电镀装置及电镀方法
【专利说明】电镀装置及电镀方法
[0001]本申请为分案申请，其原申请是于2008年12月4日向中国专利局提交的专利申请，申请号为201210570167.2，发明名称为“电镀装置及电镀方法”。
技术领域
[0002]本发明涉及对半导体晶片等被电镀体(基板)的表面进行电镀的电镀装置及电镀方法；尤其涉及适合在设置于半导体晶片表面的细微的布线用槽或孔、保护层开口部形成镀膜，或者在半导体晶片的表面形成与封装的电极等电连接的凸点(凸起状电极)的电镀装置及电镀方法。
【背景技术】
[0003]例如在TAB(Tape Automated Bonding，卷带自动结合)或倒装片中，目前正广泛推行在形成了布线的半导体芯片表面的预定地方(电极)形成金、铜、焊锡、镍或者将这些材料多层层叠起来的凸起状连接电极(凸点)，通过该凸点与封装电极或TAB电极电连接。作为形成这种凸点的方法有电镀法、蒸镀法、印刷法、滚动凸点(求一少/^文)法等各种方法，但随着半导体芯片I/O数量的增加、间距变细，大多使用能够细微化、性能比较稳定的电镀法。
[0004]如果采用电镀法，能够容易地获得高纯度的金属膜(镀膜)，而且不仅金属膜的成膜速度快，还能够比较容易地控制金属膜的厚度。并且，在往半导体晶片上形成金属膜的过程中，为了追求高密度的安装、高性能和高的成品率，还严格要求面内膜厚的均匀性。如果采用电镀，通过使电镀液中金属离子供给速度的分布和电位分布均匀，期待能够获得面内膜厚均匀性好的金属膜。
[0005]作为采用了所谓浸渍方式的电镀装置，我们知道内部具有保存电镀液的电镀槽，在电镀槽的内部彼此相对并且互相垂直地配置了水密性地密封了外周边缘保持在基板保持架上的基板(被电镀体)以及保持在阳极保持架上的阳极，在阳极与基板之间配置了由中央形成了中央孔的电介质构成的调整板(regulat1n plate)，并且在调整板与基板之间配置了搅拌电镀液的搅拌器的装置(参照例如专利文献I)。
[0006]如果采用专利文献I所记载的电镀装置，将电镀液收容到电镀槽内，将阳极、基板和调整板浸渍到电镀液中，同时通过导线将阳极连接到电镀电源的阳极上、将基板连接到电镀电源的阴极上，在阳极与基板之间施加预定的电镀电压，通过这样在基板的表面析出金属，形成金属膜(镀膜)。并且在电镀时用配置在调整板与基板之间的搅拌器搅拌电镀液，通过这样将足够量的离子均匀地提供给基板，形成膜厚更均匀的金属膜。
[0007]专利文献I记载的发明在阳极和配置在与该阳极相对的位置上的基板之间配置有在圆筒体内部具有电镀液流路的调整板，用该调整板调节电镀槽内的电位分布，通过这样调节在基板表面形成的金属膜的膜厚分布。
[0008]并且提出过通过尽量缩短浸渍在电镀槽内的电镀液中配置的调整板与被电镀物(被电镀体)之间的距离，使被电镀物的整个表面的电位分布更加均匀，来形成膜厚更均匀的金属膜的电镀装置的方案(参照例如专利文献2)。
[0009]近年来，为了实现更高的装置生产率，强烈要求将形成预定膜厚的镀膜所需要的电镀时间缩短到以往时间的2/3左右。为了以更短的时间对某一电镀面积进行预定膜厚的电镀，需要流过大的电流以高的电镀速度进行电镀，即需要以高的电流密度进行电镀。但是，如果用现有的一般的电镀装置和运行方法以高的电流密度条件进行电镀的话，则具有电镀膜厚的面内均匀性变差的倾向。电镀膜厚的面内均匀性要求比以往增高，具有高的水准。因此，像专利文献2所记载的那样缩短调整板与被电镀物之间的距离在以高电流密度的电镀条件进行电镀时变得更加重要。
