貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置
【課題】貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置において、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスを必要とせずに直接貫通孔に金属を埋め込み、また、埋め込み金属中にボイドの発生のない信頼性の高い貫通電極をより高速に形成することを可能とする。
【解決手段】貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込むメッキ埋め込み方法であって、第１工程では基板１の表面に金属薄膜２を形成し、第２工程では基板１の面Ａ側の電流密度と面Ｂ側の電流密度を異ならせて金属薄膜２にメッキを施し電流密度の高い側の面Ａの貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程ではメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに基板１の面Ａ側の電流密度と面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。
【解決手段】貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込むメッキ埋め込み方法であって、第１工程では基板１の表面に金属薄膜２を形成し、第２工程では基板１の面Ａ側の電流密度と面Ｂ側の電流密度を異ならせて金属薄膜２にメッキを施し電流密度の高い側の面Ａの貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程ではメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに基板１の面Ａ側の電流密度と面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が絶縁された貫通孔にメッキを施して貫通孔に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に形成されたアスペクト比の大きな貫通孔に、金属を埋め込む方法が種々提案されている。このような金属埋め込み構造は、例えば、基板積層用の貫通電極として用いられる。金属埋め込みにはメッキによる方法が多く用いられている。メッキによる金属埋め込み、及び、ボイドを発生させることなく金属埋め込みを行うため、例えば、促進剤や抑制剤を利用するメッキ液に関する方法の他に、メッキ電流値をスロースタートしたり２段階に変化させたりするというメッキ電流制御に関する方法、基板表面に平行な流速としたり円形振動を与えたりするメッキ液撹拌に関する方法、メッキ前処理として促進剤を孔内のみに吸着させる方法などが提案されている。なお、貫通孔内のボイドは、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の上下が閉塞されることにより発生する。
【０００３】
ここで、図１５を参照して、促進剤や抑制剤を含むメッキ液を用いて基板に形成された孔にメッキ金属を埋め込んで貫通電極を形成する従来例を説明する。まず、図１５（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板９１両面に熱酸化膜９２を形成し、反応性イオンエッチングにより有底孔９３を形成する。その後、図１５（ｂ）に示すように、絶縁膜９４を形成し、図１５（ｃ）に示すように、絶縁膜９４の上にバリアメタルとシード層を形成（不図示）した後、メッキ装置（不図示）のメッキ浴中で基板９１を回転させながらシード層の上にＣｕメッキ９７を形成する。これにより、有底孔９３にＣｕメッキ９７が充填される。その後、図１５（ｄ）に示すように、基板９１が機械的に削られ、基板９１を貫通したＣｕメッキ９３による貫通電極が形成される。
【０００４】
上述のメッキ液は、有底孔開口部近傍でのＣｕメッキの析出を抑制して有底孔底面及び側面からＣｕメッキを堆積でき、このメッキ液の使用に加え、メッキ電流密度を０．１〜３ｍＡ／ｃｍ２とすることにより、有底孔内部が充填される前に開口部に析出したＣｕメッキによって開口部が塞がれて空洞（ボイド）が発生するという事態を回避できるとされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、樹脂板を貫通して形成されたヴィアの一端側が樹脂板の一面側に形成された配線パターンに接合されている配線基板を製造するため、樹脂板を貫通する貫通孔へのメッキ埋め込みを行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この例では、樹脂板を貫通する貫通孔の内壁面を含む全表面に形成した薄金属層を給電層とする電解メッキによって、貫通孔を金属により充填してヴィアを形成しすると共に、樹脂板の一面側に樹脂板の他面側よりも厚い金属層を形成し、樹脂板の一面側のみに所定の厚さの金属層が残存するように金属層にエッチングを施した後、樹脂板の一面側に残存した金属層にパターニングを施し、配線パターンを形成する。
【特許文献１】特許２００３−３２８１８０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０９２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した図１５や特許文献１に示されるような埋め込み方法においては、有底孔にメッキ埋め込み後に開口部と逆の基板面を切削研磨して埋め込み金属を露出させており、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスが必要であり、直接貫通孔へのメッキ埋め込みを行っていない。また、電流密度が小さく高速な処理が望めない。特許文献２に示されるような貫通孔へのメッキ埋め込み方法においては、ボイドに関する言及がなく、このメッキ埋め込み方法の適用限界が定かではない。また、基板に形成されたアスペクト比の大きな貫通孔に、ボイドの発生なく直接メッキ金属を埋め込みできるメッキ装置が知られていない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスを必要とせずに直接貫通孔に金属埋め込みができ、また、埋め込み金属中にボイドの発生のない信頼性の高い貫通電極をより高速に形成できる貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の表面に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度を異ならせて前記金属薄膜にメッキを施し電流密度の高い側の面の前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、メッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記第２工程は、前記基板の前記他方の面に臨む前記貫通孔の開口部周辺に撥水処理を施し、前記貫通孔に気泡を形成させた状態で前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、付着している前記気泡を脱泡させる工程である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載のメッキ埋め込み方法において、前記第２工程は、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて行うものである。
【００１１】
請求項４の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面とこの面に対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、前記基板の他方の面側の電流密度を前記一方の面側の電流密度より高くしてメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【００１２】
請求項５の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面側の電流密度を前記他方の面側の電流密度より高くして前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【００１３】
請求項６の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、メッキ液が充填されるメッキ槽と、電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極として前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印加手段と、を備え、前記電界印加手段は、前記基板とその両面に配置されたそれぞれの陽極との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段を備えているものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６記載のメッキ装置において、前記基板の一方の面と陽極との距離を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、前記基板の他方の面と陽極との距離を３０ｍｍ以上とするものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７記載のメッキ装置において、前記基板の一方の面と陽極との距離、及び前記基板の他方の面と陽極との距離がそれぞれ可変のものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項７又は８記載のメッキ装置において、前記電界印加手段は、前記基板の一方の面及び他方の面がれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できるものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を充填するメッキ槽と、電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極としで前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印可手段と、を備え、前記メッキ槽は、前記基板及び該基板を保持する基板保持装置により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽とポンプによりなるメッキ液循環機構とを備えているものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、第２工程において電流密度の高い側の面の貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、第３工程においてメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤の作用により、貫通孔入口付近への電流集中によるボイドの発生を防ぐと共にメッキ金属で塞がれた貫通孔の底部からのメッキ金属層の成長を促すので、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の開口が閉塞されることによるボイドの発生を防止でき、信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。