JPWO2017110765A1 - めっき装置 - Google Patents

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Abstract

めっき装置(10)は、めっき液(22)が注入される水槽(30)と、水槽(30)内に設置される陽極としての筒状のノズル(40a)を有するノズル部(40)と、水槽(30)内に陽極に平行に設置される陰極としての被めっき物(20)と、ノズル部(40)と被めっき物(20)との間に電圧を印加する直流電源(60)と、水槽(30)に注入されためっき液(22)がノズル(40a)を通って被めっき物(20)へ噴出されるように循環させるポンプ(70)とを有する。ノズル(40a)の内径よりも小径の貫通穴(42a)を有する穴開き板部材(42)を、ノズル(40a)の開口領域に貫通穴(42a)が対向するように、ノズル部(40)の流入側に配設した。

Description

本発明は、被めっき物に均一なめっき膜を形成可能なめっき装置に関する。
近年、めっき技術は、様々な技術分野で応用されており、半導体の配線技術にも使用されている。半導体分野では、半導体の高集積化及び高性能化を実現するために、半導体の配線ピッチを縮小することが要求されている。最近では、被めっき物としてのシリコンウェハ上に形成された酸化膜にドライエッチングによって配線用の溝を形成し、その溝をめっきして配線材料を埋め込む手法が多く用いられている。
実際に被めっき物を電気めっきする場合、例えば水槽内にめっき液を注入し、このめっき液を陽極側のノズルから陰極側の被めっき物に向けて噴出させて、めっきを行なう。この場合、陰極近傍の金属イオンが析出して陰極近傍の金属イオン濃度が低下するため、陰極である被めっき物に向けて新しいめっき液をノズルから高速で噴出させながら、めっきする。これにより、陰極側の被めっき物近傍の金属イオン濃度を均一にすることにより、被めっき面に形成されるめっき膜の厚さを均一にすることができる。この種の技術として特許文献1の装置がある。
特開2006−52471号公報
しかし、上述したようにノズルからめっき液を被めっき物に高速で噴出させると、この噴出されためっき液に多くの泡(気泡)が発生してめっき面に当たる。泡が当たっているめっき面部分では、泡に邪魔されてめっき液が当たりずらくなる。このため、めっき面に模様{図2B参照}や、焦げ付き跡{図2C参照}等が付くことになり、めっき面全体に均一なめっき膜が形成できなくなるという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被めっき物のめっき面に均一なめっき膜を形成することができるめっき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の手段として、本発明は、めっき液が注入される水槽と、当該水槽内に設置される陽極としての筒状のノズルと、当該水槽内に前記ノズルに対向して設置される陰極としての被めっき物と、前記ノズルと前記被めっき物との間に電圧を印加する直流電源と、前記水槽に注入されためっき液が前記ノズルを通って前記被めっき物へ噴出されるように前記めっき液を循環させるポンプとを有するめっき装置において、前記ノズルの流入側の開口を、当該ノズルの内径よりも小径に制限する開口制限手段を備えることを特徴とするめっき装置である。
本発明によれば、被めっき物のめっき面に均一なめっき膜を形成することができるめっき装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係るめっき装置の構成を示す縦断面図である。 被めっき物のめっき面に均一にめっき膜が形成された状態を示す図である。 被めっき物のめっき面のめっき膜の四隅に模様ができた状態を示す図である。 被めっき物のめっき面のめっき膜に焦げ付き跡ができた状態を示す図である。 比較例のめっき装置の構成を示す縦断面図である。 本実施形態の変形例のめっき装置の構成を示す縦断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
<実施形態の構成>
図1は、本発明の実施形態に係るめっき装置の構成を示す縦断面図である。
図1に示すめっき装置10は、シリコンウェハ等の被めっき物20のめっき面20aに均一なめっき膜{図2Aの符号22a参照}を形成するものである。めっき装置10は、大きく分類して、水槽30と、ノズル部40と、被めっき物セット部50と、直流電源(電源)60と、ポンプ70とを備えて構成されている。
