JPS593556B2 - 回転電気メッキ方法及び装置 - Google Patents

回転電気メッキ方法及び装置

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JPS593556B2
JPS593556B2 JP56154902A JP15490281A JPS593556B2 JP S593556 B2 JPS593556 B2 JP S593556B2 JP 56154902 A JP56154902 A JP 56154902A JP 15490281 A JP15490281 A JP 15490281A JP S593556 B2 JPS593556 B2 JP S593556B2
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plating
cathode
flow rate
plate
directed
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ヨハネス・グランデイア
ダニエル・フランシス・オ−ケ−ン
ヒユ−ゴ・アルバ−ト・エミリオ・サンテイニ
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/007—Current directing devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S204/00—Chemistry: electrical and wave energy
    • Y10S204/07—Current distribution within the bath

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転式電気メッキ、より具体的には薄い金属膜
を電気付着するための方法に関する。
２５本発明の主な目的は、改良された回転式電気メッキ
方法を提供する事である。
本発明の他の目的は、厚さ、組成及び磁気的特性が一様
な金属膜を付着するための回転式電気メッキ方法を提供
する事である。
３０本発明の他の目的は、最小のギャップ又は部分の寸
法が１ミクロン又はそれよりも小さな金属膜。
が得られるような回転式電気メッキ方法を提供する事で
ある。電気メッキは、その固有の単純さにより、金属３
５膜及び合金膜の製造のための技術として用いられてい
る。
しかし金属膜のメッキにおける難しい問題の１つが、メ
ッキ電流が陽極から陰極へ至る経路上で電解質中を拡が
る傾向を有するという事から生じている。この電流の拡
がｂは、陰極上の局所的な電流密度の分布を不均一なも
のにする。従つて膜が不均一に付着し、膜の厚さは陰極
上の電流密度の変動に直接比例して変化する。さらに合
金膜例えばニツケルと鉄（パーマロイ）、又はニツケル
、鉄と銅などの磁性膜組成物が付着される場合、不均一
な電流密度分布は合金膜の組成の変化を引き起こす。導
体などの導膜電気部品並びに転送素子及びスイツチ素子
などの磁気デバイスの製作を目的としてメツキを用いた
時、厚さ及び合金の組成がデバイスの動作を決定するの
で、厚さ及び合金組成の一様性は非常に重要である。
これに関して、膜の厚さ方向の合金組成の変化と、メツ
キされたウエー・（陰極）全体上の１点から１点への横
方向の合金組成あるいは厚さの変化との区別に注意され
たいＯ米国特許第３３１７４１０号及び米国特許第３８
０９６４２号に卦いては厚さの一様性を増大゛させるた
めに、液体の通り抜ける（ＦｌＯｗ−ＴｈｒＯｕｇｈ）
陽極及び穴あき領域を有する・・ウジングを用いている
。
米国特許第３６５２４４２号では、電極のヘリがメツキ
槽の絶縁壁と事実上接触するように電極を槽内に置く事
によつて厚さの−様性を改善している。これらのプロセ
スは従来技術に訃ける進歩であつて、その時点で用いる
のに充分な程度にメツキ層の一様性を改善している。磁
気バブル・モジユールにおいて、発生器、スイツチ、転
送素子、伸張器、検出器、感知器等の全ては寸法が１μ
以下から１５μ以上にわたる薄ぃパーマロイ素子から出
来てぃる。これらのパーマロイ素子は除去型プロセス又
は付加型プロセスのいずれかによつて作られる。除去型
プロセスは、例えば基板上にパーマロイの層を蒸着し、
フオトレジスト ・マスクを用いてパーマロイをエツチ
ングし、所望のパーマロイ・パターンを残す方法である
。しかし１μ程度又はそれよジも小さな最小のギヤツプ
又は部分の寸法は、フオトリングラフイ及びイオン・ミ
リングの２つのプロセスにおいて要求される線幅の制御
によ）得るのは困難である。またイオン・ミリング中の
パーマロイの再付着はパーマロイの磁気的特性を劣化さ
せる。付加型プロセスは、例えば基板上にパーマロイを
フラツシユ蒸着し、次にフオトレジスト・マスクを付着
し、そしてマスク開口中の基板上に直接的に所望の素子
をメツキする方法である。メツキ工程は直接的にフオト
リングラフイ・パターンを複製するので、パーマロイの
