JP7440571B2 - めっき装置及びめっき方法 - Google Patents

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Description

本願は、めっき装置及びめっき方法に関する。
シード層が形成された基板に電解めっきを行う場合、基板中央部と基板エッジ部とで電流経路の抵抗値の差(基板中央部と基板エッジ部との間のシード層の抵抗値)に起因して、基板中央部のめっき膜厚が基板エッジ部よりも小さくなるターミナルエフェクトと呼ばれる現象が知られている。このようなターミナルエフェクトを緩和するめっき装置として、米国特許第6427316号明細書(特許文献1)に記載されたものがある。特許文献1に記載の装置では、アノードの近傍に補助電極を有するイオン電流コリメータ(アノードマスクに対応)を配置し、基板のシート抵抗に応じて補助電極をアノード又はカソードとして機能させて基板全体の膜厚分布を制御すると共に、基板の周囲に配置されたシーフ副電極(仮想シーフカソード)により基板エッジ部分の膜厚分布を制御するようにしている。
米国特許第6427316号明細書 特開2019-56164号公報 米国特許出願公開2017-0370017号明細書
レジスト開口率、シード層のシート抵抗(以下、シード抵抗ともいう)(シード膜厚)等の基板仕様の異なる基板を同じめっき槽でめっきする場合、基板仕様に応じてターミナルエフェクトの影響が異なるため、マスク(中間マスク、アノードマスク)の最適な開口寸法が異なる。したがって、良好な面均(めっき膜厚の面内均一性)を得るには、マスクの開口寸法を変更する必要があるが、基板仕様に応じてめっき槽の各めっきセルを個別に設定すると、同時にめっき可能なめっきセル数が減少し、スループットが低下する。
ウェハをめっきする装置では、中間マスク及びアノードマスクの開口を機械的に変化させる機械的機構(メカ機構)を設ける場合があるが、中間マスクは、基板や撹拌パドルに近い位置に配置されるため、メカ機構を設置するスペースが限られる。特に、角形基板のめっき装置では、基板寸法がウェハに比べて大きくなるため、メカ機構の搭載が困難となっている。また、中間マスクは基板と近い位置に設置するため、メカ機構に高い寸法精度が要求され、精密な機構が必要となり、技術的なハードルが高い。
特許文献1に記載された装置では、シーフ副電極を基板の周囲のめっき槽の側壁に配置する構成であるため、基板を鉛直に立ててめっきするめっき装置には採用できない。また、イオン電流コリメータに設けられる補助電極は、基板から遠いアノード側に配置されるため、基板エッジ部のめっき電流の調整を効果的に行うことは困難である。また、補助電極が基板から遠いアノード側に配置されるため、電場の調整を行うために大電流を流す必要があり、電流密度を抑える為に補助電極の面積は一定以上の大面積にする必要がある。
本発明の目的の1つは、寸法制約の影響を抑制しつつ、基板の仕様に応じてめっき電流を制御する構成を設けることにある。
一実施形態によれば、基板にめっきするためのめっき装置であって、前記基板と対向して配置されるアノードと、前記基板と前記アノードとの間で前記基板側に配置され、前記アノードから前記基板への電場を通過させる第1中央開口を有する中間マスクであって、中間マスクの内部空間において前記第1中央開口の周囲に配置された補助アノードを有する中間マスクと、を備え、前記補助アノードの面積は、前記アノードの面積の1/5以下である、めっき装置が提供される。
一実施形態に係るめっき装置の全体配置図である。 めっきモジュールを示す概略図である。 第1実施形態に係る中間マスクを基板側からみた概略図である。 ターミナルエフェクトが大きい場合のアノードから基板への電場を示す説明図である。 ターミナルエフェクトが小さい場合のアノードから基板への電場を示す説明図である。 めっき膜厚分布の調整方法を説明する説明図である。 第2実施形態に係る中間マスクを基板側からみた概略図である。 第2実施形態に係る中間マスクの各部の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
本明細書において「基板」には、半導体基板、ガラス基板、液晶基板、プリント回路基板だけでなく、磁気記録媒体、磁気記録センサ、ミラー、光学素子、微小機械素子、あるいは部分的に製作された集積回路、その他任意の被処理対象物を含む。基板は、多角形、円形を含む任意の形状のものを含む。また、本明細書において「前面」、「後面」、「フロント」、「バック」、「上」、「下」、「左」、「右」等の表現を用いるが、これらは、説明の都合上、例示の図面の紙面上における位置、方向を示すものであり、装置使用時等の実際の配置では異なる場合がある。
(第1実施形態)
図1は、一実施形態に係るめっき装置の全体配置図である。めっき装置100は、基板ホルダ11(図2)に基板を保持した状態で基板にめっき処理を施すものである。めっき装置100は、基板ホルダ11に基板をロードし、又は基板ホルダ11から基板をアンロードするロード/アンロードステーション110と、基板を処理する処理ステーション120と、洗浄ステーション50aとに大きく分けられる。処理ステーション120は、基板の前処理及び後処理を行う前処理・後処理ステーション120Aと、基板にめっき処理を行うめっきステーション120Bとを含む。
ロード/アンロードステーション110は、1又は複数のカセットテーブル25と、基板脱着モジュール29とを有する。カセットテーブル25は、基板を収納したカセット25aを搭載する。基板脱着モジュール29は、基板を基板ホルダ11に着脱するように構成される。また、基板脱着モジュール29の近傍(例えば下方)には、基板ホルダ11を収容するためのストッカ30が設けられる。洗浄ステーション50aは、めっき処理後の基板を洗浄して乾燥させる洗浄モジュール50を有する。洗浄モジュール50は、例えば、スピンリンスドライヤである。
カセットテーブル25、基板着脱モジュール29、及び洗浄ステーション50aで囲まれる位置には、これらのユニット間で基板を搬送する搬送ロボット27が配置されている。搬送ロボット27は、走行機構28により走行可能に構成される。搬送ロボット27は、例えば、めっき前の基板をカセット25aから取り出して基板着脱モジュール29に搬送し、めっき後の基板を基板着脱モジュール29から受け取り、めっき後の基板を洗浄モジュール50に搬送し、洗浄及び乾燥された基板を洗浄モジュール50から取り出してカセット25aに収納するように構成される。
