(57)【要約】【課題】メッキ時間を短縮すると共に異常析出及び析出不良を防止して、特性に影響の無い安定したメッキ層を得ることができるメッキ方法及びメッキ装置並びにシリコンデバイスの製造方法を提供する。【解決手段】被メッキ部材１をメッキ液１１が充填されたメッキ槽１２に浸漬し、前記被メッキ部材１の少なくともメッキ層を形成するメッキ領域３に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被メッキ部材をメッキ液が充填されたメッキ槽に浸漬し、前記被メッキ部材の少なくともメッキ層を形成するメッキ領域に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させることを特徴とするメッキ方法。
【請求項２】
前記気泡の最頻度気泡径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のメッキ方法。
【請求項３】
前記気泡の最頻度気泡径が１０〜３０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のメッキ方法。
【請求項４】
前記気泡が、少なくとも酸素を含有する気体からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項５】
前記気泡による前記メッキ液の流速を９０〜１１０ｍｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項６】
前記気泡の気体流量を３〜８ｃｃ／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項７】
前記気泡の流れを前記被メッキ部材の前記メッキ領域の面方向に向かって発生させることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項８】
前記メッキ層を形成しない非メッキ領域の前記気泡の流れを、前記メッキ領域に比べて強くすることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項９】
前記メッキ領域が、パターニングされた所定形状の金属層であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のメッキ方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載のメッキ方法により、前記メッキ層をシリコン単結晶基板からなる前記被メッキ部材に形成したことを特徴とするシリコンデバイスの製造方法。
【請求項１１】
被メッキ部材が浸漬されるメッキ液が充填されたメッキ槽と、前記被メッキ部材の少なくともメッキ層を形成するメッキ領域に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させる気泡発生手段とを具備することを特徴とするメッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被メッキ部材に無電解メッキによりメッキ層を形成するメッキ方法及びメッキ装置に関し、さらにメッキ方法によりシリコン基板にメッキ層を形成したシリコンデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンデバイスなどに用いられるシリコン基板等に無電解メッキにより所定形状の金属からなるメッキ層を形成する場合、シリコン基板の全面に亘ってメッキ層を形成後、所定形状にレジストを形成してメッキ層をパターニングすることで、所望の形状のメッキ層を形成することや、シリコン基板に予め所定形状の金属層を形成し、この金属層上にメッキ層を選択的に形成することで行っていた。
【０００３】
また、シリコン基板等の被メッキ部材にメッキ層を形成する場合、メッキ層を形成したい領域にメッキ液を流しながらメッキを行う方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３の何れの方法であっても無電解メッキの析出速度は非常に遅く、例えば、８０℃以上の高温浴に３〜４時間、基板をメッキ液に浸漬させ、且つ高精度の温度管理を行うことで１μｍの厚さのメッキ層を形成するに過ぎなかった。
【０００５】
また、長時間のメッキ槽内の温度管理や基板の表面のイオン濃度を一定に管理することは非常に難しく、メッキムラの大きな要因となっていた。このようなメッキムラは、電子デバイスのような電気的に精度の要求されるものには実用化されていなかった。このため、電子デバイスにおいては、無電解メッキによって形成するメッキ層の厚さは０．５μｍ程度が限界であったという問題がある。
【０００６】
さらに、基板の異物や汚れを除去するために高速回転させてスクラブ洗浄すると、基板にクラックが発生してしまい異物や汚れを確実に除去することができないため、異物や汚れによってメッキの異常析出及び析出不良が発生してしまうという問題がある。
【０００７】
