CN100351434C - 电镀装置以及电镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电镀装置以及电镀方法。是一种对基板进行电镀的电镀装置。该装置具有电镀处理单元、基板清洗单元、基板搬送机构、后处理药液供给部、在电镀处理单元对微量成分(促进剂、抑制剂以及氯元素)进行管理的微量成分管理部、在内部收容有包括所述电镀处理单元、所述清洗单元、以及所述基板搬送机构的基板处理部的外壳、对装置整体进行控制的系统控制器。
Description
技术领域
本发明涉及在半导体晶片等基板上进行电镀的电镀装置以及电镀方法。
背景技术
在半导体装置的制造工序中,有时需要在半导体晶片(以下简称“晶片”)的其中一个表面进行电镀处理。对晶片进行电镀的电镀装置需要采用复杂的工艺,而且对电镀成膜的质量要求很高。还有,由于反复电镀会使电镀液的成分发生变化,所以需要定期分析电镀液,并根据分析结果对电镀液的成分进行调整,以使其成分维持在规定数值。这些操作比较繁杂,且费时间。
例如,电镀液中含有促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、使添加剂留在晶片表面等的氯元素等微量元素。这些微量成分会由于电镀而发生损耗,需要适时补充以维持适当的浓度,否则将不能进行优质电镀。
但是,过去的电镀装置不能满足对电镀成膜的质量、操作的简便性、生产效率等提出的要求。
尤其是对于电镀液的微量成分不能进行简单而且适当的管理,从而难以进行优质电镀。
发明内容
本发明的目的在于提供能够进行优质电镀的电镀装置。
本发明的其它的目的在于提供操作简便的电镀装置。
本发明的其它的目的在于提供能够进行高效电镀的电镀装置。
本发明的另外的目的在于提供能够进行优质电镀的电镀方法。
本发明的另外的目的在于提供操作简便的电镀方法。
本发明的另外的目的在于提供能够进行高效电镀的电镀方法。
本发明的电镀装置是用于对处理对象的基板进行电镀的电镀装置。本装置具有载置有能够收容处理对象的基板的盒的盒台、电镀处理单元、对处理对象的基板进行清洗的清洗单元、在载置在上述盒台上的盒、上述电镀处理单元、以及上述清洗单元之间搬送处理对象的基板的基板搬送机构、对上述清洗单元供给后处理药液的后处理药液供给部、对于在上述电镀处理单元所使用的电镀液的促进剂、抑制剂、以及氯元素进行定量分析的分析部的微量成分管理部、以及收容有包括上述电镀处理单元、上述清洗单元、以及上述基板搬送机构的基板处理部的外壳、对装置整体进行控制的系统控制器。
电镀处理单元中具有能够与处理对象的基板相接触的阴极电极并且使该阴极与所接触的基板能够一起旋转的阴极环、以及能够收容含有作为微量成分的促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的电镀液并在内部配置有阳极电极的电镀杯。
另外,微量成分管理部具有控制该微量成分管理部的微量成分管理控制器,上述分析部具有能够收容分析对象的电镀液的分析杯、对该分析杯供给分析用的液态试剂的多个试剂供给喷嘴、进行滴定分析的参照电极以及银氯化银电极、以及进行CVS分析或CPVS分析的旋转电极、对电极、以及参照电极。
根据本发明,通过一台电镀装置,能够利用电镀处理单元进行电镀处理和利用清洗单元进行清洗处理。安置在盒台的盒中能够收容有未处理的基板以及已经进行电镀处理和清洗处理的基板。
通过系统控制器的控制,可以利用基板搬送机构顺次自动将收容在盒中的未处理的基板搬送到电镀处理单元和清洗单元,在自动进行电镀处理和清洗处理之后,再将基板收容到盒内。
本电镀装置还可以具有对基板周边部进行腐蚀(斜腐蚀)的腐蚀单元,此时通过系统控制器的控制,可以对处理对象的基板自动顺次进行电镀处理、腐蚀单元、以及清洗处理。可以由后处理药液供给部收容和供给斜腐蚀单元所使用的腐蚀溶液。