前処理・後処理ステーション120Aには、プリウェットモジュール32と、プリソークモジュール33と、第1リンスモジュール34と、ブローモジュール35と、第2リンスモジュール36と、を有する。プリウェットモジュール32は、めっき処理前の基板の被めっき面を純水または脱気水などの処理液で濡らすことで、基板表面に形成されたパターン内部の空気を処理液に置換する。プリウェットモジュール32は、めっき時にパターン内部の処理液をめっき液に置換することでパターン内部にめっき液を供給しやすくするプリウェット処理を施すように構成される。プリソークモジュール33は、例えばめっき処理前の基板の被めっき面に形成したシード層表面等に存在する電気抵抗の大きい酸化膜を硫酸や塩酸などの処理液でエッチング除去してめっき下地表面を洗浄または活性化するプリソーク処理を施すように構成される。第1リンスモジュール34では、プリソーク後の基板が基板ホルダ11と共に洗浄液(純水等)で洗浄される。ブローモジュール35では、洗浄後の基板の液切りが行われる。第2リンスモジュール36では、めっき後の基板が基板ホルダ11と共に洗浄液で洗浄される。プリウェットモジュール32、プリソークモジュール33、第1リンスモジュール34、ブローモジュール35、第2リンスモジュール36は、この順に配置されている。なお、この構成は一例であり、上述した構成に限定されず、前処理・後処理ステーション120Aは、他の構成を採用することが可能である。
めっきステーション120Bは、めっき槽39と、オーバフロー槽38とを有するめっきモジュール40を有する。めっき槽39は、複数のめっきセルに分割されている。各めっきセルは、内部に一つの基板を収納し、内部に保持しためっき液中に基板を浸漬させて基板表面に銅めっき等のめっきを行う。ここで、めっき液の種類は、特に限られることはなく、用途に応じて様々なめっき液が用いられる。このめっきステーション120Bの構成は一例であり、めっきステーション120Bは、他の構成を採用することが可能である。
めっき装置100は、これらの各機器の側方に位置して、これらの各機器の間で基板ホルダ11を基板とともに搬送する、例えばリニアモータ方式を採用した搬送装置37を有する。この搬送装置37は、1又は複数のトランスポータを有し、1又は複数のトランスポータによって、基板脱着モジュール29、ストッカ30、プリウェットモジュール32、プリソークモジュール33、第1リンスモジュール34、ブローモジュール35、第2リンスモジュール36、及びめっきモジュール40との間で基板ホルダ11を搬送するように構成される。
以上のように構成されるめっき装置100は、上述した各部を制御するように構成された制御部としての制御モジュール(コントローラ)175を有する。コントローラ175は、所定のプログラムを格納したメモリ175Bと、メモリ175Bのプログラムを実行するCPU175Aとを有する。メモリ175Bを構成する記憶媒体は、各種の設定データ、めっき装置100を制御するプログラムを含む各種のプログラムなどを格納している。プログラムは、例えば、搬送ロボット27の搬送制御、基板脱着モジュール29における基板の基板ホルダ11への着脱制御、搬送装置37の搬送制御、各処理モジュールにお
ける処理の制御、めっきモジュールにおけるめっき処理の制御、洗浄ステーション50aの制御を実行するプログラムを含む。記憶媒体は、不揮発性及び/又は揮発性の記憶媒体を含むことが可能である。記憶媒体としては、例えば、コンピュータで読み取り可能なROM、RAM、フラッシュメモリなどのメモリや、ハードディスク、CD-ROM、DVD-ROMやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のものが使用され得る。
コントローラ175は、めっき装置100及びその他の関連装置を統括制御する図示しない上位コントローラと通信可能に構成され、上位コントローラが有するデータベースとの間でデータのやり取りをすることができる。コントローラ175の一部又は全部の機能は、ASIC等のハードウェアで構成することができる。コントローラ175の一部又は全部の機能は、シーケンサで構成してもよい。コントローラ175の一部又は全部は、めっき装置100の筐体の内部及び/又は外部に配置することができる。コントローラ175の一部又は全部は、有線及び/又は無線によりめっき装置100の各部と通信可能に接続される。
(めっきモジュール)
図2は、めっきモジュール40を示す概略図である。同図では、めっき槽39の1つのめっきセルを示し、オーバフロー槽38を省略している。なお、以下の説明では、めっき槽39の1つのめっきセルをめっきセル39として参照する場合がある。本実施形態に係るめっき装置100は、めっき液Qに電流を流すことで基板Wの表面を金属でめっきする電解めっき装置である。めっきモジュール40は、内部にめっき液を保持するめっき槽39と、めっき槽39内で基板ホルダ11に保持された基板Wに対向して配置されたアノード(メインアノード)60と、アノード60から基板Wに向かう電場を調整して基板W上の電位分布を調整する中間マスク70と、を備えている。基板ホルダ11は、多角形(例えば、四角形)の基板Wを着脱自在に保持し、かつ基板Wをめっき槽39内のめっき液Qに浸漬させるように構成されている。但し、他の実施形態では、円形の基板(ウェハ)を使用することも可能である。アノード60および基板Wは鉛直方向に延在するように配置され、且つめっき液中で互いに対向するように配置される。アノード60は、アノード60を保持するアノードホルダ61を介して電源(図示略)の正極に接続され、基板Wは基板ホルダ11を介して電源の負極に接続される。アノード60と基板Wとの間に電圧を印加すると、電流は基板Wに流れ、めっき液の存在下で基板Wの表面に金属膜が形成される。
アノード60としては、めっき液に溶解しない例えば酸化イリジウムまたは白金を被覆したチタンからなる不溶性アノードが用いられる。但し、アノード60として、溶解性アノードを使用してもよい。溶解性アノードとして、例えば、銅をめっきする場合は含リン銅からなる溶解性アノードを用いることができる。基板Wは、例えば、半導体基板、ガラス基板、樹脂基板、又はその他任意の被処理対象物である。基板Wの表面にめっきされる金属は、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、Sn-Ag合金、またはコバルト(Co)である。めっき液Qは、めっきする金属を含む酸性溶液であり、例えば、銅をめっきする場合は硫酸銅溶液である。
