JP2004043904A - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハ表面にめっきにより形成される導電膜の厚さを均一にする半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供する。
【解決手段】ウエハ上に導電膜を形成する導電膜形成工程が、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第1工程と、該第1工程に続いて行われ、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第2工程と、該第2工程に続いて行われ、前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第3工程とを有し、前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を順次繰り返す工程であるか、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする工程である半導体装置の製造方法。前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置する。
【選択図】 なし
【解決手段】ウエハ上に導電膜を形成する導電膜形成工程が、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第1工程と、該第1工程に続いて行われ、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第2工程と、該第2工程に続いて行われ、前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第3工程とを有し、前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を順次繰り返す工程であるか、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする工程である半導体装置の製造方法。前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置する。
【選択図】 なし
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に、半導体装置を構成する平面ウエハ上に、電解めっきにより導電膜を形成する際に、導電膜の厚みを均一に形成する方法を改善した半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の構造として、例えば半導体チップを樹脂に封止した装置(いわゆるDual Inline PackageやQuad Flat Package)では、樹脂装置周辺の側面に金属リード電極を配置する周辺端子配置型が主流であった。
【0003】
これに対し、近年、急速に普及している半導体装置構造として、例えばCSP(チップスケールパッケージ)と呼ばれる、装置の平坦な表面に電極を平面上に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ(BGA)技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来より小さい面積で電子回路ウエハに高密度実装することを可能とする装置構造がある。
【0004】
BGAタイプの半導体装置においては、装置の面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆるチップスケールパッケージ(CSP)と呼ばれる構造が、前述のBGA電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
チップスケールパッケージは、回路を形成したり、シリコンウエハ(以下、「ウエハ」と略す。)を切断し、個々の半導体チップについて個別に装置化工程を施し、装置を完成するものである。
【0005】
これに対し、一般的に「ウエハレベルCSP」と呼ばれる製法においては、このウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層などを形成し、はんだバンプを形成する。そして、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで装置構造を具備した半導体チップを得ることができる。この製法では、ウエハ全面に、これらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、装置構造を有する半導体チップとなり、実装ウエハに対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能となる。
【0006】
このような半導体装置の製造において、ウエハ上に電極を形成する方法の1つとしては、フォトレジストなどを用い、フォトリソグラフィ技術により、電極の形成位置に整合するパターンの開口部を有するレジスト膜を形成し、銅などの金属めっきにより、電極をなす導電膜を形成し、目的形状の電極を形成する方法がある。
【0007】
また、めっきによるウエハ上への導電膜の形成方法は、めっき装置の形態から、以下に示すディップ式とカップ式の2種類に大別できる。
ディップ式は、周辺部に給電ピンを取り付けたウエハを、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、制御板による電流密度分布制御、めっき液流制御、めっき液攪拌制御などを行って、めっきが施される。
カップ式は、水平にウエハを配置し、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、ウエハの取り付け向きにより、フェースダウン型またはフェースアップ型の方法がある。カップ式では、アノード形状がメッシュ型あるいはドーナツ型であり、めっき液流制御などを行って、めっきが施される。
これら2つのめっき方法では、ウエハを鉛直に配置するディップ式の方が、めっき装置のめっき槽を小さくできる上に、複数のウエハを同時にめっきすることができるなどの特徴がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなディップ式では、ウエハ表面のめっきの厚さを均一にするために、制御板を用いて電流密度分布の補正を行っているが、制御板の適正形状を得るには、多数の試行を必要とするため、非常に困難である。さらに、カップ式では、ウエハの周辺部分に給電ピンを配置するため、給電ピンの周辺部分の電流密度が高くなり、結果として、めっきの厚さは、ウエハの中央部分で薄く、周辺部分で厚くなる。このように、従来のめっき方法では、ウエハに均一厚さでめっきするのは困難であった。
