JPH0270098A - メッキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ウェファ−等の平板状の物品にメッキを施す
のに適したメッキ装置に係り、無端環状のメッキ槽と、
このメッキ槽を形成する互いに対向する一対の側壁のう
ちの一方の側壁に該側壁の表面と略同一面となるように
設けられた陽極と、前記一対の側壁のうちの他方の側壁
に設（：ｌられ該側壁の表面と略同一面をなすようによ
うにかつ前記陽極と対向するように被メッキ物を保持す
る保持部と、これら一対の側壁に挟まれた空間をメッキ
槽の無端方向に沿って一方向に移動する攪拌板からなる
攪拌ユニットとを備えたメッキ装置？こより、均一な膜
厚・均一な膜質の金属薄膜をメッキできるようにしたも
のである。

「従来の技術」 ウエフア−仮に精密メッキを行う装置として、ウェファ
−上を陰極の長さ方向に沿ってウェファ−」二を往復運
動するパドルによりメッキ液を攪拌するパドル式往復運
動攪拌メッキ装置が知られている。例えば米国特許４１
０２７５６号には、槽の中心部に陽極がつり下げられ、
底部に陰極が設けられろと共に、陰極の表面にｌａって
パドルが一定速度で往復運動してメッキ液に層状の流れ
を発生させることにより、メッキ族を均質化した状態で
メッキできるメッキ装置が開示さ１１ている。

また均質なメッキを行うためのメッキ装置として、特開
昭６２−２０７８９５号公報に記載されたものがある。

この公報に記載されたメッキ装置は、メッキ液の流路を
与えるチャネルを限定するような位置に固定された２つ
の離間した壁部材と、この壁部１；４？こよって限定さ
れたチ］・ネルに下から上方に向かって流れたあとオー
バーフローずようにメッキ液を供給する導入手段と、細
かく電流を制御ずろ補助電極なとからなるものである。

「発明か解決しようとする課題」 前記米国特許４１０２７５６号に記載されたメッキ装置
では、メッキ液が往復運動する際に揺り戻しが生じるの
で、一部分て層状でない不均一な流れが生じる。この為
ウェファ−周囲、特にメッキ液の流れ方向にある端部に
、膜厚・膜質の不均一か生じる。

また、特開昭６２−２０７８９５号公報に記載されたメ
ッキ装置においては、有限長の壁面剪断流がメッキ物と
直角方向にある壁面の影響を受（プるので、被メッキ物
の流れと直角の方向において、必ずしも同一強度を持つ
層流とはなりにくく、このため均一な膜厚、均一な膜質
のメッキを行うためには補助電極等の補正手段が必要で
ある不＜１２がある。

このように従来のメッキ装置ては、メッキ液の均一な流
れを被メッキ物表面全体に発生させることが困難であり
、膜質が均一（ウニファー−にで無欠陥であること。組
成、粒子サイズ等が揃っていること）で、かつ膜厚が均
一なメッキ膜を形成することができない。このため半導
体素子の微細化、高機能化に伴い改善が求められていた
。

「発明の目的」 本発明の目的は、ウェファ−表面に膜質および膜厚が均
一なメッキ膜を形成でき、微細な半導体素子のメッキ処
理にも好適に用いることができるメッキ装置を提供する
ことにある。

「課題を解決するための手段」 本発明では、無端環状のメッキ槽と、このメッキ槽を形
成する互いに対向する一対の側壁のうちの一方の側壁に
該側壁の表面と略同一面となるように設（Ｊられた陽極
と、前記一対の側壁のうちの他方の側壁に設けられ該側
壁の表面と略同一面をなすようにようにかつ前記陽極と
対向するように被メッキ物を保持する保持部と、これら
一対の側壁に挟まれた空間をメッキ槽の無端方向に沿っ
て一方向に移動する攪拌板からなる攪拌ユニソＩ・とに
よってメッキ装置を形成することにより、前記目的を達
成した。

ここで無端環状と（Ｊ１メッキ槽に収容されたメッキ液
か循環可能なように、端部が連結されて無端とされた状
態を示し、輪のようにまるい形状のものに限定されず、
楕円、多角形状等、さらには−部に内方や外方に湾曲さ
れた部分を有ずろ環形をも含むものとする。

