(57)【要約】本発明の実施形態は、ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置である。複数の電極を備えており、複数の電極はウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御される。ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させる。本発明の実施形態は、複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法である。複数の電極を制御してウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御される。ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させる。本発明の電気メッキ装置及び電気メッキ方法は、電界の強度を直接制御することによって、ウェハのノッチの電気メッキ高さを制御する。ウェハの回転速度のみを変更する従来の制御方法に比べて、本発明はより精度及び信頼性が高く、電気メッキの効率も向上する。
2021525312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置であって、複数の電極を備えており、前記複数の電極は前記ウェハの前記表面に電界を形成し、指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御され、前記ウェハのノッチが前記指定領域内にあるとき、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量を減少させる電気メッキ装置。
【請求項２】
前記ウェハのノッチが前記指定領域内にあるとき、前記ウェハが定速で回転し、前記独立した電界の強度は、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項３】
前記ウェハのノッチが前記指定領域内にあるとき、前記独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、前記ウェハの回転速度は、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項４】
前記ウェハのノッチが前記指定領域内にあるとき、前記独立した電界の強度及び前記ウェハの回転速度の両方は、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項５】
回転可能なチャックをさらに備えており、前記ウェハが前記チャックにクランプされて前記チャックと共に回転し、前記ウェハの前記ノッチと前記チャックとの相対位置が固定される請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項６】
前記チャックには電極が設けられている請求項５に記載の電気メッキ装置。
【請求項７】
第１〜第３の３つの電極を備えており、
前記第１電極は円形であって前記ウェハの中央領域を被覆し、第１整流器に接続され、
前記第２電極はノッチのあるリング状であって前記ウェハの周辺領域を被覆し、第２整流器に接続され、
前記第３電極は前記第２電極の前記ノッチの位置にあって、第３整流器に接続され、
前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極が全体として前記ウェハの全域を覆う請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項８】
前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に位置していないとき、前記第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力し、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に入ったとき、前記第３整流器の出力電流が前記第３電流からノッチメッキ電流まで徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第３電極の被覆領域を外れたとき、前記第３整流器の出力電流が前記ノッチメッキ電流から前記第３電流まで徐々に増加する請求項７に記載の電気メッキ装置。
【請求項９】
前記第３整流器の出力電流が前記第３電流から前記ノッチメッキ電流までリニアに又は非リニアに徐々に減少しし、
前記第３整流器の出力電流が前記ノッチメッキ電流から前記第３電流までリニアに又は非リニアに徐々に増加する請求項８に記載の電気メッキ装置。
【請求項１０】
前記ウェハの前記ノッチの基準点が前記第３電極の基準点と位置が合ったときに、前記第３整流器が前記ノッチメッキ電流を出力し、または、
前記ウェハの前記ノッチの前記基準点が前記第３電極の基準領域内にあるときに、前記第３整流器が前記ノッチメッキ電流を連続的に出力する請求項８に記載の電気メッキ装置。
【請求項１１】
前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に位置していないとき、前記第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力し、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に入ったとき、前記第３整流器は定電圧モードに切り替わり、前記第３整流器の出力電圧が第３電圧からノッチメッキ電圧まで徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第３電極の被覆領域を外れたとき、前記第３整流器の出力電圧が前記ノッチメッキ電圧から前記第３電圧まで徐々に増加する請求項７に記載の電気メッキ装置。
【請求項１２】
前記第３整流器の出力電圧が前記第３電圧から前記ノッチメッキ電圧までリニアに又は非リニアに徐々に減少し、
前記第３整流器の出力電圧が前記ノッチメッキ電圧から前記第３電圧までリニアに又は非リニアに徐々に増加する請求項１１に記載の電気メッキ装置。
【請求項１３】
前記第３整流器がＤＣパルスモードで動作し、
前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に位置していないとき、前記第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期であり、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に入ったとき、前記第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期から低デューティ周期まで徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第３電極の被覆領域を外れたとき、前記第３整流器の出力電流のデューティ周期が低デューティ周期から高デューティ周期まで徐々に増加する請求項７に記載の電気メッキ装置。
【請求項１４】
前記第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期から低デューティ周期までリニアに又は非リニアに徐々に減少し、
前記第３整流器の出力電流のデューティ周期が低デューティ周期から高デューティ周期までリニアに又は非リニアに徐々に増加する請求項１３に記載の電気メッキ装置。
【請求項１５】
第１〜第３の３つの電極を備えており、
前記第１電極は円形であって前記ウェハの中央領域を被覆し、第１電源から給電され、
前記第２電極はノッチのあるリング状であって前記ウェハの周辺領域を被覆し、第２電源から給電され、
前記第３電極は湾曲しており前記第２電極の前記ノッチの位置にあって、第３電源から給電され、
前記第３電極は前記第２電極と結合しており、前記第３電極と前記第２電極とが合わさって完全なリングを形成しており、前記第３電極が前記第２電極から絶縁されており、
前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極が全体として前記ウェハの全域を覆う請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項１６】
前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に位置していないとき、前記第３電極の電流密度が前記第２電極の電流密度と同じであり、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に入ったとき、前記第３電極の電流密度が徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第３電極の被覆領域を外れたとき、前記第３電極の電流密度が前記第２電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する請求項１５に記載の電気メッキ装置。
【請求項１７】
第１〜第３の３つの電極を備えており、
前記第１電極は円形であって前記ウェハの中央領域を被覆し、第１整流器に接続され、
前記第２電極はノッチのあるリング状であって前記ウェハの周辺領域を被覆し、第２整流器に接続され、
前記第３電極は前記第２電極の前記ノッチの位置にあって、スイッチに接続され、前記スイッチは前記第２電極と制御電源とに接続され、前記スイッチは、前記第３電極が前記第２電極又は前記制御電源に接続されるように切り替えられ、
前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極が全体として前記ウェハの全域を覆う請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項１８】
前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に位置していないとき、前記スイッチは、前記第３電極が前記第２電極に接続され、両方とも前記第２整流器に接続されるようにし、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第３電極の被覆領域内に入ったとき、前記スイッチは、前記第３電極が前記制御電源に接続されるようにし、前記制御電源が前記出力電流のデューティ周期を調整し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第３電極の被覆領域を外れたとき、前記スイッチは、前記第３電極が前記第２電極に接続されるようにする請求項１７に記載の電気メッキ装置。