水槽30は、例えば透明なアクリル等の樹脂材により形成され、全体が直方体形状を成し、直方体形状の内部の底面に、上方へ角筒状に突出したノズル固定部31が設けられている。また、水槽30の底面部32は所定の厚みを有し、この底面部32には、底面32aと外部側面32bとの間をL字形状に貫通する流路33が形成されている。流路33の底面32aに抜ける開口は、ノズル固定部31の角筒内に位置している。本実施形態では、ノズル固定部31は角筒状として説明するが、円筒形状等の他の形状であってもよい。
更に、水槽30の上部開口には、角板状の蓋34が取り付けられている。この蓋34は、その上部開口を開閉可能なように図示せぬ蝶番等の金具で組み付けられており、上部開口を閉塞状態でロック可能となっている。蓋34の中央部には、貫通するネジ穴34aが形成され、ネジ穴34aに押圧ネジ35が螺合されている。本実施形態では、押圧ネジ35とするが、押圧ネジ35に代え、バネの入ったプランジャを用い、蓋34を閉めるだけで一定の圧力が掛かるようにしてもよい。
ノズル部40は、金属製の部材によりハット形状に形成され、円筒形状のノズル40aと、当該ノズル40aの下端開口縁から水平に四角状に拡がって突き出た四角枠状の周回平面部40bを有する。このノズル部40は、周回平面部40bが水槽30のノズル固定部31の上端面に、四角枠状のパッキン41及び穴開き板部材42を介して載置固定されている。なお、穴開き板部材42は、請求項記載の開口制限手段を構成する。なお、ノズル固定部31が上述したように円筒形状の場合は、ノズル部40の周回平面部40b、パッキン41及び穴開き板部材42は、環状枠形状となる。
パッキン41は、シリコーンゴム等の弾性材料により、ノズル固定部31の上端面と同じ四角枠状に形成されている。
穴開き板部材42は、角筒状のノズル固定部31の外径と同じ外径のガラスエポキシ基板等の固形部材を用いて形成されており、中央部にノズル40aの内径よりも小さい貫通穴42aが形成されている。貫通穴42aの径は、例えばノズル40aの開口径がφ15mm位で有れば、φ8mm位である。この貫通穴42aの径サイズは、後述のように、めっき液22が所定速度で貫通穴42aを通過時にノズル40a内で乱流状態となることが可能なサイズであればよい。
ノズル部40の周回平面部40bの上には、当該周回平面部40bと同じ四角枠状の絶縁部材43が載置固定されている。絶縁部材43の上には、被めっき物セット部50が載置固定されている。
被めっき物セット部(セット部)50は、四角状を成し、この角筒形状の角筒部50aの内側空間を上と下の空間に隔てる隔壁部51が設けられている。この隔壁部51は、角筒部50aの上下開口方向に対して直交状態に設けられている。隔壁部51の中央部には、四角形状の貫通穴51aが形成されている。この貫通穴51aの対角線のサイズと、ノズル40aの内径とは略同じ大きさとなっている。また、貫通穴51aの被めっき物20側は、めっき面20a側からL字流路53の流入口に向かって傾斜する断面テーパ形状51bとなっている。また、断面テーパ形状51bの開口は、めっき面20aに対応する大きさとなっている。
また、隔壁部51の下方側には、角筒部50aの内周面から中心に向かって四角状に拡がって突き出た四角枠状の周回突出部52が、隔壁部51の下面と一体構成で設けられている。周回突出部52で四角枠状に囲まれて形成された内部空間は、ノズル40aが収容可能なサイズとなっている。
周回突出部52の内部空間の開口端は、角筒状のノズル固定部31の端面サイズと略同じであり、周回突出部52の下面が絶縁部材43の上面に載置可能なサイズとなっている。つまり、周回突出部52が、この下方側の絶縁部材43、ノズル部40の周回平面部40b、穴開き板部材42及びパッキン41を介して、水槽30のノズル固定部31に載置され、これによりセット部50が水槽30内の所定位置に配置されている。
セット部50の角筒部50a及び隔壁部51には、貫通穴51aの内周面から隔壁部51の壁内を水平に外方へ向かって貫通し、この水平貫通方向に対して垂直に角筒部50aの壁内を下方へ向かって貫通する断面L字形状のL字流路53が形成されている。L字流路53は、図1では対向状態に2つ形成されているが、1つ又は3つ以上であってもよく、流路径も任意サイズに形成可能である。なお、L字流路53は、請求項記載の屈折流路を構成する。
