JP2009185334A

JP2009185334A - めっき装置

Info

Publication number: JP2009185334A
Application number: JP2008026070A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kawakami; 喜章川上; Akihiro Masuda; 昭裕増田; Ryoji Hidaka; 亮治日高
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】めっき槽内のめっき液を十分に撹拌することができて、めっき膜の厚さ及び組成を均一にする。
【解決手段】めっき液が貯留されるめっき槽１と、該めっき槽１の上部開口位置で被処理基板Ｓをめっき液に接触させた状態に支持する基板支持部３と、めっき槽１内にめっき液を供給する液供給手段４と、めっき槽１の上部からめっき液を外部に排出する液排出手段５とを具備するめっき装置であって、液供給手段４として、めっき槽１の底部の中心からずれた位置で、かつめっき槽１の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液を噴出させる噴出ノズル１１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき槽の内部でめっき液を噴出してめっき槽の上部から流出させながら被処理基板にめっき膜を形成するめっき装置に関する。

従来、この種のめっき装置として特許文献1に示される技術が知られている。この特許文献１に示されるめっき装置は、めっき液が貯留されるめっき槽と、めっき槽の上部開口に設けられ該上部開口に対して被処理基板となるウェハを支持する基板支持部と、めっき槽の底部中央に設けられて該めっき槽上部の基板に向けてめっき液を噴出させる液供給管と、めっき槽の上部に形成されて該めっき槽から溢れためっき液を外部に排出する液流出路とを具備している。また、基板支持部に支持される基板をカソード電極とし、かつ該カソード電極の下方に間隔をおいて配置された電極をアノード電極として、電源に接続されている。そして、このようなめっき装置では、カソード電極及びアノード電極に対して電流を供給しつつ、液供給管から供給されためっき液を基板の被めっき面に向けて噴出して接触させることによって、基板の被めっき面に対してめっき処理を行なうものである。
特開２００６−２８６２９号公報

ところで、上記のようなめっき装置では、めっき槽の底部中央に設けられた液供給管から、めっき槽上部の基板に向けてめっき液が噴出させられ、基板の中心部に当って半径方向に沿って外側に流れていく。したがって、基板の中心部には常に新鮮なめっき液が供給され、基板へのめっき処理に供されながら外側に広がっていくことになるため、基板の中心部と基板の外周部とでは、めっき液の成分に分布が生じ、めっき膜の厚さや組成が面内で不均一になり易い。

また、上記めっき装置では、液供給管の内周面に螺旋状の溝を設けて、噴出されるめっき液を旋回上昇させるようにしているが、基板に到達するまでの間に旋回流が弱まってしまい、めっきの不均一の問題を解消しきれないという問題があった。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、めっき槽内のめっき液を十分に撹拌することができて、めっき膜の厚さ及び組成を均一にすることができるめっき装置の提供を目的とするものである。

本発明のめっき装置は、めっき液が貯留されるめっき槽と、該めっき槽の上部開口位置で被処理基板をめっき液に接触させた状態に支持する基板支持部と、前記めっき槽内にめっき液を供給する液供給手段と、前記めっき槽の上部からめっき液を外部に排出する液排出手段とを具備するめっき装置であって、前記液供給手段として、前記めっき槽の底部の中心からずれた位置で、かつ前記めっき槽の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液を噴出させる噴出ノズルが設けられていることを特徴とする。

このように構成されためっき装置では、めっき槽の底部に偏心状態に配置した噴出ノズルからめっき槽の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液が噴出させられるので、めっき槽の内周面に案内されて流速を低下させることなく基板に到達する。また、そのめっき液は、めっき槽の内周面に沿って螺旋状に上昇することから、その内側のめっき槽内の全体を回転させるようにして、大きな螺旋の流れとなってめっき液全体を上昇させる。したがって、めっき槽の中でめっき液が滞留する部分がなく、めっき液の全体が螺旋流になって均一に攪拌されながら基板の全面に接触し、厚さ及び組成が均一なめっき膜が形成される。

