JPH0261089A - めっき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はめっき装置に関し、更に詳しくは高品質・高速
で電気めっきを行なう噴流方式のめっき装置に関し、特
に半導体ウェハ上に電極用パン１プを形成するめっき装
置として好適である。

〔従来の技術〕

従来、半導体ウェハ上に数１０〜数１００陣程度の寸法
の電極用バンプを形成する方法として、電気めっきが一
般的に行なわれている。第５図に示したように、半導体
ウェハ１上の各チップ領域１ａ内に多数の電極用バンプ
２が形成される。第６図に示したように、ウェハ１上に
配線１ｄを形成し、その上に形成したレジスト層１ｃを
パターニングして多数の凹部１ｂ（同図Ａ）を形成し、
それぞれの凹部１ｂ内に個々の電極用バンプ２（同図Ｂ
）を電析形成する。

電気めっきの方式としては、浸漬方式が最も一般的に用
いられてきた。たとえば、第７図に示すように、めっき
液５を容れためっき槽５ａ内に、第６図（Ａ）の状態の
ウェハＩをカソードとして浸漬し、これと対向するアノ
ード４との間で電析反応させる。しかし、浸漬方式は、
必要なバンプ形成に要するめっき処理時間が極めて長い
ため、生産性を確保するためには多数のウェハを併行し
てめっき処理する必要がある。

このような欠点を解消するために、めっき処理を高速化
できる噴流方式が開発された（たとえば特開昭５６−１
５２９９１＞。噴流方式で電気めっきを行なう装置の例
を第８図に示す。第６図Ａの状態のウェハ１を、被めっ
き面を下に向けてめっきセル８に配置する。循環槽６に
収容しためっき液９を、ポンプ７で揚液してノズル８ａ
から噴射させ、被めっき面に噴流として当てて、めっき
を行なう。

噴流方式では浸漬方式にくらべてめっき処理速度を２〜
３倍程度に高速化できる。しかし、被めっき面上でのめ
っき液の流れに方向性があるため、たとえば第９図に示
した異形バンプ２ａや成長異常バンプ２ｂのようなバン
プの形成不良が、浸漬方式にくらべて４倍以上の高率で
発生する。更に、品質向上を画るにはめっき浴中に種々
の添加剤を加える必要があり、めっき浴管理に多大なコ
ストを要する上、めっき処理に多くの手作業を要するた
め、自動化、省力化が極めて困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、品質を浸漬方式と同等に確保しあるいはそれ
よりも高めながら、処理速度を従来の噴流方式よりも著
しく高めた、噴流方式で電気めっきを行なうめっき装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明によれば、被めっき物の被めっき
面にめっき液を噴流させて電気めっきを行なうめっき装
置において、めっき液を噴流させるノズル群を、被めっ
き面に対向する向きにかつ被めっき面を覆う面積で配置
し、被めっき面と上記ノズル群とを、被めっき面と平行
に相対的に２次元揺動させる機構を設けたことを特徴と
するめっき装置によって達成される。

本発明の装置においては、被めっき面と平行な面内のＸ
−Ｙ直交座標系でのＸ方向とＹ方向の１次元揺動を組み
合わせて２次元を訂動を行なうことが便利である。この
場合、Ｘ、Ｙ各方向の揺動速度の比率を一定に維持した
状態でめっきを行ってもよく、この比率をめっき実行中
に変化させてもよい。比率をランダムに変化させて、被
めっき面から見たノズル群の揺動軌跡をランダム化する
ことが有利である。

ノズル群は、必要個数のノズルを適当に配列して組立て
てもよく、単一の素材に必要個数のノズル部分を加工し
て作製してもよい。

本発明の装置に減圧（′排気）装置を設けてめっき液の
噴流する領域を減圧することによって、電解によって発
生する水素ガスおよびその他項流中に取り込まれている
ガスを除去することができる。

本発明の装置に加圧装置を設けてめっき液の噴流する領
域を加圧することによって、特に高速の噴流でめっきを
行なう際のキャビテーションの発生を防止することがで
きる。

ノズル群の各ノズル内に電解用電極を内蔵させて、被め
っき面全体についてのめっき電流分布の均一性を高める
ことができる。

〔作　用〕

本発明のめっき装置は、被めっき面全体を覆う範囲に配
置したノズル群と被めっき面とを平行に相対的に２次元
揺動させることによって、被めっき面上でめっき液の流
動を均一に多方向化する。

