JP2004059985A - ウェハーめっき装置およびウェハーめっき方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の噴流式めっき装置３０では、めっき液３６中に微細な泡４５が多数あり、めっき液３６の流れにのって移動する。微細な泡４５がフォトレジスト４４とフォトレジスト４４の間隙に入ると安定してしまい抜けない。特にバンプ形成のためのフォトレジスト４４のように小径で深い穴の場合、泡４５は極めて抜けにくい。泡４５のついた部分にはめっき液３６が触れないから正常なめっきができない。
【解決手段】ステージ１２にウェハー１１を載せ、ウェハー１１の外周部に弾力性のあるオーリング１５、さらにシールリング１６を載せ、ウェハー１１とオーリング１５とシールリング１６でできためっき槽にめっき液１７を満たし、多数のアノードピン２２を植えた円板形のアノード２１をウェハー１１に対向させて配置し、アノードピン２２先端をめっき液１７に浸し、ウェハー１１をめっきする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェハーのめっき装置およびめっき方法に関し、特にウェハー表面に形成されるバンプまたは配線パターンのめっき装置とめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の噴流式めっき装置３０の部分断面図である。噴流カップ３１の上方に数ｍｍのすきまをあけてウェハー３２がある。ウェハー３２はめっき面を下にし、カソード３３とスプリング３４にはさまれて固定されている。カソード３３はウェハー３２に電気的にもつながっている。噴流カップ３１の中程には網状のアノード３５がある。このアノード３５とウェハー３２の間にめっき電流がめっき液３６を通して流れる。カソード３３とアノード３５はめっき電源３７につながっている。噴流カップ３１はめっき槽３８の中に設置されている。噴流カップ３１の底は配管によりめっき槽３８の外の流量計３９、フィルター４０、ポンプ４１を通して再びめっき槽３８の底とつながっている。めっき槽３８の底にはヒーター４２があって、めっき液３６を一定の温度に保っている。ヒーター４２はヒーター電源４３とつながっている。
【０００３】
次に従来の噴流式めっき装置３０を用いてウェハー３２にめっきする方法を説明する。まずウェハー３２をカソード３３に載せ、裏からスプリング３４で押して固定する。次にポンプ４１をＯＮにし、めっき液３６を循環させる。めっき液３６はめっき槽３８下部のヒーター４２により設定温度（６５℃程度）にあたためられ、ポンプ４１、フィルター４０、流量計３９を通って底から噴流カップ３１に入る。めっき液３６は噴流カップ３１の中でアノード３５のすきまを通り上昇する。めっき液３６は噴流カップ３１最上部まで来たら、流れの勢いでウェハー３２に当り、噴流カップ３１とカソード３３のすきまからあふれて流れ出し、噴流カップ３１の側面を流れ落ちてめっき槽３８に戻る。
【０００４】
このようにしてめっき液３６は循環する。その間にアノード３５とウェハー３２の間にめっき液３６を通してめっき電流が流れ、ウェハー３２にめっき液中の金属が析出する。すなわちウェハー３２がめっきされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６は従来の噴流式めっき装置３０のウェハー３２近傍の部分断面部分拡大図である。ウェハー３２のめっき面にはフォトレジスト４４のパターンが作られていて、めっきはフォトレジスト４４とフォトレジスト４４の間隙に成長する。
【０００６】
めっき液３６の中には微細な泡４５が多数あり、めっき液３６の流れにのって移動する。この泡４５は、アノード３５で発生する泡、ポンプ４１で発生する泡、噴流カップ３１の側面を流れ落ちてめっき槽３８に戻るときに発生する泡、ウェハー３２をセットするときめっき液３６とウェハー３２の間に入る泡などである。従来の噴流式めっき装置３０では、これらの泡４５が発生するのを避けることができない。
【０００７】
微細な泡４５がフォトレジスト４４とフォトレジスト４４の間隙に入ると安定してしまいなかなか抜けない。その理由は、フォトレジスト４４の間隙ではめっき液３６の流れが弱いこと、また泡４５は元来上昇するものであるのに、それをウェハー３２でふたをしていることなどである。特にバンプ形成のためのフォトレジスト４４のように小径で深い穴の場合、いったん穴に入った泡４５は極めて抜けにくい。
【０００８】
泡４５のついた部分にはめっき液３６が触れないから金属が析出しない。したがって正常なめっきができない。つまり従来の噴流式めっき装置３０では、泡４５がフォトレジスト４４の間隙に入り込み、その部分が正常にめっきできないことがあるという問題があった。
