JP2009120935A - 円形めっき槽 - Google Patents

Abstract

【課題】基板全面に均一なめっき層を形成することができるめっき槽を提供する。
【解決手段】めっき槽１００は、内部にめっき液１１１が収容される円筒状で上部が開放された収容部を有し、鉛直に延びる回転軸１１０が貫通するように中心に取り付けられ、回転軸１１０に円形の平面外形を有する基板固定枠１２０が取り付けられ、基板固定枠１２０には、基板固定枠１２０沿って円形をなすように配置された鉛直方向に延びる基板固定具１２１が取り付けられている。めっき対象の基板２００が基板固定具１２１に上下端部を固定されて取り付けられ、複数の基板２００が、円形を成すように配列されて、めっき液１１１内に浸される。
【選択図】図３

Description

本発明は、めっき槽に関し、より詳しくは、めっき対象の基板の表面に微細パターンを形成するための薄く均一なめっき層を形成するためのめっき槽に関する。

一般に、めっきとは、めっきを施す金属を陰極とし、電着させる金属を陽極として、電着させる金属のイオンを含有した電解液中に入れ、電気を通すことによって金属イオンがめっきを施す金属の表面に析出されるようにする方法をいう。

このようなめっき法で形成するめっき層は、必要な範囲内で薄いほど有利であり、全面に亘る均一性を確保しながら薄いめっき層を形成することが重要な課題となってきている。

特に、半導体工程で用いられる基板は、主に電解めっき装置によって表面処理されており、電解めっきによって、銅や金などの金属を被覆して、主に、回路パターンとバンプなどが形成される。

また、半導体工程をはじめとする電子材料として用いられる基板は、他のめっき処理より要求される特性に制限が多く、めっき厚さの均一性、めっき面の平滑性およびめっきの付着性などが主要なめっき品質基準となり、特にめっき厚さにおいては、被めっき面の全体に後の工程に有利なように均一なめっき層が形成されるようにすることが厳格に要求されている。

したがって、めっき厚さの均一性を向上させるために、めっき槽内においてめっき電流の電流分布を均一に維持するようにしなければならない。

しかし、従来のめっき槽は主に四角の箱状に構成され、その内部に複数の基板が並列に配置されることによって、めっき電流の分布に代表されるめっき層を形成するためのイオンの分布を均一にして薄い均一なめっき層を得ることが難しいという問題点がある。

特に、現在の多様な形態の電子装置材料として用いられる基板の場合には、微細パターンを印刷しなければならないため、基板の表面に非常に薄いめっき層が形成されるようにしなければならないが、従来のめっき槽では微細パターン印刷が可能な約３０μｍ以下の厚さのめっき層の形成は技術的に難しい。

次に、従来のめっき槽の構造と従来のめっき槽を用いためっき法について簡略的に見ると次の通りである。

図１は、従来のめっき槽の構成図であって、図に示すように従来のめっき槽は四角のめっき槽１内にめっき液２が充填され、充填されためっき液中に複数の基板３が並列に配列される。

めっき槽１は、上部が開放された四角箱状に構成され、陽電荷端子による陽電流が通電する溶液が収容されためっき槽として構成されている。

また、めっき槽１の上部に陰電荷端子と接続され、陰電流が通電し、表面にめっき層が形成される基板３が結合された搬送手段（図示せず）が備えられる。

従来のめっき槽１では、搬送手段にめっきを施す基板を懸垂方式で固定し、めっき槽１内のめっき液内に浸し搬送手段によって、往復させることにより、めっき槽１内で電流通電による化学反応によって、基板３の表面に薄い皮膜としてめっき層が形成される。

しかし、従来のめっき槽１は、めっきを行う過程で、主に基板２が薄板状に構成されていることによって、基板２が搬送手段に固定され、めっき液中で搬送される過程でめっき液の抵抗力によって、搬送手段に直接固定されていない部分で流動が発生する場合がある。

したがって、基板３の全面に亘って均一な厚さを有するめっき層を形成できないという問題点がある。

また、図２は、従来のめっき槽１のめっき進行時のイオン分布を示す図であり、従来のめっき槽１において、内部に満たされためっき液中に基板３を並列に配列した後の時間経過に伴う基板３の周囲のイオン分布を示している。