また、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができるので、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスを必要とせず、工程が簡略化できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、気泡に覆われた金属薄膜表面にはメッキが析出されないので、より大きな電流密度のもとでメッキを行うことができ、より短時間で貫通孔の一方をメッキ金属で塞ぐことができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、メッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末粒子が、析出するメッキ金属中に取り込まれるので、より短時間で貫通孔の一方の開口部をメッキ金属で塞ぐことができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、第１工程において基板の一方の面及び一方の面に臨む貫通孔の開口部の内壁のみに金属薄膜を形成し（従って、貫通孔の残りの内壁及び他方の面には給電層となる金属薄膜はない）、第２工程において一方の面に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、第３工程において貫通孔の孔底面から開口に向けて一方的にメッキ金属層の成長を行う堆積（ボトムアップ）方式によりメッキ金属を埋め込むことができるので、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の開口が閉塞されることがなくボイドの発生を防止でき、信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。また、開口に向かって貫通孔が狭まっていく逆テーパ形状の貫通孔に対してもボイドの発生なくメッキ埋め込みができる。また、メッキ促進剤やメッキ抑制剤を必要としない。また、ボトムアップ方式によりメッキ金属を埋め込むので、メッキ電流密度を大きくして処理を高速化でき、メッキ埋め込み時間を短縮できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、請求項２の発明と同様の効果を奏することに加えて、第２工程において、基板の他方の面側からも金属薄膜にメッキを施して一方の面に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐので、メッキ埋め込み時間をさらに短縮できる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、基板の両面における電流密度をそれぞれ独立に制御できるので、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができ、ボイドの発生を防止した信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、陽極の近距離設定により貫通孔の開口部に電流集中させることができ、電流集中させた開口部をメッキ金属により短時間で塞ぐことができる。また、陽極の遠距離設定により貫通孔の開口部付近の電流集中を小さくでき、ボイドの発生を防ぎながら貫通孔へのメッキ埋め込みができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、陽極の距離調整により電流密度の条件設定ができ、種々の処理対象基板に対し、また、特定の基板の処理中の工程変更に対し柔軟に対応できる。
【００２６】
請求項９の発明によれば、処理対象基板の両面の金属薄膜、従って、貫通孔の両端の開口部における金属薄膜に対する電流密度の調整が独立に行えるので、貫通孔へのメッキ埋め込み中の各工程段階において、適宜の電流密度調整ができる。例えば、一方の面側にのみ電源の陰極を接続して他方の面側には接続しない場合、他方の面側には貫通孔の金属膜を通じてのみ電気接続されるので、途中の金属膜の抵抗により他方の面側への供給電流が減少する。これにより、他方の面側に影響を与えることなく一方の面側への電流密度を大きくでき、より短時間で一方の面側に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐことが可能となる。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、メッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末粒子を、析出するメッキ金属中に取り込ませてより短時間で貫通孔の一方の開口部をメッキ金属で塞ぐことができる。また、２つの液槽の一方にのみ前記粉末粒子を分散させておくことにより、貫通孔の一方の開口部のみに粉末粒子を適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置について、図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、図１、図２に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ１）、第２工程（Ｓ２）、第３工程（Ｓ３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ１、図２（ａ））では基板１の表面に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ２、図２（ｂ））では基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度を異ならせて金属薄膜２にメッキを施し電流密度の高い側の面Ａの貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ３、図２（ｃ））ではメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程（Ｓ２）とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００３０】
（第１工程）
図２（ａ）に示す基板１は、例えば、厚み３００μｍのシリコンウエハに、例えばプラズマエッチングにより直径２０μｍの貫通孔３を形成し、その表面Ａ、Ｂ及び貫通孔３の側壁にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成したものである。貫通孔３は、アスペクト比が１５であり、通常のプリント配線板のブラインドビアホールと比較しても高アスペクト比の貫通孔である。基板１として、絶縁膜を形成することなく、絶縁材である樹脂やセラミックからなる基板そのものを用いてもよい。
【００３１】
上述の基板１の表面及び貫通孔３内部側壁に、次工程での電気メッキの導電性下地となる金属薄膜２として、例えば銅薄膜をＣＶＤにより０．３μｍ形成する。金属薄膜２は、膜厚０．０５μｍから１μｍが好ましく、薄すぎると電気メッキ初期の溶解損失の発生や電気メッキ後の基板１からの剥がれの発生の原因となり、また、厚すぎると膜応力が発生して基板１との密着性が低下する。金属薄膜２の形成方法としてＣＶＤの他、スパッタ、蒸着、化学メッキ等のいずれを用いてもよい。金属薄膜２の金属は特に限定しないが、次工程における電気メッキとの密着性を考慮して選定する。また、基板１表面に各種電子部品を実装するための電気配線パターンや、基板１そのものを積層してデバイスを形成するための電気配線パターンを、金属薄膜２に形成してもよい。
【００３２】
（第２工程）
メッキ液として、表１に示す銅メッキ液を用い、金属薄膜２を形成した基板１を陰極とし基板１の一方の面Ａ（以下、Ａ面）及び他方の面Ｂ（以下Ｂ面）に対向する陽極との間に電流を流して電気メッキを行う。その際、図２（ｂ）及び表１に示すように、基板１のＡ面の電流密度をＢ面の電流密度より高くして、２０分間の電気メッキを行った。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上述の電気メッキにより、図２（ｂ）右図に示すように、電流密度の高いＡ面の貫通孔３開口部が銅のメッキ金属４で完全に塞がっていた。また、Ａ面の電流密度が高い場合には、貫通孔３の入口付近に電流が集中しやすく、貫通孔３が塞がりやすくなるが、Ａ面の電流密度が高すぎる場合には、供給される銅イオンの不足が発生するため、メッキ面に粉状の析出物が発生する。
【００３５】
（第３工程）
次に、第２工程で用いた同一のメッキ液を用いて、図２（ｃ）及び表２に示すように、第２工程とは逆に基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、４０分間の電気メッキを行った。
【００３６】
【表２】
【００３７】
上述の電気メッキにより、図２（ｃ）右図に示すように、貫通孔３を銅のメッキ金属４で完全に埋めることができた。メッキ促進剤は、第２工程で塞がった孔の底に付着しやすく、メッキの析出を促進する作用がある。また、メッキ抑制剤は、基板１表面や電流の集中しやすい貫通孔３の入口付近へ付着してメッキ析出を抑制する作用がある。これらの作用は単独では機能し難く、相互的に作用する。Ｂ面の電流密度は、低い方が埋め込み作用が大きく高い電流密度では開口部周辺の電流集中により促進割と抑制剤の作用が弱まる。好ましくは３Ａ／ｄｍ２以下が良い。Ａ面の電流密度は、Ｂ面のメッキ時間で所定の膜厚が得られるように設定する。これにより、貫通孔３内部にボイドを生じることなく、メッキ金属４で貫通孔３を埋め込むことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図３、図４に示すように、第１の実施形態と同様に直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ２１）、第２工程（Ｓ２２）、第３工程（Ｓ２３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ２１、図４（ａ））では基板１の一方の面Ａ及び一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部の内壁に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ２２、図４（ｂ））では基板１の一方の面Ａとこの面Ａに対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ２３、図４（ｃ））では基板１の他方の面Ｂ側の電流密度を一方の面Ａ側の電流密度より高くしてメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００３９】
（第１工程）
