(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の絶縁層の一面側に開口する複数個の微細孔の各々に、所望厚さの金属層が充填できたことを確認して、電解めっきを終了するめっき金属の充填方法を提供する。【解決手段】基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極とを電気的に接続すると共に、基板１４の微細孔開口面と一面側が対向する陽極板２４と定電流源２６の陽極とを電気的に接続し、且つ基板１４と別体に形成され、一面側が陽極板２４の他面側と対向する位置の陰極板２８を、基板１４の金属層２０と並列接続となるように定電流源２６の陰極に電気的に接続した後、基板１４の金属層２０、陰極板２８及び陽極板２４に定電流源から直流電流を印加して、基板１４の微細孔１８内に電解めっきによってめっき金属を充填しつつ、基板１４側に流れる電流値を検出してモニタし、前記モニタによって得た基板１４側に流れる電流値の経時変化に基づいて、電解めっきを停止する。【選択図】        図１
2007046070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填する際に、
該電解めっき液に浸漬した前記基板の金属層と定電流源の陰極とを電気的に接続すると共に、前記微細孔が開口する基板の微細孔開口面と一面側が対向するように電解めっき液に浸漬した陽極板と前記定電流源の陽極とを電気的に接続し、
且つ前記基板と別体に形成し、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬した陰極板を、前記基板の金属層と並列接続となるように前記定電流源の陰極に電気的に接続した後、
前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に定電流源から直流電流を印加して、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填しつつ、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的又は間接的に検出してモニタし、
前記モニタによって得た基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止することを特徴とするめっき金属の充填方法。
【請求項２】
電解めっきの停止を、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で行なう請求項１記載のめっき金属の充填方法。
【請求項３】
陰極板として、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板を用いる請求項１又は請求項２記載のめっき金属の充填方法。
【請求項４】
定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に電流計を設置する請求項１〜３のいずれか一項記載のめっき金属の充填方法。
【請求項５】
絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填装置において、
該基板の微細孔が開口された微細孔開口面と一面側が対向するように、前記電解めっき槽内の電解めっき液に浸漬された陽極板と、
前記基板の金属層が陰極と電気的に接続されていると共に、前記陽極板が陽極と電気的に接続されている定電流源と、
前記基板と別体に形成され、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬されていると共に、前記定電流源の陰極に前記基板の金属層と並列接続となるように電気的に接続された陰極板と、
前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に前記定電流源から直流電流を印加し、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填する際に、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的又は間接的に検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置によって検出された電流値をモニタするモニタ装置とを具備し、
前記モニタ装置によって得られた、前記基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられていることを特徴とするめっき金属の充填装置。
【請求項６】
電解めっきの停止手段が、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で電解めっきを停止する電解めっきの停止手段である請求項５記載のめっき金属の充填装置。
【請求項７】
電解めっきの停止手段が、基板の金属層、陰極板及び陽極板への定電流源からの直流電流を印加して電解めっきを開始し、前記直流電流の印加を遮断して電解めっきを停止するスイッチである請求項５又は請求項６記載のめっき金属の充填装置。
【請求項８】
陰極板が、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板である請求項５〜７のいずれか一項記載のめっき金属の充填装置。
【請求項９】
電流検出装置が、電流計であって、前記電流が定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に設置されている請求項５〜８のいずれか一項記載のめっき金属の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき金属の充填方法及びめっき金属の充填装置に関し、更に詳細には絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填方法及びめっき金属の充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の分野におていは、配線基板を形成する絶縁層に形成した微細孔内に金属を充填してヴィアを形成することが行なわれている。
かかるヴィアを形成する際には、従来、図８に示す様に、絶縁層１０４の一面側に開口され、絶縁層１０４の他面側に形成された金属層１０６の一面側が底面に露出する複数個の微細孔１０８，１０８・・が形成された基板１１０を形成する。この基板１１０の金属層１０６の他面側は樹脂層１１２によって覆われている。
次いで、この基板１１０を、電解めっき槽１００内に貯留されている電解めっき液１０２内に浸漬すると共に、基板１１０の微細孔１０８，１０８・・が開口されている微細孔開口面と一面側が対向するように陽極板１１４を電解めっき液１０２内に浸漬する。
かかる基板１１０の金属層１０６を直流電源１１６の陰極に電気的に接続すると共に、陽極板１１４を直流電源１１６の陽極に電気的に接続し、基板１１０の金属層１０６及び陽極板１１４に一定電流値の直流電流を印加して電解めっきを施す。
【０００３】
この電解めっきでは、図９（ａ）に示す様に、絶縁層１０４の一面側に開口された微細孔１０８，１０８・・の各底面に露出する金属層１０６上にめっき金属層１１８が充填される。
かかる電解めっきを継続することによって、図９（ｂ）に示す様に、微細孔１０８がめっき金属層１１８によって完全に充填される。更に、電解めっきを継続すると、図９（ｃ）に示す様に、めっき金属層１１８の先端部は絶縁層１０４の一面側上に突出し、電解めっきの継続時間によれば、図９（ｄ）に示す様に、絶縁層１０４の一面側上にめっき金属層１１８から成る大きな突出部を形成する。
図８に示すめっき金属の充填装置では、電解めっきの終了時期を決定すべく、予定していた電解めっき時間の途中で電解めっきを中断し、目視、顕微鏡や段差計等によって微細孔１０８内でのめっき金属層１１８による充填程度を観察し、めっき金属層１１８の充填が充分であると判断した場合は、その電解めっきを終了し、めっき金属層１１８の充填が不充分であると判断した場合は、電解めっきを再開する。
しかし、予定していた電解めっき時間の途中で電解めっきを中断して、微細孔１０８内へのめっき金属層１１８の充填程度を観察する方法では、電解めっきの中断と観察とを繰り返すことを要するため煩雑である。しかも、電解めっきの終了時期の判断を人が行なうため、微細孔１０８に充填されためっき金属層１１８の充填量（充填高さ）は、基板１１０間にバラツキが生じ易い。
このため、微細孔１０８内にめっき金属層１１８を形成した基板１１０の微細孔開口面側の平坦性を担保するには、基板１１０の微細孔開口面側に充分な研磨を施すことが必要となる。
【０００４】
