(57)【要約】【課題】  被めっき物の全周にわたって均一な電流分布が得られるように、被めっき物を精度よく、かつ容易に水平に保持する。【解決手段】  めっき装置は、めっき槽１とウエハホルダ２３とを有する。めっき槽１は、被めっき物２１を陰極として装着できる開口１２を有し、内部にアノード電極を備えている。ウエハホルダ２３は、開口１２において被めっき物２１をアノード電極と対向する位置で保持可能なウエハ保持部３１と、被めっき物２１を保持する面の反対側の面の複数の固定位置でウエハ保持部３１を固定する冶具３２と、冶具３２だけに開口１２に向けた押し付け力を与える押し付け手段３３とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被めっき物を陰極として装着できる開口を有し、内部にアノード電極を備えためっき槽と、
該開口において前記被めっき物を該アノード電極と対向する位置で保持可能なウエハ保持部と、該被めっき物を保持する面の反対側の面の複数の固定位置で該ウエハ保持部を固定する冶具と、該冶具だけに前記開口に向けた押し付け力を与える押し付け手段とを有するウエハホルダとを有するめっき装置。
【請求項２】
前記複数の固定位置の各々において、前記冶具と前記ウエハ保持部との間隔を調整する調整手段をさらに有する、請求項１に記載のめっき装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記冶具と前記ウエハ保持部との間に挟まれ、前記押し付け力に応じて押し付け方向に伸縮するクッション材を有する、請求項２に記載のめっき装置。
【請求項４】
前記クッション材はシリコンからなる、請求項３に記載のめっき装置。
【請求項５】
前記複数の固定位置は、前記ウエハ保持部の中心から略等距離で、かつ、隣接する固定位置同志が相互に略等距離の複数の位置である、請求項１から４のいずれか１項に記載のめっき装置。
【請求項６】
前記ウエハ保持部は略円形であり、
前記複数の固定位置は、前記ウエハ保持部の半径の二分の一より大きい半径を有する円上にある、請求項５に記載のめっき装置。
【請求項７】
前記治具は、前記押し付け力の向きに沿って、前記複数の固定位置が設けられた端部に向けて断面積が拡大するテーパ部を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のめっき装置。
【請求項８】
前記ウエハ保持部と前記冶具は、対向する各々の面に、嵌合する凹部と凸部のいずれかを有する、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】
前記押し付け手段は、駆動部に接続されたシリンダシャフトと、
該シリンダシャフトと前記冶具との固定手段とを有する、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】
前記開口部の開口に沿って設けられ、前記ウエハ保持部に加えられた前記押し付け力の反力を受け、前記被めっき物と接触して該被めっき物に陰極の電位を付加するカソード電極装置をさらに有する、請求項１から９のいずれか１項に記載のめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき装置に関し、特にウエハまたは基板用のめっき装置におけるウエハまたは基板のホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜磁気ヘッドその他の各種の電子部品の製造に用いられる薄膜形成技術の一つとして、Ｃｕ膜等の形成を主たる用途として電気めっき法が用いられるようになっており、半導体プロセスの一技術として注目されている。めっき法は、例えばＣｕ膜の形成の場合、一般的には、基板表面に導電性の膜をＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)法等で形成し、その上にＣｕの薄い下地材をＰＶＤ法やＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法で形成し、そこに電極を取り付けてＣｕめっきを行う。プラスのＣｕイオンが陰極である基板に到達すると、基板表面でＣｕ++＋２ｅ→Ｃｕの電気化学反応が生じ、Ｃｕが基板表面に析出しＣｕ薄膜が形成される。
【０００３】
従来このような電気めっきを行うときは、陽極であるアノードをめっき槽内に設置し、被めっき物をウエハホルダで保持しながらアノードと対向する所定の位置に固定し、被めっき物にカソード電極装置を取り付けて、陰極を形成していた。