【0009】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ウエハ表面にめっきにより形成される導電膜の厚さを均一にする半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程であることを特徴とする。
請求項2記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第1工程と、該第1工程の後に前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第2工程と、該第2工程の後に前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第3工程とを有し、前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を順次繰り返すことを特徴とする。
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきすることを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置することを特徴とする。
請求項5記載の半導体製造装置は、ウエハを固定し、回転させる回転盤と、該回転盤を回転駆動させる駆動部と、前記ウエハ上にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記めっき液に給電する給電部とを備えたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程からなるものである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記導電膜形成工程が、回転可能な平板上に固定されたウエハの表面にめっき液を供給しながら行われるものであり、ウエハをめっき浴に浸漬せずに行われるものである。
【0013】
図1は、本発明の第1の実施形態を示す概略説明図である。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図1に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するノズル12などからなるめっき液供給部と、めっき液に給電する給電電極13などからなる給電部と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図1(a)に示すように、駆動軸10を介して駆動源に接続された回転盤11上に、シリコン製のウエハ1を固定する。次いで、ノズル12からウエハ1の表面に、めっき液2を供給する(第1工程)。
次いで、図1(b)に示すように、給電電極13をめっき液2の表面に接触させて、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする(第2工程)。ここで、給電電極13はアノードである。また、ウエハ1の外周部、あるいはウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の導電膜パターンの開口部の周縁には、あらかじめ、カソード(図示略)を設けておく。
次いで、めっき液2への給電を所定時間行った後、図1(c)に示すように、回転盤11と共にウエハ1を回転させて、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る(第3工程)。
上記一連の第1工程、第2工程、第3工程を順次繰り返すことにより、ウエハ1の表面に、所望のパターンを有する厚さの均一な導電膜を形成する。なお、この一連の工程を繰り返す回数は、所望の導電膜の大きさや厚さなどに応じて、適宜設定される。
【0014】
上記第1の工程において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際に、めっき液2の1回の供給量は、ウエハ1の大きさに応じて適宜設定されるが、少なくともめっき液2がウエハ1の表面全面を覆う程度とする。
また、めっき液2としては、一般的に電解めっきに用いられるものは全て挙げられる。
【0015】
さらに、第2の工程において、給電電極13からめっき液2に給電する際の電流の大きさおよび給電する時間は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
第3の工程において、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る際の回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定されるが、ウエハ1の表面にあるめっき液2を、一瞬にして振り切れる程度であることが望ましい。
【0016】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、導電膜形成工程において、上記一連の第1工程、第2工程、第3工程をこの順に繰り返して間欠的にめっき液2を供給し、例えば、第1工程、第2工程および第3工程を、それぞれ数秒程度で行い、実質的にウエハ1の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液2が存在するようにする。
これにより、めっき中のめっき成分濃度の低下により、めっき液2の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液2中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが抑制される。その結果として、めっきにより、ウエハ1の表面に厚さの均一な導電膜を形成することができる。
【0017】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1上のめっき液2を振り切ることにより、ウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内のめっき液2が入れ替わるから、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき液2中のめっき成分を入り込ませることができる。したがって、導電膜パターンの開口部の隅々まで効率良くめっきすることができるから、めっきのむらが無くなり、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【0018】
ところで、ウエハをめっき浴中に浸漬するめっき方法では、めっき工程の進行に伴って、めっき浴中のめっき成分濃度の偏りが生じることがある。そのため、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンが微細になり、厚さが厚くなる程、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき成分が入り込み難くなると考えられる。
【0019】
