(57)【要約】  本発明は、電解液における従来の膜成長速度よりもはるかに速い速度で均一性の高い金属膜堆積を実現するために、金属被覆装置において、定在波を形成する少なくとも１つのウルトラ／メガソニックデバイスおよびその反射板を適用することに関する。本発明では、基板は、基板の位置が、各動作サイクルにおいて様々なパワー強度を有する音場全体を通過するように、動的に制御される。この方法によって、基板の各箇所は、プロセス時間を通して受けるソニックエネルギー照射の総量が等しくなり、急速且つ累積的に成長して均一な堆積厚みになることが確実になる。【選択図】図２Ａ
2016515668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液により基板を金属被覆する装置であって、
金属塩電解液を入れる液浸槽と、
少なくとも１つの電源に接続される少なくとも１組の電極と、
少なくとも１枚の基板を、当該基板の導電側が露出して１組の電極と対向するよう保持する、導電性の基板ホルダと、
前記液浸槽内でウルトラ／メガソニック定在波領域を形成するために反射板と組み合わされる少なくとも１台のウルトラ／メガソニックデバイスと、
累積時間の後に、前記基板ホルダに保持された基板全体にわたって均一なソニックエネルギー照射量分布を得るべく、前記基板ホルダに、様々なウルトラ／メガソニックパワー強度を有する前記ウルトラ／メガソニック定在波領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って基板ホルダを振動させる第１の振動アクチュエータと、
を備える装置。
【請求項２】
前記第１の振動アクチュエータは、前記ウルトラ／メガソニック定在波の伝搬方向に対して垂直な軸に沿って前記基板ホルダを上下に振動させる、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の振動アクチュエータは、前記ウルトラ／メガソニック定在波の伝搬方向に対して垂直な軸に対して傾斜した軸に沿って前記基板ホルダを上下に振動させる、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記基板が非音響領域内にある間に、前記基板ホルダを当該基板ホルダの軸心を中心に１８０度回転させる回転アクチュエータをさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ウルトラ／メガソニック定在波の伝搬方向に沿って前記基板ホルダを振動させる第３の振動アクチュエータをさらに備え、
前記第３の振動アクチュエータの周波数は、前記基板が定在波領域を通過している間、第１の振動アクチュエータの周波数よりも高い、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基板ホルダは、２枚の基板を、当該基板ホルダの各側面上に１枚ずつ保持する、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
２組の電極が前記液浸槽内に設けられ、当該２組の電極の各組が１枚の基板と対向している、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
各組の電極は、独立して電力制御される１つ以上の電極を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の振動アクチュエータの周波数は、０．００１〜０．５Ｈｚである、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板および前記電極の間に配置された、少なくとも１層の透過性膜をさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスは、少なくとも１個の圧電性結晶を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスは、２０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数で且つ０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２のパワー強度で駆動される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記反射板は、前記ウルトラ／メガソニックデバイスと対向し且つ平行である、
請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスおよび前記反射板は、前記ウルトラ／メガソニックデバイスおよび前記反射板の両者の表面が液浸槽内に浸漬された状態で、液浸槽における対向する側壁に設置される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ウルトラ／メガソニック定在波の伝搬方向は、前記基板の表面に平行である、
請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスおよび前記反射板は、前記基板ホルダの振動方向に平行である、
請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスおよび前記反射板は、前記基板ホルダの振動方向に対して傾斜した角度で設置される、
請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記反射板および前記ウルトラ／メガソニックデバイスのうち一方を他方に平行になるように調整する調整機構をさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記調整機構は、前記ウルトラ／メガソニック定在波の伝搬方向に沿って前記反射板または前記ウルトラ／メガソニックデバイスを振動させるアクチュエータを有し、前記アクチュエータの周波数は１〜１０Ｈｚであり、振動の振幅は前記ウルトラ／メガソニック定在波の半波長のＮ倍と等しく、Ｎは１から１０までの整数である、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記反射板は、前記ウルトラ／メガソニック定在波の半波長のｎ倍の厚みを有する、薄い石英材料で構成され、ｎは１から１００までの整数である、
請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記反射板は、少なくとも２枚の中実板と、音響エネルギーの損失を最小化するためにこれら中実板のうち隣接する２枚の間に設けられた空隙と、を有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記基板全体にわたってウルトラ／メガソニック定在波の分布が均一になるように、前記基板の表面に対して垂直な軸を中心に前記基板ホルダを回転させる回転アクチュエータをさらに備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記回転アクチュエータは、磁気結合機構によって前記基板ホルダを回転させる、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記基板ホルダの回転数は、１０〜１００ｒｐｍの範囲内にある、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
電解液により基板を金属被覆する装置であって、
金属塩電解液を入れる液浸槽と、
少なくとも１つの電源に接続される少なくとも１組の電極と、
少なくとも１枚の基板を、当該基板の導電側が露出して１組の電極と対向するよう保持する、導電性の基板ホルダと、
前記液浸槽内でウルトラ／メガソニック波領域を形成するために前記液浸槽の壁に取り付けられる少なくとも１台のウルトラ／メガソニックデバイスと、
累積時間の後に、前記基板ホルダに保持された基板全体にわたって均一なパワー強度分布を得るべく、前記基板ホルダに、ウルトラ／メガソニック音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って基板ホルダを振動させる第１の振動アクチュエータと、
を備える装置。
【請求項２６】
前記ウルトラ／メガソニックデバイスと対向するように配置されることにより、前記基板表面全体にわたって定在波が形成されるのを回避する音響吸収材をさらに備える、
請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
その法線方向が、前記ウルトラ／メガソニック波の伝搬方向に対して何らかの角度で傾斜した状態で設置されることにより、前記基板表面全体にわたって定在波が形成されるのを回避する板をさらに備え、前記角度は０度と４５度との間に設定される、
請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記基板が非音響領域内にある間に、前記基板ホルダを、前記基板ホルダの軸心を中心として１８０度回転させる回転アクチュエータをさらに備える、
請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
電解液により基板を金属被覆する装置であって、
金属塩電解液を入れる液浸槽と、
少なくとも１枚の基板を保持する基板ホルダと、
前記液浸槽内でウルトラ／メガソニック波領域を形成するために前記液浸槽の壁に取り付けられる少なくとも１台のウルトラ／メガソニックデバイスと、
累積時間の後に、前記基板ホルダに保持された基板全体にわたって均一なパワー強度分布を得るべく、前記基板ホルダに、ウルトラ／メガソニック音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って基板ホルダを振動させる第１の振動アクチュエータと、
を備える装置。
【請求項３０】
