TWI580328B - Electroplating method and plating device for through hole - Google Patents

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TWI580328B
TWI580328B TW102128085A TW102128085A TWI580328B TW I580328 B TWI580328 B TW I580328B TW 102128085 A TW102128085 A TW 102128085A TW 102128085 A TW102128085 A TW 102128085A TW I580328 B TWI580328 B TW I580328B
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Masashi Shimoyama
Yuji Araki
Fumio Kuriyama
Jumpei Fujikata
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Ebara Corp
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Description

通孔的電鍍方法及電鍍裝置 發明領域
本發明是有關一種在內部具有朝上下方向貫通之通孔的基板之表裡兩面同時進行鍍覆，以於通孔內部埋入銅等金屬(金屬膜)時所使用之通孔的電鍍方法及電鍍裝置。
發明背景
作為使半導體晶圓等基板積層成多層時用以導通各層間之手段，已知有在基板內部形成朝上下方向貫通之由複數金屬構成的貫通電極(through via)的技術。該貫通電極一般是利用在內部具有朝上下方向貫通之通孔的基板之表裡兩面同時進行鍍覆，以將金屬膜填充於通孔內而形成。
發明概要
如圖1(a)所示，準備以由Ti等構成之阻障層102及作為供電層之晶種層104將全表面依序覆蓋之基板W，該全表面包含形成朝上下方向貫通之通孔100a的基板100之該 通孔100a內周面。然後，同時將基板W的表裡兩面進行鍍覆，如圖1(b)所示般，在通孔100a之深度方向(亦即長度方向)之其中央部形成最隆起之由銅等構成之金屬膜106，如圖1(c)所示般，使該金屬膜106成長，在通孔100a之中央部使從通孔100a之壁面成長的金屬膜106前端部相互接合。藉此，以金屬膜106使通孔100a之中央部閉塞，在閉塞部之上下形成凹部108。然後，利用繼續鍍覆，如圖1(d)所示般，在形成於閉塞部之上下的凹部108內進一步使金屬膜106成長，於凹部108內埋入金屬膜106。藉此，在基板W之內部，形成例如由銅等金屬膜106構成之貫通電極(through via)(參照日本國特開2005-93934號公報)。
作為將金屬(金屬膜)填充於基板之通孔內部的電鍍方法，提出有藉由在作為陰極之基板與陽極之間，供給具有將基板作為陰極之正向電流、與和該正向電流之電流的流動方向相反的反向電流之PR脈衝電流，將通孔之中央部以金屬完全地或大致完全地填埋(參照日本國特開2006-188745號公報)。
又，在印刷配線基板等鍍銅之際，為了抑制鬚晶(鬚狀結晶)的發生，提出了可將施加於陰極與陽極之間的直流電源電壓的極性正負反轉的鍍覆方法。依據該方法，一面交互地切換將被鍍物作為陰極之通常正電解(正向脈衝電流)、與將被鍍物作為陽極之逆電解(反向脈衝電流)，一面進行鍍覆處理(參照日本國特表2008-513985號公報)。鍍覆處理中，使正向脈衝電流之繼續時間對反向脈衝電流之 繼續時間的比，或是正向脈衝電流之電流密度對反向脈衝電流之電流密度的比變化。
【發明的概要】
如圖1(a)所示通孔100a的直徑d為100μm~150μm左右的情況，藉由習知之電鍍可有效率地將金屬膜埋入到通孔的內部。但是，如圖1(a)所示之通孔100a的直徑d為150μm~300μm左右，通孔的直徑變得比較大時，到以金屬膜將通孔之深度方向(亦即長度方向)之其中央部閉塞為止，也就是如圖1(c)所示，在通孔100a之中央部到從通孔100a之壁面成長的金屬膜106之前端部相互接合為止需要相當的時間。而且，如圖1(d)所示，更使金屬膜106成長於凹部108內而將金屬膜106埋入到凹部108內時，在金屬膜106的內部會有產生孔隙(空隙)的情況。又，通孔100a的直徑d為30μm到100μm比較小的情況，在使通孔之中央部閉塞之前，其開口部會被以金屬膜106閉塞，而在金屬膜106的內部產生孔隙。
本發明是鑑於上述情事而完成者，在於提供一種即使是直徑150μm~300μm左右直徑比較大的通孔，也可以更短時間將在內部無孔隙之金屬膜確實地埋入到通孔之內部之通孔的電鍍方法及電鍍裝置為目的。
又，本發明在於提供一種於通孔之直徑為30μm~100μm比較小的情況，也可藉由控制脈衝電流的條件將在內部無孔隙之金屬膜確實地埋入到通孔的內部之通孔的電鍍方 法及電鍍裝置為目的。
本發明之一態樣是一種通孔的電鍍方法，是使具有通孔之基板浸漬於鍍覆液中，在基板之表面、與於鍍覆液中配置在與該表面相對向的位置之陽極之間，及基板之背面、與於鍍覆液中配置在與該背面相對向的位置之陽極之間，供給鍍覆電流，以連續進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，該通孔的電鍍方法之特徵在於：前述第1段鍍覆是利用在通孔的內部形成均勻厚度的金屬膜，使通孔之直徑較小的鍍覆，前述第2段鍍覆是使用PR脈衝電流，以形成於通孔的內部之金屬膜使通孔的中央部閉塞的鍍覆，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解之反向電流交替地反覆的PR脈衝電流，且是使正向電流值較在前述第1段鍍覆使用於金屬析出之鍍覆電流的電流值小者，前述第3段鍍覆是與使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝的正向電流值相同，或是較其提高鍍覆電流的值，使金屬膜之朝通孔內的埋入完成的鍍覆。
