JP7354020B2 - めっき装置および抵抗体 - Google Patents

Description

本発明は、めっき装置および抵抗体に関する。

半導体ウェハ等の円形基板に配線やバンプ（突起状電極）を形成する手法として、比較的安価で処理時間が短い電解めっき法が広く用いられている。電解めっき法に用いるめっき装置は、基板を露出させた状態で保持する基板ホルダと、基板と対向して配置されるアノードを備える。基板は、基板ホルダを介して電源に接続され、アノードはそれを保持するアノードホルダを介して電源に接続される。めっき処理に際しては、この基板ホルダごとめっき液中に浸漬させ、同じくめっき液中に浸漬させたアノードと基板との間に電流、あるいは電圧を印加することにより、基板表面に導電材料を堆積させる。

一般に、基板に電気を流すための電気接点は、基板の周縁部に沿って配置される。このため、基板の中央部と基板周縁部では電気接点までの距離が異なり、シード層の電気抵抗分だけ基板の中央部と基板周縁部で電位差が生じる。そのため、基板中央部においてめっき層は薄くなり、基板周縁部のめっき層は厚くなる。また、基板周縁部においても、電気接点との距離によって電位が異なるため、周方向にめっき膜の膜厚分布の起伏が生じる。

基板表面におけるめっき膜の厚さの均一さを「面内均一性」という。従来、面内均一性の高いめっき膜を得るために、アノードと基板との間のイオン移動の制御がなされてきた。例えば、アノードと基板との間に抵抗体と呼ばれる絶縁体を備えためっき装置が開示されている（特許文献１）。抵抗体は、多孔構造を有し、その孔部にめっき液が入りこむ構造となっている。めっき液中のイオンはこの孔部を通過したのち、基板に吸着される。

特開２００１－３１６８７７号公報

抵抗体と基板との距離が小さい場合には、孔部を通過したイオンが基板に向けて直進しやすいため、基板の表面において面内均一性が良好なめっき膜が得られる。しかしながら、めっき装置の構造上の理由で抵抗体と基板との距離を大きくすることがある。この場合には、孔部を通過したイオンが、抵抗体と基板との間のめっき液中を移動して基板の周縁部（電気接点近傍）に引き寄せられやすくなる。このため、基板の周縁部においてめっき膜が厚くなりやすく、良好な面内均一性を担保できない可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、抵抗体と基板との距離によらず、めっき膜の面内均一性を良好に維持できるめっき装置を提供することにある。

本発明のある態様は、円形のめっき領域を有する基板にめっき処理を施すためのめっき装置である。このめっき装置は、めっき槽と、めっき槽に配置されるアノードと、基板を保持し、めっき槽にアノードと対向するように配置される基板ホルダと、基板の周縁部に接触して基板に電流を供給する基板接点と、めっき槽においてアノードと基板ホルダとの間に、基板ホルダと対向するように配置され、アノードと基板との間のイオン移動を調整するための抵抗体と、抵抗体と基板ホルダとを軸線周りに相対的に回転させる回転駆動機構と、を備える。抵抗体は、外枠をなし、アノードと基板との間のイオン移動を遮断する遮蔽領域と、遮蔽領域の径方向内側に形成され、イオンの通過を許容する多孔構造を有する抵抗領域と、を含む。抵抗領域の外形が、仮想の基準円を中心とした振幅を有し、周期的かつ環状に連続的な波形状を有する。

本発明の別の態様は、めっき装置のめっき槽に組付けられ、アノードと基板との間のイオン移動を調整するための抵抗体である。この抵抗体は、抵抗体の外枠をなし、イオンを遮断する遮蔽領域と、遮蔽領域の径方向内側に形成され、イオンの通過を許容する多孔構造を有する抵抗領域と、を含む。抵抗領域の外形が、仮想の基準円を中心とした振幅を有し、周期的かつ環状に連続的な波形状を有する。

本発明によれば、抵抗体と基板との距離によらず、めっき膜の面内均一性を良好に維持できる。

めっき装置の構成を模式的に示す図である。 抵抗体の概要を示す図である。 抵抗体と基板との位置関係を示す概念図である。 抵抗領域の形状による面内均一性への影響を示すグラフである。 抵抗領域の外形の頂点数とめっき膜厚さとの関係を示すグラフである。 抵抗体の回転過程を示す図である。 めっき時間に対応する膜厚分布を示すグラフである。 基板の回転角度による膜厚分布の違いを示すグラフである。 回転角度を異ならせた場合の膜厚分布の相違を表す図である。 トロコイドの振幅による膜厚分布の違いを示すグラフである。 変形例に係る抵抗体の抵抗領域を示す平面図である。 抵抗体の形状に対するめっき膜厚の違いを示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本実施形態について説明する。なお、以下の実施形態およびその変形例において、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、めっき装置１の構成を模式的に示す断面図である。
めっき装置１は、めっき槽２及び円板状の抵抗体８を備える。めっき槽２は、すべて、あるいはその一部が円筒状の壁部３０を含む。めっき槽２には、めっき液５０が満たされている。壁部３０の下端部には、アノードホルダ３が配置されている。アノードホルダ３は、アノード４及びアノードマスク６を保持する。アノード４は、アノードホルダ３の下部に配設され、図示しない配線を介して外部電源に接続されている。アノードマスク６は、アノード４と離隔する位置に配設される。アノードマスク６は、アノード４の上面の周縁部を覆う態様で備えられている。アノードホルダ３、アノード４及びアノードマスク６は既知のものを適用可能であるため、説明を省略する。