隔壁部51の上面にはマスク部材54が載置固定されている。マスク部材54には、隔壁部51の断面テーパ形状51bの開口と同じサイズで貫通しためっき形成穴(穴)54aが形成されている。このマスク部材54は、穴54a以外の部分で被めっき物20を被覆し、穴54aから露出しためっき面20aに、めっきを施すためのものである。なお、めっき形成穴54aは、隔壁部51の貫通穴51aよりも小さいサイズでもよい。また、マスク部材54は、被めっき物20の穴54aからの露出部分以外を全て被覆可能な大きさとなっている。
マスク部材54の上に載置された被めっき物20の上には、陰極付押圧部(押圧部)55が載置される。押圧部55は、直方体形状又は円柱形状を成し、電源60の負極に接続された導線61が挿入され、この導線61が押圧部55の内部を通って下面の図示せぬ電極に接続されている。その電極が被めっき物20に電気的に当接するようになっている。また、電源60の正極は、導線61を介してノズル部40の周回平面部40bに接続されている。
電源60から陽極側のノズル部40と陰極側の被めっき物20に電圧を印加すると、例えば銅イオン等の陽イオンを含んだめっき液22に電流が流れ、陰極側の被めっき物20のめっき面20aで還元反応が起こり、めっき液22中の金属が析出してめっき面20aに、図2Aに示すような、めっき膜22aが成長する。また、図1に示す陽極側のノズル部40では、陽極の溶解反応が起こり、めっき液中にめっき金属イオンが供給されるようになっている。
押圧部55の上方には、蓋34に螺合された押圧ネジ35が配置される。押圧ネジ35を時計回り(右回り)に回すことにより、押圧ネジ35が下がり押圧部55を下方側へ押圧する。この押圧により、押圧部55の下方側の各部(後述)を水槽30のノズル固定部31に水密状に押し付けて固定可能となっている。各部とは、上から順に、被めっき物20、マスク部材54、セット部50の隔壁部51及び周回突出部52、絶縁部材43、ノズル部40の周回平面部40b、穴開き板部材42、パッキン41である。
上記の押圧部55による固定状態では、セット部50の角筒部50a及びノズル固定部31の双方の外周側の第1空間S1と、ノズル部40を境界とする下方側の第2空間S2と、上方側の第3空間S3とが各々分離される。但し、第1〜第3空間S1〜S3は、めっき液22の貯留部又は通過部である。また、第2空間S2と第3空間S3とは、穴開き板部材42の貫通穴42aで連通され、第3空間S3と第1空間S1とは、複数のL字流路53で連通されている。更に、第1空間S1と第2空間S2とは、ポンプ70を介した矢印で示す配管72,73及び流路33で連通されている。
ポンプ70は、作動時に第1空間S1に溜まっためっき液22を、配管72,73及び流路33を介して矢印Y1で示すように第2空間S2へ流動させ、第2空間S2から貫通穴42a及びノズル40aを介して第3空間S3へ流動させ、更に第3空間S3から第1空間S1へ流動させるといった循環を行うものである。但し、その循環時に、めっき液22は、第1空間S1の角筒部50aの上端を超えない容量に注入されている。
<実施形態の動作>
次に、本実施形態のめっき装置10により被めっき物20にメッキを施す場合の動作を説明する。前提条件として、図1に示すようにめっき装置10が組立てられ、被めっき物20がセットされて、めっき液22が必要量貯留されているとする。
まず、ポンプ70を起動してめっき液22が流れてから電源60をオンとする。これによって、第1空間S1に溜まっためっき液22が配管72,73及び流路33を介して矢印Y1で示すように第2空間S2へ流動する。この流動するめっき液22は、更に、第2空間S2において穴開き板部材42に当たりながら、一部のめっき液22が貫通穴42aを抜けて上方のノズル40aへ流動する。この際、めっき液22が小さい径の貫通穴42aを抜け、その径よりも大きい内周径のノズル40a内へ流入するので、ノズル40a内で内周面方向へ拡がり乱流が生じる。この乱流状態のめっき液22がノズル40aから噴出され、上方の被めっき物20のめっき面20aに当たる。
ここで、図3に、穴開き板部材42(図1)が配設されていない比較例としてのめっき装置10Aを示し、このめっき装置10Aにおけるめっき液22のノズル40aの通過状態について説明する。めっき装置10Aにおいては、ポンプ70の作動により流路33から矢印Y1で示すように第2空間S2に流動して来ためっき液22が、ノズル40aの入口から矢印Y2で示すように流動して出口から噴出される。この噴出されためっき液22は矢印Y3で示すようにめっき面20aに当たって、矢印Y4で示すように、めっき面20aに沿った外方へ流れる。