【請求項１９】
前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極が別々の液体循環管を有しており、前記第１電極、前記第２電極及び前記第３電極によって被覆された複数の領域間には仕切りが配置されて別々の電界空間が形成される請求項７〜１８のいずれか１項に記載の電気メッキ装置。
【請求項２０】
第１〜第２の２つの電極を備えており、
前記第１電極は円形であって前記ウェハの中央領域を被覆し、凹部を有しており且つ第１電源から給電され、
前記第２電極はリング状であって前記ウェハの周辺領域を被覆し、突出部を有しており且つ第２電源から給電され、
前記第２電極の前記突出部が前記第１電極の前記凹部と結合しており、前記突出部が前記凹部内に侵入しており、前記第１電極及びこれと合わさった前記第２電極が全体として前記ウェハの全域を覆う請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項２１】
前記ウェハの前記ノッチが前記突出部の被覆領域内に位置していないとき、前記第２電極の電流密度が一定に維持され、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記突出部の被覆領域内に入ったとき、前記第２電極の電流密度が徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記突出部の被覆領域を外れたとき、前記第２電極の電流密度が徐々に増加する請求項２０に記載の電気メッキ装置。
【請求項２２】
第１〜第２の２つの電極を備えており、
前記第１電極は円形であって前記第１電極の直径は前記ウェハの直径を被覆し、前記第１電極にはノッチ部があり且つ第１電源から給電され、
前記第２電極は前記第１電極の前記ノッチ部の位置にあり、第２電源から給電され、
前記第１電極及び前記第２電極が全体として前記ウェハの全域を覆う請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項２３】
前記ウェハの前記ノッチが前記第２電極の被覆領域内に位置していないとき、前記第２電極の電流密度が前記第１電極の電流密度と同じであり、
前記ウェハが回転することで、前記ウェハの前記ノッチが前記第２電極の被覆領域内に入ったとき、前記第２電極の電流密度が徐々に減少し、
前記ウェハの前記ノッチが前記ウェハの回転につれて前記第２電極の被覆領域を外れたとき、前記第２電極の電流密度が前記第１電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する請求項２２に記載の電気メッキ装置。
【請求項２４】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、一又は複数の独立した電界が前記ウェハの前記ノッチにしたがって選択される請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項２５】
複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法であって、前記複数の電極を制御して前記ウェハの前記表面に複数の電界を形成し、指定領域に独立した電界が形成され、前記独立した電界の強度を独立して制御し、前記ウェハのノッチが前記指定領域内にあるとき、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量を減少させる電気メッキ方法。
【請求項２６】
前記ウェハを定速で回転させるステップと、
前記ウェハの前記ノッチが前記指定領域内にあるとき、前記独立した電界の強度を変更することによって、前記指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている請求項２５に記載の電気メッキ方法。
【請求項２７】
前記ウェハを回転させるステップと、
前記ウェハの前記ノッチが前記指定領域内にあるとき、前記独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、前記ウェハの回転速度を変更することによって、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている請求項２５に記載の電気メッキ方法。
【請求項２８】
前記ウェハを回転させるステップと、
前記ウェハの前記ノッチが前記指定領域内にあるとき、前記独立した電界の強度及び前記ウェハの回転速度の両方を変更することによって、前記指定領域内で前記ノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている請求項２５に記載の電気メッキ方法。
【請求項２９】
電流を調整することによって前記独立した電界を変更する、又は
電圧を調整することによって前記独立した電界を変更する、又は
デューティ周期を調整することによって前記独立した電界を変更する、のいずれかである請求項２５に記載の電気メッキ方法。
【請求項３０】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、一又は複数の独立した電界が前記ウェハの前記ノッチにしたがって選択される請求項２５に記載の電気メッキ方法。
【請求項３１】
ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置であって、複数の電極を備えており、前記複数の電極は前記ウェハの前記表面に複数の電界を形成し、指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御され、前記指定領域内で受けるパワーの総量が、前記ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される電気メッキ装置。
【請求項３２】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、複数の独立した電界の強度が別々に制御される請求項３１に記載の電気メッキ装置。
【請求項３３】
複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法であって、前記複数の電極を制御して前記ウェハの前記表面に複数の電界を形成し、指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御され、前記指定領域内で受けるパワーの総量が、前記ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される電気メッキ方法。
【請求項３４】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、複数の独立した電界の強度が別々に制御される請求項３３に記載の電気メッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスに関し、より詳細には半導体製造プロセスにおける電気メッキプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気メッキは、半導体チップの製造プロセス及びパッケージングプロセスの両方に用いられている。電気メッキプロセスの間、メッキチャンバ内にウェハが配置される。メッキチャンバには陽極があり、ウェハが陰極として用いられる。そして、メッキ溶液がメッキチャンバに供給される。電気メッキは、電気化学反応によって達成される。既存の電気メッキ設備は、通常、複数の陽極をもつ電気メッキ装置を採用している。図１は、従来技術において用いられている電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。図１に示すように、電気メッキ装置は、第１電極３０２と第２電極３０４の２つの電極を有している。第１電極３０２は、円形であり、中央部に位置している。第２電極３０４は、環状であり、周辺部に位置している。第１電極及び第２電極は、陽極として機能する。円形の第１電極及び環状の第２電極のいずれも対称構造を有しているので、これらが生成する電界も対称である。初期において通常ウェハ上で複数のチップが対称となるように分布しており、ウェハ自体は円形なので、この構造の電極はメッキプロセスを良好に完了することができる。
【０００３】
プロセスが進化し製品が豊富になることにより、様々な要求が生じている。ウェハレベルでのパッケージングプロセスが一般化することにより、非メッキ領域を含むウェハに対する全体メッキプロセスへの要求が生じている。典型的な非メッキ領域は、ウェハのノッチ近傍領域である。いくつかの要求において、ウェハの複数の型が非対称に配置されることがあり、不規則形状の非メッキ領域が形成される。ノッチ近傍の非メッキ領域はより一般的な例である。チップが配置されるメッキ領域では、フォトレジストに多数の開口があり、開口内には金属が堆積する。こういった金属が堆積した開口は、電気メッキの間に配線として機能する。非メッキ領域にはチップは配置されないので、フォトレジストに開口がなく、金属が堆積しない。図１を参照すると、電極の形状は円形及び環状なので、生成された電界の強度は一様ではない。メッキ領域及び非メッキ領域について、電界が一様であるとき、非メッキ領域には配線がなく電流が生成されないので、その近傍領域の配線に大きな電流が発生する。そのため、非メッキ領域の周囲領域では電流密度が現に高くなり、したがって、メッキ速度が速くなり、メッキ高さが他の領域よりも高くなるという結果が得られる。ウェハレベルパッケージングプロセスでは、全体の高さ制御が非常に厳格で、ウェハのノッチ近傍のメッキ高さが高いと製品収率が低下して、損失が発生する可能性が高い。
【０００４】
ノッチ領域の近傍でのメッキ高さが高いという問題を解決するために、シールド法が使用される。例えば、ウェハと電極との間にシールド板を付加し、ウェハのノッチがシールド板の位置まで回転してきたとき、ウェハの回転速度を低下させることで、ウェハのノッチはシールド板によって被覆された位置により長い時間留まる。ノッチがシールド板によって被覆された位置にあるとき、電界を受信する効果が弱められ、これに応じてメッキ速度も低下するので、ウェハのノッチ領域のメッキ高さも低くなる。