壁部３０の上端部には、基板ホルダ１１が配置される。基板ホルダ１１は、円形の基板Ｗを保持する。本実施形態において、基板Ｗはその片面にめっきが施される。以下、基板Ｗの２つの面のうち、めっきが施される面を「めっき面Ｓ」という。めっき面Ｓがアノード４と対向するように下に向けられる態様で、基板ホルダ１１がめっき槽２に配設される。

基板ホルダ１１は、保持部１０及び基板接点９を備える。保持部１０は枠状の保持部材１２と、環状のシール部１３を有する。保持部材１２の内周縁に沿ってシール部１３が設けられている。保持部材１２は、基板Ｗの周縁部に沿う態様で基板Ｗを保持する。基板接点９はめっき面Ｓの周縁部に沿って配列されており、隣り合う基板接点９の間隔は等しくなっている。基板接点９は基板Ｗのめっき面Ｓの周縁部に当接し、基板Ｗに電位を与える。シール部１３は基板Ｗのめっき面Ｓに対し、基板接点９より内側で当接する。基板接点９は、基板Ｗと保持部１０との間に設けられている。この構造により、基板接点９はめっき液５０から隔離されている。

めっき面Ｓのうち、シール部１３の当接位置より径方向内側の領域は、めっき液５０に浸漬され、めっき対象となる。以下、この領域を「めっき領域Ａｃ」という。めっき領域Ａｃは、めっき面Ｓと同心である真円形状を有する。

アノードマスク６の上方には、アノードマスク６と離隔して抵抗体８が設けられている。抵抗体８は、アノード４と基板Ｗとの間のイオンの移動を制限する。抵抗体８の周縁部は、壁部３０に固定されている。すなわち、壁部３０は、筒状の下側壁部３４と、環状の上側壁部３６とを有する。下側壁部３４の上側開口部には、段部３２が設けられている。抵抗体８は、その周縁部が段部３２に嵌合する態様で、下側壁部３４と上側壁部３６との間に挟持される。抵抗体８のうち、壁部３０との当接位置より径方向内側はめっき液５０に浸漬される。以下、抵抗体８におけるめっき液５０との接触領域を「接液領域Ａｉ」という。抵抗体８の構造について詳細は後述する。

本実施形態においては、基板ホルダ１１が回転駆動機構４０によって回転される。制御部３８が回転駆動機構４０の回転を制御する。基板Ｗの軸線と抵抗体８の軸線は一致する。以下、この軸線を軸線Ｌｃという。基板ホルダ１１は軸線Ｌｃ周りに回転する。すなわち、基板Ｗは軸線Ｌｃ周りに回転する。一方、抵抗体８は回転せず、めっき槽２に対して位置が固定されている。基板Ｗと抵抗体８とは、軸線Ｌｃ周りに相対的に回転することとなる。

図２は、抵抗体８の概要を示す図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は平面図を示す。図２（ｃ）は、抵抗体８中のイオン２４の挙動を示す部分断面図である。図２（ｃ）において、矢印はイオン２４の移動方向を示す。
図２（ａ）に示すように、抵抗体８は円板状の絶縁体に多数の孔１４を設けた構造を有する。本実施形態においては、抵抗体８としてパンチングプレートが用いられる。なお、説明の便宜上、孔１４の大きさを実際より強調的に図示している。

図２（ｂ）に示すように、抵抗体８には、孔１４が設けられている領域（抵抗領域１８）と設けられていない遮蔽領域２０とが存在する。遮蔽領域２０は抵抗体８の外枠をなす。遮蔽領域２０においては、抵抗体８はイオン２４がアノード４と基板Ｗとの間（図１参照）を移動するのを遮断する。抵抗体８における遮蔽領域２０より径方向内側に抵抗領域１８が形成されている。抵抗領域１８は、厚さ方向に貫通する多数の孔１４が設けられる多孔構造を有する。抵抗領域１８は、抵抗体８の中心から最も遠い複数の孔１４を外側から囲む包絡線の内部領域ともいえる。

抵抗領域１８の外形は、波形状となっている。より具体的には、仮想の基準円１６を中心とした振幅を有する形状である。この基準円１６の中心は、抵抗体８の軸線Ｌｃ上に位置する。本実施形態においては、この外形が以下の式１によって示されるエピトロコイド形状を有する。

ｘ＝Ｒｓｔｄ＊ｓｉｎｑ＊（１＋（ａ／Ｒｓｔｄ）＊ｃｏｓ（ｑ＊ｖ））かつ
ｙ＝Ｒｓｔｄ＊ｃｏｓｑ＊（１＋（ａ／Ｒｓｔｄ）＊ｃｏｓ（ｑ＊ｖ））である、
関数ｆ（ｘ，ｙ）（０［ｄｅｇ］≦ｑ≦３６０［ｄｅｇ］） ［式１］

ここで、ｘ、ｙは軸線Ｌｃに直交する平面上の位置を示す。Ｒｓｔｄは基準円１６の半径、ａは基準円１６に対するエピトロコイドの振幅、ｑはエピトロコイドを描く動円の回転角を示す。また、ｖは基準円１６に対するエピトロコイドの頂点数を示す。本実施形態においては、抵抗領域１８の外形が頂点数ｖ＝１４のエピトロコイドとなっている。抵抗領域１８の頂点数ｖについて詳細は後述する。