図２に示すように、めっき槽１内の流動がないめっき液内に基板３を並列に配列した時、基板３の周囲のイオンが析出され、基板３の表面に固定されることによってめっき液内では徐々にイオンの量が減少する。

したがって、時間が経過するほどめっき槽１内の最外郭に配置された基板３の周囲とその内側に配置された基板３の周囲に分布するイオンの分布が不均一になり、それによって、基板３の配列位置によっては表面全体に均一な厚さのめっき層が形成されにくくなるという問題が生じる。

また、このような問題点を単純に改善するために、四角のめっき槽１内に収容されためっき液を強制的に循環させる方法が工夫されているが、前記問題点を解決する完全な解決策にはなり得ず、めっき液の揺れによって、先に説明したようにめっき層の厚さが不均一になる場合があるという問題がやはり発生し得る。

このような問題点を解決するために、めっき槽１内に並列に配列された基板３の一面に補助陰極を密着させ、補助陰極と一定の間隔をおいて、遮蔽板を配置することによって、基板３の電界分布を拡大させ、基板３の表面に均一なめっき層が形成されるようにする方法が提案されている。

しかし、遮蔽板を用いためっき法では、先に説明した問題点と短所を根本的に解消することが困難であり、めっき層を形成しなければならない基板３の縁にめっき電流が集中するのを遮蔽板によって防止できることはできるが、縁のめっき面積が大きい場合には、めっき偏差が発生せざるを得ないという問題点がある。

したがって、本発明は、従来のめっき槽で発生する上記の短所と問題点を解決するために創案されたものであり、基板全面に均一なめっき層を形成することができるめっき槽を提供することを目的とする。

また、本発明は、円形のめっき槽内に分布したイオンがめっき槽の壁に沿って配置された各基板周囲に等しく分布することによって、基板位置に応じて発生する偏差を除去して微細パターン形成が可能な厚さの微細めっき層が形成されるようにした円形めっき槽を提供することに発明の目的がある。

前記の目的を達成するための本発明は、内部にめっき液が収容された円形のめっき槽と、めっき槽内に配置される基板を含む。

めっき槽は、上部が開放された円形の水槽状に構成され、内部に基板を完全に浸すことができるようにめっき液が収容される。この時、めっき液としては、陽電流が通電されて内部のイオンが流動可能な溶液が収容される。

また、めっき槽は、内部に環状の基板固定枠が装着され、基板固定枠には複数の基板を固定することのできる基板固定具が備えられる。

基板固定枠は、めっき槽の中央部に鉛直に配置された回転軸上に回転可能に結合し、基板固定枠に装着される基板は基板固定枠の形態に応じて多角形または円形状に配置される。

したがって、基板は、めっき液中に浸された状態で基板固定枠の回転方向に回転しながら、外部から加えられる熱源などのような外乱源に対して均一な影響を受けるようにし、めっき槽内における内部駆動によって、外乱の影響がめっき槽のめっき液内に均一に作用するようにできる。

また、このようなめっき槽内の外乱の影響に対しては、めっき槽内でめっき液を循環させることによりその循環流動によって同様に均一化の効果を得ることができる。

一方、めっき槽内に配置された基板は、陰の電極と接続され、陰電位を有し、基板が浸されためっき液は、陽の電位を有する陽極と通電してめっき液内に電解されている電解質内の陽電荷を帯びたイオンが基板の表面に析出される。

基板が陰電位を有する時、陽極はめっき槽の中心に配置するか、めっき槽内の基板の内側に円形状に配置することができる。

また、電解めっきのための陽極は、基板の内壁面上に配置することもできる。

この時、陽極は複数を互いに一定の間隔を有するように配置してもよく、隙間がない円柱状に構成してもよい。

このような技術的構成を有する本発明の円形めっき槽は、円形のめっき槽内に基板を円形または円形に近い多角形を成すように配列して、基板をめっき液内で回転させることによって、外部から加えられる外乱に対する影響が一部の基板に集中するのを防止して、各基板に等しく分散させることによって、基板間でのめっきの偏差を減少させ、基板の全面に均一なめっき層が形成されるようにできることに技術的特徴がある。

本発明の円形めっき槽には、めっき液が収容される円形のめっき槽内に複数の基板を円形に近い多角形を成すように配置して、外乱発生時にその影響を均一化することによって基板全面に均一なめっき層を生成することができるという長所があり、基板位置によって発生する偏差を低減して、微細パターン形成が可能な厚さの０．５ないし３０μｍの微細めっき層を形成できるという利点がある。

