JPH07113159B2 - めっき装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はめっき装置に関し、更に詳しくは高品質・高速
で電気めっきを行なう噴流方式のめっき装置に関し、特
に半導体ウェハ上に電極用バンプを形成するめっき装置
として好適である。

〔従来の技術〕

従来、半導体ウェハ上に数10〜数100μｍ程度の寸法の
電極用バンプを形成する方法として、電気めっきが一般
的に行なわれている。第５図に示したように、半導体ウ
ェハ１上の各チップ領域1a内に多数の電極用バンプ２が
形成される。第６図に示したように、ウェハ１上に配線
1dを形成し、その上に形成したレジスト層1cをパターニ
ングして多数の凹部1b（同図Ａ）を形成し、それぞれの
凹部1b内の個々の電極用バンプ２（同図Ｂ）を電析形成
する。

電気めっきの方式としては、浸漬方式が最も一般的に用
いられてきた。たとえば、第７図に示すように、めっき
液５を容れためっき槽5a内に、第６図（Ａ）の状態のウ
ェハ１をカソードとして浸漬し、これと対向するアノー
ド４との間で電析反応させる。しかし、浸漬方式は、必
要なバンプ形成に要するめっき処理時間が極めて長いた
め、生産性を確保するためには多数のウェハを併行して
めっき処理する必要がある。

このような欠点を解消するためには、めっき処理を高速
化できる噴流方式が開発された（たとえば特開昭56−15
2991）。噴流方式で電気めっきを行なう装置の例を第８
図に示す。第６図Ａの状態のウェハ１を、被めっき面を
下に向けてめっきセル８に配置する。循環槽６に収容し
ためっき液９を、ポンプ７で揚液してノズル8aから噴射
させ、被めっき面に噴流として当てて、めっきを行な
う。

噴流方式では浸漬方式にくらべてめっき処理速度を２〜
３度程度に高速化できる。しかし、被めっき面上でのめ
っき液の流れに方向性があるため、たとえば第９図に示
した異形バンプ2aや成長異常バンプ2bのようなバンプの
形成不良が、浸漬方式にくらべて４倍以上の高率で発生
する。更に、品質向上を画るにはめっき浴中に種々の添
加剤を加える必要があり、めっき浴管理に多大なコスト
を要する上、めっき処理に多くの手作業を要するため、
自動化、省力化が極めて困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、品質を浸漬方式と同等に確保しあるいはそれ
よりも高めながら、処理速度を従来の噴流方式よりも著
しく高めた、噴流方式で電気めっきを行なうめっき装置
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〕

上記の目的は、本発明によれば、被めっき物の被めっき
面にめっき液を噴流させて電気めっきを行うめっき装置
において、めっき液を噴流させるノズル群を、被めっき
面に対向する向きにかつ被めっき面を覆う面積で配置
し、被めっき面と上記ノズル群とを、被めっき面と平行
に相対的に２次元揺動させる機構を気密容器内に設け、
この気密容器内を減圧または加圧する装置を設けたこと
を特徴とするめっき装置によって達成される。

本発明の装置においては、被めっき面と平行な面内のＸ
−Ｙ直交座標系でのＸ方向とＹ方向の１次元揺動を組み
合わせて２次元揺動を行なうことが便利である。この場
合、X,Y各方向の揺動速度の比率を一定に維持した状態
でめっきを行ってもよく、この比率をめっき実行中に変
化させてもよい。比率をランダムに変化させて、被めっ
き面から見たノズル群の揺動軌跡をランダム化すること
が有利である。

ノズル群は、必要個数のノズルを適当に配列して組立て
てもよく、単一の素材に必要個数のノズル部分を加工し
て作製してもよい。

本発明の装置は、前記２次元揺動させる機構を気密容器
内に設け、この気密容器内を減圧または加圧する装置を
設けたことにより、下記の作用が得られる。

本発明の装置に減圧（排気）装置を設けた場合は、めっ
き液の噴流する領域を減圧することによって、電解によ
って発生する水素ガスおよびその他噴流中に取り込まれ
ているガスを除去することができる。

本発明の装置に加圧装置を設けた場合は、めっき液の噴
流する領域を加圧することによって、特に高速の噴流で
めっきを行なう際のキャビテーションの発生を防止する
ことができる。

