JP3627884B2

JP3627884B2 - メッキ装置

Info

Publication number: JP3627884B2
Application number: JP27476096A
Authority: JP
Inventors: 浩一星野; 卓哉孝谷
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; Denso Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Denso Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH10121290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、噴流方式のメッキ装置に関し、特に、比較的小口径の半導体ウェハに電極バンプを形成するような微細で高精度の膜厚制御が要求されるメッキを行うのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハ等の半導体ウェハに電気メッキを施すために噴流方式の電気メッキ法が用いられている。噴流方式の電気メッキ法を、図６を用いて説明する。筒状をなすメッキセル４０の上端部が縮径化され、その端面にはパッキン４１を介して被メッキ基板４２がメッキセル４０の上部開口部を塞ぐように配置され、支持部材４３により固定される。つまり、支持部材４３により被メッキ基板４２をパッキン４１に押さえつけ、パッキン４１と被メッキ基板４２との接触面を液密状態としている。又、パッキン４１と被メッキ基板４２との間に給電電極４４が挟み込まれ、給電電極４４が被メッキ基板４２の下面と接触している。さらに、メッキセル４０の縮径部にはメッキ液流出孔４５が形成されるとともに、メッキ液流出孔４５よりも下方におけるメッキセル４０の内部に対向電極４６が配置されている。そして、メッキセル４０の下部からメッキ液が供給され、このメッキ液が対向電極４６を通って被メッキ基板４２の下面に当たり流出孔４５からメッキセル４０の外に流れ出る。このとき、対向電極４６と給電電極４４との間に被メッキ基板４２の下面とメッキ液を介して定電流を流すことにより、被メッキ基板４２の下面に電気メッキが施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この噴流方式の電気メッキ法はシリコンウェハ等の大口径ウェハには有効であるが、ＧａＡｓやＩｎＰウェハ等の小口径ウェハに対しては以下のような不具合がある。
【０００４】
つまり、図６に示す噴流式メッキ装置により電気メッキを行うと、被メッキ基板４２の下面とメッキ液の流出孔４５との間における被メッキ基板４２の外周部にメッキ液がよどむ領域４７が発生してしまう。これにより、被メッキ基板４２の外周部でのメッキ層の膜厚分布が悪化してしまう（よどみ部分の膜厚が薄くなる）。
【０００５】
又、メッキセル４０の上部開口部を被メッキ基板４２で開塞する構造であるため、被メッキ基板４２の外周部にパッキン４１との接触によるメッキ層の未形成領域が発生してしまう。よって、ＧａＡｓやＩｎＰのように比較的小口径のウェハに電気メッキを施す場合においてはウェハの外周部までウェハ面積を有効活用することができない。
【０００６】
このように、メッキセル４０の上部開口部を半導体ウェハで閉塞する構造であったがために、ウェハ外周部の閉塞のためのシール部分がメッキされなかったり、ウェハ外周部に発生するメッキ液のよどみによりウェハ外周部のメッキ膜厚分布が悪化してしまう。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、比較的小口径の被メッキ基板に対してもメッキ膜厚の均一性を向上することができるメッキ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の発明では、内部に対向電極が配置された立設状態の筒体での上部開口部において下方に開口する基板収納凹部を有する基板ホルダに対し基板収納凹部に被メッキ基板を配置し、この状態で筒体の内部にメッキ液を供給して筒体の上部開口部からメッキ液を溢れさせることにより被メッキ基板の下面を電気メッキする。よって、筒体の上部開口部を被メッキ基板で閉塞する従来方式に比べ、被メッキ基板の外周部（従来方式のシール部分）にメッキが形成されない領域が発生することなく、また、液の滞留によるメッキ膜厚の不均一が発生することもない。又、被メッキ基板を基板収納凹部に配置しているので、ＧａＡｓやＩｎＰ等の割れやすい半導体ウェハにメッキを施す場合においてもウェハの破損を防止することができる。