一方、下記特許文献１には、図１０に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法が提案されている。図１０に示す充填装置では、図８に示す充填装置と同一部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
かかる図１０に示す充填装置では、直流電源１１６の陰極と基板１１０の金属層１０６との間に、電流密度調整部１２０が設けられている。この電流密度調整部１２０では、三種類の抵抗１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃが設けられており、スイッチ１２０ｄによって選択される。
図１０に示す充填装置を用い、微細孔１０８，１０８・・の各々に電解めっきによってめっき金属１１８を充填する際に、電解めっきを中断してめっき金属層１１８の厚さを測定し、めっき金属層１１８の充填速度を算出し、この充填速度に基づいて電流密度を調整すべく、電流密度調整部１２０のスイッチ１２０によって適当な抵抗を選択する。
しかし、図１０に示す充填装置を用いた充填方法でも、電解めっきを中断してめっき金属層１１８の厚さを測定するため、その煩雑さは依然として残っている。しかも、既に充填されためっき金属層１１８の厚さから充填速度を算出するため、微細孔１０８が深い場合には、算出された充填速度の算出誤差が、その後のめっき金属層１１８の充填量に大きく影響するおそれもある。
【０００５】
また、下記特許文献２には、図１１に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法が提案されている。図１１に示す充填装置では、図８に示す充填装置と同一部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図１１に示す充填装置に用いられる基板１１０は、微細孔１０８，１０８・・が開口された基板１１０の微細孔開口面に、微細孔１０８の開口縁に一端が至る検出電極１２６が形成されている。更に、直流電源１１６の陰極と基板１１０の金属層１０６との間にリレー１３０が形成され、金属層１０６と電極１２６との間に、交流電源１３５、インピーダンス測定回路１３６及び抵抗１３７が直列に接続されている。このインピーダンス測定回路１３６は、測定されたインピーダンスが所定値未満となったとき、リレー１３０を開放して電解めっきを停止する。
【特許文献１】特開２００１−１７７２３８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法では、微細孔１０８にめっき金属層１１８が充填され、検出電極１２６の微細孔１０８の開口縁に臨む一端に接触したとき、インピーダンス測定回路１３６によって測定されるインピーダンスが所定値未満となり、リレー１３０を開放し、電解めっきを終了する。
かかる充填方法によれば、電解めっきを中断して基板１１０を取り出すことを要しないため、電解めっきの途中で微細孔１０８に充填されためっき金属層１１８の厚さを測定する等の煩雑な作業を中止でき、微細孔１０８内にめっき金属層１１８を充填する電解めっきをスムーズに進行できる。
しかしながら、この充填方法では、基板１１０の微細孔開口面に検出電極１２６を形成することを要するため、基板１１０を製造する工程数が増加すると共に、適用できる基板１１０の種類も限定される。
しかも、検出電極１２６は、抵抗１３７によって直流電流が実質的に流れないようにされ、陰極としての金属層１０６と陽極板１１４との間に、電解めっき回路から独立して設けられているため、バイポーラ現象によって、検出電極１２６にめっき金属が析出したり或いは析出しためっき金属が溶解したりする懸念が存在する。
そこで、本発明の課題は、適用できる基板の種類を限定することなく、基板の絶縁層の一面側に開口する複数個の微細孔の各々に、電解めっきによって所望厚さのめっき金属層が充填できたことを確認して、電解めっきを終了するめっき金属の充填方法及びその充填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は前記課題を解決すべく検討した結果、所定電流の直流電流を流す定電流源の陽極に電解めっき液に浸漬した陽極板を電気的に接続すると共に、定電流源の陰極に電解めっき液に浸漬した基板の金属層と陰極板とを並列接続となるように電気的に接続し、定電流源から直流電流を基板の金属層、陰極板及び陽極板に印加して電解めっきを施す際に、基板の金属層に印加される直流電流の電流値をモニタしていると、基板の絶縁層の一面側に開口する微細孔内に充填しためっき金属層の金属面が絶縁層の一面側に到達したとき、基板の金属層に流れる直流電流の電流値が急激に増加することを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填する際に、該電解めっき液に浸漬した前記基板の金属層と定電流源の陰極とを電気的に接続すると共に、前記微細孔が開口する基板の微細孔開口面と一面側が対向するように電解めっき液に浸漬した陽極板と前記定電流源の陽極とを電気的に接続し、且つ前記基板と別体に形成し、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬した陰極板を、前記基板の金属層と並列接続となるように前記定電流源の陰極に電気的に接続した後、前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に定電流源から直流電流を印加して、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填しつつ、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的又は間接的に検出してモニタし、前記モニタによって得た基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止することを特徴とするめっき金属の充填方法にある。
【０００９】
また、本発明は、絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填装置において、該基板の微細孔が開口された微細孔開口面と一面側が対向するように、前記電解めっき槽内の電解めっき液に浸漬された陽極板と、前記基板の金属層が陰極と電気的に接続されていると共に、前記陽極板が陽極と電気的に接続されている定電流源と、前記基板と別体に形成され、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬されていると共に、前記定電流源の陰極に前記基板の金属層と並列接続となるように電気的に接続された陰極板と、前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に前記定電流源から直流電流を印加し、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填する際に、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的又は間接的に検出する電流検出装置と、前記電流検出装置によって検出された電流値をモニタするモニタ装置とを具備し、前記モニタ装置によって得られた、前記基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられていることを特徴とするめっき金属の充填装置でもある。
【００１０】
かかる本発明において、電解めっきの停止を、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で行なうことによって、絶縁層の微細孔開口面が平坦な基板を得ることができる。
この電解めっきの開始及び停止を、基板の金属層、陰極板及び陽極板への定電流源からの直流電流を印加して電解めっきを開始し、前記直流電流の印加を遮断して電解めっきを停止するスイッチによって容易に行なうことができる。
また、陰極板としては、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板を用いることによって、微細孔内に緻密なめっき金属層を形成できる。
更に、定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に電流計を設置することによって、基板の金属層に流れる電流値を正確に測定できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定電流の直流電流を流す定電流源の陽極に電解めっき液に浸漬した陽極板を電気的に接続すると共に、定電流源の陰極に電解めっき液に浸漬した基板の金属層と陰極板とを並列接続となるように電気的に接続して電解めっきを施す。
