値を測定するための基本的な回路構成例を示す図である。
図10は、図3の給電部で配線材及び給電接点間の抵抗値の等価回路を示す図である。
図11は、上記給電接点の接触抵抗測定及びメッキ電流供給のための配線構成を示す図である。
図12は、上記給電接点の接触抵抗測定装置の回路構成例を示す図である。
図13は、上記メッキ装置のメッキ電流供給装置の回路構成例を示す図である。
Claims (6)
- 被メッキ基板上の導電膜に接触させる複数の通電ピンを具備するメッキ治具に被メッキ基板を装着し、該メッキ治具の通電ピンと該被メッキ基板上の導電膜の通電確認方法であって、
前記メッキ治具の各通電ピンは相互に電気的に独立して配置され、該通電ピンに通電する各配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、該逆流防止用のダイオードの他端を一括して結線してメッキ電源に接続するようにし、前記配線間の抵抗値を測定して通電ピン間の電気抵抗を測定することを特徴とする被メッキ基板とメッキ治具の通電確認方法。 - メッキ槽中に電極とメッキ治具に装着された被メッキ基板とを対向して配置すると共に、該メッキ治具は被メッキ基板の表面に設けた導電部に接触する複数の給電接点を具備し、該複数の給電接点と前記電極との間に所定の電流を流すために電圧を印加し、該給電接点を通してメッキ電流を通電することにより、該被メッキ基板にメッキを施すメッキ装置において、
前記メッキ治具の複数の給電接点は相互に絶縁して該メッキ治具に固定され、各給電接点に通電する配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、他端を一括して接続しメッキ電源に接続する配線と、
前記メッキ治具のそれぞれの給電接点と前記被メッキ基板の導電部との導通状態を検出する導通状態検出手段とを設けたことを特徴とするメッキ装置。 - 請求項3に記載のメッキ装置において、
前記導通状態検出手段は、前記被メッキ基板の導電部と各給電接点との接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段を具備し、該接触抵抗測定手段で測定した接触抵抗値より各給電接点の導通状態を検出することを特徴とするメッキ装置。 - 請求項5に記載のメッキ装置において、
前記接触抵抗測定手段は、交流発振回路、定電流回路、同期検波回路、ローパスフィルタを具備し、交流発振回路からの交流電流を定電流回路を介して給電接点間に通電し、前記同期検波回路の一方の入力端子に該給電接点間に発生した交流電圧を入力すると共に他方の入力端子に前記交流発振回路の交流電圧を入力し、該同期検波回路で両者の乗算を行い、その出力をローパスフィルタを通して前記給電接点間の抵抗値に比例した直流出力を得るように構成されたことを特徴とするメッキ装置。 - 請求項5又は7に記載のメッキ装置において、
前記接触抵抗測定手段は、前記給電接点間に該接触抵抗測定手段を接続するための配線材の抵抗値をキャンセルする手段を具備し、測定結果に配線材の抵抗値が影響を与えないようにしたことを特徴とするメッキ装置。 - 請求項5に記載のメッキ装置において、
前記各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、該メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けたことを特徴とするメッキ装置。
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