つまり、めっき装置10Aにおいては、ノズル40aの入口と出口の径が同じなので、矢印Y1,Y2,Y3で示すように、ノズル40aの入口から流入され、出口から噴出されるめっき液22は層流となる。このため、めっき液22がめっき面20aの中央付近に当たり易く、角部分には余り当たらず、このため、気泡が角部分に付着し易くなる。
つまり、めっき液22がめっき面20aに当たって、矢印Y4で示すように、めっき面20aに沿った外方へ流れると、めっき面20aと正方形状の貫通穴51aとの境界の4隅に気泡が溜まり易くなる。気泡が溜まった部分では、めっき液22が当たりずらくなる。このため、図2Bに示すように、めっき膜22bの四隅に模様ができたり、図2Cに示すように、めっき膜22cのように焦げ付き跡ができたりすることが生じる。
ここで、図2Aに示すめっき膜22aは、図1に示すノズル40aの内径がφ14.9mmで、穴開き板部材42の貫通穴42aの径がφ8の場合を条件としたものである。図2Bに示すめっき膜22bは、ノズルの内径がφ7mmの場合(穴開き板部材42は無し)を条件としたものである。図2Cに示すめっき膜22cは、図3に示すノズル40aの内径がφ14.9mmの場合(穴開き板部材42は無し)を条件としたものである。この他の条件(電流値、めっき液の組成等)はめっき膜22a〜22cにおいて同様であるとする。
一方、図1に示す本実施形態のめっき装置10では、穴開き板部材42の貫通穴42aからノズル40aへ抜けためっき液22には、乱流が生じるので、この乱流により、被めっき物20のめっき面20aに付着する気泡を取り去る能力が向上し、めっき面20a全体に新しいめっき液22が満遍なく供給される。
この際、めっき液22には、電源60からの陽極側のノズル部40及び陰極側の被めっき物20への電圧印加に応じた電流が流れている。このため、陰極側の被めっき物20のめっき面20aで還元反応が起こり、めっき液22中の金属が析出してめっき面20aに、めっき膜が成長する。この場合、上述したようにめっき液22がめっき面20aの全体に満遍なく当たるので、図2Aに示すようにめっき膜22aが均一に成長する。
また、めっき面20aに当たった後のめっき液22は、複数のL字流路53を通り第1空間S1へ流動する。更に、第1空間S1から上記同様に第2空間S2へ流動するといった循環を繰り返す。
<実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態のめっき装置10は、めっき液22が注入される水槽30と、水槽30内に設置される陽極としての筒状のノズル40aを有するノズル部40と、水槽30内にノズル部40に対向して設置される陰極としての被めっき物20と、ノズル部40と被めっき物20との間に電圧を印加する直流電源60と、水槽30に注入されためっき液22がノズル40aを通って被めっき物20へ噴出されるようにめっき液22を循環させるポンプ70とを有する。
本実施形態の特徴は、ノズル40aの内径よりも小径の貫通穴42aを有する穴開き板部材42(開口制限手段)を、ノズル40aの開口領域に貫通穴42aが対向するように、ノズル部40の流入側に配設する構成とした。
この構成によれば次のような効果を得ることができる。即ち、穴開き板部材42の貫通穴42aからノズル40aへ抜けためっき液22には、乱流が生じる。この乱流により、被めっき物20のめっき面20aに付着する気泡を取り去る能力が向上し、めっき面20a全体に新しいめっき液22が満遍なく供給されるようになる。このため、めっき面20a全体にめっき膜22aを均一に成長させることができる。
また、ノズル40aから噴出されて被めっき物20に当たった後のめっき液22を、この流れが途中で下方へ曲がるようにしてポンプ70の流入側の第1空間S1へ戻すL字流路53(屈折流路)を備える構成とした。
この構成によれば、被めっき物20に当たった後のめっき液22が、L字流路53により途中で下方へ曲がって流れ、ポンプ70の流入側へ戻される。このため、被めっき物20に当たった後のめっき液22が水槽30のめっき液表面側へ戻される場合のように泡が立たなくなる。泡が立たなくなるので、ポンプ70から泡を吸い込むことが無くなる。これによって、ポンプ70からノズル40aへ循環するめっき液22中の気泡を抑制することができる。
