特許 7161646 めっき装置およびめっき方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-18

(45)【発行日】2022-10-26

(54)【発明の名称】めっき装置およびめっき方法

(51)【国際特許分類】

   C25D 17/10 20060101AFI20221019BHJP

   C25D 21/12 20060101ALI20221019BHJP

   C25D 17/00 20060101ALI20221019BHJP

   C25D 21/00 20060101ALI20221019BHJP

   C25D 19/00 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

C25D17/10 Z

C25D17/10 B

C25D17/10 C

C25D21/12 J

C25D17/00 H

C25D21/00 J

C25D19/00 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022523945

(86)(22)【出願日】2021-06-01

(86)【国際出願番号】 JP2021020855

【審査請求日】2022-04-22

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 直人

【審査官】萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】特公昭３２－００２６５５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０２１－０１１６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００７－００４１２２７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０８７８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｄ １／００－２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板を保持した前記基板ホルダを収容するように構成されためっき槽であって、前記基板の第１面側の第１槽と前記基板の第２面側の第２槽を備え、前記第１槽と前記第２槽はギャップを介して連通する、めっき槽と、
前記めっき槽の前記第１槽に配置された第１アノード電極と、
前記基板と前記第１アノード電極の間にめっき電流を供給するように構成された第１電源と、
前記ギャップの前記第１槽側に配置された補助アノード電極と、
前記ギャップの前記第２槽側に配置された補助カソード電極と、
前記補助アノード電極と前記補助カソード電極の間に直流の補助電流を供給するように構成された補助電源と、
を備えるめっき装置。

【請求項2】

前記補助電流は、前記基板の前記第１面における過電圧を、前記補助アノード電極と前記補助カソード電極の間の電解液の抵抗値で除した電流値に設定される、請求項１に記載のめっき装置。

【請求項3】

前記めっき槽の前記第２槽に配置された第２アノード電極と、
前記基板と前記第２アノード電極の間にめっき電流を供給するように構成された第２電源であって、前記第２電源からの電流は、前記基板の前記第２面における過電圧が前記基板の前記第１面における過電圧よりも小さくなるように設定される、第２電源と、
をさらに備える、請求項１に記載のめっき装置。

【請求項4】

前記補助電流は、前記基板の前記第１面における過電圧と前記基板の前記第２面における過電圧との差を、前記補助アノード電極と前記補助カソード電極の間の電解液の抵抗値で除した電流値に設定される、請求項３に記載のめっき装置。

【請求項5】

前記基板の前記第１面近傍に配置された、前記基板の前記第１面における過電圧を計測するための第１参照電極と、
前記基板の前記第２面近傍に配置された、前記基板の前記第２面における過電圧を計測するための第２参照電極と、
をさらに備え、前記補助電流は、前記第１参照電極を用いて計測された過電圧と前記第２参照電極を用いて計測された過電圧に基づいて制御される、
請求項４に記載のめっき装置。

【請求項6】

前記補助電流は、前記第１電源から供給される電流の測定値と前記第２電源から供給される電流の測定値に基づいて制御される、請求項４に記載のめっき装置。

【請求項7】

前記補助電流は、前記基板の前記第１面における電流密度と前記基板の前記第２面における電流密度との差に基づいて制御される、請求項６に記載のめっき装置。

【請求項8】

前記補助アノード電極と前記めっき槽の前記第１槽の間および前記補助カソード電極と前記めっき槽の前記第２槽の間に、イオンを選択的に透過させるように構成された隔膜を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載のめっき装置。

【請求項9】

前記ギャップは、屈曲した通路によって前記第１槽と前記第２槽を連通する、請求項１から８のいずれか１項に記載のめっき装置。

【請求項10】

前記基板は前記第１面と前記第２面が導通した基板である、請求項１から９のいずれか１項に記載のめっき装置。

【請求項11】

めっき装置において基板をめっきするための方法であって、
前記めっき装置は、
前記基板を保持するように構成された基板ホルダと、
前記基板を保持した前記基板ホルダを収容するように構成されためっき槽であって、前記基板の第１面側の第１槽と前記基板の第２面側の第２槽を備え、前記第１槽と前記第２槽はギャップを介して連通する、めっき槽と、
を備え、前記方法は、
前記めっき槽の前記第１槽に配置された第１アノード電極と前記基板との間に、第１電源からめっき電流を供給すること、および
前記ギャップの前記第１槽側に配置された補助アノード電極と前記ギャップの前記第２槽側に配置された補助カソード電極との間に、補助電源から直流の補助電流を供給すること
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、めっき装置およびめっき方法に関し、より具体的には、めっき膜厚を均一化する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスや電子素子用基板の表面にＣｕ等の金属めっき膜を形成することが行われている。たとえば、基板ホルダにめっき対象である基板を保持し、めっき液を収容しためっき槽中に基板ホルダごと基板を浸漬させて電気めっきを行うことがある。基板ホルダは、基板のめっき面を露出するように基板を保持する。めっき液中において、基板の露出面に対応するようにアノードが配置され、基板とアノードとの間に電圧を付与して基板の露出面に電気めっき膜を形成することができる。