【０００９】
すなわち、メッキ装置として、請求項１に記載の構成を採用することにより、ポンプの駆動によりメッキセル内にメッキ液を供給してメッキセルの上部開口部からメッキ液を溢流させる時に、基板ホルダの基板収納凹部に収納された被メッキ基板がメッキされる。
【００１１】
そして、係止爪により基板収納凹部に被メッキ基板を収納した状態で支持されるとともに、給電電極が被メッキ基板の被メッキ面と電気的に接触する。
【００１２】
さらに、プレートを付勢するバネにより棒体を介して係止爪により基板収納凹部での被メッキ基板が押圧支持される。
請求項２に記載の構成を採用すると、被メッキ基板の被メッキ面の高さがメッキセルの上部開口部よりも低くなり、メッキ液の流量が少なくても被メッキ基板をメッキ液に確実に浸すことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１には、本実施の形態におけるメッキ装置の全体構成図を示す。このメッキ装置は、メッキセルを用いた噴流式メッキ装置であり、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高速で形成する際に用いる。
【００１５】
本メッキ装置は、外側容器としての循環槽１およびその循環槽１内に立設状態で配置されるメッキセル（筒体）２を備えている。循環槽１の中にはメッキ液３が入っている。循環槽１の上部開口部にはメッキ液３の蒸発を抑制するための蓋材４が設けられている。
【００１６】
メッキセル２は有底円筒状をなし、上部開口面２ａは水平となっている。メッキセル２の内部には対向電極１２が配置されている。対向電極１２は多孔板状をなし、メッキセル２の上部開口面２ａと平行に設置されている。対向電極１２からは導線１８ａが循環槽１の外部まで延設されている。尚、対向電極１２は多孔板状の他にも網状であってもよい。
【００１７】
メッキセル２の底面には連通管５の一端が接続され、連通管５の他端側は循環槽１の外部に引き出された後、循環槽１の底面と接続されている。循環槽１の外部における連通管５にはメッキ液供給用ポンプ６が配置されるとともにバルブ７が配置されている。又、循環槽１の底面には連通管８の両端が接続され、連通管８にはメッキ液循環用ポンプ９が配置されるとともにバルブ１０が配置されている。
【００１８】
循環槽１の蓋材４にはヒータ１１が取り付けられ、このヒータ１１の発熱部（コイル）が循環槽１内のメッキ液３に浸漬している。
又、循環槽１の蓋材４の中央部には基板ホルダ１３が設けられ、この基板ホルダ１３に被メッキ基板１４が取り付けられている。メッキセル（筒体）２は上部開口面２ａの面積が被メッキ基板１４の面積よりも大きくなっており、被メッキ基板１４はメッキセル２の上部開口面２ａに位置している。
【００１９】
図２には、図１の基板ホルダ１３の詳細を示す。
基板ホルダ１３は循環槽１の蓋材４に装着可能なプレート２０ａを有し、そのプレート２０ａの下面中央部には円形の突部２０ｂが形成されている。突部２０ｂの下面には円形の基板収納凹部１５が形成されている。つまり、基板ホルダ１３はメッキセル２の上部開口部２ａにおいて下方に開口する基板収納凹部１５を有する。この凹部１５の中に被メッキ基板１４が嵌入されている。さらに、より詳しい構成図である図３に示すように、突部２０ｂの下面における基板収納凹部１５の外周部には９０°間隔で基板係止爪１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが配置されている。この基板係止爪１６ａ〜１６ｄは長方形の板材よりなり、同爪１６ａ〜１６ｄの基端部を貫通するネジ１７を突部２０ｂに螺入することにより係止爪１６ａ〜１６ｄの先端部が被メッキ基板１４と接触して凹部１５内の被メッキ基板１４を押圧支持する。このように、被メッキ基板１４は被メッキ面を下にして凹部１５内に配置されるとともに、ネジ１７の螺入による基板係止爪１６ａ〜１６ｄの突部２０ｂへの締め付けにより被メッキ基板１４の外周部の４箇所で固定されている。
【００２０】
尚、符号１６ａ〜１６ｄにて示した基板係止爪は３個以上設けると安定して被メッキ基板１４を支持できる。
