(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被メッキ基板上の導電膜に接触させる複数の通電ピンを具備するメッキ治具に被メッキ基板を装着し、該メッキ治具の通電ピンと該被メッキ基板上の導電膜の通電確認方法であって、
前記メッキ治具の各通電ピンは相互に電気的に独立して配置され、該通電ピンに通電する各配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、該逆流防止用のダイオードの他端を一括して結線してメッキ電源に接続するようにし、前記配線間の抵抗値を測定して通電ピン間の電気抵抗を測定することを特徴とする被メッキ基板とメッキ治具の通電確認方法。
【請求項３】
メッキ槽中に電極とメッキ治具に装着された被メッキ基板とを対向して配置すると共に、該メッキ治具は被メッキ基板の表面に設けた導電部に接触する複数の給電接点を具備し、該複数の給電接点と前記電極との間に所定の電流を流すために電圧を印加し、該給電接点を通してメッキ電流を通電することにより、該被メッキ基板にメッキを施すメッキ装置において、
前記メッキ治具の複数の給電接点は相互に絶縁して該メッキ治具に固定され、各給電接点に通電する配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、他端を一括して接続しメッキ電源に接続する配線と、
前記メッキ治具のそれぞれの給電接点と前記被メッキ基板の導電部との導通状態を検出する導通状態検出手段とを設けたことを特徴とするメッキ装置。
【請求項５】
請求項３に記載のメッキ装置において、
前記導通状態検出手段は、前記被メッキ基板の導電部と各給電接点との接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段を具備し、該接触抵抗測定手段で測定した接触抵抗値より各給電接点の導通状態を検出することを特徴とするメッキ装置。
【請求項７】
請求項５に記載のメッキ装置において、
前記接触抵抗測定手段は、交流発振回路、定電流回路、同期検波回路、ローパスフィルタを具備し、交流発振回路からの交流電流を定電流回路を介して給電接点間に通電し、前記同期検波回路の一方の入力端子に該給電接点間に発生した交流電圧を入力すると共に他方の入力端子に前記交流発振回路の交流電圧を入力し、該同期検波回路で両者の乗算を行い、その出力をローパスフィルタを通して前記給電接点間の抵抗値に比例した直流出力を得るように構成されたことを特徴とするメッキ装置。
【請求項８】
請求項５又は７に記載のメッキ装置において、
前記接触抵抗測定手段は、前記給電接点間に該接触抵抗測定手段を接続するための配線材の抵抗値をキャンセルする手段を具備し、測定結果に配線材の抵抗値が影響を与えないようにしたことを特徴とするメッキ装置。
【請求項９】
請求項５に記載のメッキ装置において、
前記各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、該メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けた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
本発明は半導体ウエハ等の被メッキ基板にメッキを施すメッキ装置に係り、特に被メッキ基板に均一に通電することで均一な膜厚のメッキ膜を形成できるメッキ装置に関するものである。
背景技術
図１は、従来のこの種のメッキ装置の概略構成を示す図である。図示するようにメッキ装置はメッキ液Ｑを収容したメッキ槽１０内に半導体ウエハ等の被メッキ基板１２を装着したメッキ治具１１と、陽極電極１３を対向して配置した構成である。そしてメッキ治具１１と陽極電極１３の間にメッキ電源１４から所定の直流電圧を印加し、被メッキ基板１２にメッキ液Ｑを介して電流を供給することでメッキ膜を形成する。
