JP5981534B2 - Substrate plating jig and plating apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、基板のめっき処理に使用されるめっき治具及びめっき装置、特に半導体ウェーハ等の被めっき処理面に設けられた微細な配線用溝やホール、レジスト開口部にめっき膜を形成したり、半導体ウェーハの被めっき処理面に半導体チップと基板とを電気的に接続するバンプ(突起状電極)を形成するためのめっき治具及びそれを利用するめっき装置に関するものである。 The present invention provides a plating jig and a plating apparatus used for substrate plating processing, in particular, forming a plating film in a fine wiring groove or hole provided on a surface to be plated such as a semiconductor wafer, or a resist opening. The present invention relates to a plating jig for forming bumps (protruding electrodes) for electrically connecting a semiconductor chip and a substrate on a surface to be plated of a semiconductor wafer, and a plating apparatus using the same.
一般に電解めっき法は、半導体ウェーハ等の基板の被めっき処理面を下向き(フェースダウン)にして水平に置き、めっき液を下から噴き上げてめっきを施す噴流式又はカップ式と、めっき槽の中に基板を垂直に立て、めっき液をめっき槽の下から注入しオーバーフローさせつつ基板をめっき液中に浸漬させてめっきを施すディップ式とに大別される。このうち、ディップ方式の電解めっき法において基板を垂直に立ててめっきを行うのは、基板の被めっき処理面上に生じる気泡の除去が容易に行えるようにすることと、基板の被めっき処理面上にパーティクル等が付着しにくくするためである。このように、基板を垂直に立ててめっきを行う電解めっき法によれば、高速めっきを行うときの激しい還元反応による気泡を容易に脱泡できるので、高速めっきに好適である。 In general, the electrolytic plating method is a jet type or cup type in which the surface to be plated of a substrate such as a semiconductor wafer is placed face down and the plating solution is sprayed from below to perform plating, and in a plating tank. The substrate is roughly divided into a dip type in which the substrate is vertically immersed, the plating solution is poured from the bottom of the plating tank, and overflows while the substrate is immersed in the plating solution. Among these, the plating is performed with the substrate standing vertically in the dip-type electrolytic plating method in order to facilitate the removal of bubbles generated on the surface of the substrate to be plated and the surface of the substrate to be plated This is to prevent particles or the like from adhering to the top. Thus, according to the electrolytic plating method in which plating is performed with the substrate standing vertically, bubbles due to a violent reduction reaction when performing high-speed plating can be easily removed, which is suitable for high-speed plating.
ところで、上記従来のディップ方式を採用した電解めっき装置にあっては、半導体ウェーハ等の基板をその外周端面と裏面をシールし表面(被めっき処理面)を露出させて着脱自在に保持する基板ホルダを備え、この基板ホルダを基板ごとめっき液中に浸漬して基板の被めっき処理面のめっきを行うようにしている。 By the way, in the electroplating apparatus adopting the conventional dip method, a substrate holder for holding a substrate such as a semiconductor wafer in a detachable manner by sealing the outer peripheral end surface and the back surface and exposing the surface (surface to be plated). The substrate holder is dipped in the plating solution together with the substrate to plate the surface to be plated of the substrate.
しかしながらこのような従来のディップ方式を採用した電解めっき法にあっては、基板をめっき槽のめっき液中に垂直に立てた状態のまま浸漬して、めっき液をめっき槽の下部から上方向に向けて流すので、注入しためっき液は常に基板の被めっき処理面の下部から上部に向けて供給されることとなり、基板の被めっき処理面の上部と下部とでめっき液の流速ムラが生じ、基板の被めっき処理面の場所に応じてめっきの膜厚に微妙な違いが生じてしまうという問題点があった。また電流密度のムラもめっきの不均一性の原因となっていた。 However, in the electroplating method employing such a conventional dip method, the substrate is immersed in the plating solution in the plating tank while standing vertically, and the plating solution is directed upward from the bottom of the plating tank. Therefore, the injected plating solution is always supplied from the lower part to the upper part of the surface to be plated of the substrate, and unevenness in the flow rate of the plating solution occurs between the upper and lower parts of the substrate to be plated. There is a problem that a subtle difference in the film thickness of the plating occurs depending on the location of the surface to be plated of the substrate. In addition, uneven current density has also caused uneven plating.