アノードホルダ61には、開口62Aの寸法を変更可能なアノードマスク62が設けられており、アノードマスク62によりアノード60の露出面積(アノードから基板に向かう電場(電流)を提供する有効面積)が調整される。以下の説明では、アノードマスク62は、可変アノードマスク(VAM)62又はVAM62と称する場合がある。アノードマスク62は、例えば、上下左右に配置された各マスク片を上下又は左右に移動させることにより、開口寸法を変更するものであっても、開口を有する複数の枠体を斜め方向に相対的に移動させることにより複数の枠体の重なりによって定義される開口の寸法を変更す
るものであってもよい。このような可変のアノードマスクは、例えば、特開2019-56164号公報(特許文献2)に記載されている。なお、可変アノードマスク62を使用する代わりに、アノードが複数のアノード片に分割された分割アノード(マルチゾーンアノード)を用い、電流を流すアノード片を選択又は各アノード片に流す電流を調整することにより、アノードの有効面積を調整又はアノードから基板に向かう電場(電流)を調整するようにしてもよい。このような可変のアノードマスクは、例えば、米国特許出願公開2017-0370017号明細書(特許文献3)に記載されている。
アノードホルダ61は、アノードボックス63に収容されている。アノードボックス62には、アノード60に対向する位置に開口が設けられ、開口は隔膜64で覆われている。隔膜64は、不溶性のアノード表面での電気化学反応によって、めっき液に含まれる添加剤成分が酸化され、めっき性能に有害な分解生成物が発生した場合に、有害な分解生成物が基板表面に届くことを抑制するものである。なお、隔膜64によって、アノード60から基板Wへの電場(電流)は妨げられない。
めっきモジュール40は、めっき液を攪拌するパドル90をさらに備えている。パドル90は、めっき槽39内の基板ホルダ11に保持された基板Wの表面近傍に配置されている。パドル90は、例えばチタン(Ti)または樹脂から構成されている。パドル90は、基板Wの表面と平行に往復運動することで、めっき中に十分な金属イオンが基板Wの表面に均一に供給されるようにめっき液Qを攪拌する。中間マスク70は、図2に示すように、基板Wとアノード60との間において基板Wの近傍に配置されており、めっき液中の電場を制限するための中央開口76を有している。
図3は、第1実施形態に係る中間マスクを基板側からみた概略図である。図2及び図3に示すように、中間マスク70は、マスク本体71と、マスク本体71の内部空間72に配置された補助アノード80と、マスク本体71の前面に取り付けられた遮蔽板75と、を備えている。マスク本体71及び遮蔽板75は、めっき液に対して耐性を有し、電場(電流)を遮蔽する材料で構成される。マスク本体71は、中央開口76に対応する開口を有する正面視で概ね四角形状であり、補助アノード80が配置される内部空間72を有する。マスク本体71は、基板W側において補助アノード80を露出する開口が設けられており、この開口に、遮蔽板75の開口77が重なるように遮蔽板75がマスク本体71に取り付けられている。遮蔽板75の開口77には隔膜78が取り付けられており、補助アノード80が隔膜78を介して露出されるようになっている。また、マスク本体71は、内部空間72に連絡する排気通路73が設けられており、排気通路73の上端がめっき液面91の上方に開口する排気口74となっている。本実施形態では、排気通路73及び排気口74がエア抜き孔を構成する。
補助アノード80は、バスバー81に電気的に接続されており、バスバー81を介して電源(図示略)の正極に接続される。補助アノード80は、電源から正のバイアスを印加されることにより、基板Wに電場(電流)を供給する補助アノードとして機能するように構成されている。補助アノード80は、不溶性アノードの材料で形成される。排気通路73は、補助アノード80において電極反応で生成した酸素を槽外へ排出する。これにより、補助アノード80の周囲に酸素による気泡が溜まって、補助アノード80から基板Wへの電場(電流)が阻害されることを抑制する。なお、補助アノード80が溶解性アノードの材料で形成される場合には、排気通路73を省略することができる。
本実施形態では、中央開口76の各辺に沿って補助アノード80が設けられ、中央開口76の角部に対応する位置には補助アノードが設けられない。これにより、基板Wの角部に電場(電流)が集中してその部分で膜厚が不均一になることを抑制することができる。なお、基板仕様によっては、中央開口76の角部にも補助アノードを設けることができ、
その場合に、補助アノードを一体の環状部材としてもよい。
補助アノード80は、基板エッジ近傍のめっき膜厚分布の均一化を目的としており、基板Wの近傍に配置される中間マスク70に配置されるため、補助アノードをアノード60側に配置する場合と比較して小面積とすることができる。一例では、補助アノード80の総面積は、アノードの面積の1/5以下である。なお、図2に示すように、中間マスク70と基板Wとの間の距離をD1とし、アノード60と基板Wとの間の距離をD2とした場合、一例では、中間マスク70と基板Wとの間の距離D1は、アノード60と基板Wとの間の距離D2の1/4以上かつ1/3以下である。中間マスク70と基板Wとの間の距離D1は、中間マスク70のアノード側の面と基板Wのめっき面との間の距離とする。また、アノード60と基板Wとの間の距離D2は、アノード60の基板側の面と、基板Wのめっき面との間の距離とする。なお、図2は、構成の説明のための概略図であり、実際の寸法とは必ずしも一致していないことに留意されたい。
遮蔽板75は、マスク本体71の前面に取り付けられている。遮蔽板75は、マスク本体71の中央開口より小さい中央開口76を有し、遮蔽板75の中央開口76が、中間マスク70の中央開口76を定義するように構成されている。遮蔽板75の中央開口76の寸法を調整することにより、中間マスク70の中央開口76の寸法を調整することができ、アノード60から基板Wへの電場(電流)を調整することができる。遮蔽板75は、図2及び図3に示すように、各辺の補助アノード80を露出する開口77を有し、開口77は隔膜78によって覆われている。隔膜78は、不溶性のアノード表面での電気化学反応によって、めっき液に含まれる添加剤成分が酸化され、めっき性能に有害な分解生成物が発生した場合に、有害な分解生成物が基板表面に届くことを抑制するものである。なお、隔膜78によって、補助アノード80から基板Wへの電場(電流)は妨げられない。遮蔽板75の開口77の大きさを調整することにより、補助アノード80から基板Wへの電場(電流)を調整することができる。
