JP2012082450A - めっき装置およびめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき液を撹拌し、めっき槽内のめっき液の濃度分布や温度分布を均一にするめっき装置において、装置を小型化でき、撹拌するための運転費を不要とすることができるめっき装置を提供する。
【解決手段】ポンプ１４が駆動すると、めっき液タンク６内のめっき液３がめっき液供給配管１３等を介してノズル構成体１５の角筒状のノズル１７に供給される。ノズル１７の先端の開口部１７ａは時計方向側に開放されているため、開口部１７ａからめっき液３が時計方向に向かって流出され、その流出力によりノズル構成体１５が反時計方向に回転され、めっき液３が撹拌される。この場合、ノズル構成体１５を回転させるためのそれ専用の機構を必要とせず、その分小型化することができ、まためっき液３を撹拌するための運転費を不要とすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明はめっき装置およびめっき方法に関する。

例えば、半導体の技術分野で用いられる従来のめっき装置には、上面を開放されためっき槽内のめっき液中に半導体ウエハとアノード電極とを互いに対向させて垂直に配置し、半導体ウエハとアノード電極との間に配置された羽根車を回転させてめっき液を撹拌しながらめっき処理を行なうようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、めっき液を撹拌するのは、めっき槽内のめっき液の濃度分布や温度分布をなるべく均一にして、半導体ウエハの表面近傍のめっき液をリフレッシュするためである。

特開２００５−８９８１２号公報

上記従来のめっき装置では、羽根車を回転させるため、めっき槽の上方に設けられた第１のプーリと羽根車に設けられた第２のプーリとの間にベルトが設けられ、第１のプーリと一体的に回転するウォームホイールにウォームが噛み合わされている。そして、ウォームを回転させるためのモータが駆動すると、その駆動力はウォーム、ウォームホイール、第１のプーリ、ベルトおよび第２のプーリを介して羽根車に伝達され、これにより羽根車が回転するようになっている。

しかしながら、上記従来のめっき装置では、羽根車を回転させるための機構をめっき槽の上方に設けているので、装置が大型化し、またモータを駆動させるための運転費が嵩むという問題がある。

そこで、この発明は、小型化することができ、まためっき液を撹拌するための運転費を不要とすることができるめっき装置およびめっき方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るめっき装置は、めっき槽と、前記めっき槽内に配置された被めっき物と、前記めっき槽内の前記被めっき物と対向する位置に配置され、ボス及び前記ボスの外周部に複数のノズルを有し、前記ノズルからめっき液が流出する力によりめっき液の流出方向とは反対方向に回転するノズル構成体と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係るめっき装置は、請求項１に記載の発明において、更に、前記ノズルにめっき液を供給するめっき液供給配管と、前記被めっき物に対向して配置されたアノード電極と、を備え、前記ノズル構成体は、前記被めっき物と前記アノード電極との間に設けられており、前記ノズルは角筒状であって、該ノズルの先端部は前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に折り曲げられ、該ノズルの先端部は開口部となっていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係るめっき装置は、請求項２に記載の発明において、前記ノズルの途中において前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に１つまたは複数の開口部が設けられていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係るめっき装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ノズルは先端部を閉塞された単なる角筒状であって、該ノズルの途中において前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に１つまたは複数の開口部が設けられていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係るめっき装置は、請求項１から４の何れか一項に記載の発明において、前記ボスは、前記めっき液供給配管の先端部に設けられた中空支持軸に回転可能に取り付けられ、前記ノズルと連通された中空部を有し、前記めっき液供給配管からのめっき液は前記中空支持軸の内部および前記ボスの中空部を介して前記ノズルに供給されることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係るめっき装置は、請求項２から５の何れか一項に記載の発明において、前記被めっき物と前記アノード電極との間に、前記被めっき物に対応する部分に貫通孔を有し、該貫通孔以外の部分で電場を遮蔽する電場遮蔽板が配置されていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係るめっき装置は、請求項６に記載の発明において、前記電場遮蔽板の貫通孔は円形状であり、該貫通孔内に前記ノズル構成体が回転可能に配置されていることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係るめっき装置は、請求項６又は７に記載の発明において、前記被めっき物、前記アノード電極および前記電場遮蔽板は前記めっき槽内に垂直に配置され、前記被めっき物は半導体ウエハであることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明に係るめっき装置は、 請求項１から８の何れか一項に記載の発明において、前記めっき槽からオーバーフローするめっき液を回収するめっき液回収手段を有することを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明に係るめっき方法は、めっき槽内のめっき液中に被めっき物を配置し、前記めっき槽内の前記被めっき物と対向する位置に配置された、ボスの外周部に複数のノズルを有する回転可能なノズル構成体の前記ノズルからめっき液が流出する力により、前記ノズル構成体をめっき液の流出方向とは反対方向に回転させ、前記被めっき物に対してめっき処理を行うことを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明に係るめっき方法は、請求項１０に記載の発明において、更に、前記被めっき物と対向する位置にアノード電極が配置され、前記ノズル構成体は前記被めっき物と前記アノード電極との間に設けられており、前記被めっき物に対応する部分に貫通孔を有し、該貫通孔以外の部分で電場を遮蔽する電場遮蔽板が配置されていることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明に係るめっき方法は、請求項１１に記載の発明において、前記電場遮蔽板の貫通孔は円形状であり、該貫通孔内に前記ノズル構成体が回転可能に配置されていることを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明に係るめっき方法は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記被めっき物は半導体ウエハであり、前記半導体ウエハ、前記アノード電極および前記電場遮蔽板は前記めっき槽内に垂直に配置されていることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明に係るめっき方法は、請求項１３に記載の発明において、前記半導体ウエハ上にめっきを含む配線を形成し、前記配線のランド上にめっきを含む外部接続用電極を形成することを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明に係るめっき方法は、請求項１０から１４の何れか一項に記載の発明において、前記めっき槽からオーバーフローするめっき液をめっき液回収手段によって回収することを特徴とするものである。