【0003】

基板の両方の面にめっきを施すため表裏の両面に開口部が設けられている基板ホルダが存在する。たとえば、１枚の基板の表面および裏面の両方が露出するように基板を保持する基板ホルダがある。

【0004】

この様に表裏の両面に開口部が設けられている基板ホルダを使用してめっき処理を行う場合、基板ホルダとめっき槽との間に大きな隙間が存在することがある。基板ホルダとめっき槽との間に大きな隙間が存在すると、アノードから基板へ向かう電場に回り込みが発生し得る。たとえば、アノードから、該アノードに対向する基板ホルダに保持された基板の表面へ向かう電場の一部が、基板ホルダに保持された基板の裏面へ回り込むことがある。電場の回り込みが発生すると、基板に均一な厚さのめっき膜を形成することが困難になる。特許文献１には、このような電場の回り込みを、物理的・機械的な構造を用いて遮蔽するように構成されためっき装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１３９２０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、物理的・機械的な構造によらずに電場の回り込みを防止または緩和するめっき装置およびめっき方法を提供することを１つの目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態によれば、基板を保持するように構成された基板ホルダと、前記基板を保持した前記基板ホルダを収容するように構成されためっき槽であって、前記基板の第１面側の第１槽と前記基板の第２面側の第２槽を備え、前記第１槽と前記第２槽はギャップを介して連通する、めっき槽と、前記めっき槽の前記第１槽に配置された第１アノード電極と、前記基板と前記第１アノード電極の間にめっき電流を供給するように構成された第１電源と、前記ギャップの前記第１槽側に配置された補助アノード電極と、前記ギャップの前記第２槽側に配置された補助カソード電極と、前記補助アノード電極と前記補助カソード電極の間に補助電流を供給するように構成された補助電源と、を備えるめっき装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るめっき装置の全体配置図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る１つのめっき槽の構成を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る１つのめっき槽の構成を示す模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る１つのめっき槽の構成を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るめっき槽内を流れるめっき電流を模式的に表した図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るめっき槽内を流れるめっき電流と補助電流を模式的に表した図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図11】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るめっき槽の等価回路を表す図である。

【図13】本発明の一実施形態に係るめっき槽における、隔壁とギャップを含む部分の一構成例を示す図である。

【図14】本発明の一実施形態に係るめっき槽における、隔壁とギャップを含む部分の別の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係るめっき装置１００の全体配置図である。めっき装置１００は、基板ホルダ（不図示）に基板をロードし、又は基板ホルダから基板をアンロードするロード／アンロードモジュール１１０と、基板を処理する処理モジュール１２０と、洗浄モジュール５０ａとに大きく分けられる。処理モジュール１２０は、さらに、基板の前処理及び後処理を行う前処理・後処理モジュール１２０Ａと、基板にめっき処理を行うめっき処理モジュール１２０Ｂとを含む。

【0011】

ロード／アンロードモジュール１１０は、ハンドリングステージ２６と、基板搬送装置２７と、フィキシングステーション２９とを有する。一例として、本実施形態では、ロード／アンロードモジュール１１０は、処理前の基板を取り扱うロード用のハンドリングステージ２６Ａと、処理後の基板を取り扱うアンロード用のハンドリングステージ２６Ｂとの、２つのハンドリングステージ２６を有している。本実施形態では、ロード用のハンドリングステージ２６Ａと、アンロード用のハンドリングステージ２６Ｂとは、構成は同一であり、互いに１８０°向きが異なって配置されている。なお、ハンドリングステージ２６は、ロード用、アンロード用のハンドリングステージ２６Ａ，２６Ｂが設けられるものに限定されず、それぞれロード用、アンロード用と区別されずに使用されてもよい。また、本実施形態では、ロード／アンロードモジュール１１０は、２つのフィキシングステーション２９を有している。２つのフィキシングステーション２９は、同一の機構であり、空いている方（基板を取り扱っていない方）が使用される。なお、ハンドリングステージ２６とフィキシングステーション２９とのそれぞれは、めっき装置１００におけるスペースに応じて、１つ、又は３つ以上が設けられてもよい。

