(57)【要約】【課題】メッキ液の劣化を抑えて、噴流密閉方式の電解あるいは無電解メッキ法により成膜されるメッキ膜の信頼性を向上することのできる技術を提供する。【解決手段】定圧機構１２により圧力をコントロールされた不活性ガスを不活性ガス供給管１１からカップ外周部９へ供給し、メッキ処理カップ２に半導体ウエハ１を載置した後、噴流ポンプ５を駆動させて貯液温調槽３内のメッキ液４をメッキ処理カップ２に供給して、半導体ウエハ１の主面にメッキ処理を行い、カップ外周部９内および液戻り配管１０内を大気圧に保った状態で、半導体ウエハ１とメッキ処理カップ２との隙間からカップ外周部９に排出されたメッキ液４を液戻り配管１０を介して貯液温調槽３へ戻す。【選択図】      図２
2005064016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスをカップ外周部に接続された１つまたは複数の不活性ガス供給管から前記カップ外周部へ供給する工程と、
（ｂ）メッキ処理カップに半導体ウエハを載置する工程と、
（ｃ）噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの主面にメッキ処理を行う工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記カップ外周部に排出された前記メッキ液を液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
（ａ）定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスをカップ外周部に接続された１つまたは複数の不活性ガス供給管から前記カップ外周部へ供給する工程と、
（ｂ）メッキ処理カップに半導体ウエハを載置する工程と、
（ｃ）噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの主面にメッキ処理を行う工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記カップ外周部に排出された前記メッキ液を液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記メッキ処理時の前記カップ外周部内および前記液戻り配管内を大気圧に保つことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
（ａ）定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスをカップ外周部に接続された１つまたは複数の不活性ガス供給管から前記カップ外周部へ供給する工程と、
（ｂ）メッキ処理カップに半導体ウエハを載置する工程と、
（ｃ）噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの主面にメッキ処理を行う工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記カップ外周部に排出された前記メッキ液を液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記不活性ガスは、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスをカップ外周部に接続された複数の不活性ガス供給管から前記カップ外周部へ供給する工程と、
（ｂ）メッキ処理カップに半導体ウエハを載置する工程と、
（ｃ）噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの主面にメッキ処理を行う工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記カップ外周部に排出された前記メッキ液を液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記カップ外周部は複数のブロックに分割されており、前記複数のブロックにそれぞれ接続された前記不活性ガス供給管から前記不活性ガスが供給されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
（ａ）定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスをカップ外周部に接続された１つまたは複数の不活性ガス供給管から前記カップ外周部へ供給する工程と、
（ｂ）メッキ処理カップに半導体ウエハを載置する工程と、
（ｃ）噴流ポンプを駆動させて、貯液槽内のメッキ液を前記メッキ処理カップへ供給し、前記半導体ウエハの主面にメッキ処理を行う工程と、
（ｄ）前記半導体ウエハと前記メッキ処理カップとの隙間から前記カップ外周部に排出された前記メッキ液を液戻り配管を介して前記貯液槽へ戻す工程とを有し、