かかる電解めっきにおいて、定電流源から所定電流の直流電流が基板の金属層と陰極板とに印加された直後では、基板の電流が流れる面積は、各微細孔の底面に露出する金属層の露出面であるため、陰極板側に流れる電流値が基板の金属層に流れる電流値（以下、基板側に流れる電流値と称することがある）よりも大となる。
かかる直流電流の印加を継続していると、次第に各微細孔の底面に露出する金属層の露出面に積層されるめっき金属層が厚くなり、めっき金属層の金属面が絶縁層の一面側に到達したとき、基板側の電流が流れる面積が急激に拡大し、基板側に流れる電流値が急激に増大する。
基板側に流れる電流値が急激に増大した時点で、電解めっきを終了する場合には、絶縁層の微細孔開口面側が平坦な基板を得ることができる。
一方、基板側に流れる電流値が急激に増大した時点から更に電解めっきを所定時間継続すると、絶縁層の微細孔開口面側にめっき金属層が突出した基板を得ることができる。
この様に、本発明によれば、基板側に流れる電流値の経時変化に基づいて電解めっきを終了できるため、微細孔内に充填しためっき金属層の厚さ等に関して基板間のバラツキを可及的に少なくできる結果、得られた基板の微細孔開口面側の研磨等を不要又は著しく軽減できる。
また、本発明では、基板の絶縁層の微細孔開口面側に検知電極を形成することを要しないため、基板の絶縁層の微細孔開口面側に検知電極を形成することが困難な基板の微細孔にもめっき金属を充填できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るめっき金属の充填装置の一例を図１に示す。図１に示す充填装置の電解めっき槽１０に貯留された電解めっき液１２に浸漬されている基板１４は、絶縁層１６の一面側に開口され、絶縁層１６の他面側に形成された金属層２０の一面側が底面に露出する複数個の微細孔１８，１８・・が形成されている。かかる金属層２０の他面側は、樹脂層２２によって覆われている。この基板１４は、シリコン基板を利用して形成できる。先ず、シリコン基板を貫通する複数個の微細孔１８，１８・・を形成した後、シリコン基板の一面側に銅箔等の金属箔を接着剤によって接着して金属層２０を形成し、次いで、金属層２０の露出面をソルダレジスト等の樹脂層２２によって覆うことによって基板１４を形成できる。
【００１３】
得られた基板１４と陽極板２４とを電解めっき槽１０に貯留されている電解めっき液１２内に浸漬する。その際に、基板１４の微細孔１８，１８・・が開口されている微細孔開口面を陽極板２４の一面側と対向するように、基板１４と陽極板２４とを位置決めする。
かかる陽極板２４と定電流源２６の陽極とを電気的に接続すると共に、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極とを電気的に接続する。この陽極板２４としては、微細孔１８に充填するめっき金属の種類によって異なるが、銅を充填する場合には、銅板を用いることが好ましい。
また、図１に示す充填装置では、陽極板２４の他面側と対向する様に、陰極板２８を電解めっき液１２内に浸漬し、基板１４の金属層２０と並列接続となるように定電流源２６の陰極と電気的に接続する。
この定電流源２６とは、出力電流が一定の直流電流を出力する電源のことであり、出力電流の設定値を所望の電流値に設定できる。
陰極板２８としては、使用する電解めっき液に溶解し難く且つ微細孔１８に充填するめっき金属に置換され難い金属から成る金属板を用いることができる。ここで、電解めっき液として硫酸が添加された電解銅めっき液を用い、微細孔１８内に銅を充填しようとする場合には、白金、銅合金又はステンレスから成る陰極板２８を用いることができる。
かかる陰極板２８の大きさは、基板１４の微細孔１８，１８・・の開口面積の合計面積よりも大面積、特に３〜１０倍の面積とすることによって、微細孔１８内に緻密なめっき金属層を充填できる。
かかる陰極板２８の設置によって、定電流源２６からの出力電流のうち、微細孔１８，１８・・のめっき金属の充填に必要な電流は基板１４の金属層２０に流れるが、めっき金属の充填に用いられなかった電流は陰極板２８に流れる。このため、基板１４の金属層２０に流れる電流値（以下、基板１４側に流れる電流値と称することがある）を測定することによって、めっき金属の充填に必要な電流値を測定できる。更に、基板１４側に流れる電流値を、めっき金属の充填に必要な電流値を超えて流れることを防止でき、過剰電流による焼けめっき現象等も防止できる。
【００１４】
図１に示す充填装置では、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極との間及び陰極板２８と定電流源２６の陰極との間には、基板１４側に流れる直流電流値を直接的に検出する電流計３０ａが設けられていると共に、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間にも、陰極板２８側に流れる電流値を検出する電流計３０ｂが設けられている。この様に、電流計３０ａ，３０ｂを設けることによって、定電流源２６から基板１４に至る間の抵抗値と、定電流源２６から陰極板２８に至る間の抵抗値を略等しくすることができ、基板１４に形成した微細孔１０８のめっき金属層による充填程度を正確に検出できる。
更に、基板１４側に流れる電流値を検出する電流計３０ａには、電流計３０ａで検出した電流値をモニタするモニタ装置３２が設けられており、基板１４側に流れる電流値の経時変化を測定できる。
【００１５】
また、図１に示す充填装置には、モニタ装置３２によって得られた、基板１４側に流れる電流値の経時変化に基づいて、電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられている。
かかる電解めっきの停止手段としては、定電流源２６から基板１４の金属層２０及び陰極板２８への直流電流の印加を同時にＯＮ−ＯＦＦできる位置に設けたスイッチ３１である。
図１に示す充填装置を用い、スイッチ３１をＯＮにして電解めっきを施し、基板１４の微細孔１８，１８・・にめっき金属を充填した。この際に、モニタ装置３２によってモニタした基板１４側に流れる電流値の経時変化と、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の厚さとの関係を調査して、その結果を図２のグラフに示す。
【００１６】
図２に示すグラフでは、縦軸に基板１４側に流れる電流値を示し、横軸にはめっき時間を示す。
かかるグラフによれば、電解めっき開始してから暫くは、基板１４側に流れる電流値がめっき時間の経過と共に徐々に増加する。この期間内では、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面は、図２の基板１４の部分断面図（ａ）（ｂ）に示す様に、微細孔１８内に位置する。このため、微細孔１８内のめっき金属層３８の厚さが厚くなるに従ってめっき面積が徐々に拡大して、基板１４側に流れる電流値が徐々に増加するものと考えられる。
かかる期間内に電解めっきを停止すると、微細孔１８は充分にめっき金属によって充填されておらず、絶縁層１６の微細孔開口面に凹部が形成される。従って、電解めっきを停止する時期を調整することによって、所望深さの凹部が絶縁層１６の微細孔開口面に形成された基板１４を得ることができる。
【００１７】
更に、電解めっきを続行すると、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する。この時点では、図２の部分断面図（ｃ）に示す様に、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面は絶縁層１６の微細孔開口面と面一となっている。従って、この時点で電解めっきを停止することによって、絶縁層１６の微細孔開口面が平坦面に形成された基板１４を得ることができる。
この様に、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面が絶縁層１６の微細孔開口面と面一となったとき、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する現象は、電解めっきに関与するめっき面積が急激に拡大するためと考えられる。
基板１４側に流れる電流値が急増する状態で電解めっきを続行すると、図２の部分断面図（ｄ）に示す様に、めっき金属層３８の先端部は絶縁層１６の微細孔開口面から突出して突出部を形成する。従って、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点から所定時間経過後に電解めっきを停止すると、所望高さの突出部を具備するめっき金属層３８が形成された基板１４を得ることができる。
【００１８】