如此，利用以第1段鍍覆形成於通孔之內部的金屬膜實質地使通孔之直徑較小之後，利用以第2段鍍覆形成於通孔之內部的金屬膜使通孔之中央部閉塞，即使直徑比較大的通孔也可更縮短以金屬膜使通孔之中央部閉塞所需的時間。而且，藉由第3段鍍覆可使在內部無孔隙之金屬膜之朝通孔內埋入完成。
本發明較佳的一態樣中，前述第1段鍍覆是使用 將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解之反向電流交替地反覆的PR脈衝電流來進行。
如此，以使用PR脈衝電流進行第1段鍍覆，相較於使用與金屬析出速度相等之直流電流進行第1段鍍覆的情況，於包含通孔之開口部的通孔之內部，以及基板場(field)部可形成更均勻膜厚的金屬膜。
本發明較佳的一態樣中，使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間較使用於前述第1段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間長。
藉此，可防止在第2段鍍覆所形成之金屬膜的內部發生孔隙。
本發明較佳的一態樣中，前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流，且是正向電流值與使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流值相同或較其大者。
本發明較佳的一態樣中，使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流持續時間對反向電流持續時間的比大於75且小於120。
本發明較佳的一態樣中，使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間較0.5msec長且較10msec短。
本發明較佳的一態樣中，前述通孔的直徑在30μm~100μm範圍內時，前述第2段鍍覆是使用反向電流值對正向 電流值的比大於15且小於50的PR脈衝電流來進行。
本發明較佳的一態樣中，前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流，且是反向電流值之對正向電流值的比大於4且小於15者。
本發明較佳的一態樣中，前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流，且是反向電流值之對正向電流值的比大於15且小於50者。
本發明較佳的一態樣中，使用於前述第3段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流值較在前述第2段鍍覆使用之PR脈衝電流的反向電流值小。
本發明較佳的一態樣中，將攪拌器分別配置在基板之表面與配置於和該表面相對向位置的陽極之間、以及基板之背面與配置於和該背面相對向位置的陽極之間，且以1.3m/sec以上2.6m/sec以下的最大線速度使前述攪拌器往復運動，以攪拌鍍覆液。
本發明之其他態樣是一種通孔的電鍍裝置，包含：鍍覆槽，於內部保持鍍覆液；基板支持器，將具有通孔之基板使前述基板之表裡兩面露出而保持，且使浸漬於前述鍍覆槽內之鍍覆液；一對陽極，分別與浸漬於前述鍍覆液中之前述基板的表裡兩面相對向配置；鍍覆電源，可 變更鍍覆電流的流動方向及電流值，且將鍍覆電流供給到基板之表面與和該表面相對向配置之其中之一陽極、及基板之背面與和該背面相對向配置之其中另一陽極之間；及控制部，控制前述鍍覆電源，前述控制部控制前述鍍覆電源以依序進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，前述第1鍍覆是藉由在通孔的內部形成均勻厚度的金屬膜，而實質地使通孔的直徑較小，前述第2鍍覆是使用PR脈衝電流，以形成於通孔的內部之金屬膜使通孔的中央部閉塞，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解之反向電流交替地反覆的PR脈衝電流，且是使正向電流值較在前述第1段鍍覆使用於金屬析出之鍍覆電流的電流值小者，前述第3段鍍覆是與使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝的正向電流值相同，或是較其提高使用於金屬析出之鍍覆電流的電流值，使金屬膜之朝通孔內的埋入完成。
依據本發明之電鍍方法，即使通孔的直徑較大，也可在比較短的時間將在內部無孔隙的金屬膜確實地埋入到通孔的內部。
10‧‧‧基板支持器
11‧‧‧第1保持構件
11a‧‧‧孔
12‧‧‧第2保持構件
12a‧‧‧孔
13‧‧‧絞鏈機構
13-1‧‧‧卡鉤
13-2‧‧‧卡鉤銷
14‧‧‧吊架
15‧‧‧夾具
15a‧‧‧溝
16‧‧‧夾具
16a‧‧‧溝
17‧‧‧銷
18‧‧‧銷
19‧‧‧密封環
19a‧‧‧突起部
20‧‧‧密封環
20a‧‧‧突起部
21‧‧‧基板導銷
22‧‧‧導電板
23‧‧‧導電銷
25‧‧‧配線溝
26‧‧‧絕緣被覆線
27‧‧‧端子板
27a‧‧‧電極端子
27b‧‧‧電極端子
27c‧‧‧電極端子
28‧‧‧端子板
28a‧‧‧電極端子
28b‧‧‧電極端子
28c‧‧‧電極端子
29‧‧‧O型環
30‧‧‧配線壓件
50‧‧‧電鍍裝置
51‧‧‧鍍覆槽
52‧‧‧陽極
53‧‧‧鍍覆電源
54‧‧‧鍍覆液循環泵
55‧‧‧恆溫單元