本実施形態では、ターミナルエフェクトが大きい場合(レジスト開口率小、シード抵抗大/シード膜厚小)に合わせて、中間マスク70(遮蔽板75)の中央開口76の寸法が選択されている。即ち、ターミナルエフェクトが大きく基板エッジ部に流れる電流が基板中央部よりも大きくなる程度が高い場合に合わせて、基板エッジ部に流れる電流を小さくしてめっき膜厚が均一になるように、遮蔽板75の中央開口76の寸法が絞られている。そして、基板Wのターミナルエフェクトの大きさ(レジスト開口率、シード抵抗)に応じて、補助アノード80から基板W(主に基板エッジ部)に供給するめっき電流を調整することで、中間マスク70の開口寸法を変更する(大きくする)ことと同様の効果をもたらし、基板のめっき膜厚分布を均一化する。補助アノード80は、基板エッジ部の近傍に配置されるため、特に、基板エッジ部へのめっき電流の調整を効果的に行うことができる。
また、本実施形態によれば、めっき対象となる基板Wの仕様範囲(レジスト開口率、シード膜厚)に応じて、遮蔽板75の補助アノード80の開口77の寸法を調整すること、及び/又は、遮蔽板75の中央開口76の寸法を調整することにより、対応可能なターミナルエフェクトの範囲を微調整することができる。
なお、遮蔽板75を設けずに、マスク本体71の補助アノード80を露出する開口に隔膜を設けてもよい。この場合、マスク本体71の中央開口が中間マスク70の中央開口となる。マスク本体71の補助アノード80を露出する開口の寸法を調整すること、及び/又は、マスク本体71の中央開口の寸法を調整により、対応可能なターミナルエフェクトの範囲を微調整することができる。
図4は、ターミナルエフェクトが大きい場合(レジスト開口率小、シード抵抗大/シー
ド膜厚小)のアノード60から基板Wへの電場を示す説明図である。図5は、ターミナルエフェクトが小さい場合(レジスト開口率大、シード抵抗小/シード膜厚大)のアノード60から基板Wへの電場を示す説明図である。図6は、めっき膜厚分布の調整方法を説明する説明図である。なお、図4、図5では、遮蔽板75の一部が省略されて示されている。本実施形態では、可変アノードマスク(VAM)62の開口寸法、及び補助アノード80に流す電流を調整することにより、めっき膜厚分布を調整する。調整前において、可変アノードマスク62の開口寸法は中間寸法(第1寸法)であり、補助アノード80の電流はゼロであるとする。図6中の各欄のグラフは、基板のめっき膜厚分布を示しており、横軸が基板上の位置(基板の中心を通る直線状の位置)を示し、横軸原点は基板の中心であり、原点から離れるほど基板エッジ部に近づくとする。各欄のグラフの縦軸は、基板上のめっき膜厚を示す。なお、可変アノードマスク62に代えて、分割アノードを採用する場合には、可変アノードマスク62の開口寸法の大きさに応じた電場に対応するように、電流を流すアノード片を選択又は各アノード片に流す電流が調整されるように制御される。
図6の表の第1段に示すように、ターミナルエフェクトが大きい場合、可変アノードマスク及び補助アノードの調整前では、ターミナルエフェクトの影響がめっき膜厚分布に現れ、基板中央部のめっき膜厚が小さく、基板エッジ部のめっき膜厚が大きくなる。このとき、図4に示すように、ターミナルエフェクトの大きさに応じて可変アノードマスク62の開口62Aの寸法を中間寸法よりも小さい第2寸法になるように調整すると、図6の表の第1段の「VAM開口最適化」の欄のグラフに実線で示すようにめっき膜厚分布が均一化される。なお、補助アノード80の電流はゼロのままとする。これは、本実施形態の中間マスク70の中央開口76の寸法が、ターミナルエフェクトが大きい場合に合わせて最適化されているためである。なお、可変アノードマスク62に代えて、分割アノードを採用する場合には、可変アノードマスク62の開口62Aが第2寸法(<第1寸法)の場合の電場に対応するように、電流を流すアノード片を選択又は各アノード片に流す電流を調整することにより、アノードの有効面積を減少する又はアノードから基板に向かう電場(電流)の広がりを小さくするように制御する。
図6の表の第2段に示すように、ターミナルエフェクトが中程度の場合、可変アノードマスク及び補助アノードの調整前では、基板エッジ部のめっき膜厚が基板中央部のめっき膜厚よりも小さくなる。これは、本実施形態の中間マスク70の中央開口76の寸法が、ターミナルエフェクトが大きい場合に合わせて最適化されているためである。即ち、ターミナルエフェクトが中程度の場合、調整前の構成では、基板中央部に流れる電流が、ターミナルエフェクトが大きい場合よりも大きく、基板エッジ部に流れるめっき電流を上回るからである。このとき、ターミナルエフェクトの大きさに応じて補助アノード80に中程度の電流(第1電流)を流すと、補助アノード80から基板エッジ部に電場(電流)が供給されて基板エッジ部のめっき膜厚が増加し、図6の表の第2段の「補助アノード電流最適化」の欄の実線に示すように、めっき膜厚が均一化される。このとき、可変アノードマスク62の開口寸法は中間寸法のままとすることができる。なお、可変アノードマスク62に代えて、分割アノードを採用する場合には、電流を流すアノード片を選択又は各アノード片に流す電流を調整前と同一にすることができる。
図6の表の第3段に示すように、ターミナルエフェクトが小さい場合、可変アノードマスク及び補助アノードの調整前では、基板エッジ部のめっき膜厚が基板中央部のめっき膜厚よりも小さくなる程度が更に強まる。このとき、図5に示すように、ターミナルエフェクトの大きさに応じて可変アノードマスク62の開口62Aの寸法を中間寸法(第1寸法)よりも大きい寸法(第3寸法)に調整すると、図6の表の第3段の「VAM開口最適化」の欄に実線で示すように、基板中央部とエッジ部に到達する電場(電流)の差が低減され、基板中央部とエッジ部のめっき膜厚の差が低減される。更に、ターミナルエフェクトの大きさに応じて補助アノード80に第1電流よりも大きい第2電流を流すと、図5に示
すように、補助アノード80から基板エッジ部に供給される電場(電流)が増大し、図6の表の第3段の「補助アノード電流最適化」の欄に実線で示すように、めっき膜厚が均一化される。なお、可変アノードマスク62に代えて、分割アノードを採用する場合には、可変アノードマスク62の開口62Aが第3寸法(>第1寸法)の場合の電場に対応するように、電流を流すアノード片を選択又は各アノード片に流す電流を調整することにより、アノードの有効面積を増大する又はアノードから基板に向かう電場(電流)の広がりを大きくするように制御する。