この発明によれば、ノズルから流出されるめっき液の流出力によりノズル構成体をめっき液の流出方向とは反対方向に回転させているので、ノズル構成体を回転させるためのそれ専用の機構を必要とせず、その分小型化することができ、まためっき液を撹拌するための運転費を不要とすることができる。

この発明の一実施形態としてのめっき装置の要部の縦断正面図。 図１のII−II線に沿う縦断側面図。 図２の一部を拡大した縦断側面図。 半導体ウエハから製造される半導体装置の一例の平面図。 図４のＶ−Ｖ線にほぼ沿う部分の断面図。 半導体ウエハ上に外部接続用電極を形成する前の状態の一部の断面図。 半導体ウエハ上に外部接続用電極を形成した状態の一部の断面図。

図１はこの発明の一実施形態としてのめっき装置の要部の縦断正面図を示し、図２は図１のII−II線に沿う縦断側面図を示す。この場合、図１は図２のＩ−Ｉ線に沿う縦断正面図である。このめっき装置は、めっき槽１および該めっき槽１の両側壁の外側に設けられためっき液回収槽２を備えている。この場合、めっき槽１およびめっき液回収槽２の上面は開放されている。

めっき槽１内にはめっき液３が収容されている。めっき槽１の両側壁の上部の所定の箇所には、めっき槽１内のめっき液３をオーバーフローさせるためのオーバーフロー用凹部４が設けられている。めっき液回収槽２の底部の所定の箇所にはめっき液回収配管５の一端部がめっき液回収槽２内に連通されて取り付けられている。めっき液回収配管５の他端部は、めっき槽１の下方に配置されためっき液タンク６に接続されている。めっき液タンク６内にはめっき液３が収容されている。

めっき槽１の内部には長方形状のウエハ支持板７および長方形状のアノード電極８が互いに対向して垂直に配置されている。ウエハ支持板７のアノード電極８と対向する一方の面のほぼ中央部にはほぼ円形状の凹部９が設けられている。凹部９内にはほぼ円形状の半導体ウエハ１０が位置決めされて収容されている。

ウエハ支持板７とアノード電極８との間には長方形状の電場遮蔽板１１が垂直に配置されている。電場遮蔽板１１のほぼ中央部においてウエハ支持板７の凹部９内に収容された半導体ウエハ１０に対応する部分には、円形状の貫通孔１２が設けられている。電場遮蔽板１１は、半導体ウエハ１０よりも大きめのアノード電極８からの電場を貫通孔１２以外の部分で遮蔽して、半導体ウエハ１０に対するめっきの面内均一性を確保するためのものである。この場合、電場遮蔽板１１の貫通孔１２の大きさや形状を変えることにより、半導体ウエハ１０に対するめっきの面内均一性を調整することができる。

