(57)【要約】【課題】  ウエハ上に供給されるメッキ液の流れおよび流圧の分布を均一化して、ウエハ上に均一な金属層を形成することができる電気メッキ装置を提供する。【解決手段】  電気メッキ装置は、網状アノード電極とウエハのような被処理物との間に配置されるフロー分配手段を具備するので、ウエハに設けられたバイアホール内に金属を均一に成長させることができ、従って、金属層の形成むらやバイアホール内への不完全な金属の充填などの不具合を効果的に防ぐことができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メッキ領域およびその周縁に少なくとも１つの電気接点を有する被処理物に電気メッキを施すための電気メッキ装置であって、下部に被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)を内部に有する浴槽と、前記浴槽内に配置される網状アノード電極と、前記被処理物インターフェースの周縁に配置され、前記被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極と、前記網状アノード電極と被処理物との間に配置されるフロー分配手段(flow-distribution device)とを具備し、前記フロー分配手段は、被処理物に対して一様な流圧でメッキ液の均一な分布を提供するための複数のフロー分配孔を有することを特徴とする電気メッキ装置。
【請求項２】
上記フロー分配孔の形状は、円錐状もしくは円筒Ｈ形状(cylindrical H-shape)であることを特徴とする請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項３】
上記浴槽は流入口と少なくとも１つの排水口とを有し、前記流入口から供給されたメッキ液は網状アノード電極を経てフロー分配手段に達し、フロー分配手段により均一に分配されたメッキ液の乱流が被処理物に提供され、次いでメッキ液は前記排水口を介して浴槽の外部に排出され、これにより、上記浴槽内のメッキ液がリフレッシュされることを特徴とする請求項１に記載の電気メッキ装置。
【請求項４】
メッキ領域およびその周縁に少なくとも１つの電気接点を有する被処理物に電気メッキを施すための電気メッキ装置であって、被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)を有する外部浴槽と、外部浴槽内に配置され、フロー分配手段インターフェース(flow-distribution device interface)を有する内部浴槽とで構成される浴槽と、前記内部浴槽内に配置される網状アノード電極と、前記被処理物インターフェースの周縁に配置され、前記被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極と、前記網状アノード電極と被処理物との間で前記フロー分配手段インターフェースに配置されるフロー分配手段とを具備し、前記フロー分配手段は、被処理物のメッキ領域にメッキ液の均一に分配された流れを提供するための複数のフロー分配孔を有することを特徴とする電気メッキ装置。
【請求項５】
上記外部浴槽は排水口を有し、上記内部浴槽は流入口を有し、前記流入口から供給されたメッキ液は網状アノード電極を経てフロー分配手段に達し、フロー分配手段により均一に分配されたメッキ液の乱流が被処理物に提供され、次いでメッキ液は前記排水口を介して浴槽の外部に排出され、これにより、上記浴槽内のメッキ液がリフレッシュされることを特徴とする請求項４に記載の電気メッキ装置。
【請求項６】
上記内部浴槽は、第１開口とそれよりも大きい第２開口とを有する漏斗形状を有し、上記流入口は第１開口によって提供され、フロー分配手段は第２開口に収容されることを特徴とする請求項４に記載の電気メッキ装置。
【請求項７】
メッキ領域およびその周縁に少なくとも１つの電気接点を有する被処理物に電気メッキを施すための電気メッキ装置であって、前記電気メッキ装置は以下の構成を含むことを特徴とする：
前記被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)を有する外部浴槽；
外部浴槽の内部に同軸状に配置される内部浴槽、前記内部浴槽は、メッキ液を被処理物インターフェースに向かわせるため内部浴槽の第１開口付近にフロー分配手段インターフェース（flow-distribution device interface)を有し、前記フロー分配手段インターフェースに配置されるフロー分配手段は、被処理物のメッキ領域に対して一様な流圧でメッキ液の均一な分布を提供するための複数のフロー分配孔を有する；
前記内部浴槽に配置される網状アノード電極；
前記外部浴槽の被処理物インターフェースの周縁に配置され、前記被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極；
