KR20060004594A

KR20060004594A - Electrolytic plating apparatus

Info

Publication number: KR20060004594A
Application number: KR1020040111930A
Authority: KR
Inventors: 우치우미유지
Original assignee: 니혼 엘렉트로플레이팅 엔지니어스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-01-12
Also published as: JP2006022379A; TW200602519A; CN1718868A

Abstract

본 발명은 전해도금장치에 관한 것으로서, 웨이퍼와 같이 매우 엄밀한 도금두께의 균일성을 요구하는 전해도금처리에 있어서도, 균일한 두께의 도금처리를 용이하게 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electroplating apparatus, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily performing a plating process having a uniform thickness even in an electroplating process requiring a very precise plating thickness uniformity as a wafer.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼의 원주 테두리부에 접촉하는 캐소드 전극이 배치된 개구부를 가지는 컵 형상의 도금조와, 상기 개구부에 재치한 웨이퍼와 대향하도록 도금조 내부에 배치된 애노드 전극을 구비하고, 도금조 내에 도금액을 공급하며 웨이퍼와 도금액을 접촉시키는 동시에, 웨이퍼에 도금전류를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 도금처리를 하는 전해도금장치에 있어서, 상기 애노드 전극은, 티타늄제의 전극베이스재 위에, 중간층으로서 백금피막과, 그 중간층 표면에 산화이리듐 피막이 설치된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cup-shaped plating bath having an opening in which a cathode electrode in contact with the circumferential edge of the wafer is disposed, and an anode electrode disposed inside the plating bath so as to face the wafer placed in the opening. And an electroplating apparatus for plating a surface of a wafer by supplying a plating liquid into a plating bath, bringing the wafer into contact with the plating liquid, and supplying a plating current to the wafer, wherein the anode electrode is formed on a titanium electrode base material. And a platinum film as an intermediate layer, and an iridium oxide film on the surface of the intermediate layer.

애노드 전극, 캐소드 전극, 피 도금체, 교반부재, 컵식 도금장치Anode electrode, cathode electrode, plated body, stirring member, cup type plating apparatus

Description

전해도금장치{ELECTROLYTIC PLATING APPARATUS}Electroplating Apparatus {ELECTROLYTIC PLATING APPARATUS}

도 1은, 제1 실시형태의 비이커시험 도금장치의 개략단면도1 is a schematic cross-sectional view of a beaker test plating apparatus of a first embodiment.

도 2는, 범프 단면개략도2 is a schematic cross-sectional view of the bump

도 3은, 제2 실시형태의 컵식 전해도금장치의 개략단면도3 is a schematic cross-sectional view of the cup electroplating apparatus of the second embodiment.

도 4는, 웨이퍼의 측정개소를 나타내는 평면도4 is a plan view showing a measurement location of a wafer;

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]

1 ... 도금조 2 ... 피 도금체1 ... plating bath 2 ... plating body

3 ... 애노드 전극 4 ... 교반부재3 ... anode electrode 4 ... stirring member

10 ... 컵식 도금장치 20 ... 도금조10 ... cup plating machine 20 ... plating bath

30 ... 웨이퍼 40 ... 원주 테두리부30 ... wafer 40 ... circumferential edge

50 ... 캐소드 전극 60 ... 씰 패킹50 ... cathode electrodes 60 ... seal packing

70 ... 도금액 공급구 80 ... 도금액류 출구70 ... Plating solution supply port 80 ... Plating solution outlet

90 ... 애노드 전극90 ... anode electrode

본 발명은 전해도금장치에 관한 것이고, 특히 반도체용의 웨이퍼와 같이, 고 정밀도의 도금두께의 균일성이 요구되는 전해도금처리를 할 때에 알맞은 전해도금장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electroplating apparatus, and more particularly, to an electroplating apparatus suitable for performing an electroplating process requiring high precision uniformity of plating thickness, such as a wafer for semiconductors.

종래, 전해도금처리는, 장식이나 표면보호뿐만 아니라, 예컨대, 전기·전자재료의 가공처리로서 여러가지 분야에 있어서 활용되고 있다. 그중에서도, 반도체용의 웨이퍼에서는, 전해도금처리에 의해 동이나 금 등의 금속을 피복하고, 회로, 범프 등을 형성하는 것이 행하여지고 있다.Background Art Conventionally, electroplating has been used not only in decoration and surface protection but also in various fields, for example, as processing for electric and electronic materials. Among them, in wafers for semiconductors, metals such as copper and gold are coated by electroplating to form circuits, bumps, and the like.

반도체용의 웨이퍼의 전해도금장치로서는, 예컨대, 웨이퍼의 원주 테두리부와 접촉하는 링 형상의 캐소드 전극이 배치된 개구부를 가지는 도금조와, 상기 개구부에 재치(載置)된 웨이퍼와 대향하도록 도금조 내부에 배치된 애노드 전극을 구비하고, 도금조 내에 도금액을 공급하여 웨이퍼와 도금액을 접촉시키는 동시에, 웨이퍼에 도금전류를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 도금처리를 하는 것이 있다. 상기 전해도금장치로는, 도금 금속으로부터 이루어지는 용해성 애노드 전극(양극: 이하 애노드라 한다)이나 Pt(백금)이나 Ti(티타늄) 등으로부터 이루어지는 불용성 애노드 전극이 사용되고 있다. As an electroplating apparatus for a wafer for semiconductors, for example, a plating bath having an opening in which a ring-shaped cathode electrode in contact with the circumferential edge of the wafer is disposed, and a plating bath inside so as to face a wafer placed in the opening. In some embodiments, the surface of the wafer is provided on the surface of the wafer by providing an anode electrode disposed in the plating bath, supplying a plating liquid into the plating bath to contact the wafer and the plating liquid, and supplying a plating current to the wafer. As the electroplating apparatus, a soluble anode electrode made of a plated metal (anode: hereinafter referred to as an anode), an insoluble anode electrode made of Pt (platinum), Ti (titanium), or the like is used.

