(57)【要約】【課題】小型でめっき液量が少なくて済み、半導体ウエハ等の被めっき基板面に均一なめっき膜を形成できるめっき装置を提供すること。【解決手段】内部にアノード電極が配置されたアノード槽１０と、内部に被めっき基板がカソード電極として配置されたカソード槽１１を備え、該アノード槽１０とカソード槽１１をアノード電極と被めっき基板が所定の間隔で対向するように配置し、該アノード槽１０とカソード槽１１を開口が被めっき基板の形状と同一又は相似形の配管１２、又は複数の細管をその開口が被めっき基板の形状と同一又は相似形になるように束ねた配管で接続し、アノード槽１０及びカソード槽１１にめっき液を収容し、アノード電極と被めっき基板の間に所定のめっき電圧を印加するめっき電源Ｅを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にアノード電極が配置されたアノード槽と、内部に被めっき基板がカソード電極として配置されたカソード槽を備え、該アノード槽とカソード槽を前記アノード電極と被めっき基板が所定の間隔で対向するように配置し、該アノード槽とカソード槽を開口が前記被めっき基板の形状と同一又は相似形の配管、又は複数の細管をその開口が前記被めっき基板の形状と同一又は相似形になるように束ねた配管で接続し、前記アノード槽及びカソード槽にめっき液を収容し、前記アノード電極と被めっき基板の間に所定のめっき電圧を印加するめっき電源を備えたことを特徴とするめっき装置。
【請求項２】
請求項１に記載のめっき装置において、
前記配管の長さは該配管の直径の５倍以上の長さを有することを特徴とするめっき装置。
【請求項３】
請求項１に記載のめっき装置において、
前記細管の長さは該細管の直径の５倍以上の長さを有することを特徴とするめっき装置。
【請求項４】
請求項１に記載のめっき装置において、
前記アノード槽、カソード槽、配管及び細管を構成する材料は、セラミックス材、樹脂材、ステンレス材やチタン材や鋼板に樹脂コーティングを施した材料であることを特徴とするめっき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板にめっきを施すめっき装置に関し、特に半導体ウエハにバンプ（突起状電極）を形成するための金属めっきや該半導体ウエハ面上に形成された微細なトレンチやビアホールの開口部に埋め込み金属めっきを行うのに好適なめっき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、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に所定個所（電極）に金、銅、はんだ、或いはニッケル、更にこれらを多層に積層した突起状接続電極（バンプ）を形成し、このバンプを介してパッケージの電極やＴＡＢ電極と電気的接続が広く行われている。この
バンプ形成方法としては、電気めっき法、蒸着法、印刷法、ボールバンプ法という種々の方法があるが、半導体チップのＩ／Ｏ数の増加、ピッチの微細化可能で比較的安定している電気めっき法が多く用いられている。
【０００３】
電気めっき法によれば、高純度の金属膜（めっき膜）が容易に得られ、しかも金属膜の成膜速度が比較的速いばかりではなく、金属膜の厚みの制御も比較的容易に行うことができる。また、半導体ウエハ上への金属膜形成においては、膜厚だけでなく、高密度実装、高性能化及び高い歩留まりを追求するには、膜厚の半導体ウエハ面内均一性も厳しく要求されている。電気めっきの膜厚分布は、めっき液の金属イオン供給速度分布や電位分布を均一にすることにより、優れた均一膜厚のめっき膜を得ることができる。
【０００４】
上記均一膜厚を得る技術としては、特許文献１、２、３に記載のものがある。特許文献１に記載のめっき装置は、アノード電極とカソード電極である半導体ウエハの間に該半導体ウエハと同心円状の穴を形成した誘電体材からなる平板を配置した構成されたもので、これにより被めっき基板面近傍の電位分布を均一にするものである。また、特許文献２に記載のめっき装置は、アノード電極の半導体ウエハに対向する側の表面上に板状の誘電体板を設置し、該誘電体板はその厚みが中心部ほど薄く、外周部に向かって同心円状に厚く形成するように構成したもので、これにより被めっき基板面近傍の電位分布を均一にするものである。また、特許文献３に記載のめっき装置は、アノード電極と半導体ウエハの間に多数の通孔からなる通孔が形成された調整板を配置し、該調整板の通孔の分布状態を調整するようにしたものである。また、アノード電極と半導体ウエハの間に透過膜を配置したものもある。
【特許文献１】特開平１１−１９３４９７号公報
【特許文献２】特開平１１−１５２６００号公報