本発明に係る円形めっき槽の上記の目的に対する技術的構成をはじめとする作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施形態が示された図面を参照した下記の詳細な説明によって明確に理解できるはずである。

まず、図３は、本発明に係る円形めっき槽の斜視図であり、図４は、本発明に係る円形めっき槽の平面図である。

図に示すように、本実施形態の円形のめっき槽１００は、その中央部に回転軸１１０が取り付けられ、めっき槽１００内の回転軸１１０に基板固定枠１２０が装着され、基板固定枠１２０内にめっき対象の基板２００が固定される。

めっき槽１００は、上部が開放された円筒形に構成され、内部に陽極と、通電可能なイオン水溶液であるめっき液１１１が収容され、めっき槽１００の一側部に、めっき槽１００の内部にめっき液１１１を注入するためのめっき液注入口（図示せず）が備えられている。

この時、めっき槽１００内に収容されためっき液１１１は、基板固定枠１２０に装着された基板２００が十分に浸される高さまで満たされる。

回転軸１１０は、めっき槽１００の中央部で回転できるように、めっき槽１００の内部を貫通して取り付けられている。

また、回転軸１１０に結合される基板固定枠１２０は環状に構成され、めっき槽１００内の回転軸１１０の上下部に装着され、基板固定枠１２０の環状枠部には基板２００の上下端部が結合される基板固定具１２１が備えられている。

基板２００は、上下端部が基板固定具１２１に個別的に結合されて、環状の基板固定枠１２０の枠部に沿って装着され、めっき液１１１内に浸された状態で回転軸１１０の回転によって、基板固定枠１２０の回転方向にめっき液１１１内で回転する。

一方、基板２００は、めっき液１１１内に基板固定枠１２０に複数が鉛直に取り付け、基板固定枠１２０の枠部に沿って配置することによって、基板固定枠１２０の形状に応じて変化し得るが、全体として、図５のように円形または円形に近い多角形をなすように配置される。

図５ａ〜ｃは、本発明に係る円形めっき槽内の基板配列の例を示めす図であって、図に示すように基板２００は、並列にではなく、円形または円形に近い多角形状に配置することが好ましい。

基板２００の配列構造は、下記に説明する電極の配置構造と基板２００の回転構造に応じて適宜変更可能であり、多様なシミュレーションを経て電極の配置などの多様な条件を考慮して、最も適する形態の配列にすることが好ましい。

このような技術的構成の円形のめっき槽１００は、円形のめっき槽１００の内部に基板固定枠１２０を用いて基板２００を円形または円形に近い形態に配列し、内部の任意地点にアノード（ａｎｏｄｅ）電極が備わっためっき槽１００内にめっき液１１１を供給して、基板２００とめっき液１１１を接触させると同時に基板２００にめっき電流を供給すると、基板２００の表面にめっき液１１１内のイオンが析出され、めっきが施される。

また、基板２００は、めっき槽１００の形状に沿ってその内部に円形に配置されるが、場合によって、１列または２列以上の複数列に配列することもできる。

このように、円形めっき槽１００内に基板２００を円形または円形に近い多角形状に配置する理由は、電磁場や熱源およびめっき液の循環による流速変化などによる基板２００の外部の影響、すなわち基板２００のめっき層形成に不要な外乱がめっき槽１００内の一側で発生した時、円形に近く配置された基板２００を回転させることによって、基板２００に加えられる外乱の影響を均一化するためである。

一方、本発明のめっき槽１００は、回転軸１１０や基板２００またはめっき槽１００自体を回転させ、めっき槽１００内のめっき液１１１を循環させ、めっき槽１００内に個別に配置された基板２００の表面に均一にめっきが施されるようにしている。

図６ａ，ｂは、本発明に係る円形めっき槽のめっき液循環構造を示す構成図であって、図に示すように本発明では、円形のめっき槽１００はその内壁面から所定の間隔をおいた円形に近い形状をなすように基板２００が配置され、めっき槽１００内に、基板２００を浸すことができるように収容されためっき液１１１が循環するようにしている。

めっき液１１１を循環させるのは、めっき液１１１中に含まれたイオンが均等に分散して、めっき対象の基板２００に均一に析出されるようにするためで、先に説明したように外乱発生時の外乱に対する影響が各基板２００に等しく及ぶようにして、基板２００の表面に均一なめっき層が形成されるようにするためでもある。