56‧‧‧過濾器
57‧‧‧外槽
58‧‧‧陽極支持器
59‧‧‧控制器
60‧‧‧調節板
61a‧‧‧導線
61b‧‧‧導線
62‧‧‧攪拌器
70‧‧‧支持器本體
70a‧‧‧中央孔
71‧‧‧排液孔
72‧‧‧塞板
74‧‧‧支持板
74a‧‧‧通路
76‧‧‧陽極罩
78‧‧‧導電板
80‧‧‧隔膜
82‧‧‧螺絲
100‧‧‧基板
100a‧‧‧通孔
102‧‧‧阻障層
104‧‧‧晶種層
106‧‧‧金屬膜
106a‧‧‧金屬膜
106b‧‧‧金屬膜
106c‧‧‧金屬膜
108‧‧‧凹部
d‧‧‧直徑
A‧‧‧箭線
B‧‧‧箭線
C‧‧‧箭線
D‧‧‧斷面線
E‧‧‧斷面線
F‧‧‧斷面線
G‧‧‧斷面線
H‧‧‧斷面線
Ion1‧‧‧正向電流值
Ion2‧‧‧正向電流值
Ion3‧‧‧正向電流值
Irev1‧‧‧反向電流
Irev2‧‧‧反向電流
Irev3‧‧‧反向電流
L‧‧‧水位
P1~P3‧‧‧速度
Q‧‧‧鍍覆液
V‧‧‧孔隙
W‧‧‧基板
θ rev1‧‧‧反向電流持續時間
θ rev2‧‧‧反向電流持續時間
θ rev3‧‧‧反向電流持續時間
圖1(a)~(d)是依步驟順序顯示在基板之通孔內將金屬膜埋入以形成貫通電極(through via)的步驟之圖示。
圖2是顯示本發明實施形態之電鍍裝置概要的縱斷前視圖。
圖3是顯示圖2所示之電鍍裝置的基板支持器之前視 圖。
圖4是顯示圖2所示之電鍍裝置的基板支持器之俯視圖。
圖5是顯示圖2所示之電鍍裝置的基板支持器之仰視圖。
圖6是圖3之K-K斷面箭視圖。
圖7是圖6之A箭視圖。
圖8是圖6之B箭視圖。
圖9是圖6之C箭視圖。
圖10是圖7之D-D斷面箭視圖。
圖11是圖7之E-E斷面箭視圖。
圖12是圖3之F-F斷面箭視圖。
圖13是圖7之G-G斷面箭視圖。
圖14是圖8之H-H斷面箭視圖。
圖15是顯示保持了圖2所示電鍍裝置之不溶性陽極的陽極支持器之前視圖。
圖16是顯示保持了圖2所示電鍍裝置之不溶性陽極的陽極支持器之斷面圖。
圖17是顯示使用於第1段鍍覆之PR脈衝電流的圖示。
圖18是顯示使用於第2段鍍覆之PR脈衝電流的圖示。
圖19是顯示使用於第3段鍍覆之PR脈衝電流的圖示。
圖20(a)~(c)是顯示利用在基板之表裡兩面連續進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，以階段地將金屬膜埋入於通孔內部之狀態的圖示。
圖21是顯示在反方向電流產生鈍化之PR脈衝電流的圖示。
圖22是顯示以金屬膜閉塞通孔之開口部而在金屬膜的內部產生孔隙狀態之圖示。
較佳實施例之詳細說明 【用以實施發明之形態】
以下，參照圖面說明本發明之實施形態。且，在以下的例子中，雖是在通孔的內部埋入由銅構成之金屬膜(銅膜)，當然通孔內部埋入之金屬膜並非限定於銅膜。
圖2是顯示本發明實施形態之電鍍裝置概要的縱斷前視圖。如圖2所示，電鍍裝置50具備鍍覆槽51，在該鍍覆槽51內之鍍覆液Q中，吊下配置有保持了印刷基板等基板W之基板支持器10。如此，將基板支持器10浸漬於鍍覆液Q狀態之鍍覆液Q的液面水位L會成為圖2之L水位。以與保持於基板支持器10之基板W的兩露出面(表裡兩面)相對向的方式，將一對不溶性陽極52保持配置於陽極支持器58。不溶性陽極52是設定成與下述基板支持器10之第1保持構件11的孔11a及第2保持構件12的孔12a為相似形的圓形且大略相同大小。
在基板W與各不溶性陽極52之間，分別配置由絕緣材構成之調節板60。在各調節板60的中央部形成設定成與下述基板支持器10之第1保持構件11的孔11a及第2保 持構件12的孔12a為相似形的圓形且大略相同大小的孔。希望是設於該各調節板60的孔較基板W的被鍍面小。於各不溶性陽極52連接有由可變更鍍覆電流之流動方向及電流值之鍍覆電源53延伸的導線61a，由鍍覆電源53延伸的導線61b連接於下述基板支持器10的端子板27、28。希望是該導線61b是以互相相同的長度連接於基板支持器10的端子板27、28。鍍覆電源53連接於控制該鍍覆電源53之控制器59。
在以基板支持器10保持且配置於鍍覆槽51內的基板W與各調節板60之間，配置有與基板W水平地往復運動以攪拌鍍覆液Q的攪拌器62。在鍍覆槽51的外側設有用以收容從鍍覆槽51溢流之鍍覆液Q的外槽57。從鍍覆槽51流入到外槽57的鍍覆液Q藉由鍍覆液循環泵54通過恆溫單元55及過濾器56，從鍍覆槽51的下部返回到該鍍覆槽51內。如此，鍍覆液Q依該順序在鍍覆槽51、外槽57、恆溫單元55及過濾器56循環。
圖3是基板支持器10的前視圖，圖4是基板支持器10的俯視圖、圖5是基板支持器10的仰視圖，圖6是圖3之K-K斷面箭視圖、圖7是圖6之A箭視圖、圖8是圖6之B箭視圖，圖9是圖6之C箭視圖，圖10是圖7之D-D斷面箭視圖，圖11是圖7之E-E斷面箭視圖，圖12是圖3之F-F斷面箭視圖，圖13是圖7之G-G斷面箭視圖，圖14是圖8之H-H斷面箭視圖。
基板支持器10具備有板狀之第1保持構件11與第 2保持構件12，兩保持構件11、12利用絞鏈機構13可自由旋轉地將下端連結。絞鏈機構13具備有固定於第2保持構件12之由樹脂材(例如HTPVC)構成之2根卡鉤13-1。各卡鉤13-1藉由由不銹鋼(例如SUS303)構成之卡鉤銷13-2而可自由旋動地支持於第1保持構件11之下端部。第1保持構件11由樹脂材(例如HTPVC)構成，具有略5角形的形狀。在第1保持構件11之中央部設置孔11a作為開口。T字形之由樹脂材(例如HTPVC)構成的吊架14呈一體地安裝在第1保持構件11之上部。第2保持構件12由樹脂材(例如HTPVC)構成且為略5角形狀，在中央部設置孔12a作為開口。