また、本発明のめっき装置において、前記めっき槽の内周面には、前記噴出ノズルから噴出されためっき液を案内する螺旋状溝が形成されていることを特徴とする。

このめっき装置では、噴出ノズルから噴出されためっき液は、めっき槽の内周面に形成された螺旋状溝に沿って上昇することにより、乱れを生じることなく確実に螺旋流となって上昇することができ、その結果、基板上のめっき膜の厚さ及び組成の均一性をさらに向上させることができる。

また、本発明のめっき装置において、前記めっき槽の底部中央には、該めっき槽上部に向けてめっき液を噴出させる第２の噴出ノズルが設けられていることを特徴とする。

このめっき装置では、めっき槽の底部に、偏心状態の噴出ノズルと、中央の第２の噴出ノズルとが配置されることになり、これら両噴出ノズルを併用することによって、めっき槽内のめっき液成分をさらに均一化することができる。

本発明のめっき装置によれば、めっき槽の底部に偏心状態に設けた噴出ノズルから噴出しためっき液が、めっき槽の内周面に案内されて流速を低下させることなく基板に到達するとともに、めっき槽内の全体を回転させるようにして大きな螺旋の流れとなってめっき液全体を上昇させ、めっき槽内での滞留部分を生じさせないようにするので、めっき槽の上部開口に配置される基板の全面に、厚さ及び組成が均一なめっき膜を形成することができる。

以下、本発明に係るめっき装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は第１実施形態を示しており、この実施形態のめっき装置１００は、図１に示すように、めっき液が貯留されるめっき槽１と、めっき槽１の外側に設けられた架台２に懸架されてめっき槽１の上部開口に被処理基板Ｓとなるウェハを配置する基板支持部３と、めっき槽１の底部に設けられて該めっき槽１上部の基板Ｓに向けてめっき液を供給する液供給手段４と、めっき槽１からめっき液をオーバーフローさせながら外部に排出する液排出手段５とを有する構成とされている。

基板支持部３は、基板Ｓに接触するカソード電極６が設けられ、基板Ｓが外部の電源７に接続されるようになっているとともに、めっき槽１の上部開口からわずかに上昇した位置で基板Ｓが支持されることにより、この上部開口からオーバーフローするめっき液の液面上に基板Ｓの被めっき面を接触させた状態に保持できるようになっている。図１における符号８は基板Ｓの上面に当接する錘である。

一方、めっき槽１の内部には、基板Ｓの下方に間隔をおいてアノード電極９が設けられている。このアノード電極９は、例えばメッシュ状に形成された導電体であって、めっき槽１内部の電極支持部１０に水平に取付けられている。この電極支持部１０は、例えばめっき槽１の内周面に周方向に間隔をおいて複数個設けられている。

液供給手段４は、めっき槽1内にめっき液を噴出させる噴出ノズル１１と、該噴出ノズル１１に対してめっき液を供給するめっき液供給部１２とから構成されている。このめっき液供給部１２は、めっき液を貯留するめっき液貯留部１３と、めっき液貯留部１３内のめっき液を噴出ノズル１１に供給するためのめっき液供給管１４と、該めっき液供給管１４の途中に設けられたポンプ１５とから構成されるものであって、めっき液貯留部１３内のめっき液は成分が常に一定となるように調整されている。

また、液供給手段４の噴出ノズル１１は、図1及び図２に示すように、めっき槽１の底部の中心よりもずれた偏心位置、図示例ではめっき槽１の壁に、めっき槽１の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液を噴出させるように傾斜して設けられており、該噴出ノズル１１から噴出されためっき液は、これらの図の矢印で示したように、めっき槽１の内周面に沿って螺旋状の流れとなって上昇させられるようになっている。また、図２に示すように１８０°離れた二か所に噴出ノズル１１が設けられ、それぞれめっき槽１の内周面に沿って同じ傾斜角度で斜め上方に向けて設けられている。

また、液排出手段５は、基板支持部３によって支持された基板Ｓとめっき槽１の上部開口との間に形成される液流出路１６と、めっき槽１の回りを囲むように設けられた外槽１７と、この外槽１７の内部を液供給手段４のめっき液貯留部１３に接続する液回収管１８とによって構成されており、めっき槽１内部のめっき液を液流出路１６からオーバーフローさせて外槽１７内に受け入れ、この外槽１７に受け入れためっき液を液回収管１８を経由して液供給手段４のめっき液貯留部１３に回収することができるようになっている。