前記内部浴槽の第２開口に接続され、第２開口を介してメッキ液を内部浴槽に供給するためのメッキ液供給装置、前記メッキ液は前記網状アノード電極とフロー分配手段を経て流れた後、前記外部浴槽の排水口を介して排出され、リフレッシュされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気メッキ装置、特に被処理物上に均一な電気めっきを施すためのフロー分配手段を備えた電気メッキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ（集積回路）の高集積化に伴い、高密度ＩＣにおける配線の形成にＩＣ表面領域だけではもはや十分でない。また、金属酸化物半導体トランジスタの小型化によって、所定の表面領域内により多くの配線が必要となっている。そこで、マルチレベルメタライゼーションプロセス（ＭＭＰ:Multilevel Metallization Process）がＩＣ製造に汎用されている。
【０００３】
ＭＭＰにおいては、接点開口や誘電体開口がまずエッチング除去によって形成され、次いでこれらに金属が充填され接点プラグやバイアプラグ(via plug)が形成される。次に、金属配線が接点プラグやバイアプラグに接続される。一般に、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）もしくは電気メッキが金属層を成長させる方法として利用されている。これらの方法において、ＰＶＤやＣＶＤにかかるコストは電気メッキに要するコストに比して高く、ＰＶＤおよびＣＶＤに共通してみられるギャップ充填時における欠陥は、配線の品質を低下させる。さらに、ＰＶＤやＣＶＤにおける場合ほど電気メッキ工程においてクリーンルームの必要性は高くない。したがって、金属配線を成長させるために電気メッキを利用することは、ＩＣ製造における金属層の形成にとってより良い選択と言える。
【０００４】
図１に従来の電気メッキ装置の一例を示す。この電気メッキ装置１００は、ウエハ１０２に電気メッキするために用いられる。ウエハ１０２は、活性表面１０２ａと背面１０２ｂとを有する。活性表面１０２ａの中心付近が電気メッキ領域１０２ｃであり、活性表面１０２ａの周縁には少なくと１つの電気接点１０２ｄが設けられている。また、電気メッキ領域１０２ｃには複数のバイアホール（図示せず）が設けられている。
【０００５】
電気メッキ装置１００は、外部浴槽１０４、内部浴槽１０６、網状アノード電極１０８、カソード電極１１０、およびメッキ液供給装置１１２とで構成される。内部浴槽１０６は、漏斗形状を有し、外部浴槽１０４内に大きい方の開口が下を向くように配置される。内部浴槽の下部開口は外部浴槽よりも小さく設計されている。網状アノード電極１０８は、内部浴槽１０６の内部に配置される。カソード電極１１０は、外部浴槽の底部に配置され、ウエハ１０２の電気接点１０２ｄに電気的に接続される。カソード電極１１０は、ウエハ１０２ａと外部浴槽１０４とをぴったりと連結し、メッキ液が洩れ出るのを防いでいる。
【０００６】
メッキ液供給装置１１２は、内部浴槽１０６の小さい方の開口を介して内部浴槽１０６内にメッキ液を供給する。供給されたメッキ液は内部浴槽１０６から外部浴槽１０４に向かって流れ、内部浴槽と外部浴槽との間の隙間を介して外部浴槽内を満たす。その後、メッキ液はメッキ液供給装置１１２に戻され、メッキ液の循環が完了する。このように、外部浴槽１０６および内部浴槽１０４内に新しいメッキ液を供給することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＩＣの高集積化にともない、回路の構成要素の寸法が減少し、ウエハ上のバイアホールの寸法もそれに対応して小さくなっているので、従来の電気メッキプロセスにおいては、ウエハ上に形成された金属層にむらが生じたり、金属層がバイアホール内に部分的にしか充填されないといった問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は、従来の電気メッキ装置の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ウエハ上にメッキ液の均一な分布を実現して、ウエハ上に均一な金属層を形成できるとともに、バイア内への金属層の良好な充填を達成可能なメッキ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明のメッキ装置は、メッキ領域、およびその周縁に少なくとも１つの電気接点を有する被処理物に電気メッキを施すための装置であって、下部に被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)、すなわち処理空間を内部に有する浴槽と、浴槽内に配置される網状アノード電極と、被処理物インターフェースの周縁に配置され、被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極と、網状アノード電極と被処理物との間に配置されるフロー分配手段(flow-distribution device)とを具備し、フロー分配手段は、被処理物に対して一様な流圧でメッキ液の均一な分布を提供するための複数のフロー分配孔を有することを特徴とする。