これにより、賃形バンプ、成長異常バンプ等のバンプ形
成不良を防止できるので、品質を浸漬方式と同等に確保
しあるいはそれよりも高めながら、処理速度を従来の噴
流方式よりも著しく高めることができる。

以下に、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 第１図に、本発明にしたがっためっき装置の一例を示す
。

ウェハ１は図示してないローダによりめっきセル１０に
液めっき面を多孔ノズル１１に対向するようにローディ
ングされる。ウェハｌはローディング後、キャンプ１２
により裏面をバックアップされ、シャワー圧に対して保
護される。セル１０は気密チャンバ１３上に配置され、
キャップでウェハ１をクランプすることにより、シャワ
ーブース１４内が密閉される。多孔ノズル１１はこのシ
ャワーブース１４内に配置され、直交して設けたモータ
１５により作動するリンク１６によって、被めっき面と
平行なＸＹ座標平面内でＸおよびＹ方向に揺動する。多
孔ノズル１１にはフレキシブルチューブ１７を通ってめ
っき液２１が供給される。多孔ノズル１１内に設けた電
極１９には配線１８が接続されており、めっき用電流が
供給される。気密チャン′バ１３には気密槽２０が各配
管を通して接続されており、気密槽２ｏ内にはめっき液
２１が貯留しである。温調器２２はめっき液２１を一定
温度に保持する。温調範囲はたとえば１０〜５０℃の範
囲で任意に設定できる。ポンプ２３はめっき液２１を多
孔ノズル１１に圧送するもので、めっき準備時（ローデ
ィング、アンローディング時等）は切替弁２４により■
方向にめっき液を循環し、めっき実行時は■方向に切り
替えて多孔ノズル１１にめっき液を供給し、シャワーを
行なう。ドレン弁２５は、シャワー時のめっき液２１を
気密チャンバ１３内から、気密槽２０へ戻どすための配
管で、めっき準備時はウェハ１の出し入れのためキャッ
プ１２が、上昇し、気密チャンバ１３内が、大気圧に開
放されるため、ドレン弁２５を閉じて、気密槽２０が大
気開放されるのを防止する。めっき実行時はドレン弁２
５を開放し、めっき液２１を気密チャンバ１３から、気
密槽２０へ戻どす。圧力制御器２６はセル１０、気密チ
ャンバ１３及び気密槽２０内の圧力を制御するための装
置で、真空又は加圧作用を行なう。バルブ２７及びパル
プ２８はめっき準備時には閉止してあ、りめっき実行時
には開放することにより、気密槽２０とセル１０及び気
密チヤツト１３との圧力を同一にしたり、大気開放時に
気密槽２ｏが大気開放されることを防止する。大気開放
弁２９及び３ｏにはフィルタ３１が設けてあり、これら
の弁２９により気密チャンバ１３及びセル１０を大気開
放する。大気開放弁２９と３０の作動タイミングを制御
する事により、ウェハ１の表裏の圧力差によるウェハ１
の被…を防止する。電源３２はｅ極３３がウェハ１に又
ｅ極が多孔ノズル１１内の電極１９に配線されており、
シャワーがウェハに作用した後に給電する様に制御され
る。

又、ｅ極３３はウェハ１の外周に４ケ所配置され、各々
の導通確認をシャワー前に行なうことにより、ウェハ１
の割れ、電極との接触状態をモニタリングする。シリン
ダ３４はキャンプ１２の昇降を行ないウェハｌのクラン
プ及び、気密チャンバ１３内の加圧時の封止力をキャッ
プ１２に加える。

第２図は多孔ノズル１１を正面から見た図で、ノズル全
面にノズル孔１１ａが多数配置、しである。又、多孔ノ
ズル１１は回転軸１５ａ及び１５ｂの回転にともない偏
心プーリ１５ｃお、よび１５ｄに駆動されて、Ｘおよび
Ｙ方向に揺動するように構成されており、さらに回転軸
１５ａと１５ｂの回転比を可変することにより、揺動パ
ターンをランダム化することができるため、シャワーに
よりウェハ１表面を均一に走査することができる。

第３図は多孔ノズル１１によるウェハｌへのシャワー状
況を示す図で多孔ノズル１１及びウェハ１周辺の断面図
である。ウェハ１は被めっき面の外周をパツキン１０ａ
によりシールされるようにキャップ１２により押し付け
られ、同じにｅ極３３との接触を行なう。θ極３３と接
触するウェハ１の給電面のレジスト１ｃは除去されてお
り、パツキンｌＯａはこの面にめっき液が付着しないよ
うにも作用する。