またここで゛′略同一面をなず”°とは、一方の側壁の
表面と陽極の表面、あるいは他方の側壁の表面と被メッ
キ物の表面とが滑らかに連続する面を形成すること、よ
り具体的にはメッキ液の循環流の層状に流れる状態が良
好に保たれる程度に連続していることを意味する。

本発明のメッキ装置において保持部に収められた被メッ
キ物と陽極とは、平行に対向するように設けられること
が望ましい。また陽極のメッキ族と接する面は、被メッ
キ物のメッキされろ表面と略同じ面積に形成されること
が望ましい。

この陽極（Ｊ１施ずメッキの材質に応じた材料によって
形成される。例えば銅メッキを行う場合は、イオン濃度
の変動に伴うメッキ膜質、膜厚の変動を防ぐ為に、含リ
ン銅によって陽極が形成されことが望ましい。またパー
マロイメッキを行う場合には、ｐ　Ｉ−１の変動を防ぐ
ため７こニッケル、白金チタンなどによって陽極が形成
されることが望ましい。またこの陽極には、陽極溶解残
些のメッキ液中への混入を防止するために、ポリプロピ
レン製布等からなるアノードハックを被せることが望ま
しい。

本発明のメッキ装置において、攪拌ユニットの攪拌板お
よび、メッキ槽は、塩化ビニル、ポリプロピレン等の非
導電性でかつメッキ液と反応しない月利によって形成さ
れることが望ましい。

攪拌ユニットの攪拌板は、前記保持部に取りイ」（Ｊら
れた披メッキ物の表面に近接した位置を移動するように
設計されることが望ましい。またこのｌｉｔ拌板の長さ
と移動範囲は、少なくとも攪拌板の移動の軌跡が披メッ
キ物の表面全体をカバーするように設定されることが望
ましく、可能ならばできるだけ広い範囲に亙ってメッキ
槽と平行に移動ずろように設計されることが望ましい。

前記のようにメッキ槽は、前記の如く各種の無端環状の
形状に形成できろか、中でも輪のように丸い形状に形成
されることが望ましい。メンキ槽を丸い形状に形成する
場合は、前記メッキ槽を形成する互いに対向する一対の
側壁を、径の異なる外円筒板と内円筒板を用いて形成す
ると良い。このように側壁が円筒板によって形成された
場合は側壁が湾曲しているので、円筒板は、面記保持部
によって保持される被メッキ物が疑似的に側壁の表面と
略同一面を形成しているとみなし得る程度の径で形成さ
れることが望ましい。より具体的には、メッキ槽内を流
動するメッキ液の層状の流れが乱されない程度に被メッ
キ物の面と側壁の表面とが、滑らかに連続するように、
円筒板の径が設定されることが望ましい。この場合円筒
板の径は大きいほど良いので、被メッキ物のセットされ
る保持部は外円筒板側に配置されることが望ましい。

一対の側壁が内外円筒板によって形成された場合は、こ
れら内外円筒板をそれらの中心が一致するように配置し
て、内外円筒板間に幅の一定したメッキ液流路を形成す
ることが望ましい。さらにこれら内外円筒板は、垂直に
設置されることが望ましい。

またこのようにメッキ槽が内外円筒板によって形成され
た場合は、攪拌ユニットを、外円筒板と内円筒板との間
に挿入される攪拌板と、該板を円周方向すなわち環方向
に沿って一方向に移動させる回転機構とによって構成す
ることが望ましい。

なお、本発明のメッキ装置には、保持部を一箇所のみで
なく、複数設置プることかできる。この場合は、複数の
保持部がメッキ槽の無端方向に沿って（すなわちメッキ
槽が輪状である場合は円周方向にｌａっで）配置される
ことか望ましい。また、各保持部に対応した位置には陽
極を設けることが望ましい。

１作用　」 本発明のメッキ装置では、メッキ槽内を無端方向に沿っ
て一方向に移動する攪拌板に機械的に押されて、無端環
状のメッキ槽中をメッキ液が循環せしめられる。そして
、攪拌板を一定速度で移動させることによって、循環す
るメッキ液は次第に攪拌板の動きと同期して安定した一
定速度の循環流を形成する。

このメッキ装置では、前記一対の側壁の一方に被メッキ
物がセットされており、この攪拌ユニットの攪拌板によ
って形成されたメッキ液の循環流が、被メッキ物の表面
を該表面と平行にかつ表面全体を均一な速度で通過する
。

