KR20230142430A - 도금 장치 및 도금 방법 - Google Patents

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Abstract

도금액을 유지하기 위한 도금조와, 상기 도금조 내에 배치되어, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와, 상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과, 상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면에 대향하고, 상기 제2면으로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치된 이면 플레이트이며, 상기 애노드로부터 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 조절하는 이면 플레이트를 구비하는 도금 장치.

Description

도금 장치 및 도금 방법
본 발명은 도금 장치 및 도금 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판에 도금 처리를 실시하는 것이 가능한 도금 장치로서, 미국 특허 출원 제2020-0017989호 명세서(특허문헌 1)에 기재된 바와 같은 도금 장치가 알려져 있다. 이 도금 장치는, 도금액을 저류함과 함께 애노드가 배치된 도금조와, 애노드와 대향해서 배치되도록 캐소드로서의 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 애노드와 상기 기판 홀더 사이에 배치되어 도금조 내부를 애노드실과 캐소드실로 칸막이하는 격막을 구비하고, 기판의 표면을 따라 도금액을 유동시키는 것이다. 격막은, 도금조 내에 고정된 프레임의 하측에 배치되는데, 캐소드실의 압력이 애노드실의 압력보다 높아지면, 격막이 프레임으로부터 이격되어서 하방으로 신장되어, 프레임과 격막 사이에 기포를 포획하는 포켓을 형성하는 경우가 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 미국 특허 출원 제2020-0017989호 명세서(특허문헌 1)의 장치에서는, 애노드실의 압력이 캐소드실의 압력보다 높아지도록 애노드실에의 도금액의 공급을 조정하여, 격막이 하방으로 신장되는 것을 방지하고 있다.
미국 특허 출원 제2020-0017989호 명세서
도금 장치에서는, 애노드에서 발생하는 산소 등의 가스의 기포가, 기판, 격막 등에 불균일하게 축적되고, 기포 축적부의 이온 전도 저항(전기 저항)이 증대하여, 도금막 두께 분포의 균일성이 악화될 가능성이 있다. 예를 들어, 기판의 피도금면에 기포가 축적되어, 기판 상의 도금막의 생성을 불안정하게 할 가능성이 있다. 또한, 격막에 기포가 축적되고, 축적된 기포가 저항 성분으로 되어, 도금이 불안정해질 우려가 있다. 또한, 기판 근방에 다공 구조의 저항체 플레이트를 배치한 경우, 저항체 플레이트에 기포가 축적되고, 축적된 기포가 저항 성분으로 되어, 도금이 불안정해질 우려가 있다.
또한, 애노드에서 발생한 가스(예를 들어, 활성 산소)가 도금액 중의 첨가제와 반응하여, 첨가제를 열화시킬 우려가 있다.
미국 특허 출원 제2020-0017989호 명세서(특허문헌 1)에서는, 애노드에서 발생하는 가스가 도금에 미치는 영향에 대해서는 설명되어 있지 않다.
본 발명은, 상기의 것을 감안하여 이루어진 것으로, 도금 장치에 있어서, 애노드에서 발생하는 기포가 도금막 두께 분포의 균일성에 미치는 영향을 억제하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 도금액을 유지하기 위한 도금조와, 상기 도금조 내에 배치되고, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와, 상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과, 상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면에 대향하고, 상기 제2면으로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치된 이면 플레이트이며, 상기 애노드로부터 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 조절하는 이면 플레이트를 구비하는 도금 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 도금 장치의 전체 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도금 모듈의 애노드실을 하방에서 본 모식도이다.
도 5는 애노드 근방의 확대 단면도이다.
도 6은 애노드에의 격막의 고정 구조를 도시하는 단면도이다.
도 7은 애노드에의 격막의 고정 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 실험용 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다.
도 10은 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다.
도 11a는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진이다.
도 11b는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진이다.
도 11c는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진이다.
도 11d는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진이다.
도 11e는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진이다.
도 12는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 단면 모식도이다.
도 13은 도금 중의 애노드 전압의 측정 결과이다.
도 14a는 도금 전의 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다.
도 14b는 도금 중의 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다.
도 15a는 도금 전의 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다.
도 15b는 도금 중의 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다.
도 16a는 애노드로부터 발생하는 기포의 이동을 설명하는 모식도이다.
도 16b는 애노드로부터 발생하는 기포의 이동을 설명하는 모식도이다.
도 17a는 제3 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 17b는 제3 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 18은 제3 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이다.
도 19는 제3 실시 형태에 관한 기포 조절 플레이트의 평면도 및 단면도이다.
도 20은 애노드 이면 상의 기포의 배출을 설명하는 모식도이다.
도 21a는 제4 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 21b는 제4 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 22는 제4 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이다.
도 23은 애노드 이면 상의 기포의 배출을 설명하는 모식도이다.
도 24는 변형예에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 25는 변형예에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이다.
도 26은 변형예에 관한 기포 조절 플레이트의 평면도 및 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면은, 사물의 특징의 이해를 용이하게 하기 위해서 모식적으로 도시되어 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 또한, 몇 가지의 도면에는, 참고용으로서, X-Y-Z의 직교 좌표가 도시되어 있다. 이 직교 좌표 중, Z 방향은 상방에 상당하고, -Z 방향은 하방(중력이 작용하는 방향)에 상당한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 실시 형태의 도금 장치(1000)의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2는, 본 실시 형태의 도금 장치(1000)의 전체 구성을 도시하는 평면도이다. 도 1, 2에 도시하는 바와 같이, 도금 장치(1000)는, 로드 포트(100), 반송 로봇(110), 얼라이너(120), 프리웨트 모듈(200), 프리소크 모듈(300), 도금 모듈(400), 세정 모듈(500), 스핀 린스 드라이어(600), 반송 장치(700), 및 제어 모듈(800)을 구비한다.
로드 포트(100)는, 도금 장치(1000)에 도시하지 않은 FOUP 등의 카세트에 수용된 웨이퍼(기판)를 반입하거나, 도금 장치(1000)로부터 카세트에 기판을 반출하기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 4대의 로드 포트(100)가 수평 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 로드 포트(100)의 수 및 배치는 임의이다. 반송 로봇(110)은, 기판을 반송하기 위한 로봇이며, 로드 포트(100), 얼라이너(120), 프리웨트 모듈(200) 및 스핀 린스 드라이어(600) 사이에서 기판을 전달하도록 구성된다. 반송 로봇(110) 및 반송 장치(700)는, 반송 로봇(110)과 반송 장치(700) 사이에서 기판을 전달할 때는, 가배치대(도시하지 않음)를 통해서 기판의 전달을 행할 수 있다.
얼라이너(120)는, 기판의 기준면이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞추기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 얼라이너(120)가 수평 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 얼라이너(120)의 수 및 배치는 임의이다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 처리 전의 기판의 피도금면을 순수 또는 탈기수 등의 처리액으로 적심으로써, 기판 표면에 형성된 패턴 내부의 공기를 처리액으로 치환한다. 프리웨트 모듈(200)은, 도금 시에 패턴 내부의 처리액을 도금액으로 치환함으로써 패턴 내부에 도금액을 공급하기 쉽게 하는 프리웨트 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리웨트 모듈(200)이 상하 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 프리웨트 모듈(200)의 수 및 배치는 임의이다.
프리소크 모듈(300)은, 예를 들어 도금 처리 전의 기판의 피도금면에 형성한 시드층 표면 등에 존재하는 전기 저항이 큰 산화막을 황산이나 염산 등의 처리액으로 에칭 제거해서 도금 하지 표면을 세정 또는 활성화하는 프리소크 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 프리소크 모듈(300)이 상하 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 프리소크 모듈(300)의 수 및 배치는 임의이다. 도금 모듈(400)은 기판에 도금 처리를 실시한다. 본 실시 형태에서는, 상하 방향으로 3대이면서 또한 수평 방향으로 4대 배열되어 배치된 12대의 도금 모듈(400)의 세트가 2개 있어, 합계 24대의 도금 모듈(400)이 마련되어 있지만, 도금 모듈(400)의 수 및 배치는 임의이다.
세정 모듈(500)은, 도금 처리 후의 기판에 남는 도금액 등을 제거하기 위해서 기판에 세정 처리를 실시하도록 구성된다. 본 실시 형태에서는 2대의 세정 모듈(500)이 상하 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 세정 모듈(500)의 수 및 배치는 임의이다. 스핀 린스 드라이어(600)는, 세정 처리 후의 기판을 고속 회전시켜서 건조시키기 위한 모듈이다. 본 실시 형태에서는 2대의 스핀 린스 드라이어(600)가 상하 방향으로 배열되어 배치되어 있지만, 스핀 린스 드라이어(600)의 수 및 배치는 임의이다. 반송 장치(700)는, 도금 장치(1000) 내의 복수의 모듈간에서 기판을 반송하기 위한 장치이다. 제어 모듈(800)은, 도금 장치(1000)의 복수의 모듈을 제어하도록 구성되어, 예를 들어 오퍼레이터와의 사이의 입출력 인터페이스를 구비하는 일반적인 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터로 구성할 수 있다.
도금 장치(1000)에 의한 일련의 도금 처리의 일례를 설명한다. 먼저, 로드 포트(100)에 카세트에 수용된 기판이 반입된다. 계속해서, 반송 로봇(110)은, 로드 포트(100)의 카세트로부터 기판을 취출하여, 얼라이너(120)에 기판을 반송한다. 얼라이너(120)는, 기판의 기준면이나 노치 등의 위치를 소정의 방향으로 맞춘다. 반송 로봇(110)은, 얼라이너(120)로 방향을 맞춘 기판을 프리웨트 모듈(200)에 전달한다.