この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンの厚さが厚くなっても、その開口部の隅々まで、めっき成分を入り込ませることができるから、厚さの厚い、膜厚安定な導電膜を形成することができる。具体的には、従来、めっきによりウエハ1の表面に形成される導電膜の厚さは5〜20μm程度であるのに対して、本発明によれば、導電膜の厚さを数十μm〜数百μm程度まで形成可能となる。
【0020】
図2は、本発明の第2の実施形態を示す概略説明図である。第1の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図2に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル14と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図2(a)に示すように、回転盤11上に固定され、駆動軸10を介して駆動源により回転しているウエハ1の表面に、アノードノズル14から、めっき液2を供給する。次いで、ウエハ1の表面が、めっき液2で覆われたところで、めっき液2の供給を続けたまま、その表面に接触させたアノードノズル14から、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする。
次いで、めっきが所望の厚さまで形成された後、図2(b)に示すように、ウエハ1を回転させたまま、アノードノズル14から洗浄水を供給して、ウエハ1上のめっき液2を排除する。
ここで、アノードノズル14は、図1に示したノズル12および給電電極13の機能を兼ねるものである。
【0021】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際のめっき液2の流量、アノードノズル14からめっき液2に給電する際の電流の大きさ、回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
【0022】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1のめっき中に、ウエハ1の回転、めっき液2の供給、および、めっき液2への給電を連続的に行うことにより、第1の実施形態における、めっき液2の振り切りと供給を連続的に行うことができる。したがって、ウエハ1の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液2が存在するようになり、より導電膜形成作業の効率の向上を図ることができる。
【0023】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、回転しているウエハ1上に、めっき液2を連続的に供給するから、めっき液2の流れを速くすることができる。したがって、ウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内に入っためっき液2を、素早く入れ替えることができる。すなわち、ウエハ1のめっき中において、めっき液2のウエハ1の表面における循環を高速で行うことができる。
これにより、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液2の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液2中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無くなる。したがって、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【0024】
ところで、従来、上述のディップ式やカップ式のめっき方法では、めっきを高速化するために、めっき液に給電する電流の大きさを大きくすると、めっきの膜の成形性が悪かった。
一方、この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、めっき液中のめっき成分濃度を、常に、ほぼ一定に保つことができるから、めっき液に給電する電流の大きさを大きくしても、電流密度分布にばらつきが生じることがなく、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【0025】
図3は、本発明の第3の実施形態を示す概略説明図である。第1の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図3に示すような半導体製造装置を用いて、上記導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル15と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図3に示すように、その先端に、ウエハ1の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード15aを有するアノードノズル15を、ウエハ1に対向するように配置する。このとき、ウエハ1とアノード15aとの間隔を0.1mm〜数mm程度とすることが望ましい。
以下の工程では、上記第1の実施形態または第2の実施形態と同様とする。
【0026】
すなわち、第1の方法としては、第1の実施形態と同様にして、アノードノズル15からウエハ1の表面にめっき液2を供給し、次いで、アノード15aからめっき液2に給電してウエハ1をめっきし、次いで、めっき液2への給電を所定時間行った後、回転盤11と共にウエハ1を回転させて、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る一連の工程を順次繰り返す方法が用いられる。
【0027】
また、第2の方法としては、第2の実施形態と同様にして、回転盤11上に固定され、駆動軸10を介して駆動源により回転しているウエハ1の表面に、アノードノズル15から、めっき液2を供給し、アノード15aから、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする方法が用いられる。
【0028】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際のめっき液2の流量、アノード15aからめっき液2に給電する際の電流の大きさ、回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
【0029】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、第1の実施形態または第2の実施形態と同様にして、ウエハ1の表面に、めっき液2を間欠的または連続的に供給して、ウエハ1とアノード15aとの間には、めっき液2が常に満たされているようにする。
なお、ウエハ1とアノード15aとの間に、めっき液2が常に満たされているようにするために、これら両者の間に、各種吸水材や多孔質材を配置してもよい。
【0030】