そこで、かかる問題を解決すべく、半導体ウェーハ等の基板ホルダを駆動手段によりめっき槽内で回転させて、めっき液の流速ムラや電流密度のムラを解消してめっき膜厚の均一性を高めることが可能なめっき方法およびめっき装置が特許文献1、2に開示されている。
Therefore, in order to solve such problems, the substrate holder such as a semiconductor wafer is rotated in the plating tank by the driving means to eliminate the unevenness of the flow rate of the plating solution and the unevenness of the current density, thereby increasing the uniformity of the plating film thickness.
しかしながら、特許文献1のようにめっき槽の外部に設けた駆動手段からめっき槽側壁を貫通する形でシャフトが基板ホルダに連接されるものは、貫通部のシール処理が問題となる。そこで、特許文献1に開示された方法は、あえて貫通部にシール処理を施さず、シャフトとめっき槽側壁とを非接触とし、その間からめっき液が流出するように構成するが、かかる構成によるとめっき槽の改良が必要であった。また、特許文献2のものは、駆動シャフトが所定の角度で設けられているため、めっき槽の側壁を貫通することはないが、陽極板を被めっき物と対向させるために所定の角度に設けたり、めっき槽の底部をシャフトの角度に沿って形成するなど、やはり、めっき槽そのものの改良が必要とされるものであった。
However, in the case where the shaft is connected to the substrate holder in such a manner as to penetrate the plating tank side wall from the driving means provided outside the plating tank as in
そこで本発明は、従来のめっき装置のかかる欠点を克服し、基板ホルダの回転駆動手段を有し、めっき槽への改良を加えることなく簡易にめっき槽に着脱可能なめっき治具と、それを利用するめっき装置の提供をその課題とするものである。 Therefore, the present invention overcomes the above disadvantages of the conventional plating apparatus, has a substrate holder rotation drive means, and can easily attach and detach to the plating tank without any modification to the plating tank. The object is to provide a plating apparatus to be used.
本発明は、上記課題を解決するものであり、めっき槽側壁に掛着可能に形成された支持部と、該支持部に垂直回転自在に設けられた基板ホルダとを有し、前記基板ホルダの回転手段を備えたことを特徴とするめっき治具である。 The present invention solves the above-described problem, and includes a support portion formed so as to be hookable on the side wall of the plating tank, and a substrate holder provided on the support portion so as to be vertically rotatable. A plating jig comprising a rotating means.
また本発明は、めっき槽の側壁に前記めっき治具を掛着し、前記基板ホルダと該基板ホルダと対向して設けられた陽極板との間には、横方向に往復移動するパドルを設けたことを特徴とするめっき装置である。 In the present invention, the plating jig is attached to the side wall of the plating tank, and a paddle that reciprocates in the lateral direction is provided between the substrate holder and the anode plate provided to face the substrate holder. The plating apparatus is characterized by the above.
本発明のめっき治具によれば、めっき槽の側壁に掛着するだけで容易にめっき装置に取り付け可能であり、基板ホルダの回転駆動手段としてめっき液流を利用し、あるいは、駆動部の動力を回転軸あるいは歯車部材を介して基板ホルダに伝達するものであり、いずれもめっき槽の改良は必要としないものである。 According to the plating jig of the present invention, it can be easily attached to the plating apparatus simply by hooking on the side wall of the plating tank, and the plating solution flow is used as the rotation drive means of the substrate holder, or the power of the drive unit Is transmitted to the substrate holder via a rotating shaft or a gear member, and any of them does not require improvement of the plating tank.
また、本発明のめっき治具を取り付けためっき装置で、基板ホルダと陽極板との間に攪拌用のパドルを設けたものは、治具の回転に加えてかかるパドルの攪拌により、基板の被めっき処理面に沿っためっき液流を均等にすることができるため、より均一な膜厚のめっき膜を形成することができる。 In addition, a plating apparatus equipped with the plating jig of the present invention, in which a paddle for stirring is provided between the substrate holder and the anode plate, the substrate is covered by the stirring of the paddle in addition to the rotation of the jig. Since the plating solution flow along the plating surface can be made uniform, a plating film having a more uniform film thickness can be formed.
さらに、本発明のめっき治具を取り付けためっき装置で、基板ホルダの下方のめっき槽の底部にめっき液噴出口を設けたものは、基板ホルダの左右でめっき液流の強さに差を設けることで、より効率的に回転力を発生させることができる。 Furthermore, the plating apparatus equipped with the plating jig of the present invention, which has a plating solution outlet at the bottom of the plating tank below the substrate holder, provides a difference in the strength of the plating solution flow on the left and right of the substrate holder. Thus, the rotational force can be generated more efficiently.