상기 웨이퍼에의 도금처리에 요구되는 특성은, 도금두께의 균일성, 도금면의 평활성(레벨링), 도금의 붙임성 등이 있다. 특히, 도금두께에 대해서는, 웨이퍼의 피도금면 전체면에 있어서 균일하게 할 수 있는 것이 엄격하게 요구된다. 그 때문에, 도금두께의 균일성을 향상시키는 수법으로서, 일반적으로, 도금전류의 전류분포를 균일하게 하는 방법이 채용된다.The characteristics required for the plating treatment on the wafer include uniformity of plating thickness, smoothness (leveling) of the plating surface, adhesion of plating, and the like. In particular, regarding the plating thickness, it is strictly required to be able to make it uniform on the entire surface to be plated of the wafer. Therefore, as a method of improving the uniformity of the plating thickness, generally a method of uniformizing the current distribution of the plating current is adopted.

도금전류분포의 균일성을 지배하는 인자로서는, 애노드 전극이나 캐소드 전 극의 기하학적 형상에 영향을 주는 일차전류분포와, 전극에 전류가 흐르기 위하여 생기는 분극에 근거하는 저항에 좌우되는 2차전류분포가 있다. 이들의 전류분포를 제어함으로써 보다 균일한 도금두께가 되는 전해도금처리가 행하여지고 있다.Factors that govern the uniformity of the plating current distribution include a primary current distribution that affects the geometry of the anode electrode and the cathode electrode, and a secondary current distribution that is dependent on the resistance based on the polarization generated for the current to flow through the electrode. have. By controlling these current distributions, an electroplating process for achieving a more uniform plating thickness is performed.

상기 일차전류분포를 제어하기 위해서는, 예컨대 애노드 전극형상을 캐소드 전극(피 도금체)형상과 상사(相似)형으로 하는 것 등이 행하여진다. 또한, 전극의 단부에는, 도금전류의 집중이 생기기 쉽기 때문에, 단부에 집중적으로 도금처리가 진행하는 경향이 있다. 그래서, 전극단부에의 전류집중을 완화하기 위하여, 마스크나 차폐판이라고 불리는 것을 배치하고, 단부와 그 이외의 부분에 있어서의 도금두께를 균일하게 하는 것도 행하여지고 있다(예컨대 알본 특개평8-74088호 공보 참조).In order to control the primary current distribution, for example, the anode electrode shape is made similar to the cathode electrode (plated body) shape and the like. In addition, since the plating current tends to be concentrated at the end of the electrode, the plating process tends to concentrate on the end. Therefore, in order to alleviate the current concentration to the electrode end portion, what is called a mask or a shielding plate is disposed, and the plating thickness at the end portion and the other portions is made uniform (for example, Albon JP-A 8-74088). See publication number).

이와 같이 전류분포는, 피도금체의 형상이나, 도금액의 종류등 에 맞추어, 여러가지 방법에 의해 제어되어 있는 것이 현상이다. 그렇지만, 반도체용의 웨이퍼 표면에 금이나 동의 도금처리를 할 경우에는, 도금두께를 포함해서, 매우 고정밀도한 도금성상이 요구된다. 특히, 도금두께에 관해서는, 웨이퍼의 도금면 전체면에 있어서 균일한 두께가 요구된다. 왜냐하면, 두께에 편차가 생기면, 웨이퍼로부터 제조되는 대량의 전자부품(칩)의 제조수율에 직접 영향을 주게 되기 때문이다. 또한, 최근의 웨이퍼는, 대구경화(大口徑化)가 진행하고 있고, 직경 12인치와 같은 대면적의 웨이퍼 표면전체면에, 균일한 도금두께의 전해도금처리를 하는 것이 요구되고 있다. 더욱이, 상기 대면적화에 부가하고, 웨이퍼에 대전류의 도금전류를 공 급함으로써 제조효율의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한 제조기술의 확립도 갈망되고 있으며, 대전류의 도금전류를 공급했을 경우에 있어서도, 보다 균일한 두께의 전해도금처리가 웨이퍼 전체면에 행할 수 있는 것도 요구되고 있다.As described above, the current distribution is controlled by various methods in accordance with the shape of the plated body, the type of the plating liquid, and the like. However, when gold or copper plating is performed on the wafer surface for semiconductors, extremely high plating properties are required, including the plating thickness. In particular, regarding the plating thickness, a uniform thickness is required on the entire plating surface of the wafer. This is because variation in thickness directly affects the production yield of a large amount of electronic components (chips) manufactured from a wafer. In recent years, large diameter hardening has progressed, and it is required to perform electroplating treatment of uniform plating thickness on the entire surface of the wafer surface having a large area, such as 12 inches in diameter. Furthermore, in addition to the above-mentioned large area, the establishment of manufacturing technology aimed at improving the manufacturing efficiency by supplying a high current plating current to the wafer is also desired, and even when a high current plating current is supplied, It is also desired to be able to perform electroplating treatment with a more uniform thickness on the entire wafer surface.

그래서, 본 발명은, 전해도금장치에 있어서의 애노드 전극을 개선함으로써 웨이퍼와 같은, 매우 엄밀한 도금두께의 균일성이 요구되는 도금처리에 있어서도, 균일한 두께의 전해도금처리를 용이하게 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention provides a technique capable of easily performing an electroplating process with a uniform thickness even in a plating process requiring uniformity of very rigid plating thickness such as a wafer by improving the anode electrode in the electroplating apparatus. The purpose is to provide.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼의 원주 테두리부와 접촉하는 링 형상 캐소드 전극이 배치된 개구부를 가지는 컵 형상의 도금조와, 상기 개구부에 재치한 웨이퍼와 대향하도록 도금조 내부에 배치된 애노드 전극을 구비하고, 도금조 내에 도금액을 공급하여 웨이퍼와 도금액을 접촉시키는 동시에, 웨이퍼에 도금전류를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 도금처리를 하는 전해도금장치에 있어서, 상기 애노드 전극은, 티타늄제의 전극베이스재 위에, 중간층으로서 백금피막과, 그 중간층 표면에 산화이리듐 피막이 설치되어진 것으로 하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, this invention is a cup-shaped plating tank which has an opening in which the ring-shaped cathode electrode which contacts the circumferential edge part of a wafer is arrange | positioned, and is arrange | positioned inside the plating tank so that it may face the wafer mounted in the said opening part. An electroplating apparatus comprising an anode electrode, supplying a plating liquid into a plating bath to contact the wafer and the plating liquid, and plating the surface of the wafer by supplying a plating current to the wafer, wherein the anode electrode is a titanium electrode. It was assumed that a platinum film as an intermediate layer and an iridium oxide film were provided on the surface of the intermediate layer on the base material.

