JPH03247792A - 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バン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１１００ｕ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！ご示しだように、半導体
ウェハ（以下「ウェハ」と略称する）１上の各チップ領
域ｌａ内に多数の電極用バンプ（以下「バンプ」と略称
する）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、たとえば特開昭５６（２） ＝１５２９’９１に示されるような噴流方式が開発され
ている。噴流方式電気めっき装置の例を第７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３に配置する。循環槽５に収容しためっ
き液６をポンプ７で揚液してノズル８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う。この方式は
必要なバンプ形成に長時間を要するため、生産性を確保
するためには多数のめっきセルで並行処理をする必要が
ある。

又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８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高率に発生する。

更に被めっき面上での電流分布が不均一なため被めっき
面全体におけるバンプ寸法にバラつきが多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来の噴流方式よりも品質・処理速度とも著
しく高めた噴流方式で電気めっきを行うめっき装置を提
供することを目的とする。゛（３） 〔課題を解決するだめの手段〕 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うめっき装置
において、 被めっき面にめっき液を噴流させるノズル群と、被めっ
き面から還流するめっき液流が内部を通過し且つこの還
流めっき液を介して上記噴流にめっき電流を供給する給
電孔群とを、ノズル内めっき液流と給電孔内のめっき液
流とが相互に独立に流れる配置且つ被めっき面を覆う面
積で被めっき面に対向する向きに設け、 被めっき面と上記ノズル群および給電孔群とを被めっき
面に平行に相対的に２次元揺動させる機構を設け、且つ 上記揺動により給電孔群が覆う面積よりも広い面積を有
し、給電孔群を通過した還流めっき液にめっき電流を供
給する電解電極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。

（４） 〔作　用〕 本発明者は、噴流方式による従来のめっき装置の問題点
を解析した結果、以下の３点に着目した。

■　バンプの形成不良は被めっき面上でのめっき液の流
れの方向性を無くすことで改善可能である。

■　バンプ寸法のバラつきは被めっき面上での電流分布
を均一化することで改善可能である。

■　めっき処理速度の向上には限界電流密度を高くする
必要がある。即ち被めっき面でのｔつき液の表面流速を
速くする必要がある。

すなわち、多数のノズルよりめっき液を噴流させ更にそ
れを２次元揺動させることにより、被めっき面上での流
れの方向性を無くしかつ、流速分布が均一化することに
より最も流速の遅い部分に制限される限界電流密度を平
均流速部の限界電流密度付近のレベルまで高めることが
できる。またこれにより、被めっき面全体での電流分布
が均一化できる。更に、ノズル孔近傍に噴流後の戻り液
に給電するための給電孔を設けることにより給電（５） 面積が増加し更に電流分布の均一性が向上する。

これは噴流流速を確保するためのノズル孔よりもヘッド
差のみでめっき液を回収する戻り用の孔の方が必要断面
積が大となるため従来とは全く逆に噴流液の戻り側から
給電する事により必然的に給電面積が増加するためであ
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次元揺動を行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。

ノズル群及び給電孔群は必要個数のノズルと給電孔を適
当に配列して組立ててもよく、単一の素材に必要個数の
ノズル孔、給電孔を加工して製作しても良い。

電解電極は揺動する給電孔群の下に５＋＋＋＋ｎ以内の
（６） 隙間を持ち、かつ給電孔群の揺動範囲より広い面積で揺
動部とは別個に固定して設置することが望ましい。

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。

〔実施例〕

第１図に本発明に従って外径５インチウェハ用めっき装
置の例を示す。

ウェハ１は図示してないローグーによりめっきセル１０
に被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１はローディング後キャップ１２
により裏面をバックアップされ、多孔ノズル１１から噴
出するめっき液噴流のシャワー圧に対して保護される。

めっきセル１０はめっき槽１３上に配置され、キャップ
１２てウェハ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、めっき槽１３外部の揺動駆動
部（揺動プレート２３、モーター２５を含む）と連結ロ
ッド１５で（７） 接続されている。