かかる図２から明らかな様に、モニタ装置３２によって検出された基板１４側に流れる電流値の経時変化と微細孔１８に充填されるめっき金属層３８の厚さとが密接に関連する。このため、図１に示す充填装置を用いて基板１４の微細孔１８，１８・・にめっき金属を充填する際に、モニタ装置３２により検出された基板１４側に流れる電流値の経時変化に、微細孔１８内に所望厚さのめっき金属層３８が形成された場合に対応する電流値の経時変化が出現したとき、スイッチ３１をＯＦＦにして電解めっきを停止することによって、微細孔１８，１８・・の各々に所望の厚さのめっき金属層３８を形成できる。
特に、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点［図２（ｃ）の状態］は明確であるため、別の基板１４を用いても再現性も良好である。このため、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点で電解めっきを停止すると、微細孔１８に充填しためっき金属層３８の厚さについて基板１４間のバラツキを可及的に小さくできる。
【００１９】
図１に示す充填装置では、基板１４と陰極板２８との間に陽極板２４を配設したが、図３に示す様に、基板１４を形成する絶縁層１６の微細孔開口面と対向する陽極板２４の対向面と対向するように、陰極板２８を配設してもよい。
図３に示す充填装置では、図４に示す様に、基板１４と陰極板２８との間に仕切板４１を設けることによって、基板１４の電流分布の乱れを可及的に少なくでき好ましい。
また、図１に示す充填装置では、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極との間に電流計３０ａを設置していると共に、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間にも電流計３０ｂを設置しているが、電流計３０ａ，３０ｂのいずれか一方を設置することであってもよい。
但し、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間のみに電流計３０ｂを設置する場合には、モニタ装置３２によってモニタする電流値としては、電流計３０ｂで検知された電流値を基にして間接的に検出した、基板１４の金属層２０に流れる電流値［定電流源２６からの出力電流から電流計３０ｂで検知された電流値（陰極板２８に流れる電流値）を引いた電流値］である。
【００２０】
図１に示す充填装置では、電解めっき停止手段として、手動によって電解めっきを停止するスイッチ３１を設けているが、自動的に電解めっきを停止する電解めっき停止手段を設けてもよい。かかる自動的に電解めっきを停止する電解めっき停止手段を具備しためっき金属の充填装置の一例を図５に示す。
図５において、図１に示すめっき金属の充填装置と同一部材については、図１と同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示す充填装置に設けられた電解めっき停止手段は、定電流源２６から基板１４の金属層２０及び陰極板２８への直流電流の印加を同時にＯＮ−ＯＦＦできる位置に設けたリレースイッチ３６と、モニタ装置３２によってモニタされた基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化を監視する監視部３４とが設けられている。
監視部３４からは、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化に、予め設定された電解めっきを停止すべき経時変化が出現したとき、リレースイッチ３６をＯＦＦとする信号が発信される。
従って、予め監視部３４に電解めっきを停止する、基板１４側に流れる電流値の経時変化状態を予め設定しておくことによって、その経時変化が出現したとき、電解めっきを停止しでき、微細孔１８，１８・・の各々に所望の厚さのめっき金属層３８を形成できる。
【実施例１】
【００２１】
（１）基板１４
基板１４は、絶縁層１６としての厚さ１５０μｍのシリコン基板に、開口径が６０μｍの貫通孔を穿設した後、このシリコン基板の一面側に接着剤を塗布して金属層２０としての銅箔を貼着した。この銅箔の表面の全面には、ソルダレジストを塗布して樹脂層２２とした。基板１４の絶縁層１６の他面側に開口する微細孔１８，１８・・の各底面には金属層２０が露出している。
この基板１４の絶縁層１６の他面側（微細孔開口面）に開口する微細孔１８，１８・・の開口面積の合計は０．２２８９ｃｍ2であった。
（２）電解めっき液１２
電解めっき槽１０内に貯留する電解めっき液１２としては、硫酸１２０ｇ／リットルと硫酸銅５水和物２００ｇ／リットルとが配合された電解銅めっき液を用いる。
（３）充填装置
充填装置としては、図１に示す充填装置を用い、電解めっき槽１０には上記（２）で準備した電解銅めっき液を貯留した。
また、陽極板２４としては銅板を用い、陰極板２８としては銅合金（スズ、鉄等が含有）から成る金属板を用いた。この陰極板２８は、電解銅めっき液に溶解されることがなく且つ微細孔１８に充填する銅と置換され難いものである。
尚、陰極板２８の面積は１ｃｍ2であり、基板１４の微細孔１８，１８・・の開口面積を合計した合計面積の約５倍である。
【００２２】
次いで、図１に示す充填装置のスイッチ３１をＯＮにして電解銅めっきを施した。この際の電解銅めっき条件としては、定電流源２６からの出力電流を４３ｍＡとし、電解銅めっき液１２を空気撹拌で撹拌した。
かかる電解銅めっきの際に、モニタ装置３２によってモニタされた、基板１４側に流れる電流値の経時変化は、図６に示すパターンであった。
図６に示す基板１４側に流れる電流値の経時変化パターンは、電解銅めっき開始してから暫くは、基板１４側に流れる電流値がめっき時間の経過と共に徐々に増加した後、急激に増加し、電解銅めっき開始してから３時間３７分後にスイッチ３１をＯＦＦとした。
【実施例２】
【００２３】
実施例１において、基板１４側に流れる電流値が急激な増加を開始した図６に示すＡ時点でスイッチ３１をＯＦＦとした他は、実施例１と同様にして電解銅めっきを基板１４に施した。
得られた基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースした図面を図７（ａ）に示す。微細孔１８に充填されためっき金属層３８としての銅層の先端面は、絶縁層１６の表面と同一面であり、絶縁層１６の微細孔１８，１８・・が開口されている絶縁層１６の微細孔開口面を平坦面に形成できる。
【実施例３】
【００２４】
実施例１において、基板１４側に流れる電流値が急激な増加を開始した図６に示すＡ時点から所定時間後のＢ時点（図６）でイッチ３１をＯＦＦとした他は、実施例１と同様にして電解銅めっきを基板１４に施した。
得られた基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースした図面を図７（ｂ）に示す。微細孔１８に充填されためっき金属層３８としての銅層の先端部は、絶縁層１６の表面から突出する突出部に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るめっき金属の充填装置の一例を説明する概略図である。
【図２】図１に示す充填装置を用いて基板１４に電解めっきを施した際に、基板１４の微細孔１８内に充填されるめっき金属層３８の厚さと、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化との関係を説明する説明図である。
【図３】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図４】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図５】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図６】図１に示す充填装置を用いて基板１４に電解銅めっきを施した際に、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化を示すグラフである。
【図７】図１に示す充填装置を用いて電解銅めっきを施した基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースしたトレース図である。
【図８】従来の充填装置の概略を説明する概略図である。
【図９】基板１１０の微細孔１０８内を充填して形成されるめっき金属層１１８の形成状況を説明する部分断面図である。
【図１０】改良された充填装置の一例の概略を説明する概略図である。
【図１１】改良された充填装置の他の例の概略を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電解めっき槽
１２  電解めっき液
１４  基板
１６  絶縁層
１８  微細孔
２０  金属層
２２  樹脂層
２４  陽極板
２６  定電流源
２８  陰極板
３０ａ，３０ｂ  電流計
３１  スイッチ