【0012】

ハンドリングステージ２６（ロード用のハンドリングステージ２６Ａ）には、ロボット２４を通じて複数（一例として図１では３つ）のカセットテーブル２５から基板が搬送される。カセットテーブル２５は、基板が収容されるカセット２５ａを備える。カセットは例えばフープである。ハンドリングステージ２６は、載置された基板の位置および向きを調整（アライメント）するように構成される。ハンドリングステージ２６とフィキシングステーション２９との間には、これらの間で基板を搬送する基板搬送装置２７が配置されている。基板搬送装置２７は、ハンドリングステージ２６、フィキシングステーション２９、および洗浄モジュール５０ａの間で、基板を搬送するように構成されている。また、フィキシングステーション２９の近傍には基板ホルダを収容するためのストッカ３０が設けられる。

【0013】

洗浄モジュール５０ａは、めっき処理後の基板を洗浄して乾燥させる洗浄装置５０を有する。基板搬送装置２７は、めっき処理後の基板を洗浄装置５０に搬送し、洗浄された基板を洗浄装置５０から取り出すように構成される。そして、洗浄後の基板は、基板搬送装置２７によってハンドリングステージ２６（アンロード用のハンドリングステージ２６Ｂ）に渡され、ロボット２４を通じてカセット２５ａへ戻される。

【0014】

前処理・後処理モジュール１２０Ａは、プリウェット槽３２と、プリソーク槽３３と、プリリンス槽３４と、ブロー槽３５と、リンス槽３６と、を有する。プリウェット槽３２では、基板が純水に浸漬される。プリソーク槽３３では、基板の表面に形成したシード層等の導電層の表面の酸化膜がエッチング除去される。プリリンス槽３４では、プリソーク後の基板が基板ホルダと共に洗浄液（純水等）で洗浄される。ブロー槽３５では、洗浄後の基板の液切りが行われる。リンス槽３６では、めっき後の基板が基板ホルダと共に洗浄液で洗浄される。なお、このめっき装置１００の前処理・後処理モジュール１２０Ａの構成は一例であり、めっき装置１００の前処理・後処理モジュール１２０Ａの構成は限定されず、他の構成を採用することが可能である。

【0015】

めっき処理モジュール１２０Ｂは、例えば、オーバーフロー槽３８の内部に複数のめっき槽３９を収納して構成されている。各めっき槽３９は、内部に１つの基板を収納し、内部に保持しためっき液中に基板を浸漬させて基板表面に銅めっき等のめっきを施すように構成される。

【0016】

めっき装置１００は、前処理・後処理モジュール１２０Ａとめっき処理モジュール１２０Ｂとの側方に位置して基板ホルダを基板とともに搬送する、例えばリニアモータ方式を採用したトランスポータ３７を有する。このトランスポータ３７は、フィキシングステーション２９、ストッカ３０、プリウェット槽３２、プリソーク槽３３、プリリンス槽３４、ブロー槽３５、リンス槽３６、及びめっき槽３９の間で基板ホルダを搬送するように構成される。

【0017】

このめっき装置１００による一連のめっき処理の一例を説明する。まず、カセットテーブル２５に搭載したカセット２５ａから、ロボット２４で基板を１つ取出し、ハンドリングステージ２６（ロード用のハンドリングステージ２６Ａ）に基板を搬送する。ハンドリングステージ２６は、搬送された基板の位置および向きを所定の位置および向きに合わせる。このハンドリングステージ２６で位置および向きを合わせた基板を基板搬送装置２７でフィキシングステーション２９まで搬送する。

【0018】

一方、ストッカ３０内に収容されていた基板ホルダが、トランスポータ３７によってフィキシングステーション２９まで搬送され、フィキシングステーション２９の上に水平に載置される。そして、この状態の基板ホルダの上に、基板搬送装置２７によって搬送されてきた基板が載置され、基板と基板ホルダが接続される。

【0019】

次に、基板を保持した基板ホルダをトランスポータ３７で把持し、プリウェット槽３２に収納する。次に、プリウェット槽３２で処理された基板を保持した基板ホルダを、トランスポータ３７でプリソーク槽３３に搬送し、プリソーク槽３３で基板上の酸化膜をエッチングする。続いて、この基板を保持した基板ホルダを、プリリンス槽３４に搬送し、このプリリンス槽３４に収納された純水で基板の表面を水洗する。

【0020】

水洗が終了した基板を保持した基板ホルダは、トランスポータ３７により、プリリンス槽３４からめっき処理モジュール１２０Ｂに搬送され、めっき液を満たしためっき槽３９に収納される。トランスポータ３７は、上記の手順を順次繰り返し行って、基板を保持した基板ホルダを順次めっき処理モジュール１２０Ｂの各々のめっき槽３９に収納する。