また、メッキ層内に発生するマイクロバブルが起因するビット欠陥を消滅させるために、メッキ層をＣＭＰ研磨する方法も提案されているが（例えば、特許文献４参照）、メッキ層をＣＭＰ研磨すると、基板の表面や配線の表面を荒らしたり、基板に応力をかけることになり、配線及びメッキ層への光学的な特性や電気的特性を阻害するといった特性面に影響を及ぼしてしまうという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９０７９６号公報（第４〜５頁、第１〜３図）
【特許文献２】特開平１１−３６０９６号公報（第３〜６頁、第１〜２図）
【特許文献３】特開平５−９８４５５号公報（第２〜３頁、第２〜３図）
【特許文献４】特開２００２−１４６５９４号公報（第３〜４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、メッキ時間を短縮すると共に異常析出及び析出不良を防止して、特性に影響の無い安定したメッキ層を得ることができるメッキ方法及びメッキ装置並びにシリコンデバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、被メッキ部材をメッキ液が充填されたメッキ槽に浸漬し、前記被メッキ部材の少なくともメッキ層を形成するメッキ領域に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させることを特徴とするメッキ方法にある。
かかる第１の態様では、気泡によって非メッキ領域の異物や汚れを除去してメッキ層の異常析出及び析出不良を防止することができると共に選択的にメッキ層を高速で形成することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記気泡の最頻度気泡径が１〜１００μｍであることを特徴とする第１の態様のメッキ方法にある。
かかる第２の態様では、気泡の最頻度気泡径を規定することで、析出されるメッキ層のムラを防止することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記気泡の最頻度気泡径が１０〜３０μｍであることを特徴とする第１又は２の態様のメッキ方法にある。
かかる第３の態様では、気泡の最頻度気泡径を規定することで、析出されるメッキ層のムラを防止することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記気泡が、少なくとも酸素を含有する気体からなることを特徴とする第１〜３の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第４の態様では、メッキ領域の活性化を図ることができると共に、メッキ液中の余分な還元剤を酸化させて、非メッキ領域にメッキ層が異常析出及び析出不良されるのを防止することができると共に、選択的にメッキ層を高速で形成することができる。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記気泡による前記メッキ液の流速を９０〜１１０ｍｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする第１〜４の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第５の態様では、気泡によるメッキ液の流速を規定することで、析出されるメッキ層のムラを防止することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様は、前記気泡の気体流量を３〜８ｃｃ／ｍｉｎとすることを特徴とする第１〜５の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第６の態様では、気泡の気体流量を規定することで、析出されるメッキ層のムラを防止することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様は、前記気泡の流れを前記被メッキ部材の前記メッキ領域の面方向に向かって発生させることを特徴とする第１〜６の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第７の態様では、気泡をメッキ領域に均一に流すことができ、メッキ層のムラを防止することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様は、前記メッキ層を形成しない非メッキ領域の前記気泡の流れを、前記メッキ領域に比べて強くすることを特徴とする第１〜７の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第８の態様では、非メッキ領域にメッキ層が異常析出及び析出不良するのを確実に防止することができる。
【００１８】
本発明の第９の態様は、前記メッキ領域が、パターニングされた所定形状の金属層であることを特徴とする第１〜８の何れかの態様のメッキ方法にある。
かかる第９の態様では、所定形状の金属層に選択的にメッキ層を形成することができる。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様のメッキ方法により、前記メッキ層をシリコン単結晶基板からなる前記被メッキ部材に形成したことを特徴とするシリコンデバイスの製造方法にある。