由于基板处理部收容在外壳内部,能够在与外部环境隔绝的清洁环境中进行电镀处理和清洗处理等基板处理。外壳的结构也可以包括过滤器以便将外部空气的异物除去后再引入内部。
电镀液在电镀处理装置中反复使用时,电镀液中的微量成分的浓度会逐渐变得低于所规定的浓度(浓度范围)。根据本发明,通过微量成分管理部,能够对作为电镀液中的微量成分的促进电镀的促进剂(以下简称“促进剂”)、抑制电镀的添加剂(以下简称“抑制剂”)以及氯元素进行定量分析。
因此,可以得知电镀液中的促进剂、抑制剂以及氯元素的浓度,在此基础上,操作人员可以对在基板处理部所使用的电镀液补充适量的促进剂、抑制剂以及氯元素,使该电镀液中的促进剂浓度、抑制剂浓度、以及氯元素浓度维持在所规定的浓度。因此,利用本电镀装置能够使用具有规定微量成分浓度的电镀液,能够在基板上进行操作简便而且优质的电镀处理。
微量成分管理部中的分析部能够在一个分析杯内配置进行滴定分析的参照电极以及银氯化银(Ag/AgCl)电极、以及进行CVS(CyclicVoltammetric Stripping)分析或CPVS(Cyclic Pulse Voltammetric Stripping)分析的旋转电极、对电极、以及参照电极。所以能够在一个分析杯内进行滴定分析、CVS分析或CPVS分析。
分析杯内收容有分析对象的电镀液,通过利用旋转电极、对电极、以及参照电极,可以进行CVS分析或CPVS分析。滴定分析所使用的参照电极和CVS分析或CPVS分析所使用的参照电极也可以是同一电极。
具体来说,对于CVS分析或CPVS分析,微量成分管理控制器使得浸泡在电镀液中的旋转电极(作用电极)与参照电极之间的电压与扫描电压(指令电压)保持一致,从而控制在对电极与旋转电极之间流过的电流。指令电压按一定的变化周期进行扫描。因此,在作用电极上会周期出现铜的电镀以及铜的剥离(脱模)。作用电极上的铜发生剥离时流过作用电极的电流与电镀液中的促进剂或抑制剂的浓度有关。这样,通过观察流过作用电极的电流,可以求得促进剂或抑制剂的浓度。
由铂(Pt)组成的旋转电极从由绝缘体组成的棒状支持物的前端露出来,与支持物连接在一起,并能够与支持物一起绕支持物的轴进行旋转。
进行CVS分析或CPVS分析时,通过试剂供给喷嘴供给作为试剂的促进剂或抑制剂。
分析杯内收容分析对象的电镀液,能够一边从试剂供给喷嘴处滴下硝酸银水溶液,一边测定浸泡在电镀液中的参照电极与银氯化银电极之间的电位差,进行氯元素的滴定分析。此时,通过旋转支持旋转电极的支持物,可以对分析对象的电镀液进行搅拌。
上述装置最好还具有能够上下移动上述银氯化银电极使上述银氯化银电极在上述分析杯的内部和外部之间进行移动的上下机构。
在利用硝酸银水溶液进行氯元素的滴定分析时,在分析对象的电镀液中会出现氯化银的沉淀。所以,氯元素的滴定分析之后,必须除去氯化银,并将分析杯的内部情洗干净。可以利用硫代硫酸钠水溶液等溶解氯化银的清洗液进行洗涤而除去氯化银。但是,溶解氯化银的清洗液也会溶解掉银氯化银电极。
利用上述结构,在滴定分析之后洗涤分析杯内时,通过上下机构能够将银氯化银电极移到分析杯的外部。这样既可以使银氯化银电极不发生溶解,又可以除去分析杯内的氯化银。
上述分析杯的底面最好形成有排液口(336h),并在上述分析杯的底面上形成有一个朝向上述排液口的向下倾斜面。
从废液口可以排出分析结束后的电镀液、清洗分析杯后的清洗液等。由于分析杯的底面有一个朝向废液口的向下倾斜面,从而可以基本上将杯内的电镀液完全排除干净。
在上述多个试剂供给喷嘴之中,最好至少有一个喷嘴的开口的开口径小于1mm。