[0010]作为以高电流密度的条件进行电镀的问题点，本发明者发现，如果用以往一般的电镀装置及运行方法以高电流密度的条件进行电镀，则电镀形成的凸点具有顶端形状不平坦，变成尖凸形状的倾向。虽然目前正在开发中的WL-CSP (Wafer Level-Chip SizePackage,圆片级芯片尺寸封装)技术在通过电镀形成凸点后用树脂被覆凸点，但如果凸点的顶端为尖凸形状的话，为了被覆整个凸点必须堆积过量的树脂，使成本增加。而且，当堆积树脂时，为了使表面平滑，用被称为刮板的刮刀将树脂表面推平，但如果是局部变尖凸的高的凸点，用刮刀(squeegee)推平树脂表面时存在凸点倒塌的问题。并且，在用树脂被覆凸点后，通过机械抛光将树脂和凸点削到预定的厚度，但此时也必须削去过多堆积的量的树脂，使成本增加。
[0011]提出过以5cm/sec?20cm/sec的速度驱动搅拌电镀液的一对搅拌棒中的一根、以25cm/sec?70cm/sec的速度驱动另一根，电镀具有通孔的印刷电路板的电镀装置及电镀方法(参照例如专利文献3)。但是，即使一边以这样的速度分别移动一对搅拌棒一边进行电镀，也不能形成顶端形状平坦的凸点。
[0012][专利文献I]JP W02004/009879号小册子
[0013][专利文献2]日本特开2001-329400号公报
[0014][专利文献3]日本特开2006-41172号公报
【发明内容】
[0015]本发明就是鉴于上述问题，其目的是要提供一种在对半导体晶片等被电镀体(基板)进行电镀时，即使以高电流密度的条件进行电镀也能够形成顶端形状平坦的凸点、也能形成电镀面内具有良好的均匀性的金属膜的电镀装置及电镀方法。
[0016]本发明第I方案为一种电镀装置，其特征在于，具有:保持电镀液的电镀槽；浸渍到上述电镀槽内的电镀液中而配置的阳极；保持被电镀体，并配置在与上述阳极相对的位置上的保持架；配置在上述阳极与被上述保持架保持的被电镀体之间，与该被电镀体平行地往复移动来搅拌电镀液的搅拌器；以及对驱动上述搅拌器的搅拌器驱动部进行控制的控制部；上述控制部控制上述搅拌器驱动部，使得上述搅拌器移动速度绝对值的平均值为70 ?100cm/sec。
[0017]这样一来，通过使配置在阳极与被电镀体之间的搅拌器以速度绝对值的平均值为70?lOOcm/sec的速度(高速)动作来搅拌电镀液，在例如形成凸点时，能够给为了形成凸点而预先形成的保护层孔内提供足够并且均匀的离子，即使以高电流密度的电镀条件也能够形成顶端形状平坦的凸点。
[0018]本发明第2方案为具有以下特征的第I方案的电镀装置:上述搅拌器由具有格子部的板状部件构成。
[0019]本发明第3方案为具有以下特征的第2方案的电镀装置:上述板状部件具有3?5mm的固定厚度。
[0020]本发明第4方案为具有以下特征的第2或第3方案的电镀装置:上述搅拌器与上述被电镀体之间的距离为5?Ilmm0
[0021]本发明第5方案为具有以下特征的第I方案的电镀装置:还具有由电介质构成、配置在上述阳极与上述搅拌器之间的调整板；上述调整板具有筒状部和凸缘部，所述筒状部的内径沿着上述被电镀体的外形；所述凸缘部连接到该筒状部的上述阳极一侧端部的外周面上，阻断上述阳极与上述被电镀体之间形成的电场。
[0022]这样一来，通过在阳极与搅拌器之间配置调整板，使被电镀体的整个面上的电位分布更加均匀，由此，即使在高电流密度的电镀条件下也能够提高被电镀体上形成的金属膜(镀膜)在电镀面内的均匀性。
[0023]本发明第6方案为具有以下特征的第5方案的电镀装置:上述筒状部的被电镀体一侧的端部与上述被电镀体之间的距离为8?25mm。
[0024]筒状部的被电镀体一侧的端部与上述被电镀体之间的距离优选在12?18mm。
[0025]本发明第7方案为具有以下特征的第I方案的电镀装置:上述保持架具有向外突出的保持架臂，上述电镀槽具有与上述保持架臂接触、悬吊支承上述保持架的保持架支承部；在上述保持架臂与上述保持架支承部的接触部位设置有将该保持架臂固定在保持架支承部上的固定机构。
[0026]由此，在用电镀槽悬吊支承保持架时，即使例如使搅拌器高速移动时电镀液的流动使保持架承受向后的压力，也能够防止保持架摇摆或倾倒。