上述したように、本実施形態では、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、可変アノードマスク62の開口62Aの寸法及び補助アノード80の電流の大きさを調整することにより、めっき膜厚分布を均一化することができる。より詳細には、ターミナルエフェクトが大きくなるほど、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、可変アノードマスク62の開口62Aの寸法を小さく且つ補助アノード80の電流を小さく調整し、ターミナルエフェクトが小さくなるほど、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、可変アノードマスク62の開口62Aの寸法を大きく且つ補助アノード80の電流を大きく調整することにより、めっき膜厚分布を均一化することができる。
上述したVAM開口の調整及び補助アノード電流の調整は、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、基板のめっき前に実施することができる。更に、基板のめっき中に、めっき膜厚の成長に従ってターミナルエフェクトの大きさが変化することに応じて、可変アノードマスク開口の調整及び補助アノード電流の調整を実施するようにしてもよい。
上記実施形態によれば、図4及び図5に示すように、補助アノード80に供給する電流を調整して中間マスク70の中央開口76の開口寸法の調整と同様の効果をもたらすことができる(中間マスクの実質的な開口寸法(有効開口面積)を調整することができる)。このため、中間マスクの開口寸法を調整するためのメカ機構を必要とせずに、基板仕様(レジスト開口率、シード膜厚)に応じて、めっき膜厚分布が均一になるように調整することができる。中間マスク70は、基板W及びパドル90に近い位置に配置されるため、開口寸法を調整するメカ機構を設置するスペースが限られているが、本実施形態によれば、中間マスク70の実質的な開口寸法を電気的に調整する補助アノード80を用いることにより電場調整装置を狭いスペースに配置することができる。特に、角形基板のめっき装置では、基板寸法が大きくなるため、メカ機構に高い寸法精度、精密な機構が要求され、技術的ハードルが高いが、本実施形態によれば、メカ機構を必要としないので、電場調整装置を狭いスペースに配置することができる。
また、上記実施形態によれば、中間マスク70のメンテナンスが容易であり、中間マスク70内の液の管理も容易である。補助カソードを用いる場合、補助カソードへの析出を防ぐために、補助カソードをイオン交換膜で隔離し、めっき液と異なる、めっき金属を含まない電解液で満たす必要があり、液管理・構造が複雑となる。一方、本実施形態では、補助アノードを用いるため、補助アノードへのめっき析出がなく、液管理が容易である。また、補助アノードとして不溶解性アノードを用いる場合には、補助アノードの消耗がなく、メンテナンスが容易である。
また、上記実施形態によれば、中間マスクに補助アノードを設けるため、基板とパドルとの間に電極を配置する場合と比較すれば、寸法制約を受け難い。また、補助アノードを中間マスクの内部に配置するため、補助アノードを支持する構造を別途設ける必要がなく、構成の複雑化を抑制することができる。
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態に係る中間マスクを基板側からみた概略図である。図8は、第2
実施形態に係る中間マスクの各部の断面図である。図8の各断面図は、それぞれ、図7中のA-A’線、B-B’線、C-C’線に沿った断面図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略し、上記実施形態と異なる点を主に説明する。
本実施形態の中間マスク70では、図7に示すように、正面視において、補助アノード80からの電場(電流)の導出口71Hが、補助アノード80に重なる位置には設けられておらず、補助アノード80と異なる位置(中間マスクのより内側)に設けられている。中間マスク70は、マスク本体を構成するベースパネル71A及びバックカバー71Bと、フロントカバー71Cと、中央ブロック71Eと、コーナブロック71Dと、を備えている。コーナブロック71Dは、マスク中央開口76のコーナー部の開口サイズや開口形状を調整するために設けられるが、省略することも可能である。ベースパネル71A、バックカバー71B、フロントカバー71C、中央ブロック71E、及びコーナブロック71Dの全部又は一部を一体に形成してもよい。ベースパネル71A、フロントカバー71C、及び中央ブロック71Eの全部又は一部を一体に形成してもよい。例えば、ベースパネル71A及びフロントカバー71Cを一体に形成してもよいし、フロントカバー71C及び中央ブロック71Eを一体に形成してもよいし、ベースパネル71A、フロントカバー71C、及び中央ブロック71Eを一体に形成してもよい。
図8に示すように、ベースパネル71Aとバックカバー71Bとの間に内部空間72が設けられており、内部空間72に補助アノード80が配置されている。補助アノード80は、内部空間72内でバスバー81に電気的に接続され、電源(図示略)からバスバー81を介して補助アノード80に電流が供給される。また、ベースパネル71Aとバックカバー71Bとの間には、内部空間72に連絡する排気通路73が設けられており、排気通路73の上端は、めっき液の液面91の上方で開口する排気口74となっている。ベースパネル71Aの前面には、補助アノード80を露出する開口が設けられており、この開口は隔膜78で覆われている。
フロントカバー71Cは、ベースパネル71Aの前面に取り付けられている。図8のB-B’断面図に示すように、フロントカバー71Cには、補助アノード80を露出するベースパネル71Aの開口に連絡する通路71Fが設けられている。ベースパネル71A及びフロントカバー71Cは、中間マスク70の中央開口76(図7)に対応する中央開口を有する。この中央開口において、ベースパネル71A及びフロントカバー71Cに対して、コーナブロック71D及び中央ブロック71Eが取り付けられている。コーナブロック71D及び中央ブロック71Eは、互いに固定されてもよい。中間マスク70の中央開口76は、コーナブロック71D及び中央ブロック71Eの内側に定義される。中央ブロック71Eには、フロントカバー71Cの通路71Fに連絡する通路71Gが設けられており、通路71Gの端部が導出口71Hとなっている。従って、補助アノード80からの電場(電流)は、フロントカバー71Cの通路71F、並びに中央ブロック71Eの通路71G及び導出口71Hを通って、基板Wに供給される。