在滴定分析时,需要对微量的电镀液进行计量并将其滴入分析杯,或者将微量的试剂滴入电镀液。根据本发明,通过利用开口径小于1mm的喷嘴,能够将微量的试剂滴入分析杯。
上述分析部最好还具有将电镀液以及分析用试剂供给上述电镀杯内的多个注射泵,这些注射泵与上述微量成分管理控制器相连接,通过串行总线进行控制。
利用这种结构,可以通过注射泵向电镀液准确供给所规定量的试剂。
另外,通过串行总线能够控制多个注射泵。
上述分析部最好具有收容分析用试剂的试剂收容器、能够处于基本密闭状态的缓冲杯、能够获得该缓冲杯内液面高度信息并与上述微量成分管理控制器连接的液面传感器、配置在上述试剂收容器内的底部附近与上述缓冲杯之间的第1送液管、配置在上述缓冲杯内的底部附近与上述分析杯之间的第2送液管、对上述缓冲杯内进行排气的排气机构。另外,当根据上述液面传感器的输出信号判断出在上述缓冲杯内的高于上述第2送液管的开口位置的第1液位的位置上不存在液体时,上述微量成分管理控制器能够作出反应,控制上述排气机构,对上述缓冲杯内进行排气。
根据这一结构,从试剂收容器向缓冲杯供给试剂,当缓冲杯内收容到一定量以上的试剂时,能够从缓冲杯向分析杯适时地供给必要量的试剂。通过液面传感器探测到缓冲杯内的试剂液面低于第1液位时,微量成分管理控制器控制排气机构,在所规定时间内对缓冲杯内进行排气。
当缓冲杯基本处于密闭状态时,通过对缓冲杯内进行排气,缓冲杯内将处于减压状态,试剂收容器内所收容的试剂会被吸引到缓冲杯内。如果试剂收容器内收容有充分的试剂,通过在所规定的时间内使缓冲杯内处于减压状态,可以从试剂受容器向缓冲杯供给所规定量的试剂,使得缓冲杯内的试剂的液面高于第1液位。
因此,试剂收容器内即使没有试剂,缓冲杯内也能够经常保持一定量以上的试剂。这样,试剂收容器内收容的试剂不会出现浪费,同时使第2送液管内不会进入空气,并准确地向分析杯供给所规定量的试剂。
第2送液管可以在缓冲杯内设置于低于第1液位的位置。例如,可以在第2送液管内安装注射泵。此时,通过注射泵能够将缓冲杯内收容的试剂移送到分析杯。
在分析部使用的多种试剂可以利用相同的构造进行收容和供给。
上述微量成分管理控制器中最好与警报声产生装置以及显示屏相连接。另外,上述液面传感器最好包括设置在上述第1液位的高度来探测上述缓冲杯内的液体的有无的下限传感器、以及设置在高于第1液位的第2液位的高度来探测上述缓冲杯内的液体的有无的上限传感器。上述微量成分管理控制器最好能够在利用上述排气机构在规定时间内对上述缓冲杯内进行排气后,通过上述上限传感器在上述缓冲杯内的上述第2液位检测不到液面时,利用上述警报声产生装置发出警报声,并在上述显示屏上显示上述试剂收容器已经空了的信息。
根据这一结构,利用下限传感器可以探测缓冲杯内的试剂是否位于第于第1液位,利用上限传感器可以探测缓冲杯内的试剂是否位于第2液位。因此,微量成分管理控制器根据下限传感器和上限传感器的输出信号,能够判断缓冲杯内的试剂是否位于第1液位以下、以及是否位于第2液位以上。
当试剂收容器内的试剂的液面位于第1液位时,能够利用排气机构对缓冲杯内进行排气,将规定量的试剂供给到缓冲杯内,从而使试剂的液面高于第2液位。
如果试剂收容器内没有收容充分量的试剂,即使在规定时间内使缓冲杯内处于减压状态,也不能向缓冲杯供给足够量的试剂,因此,试剂收容器就会变空。此时,缓冲杯内的试剂的液面不能到达第2液位。在这种情况下,微量成分管理控制器控制警报声产生装置发出警报声,并控制显示屏,在该显示屏上显示试剂收容器已经空了的信息,提醒操作人员注意。这时,操作人员可以将满量的试剂收容器与空的试剂收容器进行交换。
这样,能够再次从试剂收容器向缓冲杯供给规定量的试剂,使缓冲杯内的试剂的液面不低于第1液位。因此能够不让空气进入第2送液管内,并向分析杯准确供给所规定量的试剂。