前記カップ外周部と前記定圧機構との間の前記不活性ガス供給管に設けられた自動バルブによって前記不活性ガスの供給をコントロールすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体ウエハにメッキ処理を施す電解あるいは無電解メッキ法に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造では電解メッキ法によってＡｕ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属膜が形成されている。例えば半導体ウエハ上に数１０〜１００μｍ程度の大きさのバンプ（突起状の接続電極）を形成する工程、または半導体ウエハに形成された溝または接続孔に金属を埋め込んで配線を形成する工程などで電解メッキ法は用いられており、これまでに様々な電解メッキ法および電解メッキ装置が提案されている。
【０００３】
例えば直列に配置された複数のメッキ処理部を一連の密閉構造とし、その内部に不活性ガスを充満させ、複数のメッキ処理部に挿通されたテープに対して、各メッキ処理部において非シンカ系メッキ液による電解メッキを行うメッキ方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、処理液を貯留する処理液層と一対の電極とを有する、基板に液処理を施す液処理装置と、処理液を貯留する処理液貯留タンクと、処理液貯留タンクから液処理装置に処理液を供給する処理液供給系と、処理液供給系に介在した、処理液供給系内を流れる処理液から溶存酸素を除去する溶存酸素除去装置とを具備する液処理システムが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、被処理基板の被処理面に電解メッキ浴を与えるための電解メッキ槽と、電解メッキ槽を不活性ガスの雰囲気下に置くための処理室と、処理室内の不活性ガス雰囲気中で被処理基板を加熱するための加熱部とを有する電解メッキ装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、内部の底面部においてウエハの被メッキ面を上向きで指示するメッキ槽と、メッキ槽の内部においてウエハの上方に配置され、多数の細孔を有する細孔構成体と、メッキ槽の内部においてメッキ液中に配置され、細孔構成体の細孔に対するメッキ槽内のメッキ液の流れを形成して細孔構成体の細孔からウエハ上面に向けてメッキ液を噴流として吐出させるためのインペラとを備えた枚葉式メッキ装置が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３０４８０号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−３６３７９２号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開２００２−２１２７８４号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平１１−１８９９００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハを対象とした電解メッキ法では、一般に噴流方式とディップ方式とが用いられている。本発明者らは、自動化に適している噴流方式について検討した。図７に、本発明者らによって検討された噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。
【００１２】
電解メッキは以下のように行うことができる。まず処理面に導電性薄膜を着けた半導体ウエハ２１をメッキ処理カップ２２に自動搬送し、処理面を下向きにセットする。続いて貯液温調槽２３に蓄えられたメッキ液２４を噴流ポンプ２５によってメッキ処理カップ２２内へ導入し、半導体ウエハ２１の下向きの処理面全面にメッキ液２４を接触させる。その時、半導体ウエハ２１側をカソード電極２６、メッキ処理カップ２２内に設けられた被メッキ金属または白金類をアノード電極２７として通電し、半導体ウエハ２１の主面に所定のメッキ膜を形成する。
その後、メッキ処理カップ２２から半導体ウエハ２１を自動回収し、水洗、乾燥を行った後、半導体ウエハ２１をウエハカセットに収納する。メッキ処理カップ２２からあふれたメッキ液２４は、カップ外周部２８および液戻り配管２９を通って貯液温調槽２３に戻り、循環を繰り返す。
【００１３】
この噴流密閉方式の電解メッキ装置では、メッキ液２４と空気との接触を防ぐために、メッキ液２４が流れるカップ外周部２８および液戻り配管２９が密閉されており、これにより酸素との反応によるメッキ液２４の劣化を防ぐことができる。例えばＡｕバンプの成膜に使用する亜硫酸金を主成分としたノンシアン系金メッキ液は、酸素と反応して短時間で劣化しやすいが、噴流密閉方式の電界メッキ装置を採用することによりメッキ液の劣化が抑えられるので、要求するＡｕバンプの硬さまたは表面粗さ等を得ることができる。