以下、本発明のめっき治具及びそれを利用するめっき装置の実施態様を、図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施態様に何ら制約されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a plating jig and a plating apparatus using the same according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
図1は本発明のめっき治具の分解斜視図、図2は本発明のめっき治具を取り付けためっき装置の概略構成図である。図中、1はめっき装置、2はめっき治具、10はめっき槽、11は側壁、12は噴出口、20は越流槽、30は基板ホルダ、31は保持部材、32はシール部材、33は外枠部材、34は軸部、35は固定ボルト、36は固定ボルト、37は固定ボルト、40は支持部、41は孔部、50は陽極板、60はパドル、70は電源、71は通電経路、80は配管、81はポンプ、82はフィルター、311は基部、312は基板搭載面、313は孔部、314は第1通電部材、321は開口部、331は連結部、332は羽部、Wは基板をそれぞれ示す。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a plating jig of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a plating apparatus to which the plating jig of the present invention is attached. In the figure, 1 is a plating apparatus, 2 is a plating jig, 10 is a plating tank, 11 is a side wall, 12 is a spout, 20 is an overflow tank, 30 is a substrate holder, 31 is a holding member, 32 is a sealing member, 33 Is an outer frame member, 34 is a shaft portion, 35 is a fixing bolt, 36 is a fixing bolt, 37 is a fixing bolt, 40 is a support portion, 41 is a hole portion, 50 is an anode plate, 60 is a paddle, 70 is a power source, and 71 is Energization path, 80 is piping, 81 is pump, 82 is filter, 311 is base, 312 is substrate mounting surface, 313 is a hole, 314 is a first energizing member, 321 is an opening, 331 is a connection, 332 is a wing And W denote substrates.
図に示すように、本発明のめっき治具2は、めっき槽の側壁に掛着可能に形成された支持部40と、支持部40に回転自在に設けられた基板ホルダ30からなる。各部の詳細について、図1により説明する。支持部40は、めっき槽の側壁の上端に掛着することができるように上部が鉤型に形成された柱状の部材であり、その下部には軸部34を挿入可能な孔部41が貫穿されている。かかる孔部41には、軸部34を介して円板状の基板ホルダ30が垂直方向に回転可能に保持される。
As shown in the figure, the
基板ホルダ30は、保持部材31、シール部材32、外枠部材33、軸部34、および固定ボルト35、36、37から構成される。これらのうち、保持部材31は、円板状に形成された基部311の上面に、基部311よりも径の小さい基板搭載面312が凸設されている。かかる基板搭載面312は、めっき処理される基板Wとほぼ同一の形状・大きさに形成されている。また、基板搭載面312の周囲の基部311上には、複数の第1通電部材314が凸設されている。さらに、基板搭載面312の中央には、軸部34を挿通可能な孔部313が貫穿されている。
The
シール部材32は、保持部材31と略同一の径を有する環状に形成されており、その開口部321は基板Wの外径よりもやや小さい内径に形成されている。そして、保持部材31と対向する面には、環状のシールパッキン322および第2通電部材323が設けられ(図1には図示せず)、基板ホルダ30の組み立て時には、保持部材31とともに基板Wを挟持し、基部311上の第1通電部材314をシールするとともに、基板Wへと通電を行う。
The
外枠部材33は、半環状に形成された左右2つの部材から構成されている。かかる外枠部材33は断面形状が略コの字状に形成されており、基板ホルダ30の組み立て時には、保持部材31とシール部材32の外周縁に嵌装される。具体的には、保持部材31とシール部材32の外周縁に2つの外枠部材33を左右から取り付け、上下の連結部331にてボルト等により結合固定する。なお、図1のものは、外枠部材33の外周面に複数の羽部332が突設されるが、後述するように、他の回転手段を用いるときは、かかる羽部332は必須ではない。