第1保持構件11與第2保持構件12在透過銷構件13而閉合的狀態(重疊狀態)，會成為以左右之夾具15、16來保持。左右之夾具15、16分別由樹脂材(例如HTPVC)構成，並具有在將第1保持構件11與第2保持構件12重疊的狀態下嵌插其兩側邊的溝15a、16a，其下端以銷17、18而可自由旋動地支持在第1保持構件11的兩側下端。
第1保持構件11之與第2保持構件12相對向之面的孔11a周圍，如圖7所示，安裝有密封環19。第2保持構件12之與第1保持構件11相對向之面的孔12a周圍，如圖9所示，安裝有密封環20。密封環19、20是由橡膠材(例如矽橡膠)構成。又，在第2保持構件12之與第1保持構件11相對向的面之密封環20外側安裝有O型環29。
密封環19、20分別為斷面是矩形，且在其內周側具有突起部19a、20a。於第1保持構件11與第2保持構件 12之間在夾著基板W而重疊的狀態下，突起部19a與突起部20a按壓基板W的表面而密接，將以位於孔11a、12a之半徑方向外側的突起部19a、20a及O型環29所圍的區域作為鍍覆液不滲入之水密狀態的區域。在第1保持構件11之與第2保持構件12相對向的面，如圖7及圖10所示，在孔11a的周圍豎立設置有總計8根突出密封環19且用以將基板W定位之基板導銷21。
在第1保持構件11之表面，如圖7、圖11及圖12所示，總計設有6個導電板22。該等導電板22配列於孔11a的周圍。該6個導電板22中的3個透過導電銷23，如圖11所示，與基板W其中一面(例如表面)之晶種層104(參照圖1(a)到圖1(d))導通。導電板22中之其他剩餘3個透過導電銷23，如圖12所示，與基板W其中一面(例如背面)之晶種層104(參照圖1(a)到圖1(d))導通。
上述6個導電板22中，與基板W其中一面(例如表面)之晶種層導通的3個導電板22透過通過配線溝25內之絕緣被覆線26，而與設在吊架14之其中之一端子板27的電極端子27a、27b、27c(參照圖4)連接。與基板W其中另一面(例如背面)之晶種層導通的其他3個導電板22透過通過配線溝25內之絕緣被覆線26，而與設在吊架14之其中之另一端子板28的電極端子28a、28b、28c(參照圖4)連接。此處，希望將各導電板22連接到各電極端子27a~27c、28a~28c之絕緣被覆線26的長度是相同長度。於圖7及圖13中，符號30是樹脂材(例如PVC)構成之配線壓件。
在上述構成之基板支持器10中，在開啟第1保持構件11與第2保持構件12的狀態下，藉由將基板W載置在8根豎立設置於第1保持構件11之基板導銷21所圍的區域，而使基板W定位在第1保持構件11的預定位置。然後，透過銷機構13將第1保持構件11與第2保持構件12閉合，再分別使左右夾具15、16旋動，而將第1保持構件11與第2保持構件12的兩邊嵌插於左右夾具15、16的溝15a、16a。藉此，基板W在定位於第1保持構件11之預定位置的狀態下，保持在第1保持構件11與第2保持構件12之間。
將密封環19、20之突起部19a、20a與O型環29所圍的區域密閉成鍍覆液不滲入的水密狀態的同時，基板W之較該突起部19a、20a位在外側的區域位於該密閉空間內，進一步使基板W兩面之對應於第1保持構件11的孔11a與第2保持構件12的孔12a之部分露出於該孔11a、12a。又，6個導電板22中，與基板W其中一面的導電部導通的導電板22連接於吊架14之其中一端子板27的電極端子27a、27b、27c，與基板W其中另一面的導電部導通的導電板22連接於吊架14之其中另一端子板28的電極端子28a、28b、28c。
圖15是顯示將圖2所示之電鍍裝置50的不溶性陽極52保持於內部的陽極支持器58的前視圖，圖16相同地是斷面圖。在該例子中，為了防止因鍍覆液中之添加劑的影響而使陽極的溶解持續，使用了例如在鈦素材上被覆塗層了銥氧化物之不溶性陽極52。
如圖15及圖16所示，陽極支持器58包含了具有中央孔70a之支持器本體70、配置於支持器本體70之背面側以閉塞中央孔70a的塞板72、配置於支持器本體70之中央孔70a的內部，在表面裝設不溶性陽極52並使該不溶性陽極52位於中央孔70a內的圓板狀支持板74、及位於支持器本體70之表面側且配置於包圍中央孔70a之位置的環狀陽極罩76。在支持板74的內部設置了收容有導電板78的通路74a。導電板78電連接於從前述鍍覆電源53延伸的導線61a。導電板78到達支持板74的中央部，並在支持板74之中央部電連接於不溶性陽極52。
在覆蓋位於支持器本體70之中央孔70a內的不溶性陽極52表面的位置，配置離子交換膜或由中性隔膜構成之隔膜80，該隔膜80利用支持器本體70與陽極罩76夾持其周緣部而被固定。陽極罩76藉由螺絲82而固定於支持器本體70，與塞板72同樣地，藉由螺絲而固定於支持器本體70。
而且，使如上述之陽極支持器58浸漬於鍍覆液中時，鍍覆液通過排液孔71而進入到支持器本體70之中央孔70a內部的不溶性陽極52及與支持板74之間隙。
使用不溶性陽極52及隔膜80是依據以下的理由。在添加於鍍覆液的添加劑中，包含有促進1價銅生成的成分。該1價銅由於將其他添加劑氧化分解，所以損害了該等添加劑的機能。因此，不可使用可溶性陽極。又，使用不溶性陽極時，在陽極附近會發生氧氣，氧氣的一部 分會溶解到鍍覆液中而使溶氧濃度上升。溶氧濃度一旦上升，便易於產生添加劑的氧化分解。因此，希望在覆蓋不溶性陽極52表面的位置配置離子交換膜或由中性隔膜構成之隔膜80，以使即使在陽極附近添加劑的成分氧化分解，也不會影響到基板附近之添加劑的成分，或在陽極附近變質了的添加劑不會到達基板附近。
再者，更希望例如使用通氣管(未圖示)以空氣或氮氣等在陽極附近進行起泡(充氣)，以使陽極側之溶氧濃度不會過度上升。