【０００９】
本発明は特にバンプ形成のためのフォトレジストのように小径で深い穴でも泡が入りにくく、泡が入っても抜けやすいめっき装置およびめっき方法である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のめっき装置には二つの特徴がある。第一の特徴は、めっき液を循環、噴流させないことである。このためめっき液の中に泡が発生しにくい。第二の特徴は、ウェハーのめっき面が上向きに置かれることである。このためフォトレジストの間隙に入った泡が抜けやすい。この二つの作用の相乗効果により、バンプ形成のためのフォトレジストのような小径で深い穴でも泡が入りにくく、泡が入っても抜けやすい。これにより、泡がフォトレジストの間隙に入り込み、その部分が正常にめっきできないという問題が解決する。
【００１１】
請求項１記載の発明は、回転可能なステージにめっき面を上にしてウェハーを固定し、ウェハーの外周部にめっき液に耐性があって弾力性のあるオーリングを載せ、さらにオーリングにほぼ同径のシールリングを載せ、ウェハーとオーリングとシールリングで形成されためっき槽にめっき液を満たし、多数のアノードピンを植えたアノードをウェハーに対向させて配置し、アノードピン先端をめっき液に浸し、オーリングに埋め込まれたコンタクトピンによりシールリングとウェハーを電気的に導通させ、めっき電源につないだ−電極ブラシと＋電極ブラシをそれぞれシールリングとアノードに接触させ、めっき電流を、めっき電源の＋極→＋電極ブラシ→アノード→アノードピン→めっき液→ウェハー→コンタクトピン→シールリング→−電極ブラシ→めっき電源の−極、の回路で流すことを特徴とするウェハーめっき装置である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のウェハーめっき装置において、ステージのウェハーを載せる面にめっきの付着しにくい材料が貼られていることを特徴とするウェハーめっき装置である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のウェハーめっき装置において、めっきの付着しにくい材料が塩化ビニール樹脂または弗素樹脂であることを特徴とするウェハーめっき装置である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のウェハーめっき装置において、ステージに、めっき液を一定温度に保つためのヒーターが内蔵されていることを特徴とするウェハーめっき装置である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、回転可能なステージにめっき面を上にしてウェハーを固定し、ウェハーの外周部にめっき液に耐性があって弾力性のあるオーリングを載せ、さらにオーリングにほぼ同径のシールリングを載せ、ウェハーとオーリングとシールリングで形成されためっき槽にめっき液を満たし、多数のアノードピンを植えたアノードをウェハーに対向させて配置し、アノードピン先端をめっき液に浸し、オーリングに埋め込まれたコンタクトピンによりシールリングとウェハーを電気的に導通させ、めっき電源につないだ−電極ブラシと＋電極ブラシをそれぞれシールリングとアノードに接触させ、めっき電流を、めっき電源の＋極→＋電極ブラシ→アノード→アノードピン→めっき液→ウェハー→コンタクトピン→シールリング→−電極ブラシ→めっき電源の−極、の回路で流すことを特徴とするウェハーめっき方法である。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のウェハーめっき方法において、めっき中はステージを５ｒｐｍ〜１００ｒｐｍで回転させることを特徴とするウェハーめっき方法である。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載のウェハーめっき方法において、ステージの回転と同期させてアノードを回転させることを特徴とするウェハーめっき方法である。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項６記載のウェハーめっき方法において、ステージの回転に緩急をつける、または、回転→停止→回転を繰り返す、または右回転→左回転→右回転を繰り返すことを特徴とするウェハーめっき方法である。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項５記載のウェハーめっき方法において、めっき液を満たす前に水、または界面活性剤を入れた水でウェハーを濡らし、ウェハーのめっき液への濡れ性を良くしておくことを特徴とするウェハーめっき方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のウェハーめっき装置１０である。