JP2935647B2

JP2935647B2 - 半導体ウエハの電解メッキ装置

Info

Publication number: JP2935647B2
Application number: JP11581995A
Authority: JP
Inventors: 裕章井上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH08311698A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解液を有するメッキ
槽内に負の電極に接続された半導体ウエハを設け、正の
電極に接続されたアノードをメッキ槽内に設けた半導体
ウエハの電解メッキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハの電解メッキ、例え
ば、図１３に断面を示すようなバンプメッキでは、メッ
キ面にレジストでパターニングされた開口部（例えば、
７０μｍ角で深さ２０μｍ）を持つシリコンウエハを用
い、図１１に示すようにアノード５をカソードである半
導体ウエハ３と対向配置させるか、あるいは図１２に示
すようにアノード５を半導体ウエハ３と直交配置してメ
ッキ作業を行っていた。この装置ではアノード５および
半導体ウエハ３における電場の不均一が起こり易く、メ
ッキ膜厚を一定にすることが困難であった。また、メッ
キ厚膜を一定にする試作も種々行われていたが、その条
件を見い出すには多くの変動要因があって多大の労力が
かかり、その上汎用性がなく、個々の作業においてメッ
キ膜厚の均一性が得られにくいという欠点があった。ま
た、配線メッキについても同様な欠点があった。

【０００３】また、メッキ膜を均一化するためにアノー
ドを移動させる技術は例えば特開平５ー２５１６０６号
公報に開示されている。しかしながら、かかる公知技術
では被メッキ体の全面に均一なメッキ膜を被膜するもの
で、バンプメッキや配線メッキのように絶縁された部分
的な被メッキ面を均一にメッキするものではない。その
ためにこの公知技術では平面状のアノードを用いている
ので、エッヂ効果により被メッキ体の縁部にメッキの折
出がかたよる傾向がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、エッヂ効果が生ぜずメッキ領域に均一にメッキ膜
が形成できるアノード移動形の半導体ウエハの電解メッ
キ装置を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、電解液
を有するメッキ槽内に負の電極に接続された半導体ウエ
ハを設け、正の電極に接続されたアノードをメッキ槽内
に設けた半導体ウエハの電解メッキ装置において、前記
アノードを半導体ウエハの面に平行に移動させる移動手
段を設け、前記アノードは棒状体で構成され、半導体ウ
エハのメッキ領域の電場の分布に応じた形状としてい
る。

【０００６】そして、前記アノードは棒状体の途中が絶
縁体で仕切られて、各々に接点を有している。

【０００７】また、前記アノードは棒状体を渦巻形状に
構成している。

【０００８】また、前記アノードは棒状体の一部をコ字
状に曲折ししている。

【０００９】また、前記アノードはブラシを有してい
る。

【００１０】

【作用】したがって、棒状体のアノードが半導体ウエハ
の面に平行に移動しながらメッキ作業が行われるので、
半導体ウエハの各部分には均一な電場が生じ、均一なメ
ッキ膜が得られる。その際にアノードの移動速度は０．
１〜５ｍ／ｍｉｎが好ましく、特に０．５〜２ｍ／ｍｉ
ｎが好ましい。移動速度が遅すぎても、膜厚の均一性に
変化がなく生産性が低下する。早すぎると、固定された
面状のアノードと同じ結果となり、膜厚の均一性が悪く
なる。

【００１１】またアノードと半導体ウエハとの間の距離
は移動速度によっても異なるが、０．５〜１０ｃｍ位で
ある。

【００１２】ウエハの被メッキ領域は千差万別である。
例えばウエハの中心部分が帯状にメッキ領域が集中して
いる場合は、渦巻状のアノードをその帯状のメッキ領域
に平行に移動させるのがよい。

【００１３】絶縁体でアノードを区切った場合は、アノ
ード内の電位勾配が少なくなり、全体的に均一な電場が
提供できる。コ字状の場合はウエハの中心部の一方に帯
状の被メッキ領域の少ない部分がある場合に好ましい。

【００１４】またブラシを設けると、移動中に電界液を
攪拌するので、反応界面の液組成の均一化を図ることが
できる。

【００１５】このように本発明によれば、半導体ウエハ
のメッキ領域に応じて電場の分布が好適となるようにア
ノードの形状を定めたので、各種ウエハのメッキを効率
よく行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】図１において、全体を符号１で示すメッキ
槽は、内槽１Ａおよび外槽１Ｂとよりなる２槽で構成さ
れている。外槽１Ｂは箱状の壁体２Ｂで画成され、その
外槽１Ｂの中に設けられた内槽１Ａは、同様に矩形状の
壁体２Ａで形成されている。外槽１Ｂと内槽１Ａとは連
通管９で連通されており、その連通管９にはポンプＰが
設けられ、したがって外槽１Ｂと内槽１Ａとを電解液が
循環している。