如此，利用隔膜80將以陽極支持器58保持之不溶性陽極52的表面覆蓋，以使隔膜80相對面於以基板保持器10保持且配置於鍍覆槽51內的基板W配置不溶性陽極52，藉以可防止例如將鍍覆液起泡(充氣)時，在陽極附近產生氧氣，該氧氣溶解於鍍覆液而使鍍覆液中之溶氧濃度上升的情事。
基板W之鍍覆是使用上述之鍍覆裝置50而如下述般來進行。在二個不溶性陽極52浸漬於鍍覆液中的狀態，以基板W之其中一面(表面)與其中之一陽極52相對向，基板W之另一面(背面)與其中另一不溶性陽極52相對向的方式，配置分別使表裡兩面露出且保持了基板W之基板支持器10。接著，在基板W之表面及在與該表面相對向之位置配置之不溶性陽極52之間、以及基板W之背面及在與該背面相對向之位置配置之不溶性陽極52之間，分別從鍍覆電源53供給以控制部59控制的鍍覆電流，藉以同時地 對基板W的表裡兩面進行鍍覆。於該鍍覆時，因應需要，利用使配置於基板W與各調整板60之間的攪拌器62與基板W平行地往復運動，而攪拌鍍覆液Q。藉此，如下述般，在包含形成於基板W內部5之通孔100a內部的基板W之表面，使金屬膜106a、106b、106c成長。
作為鍍覆液Q，是使用由硫酸銅及硫酸之基本液與氯構成之一般的銅鍍覆液。作為添加於銅鍍覆液之添加劑，是使用離子化合物之促進劑、由丙烯醚系高分子構成之抑制劑、及由氮化合物系高分子構成之均勻劑。硫酸銅濃度例如是200~245g/L，硫酸濃度例如是50~120g/L，氯濃度例如是40~100mg/L。作為添加劑使用的促進劑濃度例如是0.5~1.5mL/L，抑制劑濃度例如是1.0~5.0mL/L，均勻劑濃度例如是1.0~3.0mL/L。又，依場合也有追加使用脈衝電流用之添加劑的情況。市售之添加劑其特性及添加劑液中的成分濃度也是各式各樣，當然不以上述記載之範圍為限。在該例子中，雖是使用添加了三種類添加劑之鍍覆液，然而也可使用添加了促進劑與均勻劑之兩種類添加劑。又，使用脈衝電流用之添加劑時，也可使用加了四種類添加劑的鍍覆液。
本發明之電鍍方法是使用圖2所示之電鍍裝置。在基板W之表面與相對向於該表面之不溶性陽極52之間、及基板W之背面與相對向於該背面之不溶性陽極52之間，利用分別從鍍覆電源53供給以控制部59控制之鍍覆電流，而同時地對基板W之表裡兩面進行鍍覆。將該鍍覆分成第 1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆之三個步驟連續進行。以下，就有關第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆進行說明。
而，在以下的例子中，作為鍍覆電流，是使用將以基板W為陰極且以不溶性陽極52為陽極之金屬(銅)析出用之正向電流，與以基板W為陽極且不溶性陽極52為陰極之金屬(銅)溶解用之反向電流交替地反覆之PR脈衝電流，進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆。接著，使供給到基板W之背面與配置在相對向於該背面之位置的不溶性陽極52之間的鍍覆電流(PR脈衝電流)的波形，同步於供給到基板W之表面與配置在相對向於該表面之位置的不溶性陽極52之間的鍍覆電流(PR脈衝電流)的波形。但是，並不一定需要使波形同步，例如也可是使波形僅錯開90°或180°。
圖17是顯示在第1段鍍覆所使用之PR脈衝電流，圖18是顯示在第2段鍍覆所使用之PR脈衝電流，圖19是顯示在第3段鍍覆所使用之PR脈衝電流。圖20(a)至圖20(c)是顯示在以Ti等構成之阻隔層102及作為供電層之晶種層104依序覆蓋全表面之基板W的表裡兩面，連續進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，藉以在通孔100a的內部階段地埋入金屬膜106a、106b、106c的狀態，而該全表面包含形成朝上下方向貫通之通孔100a的基材100之該通孔100a的內周面。藉由該第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，於基板W之場(field)部也形成金屬膜106a、 106b、106c。
形成於基板W之通孔100a的直徑d例如為175μm，基板W的厚度例如為300μm。作為鍍覆液，例如使用在硫酸銅五水合物濃度200g/L、硫酸濃度50g/L及氯濃度40mg/L的基本液，添加了促進劑濃度1mL/L、抑制劑濃度5mL/L及均勻劑濃度10mL/L的添加物之銅鍍覆液。
如圖17所示，在第1段鍍覆中，使用將電流值Ion1的正向電流與電流Irev1的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流。正向電流值Ion1在跨正向電流持續時間θ on1持續，反向電流Irev1在跨反向電流持續時間θ rev1持續。在該第1段鍍覆中，藉由使PR脈衝電流之正向電流值Ion1較下述第2段鍍覆所使用之PR脈衝電流之正向電流Ion2大(I on1>I on2)，進行形成電鍍能力(通孔內部之金屬膜厚/場部之金屬膜厚)小之金屬膜的共形(conformal)鍍覆。如此，利用使PR脈衝電流之正向電流值Ion1較正向電流值Ion2大，而使電鍍能力變小。例如可進行使電鍍能力為1(通孔內部之金屬膜厚/場部之金屬膜厚=1)之共形鍍覆。所謂共形鍍覆是指即使於被鍍面之任何地方金屬膜也是以均勻的膜厚被形成。
也就是，如圖20(a)所示，在包含通孔100a內之晶種層104的晶種層104全表面形成均等膜厚的金屬膜106a。形成於通孔100a內之晶種層104表面的金屬膜106a是使通孔之實質直徑d1較小，例如為5μm~10μm。如此，在第1段鍍覆不使通孔100a之深度方向(亦即長度方向) 之其中央部閉塞，於包含通孔100a內之晶種層104的晶種層104全表面形成均等厚度的金屬膜106a。其結果，可實質上使通孔100a的直徑較小，並使金屬膜之通孔100a內的埋入時間縮短。