【０００４】
図５には従来のウエハホルダの構造を示す。めっき槽底部に円形の開口１２が設けられ、開口１２の周囲に沿って電源装置（図示せず）に接続したカソード電極装置８が設けられている。カソード電極装置８は開口１２より若干内側に張り出している。ウエハ保持部１３１は開口１２の内径よりわずかに小さい直径を有する円板であり、円板底部の中心に開口１４０が設けられている。ウエハ保持部１３１の下側には円筒形のシリンダシャフト１３３が設けられており、その先端部が開口１４０と嵌合する。また、反対側の端部は駆動部（図示せず）に接続している。シリンダシャフト１３３の周囲には中空円筒部１３２２とフランジ１３２１とを有する冶具１３２が設けられている。フランジ１３２１は、ウエハ保持部１３１と対向する面に形成されており、ウエハ保持部１３１の底面に形成された凹部１３１１と嵌合する。フランジ１３２１の外周付近には複数個の孔１３２４が設けられており、フランジ１３２１とウエハ保持部１３１との間に、環状のシリコン製のクッション材１３４が挿入されている。クッション材１３４はネジを締め付けることによって座金と同様にして軸方向に伸縮することができる。
【０００５】
被めっき物２１をめっき槽に装着する際には、まずシリンダシャフト１３３に冶具１３２をはめ込み、冶具１３２に切られた孔１３２６にネジを挿入してシリンダシャフト１３３と冶具１３２とを固定する。次に、冶具１３２とウエハ保持部１３１との間にクッション材１３４を挟んだ状態で、シリンダシャフト１３３の先端をウエハ保持部１３１の開口１４０に挿入する。シリンダシャフト１３３の先端が開口１４０の底部に接触するまで押し込まれると、接点Ａが形成される。この状態で冶具１３２のフランジ１３２１に切られた孔１３２４にネジを挿入して冶具１３２とウエハ保持部１３１とを固定する。このとき、フランジ１３２１上面とウエハ保持部１３１底面とのクリアランスはクッション材１３４に適切な圧縮力が作用するように寸法が調整されている。次に、被めっき物２１をウエハ保持部１３１の上面に固定して、ウエハ保持部１３１を開口１２に沿って被めっき物２１がカソード電極装置８に接触するまで上昇させる。
【０００６】
これによって、ウエハ保持部１３１はほぼ水平状態を保ってカソード電極装置８に接触するが、実際には接点Ａの表面仕上げのばらつきなどにより完全な水平状態を得ることは難しい。水平状態が不完全だと、被めっき物２１とカソード電極装置８との接触状態が被めっき物２１の円周方向各位置でばらつき、めっき工程中のアノード・カソード間の電流分布が不均一となる。その結果、めっき厚が不均一となり、めっき品質の低下をもたらし、ひいては不良品の発生を招いてしまう。そこで、ネジの締め込み量を孔毎に調整しながら、クッション材１３４の圧縮量を個々に調整し、ウエハ保持部１３１の水平度を調整している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上説明した従来技術においては、クッション材の圧縮量を個々に調整しても、水平度の調整精度は十分に高いとはいえず、かならずしも満足できる水平度を実現できるとは限らない。これは、シリンダシャフトからウエハ保持部に作用する力はウエハ保持部の中心部にほぼ集中してかかり、力が冶具を経由してクッション材に流れにくい構造のため、１点支持に近い構造となるためであると考えられる。このため、水平度は接点Ａの接触状態に大きく依存することとなり、ウエハ保持部とシリンダシャフトを分解し、再組立を行うような場合には、その都度接触状態が変化して水平度がばらついてしまう可能性もある。
【０００８】
次に、水平度の調整に要する手間がかかる。上述のように原理的に水平度が安定しにくい構造のため、調整作業には高度の熟練を要し、特に不慣れな作業者が行った場合に大きなデメリットとなる。
【０００９】
本発明は、以上の状況に鑑み、被めっき物の全周にわたって均一な電流分布が得られるように、被めっき物を精度よく、かつ容易に水平に保持することのできるめっき装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明のめっき装置は、被めっき物を陰極として装着できる開口を有し、内部にアノード電極を備えためっき槽と、開口において被めっき物をアノード電極と対向する位置で保持可能なウエハ保持部と、被めっき物を保持する面の反対側の面の複数の固定位置でウエハ保持部を固定する冶具と、冶具だけに開口に向けた押し付け力を与える押し付け手段とを有するウエハホルダとを有している。