【００１４】
しかしながら、メッキ液２４の流動によりカップ外周部２８に負圧が発生し、負圧になることによってメッキ液２４内に飽和して溶け込んでいる気泡が大きくなることが明らかとなった。この大きくなった気泡によって半導体ウエハ２１上のメッキ膜にメッキ欠陥が生じ、例えば上記Ａｕバンプを成膜した際には、Ａｕバンプの形状の不揃いまたはＡｕバンプの付着不良などが生ずる。さらにメッキ処理カップ２２内に負圧が残った場合は、半導体ウエハ２１がメッキ処理カップ２２から外せなくなり、処理終了時の自動搬送において半導体ウエハ２１の受け渡しのトラブルが危惧される。
【００１５】
本発明の目的は、メッキ液の劣化を抑えて、噴流密閉方式の電解メッキ法により成膜されるメッキ膜の信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
本発明は、定圧機構により圧力をコントロールされた不活性ガスを１つまたは複数の不活性ガス供給管からカップ外周部へ供給し、メッキ処理カップに半導体ウエハを載置した後、噴流ポンプを駆動させて貯液槽内のメッキ液をメッキ処理カップに供給して、半導体ウエハの主面にメッキ処理を行い、半導体ウエハとメッキ処理カップとの隙間からカップ外周部に排出されたメッキ液を液戻り配管を介して貯液槽へ戻すものであり、カップ外周部内および液戻り配管内を大気圧に保ち、メッキ液の酸化およびメッキ液中での気泡の膨らみを防止するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１である電解メッキ法を図１および図２に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を用いて説明する。図中、１は半導体ウエハ、２はメッキ処理カップ、３は貯液温調槽、４はメッキ液、５は噴流ポンプ、６はカソード電極、７はアノード電極、８はメッキ電源、９はカップ外周部、１０は液戻り配管、１１は不活性ガス供給管、１２は定圧機構を示す。
【００２１】
図１に示すように、電解メッキ装置Ｍ１にはカップ外周部９の側壁上部に接続された不活性ガス供給管１１が備わっており、まずこの不活性ガス供給管１１から不活性ガスをカップ外周部９へ供給する。続いて処理面に導電性薄膜を着けた半導体ウエハ１をウエハカセットからメッキ処理カップ２に自動搬送し、処理面を下向きにして半導体ウエハ１をメッキ処理カップ２にセットする。
【００２２】
次に、図２に示すように、噴流ポンプ５を駆動させて貯液温調槽３に貯留されたメッキ液４をメッキ処理カップ２内に供給し、半導体ウエハ１の下向きの処理面全面にメッキ液４を接触させる。その時、半導体ウエハ１側をカソード電極６、メッキ処理カップ２内に設けられた被メッキ金属または白金類をアノード電極７としてメッキ電源８を用いて通電し、半導体ウエハ１の主面に所定のメッキ膜を形成する。メッキ液４は、例えば亜硫酸金を主成分とするノンシアン系金メッキ液を例示することができ、このメッキ液を用いることにより、例えば半導体ウエハ１の主面にＡｕバンプを形成することができる。メッキ処理に使用されたメッキ液４は、半導体ウエハ１とメッキ処理カップ２との隙間からカップ外周部９へ排出され、液戻り配管１０を通り貯液温調槽３へ戻されて、循環されながら再度メッキ処理に使用される。
【００２３】
メッキ処理を行っている際、カップ外周部９および液戻り配管１０内はメッキ液４の流れにより負圧となるが、定圧機構１２によって圧力コントロールされた不活性ガス、例えばＮ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒなどが不活性ガス供給管１１からカップ外周部９に充填されてカップ外周部９および液戻り配管１０内は常圧、例えば大気圧に保たれる。またカップ外周部９および液戻り配管１０内を大気圧に保つために供給された不活性ガスは、メッキ液４に沿って流れて、液戻り配管１０から貯液温調槽３に満たされる。定圧機構１２は、例えばレギュレータであり、カップ外周部９および液戻り配管１０内を一定の圧力（大気圧）に保つように不活性ガスを供給することができる。
【００２４】
これにより、メッキ液４が接する配管内全てが不活性ガスで満たされるので、メッキ液４が酸化され難くなり、また余分な加圧も防止されるので、メッキ液４中への気体の溶け込みも防止される。さらに配管内の圧力差が低減されるので、メッキ液４内に飽和して溶け込んでいる気泡が大きくならず、メッキ膜のパターン不良を低減することができる。例えばＡｕバンプを成膜した際には、Ａｕバンプの形状の不揃いまたはＡｕバンプの付着不良などを低減することができる。
【００２５】