配線及びギヤツプの制御は１つのプロセス即ちフオトリ
ングラフイによつて影響を受けるだけである。付加型プ
ロセスを用いれば、１μ又はサブミクロン領域の寸法の
ギヤツプ又は部分が得られる。しかしながら付加型プロ
セスが受け入れられるには、メツキされたパーマロイの
組成、磁気的性質及び厚さを一様にする必要があるが、
これは従来技術のメツキ装置及びメツキ方法を用いて得
る事はできなかつた。以下、至る所一様な厚さ及び組成
を有する薄い金属膜を回転電気メツキするための装置及
び方法について説明する。この装置は、膜が付着される
ウエ・・陰極上に当るメツキ液の流量分布に差を与える
ように、一様な間隔で大きさが増加する放射状に配置さ
れた複数のノズル又は半径方向の間隔が変化する同一寸
法の複数のノズルを有する、通り抜けジニット・プレー
ト（ＦｌＯｗ−ＴｈｒＯｕｇｈｊｅｔｐｌａｔｅ）を有
する。ノズルの間隔及び大きさは一様な厚さを得るのに
重要である。１つの良好な実施例においては、円形のプ
レートの中心から離れると共にプレートの孔の寸法が増
加する。
別の良好な実施例では、孔は一様な大きさだが、孔の位
置がプレートの中心から離れるにつれて孔の間の間隔が
よジ小さくなる。これは中心からの距離の関数として、
ウエ・・表面に対する流れの制御された増加を生じさせ
るのに役立つ。この装置に卦いてはメツキ液の流速の増
加だけが メツキされた厚さの減少を生じさせる。ウエ
一・への及びシーピング・リング（Ｔｈｉｅｖｉｎｇｒ
ｉｎｇ）への電流は、メツキ工程を通じて陰極に対する
電流比を一定に保つように制御される。この電流比は、
サンプルあるいは陰極回路並びにシーピング・リング回
路に可変抵抗を入れる事によつて一定に保たれる。２つ
の可変抵抗を適当に調整する事によつて、サンプル陰極
回路及びシーピング・リング回路の抵抗値が一定のレベ
ルに維持される。
良好な実施例に訃いては、通ジ抜けジニット・プレート
は、付着工程中に陽極の露出面積が一定量に維持される
ような陽極を有する。この方法は、１μ以下の寸法の最
小のギヤツプ又は部分を有する素子を、一様な厚さ及び
組成で同時に付着させる事ができる。第１図を参照する
と、本発明に従つて回転式電気メツキ槽１０は、メツキ
液の入つた室１４を含むタンク１２を有する。メツキ液
は入口１６から管１８を通つて室１４に流れる。室１４
の一方の側には、複数の孔あるいはノズル２２を有する
通ジ抜けジニット・プレート２０がある。プレート２０
を貫通して室１４内に陽極一・ウジング２４が設けられ
ている。また陽極ハウジング２４の中では陽極２６が板
２０の中に伸び、陽極端部２８がプレート２０から先に
突出している。環状の電流偏向器３０が、陰極３４によ
つて支持されたウエハ３２に向かう電流を偏向させるた
めに、プレート２０に接続される。
陰極３４は、モータ３８によつて回転される軸３６に接
続されている。またウエ・・３２はウエ一・支持体４０
を持ち上げる事によつて取シはずす事ができる。さらに
ウエハ３２を取）囲んでシーピング・リング４２が設け
られている。ウエハ３２、陰極３４及び陽極端部２８を
取り囲むメツキ液は室４４内にあ虱室４４内の過剰なメ
ツキ液は開口４６を通つて液だめ４８に入る。液だめ４
８内のメツキ液は図示していない手段によつてタンクに
移送され、そこで再生される。第１図に示す陰極は回転
陰極である。
もし陽極及びジニット・プレートが回転するならば、固
定された陰極を用いて本発明を実施する事も可能である
。さらに陰極及び陽極の両方を同時に回転させる事も可
能である。しかし２つの電極系の１つは回転しなければ
ならない。第１図において、可変抵抗Ｒ２が陰極３４に
接続され、可変抵抗Ｒ１がシーピング・リング４２に接
続され、そして陽極２６に接続する事によつて回路が完
成している。
陰極３４及びシーピング・リング４２へ至る電流は各々
電流計Ａ２及びＡ１によつて監視される。可変抵抗Ｒ１
及びＲ２は、メツキ工程中に陰極３４に対して一定の電
流比を維持するためにメツキの前に調整される。Ｒ１及
びＲ２の大きさは、シーピング・リング及びウエ・・の
抵抗値例えば２Ωよりもかな）高く、例えば６０Ωであ
る。第２Ａ図に示すように、通ｂ抜けジニット・プレー
ト５０は円板の中心から周辺に至る線上に配置された複
数の孔即ちノズル５２，５４，５６，５８及び６０を有
する。
孔５２〜６０は互いに等しい間隔に配置されている。孔
の大きさは最も小さな孔５２が中心近くにあシ、最も大
きな孔６０がプレートの外側近くにあるように変化する
。従つて孔の大きさは、中心から外側へ向つて増加して
いる。大きな孔ほど流量が大きく、付着層はより薄くな
る。またよジ小さな孔はより小さな流量を有し、これは
より厚い付着層を生じる。通ｂ抜けジニット・プレート
の他の実施例が第２Ｂ図に示されている。
プレート６２は、中心から外縁に至る線上に複数の孔６
４，６６，６８，７０，７２及び７４を有する。孔６４
〜７４は大きさが等しい。しかしながらプレート６２の