프리웨트 모듈(200)은 기판에 프리웨트 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리웨트 처리가 실시된 기판을 프리소크 모듈(300)에 반송한다. 프리소크 모듈(300)은 기판에 프리소크 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 프리소크 처리가 실시된 기판을 도금 모듈(400)에 반송한다. 도금 모듈(400)은 기판에 도금 처리를 실시한다.
반송 장치(700)는, 도금 처리가 실시된 기판을 세정 모듈(500)에 반송한다. 세정 모듈(500)은 기판에 세정 처리를 실시한다. 반송 장치(700)는, 세정 처리가 실시된 기판을 스핀 린스 드라이어(600)에 반송한다. 스핀 린스 드라이어(600)는 기판에 건조 처리를 실시한다. 반송 로봇(110)은 스핀 린스 드라이어(600)로부터 기판을 수취하고, 건조 처리를 실시한 기판을 로드 포트(100)의 카세트에 반송한다. 마지막으로, 로드 포트(100)로부터 기판을 수용한 카세트가 반출된다.
또한, 도 1이나 도 2에서 설명한 도금 장치(1000)의 구성은, 일례에 지나지 않고, 도금 장치(1000)의 구성은, 도 1이나 도 2의 구성에 한정되는 것은 아니다.
[도금 모듈]
계속해서, 도금 모듈(400)에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)가 갖는 복수의 도금 모듈(400)은 마찬가지의 구성을 갖고 있으므로, 1개의 도금 모듈(400)에 대해서 설명한다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 도 4는, 도금 모듈의 애노드실을 하방에서 본 모식도이다.
본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)는, 기판의 피도금면을 하향으로 해서 도금액에 접촉시키는, 소위 페이스 다운식 또는 컵식이라고 칭해지는 타입의 도금 장치이다. 본 실시 형태에 관한 도금 장치(1000)의 도금 모듈(400)은 주로, 도금조(10)와, 도금조(10) 내에 배치되는 애노드(41)와, 애노드(41)와 대향해서 배치되도록, 캐소드로서의 기판(Wf)을 보유 지지하는 기판 홀더(31)를 구비하고 있다. 도금 모듈(400)은, 기판 홀더(31)를 회전, 경사 및 승강시키는 회전 기구, 경사 기구 및 승강 기구(도시 생략)를 구비할 수 있다. 또한, 도금조(10)의 외측에 오버플로 조(20)를 마련해도 된다.
도금조(10)는, 상방에 개구를 갖는 바닥이 있는 용기에 의해 구성되어 있다. 도금조(10)는, 저벽과, 이 저벽의 외주연으로부터 상방으로 연장되는 측벽을 갖고 있고, 이 측벽의 상부가 개구되어 있다. 도금조(10)는, 도금액을 저류하는 원통 형상의 내부 공간을 갖는다. 도금액으로서는, 도금 피막을 구성하는 금속 원소의 이온을 포함하는 용액이면 되며, 그 구체예는 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에서는, 도금 처리의 일례로서, 구리 도금 처리를 사용하고 있고, 도금액의 일례로서, 황산구리 용액을 사용하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 도금액에는 소정의 첨가제가 포함되어 있다. 단, 이 구성에 한정되는 것이 아니고, 도금액은 첨가제를 포함하고 있지 않은 구성으로 할 수도 있다. 도금조(10) 내부는, 격막(71)에 의해, 애노드실(Ca)과 캐소드실(Cc)로 칸막이되어 있고, 애노드실(Ca)의 도금액(Pa)과, 캐소드실(Cc)의 도금액(Pc)은, 동일하여도 달라도 된다. 예를 들어, 애노드실(Ca)의 도금액(Pa)과, 캐소드실(Cc)의 도금액(Pc)에서, 첨가제의 유무, 농도가 서로 동일하여도 달라도 된다.
오버플로 조(20)는, 도금조(10)의 외측에 배치된, 바닥이 있는 용기에 의해 구성되어 있다. 오버플로 조(20)는, 도금조(10)의 상단을 초과한 도금액을 일시적으로 저류한다. 일례에서는, 오버플로 조(20)의 도금액은, 오버플로 조(20)용 배출구(도시하지 않음)로부터 배출되어, 리저버 탱크(도시하지 않음)에 일시적으로 저류된 후에, 다시 도금조(10)로 되돌려진다. 도 3의 예에서는, 캐소드실(Cc)로부터 오버플로 조(20)에 도금액을 오버플로시키는 오버플로 위어(10c)와, 애노드실(Ca)로부터 오버플로 조(20)에 도금액을 오버플로시키는 오버플로 위어(10a)는, 대략 동일한 높이로 설정되어 있다.
애노드(41)는, 도금조(10)의 내부의 하부에 배치되어 있다. 애노드(41)의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것이 아니고, 용해 애노드나 불용해 애노드를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 애노드(41)로서 불용해 애노드를 사용하고 있다. 이 불용해 애노드의 구체적인 종류는 특별히 한정되는 것이 아니고, 백금, 티타늄, 산화이리듐 등(예를 들어, IrO2/Ti, Pt/Ti)을 사용할 수 있다. 애노드(41)의 표면에는, 도금액 중의 첨가제의 분해를 억제하는 등의 목적으로, 또한 톱 코트층을 갖고 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 애노드(41)의 상면측(기판(Wf)측)에 애노드 마스크(43)가 마련되어 있다. 애노드 마스크(43)는, 애노드(41)를 노출시키는 개구부를 갖고, 개구부에 의해 애노드(41)가 노출되는 범위를 조절함으로써, 애노드(41)로부터 기판(Wf)을 향하는 전기장을 조절하는 전기장 조절 부재이다. 애노드 마스크(43)는, 소정의 개구 치수를 갖는 애노드 마스크이어도, 개구 치수를 변경 가능한 가변 애노드 마스크이어도 된다. 애노드 마스크(43)는, 예를 들어 복수의 블레이드를 구비하고, 카메라의 조리개와 마찬가지의 기구에 의해 개구부의 개구 치수를 조정하는 것이어도 된다.
도금조(10)의 내부에서 격막(71)보다도 상방에는, 다공질의 저항체(51)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 저항체(51)는, 복수의 구멍(세공)을 갖는 다공질의 판 부재에 의해 구성되어 있다. 저항체(51)보다도 하방측의 도금액은, 저항체(51)를 통과하여, 저항체(51)보다도 상방측으로 유동할 수 있다. 이 저항체(51)는, 애노드(41)와 기판(Wf) 사이에 형성되는 전기장의 균일화를 도모하기 위해서 마련되어 있는 부재이다. 이러한 저항체(51)가 도금조(10)에 배치됨으로써, 기판(Wf)에 형성되는 도금 피막(도금층)의 막 두께의 균일화를 용이하게 도모할 수 있다. 또한, 저항체(51)는 본 실시 형태에 있어서 필수적인 구성이 아니며, 본 실시 형태는 저항체(51)를 구비하고 있지 않은 구성으로 할 수도 있다.
도금조(10)의 내부에서 기판(Wf)의 근방(본 실시 형태에서는, 저항체(51)와 기판(Wf) 사이)에 패들(도시 생략)을 배치해도 된다. 패들은, 기판(Wf)의 피도금면에 대하여 대략 평행 방향으로 왕복 운동하여, 기판(Wf) 표면에 강한 도금액의 흐름을 발생시킨다. 이에 의해, 기판(Wf)의 표면 근방의 도금액 중의 이온을 균일화하여, 기판(Wf) 표면에 형성되는 도금막의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 애노드(41)는, 도 5 내지 도 7에 도시하는 바와 같이, 다수의 관통 구멍(41A)을 갖는 판상 부재이다. 애노드(41)는, 라스(금속망) 구조, 기타 복수의 관통 구멍이 마련된 판상 부재로 할 수 있다. 애노드(41)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 애노드(41) 자체의 강도 및 애노드(41) 표면에서 발생한 산소가 관통 구멍 내로부터 애노드(41)의 이면으로 배출되기 쉬운 관점에서, 0.5mm 내지 3mm 정도인 것이 바람직하다. 관통 구멍의 형상이나 사이즈도 특별히 한정되지 않지만, 가공 용이성이나, 도금 시의 전압의 안정성 관점에서, 개구의 사이즈(원형의 경우는 직경, 사각형의 경우는 한 변의 길이)는, 1mm 내지 5mm 정도인 것이 바람직하다. 애노드(41)는, 애노드 누름 부재라고도 칭해지는 애노드 홀더(42)에 의해 도금조(10) 내에서 지지되어 있다. 애노드(41)의 전방면(캐소드/기판측의 면, 이 예에서는 상면)에는, 도금액이 침투·습윤 가능한 이온 투과성을 갖는 격막(71)(Nafion(등록 상표), 다공질막 등)이 접합 또는 밀착되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 격막(71)에 의해, 도금조(10) 내부가 애노드실(Ca)과 캐소드실(Cc)로 분리된다. 격막(71)은, 도금액 중의 양이온(예를 들어, 수소 이온 H+)을 투과시키는 한편, 도금액 중의 기포(예를 들어, 산소 가스) 및 첨가제를 투과시키지 않는 막이다. 불용해 애노드를 사용하는 경우, 애노드 표면에서 도금액 중에 수소 이온 H+가 발생한다. 격막(71)은, 예를 들어 중성막, 이온 교환막, 또는 그것들의 조합으로 할 수 있다. 격막(71)은, 복수의 막 또는 층을 겹친 것이어도 된다. 격막(71)의 구성은 일례이며, 다른 구성을 취할 수 있다.