【０００５】
しかし、この解決法を実施するのは困難であり、副作用がある。この解決法は、ウェハがある位置まで回転してきたときにウェハを減速し、当該位置を過ぎると再加速することが必要である。そのためには、チャックの回転を優れた加速減速性能と速い応答時間で駆動するモータが必要となる。電気メッキプロセスはメッキ室内で行われるので、ウェハは実際にはメッキ液槽内に含浸させられる。ウェハの回転の加速減速によってメッキ溶液が攪乱され、それがウェハにも作用し、ウェハの実際の回転速度にも予期しない影響を与える。コントローラと上部制御ソフトウェア(upper control software)との時間差のために、実際にはウェハをしばしば所定の位置で減速又は加速させることができず、位置ズレがおこりやすい。特に回転速度が速いときには、プロセス中にこのようなことが生じる。回転速度が５０ｒｐｍよりも高いプロセスでは、精確な位置で加速及び減速を行うのが難しい。さらに、ウェハの回転速度を変更すると、全体としてのメッキ電流密度が減少してしまい、出力を増加させることには寄与しない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、複数の電極を備えており、複数の電極はウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御される。ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少する。
【０００７】
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、ウェハが定速で回転し、独立した電界の強度は、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する。または、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、ウェハの回転速度は、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する。または、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度及びウェハの回転速度の両方は、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化する。
【０００８】
電気メッキ装置は回転可能なチャックをさらに備えており、ウェハがチャックにクランプされてチャックと共に回転し、ウェハのノッチとチャックとの相対位置が固定される。チャックには電極が設けられていてよい。
【０００９】
実施形態によると、電気メッキ装置は第１〜第３の３つの電極を備えており、第１電極は円形であってウェハの中央領域を被覆し、第１整流器に接続され、第２電極はノッチのあるリング状であってウェハの周辺領域を被覆し、第２整流器に接続され、第３電極は第２電極のノッチの位置にあって、第３整流器に接続され、第１電極、第２電極及び第３電極が全体としてウェハの全域を覆う。
【００１０】
実施形態によると、３つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力し、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器の出力電流が第３電流からノッチメッキ電流まで徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電流がノッチメッキ電流から第３電流まで徐々に増加する。
【００１１】
ノッチメッキ電流は瞬間的な出力であってもよいし、ある期間において連続した出力であってもよい。例えば、ウェハのノッチの基準点が第３電極の基準点と位置が合ったときに、第３整流器がノッチメッキ電流を出力する、または、ウェハのノッチの基準点が第３電極の基準領域内にあるときに、第３整流器がノッチメッキ電流を連続的に出力する。
【００１２】
実施形態によると、３つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力し、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器が定電圧モードに切り替わり、第３整流器の出力電圧が第３電圧からノッチメッキ電圧まで徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電圧がノッチメッキ電圧から第３電圧まで徐々に増加する。
【００１３】
実施形態によると、３つの電極は以下のように制御される。第３整流器がＤＣパルスモードで動作し、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期であり、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期から低デューティ周期まで徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が低デューティ周期から高デューティ周期まで徐々に増加する。
【００１４】
実施形態によると、電気メッキ装置は第１〜第３の３つの電極を備えており、第１電極は円形であってウェハの中央領域を被覆し、第１電源から給電され、第２電極はノッチのあるリング状であってウェハの周辺領域を被覆し、第２電源から給電され、第３電極は湾曲しており第２電極のノッチの位置にあって、第３電源から給電され、第３電極は第２電極と結合しており、第３電極と第２電極とが合わさって完全なリングを形成しており、第３電極が第２電極から絶縁されており、第１電極、第２電極及び第３電極が全体としてウェハの全域を覆う。
【００１５】
実施形態によると、３つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３電極の電流密度が第２電極の電流密度と同じであり、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３電極の電流密度が徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３電極の電流密度が第２電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する。
【００１６】
実施形態によると、電気メッキ装置は第１〜第３の３つの電極を備えており、第１電極は円形であってウェハの中央領域を被覆し、第１整流器に接続され、第２電極はノッチのあるリング状であってウェハの周辺領域を被覆し、第２整流器に接続され、第３電極は第２電極のノッチの位置にあって、スイッチに接続され、スイッチは第２電極と制御電源とに接続され、スイッチは、第３電極が第２電極又は制御電源に接続されるように切り替えられ、第１電極、第２電極及び第３電極が全体としてウェハの全域を覆う。
【００１７】
実施形態によると、３つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、スイッチは、第３電極が第２電極に接続され、両方とも第２整流器に接続されるようにし、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、スイッチは、第３電極が制御電源に接続されるようにし、制御電源が出力電流のデューティ周期を調整し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、スイッチは、第３電極が第２電極に接続されるようにする。
【００１８】
実施形態によると、電気メッキ装置は第１〜第２の２つの電極を備えており、第１電極は円形であってウェハの中央領域を被覆し、凹部を有しており且つ第１電源から給電され、第２電極はリング状であってウェハの周辺領域を被覆し、突出部を有しており且つ第２電源から給電され、第２電極の突出部が第１電極の凹部と結合しており、突出部が凹部内に侵入しており、第１電極及びこれと合わさった第２電極が全体としてウェハの全域を覆う。
【００１９】
実施形態によると、２つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが突出部の被覆領域内に位置していないとき、第２電極の電流密度が一定に維持され、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが突出部の被覆領域内に入ったとき、第２電極の電流密度が徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて突出部の被覆領域を外れたとき、第２電極の電流密度が徐々に増加する。
【００２０】
実施形態によると、電気メッキ装置は第１〜第２の２つの電極を備えており、第１電極は円形であって第１電極の直径はウェハの直径を被覆し、第１電極にはノッチ部があり且つ第１電源から給電され、第２電極は第１電極のノッチ部の位置にあり、第２電源から給電され、第１電極及び第２電極が全体としてウェハの全域を覆う。
【００２１】
実施形態によると、２つの電極は以下のように制御される。ウェハのノッチが第２電極の被覆領域内に位置していないとき、第２電極の電流密度が第１電極の電流密度と同じであり、ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第２電極の被覆領域内に入ったとき、第２電極の電流密度が徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第２電極の被覆領域を外れたとき、第２電極の電流密度が第１電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する。
【００２２】
実施形態によると、複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、一又は複数の独立した電界がウェハのノッチにしたがって選択される。
【００２３】
本発明の実施形態によると、複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法であって、複数の電極を制御してウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御され、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させる。