【００１０】
要するに、本発明の電気メッキ装置は、内部に被処理物が配置され、固定される浴槽を有し、網状アノード電極が浴槽内に配置され、カソード電極は浴槽の底部に配置されて被処理物の周縁にある電気接点に電気的に接続され、フロー分配手段は、複数の孔を有し、これらの孔を介してメッキ液を被処理物上に均一に分配することを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態として、フロー分配手段は絶縁材料で構成されることが好ましく、フロー分配手段の複数の孔はフロー分配手段に均一に分布し、孔の形状は円錐形状もしくは円筒Ｈ形状であることが好ましい。
【００１２】
また、浴槽は、メッキ液の流入口と少なくとも一つのメッキ液の排水口と具備することが好ましい。この場合、メッキ液は、流入口を介して浴槽内に供給され、網状アノード電極およびフロー分配手段を経て被処理物上にメッキ液の均一に分布する流れが提供される。次いで、メッキ液は排水口を介して浴槽の外部に排出され、新鮮なメッキ液が再び流入口を介して浴槽内に供給される。このようにメッキ液を循環させることで常に新鮮なメッキ液を被処理物のメッキ領域に供給することができる。
【００１３】
さらに、上記した浴槽は、外部浴槽と内部浴槽とで構成されることが好ましい。この場合、被処理物が固定される被処理物インターフェースは外部浴槽内に設計され、内部浴槽は外部浴槽内に配置される。また、フロー分配手段は、メッキ液が被処理物インターフェースに向かって流れるように内部浴槽内に配置される。外部浴槽は、メッキ液の排水口を有し、内部浴槽はメッキ液の流入口を有する。このような構成において、メッキ液は流入口から内部浴槽内に流れ込み、網状アノード電極およびフロー分配手段を経て被処理物インターフェース領域に到達する。メッキ液はフロー分配手段によってその流れ及び流圧が均一にされて被処理物インターフェース領域に配置された被処理物に接触する。メッキ液は被処理物インターフェースを通過した後、外部浴槽の排水口を介して外部浴槽から排出される。このように、流入口を介してのメッキ液の供給と排出口からのメッキ液の回収を継続することにより、被処理物インターフェースには常に新鮮なメッキ液を循環的に供給することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気メッキ装置は、被処理物に対してメッキ液の均一な流れ及び流圧を提供し、被処理物の表面に均一にメッキ液を分布させるためのフロー分配手段をメッキ浴内に有するので、金属層を被処理物上に均一に成長させることができる。
【００１５】
本発明のさらなる目的および効果は、以下の発明を実施するための最良の形態からさらに明確に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態にかかる電気メッキ装置の断面図およびこの電気メッキ装置の内部浴槽の斜視図を図２および図３にそれぞれ示す。
【００１７】
図２および図３に示すように、本発明の電気メッキ装置２００は、浴槽２０１、網状アノード電極２０６、フロー分配部材２０８、カソード電極２１０、およびメッキ液供給装置２１２とで構成される。
【００１８】
本実施形態においては、浴槽２０１は外部浴槽２０２と内部浴槽２０４とでなる。外部浴槽２０２には、メッキされるべき被処理物が配置される被処理物インターフェース２０２ａが設けられる。被処理物インターフェース２０２ａは被処理物にメッキ処理が施される処理空間に相当し、本実施形態では被処理物であるウエハ２１４を電気メッキするために設計されている。
【００１９】
被処理物であるウエハ２１４は、被処理物インターフェース２０２ａの下部に配置され、封止手段（図示せず）によりウエハ２１４が外部浴槽２０２の下端にしっかりと連結される。これにより、ウエハ２１４は外部浴槽の底部を完全に封止してメッキ液を外部浴槽内に貯めることができる。ウエハ２１４は、活性領域２１４ａと不活性領域２１４ｂを有する。活性領域２１４ａの中心部はメッキ領域２１４ｃであり、その周縁には少なくとも一つの電気接点２１４ｄが設けられている。また、複数のバイアホール（図示せず）がメッキ領域２１４ｃに設けられている。例えば、内部浴槽２０４は漏斗形状に形成され、図２に示すように外部浴槽内に配置される。すなわち、内部浴槽２０４の大きい方の開口２０４ａが下を向くように配置され、メッキ液が供給される内部浴槽の小さい方の開口２０４ｂが上を向くように外部浴槽内に配置される。内部浴槽２０４の大きい方の開口２０４ａの直径は外部浴槽２０２の直径よりも小さく、大きい方の開口２０４ａと外部浴槽２０２の被処理物インターフェース２０２ａとの間に空間が提供される。