上述分析部最好具有配置在上述分析杯附近并能够基本处于密闭状态的取样容器、配置在上述基板处理部与上述取样容器之间的取样管、配置在上述取样容器与上述分析杯之间的电镀液移送管、与上述取样容器连通连接并对该取样容器进行排气的排气机构。
根据这种结构,取样容器基本处于密闭状态,通过排气机构对取样容器进行排气,可以使得取样容器内处于减压状态。这样在基板处理部与取样容器内之间产生压力差,可以将基板处理部的电镀液通过取样管移送到取样容器。因此能够从取样容器向分析杯供给电镀液并进行分析。
如果通过较长的配管移送电镀液,有可能混入空气,难以保证准确移送规定量的电镀液。在进行滴定分析、CVS分析或CPVS分析时,如果不能准确知道分析对象的电镀液的量,就不能准确进行分析。上述结构中,由于取样容器配置在分析杯附近,从而能够缩短从取样容器到分析杯的移送电镀液的电镀液移送管,保证在分析部内不会混入空气。因此能够向分析杯内准确移送规定量的电镀液,准确进行分析。
上述取样管最好在上述取样管内的上部开口,此时上述微量成分管理器最好还具有向上述取样容器内供气的供气机构。
根据这种机构,取样管在取样容器内的上部开口,通过取样管移送电镀液后,可以使取样管的端部(开口部)在取样容器内不会浸没在电镀液中。通过取样管从基板处理部向取样容器供应电镀液的样品后,取样容器基本处于密闭状态,可以通过给气机构向取样容器给气。这样,取样容器内处于加压状态,能够将取样管内的电镀液推回基板处理装置。
如果只能从基板处理部向取样容器移送电镀液,取样容器内剩余的电镀液在移送到取样容器内后、分析下一次电镀液之前必须废弃,从而浪费电镀液。依据本发明,将取样管内的电镀液推回基板处理部,由于可在基板处理部使用,不会浪费电镀液。
排气机构与给气机构为同一装置,例如可以使用空气泵。通过开放空气泵的给气口,将排气口与取样容器连通,从而能够对取样容器内进行排气。另外,通过开放空气泵的排气口,将给气口与取样容器连通,从而能够向取样容器内给气。
上述微量成分管理控制器最好还具有存储装置并与显示屏以及操作人员输入信息的输入装置连接,上述微量成分管理控制器能够将在上述分析部分析的抑制上述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的分析值并与分析年月日以及时间一起存储在上述储存装置内,并能够回应操作人员通过上述输入装置给出的指示,将上述存储装置内存储的抑制上述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的分析值在上述显示屏按时间顺序进行显示。
根据这种结构,能够按照时间顺序显示促进剂、抑制剂、以及氯元素的分析值,操作人员能够累计这些微量成分的消费速率。当这些微量成分低于规定的浓度时,能够立即向电镀液补充该微量成分。
促进剂、抑制剂、以及氯元素的分析值与测定年月日的关系可以在显示屏上用表的形式来显示,也可以用图形的形式来显示。另外,促进剂、抑制剂、以及氯元素的分析值可以全部显示,也可以根据操作人员从输入装置输入的指令,显示促进剂、抑制剂、以及氯元素的分析值中的任意一个或两个数值。
除了在显示屏上显示以外,也可以通过打印机打印。
显示屏最好与上述微量成分管理控制器连接。上述微量成分管理控制器最好能够在上述显示屏用图形显示上述分析杯中滴入的滴定分析用试剂的量与上述参照电极与上述银氯化银电极之间的电位差的关系。
根据这种结构,能够从视觉上确认滴定分析的进行状况。