３２  モニタ装置
３８  金属層
４１  仕切板
【図１】
2007046070.tif 000003
【図２】
2007046070.tif 000004
【図３】
2007046070.tif 000005
【図４】
2007046070.tif 000006
【図５】
2007046070.tif 000007
【図６】
2007046070.tif 000008
【図７】
2007046070.tif 000009
【図８】
2007046070.tif 000010
【図９】
2007046070.tif 000011
【図１０】
2007046070.tif 000012
【図１１】
2007046070.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月2日(2006.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填する際に、
該電解めっき液に浸漬した前記基板の金属層と出力電流として一定の直流電流を出力する定電流源の陰極とを電気的に接続すると共に、前記微細孔が開口する基板の微細孔開口面と一面側が対向するように電解めっき液に浸漬した陽極板と前記定電流源の陽極とを電気的に接続し、
且つ前記基板及び陽極板から分離して配設すると共に、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬した陰極板を、前記基板の金属層と並列接続となるように前記定電流源の陰極に電気的に接続した後、
前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に定電流源から直流電流を印加して、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填しつつ、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的に検出してモニタし、
前記モニタによって得た基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止することを特徴とするめっき金属の充填方法。
【請求項２】
電解めっきの停止を、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で行なう請求項１記載のめっき金属の充填方法。
【請求項３】
陰極板として、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板を用いる請求項１又は請求項２記載のめっき金属の充填方法。
【請求項４】
定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に電流計を設置する請求項１〜３のいずれか一項記載のめっき金属の充填方法。
【請求項５】
基板の金属層に流れる電流値を、定電流源の出力電流から陰極板と定電流源の陰極との間に設けた電流計によって検出した電流値を差し引いて間接的に検出する請求項１〜４のいずれか一項記載のめっき金属の充填方法。
【請求項６】
絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填装置において、
該基板の微細孔が開口された微細孔開口面と一面側が対向するように、前記電解めっき槽内の電解めっき液に浸漬された陽極板と、
前記基板の金属層が陰極と電気的に接続されていると共に、前記陽極板が陽極と電気的に接続されている、出力電流として一定の直流電流を出力する定電流源と、
前記基板及び陽極板から分離して配設され且つ一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬されていると共に、前記定電流源の陰極に前記基板の金属層と並列接続となるように電気的に接続された陰極板と、
前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に前記定電流源から直流電流を印加し、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填する際に、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的に検出する電流検出装置と、
前記電流検出装置によって検出された電流値をモニタするモニタ装置とを具備し、
前記モニタ装置によって得られた、前記基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられていることを特徴とするめっき金属の充填装置。
【請求項７】
電解めっきの停止手段が、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で電解めっきを停止する電解めっきの停止手段である請求項６記載のめっき金属の充填装置。
【請求項８】
電解めっきの停止手段が、基板の金属層、陰極板及び陽極板への定電流源からの直流電流を印加して電解めっきを開始し、前記直流電流の印加を遮断して電解めっきを停止するスイッチである請求項６又は請求項７記載のめっき金属の充填装置。
【請求項９】
陰極板が、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板である請求項６〜８のいずれか一項記載のめっき金属の充填装置。
【請求項１０】
電流検出装置が、電流計であって、前記電流が定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に設置されている請求項６〜９のいずれか一項記載のめっき金属の充填装置。
【請求項１１】
基板の金属層に流れる電流値が、定電流源の出力電流から陰極板と定電流源の陰極との間に設けた電流計によって検出された電流値を差し引いて間接的に検出される請求項６〜１０のいずれか一項記載のめっき金属の充填装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はめっき金属の充填方法及びめっき金属の充填装置に関し、更に詳細には絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填方法及びめっき金属の充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の分野においては、配線基板を形成する絶縁層に形成した微細孔内に金属を充填してヴィアを形成することが行なわれている。
かかるヴィアを形成する際には、従来、図８に示す様に、絶縁層１０４の一面側に開口され、絶縁層１０４の他面側に形成された金属層１０６の一面側が底面に露出する複数個の微細孔１０８，１０８・・が形成された基板１１０を形成する。この基板１１０の金属層１０６の他面側は樹脂層１１２によって覆われている。
次いで、この基板１１０を、電解めっき槽１００内に貯留されている電解めっき液１０２内に浸漬すると共に、基板１１０の微細孔１０８，１０８・・が開口されている微細孔開口面と一面側が対向するように陽極板１１４を電解めっき液１０２内に浸漬する。
かかる基板１１０の金属層１０６を直流電源１１６の陰極に電気的に接続すると共に、陽極板１１４を直流電源１１６の陽極に電気的に接続し、基板１１０の金属層１０６及び陽極板１１４に一定電流値の直流電流を印加して電解めっきを施す。
【０００３】
この電解めっきでは、図９（ａ）に示す様に、絶縁層１０４の一面側に開口された微細孔１０８，１０８・・の各底面に露出する金属層１０６上にめっき金属層１１８が充填される。
かかる電解めっきを継続することによって、図９（ｂ）に示す様に、微細孔１０８がめっき金属層１１８によって完全に充填される。更に、電解めっきを継続すると、図９（ｃ）に示す様に、めっき金属層１１８の先端部は絶縁層１０４の一面側上に突出し、電解めっきの継続時間によれば、図９（ｄ）に示す様に、絶縁層１０４の一面側上にめっき金属層１１８から成る大きな突出部を形成する。
図８に示すめっき金属の充填装置では、電解めっきの終了時期を決定すべく、予定していた電解めっき時間の途中で電解めっきを中断し、目視、顕微鏡や段差計等によって微細孔１０８内でのめっき金属層１１８による充填程度を観察し、めっき金属層１１８の充填が充分であると判断した場合は、その電解めっきを終了し、めっき金属層１１８の充填が不充分であると判断した場合は、電解めっきを再開する。
しかし、予定していた電解めっき時間の途中で電解めっきを中断して、微細孔１０８内へのめっき金属層１１８の充填程度を観察する方法では、電解めっきの中断と観察とを繰り返すことを要するため煩雑である。しかも、電解めっきの終了時期の判断を人が行なうため、微細孔１０８に充填されためっき金属層１１８の充填量（充填高さ）は、基板１１０間にバラツキが生じ易い。