このような理由によって、めっき液１１１は、めっき槽１００の中央部に取り付けられた回転軸１１０または回転軸１１０の結合位置に図６ａのように別の回転部材３００を装着し、この回転部材３００の回転によってめっき液１１１を循環させるようにしている。

また、図６ｂのようにめっき槽１００の内部に装着された基板２００の内側に円筒形のシリンダ３１０を設け、シリンダ３１０の回転によって、その内外のめっき液１１１がめっき槽１００内で回転するようにすることもできる。

そして、本発明によるめっき槽１００内に装着される基板２００が、主に小型に製作されることによって、基板２００にめっきを施すめっき槽１００が小型のめっき槽として構成される場合には、めっき槽１００自体を回転させ、外乱による影響をめっき槽１００内の基板に等しく分散させることもできる。

次に、図７ａ〜ｅは、本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図であり、これらの図に示すように本発明の円形めっき槽１００はめっき槽１００の内部に収容されためっき液１１１が陽極と通電し、めっき槽１００の内部に円形に近い多角形をなすように配置された基板２００が陰極と接続されるようにすることによって、めっき槽１００内で発生する電気化学反応によって、基板２００の表面に薄い皮膜のめっき層が形成される。

めっき槽１００内で、陽極と陰極を介して電磁場が発生するようにするためには、基板２００とめっき液１１１に陰極と陽極が接続されるようにしなければならないが、先に説明した基板２００の配置構造を考慮して、電極を適切な種々の形態で配置することができ、実質的には基板２００の配置構造と電極の配置構造の組合せによって、最も効果的なめっき性能が実現される配置構造をめっき槽の設計時に選択することができる。

めっき槽１００内に配置される電極は、基本的に陰極がめっき槽１００内に円形に近い多角形に配置された基板２００に接続され、陽極は基板１００が浸されためっき液１１１と通電するように配置される。

基板２００に陰極が接続された状態で、陽極４００は、図７ａのように、めっき槽１００に貫通結合した回転軸１１０と共にめっき槽１００の中心に配置される。

また、陽極の他の形態として、図７ｂのように、めっき槽１００の中心と円形に近い多角形に配置された基板２００との間にシリンダ状の陽極４１０を配置し、あるいは、図７ｃのように、めっき槽１００の内壁面に密着させて、または所定の間隔をおいてシリンダ状の陽極４２０を配置することもできる。

この時、シリンダ状の陽極４１０は、めっき液１１１を回転させるためのシリンダ（３１０）としても働くようにし、めっき液１１１の循環とめっき液１１１との電気的通電の働きを同時にさせるようにすることもできる。

また、図７ｄと図７ｅのように、陽極４００をめっき槽１００の中心に配置すると同時に、めっき槽１００の内壁にシリンダ状の陽極４２０を配置してもよく、あるいは、シリンダ状の陽極４１０をめっき槽１００の壁と基板２００との間に配置すると同時にめっき槽１００の内壁面にシリンダ状の陽極４２０を配置してもよい。

一方、図８は、本発明に係る円形めっき槽の電極配置の他の実施形態を示す図であり、円形のめっき槽１００内に配置された基板２００の外側の任意の地点に陽極５００を配置して、基板２００が浸されているめっき液１１１に通電するようになっている。

先に説明した陽極４００〜４２０の配置は、主にめっき槽１００に対して基板２００が固定される場合に適用され得るが、図８に示す陽極５００の配置は基板２００またはめっき液１１１を一定速度で回転させる場合に適用することで、陽極５００と通電するめっき液１１１と基板２００との間に発生する電場が基板２００に等しく作用するようにできる。

最後に、図９は、本発明に係る円形めっき槽を利用しためっきの進行時のイオン分布を示す図面であって、図に示すように本発明の円形めっき槽１００では、円形のめっき槽１００の内部に円形に近い多角形をなすように配置された基板２００の表面周囲でめっき液１１１中に含まれたイオンが等しく分布していることによって、めっき液１１１中に浸された基板２００の表面にめっき層形成のためのイオンが等しく析出されるようにすることができる。

すなわち、図９のように、めっき槽１００内に基板２００を装着した後、時間が経過しても、基板２００の周囲に分布したイオンは、各基板２００に対して均等に分布しており、それによって基板２００の表面に均等にめっき層が形成される。