上述微量成分管理控制器和上述系统控制器最好通过串行总线连接在一起,上述系统控制器能够获得与上述基板处理部所使用的电镀液的总量有关的信息,上述微量成分管理控制器通过上述串行总线从上述系统控制器获得上述电镀液的总量有关的信息,还有,从有关电镀液总量有关的信息和利用上述分析部获得的促进上述电镀的添加剂、抑制上述电镀的添加剂、以及氯元素的分析值,能够计算出应该向上述电镀液补充的含有抑制上述电镀的添加剂的补充液、含有促进上述电镀的添加剂的补充液、以及含有氯元素的补充液的量,以便使上述基板处理部内的电镀液所含有的抑制上述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的浓度达到规定值。
根据这种结构,能够自动计算出为使促进剂、抑制剂、以及氯元素的浓度达到规定值所应该向电镀液补充的促进剂、抑制剂、以及氯元素的量。因此,利用这种电镀装置,能够容易地进行电镀液的微量成分管理,从而利用适当成分的电镀液进行电镀。
上述微量成分管理部最好还具有能够处于基本密闭状态的调和容器、配设在此调和容器内的底部附近和上述基板处理部之间的补充管、对上述调和容器内进行加压和减压的加压减压机构、包括将含有利用上述微量成分管理控制器求得的补充量的促进上述电镀的添加剂的补充液、补充抑制上述电镀的添加剂的补充液、以及含有氯元素的补充液向上述调和容器进行供给的补充液供给机构在内的补充部。
根据这种结构,调和容器基本处于密闭状态,能够利用加压减压机构对调和容器内进行加压减压,根据调和容器与基板处理部之间的压力差,可以通过补充管从基板处理部向调和容器内移送电镀液,或者向基板处理部移送调和容器内的电镀液。在移送到调和容器内的电镀液中添加了含有促进剂的补充液、含有抑制剂的补充液、以及含有氯元素的补充液以后,将调和容器内的电镀液回送到基板处理部,从而可以向基板处理部内的电镀液补充促进剂、抑制剂、以及氯元素。
由于这些操作全部自动进行,所以该电镀装置操作简便,通过这一装置可以提高电镀效率。
补充液可以不直接补充到基板处理部内的电镀液,而供给到调和容器内。此时,补充液可以先在调和容器内溶解(分散)到电镀液后,再送到基板处理部。这样,即使当补充液难以溶解到电镀液时,也能够在短时间内使补充液溶解(分散)到基板处理部内的电镀液。
补充液供给机构能够独自控制含有促进剂的补充液、含有抑制剂的补充液、以及含有氯元素的补充液的补充量。补充液供给机构也可以具有收容补充液的补充液收容器、从该补充液收容器向调和容器移送补充液的补充液移送管。此时,补充液收容器配置在调和容器附近,从而能够缩短补充液移送管的长度。此时,由于相互靠近的补充液收容器与调和容器之间基本上没有温度差,所以不会产生由于补充液移送管以及补充液移送管内部的补充液热膨胀/收缩引起的补充量精度的降低。
上述微量成分管理部收容在形成有排气口的微量成分管理部外壳内,上述排气口最好能够与用于对上述微量成分管理部外壳的内部进行排气的排气管相连接。此时,上述微量成分管理部最好还含有安装在上述排气管上用来测量排气压的排气压传感器。
根据这种结构,通过与排气口连接的排气管,可以排去外壳内部的气体。在CVS分析或COVS分析时,旋转电极浸泡在分析杯内的分析对象的电镀液中,以例如2500rmp的转速进行旋转。这样,旋转电极的支持物产生的高速搅拌使得电镀液生成雾沫。通过排气管,将雾沫排出,使其不会滞留在微量成分管理部外壳内。
另外,通过排气压传感器,可以确认微量成分管理控制部外壳内的排气结果是否已经达到适当的排气压。排气压传感器的输出也可以输入到微量成分管理控制器。此时,如果由于某种原因而不能进行正常排气时,能够通过微量成分管理控制器的控制发出警报声,以引起操作人员的注意。
排气管最好对于分析杯附近进行局部排气。除了这种排气管之外,也可以再增加对微量成分管理部外壳整体进行排气的排气管。
