(57)【要約】【課題】めっき液の管理が容易であって、かつＳｎ合金のめっき液へのＳｎ成分の補給を簡便な方法により低コストで行う。【解決手段】めっき槽１内に貯留したＳｎ合金のめっき液に被処理基板Ｓを接触させた状態とし、被処理基板Ｓと電極１４との間に通電して被処理基板ＳにＳｎ合金のめっき膜を形成するめっき装置において、めっき槽１との間で循環されるめっき液を貯留するタンク２３と、タンク２３内のめっき液をポンプ２５で圧送しながらめっき槽１に供給するめっき液供給手段４とを有するとともに、めっき液供給手段４のポンプ２５よりも下流位置に、流通するめっき液内に酸化第一錫の粉末を供給する補給手段６を設けた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき槽内に貯留したＳｎ合金のめっき液に被処理基板を接触させた状態とし、該被処理基板と電極との間に通電して被処理基板にＳｎ合金のめっき膜を形成するめっき装置において、前記めっき槽との間で循環されるめっき液を貯留するタンクと、該タンク内のめっき液をポンプで圧送しながら前記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを有するとともに、前記めっき液供給手段の前記ポンプよりも下流位置に、流通するめっき液内に酸化第一錫の粉末を供給する補給手段を設けたことを特徴とするＳｎ合金めっき装置。
【請求項２】
前記補給手段は、前記めっき液供給手段におけるめっき液供給管に並列に設けたバイパス管と、該バイパス管を経由するめっき液の流通を制御する制御手段と、前記バイパス管の途中に前記酸化第一錫の粉末を所定量供給する定量供給機構と、前記バイパス管内の流体を排出可能なドレン機構とを備えることを特徴とする請求項１記載のＳｎ合金めっき装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＳｎ合金めっき装置にＳｎ合金成分を補給する方法であって、
前記めっき槽と前記タンクとの間でめっき液を循環させながら、前記ポンプの下流位置に前記酸化第一錫の粉末を供給することを特徴とするＳｎ合金めっき装置のＳｎ成分補給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板にＳｎ合金のめっき膜を形成するめっき装置及びそのＳｎ成分補給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
めっき装置において、めっき液中の金属成分の濃度を一定に維持するために、金属成分を補給することが必要となる。特許文献１〜３に開示の発明では、めっき液の成分の補給液（要素液）を補給タンクに溜めておき、めっき液の成分濃度の分析結果に基づいて、補給タンクから補給液をめっき液中に補給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８３８９８号公報
【特許文献２】特開２００１−７３２００号公報
【特許文献３】特開平６−２６４２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、はんだ付けが必要な電子部品へのめっきや、半導体ウェハ等へのはんだ突起電極（バンプ）の形成に広く用いられてきたＰｂ−Ｓｎ合金めっき液の代替として、Ｓｎ−Ａｇめっき液が用いられるようになってきている。
このＳｎ−Ａｇめっき液において、その必須成分を溶解させた錫塩溶液等の要素液を投入してSｎ2+を補給する方法では、大量の要素液が必要になるため、液量の管理が煩雑であり、多大なコストが掛かる。
【０００５】
本発明の目的は、めっき液の管理が容易であって、かつＳｎ合金のめっき液へのＳｎ成分の補給を簡便な方法により低コストで行うことができるめっき装置及びそのＳｎ成分補給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＳｎ合金めっき装置は、めっき槽内に貯留したＳｎ合金のめっき液に被処理基板を接触させた状態とし、該被処理基板と電極との間に通電して被処理基板にＳｎ合金のめっき膜を形成するめっき装置において、前記めっき槽との間で循環されるめっき液を貯留するタンクと、該タンク内のめっき液をポンプで圧送しながらめっき液供給管を通して前記めっき槽に供給するめっき液供給手段とを有するとともに、前記めっき液供給管における前記ポンプよりも下流位置に、流通するめっき液内に酸化第一錫の粉末を供給する補給手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、酸化第一錫の粉末をめっき液に供給することによりＳｎ合金成分の補給を行うのであり、従来のような大量の要素液の調製が不要で、その管理も容易になる。この場合、めっき液供給管におけるポンプの下流位置に酸化第一錫の粉末を供給するようにしており、そのポンプによって圧送されるめっき液の流れの中に酸化第一錫粉末が直接供給されることになる。したがって、酸化第一錫がめっき液に速やかに溶解するとともに、攪拌のための特別な装置を付加することなくめっき液の流れに乗ってめっき槽内に短時間で分散され、均一に補給することができる。