次に、所定の厚さのメッキ膜が得られたところで、メッキ電源８からの通電を停止し、噴流ポンプ５を停止して、メッキ処理カップ２へのメッキ液４の供給を停止する。その際、メッキ液４は重力により貯液温調槽３に戻り、メッキ処理カップ２内は負圧になるが、圧力コントロールを行った不活性ガス供給管１１から不活性ガスが充填されて、メッキ処理カップ２内は大気圧に保たれる。
【００２６】
次に、メッキ処理カップ２から半導体ウエハ１を自動回収する。その際、メッキ処理カップ２内は大気圧に保たれているので、半導体ウエハ１をメッキ処理カップ２から容易に外すことができて、自動搬送において半導体ウエハ１の受け渡しのトラブルを防ぐことができる。その後、半導体ウエハ１を水洗し、乾燥させた後、ウエハカセットに収納する。
【００２７】
なお、図１および図２に示した電解メッキ装置Ｍ１では不活性ガス供給管１１を１箇所に設けたが、これに限定されるものではなく、複数箇所に不活性ガス供給管１１を設けてもよい。
【００２８】
図３に、不活性ガス供給管を２箇所設けた噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。この電界メッキ装置Ｍ２では、２箇所から不活性ガスをカップ外周部９へ供給することにより、カップ外周部９へ迅速に不活性ガスを供給することができる。
【００２９】
このように、本実施の形態１によれば、メッキ処理カップ２からメッキ液４が流れ出るカップ外周部９に不活性ガスを供給して、配管内全体に不活性ガスを行き渡らせることにより、メッキ液４の酸化およびメッキ液４中での気泡の膨らみを防いで、メッキ液４の劣化を防ぐことができる。さらに半導体ウエハ１の受け渡し時の搬送トラブルを防ぐことができる。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２である電解メッキ法を図４に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略図を用いて説明する。図４（ａ）はカップ外周部およびその周辺部分を示す概略平面図であり、図４（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線における概略断面図である。
【００３１】
電解メッキ装置Ｍ３は、前記実施の形態１の電解メッキ装置Ｍ１と同様に、定圧機構１２によって圧力コントロールされた不活性ガスが不活性ガス供給管１１からカップ外周部９に充填されて、配管内を大気圧に保つことができる。さらにカップ外周部９は８つに分割されており、各ブロック９ａ〜９ｈに定圧機構１２を設けて、任意の圧力にコントロールされた不活性ガスを各ブロック９ａ〜９ｈにそれぞれ供給することができる。
【００３２】
このように、本実施の形態２によれば、定圧機構１２によって圧力がコントロールされた不活性ガスをブロック９ａ〜９ｈ毎に導入することができるので、メッキ液４が流れるカップ外周部９の圧力が均一化されて、メッキ処理カップ２内の液流を均一化、整流化することができる。これにより、半導体ウエハ１面内におけるメッキ膜の成長速度を均一化して、メッキ膜の厚さのバラツキを抑えることができる。さらに半導体ウエハ１の形状（例えばオリフラ、ノッチなどを備えた形状）、液戻り配管１０の配置、半導体ウエハ１とカップ外周部９とのクリアランス誤差等によって生ずるカップ外周部９におけるメッキ液４の流速の違いを、ブロック９ａ〜９ｈ毎に不活性ガスの圧力をコントロールすることにより修正することができるので、半導体ウエハ１面内におけるメッキ膜の厚さのバラツキを補正することが可能となる。
【００３３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３である電解メッキ法を図５に示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を用いて説明する。
【００３４】
電解メッキ装置Ｍ４は、前記実施の形態１の電解メッキ装置Ｍ１と同様に、定圧機構１２によって圧力コントロールされた不活性ガスが不活性ガス供給管１１からカップ外周部９に充填されて、配管内を大気圧に保つことができる。さらにカップ外周部９と定圧機構１２との間の不活性ガス供給管１１に、自動で開閉可能な自動バルブ１３が設けられており、半導体ウエハ１のメッキ処理および受け渡し時に任意に開閉することができる。
【００３５】
ところで、不活性ガスのうちＮ２は安価であり、半導体装置の製造に多く用いられているが、他の不活性ガス、例えばＡｒまたはＫｒよりも軽いため、拡散しやすく配管内の酸素遮断効果がＡｒまたはＫｒよりも劣ることが考えられる。このため大気解放後も残留してメッキ液４の酸化を防止することができる相対的に重い元素であるＡｒまたはＫｒを不活性ガスとして用いることが好ましい。しかしながら、ＡｒまたはＫｒは高価であることから、消費量を低減することが望まれる。そこで上記自動バルブ１３を用いることによって不活性ガスの供給をコントロールし、不活性ガスの消費量を低減する。すなわち、自動バルブ１３を用いてメッキ処理中は不活性ガスをカップ外周部９へ流し、メッキ処理時以外は不活性ガスを止め、さらに半導体ウエハ１の取り外し時は大気開放して負圧を解消する。