本发明的其他类型的电镀装置可以对其处理面上形成有多个微细孔或沟且顺次形成阻挡层以及籽晶层以覆盖这些孔或沟的基本为圆形的半导体晶片的处理面进行电镀。这种装置具有安装有能够收容处理对象的半导体晶片的盒的盒台、电镀处理单元、对半导体晶片进行清洗的清洗单元、对半导体晶片进行后处理的后处理药液供给部、对电镀液的微量成分进行管理的微量成分管理部、以及收容有上述电镀处理单元、上述清洗单元、包含有上述晶片搬送机构的晶片处理部的外壳、对电镀装置整体进行控制的系统控制器。
电镀处理单元中具有能够与半导体晶片相接触的阴极电极并且使该阴极与所接触的半导体晶片一起旋转的阴极环、还有能够收容含有作为支持电解质的硫酸、作为含有目的金属的金属盐的硫酸铜、以及作为微量成分的促进电镀的添加剂、抑制电镀的抑制剂、以及氯元素的电镀液并在内部配置有阳极电极的电镀杯。
清洗单元具有形成有排液口并能够在其内部清洗半导体晶片的杯,配置在上述杯内并保持半导体晶片的晶片保持机构、被该晶片保持机构所保持的使半导体晶片进行旋转的晶片旋转机构、以及被该晶片保持机构所保持的向半导体晶片的两面供应纯水的纯水供给喷嘴,上述杯与将其内部空气排出的排气机构相连接。
后处理药液供给部具有能够将半导体晶片保持在基本水平状态并能伸缩的臂、使此臂进行上下动作的上下动作机构、以及具有使被此臂所保持的半导体晶片基本上在水平面内进行旋转的水平旋转机构并搬送半导体晶片的晶片搬送机构、收容用于上述清洗单元的后处理药液的后处理药液槽、以及将此后处理药液槽收容在内部的槽箱外壳。
微量成分管理部具有对上述电镀处理单元的电镀液进行定量分析的分析部、具有收容该分析部的微量成分管理部外壳、以及对该微量成分管理部整体进行控制的微量成分管理控制器。
外壳具有使内部与外部环境相隔绝的隔板以及支持上述晶片处理部的框架、在其上部设有过滤器并形成有将半导体晶片或能够收容半导体晶片的盒搬进以及搬出的搬进/搬出口、用于插入纯水管的纯水管插入口、用于插入压缩空气管的压缩空气管插入口、在上述外壳下部形成的对内部进行排气的排气用开口、以及用于与对上述外壳内部进行排气的排气管连接的排气管连接口。
系统控制器具有多个印刷电路板、中央运算处理装置、具有半导体存储器以及磁性存储器且存储了其中至少有一部分为高级语言记述的电镀装置控制程序的存储装置、以及串行板,并与包括英文字母输入用键和数字输入键的键盘、以及显示器相连接。
上述微量成分管理部的微量成分管理控制器具有多个印刷电路板、中央运算处理装置、存入了至少有一部分为高级语言记述的对电镀液微量成分进行分析的微量成分分析程序的半导体存储装置、以及串行板,并与包括英文字母输入用键和数字输入键的键盘、以及显示器相连接。
上述分析部具有收容分析对象的电镀液的分析杯、收容用于分析的试剂的多个试剂收容器、收容在试剂收容器中的用于计量试剂的多个注射泵,利用该注射泵将已计量的试剂送到上述分析杯的多个试剂供给喷嘴、能够配置在上述分析杯内的参照电极和对电极、能够配置在上述分析杯内且固定在由绝缘体组成的能够绕轴旋转的棒状支持物的前端的由铂组成的旋转电极、以及为了使上述参照电极与上述旋转电极之间的电压与上述微量成分管理控制器所指定的扫描电压保持一致而对上述对电极和上述旋转电极之间的电流进行控制的恒电位仪。
上述微量成分管理部外壳上形成有与对内部进行排气的排气管连接的排气口,上述微量成分管理部外壳的内部配置有接受用于上述微量成分管理部的药液的容器。
根据本发明,通过一台电镀装置,能够利用电镀处理单元进行电镀处理以及利用清洗单元进行清洗处理。
安置在盒台上的盒中能够收容未进行处理的晶片和进行了电镀处理和清洗处理的晶片。在电镀处理单元,与阴极接触的晶片与收容在电镀杯里的电镀液相接触,在阴极电极与阳极电极之间通电,就能够在该晶片上电镀。
在清洗单元,能够利用纯水除去附着在晶片上的电镀液,清洗晶片。此时,利用晶片旋转机构使保持在晶片保持机构中的晶片进行旋转,同时通过纯水供给喷嘴向该晶片供给纯水,从而能够均匀洗净晶片。