また、ノズル40aのめっき液22の噴出口に対向する位置に貫通穴51aを有し、当該貫通穴51aから被めっき物20のめっき面20aが、前記噴出口に向かって露出する状態に、被めっき物20がセットされるセット部50を備える。セット部50の貫通穴51aの周回面にL字流路53の流入口が開口する。また、貫通穴51aの周回面は、めっき面20a側からL字流路53の流入口に向かって傾斜する断面テーパ形状51bとなっている。
この構成によれば、めっき面20aに当たった後のめっき液22が、断面テーパ形状51bを通って直ぐにL字流路53へ流れるので、めっき面20aに当たった泡も直ぐにL字流路53へ流れることになる。このため、めっき面20aに泡が付着し難くなり、めっき面20a全体にめっき膜22aを均一に成長させることができる。
<実施形態の変形例>
図4は、本実施形態の変形例のめっき装置の構成を示す縦断面図である。
変形例のめっき装置10Bは、穴開き板部材42(図1)を備えない次の特徴構成となっている。即ち、めっき装置10Bの特徴は、ノズル40Ba及び周回平面部40Bbを一体に備えて成るハット形状のノズル部40Bが、当該ノズル40Bの流入側の開口に、開口周縁から開口中心に向かって環状に突出する環状板部40Brを、周回平面部40Bbに面一に備えて構成されている。
環状板部40Brの中央の開口40Bcは、前述した穴開き板部材42(図1)の貫通穴42aと同じサイズとなっており、めっき液22が所定速度で貫通穴Bcを通過時にノズル40Ba内で乱流状態となることが可能なサイズであればよい。この構成においても、図1に示しためっき装置10と同様に、被めっき物20のめっき面20aに、めっき膜22aを均一に成長させることができる。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
10,10B めっき装置
20 被めっき物
20a めっき面
22a めっき膜
30 水槽
31 ノズル固定部
32 底面部
33 流路
34 蓋
34a ネジ穴
35 押圧ネジ
40 ノズル部
40a ノズル
40b 周回平面部
41 パッキン
42 穴開き板部材
42a 貫通穴
43 絶縁部材
50 被めっき物セット部
50a 角筒部
51 隔壁部
51a 貫通穴
52 周回突出部
53 L字流路
54 マスク部材
54a めっき形成穴
55 陰極付押圧部
60 直流電源
70 ポンプ

Claims (5)

  1. めっき液が注入される水槽と、当該水槽内に設置される陽極としての筒状のノズルと、当該水槽内に前記ノズルに対向して設置される陰極としての被めっき物と、前記ノズルと前記被めっき物との間に電圧を印加する直流電源と、前記水槽に注入されためっき液が前記ノズルを通って前記被めっき物へ噴出されるように前記めっき液を循環させるポンプとを有するめっき装置において、
    前記ノズルの流入側の開口を、当該ノズルの内径よりも小径に制限する開口制限手段
    を備えることを特徴とするめっき装置。
  2. 前記開口制限手段は、前記ノズルの内径よりも小径の貫通穴を有する穴開き板部材を、前記ノズルの開口領域に当該貫通穴が対向するにように、前記ノズルの流入側に配設して成る
    ことを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
  3. 前記開口制限手段は、前記ノズルの流入側の開口に、当該開口の周縁から当該開口中心に向かって環状に突出し、当該環状の内側の開口が前記ノズルの開口よりも小径となっている環状板部を備えて成る
    ことを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
  4. 前記ノズルから噴出されて前記被めっき物に当たった後のめっき液を、この流れが途中で下方へ曲がるようにして前記ポンプの流入側へ戻す屈折流路
    を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
  5. 前記ノズルのめっき液の噴出口に対向する位置に貫通穴を有し、当該貫通穴から前記被めっき物のめっき面が前記噴出口に向かって露出する状態に、当該被めっき物がセットされるセット部を備え、
    前記セット部の貫通穴の周回面に前記屈折流路の流入口が開口するように、当該屈折流路が当該セット部に形成されている
    ことを特徴とする請求項4に記載のめっき装置。
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