본 발명은, 애노드 전극을 개량함으로써 보다 고정밀도한 도금두께의 균일성을 실현한 것이지만, 발명자가, 상기 애노드 전극의 개량에 의한 도금두께의 균일성 향상을 시도한 것은, 다음과 같은 이유에 의한다. 종래, 본 발명자는, 균일한 도금두께를 실현하기 위하여, 마스크나 액교반 등의 여러가지 대응을 하여 왔지만, 이러한 종래의 개선에서는 발본적인 해결을 도모하는 데에는 뭔가하나 부족하다고 생각하고, 도금전류의 공급원이 되는 애노드 전극에 대하여 다시 고찰을 하였다.Although the present invention realizes a more precise plating thickness uniformity by improving the anode electrode, the inventors have attempted to improve the plating thickness uniformity by the improvement of the anode electrode for the following reasons. . Conventionally, the present inventor has made various correspondences, such as a mask and liquid stirring, in order to implement | achieve a uniform plating thickness, but thinks that it is lacking in the conventional solution in such a conventional improvement, and thinks that nothing is enough, and is a source of plating current. The anode electrode to be again considered.

상기 전해도금장치의 애노드 전극에는, 동이나 니켈 등의 도금금속으로부터 이루어지는 용해성의 것이나, 티타늄이나 백금 등의 불용해성의 것이 사용되나, 이 중에서, 전극의 교환이나 설비유지보수의 회수가 적은 불용해성 애노드는, 도금조업을 간략화하고, 제조수율을 향상시키기 때문에, 웨이퍼의 전해도금처리에 있어서 많이 사용되고 있다. 상기 불용해성의 애노드 전극의 대표예로서는, 내식성 등을 고려하여 티타늄제의 전극베이스재 위에 백금피막을 실시한 애노드 전극(이하, Pt/Ti 애노드 전극이라고 한다)이 알려지고 있다. 이 Pt/Ti 애노드 전극은, 내식성 및 전기 전도성, 코스트적인 면을 고려하여, 일반적으로는 수 미크론의 백금피막의 것이 많다.As the anode electrode of the electroplating apparatus, a soluble one made of a plated metal such as copper or nickel, or an insoluble one such as titanium or platinum is used. Among these, insoluble is less soluble in electrode replacement and equipment maintenance. Anodes are frequently used in the electroplating process of wafers because they simplify the plating operation and improve the production yield. As a representative example of the insoluble anode electrode, an anode electrode (hereinafter referred to as a Pt / Ti anode electrode) having a platinum coating on a titanium electrode base material in consideration of corrosion resistance and the like is known. This Pt / Ti anode electrode generally has a few micron platinum film in view of corrosion resistance, electrical conductivity and cost.

이러한 Pt/Ti 애노드 전극에 대하여, 본 발명자는, 전극의 코스트를 무시하고 백금피막 두께를 두껍게 한 Pt/Ti 애노드 전극을 사용하여 웨이퍼 표면에 도금처리를 한 바, 백금피막 두께의 증가와 함께, 그 도금두께의 균일성이 향상하고 있는 것을 알아내었다. 보통, 백금 피복두께는, 4 ∼ 5μm정도이지만, 그 피복량을 4 ∼ 5배(16 ∼ 25μm두께)로 하면, 명확하게 도금의 균일성이 향상하고 있는 것을 안 것이다. 또한, 도금처리 중의 과전압값은, 백금 피복두께의 증가와 함께 명확하게 저하하고 있는 것이 확인되었다.With respect to such a Pt / Ti anode electrode, the present inventors plated the wafer surface using a Pt / Ti anode electrode having a thick platinum film thickness ignoring the cost of the electrode, and with the increase of the platinum film thickness, It was found that the uniformity of the plating thickness was improved. Usually, although platinum coating thickness is about 4-5 micrometers, when the coating amount is made 4-5 times (16-25 micrometers thickness), it turns out that the uniformity of plating is improving clearly. In addition, it was confirmed that the overvoltage value during the plating treatment was clearly lowered with the increase of the platinum coating thickness.

이것은, 도금두께의 균일성이 애노드 전극 표면의 재료물성, 즉, Pt/Ti 애노드 전극에 있어서의 최표면에 피복된 백금의 물성에 영향을 주고 있는 것을 나타내는 것이라고 생각했다. 그리고, 본 발명자는 그 재료물성을, 전극의 전기 전도성에 직접 영향을 주는 비저항율 이라고 예상하였다. 비저항율의 값이 작은 재료는 전기를 흐르게 하기 쉬운 것이라고 말해지고 있으며, 백금(비저항율 10.6 × 10^-6Ωcm〈출전:「과학편람 기초편 개정 4판」평성 5년 9월 30일 발행, 편사(編社) 사단법인 일본과학회〉이하 동일)의 비저항율은, 티타늄(42.0 × 10^-6Ωcm)의 4분의 1 정도로 작은 값이므로, 상기 백금보다도 비저항율 값이 작고, 도금액에 대한 내식성 등의 특성도 만족할 수 있는 재료를 검토한 바, 본 발명자는 이리듐에 착안하였다. 이리듐(5.3 × 10^-6Ωcm)은, 백금의 반의 비저항율 값이며, 그 내식성도 높기 때문이다.It was thought that this indicates that the uniformity of the plating thickness influences the material properties of the anode electrode surface, that is, the physical properties of the platinum coated on the outermost surface of the Pt / Ti anode electrode. In addition, the inventors expected the material properties to be a specific resistivity which directly affects the electrical conductivity of the electrode. It is said that material with low resistivity value is easy to let electricity flow, and platinum (resistance resistivity 10.6 X ^10-6 Ωcm <Source: "Science Manual Basics Revised 4th Edition" rating September 30, 5 issuance, knitting ( such編社) the Japan Society> resistivity rate hereinafter) is titanium (42.0 × 10 ^-6 because a value about one-fourth of the Ωcm), corrosion resistance to the platinum smaller than the specific resistance value ratio, the plating solution When the material which can also satisfy | fill the characteristic was examined, this inventor paid attention to iridium. Iridium (5.3 × 10 ⁻⁶ Ωcm) is the half resistivity value of platinum, and its corrosion resistance is also high.

