JPH02263996A - バンプめっき設備及びめっき法 - Google Patents

バンプめっき設備及びめっき法

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JPH02263996A
JPH02263996A JP2003299A JP329990A JPH02263996A JP H02263996 A JPH02263996 A JP H02263996A JP 2003299 A JP2003299 A JP 2003299A JP 329990 A JP329990 A JP 329990A JP H02263996 A JPH02263996 A JP H02263996A
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plating
equipment
bump
anode
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は集積回路装置の製造、より詳細には半導体ウェ
ーハ上の金属化回路パターン上にメタルバンプを電鍍す
る設備に関する。
[従来の技術] メタルバンプコンタクトは集積回路を基板へ電気的に接
続するフリップチップ技術及び集積回路をリードフレー
ムに電気的に接続するTAB (テープ自動化ボンディ
ング)に使用することができる。代表的に、バンプはウ
ェーハ上のホトレジストパターンにより決定される位置
において、半導体ウェーハの表面上の金属化集積回路コ
ンタクト上へ電鍍される。
ウェーハ上にバンプコンタクトを電miる一般的な従来
技術はウェーハの表面をホトレジストでパターン化し、
ウェーハの背面をホトレジストやワックスでコーティン
グして背面のめっきを防止し、次にバンプめつき工程を
実施しながらウェーハをめつき槽内に垂直に保持するラ
ック内につ工−ハを配置することにより行われる。
米国特許第4,137,867号にはめつきされるウェ
ーハの背面に背面のめっきを防止するためのコーティン
グを必要としないバンプめつき設備が開示されている。
この設備ではバンプめつきの処理ステップ数を減らすこ
とによりコスト節減が実現される。すなわち、ウェーハ
の背面コーティングに伴うステップが不要となる。これ
は、めっき槽の表面においてウェーハを手向きに保持す
る設備により可能とされる。ウェーハの表面だけがめつ
き槽と接触し、背面は窒素ガス流を背面に指向させるこ
とにより乾燥されたままとされる。
前記いずれの従来技術でもウェーハ面上のホトレジスト
内のバンプバイアス(ウェーハ上でバンプがめつきされ
るホトレジスト内の円筒状空洞)内に捕獲される空気バ
ブルにより歩留りが低下する。バブルはバイアス内のめ
つき溶液を排除させ且つバブルのある所でバンプめつき
が行われるのを防止するか、もしくは不当な形状や高さ
のバンプめっきが行われる原因となる。めっき工程中に
めっき溶液、すなわちめっき槽を循環させる必要があり
、バブルを発生させずにめっき槽を循環させるのは極め
て困難である。めつき槽内で垂直もしくは下向き方位を
有するウェーハにめっきを行う場合、バイアス内に空気
バブルが捕獲される可能性が存在する。これら従来技術
のウェーハ配置では、ウェーハ表面上のホトレジストコ
ーティングを厚くするとバイアス内にバブルが捕獲され
る可能性が高まる。
TABもしくはフリップチップ技術で使用する場合には
、バンプは高い方が望ましい。コンピュータストレスモ
デリングを含む研究により、短いバンプよりも応力が緩
和され信頼度が高まるごとが判った。壁形成バンプの高
さはウェーハ面上のホトレジストの厚さに等しい。バイ
アスの深さはホトレジストの厚さに等しいため、深いバ
イアスにより高いバンプが生成されることは明白である
めっき作業中にウェーハが垂直もしくは下向き方位を有
する従来ユ術の一工程によりバンプめっきされるウェー
ハ上にバイアスがある場合には、深いバイアスは浅いバ
イアスよりも一層バプルを捕獲しがちである。バンプ(
もしくはバイアス)のアスペクト比は幅で除した高さ(
深さ)として定義される。アスペクト比がおよそ0.4
もしくはそれ以上に達すると、米国特許第4,137.