本装置は、上記各構成部分と循環タンク１６、循環ポン
プ１７、温調器１８、直流電源装置１９等の構成部分が
全て架台２０に取り付けられている。循環タンク１６内
にはめっき液２１が貯留されており、このめっき液２１
は温調器１８により任意の範囲の液温に制御されている
。循環ポンプ１７はめっき液２１を多孔ノズル１１より
噴射させるための動力源である。

直流電源装置１９はめっきに必要な電気量の供給と制御
を行うものである。以下各部分を詳細に説明する。

第４図（Ａ＞および（Ｂ）に揺動駆動部の平面（Ａ）と
正面図（Ｂ）を示す。

２本の偏心シャツ）２２ａ、２２ｂがそれぞれＸＹ力方
向１次元揺動を行う。この偏心シャフト２２ａ、２２ｂ
をそれぞれ揺動プレート２３の溝２３ａ２３ｂにはめ込
むことで、Ｘ、Ｙそれぞれの１次元運動が組み合わさっ
て２次元揺動運動となる。揺動部は偏心シャツ）２２ａ
、２２ｂの偏心量である。

偏心シャツ）２２ａ、２２ｂにはそれぞれ歯車２４ａ（
８） ２４ｂが固定されており、これらがモーター２５の駆動
軸に固定された歯車２４Ｃとそれぞれかみ合っている。

モーター２５が回転することにより偏心シャツ）２２ａ
、２２ｂが回転する。Ｘ方向、Ｙ方向の揺動速度比は歯
車列２４ａ　、２４ｂ　、　２４ｃの歯数比を組み替え
ることにより任意に設定できる。揺動プレート２３の揺
動運動は連結ロッド１５によりめっき槽１３内部の多孔
ノズル１１に伝達される。ベロージヨイント２６は、め
っき槽１３の連結ロッド１５が通る穴からめっき液が外
部に漏れるのを防止している。

次に第２図を参照してめっき槽１３内の詳細を説明する
。

第２図はシャワーブース１４（第１図）内でめっき処理
中のウェハ１と、揺動ノズルアラシイＮの状態を示す断
面図である。

揺動ノズルアラシイＮは多孔ノズル１１、ノズルブラケ
ット２７、スタッド２８、ノズルベース２９より構成さ
れている。これらは互いに固定されており、接続部はＯ
−リングもしくは接着剤で封止されている。

（９） この揺動ノズルアラシイＮはめっき槽１３の底ブタ３２
の上に、偏心ピン３０、リンク３１により連結されてい
る。揺動ノズルアラシイＮとリンク３１、リンク３１と
底ブタ３２は互いに偏心ピン３０により回転自由に連結
されており、揺動ノズルアラシイＮと前記揺動プレート
２３は連結ロッド１５により連結されている。又偏心ピ
ン３０の偏心量は前記偏心シャツ）２２ａ、２２ｂの偏
心量と等しく、これにより揺動ノズルアラシイＮは揺動
プレート２３の２次元揺動運動にそのまま従動する。

次にめっきセル１０内でウェハ１のセツティング状態を
説明する。

ウェハ１は、被めっき面の外周をパツキン３７によりシ
ールされるように、キャップ１２により押しつけられ、
同時にｅ極３８との接触を行う。ｅ極３８と接触するウ
ェハ１の給電部はレジス）ＩＣが除去されており、パツ
キン３７はこの給電部にめっき液が付着しないように作
用する 次に本発明のめっき装置におけるめっき液の流れと電析
作用について説明する。

（１０） 循環ポンプ１７より圧送されためっき液２１は配管３４
を通りめっき槽１３の底ブタ３２よりベロージヨイント
３３＃、（底ブタ３２に対する揺動ノズルアラシイＮの
揺動量の変動を吸収するためのもの〉を通りノズルベー
ス２９内に入る。ノズルベース２９に入っためっき波２
１は２方向又は４方向に分岐し、スタッド２８内を通っ
てノズルブラケット２７の多列溝２７ａに流入する。こ
こでめっき液２１の流路を一旦分岐させているのはノズ
ルブラケット２７とノズルベース２９の間に後に説明す
る電解電極３６を配置するためである。