このため、微細孔１０８内にめっき金属層１１８を形成した基板１１０の微細孔開口面側の平坦性を担保するには、基板１１０の微細孔開口面側に充分な研磨を施すことが必要となる。
【０００４】
一方、下記特許文献１には、図１０に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法が提案されている。図１０に示す充填装置では、図８に示す充填装置と同一部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
かかる図１０に示す充填装置では、直流電源１１６の陰極と基板１１０の金属層１０６との間に、電流密度調整部１２０が設けられている。この電流密度調整部１２０では、三種類の抵抗１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃが設けられており、スイッチ１２０ｄによって選択される。
図１０に示す充填装置を用い、微細孔１０８，１０８・・の各々に電解めっきによってめっき金属１１８を充填する際に、電解めっきを中断してめっき金属層１１８の厚さを測定し、めっき金属層１１８の充填速度を算出し、この充填速度に基づいて電流密度を調整すべく、電流密度調整部１２０のスイッチ１２０によって適当な抵抗を選択する。
しかし、図１０に示す充填装置を用いた充填方法でも、電解めっきを中断してめっき金属層１１８の厚さを測定するため、その煩雑さは依然として残っている。しかも、既に充填されためっき金属層１１８の厚さから充填速度を算出するため、微細孔１０８が深い場合には、算出された充填速度の算出誤差が、その後のめっき金属層１１８の充填量に大きく影響するおそれもある。
【０００５】
また、下記特許文献２には、図１１に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法が提案されている。図１１に示す充填装置では、図８に示す充填装置と同一部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図１１に示す充填装置に用いられる基板１１０は、微細孔１０８，１０８・・が開口された基板１１０の微細孔開口面に、微細孔１０８の開口縁に一端が至る検出電極１２６が形成されている。更に、直流電源１１６の陰極と基板１１０の金属層１０６との間にリレー１３０が形成され、金属層１０６と電極１２６との間に、交流電源１３５、インピーダンス測定回路１３６及び抵抗１３７が直列に接続されている。このインピーダンス測定回路１３６は、測定されたインピーダンスが所定値未満となったとき、リレー１３０を開放して電解めっきを停止する。
【特許文献１】特開２００１−１７７２３８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１に示すめっき金属の充填装置を用いた充填方法では、微細孔１０８にめっき金属層１１８が充填され、検出電極１２６の微細孔１０８の開口縁に臨む一端に接触したとき、インピーダンス測定回路１３６によって測定されるインピーダンスが所定値未満となり、リレー１３０を開放し、電解めっきを終了する。
かかる充填方法によれば、電解めっきを中断して基板１１０を取り出すことを要しないため、電解めっきの途中で微細孔１０８に充填されためっき金属層１１８の厚さを測定する等の煩雑な作業を中止でき、微細孔１０８内にめっき金属層１１８を充填する電解めっきをスムーズに進行できる。
しかしながら、この充填方法では、基板１１０の微細孔開口面に検出電極１２６を形成することを要するため、基板１１０を製造する工程数が増加すると共に、適用できる基板１１０の種類も限定される。
しかも、検出電極１２６は、抵抗１３７によって直流電流が実質的に流れないようにされ、陰極としての金属層１０６と陽極板１１４との間に、電解めっき回路から独立して設けられているため、バイポーラ現象によって、検出電極１２６にめっき金属が析出したり或いは析出しためっき金属が溶解したりする懸念が存在する。
そこで、本発明の課題は、適用できる基板の種類を限定することなく、基板の絶縁層の一面側に開口する複数個の微細孔の各々に、電解めっきによって所望厚さのめっき金属層が充填できたことを確認して、電解めっきを終了するめっき金属の充填方法及びその充填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は前記課題を解決すべく検討した結果、所定電流の直流電流を流す定電流源の陽極に電解めっき液に浸漬した陽極板を電気的に接続すると共に、定電流源の陰極に電解めっき液に浸漬した基板の金属層と陰極板とを並列接続となるように電気的に接続し、定電流源から直流電流を基板の金属層、陰極板及び陽極板に印加して電解めっきを施す際に、基板の金属層に印加される直流電流の電流値をモニタしていると、基板の絶縁層の一面側に開口する微細孔内に充填しためっき金属層の金属面が絶縁層の一面側に到達したとき、基板の金属層に流れる直流電流の電流値が急激に増加することを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填する際に、該電解めっき液に浸漬した前記基板の金属層と出力電流として一定の直流電流を出力する定電流源の陰極とを電気的に接続すると共に、前記微細孔が開口する基板の微細孔開口面と一面側が対向するように電解めっき液に浸漬した陽極板と前記定電流源の陽極とを電気的に接続し、且つ前記基板及び陽極板から分離して配設すると共に、一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬した陰極板を、前記基板の金属層と並列接続となるように前記定電流源の陰極に電気的に接続した後、前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に定電流源から直流電流を印加して、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填しつつ、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的に検出してモニタし、前記モニタによって得た基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止することを特徴とするめっき金属の充填方法にある。
【０００９】
また、本発明は、絶縁層の一面側に開口され、前記絶縁層の他面側に形成された金属層が底面に露出する複数個の微細孔が形成された基板を、電解めっき槽内に貯留されている電解めっき液に浸漬し、電解めっきによって前記基板の各微細孔内にめっき金属を充填するめっき金属の充填装置において、該基板の微細孔が開口された微細孔開口面と一面側が対向するように、前記電解めっき槽内の電解めっき液に浸漬された陽極板と、前記基板の金属層が陰極と電気的に接続されていると共に、前記陽極板が陽極と電気的に接続されている、出力電流として一定の直流電流を出力する定電流源と、前記基板及び陽極板から分離して配設され且つ一面側が前記陽極板のいずれかの面と対向する位置に電解めっき液に浸漬されていると共に、前記定電流源の陰極に前記基板の金属層と並列接続となるように電気的に接続された陰極板と、前記基板の金属層、陰極板及び陽極板に前記定電流源から直流電流を印加し、前記基板の微細孔内に電解めっきによってめっき金属を充填する際に、前記基板の金属層に流れる電流値を直接的に検出する電流検出装置と、前記電流検出装置によって検出された電流値をモニタするモニタ装置とを具備し、前記モニタ装置によって得られた、前記基板の金属層に流れる電流値の経時変化に基づいて、前記電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられていることを特徴とするめっき金属の充填装置でもある。
【００１０】
かかる本発明において、電解めっきの停止を、基板の金属層に流れる電流値が急激に増加開始した時点で行なうことによって、絶縁層の微細孔開口面が平坦な基板を得ることができる。
この電解めっきの開始及び停止を、基板の金属層、陰極板及び陽極板への定電流源からの直流電流を印加して電解めっきを開始し、前記直流電流の印加を遮断して電解めっきを停止するスイッチによって容易に行なうことができる。
また、陰極板としては、基板に形成された微細孔の開口面積の合計よりも大面積の陰極板を用いることによって、微細孔内に緻密なめっき金属層を形成できる。
更に、定電流源と基板の金属層との間及び前記定電流源と陰極板との間に電流計を設置することによって、基板の金属層に流れる電流値を正確に測定できる。