【0021】

各々のめっき槽３９では、めっき槽３９内のアノード（図示せず）と基板との間にめっき電圧を印加することで、基板の表面にめっきを行う。

【0022】

めっきが終了した後、めっき後の基板を保持した基板ホルダをトランスポータ３７で把持し、リンス槽３６まで搬送し、リンス槽３６に収容された純水に浸漬させて基板の表面を純水洗浄する。次に、基板ホルダを、トランスポータ３７によってブロー槽３５に搬送し、エアーの吹き付け等によって基板ホルダに付着した水滴を除去する。その後、基板ホルダを、トランスポータ３７によってフィキシングステーション２９に搬送する。

【0023】

フィキシングステーション２９では、基板搬送装置２７によって基板ホルダから処理後の基板が取り出され、洗浄モジュール５０ａの洗浄装置５０に搬送される。洗浄装置５０は、めっき処理後の基板を洗浄して乾燥させる。乾燥した基板は、基板搬送装置２７によってハンドリングステージ２６（アンロード用のハンドリングステージ２６Ｂ）に渡され、ロボット２４を通じてカセット２５ａに戻される。

【0024】

図２～図４は、めっき処理モジュール１２０Ｂにおける１つのめっき槽３９の構成を示す模式図である。図３は、めっき槽３９を図２中のＡＡ面で切断し矢印Ａ方向から見た様子を示し、図４は、めっき槽３９を図２中のＢＢ面で切断し矢印Ｂ方向から見た様子を示している。めっき処理モジュール１２０Ｂにおける各めっき槽３９は、図２～図４に示されているのと同じ構成を有している。

【0025】

前述したように、基板Ｗを保持した基板ホルダ３０は、トランスポータ３７（図１参照）によって搬送されて、めっき槽３９に収容される。めっき槽３９において、基板Ｗおよび基板ホルダ３０はめっき液（電解液）Ｑ中に浸漬される。図３および図４に示す水平な線ＱＳはめっき液Ｑの液面を表している。めっき槽３９の内壁および内底部には、基板Ｗの面と平行に、かつ基板Ｗおよび基板ホルダ３０と同一平面をなすように、隔壁３９ａが設けられている。隔壁３９ａは、基板Ｗおよび基板ホルダ３０と一体となって、めっき槽３９の内側を２つの部分、すなわち第１槽３９－１と第２槽３９－２に区画する。

【0026】

隔壁３９ａの一方の端部は、めっき槽３９の内壁および内底部に連結している（例えば、隔壁３９ａとめっき槽３９の内壁および内底部は隙間無く繋がっている）。一方、隔壁３９ａの反対側の端部と基板ホルダ３０の外周との間には、ギャップＧＰが存在する。例えば、基板ホルダ３０は、隔壁３９ａと接触しないように不図示の支持機構によって支持または懸架され、それによって、図３および４に示されるような、基板ホルダ３０の外周全体にわたるギャップＧＰが形成されるのであってよい。あるいは、隔壁３９ａは、その一部が基板ホルダ３０と接触するような形状を有してもよく、その場合には、基板ホルダ３０の外周に部分的にギャップＧＰが形成される。

【0027】

めっき槽３９内の基板ホルダ３０と隔壁３９ａの間にこのようなギャップＧＰが存在することにより、めっき槽３９の第１槽３９－１と第２槽３９－２は互いに完全には隔離されていない。換言すれば、めっき槽３９の第１槽３９－１は、ギャップＧＰを介して第２槽３９－２と連通しており、これにより、めっき液Ｑおよびめっき液Ｑに含まれるイオンが、ギャップＧＰを通って第１槽３９－１と第２槽３９－２の間を移動し得るようになっている。

【0028】

めっき槽３９の第１槽３９－１には、不図示のアノードホルダに保持された第１アノード電極２２１が配置される。第１アノード電極２２１は、第１電源２３１の正極に電気的に接続され、第１電源２３１の負極は、基板Ｗの第１槽３９－１側を向いた面（以下、第１面Ｗ１と記す）に電気的に接続される。基板Ｗの第１面Ｗ１には、シード層などの導電性材料が形成されていてもよい。第１電源２３１は、第１アノード電極２２１と基板Ｗの第１面Ｗ１の間にめっき電流を供給するように構成される。