ノズル孔１１ａより吐出しためっき液２１はウェハ１の
被めっき面を第３図のように流れ、各ノズル孔の中間で
集まり、流れ落ちるため、局部的には第８図に示すよう
な流れの不均一性が生じるが、多孔ノズル１１がＸおよ
びＹ方向に揺動するように構成されているため、均一な
液流分布が得られる。

以上で説明しためっき装置の作動態様の例を説明する。

従来第６図のような浸漬方式で１１０分のめっき時間を
要したウェハのめっき処理を、本発明にしたがった上記
の装置でめっきを行なった。

■土 めっき液２１は温調器２２により３０〜３３℃に温調さ
れており、切替弁２４を■方向に切替えてポンプ２３に
より循環し液質の均一化を行った。めっき液の組成は、
硫酸５０ｇ／ｊ！、硫酸銅１００　ｇ　／　ｊ！、添加
剤なしとした。圧力制御器２６は運転せず、気密チャン
バ１３及び気密槽２０内は、大気開放弁２９及び３０を
開放して大気圧に設定した。次にキャップ１をシリンダ
ー３４を作用させて開き、図示してないローディング機
構によりウェハ１を被めっき面が多孔ノズル１１に対向
するようにセットし、キャップ１を閉じてウェハｌをク
ランプした。

セル１０内に配置された４ケ所のｅ極間の１ｍチエツク
を行ないウェハ１が各ｅ極に確実に接触していることを
ｒｌＩ認した後、モータ１５を始動させて、多孔ノズル
１１をＸおよびＹ方向に揺動させた。モータ１５の回転
比はＸ方向：Ｙ方向＝１００：９７〜１００　：　９５
の範囲とした。

次にドレン弁２５を開き気密チャンバ１３及び気密槽２
０を導通した後切替弁２４を■に切替えてポンプ２３に
よりめっき液２１を多孔ノズル１１に圧送し、ウェハ１
に対し、８０〜７０１／分のめっき液を１　、５　ｋｇ
／　ｃｒｌの圧力でシャワーした。このシャワー条件（
圧力、流量）を図示してない圧力計及び流量計で確認し
た後、電源３２を入れて、セル１０内のｅ極と多孔ノズ
ル１１内のｅ極に給電し、めっきを行なった。

必要電気量（３００クーロン）を給電後、電源３２を停
止し、揺動を停め、切替弁２４を■側に切り替えてめっ
きを終了した。

次にシリンダー３４を作動させてキャンプ１２を開き、
図示してないアンローディング装置によりウニハエをセ
ル１０内からアンロープインクした。

以上の動作をすべて自動で行なった。

以上の結果、めっき処理時間は５分であり、浸漬方式（
１１０分）にくらべて２２倍の高速化を行なう事ができ
た。バンプ形成不良の発生率は旦で、浸漬方式と同等で
あった。

−ｉ的に、めっき処理を行なうと被めっき面にＨ２ガス
が多量に発生し、特に電）Ｉ用バンブのように径が１０
０〜２００μ程度の電析形成物では、発生したＨ２ガス
や、めっき液中の気泡が被めっき面に付着して第８図で
示すように成長異常バンプ（形状が異常、欠けが発生）
が発生しており、従来は浸漬方式でもこれらの不良が数
％程度であった。

本発明においては、シャワーを揺動させることにより、
ウェハ１表面の液を効果的に流す事ができるため、付着
した気泡はすみやかに押し流されてウェハ１の被めっき
面から離脱する。

良く知られているように、めっきの高速化をするために
は限界電流密度を高くする必要がある。

限界電流密度の向上にはめっきの各過程における律速と
なる物質移動過程を高速化することが一般に知られてい
る。本発明もこの点において、被めっき面の拡散層の薄
膜化を行なっている。その手段として、被めっき部近傍
のめっき液を強制撹拌することが考えられるが、通常の
攪拌では、定常流が生じて流速分布に不均一性が発生し
、最も流速の遅い部位の限界電流密度により、めっき速
度が制限される。

本発明はこの問題をノズルを揺動することで解消した。

すなわち、常にシャワー位置を移動することにより最も
流速の遅い部位と速い部位が平均化され、限界電流密度
が平均流速まで高まる。ために高速化が可能となった。

拠主 次に、更に高速化させた作動態様の一例を説明する。

更に高速化するためには、ウェハ１表面での流速を確保
するため、ウェハ１表面におけるキャビテーションによ
るめっき液の発泡を防止する必要がある。

例１と同様のめっき処理を行なった。ただし、圧力制御
器２６を作動させて、めっき実行時に気密チャンバ１３
及び気密槽２０内を加圧した。

この例では、’ｌ　ｋｇ　／　ｃａｌのＮ２ガス加圧下
においてめっきを行なった。めっき液は８０１／分の流
量で相対圧力２．５　ｋｇ　／　ｃｎｌのシャワー圧と
した。キャビテーションは発生せず、めっき処理時間は
２．５分（電流密度１００Ａ／　ｄｎ？）であった。こ
れは浸漬方式（１１０分）にくらべて４４倍の高速化で
ある。