図２（ｃ）に示すように、孔１４は抵抗体８をその厚さ方向に貫通している。この孔１４の径は、イオン２４が通過できる程度の大きさとなっている。イオン２４は、抵抗領域１８の孔１４を通過することにより、アノード側から基板Ｗ側へ移動でき、また、基板Ｗ側からアノード４側へも移動できる（図１参照）。すなわち、孔１４は「イオン伝導パス」として機能する。

図３は、抵抗体８と基板Ｗとの位置関係を示す概念図である。図３において、抵抗体８に関する形状を実線で示し、基板Ｗに関する形状を点線で示す。
図１に関連して説明したとおり、基板Ｗの軸線と抵抗体８の軸線は軸線Ｌｃとして一致する。すなわち、軸線Ｌｃは、基板Ｗの中心および抵抗体８の中心の両方を通る。図３には、抵抗体８の中心（抵抗領域１８の中心）を「中心Ｏ」と示している。

抵抗領域１８の外形はエピトロコイド形状を有する。抵抗領域１８の外形は、中心Ｏとの距離が最も大きい複数の頂点Ｍ１と、中心Ｏとの距離が最も小さい複数の頂点Ｍ２とを有する。頂点Ｍ１は基準円１６の外側に位置し、頂点Ｍ２は基準円１６の内側に位置する。以下、頂点Ｍ１と頂点Ｍ２とを特に区別しない場合には、「頂点Ｍ」と称する。頂点Ｍ１の数および頂点Ｍ２の数は、それぞれ７個ずつとなっている。つまり、頂点Ｍの数（式１における頂点数ｖ）は１４個となっている。

基準円１６の半径Ｒｓｔｄは、めっき領域Ａｃの半径Ｒｃより小さく設定されている。したがって、７つの頂点Ｍ２の内接円の半径Ｒ２は、半径Ｒｃより小さい。一方、本実施形態においては、７つの頂点Ｍ１の外接円の半径Ｒ１を半径Ｒｃと等しくなるように設定している。抵抗領域１８の最外径とめっき領域Ａｃの外径との大小関係はこれに限らず、抵抗領域１８の最外径をめっき領域Ａｃの外径より小さくてもよい。以下、抵抗領域１８の周縁と中心Ｏとの距離（エピトロコイドの半径）を「半径Ｒｔ」ということがある。

抵抗領域１８の外形は、環状に連続的な形状となっている。すなわち、抵抗領域１８の外形は、全周にわたって環状につながっている。なお、以下の説明に先立って便宜上、抵抗領域１８の周縁上の特定の点と中心Ｏを通る直線を「直線Ｌｎ」と定義する。ここでは、直線Ｌｎと抵抗領域１８の周縁との２つの交点のうち、一方が頂点Ｍ１となるとき、他方は頂点Ｍ２となるように直線Ｌｎを設定する。また、接液領域Ａｉの周縁と直線Ｌｎとの２つの交点をそれぞれ点Ａ、Ｂとする。さらに、めっき領域Ａｃの周縁（正確にはその軸線方向の投影）と直線Ｌｎとの２つの交点のうち、点Ａに近い方を点Ａａｃ、点Ｂに近い方を点Ｂａｃとする。

以下、抵抗体の構造および配置がめっき膜の面内均一性に与える影響を表す解析結果について説明する。なお、以下に示す図４～１２の説明に際し、抵抗体８と基板Ｗとの位置関係等の説明を図１～３に基づいて行う。

図４は、抵抗領域の形状による面内均一性への影響を示すグラフである。詳細には、抵抗体と基板Ｗとの距離を変化させた場合の影響を示す。図４（ａ）は、本実施形態として抵抗体８を用いた場合を示す。図４（ｂ）は、比較例１として抵抗領域がめっき領域Ａｃと同径の真円形状である抵抗体を用いた場合を示す。各グラフの横軸は基準円の直径、縦軸は面内均一性をそれぞれ表す。横軸及び縦軸のスケールは、図４（ａ）、（ｂ）において共通となっている。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、抵抗体と基板Ｗとの距離をｈ１、ｈ２、ｈ３（ｈ１＞ｈ２＞ｈ３）としたときの解析結果を示している。なお、面内均一性は値が小さいほどめっき膜の厚さがより均一であることを示す。

本実施形態および比較例１のいずれにおいても、抵抗体と基板との距離に応じて面内均一性が最良となる基準円１６の大きさが存在する。以下、面内均一性が最良となる基準円１６を「最適基準円」と称する。図４（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、各距離について最適基準円である場合を白抜きの印で示す。

最適基準円についてみると、図４（ａ）に示すように、本実施形態においては抵抗体８と基板Ｗとの距離によらず、面内均一性が良好に保たれる。一方、図４（ｂ）に示すように、比較例１においては、抵抗体と基板Ｗとの距離が大きくなるほど面内均一性が低下する。言い換えれば、実施形態においては、抵抗体と基板Ｗとの距離を大きくしても、面内均一性を良好に保つことができる。この原理について図１～３に基づき説明する。

上記したように、本実施形態における抵抗体８には、遮蔽領域２０の径方向内側にエピトロコイド形状の外形を備える抵抗領域１８が設けられている。めっき液５０中のイオン２４は、この抵抗領域１８に設けられている孔１４を通過し、アノード４と基板Ｗとの間を移動する。孔１４を通過したイオン２４は、抵抗体８から基板Ｗへと移動して、めっき領域Ａｃに吸着される。