【００２０】
網状アノード電極２０６は内部浴槽の内側に配置され、網状アノード電極２０６と大きい開口２０４ａとの間には空間が提供される。
【００２１】
フロー分配部材２０８は、網状アノード電極２０６と被処理物であるウエハ２１４との間に配置される。例えば、フロー分配部材２０８は所定パターンで配列させた複数のフロー分配孔を有し、内部浴槽２０４の大きい方の開口２０４ａ付近に配置される。フロー分配孔２０８ａの配列パターンとしては、フロー分配孔２０８ａはフロー分配部材２０８に均一に分布するように形成することが好ましく、例えば、図４に示すような位置関係となるように複数のフロー分配孔を配置することが好ましい。図４はフロー分配部材２０８の部分上面図を示しており、横方向に隣接するフロー分配孔は距離Ｙで離されており、斜め方向に隣接するフロー分配孔２０８ａは距離Ｚで離されている。すなわち、これら３つのフロー分配孔の中心は略正三角形を構成するように配置される。
【００２２】
本発明においては、フロー分配孔２０８ａの形成により、ウエハ上におけるメッキ液の摂動(perturbation motion)が増大し、これが不均一に分散された流体の流れおよび流圧を補償するので、結果的に、金属層をウエハ２１４上に均一に成長させることができる。したがって、不均一な金属層の形成やバイアホールの不完全な充填などを効果的に防ぐことができるのである。尚、本実施例では、フロー分配部材２０８は内部浴槽２０４とは個別に開口２０４ａ付近に設けられているが、フロー分配部材２０８と内部浴槽２０４を一体構造となるように形成してもよい。
【００２３】
フロー分配孔の形状としては、例えば、図５のフロー分配部材２０８の厚み方向における部分断面図に示されるように、フロー分配孔２０８ａの形状を円錐形状とすることが好ましい。すなわち、フロー分配部材の一方の表面に開口する孔の直径が、対向する側の表面に開口する孔の直径よりも大きくなるように、等脚台形でなる断面を有するフロー分配孔とすることが好ましい。この場合、円錐形状の孔の小さい方の開口をウエハ２１４のメッキ領域２１４ｃに向けて配置することが好ましい。
【００２４】
また、フロー分配孔２０８ａの別の好ましい形状として、図６に示されるような円筒Ｈ形状の断面を有することが好ましい。ここで、円筒Ｈ形状とは、図６に示されるような、フロー分配部材の一対の表面に貫通孔を形成した後、その貫通孔の入口付近及び出口付近においてテーパ部を形成して内部に比べて開口径を大きくした形状を含むものとして定義される。このような形状は、例えば、ドリルによる穴あけ加工によって形成できる。好ましくは、円筒型Ｈ形状を有する孔は、図４（ｃ）に示されるような異なる直径を有することが好ましい。フロー分配部材２０８とウエハ２１４との間の距離は、例えば０．１ｍｍ〜５００ｍｍの範囲とすることができる。このような形状とすることにより、フロー分配孔の入口付近に達したメッキ液は一旦テーパ部で集束された後、出口付近のテーパ部で再びメッキ液が放散されてフロー分配孔を通過することになる。
【００２５】
カソード電極２１０は、外部浴槽２０２内に被処理物インターフェース２０２ａの横方向に隣接して配置され、ウエハ２１４の電気接点に電気的に接続される。このように、カソード電極はウエハ２１４に電気的に連結される。
【００２６】
電気メッキ液供給装置２１２はメッキ液を汲み上げ、内部浴槽２０４の開口２０４ｂを介して内部浴槽２０４内にメッキ液を供給する。メッキ液は網状アノード電極２０６およびフロー分配部材２０８を経て被処理物であるウエハ２１４に到達する。次いで、メッキ液は内部浴槽２０４と外部浴槽２０２との間の隙間を介して外部浴槽に流れ込み、外部浴槽がメッキ液で満たされる。その後、メッキ液は排水口を介してメッキ液供給装置に戻され、メッキ液の循環が完了する。このメッキ液を循環させることにより内部浴槽および外部浴槽内には常に新鮮なメッキ液が提供される。
【００２７】
上記した本発明の好ましい実施形態にかかる電気メッキ装置を用いて、以下のように電気メッキを行うことができる。
【００２８】
図２に示すように、ウエハ２１４が外部浴槽２０２の被処理物インターフェース２０２ａの下側に配置され、カソード電極２１０がウエハ２１４の電気接点２１４ｄに電気的に接続される。封止手段（図示せず）によってウエハ２１４が外部浴槽２０２にぴったりと連結され、ウエハ２１４は外部浴槽の底板を形成する。これによりメッキ液を外部浴槽内に貯めることができる。
【００２９】