第３図を参照して多孔ノズル１１とノズルブラケット２
７の構造及びこれらの中でのめっき液の流れを説明する
。

第３図は多孔ノズル１１の上方から見た平面図であり、
説明の便宜上、図中の線Ａより下部については多孔ノズ
ル１１を取り去った状態を示しである。

多孔ノズル１１には、ノズル孔１１ａと給電孔１１ｂが
多数開けられている。ノズルブラケット２７内には多列
溝２７ａと壁２７ｂが交互に配列されており、（１１） 両サイドの多列溝２７ａにはスタッド２８（第２図）を
接続するための入口穴２７Ｃが加工されている。

ノズルブラケット２７と多孔ノズル１１とは、多列溝２
７ａの上に多孔ノズル１１のノズル孔１１ａが、また壁
２７ｂの上に多孔ノズル１１の給電孔１１ｂ配置され、
且つ壁２７ｂ内の給電孔２７ｄと多孔ノズル１１の給電
孔１１ｂとを位置合せした状態で、壁２７ｂの頂部を多
孔ノズル１１の下面と接触させ組み立てられている。多
孔ノズル１１の給電孔１１ｂおよびノズルブラケット２
７の壁２７ｂ内の給電孔２７ｄは全て同心、同径である
。多列溝２７ａは互いに連通しており又多孔ノズル１１
と壁２７ｂの接触面はパツキン、接着剤等で封止されて
いる。これにより多列溝２７ａよりノズル孔１１ａを通
る液と、給電孔１１ｂ、２７ｂを通る液は完全に分離さ
れる。これにより、ノズル孔１１ａからのめっき液の噴
出状態を安定させることができる。両方の液が単に接触
する程度の現象が起きても、それ自体では問題にならな
い。

再度、第２図を参照して説明する。

スタッド２８からノズルブラケット２７の多列溝（１２
） ２７ａの全てにいきわたっためっき液２１は、多孔ノズ
ル１１のノズル孔１１ａよりシャワー２１ａとなして噴
出しウェハ１の被めっき面に当たり拡散する。゛拡散し
ためっき液２１ａは一部は多孔ノズル１１の外周部より
流れ落ちるが大部分はノズル孔り１ａ同士の中間で衝突
し、多孔ノズル１１の上面に落下する（２１ｂ）。落下
しためっき液２１ｂは給電孔１１ｂを通り電解電極３６
上を流れ落ちる（２ＩＣ）。電解電極３６は、ノズルベ
ース２９の下に５＋ｎｌｌ１以内、スタッド２８との間
に揺動中以上の間隔をおいて揺動ノズルアラシイＮとは
別個に底ブタ３２上に固定されている。この時めっき液
２１ｃは表面張力により電解電極３６上に溜まるため給
電孔２７ｄ、ｌｌｂと電解電極３６はめっき液２１ｃに
より電気的に接続された状態となる。さらにシャワー流
量が４０１／分以上の時、めっき液２１ａ、’２’ｌｂ
、２１ｃは連続かつ安定的に電気的に接続された状態と
なる。この状態でｅ極３８とｅ極である電解電極３６に
通電する事でめっき液中の金属イオンが析出し、ウェハ
１にバンプ２を形成する。

（１３） 本発明では、従来のめっき液噴出側から給電を行う方式
に比べ給電面積が格段に増加するため被めっき面全体の
電流分布が均一化する。本実施例では、ノズル孔の総断
面積を例えば１．９ｃｕｔとし、これに対して給電孔の
総断面積を例えば２９ｃ＋＋ｔとすることができ、この
場合には従来に比べて給電面積を約１５倍に増加させる
ことができる。

又、本発明では多孔ノズル１１がランダムに２次元揺動
するため、シャワーが被めっき面全体をくまなく走査す
る。これにより流速分布が均一化しさらに電流分布が均
一化するため、被めっき面上全域での金属イオンの析出
量が均一となり、形成されるバンプ寸法のバラツキが少
なくなる。又被めっき面上でのめっき液の流れ方向が多
方向化するため形成されるバンプの形状も真円に近いも
のとなる。さらに被めっき面上での最大流速と最小流速
の差が少なくなるため、最も流速の遅い部分に制限され
る限界電流密度が平均流速のそれに近づくため従来方式
より高速めっきが可能となる。