図３の基板係止爪１６ａ〜１６ｄには給電電極（導線）１８ｂが埋設されている。即ち、基板係止爪１６ａ〜１６ｄに形成した穴に給電電極（導線）１８ｂを通している。この給電電極１８ｂの一端が基板係止爪１６ａ〜１６ｄの先端部表面から突出（露出）し被メッキ基板１４の下面と接触している。又、給電電極１８ｂの他端が突部２０ｂ及びプレート２０ａの内部を通して外部まで延設されている。即ち、突部２０ｂ及びプレート２０ａに形成した穴に給電電極（導線）１８ｂを通している。このように、基板係止爪１６ａ〜１６ｄにおいて先端の被メッキ基板１４の下面と接触する部分にのみメッキ用給電電極１８ｂが露出しており、基板係止爪１６ａ〜１６ｄにより被メッキ基板１４を凹部１５内に固定する際にメッキ用給電電極１８ｂと被メッキ基板１４の下面とが電気的に接触する。
【００２１】
図１に示すように、循環槽１の外部において、対向電極１２から延びる導線１８ａと給電電極１８ｂとは定電流電源１９が接続され、導線１８ａに正の電圧が、給電電極１８ｂに負の電圧が印加できるようになっている。
【００２２】
次に、このように構成したメッキ装置を用いたメッキ方法を説明する。
まず、図１の基板ホルダ１３を循環槽１の蓋材４から取り外し、被メッキ基板１４でのメッキを施そうとする面が表になるように基板１４を基板ホルダ１３の基板収納凹部１５に嵌入し、前述したようにネジ１７を螺入して基板係止爪１６ａ〜１６ｄにより被メッキ基板１４を固定する。そして、基板１４の取付け後の基板ホルダ１３を、循環槽１の蓋材４に装着する。
【００２３】
この状態においては、被メッキ基板１４の下面をメッキセル２の上部開口部２ａから溢れるメッキ液３に浸漬させることが可能な状態となっている。
そして、図１のメッキ液供給用ポンプ６の駆動によりメッキ液３がメッキセル２の下部の流入口からメッキセル２内に取り入れられ、さらに流入したメッキ液３は、多孔板状対向電極１２を通り抜け、図２の矢印にて示すように、被メッキ基板１４の下面に当たり、その後、メッキセル２の上部開口部２ａから（被メッキ基板１４及び突部２０ｂの外周部から）メッキセル２の外周に流れ落ちて循環槽１に戻る。この時、図１のバルブ７の開度調整によりメッキ液３のメッキセル２への流入量、即ち、メッキセル２の上部開口部２ａでの溢流の量を調整する。
【００２４】
尚、メッキ液供給用ポンプ６の回転数調整によりメッキ液３のメッキセル２への流入量を調整してもよい。
さらにこの時、図１のヒータ１１の駆動によりメッキ液３の温度が電気メッキ時の適正温度にコントロールされる。又、メッキ液循環ポンプ９の駆動により循環槽１中のメッキ液３を循環してメッキ液３の温度を均一にすることができる。このメッキ液３の循環液量はバルブ１０の開度により制御するか、メッキ液循環ポンプ９の回転数により制御する。
【００２５】
このようにメッキできる環境を整えた後、被メッキ基板１４の下面とメッキ液３を介して定電流電源１９を用いて定電流を流すことにより、被メッキ基板１４の下面に電気メッキを施す。
【００２６】
このとき、図１，２に示すように、被メッキ基板１４の被メッキ面（下面）の高さがメッキセル２の上部開口部２ａとほぼ同じ高さとなっている。よって、メッキ液３が被メッキ基板１４の下面と同程度の高さのメッキセル２の上部開口部２ａから溢れるので、メッキ液３のよどみが無く被メッキ基板１４の外周部のメッキ膜厚分布の悪化が発生しない。つまり、図６に示す装置を用いて電気メッキを行う場合においては、被メッキ基板４２の下面とメッキ液の流出孔４５とは高さのズレが生じており被メッキ基板４２の外周部にメッキ液のよどみ４７が発生し、これにより基板４２外周のメッキ面の膜厚分布の悪化を招く。これに対し、本実施形態では基板１４の被メッキ面（下面）とメッキセル２の上部開口部２ａとがほぼ同じ高さとなっているのでメッキ液３のよどみが形成されることがなく、基板１４外周のメッキ面の膜厚分布の悪化が回避される。
【００２７】
ここで、被メッキ基板１４の被メッキ面の高さをメッキセル２の上部開口部２ａよりも低くしてもよい。このようにすると、メッキ液３の流量を小さくしても確実に被メッキ基板１４の被メッキ面をメッキ液３に浸漬させることができ、少流量にてメッキの膜厚分布を良好にすることができる。
【００２８】
