JPH083153B2 - めっき装置 - Google Patents

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〕

従来半導体ウエハ上に数10〜数100μｍ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、半導体ウエ
ハ（以下「ウエハ」と略称する）１上の各チップ領域1a
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、ウエハ１上に
配置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56−1529
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
状態のウエハ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。

〔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うめっき装
置において、 被めっき面の被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めっき電流を供給する
給電孔群とを、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、該
機構が、前記被めっき面と平行な面内のＸ−Ｙ直交座標
系で前記ノズル群全体または前記被めっき面全体につい
て同一のＸ軸方向およびＹ軸方向の１次元揺動を行わ
せ、該第１次元揺動を組み合わせて前記２次元揺動を行
わせる機構であることを特徴とするめっき装置によって
達成される。

〔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めっき液の表面流速を
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
によりも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5mm以内の隙間を
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インチウエハ用めっき
装置の例を示す。

ウエハ１は図示してないローダ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。ウエハ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でウエハ
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が貯流されており、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本の偏心シャフト22a,22bがそれぞれX,Y方向の１次
元揺動を行う。この偏心シャフト22a,22bがそれぞれ揺
動プレート23の溝23a,23b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。揺動巾は偏心シャフト22a,22bの偏心量である。偏
心シャフト22a,22bにはそれぞれ歯車24a,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フト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。ベロージョイント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
中のウエハ１と、揺動ノズルアッシイＮの状態を示す断
面図である。

揺動ノズルアッシイ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０−リン
グもしくは接着剤で封止されている。

この揺動ノズルアッシイ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
動ノズルアッシイ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
動ノズルアッシイ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
偏心シャフト22a,22bの偏心量と等しく、これにより揺
動ノズルアッシイ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内でウエハ１のセッティング状態を
説明する。

ウエハ１は、被めっき面の外周をパッキン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
時に極38との接触を行う。極38と接触するウエハ１
の給電部はレジスト1Cが除去されており、パッキン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。

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よりベロージョイント33（底ブ
タ32に対する揺動ノズルアッシイ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に入っためっき液21を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27
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てある。

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、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27a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27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の接触面はパッキン、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図は参照して説明する。

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となして噴出しウエハ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11a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（21c）。電解電極36は、ノ
ズルベース29の下に5mm以内、スタッド28との間に揺動
巾以上の間隔をおいて揺動ノズルアッシイ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27d,11b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40／分以上の時、め
っき液21a,21b,21cは連続かつ安定的に電気的に接続さ
れた状態となる。この状態で極38と極である電解電
極36に通電する事でめっき液中の金属イオンが析出し、
ウエハ１にバンプ２を形成する。

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1.9cm³とし、これに対して給電孔の総断
面積を例えば29cm²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。

めっき液の組成は硫酸50g/、硫酸銅100g/、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エハ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、ウエハ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ヶ所配
置された極38間の導通チェックを行い、ウエハ１と各
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０により70／分に設定してある（この時
のシャワー圧力は0.9kg/cm²Gである）。このシャワー条
件を図示してない圧力系および流量計で確認した後、電
源19より極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エハ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
ラツキ巾は従来の1/2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エハ処理枚
数を１枚としたが、必要に応じ複数のウエハを平行処理
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、停止をポンプを起動停止で行
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）断面図、 第５図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれウエハの平面図及び
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）のウエハの部
分断面図、 第７図は従来の噴流方式めっき装置を模式的に示す断面
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……ウエハ、２……バンプ、 10……めっきセル、11……多孔ノズル、 27……ノズルブラケット、 30……偏心ピン、36……電解電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 被めっき面に被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、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、該機
   構が、前記被めっき面と平行な面内のＸ−Ｙ直交座標系
   で前記ノズル群全体または前記被めっき面全体について
   同一のＸ軸方向およびＹ軸方向の１次元揺動を行わせ、
   該第１次元揺動を組み合わせて前記２次元揺動を行わせ
   る機構であることを特徴とするめっき装置。
2. 【請求項２】前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の１次元揺動
   の揺動速度の比率がめっき実行中に一定に維持されるこ
   とを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
3. 【請求項３】前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向の１次元揺動
   の揺動速度の比率がめっき実行中にランダムに変化する
   ことを特徴とする請求項１記載のめっき装置。
4. 【請求項４】前記２次元揺動により前記給電孔群が覆う
   面積よりも広い面積を有し、前記給電孔群を通過した前
   記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請求項１から３までのいずれか１項
   に記載のめっき装置。