尚、基板の金属層に流れる電流値は、基板の金属層と定電流源の陰極との間に設けた電流計によって直接的に検出すること、或いは定電流源の出力電流から陰極板と定電流源の陰極との間に設けた電流計によって検出した電流値を引いて間接的に検出することによって検出できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定電流の直流電流を流す定電流源の陽極に電解めっき液に浸漬した陽極板を電気的に接続すると共に、定電流源の陰極に電解めっき液に浸漬した基板の金属層と陰極板とを並列接続となるように電気的に接続して電解めっきを施す。
かかる電解めっきにおいて、定電流源から所定電流の直流電流が基板の金属層と陰極板とに印加された直後では、基板の電流が流れる面積は、各微細孔の底面に露出する金属層の露出面であるため、陰極板側に流れる電流値が基板の金属層に流れる電流値（以下、基板側に流れる電流値と称することがある）よりも大となる。
かかる直流電流の印加を継続していると、次第に各微細孔の底面に露出する金属層の露出面に積層されるめっき金属層が厚くなり、めっき金属層の金属面が絶縁層の一面側に到達したとき、基板側の電流が流れる面積が急激に拡大し、基板側に流れる電流値が急激に増大する。
基板側に流れる電流値が急激に増大した時点で、電解めっきを終了する場合には、絶縁層の微細孔開口面側が平坦な基板を得ることができる。
一方、基板側に流れる電流値が急激に増大した時点から更に電解めっきを所定時間継続すると、絶縁層の微細孔開口面側にめっき金属層が突出した基板を得ることができる。
この様に、本発明によれば、基板側に流れる電流値の経時変化に基づいて電解めっきを終了できるため、微細孔内に充填しためっき金属層の厚さ等に関して基板間のバラツキを可及的に少なくできる結果、得られた基板の微細孔開口面側の研磨等を不要又は著しく軽減できる。
また、本発明では、基板の絶縁層の微細孔開口面側に検知電極を形成することを要しないため、基板の絶縁層の微細孔開口面側に検知電極を形成することが困難な基板の微細孔にもめっき金属を充填できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るめっき金属の充填装置の一例を図１に示す。図１に示す充填装置の電解めっき槽１０に貯留された電解めっき液１２に浸漬されている基板１４は、絶縁層１６の一面側に開口され、絶縁層１６の他面側に形成された金属層２０の一面側が底面に露出する複数個の微細孔１８，１８・・が形成されている。かかる金属層２０の他面側は、樹脂層２２によって覆われている。この基板１４は、シリコン基板を利用して形成できる。先ず、シリコン基板を貫通する複数個の微細孔１８，１８・・を形成した後、シリコン基板の一面側に銅箔等の金属箔を接着剤によって接着して金属層２０を形成し、次いで、金属層２０の露出面をソルダレジスト等の樹脂層２２によって覆うことによって基板１４を形成できる。
【００１３】
得られた基板１４と陽極板２４とを電解めっき槽１０に貯留されている電解めっき液１２内に浸漬する。その際に、基板１４の微細孔１８，１８・・が開口されている微細孔開口面を陽極板２４の一面側と対向するように、基板１４と陽極板２４とを位置決めする。
かかる陽極板２４と定電流源２６の陽極とを電気的に接続すると共に、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極とを電気的に接続する。この陽極板２４としては、微細孔１８に充填するめっき金属の種類によって異なるが、銅を充填する場合には、銅板を用いることが好ましい。
また、図１に示す充填装置では、基板１４及び陽極板２４から分離して配設した陰極板２８を、陽極板２４の他面側と対向するように電解めっき液１２内に浸漬し、基板１４の金属層２０と並列接続となるように定電流源２６の陰極と電気的に接続する。
この定電流源２６とは、出力電流が一定の直流電流を出力する電源のことであり、出力電流の設定値を所望の電流値に設定できる。
陰極板２８としては、使用する電解めっき液に溶解し難く且つ微細孔１８に充填するめっき金属に置換され難い金属から成る金属板を用いることができる。ここで、電解めっき液として硫酸が添加された電解銅めっき液を用い、微細孔１８内に銅を充填しようとする場合には、白金、銅合金又はステンレスから成る陰極板２８を用いることができる。
かかる陰極板２８の大きさは、基板１４の微細孔１８，１８・・の開口面積の合計面積よりも大面積、特に３〜１０倍の面積とすることによって、微細孔１８内に緻密なめっき金属層を充填できる。
かかる陰極板２８の設置によって、定電流源２６からの出力電流のうち、微細孔１８，１８・・のめっき金属の充填に必要な電流は基板１４の金属層２０に流れるが、めっき金属の充填に用いられなかった電流は陰極板２８に流れる。このため、基板１４の金属層２０に流れる電流値（以下、基板１４側に流れる電流値と称することがある）を測定することによって、めっき金属の充填に必要な電流値を測定できる。更に、基板１４側に流れる電流値を、めっき金属の充填に必要な電流値を超えて流れることを防止でき、過剰電流による焼けめっき現象等も防止できる。
【００１４】
図１に示す充填装置では、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極との間及び陰極板２８と定電流源２６の陰極との間には、基板１４側に流れる直流電流値を直接的に検出する電流計３０ａが設けられていると共に、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間にも、陰極板２８側に流れる電流値を検出する電流計３０ｂが設けられている。この様に、電流計３０ａ，３０ｂを設けることによって、定電流源２６から基板１４に至る間の抵抗値と、定電流源２６から陰極板２８に至る間の抵抗値を略等しくすることができ、基板１４に形成した微細孔１０８のめっき金属層による充填程度を正確に検出できる。
更に、基板１４側に流れる電流値を検出する電流計３０ａには、電流計３０ａで検出した電流値をモニタするモニタ装置３２が設けられており、基板１４側に流れる電流値の経時変化を測定できる。
【００１５】
また、図１に示す充填装置には、モニタ装置３２によって得られた、基板１４側に流れる電流値の経時変化に基づいて、電解めっきを停止する電解めっき停止手段が設けられている。
かかる電解めっきの停止手段としては、定電流源２６から基板１４の金属層２０及び陰極板２８への直流電流の印加を同時にＯＮ−ＯＦＦできる位置に設けたスイッチ３１である。
図１に示す充填装置を用い、スイッチ３１をＯＮにして電解めっきを施し、基板１４の微細孔１８，１８・・にめっき金属を充填した。この際に、モニタ装置３２によってモニタした基板１４側に流れる電流値の経時変化と、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の厚さとの関係を調査して、その結果を図２のグラフに示す。
【００１６】
図２に示すグラフでは、縦軸に基板１４側に流れる電流値を示し、横軸にはめっき時間を示す。
かかるグラフによれば、電解めっき開始してから暫くは、基板１４側に流れる電流値がめっき時間の経過と共に徐々に増加する。この期間内では、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面は、図２の基板１４の部分断面図（ａ）（ｂ）に示す様に、微細孔１８内に位置する。このため、微細孔１８内のめっき金属層３８の厚さが厚くなるに従ってめっき面積が徐々に拡大して、基板１４側に流れる電流値が徐々に増加するものと考えられる。
かかる期間内に電解めっきを停止すると、微細孔１８は充分にめっき金属によって充填されておらず、絶縁層１６の微細孔開口面に凹部が形成される。従って、電解めっきを停止する時期を調整することによって、所望深さの凹部が絶縁層１６の微細孔開口面に形成された基板１４を得ることができる。
【００１７】
更に、電解めっきを続行すると、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する。この時点では、図２の部分断面図（ｃ）に示す様に、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面は絶縁層１６の微細孔開口面と面一となっている。従って、この時点で電解めっきを停止することによって、絶縁層１６の微細孔開口面が平坦面に形成された基板１４を得ることができる。
この様に、微細孔１８に充填されためっき金属層３８の表面が絶縁層１６の微細孔開口面と面一となったとき、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する現象は、電解めっきに関与するめっき面積が急激に拡大するためと考えられる。
基板１４側に流れる電流値が急増する状態で電解めっきを続行すると、図２の部分断面図（ｄ）に示す様に、めっき金属層３８の先端部は絶縁層１６の微細孔開口面から突出して突出部を形成する。従って、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点から所定時間経過後に電解めっきを停止すると、所望高さの突出部を具備するめっき金属層３８が形成された基板１４を得ることができる。