이와 같은 예의연구의 결과, 본 발명자는, 티타늄제의 전극 베이스재 위에 중간층으로서 백금피막과 그 중간층 표면에 산화이리듐 피막이 설치되어진 애노드 전극을 채용하는 것에 도달하였다. 상기 본 발명에 관한 애노드 전극은, 종래 사용되고 있었던 Pt/Ti 애노드 전극의 백금피복 표면에, 더 산화이리듐을 피복한 것이라고 말할 수 있다. 이에 따라, 전극 코스트의 대폭적인 증가를 억제하면서, 도금두께의 균일성의 향상을 도모하는 것이 실현된 것이다. 상기 본 발명에 관계하는 애노드 전극은, 도금액에 대하는 내식성을 가지고, 도금액의 안정성도 유지(전해도금처리에 있어서 도금액을 파괴하지 않는 성질)할 수 있다. 본 발명은, 마스크나 차폐판 등의 복잡한 기구가 아니기 때문에, 종래부터 사용되고 있는 전해도금장치의 전극으로서 채용함으로써 용이하게 도금두께의 균일성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이리듐은 백금보다도 가격면에서 유리하기 때문에, 어느정도 코스트 증가를 억제한 애노드 전극이라고 말할 수 있는 것이다.As a result of such earnest research, the present inventors arrived at employing an anode electrode provided with a platinum film and an iridium oxide film on the surface of the intermediate layer as an intermediate layer on a titanium electrode base material. It can be said that the anode electrode which concerns on the said this invention further coat | covered the iridium oxide on the platinum coating surface of the Pt / Ti anode electrode used conventionally. As a result, it is realized to improve the uniformity of the plating thickness while suppressing a significant increase in the electrode cost. The anode electrode according to the present invention has corrosion resistance to the plating liquid and can also maintain stability of the plating liquid (the property of not destroying the plating liquid in the electroplating process). Since the present invention is not a complicated mechanism such as a mask or a shielding plate, it is possible to easily improve the uniformity of the plating thickness by employing it as an electrode of a conventional electroplating apparatus. In addition, since iridium is more advantageous in terms of price than platinum, it can be said that it is an anode electrode which suppressed the cost increase to some extent.

또한, 본 발명자의 연구에 의하면, 본 발명에 관한 애노드 전극은, 도금금속의 전극표면에의 석출이 종래의 애노드 전극에 비교하여 생기기 어려운 것도 확인하고 있다. 예컨대, 도금처리에 있어서, 종래의 Pt/Ti 애노드 전극을 사용한 경우, 장시간의 도금처리를 하면, 전극표면에 금의 석출이 발생하였다. 그러나, 본 발명의 애노드 전극은, 장시간의 금도금 처리를 하여도, 전극표면에 금의 석출이 생기지 않는 것이다. 즉, 본 발명의 전해도금장치는, 전극의 유지보수도 용이하게 된다.Further, according to the research of the present inventors, the anode electrode according to the present invention has confirmed that the deposition of the plated metal on the electrode surface is less likely to occur as compared with the conventional anode electrode. For example, in the plating treatment, when a conventional Pt / Ti anode electrode is used, precipitation of gold occurs on the electrode surface when the plating treatment is performed for a long time. However, in the anode electrode of the present invention, even if gold plating is performed for a long time, no precipitation of gold occurs on the electrode surface. That is, the electroplating apparatus of the present invention also facilitates maintenance of the electrodes.

본 발명의 전해도금장치에 있어서의 애노드 전극은, 백금피복의 두께가 1.0 ∼ 8.0μm이며, 산화이리듐 피복의 두께가 1.0 ∼ 5.0μm인 것이 바람직하다. 백금피복두께가 1.0μm 미만이 되면, 백금피막에 핀홀이 생기기 쉽게 되고, 산화이리듐 피복의 밀착성이 저하하는 경향이 된다. 또한, 8.0μm을 넘으면, 전극 코스트가 지나치게 증가해서 실용적이지 않게 된다. 그리고, 산화이리듐 피복두께는, 1.0μm 미만이면, 백금피복 1μm 시에, 도금두께를 균일하게 하는 효과가 적게 된다. 한편, 5.0μm을 넘는 두께로 하여도 균일성의 효과는 변하지 않으며, 이러한 두께의 산화이리듐 피복을 실시하는 것은 현재상태로 대단히 곤란하여, 실용적이지 않기 때문이다. 또한, 본 발명의 전해도금장치에 있어서 애노드 전극은, 그 전극형상자체에 특별히 제한은 없고, 메시, 판상 등의 여러가지 형상에 적용 할 수 있다. In the anode electrode in the electroplating apparatus of the present invention, the thickness of the platinum coating is preferably 1.0 to 8.0 µm, and the thickness of the iridium oxide coating is preferably 1.0 to 5.0 µm. When the platinum coating thickness is less than 1.0 µm, pinholes are likely to occur in the platinum coating, and the adhesion of the iridium oxide coating tends to be lowered. Moreover, when it exceeds 8.0 micrometers, electrode cost will increase too much and it will become impractical. If the iridium oxide coating thickness is less than 1.0 µm, the effect of making the plating thickness uniform at the time of platinum coating of 1 µm is reduced. On the other hand, even if the thickness exceeds 5.0 μm, the effect of uniformity does not change, and it is because it is very difficult and practical to apply iridium oxide coating of such thickness in the present state. In addition, in the electroplating apparatus of the present invention, the anode electrode is not particularly limited to the electrode box, and can be applied to various shapes such as a mesh and a plate.