前記メッキ槽をなす互いに対向する一対の側壁が、径の
異なる外円筒板と内円筒板とによって形成された場合は
、循環するメッキ液に加わる加速度が一定となるので、
より安定したメッキ液の流れが形成される。

「実施例」 第１図および第２図は、本発明のメッキ装置の一実施例
を示すものである。

このメッキ装置は、メッキ槽１と攪拌ユニット２によっ
て概略構成されている。

このメッキ槽Ｉは、第３図・第４図に示すように、径の
大きな外円筒板４と径の小さい内円筒板５とが円い平板
６とによって形成されている。外円筒板４と内円筒板５
はリング状のもので、同じ高さに形成されている。これ
ら内外円筒板４．５は中心が一致するようにして平板６
に水密に固定されている。これにより、内外円筒板４，
５間には、深さと幅が一定な輪状のメッキ流路１ａが形
成されている。またこのメッキ槽Ｉの外円筒板４の内径
は、メッキ液流路ｌａ内を流動するメッキ液の流れが後
述する保持部８にセットされた被メッキ物１１の表面で
乱れない程度に、被メッキ物１１の表面と外円筒板４の
内面とが滑らかに連続するような大きさに設定されてい
る。

また内外円筒板４．５のメッキ液流路ｌａ側の部分には
、ぞれぞれメッキ液の温度をコントロールするためのヒ
ーターが埋め込まれている。

このメッキ槽ｌを形成する内円筒板５には陽極板７が設
（Ｊられでおり、外円筒板４には被メッキ物を保持する
保持部８が設けられている。

陽極板７は、板状のもので、内円筒板５の内面と略同一
面を形成するように設けられている。この陽極板７は、
図示しない電源と電気的に接続されている。またこの陽
極板７は、後述する被メッキ物１１と同じ面積に形成さ
れている。

前記保持部８は、外円筒板の外周に取り付けられた収容
箱９と、その中に収められた陰極アッセンブリー］０と
から概略構成されている。陰極アッセンブリー１０は、
第５図に示すように、被メッキ物１１を保持するもので
、バックプレート１４と、その前面に取り付けられた導
水板１３および板状のボルダ−１２、１２とによって形
成されている。導水板１３は外円筒板４の内周面に沿っ
て流れるメッキ液をその層状の流れが乱れないように円
滑に被メッキ物１１の表面にまで導くもので、中央には
被メッキ物１１が収められる開口１６が設げられている
。この例のメッキ装置の処理対象とする被メッキ物１１
は、第６図に示すように、ウェファ−２０の表面に金属
下地層２１が形成され、その上にレジストパターン２２
が形成されたものである。この陰極アッセンブリー１０
は、導水板１３と被メッキ物」」の為す表面が外円筒板
４の内周面と略同一面を形成するように外円筒板４に設
置されている。前記ボルダ−１２，１２は板状のもので
、前記被メッキ物１１をハックプレート］４に固定して
いる。２枚のボルダ−１２１２は、メッキ液の流れ方向
と平行に設けられており、被メッキ物１１の」１下端部
を押さえている。このボルダ−１２，１２は、図示しな
い電源の陰極と被メッキ物１１とを電気的に接続する回
路の一部をも兼ねている。またこのボルダ−１２，１２
は、メッキ液の流れを乱さないように極薄く形成されて
おり外円筒板４の内周面とできるだけ同じ高さになるよ
う？こなされている。

前記攪拌ユニット２は、第７図および第８図に示すよう
に、攪拌板２７・・と回転機構２４とからなるもので、
回転機構２４は回転モータ２５と該モータ２５の回転軸
に取り付けられた回転板２６とによって構成されている
。攪拌板２７・・・は、回転板２６の下面側に外周に沿
って等間隔に配置されている。またこれら攪拌板２７・
・は、回転モータ２５による回転方向の接線に対して直
角に交わるように取り付けられている。この攪拌ユニッ
ト２の攪拌板２７・・・は、第１図に示すように、外円
筒板４と内円筒板５との間に挿入され、前記保持部８に
取り付けられた被メッキ物」」の表面に近接した位置を
移動するように配置されている。また攪拌板２７の長さ
は、保持部８に取り付けられた被メッキ物ｊ１の下端よ
りも下に達するにうに設定されている。

