(57)【要約】【課題】半導体デバイス製造工程における１ｃｍ２以下の微小電極のような微小面積の被めっき物へのめっきを可能とする無電解めっき装置を提供する。【解決手段】無電解めっき装置を、被めっき物を投入するめっき槽と、めっき浴温を調整するためのヒーターが配設されたリザーブ槽と、めっき槽からリザーブ槽にオーバーフローした無電解めっき液をめっき槽に循環させるための第１循環装置と、リザーブ槽内の無電解めっき液を循環させるための第２循環装置とを備えたものとし、第１循環装置によるめっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量を１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲内となるようにした。【選択図】　図２
2004043876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被めっき物を投入するめっき槽と、ヒーターが配設されたリザーブ槽と、前記めっき槽から前記リザーブ槽にオーバーフローした無電解めっき液を前記めっき槽に循環させるための第１循環装置と、前記リザーブ槽内の無電解めっき液を循環させるための第２循環装置とを備え、前記第１循環装置による前記めっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量は１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲であることを特徴とする無電解めっき装置。
【請求項２】
前記第１循環装置は循環流路中に配設されたポンプと流量計を備えるとともに、該流量計により計測した流速値に基づいて前記ポンプを制御して循環流量を調整するための制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の無電解めっき装置。
【請求項３】
前記第２循環装置はポンプとろ過器を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無電解めっき装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無電解めっき装置に係り、特に微小面積の被めっき物へのめっきを可能とする無電解めっき装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な無電解めっきでは、被めっき物のめっき面積はｃｍ２からｍ２のオーダーであり、１ｃｍ２以下の微小面積をもつものは、無電解めっき液に浮遊する微粒子である。この微粒子上で無電解めっき反応が進行すると、無電解めっき液を消費しつつ粒子が巨大化してめっき槽内に沈降し、その後、めっき槽内に金属が析出する核となって、無電解めっき液の安定性を著しく下げる主要因となる。
このため、従来の無電解めっき液は、重金属や含硫黄有機化合物、含窒素有機化合物等の析出抑制効果をもつ安定剤を添加して、微粒子への金属析出を防止するような組成となっている。
【０００３】
また、従来の無電解めっき装置は、循環流路中にろ過器を配設し、無電解めっき液を循環ろ過して微粒子を捕集し、めっき槽内での粒子成長や粒子の沈降を防止するように設計されている。上記のろ過器内では相対的に液流量が多く、捕集された粒子には上記の安定剤が充分供給され、これらが粒子表面に吸着することにより金属析出が抑制される。また、めっき槽についても、オーバーフロー槽の形状、循環量、噴出し口の構造、ろ過器等に改良がなされている（中山郁雄、表面技術、３０３−３０７，Ｖｏｌ．４２，　Ｎｏ．３，１９９１）。
めっき槽内で不要な無電解めっき反応が進行するもうひとつの要因として、めっき浴温を調整するためのヒーター周囲の局所加熱が挙げられる。ヒーター周囲の無電解めっき液の攪拌が不十分であると、ヒーター周囲の温度が局所的に上昇し、無電解めっき反応が進行し易くなり、この状態が継続すると、ヒーターに金属が析出したり、めっき粒子が発生して無電解めっき液の安定性を著しく下げる要因となる。このような局所加熱を防止するためにも、無電解めっき液の攪拌、充分な液循環が求められ、従来の無電解めっき装置では、めっき槽内で無電解めっき液を流動させることを基本とした設計がなされている。
【０００４】
また、浴安定性の向上という観点からは、特開平３−７５３７８号公報に開示されているように、浴成分濃度の高い低温めっき液の循環と、浴成分濃度の低い高温めっき液の循環を併用して、めっき液の温度と濃度を別個に補充することにより、めっき液を不活性状態もしくはそれに近い状態として、循環ラインの配管やポンプに金属が析出するのを防止した無電解めっき装置がある。
このように、被めっき物のめっき面積として、ｃｍ２からｍ２のオーダーを前提としている従来の無電解めっきでは、無電解めっき液組成および無電解めっき装置の機構の両面において、微小面積のめっき析出が抑制されていた。