867号に開示された方法でめっきされるウェーハのバ
イアス内に多くのバブルが捕獲される。アスペクト比が
およそ0.4よりも小さい場合には、設備内に生じてウ
ェーハ面に接触するバブルはめつき槽の循環によりウェ
ーハ面に沿って移動してウェーハ縁で排出することがで
きる。従って、つニー凸面に到達するバブルはバイアス
内に捕獲されない。およそ0.4の臨界比に達すると、
槽の流れによりバブルをバイアスから掃出することがで
きなくなり、バブルのあるバイアス内におけるめっきは
完全に防止されるかもしくは奇形のバンプとなる。
バンプに関するもう一つの重要な特徴はその平坦度であ
る。平坦度は1個の集積回路もしくは全体ウェーハ上の
最高及び最低バンプ間の高さの差により表わされる。例
えば、1個のチップ上の全てのバンプが正確に同じ高さ
であれば、それらの頂面は共通面内にあり平坦度の差は
ゼロとなる。
チップ上の最高バンプが30ミクロンで最低バンプが2
8ミクロンであれば、チップの平坦度の差は2ミクロン
となる。平坦度の差が低いと、平坦度は高いということ
ができる。
平坦度は組立時に良好な集積回路の歩留りに影響を及ぼ
すので重要である。TABもしくはノリップチップ工程
を使用したバンプと電気的接触を行う方法では、平坦度
が高い場合に歩留りが最高となり、平坦度の低下と共に
歩留りが低下する。
平坦度が低いと、バンプの中の1個が良好な電気的接触
を行わない可能性が高まる。これはノリツブチップの場
合特にそうであり、それはバンプに電気的に接続される
基板は実質的に平坦な表面を有するためである。チップ
上の1個のバンプの接触ロスにより全体チップのアセン
ブリが失敗する。
低平坦度はバンプバイアス内に捕獲されるバブルにより
生じ、バブルはバブルを捕獲していないバイアス内のバ
ンプのめっきを行うかもしくはバンプがいくらかでもめ
っきされるのを防止する。チップ当りのバンプ数が増大
すると、チップ上のバンプバイアスの一つがバブルを捕
捉する機会が高まる。
ウェーハが下向き方位でバンプめつぎされると、高いバ
ンプをめっきして171時に平坦度歩留りロスを防止す
る唯一の公知の方法はアスペクト比の低いホトレジスト
をパターン化する、すなわち浅いバンプバイアスとする
ことである。アスペクト比が低い時に高いバンプを得る
ためには、マツシュルーム状となるようにバンプを重ね
めっきしなければならない。゛ゝマツシュルーム″の頭
部はホトレジストの厚さと同じ高さのバンプをめっき工
程により形成した侵ホトレジスト表面に沿って横方向に
拡がる金属化めっきにより形成される。この重ねめっき
、すなわちマツシュルーム頭部、はホトレジストをウエ
ーハヘロックしてホトレジストの最終除去を複雑化させ
る。また、バンプは互いに2つの隣接バンプの重ねめっ
き出よりも接近して配置することができず、チップ上の
バンプ密度が制限される。例えば、バンプ重ねめっきが
0.0254ae(1ミル)であれば、バンプはウェー
ハヒで少くとも0.0508m(2ミル)分離させなけ
ればならない。
米国特許第4.137.867号に開示された設備のも
う一つの不利な点は、設備を全くとは言わないまでも容
易に移動させることができないため、めっきを行う前に
ウェーハに必要な予浸漬もしくは洗浄処理はウェーハを
設備内にa置する前に行わなければならないことである
。予浸漬や洗浄はめつき工程自体を開始する前に・クエ
ーハ面から酸化物等を除去することである。ウェーハが
洗浄後に干上る場合には、その表面に酸化物が再形成さ
れウェーハを洗浄槽内で再洗浄しなければならない。再
酸化を防止するために、ウェーハは洗浄槽から取り出し
た後およそ10秒以内にめつき槽内に配置しなければな
らない。
本発明はめっき槽内でウェーハを上向き方位に保持する
可搬型バンプめつき設備を提供する。本設備はウェーハ
背面と接触し且つめつき槽がウェーハ背面と接触するの
を防止するシールを形成するエラストマーパッド(el
astomer pad )を含んでいる。本設備はま
たウェーハ面上の金属化部とカソード電気接続を形成す
る手段、及びウェーハ而よりも上に配置されためつきア
ノードを含んでいる。本設備はウェー凸面より上でウェ
