JP5822212B2 - 電解メッキ装置 - Google Patents

Description

本発明は電解メッキ装置に関し、より詳しくは、アノードとカソードとの間の極間距離を縮小してメッキ厚さ偏差を改善できるようにした電解銅メッキ装置に関する。

通常、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）やフリップチップにおいては、配線が形成された半導体チップの表面の既に設定された部分（電極）に金、銅、ハンダ、またはニッケル、さらにはこれらを多層に積層した突起状の接続電極を形成し、この電極を通してパッケージの電極やＴＡＢ電極と電気的に接続することが広く行われている。

この電極の形成方法としては、電気メッキ法、蒸着法、印刷法、ボールバンプ法という様々な方法があるが、半導体チップのＩ／Ｏ数の増加、ピッチの微細化に応じた微細化が可能であり、性能が比較的に安定した電気メッキ法が多く用いられている。

電気メッキ法によれば、高純度の金属膜（メッキ膜）が容易に得られ、また、金属膜の成膜速度が比較的に速いだけでなく、金属膜の厚さの制御も比較的に容易に行うことができる。
また、半導体ウェハ上に対する金属膜の形成において、高密度実装、高性能化、および高収率を追求するため、膜厚さの面内均一性も厳格に求められている。

電気メッキによれば、メッキ液の金属イオンの供給速度分布や電位分布を均一にすることにより、膜厚さの面内均一性に優れた金属膜を得ることができると期待されている。

いわゆる、ディップ方式を採用したメッキ装置として、内部にメッキ液を含んだメッキ槽を有し、メッキ槽の内部に、基板ホルダーに周縁部を水密的に密封して保持した基板（被メッキ体）とアノードホルダーに保持したアノードを互いに対向させて垂直に配置し、アノードと基板との間に位置するように中央に孔が形成された誘電体からなる調整板（レギュレーションプレート）を配置し、また、調整板と基板との間にメッキ液を攪拌するパドルが配置されたものが知られている。

従来の電解メッキ装置は、メッキ槽内にメッキ液を収容し、アノード、基板、および調整板をメッキ液中に浸漬させ、それと同時に導線を通してアノードをメッキ電源の陽極に、基板をカソードの陰極に各々接続し、アノードと基板との間に既に設定されたメッキ電圧を印加することにより、基板の表面に金属が析出して金属膜（メッキ膜）が形成される。

また、メッキ時、調整板と基板との間に配置されたパドルによってメッキ液を攪拌することにより、十分な量のイオンを基板に均一に供給して、より均一な厚さの金属膜を形成するようにしている。

しかし、従来の電解メッキ装置は、アノードとカソードとの間に配置された隔膜が不溶性アノードを用いる場合、電流が印加されると、アノードの周辺に酸素ガスが発生して、メッキ液添加剤との反応を通じて添加剤の消耗が急激に速くなる。

このようにメッキ液添加剤の消耗が速くなると、基板の表面にメッキ品質の不良が発生するが、現在としては、アノードの周辺から発生する酸素ガスを基板の表面に移動しないようにする構造が提案されていない。

また、従来の電解メッキ装置は、アノードとカソードの極間距離が遠いため、メッキが進行される過程において、基板の表面に均一なメッキ面が形成されずメッキ不良が発生するという問題点がある。

すなわち、従来のメッキ装置は、基板が固定されたカソードからアノードが所定距離離れた位置に配置され、カソードとアノードとの間にメッキ液を噴射するノズルパイプが設けられているため、アノードをカソードと隣接するように配置するのに限界がある。
したがって、このような限界性により、メッキ厚さ偏差を効果的に改善することができない現状である。

韓国特許公開第２００９−００５８４６６号公報

本発明は、前記のような問題点を考慮して導き出されたものであり、アノードとカソードの極間距離を最小化してメッキ厚さ偏差を改善できるようにした電解銅メッキ装置を提供することにその目的がある。

本発明の他の目的は、メッキが進行される過程において発生する酸素ガスが基板の表面に向かって移動しないようにすることにより、酸素ガスによるバラツキの発生を抑制してメッキ不良を予防できるようにすることにある。

このような目的を効果的に達成するために、本発明は、治具と基板が固定されたカソードと、前記カソードに固定された基板にメッキ液を噴射するノズルパイプと、前記ノズルパイプが嵌められる嵌合孔が形成され、前記嵌合孔の両側にアノード挿入部が形成されたアノードケースと、前記アノードケースのアノード挿入部に挿入されるアノード、および前記アノード挿入部に密着して設けられ、前記アノードから発生する酸素ガスを遮断する隔膜を含んでもよい。

