KR20230127995A - 도금 장치 - Google Patents

Abstract

분류식 도금 장치에 있어서, 불용해성 애노드의 장점을 충분히 향수할 수 있는 도금 처리를 제공한다. 본 발명은 개구부와, 액 공급관과, 불용해성 애노드와, 격막을 갖는 도금조를 구비하고, 도금조 내벽에 격막 외주단이 고정되고, 격막 중앙에 마련된 관통 구멍의 구멍 주위 단을 액 공급관에 고정시키고, 액 공급관으로부터 외주 방향으로 상승하는 경사가 된 격막이 배치된 도금 장치에 있어서, 격막의 외주단과 격막의 관통 구멍의 구멍 주변에는, 실리콘 링이 고착되어 있으며, 액 공급관은, 격막과 적재된 피도금물에 의해 형성되는 도금조 내의 상부 격리실에 도금액을 공급하고, 상부에 액 토출 구멍을 갖는 환상 유로를 액 공급관의 외주에 마련하고, 격막의 아래에 형성되는 도금조 내의 하부 격리실에, 액 토출 구멍으로부터 하방 격리실용 용액을 공급함으로써, 격막의 관통 구멍 주변으로부터 격막의 외주 방향을 향하는 유동을 하방 격리실용 용액에 형성시켰다.

Description

도금 장치

본 발명은 불용해성 애노드를 사용한 도금 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체 웨이퍼나 프린트 배선판 등의 피도금물에, 다양한 도금 처리가 행해지고 있다. 이와 같은 피도금물에 도금 처리를 행하는 경우, 소위 분류식 도금 장치라고 불리는 것이 알려져 있다.

이 분류식 도금 장치는, 일반적으로, 피도금물을 적재할 수 있는 개구부와, 피도금물을 향하여 도금액을 공급하는 액 공급관과, 피도금물과 대향하도록 배치된 애노드를 구비하고, 피도금물을 향하여 액 공급관으로부터 도금액을 공급하면서 도금 처리를 행한다. 분류식 도금 장치는, 피도금물의 피도금면에 균일한 도금 처리를 행할 수 있고, 개구부에 배치하는 피도금물을 순차 바꾸어 도금 처리를 할 수 있으므로, 소 로트 생산이나 도금 처리의 자동화에 적합한 것으로서 널리 이용되고 있다.

이 분류식 도금 장치에서는, 상술한 바와 같은 이점이 있지만, 용해성의 애노드를 사용한 경우, 애노드 표면에 형성되는 피막, 예를 들어 블랙 필름 등이 박리되어, 액 내의 불순물이 되고, 피도금물을 향하여 공급되는 도금액과 함께 유동하여, 도금 처리에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또한, 액 내에 혼입된 에어나 애노드로부터 발생하는 기포가 피도금면에 도달하여 양호한 도금 처리를 저해하기도 한다. 그 때문에, 이 분류식 도금 장치에서는, 도금조 내에, 피도금물과 애노드를 격리하기 위한 격막을 배치하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).

일본 특허 공개 제2000-273693호 공보(9860P) 일본 특허 공개 제2007-139773호 공보(EJ0137-P)

격막을 구비한 분류식 도금 장치는, 불용해성 애노드를 사용함으로써, 용해성 애노드의 경우에 비해 다양한 장점이 발생한다. 예를 들어, 도금액의 첨가제의 소모량을 저감시키는 것이나, 용해성 애노드의 경우와 같은 애노드의 교환 등의 유지 보수가 불필요하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있는 것 등을 들 수 있다.

이와 같이 불용해성 애노드를 사용한 분류식 도금 장치는, 용해성 애노드의 경우에 비해 다양한 장점이 있지만, 귀금속 도금이나 구리 도금을 제외하고는 도금 업계 내에서의 이용이 거의 진행되지 않는 것이 현 상황이다.

분류식 도금 장치에 있어서의 도금조 내에 격막을 배치하면, 격막의 상측에는, 개구부에 적재된 피도금물과 격막에 의해 상방 격리실이 형성되고, 격막의 하측에는, 도금조와 격막에 의해 하방 격리실이 형성된다. 그리고, 불용해성 애노드는, 하방 격리실측에 배치되기 때문에, 도금 처리 시에는 격막의 하측에, 물의 전기 분해에 의한 가스 발생에 의해, 대량의 기포가 나타난다. 그 때문에, 격막의 하측에 발생하는 기포를 효율적으로 배출할 필요가 있다. 또한, 불용해성 애노드를 사용한 경우의 장점을 얻기 위해서는, 상방 격리실과 하방 격리실에는, 다른 종류의 용액을 제각각 공급하는 것이 행해지지만, 도금조 내에 배치된 격막에 의해, 상방 격리실과 하방 격리실에 공급된 다른 종류의 용액끼리가 혼합되지 않도록 하는 것이 요구된다.