又、図６に示す装置はメッキセル４０の上部開口部を被メッキ基板４２で閉塞する構造であり被メッキ基板４２の外周部にパッキン４１との接触によるメッキの未形成領域ができてしまうが、本実施形態ではメッキセル２の上部開口部２ａを被メッキ基板１４で閉塞する構造でないためメッキの未形成領域が発生しない。よって、ＧａＡｓやＩｎＰのように比較的小口径のウェハに電気メッキを施す場合においても、ウェハの外周部までメッキできウェハ面積を有効活用することができる。
【００２９】
さらに、被メッキ基板１４のクランプ構造として、被メッキ基板１４を基板ホルダ１３の基板収納凹部１５に嵌入し基板係止爪１６ａ〜１６ｄにより被メッキ基板１４をクランプする構造を採用した。これにより、ＧａＡｓやＩｎＰのような割れやすいウェハに対して、メッキ時のウェハの破損を防止することができる。この基板クランプ構造において、基板１４での被メッキ面の裏面が基板収納凹部１５の底面に接しており基板１４での被メッキ面の裏面が基板ホルダ１３によりマスクされているため、被メッキ面の裏面がメッキ液に曝されメッキ材料の析出等による裏面の汚染が未然に回避される。
【００３０】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図２に示すように、内部に対向電極１２が配置された立設状態のメッキセル２（筒体）での上部開口部２ａにおいて下方に開口する基板収納凹部１５を有する基板ホルダ１３に対し基板収納凹部１５に被メッキ基板１４を配置し、この状態でメッキセル２の内部にメッキ液３を供給してメッキセル２の上部開口部２ａからメッキ液３を溢れさせることにより被メッキ基板１４の下面を電気メッキするようにした。よって、図６に示したメッキセルの上部開口部を被メッキ基板で閉塞する従来方式に比べ、被メッキ基板の外周部（従来方式のシール部分）にメッキが形成されない領域が発生することなく、また、液の滞留によるメッキ膜厚の不均一が発生することもない。又、被メッキ基板１４を基板収納凹部１５に配置しているので、ＧａＡｓやＩｎＰ等の割れやすい半導体ウェハにメッキを施す場合においてもウェハの破損を防止することができる。
【００３１】
本実施形態の応用例を以下に述べる。
メッキ用給電電極１８ｂを基板係止爪１６ａ〜１６ｄの先端の被メッキ基板１４の被メッキ面と接触する部分にのみ露出させる方法として、上述した形態では、基板ホルダ１３や基板係止爪１６ａ〜１６ｄに形成した穴を通したが、メッキ液３に曝されるメッキ用給電電極１８ｂをテフロン等のチューブで被覆してもよい。あるいは、メッキ用給電電極１８ｂと基板係止爪１６ａ〜１６ｄとを一体成形し基板係止爪１６ａ〜１６ｄの先端での被メッキ基板１４の被メッキ面と接触する部分にのみメッキ用給電電極１８ｂを露出させてもよい。
【００３２】
又、循環槽１内にメッキセル２を複数配置することにより、複数の被メッキ基板１４に電気メッキを行うようにしてもよい。
さらに、メッキセル２は円筒状の他にも、正方形等の多角形の断面を持つ筒体でもよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３３】
図４には、本実施形態における被メッキ基板１４のクランプ構造を示す。
基板ホルダ１３の突部２０ｂにおける基板収納凹部１５の外周側には貫通孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが９０°毎に形成されている。貫通孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ内には棒体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが摺動可能に配置され、棒体２２ａ〜２２ｄの一端には基板係止爪２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが固定されるとともに他端にはプレート２４が固定されている。プレート２４と突部２０ｂ（プレート２０ａ）との間には圧縮コイルバネ２５が配置され、圧縮コイルバネ２５によりプレート２４が突部２０ｂ（プレート２０ａ）から離れる方向に付勢されている。即ち、圧縮コイルバネ２５のバネ力により基板係止爪２３ａ〜２３ｄが被メッキ基板１４を押圧支持している。
【００３４】
又、基板ホルダ１３のプレート２０ａの上面にはプレート２４を囲うようにカバー２６が取り付けられ、カバー２６にはネジ２７が螺合している。このネジ２７の先端部はプレート２４と接触しており、ネジ２７の螺合位置により基板係止爪２３ａ〜２３ｄの位置を調整できるようになっている。