ノズル群の各ノズル内に電解用電極を内蔵させて、被め
っき面全体についてのめっき電流分布の均一性を高める
ことができる。

〔作 用〕

本発明のめっき装置は、被めっき面全体を覆う範囲に配
置したノズル群と被めっき面とを平行に相対的に２次元
揺動させることによって、被めっき面上でめっき液の流
動を均一に多方向化する。これにより、異形バンプ、成
長異常バンプ等のバンプ形成不良を防止できるので、品
質を浸漬方式と同等に確保しあるいはそれよりも高めな
がら、処理速度を従来の噴流方式よりも著しく高めるこ
とができる。

更に、上記２次元揺動させる機構を気密容器内に設け、
この気密容器内を減圧または加圧する装置を設けたこと
により、減圧の場合にはめっき時に発生する水素ガスそ
の他噴流中のガスを容易に排除できるし、加圧の場合に
はキャビテーションの発生を防止してめっき処理をより
高速化できる。

以下に、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 第１図に、本発明にしたがっためっき装置の一例を示
す。

ウェハ１は図示してないローダによりめっきセル10に液
めっき面を多孔ノズル11に対向するようにローディング
される。ウェハ１はローディング後、キャップ12により
裏面をバックアップされ、シャワー圧に対して保護され
る。セル10は気密チャンバ13上に配置され、キャップで
ウェハ１をクランプすることにより、シャワーブース14
内が密閉される。多孔ノズル11はこのシャワーブース14
内に配置され、直交して設けたモータ15により作動する
リンク16によって、被めっき面と平行なＸ−Ｙ座標平面
内でＸおよびＹ方向に揺動する。多孔ノズル11にはフレ
キシブルチューブ17を通ってめっき液21が供給される。
多孔ノズル11内に設けた電極19には配線18が接続されて
おり、めっき用電流が供給される。気密チャンバ13には
気密槽20が各配管を通して接続されており、気密槽20内
にはめっき液21が貯留してある。温調器22はめっき液21
を一定温度に保持する。温調範囲はたとえば10〜50℃の
範囲で任意に設定できる。ポンプ23はめっき液21を多孔
ノズル11に圧送するもので、めっき準備時（ローディン
グ、アンローディング時等）は切替弁24により方向に
めっき液を循環し、めっき実行時は方向に切り替えて
多孔ノズル11にめっき液を供給し、シャワーを行なう。
ドレン弁25は、シャワー時のめっき液21を気密チャンバ
13内から、気密槽20へ戻どすための配管で、めっき準備
液はウェハ１の出し入れのためキャップ12が、上昇し、
気密チャンバ13内が、大気圧に開放されるため、ドレン
弁25を閉じて、気密槽20が大気開放されるのを防止す
る。めっき実行時はドレン弁25を開放し、めっき液21を
気密チャンバ13から、気密槽20へ戻どす。圧力制御器26
はセル10、気密チャンバ13及び気密槽20内の圧力を制御
するための装置で、真空又は加圧作用を行なう。バルブ
27及びバルブ28はめっき準備時には閉止してありめっき
実行時には開放することにより、気密槽20とセル10及び
気密チャンド13との圧力を同一にしたり、大気開放時に
気密槽20が大気開放されることを防止する。大気開放弁
29及び30にはフィルタ31が設けてあり、これらの弁29に
より気密チャンバ13及びセル10を大気開放する。大気開
放弁29と30の作動タイミングを制御する事により、ウェ
ハ１の表裏の圧力差によるウェハ１の破損を防止する。
電源32は極33がウェハ１に又極が多孔ノズル11内の
電極19に配線されており、シャワーがウェハに作用した
後に給電する様に制御される。又、極33はウェハ１の
外周に４ヶ所配置され、各々の導通確認をシャワー前に
行なうことにより、ウェハ１の割れ、電極との接触状態
をモニタリングする。シリンダ34はキャップ12の昇降を
行ないウェハ１のクランプ及び、気密チャンバ13内の加
圧時の封止力をキャップ12に加える。

第２図は多孔ノズル11を正面から見た図で、ノズル全面
にノズル孔11aが多数配置してある。又、多孔ノズル11
は回転軸15a及び15bの回転にともない偏心プーリ15cお
よび15dに駆動されて、ＸおよびＹ方向に揺動するよう
に構成されており、さらに回転軸15aと15bの回転比を可
変することにより、揺動パターンをランダム化すること
ができるため、シャワーによりウェハ１表面を均一に走
査することができる。