[발명을 실시하기 위한 최적의 형태]Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명을 실시하기 위한 최적의 형태에 대하여 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention The present invention will be described.

제1 실시형태: 상기 제1 실시형태에서는, 산화이리듐을 피복한 애노드 전극 에 의하여, 간이적인 전해도금처리가 가능한 비이커시험 도금장치에 의하여 도금두께의 균일성을 조사한 결과에 대하여 설명한다. First Embodiment In the first embodiment, a result of investigating the uniformity of plating thickness by a beaker test plating apparatus capable of simple electroplating treatment by an anode electrode coated with iridium oxide will be described.

상기 제1 실시형태에서 사용한 비이커 시험 도금장치는, 도 1에 나타내는 것 같은 간이적인 도금처리가 가능한 것이다. 이 비이커 시험 도금장치는 도금조1 내에, 캐소드가 되는 판상의 피 도금체(2)를 배치하고, 상기 피 도금체(2)의 한 쪽에 애노드 전극(3)을 배치하였다. 또한, 도금조(1)의 바닥에는 교반부재(4)를 배치하고, 소위 스터어에 의한 도금액의 교반을 하도록 하였다.In the beaker test plating apparatus used in the first embodiment, a simple plating treatment as shown in FIG. 1 can be performed. This beaker test plating apparatus arrange | positioned the plate-shaped to-be-plated body 2 used as a cathode in the plating tank 1, and the anode electrode 3 was arrange | positioned at one side of the said to-be-plated body 2. As shown in FIG. Moreover, the stirring member 4 was arrange | positioned at the bottom of the plating tank 1, and it was made to stir the plating liquid by what is called a stir.

상기 제1 실시형태에서는, 피도금체(2)로서 φ6 인치의 Si웨이퍼를 4분의 1로 분할한 것을 사용하였다. 상기 웨이퍼 분할 시험편에는, 피도금 표면(뒷편의 면은 전체면 레지스트 도포)이 되는 일면측에, 시드 금속층으로서 두께 0.1μm의 금을 피복하였다. 그리고, 상기 시드 금속층 위에, 레지스트(두께20μm)를 피복하고, 그 레지스트에 100 × 100μm각의 범프가 등간격으로 복수형성 되도록, 레지스트 패턴을 형성하였다. 이러한 패턴형성을 한 웨이퍼 분할시험편의 피도금 표면에, 범프높이 목표 18μm의 범프를 금도금에 의해 형성하였다. 도금액은, 난시안계로, 약 알카리성의 고순도 금도금액을 사용하였다 (일본 일렉트로 플레이팅 엔지니어스(주)제품, 제품명 MICROFAB Au140). 상기 금도금액은, pH 7.6 ∼ 8.0, 비중 11 ∼ 25보메(Baume)이다. 또한, 애노드 전극으로서는, 표 1에 나타내는 3종류의 애노드 전극을 준비하고, 각각을 사용하여 범프형성을 하였다. In the said 1st Embodiment, the thing which divided | segmented the 6-inch Si wafer into one quarter as the to-be-plated body 2 was used. The wafer split test piece was coated with a gold having a thickness of 0.1 μm as a seed metal layer on one side of the surface to be plated (the back side is a whole surface resist coating). Then, a resist (20 μm thick) was coated on the seed metal layer, and a resist pattern was formed such that a plurality of bumps of 100 × 100 μm were formed at equal intervals on the resist. A bump having a bump height target of 18 µm was formed by gold plating on the surface to be plated of the wafer split test piece subjected to such pattern formation. As the plating solution, a non-alkaline high purity gold plating solution was used (manufactured by Nippon Electro Plating Engineers Co., Ltd., product name MICROFAB Au140). The said gold plating liquid is pH 7.6-8.0, specific gravity 11-25 bame (Baume). In addition, as an anode electrode, three types of anode electrodes shown in Table 1 were prepared, and bump formation was performed using each.

표 1의 애노드 전극은 모두 익스팬드 메시의 형상에서, 웨이퍼 분할시험편의 피도금 표면으로 동등한 넓이를 가지는 것이었다. 애노드 전극 A는, 전극모재 Ti 위에 Pt 만을 도금에 의해 피복한 것이고, 애노드 전극 B는, 전극모재 Ti 위에 도금한 Pt 위에 다시 Ir을 도금에 의해 피복하였다. 또한, 애노드 전극(C)은 전극모재 Ti위에 직접 Ir를 도금에 의해 피복한 것이다. Ir 을 피복한 애노드 전극 B 및 C는, 전기로에 의하여, 대기분위기 중에 있어서 열처리를 하는 것에 의하여, 산화이리듐(IrO₂)이라고 하였다. 상기 3종의 애노드 전극을 사용하고, 금 범프를 웨이퍼 분할 시험편에 형성하였다. 범프형성시의 금도금 처리조건은, 액온 60℃, 전류밀도 0 .5A/dm²로 하였다.The anode electrodes of Table 1 all had the same width as the surface to be plated of the wafer split test piece in the shape of the expanded mesh. The anode electrode A coated only Pt on the electrode base material Ti by plating, and the anode electrode B covered Ir by plating on Pt plated on the electrode base material Ti again. In addition, the anode electrode C coats Ir directly on the electrode base material Ti by plating. The anode electrodes B and C coated with Ir were called iridium oxide (IrO ₂ ) by heat treatment in an air atmosphere by an electric furnace. Using the three kinds of anode electrodes, gold bumps were formed on the wafer split test piece. Gold plating process conditions at the time of bump formation were 60 degreeC of liquid temperature, and 0.5 A / dm <^2> of current densities.