도 5는, 애노드(41) 근방의 확대 단면도이다. 애노드(41)는 다수의 관통 구멍(41A)을 갖기 때문에, 애노드(41)의 표면은, 전극 반응 중에도 관통 구멍(41A)으로부터 공급되는 도금액으로 항상 습윤된 상태로 유지된다. 격막(71)은, 도금액이 침투·습윤 가능한 이온 투과성을 갖는 막이므로, 동도에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)는, 기판측의 면(격막(71)이 밀착된 개소 또는 그 근방)에 있어서, 도금액과 반응하여, 양이온(예를 들어 수소 이온 H+)이 격막(71)을 통해서 캐소드실(Cc), 즉 기판측에 전달된다. 따라서, 애노드(41)의 기판측의 면(격막(71)이 밀착된 개소 또는 그 근방)으로부터 격막(71)의 내부를 통해서 기판(Wf)에 이르는 이온 전도 경로(전류 경로)가 형성된다. 한편, 애노드(41)의 표면에서 발생한 가스(예를 들어, 산소 O2)의 기포(61)는, 격막(71)을 통과할 수 없어, 애노드(41)의 다수의 관통 구멍(41A)을 통해서 애노드(41)의 이면(전방면과 반대측의 면)측으로 이동한다. 애노드(41)의 이면측으로 이동한 기포(61)는, 격막(71)의 외측에 마련된 배출구(11)(도 3, 도 4)를 통해서 도금조(10) 외부로 배출된다.
이 구성에서는, 격막(71)이 애노드(41)의 기판측의 면에 밀착되어 있으므로, 애노드(41)의 표면에서 발생한 기포(61)가 기판(Wf)측으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 기포(61)가 기판측으로 확산하여, 저항체(51), 기판(Wf) 등에 기포(61)가 부착되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 격막(71)이 애노드(41)에 밀착되어 있으므로, 격막(71)과 애노드(41) 사이에 기포(61)가 축적되는 것이 방지된다. 특히, 격막(71)이 애노드(41)로부터 이격되어 있을 경우와 같이, 격막(71)의 이면에 기포(61)가 축적되는 문제를 회피할 수 있다. 또한, 기포(61)의 배출 경로가 되는 애노드(41)의 이면측은, 애노드(41)와 기판(Wf)간의 주요한 이온 전도 경로가 아니기 때문에, 여기에 기포(61)가 존재해도, 기포(61)가 애노드-기판간의 이온 전도 저항 성분으로는 되지 않아, 애노드-기판간의 이온 전도(도금 전류)에의 영향은 거의 없다.
이 구성에서는, 애노드(41)의 기판측의 면(격막(71)이 밀착된 개소 또는 그 근방)으로부터 격막(71)을 통해서 양이온(H+)을 기판(Wf)측에 전도시킬 수 있으므로, 기포(61)의 영향을 회피하면서, 애노드(41)와 기판(Wf) 사이의 이온 전도 경로를 확실하게 확보할 수 있다.
이상으로, 이 구성에 의하면, 애노드-캐소드간의 이온 전도 경로가 안정적으로 확보됨과 함께, 애노드-캐소드간의 이온 전도 경로 상에 기포(61)가 축적되어 이온 전도에 악영향을 주는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 애노드에서 발생하는 기포의 영향을 억제하여, 기판 상의 도금을 안정되게 행할 수 있어, 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도금조(10)에 있어서, 격막(71)의 외측에는, 가스의 배출구(11)(도 3, 도 4 참조)가 마련되어 있다. 애노드(41)의 이면측으로 이동한 기포(61)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 배출구(11)로부터 도금조(10) 외부로 배출된다. 이 구성에서는, 배기구(11)를 통해서, 애노드(41)에서 발생한 기포(61)를 자연스럽게 배출하는 것이 가능하여, 애노드실(Ca)의 도금액을 순환시켜서 기포를 배출할 필요가 없다. 또한, 애노드실(Ca)의 도금액을 순환시켜도 된다. 이에 의해, 애노드실(Ca)에 있는 기포의 배출을 더욱 촉진시킬 수 있다. 이 경우, 애노드(41)의 하측에 과잉으로 또한 불균일하게 산소가 축적되는 것이 억제됨으로써, 애노드(41)의 관통 구멍(41A) 내의 기포(산소 가스)의 배출이 촉진되어, 도금막의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다. 애노드실(Ca)의 도금액의 순환은, 캐소드실(Cc)의 도금액의 순환 경로(80)와 마찬가지로 구성할 수 있다. 단, 애노드실(Ca)로부터 배출된 도금액을 다시 애노드실(Ca)로 되돌리는 접속으로 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 애노드 홀더(42)의 하면에 절결(42A)을 마련하고 있다. 절결(42A)은, 절결(42A) 부분에서 애노드 홀더(42)의 높이가 낮아지게 해서 형성해도 되고, 또는 절결(42A) 부분에서 애노드 홀더(42)가 불연속으로 되도록 형성해도 된다. 이것은, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 애노드 홀더(42)의 하부가 애노드(41)의 이면보다도 하방으로 돌출되는 구조일 경우에, 애노드(41)의 이면에 축적된 기포(61)가, 절결(42)을 통해서 배출구(11)를 향해서 이동하기 쉽게 하기 위함이다. 절결(42)은, 배출구(11)의 근방 또는 배출구(11)에 대향하는 위치에 마련하는 것이 바람직하다. 단, 애노드 홀더(42)에 절결(42A)을 마련하지 않아도 된다. 절결(42A) 및 배출구(11)는, 애노드(41)의 주위에 복수 형성해도 된다. 또한, 기포(61)를 배출하기 쉽게 할 목적으로, 애노드(41) 자체를 수평보다도 비스듬히 경사지게 해서 배치할 수도 있다. 이 경우, 절결(42)은, 애노드의 중심보다도 상방에 배치하는 것이 바람직하다.
도 6 및 도 7은, 애노드(41)에의 격막(71)의 고정 구조를 도시하는 단면도이다. 이들 도면에서, 애노드(41)의 이면 중심부에는, 애노드(41)에 급전하기 위한 급전용 보스(44)가 마련되어 있다. 급전용 보스(44)는, 애노드(41)와 일체로 형성되어도 되고, 애노드(41)에 설치되어도 된다. 또한, 도 3에서는, 누름판(72)(도 6), 누름 링(73)(도 7)을 생략하고 있다.
도 6의 예에서는, 격막(71)은, 다수의 관통 구멍(72A)을 갖는 누름판(72)에 의해 애노드(41)의 기판측의 면에 압박되어, 애노드(41)의 상면에 밀착된 상태에서 고정된다. 누름판(72)은, 애노드(41), 격막(71)을 위에서부터 누르도록, 애노드 홀더(42)에 대하여 나사 등의 체결 부재(74)로 고정되어 있다. 이 구성에서는, 누름판(72)과 애노드(41) 사이에 격막(71)을 끼움 지지하여, 격막(71)을 애노드(41)에 밀착시킨다. 또한, 누름판(72)과 격막(71) 사이에는, 이들 사이를 시일하는 시일 부재(75)(예를 들어, O링)가 마련되어 있다. 애노드 홀더(42) 및 누름판(72)은, 도금액으로 부식되지 않는 재질로 하는 것이 바람직하며, 예를 들어 염화비닐 등의 수지, Pt, Ti 등의 금속으로 구성할 수 있다.
도 7의 예에서는, 격막(71)은, 애노드(41)의 기판측의 면에 접합되어 고정되어 있다. 격막(71)을 애노드(41)에 접합하는 접합층(75)은, 이온 투과성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이온 교환기를 갖는 수지나, 수지 및 필러를 포함하는 다공질 접합층으로 할 수 있으며, 일례에서는 술폰산기를 갖는 퍼플루오로 카본 재료로 할 수 있다. 또한, 격막(71)의 외주부는, 누름 링(73)에 의해 애노드 홀더(42)에 대하여 압박되어 고정되어 있다. 또한, 누름 링(73)과 격막(71)의 사이에는, 이들 사이를 시일하는 시일 부재(75)(예를 들어, O링)가 마련되어 있다. 애노드 홀더(42) 및 누름 링(73)은, 도금액으로 부식되지 않는 재질로 하는 것이 바람직하며, 예를 들어 염화비닐 등의 수지, Pt, Ti 등의 금속으로 구성할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 8은, 제2 실시 형태에 관한 도금 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 이하에서는, 상기 실시 형태와 다른 점을 주로 설명하고, 상기 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대한 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 도금조(10)의 캐소드실(Cc)의 측벽의 최하부가, 배출구(11)의 측벽의 최하부보다도 약간 높아지도록 구성한다. 이에 의해, 도금조(10)의 캐소드실(Cc)의 오버플로면(Sc)을, 애노드실(Ca)(배출구(11))의 오버플로면(Sa)에 대하여 약간(격막을 통한 액 이동을 최소한으로 하는 정도로) 높게 설정한다. 또한, 배출구(11)는, 애노드실(Cc)에 연락되어 있기 때문에, 배출구(11)의 오버플로면(Sa)이, 애노드실(Ca)의 오버플로면으로 된다. 동도에서는, 오버플로면(Sc)과 오버플로면(Sa)의 차를 h1로 나타낸다. 이 구성에서는, 동도의 화살표 A3, A2로 나타내는 바와 같이, 캐소드실(Cc)을 애노드실(Ca)에 대하여 미세 가압함으로써, 격막(71)의 애노드(41)에의 밀착을 향상시킬 수 있다.