かかる第１０の態様では、高精度で良好なメッキ層が形成されたシリコンデバイスを得ることができる。
【００２０】
本発明の第１１の態様は、被メッキ部材が浸漬されるメッキ液が充填されたメッキ槽と、前記被メッキ部材の少なくともメッキ層を形成するメッキ領域に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させる気泡発生手段とを具備することを特徴とするメッキ装置にあるにある。
かかる第１１の態様では、非メッキ領域にメッキ層の異常析出及び析出不良するのを防止して、選択的にメッキ層を高速で形成することができる。また、メッキ液の劣化を防止して、コストを低減することができると共に環境破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るメッキ装置の断面図である。図１に示すように、メッキ装置１０は、被メッキ部材である基板１に無電解メッキによってメッキ層を形成するものであり、本実施形態では、メッキ装置１０によってメッキ層が形成される被メッキ部材としてシリコン単結晶基板からなる基板１を用いた。なお、基板１には、詳しくは後述するが、一方の表面２にスパッタリング法及びフォトリソグラフィ法によって所定形状にパターニングされた金属層である配線３が設けられており、メッキ装置１０は、この配線３にメッキ層を形成するものである。すなわち、本実施形態では、表面２の配線３がメッキ層を形成するメッキ領域であり、表面２の配線３以外の領域及び基板１の他方の裏面４は、メッキ層を形成しない非メッキ領域となっている。
【００２２】
メッキ装置１０は、メッキ液１１が充填されたメッキ槽１２と、メッキ槽１２内でメッキ液１１に最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させる気泡発生手段１３とを具備する。
【００２３】
メッキ槽１２は、上面に開口を有する箱型形状を有し、内部にメッキ液１１が充填されている。このようなメッキ槽１２には、基板１のメッキ領域である配線３が存在する表面２の面方向を鉛直方向として複数並設されて保持される。本実施形態では、メッキ槽１２内に複数の基板１を、互いに隣接する基板１のメッキ領域が存在する表面２同士及び非メッキ領域である裏面４同士を所定の間隔で相対向させた状態で保持させるようにした。
【００２４】
メッキ液１１は、基板１の配線３上にメッキ層が形成されるものであれば、特に限定されないが、メッキ層が形成されやすいように、メッキ液には還元剤を多く含有させる方が好ましい。このように還元剤を多く含有させたメッキ液１１を用いた場合、基板１のメッキ層を形成しない非メッキ領域にもメッキが異常析出され易く、且つメッキ領域のメッキ層にピンホールが発生し易いが、詳しくは後述する気泡発生手段１３が発生した気泡によって余分な還元剤を酸化させることができ、基板１の非メッキ領域にメッキ層を異常析出させないようにすると共にメッキ層にピンホールが発生するのを防止することができる。
【００２５】
気泡発生手段１３は、メッキ槽１２の底面側に設けられて、メッキ槽１２の底面側から開口部側に向かって最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡を発生させるものである。このような気泡発生手段１３としては、例えば、メッキ液１１をメッキ槽１２内で噴射又は循環させるポンプ、アスピレーター及びフィルタとで構成される気泡発生装置、予めメッキ液１１中に気体を溶解させておきメッキ液１１を約５０℃以上に加熱して気泡を発生させる加熱装置などが挙げられる。本実施形態では、気泡発生手段１３として、ポンプ、アスピレーター及びフィルタからなる気泡発生装置を用いた。
【００２６】
このように気泡発生手段１３から発生させた気泡は、その浮力によりメッキ槽１２の底面側から開口側に向かって、すなわち、基板１のメッキ領域が存在する表面２の面方向に向かって流れるようになっている。このとき、気泡の流れる方向が、基板１の配線３の延設方向となるように基板１をメッキ槽１２内に配置するのが好ましい。これにより、気泡発生手段１３が発生した気泡を、基板１の配線３からなるメッキ領域全面に亘って、効率よく流すことができる。なお、例えば、気泡発生手段１３が発生した気泡を、メッキ領域に対して垂直に当接させると、配線３からなるメッキ領域に均一にメッキ液１１を当てることができず、メッキ層にムラが出てしまう虞がある。
【００２７】
また、気泡発生手段１３が発生する最頻度気泡径がマイクロメートルオーダーの気泡とは、最頻度気泡径が１〜９９９μｍの気泡のことを言う。ここで、気泡発生手段１３が発生させる気泡は、最頻度気泡径が１〜１００μｍが好ましく、好適には１０〜３０μｍである。また、気泡発生手段１３が発生する気泡の流れによるメッキ液１１の流速は、９０〜１１０ｍｌ／ｍｉｎが好適である。また、気泡流量は、３〜８ｃｃ／ｍｉｎが好適である。例えば、気泡が大きすぎると、メッキ液１１の流れが速くなり、メッキ層にムラが出てしまう虞がある。また、気泡が大きすぎると、気泡がメッキ領域（配線３）に付着し、メッキ層にピンホールが形成されてしまうと共に、メッキ液１１中に不溶性の物質ができ、配線３上に析出物が発生してしまうからである。なお、気泡によるメッキ液１１の流速及び気泡流量も同様の理由から上記範囲が好適である。