ところで、ウエハ1の表面全面を均一な厚さにめっきするためには、ウエハ1の表面における電流密度分布を均一にし、ウエハ1の表面に、常に十分なめっき成分濃度のめっき液2が接している必要がある。
そのため、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード15aを用いて、しかも、ウエハ1とアノード15aとの間隔を0.1mm〜数mm程度、好ましくは0.5mm〜3mmとして、両者を配置する。このようにすれば、ウエハ1からアノード15aへ向う電流の電流密度分布が、ウエハ1の表面においてほぼ均一となる。したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる上に、微細な導電膜パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。
【0031】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法によっても、めっき液濃度が均等、かつ安定に保たれることにより、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【0032】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハレベルCSPに限定されるものではなく、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路(FPC)、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、めっき厚さの均一性を向上するために有効な方法である。特に、半導体回路の形成技術であるダマシンプロセス、フリップチップの導電膜の形成、バンプの形成には有効な方法である。すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、多数のバンプを整列させて形成したり、高さを均一に形成する場合に有効な方法である。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハの表面に導電膜を形成する際に、ウエハの表面にめっき液を間欠的または連続的に供給し、めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持するから、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無く、したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成できる。しかも、微細な電極パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。さらに、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。そして、本発明の半導体装置の製造方法は、各種平面板上へのめっき工程においても、有効に適用することができる。
本発明の半導体製造装置によれば、ウエハレベルCSPのみならず、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路(FPC)、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、むらが無く、厚さの均一なめっきをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す概略説明図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示す概略説明図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1・・・ウエハ、2・・・めっき液、10・・・駆動軸、11・・・回転盤、12・・・ノズル、13・・・給電電極、14,15・・・アノードノズル、15a・・・アノード
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に、半導体装置を構成する平面ウエハ上に、電解めっきにより導電膜を形成する際に、導電膜の厚みを均一に形成する方法を改善した半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置の構造として、例えば半導体チップを樹脂に封止した装置(いわゆるDual Inline PackageやQuad Flat Package)では、樹脂装置周辺の側面に金属リード電極を配置する周辺端子配置型が主流であった。
【0003】
これに対し、近年、急速に普及している半導体装置構造として、例えばCSP(チップスケールパッケージ)と呼ばれる、装置の平坦な表面に電極を平面上に配置した、いわゆるボールグリッドアレイ(BGA)技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来より小さい面積で電子回路ウエハに高密度実装することを可能とする装置構造がある。
【0004】
BGAタイプの半導体装置においては、装置の面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆるチップスケールパッケージ(CSP)と呼ばれる構造が、前述のBGA電極配置構造とともに開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。
チップスケールパッケージは、回路を形成したり、シリコンウエハ(以下、「ウエハ」と略す。)を切断し、個々の半導体チップについて個別に装置化工程を施し、装置を完成するものである。
【0005】
これに対し、一般的に「ウエハレベルCSP」と呼ばれる製法においては、このウエハ上に、絶縁層、再配線層、封止層などを形成し、はんだバンプを形成する。そして、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで装置構造を具備した半導体チップを得ることができる。この製法では、ウエハ全面に、これらの回路を積層し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、装置構造を有する半導体チップとなり、実装ウエハに対して最小投影面積を有する半導体チップを得ることが可能となる。
【0006】
このような半導体装置の製造において、ウエハ上に電極を形成する方法の1つとしては、フォトレジストなどを用い、フォトリソグラフィ技術により、電極の形成位置に整合するパターンの開口部を有するレジスト膜を形成し、銅などの金属めっきにより、電極をなす導電膜を形成し、目的形状の電極を形成する方法がある。
【0007】
また、めっきによるウエハ上への導電膜の形成方法は、めっき装置の形態から、以下に示すディップ式とカップ式の2種類に大別できる。
ディップ式は、周辺部に給電ピンを取り付けたウエハを、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、制御板による電流密度分布制御、めっき液流制御、めっき液攪拌制御などを行って、めっきが施される。