도금조(10)는, 캐소드실(Cc)에서 도금조(10)의 외부로 도금액을 오버플로시키는 오버플로 위어(10c)를 구비한다. 이 예에서는, 오버플로 위어(10c)는, 도금조(10)의 캐소드실(Cc)과, 오버플로 조(20) 사이의 캐소드실(Cc)의 측벽이다. 또한, 도금조(10)는, 애노드실(Ca)에서 도금조(10)의 외부로 도금액을 오버플로시키는 오버플로 위어(10a)를 구비한다. 이 예에서는, 오버플로 위어(10a)는, 도금조(10)의 배출구(11)와, 오버플로 조(20) 사이의 측벽(도금조(10)의 배출구(10) 부분의 측벽)이다. 오버플로 위어(10c)의 높이(오버플로면(Sc))가, 오버플로 위어(10a)의 높이(오버플로면(Sa))보다도 높게 설정됨으로써, 캐소드실(Cc)과 애노드실(Ca) 사이에 압력차(캐소드실(Cc)의 압력>애노드실(Ca)의 압력)가 생긴다. 또한, 격막(71)을 통한 액 이동을 최소한으로 하는 정도로(또는 과도하게 행하지 않도록), 캐소드실(Cc)과 애노드실(Ca)의 압력차, 즉 각 오버플로 위어(10c, 10a)의 높이를 설정한다. 다른 구성은, 상기 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
또한, 상기 실시 형태 및 본 실시 형태에 있어서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 오버플로 조(20) 내에 회수한 도금액을 펌프(81)에 의해 캐소드실(Cc)에 순환시키는 순환 경로(80)를 마련해도 된다. 순환 경로(80)의 도중에 1개 또는 복수의 리저버를 마련해도 된다.
[도금 모듈의 실험예]
상기 실시 형태의 구성을 사용한 실험예를 이하에 설명한다. 도 9는, 실험용 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다. 도 10은, 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다. 도 12는, 도 10에 도시하는 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 단면을 모식적으로 도시한 것이다. 도 9에서는, 도금액을 유지하는 도금조(10) 내에, 애노드(41)와, 애노드(41)로부터 소정의 간격으로 상방으로 이격된 캐소드(32)(기판(Wf)에 상당)가 배치되어 있다. 도 10에서는, 도금액을 유지하는 도금조(10) 내에, 애노드(41)와, 애노드(41)의 상면에 밀착된 격막(71)과, 격막(71)을 누르는 누름판(72)과, 누름판(72)으로부터 소정의 간격으로 상방으로 이격된 캐소드(32)가 배치되어 있다. 각 도면에 있어서, 애노드(41)는, 전원(95)(도 12 참조)의 정극 단자에 접속되고, 캐소드(32)는, 전원(95)의 부극 단자에 접속된다. 도 9의 구성은, 도 12에서, 격막(71) 및 누름판(72)을 생략한 것으로 된다.
도 12에서, 부호 95는, 애노드-캐소드간에 전압을 인가하는 전원을 나타내고, 부호 91, 92는, 클램프편을 나타낸다. 동도에 도시하는 바와 같이, 실험용 도금 모듈(격막 있음)에서는, 도금조(10)에 있어서, 애노드(41), 격막(71) 및 누름판(72)이 클램프(91, 92)로 서로 밀착되고, 누름판(72)으로부터 소정의 간격으로 상방으로 이격되어 캐소드(32)가 배치된다. 또한, 도 12에서 격막(71), 누름판(71)을 생략한 것이, 도 9에 도시하는 실험용 도금 모듈(격막 없음)에 대략 일치한다.
도 11a 내지 도 11e는, 실험용 도금 모듈(격막 있음)의 조립 수순을 설명하는 사진을 나타낸다. 도 11a에서는, 한 쌍의 클램프편(91) 상에 애노드(41)를 배치한다. 애노드(41)와 클램프편(91)은, 예를 들어 테이프 등으로 고정한다. 도 11b에서는, 애노드(41)의 상면에 격막(71)을 배치한다. 도 11c에서는, 격막(71) 상에 누름판(72)을 배치한다. 도 11d에서는, 누름판(72) 상에 한 쌍의 클램프편(92)을 배치하고, 클램프편(91)과 클램프편(92)을 테이프 등으로 고정함으로써, 애노드(41), 격막(71) 및 누름판(72)을 클램프편(91, 92) 사이에 끼워서 고정한다. 도 11e는, 도 11d의 상태를 하방에서 본 사진이다. 그 후, 도 10에 도시하는 바와 같이, 누름판(72)으로부터 상방으로 이격되도록 캐소드(32)를 배치한다. 캐소드(32)는, 도금액에 의한 부력에 의해 누름판(72)으로부터 이격되지만, 적절히, 스페이서 등의 위에 캐소드(32)를 배치해서 누름판(72)으로부터 이격시켜도 된다.
또한, 실험용 도금 모듈(격막 없음)은, 도 9에 도시하는 바와 같이, 도금조(10) 내에 애노드(41)를 배치하고, 애노드(41)로부터 상방으로 이격되도록 캐소드(32)를 배치하면 된다. 캐소드(32)는, 도금액에 의한 부력에 의해 누름판(72)으로부터 이격되지만, 적절히, 스페이서 등의 위에 캐소드(32)를 배치해서 누름판(72)으로부터 이격시켜도 된다.
실험에 사용한 각종 파라미터는 이하와 같다. 또한, 실험에서는 애노드에서의 기포 발생의 모습을 관찰하는 것을 용이하게 할 목적으로, 도금액 대신에 금속 이온을 포함하지 않는 전해액을 사용했다. 애노드에서의 전극 반응은, 도금액을 사용한 경우와 동일하다. 애노드, 캐소드, 전해액(도금액), 캐소드에 대향하는 애노드로서 기능하는 애노드 면적 및 전류 밀도는, 이하와 같다.
애노드: IrO2/Ti의 라스(금속망)
캐소드: Pt/Ti의 라스(금속망)
격막: Yumicron Y-9207TA (micro-porous membrane)(유아사 멤브레인 시스템사)
전해액: 100g/L-H2SO4
애노드 면적(Anode area): 0.24dm2(60mm×40mm)
전류 밀도: 5ASD
도 13은, 도금 중의 애노드 전압의 측정 결과이다. 이 측정 결과에 나타내는 바와 같이, 격막(71)을 사용한 경우도, 통전 시의 애노드(41)의 전압은 안정되어 있어, 격막 없음의 경우와 마찬가지의 전압의 변화를 나타내는 것을 알았다. 이 결과로부터, 격막(71)을 애노드(41)에 밀착시켜도, 애노드-캐소드간의 전압이 정상적인 변화를 나타내어, 정상적인 도금 처리를 실시할 수 있을 것으로 예상된다.
도 14a는, 도금 전의 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다. 도 14b는, 도금 중의 도금 모듈(격막 없음)의 사진이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 도금 모듈(격막 없음)에서는, 애노드(41)에서 발생한 다량의 기포가, 애노드(41)의 상하 양측에 축적되는 것이 관측되었다. 이온 전도 경로가 되는 애노드(41)-캐소드(32) 사이에 다량의 기포가 축적되기 때문에, 도금막 두께의 균일성에 악영향을 줄 것으로 예상된다.
도 15a는, 도금 전의 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다. 도 15b는, 도금 중의 도금 모듈(격막 있음)의 사진이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 격막 있음의 도금 모듈에서는, 애노드(41)에서 발생한 기포가, 애노드(41)의 하측에 존재하지만, 이온 전도 경로가 되는 애노드(41)-캐소드(32) 사이에 기포가 축적되는 것이 억제되는 것으로 관측되었다. 따라서, 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.
도 16a 및 도 16b는, 애노드로부터 발생하는 기포의 이동을 설명하는 모식도이다. 상술한 바와 같이, 애노드(41)의 이면(기판으로부터 먼 측의 면)에 기포가 축적되면, 기포에 기인해서 애노드(41)의 전압의 변동이 생기는 경우가 있다. 특히, 격막으로서 이온 교환막인 Nafion(등록 상표)을 사용하여, 고전류 밀도로 도금했을 때 특히 현저하게 나타나는 경향이 있다. 이 요인으로서는, 이하의 두가지를 생각할 수 있다. 제1 요인은, 애노드(41)의 이면에 축적된 기포에 의해, 애노드 이면측으로 돌아 들어가는 전기장이 차폐되는 것이다. 이 요인은, 애노드의 전방면(기판측의 면)에 격막을 밀착시키지 않는 경우도 생기는 것이며, 이 요인에 의한 애노드의 전압 변동에 대한 영향은 작다고 생각된다. 제2 요인으로서는, 애노드 이면에 축적된 기포의 부력에 의한 애노드 관통 구멍 내의 도금액(기포를 포함함)의 압력 증대에 의해 애노드 표면(관통 구멍 내의 내벽, 이면) 근방의 도금액의 압력이 증대하고, 도금액 중의 포화 용존 산소 농도가 상승하여, 애노드의 전극 전위가 상승하는 것이다.