上述の第１の実施形態の第１工程における基板１と同様の基板１に対し、図４（ａ）に示すように、基板１のＡ面にスバッタリングにより銅の金属薄膜２を０．２μｍ形成した。つまり、片面のみに金属薄膜２を形成した。貫通孔３の内部の金属薄膜２の厚みは０．０１μｍであり、次工程の電気メッキ初期に溶解損失析出されない厚さである。金属薄膜２は、第２工程における電気メッキの導電性下地となる。金属薄膜２の厚さは０．０５μｍから１μｍが好ましく、薄すぎると電気メッキ初期の溶解損失の発生や電気メッキ後の基板１からの剥がれの発生の原因となり、また、厚すぎると膜応力が発生して基板１との密着性が低下する。
【００４０】
金属薄膜２の形成方法としてＣＶＤの他、スパッタ、蒸着、化学メッキ等のいずれを用いてもよいが、第３工程の貫通孔３内へのメッキ析出を孔底からのボトムアップ析出とするために、基板１の表面部及び貫通孔３の入口付近のみに金属薄膜２を形成することが好ましい。このような片面のみの金属薄膜２の形成方法として、金属薄膜２を形成しない面、及び貫通孔３の内部をマスキングする方法を用いてもよい。金属薄膜２の金属は、とくに限定しないが次工程の電気メッキとの密着性を考慮して選定する。また、基板１表面に各種電子部品を実装するための電気配線パターンや、基板１そのものを積層してデバイスを形成するための電気配線パターンを、金属薄膜２に形成してもよい。
【００４１】
（第２工程）
メッキ液として、表３に示すように、第１の実施形態における銅メッキ液を用い、金属薄膜２を片面（Ａ面）のみに形成した基板１を陰極として、図４（ｂ）に示すように、金属薄膜２を形成した面Ａに対向する陽極との間に電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して２０分間の電気メッキを行った。ただし、メッキ促進剤及びメッキ抑制剤は使わない。
【００４２】
【表３】
【００４３】
このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は、銅のメッキ金属４で完全に塞がった。Ａ面の電流密度が高い場合には、貫通孔３の入口付近に電流が集中て貫通孔３が塞がりやすくなるが、Ａ面の電流密度が高すぎる場合には、供給される銅イオンの不足が発生するため、メッキ面に粉状の析出物が発生する。
【００４４】
（第３工程）
次に、表４、及び図４（ｃ）に示すように、基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、５時間の電気メッキを行った。
【００４５】
【表４】
【００４６】
上述の電気メッキにより、図４（ｃ）右図に示すように、メッキ析出がボトムアップとなるので、貫通孔３の壁面又は貫通孔３の開口部が先に塞がることがなく、貫通孔３内にボイドが発生しない。このため、電気メッキ液には、第１の実施形態におけるメッキ促進剤及びメッキ抑制剤は必要としない。また、電気メッキにより貫通孔３は、銅のメッキ金属４で完全に埋めることができた。
【００４７】
上述のメッキ埋め込み方法を用いると、メッキ金属４の埋め込みが、孔底面からの堆積（ボトムアップ）方式になることより、図５に示すような、開口が貫通孔内部よりも狭まった状態の貫通孔３に対しても、ボイドの発生を起こすことなく貫通孔３にメッキ金属４で充填できる。また、メッキ促進剤、メッキ抑制剤等を必要としない。
【００４８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図６、図７に示すように、第１の実施形態と同様に直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ３１）、第２工程（Ｓ３２）、第３工程（Ｓ３３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ３１、図７（ａ））では基板１の一方の面Ａ及び一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部の内壁に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ３２、図７（ｂ））では基板１の一方の面Ａ側の電流密度を他方の面Ｂ側の電流密度より高くして金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ３３）では基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程（Ｓ２）とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００４９】
（第１工程）
使用する基板１及び金属薄膜２を形成する工程は、図７（ａ）に示すように、上述の第２の実施形態の第１工程における基板１及び金属薄膜２の形成と同様である。
【００５０】
（第２工程）
ここでは、上述の第２の実施形態の第２工程とは異なり、図７（ｂ）に示すように、金属薄膜２を形成したＡ面及び金属薄膜２を形成していないＢ面のそれぞれに対向する陽極との間に電流を流して電気メッキを行った。その際、基板１のＡ面の電流密度を、表５に示すように、Ｂ面の電流密度より高くして、３０分間の電気メッキを行った。メッキ液組成は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００５１】
【表５】
【００５２】
このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は銅のメッキ金属４で完全に塞がった。また、図７（ｂ）右図に示すように、基板１のＡ面の開口部から貫通孔３の内壁を基板１のＢ面方向に高さｄ＝１００μｍまで、メッキ析出がなされていた。Ｂ面側の電流密度が高すぎると、図７（ｃ）に示すように、メッキ析出が析出先端部で厚くなり、次の第３工程におけるメッキ時にボイドが発生しやすくなる。
【００５３】
（第３工程）
次に、表６に示すように、基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、３時間の電気メッキを行った。メッキ液組成は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００５４】
【表６】
【００５５】
上述のメッキ埋め込み方法を用いると、第２の実施形態と同様に、メッキ析出がボトムアップとなるので、貫通孔３の壁面又は貫通孔３の開口部が先に塞がることがなく、貫通孔３内にボイドが発生しない。このため、電気メッキ液には、第１の実施形態におけるメッキ促進剤及びメッキ抑制剤は必要としない。また、電気メッキにより貫通孔３は、銅のメッキ金属４で完全に埋めることができる。
【００５６】
ここで、上述した、第１、第２、及び第３の実施形態における、各工程の電流密度条件を比較のため、図８に示す。
【００５７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、図９に示すように、上述の第１の実施形態における第２工程において、基板１の他方の面Ｂに臨む貫通孔３の開口部周辺５ａに撥水処理を施し、貫通孔３に気泡５ｂを形成させた状態で金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、その後、付着している気泡５ｂを脱泡させるものである。以下、実施例を説明する。
【００５８】
（第１工程）
上述の第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００５９】
（第２工程）
第１工程における金属薄膜２を形成した基板１に対し、図９（ａ）に示すように、基板１のＢ面側にフォトレジスト５を塗布し硬化させて、Ｂ面に臨む貫通孔３の開口部周辺５ａに撥水処理を行った。この撥水処理を行なった基板１を、メッキ液に浸漬させ、取出した基板１の表面を観察した結果、撥水処理をしていない金属薄膜２では、メッキ液が一面に親水しているのに対し、フォトレジスト５の表面上ではメッキ液は液滴状になっていた。このような基板１を用いて、第１の実施形態における銅メッキ液を用いて、基板１を陰極とし、撥水処理を施していない面Ａに対向する陽極との間に電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して２０分間の電気メッキを行った。このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は、銅のメッキ金属４により完全に塞がっていた。
【００６０】
このような基板１は、基板１に付着した気泡５ｂを、振動付加、真空引き、液噴流、ブラッシング等で脱泡を行なった後に、上述の第１の実施形態における第３工程の処理を行うことができる。貫通孔３内に付着した気泡５ｂは、メッキのマスクとなるので、基板１のＢ面の開口部へのメッキ析出を阻止することになる。これにより、親水性の良い基板１のＡ面側の開口部のみをメッキ金属４で塞ぐことができる。撥水処理として、上述以外に金属薄膜２上に酸化膜を形成したり、フッ素やシリコーンなどをコーティングしたり、金属薄膜２に撥水材料を含有させたりする方法を用いることができる。
【００６１】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、図１０に示すように、上述の第１の実施形態における第２工程において、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて貫通孔３へのメッキ埋め込み方法である。以下、実施例を説明する。
【００６２】
第１の実施形態におけるメッキ液に平均粒径１μｍのニッケル粒子を１００ｇ／Ｌの割合で添加し、メッキ液を撹拌してニッケル粒子を均一に分散させながら基板１のＡ面の電流密度を３Ａ／ｄｍ２として１５分間の電気メッキを行った。このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部近傍のメッキ金属４には、他の部分よりも多くのニッケル粒子６が取り込まれて、表面がコブ状となり、貫通孔３が完全に塞がっていた。メッキ液に分散させる粉末として、メッキ液に溶解しないニッケル、銀、バラジウム等の金属粒子粉末や、同じく溶解しない酸化物、炭化物、窒化物、ケイ酸塩類などのセラミックスや、導電性を有する活性炭等の粉末を用いることができる。これらの粒子をメッキ液中に分散させるため、粒子に対して予め界面活性剤により親水性を付与してもよい。粒子の大きさとして、粒子径０．２μｍから１０μｍが良く、０．２μｍ以下では開口部以外にも分散粒子が析出し貫通孔を塞ぐ効果が少ない。１０μｍ以上では液中に均一に分散しなく、また析出量が少ないため貫通孔を塞ぐ効果が少ない。
【００６３】
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、図１１に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１における貫通孔にメッキを施すメッキ装置７に関し、メッキ液７０が充填されるメッキ槽７１と、電源ＰＳ１，ＰＳ２及びこの電源ＰＳ１，ＰＳ２に接続され基板１を陰極として基板１の両面Ａ，Ｂにそれぞれ対向するようにメッキ槽７１中に配置された陽極ＡＤ１，ＡＤ２を含む電界印加手段と、を備え、電界印加手段は、基板１とその両面Ａ，Ｂに配置されたそれぞれの陽極ＡＤ１，ＡＤ２との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段７２，７２を備えているものである。