【００３６】
なお、図５に示した電解メッキ装置Ｍ４では不活性ガス供給管１１を１箇所に設けたが、これに限定されるものではなく、複数箇所に不活性ガス供給配線１１を設けてもよい。
【００３７】
図６に、不活性ガス供給管および自動バルブを２箇所設けた噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図を示す。この電界メッキ装置Ｍ５では、２箇所から不活性ガスをカップ外周部９へ供給し、その不活性ガスの供給をコントロールすることにより、カップ外周部９への不活性ガスを供給および大気開放を迅速に行うことができる。
【００３８】
このように、本実施の形態３によれば、自動バルブ１３を用いることにより不活性ガス供給管１１からの必要最低限の不活性ガスの供給が可能となるので、不活性ガスの消費量を低減することができる。さらに、これによって高価ではあるがＡｒまたはＫｒなどの相対的に重い不活性ガスを採用することができるので、Ｎ２などの相対的に軽い不活性ガスを採用した場合よりも、メッキ液４の酸化防止効果をより向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４０】
例えば、前記実施の形態では、メッキ液に酸化されやすい亜硫酸金を主成分とするノンシアン系金メッキ液を示したが、これに限定されるものではなく、メッキ液を用いるいかなる電解メッキ法にも適用することができる。
【００４１】
また、前記実施の形態では、電界メッキ法によってメッキ処理を行うメッキ装置に本発明を適用する場合について例示したが、無電解メッキ法によってメッキ処理を行うメッキ装置に適用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００４３】
カップ外周部の上部から不活性ガスを供給して、メッキ液に接する配管内に不活性ガスを行き渡らせることにより、メッキ液の酸化およびメッキ液中での気泡の膨らみを防いで、メッキ液の劣化を防ぐことができる。これにより、噴流密閉方式の電解メッキ法により成膜されるメッキ膜の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図２】本発明の実施の形態１である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図３】本発明の実施の形態１である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の変形例である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施の形態２である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略平面図の一例、（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ′線における概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の一例である。
【図６】本発明の実施の形態３である電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図の変形例である。
【図７】本発明者らによって検討された電解メッキ法を示す噴流密閉方式の電解メッキ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１  半導体ウエハ
２  メッキ処理カップ
３  貯液温調槽
４  メッキ液
５  噴流ポンプ
６  カソード電極
７  アノード電極
８  メッキ電源
９  カップ外周部
１０  液戻り配管
１１  不活性ガス供給管
１２  定圧機構
１３  自動バルブ
２１  半導体ウエハ
２２  メッキ処理カップ
２３  貯液温調槽
２４  メッキ液
２５  噴流ポンプ
２６  カソード電極
２７  アノード電極
２８  カップ外周部
２９  液戻り配管
Ｍ１  電解メッキ装置
Ｍ２  電解メッキ装置
Ｍ３  電解メッキ装置
Ｍ４  電解メッキ装置
Ｍ５  電解メッキ装置
【図１】
2005064016.tif 000003
【図２】
2005064016.tif 000004
【図３】
2005064016.tif 000005
【図４】
2005064016.tif 000006
【図５】
2005064016.tif 000007
【図６】
2005064016.tif 000008
【図７】
2005064016.tif 000009