第３図は多孔ノズル11によるウェハ１へのシャワー状況
を示す図で多孔ノズル11及びウェハ１周辺の断面図であ
る。ウェハ１は被めっき面の外周をパッキン10aにより
シールされるようにキャップ12により押し付けられ、同
じに極33との接触を行なう。極33と接触するウェハ
１の給電面のレジスト1cは除去されており、パッキン10
aはこの面にめっき液が付着しないように作用する。ノ
ズル孔11aより吐出しためっき液21はウェハ１の被めっ
き面を第３図のように流れ、各ノズル孔の中間で集ま
り、流れ落ちるため、局部的には第８図に示すような流
れの不均一性が生じるが、多孔ノズル11がＸおよびＹ方
向に揺動するように構成されているため、均一な液流分
布が得られる。

以上で説明しためっき装置の作動態様の例を説明する。

従来第６図のような浸漬方式で、110分のめっき時間を
要したウェハのめっき処理を、本発明にしたがった上記
の装置でめっきを行なった。

例１ めっき液21は温調器22により30〜33℃に温調されてお
り、切替弁24を方向に切替えてポンプ23により循環し
均質の均一化を行った。めっき液の組成は、硫酸50g/
、硫酸銅100g/、添加剤なしとした。圧力制御器26
は運転せず、気密チャンバ13及び気密槽20内は、大気開
放弁29及び30を開放して大気圧に設定した。次にキャッ
プ１をシリンダー34を作用させて開き、図示してないロ
ーディング機構によりウェハ１を被めっき面が多孔ノズ
ル11に対向するようにセットし、キャップ１を閉じてウ
ェハ１をクランプした。

セル10内に配置された４ヶ所の極間の導通チェックを
行ないウェハ１が各極に確実に接触していることを確
認した後、モータ15を始動させて、多孔ノズル11をＸお
よびＹ方向に揺動させた。モータ15の回転比はＸ方向:Y
方向＝100:97〜100:95の範囲とした。

次に、ドレン弁25を開き気密チャンバ13及び気密槽20を
導通した後切替弁24をに切替えてポンプ23によりめっ
き液21を多孔ノズル11に圧送し、ウェハ１に対し、80〜
70／分のめっき液を1.5kg/cm²の圧力でシャワーし
た。このシャワー条件（圧力、流量）を図示してない圧
力計及び流量計で確認した後、電源32を入れて、セル10
内の極と多孔ノズル11内の極に給電し、めっきを行
なった。

必要電気量（300クーロン）を給電後、電源32を停止
し、揺動を停め、切替弁24を側に切り替えてめっきを
終了した。

次にシリンダー34を作動させてキャップ12を開き、図示
していないアンローディング装置によりウェハ１をセル
10内からアンローディングした。

以上の動作をすべて自動で行なった。

以上の結果、めっき処理時間は５分であり、浸漬方式
（110分）にくらべて22倍の高速度化を行なう事ができ
た。バンプ形成不良の発生率は２％で、浸漬方式と同等
であった。

一般的に、めっき処理を行なうと被めっき面にH₂ガスが
多量に発生し、特に電極用バンプのように径が100〜200
μ程度の電析形成物では、発生したH₂ガスや、めっき液
中の気泡が被めっき面に付着して第８図で示すように成
長異常バンプ（形状が異常、欠けが発生）が発生してお
り、従来は浸漬方式でもこれらの不良が数％程度であっ
た。

本発明においては、シャワーを揺動させることにより、
ウェハ１表面の液を効果的に流す事ができるため、付着
した気泡はすみやかに押し流されてウェハ１の被めっき
面から離脱する。

良く知られているように、めっきの高速化をするために
は限界電流密度を高くする必要がある。限界電流密度の
向上にはめっきの各過程における律速となる物質移動過
程を高速化することが一般に知られている。本発明もこ
の点において、被めっき面の拡散層の薄膜化を行なって
いる。その手段として、被めっき面近傍のめっき液を強
制攪拌することが考えられるが、通常の撹拌では、定常
流が生じて流速分布に不均一性が発生し、最も流速の遅
い部分の限界電流密度により、めっき速度が制限され
る。

本発明はこの問題をノズルを揺動することで解消した。
すなわち、常にシャワー位置を移動することにより最も
流速の遅い部位と速い部位が平均化され、限界電流密度
が平均流速まで高まるために高速化が可能となった。