メッキ治具１１には給電部１６が設けられ、該給電部１６は被メッキ基板１２の表面の導電部に当接する給電接点１５が配置され、該給電接点１５と前記メッキ電源１４が電気的に接続され、該メッキ電源１４からメッキ電流は陽極電極１３、被メッキ基板１２及び給電接点１５を通して流れる。
従って、上記複数の給電接点１５が被メッキ基板１２の導電膜に確実に接触していないとメッキができないばかりか、被メッキ基板１２の表面に形成されるメッキ膜が不均一となるという問題がある。従来、この給電接点１５と被メッキ基板１２の導電膜の接触状態を簡単に確認方法及び装置がなかった。
発明の開示
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、被メッキ基板の導電部に接触する複数の給電接点の導通状態（接触状態）を検出できる導通状態検出手段及び各給電接点を通して流れるメッキ電流を均一化して均一な膜厚のメッキ膜が形成できるメッキ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、被メッキ基板上の導電膜に接触させる複数の通電ピンを具備するメッキ治具に被メッキ基板を装着し、該メッキ治具の通電ピンと該被メッキ基板上の導電膜の通電確認方法であって、前記メッキ治具の各通電ピンは相互に電気的に独立して配置され、該通電ピンに通電する各配線に逆流防止用のダイオードの一端を取付け、該逆流防止用のダイオードの他端を一括して結線してメッキ電源に接続するようにし、前記配線間の抵抗値を測定して通電ピン間の電気抵抗を測定することを特徴とする。
また、導通状態検出手段は、被メッキ基板の導電部と各給電接点との接触抵抗を測定する接触抵抗測定手段を具備し、該接触抵抗測定手段で測定した接触抵抗値より各給電接点の導通状態を検出することが好ましい。
また、導通状態検出手段は複数の給電接点のそれぞれを通して流れる電流を検出する電流検出器を具備し、該電流検出器で検出された電流より各給電接点の導通状態を検出するようにしてもよい。
更に、各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けるようにしてもよい。
発明を実施するための最良の形態
図２は、本発明の実施に好適なメッキ治具１１の給電部の構成例を示す断面図である。図示するように、給電部は環状の枠体１７の内周側に環状のパッキン１８が設けられ、該パッキン１８の内側に給電環１９が配置され、該給電環１９に所定の間隔で複数の給電接点１５が配置されている。該給電接点１５の先端が被メッキ基板１２の外周部表面に形成された導電部（図示せず）に接触し、該導電部と給電接点１５は電気的に接続される。また、パッキン１８の先端は被メッキ基板１２の表面に押圧されて密着し、メッキ液がパッキン１８の内側に浸入するのを防ぎ、給電接点１５及び給電環１９等がメッキ液に曝されない構造となっている。
図３は、給電部の給電環１９に給電接点１５を取付けた状態を示す図である。図３では給電環１９に所定の間隔で給電接点１５が取付けられる。また、給電環１９が絶縁部材２０で電気的に複数個（図では４個）に分割され、該分割された給電環１９のそれぞれに給電接点１５が取付けられている。なお、図３は給電環１９に給電接点１５を取付けた状態を下方から見た斜視図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体ウエハ（被メッキ基板）とメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。図４において、１２はメッキ治具に装着されたウエハであり、該ウエハ１２の導電膜にはメッキ治具の複数の給電接点である通電ピン（図では９０°間隔で配置された通電ピン）２−１、２−２、２−３、２−４が接触している。各通電ピンは、図３に示すような治具に装着されている。通電ピン２−１には配線３−１の一端が、通電ピン２−２には配線３−２の一端が、通電ピン２−３には配線３−３の一端が、通電ピン２−４には配線３−４の一端がそれぞれ接続され、他端はそれぞれメッキ電源５の負電極に接続される。
