WO2023214449A1 - 減圧めっき処理用のめっき装置及び減圧めっき処理方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a plating apparatus that performs plating on objects to be plated such as semiconductor wafers and printed wiring boards, and in particular, a plating apparatus that can perform plating under reduced pressure during plating, and a reduced-pressure plating using the same. Regarding processing method.
- Patent Document 1 proposes performing electrolytic or electroless plating by immersing the object to be plated in a deaerated plating solution.
- the object to be plated is placed on the top of the pretreatment tank as a pretreatment, and the object is heated. Then, the pressure inside the pretreatment tank is reduced to 9hPa to 40hPa, and water at 10°C to 30°C is supplied into the pretreatment tank to replace the gas in the pretreatment tank with vaporized water. It has been proposed to fill the pretreatment tank with water and bring the water into contact with the surface to be plated, and then introduce air into the pretreatment tank to create atmospheric pressure and cause the water to adhere to the surface to be plated (for example, in the patent Reference 2).
- Patent Document 3 As a method for infiltrating various liquids such as plating liquid into the inside of minute depressions, we have developed a pressure control means to reduce the pressure in the liquid storage section consisting of a semiconductor wafer and a cap, and a vacuum chuck to reduce the pressure on the back side of the wafer.
- a plating apparatus equipped with the following has been proposed (Patent Document 3).
- a jet plating apparatus has an opening equipped with a liquid seal to prevent the plating solution from leaking when the object to be plated is placed, a liquid supply section that supplies the plating solution, and a liquid supply section that discharges the plating solution.
- the plating tank has a rotating means for rotating the plating tank itself.
- a device provided with for example, Patent Document 4
- multiple plating treatments such as nickel, palladium, and gold may be applied in addition to via hole filling plating with copper.
- various plating methods such as electrolytic plating and electroless plating are employed. Therefore, when performing multiple plating treatments on an object to be plated, it is generally necessary to prepare separate plating machines for each type of plating process, transport the object to each plating apparatus, and perform each plating process. is the current situation.
- the present invention has been made under the circumstances described above, and is capable of reliably plating minute vias and trenches formed on the surface of an object to be plated by suppressing the effects of air bubbles as much as possible.
- the present invention also provides a plating technology that allows a single plating apparatus to perform multiple plating processes.
- the present invention provides an opening provided with a seal that prevents the plating solution from leaking when an object to be plated is placed, a solution supply section that supplies the plating solution, and a solution that discharges the plating solution.
- a plating apparatus for plating under reduced pressure comprising a pressing cover on the back side of an object to be plated, which is equipped with a pressure reduction means, and the tank internal pressure reduction means is configured to reduce pressure when the object to be plated is placed in an inclined position by rotating the plating tank. , a pressure reduction pocket provided on the inner wall of the plating tank located above the tilted position, a pressure reduction pipe connected to the exhaust port of the pressure reduction pocket, and a liquid discharge for discharging the plating solution remaining in the pressure reduction pipe.
- the plating apparatus includes a pipe for reducing pressure, and the pipe for reducing pressure extends from the pocket for reducing pressure toward the center of the plating tank.
- air bubbles in the plating solution and air bubbles adhering to the plating surface of the object to be plated can be reliably removed by reducing the pressure in the tank space formed in the plating tank.
- a desired plating process can be performed on a minute region on the target surface, such as a via or trench with a high acceptance ratio of 20 or more, without causing plating defects such as plating chips.
- the pressure inside the plating tank is reduced to -95 to -100 kPa (atmospheric pressure 0, gauge pressure), but if the pressure is simply reduced, the supply to the plating tank will be reduced.
- a force is generated in which liquids such as plating solution, cleaning water, pretreatment liquid, etc. are sucked toward the pressure reduction pipe. If the liquid is sucked into the pressure reduction pipe, it becomes difficult to reliably reduce the pressure in the interior space of the plating tank.
- the plating tank is rotated and the object to be plated placed in the opening of the plating tank is rotated. Do this in a tilted position.
- the object to be plated is initially placed horizontally in the opening of the plating tank with the surface to be plated facing downward, but when the pressure is reduced, the object to be plated is placed so that the surface to be plated faces upward. It rotates the tank, and the rotation angle is 100° to 170°.
- the plating tank (as well as the objects to be plated and the surfaces to be plated) will be in an inclined state, but in the plating apparatus of the present invention, it will be located above this inclined position.
- a pocket for depressurization is provided on the inner wall of the plating tank.
- the pressure reduction pipe extends from the pressure reduction pocket toward the center of the plating tank. That is, when the decompression pipe is in an inclined position, it is placed downward from the exhaust port of the decompression pocket with the decompression pocket facing upward.
- the pressure reduction operation is performed as follows. First, the object to be plated is placed in the opening, and the plating tank is rotated to a predetermined rotation angle. Then, before a liquid such as a plating solution is supplied to the plating tank, the pressure inside the tank is reduced to a predetermined pressure (-95 to -100 kPa). At this time, the back space formed on the back side of the object to be plated is also depressurized (-95 to -100 kPa) by the back pressure cover of the object to be plated. Thereafter, the liquid is supplied into the plating tank under reduced pressure. This liquid is supplied until it is sucked into the pressure reducing pipe.
- the pressure inside the pressure reduction pipe is returned to atmospheric pressure, and then the liquid remaining in the pressure reduction pipe is discharged through a liquid discharge pipe connected to the pressure reduction pipe.
- the pressure reduction pipe when the plating tank is rotated to an inclined position, the pressure reduction pipe extends from the exhaust port of the pressure reduction pocket toward the center of the plating tank, so that the pressure reduction pipe can be used to exhaust air. It will be placed facing downward from the mouth. Therefore, the liquid supplied to the plating tank is supplied into the plating tank up to just before the exhaust port of the pressure reduction pocket, and the liquid is prevented from being sucked into the pressure reduction pipe due to the pressure reduction. It becomes possible to reliably reduce the pressure in the tank interior to a predetermined pressure (-95 to -100 kPa).
- the internal space capacity of the plating tank is adjusted so that the supply amount of the plating tank becomes a liquid thickness of 2.0 mm to 10.0 mm from the surface to be plated of the object to be plated. .