【００１１】
このように構成されためっき装置は、押し付け手段の押し付け力を複数の固定位置に分散させる構造としたことによって、被めっき物の外周部を開口に均等に押し付けることが可能となる。これによって、めっき工程時のアノード・カソード間の電流分布の均一化を図ることができ、より均一なめっき厚を有するめっき物の製造が可能となり、品質の向上や歩留まりの改善等の効果が期待できる。
【００１２】
めっき装置は、複数の固定位置の各々において、冶具とウエハ保持部との間隔を調整する調整手段をさらに有している。
【００１３】
調整手段は、冶具とウエハ保持部との間に挟まれ、押し付け力に応じて押し付け方向に伸縮するクッション材を有している。また、クッション材はシリコンとすることができる。
【００１４】
複数の固定位置は、ウエハ保持部の中心から略等距離で、かつ、隣接する固定位置同志が相互に略等距離の複数の位置である。
【００１５】
ウエハ保持部は略円形であり、複数の固定位置は、前記ウエハ保持部の半径の二分の一より大きい半径を有する円上にあるように定められている。
【００１６】
治具は、押し付け力の向きに沿って、複数の固定位置が設けられた端部に向けて断面積が拡大するテーパ部を有している。
【００１７】
ウエハ保持部と冶具は、対向する各々の面に、嵌合する凹部と凸部のいずれかを有している。
【００１８】
押し付け手段は、駆動部に接続されたシリンダシャフトと、シリンダシャフトと冶具との固定手段とを有しするものでもよい。
【００１９】
開口部の開口に沿って設けられ、ウエハ保持部に加えられた押し付け力の反力を受け、被めっき物と接触して被めっき物に陰極の電位を付加するカソード電極装置をさらに有していてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明のめっき装置の詳細を説明する。図１には、本発明のめっき装置の全体構成図を示す。めっき槽１は内部にめっき液２を入れることのできる空間部を有している。めっき槽１はめっき液２をリザーバタンク（図示せず）から供給するめっき液供給ライン３と、めっき液２をリザーバタンクに戻すリターンライン４と、めっき液２が所定の液位を超えないようにするオーバーフローライン５とを有している。めっき液供給ライン３、リターンライン４、およびオーバーフローライン５はめっき槽１内の仕切り板によって形成されている。めっき槽１内にはアノード６がめっき槽１の天板１１を貫通する支持管６１に吊られて固定・保持されている。アノード６は支持管６１を介して電源装置９のプラス側および窒素ガス供給源（図示せず）に接続している。
【００２１】
めっき槽１のアノード６と対向するめっき槽１の底部には略円形の開口１２が設けられている。めっき槽１の外側には開口１２の周囲に沿って枠体１０に支持されたカソード電極装置８が設けられている。カソード電極装置８は電源装置９のマイナス側に接続している。開口１２には被めっき物２１が、めっきが施される被めっき面２２をめっき層１の内部に向けて装着される。被めっき物２１は例えばウエハまたは基板であり、下方からウエハホルダ２３によって支持され持ち上げられ、被めっき面２２の外周がカソード電極装置８と接触し、被めっき面２２に陰極の所定の電位状態が形成されるように、開口１２に固定される。
【００２２】
図２には、ウエハホルダの概略断面図を示す。開口１２の周囲に沿って電源装置９（図１参照）に接続したカソード電極装置８が設けられている。カソード電極装置８はＣｕで製作され、開口１２より若干内側に張り出している。
【００２３】
ウエハホルダ２３は、ウエハ保持部３１、治具３２、シリンダシャフト３３、クッション材３４、およびこれらを固定するネジ３５、３６（図３参照）を有している。
【００２４】
ウエハ保持部３１は開口１２の内径よりわずかに小さい直径を有する円板である。ウエハ保持部３１の下側には円板と略同軸の円形の凹部３１１が設けられている。
【００２５】
ウエハ保持部３１の下方には冶具３２が設けられている。治具３２は上部が略円錐台形の基部３２１から、下部が中空円筒部３２２からなり、基部３２１の最も径の広がった先端面３２３は凹部３１１より若干小さな径を有しており、凸部として凹部３１１に嵌合することができる。基部３２１は先端面３２３から下方に向かって徐々に径が縮小しており、終端で中空円筒部３２２に接続している。すなわち、治具３２は、上向きの押し付け力（後述）の向きに沿って、先端面３２３に向けて断面積が拡大するテーパ部を有している。基部３２１の外周付近には複数の孔３２４（詳細は後述）が切られており、基部３２１の外周フランジ部を貫通して先端面３２３まで延びている。複数の孔３２４は、ウエハ保持部３１を冶具３２に固定する複数の固定位置を定める。複数の孔３２４は、ウエハ保持部３１のできるだけ外周部に設けるほうが、押し付け力を分散できて好ましく、少なくともウエハ保持部３１の半径の二分の一より大きい半径を有する同心円上に設けるのがよい。中空円筒部３２２は所定の深さの中空部３２５を有している。また、中空円筒部３２２の側壁を貫通して円周方向に複数の孔３２６を有している。