本実施形態においては、頂点Ｍ１の外接円の半径Ｒ１をめっき領域Ａｃの半径Ｒｃと等しくなるように設定している。また、抵抗体８と基板Ｗとは相対的に回転する。すなわち、めっき領域Ａｃの周縁部の各所においては、基板Ｗの回転とともに抵抗領域１８と遮蔽領域２０とが交互に対向する。抵抗領域１８においては、イオン２４がアノード４から孔１４を通過して基板Ｗへと移動可能である。一方、遮蔽領域２０においては、イオン２４がアノード４から基板Ｗへと移動することができない。この構造により、本実施形態として抵抗体８を用いる場合には、比較例１の抵抗体を用いる場合に比べて、めっき領域Ａｃの周縁部における膜厚の増加を抑制できる。

まとめると、抵抗領域１８の外形をエピトロコイド形状とし、抵抗体８と基板Ｗとを相対的に回転することで、めっき領域Ａｃの周縁部における膜厚の増加を抑制できる。結果的に、めっき領域Ａｃの中央部と周縁部との膜厚差を抑制できるから、基板Ｗにおけるめっき膜の面内均一性が向上する。

図５は、抵抗領域１８の外形の頂点数ｖ（式１参照）とめっき膜厚さとの関係を示すグラフである。図５（ａ）はめっき領域Ａｃの外周近傍における周方向の膜厚（めっき膜厚さ）の変化を示し、図５（ｂ）は頂点数ｖに応じた膜厚の起伏の度合いを示す。ここでいう「起伏度合い」は、周方向に沿った膜厚の最大値と最小値との差分をその最大値で除算した値で示される。図５（ａ）において、一点鎖線は頂点数ｖが１２個、実線は頂点数ｖが１４個、二点鎖線は頂点数ｖが１６個、点線は頂点数ｖが１８個の場合を示す。

図５（ａ）に示すように、頂点数ｖが１４個または１８個となるとき、めっき膜厚さの起伏は相対的に小さくなる。このとき、図３に示すとおり、直線Ｌｎと抵抗領域１８の周縁部との２つの交点のうち一方が頂点Ｍ１となるとき、他方が頂点Ｍ２となる。一方、頂点数ｖが１２個または１６個となるとき、めっき膜厚さの起伏は相対的に大きくなる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、頂点数ｖが２（２ｎ＋１）（ｎは自然数）個であるとき、めっき膜厚さの起伏（膜厚起伏割合）が小さくなる。つまり、頂点数ｖが２（２ｎ＋１）を満たすとき、めっき領域Ａｃの周縁部であっても周方向全域にわたってめっき膜厚さの均一性が高まる。この原理について図１～３に基づき説明する。

抵抗領域１８の外形が頂点数ｖ（式１参照）が２（２ｎ＋１）のエピトロコイド形状であるとき、直線Ｌｎと抵抗領域１８の周縁部との２つの交点のうち一方が頂点Ｍ１であると、他方が頂点Ｍ２となる。頂点数ｖがこの条件を満たすとき、中心Ｏを通る抵抗領域１８の幅（径方向長さ）は全周にわたって一定となる。抵抗領域１８の外形をこのようにすることで、抵抗体８と基板Ｗとを相対的に回転させたとき、めっき領域Ａｃの周縁部における周方向での膜厚変化の偏りを小さくできる。したがって、めっき領域Ａｃの周縁部において、周方向に均一な膜厚のめっき膜が形成される。

図４および図５の解析結果を併せると、抵抗領域１８の外形をエピトロコイド形状としてその頂点数ｖを２（２ｎ＋１）とし、抵抗体８と基板Ｗとを相対的に回転させることで、以下の効果が得られることが分かる。すなわち、めっき領域Ａｃの周縁部においてめっき膜の厚さを抑制し、また、この周縁部において周方向に均一な膜厚とすることができる。よって、めっき領域Ａｃの全域にわたって、面内均一性の高いめっき膜が得られる。

なお、外形が真円形状である抵抗領域を備える抵抗体を、基板Ｗに対して偏心させつつ相対的に回転させることでも、本実施形態の抵抗体８と同様にめっき領域Ａｃの外周近傍において周方向に均一なめっき膜が得られる可能性がある。しかし、この場合には、抵抗体を基板Ｗに対して偏心させる機構等が必要となり、めっき装置の構造が複雑化する虞がある。また、抵抗体を基板Ｗに対して偏心させつつも、基板Ｗとの距離を一定に保つ必要があるため、抵抗体の位置や傾きを厳密に管理する必要がある。本実施形態の抵抗体８は、基板Ｗと同軸に回転すればよいため、このような複雑な構造や厳密な位置管理を必要としない。本実施形態によれば、抵抗領域１８の外形を周期的かつ環状に連続な波形状にすることで、面内均一性の良好なめっき膜を簡便に得られる。

次に、基板Ｗと抵抗体８との相対回転の度合いがめっき膜厚さの面内均一性に与える影響について説明する。
図６および図７は、基板Ｗと抵抗体８との相対回転の速度を一定とし、その回転時間を異ならせたときの面内均一性への影響を表す図である。なお、本解析では便宜上、基板Ｗを固定し、その基板Ｗに対して抵抗体８を反時計回りに回転させている。図３に示した状態、つまり抵抗領域１８の特定の頂点Ｍ１（「Ｍ１ａ」と表記する），Ｍ２（「Ｍ２ｂ」と表記する）が直線Ｌｎ上にある状態から抵抗体８を回転させる。