電解液により基板を金属被覆する装置であって、
金属塩電解液を入れる液浸槽と、
少なくとも１枚の基板を保持する基板ホルダと、
前記液浸槽内でウルトラ／メガソニック定在波領域を形成するために反射板と連結される少なくとも１台のウルトラ／メガソニックデバイスと、
累積時間の後に、前記基板ホルダに保持された基板全体にわたって均一なパワー強度分布を得るべく、前記基板ホルダに、前記ウルトラ／メガソニック定在波領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って基板ホルダを振動させる第１の振動アクチュエータ、
を備える装置。
【請求項３１】
電解液により基板を金属被覆する方法であって、
金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、
少なくとも１枚の基板を、前記基板の導電側と電気的に接触する基板ホルダに配置する工程と、
前記基板に第１バイアス電圧を印加する工程と、
電極に電流を印加する工程と、
ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする工程と、
前記基板ホルダに音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って前記基板ホルダを振動させる工程と、
前記ウルトラ／メガソニックデバイスの表面と前記ウルトラ／メガソニックデバイスに対向する反射板の表面との間の空間の距離を周期的に変動させる工程と、
ウルトラ／メガソニックの印加、前記基板ホルダの振動、および前記空間の距離の周期的変動を停止する工程と、
前記基板に第２バイアス電圧を印加する工程と、
前記金属塩電解質から前記基板を取り出す工程と、
を備える方法。
【請求項３２】
前記第１バイアス電圧は０．１〜１０Ｖであり、
前記電流は０．１〜１００Ａであり、
前記ウルトラ／メガソニックは、２０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの動作周波数および０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２のパワー強度を有し、
前記基板ホルダは、１〜３００ｍｍの振幅および０．００１〜０．５Ｈｚの周波数で振動し、
前記ウルトラ／メガソニックデバイスの表面と前記反射板の表面との間の空間の距離は、１〜１０Ｈｚの周波数で周期的に変動し、振幅は、ウルトラ／メガソニック波の半波長のＮ倍（Ｎは１〜１０の整数）に等しく、
前記第２バイアス電圧は０．１〜５Ｖである、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記金属塩電解液は、以下の金属、すなわち、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｚｎの少なくとも１つの陽イオン型を含む、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記基板に設けられた深いキャビティは、幅０．５〜５０μｍ、深さ５〜５００μｍの寸法を有する、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記電流は、ＤＣモードで印加されるか、または、５ｍｓ〜２ｓのパルス周期でパルスリバースモードで印加される、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記基板は、非音響領域内にある間に１８０度反転する、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板の各点は音響領域全体を通過し、前記基板の各点におけるパワー強度はプロセスを通して均一である、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
２枚の基板が、同時に前記液浸槽内で処理される、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板振動の振幅が次式に相当する、請求項３１に記載の方法。
【数１】
2016515668.tif 000010
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数であり、θは前記液浸槽の側壁に対する前記ウルトラ／メガソニック機器の角度である。
【請求項４０】
周期的に変動する前記空間の距離の周波数は、基板振動の周波数よりも高い、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記基板は、前記音響領域を通過するように上下方向に振動させられながら、前記定在波の伝搬方向に沿って水平方向に振動させられる、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
水平方向の振動の振幅は、ウルトラ／メガソニック波の波長の１／４の整数倍になるよう制御される、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記基板は、前記ウルトラ／メガソニックデバイスおよび前記反射板に対して０〜４５度の範囲の角度θで傾斜した状態で上下に振動し、前記振動の振幅が、次式に相当する、請求項３１に記載の方法。
【数２】
2016515668.tif 000011
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数である。
【請求項４４】
前記基板は、上下に振動しながら、１０〜３００ｒｐｍの範囲の速度で回転する、
請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
電解液により基板を金属被覆する方法であって、
金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、
少なくとも１枚の基板を、前記基板の導電側と電気的に接触する基板ホルダに配置する工程と、
前記基板に第１バイアス電圧を印加する工程と、
電極に電流を印加する工程と、
ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする工程と、
前記基板ホルダに音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って前記基板ホルダを振動させる工程と、
ウルトラ／メガソニックの印加および前記基板ホルダの振動を停止する工程と、
前記基板に第２バイアス電圧を印加する工程と、
前記金属塩電解質から前記基板を取り出す工程と、
を備える方法。
【請求項４６】
前記第１バイアス電圧は０．１〜１０Ｖであり、
前記電流は０．１〜１００Ａであり、
前記ウルトラ／メガソニックは、２０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚの動作周波数および０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２のパワー強度を有し、
前記基板ホルダは、１〜３００ｍｍの振幅および０．００１〜０．５Ｈｚの周波数で振動し、
前記第２バイアス電圧は０．１〜５Ｖである、
請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記基板は、非音響領域内にある間に１８０度反転する、
請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
電解液により基板を金属被覆する方法であって、
金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、
少なくとも１枚の基板を、基板ホルダに配置する工程と、
ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする工程と、
前記基板ホルダに音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って前記基板ホルダを振動させる工程と、
ウルトラ／メガソニックの印加および前記基板ホルダの振動を停止する工程と、
前記金属塩電解質から前記基板を取り出す工程と、
を備える方法。
【請求項４９】
電解液により基板を金属被覆する方法であって、
金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、
少なくとも１枚の基板を、基板ホルダに配置する工程と、
ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする工程と、
前記基板ホルダに音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダの軸心に沿って前記基板ホルダを振動させる工程と、
前記ウルトラ／メガソニックデバイスの表面と反射板の表面との間の空間の距離を周期的に変動させる工程と、
ウルトラ／メガソニックの印加、前記基板ホルダの振動、および前記空間の距離の周期的変動を停止する工程と、
前記金属塩電解質から前記基板を取り出す工程と、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電解溶液により基板を金属被覆する装置および方法に関する。本発明は、特に、少なくとも１つのウルトラ／メガソニックデバイスを金属被覆装置に適用し、基板表面全体に音波を均一に印加するために基板の作動を動的に制御する機構を取り入れて、電解溶液における従来の膜成長速度よりもはるかに速い速度で均一性の高い金属膜堆積を実現することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＬＳＩ（極超大規模集積）回路製造中には、薄い導電層を含む基板上に、電解液環境において、通常銅からなる金属層の形成を行うことにより、導電線が形成される。このようなプロセスを用いることで、電気化学法によってビア、トレンチ、または両方が組み合わされた構造等のキャビティが、基板表面を覆う余剰膜で充填される。次の工程（通常は、過剰な導電金属材料を除去する（ＣＭＰ、すなわち化学機械平坦化等の）平坦化工程）では、生産ラインの最後に装置間の電気的性能を同等にするために、高度な均一性が必要とされるので、最終堆積膜を均一にすることが重要である。