電場遮蔽板１１のアノード電極８と対向する一方の面側にはめっき液供給配管１３の一端側が配置されている。めっき液供給配管１３の一端側の形状はほぼＬ字形状となっている。めっき液供給配管１３の一端側の基端側は電場遮蔽板１１の一方の面の上部において水平に配置され、先端側は電場遮蔽板１１の一方の面の水平方向中央部において下方に向かって垂直に配置されている。この状態では、めっき液供給配管１３の一端部は電場遮蔽板１１の貫通孔１２の中心部に対応する部分に配置されている。めっき液供給配管１３の他端部はポンプ１４を介してめっき液タンク６に接続されている。

めっき液供給配管１２の一端部は、図２および図２の一部を拡大して示す図３に示すように、電場遮蔽板１１の貫通孔１２の中心部に向かって折り曲げられている。めっき液供給配管１２の一端部には、図３に示すように、小径筒状部１４ａ、大径筒状部１４ｂおよびフランジ部１４ｃを有する中空の支持軸１４の小径筒状部１４ａがねじ込まれて取り付けられている。

支持軸１４にはノズル構成体１５が回転可能に取り付けられている。この状態では、ノズル構成体１５は電場遮蔽板１１の貫通孔１２内に回転可能に配置されている。ノズル構成体１５は、ボス１６の外周部に複数本の例えば８本のノズル１７が等間隔に設けられたものからなっている。ボス１６は、図３において、左側が小径孔１６ａで右側が大径孔１６ｂの２段構造の貫通孔（中空部）を有する。ノズル１７の断面形状は、角筒状であって、ボス１６の貫通孔（１６ａ、１６ｂ）に連通されている。ノズル１７の断面形状が円筒状の場合に比べて、角筒状の方がノズル構成体１５の回転時にめっき槽１内のめっき液３の抵抗が大きくなるので、より高い撹拌効果が得られる。

ノズル１７の先端部は、図１において時計方向側（ノズル構成体１５の後述する回転方向とは反対側）に折り曲げられている。したがって、ノズル１７の先端の方形状の開口部１７ａは図１において時計方向側に開放されている。開口部１７ａの形状は、ノズル１７の断面形状の角形のままであっても良いし、円形又は角形の孔が複数開いているものでも良い。

ノズル構成体１５のボス１６は、該ボス１６の図２および図３において左面にねじ（図示せず）によって取り付けられたリング状の押え板１８と支持軸１４のフランジ部１４ｃとにより、支持軸１４に対して抜け止めされている。ノズル構成体１５のボス１６の図２および図３において右面には円板状のカバー１９がねじ（図示せず）によって取り付けられている。

ここで、半導体ウエハ１０から製造されるＣＳＰと呼ばれる半導体装置の一例について、図４に示す平面図および図５に示す断面図を参照して説明する。この場合、図５は図４のＶ−Ｖ線にほぼ沿う部分の断面図である。この半導体装置はシリコン基板（半導体基板）２１を備えている。シリコン基板２１の上面には、図示していないが、所定の機能の集積回路を構成する素子、例えば、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子が形成されている。シリコン基板２１の上面周辺部には、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド２２が設けられている。

シリコン基板２１の周辺部および接続パッド２２の中央部を除くシリコン基板２１の上面には酸化シリコン、窒化シリコン等からなるパッシベーション膜（絶縁膜）２３が設けられ、接続パッド２２の中央部はパッシベーション膜２３に設けられた開口部２４を介して露出されている。パッシベーション膜２３の周辺部を除く上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）２５が設けられている。パッシベーション膜２３の開口部２４に対応する部分における保護膜２５には開口部２６が設けられている。

保護膜２５の上面には複数の配線２７が設けられている。配線２７は、保護膜２５の上面に設けられた銅等からなる下地金属層２８と、下地金属層２８の上面に設けられた銅からなる上部金属層２９との２層構造となっている。配線２７の一端部は、パッシベーション膜２３および保護膜２５の開口部２４、２６を介して接続パッド２２に接続されている。配線２７のランド上面には銅からなる柱状の外部接続用電極３０が設けられている。

シリコン基板２１の周辺部上面、パッシベーション膜２３の周辺部上面および配線２７を含む保護膜２５の上面において外部接続用電極３０の周囲にはシリカフィラーを含むエポキシ系樹脂等からなる封止膜３１が設けられている。ここで、外部接続用電極３０は、その上面が封止膜３１の上面と面一乃至封止膜３１の上面よりも数μｍ凹むように設けられている。外部接続用電極３０の上面には半田バンプ３２が設けられている。