図６は抵抗体８の回転過程を示す。図６（ａ）はめっき時間（「回転時間」に等しい）がｔ１のとき、図６（ｂ）はめっき時間がｔ２のとき、図６（ｃ）はめっき時間がｔ３のときをそれぞれ示す（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）。抵抗体８の回転に伴い、抵抗領域１８の外形のエピトロコイド曲線が直線Ｌｎ上を通過する。時間ｔ１は、回転角度がエピトロコイド曲線の１／４周期分を超えない角度θ１に相当する時間である。時間ｔ２は、回転角度がエピトロコイド曲線の約１／２周期分である角度θ２に相当する時間である。時間ｔ３は、回転角度がエピトロコイド曲線の約４周期分である角度θ３（θ３＞１８０°）に相当する時間である。

図７は、図６の各めっき時間に対応する膜厚分布を示すグラフである。図７（ａ）は本実施形態として抵抗体８を用いた場合を示す。図７（ｂ）は比較例２として抵抗領域がめっき領域Ａｃと同径の真円形状である抵抗体を用いた場合を示す。図７（ａ）、（ｂ）において、二点鎖線はめっき時間ｔ１、一点鎖線はめっき時間ｔ２、実線はめっき時間ｔ３である場合をそれぞれ示す。

なお、めっき膜の膜厚分布は、その位置での膜厚を平均膜厚で割った値で示される。めっき時間ｔ１～ｔ３は、図６に関連して説明した時間ｔ１～ｔ３に対応する。めっき時間ｔ１はめっき時間ｔ３の５％（ｔ１＝０．０５＊ｔ３）、めっき時間ｔ２はめっき時間ｔ３の１５％（ｔ２＝０．１５＊ｔ３）となっている。

図７（ａ）に示すように、本実施形態の抵抗体８を用いた場合には、めっき時間が長くなるにつれて点Ｂから点Ａにかけてのめっき膜の膜厚の起伏が小さくなっている。より具体的には、めっき時間ｔ１では、点Ａ近傍のめっき膜厚さが大きく、点Ｂ近傍のめっき膜厚さは小さい。めっき時間ｔ２では逆に、点Ｂ近傍のめっき膜厚さが大きく、点Ａ近傍のめっき膜厚さは小さい。これは、めっき時間ｔ１の場合とめっき時間ｔ２の場合とでは、基板Ｗの周縁部に対する遮蔽領域２０の位置が異なることに起因する。めっき時間ｔ３では、点Ｂから点Ａにかけて均一性の高いめっき膜が得られている。

すなわち、図６（ａ）に示したように、めっき時間ｔ１までは、点Ａが抵抗領域１８又はその至近に位置する。このため、点Ａ近傍において抵抗領域１８を通過したイオン２４が吸着しやすい。一方、点Ｂは遮蔽領域２０に位置するため、抵抗領域１８を通過したイオン２４が吸着し難い。その結果、図７（ａ）に示したように、めっき時間ｔ１では、点Ａ近傍のめっき膜厚さが大きく、点Ｂ近傍のめっき膜厚さが小さくなっている。

一方、図６（ｂ）に示したように、めっき時間ｔ１～ｔ２においては、点Ａ近傍が徐々に遮蔽領域２０に覆われ、点Ｂ近傍が徐々に抵抗領域１８に開放される。このため、点Ａ近傍において遮蔽領域２０の影響によりイオン２４が吸着し難くなり、点Ｂ近傍においては抵抗領域１８の影響によりイオン２４が吸着しやすくなる。その結果、図７（ａ）に示したように、点Ｂ近傍のめっき膜厚さが大きく、点Ａ近傍のめっき膜厚さが小さくなっている。ただし、点Ａ近傍および点Ｂ近傍のそれぞれにおいて、抵抗領域１８の影響と遮蔽領域２０の影響の双方を受けるため、膜厚の起伏がならされる。このため、めっき時間ｔ２での膜厚の起伏は、めっき時間ｔ１での膜厚の起伏より小さくなっている。

図６（ｃ）に示したように、めっき時間ｔ３が経過するまでに、点Ａ近傍および点Ｂ近傍のそれぞれにおいて、抵抗領域１８の影響と遮蔽領域２０の影響とが交互に現れる。このため、そのめっき時間の経過とともに膜厚の起伏がさらにならされる。その結果、図７（ａ）に示したように、均一性の高いめっき膜が得られている。なお、めっき時間ｔ３ではめっき膜の厚さが十分に大きくなり、めっき領域Ａｃ全域にわたり膜厚の起伏が目立たない程度（無視できる程度）となっている。

一方、図７（ｂ）に示すように、比較例２の抵抗体を用いた場合には、めっき時間を長くしても膜厚分布が変化しない。比較例２の抵抗体は、抵抗領域が真円形状を有する。すなわち、本実施形態の抵抗体８とは異なり、比較例２の抵抗体はめっき領域Ａｃの周縁部に抵抗領域が常に対向することとなる。したがって、めっき時間を長くしたとしても、めっき領域Ａｃの周縁部の膜厚が大きくなり、面内均一性への影響が無視できない。つまり、比較例２の抵抗体では、めっき膜の面内均一性が改善されない。言い換えれば、本実施形態の抵抗体を用いてめっき時間（抵抗体の回転時間）を所定時間以上確保した場合には、比較例２の抵抗体を用いた場合に比べて、めっき完了時の面内均一性が良好となる。