도 16a에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)에서 발생한 기포(61)는, 애노드(41)의 이면에 기포(61)의 층 또는 덩어리(이하, 단순히 기포의 층이라고 칭함)를 형성한다. 이 상태에서는, 애노드 이면의 기포 층에 의한 부력에 의해 관통 구멍(41A) 내의 도금액(기포를 포함함)의 압력이 높은 상태가 된다. 그 후, 애노드(41)의 이면의 기포 층으로부터, 도 16b에 파선으로 나타내는 바와 같이 기포의 층 일부가 애노드(41)의 이면으로부터 이탈하여, 배출구(11)를 향해서 배출되면, 기포의 층 일부가 애노드(41)의 이면으로부터 이격된 부분(파선의 개소)에서는, 일시적으로 애노드 이면에 기포의 층이 존재하지 않는 상태가 되어 애노드 관통 구멍 내의 도금액(기포를 포함함)이, 이면의 기포 층에 의한 부력으로부터 해방된다. 그 결과, 애노드 관통 구멍 내의 도금액의 압력이 저하되고, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방에서 포화 용존 산소 농도가 저하되어서 애노드(41)의 전극 전위도 저하된다. 그 후, 파선의 개소에도 기포의 층이 다시 형성되지만, 이렇게 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방의 도금액의 압력이 변동하면, 애노드 표면 근방에서 포화 용존 산소 농도가 변동해서 애노드(41)의 전압이 변동하여, 도금막 두께의 면내 균일성을 저하시킬 가능성이 있다.
(제3 실시 형태)
도 17a, 도 17b 및 도 18은, 제3 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하고, 도 18은, 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이며, 도 17a는, 도 18의 A-A를 따른 단면도이며, 도 17b는, 도 18의 B-B를 따른 단면도이다. 도 19는, 기포 조절 플레이트의 평면도 및 단면도를 도시한다. 이하에서는, 상기 실시 형태와 다른 점을 주로 설명하고, 상기 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대한 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 17a 및 도 17b에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)의 하방에 소정의 간격(예를 들어, 5mm 이하, 보다 바람직하게는 2mm 이하)을 두고 기포 조절 플레이트(140)(이면 플레이트라고도 칭함)가 배치된다. 기포 조절 플레이트(140)는, 도 19에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)와 마찬가지의 형상(이 예에서는 원형)을 갖고, 애노드(41) 이면 전체를 덮도록 애노드(41)보다도 큰 직경을 갖는다. 기체 조절 플레이트(140)의 중앙에는, 급전 보스(44)를 통과시키기 위한 관통 구멍(141)이 마련되어 있다. 도 17a 및 도 17b에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)와 기포 조절 플레이트(140) 사이에는, 이들 사이의 간격을 조절하기 위한 스페이서(130)가 마련되어 있다. 스페이서(130)는, 도 19에 도시하는 바와 같이, 기포 조절 플레이트(140)의 상면에, 예를 들어 접착제 등으로 미리 부착해서 배치되어도 된다. 스페이서(130)는, 기포 조절 플레이트(140)의 외주부에 균등하게 복수 배치되는 둘레 방향 스페이서(131)와, 일부의 둘레 방향 스페이서(131)에 일체 또는 설치되어 마련된 복수의 직경 방향 스페이서(132)를 갖는다. 이 예에서는, 둘레 방향 스페이서(131) 하나 걸러 직경 방향 스페이서(132)가 마련되어 있다. 직경 방향 스페이서(132)는, 둘레 방향 스페이서(131)와 일체로 또는 둘레 방향 스페이서(131)에 연결 또는 접촉시켜서 마련해도 된다.
본 실시 형태에서는, 애노드 홀더(42)는, 도 17b 및 도 18에 도시하는 바와 같이, 링상의 상부 애노드 누름 부재(42B)와, 애노드 누름 부재(42B)의 둘레 방향을 따라 복수 배치된 하부 애노드 누름 부재(42C)를 갖는다. 상부 애노드 누름 부재(42B)는, 도금조(10)의 측벽과 일체로 또는 도금조(10)의 측벽에 설치되어 있다. 상부 애노드 누름 부재(42B)는, 애노드(41)의 상면의 외주부에 맞닿아서 애노드(41)를 누른다. 상부 애노드 누름 부재(42B)의 상면에는, 격막(71), 시일(75) 및 누름판(72)이 체결 부재(74)로 고정되어 있다. 즉, 누름판(72)이, 격막(71) 및 시일(75)을 압박한 상태에서 상부 애노드 누름 부재(42B)에 고정되어 있다. 상부 애노드 누름 부재(42B)의 하면에는, 복수의 하부 애노드 누름 부재(42C)가 체결 부재(71A)에 의해 고정되어 있다. 각 하부 애노드 누름 부재(42C)는, 둘레 방향 스페이서(131)에 대응해서 마련되어 있다.
상부 애노드 누름 부재(42B) 및 하부 애노드 누름 부재(42C)는, 애노드(41), 스페이서(130), 기포 조절 플레이트(140)를 상하로부터 끼워넣도록 고정한다. 보다 상세하게는, 하부 애노드 누름 부재(42C)가 상부 애노드 누름 부재(42B)와 함께 기체 조절 플레이트(140) 및 둘레 방향 스페이서(131)를 사이에 두도록, 각 하부 애노드 누름 부재(42C)를 상부 애노드 누름 부재(42B)에 체결 부재(74A)에 의해 고정함으로써, 상부 애노드 누름 부재(42B) 및 기체 조절 플레이트(140) 사이에 애노드(41) 및 직경 방향 스페이서(132)가 끼워져서 고정된다. 상기와 같이 기포 조절 플레이트(140)를 애노드(41) 근방에 설치한 상태에서는, 도 17b에 도시하는 바와 같이, 기포 조절 플레이트(140)와, 애노드(41) 및 상부 애노드 누름 부재(42B) 사이에 각각 직경 방향 스페이서(132) 및 둘레 방향 스페이서(131)가 배치되고, 이에 의해, 애노드(41)와 기포 조절 플레이트(140) 사이의 간격이 직경 방향 스페이서(132)에 의해 설정된다.
기포 조절 플레이트(140) 상에 둘레 방향 스페이서(131)가 배치되지 않는 부분(도 19의 둘레 방향 스페이서(131)의 사이의 기포 조절 플레이트(140)의 영역)에서는, 도 17a에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)와 기체 조절 플레이트(140) 사이의 공간이 직경 방향 외측으로 개방된다.
도 20은, 제3 실시 형태에서의 애노드 이면 상의 기포의 배출을 설명하는 모식도이다. 본 실시 형태에 따르면, 애노드(41)의 이면에 기포 조절 플레이트(140)가 존재하기 때문에, 동도에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)의 이면에서의 기포(61)의 축적은, 애노드(41)와 기포 조절 플레이트(140)의 간격 내로 제한된다. 이 때문에, 애노드(41) 이면의 기포의 축적량이 적어(기포(61)의 층 두께가 제한되어), 도 20의 아랫 도면에 나타내는 파선 부분과 같이 기포(61)가 애노드(41)로부터 이탈해서 배출되었다고 해도, 애노드(41)의 이면에서의 기포 축적량의 변화가 작다. 또한, 도 20에 도시하는 바와 같이, 기포의 이탈은, 애노드(41)의 이면의 외측에서 일어나기 쉽다. 이 때문에, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방의 압력 변화가 억제되어, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방의 도금액 중의 포화 용존 산소 농도, 나아가서는 애노드의 전극 전압의 변동이 억제되어, 도금막 두께의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다. 애노드(41)와 기포 조절 플레이트(140) 사이의 간격(직경 방향 스페이서(132)의 두께에 상당)은, 애노드(41) 이면의 기포의 축적량을 작게 하는 관점에서, 기포 조절 플레이트(140)를 설치하지 않을 경우에 애노드(41)의 이면에 축적되는 기포의 높이보다도 작게 하는 것이 바람직하다. 형성되는 기포의 높이는, 사용하는 도금액의 표면 장력이나 비중에 따라 다르지만, 애노드(41)와 기포 조절 플레이트(140) 사이의 간격은, 대략 5mm 이하, 보다 바람직하게는 2mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 둘레 방향 스페이서(131) 및/또는 직경 방향 스페이서(132) 사이의 공간이 둘레 방향으로 균등하게 배치되어 있기 때문에, 애노드(41) 이면의 기포(61)는, 둘레 방향으로 균등하게 배출된다. 이 때문에, 애노드(41) 이면의 기포가 치우치지 않고 애노드(41)로부터 이탈할 수 있어, 기포 축적량의 변동을 더욱 억제할 수 있다. 또한, 애노드 이면 각 부에서의 기포 축적량의 불균일도 억제할 수 있다. 배출구(11)를 복수 마련해도 된다. 예를 들어, 인접하는 직경 방향 스페이서(132)의 사이의 영역마다 배출구(11)를 마련해도 된다.
또한, 균등하게 배치된 복수의 직경 방향 스페이서(132)에 의해 애노드(41)-기체 조절 플레이트(140)간의 공간이 적절하게 분할되어 있음으로써, 기포가 큰 덩어리로 이탈하는 것이 억제된다.
(변형예)
상기 실시 형태에서는, 스페이서(130)(131, 132)는, 사각 기둥 형상으로 되어 있는데, 애노드(41)-기포 조절 플레이트(140)간에 소정의 간격(갭)을 형성할 수 있어, 기포의 배출을 방해하지 않는 형상·치수라면, 스페이서의 형상·치수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스페이서는, 원기둥 형상, 삼각 기둥 형상, 및/또는 원판 형상으로 할 수도 있다. 또한, 기포 조절 플레이트(140)를 관통시켜 애노드(41)의 이면에 접촉시킴으로써, 애노드-기포 조절 플레이트간에 소정의 갭을 형성하는 핀형 스페이서를 채용할 수도 있다(후술). 또한, 애노드(41) 및 기포 조절 플레이트(140)가 충분한 평면도를 갖고 있어, 스페이서(132), 스페이서(132A)(후술)를 사용하지 않아도 소정의 갭을 형성할 수 있을 경우에는, 이들 스페이서 자체를 생략할 수도 있다.