このメッキ装置では、メッキ槽１が環状に形成、されて
おり、攪拌ユニット２が回転されるとその攪拌板２７・
に押されてメッキ槽１中のメッキ液がメッキ槽１中を移
動し、やがて攪拌板２７・の速度と同じ速度で循環する
。そして循環するメッキ液はメッキ槽１の外円筒板４の
なず側壁と平行な層状の流れを形成する。そして、この
メッキ液は外円筒板４の保持部８に装着された被メッキ
物１１の表面全体を均一な速度で平行に通過する。

このようにこのメッキ装置では、被メッキ物の表面全体
を平行に移動する安定したメッキ液の循環流が形成され
るので、無欠陥で、組成、粒子サイズ等の揃った均質な
メッキ膜を均一な厚さに形成することができる。

「実験例」 （実験例Ｉ） 上記実施例のメッキ装置を用いて、ウエファー２０に銅
メッキを行った。

ウェファ−２０には、予めスパッタ等により銅の金属下
地層２１を形成し、レジストパターン２２を印刷　し　
ノこ　。

また用いたメッキ液の組成は、硫酸銅７４ｇ／ρ、硫酸
１７４ｇ／夕、塩素イオン濃度３９ｇ／Ｑ、であった。

また銅メッキの表面に光沢を出すために、メルテソクス
製ＰＣＭを必要に応じて添加した。メッキ液の温度を２
５℃に保ち、攪拌板２７・・・が被メッキ物１１の前を
Ｉ　８　ｃｍ／　ｓｅｃの速度で通過するように攪拌ユ
ニット２を回転させた。また陽極板７には、含リン銅製
で被メッキ物１１のウェファ−２０と同一面積に形成さ
れたものを用いた。この陽極板７の表面には、陽極溶解
残些のメッキ液中への混入を防ぐ為に、目の詰まったポ
リプロピレン製の布がアノードハックとして設（ジられ
た。

以」―の条件で、銅メッキを行ったところ、銅が毎分０
５μｍ析出し良好な光沢を示すメッキを施すことができ
た。メッキ後、被メッキ物１１を取り出してウェファ−
２０上の銅パターンの膜厚を調べたところ、膜厚分布は
±３％以内であった。また欠陥は観察されなかった。

（実験例２） 」１記構造のメッキ装置を用いて、Ｆ　ｅ−Ｎ　ｉの合
金メッキをウェファ−に施した。

またスパッタによりウェファ−２０にＮ　ｉ−Ｆ　ｅの
金属下地層２１を形成した後、部分的にレジストパター
ン２２を形成して、被メッキ物１１とした。ここではレ
ンストを部分的にメッキをカッＩ・する程度のものとし
て、メッキが被メッキ物１１のほぼ全面に近く行なわれ
るようにした。

メッキ液には、ニッケルイオン（Ｎｉ”）が６６ｇ／Ｑ
、鉄イオン（Ｆｅ　２＋　）が１．９ｇ＃２含まれたも
のを用いた。またこのメッキ液には、ｐｌ（緩衝剤とし
てホウ酸を添加してｐＨを３〜３．５に制御した。また
メッキ膜の応力を緩和するための添加剤（サッカリンお
よびサッカリンを含んだ適当な応力緩和剤、界面活性剤
等）を添加した。メッキ液の温度は、４０℃〜４８°Ｃ
の範囲で複数設定された。各設定温度は±０．１℃の幅
にコントロールされた。また攪拌速度は、メッキ液の流
速が被メッキ物１１の表面で４．０　ｃｍ／　ｓｅｃに
なるように制御された。

陽極に（Ｊ、ウェファ−２０と同面積の白金メッキされ
たＴｉ板上に網目状にニッケルが張り付（Ｊられたもの
が用いられた。

以上の条件でＦ　ｅ−Ｎ　ｉメッキを行ったところ、浴
温度によってメッキ膜の組成が変化した。メッキ膜組成
の温度依存性は、ｌＮ１−ｗｔ％／’Ｃであった。

電流密度４Ａ／ｄｍ２、浴温度４４℃でメッキを行った
ところ、メッキ速度は８分間で４μＲであった。またメ
ッキ膜のニッケル組成は８１ｗｔ％、組成のばらつきは
被メッキ物１１の全面で±１％以下であった。モして膜
厚のばらつきは、被メッキ物］１の表面全体で±２５％
以下であった。