【特許文献３】特開２００４−２２５１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被めっき基板面に膜厚の均一な金属めっき膜を形成するには、アノードと被めっき基板の間の電位分布を均一、特に被めっき基板面近傍の電位分布を均一し、金属イオン供給速度分布を均一にする必要がある。アノードと被めっき基板の間の電位分布を均一にするには、該アノードと被めっき基板の間の電気抵抗を高めることにより、電位分布の不均一は吸収され、均一な電位分布を達成できる。上記従来技術は、それぞれ均一な膜厚を形成するという点で、ある程度その効果を発揮するものであるが、アノードと被めっき基板の間の電気抵抗を高めるには、めっき槽を大型にする必要があり、多量のめっき液量を必要とするという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、小型でめっき液量が少なくて済み、半導体ウエハ等の被めっき基板面に均一なめっき膜を形成できる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】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、内部にアノード電極が配置されたアノード槽と、内部に被めっき基板がカソード電極として配置されたカソード槽を備え、該アノード槽とカソード槽を前記アノード電極と被めっき基板が所定の間隔で対向するように配置し、該アノード槽とカソード槽を開口が前記被めっき基板の形状と同一又は相似形の配管、又は複数の細管をその開口が前記被めっき基板の形状と同一又は相似形になるように束ねた配管で接続し、前記アノード槽及びカソード槽にめっき液を収容し、前記アノード電極と被めっき基板の間に所定のめっき電圧を印加するめっき電源を備えたことを特徴とするめっき装置にある。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のめっき装置において、前記配管の長さは該配管の直径の５倍以上の長さを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のめっき装置において、前記細管の長さは該細管の直径の５倍以上の長さを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のめっき装置において、前記アノード槽、カソード槽、配管及び細管を構成する材料は、セラミックス材、樹脂材、ステンレス材やチタン材や鋼板に樹脂コーティングを施した材料であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るめっき装置によれば、該アノード槽とカソード槽を開口断面形状が被めっき基板の形状と同一又は相似形の配管、又は複数の細管をその内孔の集積断面形状が被めっき基板の形状と同一又は相似形になるように束ねた配管で接続したので、この配管の長さを大きくすることにより、アノード電極とカソード電極の間の極間抵抗が高められ、被めっき基板面内のめっき膜厚のばらつきを減少させることができる。また、トレンチやビアホールの埋め込みの場合もボイドやシームの無いめっき膜が形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１乃至図３は本発明に係るめっき装置の構成例を示す図で、図１は本めっき装置の外観図、図２（ａ）はアノード電極を保持するアノード電極ホルダを示す外観図、図２（ｂ）は被めっき基板である半導体ウエハを保持する半導体ウエハホルダ（カソードホルダ）を示す外観図、図３は本めっき装置の縦断面図である。図示するように、本めっき装置は、対向して配置されアノード槽１０とカソード槽１１を配管１２で接続した構成であり、アノード槽１０とカソード槽１１の内部は配管１２を介して連通されている。
【００１３】
アノード槽１０の内部にはアノード電極１３を保持するアノードホルダ１４が配置され、カソード槽１１の内部にはカーソード電極となる半導体ウエハＷを保持するカソードホルダ１５が配置されている。アノード槽１０とカソード槽１１は上記のように長さＬの配管で接続され、且つアノード電極１３と半導体ウエハＷが互いに平行に対向するように配置されている。アノード槽１０及びカソード槽１１には各種の金属めっき用めっき液Ｑが収容されて、めっき液Ｑは配管１２を通って連通している。Ｅは直流のめっき電源であり、該めっき電源Ｅの陽極は配線１６でアノード電極１３に接続され、めっき電源Ｅの陰極は配線１７で半導体ウエハ（被めっき基板）Ｗに接続されている。
【００１４】
アノード電極１３は図２（ａ）に示すように、チタン材に白金をコーティングしてなる網目状で円形（半導体ウエハと同形又は相似形）に形成された電極であり、板状のカソードホルダ１４上に保持されいる。半導体ウエハＷは図２（ｂ）に示すように、板状のカソードホルダ１５上に保持されている。アノード槽１０のめっき液Ｑは配管１２内を通ってカソード槽１１に導かれ、カソード槽１１のめっき液Ｑはポンプ１８により恒温ユニット１９を通って所定の設定温度（例えば常温〜６５℃）に維持され、フィルタ２０を通ってアノード槽１０に導かれ、めっき装置内を循環するようになっている。なお、アノードホルダ１４及びカソードホルダ１５は樹脂材等の電気絶縁材で構成されている。
【００１５】