【０００８】
本発明のめっき装置において、前記補給手段は、前記めっき液供給管に並列に設けたバイパス管と、該バイパス管を経由するめっき液の流通を制御する制御手段と、前記バイパス管の途中に前記酸化第一錫の粉末を所定量供給する定量供給機構と、前記バイパス管内の流体を排出可能なドレン機構とを備える構成とするとよい。
通常時はめっき液供給管を経由してめっき液を流通させ、バイパス管を空の状態にしておき、酸化第一錫の粉末を補給する際には、バイパス管内に定量供給機構から粉末を所定量供給した後、制御手段によってめっき液をバイパス管内に流通可能な状態とすると、ポンプで送られるめっき液がバイパス管内の粉末を押し流しながら流通し、そのときに酸化第一錫の粉末は速やかにめっき液に溶解してめっき槽に供給される。
【０００９】
そして、めっき液にＳｎ合金成分を補給する方法は、前記めっき槽と前記タンクとの間でめっき液を循環させながら、前記ポンプの下流位置に前記酸化第一錫の粉末を供給することを特徴とする。
タンクとめっき槽との間のめっき液の循環によってめっき液を攪拌しながら粉末を補給することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のめっき装置によれば、酸化第一錫の粉末をめっき液に供給することによりＳｎ合金成分を補給するようにしており、従来のような大量の要素液の調製が不要で、その管理も容易になる。また、その場合、タンクからめっき槽に送られるめっき液の流れに直接粉末を供給しており、めっき液への攪拌のための特別な装置が不要で、低コストでの実施が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るめっき装置の第１実施形態を示す一部を縦断面にした概略構成図である。
【図２】図１のめっき装置における補給機構の概略構成図である。
【図３】本発明に係るめっき装置の第２実施形態を示す一部を縦断面にした概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るめっき装置及びその補給方法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は本発明を噴流式のめっき装置に適用した第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、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の上端部に設けられてめっき槽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の底部からめっき槽１上部の被処理基板Ｓに向けてめっき液を供給するめっき液供給手段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めっき液排出手段５と、めっき液に酸化第一錫の粉末を供給する補給手段６とを有している。
【００１３】
基板支持部３は、被処理基板Ｓに接触するカソード電極１１が設けられ、被処理基板Ｓが外部の電源１２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被処理基板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被処理基板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１３は被処理基板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、被処理基板Ｓの下方に間隔をおいてアノード電極１４が設けられている。このアノード電極１４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１５に水平に取付けられている。この電極支持部１５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。
【００１４】
めっき液供給手段４は、めっき槽１の底部の中心位置から垂直上方に向かってめっき液を噴出する噴出ノズル２１と、該噴出ノズル２１に対してめっき液を供給するめっき液供給部２２とから構成されている。このめっき液供給部２２は、めっき液を貯留するタンク２３と、タンク２３内のめっき液を噴出ノズル２１に供給するためのめっき液供給管２４と、該めっき液供給管２４の途中に設けられたポンプ２５とを備えている。そして、めっき液供給管２４におけるポンプ２５の下流位置に補給手段６が設けられている。