【００１８】
かかる図２から明らかな様に、モニタ装置３２によって検出された基板１４側に流れる電流値の経時変化と微細孔１８に充填されるめっき金属層３８の厚さとが密接に関連する。このため、図１に示す充填装置を用いて基板１４の微細孔１８，１８・・にめっき金属を充填する際に、モニタ装置３２により検出された基板１４側に流れる電流値の経時変化に、微細孔１８内に所望厚さのめっき金属層３８が形成された場合に対応する電流値の経時変化が出現したとき、スイッチ３１をＯＦＦにして電解めっきを停止することによって、微細孔１８，１８・・の各々に所望の厚さのめっき金属層３８を形成できる。
特に、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点［図２（ｃ）の状態］は明確であるため、別の基板１４を用いても再現性も良好である。このため、基板１４側に流れる電流値が急激に増加する時点で電解めっきを停止すると、微細孔１８に充填しためっき金属層３８の厚さについて基板１４間のバラツキを可及的に小さくできる。
【００１９】
図１に示す充填装置では、基板１４と陰極板２８との間に陽極板２４を配設したが、図３に示す様に、基板１４を形成する絶縁層１６の微細孔開口面と対向する陽極板２４の対向面と対向するように、陰極板２８を配設してもよい。
図３に示す充填装置では、図４に示す様に、基板１４と陰極板２８との間に仕切板４１を設けることによって、基板１４の電流分布の乱れを可及的に少なくでき好ましい。
また、図１に示す充填装置では、基板１４の金属層２０と定電流源２６の陰極との間に電流計３０ａを設置していると共に、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間にも電流計３０ｂを設置しているが、電流計３０ａ，３０ｂのいずれか一方を設置することであってもよい。
但し、陰極板２８と定電流源２６の陰極との間のみに電流計３０ｂを設置する場合には、モニタ装置３２によってモニタする電流値としては、電流計３０ｂで検知された電流値を基にして間接的に検出した、基板１４の金属層２０に流れる電流値［定電流源２６からの出力電流から電流計３０ｂで検知された電流値（陰極板２８に流れる電流値）を引いた電流値］である。
【００２０】
図１に示す充填装置では、電解めっき停止手段として、手動によって電解めっきを停止するスイッチ３１を設けているが、自動的に電解めっきを停止する電解めっき停止手段を設けてもよい。かかる自動的に電解めっきを停止する電解めっき停止手段を具備しためっき金属の充填装置の一例を図５に示す。
図５において、図１に示すめっき金属の充填装置と同一部材については、図１と同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示す充填装置に設けられた電解めっき停止手段は、定電流源２６から基板１４の金属層２０及び陰極板２８への直流電流の印加を同時にＯＮ−ＯＦＦできる位置に設けたリレースイッチ３６と、モニタ装置３２によってモニタされた基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化を監視する監視部３４とが設けられている。
監視部３４からは、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化に、予め設定された電解めっきを停止すべき経時変化が出現したとき、リレースイッチ３６をＯＦＦとする信号が発信される。
従って、予め監視部３４に電解めっきを停止する、基板１４側に流れる電流値の経時変化状態を予め設定しておくことによって、その経時変化が出現したとき、電解めっきを停止しでき、微細孔１８，１８・・の各々に所望の厚さのめっき金属層３８を形成できる。
【実施例１】
【００２１】
（１）基板１４
基板１４は、絶縁層１６としての厚さ１５０μｍのシリコン基板に、開口径が６０μｍの貫通孔を穿設した後、このシリコン基板の一面側に接着剤を塗布して金属層２０としての銅箔を貼着した。この銅箔の表面の全面には、ソルダレジストを塗布して樹脂層２２とした。基板１４の絶縁層１６の他面側に開口する微細孔１８，１８・・の各底面には金属層２０が露出している。
この基板１４の絶縁層１６の他面側（微細孔開口面）に開口する微細孔１８，１８・・の開口面積の合計は０．２２８９ｃｍ2であった。
（２）電解めっき液１２
電解めっき槽１０内に貯留する電解めっき液１２としては、硫酸１２０ｇ／リットルと硫酸銅５水和物２００ｇ／リットルとが配合された電解銅めっき液を用いる。
（３）充填装置
充填装置としては、図１に示す充填装置を用い、電解めっき槽１０には上記（２）で準備した電解銅めっき液を貯留した。
また、陽極板２４としては銅板を用い、陰極板２８としては銅合金（スズ、鉄等が含有）から成る金属板を用いた。この陰極板２８は、電解銅めっき液に溶解されることがなく且つ微細孔１８に充填する銅と置換され難いものである。
尚、陰極板２８の面積は１ｃｍ2であり、基板１４の微細孔１８，１８・・の開口面積を合計した合計面積の約５倍である。
【００２２】
次いで、図１に示す充填装置のスイッチ３１をＯＮにして電解銅めっきを施した。この際の電解銅めっき条件としては、定電流源２６からの出力電流を４３ｍＡとし、電解銅めっき液１２を空気撹拌で撹拌した。
かかる電解銅めっきの際に、モニタ装置３２によってモニタされた、基板１４側に流れる電流値の経時変化は、図６に示すパターンであった。
図６に示す基板１４側に流れる電流値の経時変化パターンは、電解銅めっき開始してから暫くは、基板１４側に流れる電流値がめっき時間の経過と共に徐々に増加した後、急激に増加し、電解銅めっき開始してから３時間３７分後にスイッチ３１をＯＦＦとした。
【実施例２】
【００２３】
実施例１において、基板１４側に流れる電流値が急激な増加を開始した図６に示すＡ時点でスイッチ３１をＯＦＦとした他は、実施例１と同様にして電解銅めっきを基板１４に施した。
得られた基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースした図面を図７（ａ）に示す。微細孔１８に充填されためっき金属層３８としての銅層の先端面は、絶縁層１６の表面と同一面であり、絶縁層１６の微細孔１８，１８・・が開口されている絶縁層１６の微細孔開口面を平坦面に形成できる。
【実施例３】
【００２４】
実施例１において、基板１４側に流れる電流値が急激な増加を開始した図６に示すＡ時点から所定時間後のＢ時点（図６）でイッチ３１をＯＦＦとした他は、実施例１と同様にして電解銅めっきを基板１４に施した。
得られた基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースした図面を図７（ｂ）に示す。微細孔１８に充填されためっき金属層３８としての銅層の先端部は、絶縁層１６の表面から突出する突出部に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るめっき金属の充填装置の一例を説明する概略図である。
【図２】図１に示す充填装置を用いて基板１４に電解めっきを施した際に、基板１４の微細孔１８内に充填されるめっき金属層３８の厚さと、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化との関係を説明する説明図である。
【図３】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図４】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図５】本発明に係るめっき金属の充填装置の他の例を説明する概略図である。
【図６】図１に示す充填装置を用いて基板１４に電解銅めっきを施した際に、基板１４の金属層２０に流れる電流値の経時変化を示すグラフである。
【図７】図１に示す充填装置を用いて電解銅めっきを施した基板１４の断面の顕微鏡写真をトレースしたトレース図である。
【図８】従来の充填装置の概略を説明する概略図である。
【図９】基板１１０の微細孔１０８内を充填して形成されるめっき金属層１１８の形成状況を説明する部分断面図である。
【図１０】改良された充填装置の一例の概略を説明する概略図である。
【図１１】改良された充填装置の他の例の概略を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電解めっき槽
１２  電解めっき液
１４  基板
１６  絶縁層
１８  微細孔
２０  金属層
２２  樹脂層
２４  陽極板
２６  定電流源
２８  陰極板
３０ａ ，３０ｂ  電流計
３１  スイッチ
３２  モニタ装置
３８  金属層
４１  仕切板