品質は同等以上であった。

尉主 次に、浸漬方式よりも高品質化させた作動態様の一例を
説明する。

例１と同様のめっき処理を行なった。ただし、圧力制御
器２６を作動させ気密チャンバ１３及び気密槽２０内を
３６０””に減圧してめっきを施した。発江したＩ−１
２ガスはすみやかに排気され、ジャワ中に気密チャンバ
１３内の空気を巻き込むこともｔｒｎへるため、ハンプ
形成不良の発生率を０％にすることができた。

減圧下でシャワーを行なうため、ウェハ１表面の流速を
大気圧時はど高くできず、めっき時間は１０分であった
。これは、浸漬方式にくらべて１１倍の高速化である。

この例のように、加圧下でめっき処理を行なえば、電極
用ハンプの微細化にも十分対応できる。

例１〜３で用いためっき液は、硫酸５０ｇ／ｊ！硫酸銅
’１００　ｇ　／　（ｌの基本的な組成であり、添加剤
は不要である。したがってめっき液管理は、補給を行な
う程度で十分であり、管理コストを大巾に低減すること
が可能である。

本実施例は、設備コストを低減するため、ウェハの処理
数を一枚としたが、必要に応じて複数のウェハを併行処
理する構成としてもよい。

マシンサイクル向上のため、シャワーの立上時間の短縮
、気密槽２０の圧力変化の防止等の機構を盛り込んだ構
成としたが、小形化のため気密チャンバ１３及び気密槽
２０を一体にしても良い。シャワーもバルブ２４による
切替ではなく、ポンプの起動停止により、配管系を簡略
化しても良い。

実施例２ 第４図に、本発明にしたがっためっき装置のも、う一つ
の例を示す。

図示したように、ノズル１１をＸ−Ｙに揺ｅ　ｔ　２゜
ための駆動部を気密チャンバ１３の外部にフレキジヨイ
ント３５等でシールした構造として配置し、駆動部から
発生するゴミが内部に侵入することを防止するとさらに
良好な結果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は、ハンプ形成不良を防止して品質を確保あるい
は向上させながら処理速度を著しく高めることができる
自動化、省力化の容易なめっき装置であり、品質向上、
生産性向上およびコスト低減に極めて大きな貢献をなす
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にしたがっためっき装置の一例を示す
断面図、 第２図は、本発明にしたがった多孔ノズルの平面図、 第３図は、本発明にしたがった多孔ノズルおよびウェハ
周辺の断面図、 第４図は、本発明にしたがっためっき装置の別の一例を
示す断面図、 第５図ＡおよびＢは、それぞれウェハの平面図（Ａ）お
よびチップの斜視図（Ｂ）、 第６図ＡおよびＢは、それぞれレジストパターンを形成
した状態（Ａ）と電極用バンプ形成後（Ｂ）のウニへの
部分断面図、 第７図は、浸漬方式の電気めっき装置を模式的に示す断
面図、 第８図は、従来の噴流方式めっき装置を示す断面図、お
よび 第９図は、第８図のめっき装置でめっきを行なう状態を
示す断面図である。 １・・・ウェハ、　　　２・・・電極用バンプ、ｌＯ・
・・めっきセル、　１１・・・多孔ノズル、１５ｃ、１
５ｄ・・・偏心プーリ。 第 図 第 図 第 図 孕 図 哀 ？ ケざ グー 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被めっき物の被めっき面にめっき液を噴流させて電
   気めっきを行なうめっき装置において、めっき液を噴流
   させるノズル群を、被めっき面に対向する向きにかつ被
   めっき面を覆う面積で配置し、被めっき面と上記ノズル
   群とを、被めっき面と平行に相対的に２次元揺動させる
   機構を設けたことを特徴とするめっき装置。 ２、前記２次元揺動させる機構を気密容器内に設け、こ
   の気密容器内を減圧または加圧する装置を設けたことを
   特徴とする請求項１記載のめっき装置。 ３、前記ノズル群の各ノズル内に電解用電極を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載のめっき装置。