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、以下の作用効果を奏する。本実施形態によれば、中央ブロック71の導出口71Hの開口位置及び/又は開口寸法を調整することで、補助アノード80による制御可能範囲を調整することができる。また、本実施形態によれば、ターミナルエフェクトが小さい基板にめっきする際、膜厚が特に低下する特定の領域(基板の仕様や給電方法により変化する)に合わせて電場(電流)の引き出し位置(導出口71H)を設定することで、その領域を補助アノードからの電流により効果的に厚膜化することができ、基板全体のめっき膜厚分布をより均一化できる。
(他の実施形態)
(1)上記実施形態では、角形の基板にめっきする場合を例に挙げて説明したが、円形の基板(ウェハ等)にめっきする場合にも上記実施形態を適用することができる。
(2)上記実施形態では、補助アノードとして不溶解性アノードを用いる場合について説明したが、溶解性アノードを用いてもよい。この場合、補助アノードを隔離する隔膜、補助アノードで発生する酸素を排出する排気通路を省略することができる。
(3)上記実施形態では、基板を鉛直方向にめっき液に浸漬させる、いわゆるディップ式のめっき装置について説明したが、アノードおよび基板が水平方向に延在するように配置されるいわゆるフェースダウン式(カップ式)のめっきモジュールに上記実施形態を適用してもよい。
本発明は、以下の形態としても記載することができる。
形態1によれば、基板にめっきするためのめっき装置であって、 前記基板と対向して配置されるアノードと、 前記基板と前記アノードとの間で前記基板側に配置され、前記アノードから前記基板への電場を通過させる第1中央開口を有する中間マスクであって、中間マスクの内部空間において前記第1中央開口の周囲に配置された補助アノードを有する中間マスクと、を備え、 前記補助アノードの面積は、前記アノードの面積の1/5以下である、めっき装置が提供される。中間マスクは、トンネルレギュレーションプレート(TRP)とも称され、基板の近傍においてアノードから基板への電場(電流)の通過を調整するマスクである。中間マスクは、アノード側に配置されるイオン電流コリメータとは異なり、基板とアノードとの間において基板側に、言い換えれば、基板の近傍に配置されるものである。
この形態によれば、中間マスクに配置された補助アノードに供給する電流を調整して、中間マスクの開口寸法の変更と同様の効果を奏することができるので、中間マスクの開口寸法を調整するためのメカ機構を必要とせずに、基板仕様(レジスト開口率、シード膜厚)に起因するターミナルエフェクトの影響を抑制して、めっき膜厚分布が均一になるように調整することができる。中間マスクは、基板(及びパドル)に近い位置に配置されるため、開口寸法を調整するメカ機構を設置するスペースが限られているが、本実施形態によれば、中間マスクの実質的な開口寸法を電気的に調整する補助アノードを用いることにより電場調整装置を狭いスペースに配置することができる。なお、補助アノードから基板に供給する電場(電流)の効果を考慮した中間マスクの開口寸法を実質的な開口寸法(有効開口寸法)と称する。一例では、中間マスクの第1中央開口の寸法は、ターミナルエフェクトが大きい場合に合わせて絞って(小さい寸法に)形成される。そして、基板のターミナルエフェクト大きさ(レジスト開口率、シード膜厚)に応じて、補助アノードに供給する電流を調整することで、中間マスクの開口寸法の変更と同様の効果をもたらし、基板エッジ部の膜厚を均一化することができる。
また、基板の近傍に配置される中間マスクに補助アノードを配置するため、小面積(アノードの面積の1/5以下)の補助アノードにより基板エッジ部への電場を効果的に制御し、ターミナルエフェクトによる影響を抑制することができる。また、電場の制御が必要な基板エッジ部の近傍に補助アノードを配置するため、補助アノードを基板エッジ部から遠い位置に配置する場合と比較して、より小面積の補助アノードにより小電流を流すことで基板エッジ部への電場を効果的に制御することができる。なお、小面積の補助アノードに大電流を流す場合には、以下のような不利益がある。溶解性補助アノード(含リン銅)を用いる場合、補助アノード表面のブラックフィルム形成が不安定となることで、補助アノードからのスラッジやアノードスライムの発生が多くなり、めっき膜質に影響を与えるおそれがある。不溶解性アノードの場合、めっき時の電極の電位が高くなりすぎ、めっき液中のClイオンの酸化等の副反応を起こすおそれがある。
形態2によれば、基板にめっきするためのめっき装置であって、 前記基板と対向して配置されるアノードと、 前記基板と前記アノードとの間に配置され、前記アノードから前記基板への電場を通過させる第1中央開口を有する中間マスクであって、中間マスクの内部空間において前記第1中央開口の周囲に配置された補助アノードを有する中間マスクと、を備え、 前記中間マスクは、前記内部空間に連通してめっき液の液面の上方で開口するエア抜き孔を有する、めっき装置が提供される。
この形態によれば、中間マスクの内部空間で発生したガスを外部に排出することができる。例えば、補助アノードが不溶解性の場合、補助アノードにおいて電極反応で生成した酸素を中間マスクの内部空間から中間マスクの外に排出することができる。これにより、補助アノードの周りに気泡が蓄積して補助アノードから基板への電場(電流)が阻害されることを防止ないし抑制できる。
形態3によれば、形態1又は2のめっき装置において、 前記中間マスクと前記基板との間の距離は、前記アノードと前記基板との間の距離の1/4以上かつ1/3以下である。
この形態によれば、中間マスクに配置された補助アノードを基板エッジ部の十分に近傍に配置することができ、補助アノードから基板エッジ部への電場(電流)を効率よく制御することができる。これにより、ターミナルエフェクトを効率よく制御することができる。
形態4によれば、形態1から3の何れかのめっき装置において、前記中間マスクは、 第2中央開口を有し、前記第2中央開口の周りに前記内部空間を有し、前記内部空間の前記基板側が開放されているマスク本体と、 前記マスク本体の前記内部空間を覆うように設けられる遮蔽板であり、前記第2中央開口よりも小さい第3中央開口を有し、前記第3中央開口が前記第1中央開口を定義し、前記補助アノードの少なくとも一部の領域に重なる第1開口を有する遮蔽板と、を有する。