このようなめっき装置１００において、カソード電極６及びアノード電極９に対して電源７から電流を供給しつつ、液供給手段４から供給されためっき液を、基板Ｓの被めっき面に向けて噴射して接触させることによって、基板Ｓの被めっき面に対してめっき処理を行う。そのめっき液としては、例えば、Ｓｎ−ＡｇやＰｂ−Ｓｎ成分を有するものが使用され、また、基板支持部３に支持される基板Ｓとなるウェハとしては、予めレジストパターンが形成されたシリコンウェハが使用され、該レジストパターン開口部のシリコンウェハ上にＡｇめっきやＳｎめっきが施される。

そして、上記のように構成しためっき装置１００では、めっき槽１の底部の偏心位置に配置された２個の噴出ノズル１１から、めっき槽１の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液を噴出させると、めっき液は、めっき槽１の内周面に沿って螺旋状の流れとなって上昇し、その流速を低下させることなく基板Ｓにまで到達する。また、そのめっき液は、めっき槽１の内周面に沿って螺旋状に上昇することから、その内側のめっき槽１内の全体を外側から回転させるようにして、大きな螺旋の流れとなってめっき液全体を上昇させる。したがって、めっき槽１の中でめっき液が滞留する部分がなく、めっき液の全体が螺旋流になって均一に攪拌されながら基板Ｓの全面に接触し、厚さ及び組成が均一なめっき膜を形成することができる。

図３は本発明に係るめっき装置の第２実施形態を示しており、上記第１実施形態では、めっき槽の内周面を平坦の円筒面に形成したが、この第２実施形態のめっき装置２００においては、めっき槽２１の内周面に螺旋状溝２２が形成されている。この螺旋状溝２２は、めっき槽２１の内周面の周方向に沿うように形成されているものであって、噴出ノズル１１の傾斜角度とほぼ一致して形成されている。したがって、噴出ノズル１１から噴出されためっき液は、めっき槽２１の螺旋状溝２２に沿って上昇させられ、この螺旋状溝２２によって案内されることにより、めっき液の流れに乱れを生じさせることなく確実に螺旋の上昇流を発生させることができ、基板Ｓへのめっき膜の厚さ及び組成の均一性をさらに向上させることができる。

なお、本発明に係るメッキ装置においては、めっき槽の底部に設けられる噴出ノズルは、上記各実施形態のように２個設けてもよいし、１個でもよい。また、めっき槽の周方向に間隔をおいて３個以上設けるようにしてもよく、その個数が多くなると、螺旋流をより確実にかつより全体的に発生させることができる。

また、各実施形態では、めっき槽の底部の偏心位置で、かつめっき槽の内周面に沿って斜め上方に向けて噴出ノズルを設けたが、図３に鎖線で示したように、この傾斜した噴出ノズル１１に追加して、めっき槽の底部に第２の噴出ノズル３１を設けても良い。この第２の噴出ノズル３１は、めっき槽の底部中央に設けられ、破線矢印で示したように、上方位置の基板Ｓに向けて垂直にめっき液を噴出するものである。したがって、めっき槽の底部から偏心して設けた噴出ノズル１１によって螺旋流を生じさせるとともに、底部の中央から第２の噴出ノズル３１によって上昇流を生じさせ、これらの二つの作用が相乗してめっき槽全体が大きな螺旋の上昇流となり、攪拌効果を高めて、めっき液成分をさらに均一化することができる。

図１及び図２に示した第１実施形態のめっき装置と、めっき液を底部の中央から上方に垂直に噴出させる従来型のめっき装置とを用いてめっき処理して、これらのめっきの膜厚及び成分を比較測定した。