一方、半導体デバイス製造工程では、ＬＳＩの電極は真空成膜法や電気めっき法で形成されているが、電極の微小化、配線密度の増加の伴い、無電解めっき法による電極形成が着目されている。この場合の被めっき物である電極は、大きなもので０．０００２ｃｍ２、最も小さいものでは０．００００５ｃｍ２以下まで微細化されてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような微小電極の大きさは、上述の従来の無電解めっき液中における異物（微粒子）と同等である。このため、従来の無電解めっき装置において、微小電極をもつ半導体ウエハに無電解めっきを行うと、析出防止効果をもつ安定剤が液流によって微小電極へ過剰に供給され、めっきの形状が悪化したり、最悪の場合、めっきが完全に抑制され析出が停止するという問題がある。したがって、微小電極のような被めっき物への無電解めっきは、めっき槽内の無電解めっき液の流れが限りなく無に近づき、無電解めっき液が静止した状態が好ましい。
しかしながら、めっき槽内の無電解めっき液の流れを静止させると、ヒーター近傍の液温が上昇し、局所加熱によるヒーターへの金属析出が生じたり、無電解めっき液中にめっき粒子が発生し、無電解めっき液の安定性が著しく低下するという問題がある。このため、液循環条件の変化やめっき槽内部への整流板の設置等により、微小電極のような被めっき物への金属析出と局所加熱防止を両立させるような試みがなされているが、未だ好ましい無電解めっき装置を得るに至っていない。
【０００６】
また、上述の特開平３−７５３７８号公報に開示されている無電解めっき装置は、１ｃｍ２以下の微小面積のめっきでは、浴成分濃度の変化がほとんど認められないため、循環ライン中のめっき液を不活性状態とすることが難しく、浴安定性の向上の有効な対策とは成り得ない。さらに、局所加熱によるヒーターへの金属析出を防止するために、温度が補充されためっき液は所定の流量でめっき槽に循環させることが必要であり、めっき槽内に設けた多孔板等により流速を緩和しても、無電解めっき液の流れを静止状態に近づけることは困難である。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、半導体デバイス製造工程における１ｃｍ２以下の微小電極のような微小面積の被めっき物へのめっきを可能とする無電解めっき装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の無電解めっき装置は、被めっき物を投入するめっき槽と、ヒーターが配設されたリザーブ槽と、前記めっき槽から前記リザーブ槽にオーバーフローした無電解めっき液を前記めっき槽に循環させるための第１循環装置と、前記リザーブ槽内の無電解めっき液を循環させるための第２循環装置とを備え、前記第１循環装置による前記めっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量は１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲であるような構成とした。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様として、前記第１循環装置は循環流路中に配設されたポンプと流量計を備えるとともに、該流量計により計測した流速値に基づいて前記ポンプを制御して循環流量を調整するための制御装置を備えるような構成とした。
また、本発明の好ましい態様として、前記第２循環装置はポンプとろ過器を備えるような構成とした。
上記のような本発明では、第１循環装置はめっき槽内の無電解めっき液を静止状態に近い状態で循環させることができ、また、第２循環装置はめっき槽内の無電解めっき液の循環に影響を与えることなくリザーブ槽内の無電解めっき液を循環させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の無電解めっき装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、無電解めっき装置１は、被めっき物を投入するためのめっき槽２と、めっき浴温を調整するためのヒーター４が配設されたリザーブ槽３とを備えている。めっき槽２は、壁部２ａの一部に低い壁部２ａ′を設けたものであり、この壁部２ａ′から無電解めっき液がオーバーフローするように構成されている。また、リザーブ槽３は、めっき槽２からオーバーフローした無電解めっき液を受ける位置に配設されている。
上記の無電解めっき装置１は、めっき槽２の壁部２ａ′からリザーブ槽３にオーバーフローした無電解めっき液をめっき槽２に循環させるための第１循環装置６を備えている。この第１循環装置６は、リザーブ槽３の底部近傍からめっき槽２の底部に接続された配管（循環流路）６ａと、この配管６ａの途中に配設されたポンプ６ｂ、バルブ６ｃを備えている。
【００１０】
また、無電解めっき装置１は、リザーブ槽３内の無電解めっき液を循環させるための第２循環装置を備えている。この第２循環装置８は、リザーブ槽３の底部からリザーブ槽３の略中央部に接続された配管（循環流路）８ａと、この配管８ａの途中に配設されたポンプ８ｂ、ろ過器８ｃを備えている。
リザーブ槽３に配設されているヒーター４は、リザーブ槽３内の無電解めっき液の温度を調整するものである。このようなヒーター４は特に制限はなく、例えば、パイプ内にスチーム、温水等を流してパイプに接触している無電解めっき液を加熱したり、パイプ内に冷水等を流してパイプに接触している無電解めっき液を冷却するものであってよい。また、ヒーター４は、リザーブ槽３の外壁を直接あるいは熱媒体を介して間接的に加熱するような構成とすることもできる。