- the internal space capacity of the plating tank is specified by the thickness of the liquid from the surface to be plated of the object to be plated. In the case of wafers, it is approximately 32 mL to 153 mL, in the case of 8 inches, it is approximately 57 mL to 284 mL, and in the case of 12 inches, approximately 132 mL to 660 mL can be said to be the suitable internal space capacity of the tank.
- the opening of the plating tank is preferably formed by fixing a sealing member forming a seal and a plating tank member forming a plating tank.
- the plating apparatus of the present invention reduces the pressure in the tank space formed by the plating target surface of the plating object placed in the opening and the plating tank. It is necessary that no liquid leakage occurs at the contact area with the seal. In order to reduce the pressure in the tank interior to -95 to -100 kPa, it is important to reliably prevent liquid leakage from the seal provided at the opening. Therefore, in the opening, it is necessary that the sealing member forming the seal and the plating tank member forming the plating tank are fixed to each other.
- Adhesion refers to a state in which the sealing member and the plating tank member are liquid-tightly bonded. If the opening of the plating tank is formed in a state where the seal member forming the seal and the plating tank member forming the plating tank are fixed, this can be realized by molding by simultaneous casting.
- This simultaneous casting refers to a casting method in which a plating tank member and a sealing member are placed in a mold for forming an opening, and the mold is pressurized to form an opening. Specifically, adhesive (primer) is applied to the position corresponding to the sealing part of the opening of the plating tank member placed in the formwork (peripheral area of the opening) in advance, and the adhesive is applied.
- the plating apparatus includes a degassing means for removing dissolved oxygen contained in the liquid supplied to the plating tank.
- Liquids supplied to the plating tank such as plating solutions, cleaning water, and pretreatment liquids, contain a certain amount of dissolved oxygen in the atmosphere, so to prevent the formation of bubbles, it is necessary to It is desirable to remove oxygen beforehand.
- the degassing means it is desirable to use a degassing module using hollow fibers.
- the plating apparatus according to the present invention is provided with a plurality of plating solution storage tanks capable of individually storing two or more types of plating solutions, and provided with a plating solution switching means for switching the plating solution supplied to the plating tanks.
- the plating apparatus according to the present invention is capable of plating under reduced pressure, it is naturally possible to perform plating under atmospheric pressure.
- electrolytic plating can be performed by embedding an electrode in the seal of the opening and placing an anode in the plating bath. Therefore, by changing the type of plating solution supplied to the plating tank, a plurality of plating treatments can be performed.
- a plating solution switching means is provided to change the type of plating solution, a plurality of continuous plating processes can be performed. For example, when plating an object such as a semiconductor wafer, nickel, palladium, and gold may be plated in that order. This can be handled by preparing a plating solution storage tank, replacing the plating solution supplied to the plating tank with a plating solution switching means, and performing the plating process. It is effective for plating a wide variety of products in small quantities, and saves space for the plating equipment.
- the object to be plated is placed in the opening of a plating tank, the opening is liquid-tightly sealed by the object, and the object to be plated is removed from the back side of the object placed in the opening.
- Press and fix the periphery of the plating tank rotate the plating tank, change the posture of the object to be plated placed in the opening, supply plating solution, and fill the plating tank with the plating solution.
- the plating solution and the object to be plated are brought into contact with each other, and the internal space of the plating tank is depressurized using the pressure reduction pipe of the tank pressure reduction means, and a back space is formed on the back side of the object to be plated, which is not to be plated.
- the present invention relates to a reduced-pressure plating method in which the plating solution remaining in the reduced-pressure pipe is discharged from a liquid discharge pipe to perform plating after reducing the pressure in the internal space of the plating tank to a predetermined pressure.
- the liquid supplied to the plating tank is degassed in advance.
- the reduced pressure plating method according to the present invention it is preferable to perform a plurality of plating treatments by replacing the plating solution supplied to the plating tank.
- plating can naturally be performed at atmospheric pressure without reducing the pressure. Therefore, depending on the type of plating solution, plating can be performed at atmospheric pressure or low pressure.
- plating treatments it is preferable to perform the plating treatments by replacing the plating solution supplied to the plating tank.
- plating apparatus and reduced pressure plating method according to the present invention can be applied to both electrolytic plating and electroless plating.
- the present invention it is possible to reliably perform plating on minute vias and trenches formed on the surface to be plated of an object to be plated, while minimizing the effects of air bubbles, etc. can be handled using one plating device.
- FIG. 1 is a perspective view of a plating apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 2 is a right side view of the plating apparatus of this embodiment. The left side view of the plating apparatus of this embodiment.
- FIG. 1 is a front view of the plating apparatus of this embodiment.
- FIG. 1 is a plan view of the plating apparatus of this embodiment.
- FIG. 2 is a perspective view of a plating cell main body of the plating apparatus.
- FIG. 2 is a plan view of the plating cell body of the plating apparatus.
- FIG. 3 is a bottom view of the plating cell main body of the plating device.
- FIG. 2 is a perspective view of the presser lid main body of the plating apparatus.
- FIG. 3 is a plan view of the presser cover main body of the plating device.
- FIG. 2 is a perspective view of a plating apparatus during plating processing.
- Schematic diagram of piping of the plating apparatus of this embodiment Observation photo of via cross section of plating (reduced pressure) Observation photo of via cross section of plating (atmospheric pressure)
- FIG. 1 shows a perspective view of the plating apparatus of this embodiment.
- FIG. 1A shows a right side view of the plating apparatus
- FIG. 1B shows a left side view
- FIG. 1C shows a front view
- FIG. 1D shows a top view.
- the plating apparatus in this embodiment has a plating cell 1 and a holding lid 2, and the plating cell 1 is provided with a reversing drive mechanism 3. Further, the presser cover 2 is provided with a presser arm 4 for placing and removing the presser cover 2 on the plating cell 1.
- FIG. 2 shows a perspective view of the plating cell body.
- FIG. 2A shows a plan view of the plating cell main body of the plating apparatus
- FIG. 2B shows a bottom view of the plating cell main body.
- FIG. 3 shows a perspective view of the main body of the presser lid 2.
- the presser lid 2 shown in FIG. 1 is an illustration in which an acrylic cover is attached to the presser lid main body of FIG. 3.
- FIG. 3A shows a plan view of the presser cover main body of FIG. 3, and FIG. 3B shows a bottom view of the presser cover main body.