ウェハー１１はめっき面を上にしてステージ１２の上に載せる。ステージ１２はステンレス製であるが、ウェハー１１の載る面はめっきの付きにくい樹脂（塩化ビニール、弗素樹脂など）でできた絶縁板１３が貼られている。ステージ１２の内部にはめっき液を保温するためのヒーター１４が内蔵されている。ウェハー１１はステージ１２に真空吸着により固定される。ステージ１２は低速回転（５〜１００ｒｐｍ）、高速回転（１０００〜６０００ｒｐｍ）ができる。
【００２１】
ウェハー１１のめっき面外周には、めっき液に耐性があるゴム製オーリング１５がウェハー１１に密着して載せられ、さらにその上に密着して同径のステンレス製シールリング１６が載せられている。シールリング１６の内側（めっき液１７と接する部分）はポリプロピレン、弗素樹脂などの耐めっき液材料でコーティングされている。そしてウェハー１１とオーリング１５とシールリング１６でつくられためっき槽にめっき液１７が入れられる。シールリング１６の側面には−電極ブラシ１８が接触している。−電極ブラシ１８はシールリング１６が回転しても常に接触しているのでシールリング１６に常時給電できる。−電極ブラシ１８はめっき電源１９の−極につながっている。
【００２２】
オーリング１５の内部の数ヵ所に白金コーティングしたチタン製のコンタクトピン２０が埋めこまれている。コンタクトピン２０によりシールリング１６とウェハー１１が電気的に結ばれるので、結局ウェハー１１はめっき電源１９の−極につながることになる。
【００２３】
ウェハー１１の上方に円板形のアノード２１が吊られている。アノード２１下面には多数のアノードピン２２が剣山のように植えられ、アノードピン２２の先端はめっき液１７の中に浸っている。しかしアノードピン２２はウェハー１１とは離れている。多数のアノードピン２２が二次元的に植えられているため、めっき液１７中の電流分布が一様になる。アノード２１の軸には＋電極ブラシ２３が接触している。＋電極ブラシ２３はアノード２１が回転しても常にアノード２１の軸に接触しているのでアノード２１に常時給電できる。＋電極ブラシ２３はめっき電源１９の＋極につながっている。なおアノード２１の形状は、ウェハー１１全体にめっきをするときはウェハー１１に合わせて円板形であるが、ウェハー１１の一部にめっきするときは、そのめっき部分の形に合わせてもよい。
【００２４】
めっき電流は、めっき電源１９の＋極→＋電極ブラシ２３→アノード２１→アノードピン２２→めっき液１７→ウェハー１１→コンタクトピン２０→シールリング１６→−電極ブラシ１８→めっき電源１９の−極、の回路で流れる。これによりめっき液１７中の金属イオンがウェハー１１に析出し、すなわちめっきができる。
【００２５】
めっき液１７の温度は６５℃程度が適切である。この温度を保つため、めっき中はステージ１２内蔵のヒーター１４をＯＮにして、ステージ１２を６５℃程度に保つ。より完全にめっき液１７の温度を一定にするためには、ウェハーめっき装置１０全体を６５℃の恒温容器（図示せず）に入れるとよい。
【００２６】
図２、図３は本発明のウェハーめっき装置１０を用いたウェハーめっき方法の説明図である。まず図２（ａ）のようにステージ１２の上にウェハー１１を載せ、真空吸着して固定する。
【００２７】
次に図２（ｂ）のようにウェハー１１の外周上にオーリング１５、次にオーリング１５上にシールリング１６を載せる。オーリング１５とシールリング１６は一体品になっていてもよい。次に図示しない締め付け手段でステージ１２、ウェハー１１、オーリング１５、シールリング１６をめっき液１７が漏れないように締め付ける。
【００２８】
次に図２（ｃ）のようにウェハー１１、オーリング１５、シールリング１６でできためっき槽にめっき液１７を入れる。そしてめっき液１７の温度を６５℃に保つため、ステージ１２内蔵ヒーター（図示せず）をＯＮにする。なおめっき液１７を入れる前に、水、または界面活性剤入りの水を一度入れてウェハー１１を濡らし、次に軽く遠心乾燥し、ウェハー１１のめっき液１７への濡れ性を良くしておくと、めっき液１７がウェハー１１のすみずみまで完全に入るので効果的である。
【００２９】