【００２４】
電気メッキ方法は、
ウェハを定速で回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００２５】
または、電気メッキ方法は、
ウェハを回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、ウェハの回転速度を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００２６】
または、電気メッキ方法は、
ウェハを回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度及びウェハの回転速度の両方を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００２７】
実施形態によると、独立した電界は、以下のように変更されてよい。
【００２８】
電流を調整することによって前記独立した電界を変更する、又は
電圧を調整することによって前記独立した電界を変更する、又は
デューティ周期を調整することによって前記独立した電界を変更する、のいずれかである。
【００２９】
実施形態によると、複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、一又は複数の独立した電界がウェハのノッチにしたがって選択される。
【００３０】
本発明の実施形態は、ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、複数の電極を備えており、複数の電極はウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成される。独立した電界の強度は独立して制御される。指定領域内で受けるパワーの総量が、ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される。
【００３１】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成されてよく、複数の独立した電界の強度が別々に制御される。
【００３２】
本発明の実施形態によると、複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法が提供される。この電気メッキ方法は、ウェハの表面に複数の電界を形成する複数の電極を制御する。指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御される。指定領域内で受けるパワーの総量が、ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される。
【００３３】
複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成されてよく、複数の独立した電界の強度が別々に制御される。
【００３４】
本発明の電気メッキ装置及び電気メッキ方法は、電界の強度を直接制御することによって、ウェハのノッチの電気メッキ高さを制御する。ウェハの回転速度のみを変更する従来の制御方法に比べて、本発明はより精度及び信頼性が高く、電気メッキの効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の、上述した、そしてそれ以外の特徴、性質及び利点は、図面を用いた以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図１】図１は、従来技術において用いられている電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。
【図２ａ】図２ａは、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の概略断面を示している。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置における第３整流器の出力電流の波形を示している。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態による電気メッキ装置における第３整流器の出力電流の波形を示している。
【図６】図６は、本発明の第５実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【図７】図７は、本発明の第７実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【図８】図８は、本発明の第８実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【図９ａ】図９ａは、本発明の第９実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明の第９実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【図１０】図１０は、本発明の第１０実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
液体に含浸されたウェハの回転速度を制御することと比較して、電界の強度を直接制御することはより効率的である。さらに、より精度の高い正確な制御が達成され得る。必要であれば、電界の強度の制御及びウェハの回転速度の制御が、よりよい制御効果を達成するために結合されてもよい。
【００３７】
本発明の実施形態によると、ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置が提供される。電気メッキ装置は、複数の電極を備えており、複数の電極はウェハの表面に複数の電界を形成する。指定領域に独立した電界が形成される。独立した電界の強度は独立して制御される。ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少する。
【００３８】
以下の３つの方法で、指定領域内でノッチが受けるパワー総量の減少が実現される。
【００３９】
１つ目は、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、ウェハが定速で回転し、独立した電界の強度を、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化させる方法である。そして、
２つ目は、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、ウェハの回転速度を、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化させる方法である。そして、
３つ目は、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度及びウェハの回転速度の両方を、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化させる方法である。
【００４０】
第１実施形態
図２ａ、図２ｂ及び図２ｃを参照すると、これらの図面は、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の電極の概略構造を示している。第１実施形態によると、電気メッキ装置は、第１電極１０２と第２電極１０４と第３電極１０６の３つの電極を有している。第１電極１０２は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第１電極１０２は、第１整流器に接続されている。第２電極１０４はノッチのあるリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。第２電極１０４は、第２整流器に接続されている。第３電極１０６は、第２電極１０４のノッチの位置にある。第３電極１０６は、第３整流器に接続されている。第１電極１０２、第２電極１０４及び第３電極１０６は、全体としてウェハの全域を覆う。第１電極、第２電極及び第３電極の寸法は、実際の要請にしたがって決定されてよい。例えば、ウェハの直径が３００ｍｍであれば、第１電極１０２の半径Ｒ１は５ｍｍから１４５ｍｍの間であってよい。これに対応して、第２電極１０４の内径はＲ１で、第２電極１０４の外径Ｒ２は１５５ｍｍから１６０ｍｍであってよい。もし第１電極の直径が比較的小さい場合、環状の第２電極は比較的幅広いものとなる。もし第１電極が比較的大きい場合、環状の第２電極は比較的幅の狭いものとなる。第２電極の内径がＲ１であると決定されたとしても、実際には、第２電極の内径はＲ１よりも僅かに小さくてもよく、このとき第１電極と第２電極は接合部分でオーバーラップするため、ウェハの表面を完全に被覆することが保証される。これに対応して、第２電極の外径Ｒ２も、ウェハの半径よりも僅かに大きくなる。例えば、直径３００ｍｍのウェハの半径が１５０ｍｍであり、第２電極の外径が１５５ｍｍから１６０ｍｍであり、ウェハの半径よりも僅かに大きい。典型的な構成では、第１電極の半径は８０ｍｍ、第２電極の内径は８０ｍｍで外径が１６０ｍｍである。第２電極１０４は完全なリング状ではなく、リングの一端にノッチ(notch)があるリングである。第３電極１０６は、第２電極のノッチ内には位置されている。第３電極１０６の形状は第２電極のノッチの形状と一致している。第３電極がノッチ内にあるとき、第３電極はノッチの全体を丁度埋めている。第３電極及び第２電極は全体として完全なリングを形成している。このように、第１電極１０２、第２電極１０４及び第３電極１０６は、全体としてウェハの全域を覆っている。図２ａ、図２ｂ及び図２ｃは、通常使用される電極の形状を示している。図２ａによると、第３電極１０６の形状は、一方が円弧状で他方が直線のアーチ状である。図２ｂによると、第３電極の形状は、湾曲したリングの一部である。図２ｃによると、第３電極は扇形である。
【００４１】
通常において、上述した第１電極、第２電極及び第３電極は陽極(anode)であり、ウェハが陰極(cathode)として機能する。陽極は、チタン若しくはタンタルのような不活性金属又はその金属酸化物から作製されたものでよく、また、プラチナ、金若しくは銀のような金属フィルムが陽極のサービス寿命を伸ばすために上述した材料にさらにメッキされてもよい。