次に、上記めっき装置の作動態様を説明する。

（１４） めっき液の組成は硫酸５０ｇ／ｌ、硫酸銅１００　ｇ／
β、添加剤なしである。又液温は温調器１８により２５
℃〜３０℃に温調器されている。

図示してないローディング機構によりウェハ１をめっき
セル１０にセットした後、シリンダー３９を作動させて
キャップ１２を下降させ、ウェハ１の固定とシャワーブ
ース１４の密閉とを行った。次に、めっきセル１０内に
４ケ所配置されたθ極３８間の導通チエツクを行い、ウ
ェハ１と各ｅ極３８とが電気的に接続されいることを確
認した後、モーター２５を始動させて多孔ノズル１１の
揺動を開始した。揺動の流速比はＸ方向：Ｙ方向＝１２
＋１３とした。次に循環ポンプ１７を起動しめっき液の
圧送を開始した。シャワー流量はバルブ４０により７０
β／分に設定しである（この時のシャワー圧力は０．９
　ｋｇ、／　ｃｎ［Ｇである）。このシャワー条件を図
示してない圧力計および流量計で確認した後、電源１９
よりｅ極３８と電解電極３６への給電を開始しめっき処
理を行った。

必要電気量（３００クーロン）を給電後、電源１９を（
１５） 停止し、揺動を止め、循環ポンプ１７を停止してめっき
処理を終了した。次にシリンダー３９を作動してキャッ
プ１２を開き、図示してないアンローディング装置によ
りウェハ１をめっきセル１０内より取り出した。以上の
操作は全て自動で行った。

上記めっき処理に要した時間は５分であり、従来の噴流
方式で必要としためっき処理時間６０分にくらべて１２
倍の高速化が達成された。

成長異常バンプの発生は皆無であり、バンプ寸法のバラ
ツキ１コは従来の１７２以下であった。

本実施例の装置は設備コスト低減のためウェハ処理枚数
を１枚としたが、必要に応じ複数のウェハを平行処理で
きる形の装置として作製しても良い。又、コスト低減の
ため、めっき液の圧送、停止をポンプの起動停止で行い
配管を簡略化したがポンプ吐出側に三方向切換弁を設け
、めっき液が常時循環する構造とすると、さらに効果的
である。

〔発明の効果〕 本発明は、バンプ形成不良を防止して品質を向（Ｉ６） 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
性向上及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図は本発明に従っためっき装置の一例を示す断面図
、 第２図は本発明に従った多孔ノズルを用いてめっき処理
を行っている状態を示す断面図、第３図は本発明に従っ
た多孔ノズルの平面配置を示す断面図、 第４図（Ａ＞および（Ｂ）は、本発明にしたがっためっ
き装置の揺動駆動部分を示す（Ａ）平面図、および（Ｂ
）　ｌＴｈ面図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれウェハの平面図及び
チップの斜視図、 第６図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれえレジストパターン
形成後（Ａ）と電極用バンプ形成後（Ｂ）のウェハの部
分断面図、 第７図は従来の噴濾方式必つき装置を模式的に（１７） 示す断面図、および 第８図は第７図のめっき装置でめっきを行う状態を示す
断面図。 １・・・ウェハ、　　　　　　２・・・バンプ、１０・
・・めっきセノベ　　　１１・・・多孔ノズノペ２７・
・・ノズルブラケット、 ３０・・・偏心ピン、　　　　３６・・・電解電極。

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
   気めっきを行うめっき装置において、被めっき面にめっ
   き液を噴流させるノズル群と、被めっき面から還流する
   めっき液流が内部を通過し且つこの還流めっき液を介し
   て上記噴流にめっき電流を供給する給電孔群とを、ノズ
   ル内めっき液流と給電孔内のめっき液流とが相互に独立
   に流れる配置且つ被めっき面を覆う面積で被めっき面に
   対抗する向きに設け、 被めっき面と上記ノズル群および給電孔群とを被めっき
   面に平行に相対的に２次元揺動させる機構を設け、且つ 上記揺動により給電孔群が覆う面積よりも広い面積を有
   し、給電孔群を通過した還流めっき液にめっき電流を供
   給する電解電極を設けたことを特徴とするめっき装置。