【００２６】
シリンダシャフト３３は２つの異なる径を有する段付き円筒部材であり、径の小さい小径部３３１が中空部３２５と嵌合することができる。また、径の大きな大径部３３２にはシリンダシャフト３３を任意のストロークで上下方向に動かす駆動部（図示せず）が接続している。シリンダシャフト３３は、駆動部からの駆動力によって、冶具３２を介して、ウエハ保持部３１に開口１２に向けた上向きの押し付け力を与える押し付け手段である。また、下向きの駆動力を与えることによって押し付け力を解放することも可能である。
【００２７】
凹部３１１の底面部と先端面３２３との間には複数個の環状のクッション材３４が挿入されている。クッション材３４は、弾性力によって押し付け力の方向に伸縮することができる。クッション材３４は弾性力を有し酸に対して耐腐食性を有するものであれば特に制約はなく、例えばシリコンで製作することができる。
【００２８】
図３には、ウエハホルダ２３をやや下方から見た分解斜視図を示す。冶具３２の孔３２４は冶具の斜面部に設けられており、クッション材３４は孔３２４と対応する位置に設けられている。同様に、ネジ孔３１２がウエハ保持部３１の凹部３１１の、孔３２４と対応する位置に設けられており、ネジ３５がこれらの孔３２４、クッション材３４の開口部、ネジ孔３１２を貫通して、これらを固定することができる。孔３２４は９０°ピッチで同心円上に４箇所設けられている。
【００２９】
また、冶具３２の孔３２６は中空円筒部３２２の側面に設けられており、シリンダシャフト３３の小径部３３１には、小径部３３１を中空部３２５に挿入した際に孔３２６と一致する位置にネジ孔３３３が設けられており、ネジ３６で締結することによってシリンダシャフト３３を冶具３２に固定することができる。孔３２６は９０°ピッチで同一の高さに４箇所設けられている。なお、このように部品同士をネジ止めすることで定期的なメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３０】
図４には、クッション材３４付近の部分断面図を示す。図４はネジ３５によって冶具３２とウエハ保持部３１とをクッション材３４を挟んで固定した状態を示している。クッション材３４は冶具３２に設けられたフランジ部３２７を介して冶具３２と接触する。クッション材３４は弾性材であるため、ネジ３５の締め付け量を任意に調整することができる。このため、個々のネジ３５の締め付け量を調節することによってウエハ保持部３１の水平度を調整することができる。なお、水平度の確認は一般的な水準器を用いることができる。
【００３１】
次に、図１から３を参照して、ウエハホルダ２３を組み立てる手順を説明する。まず、クッション材３４をウエハ保持部３１と冶具３２との間に挟んで、冶具３２をウエハ保持部３１の凹部３１１に下方から装着する。この際、ウエハ保持部３１のネジ孔３１２、クッション材３４、および冶具３２の孔３２４が同軸で揃うように位置決めする。この状態でネジ３５を挿入して、冶具３２とウエハ保持部３１とを固定する。同様にすべての位置でネジ３５を装着する。次に、シリンダシャフト３３の小径部３３１に冶具３２の中空部３２５を挿入する。この際、シリンダシャフト３３のネジ孔３３３と冶具３２の孔３２６が同軸で揃うように位置決めする。この状態でネジ３６を挿入して、冶具３２とシリンダシャフト３３を固定する。同様にすべての位置でネジ３６を装着する。
【００３２】
次に、組み立てられたウエハホルダ２３の上面に被めっき物２１を固定して、めっき槽１の開口部１２に装着する。具体的には、ウエハホルダ２３を開口１２に沿って被めっき物２１がカソード電極装置８に接触するまで押し込み、その状態でシリンダシャフト３３の位置を保持する。押し込み力の反力はカソード電極装置８が内周部に沿って均一に負担する。被めっき物２１とカソード電極装置８との接触幅は２〜３ｍｍ程度である。押し込み力は、例えば外径１５０ｍｍ程度の標準的なウエハの場合、０．６５ＭＰａ程度である。さらに、必要に応じてネジ３５の締め付け量を個々に調整して、ウエハホルダ２３の水平度調整を行う。以上でウエハホルダ２３および被めっき物２１のめっき槽１への取り付けが完了する。