또한, 런닝시험으로서, 스타트시부터 1.O MTO까지 도금처리를 하고 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.O MTO 의 0.2 MTO 마다 금 범프의 형성을 하고, 상기 범프형성 특성을 조사하였다. 여기에서 단위 MTO(metal tern over)란, 도금액 중의 도금금속의 소비량을 나타내는 것이다. 도금처리를 연속하여 할 경우, 도금액 중의 금농도를 일정하게 하므로, 도금에 의해 소비된 도금액 중의 금을 적절히 보충하게 되지만, 예컨대, 1.O MTO란, 초기의 도금액에 포함되는 금이 10g이었을 경우, 도금액에 적절히 보충한 금이 10g에 달한 시점의 것을 나타내는 것이다.In addition, as a running test, the plating process was carried out from the start to 1.0 MTO, and gold bumps were formed every 0.2 MTO of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0 MTO, and the bump formation characteristics were examined. Here, the unit MTO (metal tern over) indicates the consumption amount of the plated metal in the plating liquid. When the plating treatment is performed continuously, the gold concentration in the plating liquid is kept constant, so that the gold in the plating liquid consumed by plating is appropriately supplemented. For example, in the case of 1.O MTO, when the gold contained in the initial plating liquid was 10 g. , When the amount of gold adequately replenished in the plating solution reaches 10 g.

스타트시 및 0.2 MTO마다의 범프형성의 경우는, 상기한 금도금 처리를 하였다. 또한, 범프형성 이외의 금도금 처리는, 웨이퍼 분할시험편의 대신에, 금제품의 더미패널(2×3cm각)을 사용하고, 그 양면에 동(同)재질의 애노드 전극을 배치하고, 상기 더미패널 양면에 금도금처리를 연속적으로 하였다. 이 때의 금도금 처리조건은, 액온 60℃, 전류밀도 0.5A/dm²로 하였다.In the case of bump formation at the start and every 0.2 MTO, the above-mentioned gold plating treatment was performed. In addition, in the gold plating process other than bump formation, a dummy panel (2 x 3 cm square) made of gold is used in place of the wafer split test piece, and anode electrodes of the same material are disposed on both surfaces thereof, and the dummy panel Gold plating was continuously performed on both sides. Gold plating process conditions at this time were 60 degreeC of liquid temperature, and 0.5A / dm <^2> of current densities.

상기 제1 실시형태에서의 평가는, 범프높이 및 범프경도, 범프정상면의 외관관찰을 하였다. 범프높이는, 범프형성의 금도금 처리후, 레지스트를 박리하고 금 범프를 노출하여, 상기 금 범프 높이를 측정하였다. 측정방법은, 촉침식(觸針式)의 범프높이 측정기(tencor사 제품 P-11)를 사용하고, 범프의 톱 표면의 90μm 폭L(도2참조)에 있어서의 높이(시드 금속표면으로부터 범프 톱까지의 거리)를 연속적으로 측정하고, 그 평균 범프높이, 최대높이, 최소높이를 구하였다. 또한, 측정은, 하나의 웨이퍼 분할 시험편에 있어서, 그 중앙에 위치하는 범프 및 그 중앙의 범프로부터 20mm 떨어진 사방(四方)에 있는 4개의 범프, 의 합계 5개의 범프에 대하여 하였다. 범프 높이의 측정 결과를 표 2 ∼ 표 4에 나타낸다.Evaluation in the said 1st Embodiment performed the appearance observation of bump height, bump hardness, and a bump top surface. Bump height, after bumping gold plating treatment, the resist was peeled off and gold bumps were exposed to measure the gold bump height. As a measuring method, a bump height measuring device (product made by tencor Co., Ltd. P-11) was used, and the height (90 cm width L (see Fig. 2)) of the top surface of the bump was bumped from the seed metal surface. Distance to the saw) was measured continuously, and the average bump height, maximum height, and minimum height were determined. In addition, the measurement was made about five bumps of the bump located in the center and four bumps in all directions which are 20 mm apart from the bump in the center in one wafer split test piece. The measurement result of bump height is shown to Tables 2-4.

표 2 ∼ 표 4에 있어서 균일성의 값은, 다음식으로 산출한 것이다.In Table 2-Table 4, the value of uniformity is computed by following Formula.

균일성(％）＝（최대높이 - 최소높이)/평균높이 × 100Uniformity (%) = (Maximum Height-Minimum Height) / Average Height × 100

또한, 표중의 분산은, 5개의 측정 범프높이의 값으로부터 산출하였다.In addition, the dispersion in a table was computed from the value of five measured bump heights.

표 2 ∼ 표 4의 결과로부터, 산화이리듐(IrO₂)을 피복한 애노드 전극 B 및 C는, 종래의 애노드 전극 A에 비교하여, 두께의 분산값이 작게 되어 있었다. 또한, 도금 처리시간 경과에 대한 두께의 분산값을 보면, 종래의 애노드 전극 A에 비교하여, 애노드 전극 B 및 C쪽이 분산값의 변동이 작고, 안정하고 있는 경향이 인정되었다. 또한, 두께의 균일성에 대해서는, 애노드 전극 C가 가장 우수하다는 것이 밝혀졌다. 상기 제1 실시형태에서의 결과에 따라, 산화이리듐(IrO₂)을 최표면에 피복한 애노드 전극을 사용함으로써 도금두께의 균일성을 향상할 수 있는 것이 밝혀졌다.From the results of Tables 2 to 4, the anode electrodes B and C coated with iridium oxide (IrO ₂ ) had a smaller dispersion value in thickness than the conventional anode electrode A. FIG. Moreover, when the dispersion value of the thickness with respect to the plating process time progressed, compared with the conventional anode electrode A, it was recognized that the variation of dispersion value was small and stable in the anode electrode B and C side. In addition, it was found that the anode electrode C was the most excellent in the uniformity of the thickness. Depending on the results of the above-mentioned first embodiment, it has been found that in the iridium oxide (IrO ₂₎ can improve the uniformity of coating thickness by using a coating on the outermost surface of the anode electrode.