【０００３】
現在、電解溶液による金属被覆は、基板積層体の３次元パッケージにおいて鉛直方向の接続を実現するためのＴＳＶ（シリコン貫通ビア）の充填にも採用されている。ＴＳＶの用途では、ビア開口は、数マイクロメートル以上の直径を有し、ビア深さは、数百マイクロメートルもある。ＴＳＶの寸法は、典型的なデュアルダマシン法の場合よりも数桁大きい。このような高いアスペクト比および基板そのものの厚さに近い深さを有するキャビティを金属被覆することは、ＴＳＶ技術における課題である。典型的なデュアルダマシン法に使用するために設計された金属被覆システムの堆積速度は、通常毎分数千オングストロームであるが、あまりに低速なのでＴＳＶ製造には効率的に利用できない。
【０００４】
深いキャビティにおいて空隙が発生しないように下から上へギャップを充填するためには、電解溶液に多種の有機添加物を添加して、局所的な堆積速度を制御する。堆積の間、これらの有機分は分解して、所望の金属被覆プロセスを変質させ得る副生成物種になることが多い。これら副生成物種は、不純物として堆積膜に取り込まれる場合、空隙形成の中核として作用する可能性があり、装置の信頼性が損なわれ得る。従って、堆積プロセス中は、新しい化学物質を供給するとともにキャビティの中および近傍の分解後の副生成物を除去する化学交換速度が速い必要がある。また、アスペクト比が高いので、キャビティ開口の上端における安定した電解液の流れの下側に位置するキャビティ内部では、渦流が形成される。この渦流と主流との間では対流はほとんど起こらず、新しい化学物質および分解後の副生成物は、主に拡散によって、バルク状態の電解溶液とキャビティの底部との間で移送される。ＴＳＶのような深いキャビティの場合、拡散経路の長さは長めであり、キャビティ内の化学交換をさらに制限することになる。さらに、ＴＳＶ内部の長い経路に沿った、ゆっくりとした拡散プロセスのせいで、経済的な製造のために必要な高い堆積速度が実現できない。物質移動が限定される場合における電気化学法による最大堆積速度は、所定の電解液濃度の場合の拡散二重層の厚さに反比例する限界電流密度に関連している。拡散二重層が薄くなるにつれて、限界電流密度が高くなり、堆積速度が速くなり得る。国際公開第２０１２／１７４７３２号（ＰＣＴ／ＣＮ２０１１／０７６２６２）には、上述の問題を克服するために基板の金属被覆においてウルトラ／メガソニックを用いる装置および方法が開示されている。
【０００５】
１台のウルトラ／メガソニックデバイスが使用されるめっき槽では、ウルトラ／メガソニックデバイスの全長にわたる音波分布が均一ではない。このことは、音響センサおよび他の光音響検査ツールのパワー強度テストによって証明される。音波を基板に印加する場合、基板の各点に対する音響エネルギーの照射量は同じではない。
【０００６】
また、音場のあるめっき槽では、槽壁による伝搬波の吸収と、添加物および副生成物の周辺の回折とによって、波エネルギーの損失が起こる。よって、音響源近傍の領域における音波のパワー強度は、音響源から遠い領域におけるそれとは異なる。２つの平行な面で形成された定在波は、槽内ではエネルギーを維持するので、エネルギー損失が最小限にされる。また、定在波内のノードと非ノードとの間でしかエネルギーの伝達が起こらない。しかしながら、ノードにおける音波のパワー強度と非ノードにおける音波のパワー強度とが異なっているので、プロセス中における基板全体の音響性能が均一でなくなる。加えて、定在波を形成する面同士の間の平行度および距離を調節することが困難であるので、プロセスの間中ずっと定在波を制御することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この方法を用いる場合、音響エネルギー分布の均一性（ひいては、めっき堆積の均一性）を制御する方法が見出されなければならない。また、めっき槽において低いエネルギー損失で音場を制御する方法がさらに必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電解溶液における従来の膜成長速度よりもはるかに速い速度で均一性の高い金属膜堆積を実現するために、金属被覆装置において、定在波を形成する少なくとも１台のウルトラ／メガソニックデバイスおよびこのデバイスに連結される反射板を適用することに関する。本発明では、基板は、基板の位置が、各動作サイクルにおいて様々なパワー強度を有する音場全体を通過するように、動的に制御される。この方法によって、基板の各箇所は、プロセス時間を通して受けるソニックエネルギー照射の総量が等しくなり、急速且つ累積的に成長して均一な堆積厚みになることが確実になる。
【０００９】
本発明のある実施形態に係る、槽においてウルトラ／メガソニックデバイスを用いて電解液により基板を金属被覆する装置が開示される。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液を入れる液浸槽と、個別の電源を有する少なくとも１つの電極と、導電性の基板ホルダと、導電側が電極と対向した状態で基板ホルダによって保持された少なくとも１枚の基板と、ウルトラ／メガソニックデバイスと、を備える。この金属被覆装置は、定在波の形成を回避する。基板ホルダおよび電極は、液浸槽内の様々な音響波パワー強度を有する音響領域を通過するよう動的運動アクチュエータによって振動させられる。この装置によって、一定の累積時間内における基板表面に対するソニックエネルギー照射量が確実に同じになり、堆積膜の均一性が向上する。
【００１０】
本発明のある実施形態に係る、槽において定在波を制御するウルトラ／メガソニックデバイスを用いて電解液により基板を金属被覆する装置が開示される。この装置は、少なくとも１種の金属塩電解液を入れる液浸槽と、個別の電源を有する少なくとも１つの電極と、導電性の基板ホルダと、導電側が電極と対向した状態で基板ホルダによって保持された少なくとも１つの基板と、ウルトラ／メガソニックデバイスと、ウルトラ／メガソニックデバイスに平行に配置され、ウルトラ／メガソニックデバイスとの間の空間内で定在波を形成する反射板と、を備える。基板ホルダおよび電極は、液浸槽内の様々な定在波パワー強度を有する音響領域を通過するよう動的運動アクチュエータによって振動させられる。この装置によって、一定の累積時間内で基板表面に対するソニックエネルギー照射量が確実に同じになり、堆積膜の均一性が向上する。他の実施形態では、定在波の形成を制御するウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離は、液浸槽において定在波の形成をさらに動的に安定させるために、振動アクチュエータによって制御される。
【００１１】
本発明のある実施形態に係る、槽においてウルトラ／メガソニックデバイスを用いて無電解めっき電解液（electroless electrolyte）により基板を金属被覆する装置が開示される。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液を入れる液浸槽と、基板ホルダによって保持された少なくとも１つの基板と、ウルトラ／メガソニックデバイスと、を備える。この装置は、定在波の形成を回避する。基板は、液浸槽内の様々な音響波パワー強度を有する音響領域を通過するよう動的運動アクチュエータによって振動させられる。この装置によって、一定の累積時間内で基板表面に対するソニックエネルギー照射量が確実に同じになり、堆積膜の均一性が向上する。
【００１２】
本発明のある実施形態に係る、槽において定在波を制御するウルトラ／メガソニックデバイスを用いて無電解めっき電解液により基板を金属被覆する装置が開示される。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液を入れる液浸槽と、基板ホルダによって保持された少なくとも１つの基板と、ウルトラ／メガソニックデバイスと、ウルトラ／メガソニックデバイスに平行な反射板と、を備える。基板は、液浸槽内の様々な定在波パワー強度を有する音響領域を通過するよう動的運動アクチュエータによって振動させられる。この装置によって、一定の累積時間内で基板表面に対するソニックエネルギー照射量が確実に同じになり、堆積膜の均一性が向上する。他の実施形態では、定在波の形成を制御するウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離は、液浸槽において定在波の形成をさらに動的に安定させるために、振動アクチュエータによって制御される。
【００１３】
本発明のある実施形態によれば、電解液により基板を金属被覆する方法が提供される。この方法は、金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、少なくとも１つの基板を、前記基板の表面の導電側と電気的に接触する基板ホルダに配置する工程と、前記基板に第１バイアス電圧を印加する工程と、前記基板を前記電解液に接触させる工程と、電極に電流を印加する工程と、基板にウルトラ／メガソニックを印加し、基板ホルダを振動させる工程と、様々な強度を有する音響領域を通過させるために、前記基板ホルダを上下に振動させる工程と、ウルトラ／メガソニックの印加および前記基板ホルダの振動を停止する工程と、前記基板に第２バイアス電圧を印加する工程と、前記金属塩電解液から前記基板を取り出す工程と、を備える。
【００１４】