【００１１】
上記の第１循環装置６は、例えば、バルブ６ｃで流量を制御することにより、第２循環装置８とは独立して、リザーブ槽３からめっき槽２に無電解めっき液を所定の循環流量で循環させることができる。リザーブ槽３内の無電解めっき液は、後述するように、ヒーター４と第２循環装置８により所定の液温に調整されているので、第１循環装置６による無電解めっき液の循環によって、めっき槽２内のめっき浴温も所定の温度に調整される。本発明では、この第１循環装置６によるめっき槽２の単位面積・単位時間当たりの循環流量を１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ、好ましくは４〜１２ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲とする。これにより、めっき槽２内の無電解めっき液を静止状態に近い状態で循環させることができる。このため、無電解めっき液に含有される重金属や含硫黄有機化合物、含窒素有機化合物等の析出抑制効果をもつ安定剤が微小面積の被めっき物に過剰に供給されることが防止され、被めっき物への安定した金属析出が維持され良好な無電解めっきが可能となる。第１循環装置６によるめっき槽２の単位面積・単位時間当たりの循環流量が１ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ未満になると、めっき槽２内のめっき浴温調整が難しくなり、３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎを超えると、被めっき物への安定した金属析出が阻害され好ましくない。
尚、上述の循環流量のおける「めっき槽の単位面積」とは、めっき槽内面の水平方向の断面積（ｃｍ２）で除すことを意味し、この水平方向断面積がめっき槽の深さ方向で均一ではない場合、その平均値を水平方向断面積とする。
【００１２】
また、第２循環装置８は、ポンプ８ｂによってリザーブ槽３の底部からろ過器８ｃを経由してリザーブ槽３の略中央部に無電解めっき液を循環させることができる。この第２循環装置８によりリザーブ槽３内の無電解めっき液が循環され、リザーブ槽３内の無電解めっき液が所定の液温に調整されるとともに、局所加熱によるヒーター４への金属析出や、無電解めっき液中でのめっき粒子発生が防止され、無電解めっき液の安定性が向上する。
尚、無電解めっき装置１におけるめっき槽２の容量、リザーブ槽３の容量は適宜設定することができ、例えば、めっき槽２の容量Ｖ１を１０〜１００Ｌの範囲、リザーブ槽３の容量Ｖ２を２０〜５００Ｌの範囲、両槽の容量比Ｖ１／Ｖ２を０．１〜１．０の範囲でそれぞれ設定することができる。
また、めっき槽２、リザーブ槽３、第１循環装置６の配管６ａ、第２循環装置８の配管８ａの材質は、例えば、一般のめっき装置で用いられているＳＵＳ、テフロン（登録商標）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等とすることができる。また、上記のろ過器８ｃは、従来の無電解めっき装置において使用されているものを使用することができ、例えば、メンブレンフィルター等を挙げることができる。
【００１３】
図２は、本発明の無電解めっき装置の他の実施形態を示す概略構成図である。図２において、無電解めっき装置１１は、第１循環装置７を除いて、上述の無電解めっき装置１と同様であり、共通する部材には同じ部材番号を付し、説明を省略する。
この無電解めっき装置１１の第１循環装置７は、リザーブ槽３の底部近傍からめっき槽２の底部に接続された配管（循環流路）７ａと、この配管７ａの途中に配設されたポンプ７ｂ、流量計７ｃと、制御装置７ｄとを備えている。この第１循環装置７では、流量計７ｃにより計測した配管７ａの流速値が制御装置７に送られ、この流速値に基づいて制御装置７ｄがポンプ７ｂを制御して循環流量を調整する。この場合も、第１循環装置７によるめっき槽２の単位面積・単位時間当たりの循環流量は１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎ、好ましくは４〜１２ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲とする。上記の制御装置７ｄは、例えば、パーソナルコンピュータ、プログラマブルコントローラー等を用いることができる。また、第１循環装置７の配管７ａの材質は、上述の配管６ａと同様とすることができる。
上述の無電解めっき装置１，１１は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
【実施例】
次に、具体的実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
［実施例］
めっき浴量（オーバーフロー時の槽容量）が２０Ｌであるポリプロピレン製のめっき槽と、容量が４０Ｌであるポリプロピレン製のリザーブ槽とを、めっき槽からオーバーフローした無電解めっき液をリザーブ槽が受ける位置に配設した。上記のリザーブ槽は、ヒーターとしてテフロンヒーター（パイプにテフロン（登録商標）コーティングを施したヒーター）を備えたものとした。
【００１５】