カップ式は、水平にウエハを配置し、めっき浴に鉛直に浸漬する方式であり、ウエハの取り付け向きにより、フェースダウン型またはフェースアップ型の方法がある。カップ式では、アノード形状がメッシュ型あるいはドーナツ型であり、めっき液流制御などを行って、めっきが施される。
これら2つのめっき方法では、ウエハを鉛直に配置するディップ式の方が、めっき装置のめっき槽を小さくできる上に、複数のウエハを同時にめっきすることができるなどの特徴がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなディップ式では、ウエハ表面のめっきの厚さを均一にするために、制御板を用いて電流密度分布の補正を行っているが、制御板の適正形状を得るには、多数の試行を必要とするため、非常に困難である。さらに、カップ式では、ウエハの周辺部分に給電ピンを配置するため、給電ピンの周辺部分の電流密度が高くなり、結果として、めっきの厚さは、ウエハの中央部分で薄く、周辺部分で厚くなる。このように、従来のめっき方法では、ウエハに均一厚さでめっきするのは困難であった。
【0009】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ウエハ表面にめっきにより形成される導電膜の厚さを均一にする半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程であることを特徴とする。
請求項2記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第1工程と、該第1工程の後に前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第2工程と、該第2工程の後に前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第3工程とを有し、前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を順次繰り返すことを特徴とする。
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきすることを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置することを特徴とする。
請求項5記載の半導体製造装置は、ウエハを固定し、回転させる回転盤と、該回転盤を回転駆動させる駆動部と、前記ウエハ上にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記めっき液に給電する給電部とを備えたことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程からなるものである。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記導電膜形成工程が、回転可能な平板上に固定されたウエハの表面にめっき液を供給しながら行われるものであり、ウエハをめっき浴に浸漬せずに行われるものである。
【0013】
図1は、本発明の第1の実施形態を示す概略説明図である。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図1に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するノズル12などからなるめっき液供給部と、めっき液に給電する給電電極13などからなる給電部と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図1(a)に示すように、駆動軸10を介して駆動源に接続された回転盤11上に、シリコン製のウエハ1を固定する。次いで、ノズル12からウエハ1の表面に、めっき液2を供給する(第1工程)。
次いで、図1(b)に示すように、給電電極13をめっき液2の表面に接触させて、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする(第2工程)。ここで、給電電極13はアノードである。また、ウエハ1の外周部、あるいはウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の導電膜パターンの開口部の周縁には、あらかじめ、カソード(図示略)を設けておく。
次いで、めっき液2への給電を所定時間行った後、図1(c)に示すように、回転盤11と共にウエハ1を回転させて、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る(第3工程)。
上記一連の第1工程、第2工程、第3工程を順次繰り返すことにより、ウエハ1の表面に、所望のパターンを有する厚さの均一な導電膜を形成する。なお、この一連の工程を繰り返す回数は、所望の導電膜の大きさや厚さなどに応じて、適宜設定される。
【0014】
上記第1の工程において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際に、めっき液2の1回の供給量は、ウエハ1の大きさに応じて適宜設定されるが、少なくともめっき液2がウエハ1の表面全面を覆う程度とする。
また、めっき液2としては、一般的に電解めっきに用いられるものは全て挙げられる。
【0015】
さらに、第2の工程において、給電電極13からめっき液2に給電する際の電流の大きさおよび給電する時間は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
第3の工程において、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る際の回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定されるが、ウエハ1の表面にあるめっき液2を、一瞬にして振り切れる程度であることが望ましい。
【0016】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、導電膜形成工程において、上記一連の第1工程、第2工程、第3工程をこの順に繰り返して間欠的にめっき液2を供給し、例えば、第1工程、第2工程および第3工程を、それぞれ数秒程度で行い、実質的にウエハ1の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液2が存在するようにする。
これにより、めっき中のめっき成分濃度の低下により、めっき液2の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液2中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが抑制される。その結果として、めっきにより、ウエハ1の表面に厚さの均一な導電膜を形成することができる。