本発明のある実施形態によれば、電解液により基板を金属被覆する方法が提供される。この方法は、金属塩電解液を液浸槽中に流し入れる工程と、少なくとも１つの基板を、前記基板の表面の導電側と電気的に接触する基板ホルダに配置する工程と、前記基板に第１バイアス電圧を印加する工程と、基板を電解液と接触させる工程と、電極に電流を印加する工程と、基板にウルトラ／メガソニックを印加し、基板ホルダを振動させる工程と、様々な強度を有する音響領域全体を通過させるために、前記基板ホルダを上下に振動させる工程と、その一方で、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離を周期的に変動させる工程と、ウルトラ／メガソニックの印加および前記基板ホルダの振動を停止する工程と、前記基板に第２バイアス電圧を印加する工程と、前記金属塩電解液から前記基板を取り出す工程と、を備える。
【００１５】
本発明のある実施形態によれば、無電解めっき電解液により基板を金属被覆する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、メガソニックデバイスの正面の音響領域におけるパワー強度分布を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、電解溶液により基板を金属化する装置の一例を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、電解溶液により基板を金属化する装置の一例を示す。
【図３】図３は、電解溶液により基板を金属化する装置の他の例および装置内の溶液分散板を示す。
【図４】図４は、電解溶液により基板を金属化する装置のさらに他の例を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、装置の例におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間に沿ったパワー強度分布を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、装置の例におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間に沿ったパワー強度分布を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、装置の例におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間内の固定点のパワー強度を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、電解溶液により基板を金属化する装置の一例を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、電解溶液により基板を金属化する装置の一例を示す。
【図７】図７は、電解溶液により基板を金属化する装置の他の例を示す。
【図８】図８は、電解溶液により基板を金属化する装置のさらに他の例を示す。
【図９】図９は、電解溶液により基板を金属化する装置のまたさらに他の例を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離が変動するにつれてウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間のパワー強度が変動することを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離が変動するにつれてウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間のパワー強度が変動することを示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、Ｚ軸に沿った基板の動きと、Ｘ’方向に沿った反射板の動きとを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、Ｚ軸に沿った基板の動きと、Ｘ’方向に沿った反射板の動きとを示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、電解溶液により基板を金属化する装置の他の例を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、電解溶液により基板を金属化する装置の他の例を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、電解溶液により基板を金属化する装置の他の例を示す。
【図１３】図１３は、電解溶液により基板を金属化する装置のさらに他の例を示す。
【図１４】図１４は、電解溶液により基板を金属化する装置における反射板の一例を示す。
【図１５】図１５は、電解溶液により基板を金属化する装置のまたさらに他の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態では、ウルトラ／メガソニックデバイスが利用され、本発明に適用され得るウルトラ／メガソニックデバイスの例は、米国特許第６，３９１，１６６号明細書および国際公開第２００９／０５５９９２号に記載されている。
【００１８】
図１は、棒状のメガソニックデバイスの正面の領域におけるパワー強度分布を示す。この図は、ハイドロフォンセンサによって得られ、暗い領域は、高いパワー強度を示し、明るい領域は、低いパワー強度を示す。メガソニックデバイスの中心から端部までのパワー強度分布は均一ではなく、パワー強度がより高い複数の暗色帯が存在する。また、メガソニックデバイス表面に対して垂直なＤ軸からのパワー強度分布も均一ではなく、メガソニックデバイスに近い領域ではパワー強度が高く、メガソニックデバイスから遠い領域ではパワー強度が低い。
【００１９】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の一実施形態に係る、ウルトラ／メガソニックを用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液２０２０を含む液浸槽２０２１と、電源２０２４ａおよび２０２４ｂにそれぞれ接続される１組または２組の電極２００２ａおよび２００２ｂと、１枚または２枚の基板２００１ａおよび２００１ｂを、当該基板の導電側が露出して電極２００２ａおよび２００２ｂと対向するよう保持する導電性基板ホルダ２００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス２００４と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ２００３並びに電極２００２ａおよび２００２ｂを動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータと、を備える。この装置は、液浸槽２０２１内で、２枚の基板２００１ａおよび２００１ｂを同時に処理するよう、または、これらの基板のうち一方のみを処理するよう設計可能である。金属塩電解液２０２０は、液浸槽２０２１の底面から液浸槽２０２１の最上部まで流れる。液浸槽２０２１には、金属塩電解液２０２０が循環するための少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口が設けられる。ウルトラ／メガソニックデバイス２００４は、液浸槽２０２１の側壁に取り付けられ、このデバイスの表面は、金属塩電解液２０２０に浸漬されている。ウルトラ／メガソニックデバイス２００４には、２０ＫＨｚから１０ＭＨｚまでの周波数および０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２のパワー強度を有する音波を発生させるためのウルトラ／メガソニック発生器が接続される。ウルトラ／メガソニックデバイス２００４は、少なくとも１つの圧電性結晶からなる。音場は、ゾーンＢと呼ばれる、ウルトラ／メガソニックデバイス２００４の正面の空間内に形成される。前述の空間の外のゾーンＡおよびゾーンＣは、非ウルトラ／メガソニック領域である。吸音面２０４０は、定在波形成を回避するために、ウルトラ／メガソニックデバイス２００４と対向している。独立した電源２０２４ａおよび２０２４ｂは、電極２００２ａおよび２００２ｂの各々に接続され、電圧制御モードまたは電流制御モードで、予めプログラムされた波形で作動するとともに、所望の時間にこれら２つのモードを切り換える。印加される電流は、直流（ＤＣ）モード、または、パルス周期５ミリ秒〜２秒のパルスリバースモードで操作可能である。電極２００２ａおよび２００２ｂの各組は、一体的に、または、部品毎に独立した電源のある複数の部品で形成され得る。１層または複数層を有する透過性膜２０１１ａおよび２０１１ｂが、電極２００２ａおよび２００２ｂと、基板ホルダ２００３との間に設けられる。この基板ホルダ２００３は、基板２００１ａおよび２００１ｂを液浸槽２０２１に装着したり取り外したりするための上下動アクチュエータ２０１２に接続される。アクチュエータ２０１２並びに電極２００２ａおよび２００２ｂは、振幅が１〜３００ｍｍ、且つ周波数が０．００１〜０．５Ｈｚの第１の振動アクチュエータ２０１３に接続される。この第１の振動アクチュエータ２０１３は、音波伝搬方向に垂直なＺ軸に沿って、電極２００２ａおよび２００２ｂ並びに基板２００１ａおよび２００１ｂを上下に振動させる。この第１の振動アクチュエータ２０１３は、基板２００１ａおよび２００１ｂを振動させることにより、当該両基板の各点が、確実に、様々なパワー強度を有するゾーンＢと呼ばれる音場全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻る。この場合、基板２００１ａおよび２００１ｂの各点に対するソニックエネルギー照射量は、プロセスを通して均一である。