【００６４】
このようなメッキ装置７によれば、基板１の両面Ａ，Ｂにおける電流密度をそれぞれ独立に制御できるので、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができ、ボイドの発生を防止した信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。
【００６５】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、図１２に示すように、上述の第６の実施形態におけるメッキ装置７において、基板１の一方の面Ａと陽極との距離ｄ１を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、基板１の他方の面Ｂと陽極との距離ｄ２を３０ｍｍ以上とするものである。
【００６６】
このようなメッキ装置７によれば、陽極ＡＤ１の近距離設定により貫通孔の開口部に電流集中させることができ、電流集中させた開口部をメッキ金属により短時間で塞ぐことができる。また、陽極ＡＤ２の遠距離設定により貫通孔の開口部付近の電流集中を小さくでき、ボイドの発生を防ぎながら貫通孔へのメッキ埋め込みができる。
【００６７】
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、上述の第７の実施形態におけるメッキ装置７において（図１２参照）、基板１の一方の面Ａと陽極ＡＤ１との距離ｄ１、及び基板１の他方の面Ｂと陽極ＡＤ２との距離ｄ２がそれぞれ可変のものである。
【００６８】
このようなメッキ装置７によれば、陽極の距離調整により電流密度の条件設定ができ、種々の処理対象基板に対し、また、特定の基板の処理中の工程変更に対し柔軟に対応できる。例えば、基板１のＡ面とその面Ａに対応する陽極ＡＤ１との距離ｄ１、他方の面Ｂと陽極ＡＤ２との距離ｄ２を、貫通孔の孔径及び深さなどの形状寸法に合わせて最適化できる。これにより、上述したメッキ埋め込み方法のいずれかの実施形態において、第２工程の貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ易くすると共に、第２工程及び第３工程における開口部への電流集中を緩和させることができ、メッキ埋め込みが容易となる。また、基板１のＢ面及びＡ面のメッキ厚を制御することができる。
【００６９】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、上述の第７又は第８の実施形態におけるメッキ装置において、電界印加手段は、基板１の一方の面Ａ及び他方の面Ｂがれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できるものである。このようなメッキ装置７によれば、処理対象基板１の両面Ａ，Ｂの金属薄膜２、従って、貫通孔３の両端の開口部における金属薄膜２に対する電流密度の調整が独立に行えるので、貫通孔３へのメッキ埋め込み中の各工程段階において、適宜の電流密度調整ができる。例えば、図１３に示すように、一方の面Ａ側にのみ電源ＰＳ１の陰極を接続して他方の面Ｂ側には接続しない場合、他方の面Ｂ側には貫通孔３の金属薄膜２を通じてのみ電気接続されるので、途中の金属薄膜２の抵抗により他方の面Ｂ側への供給電流が減少する。これにより、他方の面Ｂ側に影響を与えることなく一方の面Ａ側への電流密度を大きくでき、より短時間で一方の面側に臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属で塞ぐことが可能となる。
【００７０】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、図１４に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１における貫通孔にメッキを施すメッキ装置７に関し、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液７０ａを充填するメッキ槽７１と、電源ＰＳ１，ＰＳ２及びこの電源ＰＳ１，ＰＳ２に接続され基板１を陰極としで基板１の両面Ａ，Ｂにそれぞれ対向するようにメッキ槽７１中に配置された陽極ＡＤ１，ＡＤ２を含む電界印可手段と、を備え、メッキ槽７１は、基板１及び該基板１を保持する基板保持装置７４により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽７１ａ，７１ｂとポンプＰによりなるメッキ液循環機構とを備えているものである。
【００７１】
このようなメッキ装置７は、上述の第５の実施形態における第２工程において好適に用いられる。この場合、貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぐため（前出の図１０参照）、基板１のＡ面をメッキする側には、粒径０．２μｍ〜１０μｍかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液７０ａを、基板１と該基板１を保持する基板保持装置７４によりメッキ槽７１を２つの液槽に分離した一方の側のメッキ槽に供給して用いる。このメッキ液７０ａは、メッキ槽７１から矢印ＯＦで示すようにオーバフロして貯め槽７１ａに回収される。貯め槽７１ａは、メッキ液７０ａの温度、組成等の調整を行なうこともでき、また、粒末の沈降を防止する撹拌機能（不図示）を備える。貯め槽７１ａのメッキ液７０ａは、循環ポンプＰによりメッキ槽７１に戻される。メッキ槽７１では、粉末の沈降を防止する別の撹拌機能を備えてもよい。
【００７２】
また、基板１のＢ面をメッキする側には、前記粉末を分散させていないメッキ液７０ｂを用いる。このメッキ液７０ｂは、基板１と該基板１を保持する基板保持装置７４によりメッキ槽７１を２つの液槽に分離した他方のメッキ槽に供給して用いる。このメッキ液７０ｂは、メッキ槽７１から矢印ＯＦで示すようにオーバフロして貯め槽７１ｂに回収される。貯め槽７１ｂは、メッキ液７０ａの温度、組成等の調整を行なうこともできる。貯め槽７１ｂのメッキ液７０ｂは、循環ポンプＰによりメッキ槽７１に戻される。このとき、メッキ液７０ｂは、循環経路中に混入した粉末をフィルタＦによって濾過除去される。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【図５】同上メッキ埋め込み方法による埋め込み例を示す基板断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図７】（ａ）（ｂ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図、（ｃ）は失敗例を示す貫通孔部の基板断面図。
【図８】同上３種類のメッキ埋め込み方法のメッキ条件の比較図。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する貫通孔部の基板断面図。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する貫通孔部の基板断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は従来の貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 基板
２ 金属薄膜
３ 貫通孔
４ メッキ金属
５ 撥水処理
５ｂ 気泡
６ 粒子
７ メッキ装置
７０ メッキ液
７１ メッキ槽
７２ 電流密度制御手段
７４ 基板保持装置
７１ａ，７１ｂ 貯め槽
ＡＤ１，ＡＤ２ 陽極
Ａ 他方の面
Ｂ 一方の面
Ｐ ポンプ
ＰＳ１，ＰＳ２ 電源
ｄ１，ｄ２ 距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が絶縁された貫通孔にメッキを施して貫通孔に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に形成されたアスペクト比の大きな貫通孔に、金属を埋め込む方法が種々提案されている。このような金属埋め込み構造は、例えば、基板積層用の貫通電極として用いられる。金属埋め込みにはメッキによる方法が多く用いられている。メッキによる金属埋め込み、及び、ボイドを発生させることなく金属埋め込みを行うため、例えば、促進剤や抑制剤を利用するメッキ液に関する方法の他に、メッキ電流値をスロースタートしたり２段階に変化させたりするというメッキ電流制御に関する方法、基板表面に平行な流速としたり円形振動を与えたりするメッキ液撹拌に関する方法、メッキ前処理として促進剤を孔内のみに吸着させる方法などが提案されている。なお、貫通孔内のボイドは、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の上下が閉塞されることにより発生する。
【０００３】
ここで、図１５を参照して、促進剤や抑制剤を含むメッキ液を用いて基板に形成された孔にメッキ金属を埋め込んで貫通電極を形成する従来例を説明する。まず、図１５（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板９１両面に熱酸化膜９２を形成し、反応性イオンエッチングにより有底孔９３を形成する。その後、図１５（ｂ）に示すように、絶縁膜９４を形成し、図１５（ｃ）に示すように、絶縁膜９４の上にバリアメタルとシード層を形成（不図示）した後、メッキ装置（不図示）のメッキ浴中で基板９１を回転させながらシード層の上にＣｕメッキ９７を形成する。これにより、有底孔９３にＣｕメッキ９７が充填される。その後、図１５（ｄ）に示すように、基板９１が機械的に削られ、基板９１を貫通したＣｕメッキ９３による貫通電極が形成される。
【０００４】
上述のメッキ液は、有底孔開口部近傍でのＣｕメッキの析出を抑制して有底孔底面及び側面からＣｕメッキを堆積でき、このメッキ液の使用に加え、メッキ電流密度を０．１〜３ｍＡ／ｃｍ２とすることにより、有底孔内部が充填される前に開口部に析出したＣｕメッキによって開口部が塞がれて空洞（ボイド）が発生するという事態を回避できるとされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、樹脂板を貫通して形成されたヴィアの一端側が樹脂板の一面側に形成された配線パターンに接合されている配線基板を製造するため、樹脂板を貫通する貫通孔へのメッキ埋め込みを行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この例では、樹脂板を貫通する貫通孔の内壁面を含む全表面に形成した薄金属層を給電層とする電解メッキによって、貫通孔を金属により充填してヴィアを形成しすると共に、樹脂板の一面側に樹脂板の他面側よりも厚い金属層を形成し、樹脂板の一面側のみに所定の厚さの金属層が残存するように金属層にエッチングを施した後、樹脂板の一面側に残存した金属層にパターニングを施し、配線パターンを形成する。