【００２８】
また、気泡は、例えば、酸素（Ｏ２）又は酸素（Ｏ２）を含有する空気などの気体を用いるのが好ましい。
【００２９】
このような気泡発生手段１３によって、気泡の流れを発生させながら配線３にメッキ層を形成することによって、基板１の表面２（配線３の表面）を常に汚れのない活性化状態で保つことができると共に、メッキ液１１中の余分な還元剤を酸化させて、基板１の表面２の電解層に常に新液が流れてくることで、メッキ層を高速で析出させることができる。すなわち、マイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させることで、配線３以外の非メッキ領域で余分な還元剤（ベンゾキノン）が沈積され、且つ非メッキ領域に付着した異物、汚れ及び既存の泡が除去されると共に新液が配線３を流れていくため、配線３のみに選択的にメッキ層を高速で形成することができると共に安定したメッキ層を得ることができる。これにより、メッキ析出時間を短縮しても所望の厚さのメッキ層を得ることができ、製造時間を短縮することができる。また、気泡発生手段１３が工場エアーなどを用いることで、メッキ装置１０のコストを低減させることができる。
【００３０】
ここで、本発明のメッキ装置１０により、基板１にメッキ層を形成するメッキ方法について詳細に説明する。なお、図２は、本発明の実施形態１に係るメッキ方法を示す断面図である。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１の一方の表面２の全面に亘って金属からなる金属層１０３を形成する。この金属層１０３の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法やメッキ法などが挙げられる。本実施形態では、スパッタリング法を用いた。このような金属層１０３の材料としては、特に限定されないが、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やニッケルクロム（ＮｉＣｒ）などが挙げられる。本実施形態では、金属層１０３としてニッケル（Ｎｉ）を用いた。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、金属層１０３をパターニングして所定形状の配線３を形成する。本実施形態では、金属層１０３上に所定形状のレジスト（図示なし）を形成後、レジストをマスクとして金属層１０３をエッチングすることによりパターニングする、所謂フォトリソグラフィ法により形成した。
【００３３】
次に、基板１の配線３に金（Ａｕ）からなるメッキ層を形成する。詳しくは、図１に示すように、基板１をメッキ槽１２のメッキ液１１内に浸漬し、気泡発生手段１３によってマイクロメートルオーダーの気泡を発生させて気泡による流れを生じさせる。このとき、配線３の設けられた方向に向かって気泡による流れが生じるように基板１を配置する。そして、気泡の流れを生じさせた状態で、所定時間放置しておくと、図２（ｃ）に示すように、基板１の配線３上に金（Ａｕ）からなるメッキ層５が形成される。
【００３４】
なお、マイクロメートルオーダーの気泡は、最頻度気泡径が１〜１００μｍが好ましく、好適には１０〜３０μｍである。また、このような気泡の流れによるメッキ液１１の流速は、９０〜１１０ｍｌ／ｍｉｎが好適である。また、気泡流量は、３〜８ｃｃ／ｍｉｎが好適である。さらに、気泡としては、酸素（Ｏ２）又は酸素（Ｏ２）を含有する空気などの気体を用いた。
【００３５】
このように、配線３に気泡の流れを当てながらメッキ層５を形成することによって、基板１の表面２（配線３の表面）を常に汚れのない活性化状態を保つことができると共に、メッキ液１１中の余分な還元剤を酸化させて、基板１の表面２の電解層に常に新液が流れてくることで、メッキ層５を高速で析出させることができる。すなわち、マイクロメートルオーダーの気泡の流れを発生させることで、配線３以外の裏面４などの非メッキ領域で余分な還元剤（ベンゾキノン）が沈積され、且つ非メッキ領域に付着した異物や既存の泡が除去されると共に新液が配線３を流れていくため、配線３のみに選択的にメッキ層を形成することができると共に安定したメッキ層を高速で形成することができる。
【００３６】
これにより、非メッキ領域にメッキ層が異常析出及び析出不良するのを防止して、配線３の導通不良が発生するのを防止することができると共に、所望のメッキ領域に所望の厚さのメッキ層をメッキ析出時間を短縮して得ることができる。
【００３７】
また、メッキ層５の異常発生や異常析出を防止することができるため、メッキ液１１の劣化を防止して、コストを低減することができると共に環境破壊を防止することができる。
【００３８】