선행 기술의 특허문헌 1에서는, 하방 격리실로의 용액 공급에 있어서, 공급 시의 압손이 크기 때문에, 하방 격리실로의 공급 유량을 그다지 크게 할 수 없어, 불용해성 애노드로부터 발생하는 대량의 기포를 충분히 배출할 수 없는 경향이 있었다. 또한, 특허문헌 2에서는, 하방 격리실에서의 기포 배출은 효율적으로 행할 수 있지만, 상방 격리실과 하방 격리실에 공급하는 용액을 분리할 수 없기 때문에, 불용해성 애노드의 장점을 충분히 실현할 수 없다.

본 발명은, 이상과 같은 사정하에서 이루어진 것으로, 불용해성 애노드를 사용함으로써, 불용해성 애노드의 장점을 충분히 향수할 수 있는 분류식 도금 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 피도금물을 적재하는 개구부와, 피도금물을 향하여 도금액을 공급하는 액 공급관과, 피도금물과 대향하도록 배치된 불용해성 애노드와, 피도금물과 불용해성 애노드를 격리하기 위한 격막을 갖는 도금조를 구비하고, 도금조 내벽에 격막 외주단이 고정됨과 함께, 격막 중앙에 마련된 관통 구멍의 구멍 주위 단을 액 공급관에 고정되게 함으로써, 액 공급관으로부터 외주 방향으로 상승하는 경사가 부여되게 격막이 배치되도록 한 도금 장치에 있어서, 격막의 외주단과 격막의 관통 구멍의 구멍 주변에는, 실리콘 링이 고착되어 있으며, 액 공급관은, 격막과 적재된 피도금물에 의해 형성되는 도금조 내의 상방 격리실에 도금액을 공급하고, 상부에 액 토출 구멍을 갖는 환상 유로를 액 공급관의 외주에 마련하고, 격막의 아래에 형성되는 도금조 내의 하방 격리실에, 액 토출 구멍으로부터 하방 격리실용 용액을 공급함으로써, 격막의 관통 구멍 주변으로부터 격막의 외주 방향을 향하는 유동을 하방 격리실용 용액에 형성시키는 것을 특징으로 하였다.

본 발명에 따른 도금 장치에 의하면, 하방 격리실과 상방 격리실에 공급되는 별개의 용액끼리가 직접적으로 혼합되는 일이 없다. 이것을 실현하기 위해서는, 격막의 외주단과 격막의 관통 구멍의 구멍 주변에, 실리콘 링을 고착해 둔다. 그리고, 상부에 액 토출 구멍을 갖는 환상 유로를 액 공급관의 외주에 마련하고, 격막의 아래에 형성되는 도금조 내의 하방 격리실에, 액 토출 구멍으로부터 하방 격리실용 용액을 공급함으로써, 격막의 관통 구멍 주변으로부터 격막의 외주 방향을 향하는 유동을 하방 격리실용 용액으로 형성시킴으로써, 불용해성 애노드로부터 발생하는 가스(기포)를 하방 격리실로부터 효율적으로 배출하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 도금 장치에 있어서의 격막에 실리콘 링을 고착시키는 경우, 실리콘 링의 동시 주입이라고 하는 제법을 이용하는 것이 바람직하다. 실리콘 링의 동시 주입이란, 중앙에 관통 구멍을 마련한 격막의 외주단과 관통 구멍의 구멍 주변을 상하로부터 압박 가능하게 한 형틀에 격막을 고정시키고, 실리콘 링이 고착되는 외주단 부분과 구멍 주변 부분에 접착제(프라이머)를 도포해 두고, 접착제가 도포된 부분에 실리콘을 주입한 후, 형틀을 가압한다. 실리콘이 경화된 후, 형틀을 떼어내면, 격막의 외주단과 격막의 관통 구멍의 구멍 주변에 실리콘 링이 고착된 상태로 된다. 이와 같은 실리콘 링이 고착된 격막이면, 도금조 내벽에 고정되는 격막 외주단의 부분이나, 액 공급관에 고정되는 격막 중앙의 관통 구멍의 구멍 주위 단의 부분에 있어서의 용액의 누액을 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. 격막의 재질에 특별히 제한은 없으며, 액 투과성이나 내도금액성을 고려하여 선택하면 되지만, 격막 기재가 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 격막 막재가 폴리불화비닐리덴 수지계 재료의 격막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 투수 성능으로서는 0.1mL/min/㎠ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도금 장치에서는, 액 공급관의 외주에 마련한 환상 유로의 원주 방향을 향하여, 하방 격리실용 용액을 공급하도록 하는 것이 바람직하다. 하방 격리실용 용액을 회전 유동시키면서, 하방 격리실로 유동시킴으로써, 액 공급 시의 압손을 저감하여 공급량을 증가시킬 수 있고, 불용해성 애노드로부터 발생하는 가스(기포)를 하방 격리실로부터 고효율로 배출할 수 있다.