「発明の効果」 以」二説明したように本発明のメッキ装置は、無端環状
のメッキ槽と、このメッキ槽を形成する互いに対向する
一対の側壁のうぢの一方の側壁に該側壁の表面と略同一
面となるように設（′３られた陽極と、前記一対の側壁
のうちの他方の側壁に設けられ該側壁の表面と略同一面
をなすようにようにかつ前記陽極と対向するように被メ
ッキ物を保持する保持部と、これら一対の側壁に挟まれ
た空間をメッキ槽の無端方向に沿って一方向に移動する
攪拌板からなる攪拌ユニットとを備えたものなので、メ
ッキ槽内を無端方向に沿って一方向に移動する攪拌板に
機械的に押されて、無端環状のメッキ槽中をメッキ液が
循環せしめられる。そして、攪拌板を一定速度で移動さ
せることにｊ：って、循環するメッキ液は次第に攪拌板
の動きと同期して安定した一定速度の循環流を形成する
。この結果、本発明のメッキ装置では、一方の側壁にセ
ットされた被メッキ物の表面を機械的に形成されたメッ
キ液の安定した循環流が、表面と平行にかつ表面全体を
均一な速度で通過することとなる。このように本発明の
メッキ装置では、被メッキ物表面全体に対してメッキ液
の均一な流れが形成されるので、被メッキ物に膜質およ
び膜厚が均一なメッギ膜を形成できる。

従って本発明によれば、微細な半導体素子のメ・ツギ処
理にも好適に利用できるメッキ装置を提供することがで
きる。

またメッキ槽を形成する互いに対向する一対の側壁が、
径の異なる外円筒板と内円筒板とによって形成された第
２発明のメッキ装置にあっては、循環するメッキ液に加
わる加速度が一定となるので、より安定したメッキ液の
流れが形成され、より均質で膜厚の一定したメッキを行
うことのできるメッキ装置となる。

さらに攪拌ユニットとして、外円筒板と内円筒板との間
に挿入された攪拌板と、該攪拌板を円周に沿って一方向
に移動させる回転機構とからなるものを用いた第３発明
のメッキ装置は、さらに安定したメッキ液の流れが形成
でき、より均質て膜厚の一定したメッキを行うことので
きるメ・ツキ装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のメッキ装置の一実施例を示ず断面図
、 第２図は実施例のメッキ装置を上方から見た状態を示す
平面図、 第３図は、実施例のメッキ装置を構成するメッキ槽を示
す平面図、 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ線線断断面図第５図は、
実施例のメッキ装置を構成する保持部の陰極アッセンブ
リーの設（プられた部分を示す一部断面視した斜視図、 第６図は、実施例のメッキ装置によって処理される被メ
ッキ物を示す断面図、 第７図は、実施例のメッキ装置を構成する攪拌ユニット
を示す正面図、 第８図は、同攪拌ユニットを下から見た状態を示す平面
図である。 トメッキ槽　　　２　Ｒ拌ユニット ４　外円筒板　　　５・内円筒板 ７・・・陽極板　　　　８・・保持部 １１・被メッキ物　　２７　　攪拌坂

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）無端環状のメッキ槽と、このメッキ槽を形成する
   互いに対向する一対の側壁のうちの一方の側壁に該側壁
   の表面と略同一面となるように設けられた陽極と、前記
   一対の側壁のうちの他方の側壁に設けられ該側壁の表面
   と略同一面をなすようにようにかつ前記陽極と対向する
   ように被メッキ物を保持する保持部と、これら一対の側
   壁に挟まれた空間をメッキ槽の無端方向に沿って一方向
   に移動する攪拌板からなる攪拌ユニットとを備えたメッ
   キ装置。
2. （２）前記メッキ槽を形成する互いに対向する一対の側
   壁が、径の異なる外円筒板と内円筒板とによって形成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載のメッキ装置。
3. （３）前記撹拌ユニットが、外円筒板と内円筒板との間
   に挿入された攪拌板と、該攪拌板を円周に沿って一方向
   に移動させる回転機構とからなるものであることを特徴
   とする請求項２記載のメッキ装置。