ウルトラ／メガソニックデバイスを用いて電解溶液により金属被覆する装置の例は、米国特許第６，３９１，１６６号および国際公開第２００９／０５５９９２号に記載されている。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態に係る、ウルトラ／メガソニックを用いて電解液により基板を金属被覆する装置の他の例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液３０２０を含む液浸槽３０２１と、対応する電源に接続される少なくとも１組の電極と、少なくとも１枚の基板３００１を、当該基板の導電側が露出して上記電極と対向するよう保持する導電性基板ホルダ３００３と、ゾーンＢにおいて音場を形成するウルトラ／メガソニックデバイス３００４と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ３００３および電極を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータと、を備える。吸音面３０４０は、定在波形成を回避するために、ウルトラ／メガソニックデバイス３００４と対向している。基板ホルダ３００３には第２アクチュエータと呼ばれる回転アクチュエータ３０１７が接続されている。回転アクチュエータ３０１７は、第１の振動アクチュエータにより非音響ゾーンＡおよびＣに向けて振動している基板ホルダ３００３を、当該基板ホルダ３００３の軸心を中心に１８０度反転させる。これにより、基板３００１が音響ゾーンＢを通過するときに、基板３００１全体にわたって音波分布がさらに均一になる。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニックを用いて電解液により基板を金属被覆する装置の他の例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液４０２０を含む液浸槽４０２１と、対応する電源に接続される少なくとも１組の電極と、少なくとも１枚の基板４００１を、当該基板の導電側が露出して上記電極と対向するよう保持する導電性基板ホルダ４００３と、ゾーンＢにおいて音場を形成するウルトラ／メガソニックデバイス４００４と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ４００３および電極を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータと、を備える。液浸槽４０２１におけるウルトラ／メガソニックデバイス４００４と対向する他方の側面に対する角度がα（０＜α＜４５）である傾斜面４０４０は、液浸槽４０２１から第１の音波を反射するために用いられて、定在波形成を回避する。
【００２２】
図５Ａは、基板５００１が、めっき槽内で、定在波が基板表面全体にある状態で処理されている状態を示す。定在波は、ウルトラ／メガソニックデバイス５００４と、それと平行な反射板５００５との間の空間に伝搬する音波として、伝搬する音波がその反射波と干渉することによって形成され、その際、この空間の距離は、以下の数式に相当する。
【００２３】
【数１】
2016515668.tif 000003
【００２４】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数であり、この空間内には、強度が最も高い定在波が形成される。この空間の距離が半波長の複数倍に近い条件の下では、定在波も形成されるが、この定在波はさほど強くない。この定在波は、この波の方向に沿って均一性が高い状態でこの空間内にエネルギーを維持する。電解液内で音波の伝搬によって損失されたエネルギーは最小限に抑えられる。この場合、音響源に近い領域から音響源から遠い領域までの音響パワー強度分布の均一性が向上されるとともに、音響発生器の効率も同様に向上される。
【００２５】
しかしながら、定在波の１波長の範囲内のエネルギー分布は、エネルギーが定在波のノードとアンチノードとの間で移動するので、均一ではない。図５Ｂは、累積時間において、基板５００１の表面全体にわたって波パワー強度が均一になるように、ノードからアンチノードまでの波長の１／４の距離の範囲内で振動する基板５００１を示す。さらに、基板５００１の各点に対するウルトラ／メガソニック波のソニックエネルギーの合計照射量を同じに保つために、基板５００１の振動距離は、以下の数式に相当する。
【００２６】
【数２】
2016515668.tif 000004
【００２７】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数であり、累積めっき時間中、基板５００１の表面全体にわたる各点が得る動作音響波の合計パワー強度は等しい。均一なウルトラ／メガソニック波が基板５００１全体にわたって低いエネルギー損失で作用するので、めっき膜のめっき速度が速くなるとともに、その均一性が実現できる。
【００２８】
図５Ｃは、装置の一例における、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間に沿ったパワー強度分布を示す。この結果は音響センサによって得られ、この測定は、メガソニック源を有するめっき槽内で行われる。これによって、パワー強度が、めっき槽内におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離に沿って周期的に変動していることが分かる。ノード間の距離は、メガソニック源の半波長であり、ノードからアンチノードまでの距離は、メガソニック源の波長の１／４である。
【００２９】
図６Ａ〜６Ｂは、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液６０２０を含む液浸槽６０２１と、対応する電源６０２４ａおよび６０２４ｂに接続される２組の電極６００２ａおよび６００２ｂと、基板６００１ａおよび６００１ｂを、当該基板の導電側が露出して電極６００２ａおよび６００２ｂと対向するよう保持する導電性基板ホルダ６００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス６００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス６００４と平行な連結反射板６００５と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ６００３並びに電極６００２ａおよび６００２ｂを動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータ６０１３と、を備える。この装置は、液浸槽６０２１内で、２つの基板６００１ａおよび６００１ｂを同時に処理するよう、または、これらの基板のうち一方のみを処理するよう設計可能である。金属塩電解液６０２０は、液浸槽６０２１の底面から液浸槽６０２１の最上部まで流れる。液浸槽６０２１には、金属塩電解液６０２０が循環するための少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口が設けられる。基板ホルダ６００３は、基板６００１ａおよび６００１ｂを液浸槽６０２１に装着したり取り外したりするための上下動アクチュエータ６０１２に接続される。アクチュエータ６０１２並びに電極６００２ａおよび６００２ｂは、振幅が１〜３００ｍｍ且つ周波数が０．００１〜０．５Ｈｚの第１の振動アクチュエータ６０１３に接続される。この第１の振動アクチュエータ６０１３は、プロセスの間、液浸槽６０２１の底面に垂直なＺ軸に沿って、電極６００２ａおよび６００２ｂ並びに基板６００１ａおよび６００１ｂを振動させる。この第１の振動アクチュエータ６０１３は、基板６００１ａおよび６００１ｂを振動させることにより、当該両基板の各点が、確実に、様々なパワー強度を有するゾーンＢと呼ばれる音場全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻る。この場合、基板６００１ａおよび６００１ｂの各点が受ける音響パワー強度は、プロセスを通して均一である。ウルトラ／メガソニックデバイス６００４、および、ウルトラ／メガソニックデバイス６００４と平行な連結反射板６００５は、基板ホルダ６００３の振動方向に対して小さい角度θ（０＜θ＜４５）を成すように、液浸槽６０２１における対向する側壁に設けられる。ウルトラ／メガソニックデバイス６００４およびその反射板６００５の表面は、金属塩電解液６０２０に浸漬されるとともに、ウルトラ／メガソニックデバイス６００４およびその反射板６００５の平行な面同士の間の空間において定在波が形成される。定在波の伝搬方向は、基板６００１ａおよび６００１ｂの面と平行である。定在波もまた、基板ホルダ６００３の振動方向に対して垂直な方向から前記角度θで傾斜している。基板６００１の振動距離における、音響波方向に沿った横方向成分ΔＸ’が波長の１／４の整数倍である場合、基板６００１表面の各点は、振���の間ノードおよびアンチノードを通過し、振動の各サイクルにおいてウルトラ／メガソニック波の合計ソニックエネルギー照射量が同じになる。この場合、振動の振幅ΔＺは、以下の数式に相当するはずである。
【００３０】
【数３】
2016515668.tif 000005
【００３１】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数である。反射板６００５は、単一層または複数層からなり、損失する音響エネルギーを最小限に抑えるために、反射板６００５の層同士の間に空間が設けられてもよい。反射板６００５の表面をウルトラ／メガソニックデバイス６００４の表面と平行に維持するために、調整部品を用いて反射板６００５の位置を固定する。
【００３２】
この装置の他の実施形態では、この装置は、基板がゾーンＡまたはゾーンＣのような非音響領域にある間に基板ホルダの軸心を中心にして１８０度基板ホルダを回転させるための、第２アクチュエータと呼ばれる回転アクチュエータをさらに備える。