前記アノード挿入部には、挿入されたアノードの前面が露出するように開口部が形成されてもよく、前記開口部は、アノード挿入部の長さ方向に沿って連続して形成された複数個の通孔で構成されてもよい。

また、前記開口部は、アノード挿入部の長さ方向に沿って形成された通孔であってもよい。
また、前記アノードケースは、上部が開口され、開口された上部を通してアノードから発生したガスが排出されるように構成されてもよい。

また、前記隔膜には、アノードから発生する電流が通過するように微細通孔が形成されてもよく、前記隔膜は、隔膜固定ブロックを介して前記アノード挿入部と密着してもよい。前記隔膜固定ブロックは、中央部位に貫通孔が形成されてもよい。
また、前記隔膜は、アノード挿入部に各々密着するように分割構成されてもよい。

本発明の実施形態による電解メッキ装置は、アノードとカソードの極間距離を最小化してメッキ厚さ偏差を改善できるようになることにより、基板の表面に均一なメッキ厚さを形成してメッキ不良を防止できるという効果がある。

また、メッキが進行される過程において発生する酸素ガスが基板の表面に向かって移動しないようにすることにより、酸素ガスによるバラツキの発生を抑制してメッキ不良を予防できるという効果がある。

本発明の実施形態による電解メッキ装置の構成要素のうちアノードとノズルパイプの配置状態を示す分解斜視図である。 図１が結合された状態を示す部分断面図である。 図１が結合された後に電解メッキ装置に並列配置された状態を示す例示図である。 本発明の実施形態によるアノードとカソードの極間距離の縮小を通じてメッキされた状態を示すシミュレーション結果図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明すれば、次の通りである。
図１は本発明の実施形態による電解メッキ装置の構成要素のうちアノードとノズルパイプの配置状態を示す分解斜視図であり、図２は図１が結合された状態を示す部分断面図であり、図３は図１が結合された後に電解メッキ装置に並列配置された状態を示す例示図であり、図４は本発明の実施形態によるアノードとカソードの極間距離の縮小を通じてメッキされた状態を示すシミュレーション結果図である。

図示されたように、本発明の実施形態による電解メッキ装置１００は、メッキ槽８０内に浸漬される基板２０と治具（不図示）が固定されたカソード１０と、カソード１０に固定された基板２０の表面にメッキ液を噴射するノズルパイプ３０と、ノズルパイプ３０が嵌められ、アノード挿入部４４が構成されたアノードケース４０と、アノード挿入部４４に挿入されるアノード５０と、アノード挿入部４４に密着して設けられる隔膜６０とを含むことができる。

カソード１０は、負の電圧の印加を受けてメッキ反応を起こし、先端に基板２０と治具（不図示）が設けられている。基板２０と治具は、カソード１０の両側に各々設けられることができる。すなわち、基板２０と治具はカソード１０を中心に両側に設けられることができ、カソード１０の設置数量に応じて各々対応して設けられることができる。

カソード１０から所定距離離れた位置には、カソード１０とアノード５０との極間距離を最小化すると共に基板２０の表面に均一なメッキ分布がなされるようにノズルパイプ３０およびアノード５０が設けられることができる。

ノズルパイプ３０は複数のノズル３２がパイプ３４に所定間隔離れた状態で連結されたものであり、パイプ３４の先端は遮断されており、反対側はメッキ液がパイプ３４に供給されるように開口されている。
このようなノズルパイプ３０は、アノードケース４０に嵌められた状態でメッキ液を基板２０に向かって噴射するようになる。

アノードケース４０にはノズルパイプ３０が結合される嵌合孔４２と、嵌合孔４２の両側にアノード挿入部４４とが形成されている。
嵌合孔４２は、ノズル３２だけが嵌められるようにノズル３２の外径と対応する大きさに穿孔されるか、ノズルパイプ３０の全体が嵌められる大きさに形成されてもよい。

嵌合孔４２の両側に形成されたアノード挿入部４４は、上部が開口されたボックス型で構成されることができ、前面に開口部４４ａが形成されることができる。
開口部４４ａは、図面に図示してはいないが、アノード挿入部４４の長さ方向に沿って所定間隔離れた状態で穿孔された複数の通孔で構成されることができる。