The
基板ホルダ30の支持部40への取り付けは、保持部材31の孔部313と支持部40の孔部41にネジ部を有する軸部34を挿通し、固定ボルト35、36、37をそれぞれ軸部34のネジ部分に螺合し固定する。このとき、めっき液中に露出する固定ボルト36は固定後にコーティング等を施しシーリングすることが望ましい。また、固定ボルト37は、同じくめっき液中に露出するが、図1のように支持部40の裏面に固定ボルト37を埋設できる深さの凹部を設け、開口部を塩ビ板やテープ等でマスキングすることが望ましい。また、軸部34で一部めっき液中に露出する部分についてもテフロン(登録商標)やエポキシ系樹脂等によりコーティングを施すことが望ましい。
The
さらに、基板ホルダ30の支持部40への異なる取り付け方法は以下の通りである。まず、支持部40を正面から左右二つに分割可能に形成し、その内部には軸部34や固定ボルト37を埋設可能な凹部を設けておく。そして、あらかじめ固定ボルト37が取り付けられた軸部34を、分割した支持部40の左右いずれかの部材の凹部に配置し、他方の支持部40の部材を合わせて固定することで、基板ホルダ30の支持部40への取り付けが完了する。かかる取り付け方法によれば、軸部34の全体の長さをより短くすることができるとともに、上述のように、支持部40の裏側の開口部をシーリングする必要がない。
Furthermore, the different attachment methods to the
次に、基板Wへの通電の方法について説明する。外部の電源70より支持部40に埋設された、あるいは裏面から引き込まれた通電経路71は、給電ブラシ(図示せず)等を介して軸部34に通電される。軸部34は、チタン材、りん青銅材、純銅材等の導電性素材から形成されており、同じく導電性素材で形成された固定ボルト35へと通電される。そして、保持部材31を固定する固定ボルト35、36から、保持部材31内に埋設された通電経路(図示せず)を介して、第1通電部材314へと通電される。
Next, a method for energizing the substrate W will be described. An
図9は、基板Wを挟持して基板ホルダ30を組み立てた状態において通電の態様を示す一部拡大図である。図に示すように、シール部材32の保持部材31と対向する面には、環状のシールパッキン322および第2通電部材323が設けられている。シールパッキン322は断面形状が上下辺の長さが異なる略コの字状に形成され、第2通電部材323は平板な円板状に形成され、その内周縁に、複数の突出接点324が突設されている。そして、基板ホルダ30の組み立て時には、第2通電部材323の平板部が基部311上の第1通電部材314と接するとともに、突出接点324が基板Wの被めっき面と接する。これにより、第1通電部材314から第2通電部材323を介して、基板Wへと通電を行うことができる。なお、以上の通電方法によれば、シールパッキン322により第1通電部材314および第2通電部材323はめっき液中に露出することなく確実に基板Wへ通電が可能であるため好ましいが、本発明のめっき治具の通電方法はこれに限定されるものではない。
FIG. 9 is a partially enlarged view showing a state of energization in a state where the
次に、基板ホルダ30の回転手段について説明する。本発明のめっき治具2における基板ホルダ30の回転手段としては、外枠部材の外周面に羽部もしくは凹部を設けてめっき液流を利用するものと、駆動部により回転させる方法を採用することができる。図3(a)、(b)は、外枠部材33の外周面に羽部332を突設したものである。図に示すように、本実施態様のものは、外枠部材33の外周面に複数の矩形板状に形成された羽部332を、等間隔に設けている。この羽部332は、外周面から略垂直に立ち上がるように突出されるとともに、羽が側面視で水平になるように設けられている。このように、外枠部材33に羽部を設けたものは、かかる羽部332にめっき液流がぶつかることにより回転力を生み出し、これにより、基板ホルダ30を回転させることが可能となる。
Next, the rotation means of the
図4(a)、(b)は、異なる態様の羽部333を示す。図に示すように、羽部333は外枠部材33の外周面に略垂直に立ち上がるように突出されているが、羽が水平ではなく、前方から後方へ下向きに傾斜するよう角度を付けて設けられている。このように羽部333に角度を付けることにより、より効果的に前方からのめっき液流を捉えることができる。また、図6(a)、(b)のように、羽部を矩形板状ではなく、略コの字状や略V字状に形成したものは、よりめっき液流を捉えやすくすることができる。
4 (a) and 4 (b) show the
図5(a)、(b)は、外枠部材33の外周面に凹部334を凹設したものである。図に示すように、本実施態様では、外枠部材33の外周面に複数の矩形の凹部334を等間隔に設けている。このように外周面に凹部334を設けることで、凹部が羽部と同様にめっき液流を捉えて回転力を生み出し、これにより、基板ホルダ30を回転させることが可能となる。