- the plating cell main body 10 shown in FIG. 2 has an opening 11, and is used to reduce the pressure in the cell interior space formed by the plating target surface of the plating object placed in the opening 11 and the plating cell main body 10.
- a decompression pocket 13 having an exhaust port 12 is formed.
- a liquid supply port 14 for supplying the plating liquid into the plating cell and a discharge port 15 for discharging the plating liquid to the outside of the cell are provided.
- an anode is installed within the plating cell (not shown).
- a pressure reducing pipe 16 connected to the exhaust port 12 is provided on the bottom side of the plating cell book 10.
- This depressurizing pipe 16 extends from the exhaust port 12 toward the center of the plating cell body 10, and is connected to a vacuum pump (not shown) via a trap tank (not shown). Further, a liquid discharge pipe 17 is also connected to the exhaust port 12 to which the pressure reduction pipe 16 is connected.
- the plating cell body 10 provided with this opening 11 was formed by a simultaneous casting method. Specifically, an adhesive (primer) is applied to the formwork for forming the opening in advance, vinyl chloride, which is the constituent material of the plating cell body, is poured in, and after the vinyl chloride has solidified, the opening is sealed. After silicone was poured into the sealed portion where the adhesive was applied at the position corresponding to the opening (periphery of the opening), the mold was pressurized. After the seal member had hardened, the mold was removed, and the vinyl chloride in the opening and the silicone forming the seal were in a fixed state. In addition, during this simultaneous casting manufacturing method, a cathode was installed in the seal part so that plating current could be supplied to the object to be plated placed in the opening.
- an adhesive primary
- vinyl chloride which is the constituent material of the plating cell body
- the presser lid main body 20 is provided with a back pressure reducing mechanism 21 made of silicon.
- This back pressure reducing mechanism 21 is constituted by a pressure reducing groove 23 to which a pressure reducing means 22 is connected.
- the presser cover 2 of the plating apparatus is removed from the plating cell 1 by the presser arm 4.
- an object to be plated for example, a semiconductor wafer
- the presser arm 4 is driven to press the object to be plated from the back side with the presser lid 2.
- the plating cell 1 and presser lid 2 are rotated together by the reversing drive mechanism 3 to change the posture as shown in FIG. 4 so that the surface to be plated of the object to be plated faces upward.
- the rotation angle at this time is 100° to 170° from the horizontal position where the object to be plated is initially placed in the opening, that is, the surface of the object to be plated is facing downward.
- the pressure inside the plating cell is reduced through the exhaust port 12 of the plating cell body 10.
- the pressure is reduced to -95 to -100kPa.
- the back space on the back side of the object to be plated is depressurized to -95 to -100 kPa by the back pressure reducing mechanism 21 of the presser lid main body 20.
- the plating cell 1 is filled with a liquid that has been deaerated in advance, that is, a plating solution, a pretreatment liquid such as pure water or a dilute sulfuric acid solution to improve the wettability of the surface to be plated, and Supply liquids such as catalytic solutions for electrolytic plating processes.
- a pretreatment liquid of dilute sulfuric acid that has been degassed in advance is supplied.
- the pretreatment liquid is supplied in an amount until it is sucked into the pressure reduction pipe 16.
- the pretreatment liquid After draining the pretreated liquid in the pressure reduction pipe, close the atmosphere release valve connected to the trap tank, open the pressure reduction valve between the trap tank and the vacuum pump, and reduce the pressure to -95 to -100kPa again. conduct.
- the surface to be plated of the object to be plated is pretreated for a predetermined period of time.
- the plating cell 1 and the holding lid 2 are rotated together by the reversing drive mechanism 3 to change their posture to a vertical state as shown in FIG. Then, by opening the interior of the plating cell to the atmosphere, the pretreatment liquid is discharged from the drain port 15 located below the plating cell. This completes the pretreatment of the dilute sulfuric acid solution.
- the plating apparatus is returned to the position shown in FIG. 4, and a predetermined plating solution is supplied.
- the reduced pressure treatment and the supply of the plating solution are carried out in the same manner as in the case of the pretreatment solution described above.
- Plating is performed while maintaining a reduced pressure of -95 to -100kPa.
- a predetermined electrolytic current is supplied for electrolytic plating.
- electroless plating treatment leave it for a predetermined period of time.
- the plating solution is discharged in the same manner as the pretreatment solution described above.
- a cleaning solution is supplied to perform cleaning treatment on the surface to be plated.
- a trap tank is provided between the pressure reducing device (e.g., a vacuum pump) and the plating cell to prevent the plating solution or pretreatment solution from being sucked directly into the pressure reducing device ( (not shown).
- FIG. 6 shows a schematic diagram of the piping of the plating apparatus of this embodiment.
- the plating cell 1, presser lid 2, etc. are shown in a simplified manner.
- the liquid discharged from the discharge port 14 of the plating cell 1 and the liquid in the depressurizing pipe discharged from the liquid discharge pipe 17 are discharged into a drain receiver 50 and then put into a drain tank 51.
- Liquids such as plating liquid and pretreatment liquid are supplied to the plating cell 1 by a liquid supply unit 60.
- the liquid supply unit 60 includes a liquid storage tank 61, a degassing tank 62, and a degassing module 63.
- the liquid storage tank 61 is supplied with a liquid for performing a target process, that is, a plating solution, a pretreatment liquid, cleaning water, and the like. Dissolved oxygen is removed from the liquid in the liquid storage tank 61 in a degassing treatment tank 62 in advance.
- the liquid degassed by the deaeration treatment tank 62 passes through a deaeration module 63 using hollow fibers to further remove dissolved oxygen and is supplied to the plating cell 1.
- a plurality of such liquid supply units such as liquid supply units 60, 60', and 61'' are provided for each type of plating liquid, and the plating liquid to be supplied is changed using a plating liquid switching means (not shown). By doing so, a plurality of plating processes can be performed using one plating apparatus of this embodiment.
- the plating apparatus of this embodiment is of a type that processes semiconductor wafers as objects to be plated.
- the material of this semiconductor wafer may be Si, SiC, GaAs, GaN, InP, etc. without any particular limitations.
- the present invention can be applied to a rectangular plate-shaped object such as an electronic board.
- the plating apparatus of this embodiment can be applied to both electrolytic plating and electroless plating.
- electrolytic plating an electrode is placed at the seal of the opening of the plating cell, and a plating current is supplied to the surface of the object to be plated.