본 발명에 따른 도금 장치에서는, 하방 격리실에 공급되는 하방 격리실용 용액의 공급 유량을 제어하는 유량 컨트롤러를 구비하는 것이 바람직하다. 도금 처리가 종료된 경우, 피도금물을 개구부로부터 떼어내면, 격막의 상방측이 개방되게 되기 때문에, 하방 격리실에 공급되는 하방 격리실용 용액의 액압이 격막의 하방측으로부터 가해지게 된다. 이와 같은 편면측으로부터의 압력을 격막에 계속해서 가하면, 격막의 변형을 야기하는 경향이 되므로, 피도금물을 개구부로부터 떼어내는 경우, 하방 격리실용 용액의 공급 유량을 유량 컨트롤러로 제어하여, 격막에 과도한 액압이 가해지지 않도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 분류식 도금 장치에 있어서, 불용해성 애노드의 장점을 충분히 향수할 수 있는 도금 처리가 가능해진다.

도 1은 본 실시 형태의 도금 장치의 단면도.
도 2는 본 실시 형태의 도금 장치의 평면도.
도 3은 A-A에 있어서의 도금 장치의 단면도.
도 4는 격막의 평면도.
도 5는 동시 주입 제법의 설명.
도 6은 각 첨가제의 농도 변화를 조사한 꺽은선 그래프.

본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에는, 본 실시 형태의 도금 장치의 단면도, 도 2에는 도금 장치의 평면도를 나타내고 있다.

본 실시 형태에 있어서의 도금 장치에서는, 도금조(1)에, 중앙에 관통 구멍을 갖는 도넛형상의 격막(2)이 설치되어 있고, 이 격막(2)은 격막 외주단이 도금조 내벽에 고정되고, 관통 구멍의 구멍 주변이 액 공급관(3)의 선단측에 고정됨으로써, 액 공급관(3)으부터 외주 방향으로 상승하는 경사가 부여되는 상태로 되어 있다(도 2의 평면도에서는 격막의 도시를 생략하고 있음). 액 공급관(3)의 외주에는, 환상 유로(4)가 마련되어 있다. 또한, 도금조(1)의 저부에는, 메시상의 불용해성 애노드(5)가 배치되어 있다(도 2의 평면도에서는 불용해성 애노드의 도시를 생략하고 있음).

도금조(1)의 개구부에 피도금물이 되는 웨이퍼(W)를 적재하면, 도금조(1) 내에는 상방 격리실(U)과 하방 격리실(D)이 형성된다. 상방 격리실(U)에는, 액 공급관(3)으로부터 도금액이 공급된다. 그리고, 하방 격리실(D)에는, 환상 유로(4)의 상부에 마련된 액 토출 구멍(6)으로부터 하방 격리실용 용액이 공급된다.

도 3에는, 도 2의 A-A'선의 단면도를 나타낸다. 환상 유로(4)로의 액 공급은, 도금조 저부측에 마련한 하방 격리실용 용액 공급관(7)에 의해 행해지고, 이 하방 격리실용 용액 공급관(7)은 환상 유로(4)의 원주 방향을 향하여 액 공급을 할 수 있도록 되어 있다. 하방 격리실용 용액 공급관(7)으로부터 공급된 하방 격리실용 용액은, 환상 유로(4)에 있어서 회전 유동하면서 액 토출 구멍(6)으로부터 하방 격리실(D)로 유입된다. 하방 격리실(D)로 유입된 하방 격리실용 용액은, 격막(2)의 하면을 따라 격막(2)의 외주로 넓어지는 유동을 형성한다.