【0017】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1上のめっき液2を振り切ることにより、ウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内のめっき液2が入れ替わるから、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき液2中のめっき成分を入り込ませることができる。したがって、導電膜パターンの開口部の隅々まで効率良くめっきすることができるから、めっきのむらが無くなり、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【0018】
ところで、ウエハをめっき浴中に浸漬するめっき方法では、めっき工程の進行に伴って、めっき浴中のめっき成分濃度の偏りが生じることがある。そのため、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンが微細になり、厚さが厚くなる程、この導電膜パターンの開口部の隅々まで、めっき成分が入り込み難くなると考えられる。
【0019】
この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、レジスト膜などによって形成された導電膜パターンの厚さが厚くなっても、その開口部の隅々まで、めっき成分を入り込ませることができるから、厚さの厚い、膜厚安定な導電膜を形成することができる。具体的には、従来、めっきによりウエハ1の表面に形成される導電膜の厚さは5〜20μm程度であるのに対して、本発明によれば、導電膜の厚さを数十μm〜数百μm程度まで形成可能となる。
【0020】
図2は、本発明の第2の実施形態を示す概略説明図である。第1の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図2に示すような半導体製造装置を用いて、導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル14と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図2(a)に示すように、回転盤11上に固定され、駆動軸10を介して駆動源により回転しているウエハ1の表面に、アノードノズル14から、めっき液2を供給する。次いで、ウエハ1の表面が、めっき液2で覆われたところで、めっき液2の供給を続けたまま、その表面に接触させたアノードノズル14から、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする。
次いで、めっきが所望の厚さまで形成された後、図2(b)に示すように、ウエハ1を回転させたまま、アノードノズル14から洗浄水を供給して、ウエハ1上のめっき液2を排除する。
ここで、アノードノズル14は、図1に示したノズル12および給電電極13の機能を兼ねるものである。
【0021】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際のめっき液2の流量、アノードノズル14からめっき液2に給電する際の電流の大きさ、回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
【0022】
この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1のめっき中に、ウエハ1の回転、めっき液2の供給、および、めっき液2への給電を連続的に行うことにより、第1の実施形態における、めっき液2の振り切りと供給を連続的に行うことができる。したがって、ウエハ1の表面には、常に、適正なめっき成分濃度のめっき液2が存在するようになり、より導電膜形成作業の効率の向上を図ることができる。
【0023】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、回転しているウエハ1上に、めっき液2を連続的に供給するから、めっき液2の流れを速くすることができる。したがって、ウエハ1の表面に形成されたレジスト膜の微細な導電膜パターンの開口部内に入っためっき液2を、素早く入れ替えることができる。すなわち、ウエハ1のめっき中において、めっき液2のウエハ1の表面における循環を高速で行うことができる。
これにより、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液2の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液2中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無くなる。したがって、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【0024】
ところで、従来、上述のディップ式やカップ式のめっき方法では、めっきを高速化するために、めっき液に給電する電流の大きさを大きくすると、めっきの膜の成形性が悪かった。
一方、この実施形態の半導体装置の製造方法によれば、めっき液中のめっき成分濃度を、常に、ほぼ一定に保つことができるから、めっき液に給電する電流の大きさを大きくしても、電流密度分布にばらつきが生じることがなく、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる。
【0025】
図3は、本発明の第3の実施形態を示す概略説明図である。第1の実施形態と同じ構成要素には同一符号を付して、説明を省略する。
この実施形態の半導体装置の製造方法では、図3に示すような半導体製造装置を用いて、上記導電膜形成工程を以下のように行う。
この実施形態の半導体製造装置は、ウエハ1を固定し、回転させる回転盤11と、この回転盤11を回転駆動させる駆動軸10、駆動源(図示略)などからなる駆動部と、ウエハ1上にめっき液を供給するめっき液供給部と、めっき液に給電する給電部とが一体となったアノードノズル15と、駆動部、めっき液供給部および給電部を制御する制御部(図示略)とから概略構成されている。
まず、円板状のウエハ1の表面に、フォトレジストなどを用いて、フォトリソグラフィ技術により、導電膜の形成位置に整合する微細なパターンの開口部を有するレジスト膜(図示略)を形成する。
次いで、図3に示すように、その先端に、ウエハ1の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード15aを有するアノードノズル15を、ウエハ1に対向するように配置する。このとき、ウエハ1とアノード15aとの間隔を0.1mm〜数mm程度とすることが望ましい。
以下の工程では、上記第1の実施形態または第2の実施形態と同様とする。
【0026】
すなわち、第1の方法としては、第1の実施形態と同様にして、アノードノズル15からウエハ1の表面にめっき液2を供給し、次いで、アノード15aからめっき液2に給電してウエハ1をめっきし、次いで、めっき液2への給電を所定時間行った後、回転盤11と共にウエハ1を回転させて、ウエハ1の表面のめっき液2を振り切る一連の工程を順次繰り返す方法が用いられる。