配線３−１と配線３−３の間には電気抵抗測定器４−１が接続され、配線３−２と配線３−４の間には電気抵抗測定器４−２が接続されている。上記回路構成を有するメッキ治具は図１に示すようにメッキ液槽１０内のメッキ液Ｑ中にアノード１３と対向して配置され、メッキ電源（直流電源）１４から通電される。ウエハ１２の導電膜に通電ピン２−１、２−２、２−３、２−４の全てが確実に電気的に接触し、その電気抵抗値が０又は極めて小さい値であると、各通電ピンの間の電位差は０又は極めて小さいものとなるが、いずれかの通電ピンが不接触又は接触が不十分の場合は接触抵抗が大きく、この通電ピンと他の通電ピン間に大きな電位差が発生する。この電位差による電気抵抗を電気抵抗測定器４−１及び４−２に導くことにより電気抵抗を測定する。
従って、電気抵抗測定器４−１で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は、通電ピン２−１又は通電ピン２−３のいずれか一方又は双方が接触不良又は不接触ということになり、電気抵抗測定器４−２で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン２−２又は通電ピン２−４のいずれか一方又は双方が接触不良又は不接触ということになる。
図５は、本発明に係るウエハとメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。本回路構成が図４の回路構成と異なる点は、配線３−１と電気抵抗測定器４−１の接続点に逆流阻止ダイオード１−３のアノードを、配線３−２と電気抵抗測定器４−２の接続点に逆流阻止ダイオード１−２のアノードを、配線３−３と電気抵抗測定器４−２の接続点に逆流阻止ダイオード１−４のアノードを、配線３−１と電気抵抗測定器４−１の接続点に逆流阻止ダイオード１−１のアノードをそれぞれ接続し、これら逆流阻止ダイオードのカソードを一括接続してメッキ電源１４の負電極に接続する。
上記のように逆流阻止ダイオード１−１〜１−４を設けることにより、図１のメッキ治具とメッキ電源１４の通電部を一個所とした場合、通電ピン間を循環して流れる電流は阻止され、通電ピン間の電気抵抗を測ることができる。従って、この場合も、電気抵抗測定器４−１で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン２−１又は通電ピン２−３のいずれかが接触不良又は不接触ということになり、電気抵抗測定器４−２で測定された電気抵抗値が所定値以上である場合は通電ピン２−２又は通電ピン２−４のいずれかが接触不良又は不接触ということになる。
図６は、本発明の第２の実施形態のメッキ装置の導通状態検出手段の概略構成を示す図である。半導体ウエハ等の被メッキ基板１２の導電部に複数の給電接点１５が接触しており、該給電接点１５はそれぞれ導通状態検出手段２２に接続されている。なお、本発明のメッキ装置の構成は図１に示すメッキ装置と略同じであり、導通状態検出手段２２と陽極電極１３の間にはメッキ電源１４が接続される。
被メッキ基板１２にメッキを施すに際し、導通状態検出手段２２で各給電接点１５の導通状態を検出し、導通の不良（給電接点１５と導電部の接触不良）がある場合はスイッチ２３を開放し、メッキ電源１４を遮断するか、警報を発する。
図７は、本発明のメッキ装置の導通状態検出手段２２の構成例を示す図である。図７において、２２−１、２２−２はそれぞれ抵抗値ＲＡ、ＲＢが所定値の抵抗器であり、２２−３はメッキ装置の各給電接点１５の接触抵抗を含む各給電接点１５を通る電流回路であり、２２−４は抵抗値ＲＧが可変な可変抵抗器である。図示するように、抵抗器２２−１、２２−２、電流回路２２−３、可変抵抗器２２−４をブリッジ回路２４に接続し、その中間に電流検出器２２ａを接続する。このようなブリッジ回路２４を給電接点１５の数だけ設けて、導通状態検出手段２２を構成する。