さらに、本発明のメッキ方法によれば、基板１の表面２や配線３の表面を荒らしたり、基板１に応力をかけることがないため、配線３及びメッキ層５への光学的な特性や電気的特性を阻害するといった特性面への影響を防止して、安定したメッキ層５を形成することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態１では、基板１のメッキ領域が存在する表面２の気泡の流速を上記範囲とし、非メッキ領域である裏面４の気泡の流速を表面２に比べて速くした。これにより、メッキ層５を形成したくない非メッキ領域にメッキ層５が異常析出されるのをさらに確実に防止することができる。
【００４０】
また、このような良質な膜質のメッキ層５が形成されたシリコン単結晶基板からなる基板１は、例えば、シリコンデバイスとして用いることができる。さらに、本発明のメッキ方法は、シリコンデバイスの製造方法に用いることができる。
【００４１】
（実施例）
上述したメッキ方法により、基板の一方面にニッケル（Ｎｉ）からなる所定形状の配線を形成し、この配線が設けられた基板をメッキ液に浸漬し、最頻度気泡径が３０〜６０μｍの気泡をメッキ液の流速が１００ｍｌ／ｍｉｎとなり、且つ３〜８ｃｃ／ｍｉｎの気体流量で発生させて、厚さが１．３８μｍの金（Ａｕ）からなるメッキ層を形成した。
【００４２】
（比較例）
実施例と同様に、基板の一方面に配線を形成し、配線が形成された基板をメッキ液に浸漬し、厚さが１．３８μｍの金（Ａｕ）からなるメッキ層を形成した。
【００４３】
（試験例）
実施例及び比較例のメッキ層、すなわち、厚さが１．３８μｍのメッキ層が形成されるまでの時間を測定したところ、実施例では、メッキ液に浸漬する時間が１〜２時間であったのに対し、比較例では５〜６時間かかった。
【００４４】
また、実施例及び比較例の基板の非メッキ領域の状態を観察した。この結果を図３に示す。なお、図３は、本発明の実施例及び比較例のメッキ状態を示す画像である。図３（ａ）に示すように、実施例の気泡の流れを発生させてメッキ層を形成した場合、非メッキ領域Ａには、メッキ層が異常析出していなかったのに対し、図３（ｂ）に示すように、気泡の流れを発生させずにメッキ層を形成した場合、非メッキ領域Ａ′にはメッキ層が異常析出していることが分かった。
【００４５】
このように、本発明のメッキ方法によれば、メッキ領域にマイクロメートルオーダーの気泡を発生させてメッキを行うため、メッキ層を高速に形成することができると共に、非メッキ領域へのメッキ層の異常析出及び析出不良を防止することができる。
【００４６】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、メッキ方法として、メッキ層を形成する前の前処理が不要としたが、勿論、配線をエッチングによりパターニングした後に、不要となったレジストを除去する酸素（Ｏ２）によるアッシングや、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）による洗浄を行うようにしてもよい。
【００４７】
また、上述した実施形態１のメッキ装置１０では、メッキ槽１２内に複数の基板１を表面２同士及び非メッキ領域である裏面４同士を所定の間隔で相対向させた状態で保持させるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態１では、基板１の裏面４にメッキ領域が存在しないため、複数の基板１の裏面４同士を当接させた状態で、表面２同士を所定の間隔で相対向させるようにしてもよい。
【００４８】
さらに、上述した実施形態１では、基板１の平面な表面２にメッキ層５を形成するようにしたが、本発明によれば、メッキ層を形成するメッキ領域や非メッキ領域に貫通孔や凹部などが形成されていても、メッキ層を選択的に高速で形成することができる。
【００４９】
また、上述した実施形態１では、基板１の配線３上にメッキ層５を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、基板１の表面２の全面に亘ってメッキ層５を形成するようにしてもよい。この場合、メッキ層を配線として使用する場合には、メッキ層をリソグラフィ法により所定形状にパターニングすればよい。このように基板１の表面２の全面に亘ってメッキ層を形成する場合にも上述したのと同様の効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、上述した実施形態１では、基板１のメッキ領域及び非メッキ領域に気泡の流れを発生させるようにしたが、少なくともメッキ領域に気泡の流れを発生させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係るメッキ装置の断面図である。
【図２】実施形態１に係るメッキ方法を示す断面図である。
【図３】実施例及び比較例のメッキ状態を示す画像である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板、  ２  表面、  ３  配線、  ４  裏面、  ５  メッキ層、  １０  メッキ装置、  １１  メッキ液、  １２  メッキ槽、  １３  気泡発生手段、  Ａ、Ａ′  非メッキ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007177257.tif 000005