【0027】
また、第2の方法としては、第2の実施形態と同様にして、回転盤11上に固定され、駆動軸10を介して駆動源により回転しているウエハ1の表面に、アノードノズル15から、めっき液2を供給し、アノード15aから、めっき液2に給電し、ウエハ1をめっきする方法が用いられる。
【0028】
この実施形態の半導体装置の製造方法において、めっき液2をウエハ1の表面に供給する際のめっき液2の流量、アノード15aからめっき液2に給電する際の電流の大きさ、回転盤11の回転数は、ウエハ1の大きさなどに応じて適宜設定される。
【0029】
また、この実施形態の半導体装置の製造方法では、第1の実施形態または第2の実施形態と同様にして、ウエハ1の表面に、めっき液2を間欠的または連続的に供給して、ウエハ1とアノード15aとの間には、めっき液2が常に満たされているようにする。
なお、ウエハ1とアノード15aとの間に、めっき液2が常に満たされているようにするために、これら両者の間に、各種吸水材や多孔質材を配置してもよい。
【0030】
ところで、ウエハ1の表面全面を均一な厚さにめっきするためには、ウエハ1の表面における電流密度分布を均一にし、ウエハ1の表面に、常に十分なめっき成分濃度のめっき液2が接している必要がある。
そのため、この実施形態の半導体装置の製造方法では、ウエハ1の表面の大きさと同等またはそれ以上の大きさのアノード15aを用いて、しかも、ウエハ1とアノード15aとの間隔を0.1mm〜数mm程度、好ましくは0.5mm〜3mmとして、両者を配置する。このようにすれば、ウエハ1からアノード15aへ向う電流の電流密度分布が、ウエハ1の表面においてほぼ均一となる。したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成することができる上に、微細な導電膜パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。
【0031】
さらに、この実施形態の半導体装置の製造方法によっても、めっき液濃度が均等、かつ安定に保たれることにより、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。
【0032】
なお、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハレベルCSPに限定されるものではなく、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路(FPC)、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、めっき厚さの均一性を向上するために有効な方法である。特に、半導体回路の形成技術であるダマシンプロセス、フリップチップの導電膜の形成、バンプの形成には有効な方法である。すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、多数のバンプを整列させて形成したり、高さを均一に形成する場合に有効な方法である。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハの表面に導電膜を形成する際に、ウエハの表面にめっき液を間欠的または連続的に供給し、めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持するから、めっき中にめっき成分濃度が低下して、めっき液の電気伝導度が低下して電流密度分布にばらつきが生じたり、めっき液中のめっき成分の偏りが生じたりすることなどが無く、したがって、めっきむらが無く、均一な厚さの導電膜を形成できる。しかも、微細な電極パターンにも対応する精密なめっきが可能となる。さらに、より高電流密度によるめっきが可能となり、結果として、高速でのめっきが可能となる。よって、導電膜形成作業の効率の向上を図ることができるから、半導体装置の生産性が向上する。そして、本発明の半導体装置の製造方法は、各種平面板上へのめっき工程においても、有効に適用することができる。
本発明の半導体製造装置によれば、ウエハレベルCSPのみならず、半導体回路、フリップチップ、フレキシブル・プリント・回路(FPC)、プリント基板などの平面板上へのめっき工程において、むらが無く、厚さの均一なめっきをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す概略説明図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示す概略説明図である。
【図3】本発明の第3の実施形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1・・・ウエハ、2・・・めっき液、10・・・駆動軸、11・・・回転盤、12・・・ノズル、13・・・給電電極、14,15・・・アノードノズル、15a・・・アノード
Claims (5)
- ウエハ上に電解めっきにより導電膜を形成する導電膜形成工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記導電膜形成工程は、前記ウエハ上に、めっき液を間欠的または連続的に供給し、該めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定されたウエハ上にめっき液を供給する第1工程と、該第1工程の後に前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきする第2工程と、該第2工程の後に前記ウエハを回転させて前記ウエハ上のめっき液を振り切る第3工程とを有し、前記第1工程、前記第2工程および前記第3工程を順次繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電膜形成工程は、回転盤上に固定され、回転しているウエハ上にめっき液を供給して前記めっき液中のめっき成分濃度を一定に保持し、前記めっき液に給電して前記ウエハをめっきすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項2または3記載の半導体装置の製造方法において、
前記回転盤上に固定されているウエハに対向して、該ウエハと同等以上の大きさのアノードを配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ウエハを固定し、回転させる回転盤と、該回転盤を回転駆動させる駆動部と、前記ウエハ上にめっき液を供給するめっき液供給部と、前記めっき液に給電する給電部とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
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