【0029】

同様に、めっき槽３９の第２槽３９－２には、不図示のアノードホルダに保持された第２アノード電極２２２が配置される。第２アノード電極２２２は、第２電源２３２の正極に電気的に接続され、第２電源２３２の負極は、基板Ｗの第２槽３９－２側を向いた面（以下、第２面Ｗ２と記す）に電気的に接続される。基板Ｗの第２面Ｗ２には、シード層などの導電性材料が形成されていてもよい。第２電源２３２は、第２アノード電極２２２と基板Ｗの第２面Ｗ２の間にめっき電流を供給するように構成される。

【0030】

図５は、めっき槽３９の第１槽３９－１および第２槽３９－２においてめっき液Ｑ中を流れるめっき電流を模式的に表した図である。第１槽３９－１において、第１アノード電極２２１から基板Ｗの第１面Ｗ１に向かって矢印ＩＱ１で示すようにめっき電流が流れ、また第２槽３９－２において、第２アノード電極２２２から基板Ｗの第２面Ｗ２に向かって矢印ＩＱ２で示すようにめっき電流が流れる。ここで、基板Ｗの第１面Ｗ１と第２面Ｗ２が基板内部で導通している（例えば、基板Ｗの第１面Ｗ１と第２面Ｗ２がビアで接続されている）場合には、電流が基板ホルダ３０とめっき槽３９の隔壁３９ａの間のギャップＧＰを通って流れる電流経路が、めっき槽３９内に形成され得る。例えば、第１槽３９－１におけるめっき液Ｑ中の電流密度が第２槽３９－２におけるめっき液Ｑ中の電流密度よりも大きければ、図５に矢印ＩＱ１２で示すように、第１槽３９－１側からギャップＧＰを通って第２槽３９－２側へ回り込む電流が発生する。電流密度の大小関係が逆であれば図５とは反対に第２槽３９－２から第１槽３９－１へ電流が漏れ出ることになるが、以下では図５のような状況を想定して説明を行う。

【0031】

本実施形態に係るめっき装置１００は、上記のような電流の回り込みを低減または防止するために、めっき槽３９内に補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２を備えている。補助アノード電極２４１は、図２および図３に示されるように、ギャップＧＰの近傍であって、隔壁３９ａの第１槽３９－１側の表面に設けられている。また、補助カソード電極２４２は、図２および図４に示されるように、ギャップＧＰの近傍であって、隔壁３９ａの第２槽３９－２側の表面に設けられている。補助アノード電極２４１および補助カソード電極２４２は、図３および図４に示されるように、基板ホルダ３０と隔壁３９ａの間に形成されたギャップＧＰの全周に沿うように配置されるのであってよい。しかしこのような配置は必須ではなく、補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２の一方または両方は、例えば、ギャップＧＰの一部分のみに沿って配置されてもよいし、あるいはギャップＧＰに沿って複数に分割して配置されてもよい。

【0032】

補助アノード電極２４１は、補助電源２４３の正極に電気的に接続され、補助カソード電極２４２は、補助電源２４３の負極に電気的に接続される。補助電源２４３は、ギャップＧＰを介して補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２の間に補助電流を供給するように構成される。図６は、めっき槽３９内を流れるめっき電流（図５参照）と補助電流を模式的に表した図であり、この図に示されるように、補助電流は、基板ホルダ３０と隔壁３９ａの間のギャップＧＰ部分において、第１槽３９－１側から第２槽３９－２側に向かって流れる（矢印ＩＱ３）。また補助電流は、ギャップＧＰの外側では、補助アノード電極２４１から基板Ｗの第１面Ｗ１に向かって（矢印ＩＱ３１）、および第２アノード電極２２２から補助カソード電極２４２に向かって（矢印ＩＱ３２）も流れる。この補助電流の成分ＩＱ３１およびＩＱ３２の向きはめっき電流の回り込み成分ＩＱ１２の向きと反対方向であるため、両者が弱め合うまたは打ち消し合うことによって、第１槽３９－１から第２槽３９－２への正味の電流の流れ（すなわちめっき電流の回り込み）を低減または防止することができる。以下、めっき槽３９の第１槽３９－１から第２槽３９－２へギャップＧＰを通って回り込むめっき電流を打ち消すことが可能な最適な補助電流の大きさについて説明する。

【0033】

図７および図８は、本実施形態に係るめっき装置１００におけるめっき槽３９の等価回路を表す図である。この等価回路は、図２に示された各要素が電気的にどのように互いに接続されているかの関係を示す。このうち図７は、説明および理解の便宜のため、補助電流に関与する一部の要素を省略して描いた等価回路であり、一方図８は、補助電流に関与する要素を含んだ完全な等価回路である。