また、開口部４４ａは、アノード挿入部４４の長さ方向に沿って穿孔された通孔で構成されることができる。
開口部４４ａの形状は、アノード挿入部４４に結合されるアノード５０の大きさと形状またはアノード挿入部４４の設計事項に応じて選択的に異なってもよい。

また、アノード挿入部４４には正の電圧の印加を受けてメッキ反応を起こすアノード５０が挿入される。アノード５０は、アノード挿入部４４の開口された上部を通して嵌められる。
また、アノード挿入部４４の前面には、アノード５０とカソード１０間の化学反応によって発生する酸素ガスを遮断するように隔膜６０が密着して設けられる。

隔膜６０には、酸素ガスは遮断しつつもアノード５０から発生する電流の流れは遮断しない微細通孔６２が形成されることができる。隔膜６０は、その厚さが薄い素材で製造されることができ、各々のアノード挿入部４４に密着するように各々分割構成されることができる。

このような隔膜６０は、隔膜固定ブロック７０を介してアノード挿入部４４の前面に密着することができる。隔膜固定ブロック７０は、中央部位に貫通孔７２が形成されているため、アノード５０の電流の流れを干渉しなくなる。

このように構成された本発明の実施形態による電解メッキ装置の作用を説明すれば、次の通りである。
カソード１０に設けられた基板２０の表面に電解メッキが進行される場合は、メッキ液がノズルパイプのノズル３２を介して噴射し始める。

この時、アノード５０とカソード１０は、電源の供給を受けて、メッキ槽８０内で化学反応をする。化学反応時、アノード５０は、電解メッキ液との反応によってアノード５０の表面から酸素ガスを発生するようになる。

このように発生した酸素ガスは、隔膜６０を介し、基板２０が位置した方向に移動することができず、アノード挿入部４４の開口された上部を通して排出される。
また、カソード１０と化学反応をするアノード５０の電流は、微細通孔６２が形成された隔膜を通過してカソード１０と電気的に反応をするようになる。

したがって、本発明の電解メッキ装置は、メッキ液を噴射するノズルパイプ３０の位置が基板２０の表面と密接な距離を維持することができると共に、アノード５０とカソード１０との間の極間距離は最小化できるようになる。

これにより、アノード５０とカソード１０は円滑な電流の流れを有し得るし、これにより、基板２０の表面に均一なメッキ層を形成できるようになる。

以上、発明の実施形態による電解メッキ装置について説明したが、本発明は、これに限定されず、当業者であれば、その応用と変形が可能であることは勿論である。

１０ カソード
２０ 基板
３０ ノズルパイプ
３２ ノズル
３４ パイプ
４０ アノードケース
４２ 嵌合孔
４４ アノード挿入部
４４ａ 開口部
５０ アノード
６０ 隔膜
６２ 微細通孔
７０ 隔膜固定ブロック
７２ 貫通孔
８０ メッキ槽
１００ 電解メッキ装置

Claims (9)

1. 治具及び基板が固定されたカソードと、
   前記カソードに固定された前記基板にメッキ液を噴射するノズルパイプと、
   前記ノズルパイプが嵌められる嵌合孔が形成され、前記嵌合孔の両側にアノード挿入部が形成されたアノードケースと、
   前記アノードケースの前記アノード挿入部に挿入されるアノード、および
   前記アノード挿入部に密着して設けられ、前記アノードから発生する酸素ガスを遮断する隔膜を含む、電解メッキ装置。
2. 前記アノード挿入部には、挿入されたアノードの前面が露出するように開口部が形成される、請求項１に記載の電解メッキ装置。
3. 前記開口部は、前記アノード挿入部の長さ方向に沿って連続して形成された複数個の通孔である、請求項２に記載の電解メッキ装置。
4. 前記開口部は、前記アノード挿入部の長さ方向に沿って形成された通孔である、請求項２に記載の電解メッキ装置。
5. 前記アノードケースは、上部が開口され、開口された上部を通して前記アノードから発生したガスが排出されるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電解メッキ装置。
6. 前記隔膜には、前記アノードから発生する電流が通過するように微細通孔が形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電解メッキ装置。
7. 前記隔膜は、隔膜固定ブロックを介して前記アノード挿入部と密着する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電解メッキ装置。
8. 前記隔膜固定ブロックは、中央部位に貫通孔が形成される、請求項７に記載の電解メッキ装置。
9. 前記隔膜は、前記アノード挿入部に各々密着するように分割構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の電解メッキ装置。