また、円形のめっき槽１００内に配置された基板２００では、めっき槽１００の内外で発生する外乱に対する影響が基板２００の両面に等しく作用しており、基板２００の回転やめっき液１１１の流動およびめっき槽１００の回転などによって、外部の影響要因が各基板２００に分散することによって基板２００の表面に薄くて均一なめっき層を形成することができる。

上記のようなめっき槽の形態とめっき槽内の基板配置は、先に説明した電解めっき槽以外に無電解めっき槽にも同様に適用することができ、無電解めっき槽では電解めっきに比べて、めっき速度は多少遅いが、めっき対象の基板表面に均一な分布を得ることができるという長所が得られる。

上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

従来のめっき槽の構成図である。 従来のめっき槽のめっき進行時のイオン分布を示す図である。 本発明に係る円形めっき槽の斜視図である。 本発明に係る円形めっき槽の平面図である。 本発明に係る円形めっき槽内の基板配列の実施形態を示す図である。 本発明に係る円形めっき槽内の基板配列の実施形態を示す図である。 本発明に係る円形めっき槽内の基板配列の実施形態を示す図である。 本発明に係る円形めっき槽のめっき液循環構造を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽のめっき液循環構造を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置を示す構成図である。 本発明に係る円形めっき槽の電極配置の他の実施形態の構成図である。 本発明に係る円形めっき槽を用いためっき進行時のイオン分布を示す図である。

符号の説明

１００ めっき槽
１１０ 回転軸
１１１ めっき液
１２０ 基板固定枠
１２１ 基板固定具
２００ 基板

Claims (15)

1. 内部にめっき液が収容された円形のめっき槽と、
   前記めっき槽内に円形または円形に近い多角形を成すように配置される基板と、
   を含む円形めっき槽。
2. 前記めっき槽は、上部が開放された円筒形に構成され、内部に陽電流が通電されることにより陽イオンが電解される溶液であるめっき液が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の円形めっき槽。
3. 前記めっき槽には、中央部に回転軸が取り付けられ、前記回転軸に基板固定枠が装着され、前記基板固定枠にめっき対象の基板が固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の円形めっき槽。
4. 前記基板固定枠には、複数の基板を固定することのできる基板固定具が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の円形めっき槽。
5. 前記基板は、上下端部が基板固定具に個別に結合されて、環状の基板固定枠の枠部に沿って装着され、前記めっき液内に浸された状態で回転軸の回転によって、前記基板固定枠の回転方向に回転することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
6. 前記基板は、前記めっき槽の形状に沿ってその内部に円形を成すように、複数列に配列されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
7. 前記めっき槽内の前記めっき液は、前記めっき槽の中央部に取り付けられた回転軸または該回転軸の結合部位に装着された別の回転部材によって、循環流動させられることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
8. 前記めっき槽内の前記めっき液は、前記めっき槽の内部に装着された前記基板の内側に設けられた円筒形のシリンダの回転によって、その内外で循環流動させられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
9. 前記めっき槽内の前記めっき液は、前記めっき槽自体の回転によって循環流動させられることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
10. 前記めっき液と通電可能に前記めっき槽内に配置された陽極が、前記めっき槽に貫通するように取り付けられた回転体に形成されるか、前記回転体と別に前記めっき槽の中心に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
11. 前記めっき液と通電可能に前記めっき槽内に配置された陽極が、前記めっき槽の中心と前記めっき槽の内部に装着された前記基板の間にシリンダ状に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
12. 前記めっき液と通電可能に前記めっき槽内に配置された陽極が、前記めっき槽の内壁面に密着して、または所定の間隔をおいて形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
13. 前記めっき液と通電可能に前記めっき槽内に配置された陽極が、前記めっき槽の中心に配置されると同時に前記めっき槽の内壁面に形成され、または、前記めっき槽と前記基板との間にシリンダ状に配置されると同時に前記めっき槽の内壁面に形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
14. 前記めっき液と通電可能に前記めっき槽内に配置された陽極が、前記めっき槽内に配置された前記基板の外側の任意の地点に配置されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載の円形めっき槽。
15. 前記めっき槽は、陽極と陰極が接続される電解めっき槽、または電極が接続されない無電解めっき槽であることを特徴とする請求項１に記載の円形めっき槽。

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