図８は、基板Ｗの回転角度θによる膜厚分布の違いを示す図である。図９は、回転角度θを異ならせた場合の膜厚分布の相異（起伏の大小）を表す図である。図９（ａ）は回転角度θ＝θ２１、図９（ｂ）は回転角度θ＝θ２２、図９（ｃ）は回転角度θ＝θ２３、図９（ｄ）は回転角度θ＝θ２４の場合を示す（θ２１＜θ２２＜θ２３＜θ２４）。具体的には、θ２１＝０°である。θ２２，θ２３はそれぞれ、図６に示したθ２，θ３にほぼ対応する（θ２３＞１８０°）。θ２４はθ２３よりも十分に大きい（θ２４≫θ２３）。基板Ｗの回転時間は一定とした。言い換えれば、本図は、基板Ｗの回転速度を異ならせた場合の膜厚分布の解析結果を示す。

回転角度θ＝θ２１（０°）の時、膜厚は基板Ｗ中心に比べて点Ａ近傍において大きくなり、点Ｂ近傍において小さくなっている。回転角度θ＝θ２２においても、膜厚は基板Ｗ中心に比べて点Ａ近傍において大きくなり、点Ｂ近傍において小さくなっている。しかし、回転角度θ＝θ２２の場合には、回転角度θ＝０°の場合と比較して、点Ａ近傍の膜厚が小さくなり、点Ｂ近傍の膜厚が大きくなっている。すなわち、回転角度θを大きくすると、膜厚分布の起伏が緩和されることがわかる。

さらに、回転角度θ＝θ２３以上になると、膜厚分布の起伏がほとんど見られず、均一なめっき膜となっている。この原理について説明する。

図２、３に関連して説明したとおり、抵抗領域１８の外形は、周期的かつ環状に連続な波形状を有する。そのため、基板Ｗと抵抗体８とが半周分相対的に回転する間に、点Ａａｃ（点Ｂａｃ）が抵抗領域１８の外側を波形状の複数周期分通過することとなる。この半周分の回転、すなわち、回転角度θ＝１８０°となるまでの間に、めっき領域Ａｃの周縁部に対して抵抗領域１８と遮蔽領域２０とが交互に複数回ずつ対向することとなる。したがって、回転角度θ＝１８０°以上となるとき、めっき領域Ａｃの周縁部の膜厚の起伏が緩和される。

この回転角度θ＝１８０°以上となった後は、めっき膜の成長がめっき領域Ａｃの全域にわたって均一になる。したがって、回転角度θ＝θ２３及びθ＝θ２４においては膜厚分布の起伏に差がほぼ生じない。

図１０は、トロコイドの振幅ａによる膜厚分布の違いを示すグラフである。以下、本実施形態における振幅ａをｄ［ｍｍ］とする。図１０（ａ）は比較例３として、Ｒｓｔｄ－（ｄ＋１）≦Ｒｔ≦Ｒｓｔｄ＋（ｄ＋１）を満たす半径Ｒｔ（図３参照）のエピトロコイドの場合を示す。図１０（ｂ）は本実施形態として、Ｒｓｔｄ－ｄ≦Ｒｔ≦Ｒｓｔｄ＋ｄを満たす半径Ｒｔのエピトロコイドの場合を示す。図１０（ｃ）は比較例４として、Ｒｓｔｄ－（ｄ－０．５）≦Ｒｔ≦Ｒｓｔｄ＋（ｄ－０．５）を満たす半径Ｒｔのエピトロコイドの場合を示す。

すなわち、図１０（ａ）～（ｃ）において基準円１６の半径Ｒｓｔｄは全て等しい。一方で、振幅ａについては、比較例３ではａ＝ｄ＋１［ｍｍ］、本実施形態ではａ＝ｄ［ｍｍ］、比較例４ではａ＝ｄ－０．５［ｍｍ］となっている。図中の一点鎖線はめっき時間ｔ４の場合を示し、実線はめっき時間ｔ５の場合を示す（ｔ５＞ｔ４）。なお、本実施形態、比較例３、比較例４において、エピトロコイドの頂点数ｖは等しい。

本実施形態のように基準円１６の半径Ｒｓｔｄに対して振幅ａが適正値であると（図１０（ｂ））、めっき時間を十分にとることで膜厚分布の起伏を小さくできる。一方、比較例３のように振幅ａが適正値より大きい場合、めっき時間を十分にとっても膜厚分布の起伏が小さくなり難い。振幅ａが大きい場合には、遮蔽領域２０がめっき領域Ａｃに対して過度に径方向内側に位置することとなる。このため、めっき領域Ａｃにおいてめっき膜厚の成長を抑制すべき周縁部のみならず、その径方向内側における膜厚をも抑制させてしまう。その結果、膜厚分布の起伏が大きくなりやすい。

また、比較例４のように振幅ａが適正値より小さい場合、基板中心からの距離Ｌが大きい点Ａ及び点Ｂの近傍において膜厚が小さくなる（図１０（ｃ））。振幅ａが小さい場合には、遮蔽領域２０が小さくなるため、めっき領域Ａｃの周縁部において、アノード４から基板Ｗへのイオン２４の移動を十分に制限できない。その結果、膜厚分布の起伏が大きくなる。言い換えれば、本実施形態の抵抗体８のように、抵抗領域１８の外形を、基準円１６に対して適切な振幅ａを有するエピトロコイド形状とすることで、膜厚分布の起伏を小さくできる。したがって、基板Ｗにおけるめっき膜の面内均一性を向上できる。なお、基準円１６の大きさや振幅ａの適正値は、めっき液の種類やめっき領域Ａｃの大きさ、アノード４と基板Ｗとの間の電位差等の種々の条件によって異なる。