藉由使用PR脈衝電流進行第1段鍍覆，相較於使用金屬析出速度相等的直流電流進行第1段鍍覆的情況，在包含通孔100a之開口部的通孔100a內部可形成更均勻膜厚的金屬膜106a。也就是，使用直流電流進行第1鍍覆時，相較於通孔之中央部，在開口部會選擇性地使金屬膜形成較厚，鍍覆後，開口部的直徑相較通孔的中央部會變得較小。其結果，便會在通孔內部埋入金屬膜時成為較不佳的形狀。但是，由於即使是直流電流也可利用使電流密度較小，而可對被鍍面進行均勻膜厚的鍍覆，所以於該情況也可使用直流電流。
使用PR脈衝電流進行第1段鍍覆時，依正向電流值(電流密度)Ion1的大小，也可使內部的膜厚較通孔之開口部厚。
如圖18所示，在第2段鍍覆中，使用將電流值Ion2的正向電流與電流值Irev2的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流。正向電流值Ion2在跨正向電流持續時間θ on2持續，反向電流值Irev2在跨反向電流持續時間θ rev2持續。在該第2段鍍覆中，PR脈衝鍍覆之正向電流值I on2較第1段鍍覆所使用之PR脈衝鍍覆的正向電流值I on1小(I on2<I on1)。如此，藉由進行提升了電鍍能力之第2段鍍 覆，形成於通孔100a內部之金屬膜的膜厚相較基板W的場部會變厚。特別是，通孔100a之直徑小的情況(ψ 30μm~ψ 100μm)，正向電流I on2大時，通孔100a之開口部閉塞的情況多。因此，以使正向電流值I on2充分小，並且反向電流值I rev2之對正向電流值I on2的比(I rev2/I on2)大於15且小於50者為佳。
如此，藉由進行提升了電鍍能力之第2段鍍覆，如圖20(b)所示，在第1段鍍覆所形成之金屬膜106a的表面，使在通孔100a之中央部隆起之金屬膜106b成長，利用金屬膜106b使通孔100a之中央部閉塞。
如此，進行第1段鍍覆(將均勻膜厚的金屬膜106a形成於通孔100a內的共形鍍覆)，使通孔100a之實質直徑較小，之後，進行提升了電鍍能力的第2段鍍覆，以金屬膜106b使通孔100a的中央部閉塞。依據本實施形態，相較於從最初進行提升了電鍍能力的鍍覆，以金屬膜使通孔100a的中央部閉塞的情況，可以更短時間以金屬膜使通孔100a的中央部閉塞。
如圖19所示，在第3段鍍覆中，使用將電流值Ion3的正向電流與電流值Irev3的反向電流交替地反覆的PR脈衝電流。正向電流值Ion3在跨正向電流持續時間θ on3持續，反向電流值Irev3在跨反向電流持續時間θ rev3持續。在該第3段鍍覆中，在第3段鍍覆所形成之金屬膜106c的內部不產生孔隙的範圍，使PR脈衝電流之正向電流值Ion3與使用於第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流值Ion2 相同或是較其為大(I on3≧I on2)。又，通孔100a的直徑小時(ψ 30μm~ψ 100μm)，在第3段鍍覆中，使正向電流值Ion3與第2段鍍覆之正向電流值Ion2相同的狀態下，使反向電流值Irev3較第2段鍍覆之反向電流值Irev2小(I rev3<I rev2)。
在第3段鍍覆中，如圖20(c)所示，在第2段鍍覆所形成之金屬膜106b的表面，利用由下而上(bottom-up)使金屬膜106c成長，以該使成長了之金屬膜106c完全地將通孔100a的內部掩埋，藉此，使通孔100a的埋入完成。且，在該第3段鍍覆中，也可取代PR脈衝電流而使用直流電流。
在該例中，通常會讓使用於第1段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流值Ion1與反向電流值I rev1的比為一定。也可以是隨著鍍覆的進行變更該比。變更該正向電流值對反向電流值的比之態樣，即使是使用於第2段鍍覆的PR脈衝電流、使用於第3段鍍覆的PR脈衝電流也同樣適用。
且使在第2段鍍覆所使用之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev2較使用於第1段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev1長(θ rev2>θ rev1)者為佳。藉由如此之時間設定，可防止在第2段鍍覆所形成之金屬膜106b的內部發生孔隙。此是依據下述理由。透過電氣接點個別地供電到基板W的表面及背面時，因電源或配線的影響，而有於例如使用於第2段鍍覆的PR脈衝電流的反向電流，如圖21所示，產生鈍化A。於如此之PR脈衝電流的反 向電流產生鈍化A時，於供給到基板W的表面與背面之PR脈衝電流的波形(的形狀)會產生差異。結果，基板W的表面側與背面側在金屬膜的成長產生差異，金屬膜的內部變得易生孔隙。
因此，為了防止如此之孔隙形成，利用使第2段鍍覆所使用之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev2較第1段鍍覆所使用之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev1大(θ rev2>θ rev1)，即使在PR脈衝電流產生波形的鈍化，也可使該鈍化的影響相對較小，而可防止金屬膜的內部發生孔隙。
第2段鍍覆所使用之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev2過長時，電鍍能力不會上升，通孔100a的深度方向(長度方向)之該中央部在以第2段鍍覆所形成之金屬膜106b閉塞之前，通孔100a的開口部的金屬膜厚會變厚。結果，如圖22所示，通孔100a的開口部以金屬膜106b閉塞，於金屬膜106b的內部產生孔隙V。