【特許文献１】特許２００３−３２８１８０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０９２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した図１５や特許文献１に示されるような埋め込み方法においては、有底孔にメッキ埋め込み後に開口部と逆の基板面を切削研磨して埋め込み金属を露出させており、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスが必要であり、直接貫通孔へのメッキ埋め込みを行っていない。また、電流密度が小さく高速な処理が望めない。特許文献２に示されるような貫通孔へのメッキ埋め込み方法においては、ボイドに関する言及がなく、このメッキ埋め込み方法の適用限界が定かではない。また、基板に形成されたアスペクト比の大きな貫通孔に、ボイドの発生なく直接メッキ金属を埋め込みできるメッキ装置が知られていない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解消するものであって、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスを必要とせずに直接貫通孔に金属埋め込みができ、また、埋め込み金属中にボイドの発生のない信頼性の高い貫通電極をより高速に形成できる貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の表面に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度を異ならせて前記金属薄膜にメッキを施し電流密度の高い側の面の前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、メッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記第２工程は、前記基板の前記他方の面に臨む前記貫通孔の開口部周辺に撥水処理を施し、前記貫通孔に気泡を形成させた状態で前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、付着している前記気泡を脱泡させる工程である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載のメッキ埋め込み方法において、前記第２工程は、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて行うものである。
【００１１】
請求項４の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面とこの面に対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、前記基板の他方の面側の電流密度を前記一方の面側の電流密度より高くしてメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【００１２】
請求項５の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、前記基板の一方の面側の電流密度を前記他方の面側の電流密度より高くして前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むものである。
【００１３】
請求項６の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、メッキ液が充填されるメッキ槽と、電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極として前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印加手段と、を備え、前記電界印加手段は、前記基板とその両面に配置されたそれぞれの陽極との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段を備えているものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６記載のメッキ装置において、前記基板の一方の面と陽極との距離を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、前記基板の他方の面と陽極との距離を３０ｍｍ以上とするものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７記載のメッキ装置において、前記基板の一方の面と陽極との距離、及び前記基板の他方の面と陽極との距離がそれぞれ可変のものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項７又は８記載のメッキ装置において、前記電界印加手段は、前記基板の一方の面及び他方の面がれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できるものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を充填するメッキ槽と、電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極としで前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印可手段と、を備え、前記メッキ槽は、前記基板及び該基板を保持する基板保持装置により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽とポンプによりなるメッキ液循環機構とを備えているものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、第２工程において電流密度の高い側の面の貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、第３工程においてメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤の作用により、貫通孔入口付近への電流集中によるボイドの発生を防ぐと共にメッキ金属で塞がれた貫通孔の底部からのメッキ金属層の成長を促すので、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の開口が閉塞されることによるボイドの発生を防止でき、信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。また、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができるので、メッキ埋め込み工程の前後に別プロセスを必要とせず、工程が簡略化できる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、気泡に覆われた金属薄膜表面にはメッキが析出されないので、より大きな電流密度のもとでメッキを行うことができ、より短時間で貫通孔の一方をメッキ金属で塞ぐことができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、メッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末粒子が、析出するメッキ金属中に取り込まれるので、より短時間で貫通孔の一方の開口部をメッキ金属で塞ぐことができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、第１工程において基板の一方の面及び一方の面に臨む貫通孔の開口部の内壁のみに金属薄膜を形成し（従って、貫通孔の残りの内壁及び他方の面には給電層となる金属薄膜はない）、第２工程において一方の面に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、第３工程において貫通孔の孔底面から開口に向けて一方的にメッキ金属層の成長を行う堆積（ボトムアップ）方式によりメッキ金属を埋め込むことができるので、金属の埋め込みが完了する前に貫通孔の開口が閉塞されることがなくボイドの発生を防止でき、信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。また、開口に向かって貫通孔が狭まっていく逆テーパ形状の貫通孔に対してもボイドの発生なくメッキ埋め込みができる。また、メッキ促進剤やメッキ抑制剤を必要としない。また、ボトムアップ方式によりメッキ金属を埋め込むので、メッキ電流密度を大きくして処理を高速化でき、メッキ埋め込み時間を短縮できる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、請求項２の発明と同様の効果を奏することに加えて、第２工程において、基板の他方の面側からも金属薄膜にメッキを施して一方の面に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐので、メッキ埋め込み時間をさらに短縮できる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、基板の両面における電流密度をそれぞれ独立に制御できるので、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができ、ボイドの発生を防止した信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、陽極の近距離設定により貫通孔の開口部に電流集中させることができ、電流集中させた開口部をメッキ金属により短時間で塞ぐことができる。また、陽極の遠距離設定により貫通孔の開口部付近の電流集中を小さくでき、ボイドの発生を防ぎながら貫通孔へのメッキ埋め込みができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、陽極の距離調整により電流密度の条件設定ができ、種々の処理対象基板に対し、また、特定の基板の処理中の工程変更に対し柔軟に対応できる。
【００２６】
請求項９の発明によれば、処理対象基板の両面の金属薄膜、従って、貫通孔の両端の開口部における金属薄膜に対する電流密度の調整が独立に行えるので、貫通孔へのメッキ埋め込み中の各工程段階において、適宜の電流密度調整ができる。例えば、一方の面側にのみ電源の陰極を接続して他方の面側には接続しない場合、他方の面側には貫通孔の金属膜を通じてのみ電気接続されるので、途中の金属膜の抵抗により他方の面側への供給電流が減少する。これにより、他方の面側に影響を与えることなく一方の面側への電流密度を大きくでき、より短時間で一方の面側に臨む貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐことが可能となる。
【００２７】