ー凸面とアノード間においてめっき槽の流れに対して開
かれている。
本発明の設備におけるウェーハの上向き方位によりバブ
ルがバンプバイアス内に捕獲されるのが防止され、従っ
て捕獲されたバブルが平坦度の低下や個別バンプの変形
の原因となることが解消される。試験により、本発明の
設備内に生成される高いバンプの平坦度は従来技術によ
り生成される高いバンプの平坦度よりも実質的に高いこ
とが判った。
本発明の設備により厚いホトレジストを使用して重ねめ
っきのないまっすぐな側面と平坦な頂部を有する高いバ
ンプ、すなわち円筒状バンプを形成することができる。
Cれにより、バンプの歪が良好に緩和される集積回路デ
バイスを製造することができる。また、重ねめっきが行
われないためバンプは互いに近接配置することができ、
それは集積回路チップが外界に対して高密度の電気的コ
ンタクト(バンプ)を有することができることを意味す
る。
本発明の設備内に載置されたウェーハの背面はエラスト
マパッドによりめっき槽へ露呈されず、従ってホトレジ
スト、ワックスもしくは他の保護コーティングにより背
面を保護するための余分のステップを必要としない。
本発明の設備によりウェーハをその中にvl置し次に水
や(硫酸等の)酸洗いもしくは除垢溶液等の洗浄溶液に
浸漬して酸化物を除去することによりウェーへ面を洗浄
することができる。次に、ウェーハを含む、全体設備を
洗浄液から取り出しつ1−ハ自体に触れることなくめつ
き槽へ運ぶことができる。直接ウェーハに触れる必要が
ないため、ウェーハを汚染もしくは破損させる機会が最
小限とされ、ウェーハを洗浄槽からめつき溶液へ運ぶの
に要する時間が最小限とされる。従って、本発明により
提供される設備によりウェーハ表面に酸化物が再形成さ
れる危険性がほとんどなしにウェーハを洗浄槽からめつ
き槽へ転送することができる。
[実施例] 第1図に示すように、設備1は頂板2、アノード3、フ
レーム4、エラストマーバッド5.3本のカソード針6
、及び底板7を含んでいる。頂板2及び底面7はプラス
チック等の電気絶縁材により構成され、好ましくはフレ
ーム4も絶縁体ではあるが、めっき槽及び洗浄溶液に対
して絶縁被覆されておれば8I電性とすることができる
アノード3は設備1の頂部に配置され、第1図及び第2
図に示すように、7ノードねじ8により頂板2に取り付
けられている。めっき給電の正端子は接続部10におけ
るアノード1ツイヤ9及びアノードねじ8によりアノー
ド3に接続されている。
7ノード3はめっきされるウェーハ11と1Lil径も
しくは幾分小さいサイズとされており、フレーム4は使
用する特定めっき工程に対して7ノ〜ドウ工−ハ間距離
を最適距離に設定する。
めっきりるウェーハ11は底板7の上面12上に配置さ
れたエラストマーパッド5上に上向き13に配置される
。3本のカソード針6が120゜離れて配置されウェー
ハ周辺のすぐ内側でウェーハ11と電気的に接触する。
カソード針はウェーハ11の表面13上の金属化部と接
触し、カーソドワイヤ14及びカソードコネクタ15に
よりめっき給電の負端子へ電気的に接続されている。第
1図及び第2図に示すように、各カソード針6は一つの
カソードコネクタ15に固定されたー・端を有しそこで
カソードコネクタと機械的及び電気的接触を行う。
第2図に示すように、カソードコネクタ15及びカソー
ド針6はそれぞれ符号16及び17においてめっき槽か
ら電気的に絶縁されている。符号16.17における絶
縁は周囲のめらき槽に対するものである。しかしながら
、カソード針ポイント18は絶縁されておらず、ウェー
ハ11上のホトレジストを貫通してウェーハの表面13
上の下層金属化部と電気的に接触することができる。絶
縁によりめっき槽へ露呈される負バイアスされた導体の
面積が最小限とされ、設備1の不要なめっきが最小限と
される。
本発明の別の実施例において、フレーム4は導電性であ
り、カソードコネクタ15と同様に、めっき槽に対する
電気的絶縁で被覆されている。本実施例において、カソ
ードコネクタ15を省くことができカソード針6のめっ
き給電の負端子への電気的接続はフレーム4を介して行