- a plating solution that has been subjected to deaeration treatment it is preferable to use a plating solution that has been subjected to deaeration treatment.
- the pre-treatment liquid various pre-treatment liquids such as pure water and dilute sulfuric acid solution can be used, and a pre-treatment liquid suitable for the plating solution used is used, preferably a pre-treatment liquid that has been deaerated is used. use
- the pressure inside the plating cell and the back space of the object to be plated at -95 kPa to -100 kPa.
- Plating can also be performed at atmospheric pressure or low pressure.
- An 8-inch silicon wafer was used as the object to be plated.
- a plurality of vias each having a diameter of 20 ⁇ m and a depth of 200 ⁇ m were provided on the surface to be plated of this wafer.
- the copper sulfate plating solution commercially available Microfab Cu525 (manufactured by EEJA Corporation) was used. Further, as the pretreatment liquid, deaerated purified water was used.
- a current density of 0.5 A/dm 2 is used to form copper plating with a target thickness of 8 ⁇ m inside the via. Copper plating was performed. For comparison, copper plating was also performed at atmospheric pressure without reducing the pressure (atmospheric pressure) during the pretreatment with pure water. When reducing the pressure during pretreatment, the reduced pressure in the plating cell and the space behind the object to be plated was set to -95 kPa.
- FIGS. 7 and 8 show cross-sectional photographs of vias after plating.
- FIG. 7 shows the case where the pressure was reduced during the pretreatment
- FIG. 8 shows the case where the plating pretreatment was performed without reducing the pressure (atmospheric pressure).
- FIGS. 7 and 8 enlarged photographs at 100x and 200x magnification are shown below the observation photograph at 50x magnification.
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Abstract
微小なビアやトレンチへのめっき処理で、気泡などの影響を極力抑制でき、複数のめっき処理を一台のめっき装置にて対応可能となるめっき処理技術を提供する。 本発明は、めっき液の漏洩を防止するシールを備えた開口部と、めっき液の液供給部及び液排出部とを備えためっき槽と、めっき槽の回動手段と、槽内空間を減圧するための槽内減圧手段と、開口部に載置した被めっき物の周縁を押圧し、被めっき物背面の側に形成される背面空間を減圧する背面減圧手段を備えた被めっき物背面押圧カバーと、を備える減圧めっき処理用のめっき装置であって、槽内減圧手段は、めっき槽を回動して被めっき物が傾斜姿勢にされた際に、傾斜姿勢の上側に位置するめっき槽内壁に設けられた減圧用ポケットと、減圧用ポケットの排気口に接続された減圧用パイプと、減圧用パイプに残留するめっき液を排出するための液排出用パイプとを備え、減圧用パイプは、減圧用ポケットからめっき槽中央方向に向けて延設されていることを特徴とする。
Description
本発明は半導体用ウェハーやプリント配線板等の被めっき物にめっき処理を行うめっき装置に関するもので、特に、めっき処理時に減圧してめっき処理を行うことができるめっき装置及びそれを用いた減圧めっき処理方法に関する。
近年、半導体用のウェハーやプリント配線板などの電子基板等の被めっき物に対して、種々のめっき処理が行われている。最近では、電子基板等の軽薄短小化が進行し、微細なめっき処理を要求される傾向が強い。例えば、半導体用のウェハーのような被めっき物では、微小なビアをめっき処理により穴埋めすることが求められている。そして、このビアのアスペクト比は確実に大きな値に移行している。
一般に、めっき処理では、めっき液中の気泡やめっき処理面に付着する気泡がめっき不良の要因となることが知られている。微小なビアの穴埋めなどのめっき処理をする場合、ビア内やビア周辺に気泡が存在すると、めっき不良を生じやすく、所望のめっき処理を行うことができない。
このようなめっき液中の気泡の対策として次のような先行技術が提案されている。その一つとしては、めっきの前処理液の溶存酸素を脱気膜モジュールと真空ポンプを用いた脱気装置により脱気し、その脱気した前処理液で被めっき物の前処理を行って、電解又は無電解めっき処理を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1)。この特許文献1においては、脱気しためっき液に被めっき物を浸漬して電解又は無電解めっき処理を行うことも提案されている。