次に、上記構成のめっき装置を用いて半導体ウエハ１０上に外部接続用電極３０を形成する場合について説明するに、まず、図１および図２に示す状態における半導体ウエハ１０等について、図６を参照して説明する。この場合、図６は半導体ウエハ１０上に外部接続用電極３０を形成する前の状態の一部の断面図である。

半導体ウエハ１０上には接続パッド２２、パッシベーション膜２３および保護膜２５が形成され、パッシベーション膜２３および保護膜２５に形成された開口部２４、２６を介して露出された接続パッド２２の上面を含む保護膜２５等の上面には下地金属層２８が形成され、下地金属層２８の上面には上部金属層２９が形成され、上部金属層２９を含む下地金属層２８の上面にはめっきレジスト膜４１がパターン形成されている。

この場合、上部金属層２９のランド（つまり外部接続用電極３０形成領域）に対応する部分におけるめっきレジスト膜４１には開口部４２が形成されている。また、図示していないが、下地金属層２８の周辺部の所定の箇所は、めっきレジスト膜４１によって覆われておらず、カソード電極と接続されためっき用接続端子となっている。

なお、半導体ウエハ１０の厚さは、図５に示すシリコン基板２１の厚さよりも厚くなっている。図６において符号４３で示す領域はダイシングストリートである。そして、ダイシングストリート４３に対応する部分におけるパッシベーション膜２３および保護膜２５は除去され、この除去された部分には下地金属層２８が形成されている。

さて、上記構成のめっき装置のポンプ１４が駆動すると、めっき液タンク６内のめっき液３がめっき液供給配管１３、中空の支持軸１４の内部およびボス１６の中空部を介してノズル１７に供給される。この供給されためっき液３は、ノズル１７の開口部１７ａから電場遮蔽板１１の貫通孔１２内に流出される。

この場合、ノズル１７の開口部１７ａが図１において時計方向側に開放されているため、開口部１７ａからめっき液３が矢印で示すように時計方向に向かって流出され、その流出力によりノズル構成体１５が反時計方向に回転され、半導体ウエハ１０の表面近傍のめっき液３が撹拌され、半導体ウエハ１０の表面近傍のめっき液３がリフレッシュされる。ここで、ノズル１７は円筒状であってもよいが、角筒状であると、円筒状である場合と比較して、めっき液３の撹拌効率を上げることができる。

ポンプ１４が駆動し続けると、ノズル１７の開口部１７ａからめっき液３が流入され続けるため、めっき槽１内に充満された後の余分のめっき液３はオーバーフロー用凹部４からオーバーフローし、めっき液回収槽２およびめっき液回収配管５を介してめっき液タンク６内に回収される。

そして、図７に示すように、下地金属層２８をめっき電流路とした銅の電解めっきを行なうと、めっきレジスト膜４１の開口部４２内の上部金属層２９のランド上面に外部接続用電極３０が形成される。この状態では、外部接続用電極３０の高さは、図５に示す外部接続用電極３０の高さよりも高くなっている。

これ以後の工程を簡単に説明すると、めっきレジスト膜４１を剥離し、上部金属層２９をマスクとして下地金属層２８の不要な部分をエッチングして除去し、外部接続用電極３０および上部金属層２９を含む保護膜２５等の上面に封止膜３１をその厚さが外部接続用電極３０の高さよりも厚くなるように形成し、封止膜３１の上面側および外部接続用電極３０の上部を適宜に研磨して外部接続用電極３０の上面を露出させ、この露出された外部接続用電極３０の上面に半田バンプ３２を形成し、半導体ウエハ１０の下面側を適宜に研削して半導体ウエハ１０の厚さを薄くし、ダイシングストリート４３に沿って切断すると、図４および図５に示す半導体装置が複数個得られる。なお、上部金属層２９もこのめっき装置を用いて形成されるが、その説明は省略する。

以上のように、上記構成のめっき装置では、ノズル１７の開口部１７ａから流出されるめっき液３の流出力によりノズル構成体１５をめっき液３の流出方向とは反対方向に回転させているので、ノズル構成体１５を回転させるためのそれ専用の機構を必要とせず、その分小型化することができ、まためっき液３を撹拌するための運転費を不要とすることができる。

なお、ノズル１７の折り曲げられた先端部のみでなく、その途中の図１において時計方向側（ノズル構成体１５の回転方向とは反対側）に１つまたは複数の開口部を設けるようにしてもよい。また、ノズルを先端部が閉塞された単なる角筒状とし、その途中の図１において時計方向側に１つまたは複数の開口部を設けるようにしてもよい。なお、ノズル構成体１５は、電解めっき装置に限らず、無電解めっき装置に使用することも可能である。