因此，希望使用於第2段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間θ rev2較0.5msec長，且較10msec短(0.5msec<θ rev2<10msec)。特別是，通孔100a的直徑大時(ψ 150μm~ψ 300μm)，以反向電流持續時間θ rev2較3msec長且較5msec短(3msec<θ rev2<5msec)者為佳。通孔100a的直徑小時(ψ 30μm~ψ 100μm)，以反向電流持續時間θ rev2較0.5msec長且較3msec短(0.5msec<θ rev2<3msec)者為佳。而且，在以金屬膜106b將通孔100a 的中央部閉塞為止，即使供給到基板W的表面與背面之PR脈衝電流的波形(的形狀)有差，鍍覆所產生之金屬膜106b的成長也不會受到那樣大的影響。
使用於第2段鍍覆的PR脈衝電流的正向電流持續時間θ on2之對反向電流持續時間θ rev2的比(θ on2/θ rev2)為75以下(θ on2/θ rev2≦75)時，形成於基板W之場部的凸部的金屬膜會過度成長。結果，基板W的場部的凹凸被強調，基板W之場部的金屬膜局部的膜厚均勻性便惡化。另一方面，使用於第2鍍覆的PR脈衝電流的正向電流持續時間θ on2之對反向電流持續時間θ rev2的比(θ on2/θ rev2)為120以上(θ on2/θ rev2≧120)時，在第2段鍍覆所形成之金屬膜106b的內部便變得易生孔隙。
因此，為了在第2段鍍覆所形成之金屬膜106b，內部不使孔隙發生，且使通孔100a之中央部閉塞，以使用於第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流持續時間θ on2之對反向電流持續時間θ rev2的比(θ on2/θ rev2)大於75且小於120(75<θ on2/θ rev2<120)者為佳，大於75且小於90(75<θ on2/θ rev2<90)者則更佳。
在第3段鍍覆中，必須以金屬膜106c完全地將藉由第2段鍍覆所形成之金屬膜106b閉塞了中央部之通孔100a掩埋，而完成通孔100a的埋入。該第3段鍍覆時，利用將PR脈衝電流的正向電流值I on3提升直到金屬膜106c的內部發生孔隙的值的附近，而可縮短直到金屬膜的埋入完成所需的時間。但是，PR脈衝電流的正向電流值I on3 越大時，由下而上成長越沒提高。
也就是，即使正向電流值I on3相同，利用使反向電流值I rev3較大，從金屬膜106b的表面以由下而上使金屬膜106c成長，而可縮短直到金屬膜埋入完成的時間。但是，使用於第3段鍍覆之PR脈衝的反向電流值I rev3之對正向電流值I on3的比(I rev3/I on3)的值在4以下(I rev3/I on3≦4)時，會有由下而上成長沒提高，最終地在金屬膜的內部發生孔隙。另一方面，反向電流值I rev3之對正向電流值I on3的比(I rev3/I on3)的值在50以上(I rev3/I on3≧50)時，由於該反向電流值I rev3變大，電壓會變大，添加劑會大大地變質。
因此，通孔100a的直徑大時(ψ 150μm~ψ 300μm)，作為第3段鍍覆之鍍覆電流，希望將反向電流值I rev3之對正向電流值I on3的比(I rev3/I on3)控制成大於4且小於15的值(4<I rev3/I on3<15)，並且特別是希望控制成大於8且小於12的值(8<I rev3/I on3<12)。通孔100a的直徑小時(ψ 30μm~ψ 100μm)，希望將反向電流值I rev3之對正向電流值I on3的比(I rev3/I on3)控制成大於15且小於50的值(15<I rev3/I on3<50)。
添加於鍍覆液的均勻劑是為了較基板之場部提升通孔內部的金屬析出速度而被使用。攪拌器62越將鍍覆液更強地攪拌，均勻劑越具有抑制金屬析出的特性。因此，電鍍時鍍覆液的攪拌是重要的。也就是，為了抑制基 板之場部的金屬析出，必須更強烈地攪拌鍍覆液。鍍覆液的攪拌越強，會越抑制基板之在場部的金屬析出，另一方面，基板之通孔內部的金屬析出越會進行。
在該例中，使配置於基板W與各調整板60之間的攪拌器62與基板W平行地往返作動，以攪拌鍍覆液Q。攪拌器62之線速度在通過基板W的中央時成為最大。此時之攪拌器62的線速度最大值以1.3m/sec以上、2.6m/sec以下者為佳，特別是以2.0~2.2m/sec者為佳。從基板W到攪拌器62的距離以5mm以上11mm以下者為佳。又，例如以第1段鍍覆時的攪拌器線速度為P1，第2段鍍覆時的攪拌器線速度為P2，第3段鍍覆時的攪拌器線速度為P3時，以成為P1<P2≦P3關係的方式在第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆使攪拌器的線速度變化者為佳。
作為鍍覆液之攪拌方法，使用攪拌器之方法外，可舉一面朝基板的表面及背面高速噴附鍍覆液，一面在基板的表面及背面附近高速使螺旋槳旋轉的方法。
而且，通孔不只是形成於印刷基板者，也可是形成於矽晶圓(矽基板)。又，基板通常雖是由150~500μm左右的厚度構成，然而即使是其以外之厚度的基板亦可。通孔之孔徑(直徑)雖然通常是100~300μm，然而也可是其以外之孔徑。通孔的斷面形狀雖然通常是直的，然而即使是中央細或是中央粗之楔型的形狀亦可。特別是，中央的直徑較開口部的直徑小之楔型的通孔，到通孔之中央部被以金屬膜閉塞為止的時間較短便完成，而可縮短埋 入完成所需的鍍覆時間。
PR脈衝電流的反向電流朝基板流動時，由於會有起因於配線或基板支持器或鍍覆槽構造的靜電容，所以會有電荷被使用於該靜電容部分的消除，而未到使基板表面的金屬溶解的情況。因此，以一面測量陽極與陰極(基板)之間的電壓一面進行鍍覆，到反向電流對基板表面的金屬溶解貢獻為止，使反向電流之持續時間較長的方式進行控制者為佳。