상방 격리실(D)에 공급된 도금액은 도금조(1)에 마련된 액 배출구(8)로 유도되어 배출되고, 하방 격리실(D)에 공급된 하방 격리실용 용액은 도금조(1)에 마련된 용액 배출구(9)로 유도되어 배출되도록 되어 있다.

도 4에는 격막(2)의 평면도를 나타낸다. 격막(2)의 외주단(2')과 관통 구멍(2")의 구멍 주변에는 실리콘 링(10)이 고착되어 있다. 이 실리콘 링(10)은 실리콘 링의 동시 주입 제법에 의해 고착된 것이다. 여기서 격막의 외주단측에 실리콘 링을 고착시키는 경우를 예로 하여, 도 5에는, 그 동시 주입 제법에 관한 단면도를 나타낸다. 격막(2)의 외주단측에, 외주단을 따라 그 단부를 끼움 지지할 수 있도록 된 상형(21)과 하형(22)을 배치하고, 격막(2)을 고정시킨다. 상형(21)과 하형(22)에는, 격막(2)을 끼움 지지할 때에, 그 외주단에 링 형성 공간(23)이 형성되도록 가공되어 있다. 상형(21)에는, 링 형성 공간(23)에 실리콘 수지를 주입하는 주입로(24)가 형성되어 있다. 이와 같은 형틀을 사용하여, 도 4에 도시한 바와 같은, 실리콘 링이 고착된 격막을 제조하였다.

다음으로, 본 실시 형태의 도금 장치에 의해, 황산구리 도금액을 사용한 구리의 도금 처리를 행하고, 도금액 내의 첨가제 농도 변화를 조사한 시험 결과에 대하여 설명한다.

본 시험에 있어서는, 캐소드측이 되는 상방 격리실에는, 액셀러레이터(촉진제), 서프레서(억제제), 레벨러(평활제)라고 불리는 3종류의 첨가제(시판품)를 포함한 황산구리 도금액을 공급하고, 애노드측이 되는 하방 격리실에는, 첨가제를 포함하지 않는 황산구리 도금액을 공급하여 행하였다. 이하에 액 조성을 나타낸다.

* 상방 격리실 공급액:

·황산구리 도금액(시판품 마이크로팹 Cu525/일본 일렉트로플레이팅·엔지니어스(주) 제조)

구리 농도…60g/L

황산 농도…30g/L

·액셀러레이터(촉진제)…3mL/L

·서프레서(억제제)…10mL/L

·레벨러(평활제)…10mL/L

·액온 22 내지 23℃

·액량 40L

·공급 유량 25L/min

* 하방 격리실 공급액:

·황산구리 도금액(시판품 마이크로팹 Cu525/일본 일렉트로플레이팅·엔지니어스(주) 제조, 상방 격리실과 동일한 액)

·액온 22 내지 25℃

·액량 20L

·공급 유량 5L/min

도금 장치에서는, Pt-Ti제의 메시상 불용해성 애노드를 사용하고, 격막은 시판품(막재: 불소계 수지제, 두께: 0.12㎜, 투수 성능: 0.08mL/min/㎠ 25℃)을 사용하였다. 피도금물로서는, 8인치의 PCB제 웨이퍼를 사용하였다. 이 PCB제 웨이퍼는, 유리 에폭시 기재에 구리박을 붙여서, 원형상으로 가공하여 웨이퍼 형상으로 한 피도금물이다.

시험 방법으로서는, 피도금물의 PCB제 웨이퍼에, 3A, 7시간의 구리 도금 처리를 행하고, 도금 직후의 상방 격리실 공급액과 하방 격리실 공급액을 채취하여, 구리, 황산, 첨가제 등의 농도를 분석하였다. 상방 격리실 공급액의 채취는, 구리 도금 처리에서 소모된 구리와 동량의 구리를 도금 직후의 상방 격리실 공급액에 보충한 후에 행하였다. 도금 처리 후는 소정 시간(16시간) 방치하였다. 이 소정 시간 방치와 구리 도금 처리를 5회 반복하여, 구리, 황산, 첨가제 등의 농도 변화를 조사하였다. 또한, 액의 경시 열화를 조사하기 위해서, 5회째의 도금 처리 후, 48시간 방치한 후에, 도금 처리하지 않고, 구리, 황산, 첨가제 등의 농도 변화를 조사하였다(6회째). 그 결과를 도 6에 나타낸다. 또한, 방치 중에는, 상방 격리실 공급액의 공급량은 8 내지 10L/min, 상방 격리실 공급액의 공급량은 1 내지 2L/min으로 하였다.