この形態によれば、遮蔽板の第3中央開口の大きさを調整することにより、アノードから基板に向かう電場(電流)を調整することができる。また、遮蔽板の第1開口の大きさを調整することにより、補助アノードから基板に向かう電場の強さを調整することができる。
形態5によれば、形態4のめっき装置において、 前記遮蔽板は、前記第1開口を覆う隔膜を更に有する。
この形態によれば、補助アノードが不溶性である場合に、不溶性の補助アノード表面での電気化学反応によって、めっき液に含まれる添加剤成分が酸化され、めっき性能に有害な分解生成物が発生した場合に、有害な分解生成物が基板表面に届くことを抑制することができ、めっき性能を維持することができる。
形態6によれば、形態1から3の何れかにのめっき装置において、 前記中間マスクは、前記補助アノードから前記基板に向かう電場を通過させる通路を有し、前記基板に平行な面内において、前記通路の出口は前記補助アノードと重ならない位置にある。例えば、通路の出口は、基板に平行な面内において、補助アノードの内側に設置することができる。
この形態によれば、ターミナルエフェクトが小さい基板にめっきする際、めっき膜厚が特に低下する特定の領域(基板の仕様や給電方法により変化する)に合わせて、中間マス
クからの電場(電流)の引き出し位置である通路の出口を設定することで、その特定の領域が補助アノードからの電流により効果的に厚膜化されるようにし、めっき膜厚分布をより均一化できる。
形態7によれば、形態6のめっき装置において、 前記中間マスクは、 マスク本体と、 前記マスク本体の前記基板側を覆うように取り付けられ、前記マスク本体とともに前記第1中央開口に対応する第4中央開口を形成するカバーと、 前記マスク本体及び前記カバーに対して前記第4中央開口の縁部で取り付けられたブロックと、を有し、 前記マスク本体は、前記内部空間を有し、前記補助アノードの少なくとも一部の領域に重なる第2開口を有し、前記カバーは、前記第2開口と連通する第1通路を有し、前記ブロックは、前記第1通路と連通する第2通路を有し、前記第1通路及び前記第2通路が、前記補助アノードから前記基板に向かう電場を通過させる前記通路を形成する。
この形態によれば、補助アノードから、補助アノードと離れた出口まで電場(電流)を通過させる通路を、マスク本体、カバー、及びブロックによって簡易な構成で形成することができる。
形態8によれば、形態7のめっき装置において、 前記マスク本体は、前記第2開口を覆う隔膜を更に有する。
この形態によれば、補助アノードが配置される内部空間を隔膜によって隔離することができる。不溶性の補助アノード表面での電気化学反応によって、めっき液に含まれる添加剤成分が酸化され、めっき性能に有害な分解生成物が発生した場合に、有害な分解生成物が基板表面に届くことを隔膜によって抑制することができ、めっき性能を維持することができる。
形態9によれば、形態1から8の何れかのめっき装置において、前記基板は四角形であり、前記中間マスクの前記第1中央開口は、前記基板の形状に対応する形状を有し、前記補助アノードは、前記第1中央開口の四辺に沿って配置されている。
この形態によれば、四角形の基板において、上述した作用効果を奏することができる。角形基板のめっき装置では、基板寸法がウェハに比べて大きくなるため、マスク開口寸法を調整するためのメカ機構の搭載が困難である。また、中間マスクは基板と近い位置に設置する為、開口寸法の変更によるめっき膜厚への影響が大きく、メカ機構に高い寸法精度が要求される為、精密な機構が必要となる。本実施形態によれば、寸法の大きい角形基板のめっき装置において、技術的ハードルの高いメカ機構を必要とせずに、補助アノードに流す電流を制御することにより中間マスクの開口寸法を変更することと同様の効果を得ることができる。
形態10によれば、形態9のめっき装置において、 前記補助アノードは、複数の補助アノードに分割されており、 前記第1中央開口の角部以外において前記第1中央開口の各辺に沿って前記補助アノードが配置されている。
この形態によれば、四角形基板の角部に電場が集中して膜厚が大きくなる場合などに、角部の膜厚の増大を抑制することができる。
形態11によれば、形態1から10の何れかのめっき装置において、 前記アノードの露出面積を調整する可変アノードマスクが更に設けられている。
この形態によれば、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、可変アノードマスクによ
りアノードの露出面積(基板に向かう電場を提供する有効面積)を調整することができる。これにより、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、中間マスクの補助アノードに流す電流の制御、及び、アノードから基板に向かう電場の制御を組み合わせて、基板の各部に流れるめっき電流の大きさを調整し、めっき膜厚の均一化を図ることができる。
形態12によれば、形態1から10の何れかのめっき装置において、前記アノードは、複数のアノード片に分割された分割アノードであり、 電流を流すアノード片を選択することにより、前記基板に向かう電場を提供する前記アノードの有効面積を調整する、又は、各アノード片に流す電流を調整することにより、前記アノードから前記基板に向かう電場を調整する。
この形態によれば、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、アノードから基板に向かう電場の制御を電気的に行うことができる。これにより、ターミナルエフェクトの大きさに応じて、中間マスクの補助アノードに流す電流の制御、及び、アノードから基板に向かう電場の制御を組み合わせて、基板の各部に流れるめっき電流の大きさを調整し、めっき膜厚の均一化を図ることができる。
形態13によれば、基板をめっきする方法であって、 基板をめっきする方法であって、 基板とアノードとの間に配置される中間マスクを準備することであり、前記中間マスクが、前記アノードから前記基板に向かう電場を制御する中央開口と、該中央開口の周囲に配置された、前記アノードの面積の1/5以下である面積を有する補助アノードとを有すること、 前記基板のレジスト開口率及びシード抵抗の大きさに応じて、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整すると共に、前記中間マスクに配置された前記補助アノードに供給する電流を調整すること、を含む、方法が提供される。
形態14によれば、形態13の方法において、 前記アノードの露出面積を調整する可変アノードマスクにより、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整する。