以上說明了本發明之實施形態，然而本發明並不限定上述實施形態者，於申請專利範圍、及說明書與圖示所記載之技術思想的範圍內可以有種種的變形。而且，即使是未直接記載於說明書及圖示的任何形狀、構造或材質，只要是達到本案發明之作用、效果，皆是在本案發明之技術思想的範圍內。
100‧‧‧基板
100a‧‧‧通孔
102‧‧‧阻障層
104‧‧‧晶種層
106a‧‧‧金屬膜
106b‧‧‧金屬膜
106c‧‧‧金屬膜
d‧‧‧直徑
W‧‧‧基板

Claims (11)

  1. 一種通孔的電鍍方法，是使具有通孔之基板浸漬於鍍覆液中，在基板之表面、與於鍍覆液中配置在與該表面相對向的位置之陽極之間，及基板之背面、與於鍍覆液中配置在與該背面相對向的位置之陽極之間，供給鍍覆電流，以連續進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，該通孔的電鍍方法之特徵在於：前述第1段鍍覆是利用在通孔的內部形成均勻厚度的金屬膜，使通孔之直徑較小的鍍覆，其中在前述第1段鍍敷中所使用的鍍敷電流為PR脈衝電流，該PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流作反覆交替的PR脈衝電流，前述第2段鍍覆是使用PR脈衝電流，以形成於通孔的內部之金屬膜使通孔的中央部閉塞的鍍覆，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解之反向電流作反覆交替的PR脈衝電流，且是使正向電流值較在前述第1段鍍覆中使用於金屬析出之正向電流的電流值小者，前述第3段鍍覆是比起使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝的正向電流值，更提高鍍覆電流的值，使金屬膜之朝通孔內的埋入完成的鍍覆。
  2. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間較使用於前述第1 段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間長。
  3. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流作反覆交替的PR脈衝電流，且是正向電流值比起使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流值更大者。
  4. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的正向電流持續時間對反向電流持續時間的比大於75且小於120。
  5. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流持續時間較0.5msec長且較10msec短。
  6. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中前述通孔的直徑在30μm~100μm範圍內時，前述第2段鍍覆是使用反向電流值對正向電流值的比大於15且小於50的PR脈衝電流來進行。
  7. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流作反述交替的PR脈衝電流，且是反向電流值之對正向電流值的比大於4且小於15者。
  8. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中前述第3段鍍覆是使用PR脈衝電流來進行，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流作反 覆交替的PR脈衝電流，且是反向電流值之對正向電流值的比大於15且小於50者。
  9. 如請求項8之通孔的電鍍方法，其中使用於前述第3段鍍覆之PR脈衝電流的反向電流值較在前述第2段鍍覆使用之PR脈衝電流的反向電流值小。
  10. 如請求項1之通孔的電鍍方法，其中將攪拌器分別配置在基板之表面與配置於和該表面相對向位置的陽極之間、以及基板之背面與配置於和該背面相對向位置的陽極之間，且以1.3m/sec以上2.6m/sec以下的最大線速度使前述攪拌器往復運動，以攪拌鍍覆液。
  11. 一種通孔的電鍍裝置，包含：鍍覆槽，於內部保持鍍覆液；基板支持器，將具有通孔之基板使前述基板之表裡兩面露出而保持，且使浸漬於前述鍍覆槽內之鍍覆液；一對陽極，分別與浸漬於前述鍍覆液中之前述基板的表裡兩面相對向配置；鍍覆電源，可變更鍍覆電流的流動方向及電流值，且將鍍覆電流供給到基板之表面與和該表面相對向配置之其中之一陽極、及基板之背面與和該背面相對向配置之其中另一陽極之間；及控制部，控制前述鍍覆電源，前述控制部控制前述鍍覆電源以依序進行第1段鍍覆、第2段鍍覆及第3段鍍覆，前述第1鍍覆是使用PR脈衝電流，藉由在通孔的內部形成均勻厚度的金屬膜，而 實質地使通孔的直徑較小，其中該PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解的反向電流作反覆交替的PR脈衝電流；前述第2鍍覆是使用PR脈衝電流，以形成於通孔的內部之金屬膜使通孔的中央部閉塞，前述PR脈衝電流是將使用於金屬析出之正向電流與使用於金屬溶解之反向電流作反覆交替的PR脈衝電流，且是使正向電流值較在前述第1段鍍覆中使用於金屬析出之正向電流的電流值小者；前述第3段鍍覆是比起使用於前述第2段鍍覆之PR脈衝的正向電流值，更提高使用於金屬析出之鍍覆電流的電流值，使金屬膜之朝通孔內的埋入完成。
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