【００３３】
図７は、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液７０２０を含む液浸槽７０２１と、対応する電源に接続される少なくとも１組の電極と、少なくとも１枚の基板７００１を、当該基板の導電側が露出して上記電極と対向するよう保持する導電性基板ホルダ７００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス７００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス７００４と平行な反射板７００５と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ７００３および電極を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータ７０１３と、を備える。ウルトラ／メガソニックデバイス７００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス７００４と平行な反射板７００５とは、液浸槽７０２１の底面に対して垂直な、この槽における対向する側壁に取り付けられる。ウルトラ／メガソニックデバイス７００４およびその反射板７００５の表面は、金属塩電解液７０２０に浸漬され、ウルトラ／メガソニックデバイス７００４およびその反射板７００５の平行な面同士の間の空間において定在波が形成される。基板ホルダ７００３は、第１振動アクチュエータ７０１３に接続され、この第１振動アクチュエータ７０１３によって１〜３００ｍｍの振幅および０．００１〜０．５Ｈｚの周波数で振動させられる。基板ホルダ７００３は、定在波伝搬方向に対して垂直なＺ軸から小さい角度θ（０＜θ＜４５）で傾斜しているＺ’方向に沿って周期的に上下動するように基板７００１を保持する。基板７００１の振動距離における、定在波方向に沿った横方向成分ΔＸ’が波長の１／４の整数倍である場合、基板７００１表面の各点は、振動の間ノードおよびアンチノードを通過し、振動の各サイクルにおいてウルトラ／メガソニック波の合計パワー強度が同じになる。この場合、振動の振幅ΔＺ’は、以下の数式に相当するはずである。
【００３４】
【数４】
2016515668.tif 000006
【００３５】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数である。その一方で、Ｚ軸に沿った振動の横方向成分ΔＺによって、基板７００１の各点が、確実に、様々なパワー強度を有する音場であるゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻る。この場合、基板７００１の各点のパワー強度は、プロセスを通して均一である。
【００３６】
図８は、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液８０２０を含む液浸槽８０２１と、対応する電源に接続される少なくとも１組の電極と、少なくとも１枚の基板８００１を、当該基板の導電側が露出して上記電極と対向するよう保持する導電性基板ホルダ８００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス８００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス８００４と平行な反射板８００５と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ８００３および電極を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータ８０１３と、を備える。ウルトラ／メガソニックデバイス８００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス８００４と平行な反射板８００５とは、液浸槽８０２１における対向する側壁に取り付けられ、液浸槽８０２１の底面に対して垂直である。ウルトラ／メガソニックデバイス８００４およびその反射板８００５の表面は、電解液８０２０に浸漬され、ウルトラ／メガソニックデバイス８００４およびその反射板８００５の平行な面同士の間の空間において定在波が形成される。基板ホルダ８００３は、第１振動アクチュエータ８０１３に接続され、基板ホルダ８００３および電極は、この第１振動アクチュエータ８０１３によってＺ軸に沿って１〜３００ｍｍの振幅および０．００１〜０．５Ｈｚの周波数で振動させられる。第１振動アクチュエータ８０１３がＺ軸に沿って振動すると同時にＸ軸に沿って基板ホルダ８００３を振動させるために、第３アクチュエータと呼ばれる他の振動アクチュエータ８０１５が第１振動アクチュエータ８０１３に接続される。これら２つの振動アクチュエータは、音波伝搬方向に沿って周期的に前後に動きながら、音波伝搬方向に対して垂直方向に周期的に上下動するように、基板ホルダ８００３を振動させるが、この際、音波伝搬方向に沿った振動の周波数は、音波伝搬方向に対して垂直方向の周波数よりも高い。基板８００１が、ウルトラ／メガソニック波の波長の１／４の整数倍の振幅でＸ軸に沿って振動アクチュエータ８０１５によって振動させられる場合、基板８００１表面の各点は、振動の間ノードおよびアンチノードを通過し、Ｘ軸に沿った振動の各サイクルにおいてウルトラ／メガソニック波の合計パワー強度が同じになる。
【００３７】
図９は、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液９０２０を含む液浸槽９０２１と、対応する電源９０２４に接続される少なくとも１つの電極９００２と、少なくとも１枚の基板９００１を、当該基板の導電側が露出して上記電極と対向するよう保持する導電性基板ホルダ９００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス９００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス９００４と平行な反射板９００５と、様々なパワー強度を有するウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ９００３を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータ９０１３と、を備える。金属塩電解液９０２０は、液浸槽９０２１の底面から液浸槽９０２１の最上部まで流れる。液浸槽９０２１には、金属塩電解液９０２０が循環するための少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口が設けられる。ウルトラ／メガソニックデバイス９００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス９００４と平行な反射板９００５とは、液浸槽９０２１における対向する側壁に取り付けられる。ウルトラ／メガソニックデバイス９００４およびその反射板９００５の表面は、金属塩電解液９０２０に浸漬され、ウルトラ／メガソニックデバイス９００４およびその反射板９００５の平行な面同士の間の空間において定在波が形成される。基板ホルダ９００３には回転部品９０３６が接続されており、その回転数は１０〜３００ｒｐｍの範囲にある。液浸槽９０２１の外壁に配置された第４アクチュエータと呼ばれる回転アクチュエータ９０３３は、磁気結合機構によって回転部品９０３６を駆動させる力を供給する。接続部品９０３０を用いて、良好なシール状態で第１振動アクチュエータ９０１３と回転部品９０３６とが接続される。基板ホルダ９００３は、回転部品９０３６によって回転させられながら、１〜３００ｍｍの範囲の振幅でＺ軸に沿って第１振動アクチュエータ９０１３によって振動させられる。この場合、基板９００１の各点が受ける音響パワー強度は、プロセスを通して均一である。接続部品９０３０もまた、端子９０３４を通して、回転中の基板９００１に電気を伝導する。ガスライン９０３８は、ガスを接続部品９０３０内に供給して内部の正圧を維持し、電解液９０２０が浸入しないようにする。
【００３８】
図１０Ａは、装置の一例におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動に伴う、その空間内のパワー強度分布図を示す。ウルトラ／メガソニックデバイスとその反射板との間の空間のパワー強度分布図は、音響試験機によって測定され、暗い領域は低いパワー強度を示し、明るい領域は高いパワー強度を示す。パワー強度分布図におけるＺ軸に沿った交互に現れる暗い線および明るい線は、定在波の形成を示し、最も暗い線にはノードがあり、最も明るい線にはアンチノードがある。パワー強度分布図におけるＤ軸に沿った暗色帯は、メガソニックデバイスの全長にわたってパワー強度分布が均一ではないことを示す。ウルトラ／メガソニックデバイスとその反射板との間の空間の距離は、ｄで示されている。ｄ１からｄ２まで距離ｄを変えるために（ｄ１≠ｄ２）、パワー強度図は、最も明るいものから最も暗いものに変わる。本明細書においては、ｄ２−ｄ１は、メガソニック波の波長の１／４である。このことは、液浸槽における定在波の形成が、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動に伴い変動することを示す。図１０Ｂは、装置の一例におけるウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動に伴う、その空間内の固定点のパワー強度を示す。この結果は、音響センサによって得られ、ｄｎからｄｍまでこの空間の距離を短くしながら、メガソニック源を用いて液浸槽内で測定が行われる。この図は、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動に伴ってパワー強度が周期的に変動することを示す。この空間の距離が波長の整数倍である場合の定在波形成の条件を液浸槽が満たすときに、パワー強度が最大となり、エネルギーが最小のエネルギー損失でこの空間内で維持される。