また、被めっき物のめっき対象面を下方に向けた状態でめっき処理を行う噴流式のめっき装置においては、前処理として、前処理槽上部に被めっき物を載置し、被めっき物を加熱し、前処理槽内を減圧して9hPa~40hPaにするとともに前処理槽内に10℃~30℃の水を供給して、前処理槽内にある気体を気化水に置換し、前処理槽内に水を充満してめっき対象面に水を接触させ、その後、前処理槽内に大気を導入して大気圧にし、めっき対象面に水を付着させることが提案されている(例えば、特許文献2)。さらに、微細な窪みの内部にメッキ液等の各種液体を浸入させる手法として、半導体ウェハーとキャップとで構成される液体収納部を減圧するための圧力制御手段と、ウェハーの背面を減圧する真空チャックとを備えためっき装置が提案されている(特許文献3)。
そして、噴流式のめっき装置においては、被めっき物を載置した際にめっき液の漏洩を防止する液シールを備えた開口部と、めっき液を供給する液供給部及びめっき液を排出する液排出部と、載置された被めっき物に対向するようになっているアノードと、が備えられためっき槽を有するめっき装置において、めっき槽は、めっき槽自体を回動するための回動手段が設けられたものも提案されている(例えば、特許文献4)。
上記した先行技術における各めっき処理技術によれば、ある程度の微小なビアの穴埋め、微細配線間のトレンチなどのめっき処理が良好に行える。しかしながら、最近の電子基板等の軽薄短小化はますます進行しており、例えば、ビアの微小化も目覚ましく、例えば、ビア径5μm、ビア深さ100μmのような高アスペクト比の微細なビアに、良好なめっき処理を確実に行えるめっき処理技術が要求されているのが現状である。
また、半導体用のウェハーやプリント配線板などの電子基板等の被めっき物では、例えば、銅によるビアの穴埋めめっき処理以外として、ニッケル、パラジウム、金などの複数のめっき処理が施されることが知られている。このような複数のめっき処理については、電解めっきや無電解めっきなどの種々のめっき処理方法が採用される。そのため、被めっき物に複数のめっき処理を施す場合、一般的には、各種のめっき処理に対応しためっき装置を各々準備し、各めっき装置に被めっき物を搬送し、各めっき処理を行うことが現状である。
このように、被めっき物に複数のめっき処理を施す際に、各種のめっき処理に対応しためっき装置を準備することになるが、このような対応は、製造設備が大型化し、製造コストを増加することになり、効率的な製造としては不十分な面がある。そのため、複数のめっき処理を、一つのめっき装置により対応することができるようになれば、製造設備の省スペース化が図れ、効率的な製造が実現できるため、このような汎用的なめっき装置を実現することも期待されている。
本発明は、以上のような事情の下になされたもので、被めっき物のめっき対象面に形成された微小なビアやトレンチに対して、気泡などの影響を極力抑制して、確実にめっき処理が可能なめっき処理技術を提供する。そして、複数のめっき処理を、一台のめっき装置にて対応可能となるめっき処理技術を提供するものである。
上記課題を解決するため、本発明は、被めっき物を載置した際にめっき液の漏洩を防止するシールを備えた開口部と、めっき液を供給する液供給部及びめっき液を排出する液排出部とを備えためっき槽と、めっき槽自体を回動するための回動手段と、開口部に載置された被めっき物のめっき対象面とめっき槽とにより形成される槽内空間を減圧するための槽内減圧手段と、開口部に載置した被めっき物の周縁を押圧し、めっき対象面の裏面である被めっき物背面の側に形成される背面空間を減圧するための背面減圧手段を備えた被めっき物背面押圧カバーと、を備える減圧めっき処理用のめっき装置であって、槽内減圧手段は、めっき槽を回動して被めっき物が傾斜姿勢にされた際に、傾斜姿勢の上側に位置するめっき槽内壁に設けられた減圧用ポケットと、減圧用ポケットの排気口に接続された減圧用パイプと、減圧用パイプに残留するめっき液を排出するための液排出用パイプとを備え、減圧用パイプは、減圧用ポケットからめっき槽中央方向に向けて延設されている減圧めっき処理用のめっき装置に関する。本発明によれば、めっき液中の気泡や被めっき物のめっき処理面に付着する気泡を、めっき槽に形成される槽内空間を減圧することで確実に除去できるので、被めっき物のめっき対象面にある微小領域、例えば、20以上の高アクセプト比のビアやトレンチなどに、めっきカケなどのめっき不良を生じることなく、所望のめっき処理を行うことができる。
本発明に係るめっき装置においては、めっき槽の槽内空間を-95~-100kPa(大気圧0、ゲージ圧)まで減圧するものであるが、単に減圧するだけであると、めっき槽に供給された液体、例えば、めっき液や洗浄水や前処理液などの液体は減圧時に減圧用パイプの方に吸引される力が生じる。減圧用パイプに液体が吸引された状態であると、めっき槽の槽内空間を確実に減圧することが難しくなる。そこで、めっき槽の槽内空間の減圧制御を確実にするため、本発明のめっき装置では、この減圧作業を行う場合、めっき槽を回動し、めっき槽の開口部に載置した被めっき物を傾斜した状態にして行う。被めっき物は、最初、めっき槽の開口部に、めっき対象面を下向きにして水平に載置されるが、減圧の際には、被めっき物のめっき対象面が上向きになるように、めっき槽を回動するもので、回動角度としては100°~170°である。このようにめっき槽を回動させると、めっき槽(被めっき物及びめっき対象面も同様)は傾斜した状態となるが、本発明のめっき装置では、この傾斜姿勢の上側に位置するようになるめっき槽内壁に、減圧用ポケットが設けられている。そして、減圧用パイプは、減圧用ポケットからめっき槽中央方向に向けて延設されている。つまり、減圧用パイプは、傾斜姿勢となった際には、減圧用ポケットを上側にして、減圧用ポケットの排気口から下方向きに配置された状態となる。
本発明に係るめっき装置では、減圧操作は次のように行われる。まず、被めっき物を開口部に載置し、めっき槽を所定の回動角度まで回動する。そして、めっき槽にはめっき液などの液体を供給する前に、所定の圧力(-95~-100kPa)まで槽内空間を減圧する。この際、被めっき物背面押圧カバーにより被めっき物背面の側に形成される背面空間も減圧(-95~-100kPa)する。その後、減圧した状態で、めっき槽内に液体を供給する。この液体の供給は、減圧用パイプ内に吸引されるまで行う。供給を停止後、減圧用パイプ内を大気圧に戻してから減圧用パイプ内に残存する液体を、減圧用パイプに接続された液排出用パイプにより排出する。本発明のめっき装置では、めっき槽を回動して傾斜姿勢にした際、減圧用パイプは減圧用ポケットの排気口からめっき槽中央方向に向けて延設されているので、減圧用パイプは排気口から下向きに配置されることになる。そのため、めっき槽に供給された液体は、減圧用ポケットの排気口の手前までめっき槽内に供給された状態となり、減圧により液体が減圧用パイプに吸引されることが防止できるため、めっき槽の槽内空間を所定の圧力(-95~-100kPa)に確実に減圧することが可能となる。