上記構成のめっき装置において、めっき電源Ｅからアノード電極１３と半導体ウエハＷの間に所定の直流電圧を印加することにより、アノード電極１３より配管１２内のめっき液Ｑ中を通って半導体ウエハＷに達するめっき電流が流れ半導体ウエハＷの面上に金属めっき膜が形成される。この場合、配管１２の長さＬを長くすれば、アノード電極１３と半導体ウエハＷ間の極間抵抗が高くなり、半導体ウエハＷの面上に形成されためっき膜の膜厚は均一となる。即ち、極間抵抗が大きいことから電極近傍等における小さい電位分布の不均一は吸収され全体として電位分布が均一となる。ここでき配管１２の直径（内径）をＤ、長さをＬとした場合、５Ｄ≦Ｌとすれば、均一な膜厚のめっき膜が得られることが確認された。なお、配管１２の開口形状は半導体ウエハＷと同じか、又は相似形に設定する。
【００１６】
図４は本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す縦断面図である。なお、本めっき装置の外観構成は、図１と略同一であるから、その説明は省略する。図４において、図１乃至図３と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、本めっき装置はアノード槽１０内にめっきを吹き付けるめっき液吹付器２１を配置している。めっき液吹付器２１は図５に示すように、箱状の本体２２の側面に複数のめっき液噴出ノズル２３を設けた構成であり、該本体２２にめっき液を導くことにより、各めっき液噴出ノズル２３からめっき液が噴出されるようになっている。
【００１７】
上記構成のめっき液吹付器２１を図４に示すように、アノードホルダ１４のアノード電極１３側と反対側に対向して配置する。アノードホルダ１４のアノード電極１３の保持部には穴１４ａが形成されており、めっき液吹付器２１の複数のめっき液噴出ノズル２３はこの穴１４ａに向かってめっき液を噴出するようになっている。フィルタ２０を通っためっき液Ｑをめっき液吹付器２１の本体２２に導入すると、めっき液噴出ノズル２３から噴出しためっき液は、網目状のアノード電極１３を通り、配管１２内を通ってカソード槽１１内に流れ、更にカソード槽１１内のめっき液Ｑはポンプ１８により恒温ユニット１９及びフィルタ２０を通ってめっき液吹付器２１に供給され、アノード槽１０内該めっき液吹付器２１から吹き出されためっき液Ｑで満たされたアノード槽１０から配管１２に向かって吹き出され、循環する。
【００１８】
めっき電源Ｅから所定の直流電圧をアノード電極１３と半導体ウエハＷの間に電圧を印加することにより、めっき電流はアノード電極１３より配管１２内のめっき液Ｑ中を通って半導体ウエハＷに流れ半導体ウエハＷの面上に金属めっき膜が形成される。この場合も、配管１２の長さＬを長くすれば、アノード電極１３と半導体ウエハＷ間の極間抵抗が高くなり、半導体ウエハＷの面上に形成されためっき膜の膜厚は均一となる。なお、めっき液Ｑを噴出することにより、配管１２内のめっき液の濃度は均一となり、めっき膜の均一化に寄与する。
【００１９】
図６及び図７は本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す図で、図６（ａ）は本めっき装置の概略外観図、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図、図７は本めっき装置の縦断面図である。図６及び図７において、図１乃至図５と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、本めっき装置はアノード槽１０とカソード槽１１を複数本の細管２４を束ねて構成した細管群２５で接続している。
【００２０】
上記構成のめっき装置において、ポンプ１８によりカソード槽１１のめっき液Ｑを恒温ユニット１９及びフィルタ２０を通してアノード槽１０に送り、循環させる。これによりアノード槽１０のめっき液は各細管２４を通ってカソード槽１１に流れる。めっき電源Ｅから所定の直流電圧をアノード電極１３と半導体ウエハＷの間に電圧を印加することにより、めっき電流はアノード電極１３より細管２４内のめっき液Ｑ中を通って半導体ウエハＷに流れ半導体ウエハＷの面上に金属めっき膜が形成される。この場合も、配管２４の長さＬを長くすれば、アノード電極１３と半導体ウエハＷ間の極間抵抗が高くなり、半導体ウエハＷの面上に形成されためっき膜の膜厚は均一となる。ここで、細管２４の直径（内径）をＤとし、細管２４の長さをＬとした場合、５Ｄ≦Ｌとすれば、膜厚の均一なめっき膜が得られることが確認された。なお、細管群２５の開口形状、即ち細管２４の開口の集合形状は半導体ウエハＷの直径に等しいか又は小さく設定する。
【００２１】
図８は本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す縦断面図である。なお、本めっき装置の外観構成は、図６と略同一であるから、その説明は省略する。図８において、図１乃至図７と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。図示するように、本めっき装置はアノード槽１０内にめっきを吹き付けるめっき液吹付器２１を配置している。めっき液吹付器２１は図５に示すように、箱状の本体２２の側面に複数のめっき液噴出ノズル２３を設けた構成であり、該本体２２にめっき液を導くことにより、各めっき液噴出ノズル２３からめっき液が噴出するようになっている。
【００２２】