제2 실시형태: 상기 제2 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 컵식 전해도금장치에 있어서, 표 5에 나타내는 각종 애노드 전극을 사용하고, 전해도금처리를 하여, 그 도금두께의 균일성을 조사하였다. 애노드 전극은, IrO₂/Pt/Ti 애노드 전극(실시예1)과, Pt/Ti 애노드 전극(비교예1 ∼ 5)과, Ir/Ti 애노드 전극(실시예6, 7)을 사용하였다. Second Embodiment In the second embodiment, in the cup type electroplating apparatus shown in FIG. 3, electrolytic plating treatment was performed using various anode electrodes shown in Table 5 to investigate the uniformity of the plating thickness. As the anode electrode, an IrO ₂ / Pt / Ti anode electrode (Example 1), a Pt / Ti anode electrode (Comparative Examples 1 to 5), and an Ir / Ti anode electrode (Examples 6 and 7) were used.

도3에 나타내는 컵식 전해도금장치(10)는, 도금조(20)의 상부개구에 따라 웨이퍼(30)를 재치할 수 있도록 되어 있고, 웨이퍼(30)의 원주 테두리부(40)와 원주전체에 걸쳐 접촉하도록, 링 형상의 캐소드 전극(50)이 배치되어 있다. 캐소드 전극(50) 아래에는, 도금액의 누설 방지용의 씰 패킹(60)이 배치되어 있다. 또한, 도금조(20)에는, 저부(低部)중앙에 도금액 공급구(70)와, 재치된 웨이퍼(30)를 향해서 상승류에서 도금액 공급구(6)로부터 공급된 도금액이 도금조(20) 외부에 유출할 수 있도록 되어 있는 도금액 유출구(80)가 설치되어 있다. 더욱이, 도금조(20)의 밑바닥에는, 재치된 웨이퍼(30)와 대향하는 애노드 전극(90)이 설치되어 있다.In the cup type electroplating apparatus 10 shown in FIG. 3, the wafer 30 can be mounted in accordance with the upper opening of the plating bath 20, and the circumferential edge portion 40 and the entire circumference of the wafer 30 are mounted. The ring-shaped cathode electrode 50 is arrange | positioned so that it may contact over. Under the cathode electrode 50, a seal packing 60 for preventing leakage of the plating liquid is disposed. In the plating tank 20, the plating liquid supplied from the plating liquid supply port 6 in the upward flow toward the wafer 30 placed on the plating liquid supply port 70 and the placed wafer 30 is plated in the plating tank 20. The plating liquid outlet 80 which can flow out to the outside is provided. Furthermore, an anode electrode 90 facing the placed wafer 30 is provided at the bottom of the plating bath 20.

도금 대상물은, 직경 8인치의 웨이퍼이며, 그 피도금 표면이 되는 한쪽면에, 시드 금속층으로서 두께 0.15μm의 금을 피복한 것을 사용하였다. 그리고, 도금처리는, 그 시드 금속층 위에, 레지스트(두께25μm)을 피복하고, 23.5μm × 63.5μm 각의 범프 형상의 패턴(도금면적 0.34dm²)을 형성하였다. 이러한 패턴형성을 한 웨이퍼의 피도금표면에, 금도금처리를 하는 것으로 금 범프를 형성하였다. 도금액은, 상기 제1 실시형태와 같은 것을 사용하였다. 또한, 도금처리조건은, 전류밀도 0.5dm²에서, 도금시간 약 60분간에서, 목표높이 18μm의 범프를 형성하도록 하였다. 또한, 본실시 형태에 있어서는, 애노드 전극만의 도금처리에의 영향을 정확하게 파악할 수 있도록, 보통, 제품 웨이퍼의 도금처리에서 하는 전류밀도제어용의 차폐판이나, 애노드 전극 마스크 등의 배치는 일체 하지 않았다.The object to be plated was a wafer having a diameter of 8 inches, and used as a seed metal layer coated with gold having a thickness of 0.15 μm on one side serving as the surface to be plated. In the plating treatment, a resist (25 μm thick) was coated on the seed metal layer to form a bump-shaped pattern (plating area 0.34dm ² ) having a 23.5 μm × 63.5 μm angle. Gold bumps were formed on the surface to be plated of the patterned wafer by gold plating. The plating liquid used the same thing as the said 1st Embodiment. In the plating treatment conditions, a bump having a target height of 18 µm was formed at a current density of 0.5 dm ² for about 60 minutes during the plating time. In addition, in this embodiment, in order to accurately grasp the influence on the plating process of only an anode electrode, the arrangement | positioning of the shield board for current density control, the anode electrode mask, etc. which are normally performed in the plating process of a product wafer was not integrated at all. .

도금처리를 한 후, 컵식 전해도금장치로부터 웨이퍼는 제거하고, 이 도금처리후의 웨이퍼를 수세, 건조를 하고, 레지스트를 박리후, 다시, 수세, 건조하였다. 그리고, 도금두께의 균일성을 평가하기 위해서, 도 4에 나타내는 웨이퍼 표면의 17포인트의 부분에 위치하는 범프의 높이를 측정하였다. 측정방법, 조건 등은 제1 실시형태와 마찬가지이다. 범프높이의 측정결과를 표 6에 나타낸다.After the plating treatment, the wafer was removed from the cup electroplating apparatus, and the wafer after the plating treatment was washed with water, dried, and after the resist was peeled off, washed with water and dried again. And in order to evaluate the uniformity of plating thickness, the height of the bump located in the 17 point part of the wafer surface shown in FIG. 4 was measured. Measurement methods, conditions, etc. are the same as that of 1st Embodiment. Table 6 shows the measurement results of the bump height.