本発明に係るめっき装置は、めっき槽の供給量が、被めっき物のめっき対象面から2.0mm~10.0mmの液厚みとなるように、槽内空間容量が調整されていることが好ましい。本発明のめっき装置では、めっき槽の槽内空間の減圧を確実に実現するため、めっき槽の槽内空間容量を調整することが好ましい。槽内空間容量が大きすぎると、所定圧力までの減圧操作に長時間必要となり、作業効率が悪くなる。槽内空間容量が小さすぎると、良好なめっき処理ができなくなる傾向となる。本発明に係るめっき装置では、めっき槽の槽内空間容量を被めっき物のめっき対象面からの液厚みで特定しているが、具体的な容量としては、被めっき物が6インチのシリコン製ウェハーの場合はおおよそ32mL~153mLとなり、8インチの場合はおおよそ57mL~284mLとなり、12インチの場合はおおよそ132mL~660mLが好適な槽内空間容量といえる。
本発明に係るめっき装置を実現する場合、めっき槽の開口部は、シールを形成するシール部材とめっき槽を形成するめっき槽部材とを固着して成型されたものであることが好ましい。本発明におけるめっき装置は、開口部に載置された被めっき物のめっき対象面とめっき槽とにより形成される槽内空間を減圧するため、開口部に載置した被めっき物と開口部のシールとの接触部分で液漏れが生じないことが必要である。槽内空間を-95~-100kPaまで減圧するためには、開口部に設けられるシールからの液漏れを確実に防止することが重要である。そのため、開口部は、シールを形成するシール部材とめっき槽を形成するめっき槽部材とが固着している必要がある。固着とは、シール部材とめっき槽部材とが液密に接着されている状態をいう。シールを形成するシール部材とめっき槽を形成するめっき槽部材とが固着した状態のめっき槽の開口部とする場合、同時鋳込みにより成型することにより実現できる。この同時鋳込みとは、開口部を形成するための型枠に、めっき槽部材と、シール部材とを投入して、型枠を加圧して開口部を成型する鋳込み方法をいう。具体的には、型枠に予め投入されためっき槽部材の開口部のシール部分に相当する位置(開口部の周縁部分)に接着剤(プライマー)を塗布しておき、接着剤が塗布されたシール部分にシール部材を投入した後、型枠を加圧する。シール部材硬化後、型枠を取り外し、開口部を成型すると、シールを形成するシール部材とめっき槽を形成するめっき槽部材とが固着した状態となる。このような固着状態として形成された開口部であると、めっき槽内の減圧に伴う、シールにおけるめっき液の液漏れが確実に防止することが可能となる。めっき槽部材やシール部材は、その材質に特に制限はないが、加工性や耐めっき液性を考慮すると、めっき槽部材として塩化ビニル(PVC)、シール部材としてシリコンを用いることが好ましい。なお、シール部分に相当する位置(開口部の周縁部分)に、被めっき物に接触させるカソードを同時成型することができる。
本発明に係るめっき装置は、めっき槽に供給する液体に含まれる溶存酸素を除去するための脱気手段を備えることが好ましい。めっき槽に供給する液体、例えば、めっき液や洗浄水や前処理液などは大気中であると、ある程度の酸素を溶存しているので、気泡の発生を防止するためには、液体中の溶存酸素を予め除去することが望ましい。脱気手段には、特に制限はないが、中空糸を用いた脱気モジュールを用いることが望ましい。
本発明に係るめっき装置には、2種以上のめっき液を個別に貯槽できる複数のめっき液貯槽を設け、めっき槽に供給するめっき液を入れ替えるめっき液切り替え手段を備えることが好ましい。本発明に係るめっき装置は、減圧した状態でめっき処理ができるものであるが、当然に大気圧の状態でめっき処理することができる。また、開口部のシールに電極を埋め込み、めっき槽内にアノードを配置しておけば、電解めっき処理を行うことができる。そのため、めっき槽に供給するめっき液の種類を変更することにより、複数のめっき処理を施すことができる。この場合、めっき液の種類を変更するために、めっき液切り替え手段を備えておくと、連続的な複数のめっき処理を行うことできる。例えば、半導体ウェハーのような被めっき物にめっき処理する場合、ニッケル、パラジウム、金の順でめっき処理することがあるが、ニッケルめっき液、パラジウムめっき液、金めっき液を個別に貯槽できる3つのめっき液貯槽を準備し、めっき槽に供給するめっき液を、めっき液切り替え手段で入れ替えて、めっき処理することで対応できる。少量多品種の製品のめっき処理に有効であり、めっき装置の配置空間の省スペース化が図れる。
本発明は、めっき槽の開口部に被めっき物を載置して、被めっき物により開口部を液密的に封鎖し、開口部に載置した被めっき物の背面側から、被めっき物の周縁を押圧して固定し、めっき槽を回動して、開口部に載置された被めっき物の姿勢を変化させて、めっき液を供給してめっき槽内をめっき液で充満することでめっき液と被めっき物とを接触させ、めっき槽の槽内空間を槽内減圧手段の減圧パイプを使用して減圧するとともに、めっき処理がされない被めっき物の背面側に形成される背面空間を減圧し、めっき槽の槽内空間を所定圧力まで減圧した後、減圧パイプ内に残留するめっき液を液排出用パイプから排出して、めっき処理する減圧めっき処理方法に関する。
本発明に係る減圧めっき処理方法は、めっき槽に供給する液体を予め脱気処理することが好ましい。
本発明に係る減圧めっき処理方法は、めっき槽に供給するめっき液を入れ替えて、複数のめっき処理を行うことが好ましい。
本発明においては、当然、減圧せずに大気圧でめっき処理できるものである。そのため、めっき液の種類により、大気圧や低圧の状態でめっき処理することは可能である。被めっき物に複数のめっき処理を行う場合、めっき槽に供給するめっき液を入れ替えて、めっき処理を行うことが好ましい。
尚、本発明に係るめっき装置及び減圧めっき処理方法は、電解めっき処理、無電解めっき処理のいずれにも適用することができる。
本発明によれば、被めっき物のめっき対象面に形成された微小なビアやトレンチに対して、気泡などの影響を極力抑制して、確実にめっき処理を行うことができ、複数のめっき処理を、一台のめっき装置にて対応することが可能となる。
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に、本実施形態のめっき装置の斜視図を示す。また、図1Aにめっき装置の右側面図、図1Bに左側面図、図1Cに正面図、図1Dに平面図を示している、