도 6에는, 상방 격리실 공급액과 하방 격리실 공급액의 각 첨가제 농도의 변화를 나타내고 있으며, 위에서부터 액셀러레이터(촉진제), 서프레서(억제제), 레벨러(평활제)의 순으로, 그 농도 변화를 꺽은선 그래프로 나타내고 있다. 각 꺽은선 그래프는, 종축이 첨가제 농도(mL/L)를, 횡축은 농도 측정 시기를 나타내고, ■가 상방 격리실 공급액, ●가 하방 격리실 공급액의 농도를 나타내고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 첨가제를 포함하지 않는 하방 격리실 공급액에서는, 방치 시간이 경과하여도, 첨가제 성분은 검출되지 않았다. 상방 격리실 공급액에서는, 도금 처리 횟수가 증가함에 따라서, 각 첨가제가 서서히 감소되는 경향이 있었다. 그 중에서도, 레벨러의 농도 감소가 큰 것이었지만, 용해성 애노드를 사용한 경우의 감소율에 비하면, 감소율은 상당히 적은 결과가 되었다. 또한, 구리 농도, 황산 농도에 대해서는, 상방 격리실 공급액, 하방 격리실 공급액 중 어느 쪽에 있어서도, 거의 농도 변화가 보이지 않았다.

이 시험 결과로부터, 본 실시 형태의 도금 장치에서는, 상방 격리실 공급액과 하방 격리실 공급액은 격막에 의해 완전히 분리된 상태에서 제어되고 있음이 판명되었다. 또한, 첨가제에 대해서는, 상방 격리실 공급액에 있어서 용이하게 관리할 수 있음이 판명되고, 용해성 애노드를 사용한 경우에 소비량이 많은 레벨러와 같은 첨가제의 소비량을 저감시킬 수 있음도 판명되었다. 또한, 방치 중의 액 공급량을 제어하고 있기 때문에, 배치된 격막의 변형은 확인되지 않았다.

1: 도금조
2: 격막
3: 액 공급관
4: 환상 유로
5: 불용해성 애노드
6: 액 토출 구멍
7: 하방 격리실용 용액 공급관
8: 액 배출구
9: 용액 배출구
10: 실리콘 링
21: 상형
22: 하형
23: 링 형성 공간
24: 주입로
U: 상방 격리실
D: 하방 격리실
W: 웨이퍼

Claims (2)

1. 피도금물을 적재하는 개구부와, 피도금물을 향하여 도금액을 공급하는 액 공급관과, 피도금물과 대향하도록 배치된 불용해성 애노드와, 피도금물과 불용해성 애노드를 격리하기 위한 격막을 갖는 도금조를 구비하고,
   도금조 내벽에 격막 외주단이 고정됨과 함께, 격막 중앙에 마련된 관통 구멍의 구멍 주위 단을 액 공급관에 고정되게 함으로써, 액 공급관으로부터 외주 방향으로 상승하는 경사가 부여되게 격막이 배치되도록 한 도금 장치에 있어서,
   격막의 외주단과 격막의 관통 구멍의 구멍 주변에는, 실리콘 링이 고착되어 있으며,
   액 공급관은, 격막과 적재된 피도금물에 의해 형성되는 도금조 내의 상부 격리실에 도금액을 공급하고,
   상부에 액 토출 구멍을 갖는 환상 유로를 액 공급관의 외주에 마련하고, 격막의 아래에 형성되는 도금조 내의 하부 격리실에, 환상 유로의 원주 방향을 향하여 하방 격리실용 용액을 공급하고, 하방 격리실용 용액을 회전 유동시킴으로써,
   격막의 관통 구멍 주변으로부터 격막의 외주 방향을 향하여, 하방 격리실용 용액이 회전 유동하는 것을 특징으로 하는, 도금 장치.
2. 제1항에 있어서,
   하방 격리실에 공급되는 하방 격리실용 용액의 공급 유량을 제어하는 유량 컨트롤러를 구비한, 도금 장치.

Images