【００１５】
すなわち、ポンプ２５に接続されているめっき液供給管２４に、図２に示すように、その途中から分岐して再びめっき液供給管２４に至るバイパス管３１が設けられ、そのバイパス管３１の両端の分岐接続部に、流路をめっき液供給管２４又はバイパス管３１のいずれかに択一的に切り替え可能な切り替え弁（制御手段）３２，３３が配設されている。この場合、めっき液供給管２４は、鉛直方向に沿って設けられており、バイパス管３１もめっき液供給管２４と平行な鉛直方向に沿って設けられる。そして、バイパス管３１の途中に、バイパス管３１内を上下に二分割するように開閉可能なシャッタ３４が設けられており、そのシャッタ３４よりも上方位置に区画される空間が粉末供給チャンバ３５とされ、この粉末供給チャンバ３５に酸化第一錫の粉末を所定量供給する定量供給機構３６が接続されている。
【００１６】
定量供給機構３６は、粉末を収納して下部のフィーダー３７から少量ずつ排出するホッパー３８と、このホッパー３８から排出された粉末を受け取り、計量して搬送する計量搬送機３９と、計量搬送機３９から搬送された粉末をバイパス管３１の粉末供給チャンバ３５内に移送する移送機４０とから構成されている。
計量搬送機３９は、コンベア４１に計量器４２を設けたものであり、ホッパー３８から受け取った粉末を計量器４２で計量した後、コンベア４２によって搬送するようになっている。
移送機４０は、図２の例では押し出し機によって構成されており、計量搬送機３９から搬送される粉末をシリンダ４３内で受け取り、ピストン４４によって前方に押し出す構成である。この場合、シリンダ４３の先端に傾斜したシュータ４５が接続され、そのシュータ４５がバイパス管３１の粉末供給チャンバ３５に接続されている。また、シリンダ４３とシュータ４５との間、及びシュータ４５とチャンバ３５との間には、それらの間を開閉するシャッタ４６，４７がそれぞれ設けられている。
【００１７】
また、この定量供給機構３６には、タンク２３内のめっき液をポンプ５１によりサンプリングしてＳｎ成分濃度を測定する分析器５２と、分析器５２の分析結果及び計量器４２の計測結果に基づき算出される必要補充量の粉末をホッパー３８から落下させるべくフィーダー３７を制御する制御部５３とが接続されている。
なお、バイパス管３１の粉末供給チャンバ３５にはドレン機構５４が設けられている。このドレン機構５４は、チャンバ３５に接続されたドレン管５５と、その流路を開閉する弁５６とから構成される。
【００１８】
一方、めっき液排出手段５は、基板支持部３によって支持された被処理基板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６１と、めっき槽１の回りを囲むように設けられた外槽６２と、この外槽６２の内部を液供給手段４のタンク２３に接続する液回収管６３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６１からオーバーフローさせて外槽６２内に受け入れ、この外槽６２に受け入れためっき液を液回収管６３を経由して液供給手段４のタンク２３に回収することができるようになっている。
【００１９】
このように構成しためっき装置１００において、カソード電極１１及びアノード電極１４に対して電源１２から電流を供給しつつ、めっき液供給手段４から供給されためっき液を被処理基板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、被処理基板Ｓの被めっき面に対してめっき処理を行う。基板支持部３に支持される被処理基板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めっきが施される。
【００２０】
また、めっき液としてはＳｎ−Ａｇ合金めっき液等が使用され、噴出ノズル２１から噴出されためっき液は、図１の矢印で示すようにめっき槽１の中央部で上昇流となって上昇し、被処理基板Ｓの被めっき面の中央部に当たった後、被めっき面に沿って半径方向外方に広がり、めっき槽１内で対流しながら、一部ずつめっき槽１の上部開口の液排出路６１からオーバーフローする。このめっき槽１からオーバーフローしためっき液は、外槽６２から液回収管６３を経由してタンク２３に回収される。また、このタンク２３内に貯留されているめっき液は、ポンプ２５によりめっき液供給管２４を介して噴出ノズル２１からめっき槽１内に噴出させられる。
【００２１】
このようにして、めっき槽１内のめっき液とタンク２３内のめっき液とが循環されながら、めっき槽１内でのめっき処理に供される。また、タンク２３内のめっき液は分析器５２によりサンプリングされて成分濃度が分析され、そのＳｎ成分濃度が低下した場合には、補給手段６から酸化第一錫の粉末が補給される。
【００２２】