本実施形態におけるめっき装置は、めっきセル1と押え蓋2とを有し、めっきセル1には、反転駆動機構3が設けられている。また、押え蓋2には、めっきセル1に押え蓋2を載置、離脱の操作を行うための押えアーム4が設けられている。
図2には、めっきセル本体の斜視図を示している。また、図2Aには、めっき装置のめっきセル本体の平面図、図2Bには、めっきセル本体底面図を示している。そして、図3には、押え蓋2本体の斜視図を示している。尚、図1で示した押え蓋2は、図3の押え蓋本体にアクリル製カバーを取り付けた状態の図示である。また、図3Aには、図3の押え蓋本体の平面図、図3Bには押え蓋本体底面図を示している。
図2に示すめっきセル本体10は、開口部11を有し、この開口部11に載置される被めっき物のめっき対象面と、めっきセル本体10により形成されるセル内空間を減圧するための排気口12を有する減圧用ポケット13が形成されている。また、めっき液をめっきセル内に供給するための液供給口14と、セル外に排出するための排出口15とが設けられている。また、めっきセル内にはアノードが設置されている(図示省略)。そして、図2Bに示すように、めっきセル本10の底部側には、排気口12に接続された減圧用パイプ16が設けられている。この減圧用パイプ16は、排気口12からめっきセル本体10の中央方向に延設されており、トラップタンク(図示省略)を介して真空ポンプ(図示省略)に連結されている。さらに、この減圧用パイプ16が接続された排気口12には、液排出用パイプ17も接続されている。
この開口部11を備えためっきセル本体10は、同時鋳込み製法により形成した。具体的には、開口部を形成するための型枠に予め接着剤(プライマー)を塗布し、めっきセル本体の構成材料である塩化ビニルを投入し、塩化ビニルが固化した後、開口部のシール部分に相当する位置(開口部の周縁部分)の接着剤が塗布されたシール部分にシリコンを投入した後、型枠を加圧した。シール部材硬化後、型枠を取り外し、開口部の塩化ビニルと、シールを形成するシリコンとが固着した状態となった。なお、この同時鋳込み製法の際、シール部分にカソードを設置し、開口部に載置される被めっき物にめっき電流を供給できるようにした。
次に、図3の押え蓋本体について説明する。図3Aに示すように、押え蓋本体20には、シリコン製の背面減圧機構21が設けられている。この背面減圧機構21は、減圧手段22が接続された減圧用溝23により構成されている。めっきセル10の開口部11に載置された被めっき物に対して、被めっき物の背面側から押え蓋2を配置して、被めっき物を押圧すると押え蓋本体10の背面減圧機構21が被めっき物の背面側に密着する。その状態で、図3Bに示す減圧用溝21の空気を排気して減圧することにより、被めっき物の背面空間を減圧する。
続いて、本実施形態のめっき装置によるめっき処理の手順について説明する。まず、図1で示す状態のめっき装置において、めっき装置の押え蓋2を押えアーム4によって、めっきセル1から離脱させる。めっきセル1の開口部11が開放された状態で、被めっき物(例えば、半導体ウエハー)を開口部11に載置する。被めっき物が開口部11に載置された状態で、押えアーム4を駆動して、被めっき物の背面側から押え蓋2で押圧する。
その後、反転駆動機構3によりめっきセル1及び押え蓋2を一体に回動して、図4に示すような姿勢に変更し、被めっき物のめっき対象面が上方側に向くようにする。この時の回動角度は、最初に被めっき物を開口部に載置した状態、つまり被めっき物のめっき対象面が下向きにされた水平位置から100°~170°である。この図4の状態で、めっきセル1内にはめっき液などの液体を供給する前に、めっきセル本体10の排気口12によりめっきセル内を減圧する。この時の減圧は―95~-100kPaまで行う。同時に、押え蓋本体20の背面減圧機構21により、被めっき物の背面側の背面空間を―95~-100kPaまで減圧する。
めっきセル1の減圧が完了した後、めっきセル1に、予め脱気処理した液体、即ち、めっき液、めっき対象面の濡れ性向上のための純水や希硫酸溶液などの前処理液、無電解めっき処理用のキャタライズ溶液などの液体を供給する。ここでは、予め脱気処理した希硫酸の前処理液を供給した場合を例に説明をする。前処理液の供給量は、減圧用パイプ16に吸引されるまで行う。所定量供給した後、トラップタンクと真空ポンプの間に設けた減圧弁(図示省略)を閉じ、トラップタンクに接続されている大気解放弁(図示省略)を開け、減圧パイプ16内を大気圧に戻し、液排出用パイプ17により、減圧用パイプ16内に残存する前処理液を排出する。
減圧用パイプ内の前処理液を排出した後、トラップタンクに接続されている大気解放弁を閉め、トラップタンクと真空ポンプの間にある減圧弁を開いて、再び―95~-100kPaまで減圧を行う。減圧が完了した後、所定時間、被めっき物のめっき対象面の前処理を行う。前処理後、反転駆動機構3により、めっきセル1及び押え蓋2を一体に回動し、図5に示すように垂直状態に姿勢を変更する。そして、めっきセル内を大気開放することで、めっきセルの下側に位置する排水口15より前処理液を排出する。これにより、希硫酸溶液の前処理が完了する。
前処理完了後、図4に示す姿勢にめっき装置を戻し、所定のめっき液を供給する。減圧処理、めっき液の供給については、前記した前処理液の場合と同様にして行う。―95~-100kPaの減圧状態が保持された状態で、めっき処理を行う。電解めっきであれば所定の電解電流を供給する。無電解めっき処理の場合は、所定時間放置する。このめっき処理の際、必要に応じてめっき装置の回動角度を調整してめっき処理することが可能なので、めっき中に発生する気泡を、めっき対象面から効率よく除去しながらめっき処理することができる。めっき処理後は、上記した前処理液と同様にして、めっき液の排出を行う。場合により、洗浄液を供給してめっき対象面の洗浄処理を行う。尚、めっきセル内を減圧する場合、減圧装置(例えば、真空ポンプ)とめっきセルとの間には、めっき液や前処理液が直接減圧装置に吸引されないように、トラップタンクを設けている(図示省略)。
図6には、本実施形態のめっき装置の配管概略図を示している。この図6では、めっきセル1や押え蓋2などを簡略して記載した。めっきセル1の排出口14から排出される液体、液排出パイプ17より排出される減圧パイプ内の液体は、ドレイン受部50に放出され、排液槽51に投入されるようになっている。めっき液や前処理液などの液体は、液供給ユニット60によりめっきセル1に供給されるようになっている。液供給ユニット60は、液貯槽61と脱気処理槽62と脱気モジュール63により構成されている。液貯槽61には、目的の処理を行う液体、つまりめっき液や前処理液、洗浄水などが供給されている。液貯槽61の液体は、脱気処理槽62において、溶存酸素を予め除去される。脱気処理槽62により脱気された液体は、中空糸を用いた脱気モジュール63を通過することにより、さらに溶存酸素が除去されて、めっきセル1に供給される。このような液供給ユニットは、各種のめっき液毎に液供給ユニット60、60’、61’’のように複数設けておき、めっき液切り替え手段(図示省略)を用いて供給するめっき液を変更することで、本実施形態のめっき装置1台により、複数のめっき処理を行うことができる。