[0027]本发明第8方案为具有以下特征的第7方案的电镀装置:上述固定机构由设置在上述保持架臂和上述保持架支承部中的至少一个上的磁铁构成。
[0028]由此，能够利用磁力提尚保持力ο
[0029]本发明第9方案为具有以下特征的第7或第8方案的电镀装置:在上述保持架臂与上述保持架支承部的接触部至少双方的一部分上，具有在上述电镀槽中悬吊支承上述保持架时互相接触而闭合的触点；通过该触点闭合给被电镀体供电。
[0030]这样一来，通过在保持架臂与保持架支承部接触部的至少双方的一部分上设置触点，在用电镀槽悬吊支承保持架时，能够确实地使保持架臂一侧的触点与保持架支承部一侧的触点接触。
[0031]本发明第10方案为一种电镀方法，其特征在于，将阳极和被电镀体彼此相对地设置在电镀槽内的电镀液中；一边在上述阳极与上述被电镀体之间施加电压，一边使配置在上述阳极与上述被电镀体之间的搅拌器以绝对值的平均值为70?lOOcm/sec的移动速度与上述被电镀体平行地往复移动。
[0032]本发明第11方案为具有以下特征的第10方案的电镀方法:上述搅拌器为具有格子部的板状部件。
[0033]本发明第12方案为具有以下特征的第11方案的电镀方法:上述板状部件具有3?5mm的固定厚度。
[0034]本发明第13方案为具有以下特征的第11或第12方案的电镀方法:上述搅拌器与上述被电镀体之间的距离为5?Ilmm0
[0035]本发明第14方案为具有以下特征的第10方案的电镀方法:将调整板配置在上述阳极与上述搅拌器之间，所述调整板由电介质构成，具有筒状部和凸缘部，所述筒状部的内径沿着上述被电镀体的外形；所述凸缘部连接到该筒状部的上述阳极一侧端部的外周面上，从而阻断上述阳极与上述被电镀体之间形成的电场。
[0036]本发明第15方案为具有以下特征的第14方案的电镀方法:上述筒状部的被电镀体一侧的端部与上述被电镀体之间的距离为8?25mm。
[0037]筒状部的被电镀体一侧的端部与被电镀体之间的距离优选为12?18mm。
[0038]本发明第16方案为一种电镀装置，其特征在于，具有:保持电镀液的电镀槽；浸渍到上述电镀槽内的电镀液中而配置的阳极；保持被电镀体，配置在与上述阳极相对的位置上的保持架；配置在上述阳极与被上述保持架保持的被电镀体之间，与该被电镀体平行地往复移动来搅拌电镀液的搅拌器；以及对驱动上述搅拌器的搅拌器驱动部进行控制的控制部；上述电镀槽用内部有多个电镀液通孔的分隔板分隔成上面的被电镀体处理室和下面的电镀液分散室；上述电镀液分散室内配置有确保电镀液分散流动并屏蔽电场的屏蔽板。
[0039]这样一来，通过分隔板将电镀槽分隔成上面的被电镀体处理室和下面的电镀液分散室，在电镀液分散室内设置屏蔽板，抑制电场迂回电镀液分散室内从阳极向被电镀体形成，能够防止被电镀体下部形成的电场影响镀膜的电镀面内的均匀性。该被电镀体下部形成的电场对镀膜的面内均匀性的影响在以往的低电流密度的电镀条件下不成为问题，但在比以往高的高电流密度的条件下，由于镀膜在靠近电镀槽底部的部分膜厚急剧变厚，因此成为了问题。
[0040]本发明第17方案为具有以下特征的第16方案的电镀装置:还具有由电介质构成、配置在上述阳极与上述搅拌器之间的调整板；上述调整板具有筒状部和凸缘部，所述筒状部的内径沿着上述被电镀体的外形；所述凸缘部连接到该筒状部的上述阳极一侧端部的外周面上，从而阻断上述阳极与上述被电镀体之间形成的电场；在该凸缘部的下端安装有与上述分隔板连接的电场屏蔽部件。
[0041]这样一来，通过设置调整板，能够抑制阳极与被电镀体之间形成的电场，同时通过在凸缘部与分隔板之间设置电场屏蔽部件，能够防止电场从凸缘部与分隔板之间的间隙泄漏。
[0042]本发明第18方案为具有以下特征的第16方案的电镀装置:上述电镀液分散室用上述屏蔽板分隔成阳极侧液体分散室和阴极侧液体分散室，从电镀液供给通道给