도 24 및 도 25는, 변형예에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하고, 도 25는, 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이며, 도 24는, 도 25의 A-A를 따른 단면도이다. 도 26은, 기포 조절 플레이트의 평면도 및 단면도를 도시한다. 이하에서는, 상기 실시 형태와 다른 점을 주로 설명하고, 상기 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대한 설명을 생략한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 변형예에서는, 상기 실시 형태에서의 직경 방향 스페이서(132)를 핀형 스페이서(132A)로 바꾼 점이 다르다. 핀형 스페이서(132A)는, 예를 들어 나사형 스페이서이며, 측면에 나사산을 갖고, 애노드(41)의 이면에 맞닿는 평탄한 또는 만곡된 선단부(132B)를 갖고, 기단측에 나사머리부(132C)를 갖는다. 이 변형예에서는, 기포 조절 플레이트(140)에 나사 절삭 가공을 행하여 관통 구멍(나사 구멍)(140A)을 형성하고, 관통 구멍(140A)의 하측으로부터 핀형 스페이서(132A)를 비틀어 넣어 상측으로 돌출시켜, 핀형 스페이서(132A)의 선단부를 애노드(41)의 이면에 접촉시킴으로써, 애노드(41)-기포 조절 플레이트(140)간에 소정의 간격(갭)을 형성한다. 또한, 다른 예에서는, 핀형 스페이서(132A) 및 기포 조절 플레이트(140)에 나사를 형성하는 대신, 다른 수단으로 핀형 스페이서(132A)를 기포 조절 플레이트(140)에 고정해도 된다.
(제4 실시 형태)
도 21a, 도 21b 및 도 22는, 제3 실시 형태에 관한 도금 모듈의 애노드 근방의 구조를 도시하고, 도 22는, 애노드 근방의 구조를 하방에서 본 하면도이며, 도 21a는, 도 22의 A-A를 따른 단면도이며, 도 21b는, 도 22의 B-B를 따른 단면도이다. 도 23은, 애노드 이면 상의 기포의 배출을 설명하는 모식도이다. 이하에서는, 상기 실시 형태와 다른 점을 주로 설명하고, 상기 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대한 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 도 21a, 도 21b 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 애노드(41)의 주위를 둘러싸도록 기포 버퍼용 링(150)이 배치되어 있고, 기포 버퍼용 링(150)은, 단면이 직사각형인 복수의 소경부(151) 및 복수의 대경부(152)를 갖는다. 소경부(151)와 대경부(152)는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 기포 버퍼용 링(150)의 둘레 방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 소경부(151)는, 도 21a 및 도 21b에 도시하는 바와 같이, 대경부(152)보다 폭(직경 방향 치수) 및 두께(높이 방향 치수)가 작게 형성되어 있다. 소경부(151)의 하부 단부면(151A)은, 대경부(152)의 하부 단부면(152A)보다 높은 위치에 위치하고, 소경부(151)의 하부 단부면(151A)과 애노드(41)의 이면의 높이의 차인 갭(G1)은, 애노드(41) 이면에 축적되는 기포(61)의 층 두께를 규정한다(도 23 참조). 애노드(41) 이면에 축적된 기포(61)의 층이 갭(G1)을 초과하는 분은, 기포 버퍼용 링(150)의 소경부(151)의 하부 단부면(151A)을 넘어서 직경 방향 외측으로 이탈, 배출된다. 소경부(151)의 상부 단부면(151B)은, 대경부(152)의 상부 단부면(152B)보다 하방에 위치하고, 애노드 누름 부재(42D)와 소경부(151)의 상부 단부면(152A)의 사이에는 갭(G2)이 형성되어 있다. 갭(G2)은, 도금액 침입용 갭이며, 애노드(41)측으로 도금액을 침입시키는 기능을 갖는다. 애노드 누름 부재(42D)는, 상술한 상부 애노드 누름 부재(42B)와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 링상의 애노드 누름 부재(42D)에 고정되는 복수의 누름 부재(42E)가, 애노드 누름 부재(42D)의 둘레 방향을 따라 복수 마련되어 있다. 각 누름 부재(42E)가, 기포 버퍼용 링(150)의 대경부(152)에 대응해서 마련되어 있다. 도시의 예에서는, 각 누름 부재(42E)는, 대경부(152)의 둘레 방향 길이 방향의 중심에 배치되어 있다. 애노드 누름 부재(42D) 및 누름 부재(42E)로 기포 버퍼용 링(150)의 대경부(152)를 끼운 상태에서, 애노드 누름 부재(42D) 및 누름 부재(42E)가 체결 부재(74A)에 의해 고정된다. 이에 의해, 애노드(41)의 주위를 둘러싸도록 기포 버퍼용 링(150)이 도금조(10)에 설치된다. 애노드(41)는, 예를 들어 도시하지 않은 스페이서 등의 부재가 급전 보스(44) 아래에 마련됨으로써 소정의 높이로 배치되고, 애노드(41)의 외주부가 애노드 누름 부재(42D)에 의해 상방으로부터 눌림으로써, 상하로부터 끼워져서 고정된다.
도 23은, 제4 실시 형태에서의 애노드 이면의 기포 배출을 설명하는 모식도이다. 본 실시 형태에 따르면, 애노드(41)의 이면에 있어서 기포 버퍼용 링(150)의 소경부(151)의 하부 단부면(151A)을 넘어서 축적된 기포(61) 부분이, 도 23의 하부 도면의 파선으로 나타내는 바와 같이 소경부(151)의 하단부를 넘어서 직경 방향 외측으로 이탈, 배출된다. 이 구성에서는, 기포 버퍼용 링(150)의 소경부(151)의 하부 단부면(151A)을 넘는 기포(61)의 이탈이 있으며, 한번에 이탈하는 기포의 양은 약간 커질 것으로 예상되지만, 애노드(41) 이면 전체에 기포(61)의 층 또는 덩어리가 항상 축적되기 때문에, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방에서의 압력 변동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방의 도금액 중의 포화 용존 산소 농도, 나아가서는 애노드의 전극 전압의 변동을 억제하여, 도금막 두께의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
상술한 실시 형태에 따르면, 적어도 이하의 작용 효과를 발휘한다.
(1) 상기 실시 형태에 따르면, 애노드와 기판 사이의 이온 전도 경로 상에 기포(저항 성분)가 축적되어, 도금막 두께의 균일성에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다. 또한, 애노드에 밀착된 격막을 통해서 양이온을 기판측에 전도시킬 수 있으므로, 기포의 영향을 회피하면서, 애노드-기판간의 이온 전도 경로를 확실하게 확보할 수 있다. 따라서, 애노드와 기판 사이의 이온 전도 경로 상에, 애노드로부터의 기포에 의한 이온 전도 저항이 생기는 것을 억제하면서, 기판 상의 도금을 안정되게 행할 수 있어, 도금막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있다.
(2) 상기 실시 형태에 따르면, 애노드로서 불용해 애노드가 사용 가능하게 되기 때문에, 애노드의 메인터넌스성 향상, 러닝 코스트 저감이 가능하게 된다.
(3) 상기 실시 형태에 따르면, 애노드실의 도금액을 순환시키지 않고, 애노드에서 발생한 가스를 자연스럽게 배출 가능하게 되기 때문에, 도금조의 구조 및/또는 운용이 심플하게 된다. 또한, 애노드실의 도금액을 순환시켜서, 기포의 배출을 더욱 촉진시켜도 된다.
(4) 상기 실시 형태에 따르면, 기포 조절 플레이트 또는 기포 버퍼용 링에 의해, 애노드 이면 상에 축적된 기포의 이탈에 의한 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방에서의 급격한 압력 변화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 애노드 표면(관통 구멍 내벽, 이면) 근방에서의 포화 용존 산소 농도의 변동, 나아가서는 애노드의 전극 전압의 변동을 억제하여, 도금막 두께의 면내 균일성의 저하를 억제할 수 있다.
[변형예]
상기에서는, 페이스 다운식 도금 모듈을 예로 들어 설명했지만, 기판의 피도금면을 상향으로 해서 도금하는 페이스 업식 도금 모듈에 본 발명을 적용해도 된다.
상술한 실시 형태로부터 적어도 이하의 형태가 파악된다.
[1] 일 형태에 의하면, 도금액을 유지하기 위한 도금조와, 상기 도금조 내에 배치되어, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와, 상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과, 상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면에 대향하고, 상기 제2면으로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치된 이면 플레이트이며, 상기 애노드로부터 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 조절하는 이면 플레이트를 구비하는 도금 장치가 제공된다. 이면 플레이트와 애노드 사이의 거리는, 애노드 제2면 상에 축적되는 기포의 이탈에 의해 애노드의 전극 전위가 변동하지 않도록 애노드 제2면 상의 기포의 축적량이 충분히 작아지는 짧은 거리(예를 들어 5mm 이하, 보다 바람직하게는 2mm 이하)로 설정된다.
이 형태에 의하면, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드의 기판측의 면에 격막을 밀착시킨 구성을 가지므로, 애노드에서 발생한 가스의 기포는, 격막에 의해 기판측으로 이동하는 것이 억제됨과 함께 애노드의 복수의 관통 구멍을 통해서 애노드의 제2면측으로 이동한다. 또한, 격막이 애노드에 밀착되어 있으므로, 애노드와 격막 사이에 축적되는 것이 억제된다. 그 결과, 애노드-기판간의 이온 전도 경로 상에 기포가 축적되는 것이 억제된다.
한편, 격막을 통해서 양이온이 이동 가능하므로, 애노드-기판간의 이온 전도 경로를 확보할 수 있어, 기판에서의 전극 반응을 안정적으로 행할 수 있다.