5A and 5B show a case where a
図7は、駆動部により基板ホルダ30を回転させる第1の態様である。図に示すように、電動モーター等の駆動部90からシャフト91を介して、軸部34に取り付けられたギア93に回転力が伝達される。ギア34は、シャフト91の回転力を軸部34の回転に変換して伝達する。これにより、基板ホルダ30を回転させることが可能となる。なお、駆動部90は支持部40に直接設けてもよいし、あるいは、取り付け部92から取り外し可能とし、めっき槽外で別に支持部を設けてもよい。さらに、駆動部90から軸部34への回転力の伝達は、本実施態様のようにシャフトとギアの組み合わせのほか、複数の歯車部材の組み合わせや、ベルトによる伝達でもよい。
FIG. 7 shows a first mode in which the
図8は、駆動部により基板ホルダ30を回転させる第2の態様である。図に示すように、基板ホルダ30の上部には歯車部94が設けられており、基板ホルダ30の外枠部材には歯車部94の歯車と同じピッチの歯車95が設けられている。そして、駆動部90から回転力が伝達された歯車部94は、外枠部材の歯車95に回転力を伝達し、これにより、基板ホルダ30を回転させることが可能となる。なお、駆動部90から歯車部94への回転力の伝達は、第1の態様のように、シャフトとギアの組み合わせでもよいし、または、複数の歯車部材の組み合わせや、ベルトによる伝達でもよい。
FIG. 8 shows a second mode in which the
なお、基板ホルダ30の回転手段については、上述の外枠部材33の外周面に羽部もしくは凹部を設けてめっき液流を利用するものと、駆動部により回転させる方法のいずれかに限定されるものではなく、それらを互いに組み合わせたものでも良い。すなわち、外枠部材33の外周面に羽部もしくは凹部を設け、さらに、外部の駆動部により回転力を付加させても良い。このように、2種類の異なる回転力により、回転をより安定させ、消費電力を抑制することが可能となる。
Note that the rotating means of the
次に、本発明のめっき治具2を利用するめっき装置について説明する。図2は、本発明のめっき治具2を取り付けためっき装置1の概略構成図である。図に示すように、本発明のめっき装置1は、めっき槽10と、めっき槽10の外周に設けられた越流槽20を備え、めっき槽10の側壁11にはめっき治具2が取り付けられ、めっき槽10内には基板ホルダ30に保持された基板Wの被めっき面と対向する位置に陽極板50が設けられている。また、陽極板50と基板ホルダ30の間には、本実施態様のようにパドル60を設置してもよい。このパドル60は、基板Wの被めっき処理面に対して平行に往復移動することにより、基板の被めっき処理面に沿っためっき液流を均等にすることができるため、回転手段を有する基板ホルダ30と相俟って、より均一な膜厚のめっき膜を形成することができ、好ましい。
Next, a plating apparatus using the
また、めっき槽10の底部には配管80が連接された噴出口12が設けられており、かかる噴出口12からめっき液をめっき槽10内へと供給している。そして、図1および、図3ないし図6に示した外枠部材の外周面に羽部もしくは凹部を設けてめっき液流を利用する態様の治具を利用する場合、噴出口12をめっき液流が外枠部材33の羽部もしくは凹部に回転力を伝達するのに効果的な位置に設けることが好ましい。具体的には、基板ホルダ30の下方であり、基板ホルダ30と平行になる向きに配置することが好ましい。このとき、基板ホルダ30の左右でめっき液流の強さが異なるように、噴流口12を片側ひとつにする、あるいは噴出口12からの噴出量を左右で差を設けることにより、より効率的に回転力を発生させることができるため好ましい。
In addition, a
1 … … めっき装置
2 … … めっき治具
10 … … めっき槽
11 … … 側壁
12 … … 噴出口
20 … … 越流槽
30 … … 基板ホルダ
31 … … 保持部材
32 … … シール部材
33 … … 外枠部材
34 … … 軸部
35 … … 固定ボルト
36 … … 固定ボルト
37 … … 固定ボルト
40 … … 支持部
41 … … 孔部
50 … … 陽極板
60 … … パドル
70 … … 電源
71 … … 通電経路
80 … … 配管
81 … … ポンプ
82 … … フィルター
90 … … 駆動部
91 … … シャフト
92 … … 取り付け部
93 … … ギア
94 … … 歯車部
95 … … 外枠部材
311 … … 基部
312 … … 基板搭載面
313 … … 孔部
314 … … 第1通電部材
321 … … 開口部
322 … … シールパッキン
323 … … 第2通電部材
324 … … 突出接点
331 … … 連結部
332 … … 羽部
333 … … 羽部
334 … … 凹部
W … … 基板DESCRIPTION OF
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