次に図３（ｄ）のようにアノード２１を下ろしアノードピン２２をめっき液１７に浸す。−電極ブラシ１８をシールリング１６の側面に、＋電極ブラシ２３をアノード２１の軸に接触させる。次にステージ１２およびアノード２１を同期させてゆっくり回転させながら（５ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ）、めっき電源１９からめっき電流を供給しめっきをおこなう。ステージ１２とアノード２１の回転を同期させないと、アノードピン２２がめっき液をかき混ぜて泡が発生しやすい。しかしステージ１２の回転がゆるやかで泡が発生しないときはアノード２１を固定しておいてもよい。この方が構造が簡単になる。ステージ１２とアノード２１の回転は定常的におこなうよりも、緩急をつけたり、回転→停止→回転を繰り返したり、右回転→左回転→右回転を繰り返したりするほうが、めっき液１７がウェハー表面１１で停溜しなくてよい。
【００３０】
必要な厚さのめっきができたら−電極ブラシ１８と＋電極ブラシ２３を外し、アノード２１を上げ、めっき液１７を吸い出してから、シールリング１６とオーリング１５を外す。そして図３（ｅ）のようにステージ１２を高速回転させ（１０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍ）、めっき液１７を振り切る。その後純水シャワー（図示せず）をウェハー１１に当て、その純水を振り切るウェハー１１洗浄を繰り返し、最後に十分純水を振り切ってウェハー１１を遠心乾燥させる。
【００３１】
図４は本発明のウェハーめっき装置１０のメリットを説明する模式図である。ウェハー１１のめっき面にはフォトレジスト２４のパターンがあり、めっきはフォトレジスト２４とフォトレジスト２４の間隙に成長する。本発明のウェハーめっき装置１０ではめっき液１７を循環させないので、ポンプや噴流カップで泡が大量に発生することはない。したがってまず泡の発生量が少ないことが有利である。さらに、泡２５がアノードピン２２である程度発生することは避けられないが、発生した泡２５はめっき液１７内を上昇するから、フォトレジスト２４の間隙に入り込んでウェハー１１に付着する可能性が非常に低いので有利である。しかも万一泡２５がフォトレジスト２４の間隙に入り込んでも、泡２５が上昇して出るのをさえぎるものがないから、めっき液１７の流れに引かれてフォトレジスト２４の間隙から出てきやすいので益々有利である。
【００３２】
以上の作用原理により、本発明のウェハーめっき装置１０では、微細な泡２５がフォトレジスト２４とフォトレジスト２４の間隙に付着して、その部分にめっきができないという問題が解決される。本発明のウェハーめっき装置１０およびウェハーめっき方法は、特にフォトレジスト２４の穴が小径で深いバンプめっきに適する。
【００３３】
また従来の噴流式めっき装置は噴流カップ、めっき槽、配管などに大量のめっき液を入れなければならないため、めっきをするウェハーの枚数に関係無くめっき液を大量に建浴しなければならない（数十リットル〜数百リットル）。それに対し本発明のウェハーめっき装置１０では一枚のウェハー１１につき１リットル弱のめっき液１７があればよい。金めっき液などの貴金属めっき液は非常に高価だから、建浴量が少ないと初期の材料費が大きく節約できる。そのため少量多品種の場合、または多様なめっき条件でめっきをおこなわなければならない場合にコスト的にたいへん有利である。
【００３４】
ウェハー１１のめっき液１７への濡れ性を良くするため、最近界面活性剤入りのめっき液１７がつくられているが、従来の噴流式めっき装置３０に使用すると非常に大量の泡が発生してしまい実用にならない。しかし本発明のウェハーめっき装置１０では、界面活性剤無しのめっき液１７と泡２５の発生程度が変わらないので問題無く使用できる。界面活性剤入りのめっき液１７の方がウェハー１１のすみずみ、特にフォトレジスト２４の細かい穴まで完全に入りこむため、めっきの仕上がりが良い。界面活性剤入りのめっき液１７が使用できることも本発明のウェハーめっき装置１０のメリットである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のウェハーめっき装置１０ではめっき液１７を循環させないので、ポンプや噴流カップで泡が大量に発生することはない。したがって従来の噴流式めっき装置より泡の発生量が少ない。アノードピン２２で発生した泡２５はめっき液１７内を上昇するから、フォトレジスト２４の間隙に入り込んでウェハー１１に付着する可能性は非常に低い。また泡２５がフォトレジスト２４の間隙に入り込んでも、泡２５が上昇して出るのをさえぎるものがないから、めっき液１７の流れに引かれてフォトレジスト２４の間隙から出てくる可能性が高い。このようにして微細な泡２５がフォトレジスト２４とフォトレジスト２４の間隙に付着して、その部分にめっきができないという問題が解決される。
【００３６】