그 결과, 애노드-기판간의 이온 전도 경로 상에 기포가 축적되는 것을 억제하면서, 애노드-기판간의 이온 전도 경로를 확보하여, 기판의 도금을 안정되게 행할 수 있어, 도금막 두께 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래와 같이 애노드로부터 이격되어 격막이 배치되었을 경우에, 애노드로부터의 기포가, 이온 전도 경로 상의 격막에 축적되어, 도금막 두께 분포의 균일성에 악영향을 미치는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 이 형태에 의하면, 애노드의 제2면측에 이면 플레이트가 존재하기 때문에, 애노드 제2면 상의 기포의 두께를 애노드와 이면 플레이트 사이의 거리 이내로 제한할 수 있다. 이에 의해, 애노드 제2면 상의 기포의 축적량을 적게 할 수 있어, 애노드 제2면 상의 기포의 배출에 수반하는 기포 축적량의 변화를 억제할 수 있다. 애노드 제2면 근방의 도금액의 압력 변화를 억제할 수 있기 때문에, 애노드에서의 전극 전위의 변동을 억제할 수 있다.
[2] 일 형태에 의하면, 상기 이면 플레이트와 상기 애노드 사이에 마련되고, 상기 애노드의 둘레 방향을 따라 복수 배치된 직경 방향 스페이서를 더 구비하고, 각 직경 방향 스페이서가 상기 이면 플레이트의 중심과 외주부 사이에서 직경 방향으로 연장된다.
이 형태에 의하면, 직경 방향 스페이서에 의해 이면 플레이트와 애노드의 사이의 거리를 조절할 수 있다. 또한, 직경 방향으로 연장되는 복수의 직경 방향 스페이서에 의해 애노드와 이면 플레이트 사이의 거리를 유지하므로, 애노드 및 이면 플레이트의 휨을 억제하고, 애노드 전역에 걸쳐서 애노드와 이면 플레이트 사이의 거리를 정확하게 조절할 수 있다. 또한, 애노드 제2면 상에 축적된 기포를 직경 방향 스페이서에 의해 직경 방향 외측으로 유도할 수 있다. 복수의 직경 방향 스페이서를 애노드 전체 둘레에 걸쳐서 균등한 간격으로 배치하면, 애노드 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 기포를 직경 방향 외측으로 배출할 수 있다.
[3] 일 형태에 의하면, 상기 애노드의 상기 제1면의 외주부를 누르는 애노드 누름 부재와, 상기 이면 플레이트와 상기 애노드 누름 부재 사이에 마련되고, 상기 애노드의 둘레 방향을 따라 복수 배치된 둘레 방향 스페이서를 더 구비한다.
이 형태에 의하면, 애노드 누름 부재와 이면 플레이트 사이의 거리를 원하는 거리로 유지함으로써, 이면 플레이트의 설치를 안정시킬 수 있다. 또한, 복수의 둘레 방향 스페이서를 분산해서 배치함으로써 둘레 방향 스페이서간에 기포를 배출하는 공간을 확보할 수 있다. 복수의 둘레 방향 스페이서를 애노드 전체 둘레에 걸쳐서 균등한 간격으로 배치하면, 애노드 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 기포를 직경 방향 외측으로 배출할 수 있다.
[4] 일 형태에 의하면, 상기 복수의 둘레 방향 스페이서 하나 걸러서 상기 직경 방향 스페이서가 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 애노드 제2면측을 직경 방향 스페이서로 과도하게 막지 않고, 애노드와 이면 플레이트 사이의 거리를 고정밀도로 유지할 수 있다.
[5] 일 형태에 의하면, 상기 제1 애노드 누름 부재와 함께, 상기 둘레 방향 스페이서 및 상기 이면 플레이트를 끼움 지지해서 고정하는 복수의 제2 애노드 누름 부재를 더 구비하고, 상기 제2 애노드 누름 부재는, 상기 둘레 방향 스페이서에 대응해서 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 애노드의 외측에서 제1 애노드 누름 부재 및 제2 애노드 누름 부재로, 둘레 방향 스페이서 및 이면 플레이트를 끼움 지지함으로써, 애노드 누름 부재 및 이면 플레이트로 애노드 및 직경 방향 스페이서를 끼움 지지할 수 있다. 또한, 복수의 제2 애노드 누름 부재를 둘레 방향 스페이서에 대응해서 마련함으로써, 제2 애노드 누름 부재로 둘레 방향 스페이서를 효과적으로 누를 수 있다.
[6] 일 형태에 의하면, 상기 이면 플레이트를 관통해서 상기 애노드에 맞닿게 마련된 복수의 핀형 스페이서를 더 구비한다.
이 형태에 의하면, 핀형 스페이서를 사용하기 때문에, 1개당 설치 면적이 작아, 설치하는 위치 및/또는 수를 높은 자유도로 선택할 수 있다.
[7] 일 형태에 의하면, 상기 핀형 스페이서는, 상기 이면 플레이트의 나사 구멍에 비틀어 넣어져서, 선단이 상기 애노드에 맞닿아 있다.
이 형태에 의하면, 핀형 스페이서가 나사형 스페이서이기 때문에, 이면 플레이트에의 나사 결합의 정도에 따라, 애노드-이면 플레이트간의 간격을 용이하게 조절할 수 있다.
[8] 일 형태에 의하면, 도금액을 유지하기 위한 도금조와, 상기 도금조 내에 배치되어, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와, 상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와, 상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과, 상기 애노드를 둘러싸도록 마련되는 기포 버퍼용 링이며, 상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면으로부터 이격되는 방향의 소정의 높이 위치에 배치되는 단부면을 갖고, 상기 애노드로부터 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 상기 단부면에 의해 조절하는 기포용 버퍼 링을 구비한다.
이 형태에 의하면, 상기 [1]에서 설명한 것과 마찬가지로, 애노드-기판간의 이온 전도 경로 상에 기포가 축적되는 것을 억제하면서, 애노드-기판간의 이온 전도 경로를 확보하여, 기판의 도금을 안정되게 행할 수 있어, 도금막 두께 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 애노드 제2면에 축적되는 기포에 관해서는, 기포 버퍼용 링의 단부면의 높이까지 애노드 제2면에 기포를 항상 축적시켜, 애노드 제2면 전체에 항상 기포가 존재하도록 할 수 있기 때문에, 애노드 제2면 상의 기포의 배출에 수반하는 기포 축적량의 변화를 억제할 수 있다. 애노드 제2면 근방의 도금액의 압력 변화를 억제할 수 있기 때문에, 애노드에서의 전극 전위의 변동을 억제할 수 있다.
[9] 일 형태에 의하면, 상기 애노드의 상기 제1면의 외주부를 누르는 애노드 누름 부재를 더 구비하고, 상기 기포 버퍼용 링은, 상기 애노드보다도 외측에서 상기 애노드 누름 부재와의 사이에 소정의 간극을 형성한다.
이 형태에 의하면, 애노드 누름 부재와 기포 버퍼용 링 사이의 간극으로부터 도금액을 애노드측에 침입시킬 수 있다.
[10] 일 형태에 의하면, 상기 기포 버퍼용 링은, 제1 두께를 갖는 복수의 제1 부분과, 상기 제1 두께보다 두꺼운 복수의 제2 부분을 갖고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 버퍼 링의 둘레 방향으로 교대로 배치되어 있고, 상기 제2 부분이 상기 애노드 누름 부재에 맞닿아진 상태에서, 상기 제1 부분의 상기 기판으로부터 먼 측에 있는 단부면이, 상기 기포의 양을 조절하는 상기 단부면을 형성하고, 상기 제1 부분의 상기 기판에 가까운 측의 단부면이, 상기 애노드 누름 부재와의 사이에 상기 소정의 간극을 형성한다.
이 형태에 의하면, 기포의 양을 조절하는 단부면과, 도금액 침입용 간극을 형성하는 단부면을 갖는 기포 버퍼용 링을 간이한 구성으로 실현할 수 있다.
[11] 일 형태에 의하면, 상기 애노드 누름 부재와 함께 상기 기포 버퍼용 링의 상기 제2 부분을 끼워서 고정하는 제2 누름 부재를 더 구비한다.
이 형태에 의하면, 애노드 누름 부재 및 제2 누름 부재에 의해 기포 버퍼용 링의 제2 부분(후육부)을 끼움 지지해서 고정함으로써, 기포 버퍼용 링의 제1 부분에 의해 기포의 양을 조절하는 단부면과, 도금액 침입용 간극을 형성하는 단부면을 형성할 수 있다.
[12] 일 형태에 의하면, 상기 격막보다 상기 기판측의 캐소드실의 도금액의 압력이, 상기 격막보다 상기 애노드측의 애노드실의 도금액의 압력보다 높아지도록 상기 도금 장치가 구성되어, 상기 캐소드실의 도금액 압력에 의해 상기 격막이 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 압박된다.
이 형태에 의하면, 캐소드실과 애노드실의 압력차에 의해 격막을 애노드에 압박하여, 격막의 전체면에 걸쳐 밀착성을 향상시킬 수 있다.
[13] 일 형태에 의하면, 상기 애노드실에 연통하고, 상기 애노드실로부터 상기 도금조의 외부로 기포를 배출하기 위한 배출구가, 상기 도금조에 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 애노드에서 발생한 기포를, 배기구를 통해서 자연스럽게 배출할 수 있다.
[14] 일 형태에 의하면, 상기 캐소드실의 도금액의 오버플로면이, 상기 배기구 내의 도금액의 오버플로면보다도 높아지도록, 상기 도금조의 측벽 높이가 설정되어 있다.