【００３５】
つまり、棒体２２ａ〜２２ｄは突部２０ｂ（プレート２０ａ）に対して可動であり、バネ２５の伸力によってプレート２４が押され、それに連動して棒体２２ａ〜２２ｄと基板係止爪２３ａ〜２３ｄとが引き上げられ、基板係止爪２３ａ〜２３ｄにより被メッキ基板１４が突部２０ｂに押さえつけられている。
【００３６】
このようにバネ２５の伸力により被メッキ基板１４を固定するため、図３の被メッキ基板１４の固定方法に比べ、ネジ１７の締めすぎ等の原因による被メッキ基板１４の破損を防止することができる。
【００３７】
被メッキ基板１４を着脱する際には、図４のネジ２７をねじ込むことにより、プレート２４及び棒体２２ａ〜２２ｄさらに基板係止爪２３ａ〜２３ｄを図４中、下方に移動させ、被メッキ基板１４を基板収納凹部１５に挿入あるいは取り外しを行う。この作業は容易なものとなる。
【００３８】
ここで、図４の基板係止爪２３ａ〜２３ｄは２枚の板材を貼り合わせたものであり、２枚の板材の間にメッキ給電電極１８ｂが配置され、かつ、電極１８ｂは基板係止爪２３ａ〜２３ｄの先端での被メッキ基板１４の被メッキ面と接触する部分にのみ露出している。
【００３９】
尚、符号２１ａ〜２１ｄ，２２ａ〜２２ｄ，２３ａ〜２３ｄにて示した貫通孔、棒体、係止爪は３個以上設けると安定して被メッキ基板１４を支持できる。又、ネジ２７の個数は１個でも２個以上であってもよい。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
図５には、本実施形態における基板ホルダ１３の支持構造を示す。
循環槽１は上部が開口されており、基板ホルダ１３のプレート２０ａは循環槽１の上部開口部に対応する大きさを有している。そして、プレート２０ａの外周部には少なくとも３箇所以上にネジ穴３０ａが設けられ、このネジ穴３０ａに通したネジ３０ｂが循環槽１に螺入している。つまり、基板ホルダ１３が循環槽１の上部開口部においてネジ３０ｂにより上下位置調節可能に支持されている。
【００４１】
このネジ３０ｂの螺入位置調節により基板ホルダ１３の上下位置を調整することができ、最適なる基板位置にセットすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるメッキ装置の断面図。
【図２】同じくメッキ装置の部分断面図。
【図３】同じくメッキ装置の要部を説明するための説明図。
【図４】第２の実施の形態におけるメッキ装置の要部を説明するための説明図。
【図５】第３の実施の形態の形態におけるメッキ装置の要部断面図。
【図６】従来のメッキ装置の要部断面図。
【符号の説明】
１…循環槽（外側容器）、２…メッキセル（筒体）、２ａ…上部開口部、３…メッキ液、４…蓋材、６…メッキ液供給用ポンプ、１２…対向電極、１３…基板ホルダ、１４…被メッキ基板、１５…基板収納凹部、１６ａ〜１６ｄ…基板係止爪、１８ｂ…給電電極、２１ａ〜２１ｄ…貫通孔、２２ａ〜２２ｄ…棒体、２３ａ〜２３ｄ…係止爪、２５…圧縮コイルバネ、２６…カバー、２７…ネジ、３０…ネジ。

Claims

外側容器と、
筒状をなし、前記外側容器内において立設状態で配置されるとともに上部開口部が被メッキ基板より大きいメッキセルと、
前記メッキセルの内部においてメッキ液が通過可能な状態で配置された対向電極と、
前記メッキセル内にメッキ液を供給してメッキセルの上部開口部からメッキ液を溢流させるポンプと、
前記メッキセルの上部開口部において下方に開口する基板収納凹部を有する基板ホルダと、
前記基板ホルダに設けられ、前記基板ホルダの基板収納凹部に被メッキ基板を配置した状態で被メッキ基板と電気的に接触する給電電極と
を備え、
前記基板ホルダには、基板収納凹部に被メッキ基板を収納した状態で支持する係止爪が設けられ、該係止爪の先端の被メッキ面との接触部分に給電電極が露出しており、
前記基板収納凹部の外周側において少なくとも３箇所以上に貫通孔を有し、該貫通孔に棒体を通すとともに、該棒体の一方に前記係止爪を固定し、棒体の他方に各棒体を連結するプレートを連結し、該プレートを付勢するバネにより基板収納凹部での被メッキ基板を押圧支持するようにしたことを特徴とするメッキ装置。
前記被メッキ基板の被メッキ面の高さを、前記メッキセルの上部開口部よりも低くしたことを特徴とする請求項１に記載のメッキ装置。