形態15によれば、形態13の方法において、 前記アノードは、複数のアノード片に分割された分割アノードであり、 電流を流すアノード片を選択することにより、又は、各アノード片に流す電流を調整することにより、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整する。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
11 基板ホルダ
38 オーバフロー槽
39 めっき槽(めっきセル)
40 めっきモジュール
60 アノード
61 アノードホルダ
62 アノードマスク
62A 開口
63 アノードボックス
64 隔膜
70 中間マスク
71 マスク本体
71A ベースパネル
71B バックカバー
71C フロントカバー
71D コーナブロック
71E 中央ブロック
71F 通路
71G 通路
71H 導出口
72 内部空間
73 排気通路
74 排気口
75 遮蔽板
76 中央開口
77 開口
78 隔膜
80 補助アノード
81 バスバー
90 パドル
91 液面

Claims (14)

  1. 四角形の基板にめっきするためのめっき装置であって、
    前記基板と対向して配置されるアノードと、
    前記基板と前記アノードとの間で前記基板側に配置され、前記アノードから前記基板への電場を通過させる第1中央開口を有する中間マスクであって、前記第1中央開口の周囲に配置された補助アノードを有する中間マスクと、
    を備え、
    前記中間マスクの前記第1中央開口は、前記基板の形状に対応する形状を有し、
    前記補助アノードは、複数の補助アノードに分割されており、
    前記第1中央開口の角部以外において前記第1中央開口の四辺に沿って前記補助アノードが配置されている、
    めっき装置。
  2. 請求項1に記載のめっき装置において、
    前記中間マスクと前記基板との間の距離は、前記アノードと前記基板との間の距離の1/4以上かつ1/3以下である、めっき装置。
  3. 請求項1又は2に記載のめっき装置において、
    前記中間マスクは、
    第2中央開口を有し、前記第2中央開口の周りに前記補助アノードを収容する内部空間を有し、前記内部空間の前記基板側が開放されているマスク本体と、
    前記マスク本体の前記内部空間を覆うように設けられる遮蔽板であり、前記第2中央開口よりも小さい第3中央開口を有し、前記第3中央開口が前記第1中央開口を定義し、前記補助アノードの少なくとも一部の領域に重なる第1開口を有する遮蔽板と、
    を有する、めっき装置。
  4. 請求項3に記載のめっき装置において、
    前記遮蔽板は、前記第1開口を覆う隔膜を更に有する、めっき装置。
  5. 請求項1又は2に記載のめっき装置において、
    前記中間マスクは、前記補助アノードを収容する内部空間、及び前記補助アノードから前記基板に向かう電場を通過させる通路を有し、前記基板に平行な面内において、前記通路の出口は前記補助アノードと重ならない位置にある、めっき装置。
  6. 請求項5に記載のめっき装置において、
    前記中間マスクは、
    マスク本体と、
    前記マスク本体の前記基板側を覆うように取り付けられ、前記マスク本体とともに前記第1中央開口に対応する第4中央開口を形成するカバーと、
    前記マスク本体及び前記カバーに対して前記第4中央開口の縁部で取り付けられたブロックと、を有し、
    前記マスク本体は、前記内部空間を有し、前記補助アノードの少なくとも一部の領域に重なる第2開口を有し、前記カバーは、前記第2開口と連通する第1通路を有し、前記ブロックは、前記第1通路と連通する第2通路を有し、前記第1通路及び前記第2通路が、前記補助アノードから前記基板に向かう電場を通過させる前記通路を形成する、
    めっき装置。
  7. 請求項6に記載のめっき装置において、
    前記マスク本体は、前記第2開口を覆う隔膜を更に有する、めっき装置。
  8. 請求項1から7の何れかに記載のめっき装置において、
    前記アノードの露出面積を調整する可変アノードマスクが更に設けられている、めっき装置。
  9. 請求項1から7の何れかに記載のめっき装置において、
    前記アノードは、複数のアノード片に分割された分割アノードであり、
    電流を流すアノード片を選択することにより、前記基板に向かう電場を提供する前記アノードの有効面積を調整する、又は、各アノード片に流す電流を調整することにより、前記アノードから前記基板に向かう電場を調整する、めっき装置。
  10. 請求項1から9の何れかに記載のめっき装置において、
    前記複数の補助アノードは、電源の正極に接続されるバスバーに電気的に接続されている、めっき装置。
  11. 四角形の基板をめっきする方法であって、
    基板とアノードとの間に配置される中間マスクを準備することであり、前記中間マスクが、前記基板の形状に対応する形状を有し前記アノードから前記基板に向かう電場を制御する中央開口と、該中央開口の周囲に配置された複数の補助アノードとを有し、前記補助アノードが、前記中央開口の角部以外において前記中央開口の四辺に沿って配置されていること、
    前記基板のレジスト開口率及びシード抵抗の大きさに応じて、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整すると共に、前記中間マスクに配置された前記補助アノードに供給する電流を調整すること、
    を含む、方法。
  12. 請求項11に記載の方法において、前記アノードの露出面積を調整する可変アノードマスクにより、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整する、方法。
  13. 請求項11に記載の方法において、
    前記アノードは、複数のアノード片に分割された分割アノードであり、
    電流を流すアノード片を選択することにより、又は、各アノード片に流す電流を調整することにより、前記アノードから前記基板に向かう電場の広がりを調整する、方法。
  14. 請求項11から13の何れかに記載の方法において、
    前記複数の補助アノードは、電源の正極に接続されるバスバーに電気的に接続され、前記電源から前記バスバーを介して電流が供給される、方法。
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