【００４２】
図３は、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置の概略断面を示している。図３によると、電気メッキ装置は、陽極室２０２と陰極室２０４とに大きく分けられる。上述した第１電極、第２電極及び第３電極は陽極室２０２内に配置されている。陽極室２０２は、第１電極１０２、第２電極１０４及び第３電極１０６のそれぞれの位置に対応して、第１陽極領域２２１、第２陽極領域２２２及び第３陽極領域２２３に分けられる。複数の仕切り２０６が、第１陽極領域２２１と第２陽極領域２２２と第３陽極領域２２３との間に配置されている。陽極領域の間に配置された複数の仕切り２０６は絶縁材からなるので、各陽極領域内の電界は互いに独立している。各陽極領域内の電界は、それぞれの電極によって制御される。通常、第１電極、第２電極及び第３電極は、陽極室２０２の底部に配置される。第１陽極領域２２１、第２陽極領域２２２及び第３陽極領域２２３は、第１電極、第２電極及び第３電極の上方に形成される。メッキ金属イオンを含むメッキ溶液のような消耗材は、各陽極領域に配置されている。電気メッキの必要に応じて、銅、錫、ニッケル、コバルト及びルテニウムのような金属イオンを含有していてもよい。一実施形態において、第１電極、第２電極及び第３電極並びに各第１陽極領域、第２陽極領域及び第３陽極領域は、それぞれ別々の液体循環管を有しており、各陽極領域がそれぞれ独立した空間を形成している。各空間内では、メッキ溶液及び電界が互いに独立している。しかし、陽極領域間の金属イオン濃度バランスの要求を考慮すると、小さな貫通孔が仕切りに形成される。貫通孔を通って陽極領域間をメッキ溶液がある程度循環することによって、金属イオン濃度バランスの要求が実現される。絶縁材の仕切りに設けられた小さな貫通孔のインピーダンスは大きいので、各陽極領域の独立した電流制御は実質的に影響を受けない。図示の実施形態によると、第１電極１０２、第２電極１０４及び第３電極１０６は、すべて陽極であって陽極室内においてその底部に配置されている。別の実施形態では、第３電極１０６はチャック上に配置されてもよい。チャックに配置された電極は、陽極でも陰極でもよい。チャックに配置された電極に関して、「電極」の定義は広く、電界を調整する目的を達成する装置は「電極」であると解釈されてよい。
【００４３】
さらに図３について説明すると、陽極室２０２と陰極室２０４との間には、イオン薄膜２０８が配置されている。このイオン薄膜は、比較的安定なメッキ液を形成し消耗材である金属イオンを補給して高速物質交換を達成するために、陽極室２０２と陰極室２０４との間のイオンストライク(ion strike)を制御することができる。仕切り２０６は、陽極室２０２から陰極室２０４へと延在しており、陰極室２０４内でウェハに近づくまで上へと延びている。そして、第１陽極領域２２１と第２陽極領域２２２と第３陽極領域２２３とにそれぞれ対応した第１陰極領域、第２陰極領域及び第３陰極領域が、陰極室２０４内に形成されている。陰極室の仕切り２０６にも小さい貫通孔が設けられてもよく、これによって金属イオン濃度バランスの要求が達成される。或いは、陰極室の仕切り２０６には小さい貫通孔が設けられていなくてもよく、これによって陰極室の各陰極領域はより好ましく絶縁される。陰極室２０４内のウェハに近い位置には、フローフィールド板(flow field plate)２１０がさらに配置されている。
【００４４】
図３において、ウェハ２１２はチャックによってクランプされている。チャックは回転可能である。ウェハ２１２は、チャックによってクランプされてチャックと共に回転する。ウェハのノッチとチャックの相対位置は固定されているので、ノッチの位置はチャックの回転位置によって決定される。電気メッキプロセスの間、例えば１０ｒｐｍのような回転速度でチャックはウェハを回転させる。回転方向は、正転と逆転交互とすることができる。チャックとウェハは所定期間だけ正転し、それから逆転に変わってよい。回転速度は１０ｒｐｍに維持されてよい。そして、同じ期間が経過してから、同じ回転速度で再び正転に変わる。このようなモードを交互に繰り返す。回転中には、正転と逆転の切り替え時間を除いて、ウェハの回転は定速である。回転速度は０．１ｒｐｍから５００ｒｐｍであってよく、実際の条件によって決定される。
【００４５】
断面からみると、本発明の電気メッキ装置は、電極、陽極室、陰極室、イオン薄膜、フローフィールド板などの構造と基本的な電気メッキプロセスが従来技術と類似している。本発明の実施形態は、主に、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに示すように、第３電極の形状及び配置に主眼をおいている。
【００４６】
本発明の実施形態では、ウェハのノッチの領域内での電界を独立して制御しようとして、ウェハのノッチの領域内に独立した電界を形成している。そして、この電界の強度は残りの領域での強度よりも弱いので、ウェハのノッチ近傍におけるメッキ高さを制御することができる。
【００４７】
第１実施形態によると、第１電極、第２電極及び第３電極のそれぞれが、互いに独立した第１整流器、第２整流器及び第３整流器によってそれぞれ制御される。第１整流器及び第２整流器の動作モードは、従来技術と類似している。例えば、第１整流器はＤＣ又はパルス電流を出力してもよい。第１整流器の最大電流は２０Ａに設定してもよく、第１整流器の最大電圧は４０Ｖに設定してもよい。第２整流器はＤＣ又はパルス電流を出力してもよい。第２整流器の最大電流は３０Ａに設定してもよく、第２整流器の最大電圧は４０Ｖに設定してもよい。これら２つの整流器の最大電流及び最大電圧は、通常、電極の面積の大きさによって設定される。第３整流器は、第３電極を制御するために用いられる。第３整流器もまたＤＣ又はパルス電流を出力してよい。第３整流器の最大電流は５Ａに設定してもよく、第３整流器の最大電圧は６０Ｖに設定してもよい。もしパルス電流が用いられるのであれば、第３整流器のパルス周波数は０．１ｍｓから２０００ｍｓに設定されてよい。
【００４８】
第１実施形態によると、第３整流器の動作モードは以下のようであってよい。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力する。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器の出力電流が第３電流からノッチメッキ電流まで徐々に減少する。そして、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電流がノッチメッキ電流から第３電流まで徐々に増加する。ウェハがチャックにクランプされてチャックと共に回転するので、ウェハのノッチとチャックとの相対位置が固定される。ノッチの位置は、チャックの回転位置を検出することによって決定される。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入り始めたとき、第３整流器の出力電流が減少して、第３電極によって生成される電界が弱くなる。
【００４９】
図４は、本発明の第１実施形態による電気メッキ装置における第３整流器の出力電流の波形を示している。第１実施形態によると、ノッチ及び第３電極は０°において完全に位置が一致しており、ノッチは３５０°から１０°の間の範囲で第３電極の被覆領域内にある。ノッチが１０°から３５０°の間の位置にあるとき、ノッチは第３電極の被覆領域内に位置しておらず、第３整流器は一定の第３電流として０．５Ａを出力する。ノッチが３５０°の位置まで回転すると、第３整流器の出力電流は減少し始める。３５０°から３６０°（０°）までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流は、第３電流０．５Ａからノッチメッキ電流０．０５Ａまで徐々に減少する。そして、０°から１０°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流がノッチメッキ電流０．０５Ａから第３電流０．５Ａまで徐々に増加する。第３整流器の出力電流が徐々に減少し徐々に増加するというプロセスは、リニアな変化又は非リニアな変化のどちらでもよい。図４に示した実施形態では、第３整流器の出力電流が徐々に減少し徐々に増加するというプロセスは、リニアである。
【００５０】
第２実施形態
第２実施形態の電気メッキ装置の構造は第１実施形態のものと同じであり、ここでは同じ説明を繰り返さない。第２実施形態は、第３整流器の制御モードがやや異なる点において第１実施形態と相違している。第２実施形態によると、第３整流器は以下のような動作モードを採用している。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力する。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器の出力電流が第３電流からノッチメッキ電流まで徐々に減少する。そして、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電流がノッチメッキ電流から第３電流まで徐々に増加する。第１実施形態によると、ノッチメッキ電流は、ノッチの基準点が第３電極の基準点と位置が合った瞬間（本実施形態では０°位置）だけに発生し、第３整流器がノッチメッキ電流を出力する。しかし、第２実施形態では、ノッチメッキ電流は、ある期間にわたって連続的に出力される。ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にあるときに、第３整流器がノッチメッキ電流を連続的に出力する。
【００５１】