この場合、めっき槽のタンク容量を１００Ｌとし、被処理基板として３０μｍのレジストパターン（開口面積０．５ｄｍ^２）を有する８インチ径のシリコンウェハを使用した。めっき液としては、Ｓｎ^２+ を４９．５ｇ／Ｌ、Ａｇ⁺ を０．６ｇ／Ｌ、遊離酸を１２０ｇ／Ｌ含むＳｎ‐Ａｇめっき液を使用した。めっき槽内の液温は２５℃、噴出ノズルからのめっき液噴出量は２０Ｌ／ｍｉｎ、カソード電極及びアノード電極を通じて供給される電流密度は、４Ａ／ｄｍ^２に設定した。

そして、シリコンウェハの外周部付近、中心部、及びこれらの中間地点の半径方向に並ぶ３か所について、めっき膜厚と、Ａｇの析出量とを測定した。めっき膜厚の測定結果を表１、Ａｇの析出量を表２に示す。これらの表中、（１）〜（３）が測定部位を示し、（１）がシリコンウェハの外周部付近、（２）が外周部と中心部との間の中間地点、（３）が中心部である。

これら表１及び表２からわかるように、従来型のめっき装置では、めっき膜厚が半径方向外側（符号（１）で示す位置では２８μｍ）の方が内側（符号（３）で示す位置では３２μｍ）より薄くなり、ばらつきが大きいのに対して、本実施形態のめっき装置では、（１）〜（３）の各所において、めっき膜厚が３１〜３２μｍと安定している。また、ウェハ上に析出したＡｇは、従来型のめっき装置では、析出量が半径方向外側（符号（１）で示す位置では２．０ｗｔ％）の方が内側（符号（３）で示す位置では２．５ｗｔ％）より少なく、ばらつきが大きいのに対して、本実施形態のめっき装置では、（１）〜（３）の各所において、析出量が２．４〜２．５ｗｔ％と安定している。

また、上記のめっき条件で、金属成分を補給しながら、単位液量当たり電解量が４０ＡＨ／Ｌでめっき処理を行った（上記条件の場合は約７５００枚めっきした）ところ、従来型のめっき装置では、めっき液に濁りが生じた（めっき液成分のバランスが崩れたことによると考察される）のに対して、本実施形態のめっき装置では、めっき液に濁りは生じず、さらに５０ＡＨ／Ｌ（上記条件の場合は約９５００枚のめっきとなる）まで単位液量当たりの電解量を上昇させてもめっき液に濁りは生じなかった。このような測定結果から、本実施形態に示すめっき装置では、めっき槽１内のめっき液が十分に撹拌されており、ウェハの被めっき面に形成されるめっき膜の厚さ及び組成の均一性を向上させることが確認された。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、めっき液をオーバーフローさせる液流出路をめっき槽の上部開口と基板との間に形成するようにしたが、めっき槽の上端部に貫通孔や切欠きを設けて、これを液流出路とするようにしてもよい。また、アノード電極を支持する電極支持部もアノード電極と同様のメッシュ状に形成し、めっき槽の内周面全周に形成してもよい。

本発明に係るめっき装置の一実施形態を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。本発明に係るめっき装置の第２実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１めっき槽
２架台
３ウェハ支持部
４液供給手段
５液排出手段
６カソード電極
７電源
８錘
９アノード電極
１０電極支持部
１１噴出ノズル
１２液供給部
１３液貯留部
１４液供給管
１５ポンプ
１６液流出路
１７外槽
１８液回収管
２１めっき槽
２２螺旋状溝
３１第２の噴出ノズル
１００めっき装置
２００めっき装置

Claims

めっき液が貯留されるめっき槽と、該めっき槽の上部開口位置で被処理基板をめっき液に接触させた状態に支持する基板支持部と、前記めっき槽内にめっき液を供給する液供給手段と、前記めっき槽の上部からめっき液を外部に排出する液排出手段とを具備するめっき装置であって、
前記液供給手段として、前記めっき槽の底部の中心からずれた位置で、かつ前記めっき槽の内周面に沿って斜め上方に向けてめっき液を噴出させる噴出ノズルが設けられていることを特徴とするめっき装置。
前記めっき槽の内周面には、前記噴出ノズルから噴出されためっき液を案内する螺旋状溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
前記めっき槽の底部中央には、該めっき槽上部に向けてめっき液を噴出させる第２の噴出ノズルが設けられていることを特徴とする請求項1又は２に記載のめっき装置。