図１～３に基づき、図４～１０の事項をまとめると、以下のことがいえる。
図４に関連して説明したとおり、本実施形態によれば、抵抗領域１８の外形をエピトロコイド形状とした。抵抗体８の構造をこのようにしたことで、めっき領域Ａｃの中央部と周縁部との膜厚差を緩和できる。

図５に関連して説明したとおり、本実施形態によれば、抵抗領域１８の外形の頂点数ｖが２（２ｎ＋１）（ｎは自然数）個であるとき、めっき膜厚さの起伏（膜厚起伏割合）が小さくなる。頂点数ｖがこの条件を満たすとき、図３に示すように、直線Ｌｎと抵抗領域１８の外形との２つの交点のうち、一方が頂点Ｍ１となるとき、他方は頂点Ｍ２となる。

図６、７に関連して説明したとおり、本実施形態の抵抗体８の構造を採用し、めっき時間を十分に確保することで、膜厚分布の起伏を緩和させることが可能となる。

図８、９に関連して説明したとおり、本実施形態の抵抗体８の構造を採用し、基板Ｗと抵抗体８との相対的な回転角度θが１８０°以上となるよう回転速度を調整することで、膜厚分布の起伏を緩和させることが可能となる。

なお、図６～９の解析結果をまとめると、基板Ｗと抵抗体８との相対的な回転角度θを十分に大きくとることにより（θ≧１８０°）、膜厚分布の起伏を緩和させることが可能であるとも言える。

図１０に関連して説明したとおり、本実施形態によれば、基準円１６に対して適切な大きさの振幅ａとすることで、膜厚分布の起伏を緩和させることができる。

図１１は、変形例に係る抵抗体を示す平面図である。図１１（ａ）は変形例１の抵抗体を示し、図１１（ｂ）は変形例２の抵抗体を示す。
変形例１の抵抗体１０８は、実施形態の抵抗体８と抵抗領域１１８の形状が異なる。抵抗体１０８は、遮蔽領域１２０の径方向内側に抵抗領域１１８を有する。抵抗体１０８は、抵抗領域１１８の外形が基準円１１６に対して矩形波形状となっている。すなわち、抵抗領域１１８の外形は、基準円１１６に対して周期的かつ環状に連続的ではある一方、基準円１１６との径方向距離が周方向に沿って不連続的に変化する形状を有する。

抵抗体１０８においても、めっき領域Ａｃ（図１参照）の外周部において遮蔽領域１２０と抵抗領域１１８とが交互に対向する。したがって、めっき領域Ａｃにおけるめっき膜の面内均一性が向上する。一方、基板Ｗと抵抗体とを相対的に回転させたとき、実施形態の抵抗体８は、点Ａ（又は点Ｂ）と抵抗領域１８の周縁部との距離が連続的に変化する。抵抗体８の方がめっき領域Ａｃの周縁部に対する電位の遮蔽を緩やかに変化させることができるため、めっき膜の膜厚分布の起伏をより抑制できる。

変形例２の抵抗体２０８は、実施形態の抵抗体８と抵抗領域２１８の形状が異なる。抵抗体２０８は、遮蔽領域２２０の径方向内側に抵抗領域２１８を有する。抵抗領域２１８の外形は基準円２１６に対して三角波形状となっている。すなわち、抵抗領域２１８の外形は、基準円２１６に対して周期的かつ環状に連続的であって、基準円２１６との径方向距離が周方向に沿って連続的に変化する形状を有する。

抵抗体２０８においても、めっき領域Ａｃ（図１参照）の外周部において遮蔽領域２２０と抵抗領域２１８とが交互に対向する。したがって、めっき領域Ａｃにおけるめっき膜の面内均一性が向上する。

図１２は、本実施形態の抵抗体と比較例の遮蔽体（絶縁体）とをそれぞれ採用した場合の基板Ｗのめっき膜厚の違いを示すグラフである。縦軸はめっき膜の厚さ、横軸はめっき領域Ａｃにおける中心からの距離をそれぞれ示す。実線は本実施形態として抵抗体８を採用した場合を示す。点線は比較例５として、抵抗領域を有さない枠体であってその内形が真円形状である遮蔽体を採用した場合を示す。一点鎖線は比較例６として、抵抗領域を有さない枠体であってその内形がエピトロコイド形状である遮蔽体を採用した場合を示す。比較例５の遮蔽体及び比較例６の遮蔽体はともに、絶縁体からなり、枠状部においてイオン２４の移動を遮断する。

比較例５の遮蔽体や、比較例６の遮蔽体においては、めっき領域Ａｃの中央部においてめっき膜が薄く、周縁部においてめっき膜が厚い。すなわち、環状の遮蔽体（比較例５）やその内形がエピトロコイド形状である遮蔽体（比較例６）を用いた場合には、めっき領域Ａｃにおいて均一なめっき膜が得られないことがわかる。