図５は、本発明の第２実施形態による電気メッキ装置における第３整流器の出力電流の波形を示している。第２実施形態によると、ウェハのノッチが第３電極と完全に一致する位置、つまりノッチの基準点と第３電極の基準点とが一致するのは、本実施形態では、０°位置である。３５０°から１０°の範囲内において、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入る。そして、３５５°から５°の範囲内において、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にある。ウェハのノッチが１０°から３５０°の間にあるとき、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入らない。このとき、第３整流器は一定の第３電流として０．５Ａを出力する。ウェハのノッチが３５０°の位置まで回転すると、第３整流器の出力電流は減少し始める。３５０°から３５５°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流は、第３電流０．５Ａからノッチメッキ電流０．０５Ａまで徐々に減少する。そして、３５５°から５°の回転プロセスの間、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にあり、第３整流器は、ノッチメッキ電流として０．０５Ａを常に出力する。５°から１０°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流がノッチメッキ電流０．０５Ａから第３電流０．５Ａまで徐々に増加する。第３整流器の出力電流が徐々に減少し徐々に増加するというプロセスは、リニアな変化又は非リニアな変化のどちらでもよい。図５に示した実施形態では、第３整流器の出力電流が徐々に減少し徐々に増加するというプロセスは、リニアである。
【００５２】
第３実施形態
第３実施形態の電気メッキ装置の構造は第１実施形態のものと同じであり、ここでは同じ説明を繰り返さない。第３実施形態は、第３整流器の制御モードがやや異なる点において第１実施形態と相違している。第１実施形態及び第２実施形態では、第３整流器は常に一定の電流モードで動作する。しかし、第３実施形態において、第３整流器は、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったときに、定電圧モードに切り替わる。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器が定電流モードで動作して一定の第３電流を出力する。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器は定電圧モードに切り替わり、第３整流器の出力電圧が第３電圧からノッチメッキ電圧まで徐々に減少する。そして、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電圧がノッチメッキ電圧から第３電圧まで徐々に増加する。定電圧モードへの切り替え時に、第３整流器の出力電圧は電気メッキの電気化学反応のしきい値電圧よりも高い。つまり、ノッチメッキ電圧は電気メッキの電気化学反応のしきい値電圧よりも高い。しきい値電圧では、電気メッキの電気化学反応及びメッキ溶液の腐食反応が互いに相殺し合って、実際のメッキ速度はほとんどゼロとなる。しかし、メッキ溶液の腐食のために、第３電極の被覆領域内では、ウェハに既にメッキされた金属が消失することがないことも保証される。
【００５３】
加えて、定電圧モードには付加的な利益がある。つまり、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったときに、実際の電流が自動的に減少する。ウェハのノッチは非メッキ領域にあるので、非メッキ領域の抵抗はメッキ領域の抵抗よりも大きくなる。定電圧モードでは、ノッチが第３電極の被覆領域に入るプロセスの間、抵抗が連続して増加するので、この領域での電流が連続して減少する。ノッチが第３電極の被覆領域を外れたとき、抵抗は減少して電流は増加する。
【００５４】
第３実施形態によると、ウェハのノッチが第３電極と完全に一致する位置、つまりノッチの基準点と第３電極の基準点とが一致するのは、本実施形態では、０°位置である。３５０°から１０°の範囲内において、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入る。そして、３５５°から５°の範囲内において、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にある。ウェハのノッチが１０°から３５０°の間にあるとき、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入らない。このとき、第３整流器は定電流モードで動作し、一定の第３電流として０．５Ａを出力する。ウェハのノッチが３５０°の位置まで回転すると、第３整流器は定電圧モードに切り替えられ、その出力電圧の初期値は第３電圧として０．５Ｖである。３５０°から３５５°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電圧は、初期第３電圧０．５Ｖからノッチメッキ電圧０．０５Ｖまで徐々に減少する。３５５°から５°の回転プロセスの間、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にあり、第３整流器は、ノッチメッキ電圧として０．０５Ｖを常に出力する。５°から１０°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電圧がノッチメッキ電圧０．０５Ｖから第３電圧０．５Ｖまで徐々に増加する。第３整流器の出力電圧が徐々に減少し徐々に増加するというプロセスは、リニアな変化又は非リニアな変化のどちらでもよい。
【００５５】
第４実施形態
第４実施形態の電気メッキ装置の構造は第１実施形態のものと同じであり、ここでは同じ説明を繰り返さない。第４実施形態は、第３整流器の制御モードがやや異なる点において第１実施形態と相違している。第３整流器はＤＣパルスモードで動作する。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期である。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期から低デューティ周期まで徐々に減少する。ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が低デューティ周期から高デューティ周期まで徐々に増加する。ＤＣパルスモードで動作する第３整流器は応答が速いため、ノッチ領域のメッキ高さをより正確に制御することができ、ウェハの高回転速度でのプロセスにより適する。回転速度が２０ｒｐｍよりも高いプロセスにおいて、ＤＣパルスモードで動作する第３整流器が用いられ得る。回転速度が５０ｒｐｍよりも高い又は１００ｒｐｍよりも高いプロセスにおいて、ＤＣパルスモードで動作する第３整流器の利点がより明らかとなる。
【００５６】
第４実施形態によると、ウェハのノッチが第３電極と完全に一致する位置、つまりノッチの基準点と第３電極の基準点とが一致するのは、本実施形態では、０°位置である。３５０°から１０°の範囲内において、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入る。そして、３５５°から５°の範囲内において、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にある。ウェハのノッチが１０°から３５０°の間にあるとき、ウェハのノッチは第３電極の被覆範囲内に入らない。このとき、第３整流器の出力電流のデューティ周期が高デューティ周期であり、例えば、デューティ周期は１００％であり、第３整流器はＤＣパルスモードにおいて連続的に０．５Ａの電流を出力する。ウェハのノッチが３５０°の位置まで回転すると、第３整流器は出力電流のデューティ周期を減少させ始める。３５０°から３５５°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流のデューティ周期は、初期の１００％から５％へと減少する。３５５°から５°までの回転プロセスの間、ノッチの基準点が第３電極の基準領域内にあり、第３整流器が出力する電流のデューティ周期は、５％に維持される。５°から１０°までの回転プロセスの間、第３整流器の出力電流のデューティ周期は、５％から１００％へと増加する。第３整流器の出力電流のデューティ周期変動は、リニアな変化又は非リニアな変化のどちらでもよい。
【００５７】
第５実施形態
第５実施形態の電気メッキ装置の構造は第１実施形態のものと僅かに異なる。第５実施形態によると、電気メッキ装置は、第１電極５０２と第２電極５０４と第３電極５０６の３つの電極を有している。第１電極５０２は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第１電極は第１電源によって給電される。第２電極５０４はノッチのあるリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。第２電極は第２電源によって給電される。第３電極５０６は湾曲しており第２電極のノッチの位置に配置されている。第３電極は、第３電源から給電される。第３電極５０６の円弧は、第２電極５０４のリングと一致している。第３電極５０６及び第２電極５０４が合わさって全体として完全なリングを形成している。第３電極５０６は、第２電極５０４とは絶縁されている。第１電極５０２、第２電極５０４及び第３電極５０６は、全体としてウェハの全域を覆う。第１電極、第２電極及び第３電極の寸法は、上述した実施形態と同様に実際の要請にしたがって決定されてよく、ここでは詳細を繰り返さない。
【００５８】
第５実施形態の電気メッキ装置の断面構造は上述した実施形態と類似しており、複数の電極、陽極室、陰極室、イオン薄膜、フローフィールド板などを有しているが、ここでは詳細を繰り返さない。
【００５９】
第５実施形態による第３電極は、以下のように動作する。すなわち、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、第３電極の電流密度が第２電極の電流密度と同じである。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、第３電極の電流密度が徐々に減少する。ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、第３電極の電流密度が第２電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する。ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置しているとき、第３電極の電流密度が減少し、ウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御し減少させるという目的が達成される。