われる。フレーム4はめっき壇表面19もしくはそれよ
りも上にあるフレーム上の点においてめっき給電に′電
気的に接続することができる。
カソード針ポイント18はポイントとウェーハ11の表
面13上の金属化部との良好な電気的接触を保証するの
に充分な大きさのスプリング力をウェーハ11上に加え
る。また、この力によりウェーハ11はエラストマーパ
ッドSに対して押圧されウェーハ11背面とエラストマ
ーパッド5間に良好なシールを形成し、めっき槽がウェ
ーハ背面と接触するのを防止する。エラストマーバッド
はまたクツションとして作用してカソード針6により加
わる力によりウェーハ11が破砕されるのを防止する。
好ましくは、エラストマーバッド5は洗浄溶液及びめっ
き槽に対して抵抗性のシリコンゴムやネオプレン等の弾
性材でできている。
第2図に示1ように、めっき工程中に設備1はアノード
3を完全に槽中に沈めるのを保証するのに必要なだけの
深さまでめっき槽2o中に沈められる。第2図に示すよ
うに、7ノードねじ8及びアノードワイヤ9とアノード
ねじ8の電気的接続(第1図参照)をめっき槽表面19
よりも上に維持するのに充分なだけ、頂面2はめつき槽
表面19よりも上とされる。フレーム4がフレーム4を
介してめっき給電に電気的に接続されている本発明の実
施例において、フレームはやはりめっき槽表面19より
も上にある端子において給電からのワイヤに接続されて
いる。このような端子はアノードねじ8と同様に形成す
ることができ、このようなねじは頂面2を貫通してフレ
ーム4と電気的に接触する。いずれの実施例においても
、設備は底板7の下のサポート等の任意従来の手段によ
り第2図に承す位置においてめっき槽20内に保持する
ことができる。
第1図に示すように、アノード3周りの空気バブルをめ
っき作業中に排出するための空気孔21が頂板2内に設
けられている。設備1の底部にある排水量I]22によ
り、設備をこれらの槽から取り出す時に洗浄及びめっき
溶液はウェーハ11から流去することができる。
第3図に示す別の実施例において、駆動機構31が設@
1に接続されている。駆動機構31は軸24を介して設
備1に接続されたモータ23を含んでいる。モータ23
は任意適切な電気的もしくは他のタイプのモータとする
ことができ、複数個の搭載装置29を使用して底板28
に取り付けられている。底板28は複数個のブラシホル
ダー搭載装置30を使用してブラシホルダー27に取り
付けられている。複数個のブラシ26が機械的にブラシ
ホルダー27に取り付けられており、且つ電気的にアノ
ードワイヤ9及びカソードワイヤ14に接続されている
第3図に示すように、設備1には複数個のスリップリン
グ25、軸、頂板2、アノード3及びフレーム4を有す
るスリップリングホルダー32が含まれている。スリッ
プリングホルダー32は前記したように軸24を介して
モータ23に接続されている頂板2に取り付けられてい
る。他の有用な実施例は静止アノード3を採用すること
ができ、それはアノードがウェーハ面13に対して移動
することは重要でないためである。複数個のスリップリ
ングコンタクト33がアノードワイヤ9を介してスリッ
プリング25及びサプライアノード3に接続され、且つ
前記したようにカソードワイヤ14を介してカソード針
ポイント18に接続されている。
第4図はめっき槽20中の設置a1を示す。前記したよ
うに1クエーハ11をニラストン−バッド5の頂部(配
置した時にウェーハ面13が底板上面12と平坦になる
のを保証するのにちょうど充分な深さの窪んだ領域34
が底板上面12にあることを除けば、設備1は前記実施
例と同じである。
動作を説明すると、ウェーハ11はエラストマーバッド
5上に配置され設備1はめっき槽20内に配置される。
モータ23が励起されて軸24と設備1が回転開始する
。次に、前記実施例について説明したように、めっき電
流がアノードワイヤ9を介してアノード3へ且つカソー
ド針ポイント18を介してカソードワイヤ14へ加えら
れる。
第5図にもう一つの有用な実施例を示し、ここではめっ
き溶液を排出しているノズル37を回転させる回転バイ