【００３９】
図１１Ａおよび１１Ｂは、めっきプロセスの間の基板および反射板の動的運動を示す。ウルトラ／メガソニックデバイスとその反射板との間の空間のパワー強度分布図は、音響試験機によって測定され、暗い領域は低いパワー強度を示し、明るい領域は高いパワー強度を示す。パワー強度分布図におけるＺ軸に沿った交互に現れる暗い線および明るい線は、定在波の形成を示し、最も暗い線にはノードがあり、最も明るい線にはアンチノードがある。パワー強度分布図におけるＸ’軸に沿った暗色帯は、メガソニックデバイスの全長にわたってパワー強度分布が均一ではないことを示す。以下の数式の振幅でＺ軸に沿って基板を振動させる場合を考える。
【００４０】
【数５】
2016515668.tif 000007
【００４１】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長であり、Ｎは整数であるが、Ｚ軸から角度θ（０＜θ＜４５）傾斜するＺ’軸に沿った横方向成分の動きによって、基板の各点が上記の帯を通過するようになり、Ｘ軸から角度θ（０＜θ＜４５）傾斜するＸ’軸に沿った横方向成分の動きによって、基板の各点が各振動サイクルにおける定在波のノードおよびアンチノードを通過するようになる。その一方で、各振動サイクルにおける空間内の合計パワー強度が確実に同じになるように、反射板は、半波長の整数倍の振幅でＸ’軸に沿って振動する。本明細書では、反射板の振動速度は、基板の振動速度よりも速い。これは、最善の定在波条件を満たすための反射板の平行度の調整に伴う困難性を解消する方法の１つである。また、これにより、液浸槽の状態が時間によって不安定である場合に、液浸槽の音場が各振動時間の間に安定化する。
【００４２】
図１２Ａ〜１２Ｃは、本発明の一実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液１２０２０を含む液浸槽１２０２１と、対応する電源１２０２４ａおよび１２０２４ｂに接続される２組の電極１２００２ａおよび１２００２ｂと、２枚の基板１２００１ａおよび１２００１ｂを、当該基板の導電側が露出して電極１２００２ａおよび１２００２ｂと対向するよう保持する導電性基板ホルダ１２００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス１２００４と、ウルトラ／メガソニックデバイス１２００４と平行な連結反射板１２００５と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通るように、基板ホルダ１２００３を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる上下方向振動アクチュエータ１２０１３と、反射板１２００５に接続される振動アクチュエータ１２００６と、を備える。振動アクチュエータ１２００６は、柔軟にシールできるように蛇腹部品１２００７を介して反射板１２００５にその背面から取り付けられ、ウルトラ／メガソニックデバイス１２００４と反射板１２００５との間の空間の距離を変動させるために、音波伝搬方向であるＸ’軸に沿って反射板１２００５を前後に振動させる。１〜１０Ｈｚの動作周波数およびウルトラ／メガソニック波の半波長のＮ倍に相当する振幅を有する。Ｎは１〜１０の整数である。振動アクチュエータ１２００６は、第１振動アクチュエータ１２０１３が基板１２００１ａおよび１２００１ｂを動かしている間に作動する。振動アクチュエータ１２００６は、これら基板が様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻るように動かす。本明細書では、振動アクチュエータ１２００６の振動速度は、第１振動アクチュエータ１２０１３の振動速度よりも速い。
【００４３】
図１３は、本発明の一実施形態に係る、ウルトラ／メガソニック（特に定在波）を用いて電解液により基板を金属被覆する装置の例を示す。振動アクチュエータ１３００６は、柔軟にシールできるように蛇腹部品１３００７を介してウルトラ／メガソニックデバイス１３００４にその背面から取り付けられ、ウルトラ／メガソニックデバイス１３００４と反射板１３００５との間の空間の距離を変動させるために、音波伝搬方向である装置の軸心に沿ってウルトラ／メガソニックデバイス１３００４を前後に振動させる。振動アクチュエータ１３００６は、１〜１０Ｈｚの動作周波数およびウルトラ／メガソニック波の半波長のＮ倍に相当する振幅を有する。Ｎは１〜１０の整数である。
【００４４】
図１４は、本発明の一実施形態に係る装置の反射板の一例を示す。反射板１４００５は、単層または複数層の中実板１４０５０および１４０５２で構成される。反射板１４００５の反射速度を上げ且つ音響エネルギーの損失を最小限にするために、中実板１４０５０および１４０５２の間に空隙１４０５１が設けられる。空隙１４０５１に電解液が漏れるのを防止するために、中実板１４０５０および１４０５２の間にシールリング１４０５３が設けられる。ある実施形態では、反射板１４００５の中実板１４０５０は、ウルトラ／メガソニック波の半波長のｎ倍の厚みを有する薄い石英材料からなる。ｎは、１〜１００までの整数である。
【００４５】
図１５は、本発明の実施形態に係る、ウルトラ／メガソニックを用いて電解液により基板を金属被覆する装置の一例を示す。この装置は、少なくとも１種類の金属塩電解液１５０２０を含む液浸槽１５０２１と、２枚の基板１５００１ａおよび１５００１ｂを、当該基板のめっきされた面が電解液１５０２０に対して露出した状態で保持する基板ホルダ１５００３と、ウルトラ／メガソニックデバイス１５００４と、ウルトラ／メガソニック領域および非ウルトラ／メガソニック領域を通過するように、基板ホルダ１５００３を動かすための、第１アクチュエータと呼ばれる振動アクチュエータ１５０１３と、を備える。基板ホルダ１５００３は、液浸槽１５０２１内で同時に処理される複数の基板を配列するのに利用できる。第１の振動アクチュエータ１５０１３は、プロセス中、液浸槽１５０２１の底面に対して垂直なＺ軸に沿って基板ホルダ１５００３を振動させる。このアクチュエータは、累積時間において基板ホルダ１５００３によって保持された基板全体にわたってパワー強度分布が均一になるように、基板の各点が様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を確実に通過するよう基板を振動させる。基板１５００１ａおよび１５００１ｂが、非音響ゾーンであるゾーンＡおよびＢまで振動させられると、これらの基板は、基板表面中のソニックエネルギーをさらに均一にするために１８０度回転させられる。
【００４６】
無電解めっき電解液（electroless electrolyte）により基板を金属被覆する装置の他の実施形態では、反射板は、液浸槽内で定在波を発生させるために、ウルトラ／メガソニックデバイス１５００４と平行に配置される。この装置は、金属塩電解液を入れる液浸槽と、反射板と連結される少なくとも１つのウルトラ／メガソニックデバイスと、累積時間において、基板全体にわたってパワー強度分布が均一になるように、様々なウルトラ／メガソニックパワー強度を有する定在波領域全体にわたって基板ホルダをその軸心に沿って振動させる第１の振動アクチュエータと、を備える。ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離は、定在波形成および分布のために制御される。
【００４７】
ウルトラ／メガソニックデバイスを有する金属被覆装置に適用される一方法は、以下のように設定できる。
【００４８】
プロセスの順序
工程１：装置内に金属塩電解液を導入する。ここでは、金属塩電解液は、以下の金属、すなわち、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｚｎのうち少なくとも１つの陽イオン型を含む。
【００４９】
工程２：１枚の基板を基板ホルダの片側に配置する。または、２つの基板を基板ホルダの両側に配置する。基板の導電側は電極と対向するように露出される。基板ホルダは導電性である。
【００５０】
工程３：１０Ｖまでの低バイアス電圧を基板に印加する。
【００５１】
工程４：基板を電解液中に浸漬する。基板の導電側は、電解液と完全に接触する。
【００５２】
工程５：電流を各電極に印加する。電極に接続された電源は、所望の時間に電圧モードから電流モードに切り替わる。
【００５３】
工程６：電極に対して０．１〜１００Ａの定電流を加えながら、ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする。ウルトラ／メガソニックデバイスのパワー強度は、０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲にあり、ウルトラ／メガソニックデバイスの周波数は、２０ＫＨｚから１０ＭＨｚの間に設定される。他の実施形態では、印加する電流は、５ミリ秒から２秒までのパルス周期のパルスリバースモードで操作可能である。
【００５４】
工程７：様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻るよう基板を振動させる。基板ホルダの振動の振幅範囲は、１〜３００ｍｍであり、その周波数は、０．００１〜０．５Ｈｚである。
【００５５】
工程８：ウルトラ／メガソニックデバイスをオフにし、基板ホルダの振動を停止する。
【００５６】
工程９：電源を０．１〜０．５Ｖの低バイアス電圧モードに切り替え、電圧を基板に印加する。
【００５７】
工程１０：基板を電解液から取り出す。
【００５８】