【００６０】
第６実施形態
第６実施形態の電気メッキ装置の構造は第１実施形態のものと僅かに異なる。第６実施形態によると、電気メッキ装置は、第１電極と第２電極と第３電極の３つの電極を有している。第１電極は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第１電極は、第１整流器に接続されている。第２電極はノッチのあるリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。第２電極１０４は、第２整流器に接続されている。第３電極は、第２電極のノッチの位置にある。第３電極は、独立した第３整流器ではなくスイッチに接続されている。スイッチは、第２電極と制御電源に接続されている。スイッチは、第３電極が第２電極又は制御電源に接続されるように切り替えられる。第１電極、第２電極及び第３電極が全体としてウェハの全域を覆う。第１電極、第２電極及び第３電極の寸法は、実際の要請にしたがって決定されてよい。第２電極のノッチの形状及び第３電極の形状は、ウェハのノッチにあるフォトレジストの被覆形状に応じて決定される。第２電極のノッチの形状及び第３電極の形状は、ウェハのノッチにあるフォトレジストの被覆形状と一致している。
【００６１】
第６実施形態による第３電極は、以下のように動作する。すなわち、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に位置していないとき、スイッチは、第３電極が第２電極に接続され、両方とも第２整流器に接続されるようにする。第３電極及び第２電極は、第２整流器によって給電される。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、スイッチは、第３電極が第２電極とは非接続とされて制御電源に接続されるようにする。制御電源は出力電流のデューティ周期を調整する。ウェハのノッチがウェハの回転につれて第３電極の被覆領域を外れたとき、スイッチは、第３電極が再び第２電極に接続されるようにする。制御電源がＤＣパルス電流を出力し、ウェハのノッチが第３電極の被覆領域内に入ったとき、制御電源の動作モードは、第４実施形態におけるのと類似したものとなる。
【００６２】
第７実施形態
図７は、本発明の第７実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。第７実施形態の電気メッキ装置の構造は上述した実施形態のものとは異なっている。第７実施形態によると、電気メッキ装置は、第１電極７０２と第２電極７０４の２つの電極のみを有している。第１電極７０２は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第１電極は凹部７２１を有しており、第１電源によって給電される。第２電極７０４はリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。第２電極７０４は、突出部７４１を有しており且つ第２電源から給電される。第２電極７０４の突出部７４１が第１電極７０２の凹部７２１と結合しており、突出部７４１が凹部７２１内に侵入しており、第１電極７０２及びこれと合わさった第２電極７０４が全体としてウェハの全域を覆っている。第１電極及び第２電極の寸法は、上述した実施形態と同様に実際の要請にしたがって決定されてよく、ここでは詳細を繰り返さない。
【００６３】
第７実施形態の電気メッキ装置の断面構造は上述した実施形態と類似しており、複数の電極、陽極室、陰極室、イオン薄膜、フローフィールド板などを有しているが、ここでは詳細を繰り返さない。
【００６４】
第７実施形態による第２電極は、以下のように動作する。すなわち、ウェハのノッチが突出部の被覆領域内に位置していないとき、第２電極の電流密度が通常レベルで一定に維持される。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが突出部の被覆領域内に入ったとき、第２電極の電流密度が徐々に減少する。ウェハのノッチがウェハの回転につれて突出部の被覆領域を外れたとき、第２電極の電流密度が徐々に増加する。そして、ノッチ領域のメッキ高さを制御し減少させるという目的が達成される。
【００６５】
第７実施形態は上述した実施形態と比較して電極を１つ減らし、２つの電極だけが採用されている。構造及び制御は上述した実施形態よりも簡単であるが、ノッチ領域のメッキ高さを制御する目的は達成される。第７実施形態を実施するコストは低く、より経済的である。
【００６６】
第８実施形態
図８は、本発明の第８実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。第８実施形態による電気メッキ装置も、第１電極８０２と第２電極８０６の２つの電極のみを有している。第１電極８０２は、円形であり、第１電極の直径はウェハの直径を被覆するものとなっている。第１電極８０２はノッチ部を有しており、第１電源によって給電される。第２電極８０６は、第１電極８０２のノッチ部の位置にある。第２電極８０６は第２電源によって給電される。第１電極８０２及び第２電極８０６は、全体としてウェハの全域を覆う。第１電極及び第２電極の寸法は、上述した実施形態と同様に実際の要請にしたがって決定されてよく、ここでは詳細を繰り返さない。
【００６７】
第８実施形態の電気メッキ装置の断面構造は上述した実施形態と類似しており、複数の電極、陽極室、陰極室、イオン薄膜、フローフィールド板などを有しているが、ここでは詳細を繰り返さない。
【００６８】
第８実施形態による第２電極は、以下のように動作する。すなわち、ウェハのノッチが第２電極の被覆領域内に位置していないとき、第２電極の電流密度が第１電極の電流密度と同じである。ウェハが回転することで、ウェハのノッチが第２電極の被覆領域内に入ったとき、第２電極の電流密度が徐々に減少し、ウェハのノッチがウェハの回転につれて第２電極の被覆領域を外れたとき、第２電極の電流密度が第１電極の電流密度と同じとなるまで徐々に増加する。
【００６９】
第８実施形態では、上述した実施形態と比べると２つの電極を採用している。１つはノッチのある円形電極であり、もう１つはノッチの位置にある電極である。リング状の電極は用いられていない。第８実施形態は、主として、８インチウェハのような比較的小さな直径のウェハのためのものである。比較的小さなサイズのウェハについては、１つの円形電極及び１つのノッチ電極だけで被覆することができ、ウェハの周辺領域を被覆するために追加のリング電極を必要としない。
【００７０】
上述した第１から第８の実施形態において、電界強度の調整は説明のための例として取り上げている。すなわち、指定領域内でウェハのノッチが受けるパワーの総量を減少させる３つの方法のうちの第一は、ウェハを定速で回転させ、独立した電界の強度を、指定領域内でウェハのノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化させることである。
【００７１】
上述した実施形態に基づくと、ウェハの回転速度の制御と組み合わせることによって、例えば、ウェハのノッチが第３電極（第８実施形態では第２電極）又は突出部の被覆領域に入ったときに、ウェハの回転速度を減少させて、２つ目のやり方が行われる。つまり、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度を低下させて一定値を維持し、ウェハの回転速度を、指定領域内でウェハのノッチが受けるパワーの総量が減少するように変化させる。電界の強度の制御及びウェハの回転速度の制御を組み合わせることによって、よりよいメッキ高さ制御が達成される。
【００７２】
第３の方法は、従来技術で用いられている方法と類似したものであって、主にウェハの回転速度を変更することに基づいている。しかし、ウェハのノッチが指定領域内に入ったとき、この領域の独立した電界の強度を低下させて一定の低い値に維持する。
【００７３】
上述した第１から第８の実施形態は、電気メッキ方法としてもまとめることができる。複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法であって、複数の電極を制御して前記ウェハの前記表面に複数の電界を形成し、指定領域に独立した電界が形成され、独立した電界の強度は独立して制御され、ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させる。
【００７４】
電気メッキ方法は、
ウェハを定速で回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００７５】
または、電気メッキ方法は、
ウェハを回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度が低下して一定値を維持し、ウェハの回転速度を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００７６】
または、電気メッキ方法は、
ウェハを回転させるステップと、
ウェハのノッチが指定領域内にあるとき、独立した電界の強度及びウェハの回転速度の両方を変更することによって、指定領域内でノッチが受けるパワーの総量を減少させるステップとを備えている。
【００７７】
ウェハのノッチが独立した電界の領域に入ったとき、ノッチ領域が受けるパワーの総量を減少させて、ノッチ領域のメッキ高さを減少させる。これにより、パッケージの要求、特にウェハレベルパッケージの要求が満たされる。
【００７８】
同様に、電気メッキ方法が、ウェハの回転速度の制御と結びつけられてもよい。ウェハのノッチが第３電極又は突出部の被覆領域内に入ったとき、ウェハの回転速度が減少する。電界の強度の制御及びウェハの回転速度の制御を組み合わせることによって、よりよいメッキ高さ制御が達成される。
【００７９】
独立した電界の調整は、電流の調整、電圧の調整又はデューティ周期の調整によって達成され得る。独立した電界の強度変更は、リニアでも非リニアでもよい。
【００８０】
上述した第１〜第８の実施形態は、主として、ウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御することに関するものである。本発明の実施形態を拡張すると、指定領域をノッチ領域からウェハの全体エッジ領域に拡張することが可能である。ウェハの製造ラインの拡張につれて、ウェハをさらなる非対称で非一様に配置することがある。ノッチ領域に加えて、ウェハの全体エッジ領域のメッキ高さ制御の問題もある。