이 형태에 의하면, 캐소드실의 오버플로면이 애노드실의 오버플로면보다도 높아지도록 도금조의 측벽 높이를 설정함으로써, 간이한 구성으로 캐소드실과 애노드실 사이의 압력차를 형성할 수 있다.
[15] 일 형태에 의하면, 상기 격막은, 복수의 관통 구멍을 갖는 누름판에 의해 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 대하여 압박되어 배치되어 있다.
이 형태에 의하면, 누름판의 복수의 구멍을 통해서 이온 전도 경로를 확보함과 함께, 격막 전체를 애노드에 압박해서 밀착성을 향상시킬 수 있다.
[16] 일 형태에 의하면, 상기 격막의 외주부에서, 상기 누름판과 상기 격막 사이를 밀폐하기 위한 시일이 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 격막 이외의 부분에서 애노드실과 캐소드실의 사이가 연통하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
[17] 일 형태에 의하면, 상기 격막은, 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 접합되어 있다.
이 형태에 의하면, 격막을 애노드에 접합함으로써 확실하게 밀착시킬 수 있다.
[18] 일 형태에 의하면, 상기 격막은, 이온 투과성을 갖는 접합층을 개재하여, 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 접합되어 있다.
이 형태에 의하면, 격막을 애노드에 접합함으로써 확실하게 밀착시킬 수 있음과 함께, 이온 투과성을 갖는 접합층을 통해서 애노드로부터 기판으로의 이온 전도 경로를 확보할 수 있다.
[19] 일 형태에 의하면, 상기 격막의 외주부를 누르는 누름 링과, 상기 누름 링과 상기 격막 사이를 밀폐하기 위한 시일이 또한 마련되어 있다.
이 형태에 의하면, 격막 이외의 부분에서 애노드실과 캐소드실 사이가 연통하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
[20] 일 형태에 의하면, 상기 애노드는 불용해 애노드이다. 이 형태에 의하면, 도금 중에 불용해 애노드에서 발생하는 가스의 기포가, 도금막 두께 분포의 균일성에 악영향을 주는 것을 억제할 수 있다. 불용해 애노드를 사용함으로써, 도금 장치의 메인터넌스성 향상 및 러닝 코스트 저감을 도모할 수 있다.
[21] 일 형태에 의하면, 상기 기판 홀더는, 상기 기판의 피도금면을 아래로 향하게 해서 상기 기판을 보유 지지하고, 상기 애노드는, 상기 기판의 하방에서 상기 기판에 대향한다. 이 형태에 의하면, 기판에 대하여 애노드를 상향으로 대향시키는, 소위 페이스 다운식 도금 장치에 있어서, 도금 중에 애노드에서 발생하는 가스의 기포가, 도금막 두께 분포의 균일성에 악영향을 주는 것을 억제할 수 있다.
[22] 일 형태에 의하면, 기판을 도금하는 방법이며, 상기 [1] 내지 [21] 중 어느 것에 기재된 도금 장치를 준비하고, 상기 도금 장치를 사용해서 도금하는 도금 방법이 제공된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 균등물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제의 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과의 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 실시 형태 및 변형예의 임의의 조합이 가능하며, 특허 청구 범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합, 또는 생략이 가능하다.
미국 특허 출원 제2020-0017989호 명세서(특허문헌 1)의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 모든 개시는, 참조에 의해 전체로서 본원에 원용된다.
10: 도금조 10a: 오버플로 위어
10c: 오버플로 위어 11: 배기구
20: 오버플로 조 31: 기판 홀더
41: 애노드 41A: 관통 구멍
42: 애노드 홀더 42A: 절결
42B: 상부 애노드 누름 부재 42C: 하부 애노드 누름 부재
42D: 애노드 누름 부재 42E: 누름 부재
43: 애노드 마스크 51: 저항체
61: 기포 71: 격막
72: 누름판 72A: 관통 구멍
74: 체결 부재 75: 시일
80: 순환 경로 81: 펌프
130: 스페이서 131: 둘레 방향 스페이서
132: 직경 방향 스페이서 140: 기체 조절 플레이트(이면 플레이트)
141: 관통 구멍 150: 기포 버퍼용 링
151: 소경부 151A: 하부 단부면
151B: 상부 단부면 152: 대경부
152A: 하부 단부면 152B: 상부 단부면
400: 도금 모듈 Ca: 애노드실
Cc: 캐소드실 Sa, Sc: 오버플로면

Claims (22)

  1. 도금액을 유지하기 위한 도금조와,
    상기 도금조 내에 배치되어, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와,
    상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과,
    상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면에 대향하고, 상기 제2면으로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치된 이면 플레이트이며, 상기 애노드로부터 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 조절하는 이면 플레이트를 구비하는, 도금 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이면 플레이트와 상기 애노드 사이에 마련되고, 상기 애노드의 둘레 방향을 따라 복수 배치된 직경 방향 스페이서를 더 구비하고, 각 직경 방향 스페이서가 상기 이면 플레이트의 중심과 외주부 사이에서 직경 방향으로 연장되는, 도금 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 애노드의 상기 제1면의 외주부를 누르는 제1 애노드 누름 부재와,
    상기 이면 플레이트와 상기 제1 애노드 누름 부재 사이에 마련되고, 상기 애노드의 둘레 방향을 따라 복수 배치된 둘레 방향 스페이서를 더 구비하는, 도금 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 둘레 방향 스페이서 하나 걸러서 상기 직경 방향 스페이서가 마련되어 있는, 도금 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 애노드 누름 부재와 함께, 상기 둘레 방향 스페이서 및 상기 이면 플레이트를 끼움 지지해서 고정하는 복수의 제2 애노드 누름 부재를 더 구비하고,
    상기 제2 애노드 누름 부재는, 상기 둘레 방향 스페이서에 대응해서 마련되어 있는, 도금 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이면 플레이트를 관통해서 상기 애노드에 맞닿게 마련된 복수의 핀형 스페이서를 더 구비하는, 도금 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 핀형 스페이서는, 상기 이면 플레이트의 나사 구멍에 비틀어 넣어져서, 선단이 상기 애노드에 맞닿아 있는, 도금 장치.
  8. 도금액을 유지하기 위한 도금조와,
    상기 도금조 내에 배치되어, 복수의 관통 구멍을 갖는 애노드와,
    상기 애노드와 대향하도록 기판을 보유 지지하는 기판 홀더와,
    상기 애노드의 상기 기판측의 제1면에 밀착되어 배치된 격막과,
    상기 애노드를 둘러싸도록 마련되는 기포 버퍼용 링이며, 상기 애노드의 상기 제1면과는 반대측의 제2면으로부터 이격되는 방향의 소정의 높이 위치에 배치되는 단부면을 갖고, 상기 애노드에서 발생해서 상기 제2면 상에 축적되는 기포의 양을 상기 단부면에 의해 조절하는 기포용 버퍼 링을 구비하는, 도금 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 애노드의 상기 제1면의 외주부를 누르는 애노드 누름 부재를 더 구비하고,
    상기 기포 버퍼용 링은, 상기 애노드보다도 외측에서 상기 애노드 누름 부재와의 사이에 소정의 간극을 형성하는, 도금 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기포 버퍼용 링은, 제1 두께를 갖는 복수의 제1 부분과, 상기 제1 두께보다 두꺼운 복수의 제2 부분을 갖고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 버퍼 링의 둘레 방향으로 교대로 배치되어 있고,
    상기 제2 부분이 상기 애노드 누름 부재에 맞닿아진 상태에서, 상기 제1 부분의 상기 기판으로부터 먼 측에 있는 단부면이, 상기 기포의 양을 조절하는 상기 단부면을 형성하고, 상기 제1 부분의 상기 기판에 가까운 측의 단부면이, 상기 애노드 누름 부재와의 사이에 상기 소정의 간극을 형성하는, 도금 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 애노드 누름 부재와 함께 상기 기포 버퍼용 링의 상기 제2 부분을 끼워서 고정하는 제2 누름 부재를 더 구비하는, 도금 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격막보다 상기 기판측의 캐소드실의 도금액의 압력이, 상기 격막보다 상기 애노드측의 애노드실의 도금액의 압력보다 높아지도록 상기 도금 장치가 구성되어, 상기 캐소드실의 도금액의 압력에 의해 상기 격막이 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 압박되는, 도금 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드실에 연통하고, 상기 애노드실로부터 상기 도금조의 외부로 기포를 배출하기 위한 배출구가, 상기 도금조에 마련되어 있는, 도금 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 캐소드실의 도금액의 오버플로면이, 상기 배기구 내의 도금액의 오버플로면보다도 높아지도록, 상기 도금조의 측벽 높이가 설정되어 있는, 도금 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격막은, 복수의 관통 구멍을 갖는 누름판에 의해 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 대하여 압박되어 배치되어 있는, 도금 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 격막의 외주부에서, 상기 누름판과 상기 격막 사이를 밀폐하기 위한 시일이 마련되어 있는, 도금 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격막은, 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 접합되어 있는, 도금 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 격막은, 이온 투과성을 갖는 접합층을 개재하여, 상기 애노드의 상기 기판측의 면에 접합되어 있는, 도금 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 격막의 외주부를 누르는 누름 링과, 상기 누름 링과 상기 격막 사이를 밀폐하기 위한 시일이 또한 마련되어 있는, 도금 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 불용해 애노드인, 도금 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더는, 상기 기판의 피도금면을 아래로 향하게 해서 상기 기판을 보유 지지하고, 상기 애노드는, 상기 기판의 하방에서 상기 기판에 대향하는, 도금 장치.
  22. 기판을 도금하는 방법이며,
    제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 도금 장치를 준비하고,
    상기 도금 장치를 사용해서 도금하는, 도금 방법.
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