【0034】

図７を参照して、第１アノード電極２２１における分極抵抗をＲ_Ａ１、第１アノード電極２２１と基板Ｗの第１面Ｗ１との間におけるめっき液Ｑの抵抗をＲ_Ｅ１、基板Ｗの第１面Ｗ１（すなわちカソード）における分極抵抗をＲ_Ｃ１、基板Ｗの第１面Ｗ１の（例えばシード層の）抵抗をＲ_Ｓ１、ギャップＧＰの第１槽３９－１側開口から第２槽３９－２側開口までのめっき液Ｑの抵抗をＲ_ＩＣ、基板Ｗの第１面Ｗ１と第２面Ｗ２をつなぐ（例えばビアの）内部接続抵抗をＲ_ＩＳ、第２アノード電極２２２における分極抵抗をＲ_Ａ２、第２アノード電極２２２と基板Ｗの第２面Ｗ２との間におけるめっき液Ｑの抵抗をＲ_Ｅ２、基板Ｗの第２面Ｗ２（すなわちカソード）における分極抵抗をＲ_Ｃ２、基板Ｗの第２面Ｗ２の（例えばシード層の）抵抗をＲ_Ｓ２とおく。また、第１電源２３１からの出力電流をＩ_１、Ｉ_１のうち基板Ｗの第１面Ｗ１へ流れる電流をＩ_１－１、Ｉ_１のうちギャップＧＰを通って第２槽３９－２側へ流れる電流をＩ_１－２、第２電源２３２からの出力電流をＩ_２、Ｉ_２のうち基板Ｗの第２面Ｗ２へ流れる電流をＩ_２－１、Ｉ_２のうちギャップＧＰを通って第１槽３９－１側へ流れる電流をＩ_２－２とする。ただしＩ_１＝Ｉ_１－１＋Ｉ_１－２、Ｉ_２＝Ｉ_２－１＋Ｉ_２－２である。

【0035】

このとき、図７中に示す閉回路Ｃにおいて、キルヒホッフの法則より次式が成り立つ。
Ｖ_Ｃ１＝Ｖ_Ｃ２＋（Ｒ_ＩＣ＋Ｒ_ＩＳ）・（Ｉ_１－２－Ｉ_２－２） ……（１）

【0036】

ただしＶ_Ｃ１およびＶ_Ｃ２はそれぞれ、基板Ｗの第１面Ｗ１と第２面Ｗ２におけるカソード反応（還元反応）の過電圧であり、Ｖ_Ｃ１＞Ｖ_Ｃ２の関係があるものとする。なお、過電圧が小さい場合には過電圧は電流に比例するので、Ｖ_Ｃ１＝Ｒ_Ｃ１・（Ｉ_１－１＋Ｉ_２－２）、Ｖ_Ｃ２＝Ｒ_Ｃ２・（Ｉ_２－１＋Ｉ_１－２）と表せる。

【0037】

次に図８に示されるように、補助電源２４３から補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２を介して補助電流Ｉ_ａｕｘを供給する。Ｉ_ａｕｘのうち、補助アノード電極２４１から基板Ｗの第１面Ｗ１へ向かう電流をＩ_{ａｕｘ－１}、補助アノード電極２４１からギャップＧＰを通って第２槽３９－２へ流れる電流をＩ_{ａｕｘ－２}とする。ただしＩ_ａｕｘ＝Ｉ_{ａｕｘ－１}＋Ｉ_{ａｕｘ－２}である。このとき、第１槽３９－１からギャップＧＰへ流れ込む電流（およびギャップＧＰから第２槽３９－２へ流れ出る電流）はＩ_１－２－Ｉ_２－２－Ｉ_{ａｕｘ－１}と表すことができ、この電流がゼロであれば、第１槽３９－１から第２槽３９－２への正味の電流の流れは生じないことになる。すなわち、ギャップＧＰを介して第１槽３９－１側から第２槽３９－２側へ回り込むめっき電流を、補助電流Ｉ_ａｕｘを用いて打ち消すことができる条件は、次式のようになる。
Ｉ_１－２－Ｉ_２－２＝Ｉ_{ａｕｘ－１} ……（２）

【0038】

上記の条件が満たされるとき、図８の等価回路の各箇所における電流は、図９に示した等価回路のように表される。上記の式（１）と同様に、図９の閉回路Ｃにおいて、キルヒホッフの法則より次式が得られる。
Ｖ_Ｃ１－Ｖ_Ｃ２＝Ｒ_ＩＣ・Ｉ_ａｕｘ ……（３）