メッキ液供給装置２１２は、メッキ液を汲み上げて開口２０４ｂを介して内部浴槽２０４内に供給する。メッキ液はフロー分配部材２０８のフロー分配孔２０８ａを介して外部浴槽２０２内に流れ込む。フロー分配孔２０８ａは、ウエハ２１４にメッキ液の一様な流れと流圧を提供するように、すなわちメッキ液が被処理物のウエハの少なくともメッキ領域に均一に分配されるように設計されている。これにより、ウエハ２１４のメッキ領域に設けられたバイアホールの各々にメッキ液を均一に供給することができる。
【００３０】
その後、メッキ液は内部浴槽２０４と外部浴槽２０２との間の空間を介して徐々に外部浴槽内を満たしてゆく。外部浴槽内を満たしたメッキ液はメッキ液供給装置２１２に排水口を介して戻され、メッキ供給装置−内部浴槽−被処理物−外部浴槽−メッキ供給装置でなるメッキ液の循環経路が形成される。電気メッキを行う際は、電源に接続された網状アノード電極とカソード電極に電力を供給すればよい。電気メッキ中、メッキ液は均一に被処理物のメッキ領域に分散され、一様な流圧でウエハに供給されるので、金属はウエハの各バイアホール内おいて均一に成長することができて、メッキ液の不均一な流れによってバイアホール内に不完全な金属の充填が生じるのを効果的に防止することができる。
【００３１】
本発明の実施形態において、電気メッキ浴２０１は外部浴槽２０２と内部浴槽２０４とで構成されているが、本発明を実施するために単一の電気メッキ浴内にフロー分配部材を一体に設けても良い。この場合においても、ウエハの各バイアホール内に金属層を均一に成長させることができる。従って、不均一な金属層の形成や不完全なバイアホール内への金属の充填などの不具合の発生を解消することができる。
【００３２】
以上、本発明にかかる電気メッキ装置を好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、これらは本発明の技術思想を理解するためのものであって、本発明を限定する意味に解釈されるべきでない。また、本発明の技術思想を逸脱しない限りにおいて、本発明の構成を適宜変更してもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
上記したように、本発明の電気メッキ装置によれば、内部浴槽２０４と外部浴槽２０２とでなる電気メッキ浴２０１が一様な流圧でメッキ液をウエハ２１４上に均一に分散させるためのフロー分配部材２０８を備え、メッキ液供給装置２１２によってメッキ液を循環させているので、常に新鮮なメッキ液をウエハ２１４に供給しながら、各バイアホール内に均一にメッキ液を到達させて電気メッキを行うことができる。したがって、ＩＣ製造に電気メッキプロセスを採用する場合に、ウエハ上に形成された金属層にむらが生じたり、金属層がバイアホール内に部分的にしか充填されないといった問題を解消でき、高品質で均一な電気メッキを効率よく被処理物に提供することができる電気メッキ装置として期待されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】先行技術に基づく電気メッキ装置を示す概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に基づく電気メッキ装置を示す概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に基づく電気メッキ装置の内部浴槽を示す概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に基づく電気メッキ装置のフロー分配部材の部分上面図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に基づくフロー分配孔の断面形状を示す図である。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態に基づくフロー分配孔の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
２００              電気メッキ装置
２０２              外部浴槽
２０２ａ            被処理物インターフェース
２０４              内部浴槽
２０４ａ、２０４ｂ  開口
２０６              網状アノード電極
２０８              フロー分配部材
２１０              カソード電極
２１４              ウエハ
２１４ａ            活性領域
２１４ｂ            不活性領域
２１４ｃ            メッキ領域
２１４ｄ            電気接点
【図１】
2005126754.tif 000003
【図２】
2005126754.tif 000004
【図３】
2005126754.tif 000005
【図４】
2005126754.tif 000006
【図５】
2005126754.tif 000007
【図６】
2005126754.tif 000008