また従来の噴流式めっき装置はめっきをするウェハーの枚数に関係無くめっき液を大量に建浴しなければならない。それに対し本発明のウェハーめっき装置１０では一枚のウェハー１１につき１リットル弱のめっき液１７があればよい。そのため少量多品種の場合、または多様なめっき条件でめっきをおこなう場合にコストが安い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハーめっき装置１０
【図２】本発明のウェハーめっき装置１０を用いたウェハーめっき方法の説明図
【図３】本発明のウェハーめっき装置１０を用いたウェハーめっき方法の説明図
【図４】本発明のウェハーめっき装置１０のメリットを説明する模式図
【図５】従来の噴流式めっき装置３０の部分断面図
【図６】従来の噴流式めっき装置３０のウェハー３２近傍の部分断面部分拡大図
【符号の説明】
１０　本発明のウェハーめっき装置
１１　ウェハー
１２　ステージ
１３　絶縁板
１４　ヒーター
１５　オーリング
１６　シールリング
１７　めっき液
１８　−電極ブラシ
１９　めっき電源
２０　コンタクトピン
２１　アノード
２２　アノードピン
２３　＋電極ブラシ
２４　フォトレジスト
２５　泡
３０　従来の噴流式めっき装置
３１　噴流カップ
３２　ウェハー
３３　カソード
３４　スプリング
３５　アノード
３６　めっき液
３７　めっき電源
３８　めっき槽
３９　流量計
４０　フィルター
４１　ポンプ
４２　ヒーター
４３　ヒーター電源
４４　フォトレジスト
４５　泡

Claims (9)

1. 回転可能なステージにめっき面を上にしてウェハーを固定し、前記ウェハーの外周部にめっき液に耐性があって弾力性のあるオーリングを載せ、さらに前記オーリングにほぼ同径のシールリングを載せ、前記ウェハーと前記オーリングと前記シールリングで形成されためっき槽にめっき液を満たし、多数のアノードピンを植えたアノードを前記ウェハーに対向させて配置し、前記アノードピン先端を前記めっき液に浸し、前記オーリングに埋め込まれたコンタクトピンにより前記シールリングと前記ウェハーを電気的に導通させ、めっき電源につないだ−電極ブラシと＋電極ブラシをそれぞれ前記シールリングと前記アノードに接触させ、めっき電流を、めっき電源の＋極→＋電極ブラシ→アノード→アノードピン→めっき液→ウェハー→コンタクトピン→シールリング→−電極ブラシ→めっき電源の−極、の回路で流すことを特徴とするウェハーめっき装置。
2. 請求項１記載のウェハーめっき装置において、前記ステージの前記ウェハーを載せる面にめっきの付着しにくい材料が貼られていることを特徴とするウェハーめっき装置。
3. 請求項２記載のウェハーめっき装置において、前記めっきの付着しにくい材料が塩化ビニール樹脂または弗素樹脂であることを特徴とするウェハーめっき装置。
4. 請求項１記載のウェハーめっき装置において、前記ステージに、めっき液を一定温度に保つためのヒーターが内蔵されていることを特徴とするウェハーめっき装置。
5. 回転可能なステージにめっき面を上にしてウェハーを固定し、前記ウェハーの外周部にめっき液に耐性があって弾力性のあるオーリングを載せ、さらに前記オーリングにほぼ同径のシールリングを載せ、前記ウェハーと前記オーリングと前記シールリングで形成されためっき槽にめっき液を満たし、多数のアノードピンを植えたアノードを前記ウェハーに対向させて配置し、前記アノードピン先端を前記めっき液に浸し、前記オーリングに埋め込まれたコンタクトピンにより前記シールリングと前記ウェハーを電気的に導通させ、めっき電源につないだ−電極ブラシと＋電極ブラシをそれぞれ前記シールリングと前記アノードに接触させ、めっき電流を、めっき電源の＋極→＋電極ブラシ→アノード→アノードピン→めっき液→ウェハー→コンタクトピン→シールリング→−電極ブラシ→めっき電源の−極、の回路で流すことを特徴とするウェハーめっき方法。
6. 請求項５記載のウェハーめっき方法において、めっき中は前記ステージを５ｒｐｍ〜１００ｒｐｍで回転させることを特徴とするウェハーめっき方法。
7. 請求項６記載のウェハーめっき方法において、前記ステージの回転と同期させて前記アノードを回転させることを特徴とするウェハーめっき方法。
8. 請求項６記載のウェハーめっき方法において、前記ステージの回転に緩急をつける、または、回転→停止→回転を繰り返す、または右回転→左回転→右回転を繰り返すことを特徴とするウェハーめっき方法。
9. 請求項５記載のウェハーめっき方法において、めっき液を満たす前に水、または界面活性剤を入れた水で前記ウェハーを濡らし、前記ウェハーの前記めっき液への濡れ性を良くしておくことを特徴とするウェハーめっき方法。

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