この酸化第一錫の補給方法について説明する。
めっき液供給管２４と並列に設けられているバイパス管３１は、通常は上下の切り替え弁３２，３３がめっき液をめっき液供給管２４にのみ流通させるようにしており、バイパス管３１のチャンバ３５内部は空の状態となっている。また、粉末の補給に先立って、めっき槽１の基板支持部３にはガラス板等のダミー基板を支持しておく。
そして、分析器５２の分析結果に基づいて制御部５３において必要な粉末の補給量が算出され、その分の粉末がホッパー３８からフィーダー３７によって計量搬送機３９に排出される。計量搬送機３９では受け取った粉末が計量され、その計量結果と必要補給量とを制御部５３で比較し、計量結果が必要補給量に一致するまでフィーダー３７を駆動する。
計量搬送機３９に受け取った粉末が必要補給量に達したら、コンベア４１により粉末を移送機構４０のシリンダ４３内に投入し、そのシリンダ４３の前方のシャッタ４６を開放して粉末をシュータ４５に移送する。
【００２３】
次いで、シュータ４５とシリンダ４３との間のシャッタ４６を閉じた後、シュータ４５の前方のシャッタ４７を開放すると、シュータ４５内の粉末がバイパス管３１のチャンバ３５内に落下する。そして、シュータ４５の出口のシャッタ４７を閉じた状態とし、チャンバ３５下端、つまりチャンバ３５の上流位置のシャッタ３４を開放するとともに、両切り替え弁３２，３３を切り替えて、めっき液供給管２４へのめっき液の流通を停止して、めっき液をバイパス管３１に流通させる。この切り替え操作により、バイパス管３１内に供給されていた粉末がめっき液に溶解されながら押し流され、噴出ノズル２１からめっき槽１内に噴出される。
バイパス管３１は、内部の粉末が押し流される短時間だけ開放状態としておけばよく、所定時間めっき液を流通させた後、切り替え弁３２，３３を切り替えて、めっき液供給管２４にめっき液を流通させ、めっき槽１とタンク２３との間で循環させる。
めっき液の流通をめっき液供給管２４に切り替えた後は、バイパス管３１内に残っためっき液はドレン機構５４により排出され、次回の補給時のためにチャンバ３５内を空の状態にしておく。
【００２４】
このようにして、ポンプ２５によって圧送されてくるめっき液に粉末を供給して、そのめっき液をタンク２３とめっき槽１との間で循環させることにより、粉末が速やかにめっき液に溶解され、かつ全体的に均等に分散させられる。したがって、その補給作業を短時間で実施することができる。また、配管（バイパス管３１）内に粉末を供給するという簡便な方法であり、粉末として管理も容易である。また、攪拌のための手段としては、通常のめっき処理に使用される噴出ノズル２１からの噴流及びタンク２３とめっき槽１との間の循環を利用しており、特別の攪拌装置を設ける必要はなく、低コストで実施することができる。
なお、Ｓｎ−Ａｇめっき液は、Ｓｎ2+が９７〜９９ｗｔ％、Ａｇ+が１〜３ｗｔ％で、大部分がＳｎであるから、この粉末による補給方法は極めて効果的である。この酸化第一錫の粉末は酸性めっき液１リットルに対して例えば２〜３ｇ使用され、２００リットルの酸性めっき液では４００〜６００ｇとなる。そのめっき液で被処理基板を１００〜２００枚めっき処理することができる。
【００２５】
供給する酸化第一錫粉末について説明を補足しておくと、平均粒径がＤ５０値で１０〜２０μmの範囲であり、かつタップ密度が０．６〜１．２g／ｃｍ３である酸化第一錫粉末を使用することが好ましい。また比表面積は７〜１０ｍ２／ｇの範囲であることが好ましい。平均粒径及びタップ密度が上記範囲内の酸化第一錫粉末は、酸又は酸性めっき液への溶解性が極めて高い、即ち酸又は酸性めっき液に対して易溶性があるからである。具体的には、この酸化第一錫粉末は温度２５℃のアルカンスルホン酸水溶液３００ｍｌに、酸化第一錫粉末２０ｇを添加して攪拌したとき、５秒以内で溶解する溶解速度を有する。
【００２６】
なお、Ｄ５０値で規定される平均粒径とは、粒子分布を測定したときに全粒子体積に対する累積粒子体積が５０％となるときの粒径をいう。溶解性に優れる酸としては、酸性めっき液の成分であるメタンスルホン酸、エタンスルホン酸又は１−プロパンスルホン酸等のアルカンスルホン酸が挙げられる。また酸性めっき液としては、ＳｎとＳｎより貴なる元素からなるＳｎ合金のめっき液である、前述のSｎ−Ａｇ合金めっき液の他、Sｎ−Ｃｕ合金めっき液、Sｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金めっき液又はＡｕ−Ｓｎ合金めっき液等が挙げられる。
【００２７】