上記のリザーブ槽の底部近傍とめっき槽の底部とを接続するようにポリプロピレン製の配管を設け、この配管の途中にポンプ、流量計（（株）鷺宮製作所製　ＫＡＲＵＭＡＮ　ＡＣＥ）を配設した。さらに、この流量計により計測した配管の流速値に基づいてポンプを制御して循環流量を調整できるように制御装置を配設した。これにより第１循環装置とした。
また、リザーブ槽の底部とリザーブ槽の中央部とを接続するようにポリプロピレン製の配管を設け、この配管の途中にポンプ、ろ過器（メンブレンフィルター）を配設して第２循環装置とした。
これにより、図２に示されるような本発明の無電解めっき装置を得た。
【００１６】
次に、上記の無電解めっき装置のめっき槽、リザーブ槽に無電解めっき液（メルテックス（株）製　メルプレートＮＩ−８６９）を注入した。
次いで、第２循環装置によるリザーブ槽内の無電解めっき液の循環流量を４００Ｌ／時とし、ヒーターにより加熱して、リザーブ槽内の無電解めっき液の液温を８５℃に設定した。また、第１循環装置によるめっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量を６ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎに設定した。これにより、めっき槽内のめっき浴温は８４〜８５℃となった。
【００１７】
次に、微小面積（０．０００１ｃｍ２）の被めっき部位を複数備えた被めっき物を準備した。この被めっき物をめっき槽中に２０分間浸漬して、微小面積の被めっき部位に無電解めっきを施した。無電解めっきが終了した後、被めっき物をめっき槽から引き上げ、形成されためっきパターンを観察した。その結果、上記の微小面積に厚み約５μｍの均一で良好な形状の電極が形成されたことを確認した。尚、リザーブ槽においては、ヒーター付近での局所加熱が防止され、無電解めっき液の安定性は高いものであった。
【００１８】
［比較例１］
第１循環装置によるめっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量を４０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎに設定した他は、実施例１と同様にして、被めっき物への無電解めっきを施した。
形成されためっきパターンを観察した結果、一部に析出不良がみられた。
【００１９】
［比較例２］
めっき浴量（オーバーフロー時の槽容量）が１３０Ｌであり、ヒーターとしてＳＵＳヒーター（パイプがＳＵＳ製のもの）を備えたＳＵＳ製のめっき槽と、このめっき槽の底部とめっき槽の中央部とを接続するようにＳＵＳ製の配管を設け、この配管の途中にポンプ、ろ過器（メンブレンフィルター）を配設して循環装置とした。これにより、循環系を一系列のみ備えた無電解めっき装置を得た。
この無電解めっき装置のめっき槽に実施例と同じ無電解めっき液を注入し、ヒーターにより加熱してめっき槽内のめっき浴温を８５℃とした。ただし、ヒーター近傍の局所加熱を防止するために、めっき槽の単位面積・単位時間当たりの無電解めっき液循環流量を６０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎに設定した。
その後、実施例１と同様にして、被めっき物への無電解めっきを施した。
形成されためっきパターンを観察した結果、微小面積（０．０００１ｃｍ２）の被めっき部位に析出不良がみられ、形成された電極は形状が異常なものがあり、また、一部にめっきが未析出である電極があった。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば被めっき物を投入するめっき槽と、めっき浴温を調整するためのヒーターが配設されたリザーブ槽と、めっき槽からリザーブ槽にオーバーフローした無電解めっき液をめっき槽に循環させるための第１循環装置と、リザーブ槽内の無電解めっき液を循環させるための第２循環装置とを備えた無電解めっき装置とし、かつ、第１循環装置によるめっき槽の単位面積・単位時間当たりの循環流量を１〜３０ｃｍ３／ｃｍ２・ｍｉｎの範囲内となるようにしたので、第１循環装置はめっき槽内の無電解めっき液を静止状態に近い状態で循環させることができ、被めっき物への安定した金属析出が維持され良好な無電解めっきが可能であり、また、第２循環装置はめっき槽内の無電解めっき液の循環に影響を与えることなくリザーブ槽内の無電解めっき液を循環させることができるので、局部加熱が防止され無電解めっき液の安定性が向上するという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無電解めっき装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の無電解めっき装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１１…無電解めっき装置
２…めっき槽
３…リザーブ槽
４…ヒーター
６…第１循環装置
６ａ…配管
６ｂ…ポンプ
６ｃ…バルブ
７…第１循環装置
７ａ…配管
７ｂ…ポンプ
７ｃ…流量計
７ｄ…制御装置
８ａ…配管
８ｂ…ポンプ
８ｃ…ろ過器
【図１】
2004043876.tif 000003
【図２】
2004043876.tif 000004