표 6의 비교예1 ∼ 5의 결과로부터, 애노드 전극의 Pt두께가 증가하는 데에 따라서, 두께의 균일성이 향상하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 도금처리시의 전압값을 측정한 바, Pt두께가 증가하는 데에 따라서 전압값이 낮아지는 것도 밝혀졌다. 이것으로부터, 애노드 전극자체의 전기 전도성이 도금두께의 균일성에 영향을 주는 것이 예상되었다. 한편, 산화이리듐(IrO₂)을 피복한 애노드 전극에서는, 실시 예 1, 비교예 6, 7의 결과로부터, 종래의 애노드 전극(비교예 1)보다도 도금두께의 균일성이 향상하고 있는 것이 밝혀졌다. 가장 두께 균일성이 향상하고 있었던 것은, 비교예 7의 원판상 애노드 전극이었다. 또한, 실시예 1의 애노드 전극은, 비교 예 4와 같은 레벨에까지 도금두께의 균일성을 향상시키고 있는 것을 알았다. 또한, 표 6에 나타내는 데이타는, 범프 높이의 정밀도는 대단히 나쁜 결과가 되어 있으나, 이것은 상술한 바와 같이, 본실시 형태에서의 도금처리에서는, 애노드 전극만의 영향을 보기 위하여, 전류분포 조정용의 차폐판 등의 배치를 전혀하지 않았기 때문이다.From the results of Comparative Examples 1 to 5 of Table 6, it was confirmed that the uniformity of the thickness was improved as the Pt thickness of the anode electrode was increased. Furthermore, when the voltage value at the time of a plating process was measured, it turned out that voltage value becomes low as Pt thickness increases. From this, it was expected that the electrical conductivity of the anode electrode itself affected the uniformity of the plating thickness. On the other hand, in the anode electrode coated with iridium oxide (IrO ₂ ), it was found from the results of Example 1 and Comparative Examples 6 and 7 that the uniformity of the plating thickness was improved compared to the conventional anode electrode (Comparative Example 1). . It was the disk-shaped anode electrode of the comparative example 7 that thickness uniformity improved most. In addition, it was found that the anode electrode of Example 1 improved the uniformity of the plating thickness to the same level as in Comparative Example 4. In addition, the data shown in Table 6 has a very bad result of bump height accuracy, but as described above, in the plating process of the present embodiment, in order to see the effect of only the anode electrode, shielding for current distribution adjustment is made. This is because the layout of the plate was not at all.

또한, 상기 실시예 1, 비교예 6 및 7의 각 애노드 전극에 대하여, Pt 및 IrO₂피막의 밀착성, 도금처리 후의 외관을 조사한 바, 비교예 6, 7이 밀착성이 그다지 좋지 않고, 외관도 색얼룩이 있는 것이 확인되었다. 이에 대하여, 실시예 1의 애노드 전극이면, 밀착성은 양호하고, 색얼룩도 없은 것이 확인되었다. 더욱이, 장시간의 도금처리를 하였을 경우, 비교예 1 ∼ 5의 애노드 전극에서는, 전극표면에 금의 석출이 확인되었다. 이에 대하여, 실시예 1, 비교예 6 및 7의 애노드 전극과 같이 , 전극표면이 IrO₂의 것은, 장시간의 도금처리를 하여도 금의 석출이 확인되지 않았다. 상기 밀착성 및 외관, 금의 석출현상의 결과와, 상술한 도금두께의 균일성의 결과를 종합적으로 판단한 바, 코스트면도 포함시켜 실용적인 애노드 전극은 실시예1 이라고 생각되었다.In addition, the adhesion of the Pt and IrO ₂ films and the appearance after plating were examined for the anode electrodes of Examples 1 and Comparative Examples 6 and 7, and Comparative Examples 6 and 7 did not have very good adhesion, and the appearance was also color. A stain was confirmed. On the other hand, if it was an anode electrode of Example 1, it was confirmed that adhesiveness was favorable and there was no color spot. Further, when the plating was performed for a long time, precipitation of gold was confirmed on the electrode surface in the anode electrodes of Comparative Examples 1 to 5. On the other hand, as in the anode electrodes of Examples 1, Comparative Examples 6 and 7, the electrode surface of IrO ₂ was not found to deposit gold even after long time plating treatment. The results of the adhesion, the appearance, the precipitation of gold and the results of the uniformity of the above-described plating thickness were judged comprehensively. As a result, the practical anode electrode including the cost surface was considered to be Example 1.

본 발명에 의하면, 웨이퍼와 같이 매우 엄밀한 도금두께의 균일성이 요구되는 도금처리에 있어서도, 균일한 두께의 전해 도금처리가 용이하게 행할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, there is an effect that the electroplating treatment of uniform thickness can be easily performed even in the plating treatment requiring very uniform plating thickness uniformity as in the wafer.

Claims

웨이퍼의 원주 테두리부와 접촉하는 캐소드 전극이 배치된 개구부를 가지는 도금조와, 상기 개구부에 재치한 웨이퍼와 대향하도록 도금조 내부에 배치된 애노드 전극을 구비하고, A plating bath having an opening in which a cathode electrode in contact with the circumferential edge of the wafer is disposed, and an anode electrode disposed inside the plating bath so as to face the wafer placed in the opening,

도금조 내에 도금액을 공급하여 웨이퍼와 도금액을 접촉시키는 동시에, 웨이퍼에 도금전류를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 도금처리를 하는 전해도금장치에 있어서,An electroplating apparatus for supplying a plating liquid into a plating bath to contact a wafer with a plating liquid, and simultaneously plating the surface of a wafer by supplying a plating current to the wafer.

상기 애노드 전극은, 티타늄제의 전극베이스재 위에, 중간층으로서 백금피막과, 그 중간층 표면에 산화이리듐 피막이 설치되어진 것을 특징으로 하는 전해도금장치. An electroplating apparatus according to claim 1, wherein the anode electrode is provided with a platinum film as an intermediate layer and an iridium oxide film on the surface of the intermediate layer.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

백금피복의 두께가 1.0 ∼ 8.0μm이며, 산화이리듐 피복의 두께가 1.O ∼ 5.0μm인 것을 특징으로 하는 전해도금장치.An electroplating apparatus, wherein the thickness of the platinum coating is 1.0 to 8.0 µm and the thickness of the iridium oxide coating is 1.0 to 5.0 µm.