【0039】

したがって、式（３）が満たされるように補助電流Ｉ_ａｕｘを設定することにより、すなわち、基板Ｗの第１面Ｗ１における過電圧Ｖ_Ｃ１と第２面Ｗ２における過電圧Ｖ_Ｃ２との差を、補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２間の抵抗値Ｒ_ＩＣで除した値に補助電流Ｉ_ａｕｘを設定することにより、めっき電流がギャップＧＰを通って第１槽３９－１側から第２槽３９－２側へ回り込むのを防止することができる。換言すれば、めっき電流の回り込みを防止できる補助電流Ｉ_ａｕｘの最適値は、（Ｖ_Ｃ１－Ｖ_Ｃ２）／Ｒ_ＩＣと表される。式（３）は補助電流Ｉ_ａｕｘの最適値を示しているが、補助電流がこの最適値から多少ずれたとしても、めっき電流の回り込みを一定程度低減することは可能である。

【0040】

なお、式（３）において、基板Ｗの第１面Ｗ１における過電圧Ｖ_Ｃ１と第２面Ｗ２における過電圧Ｖ_Ｃ２の値は、基板Ｗの第１面Ｗ１と第２面Ｗ２の近傍にそれぞれ設置した参照電極（電位測定プローブ）を用いて、めっき電流を流さない時の平衡電位とめっき電流を流した時の反応中の電位を測定し、その電位の差から求めることができる。過電圧Ｖ_Ｃ１およびＶ_Ｃ２は、あらかじめテスト用基板に対して電位測定を行うことで求めた値をその後も永続的に用いることとしてもよいし、あるいは実際の製品用基板に対してリアルタイムで電位を測定することで時々刻々の過電圧Ｖ_Ｃ１およびＶ_Ｃ２を算出し、これを用いて補助電流Ｉ_ａｕｘをリアルタイムで調整するのであってもよい。

【0041】

また、式（３）における補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２間の抵抗値Ｒ_ＩＣは、例えば、ギャップＧＰの寸法とめっき液Ｑの導電率を用いて算出することが可能である。

【0042】

過電圧Ｖ_Ｃ１およびＶ_Ｃ２が小さい場合は、過電圧は電流に比例するので、式（３）は次のように変形できる。ただし、Ｒ_ｐ１、Ｒ_ｐ２は単位面積当たりの分極抵抗であり、ｉ_１、ｉ_２は電流密度である。
Ｉ_ａｕｘ＝（Ｒ_Ｃ１・Ｉ_１－Ｒ_Ｃ２・Ｉ_２）／Ｒ_ＩＣ ……（４）
＝（Ｒ_ｐ１・ｉ_１－Ｒ_ｐ２・ｉ_２）／Ｒ_ＩＣ ……（４’）

【0043】

さらに、単位面積当たりの分極抵抗Ｒ_ｐ１、Ｒ_ｐ２が等しい場合には、Ｒ_ｐ＝Ｒ_ｐ１＝Ｒ_ｐ２とおくと、式（４’）は次のようになる。
Ｉ_ａｕｘ＝Ｒ_ｐ／Ｒ_ＩＣ・（ｉ_１－ｉ_２） ……（５）

【0044】

したがって、式（４）または式（５）を用いることにより、電流Ｉ_１、Ｉ_２または電流密度ｉ_１、ｉ_２の測定値から補助電流Ｉ_ａｕｘの最適値を決定することができる。なお、式（４）および（５）において、分極抵抗Ｒ_Ｃ１、Ｒ_Ｃ２、Ｒ_ｐの値は、例えば、あらかじめ参照電極を用いた測定により得られたＩＶ曲線から導出することが可能である。

【0045】

以上の説明では、第１電源２３１から電流Ｉ_１が出力され、第２電源２３２から電流Ｉ_２が出力されるものとしたが、第２電源２３２からの出力電流はゼロであってもよい（すなわちＩ_２＝Ｉ_２－１＝Ｉ_２－２＝０）。例えば、第２電源２３２の出力が単に停止されてもよいし、あるいは、第２電源２３２および第２アノード電極２２２自体がめっき槽３９から省略されてもよい。本実施形態に係るめっき装置１００は、このように基板Ｗの片面（第１面Ｗ１）にのみめっき処理を行う場合にも適用し得る。