請求項１０の発明によれば、メッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末粒子を、析出するメッキ金属中に取り込ませてより短時間で貫通孔の一方の開口部をメッキ金属で塞ぐことができる。また、２つの液槽の一方にのみ前記粉末粒子を分散させておくことにより、貫通孔の一方の開口部のみに粉末粒子を適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法及びメッキ装置について、図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、図１、図２に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ１）、第２工程（Ｓ２）、第３工程（Ｓ３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ１、図２（ａ））では基板１の表面に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ２、図２（ｂ））では基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度を異ならせて金属薄膜２にメッキを施し電流密度の高い側の面Ａの貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ３、図２（ｃ））ではメッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程（Ｓ２）とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００３０】
（第１工程）
図２（ａ）に示す基板１は、例えば、厚み３００μｍのシリコンウエハに、例えばプラズマエッチングにより直径２０μｍの貫通孔３を形成し、その表面Ａ、Ｂ及び貫通孔３の側壁にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成したものである。貫通孔３は、アスペクト比が１５であり、通常のプリント配線板のブラインドビアホールと比較しても高アスペクト比の貫通孔である。基板１として、絶縁膜を形成することなく、絶縁材である樹脂やセラミックからなる基板そのものを用いてもよい。
【００３１】
上述の基板１の表面及び貫通孔３内部側壁に、次工程での電気メッキの導電性下地となる金属薄膜２として、例えば銅薄膜をＣＶＤにより０．３μｍ形成する。金属薄膜２は、膜厚０．０５μｍから１μｍが好ましく、薄すぎると電気メッキ初期の溶解損失の発生や電気メッキ後の基板１からの剥がれの発生の原因となり、また、厚すぎると膜応力が発生して基板１との密着性が低下する。金属薄膜２の形成方法としてＣＶＤの他、スパッタ、蒸着、化学メッキ等のいずれを用いてもよい。金属薄膜２の金属は特に限定しないが、次工程における電気メッキとの密着性を考慮して選定する。また、基板１表面に各種電子部品を実装するための電気配線パターンや、基板１そのものを積層してデバイスを形成するための電気配線パターンを、金属薄膜２に形成してもよい。
【００３２】
（第２工程）
メッキ液として、表１に示す銅メッキ液を用い、金属薄膜２を形成した基板１を陰極とし基板１の一方の面Ａ（以下、Ａ面）及び他方の面Ｂ（以下Ｂ面）に対向する陽極との間に電流を流して電気メッキを行う。その際、図２（ｂ）及び表１に示すように、基板１のＡ面の電流密度をＢ面の電流密度より高くして、２０分間の電気メッキを行った。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上述の電気メッキにより、図２（ｂ）右図に示すように、電流密度の高いＡ面の貫通孔３開口部が銅のメッキ金属４で完全に塞がっていた。また、Ａ面の電流密度が高い場合には、貫通孔３の入口付近に電流が集中しやすく、貫通孔３が塞がりやすくなるが、Ａ面の電流密度が高すぎる場合には、供給される銅イオンの不足が発生するため、メッキ面に粉状の析出物が発生する。
【００３５】
（第３工程）
次に、第２工程で用いた同一のメッキ液を用いて、図２（ｃ）及び表２に示すように、第２工程とは逆に基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、４０分間の電気メッキを行った。
【００３６】
【表２】
【００３７】
上述の電気メッキにより、図２（ｃ）右図に示すように、貫通孔３を銅のメッキ金属４で完全に埋めることができた。メッキ促進剤は、第２工程で塞がった孔の底に付着しやすく、メッキの析出を促進する作用がある。また、メッキ抑制剤は、基板１表面や電流の集中しやすい貫通孔３の入口付近へ付着してメッキ析出を抑制する作用がある。これらの作用は単独では機能し難く、相互的に作用する。Ｂ面の電流密度は、低い方が埋め込み作用が大きく高い電流密度では開口部周辺の電流集中により促進割と抑制剤の作用が弱まる。好ましくは３Ａ／ｄｍ２以下が良い。Ａ面の電流密度は、Ｂ面のメッキ時間で所定の膜厚が得られるように設定する。これにより、貫通孔３内部にボイドを生じることなく、メッキ金属４で貫通孔３を埋め込むことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図３、図４に示すように、第１の実施形態と同様に直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ２１）、第２工程（Ｓ２２）、第３工程（Ｓ２３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ２１、図４（ａ））では基板１の一方の面Ａ及び一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部の内壁に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ２２、図４（ｂ））では基板１の一方の面Ａとこの面Ａに対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ２３、図４（ｃ））では基板１の他方の面Ｂ側の電流密度を一方の面Ａ側の電流密度より高くしてメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００３９】
（第１工程）
上述の第１の実施形態の第１工程における基板１と同様の基板１に対し、図４（ａ）に示すように、基板１のＡ面にスバッタリングにより銅の金属薄膜２を０．２μｍ形成した。つまり、片面のみに金属薄膜２を形成した。貫通孔３の内部の金属薄膜２の厚みは０．０１μｍであり、次工程の電気メッキ初期に溶解損失析出されない厚さである。金属薄膜２は、第２工程における電気メッキの導電性下地となる。金属薄膜２の厚さは０．０５μｍから１μｍが好ましく、薄すぎると電気メッキ初期の溶解損失の発生や電気メッキ後の基板１からの剥がれの発生の原因となり、また、厚すぎると膜応力が発生して基板１との密着性が低下する。
【００４０】
金属薄膜２の形成方法としてＣＶＤの他、スパッタ、蒸着、化学メッキ等のいずれを用いてもよいが、第３工程の貫通孔３内へのメッキ析出を孔底からのボトムアップ析出とするために、基板１の表面部及び貫通孔３の入口付近のみに金属薄膜２を形成することが好ましい。このような片面のみの金属薄膜２の形成方法として、金属薄膜２を形成しない面、及び貫通孔３の内部をマスキングする方法を用いてもよい。金属薄膜２の金属は、とくに限定しないが次工程の電気メッキとの密着性を考慮して選定する。また、基板１表面に各種電子部品を実装するための電気配線パターンや、基板１そのものを積層してデバイスを形成するための電気配線パターンを、金属薄膜２に形成してもよい。
【００４１】
（第２工程）
メッキ液として、表３に示すように、第１の実施形態における銅メッキ液を用い、金属薄膜２を片面（Ａ面）のみに形成した基板１を陰極として、図４（ｂ）に示すように、金属薄膜２を形成した面Ａに対向する陽極との間に電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して２０分間の電気メッキを行った。ただし、メッキ促進剤及びメッキ抑制剤は使わない。
【００４２】
【表３】
【００４３】
このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は、銅のメッキ金属４で完全に塞がった。Ａ面の電流密度が高い場合には、貫通孔３の入口付近に電流が集中て貫通孔３が塞がりやすくなるが、Ａ面の電流密度が高すぎる場合には、供給される銅イオンの不足が発生するため、メッキ面に粉状の析出物が発生する。
【００４４】
（第３工程）
次に、表４、及び図４（ｃ）に示すように、基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、５時間の電気メッキを行った。
【００４５】
【表４】
【００４６】
上述の電気メッキにより、図４（ｃ）右図に示すように、メッキ析出がボトムアップとなるので、貫通孔３の壁面又は貫通孔３の開口部が先に塞がることがなく、貫通孔３内にボイドが発生しない。このため、電気メッキ液には、第１の実施形態におけるメッキ促進剤及びメッキ抑制剤は必要としない。また、電気メッキにより貫通孔３は、銅のメッキ金属４で完全に埋めることができた。
【００４７】
上述のメッキ埋め込み方法を用いると、メッキ金属４の埋め込みが、孔底面からの堆積（ボトムアップ）方式になることより、図５に示すような、開口が貫通孔内部よりも狭まった状態の貫通孔３に対しても、ボイドの発生を起こすことなく貫通孔３にメッキ金属４で充填できる。また、メッキ促進剤、メッキ抑制剤等を必要としない。
【００４８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図６、図７に示すように、第１の実施形態と同様に直径が１ｍｍ以下の貫通孔３を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１にメッキを施して貫通孔３の内部に金属４を埋め込む貫通孔３へのメッキ埋め込み方法に関し、第１工程（Ｓ３１）、第２工程（Ｓ３２）、第３工程（Ｓ３３）を含んでいる。すなわち、第１工程（Ｓ３１、図７（ａ））では基板１の一方の面Ａ及び一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部の内壁に金属薄膜２を形成し、第２工程（Ｓ３２、図７（ｂ））では基板１の一方の面Ａ側の電流密度を他方の面Ｂ側の電流密度より高くして金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、第３工程（Ｓ３３）では基板１の一方の面Ａ側の電流密度と他方の面Ｂ側の電流密度の高低を第２工程（Ｓ２）とは逆に設定してメッキを施し貫通孔３にメッキ金属４を埋め込む。以下、実施例を説明する。
【００４９】
（第１工程）
使用する基板１及び金属薄膜２を形成する工程は、図７（ａ）に示すように、上述の第２の実施形態の第１工程における基板１及び金属薄膜２の形成と同様である。
【００５０】
（第２工程）
ここでは、上述の第２の実施形態の第２工程とは異なり、図７（ｂ）に示すように、金属薄膜２を形成したＡ面及び金属薄膜２を形成していないＢ面のそれぞれに対向する陽極との間に電流を流して電気メッキを行った。その際、基板１のＡ面の電流密度を、表５に示すように、Ｂ面の電流密度より高くして、３０分間の電気メッキを行った。メッキ液組成は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００５１】
【表５】
【００５２】
このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は銅のメッキ金属４で完全に塞がった。また、図７（ｂ）右図に示すように、基板１のＡ面の開口部から貫通孔３の内壁を基板１のＢ面方向に高さｄ＝１００μｍまで、メッキ析出がなされていた。Ｂ面側の電流密度が高すぎると、図７（ｃ）に示すように、メッキ析出が析出先端部で厚くなり、次の第３工程におけるメッキ時にボイドが発生しやすくなる。
【００５３】
（第３工程）
次に、表６に示すように、基板１のＢ面の電流密度をＡ面の電流密度より高くして、３時間の電気メッキを行った。メッキ液組成は、上述の第２の実施形態と同様である。
【００５４】
【表６】
【００５５】
上述のメッキ埋め込み方法を用いると、第２の実施形態と同様に、メッキ析出がボトムアップとなるので、貫通孔３の壁面又は貫通孔３の開口部が先に塞がることがなく、貫通孔３内にボイドが発生しない。このため、電気メッキ液には、第１の実施形態におけるメッキ促進剤及びメッキ抑制剤は必要としない。また、電気メッキにより貫通孔３は、銅のメッキ金属４で完全に埋めることができる。
【００５６】
ここで、上述した、第１、第２、及び第３の実施形態における、各工程の電流密度条件を比較のため、図８に示す。
【００５７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、図９に示すように、上述の第１の実施形態における第２工程において、基板１の他方の面Ｂに臨む貫通孔３の開口部周辺５ａに撥水処理を施し、貫通孔３に気泡５ｂを形成させた状態で金属薄膜２にメッキを施して一方の面Ａに臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぎ、その後、付着している気泡５ｂを脱泡させるものである。以下、実施例を説明する。
【００５８】
（第１工程）
上述の第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００５９】
（第２工程）
第１工程における金属薄膜２を形成した基板１に対し、図９（ａ）に示すように、基板１のＢ面側にフォトレジスト５を塗布し硬化させて、Ｂ面に臨む貫通孔３の開口部周辺５ａに撥水処理を行った。この撥水処理を行なった基板１を、メッキ液に浸漬させ、取出した基板１の表面を観察した結果、撥水処理をしていない金属薄膜２では、メッキ液が一面に親水しているのに対し、フォトレジスト５の表面上ではメッキ液は液滴状になっていた。このような基板１を用いて、第１の実施形態における銅メッキ液を用いて、基板１を陰極とし、撥水処理を施していない面Ａに対向する陽極との間に電流密度３Ａ／ｄｍ２の電流を流して２０分間の電気メッキを行った。このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部は、銅のメッキ金属４により完全に塞がっていた。
【００６０】
このような基板１は、基板１に付着した気泡５ｂを、振動付加、真空引き、液噴流、ブラッシング等で脱泡を行なった後に、上述の第１の実施形態における第３工程の処理を行うことができる。貫通孔３内に付着した気泡５ｂは、メッキのマスクとなるので、基板１のＢ面の開口部へのメッキ析出を阻止することになる。これにより、親水性の良い基板１のＡ面側の開口部のみをメッキ金属４で塞ぐことができる。撥水処理として、上述以外に金属薄膜２上に酸化膜を形成したり、フッ素やシリコーンなどをコーティングしたり、金属薄膜２に撥水材料を含有させたりする方法を用いることができる。
【００６１】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、図１０に示すように、上述の第１の実施形態における第２工程において、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて貫通孔３へのメッキ埋め込み方法である。以下、実施例を説明する。
【００６２】
第１の実施形態におけるメッキ液に平均粒径１μｍのニッケル粒子を１００ｇ／Ｌの割合で添加し、メッキ液を撹拌してニッケル粒子を均一に分散させながら基板１のＡ面の電流密度を３Ａ／ｄｍ２として１５分間の電気メッキを行った。このような電気メッキにより、電流密度の高いＡ面の貫通孔３の開口部近傍のメッキ金属４には、他の部分よりも多くのニッケル粒子６が取り込まれて、表面がコブ状となり、貫通孔３が完全に塞がっていた。メッキ液に分散させる粉末として、メッキ液に溶解しないニッケル、銀、バラジウム等の金属粒子粉末や、同じく溶解しない酸化物、炭化物、窒化物、ケイ酸塩類などのセラミックスや、導電性を有する活性炭等の粉末を用いることができる。これらの粒子をメッキ液中に分散させるため、粒子に対して予め界面活性剤により親水性を付与してもよい。粒子の大きさとして、粒子径０．２μｍから１０μｍが良く、０．２μｍ以下では開口部以外にも分散粒子が析出し貫通孔を塞ぐ効果が少ない。１０μｍ以上では液中に均一に分散しなく、また析出量が少ないため貫通孔を塞ぐ効果が少ない。
【００６３】
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、図１１に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１における貫通孔にメッキを施すメッキ装置７に関し、メッキ液７０が充填されるメッキ槽７１と、電源ＰＳ１，ＰＳ２及びこの電源ＰＳ１，ＰＳ２に接続され基板１を陰極として基板１の両面Ａ，Ｂにそれぞれ対向するようにメッキ槽７１中に配置された陽極ＡＤ１，ＡＤ２を含む電界印加手段と、を備え、電界印加手段は、基板１とその両面Ａ，Ｂに配置されたそれぞれの陽極ＡＤ１，ＡＤ２との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段７２，７２を備えているものである。
【００６４】
このようなメッキ装置７によれば、基板１の両面Ａ，Ｂにおける電流密度をそれぞれ独立に制御できるので、電流密度の条件設定によりプロセス制御して、貫通孔への直接埋め込みができ、ボイドの発生を防止した信頼性の高い貫通孔へメッキ金属の埋め込みができる。
【００６５】
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、図１２に示すように、上述の第６の実施形態におけるメッキ装置７において、基板１の一方の面Ａと陽極との距離ｄ１を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、基板１の他方の面Ｂと陽極との距離ｄ２を３０ｍｍ以上とするものである。
【００６６】
このようなメッキ装置７によれば、陽極ＡＤ１の近距離設定により貫通孔の開口部に電流集中させることができ、電流集中させた開口部をメッキ金属により短時間で塞ぐことができる。また、陽極ＡＤ２の遠距離設定により貫通孔の開口部付近の電流集中を小さくでき、ボイドの発生を防ぎながら貫通孔へのメッキ埋め込みができる。
【００６７】
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、上述の第７の実施形態におけるメッキ装置７において（図１２参照）、基板１の一方の面Ａと陽極ＡＤ１との距離ｄ１、及び基板１の他方の面Ｂと陽極ＡＤ２との距離ｄ２がそれぞれ可変のものである。
【００６８】
このようなメッキ装置７によれば、陽極の距離調整により電流密度の条件設定ができ、種々の処理対象基板に対し、また、特定の基板の処理中の工程変更に対し柔軟に対応できる。例えば、基板１のＡ面とその面Ａに対応する陽極ＡＤ１との距離ｄ１、他方の面Ｂと陽極ＡＤ２との距離ｄ２を、貫通孔の孔径及び深さなどの形状寸法に合わせて最適化できる。これにより、上述したメッキ埋め込み方法のいずれかの実施形態において、第２工程の貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ易くすると共に、第２工程及び第３工程における開口部への電流集中を緩和させることができ、メッキ埋め込みが容易となる。また、基板１のＢ面及びＡ面のメッキ厚を制御することができる。
【００６９】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、上述の第７又は第８の実施形態におけるメッキ装置において、電界印加手段は、基板１の一方の面Ａ及び他方の面Ｂがれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できるものである。このようなメッキ装置７によれば、処理対象基板１の両面Ａ，Ｂの金属薄膜２、従って、貫通孔３の両端の開口部における金属薄膜２に対する電流密度の調整が独立に行えるので、貫通孔３へのメッキ埋め込み中の各工程段階において、適宜の電流密度調整ができる。例えば、図１３に示すように、一方の面Ａ側にのみ電源ＰＳ１の陰極を接続して他方の面Ｂ側には接続しない場合、他方の面Ｂ側には貫通孔３の金属薄膜２を通じてのみ電気接続されるので、途中の金属薄膜２の抵抗により他方の面Ｂ側への供給電流が減少する。これにより、他方の面Ｂ側に影響を与えることなく一方の面Ａ側への電流密度を大きくでき、より短時間で一方の面側に臨む貫通孔３の開口部をメッキ金属で塞ぐことが可能となる。
【００７０】
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、図１４に示すように、直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板１又は表面が絶縁された基板１における貫通孔にメッキを施すメッキ装置７に関し、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液７０ａを充填するメッキ槽７１と、電源ＰＳ１，ＰＳ２及びこの電源ＰＳ１，ＰＳ２に接続され基板１を陰極としで基板１の両面Ａ，Ｂにそれぞれ対向するようにメッキ槽７１中に配置された陽極ＡＤ１，ＡＤ２を含む電界印可手段と、を備え、メッキ槽７１は、基板１及び該基板１を保持する基板保持装置７４により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽７１ａ，７１ｂとポンプＰによりなるメッキ液循環機構とを備えているものである。
【００７１】
このようなメッキ装置７は、上述の第５の実施形態における第２工程において好適に用いられる。この場合、貫通孔３の開口部をメッキ金属４で塞ぐため（前出の図１０参照）、基板１のＡ面をメッキする側には、粒径０．２μｍ〜１０μｍかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液７０ａを、基板１と該基板１を保持する基板保持装置７４によりメッキ槽７１を２つの液槽に分離した一方の側のメッキ槽に供給して用いる。このメッキ液７０ａは、メッキ槽７１から矢印ＯＦで示すようにオーバフロして貯め槽７１ａに回収される。貯め槽７１ａは、メッキ液７０ａの温度、組成等の調整を行なうこともでき、また、粒末の沈降を防止する撹拌機能（不図示）を備える。貯め槽７１ａのメッキ液７０ａは、循環ポンプＰによりメッキ槽７１に戻される。メッキ槽７１では、粉末の沈降を防止する別の撹拌機能を備えてもよい。
【００７２】