【００１８】内槽１Ｂには、半導体ウエハ３が支持体４
により垂下され、その支持体４は電源を構成する整流器
８の負の端子８ａに接続されている。そして、棒状のア
ノード５が、内槽１Ａを横切って張設されたワイヤ７に
固定して支持され、整流器８の正の端子８ｂに接続され
ている。ワイヤ７は前記半導体ウエハ３の面に平行に半
導体ウエハ３から離れて張設されており、移動手段とし
てモータ６ａ、６ｂが用いられ、前記アノード５をワイ
ヤ７に沿って移動するため前記モータ６ａ、６ｂで作動
する紐状体１０がアノード５に連結されている。したが
って、モータ６ａ、６ｂを駆動することによってアノー
ド５を半導体ウエハ３の面と平行に矢印Ｘに示す方向に
移動させることができる。しかし、前記紐状体１０が例
えばプッシュプルケーブルの場合はモータは１つでよ
く、また、アノード５がワイヤ７に固定されているとき
はワイヤ７を紐状体としてモータで作動させてもよい。

【００１９】図２に移動手段の他の実施例が示されてい
る。モータ１２で往復方向に移動されるアーム１１にア
ノード５を固設して構成されている。この実施例でもモ
ータ１２によりアノード５を矢印Ｘの方向に移動させる
ことができる。

【００２０】図３ないし図７にアノードの種々の実施例
が示されている。

【００２１】図３に縦断面を示すアノード５Ａは、一方
の端部５ａが閉じている中空体で構成されている。

【００２２】図４に示すアノード５Ｂは、棒状体を渦巻
き形状に構成した例である。

【００２３】図５に示すアノード５Ｃは、棒状体をコ字
状に曲げて構成している。

【００２４】これらのアノード５Ａ〜５Ｃにより、カソ
ードである半導体ウエハ３の領域の電場の分布に応じ、
適切な形状および面積を選択使用することができる。

【００２５】図６に示すアノード５Ｄは、図３に示す中
空構造のアノードの途中を絶縁体５ｄで仕切った例であ
る。この例では外部電源との接点を複数点に取ることが
でき、アノード５Ｄ内部の電位勾配を改善することがで
きる。また中空にしたので、電線Ｗを電解液に浸さない
ですむ。

【００２６】図７に示すアノード部材５Ｅは棒状のアノ
ード５ｅに２つのブラシ５ｂを半径方向外方に突出して
設けた例である。この例では、循環流がブラシと干渉し
半導体ウエハ３のメッキ界面の液攪拌を与えることがで
きる。

【００２７】本発明の実施に際して半田バンプメッキ、
ＬＳＩの配線メッキ等任意の半導体ウエハのメッキに適
用でき、またメッキに用いる材料としては半田、金属、
鋼、ニッケル、錫鉄合金、錫アンチモン合金、錫ビスマ
ス合金、その他の任意のものを用いることができる。

【００２８】

【実験例】本発明の効果を確認するために下記の条件で
実験を行った。実験機は図２に示す装置を用い、メッキ
液はＳｎ／Ｐｂ＝８０／２０組成からなる半田メッキ液
を用いた。液の温度は２０゜Ｃであり、電流密度１．０
Ａ／ｄｍ2 で電流を流した。メッキ時間４０分、棒状体
アノードのサイズはφ５ｍｍ×２５０ｍｍ、アノード材
はＳｎ／Ｐｂ＝８０／２０、アノード移動速度１．０ｍ
／ｍｉｎのメッキ条件下に、φ６インチウエハ上にバン
プ径７０×７０μｍ、バンプ高さ１９μｍの半田バンプ
を形成した。そしてメッキ膜厚の測定はレーザーフォー
カス変位計を用いた。

【００２９】図８は本発明を実験した場合を示し、図９
および図１０はアノードを移動させない従来例によるも
のである。これらの図において、横軸はウエハの測定点
を示し、その測定点１〜５は図８の右下にウエハを表す
円で示す通り、１は上側、２は右側、３は下側、４は左
側、５は中心を示し、その各測定点の周囲の４カ所ａ、
ｂ、ｃ、ｄについてアノード〜ウエハ間４３ｍｍ、アノ
ードの移動速度１．０ｍ／ｍｉｎで測定した結果であ
る。また、全点は各測定点１〜５の平均および最大・最
小値を示している。縦軸はメッキ膜厚（μｍ）を示し、
図中の丸印Ｔはその平均値であり、縦方向の線分の上下
端部ｔ１、ｔ２はその最大値および最小値を示してい
る。すなわち、膜厚の測定値２０点の標準偏差は０．３
２であった。