上記構成の導通状態検出手段２２において、各給電接点１５の導通状態が正常の場合の接触抵抗を含む各給電接点１５を通る電流回路の抵抗値をＲｘとして、電流検出器２２ａの検出電流が０になるように、可変抵抗器２２−４の抵抗値ＲＧを調整すると、
ＲＸ＝ＲＢ／ＲＡ・ＲＧ
となる。
各給電接点１５を通る電流回路の抵抗値Ｒｘの変化は主に各給電接点１５の接触抵抗に依存するから、各給電接点１５の導通状態が不良となり接触抵抗が増加するとブリッジ回路２４のバランスがくずれ電流検出器２２ａに電流が流れる。この検出電流が所定以上の時、導通不良として前述のように、メッキ電源を遮断するか、その旨の警報を行う。
上記のように導通状態検出手段２２を設けることにより、メッキ治具１１に装着された被メッキ基板１２の導電部と各給電接点１５の接触状態をメッキ処理に先立って、或いはメッキ処理中も確認できるから、各給電接点１５の導通状態不良によるメッキ膜厚の不均一を防止することができる。
なお、図６及び図７においては、給電接点１５の数だけ電流検出器２２ａを含むブリッジ回路を設けているが、該電流検出器２２ａを含むブリッジ回路２４を１個として、スイッチを切り替えて各給電接点１５の導通状態（接触状態）を確認するようにしてもよい。また、電流検出器２２ａを含むブリッジ回路を用いたが、電流検出器２２ａの感度が高いものであれば、図６に示すように、各給電接点１５を電流検出器２２ａに直接接続して、各給電接点１５を通して流れる電流を直接検出するようにしてもよい。
被メッキ基板１２の導電部と給電接点１５の導通状態を検出するには、給電接点１５と給電接点１５との間の抵抗値を測定し、接触抵抗を検出する方法がある。給電接点１５と給電接点１５の間のそれぞれの抵抗値は、図８に示すように、被メッキ基板１２の導電部と給電接点１５との間の接触抵抗値Ｒ１、Ｒ３と被メッキ基板１２の導電部自身の抵抗値Ｒ２の合成抵抗値Ｒ０である。ここで接触抵抗値Ｒ１、Ｒ３は略数百ｍΩ程度であるから、高精度に抵抗値を測定する必要がある。
図９は精度良く合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３を測定するための基本的な回路構成を示す図である。図９において、３１は交流電源（発振回路）、３２は定電流回路、３３は増幅器、３４は同期検波回路（乗算回路）、３５はローパスフィルタである。交流電源３１からの交流電圧ｅ１ｓｉｎωｔを同期検波回路３４の一方の端子（Ｘ）に入力し、給電接点１５と１５の間の抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３に交流電源３１からの交流を定電流回路３２を通して定電流を通電し、その両端に発生する電圧を増幅器３３を介して増幅した交流電圧ｅ２ｓｉｎωｔを他方の端子（Ｙ）に入力する。
同期検波回路３４では交流電圧ｅ１ｓｉｎωｔと交流電圧ｅ２ｓｉｎωｔを乗算して、
（ｅ１・ｅ２・ｓｉｎωｔ２）／１０＝｛（ｅ１・ｅ２）／２０｝（１−ｃｏｓ２ωｔ）
の出力電圧を得る。この出力電圧をローパスフィルタ３５を通すことにより、ｃｏｓ２ωｔを除去することにより、ローパスフィルタ３５の出力は、
（ｅ１・ｅ２）／２０
の直流出力となる。この直流出力は合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３に比例したものとなる。