ブ36を使用してめっき120が循環される。本実施例
において、ウェーハ11はめっき槽20内に上向きに静
止保持される。ウェーハに対する方向が変化する常時変
化循lmff1流によりウェーハがめっきされるような
任意のめっき槽20循環法が本工程の条件に合致するこ
とをお判り願いたい。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
(1)  ウェーハ上のバイアス内に捕獲されるバブル
数を最小限とするバンプめっき設備において、該設備は
、 斡 底板と、 (b) ウェーハを上向き方位に保持するだの底板上面
内の凹みと、 (鋳 めっき槽がウェーハ背面と接触するのを防止しウ
ェーハのL面が底板の上面と共面となるのに充分な厚さ
の凹み内のバッド、 を具備するバンプめっき設備。
(2)  第(1)項記載の装置において、さらに前記
底板よりも上にアノードを含む、バンプめっき設備。
(3)  第(2)項記載の装置において、アノードは
円板状のS電体である、バンプめつき設備。
(4)  第(1)項記載の装置において、さらにめつ
き槽内で設備を回転させるための設備に接続されたモー
タを含む、バンプめつき設備。
(5)  第(1)項記載の装置において、さらに頂板
を含むバンプめつき設備。
(6)  第(5)項記載の装置において、頂板はバブ
ルを排出するための空気孔を含むバンプめつき設備。
(7)  第(1)項記載の設備において、パッドはエ
ラストマーであるバンプめつき設備。
(8)  ウェーハ上のバイアス内に捕獲されるバブル
数を最小限とし且つウェーハを予浸漬もしくは洗浄槽か
らめつき槽へ移送づる時間を最小限とする可搬型バンプ
めつき設備において、該設備は、幹 ウェーハ背面にシ
ールを形成してめっき槽が背面と接触するのを防止する
エラストマーパッドと、 (b) めっきされるウェーハ表面が上面と共面になる
ようにエラストマーバッド及びウェーハを支持する、上
面内に凹みを有する底板と、(b) 底板及びウェーハ
表面よりも上に配置されたアノードと、 ゆ アノードを支持する頂板と、 <e>  底板及びつJ−凸表面よりも一定距離だけ上
に頂板及びアノードを支持するフレームと、(f)  
めっき槽内でフレームを回転させるためのフレームに接
続されたモータと、 (c)ウェーハ表面上の金属化部をめっき給電の正端子
に電気的に接続するカソード針、を具備する可搬型バン
プめつき設備。
(9)  第(7)項記載の装置において、さらに設備
の内側からバブルを排出させる空気孔を含む可搬型バン
プめつぎ設備。
(10)  第(7)項記載の装置において、カソード
針はウェーハ面上へ力を加えてエラストマーバッドとウ
ェーハ背面との間にシールを形成づる、可搬型バンプめ
っき設備。
(11)ウェーハ面上の金属化部上にバンプめつきを行
う方法において、該方法は次のステップ、すなわち、 (2) ウェーハをバンプめつき設備内のパッド上に上
向きに配置して、ウェーハ背面がパッドに隣接しめっき
されるウェーハ面が設備内の底板と共面となりウェーハ
が設備内でアノードよりも下に配置されるようにし、 (b) カソード針をウェーハ面Fの金属化部に対して
配置して金属化部と電気的接触を行わせ、(b) めっ
き槽とめつきされるウェーハ表面間で相対運動を生じる
、 からなるバンプめつき法。
(12)第(10)項記載の方法において、カソード針
を・ウェーハ面上の金属化部に対して配置するステップ
によりウェーハ背面がパッドに対して押圧されて完全性
の高いシールを形成しめつき槽がつ工−ハ背面と接触す
るのを防止する、バンプめつき法。
(13)第(10)項記載の方法において、めっき槽と
めっきされるウェーハ面間の相対運動を生じるステップ
は設備を回転させるステップを含む、バンプめつき法。
(14)第(10)項記載の方法において、めっき槽と
めっきされるウェーハ面間で相対運動を生じるステップ
はウェーハ面への法線の周りでめっき液流を回転させる
ステップを含む、バンプめつき法。
(15)第(10)項記載の方法において、さらに次の
ステップ、すなわち、 (2) ウェーハを有するバンプめつき設備を洗浄もし