一方、実施形態の抵抗体は、めっき領域Ａｃの中心から周縁部にかけてめっき膜厚さがほぼ一定となっている。図４に関連して説明したとおり、実施形態の抵抗体はめっき領域Ａｃの周縁部において抵抗領域１８と遮蔽領域２０とが交互に対向する。これにより、めっき領域Ａｃの中央部及び周縁部における膜厚差が緩和され、面内均一性が向上する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、抵抗体としてパンチングプレートを採用した。このパンチングプレートの材質については述べていないが、めっき液に対して耐性があり、加工可能であれば無機材料、有機材料に関わらず種々の材質を選択可能である。

また、抵抗体の変形例としては、抵抗領域が多孔質体であるものを用いてもよい。多孔質体としてはｎｍ～μｍオーダーの孔径を有し、クラスレート化合物で構成されるものを選択可能である。例えば、ＳｉＯ２系、ＳｉＣ系、Ａｌ２Ｏ３系、Ｎｂ系、Ｔａ系、Ｔｉ系等のメソポーラス材料や、層状無機化合物を採用してもよい。

上記実施形態では、抵抗領域の外形をエピトロコイド形状として説明した。また、変形例１及び２においては、抵抗領域の外形を基準円に対する矩形波形状または三角波形状として説明した。抵抗領域の外形は実施形態の形状に限らず、変形例等の周期的かつ環状に連続的な波形状であればよい。

上記実施形態では、基板と抵抗体とを相対的に回転する例として基板を回転させるとして説明した。変形例においては、基板を固定し抵抗体を回転するとしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ めっき装置、２ めっき槽、３ アノードホルダ、４ アノード、６ アノードマスク、８ 抵抗体、９ 基板接点、１０ 保持部、１１ 基板ホルダ、１２ 保持部材、１３ シール部、１４ 孔、１６ 基準円、１８ 抵抗領域、２０ 遮蔽領域、２４ イオン、３０ 壁部、３２ 段部、３４ 下側壁部、３６ 上側壁部、３８ 制御部、４０ 回転駆動機構、５０ めっき液、１０８ 抵抗体、１１６ 基準円、１１８ 抵抗領域、１２０ 遮蔽領域、２０８ 抵抗体、２１６ 基準円、２１８ 抵抗領域、２２０ 遮蔽領域、Ａｃ めっき領域、Ａｉ 接液領域、Ｓ めっき面、Ｗ 基板。

Claims (9)

1. 円形のめっき領域を有する基板にめっき処理を施すためのめっき装置であって、
   めっき槽と、
   前記めっき槽に配置されるアノードと、
   前記基板を保持し、前記めっき槽に前記アノードと対向するように配置される基板ホルダと、
   前記基板の周縁部に接触して基板に電流を供給する基板接点と、
   前記めっき槽において前記アノードと前記基板ホルダとの間に、前記基板ホルダと対向するように配置され、前記アノードと前記基板との間のイオン移動を調整するための抵抗体と、
   前記抵抗体と前記基板ホルダとを軸線周りに相対的に回転させる回転駆動機構と、
   を備え、
   前記抵抗体は、
   外枠をなし、前記アノードと前記基板との間のイオン移動を遮断する遮蔽領域と、
   前記遮蔽領域の径方向内側に形成され、イオンの通過を許容する多孔構造を有する抵抗領域と、
   を含み、
   前記抵抗領域の外形が、仮想の基準円を中心とした振幅を有し、周期的かつ環状に連続的な波形状を有する、めっき装置。
2. 前記抵抗領域の外形は、前記基準円との径方向距離が周方向に沿って連続的に変化する形状を有する、請求項１に記載のめっき装置。
3. 前記抵抗領域の外形が、曲線形状を有する、請求項１又は２に記載のめっき装置。
4. 前記抵抗領域の外形が、トロコイド形状を有する、請求項３に記載のめっき装置。
5. 前記波形状の頂点の数が２（２ｎ＋１）である（ｎは自然数）、請求項１～４のいずれかに記載のめっき装置。
6. 前記波形状を形成する複数の頂点の一つである第１頂点が前記基準円の中心を通る直径方向の仮想線上にあるとき、複数の頂点のもう一つである第２頂点が前記仮想線上に位置し、
   前記第１頂点が前記基準円の外側に位置するとき、前記第２頂点は前記基準円の内側に位置する、請求項５に記載のめっき装置。
7. 前記基準円の半径が、前記基板におけるめっき領域の外形の半径より小さい、請求項１～６のいずれかに記載のめっき装置。
8. めっき装置のめっき槽に組付けられ、アノードと基板との間のイオン移動を調整するための抵抗体であって、
   前記抵抗体の外枠をなし、イオンを遮断する遮蔽領域と、
   前記遮蔽領域の径方向内側に形成され、イオンの通過を許容する多孔構造を有する抵抗領域と、
   を含み、
   前記抵抗領域の外形が、仮想の基準円を中心とした振幅を有し、周期的かつ環状に連続的な波形状を有し、
   前記波形状の頂点の数が２（２ｎ＋１）であり（ｎは自然数）、
   前記波形状を形成する複数の頂点のうちの一つである第１頂点が、前記仮想の基準円の中心を通る直径方向の仮想線上に位置するとき、前記複数の頂点のうちの別の一つである第２頂点が、前記仮想線上に位置し、
   前記第１頂点が前記仮想の基準円の外側に位置するとき、前記第２頂点は前記仮想の基準円の内側に位置する、抵抗体。
9. 複数の前記第１頂点を通る前記抵抗領域の外接円が、前記基板における円形のめっき領域の半径に等しい半径を有することを特徴とする、請求項８に記載の抵抗体。

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