上記合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３は通常７００ｍΩ〜９００ｍΩであるから、これを正確に測定するためには、配線材の抵抗値をキャンセルしなければならない。図１０は配線材の抵抗値をキャンセルすることを説明するための等価回路を示す図である。図１０において、ｒ１、ｒ２は定電流回路３２を給電接点１５、１５（Ａ、Ｂ）に接続する配線材の抵抗値を示し、ｒ３、ｒ４は増幅器３３を給電接点１５、１５（Ａ、Ｂ）に接続する配線材の抵抗値を示す。定電流回路３２からの電流をＩＭ、増幅器３３に流れる電流をＩＶ、合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３に流れる電流をＩとする。
増幅器３３は入力インピーダンスが１００ＭΩと高い演算増幅器を用いるから、ＩＶ≪ＩＭとなり、Ｉ≒ＩＭとなる。従って、ＩＶ≒０により、増幅器３３入力電圧ＥＭは、
ＥＭ＝Ｅ―ＩＶ（ｒ３＋ｒ４）≒Ｅ
ここで、Ｅは合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３の両端の電圧である。定電流回路３２の出力側から増幅器３３側を見た抵抗値ＲＭは
ＲＭ＝ＥＭ／ＩＭ
ＲＭ＝Ｅ／Ｉ≒Ｒ０
となる。合成抵抗値Ｒ０の両端Ａ、Ｂまで定電流回路３２と増幅器３３を配線することにより、上記配線材の抵抗値ｒ１〜ｒ４をキャンセルすることができる。
上記抵抗測定方法及び配線材の抵抗値のキャンセル方法を用いたメッキ装置を図１１乃至図１３を用いて説明する。図１１は給電接点の接触抵抗測定及びメッキ電流供給のための配線構成、図１２は接触抵抗測定装置の回路構成、図１３はメッキ電流供給装置の回路構成をそれぞれ示す図である。図１１に示すように、陽極電極１３には端子Ｔ０が接続され、メッキ治具１１の給電接点１５−１〜１５−８のそれぞれには端子Ｉ１〜Ｉ８が直接接続され、更に切替スイッチＳ１〜Ｓ８を介して端子Ｖ１〜Ｖ８と端子Ｔ１〜Ｔ８が接続されている。
接触抵抗測定装置は図１２に示すように、４個の接触抵抗測定回路４１−１〜４１−４で構成され、接触抵抗測定回路４１−１〜４１−４は各々同じ構成である。接触抵抗測定回路４１−１でその構成を説明すると、交流電源（発振回路）３１、定電流回路３２、増幅器３３、同期検波回路３４、ＤＣ増幅器３６、ローパスフィルタ３５及びＡ／Ｄ変換器３７を具備する。接触抵抗測定回路４１−１は端子Ｖ１、Ｖ２、Ｉ１、Ｉ２が設けられ、それぞれ図１１の端子Ｖ１、Ｖ２、Ｉ１、Ｉ２に接続される。接触抵抗測定回路４１−２は端子Ｖ３、Ｖ４、Ｉ３、Ｉ４が設けられ、それぞれ図１１の端子Ｖ３、Ｖ４、Ｉ３、Ｉ４に接続される。接触抵抗測定回路４１−３は端子Ｖ５、Ｖ６、Ｉ５、Ｉ６が設けられ、それぞれ図１１の端子Ｖ５、Ｖ６、Ｉ５、Ｉ６に接続される。接触抵抗測定回路４１−４は端子Ｖ７、Ｖ８、Ｉ７、Ｉ８が設けられ、それぞれ図１１の端子Ｖ７、Ｖ８、Ｉ７、Ｉ８に接続される。
上記構成の接触抵抗測定装置において、メッキ槽１０（図１参照）にメッキ液を収容する前に、切替スイッチＳ１〜Ｓ８を接点ｃ側に切り替え、接触抵抗測定回路４１−１〜４１−４の各定電流回路３２から被メッキ基板（図示せず）を装着したメッキ治具１１の給電接点１５−１と１５−２、１５−３と１５−４、１５−５と１５−６、１５−７と１５−８の間にそれぞれ定電流を供給し、それぞれの給電接点１５間に発生する電圧を増幅器３３、同期検波回路３４、ＤＣ増幅器３６、ローパスフィルタ３５を介して測定する。これにより、上記のように配線材の抵抗値がキャンセルされ、合成抵抗値Ｒ０＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３に比例した直流出力を得ることができる。
上記ローパスフィルタ３５の直流出力をＡ／Ｄ変換器３７でデジタル信号に変換し、ＣＰＵに送る。ＣＰＵはこの直流出力から給電接点１５に接触不良があるか否かを判断し、接触不良がある場合は、どの給電接点１５が接触不良であるかを通知する。接触不良はメカニカル部の不具合で発生する場合があるので、接触不良の給電接点１５の再接触をすることにより、接触良好となる場合があるので、再接触を試みる。