工程１１：電源を停止し、基板表面上の電解液の残液を落とす。
【００５９】
上述の方法は、幅０．５〜５０μｍ、深さ５〜５００μｍを有する、基板の深いキャビティ内での金属被覆に適用される。
【００６０】
他の実施形態では、基板は、工程７においてゾーンＡおよびＣまで振動しながら、１８０度反転する。
【００６１】
ウルトラ／メガソニックデバイスを有する金属被覆装置に適用される他の方法は、以下のように設定できる。
【００６２】
プロセスの順序
工程１：装置内に金属塩電解液を導入する。ここで、金属塩電解液は、以下の金属、すなわち、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｚｎのうち少なくとも１つの陽イオン型を含む。
【００６３】
工程２：１枚の基板を、電解液に露出される対象の基板の導電層への導電経路を有する基板ホルダの片側に配置するか、２枚の基板を基板ホルダの両側に配置するかのいずれかを行う。基板ホルダは導電性である。
【００６４】
工程３：１０Ｖまでの低バイアス電圧を基板に印加する。
【００６５】
工程４：基板を電解液中に浸漬する。基板の正面は、電解液と完全に接触する。
【００６６】
工程５：電流を各電極に印加する。電極に接続された電源は、所望の時間に電圧モードから電流モードに切り替わる。
【００６７】
工程６：電極に対する定電流を０．１〜１００Ａの電流範囲内に維持し、ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする。ウルトラ／メガソニックデバイスのパワー強度は、０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲にあり、ウルトラ／メガソニックデバイスの周波数は、２０ＫＨｚから１０ＭＨｚの間に設定される。他の実施形態では、印加する電流は、５ミリ秒から２秒までのパルス周期のパルスリバースモードで操作可能である。
【００６８】
工程７：様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻るよう基板を振動させる。基板ホルダの振動の振幅範囲は、１〜３００ｍｍであり、その周波数は、０．００１〜０．５Ｈｚである。その一方で、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離を周期的に変動させる。ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動長さは、Ｎ×λ／２（式中、λがウルトラ／メガソニック波の波長、Ｎは１から１０までの整数）に相当し、変動する周波数は、１〜１０Ｈｚの範囲にある。
【００６９】
工程８：ウルトラ／メガソニックデバイスと、基板ホルダの振動と、空間の距離の周期的変動と、をオフにする。
【００７０】
工程９：電源を０．１〜０．５Ｖの低バイアス電圧モードに切り替え、電圧を基板に印加する。
【００７１】
工程１０：基板を電解液から取り出す。
【００７２】
工程１１：電源を停止し、基板表面上の電解液の残液を落とす。
【００７３】
上述の方法は、幅０．５〜５０μｍ、深さ５〜５００μｍを有する、基板の深いキャビティ内での金属被覆に適用される。
【００７４】
工程７の他の実施形態では、基板の上下の振動の振幅は次式に相当する。
【００７５】
【数６】
2016515668.tif 000008
【００７６】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長、Nは整数、θは槽の側壁に対するウルトラ／メガソニック機器の角度である。
【００７７】
工程７では、周期的に変動する空間の距離の周波数は、基板振動の周波数よりも高い。振動する基板の動きおよび周期的に変動する空間の距離によれば、基板の各点は、基板に対するソニックエネルギー照射量が、プロセスを通して均一になるように、ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間内で様々なパワー強度の領域を通過する。
【００７８】
他の実施形態では、基板は、工程７において様々なパワー強度を有する音響領域を通過するよう上下方向に振動しながら、音波伝搬方向に沿って水平方向に振動させられる。振幅は、ウルトラ／メガソニック波の波長の１／４の整数倍に制御される。
【００７９】
他の実施形態では、基板は、工程７において振動しながら１８０度反転する。
【００８０】
他の実施形態では、基板は、工程７において、ウルトラ／メガソニックデバイスおよびその反射板に対して０〜４５の範囲の角度θで傾斜した状態で上下に振動する。振幅は、次式に相当する。
【００８１】
【数７】
2016515668.tif 000009
【００８２】
式中、λはウルトラ／メガソニック波の波長、Nは整数である。
【００８３】
他の実施形態では、基板は、工程７において上下に振動しながら、１０〜３００ｒｐｍの範囲の速度で回転する。
【００８４】
ウルトラ／メガソニックデバイスを有する、特に、無電解めっき電解液により基板を金属被覆する装置に適用される他の方法は、以下のように設定できる。
【００８５】
プロセスの順序
工程１：装置内に金属塩電解液を流し入れる。ここで、この金属は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｚｎからなる金属群から選択される。
【００８６】
工程２：少なくとも１枚の基板を基板ホルダに配置する。
【００８７】
工程３：ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする。ウルトラ／メガソニックデバイスのパワー強度は、０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲にあり、ウルトラ／メガソニックデバイスの周波数は、２０ＫＨｚから１０ＭＨｚの間に設定される。
【００８８】
工程４：様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻るよう基板を振動させる。基板ホルダの振動の振幅範囲は、１〜３００ｍｍであり、その周波数は、０．００１〜０．５Ｈｚである。
【００８９】
工程５：ウルトラ／メガソニックの印加を停止し、基板ホルダの振動を停止する。
【００９０】
工程６：基板を金属塩電解液から取り出す。
【００９１】
ウルトラ／メガソニックデバイスを有する、特に、無電解めっき電解液により基板を金属被覆する装置に適用される他の方法は、以下のように設定できる。
【００９２】
プロセスの順序
工程１：装置内に金属塩電解液を流し入れる。ここで、この金属は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ｚｎからなる金属群から選択される。
【００９３】
工程２：少なくとも１つの基板を基板ホルダに配置する。
【００９４】
工程３：ウルトラ／メガソニックデバイスをオンにする。ウルトラ／メガソニックデバイスのパワー強度は、０．０１〜３Ｗ／ｃｍ２の範囲にあり、ウルトラ／メガソニックデバイスの周波数は、２０ＫＨｚから１０ＭＨｚの間に設定される。
【００９５】
工程４：様々なパワー強度を有する音響ゾーンＢ全体を通過し、ゾーンＢからゾーンＡへの移動後ゾーンＢに戻り、ゾーンＢからゾーンＣへの移動後ゾーンＢに戻るよう基板ホルダを振動させる。基板ホルダの振動の振幅範囲は、１〜３００ｍｍであり、その周波数は、０．００１〜０．５Ｈｚである。その一方で、ウルトラ／メガソニックデバイスおよび反射板の表面間の空間の距離を周期的に変動させる。ウルトラ／メガソニックデバイスと反射板との間の空間の距離の変動長さは、Ｎ×λ／２（式中、λがウルトラ／メガソニック波の波長、Ｎは１から１０までの整数）に相当し、変動する周波数は、１〜１０Ｈｚの範囲にある。
【００９６】
工程５：ウルトラ／メガソニックの印加を停止し、基板ホルダの振動および空間の距離の周期的変動を停止する。
【００９７】
工程６：基板を金属塩電解液から取り出す。
【００９８】
本発明を、特定の実施形態、実施例、および用途について説明してきたが、本発明を逸脱しない範囲において、種々の改良および変更が可能であることが当業者には明らかであろう。
【図１】
2016515668.tif 000012
【図２Ａ】
2016515668.tif 000013
【図２Ｂ】
2016515668.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2016515668.tif 000018
【図５Ｃ】
2016515668.tif 000019
【図６Ａ】
2016515668.tif 000020
【図６Ｂ】
2016515668.tif 000021
【図７】
2016515668.tif 000022
【図８】
2016515668.tif 000023
【図９】
2016515668.tif 000024
【図１０Ａ】
2016515668.tif 000025
【図１０Ｂ】
2016515668.tif 000026
【図１１Ａ】
2016515668.tif 000027
【図１１Ｂ】
2016515668.tif 000028
【図１２Ａ】
2016515668.tif 000029
【図１２Ｂ】
2016515668.tif 000030
【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
2016515668.tif 000033
【図１５】
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【国際調査報告】
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2016515668.tif 000036
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