この酸化第一錫の粉末を製造する場合、まず、金属Ｓｎ粉末を酸に溶解することにより酸性水溶液を調製する。酸としては塩酸が好ましく、使用する金属Ｓｎ粉末はα線放出量が０．０５ｃｐｈ／ｃｍ２以下であることが好ましい。次に、この調製した酸性水溶液にアルカリ水溶液を添加し、攪拌して中和させ、水酸化第一錫のスラリーを調製する。このアルカリ水溶液として、アンモニア水、重炭酸アンモニウム溶液またはこれらの混合液が例示される。この水酸化第一錫のスラリーを調製する中和工程は、窒素ガス雰囲気中で行う。この中和反応は、反応液の液温が３０〜５０℃で行われ、ｐＨが６〜８の範囲で行うことが好ましい。
【００２８】
次いで、調製したスラリーを加熱保持して、水酸化第一錫を熟成し脱水させ、酸化第一錫のスラリーを得る。この脱水工程は、窒素ガス雰囲気中で行う。加熱保持温度は８０〜１００℃が好ましい。更に、上記酸化第一錫のスラリーをろ過し、得られた酸化第一錫沈澱を水洗した後、真空乾燥により乾燥する。真空乾燥の際の温度は４０〜１００℃が好ましい。
以上の工程を経ることにより、平均粒径がＤ５０値で１０〜２０μｍ、比表面積が７〜１０ｍ２／ｇ、タップ密度が０．６〜１．２g／ｃｍ３である、酸又は酸性めっき液への溶解性が極めて高い酸化第一錫粉末が製造される。
【００２９】
なお、前記第１実施形態では、本発明を噴流式めっき装置に適用したが、図３に示すように浸漬式めっき装置に適用してもよい。この第２実施形態のめっき装置２００は、めっき槽７１内のめっき液中に被処理基板Ｓとアノード電極７２とが浸漬状態に設けられ、外部の電源１２に接続されている。そして、めっき槽７１底部の噴出ノズル２１から噴出されるめっき液をめっき槽７１の上部からオーバーフローさせながら被処理基板Ｓとアノード電極７２との間に通電してめっき処理を行うものである。また、めっき槽７１との間で循環されるめっき液を溜めるタンク２３が設けられ、このタンク２３から噴出ノズル２１にめっき液を供給するめっき液供給手段４のポンプ２５よりも下流位置に、第１実施形態の場合と同様に補給機構６が設けられている。その他、第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
このめっき装置２００においても、めっき液としてＳｎ−Ａｇ合金めっき液等が使用され、そのめっき液をめっき槽７１とタンク２３との間で循環させながら酸化第一錫の粉末をめっき液供給手段４のポンプ２５よりも下流位置に供給することにより、Ｓｎ成分の補給を行うことができる。
【００３０】
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、実施形態では、めっき液供給管とバイパス管との分岐接続部に切り替え弁を設けて、粉末を補給する際に、めっき液供給管へのめっき液の流通を停止して、バイパス管にのみ流通させる構成としたが、制御弁を分岐接続部から離れたバイパス管の両端部のみに設けて、めっき液供給管にめっき液を流通させながら、バイパス管の制御弁を開閉することにより、めっき液の一部をバイパス管にも流通させ粉末を供給する構成としてもよい。本発明の制御手段は、実施形態のように、流路をいずれかに択一的に切り替える切り替え弁の他に、めっき液供給管を常時流通状態とし、バイパス管に必要に応じて流通させる構成のものも含むものとする。
また、粉末の補給量として粉末の重量を計量したが、その重量に相当する体積を計量することとしてもよい。
この粉末を補給した後にバイパス管内に残るめっき液は前述したようにドレン機構により排出されるが、このドレン機構により排出しためっき液をタンク２３に回収してもよい。
さらに、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被処理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、第１実施形態において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。
【符号の説明】
【００３１】
１  めっき槽
３  基板支持部
４  めっき液供給手段
５  めっき液排出手段
６  補給手段
１１  カソード電極
１２  電源
１４  アノード電極
１５  電極支持部
２１  噴出ノズル
２２  液供給部
２３  タンク
２４  めっき液供給管
２５  ポンプ
３１  バイパス管
３２，３３  切り替え弁（制御手段）
３４  シャッタ
３５  粉末供給チャンバ
３６  定量供給機構
３７  フィーダー
３８  ホッパー
３９  計量搬送機
４０  移送機
４１  コンベア
４２  計量器
４３  シリンダ
４４  ピストン
４５  シュータ
４６，４７  シャッタ
５１  ポンプ
５２  分析器
５３  制御部
５４  ドレン機構
６１  液流出路
６２  外槽
６３  液回収管
７１  めっき槽
７２  アノード電極
１００  めっき装置
２００  めっき装置
Ｓ  被処理基板
【図１】
2010202941.tif 000003
【図２】
2010202941.tif 000004
【図３】
2010202941.tif 000005