くは予浸製槽中へ挿入し、 0 ウェーハを有する設備を洗浄もしくは半浸漬槽から
取り出し、 (c) ウェーハを有するバンプめっき設備をめっき槽
中へ挿入する、 からなる、バンプめっき法。
(16)第(14)項記載の方法において、つ1−ハを
有するバンプめつき設備をめっき槽中へ挿入するステッ
プ設備がアノードをちょうどカバーするのに充分なだけ
めっき槽中へ挿入されるという制約の元で実施される、
バンプめつき法〆 (11)第(10)項記載の方法において、さらに次の
ステップ、すなわち (2) アノードをめっき給電の正端子へ電気的に接続
し、 0 カソード針をめっき給電の負端子へ接続する、 からなる、バンプめっき法。
(18)本開示には集積回路を含むシリコンウェーハ1
1を金属めっき槽中に保持するめっき設備11が記載さ
れている。ウェーハ11には所望のバンプ高さに等しい
厚さまでホトレジストがコーティングされ、且つ標準ホ
トリソグラノイック技術により所望のバンプ位置がパタ
ーン化されている。
次につ1−ハ11は設備1にO−ドされ、ウェーハ11
のパターン化された側が上向きとなり、めっきアノード
3がウェーハ11の直上に位置するようにめつき槽中に
設備1が配置される。現在市賑されているシステムでは
ウェーハ11はパターン化された側を下向きとしアノー
ドをその小に位置して配置されるか、もしくはウェーハ
は横向きでアノードはそれからアクセスされる。これら
の現在のシステムではホトレジストのパターン内に空気
が捕獲され、ウェーハ11上の不完全もしくは不均一バ
ンプめつきにより歩留りが低下する。
本開示によりこのような歩留りロスが防止され且つ設備
内にロードした模にウェーハ11上の洗浄が可能となる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の設備の一実施例の分解アイソメトリッ
ク図、第2図は第1図に示す本発明の実施例の側断面図
、第3図は本発明の有用な実施例の分解アイソメトリッ
ク図、第4図は第3図に示す本発明の実施例の側断面図
、第5図は本発明のもう一つの実施例の側面図である。 参照符号の説明 1・・・バンプめっき設備 2・・・頂板 3・・・アノード 4・・・フレーム 5・・・エラストマーパッド 6・・・カソード針 7・・・底板 8・・・アノードねじ 9・・・アノードワイヤ 10・・・接続部 11・・・ウェーハ 14・・・カソードワイヤ 15・・・カソードコネクタ 18・・・カソード針ポイント 20・・・めっき槽 23・・・モータ 24・・・軸 25・・・スリップリング 26・・・ブラシ 27・・・ブラシホルダー 28・・・底板 29・・・モータ搭載装置 30・・・ブラシホルダー搭載装置 31・・・駆動機構 32・・・スリップリングホルダー 33・・・スリップリングコンタクト 36・・・回転バイブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ウェーハ上のバイアス内に捕獲されるバブル数を
    最小限とするバンプめっき設備において、該設備は、 (a)底板と、 (b)ウェーハを上向き方位に保持するための底板上面
    内の凹みと、 (c)めっき槽がウェーハ背面と接触するのを防止しウ
    ェーハの上面が底板の上面と共面となるのに充分な厚さ
    の凹み内のパッド、 を具備するバンプめっき設備。
  2. (2)ウェーハ面上の金属化部上にバンプめっきを行う
    方法において、該方法は次のステップ、すなわち、 (a)ウェーハをバンプめっき設備内のパッド上に上向
    きに配置して、ウェーハ背面がパッドに隣接しめっきさ
    れるウェーハ面が設備内で底板面と共面となりウェーハ
    が設備内でアノードよりも下に配置されるようにし、 (b)カソード針をウェーハ面上の金属化部に対して配
    置して金属化部と電気的接触を行わせ、(c)めっき槽
    とめっきされるウェーハ面間で相対運動を生じる、 からなるバンプめっき法。
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