上記構成のめっき液吹付器２１を図８に示すように、アノードホルダ１４のアノード電極１３側と反対側に対向して配置する。アノードホルダ１４のアノード電極１３の保持部には穴１４ａが形成されており、めっき液吹付器２１の複数のめっき液噴出ノズル２３はこの穴１４ａに向かってめっき液を噴出するようになっている。フィルタ２０を通っためっき液Ｑをめっき液吹付器２１の本体２２に導入すると、めっき液噴出ノズル２３から噴出しためっき液は、網目状のアノード電極１３を通り、細管群２５の各細管２４を通りカソード槽１１内に流れ、循環する。
【００２３】
めっき電源Ｅから所定の直流電圧をアノード電極１３と半導体ウエハＷの間に電圧を印加することにより、めっき電流はアノード電極１３より配管１２内のめっき液Ｑ中を通って半導体ウエハＷに流れ半導体ウエハＷの面上に金属めっき膜が形成される。この場合も、配管１２の長さＬを長くすれば、アノード電極１３と半導体ウエハＷ間の極間抵抗が高くなり、半導体ウエハＷの面上に形成されためっき膜の膜厚は均一となる。
【００２４】
図１乃至図８に示すめっき装置において、アノード槽１０、カソード槽１１、配管１２及び細管群２５の細管２４を構成する材料の材質は、塩ビ・耐熱塩ビ、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、アクリル等の樹脂材、セラミックス材、又はステンレスやチタン、鋼鈑に塩ビ、テフロン（登録商標）等の樹脂コーティングしたものを使用する。
【００２５】
上記めっき装置において、めっき電源Ｅより、アノード電極１３と半導体ウエハＷの間に電圧を印加することにより、半導体ウエハ面に銅、ニッケル、金、錫鉛、錫銀等の金属めっき膜を形成できる。銅、ニッケル、金、錫鉛、錫銀の金属めっき液、即ち銅めっき液、ニッケルめっき液、金めっき液、錫鉛はんだめっき液、錫銀めっき液の成分例を下記に示す。
【００２６】
銅めっき液
硫酸銅５水塩：６０−２４０ｇ／Ｌ
硫酸        ：４０−２００ｇ／Ｌ
塩酸        ：３０−８０ｍｇ／Ｌ
有機添加材  ：適量
【００２７】
ニッケルめっき液
ニッケル塩  ：５０−１３０ｇ／Ｌ（ニッケル濃度として）
ホウ酸      ：３０−５０ｇ／Ｌ
界面活性剤（ピット防止剤）：適量
【００２８】
金めっき液
金塩        ：６‐１６ｇ／Ｌ（金濃度として）
タリウム塩  ：５−１２ｍｇ／Ｌ（タリウム濃度として）
有機酸塩    ：適量
【００２９】
錫鉛はんだめっき液
錫塩        ：１−３０ｇ／Ｌ（錫濃度として）
鉛塩        ：８−６５ｇ／Ｌ（鉛濃度として）
遊離酸      ：７０−１３０ｇ／Ｌ
有機添加剤  ：適量
【００３０】
錫銀めっき液
錫塩        ：３５−６０ｇ／Ｌ（錫濃度として）
銀塩        ：０．３−２．５ｇ／Ｌ（銀濃度として）
遊離酸      ：６０−２００ｇ／Ｌ
キレート剤  ：適量
有機添加剤  ：適量
【００３１】
上記のように本めっき装置によれば、アノード槽１０とカソード槽１１を開口断面形状が被めっき基板である半導体ウエハの形状と同一又は相似形の配管１２、又は複数の細管２４の開口集合形状が半導体ウエハＷの形状と同一又は相似形になるように束ねた細管群２５で接続したので、アノード電極１３と半導体ウエハＷの間の極間抵抗が高められ、半導体ウエハ面内のめっき膜厚のばらつきを小さくでき、膜厚の均一な金属めっき膜を形成できる。トレンチやビアホールの埋め込みの場合もボイドやシームの無いめっき膜が形成できる。
【００３２】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るめっき装置の構成例を示す外観図である。
【図２】図２（ａ）アノードホルダの外観図、図２（ｂ）カソードホルダの外観図である。
【図３】本発明に係るめっき装置の構成例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係るめっき装置の構成例を示す縦断面図である。
【図５】めっき液吹付器の外観図である。
【図６】本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す外観図である。
【図７】本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係るめっき装置の他の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０      アノード槽
１１      カソード槽
１２      配管
１３      アノード電極
１４      アノードホルダ
１５      カソードホルダ
１６      配線
１７      配線
１８      ポンプ
１９      恒温ユニット
２０      フィルタ
２１      めっき液吹付器
２２      めっき液吹付器本体
２３      めっき液噴出ノズル
２４      細管
２５      細管群
Ｅ        めっき電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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