【００３３】
ここで、本発明のめっき装置の効果を説明する。本発明のめっき装置は従来技術のめっき装置と異なり、シリンダシャフト３３の押し付け力がウエハ保持部３１の外周側に作用する。実際に最も重要なことは被めっき物２１の外周部をカソード電極装置８に均等に押し付けることであり、そのためにはより外周に近い位置に荷重作用点を設けることが効果的である。
【００３４】
従来技術では、押し付け力は、一部がクッション材を介して外周部にも流れるが、基本的にはウエハ保持部の中心部のみに作用していた。このため、１点支持に近い状態となり、構造的にクッション材にほとんど荷重が流れないため（例えば、図５の白抜き矢印参照）、押し付け力の周方向のアンバランスが生じても、各クッション材の負担荷重を再配分することによって水平度を調整することが十分に期待できず、効果的に水平度調整を行うことができなかった。
【００３５】
一方、本発明のめっき装置によれば、シリンダシャフト３３から上方向に加えられる押し付け力は冶具３２を介してウエハ保持部３１の外周部に流れるため、より外周部に近い地点で押し付け力を加えることができ（図２の白抜き矢印参照）、被めっき物２１の外周部をカソード電極装置８に均等に押し付けることが容易となる。また、各クッション材３４の圧縮量を調整することによって、各クッション材３４に異なる負担荷重を与えることも容易となり、クッション材３４の弾性力を荷重分配の調整代としてより積極的に活用できるという作用も期待できる。さらに荷重を直接コントロールできる効果の一つとして水平度の調整幅が広がり、より短時間で調整作業を行うことも期待できる。
【００３６】
以上説明したとおり、本発明のめっき装置はウエハホルダの押し付け力を外周部に分散させる構造としたことによって、被めっき物の外周部をカソード電極装置により均等に押し付けることが可能となる。これによって、めっき工程時のアノード・カソード間の電流分布の均一化を図ることができ、より均一なめっき厚を有するめっき物の製造が可能となり、品質の向上や歩留まりの改善等の効果が期待できる。
【００３７】
なお、以上説明しためっき装置の実施形態は本発明を説明するための一つの例示であり、これに限定されるものではない。例えば、孔３２４や孔３２６の個数は上記に限定されず、３つまたは５つ以上としてもよい。また、シリンダシャフト３３と冶具３２との接合方法は中空部３２５とネジ３６による構造だけでなく、例えばフランジ接続としてもよい。さらに、本実施形態ではウエハ保持部３１に凹部３１１を、冶具３２に凸部を設けていたが、逆にウエハ保持部３１に凸部を、冶具３２に凹部を設ける構造にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のめっき装置の全体構成図である。
【図２】図１に示すめっき装置のウエハホルダの概念的側方断面図である。
【図３】図２に示すウエハホルダを斜め下から見た分解斜視図である。
【図４】図２に示すウエハホルダのクッション材周辺の部分拡大断面図である。
【図５】従来のめっき装置のウエハホルダの概念的側方断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    めっき槽
２    めっき液
３    めっき液供給ライン
４    リターンライン
５    オーバーフローライン
６    アノード
６１    支持管
６２    筐体
６３    アノード電極
８    カソード電極装置
９    電源装置
１０    枠体
２１    被めっき物
２２    被めっき面
２３    ウエハホルダ
３１    ウエハ保持部
３１１    凹部
３１２    ネジ孔
３２    冶具
３２１    基部
３２２    中空円筒部
３２３    先端面
３２４    孔
３２５    中空部
３２６    孔
３２７    フランジ部
３３    シリンダシャフト
３３１    小径部
３３２    大径部
３３３    ネジ孔
３４    クッション材
３５、３６    ネジ
【図１】
2005213642.tif 000003
【図２】
2005213642.tif 000004
【図３】
2005213642.tif 000005
【図４】
2005213642.tif 000006
【図５】
2005213642.tif 000007