例２ 次に、更に高速化された作動態様の一例を説明する。

更に高速化するためには、ウェハ１表面での流速を確保
するため、ウェハ１表面におけるキャビテーションによ
るめっき液の発泡を防止する必要がある。

例１と同様のめっき処理を行なった。ただし、圧力制御
器26を作動させて、めっき実行時に気密チャンバ13及び
気密槽20内を加圧した。

この例では、2kg/cm²のN₂ガス加圧下においてめっきを
行なった。めっき液は80／分の流量で相対圧力2.5kg/
cm²のシャワー圧とした。キャビテーションは発生せ
ず、めっき処理時間は2.5分（電流密度100A/dm²）であ
った。これは浸漬方式（110分）にくらべて44倍の高速
化である。品質は同等以上であった。

例３ 次に、浸漬方式よりも高品質化された作動態様の一例を
説明する。

例１と同様のめっき処理を行なった。ただし、圧力制御
器26を作動させ気密チャンバ13及び気密槽20内を360
^Torrに減圧してめっきを施した。発生したH₂ガスはすみ
やかに排気され、シャワー中に気密チャンバ13内の空気
を巻き込むことも抑へるため、バンプ形成不良の発生率
を０％にすることができた。

減圧下でシャワーを行なうため、ウェハ１表面の流速を
大気圧時ほど高くできず、めっき時間は10分であった。
これは、浸漬方式にくらべて11倍の高速化である。

この例のように、加圧下でめっき処理を行なえば、電極
用バンプの微細化にも十分対応できる。

例１〜３で用いためっき液は、硫酸50g/硫酸銅100g/
の基本的な組成であり、添加剤は不要である。したが
ってめっき液管理は、補給を行なう程度で十分であり、
管理コストを大巾に低減することが可能である。

本実施例は、設備コストを低減するため、ウェハの処理
数を一枚としたが、必要に応じて複数のウェハを併行処
理する構成としてもよい。

マシンサイクル向上のため、シャワーの立上時間の短
縮、気密槽20の圧力変化の防止等の機構を盛り込んだ構
成としたが、小形化のため気密チャンバ13及び気密槽20
を一体にしても良い。シャワーもバルブ24による切替で
はなく、ポンプの起動停止により、配管系を簡略化して
も良い。

実施例２ 第４図に、本発明にしたがっためっき装置のもう一つの
例を示す。

図示したように、ノズル11をＸ−Ｙに揺動するための駆
動部を気密チャンバ13の外部にフレキジョイント35等で
シールした構造として配置し、駆動部から発生するゴミ
が内部に侵入することを防止するとさらに良好な結果が
得られる。

〔発明の効果〕

本発明は、バンプ形成不良を防止して品質を確保あるい
は向上させながら処理速度を著しく高めることができる
自動化、省力化の容易なめっき装置であり、品質向上、
生産性向上およびコスト低減に極めて大きな貢献をなす
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にしたがっためっき装置の一例を示す
断面図、 第２図は、本発明にしたがった多孔ノズルの平面図、 第３図は、本発明にしたがった多孔ノズルおよびウェハ
周辺の断面図、 第４図は、本発明にしたがっためっき装置の別の一例を
示す断面図、 第５図ＡおよびＢは、それぞれウェハの平面図（Ａ）お
よびチップの斜視図（Ｂ）、 第６図ＡおよびＢは、それぞれレジストパターンを形成
した状態（Ａ）と電極用バンプ形成後（Ｂ）のウェハの
部分断面図、 第７図は、浸漬方式の電気めっき装置を模式的に示す断
面図、 第８図は、従来の噴流方式めっき装置を示す断面図、お
よび 第９図は、第８図のめっき装置でめっきを行なう状態を
示す断面図である。 １……ウェハ、２……電極用バンプ、 10……めっきセル、11……多孔ノズル、 15c,15d……偏心プーリ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被めっき物の被めっき面にめっき液を噴流
   させて電気めっきを行うめっき装置において、めっき液
   を噴流させるノズル群を、被めっき面に対向する向きに
   かつ被めっき面を覆う面積で配置し、被めっき面と上記
   ノズル群とを、被めっき面と平行に相対的に２次元揺動
   させる機構を気密容器内に設け、この気密容器内を減圧
   または加圧する装置を設けたことを特徴とするめっき装
   置。
2. 【請求項２】前記ノズル群の各ノズル内に電解用電極を
   設けたことを特徴とする請求項１記載のめっき装置。