【0046】

図１０～図１２は、第２電源２３２からの出力電流がゼロである場合のめっき槽３９の等価回路を表す図であり、それぞれ前述の図７～図９に対応している。この場合、上記の式（１）（２）（３）（４）（５）はそれぞれ次の式（６）（７）（８）（９）（１０）のようになる。
Ｖ_Ｃ１＝Ｖ_Ｃ２＋（Ｒ_ＩＣ＋Ｒ_ＩＳ）・Ｉ_１－２ ……（６）
Ｉ_１－２＝Ｉ_{ａｕｘ－１} ……（７）
Ｖ_Ｃ１＝Ｒ_ＩＣ・Ｉ_ａｕｘ ……（８）
Ｉ_ａｕｘ＝Ｒ_Ｃ１・Ｉ_１／Ｒ_ＩＣ ……（９）
Ｉ_ａｕｘ＝Ｒ_ｐ１／Ｒ_ＩＣ・ｉ_１ ……（１０）

【0047】

したがって、第２電源２３２からの出力電流がゼロである場合は、上記の式（８）、（９）、または（１０）に従って補助電流Ｉ_ａｕｘを設定することにより、めっき電流がギャップＧＰを通って第１槽３９－１側から第２槽３９－２側へ回り込むのを防止することができる。

【0048】

図１３は、本実施形態に係るめっき装置１００のめっき槽３９における、隔壁３９ａとギャップＧＰを含む部分の一構成例を示す図である。図１３の例において、補助アノード電極２４１と補助カソード電極２４２は隔壁３９ａの凹部に収容して配置され、バス・バー２４５に固定されている。隔壁３９ａの凹部には隔膜２４６が備えられ、この隔膜２４６により、補助アノード電極２４１および補助カソード電極２４２が収容されている凹部の内側と、めっき槽３９の第１槽３９－１および第２槽３９－２とが仕切られている。隔膜２４６は、特定のイオンだけを選択的に透過させる機能を有した膜である。

【0049】

隔膜２４６によって補助アノード電極２４１および補助カソード電極２４２が第１槽３９－１および第２槽３９－２から隔離されていることにより、補助アノード電極２４１および補助カソード電極２４２が溶解性の電極である場合は、電極から溶け出した金属イオンまたは微粒子が第１槽３９－１および第２槽３９－２へ拡散することを抑制することができる。補助アノード電極２４１が不溶解性の電極である場合には、補助アノード電極２４１で生じた活性酸素が第１槽３９－１へ拡散することを抑制することができる。

【0050】

凹部の内側を満たす液体は、めっき液Ｑとは異なる電解液であってもよい。この場合、補助カソード電極２４２への金属の析出を抑制または防止することができる。まためっき液Ｑに添加剤が含まれている場合には、添加剤が補助アノード電極２４１または補助カソード電極２４２側へ移動し電極表面で分解されるのを抑制することができる。

【0051】

図１４は、本実施形態に係るめっき装置１００のめっき槽３９における、隔壁３９ａとギャップＧＰを含む部分の別の構成例を示す図である。図１４の例において、基板ホルダ３０は、隔壁３９ａと対向する面に凸部を有する形状に構成され、めっき槽３９の隔壁３９ａは、基板ホルダ３０と対向する面に凹部を有する形状に構成されている。基板ホルダ３０と隔壁３９ａの間のギャップＧＰは、基板ホルダ３０の凸部と隔壁３９ａの凹部が組み合うことによって、めっき槽３９の第１槽３９－１と第２槽３９－２の間に屈曲した通路を形成している。

【0052】

この屈曲した通路により、第１槽３９－１と第２槽３９－２間のイオンの移動距離が長くなるため、ギャップＧＰ内のめっき液Ｑの抵抗値Ｒ_ＩＣが増大する。ここで上述の式（３）～（５）および（８）～（１０）によれば、めっき電流の回り込みを防止できる補助電流Ｉ_ａｕｘの最適値はＲ_ＩＣに反比例するので、ギャップＧＰをこのような屈曲した通路の構造とすることで、補助電流Ｉ_ａｕｘの最適値を小さくすることができ、めっき電流の回り込みを防止するのに必要な電力を低減することができる。

【0053】

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

【要約】

物理的・機械的な構造によらずに電場の回り込みを防止または緩和するめっき装置およびめっき方法を提供する。
一実施形態によれば、基板を保持するように構成された基板ホルダと、前記基板を保持した前記基板ホルダを収容するように構成されためっき槽であって、前記基板の第１面側の第１槽と前記基板の第２面側の第２槽を備え、前記第１槽と前記第２槽はギャップを介して連通する、めっき槽と、前記めっき槽の前記第１槽に配置された第１アノード電極と、前記基板と前記第１アノード電極の間にめっき電流を供給するように構成された第１電源と、前記ギャップの前記第１槽側に配置された補助アノード電極と、前記ギャップの前記第２槽側に配置された補助カソード電極と、前記補助アノード電極と前記補助カソード電極の間に補助電流を供給するように構成された補助電源と、を備えるめっき装置が提供される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】