外縁近くの孔７４と７２の間隔は、プレートの中心近く
の孔６４と６６の間隔よジも小さい。中心から離れると
共に孔の間の距離が減少すると、板６２の中心付近では
付着層がよ勺厚くなる。本発明の実施の際に板５０又は
６０のいずれか一方、又はその組み合わせを用いてもよ
い。例 磁気バブル支持エピタキシヤル層を上面に有するガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネツト（ＧＧＧ）ウエ一・が、
パーマロイ・パターンをその上に設けるために、本発明
に従つてメツキされた。
Ｎｉ−Ｆｅメツキ液のＰＨは２．５０、浴の温度は２５
℃であつた。メツキ液のＦｅ濃度は１．５９／ｔで、比
重は２５℃において１．０３９であつた。メツキ電流は
２４０ｍＡであつた。メツキ液は、約５００Ａ／分のメ
ツキ速度を得るように、第２Ａ図のジニット・プレート
・ノズルをポンプにより通過させられた。第１図に示す
ように陰極−ウエ・・に接続された抵抗Ｒ２及びシーピ
ング・リングに接続された抵抗Ｒ１は、電流計によつて
測定した時に不均等な電流を与えるように調節される。
Ｒ１によつて調整された電流は１１５ｍＡ１Ｒ２によつ
て調整された電流は１２５ｍＡであつた。ＧＧＧウエ・
・上のパーマロイの厚さの一様性は第３図に示されてい
る。
メツキされた厚さが、ウエ・・上の位置に関して、即ち
ウエ・・の左側から右側まで、オングストローム単位で
プロツトされている。本発明に従つて得られたデータは
曲線８０で示される。その厚さは約３８００Ａから４１
００Ａまで変化している。変動は２．７５％＝１σであ
つた。これと対照的に、従来技術の方法及び装置では曲
線８２が得られた。曲線８２に関する変動は１９％＝１
σである。従来技術の変形によれば、変動１１．２５％
＝σを有する曲線８４が得られた曲線８０の電気メツキ
膜の厚さの変動は、１μ以下の大きさの最小特徴部分を
メツキする事を可能にする。これは曲線８２及び８４で
表わされる従来技術の方法によつては明らかに不可能で
ある。メツキされたＮｉ−Ｆｅパターンの組成をウエー
・上の多くの位置で調査した所、ウエ一・全体にわたつ
てＦｅは１４．４±０．４重量％（σ＝０．２％）であ
る事が見い出された。本発明によれば、複数のウエ一・
上のメツキされた厚さの一様性は±２σ＝±６（Ｆ６に
制御される。
ウエハからウエハへの厚さの一様性は±２σ＝±６％で
ある。全体のメツキされた厚さは±２σ＝±９％である
〇
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の回転式電気メツキ槽の断面図、第２Ａ
図は大きさが半径方向に増加する複数の孔を有するプレ
ートの上面図、第２Ｂ図は半径方向に間隔が変化する複
数の孔を有するプレートの上面図、第３図はウエ一・上
の位置の関数として膜の厚さを比較したグラフである。 ２０・・・ジニット・プレート、２２・・・ノズル、２
６・・・陽極、３２・・・ウエ・・ ３４・・・陰極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ メッキすべき平坦な物体に金属層を付着するための
    回転電気メッキ方法であつて、上記物体に対して陰極を
    配置し、 上記物体の半径方向に生じる不均一なメッキ速度を補償
    するために、上記物体のメッキ速度がより大となる傾向
    を呈する部分に対してより流量の大なるメッキ液を指向
    させ、メッキ速度がより小となる傾向を呈する部分に対
    してより流量の小なるメッキ液を指向させる不均一な流
    量分布を呈する所定の寸法及び間隔の複数個のノズルを
    有するプレートを上記物体に対向させ、上記陰極及び上
    記ノズルの少くとも一方を回転させる事を特徴とする回
    転電気メッキ方法。 ２ メッキすべき平坦な物体に金属を付着するための回
    転電気メッキ装置であつて、上記物体に対して配置した
    陰極と、 上記物体の半径方向に生じる不均一なメッキ速度を補償
    するために、上記物体のメッキ速度がより大となる傾向
    を呈する部分に対してより流量の大なるメッキ液を指向
    させ、メッキ速度がより小となる傾向を呈する部分に対
    してより流量の小なるメッキ液を指向させる不均一な流
    量分布を呈する所定の寸法及び間隔の複数個のノズルを
    有するプレートと、上記陰極及び上記ノズルの少くとも
    一方を回転させる手段とを有する事を特徴とする回転電
    気メッキ装置。
JP56154902A 1980-11-24 1981-10-01 回転電気メッキ方法及び装置 Expired JPS593556B2 (ja)

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JPS5789495A JPS5789495A (en) 1982-06-03
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