本実施形態のめっき装置は、被めっき物として半導体ウェハーをめっき処理するタイプのものである。この半導体ウェハーの材質としては、Si、SiC、GaAs、GaN、InPなど特に制限はなく使用できる。また、めっきセルの開口部の形状を変更することで、電子基板のような矩形板状の被めっき物にも適用できる。
本実施形態のめっき装置は、電解めっき処理、無電解めっき処理のいずれにも適用できる。電解めっき処理の場合、めっきセルの開口部のシールのところに電極を配置して、被めっき物のめっき対象面にめっき電流を供給することで行う。また、めっき液は、脱気処理したものを用いることが好ましい。そして、前処理液としては、純水や希硫酸溶液などの種々の前処理液を用いることができ、使用するめっき液に合わせた前処理液を用い、好ましくは脱気処理した前処理液を用いる。
本実施形態のめっき装置において、めっきセル内の減圧、被めっき物の背面空間の減圧は、-95kPa~-100kPaで行うことが好ましい。尚、本実施形態のめっき装置では、めっき液の種類に合わせて。大気圧や低圧の状態でめっき処理することもできる。
以下に、本実施形態のめっき装置により、硫酸銅めっき液を用いて銅の埋め込みめっき処理を行った結果について説明する。
被めっき物としては、8インチのシリコン製ウェハーを用いた。このウェハーのめっき対象面には、直径20μm、深さ200μmのビアが複数設けられたものである。硫酸銅めっき液は、市販のミクロファブCu525(EEJA株式会社製)を用いた。また、前処理液としては、脱気処理をした純水を用いた。
この銅の埋め込みめっき処理は、電流密度を0.5A/dm2として、目標厚さ8μmの銅めっきをビア内に形成するものとし、純水での前処理時に減圧し、大気圧の状態で銅めっきを行った。比較のために、純水での前処理時に減圧なし(大気圧)として、大気圧の状態で銅めっきも行った。前処理時に減圧する場合は、めっきセル内と被めっき物の背面空間の減圧は、-95kPaとした。
前処理時の減圧有無による銅の埋め込みめっき処理を行い、めっき後のビア断面を観察した。図7及び図8にめっき後のビア断面写真を示す。図7は前処理時に減圧した場合であり、図8は減圧無し(大気圧)でめっき前処理を行った場合である。尚、この図7及び8では、倍率50倍の観察写真の下に倍率100倍、200倍の拡大写真を示している。この観察写真を見るとわかるように、減圧してめっき前処理を行った場合、ビアの底部まで銅めっき(ビア内の白く見える部分)がされていることが確認された。これに対して、前処理時に減圧無し(大気圧)の場合、ビアの底部にめっき処理がされていない部分(ビア内の黒く見えるところ)が確認された。
1 めっきセル
10 めっきセル本体
11 開口部
12 排気口
13 減圧用ポケット
14 供給口
15 排水口
16 減圧パイプ
17 液排出パイプ
2 押え蓋
20 押え蓋本体
21 背面減圧機構
22 減圧手段
23 減圧用溝
3 反転駆動機構
4 押えアーム
50 ドレイン受部
51 排液槽
60 液供給ユニット
61 液貯槽
62 脱気処理槽
63 脱気モジュール
10 めっきセル本体
11 開口部
12 排気口
13 減圧用ポケット
14 供給口
15 排水口
16 減圧パイプ
17 液排出パイプ
2 押え蓋
20 押え蓋本体
21 背面減圧機構
22 減圧手段
23 減圧用溝
3 反転駆動機構
4 押えアーム
50 ドレイン受部
51 排液槽
60 液供給ユニット
61 液貯槽
62 脱気処理槽
63 脱気モジュール
Claims (7)
- 被めっき物を載置した際にめっき液の漏洩を防止するシールを備えた開口部と、めっき液を供給する液供給部及びめっき液を排出する液排出部とを備えためっき槽と、
めっき槽自体を回動するための回動手段と、
開口部に載置された被めっき物のめっき対象面とめっき槽とにより形成される槽内空間を減圧するための槽内減圧手段と、
開口部に載置した被めっき物の周縁を押圧し、めっき対象面の裏面である被めっき物背面の側に形成される背面空間を減圧するための背面減圧手段を備えた被めっき物背面押圧カバーと、を備える減圧めっき処理用のめっき装置であって、
槽内減圧手段は、めっき槽を回動して被めっき物が傾斜姿勢にされた際に、傾斜姿勢の上側に位置するめっき槽内壁に設けられた減圧用ポケットと、減圧用ポケットの排気口に接続された減圧用パイプと、減圧用パイプに残留するめっき液を排出するための液排出用パイプとを備え、
減圧用パイプは、減圧用ポケットからめっき槽中央方向に向けて延設されていることを特徴とする減圧めっき処理用のめっき装置。 - めっき槽の供給量が、被めっき物のめっき対象面から2.0mm~10.0mmの液厚みとなるように、槽内空間容量が調整されている請求項1に記載のめっき装置。
- めっき槽に供給する液体に含まれる溶存酸素を除去するための脱気手段を備える、請求項1または請求項2に記載のめっき装置。
- 2種以上のめっき液を個別に貯槽できる複数のめっき液貯槽を設け、めっき槽に供給するめっき液を入れ替えるめっき液切り替え手段を備えた請求項1または請求項2に記載のめっき装置。
- 請求項1に記載のめっき装置を用いた減圧めっき処理方法であって、
めっき槽の開口部に被めっき物を載置して、被めっき物により開口部を液密的に封鎖し、開口部に載置した被めっき物の背面側から、被めっき物の周縁を押圧して固定し、
めっき槽を回動して、開口部に載置された被めっき物の姿勢を変化させて、めっき液を供給してめっき槽内をめっき液で充満することでめっき液と被めっき物とを接触させ、
めっき槽の槽内空間を槽内減圧手段の減圧パイプを使用して減圧するとともに、めっき処理がされない被めっき物の背面側に形成される背面空間を減圧し、
めっき槽の槽内空間を所定圧力まで減圧した後、減圧パイプ内に残留するめっき液を液排出用パイプから排出して、めっき処理することを特徴とする減圧めっき処理方法。 - めっき槽に供給する液体を予め脱気処理する請求項5に記載の減圧めっき処理方法。
- めっき槽に供給するめっき液を入れ替えて、複数のめっき処理を行う請求項5または請求項6に記載の減圧めっき処理方法。
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