【００８１】
さらに、製造効率を上げるために、メッキプロセスの速度を上げることが望ましい。メッキプロセスの速度を上げる重要な手段は、メッキ電流を増加させることである。メッキ効率は高電流メッキを用いることで上昇させることができる。しかし、高電流メッキの一つの副作用は、特にウェハのエッジ領域でメッキの均一性が低下することである。均一性は高電流が用いられるときにはより低下しやすい。
【００８２】
拡張として、本発明の実施形態は、ウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ装置であって、複数の電極を備えており、複数の電極がウェハの表面に複数の電界を形成する。複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、複数の独立した電界の強度が別々に制御される。指定領域内で受けるパワーの総量が、ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される。
【００８３】
第９実施形態
図９ａ及び図９ｂは、本発明の第９実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。図９ａ及び図９ｂに示す第９実施形態によると、電気メッキ装置は、第１電極９０２と第２電極９０４と第３電極９０６の３つの電極を有している。第３電極９０６の数は、上述した実施形態に示す１つだけの第３電極の代わりに、複数となっている点に留意されたい。第１電極９０２は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第２電極は複数のノッチのあるリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。いくつかの第３電極９０６は、第２電極９０４のノッチの位置にある。第１電極９０２、第２電極９０４及び第３電極９０６は、全体としてウェハの全域を覆う。第１電極、第２電極及び第３電極の寸法は、実際の要請にしたがって決定されてよい。図示した実施形態では、第２電極９０４の複数のノッチが周縁部に分布しており、これに対応して、複数の第３電極９０６が周縁部に配置されている。図９ａに示す例では、第２電極９０４の２つのノッチが１８０°のインターバルで分布しており、２つの第３電極９０６もまた１８０°のインターバルで分布している。図９ｂに示す例では、第２電極９０４の３つのノッチが１２０°のインターバルで分布しており、３つの第３電極９０６もまた１８０°のインターバルで分布している。また、第２電極のノッチ及びこれに対応する第３電極の形状及び寸法は、互いに異なっていてもよい。例えば、図９ａでは、２つの第３電極９０６が、互いに異なる形状及び寸法を持つように示されている。図９ｂでは、３つの第３電極９０６が、互いに同じ形状及び寸法を持つように示されている。第３電極及び第２電極のノッチは、周縁部に一様に配置されていてもよいし、不均等に配置されていてもよい。一様な配置とすることによって制御がしやすくなる。
【００８４】
複数の第３電極があるときにおける各第３電極の制御のやり方については、上記した第１〜第６実施形態における動作モードを参照することができる。ウェハのノッチが回転によってある第３電極の被覆領域内に入ったとき、当該第３電極が生成する電界は弱められ、ウェハのノッチが当該第３電極の被覆領域から外れたとき、当該第３電極が生成する電界は強められる。第３電極には独立した第３整流器が設けられているか、或いは、第３電極は第２電極又は制御電源にスイッチによって切り替えられてもよい。第３電極の電界は、定電流モード、定電圧モード又はデューティ周期が調整されるモードで制御されてよい。これらの内容については、上記した第１〜第６実施形態で説明しており、当業者はこれらを第９実施形態に適用することができる。
【００８５】
複数の第３電極を採用した構成の利点は、ウェハのエッジ領域全体に対する制御が実現できることである。複数の指定領域又は連続指定領域におけるメッキ厚の制御は、複数の第３電極を選択的に又は共働的に用いることで達成される。同様に、第９実施形態は、ウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御するためにも適用可能である。この電気メッキ装置は、複数の第３電極がウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御するために用いられるときに適用範囲が広がる。例えば、同様の電気メッキ装置を複数の異なる製品に用いることができる。製品が異なればウェハ上には異なるチップが配置され、ウェハのノッチ領域のフォトレジストの形状及びサイズが大きく異なることがあり、いくつかは２倍又は３倍も相違する。もし第３電極が１つだけであれば、そういった複数の異なる製品にうまく対応することができないだろう。もしサイズ及び形状が異なる複数の第３電極が配置されていれば、これらの複数の第３電極は複数の異なる製品により良く適用することができる。
【００８６】
上述した第１〜第６実施形態で説明した第３電極が１つだけあるモードも、ウェハの周辺領域のような指定領域のメッキ高さを制御するために用いることができる。
【００８７】
第１０実施形態
図１０は、本発明の第１０実施形態による電気メッキ装置における複数の電極の概略構造を示している。第１０実施形態の電気メッキ装置は、第７実施形態に基づいた複数電極形式を発展させたものである。
【００８８】
第１０実施形態による電気メッキ装置は、第１電極１００２と第２電極１００４の２つの電極を備えている。第１電極１００２は、円形であり、ウェハの中央部を被覆している。第１電極には凹部１０２１及び１０２２が設けられている。第１電極は第１電源によって給電される。第２電極１００４はリング状であって、ウェハの周辺領域を被覆している。第２電極１００４には突出部１０４１及び１０４２が設けられている。第２電極は第２電源によって給電される。第２電極１００４の突出部１０４１が第１電極１００２の凹部１０２１と結合しており、突出部１０４１が凹部１０２１内に侵入している。第２電極１００４の突出部１０４２が第１電極１００２の凹部１０２２と結合しており、突出部１０４２が凹部１０２２内に侵入している。第１電極１００２及び第２電極１００４は、全体としてウェハの全域を覆う。第１電極及び第２電極の寸法は、上述した実施形態と同様に実際の要請にしたがって決定されてよく、ここでは詳細を繰り返さない。２つの凹部及び２つの突出部はサイズが異なっている。
【００８９】
複数の凹部及び複数の突出部があるときにおける各凹部及び各突出部の制御方法については、上述した第７実施形態の動作モードを参照することができる。ここでは説明を繰り返さない。
【００９０】
複数の凹部及び複数の突出部を採用した構成の利点は、ウェハのエッジ領域全体に対する制御が実現できることである。複数の指定領域又は連続指定領域におけるメッキ厚の制御は、複数の凹部及び複数の突出部を選択的に又は共働的に用いることで達成される。同様に、第１０実施形態は、ウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御するためにも適用可能である。この電気メッキ装置は、複数の凹部及び複数の突出部がウェハのノッチ領域のメッキ高さを制御するために用いられるときに適用範囲が広がる。例えば、同様の電気メッキ装置を複数の異なる製品に用いることができる。製品が異なればウェハ上には異なるチップが配置され、ウェハのノッチ領域のフォトレジストの形状及びサイズが大きく異なることがあり、いくつかは２倍又は３倍も相違する。もし凹部及び突出部が１つだけであれば、そういった複数の異なる製品にうまく対応することができないだろう。もしサイズ及び形状が異なる複数の凹部及び複数の突出部が配置されていれば、これらの複数の凹部及び複数の突出部は複数の異なる製品により良く適用することができる。
【００９１】
上述した第７及び第８実施形態で説明した凹部及び突出部が１つだけあるモードも、ウェハの周辺領域のような指定領域のメッキ高さを制御するために用いることができる。
【００９２】
第９及び第１０実施形態には、電界の調整及びウェハの回転速度の制御を組み合わせることもできる。第９及び第１０実施形態は、複数の電極を用いてウェハの表面に電気メッキするための電気メッキ方法であって、複数の電極を制御してウェハの表面に複数の電界を形成する方法であると総括することができる。複数の独立した電界が複数の指定領域内に形成され、複数の独立した電界の強度が別々に制御される。指定領域内で受けるパワーの総量が、ウェハの表面上の特定位置でのメッキ厚を制御するように調整される。
【００９３】
本発明の電気メッキ装置及び電気メッキ方法は、電界の強度を直接制御することによって、ウェハのノッチの電気メッキ高さを制御する。ウェハの回転速度のみを変更する従来の制御方法に比べて、本発明はより精度及び信頼性が高く、電気メッキの効率も向上する。
【００９４】
上述した実施形態は当業者が本発明を実現又は使用するためのものであり、本発明の本旨及び原理から外れることなく当業者は様々な変更又は修正を行うことができるものであり、上述した実施形態は様々な変更又及び修正がされてよい。したがって、本発明の保護範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴の最大範囲は特許請求の範囲にしたがうべきである。
【図１】
2021525312.tif 000003
【図２ａ】
2021525312.tif 000004
【図２ｂ】
2021525312.tif 000005
【図２ｃ】
2021525312.tif 000006
【図３】
2021525312.tif 000007
【図４】
2021525312.tif 000008
【図５】
2021525312.tif 000009
【図６】
2021525312.tif 000010
【図７】
2021525312.tif 000011
【図８】
2021525312.tif 000012
【図９ａ】
2021525312.tif 000013
【図９ｂ】
2021525312.tif 000014
【図１０】
2021525312.tif 000015
【国際調査報告】
2021525312.tif 000016
2021525312.tif 000017