１ めっき槽
２ めっき液回収槽
３ めっき液
４ オーバーフロー用凹部
５ めっき液回収配管
６ めっき液タンク
７ ウエハ支持板
８ アノード電極
１０ 半導体ウエハ
１１ 電場遮蔽板
１２ 貫通孔
１３ めっき液供給配管
１４ 支持軸
１５ ノズル構成体
１６ ボス
１７ ノズル

Claims (15)

1. めっき槽と、
   前記めっき槽内に配置された被めっき物と、
   前記めっき槽内の前記被めっき物と対向する位置に配置され、ボス及び前記ボスの外周部に複数のノズルを有し、前記ノズルからめっき液が流出する力によりめっき液の流出方向とは反対方向に回転するノズル構成体と、
   を備えることを特徴とするめっき装置。
2. 請求項１に記載の発明において、
   更に、前記ノズルにめっき液を供給するめっき液供給配管と、前記被めっき物に対向して配置されたアノード電極と、を備え、
   前記ノズル構成体は、前記被めっき物と前記アノード電極との間に設けられており、
   前記ノズルは角筒状であって、該ノズルの先端部は前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に折り曲げられ、該ノズルの先端部は開口部となっていることを特徴とするめっき装置。
3. 請求項２に記載の発明において、
   前記ノズルの途中において前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に１つまたは複数の開口部が設けられていることを特徴とするめっき装置。
4. 請求項１又は２に記載の発明において、前記ノズルは先端部を閉塞された単なる角筒状であって、該ノズルの途中において前記ノズル構成体の回転方向とは反対側に１つまたは複数の開口部が設けられていることを特徴とするめっき装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の発明において、前記ボスは、前記めっき液供給配管の先端部に設けられた中空支持軸に回転可能に取り付けられ、前記ノズルと連通された中空部を有し、前記めっき液供給配管からのめっき液は前記中空支持軸の内部および前記ボスの中空部を介して前記ノズルに供給されることを特徴とするめっき装置。
6. 請求項２から５の何れか一項に記載の発明において、前記被めっき物と前記アノード電極との間に、前記被めっき物に対応する部分に貫通孔を有し、該貫通孔以外の部分で電場を遮蔽する電場遮蔽板が配置されていることを特徴とするめっき装置。
7. 請求項６に記載の発明において、前記電場遮蔽板の貫通孔は円形状であり、該貫通孔内に前記ノズル構成体が回転可能に配置されていることを特徴とするめっき装置。
8. 請求項６又は７に記載の発明において、前記被めっき物、前記アノード電極および前記電場遮蔽板は前記めっき槽内に垂直に配置され、前記被めっき物は半導体ウエハであることを特徴とするめっき装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の発明において、前記めっき槽からオーバーフローするめっき液を回収するめっき液回収手段を有することを特徴とするめっき装置。
10. めっき槽内のめっき液中に被めっき物を配置し、
    前記めっき槽内の前記被めっき物と対向する位置に配置された、ボスの外周部に複数のノズルを有する回転可能なノズル構成体の前記ノズルからめっき液が流出する力により、前記ノズル構成体をめっき液の流出方向とは反対方向に回転させ、前記被めっき物に対してめっき処理を行うことを特徴とするめっき方法。
11. 請求項１０に記載の発明において、
    更に、前記被めっき物と対向する位置にアノード電極が配置され、
    前記ノズル構成体は前記被めっき物と前記アノード電極との間に設けられており、
    前記被めっき物に対応する部分に貫通孔を有し、該貫通孔以外の部分で電場を遮蔽する電場遮蔽板が配置されていることを特徴とするめっき方法。
12. 請求項１１に記載の発明において、前記電場遮蔽板の貫通孔は円形状であり、該貫通孔内に前記ノズル構成体が回転可能に配置されていることを特徴とするめっき方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の発明において、前記被めっき物は半導体ウエハであり、前記半導体ウエハ、前記アノード電極および前記電場遮蔽板は前記めっき槽内に垂直に配置されていることを特徴とするめっき方法。
14. 請求項１３に記載の発明において、前記半導体ウエハ上にめっきを含む配線を形成し、前記配線のランド上にめっきを含む外部接続用電極を形成することを特徴とするめっき方法。
15. 請求項１０から１４の何れか一項に記載の発明において、前記めっき槽からオーバーフローするめっき液をめっき液回収手段によって回収することを特徴とするめっき方法。

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