上記のように接触抵抗測定装置で給電接点１５の接触不良が無い場合、即ち全ての給電接点の導通状態が良好な場合、切替スイッチＳ１〜Ｓ８を接点ａ側に切り替え、メッキ槽１０にメッキ液を収容し、図１３に示すメッキ電流供給装置からメッキ電流を供給する。
メッキ電流供給装置は図１３に示すように、８個のメッキ電流供給回路４２−１〜４２−８で構成され、メッキ電流供給回路４２−１〜４２−８は各々同じ構成である。それぞれ端子Ｔ０と端子Ｔ１〜Ｔ８を具備し、端子Ｔ０及びＴ１〜Ｔ８は図１１の端子Ｔ０及びＴ１〜Ｔ８に接続される。
メッキ電流供給回路４２の構成をメッキ電流供給回路４２−１で説明すると、メッキ電流検出回路３８、電流制御回路３９、メッキ電源４０を具備する。電流制御回路３９はＣＰＵからのメッキ条件の指令により、メッキ電流値を設定し、該設定したメッキ電流値をメッキ電源４０から端子Ｔ０、陽極電極１３、被メッキ基板１２（図１参照）、メッキ治具１１の各給電接点１５−１〜１５−８、各切替スイッチＳ１〜Ｓ８及び各端子Ｔ１〜Ｔ８を通して流す。
給電接点１５−１〜１５−８の各々を通して流れるメッキ電流はメッキ電流検出回路３８で検出され、該検出値は電流制御回路３９に出力され、該電流制御回路３９はメッキ電流が上記設定値になるようにメッキ電源４０を制御する。従って、給電接点１５−１〜１５−８の各々を通して流れるメッキ電流を均一に設定しておけば、各給電接点１５を通して流れるメッキ電流が均一となり均一な膜厚のメッキ膜が形成できる。
なお、上記接触抵抗測定装置及びメッキ電流供給装置は一例であり、本発明のメッキ装置の接触抵抗測定装置及びメッキ電流供給装置はこれに限定されるものではない。
以上説明したように、本発明によれば、複数の給電接点のそれぞれの導通状態を検出する導通状態検出手段を設けたので、各給電接点の導通状態を確認でき、メッキ膜が不均一となる原因の一つを除去できる。
また、各給電接点を通して流れるメッキ電流を検出するメッキ電流検出手段を設け、メッキ電流検出手段で検出される各給電接点を通して流れるメッキ電流が均一になるように制御するメッキ電流制御手段を設けたので、各給電接点を通して流れるメッキ電流を均一にすることができ、被メッキ基板の被メッキ面に膜厚の均一なメッキ膜を形成できる。
産業上の利用の可能性
本発明のメッキ装置は、半導体ウエハ等の被メッキ基板に均一なメッキ膜を形成できるので、半導体製造等の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来のメッキ装置の概略構成を示す図である。
図２は、本発明のメッキ治具の給電部の構成例を示す断面図である。
図３は、上記メッキ治具の給電部の給電環に給電接点を相互に絶縁分離して取付けた状態を下方から見た斜視図である。
図４は、本発明の第１の実施形態のウエハとメッキ治具の通電確認方法を実施するための回路構成例を示す図である。
図５は、図４の変形例の回路構成例を示す図である。
図６は、本発明の第２の実施形態のメッキ装置の導通状態検出手段の概略構成を示す図である。
図７は、上記導通状態検出手段の回路構成例を示す図である。
図８は、給電接点間の抵抗の等価回路の構成を示す図である。
図９は、給電接点間の抵抗値を測定するための基本的な回路構成例を示す図である。
図１０は、図３の給電部で配線材及び給電接点間の抵抗値の等価回路を示す図である。
図１１は、上記給電接点の接触抵抗測定及びメッキ電流供給のための配線構成を示す図である。
図１２は、上記給電接点の接触抵抗測定装置の回路構成例を示す図である。
図１３は、上記メッキ装置のメッキ電流供給装置の回路構成例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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