【００３０】他方、図９および図１０は比較例を示し、
図８と同様な装置を用いて同様に測定した結果である。
すなわち、図９は従来のアノードとウエハとを直交配置
した場合（図１１参照）で、治具間距離１４ｍｍでの結
果を示し、膜厚の測定値２０点の標準偏差は０．５８で
あった。また、図１０は従来のアノードとウエハとを対
向配置した場合（図１１参照）で、アノード〜ウエハ間
３８ｍｍでの結果を示し、膜厚の測定値２０点の標準偏
差は０．６３であった。

【００３１】以上の結果から解る通り、本発明を実施す
ることにより各測定点の周囲の各点ａ〜ｄのメッキ膜厚
のバラツキ、各測定点１〜５の群間のバラツキ共少なく
なっていることが解る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記の効果を奏する。（１）アノードの形状を半導体ウエハのメッキ領域の
電場の分布に応じた形状とすることにより、各種の半導
体ウエハの電解メッキに適用できる。（２）棒状体のアノードを移動させることによりエッ
ヂ効果がなく、半導体ウエハのメッキ領域に電流の過不
足が生じない。（３）メッキすべき領域とメッキしてはいけない領域
がある半導体ウエハに対して、メッキすべき領域に所定
の均一なメッキ膜を付与することができる。（４）信頼性および生産性が向上する。（５）将来技術としての配線メッキおよび大口径半導
体ウエハの電解メッキにおいて、メッキ膜を形成する箇
所に均一な電場を与えることができるので、本発明の効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面斜視図。

【図２】本発明の移動手段の別の実施例を示す断面図。

【図３】本発明のアノード形状の別の実施例を示す断面
図。

【図４】本発明のアノード形状の別の実施例を示す図。

【図５】本発明のアノード形状の別の実施例を示す図。

【図６】本発明のアノード形状の別の実施例を示す図。

【図７】本発明のアノード形状の別の実施例を示す図。

【図８】本発明の効果確認の実験結果のメッキ膜厚測定
データを示すグラフ。

【図９】従来のアノード直交配置による実験結果のメッ
キ膜厚測定データを示すグラフ。

【図１０】従来のアノード対向配置による実験結果のメ
ッキ膜厚測定データを示すグラフ。

【図１１】従来の対向配置のアノードとウエハとの関係
を示す平面図。

【図１２】従来の直交配置のアノードとウエハとの関係
を示す平面図。

【図１３】ウエハのメッキ面を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・メッキ槽１Ａ・・・内槽１Ｂ・・・外槽２Ａ、２Ｂ・・・壁体３・・・ウエハ４・・・支持体５・・・アノード５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ・・・アノード５ａ・・・端部５ｂ・・・ブラシ５ｄ・・・絶縁体５Ｅ・・・アノード部材５ｅ・・・アノード６ａ、６ｂ・・・モータ７・・・ワイヤ８・・・整流器８ａ・・・負の端子８ｂ・・・正の端子９・・・連通管１０・・・紐状体１１・・・アーム１２・・・モータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２５Ｄ 21/10 ３０１Ｃ２５Ｄ 21/10 ３０１Ｃ３０Ｂ 33/00 Ｃ３０Ｂ 33/00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C25D 7/12 C25D 17/12 C25D 17/10 C25D 21/00 C25D 21/10 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電解液を有するメッキ槽内に負の電極に
接続された半導体ウエハを設け、正の電極に接続された
アノードをメッキ槽内に設けた半導体ウエハの電解メッ
キ装置において、前記アノードを半導体ウエハの面に平
行に移動させる移動手段を設け、前記アノードは棒状体
で構成され、半導体ウエハのメッキ領域の電場の分布に
応じた形状としたことを特徴とする半導体ウエハの電解
メッキ装置。
【請求項２】前記アノードは棒状体の途中が絶縁体で
仕切られて、各々に接点を有している請求項１記載の半
導体ウエハの電解メッキ装置。
【請求項３】前記アノードは棒状体を渦巻形状に構成
した請求項１記載の半導体ウエハの電解メッキ装置。
【請求項４】前記アノードは棒状体の一部をコ字状に
曲折した請求項１記載の半導体ウエハの電解メッキ装
置。
【請求項５】前記アノードはブラシを有している請求
項１記載の半導体ウエハの電解メッキ装置。