また、基板１のＢ面をメッキする側には、前記粉末を分散させていないメッキ液７０ｂを用いる。このメッキ液７０ｂは、基板１と該基板１を保持する基板保持装置７４によりメッキ槽７１を２つの液槽に分離した他方のメッキ槽に供給して用いる。このメッキ液７０ｂは、メッキ槽７１から矢印ＯＦで示すようにオーバフロして貯め槽７１ｂに回収される。貯め槽７１ｂは、メッキ液７０ａの温度、組成等の調整を行なうこともできる。貯め槽７１ｂのメッキ液７０ｂは、循環ポンプＰによりメッキ槽７１に戻される。このとき、メッキ液７０ｂは、循環経路中に混入した粉末をフィルタＦによって濾過除去される。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【図５】同上メッキ埋め込み方法による埋め込み例を示す基板断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法に関するフローチャート。
【図７】（ａ）（ｂ）は同上メッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図、（ｃ）は失敗例を示す貫通孔部の基板断面図。
【図８】同上３種類のメッキ埋め込み方法のメッキ条件の比較図。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する貫通孔部の基板断面図。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する貫通孔部の基板断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係るメッキ装置の断面図。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は従来の貫通孔へのメッキ埋め込み方法を説明する主要工程段階における貫通孔部の基板断面図。
【符号の説明】
【００７４】
１ 基板
２ 金属薄膜
３ 貫通孔
４ メッキ金属
５ 撥水処理
５ｂ 気泡
６ 粒子
７ メッキ装置
７０ メッキ液
７１ メッキ槽
７２ 電流密度制御手段
７４ 基板保持装置
７１ａ，７１ｂ 貯め槽
ＡＤ１，ＡＤ２ 陽極
Ａ 他方の面
Ｂ 一方の面
Ｐ ポンプ
ＰＳ１，ＰＳ２ 電源
ｄ１，ｄ２ 距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の表面に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度を異ならせて前記金属薄膜にメッキを施し電流密度の高い側の面の前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
メッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記基板の前記他方の面に臨む前記貫通孔の開口部周辺に撥水処理を施し、前記貫通孔に気泡を形成させた状態で前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、付着している前記気泡を脱泡させる工程である請求項１記載の貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項３】
前記第２工程は、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて行う請求項１記載のメッキ埋め込み方法。
【請求項４】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面とこの面に対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
前記基板の他方の面側の電流密度を前記一方の面側の電流密度より高くしてメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項５】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度を前記他方の面側の電流密度より高くして前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項６】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、
メッキ液が充填されるメッキ槽と、
電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極として前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印加手段と、を備え、
前記電界印加手段は、前記基板とその両面に配置されたそれぞれの陽極との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段を備えていることを特徴とするメッキ装置。
【請求項７】
前記基板の一方の面と陽極との距離を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、前記基板の他方の面と陽極との距離を３０ｍｍ以上とする請求項６記載のメッキ装置。
【請求項８】
前記基板の一方の面と陽極との距離、及び前記基板の他方の面と陽極との距離がそれぞれ可変である請求項７記載のメッキ装置。
【請求項９】
前記電界印加手段は、前記基板の一方の面及び他方の面がれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できる請求項７又は請求項８記載のメッキ装置。
【請求項１０】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、
粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を充填するメッキ槽と、
電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極としで前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印可手段と、を備え、
前記メッキ槽は、前記基板及び該基板を保持する基板保持装置により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽とポンプによりなるメッキ液循環機構とを備えていることを特徴とするメッキ装置。
【請求項１】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の表面に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度を異ならせて前記金属薄膜にメッキを施し電流密度の高い側の面の前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
メッキ抑制剤及び又はメッキ促進剤を含むメッキ液を用いるとともに前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記基板の前記他方の面に臨む前記貫通孔の開口部周辺に撥水処理を施し、前記貫通孔に気泡を形成させた状態で前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぎ、その後、付着している前記気泡を脱泡させる工程である請求項１記載の貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項３】
前記第２工程は、粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を用いて行う請求項１記載のメッキ埋め込み方法。
【請求項４】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面とこの面に対向する陽極との間でメッキ電流を流すことにより前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
前記基板の他方の面側の電流密度を前記一方の面側の電流密度より高くしてメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項５】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板にメッキを施して前記貫通孔の内部に金属を埋め込む貫通孔へのメッキ埋め込み方法において、
前記基板の一方の面及び前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部の内壁に金属薄膜を形成する第１工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度を前記他方の面側の電流密度より高くして前記金属薄膜にメッキを施して前記一方の面に臨む前記貫通孔の開口部をメッキ金属で塞ぐ第２工程と、
前記基板の一方の面側の電流密度と他方の面側の電流密度の高低を前記第２工程とは逆に設定してメッキを施し前記貫通孔にメッキ金属を埋め込む第３工程と、を含むことを特徴とする貫通孔へのメッキ埋め込み方法。
【請求項６】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、
メッキ液が充填されるメッキ槽と、
電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極として前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印加手段と、を備え、
前記電界印加手段は、前記基板とその両面に配置されたそれぞれの陽極との間の電流密度を独立に制御する電流密度制御手段を備えていることを特徴とするメッキ装置。
【請求項７】
前記基板の一方の面と陽極との距離を２０ｍｍ以下の互いに接触しない距離とし、前記基板の他方の面と陽極との距離を３０ｍｍ以上とする請求項６記載のメッキ装置。
【請求項８】
前記基板の一方の面と陽極との距離、及び前記基板の他方の面と陽極との距離がそれぞれ可変である請求項７記載のメッキ装置。
【請求項９】
前記電界印加手段は、前記基板の一方の面及び他方の面がれぞれ独立に陰極又はグランドとなるように接続できる請求項７又は請求項８記載のメッキ装置。
【請求項１０】
直径が１ｍｍ以下の貫通孔を有する絶縁材料からなる基板又は表面が絶縁された基板における前記貫通孔にメッキを施すメッキ装置であって、
粒径が０．２μｍ乃至１０μｍでかつメッキ液に溶解しない金属又は非金属の粉末を分散させたメッキ液を充填するメッキ槽と、
電源及びこの電源に接続され前記基板を陰極としで前記基板の両面にそれぞれ対向するように前記メッキ槽中に配置された陽極を含む電界印可手段と、を備え、
前記メッキ槽は、前記基板及び該基板を保持する基板保持装置により２つの液槽に分離されてなり、それぞれの液槽は少なくとも貯め槽とポンプによりなるメッキ液循環機構とを備えていることを特徴とするメッキ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−１１１８９６（Ｐ２００６−１１１８９６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８１０９（Ｐ２００４−２９８１０９）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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