清洗单元也可以具有向晶片保持机构供给作为后处理药液的清洗液的清洗液供给喷嘴。此时,清洗液可以先收容在后处理药液供给部,然后从后处理药液供给部供给清洗液喷嘴。该电镀装置还可以具有对晶片边缘部进行腐蚀的斜腐蚀单元。此时,后处理药液供给部能够收容和供给在斜腐蚀单元所使用的腐蚀溶液。
可以通过系统控制器的控制,将收容在盒里的未处理的晶片通过晶片搬送机构顺次搬送到电镀处理单元和清洗单元,自动进行电镀处理和清洗处理,然后再次收容到盒中。
由于晶片处理部收容在外壳内,所以能够在与外部环境隔离的清洁气氛中进行电镀处理和清洗处理。通过排气管对外壳内进行排气,使外壳内处于负压状态(减压状态),外部空气通过过滤器除去异物后再送入外壳内部。另外,也可以利用风扇将外壳外部的空气通过过滤器送入外壳内部,再从排气用开口排出。这样外壳内部会产生清洁空气的流动。
可以通过插在外壳上的纯水管插入口上的纯水管供应清洗单元所使用的纯水。电镀处理单元或清洗单元等所用的驱动部的一部分可以利用空气来驱动,可以通过插在外壳上的压缩空气管插入口上的压缩空气管供应驱动这些驱动部的压缩空气。
电镀液在电镀处理中的反复使用过程中,电镀液中的微量成分浓度会逐渐变得低于所规定的浓度(浓度范围)。根据本发明,通过微量成分管理部可以定量分析作为电镀液中的微量成分的电镀促进剂、抑制剂、以及氯元素。
因此,可以知道电镀液中的促进剂、抑制剂、以及氯元素的浓度,在此基础上,操作人员可以对该晶片处理部所使用的电镀液补充适量的促进剂、抑制剂、以及氯元素,使得该电镀液的促进剂浓度、抑制剂浓度、以及氯元素浓度保持在所规定的浓度。因此,通过本电镀装置,利用所规定的微量成分浓度的电镀液,能够在晶片上进行操作简便并且优质的电镀。
通过微量成分管理部所具有的分析部能够进行如下的CVS分析和CPVS分析。首先,在分析杯中定量收容分析对象的电镀液,为了使浸泡在电镀液中的旋转电极(作用电极)与对电极之间的电压与微量成分管理控制器所指定的扫描电压(指令电压)保持一致,通过恒电位仪控制对电极与作用电极之间的电流。
指令电压按照一定的变化周期进行扫描。这样在作用电极上会周期出现铜的电镀和铜的剥离。作用电极上出现铜的剥离时,在作用电极上流过的电流与电镀液中的促进剂或抑制剂的浓度有关。通过显示作用电极上流过的电流,可以求得促进剂或抑制剂的浓度。
进行CVS分析或CPVS分析时,可以从试剂供给喷嘴向电镀液供给适当的试剂。例如,在进行促进剂分析时,从试剂供给喷嘴向分析对象的电镀液中供给含有抑制剂的试剂,以提高抑制剂的浓度并使抑制剂的影响处于饱和状态。另外,在进行抑制剂分析时,从试剂供给喷嘴向分析对象的电镀液中供给稀释促进剂的基液,以消除促进剂的影响。
分析部还可以含有进行滴定分析的参照电极以及银氯化银电极。此时,从试剂供给喷嘴滴入硝酸银水溶液,同时显示参照电极与银氯化银电极之间的电压,从而对电镀液中的氯元素进行滴定分析。
通过与排气口连接的排气管,可以排出微量成分管理部外壳内部的气体。在微量成分管理部的分析部进行CVS分析或CPVS分析时,旋转电极浸泡在分析杯所收容的分析对象的电镀液中,以例如2500rpm的转速进行旋转。电镀液由于旋转电极的支持物的高速搅拌而产生雾沫。通过排气管,将这一雾沫排出,使之不会滞留在微量成分管理部外壳内。最好在分析杯附近设置专用排气管。
当分析用试剂或分析对象的电镀液等药液发生泄漏时,可以用容器接受药液,以防止药液对装置的污染扩大。最好在容器内设置检测药液泄漏的传感器。
本发明方法包括在晶片处理部利用含有促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的电镀液对半导体晶片进行电镀的工序、将在此晶片处理部使用的电镀液移送到分析杯的电镀液移送工序、在电镀液移送工序之后在利用CVS分析或CPVS分析对上述分析杯内的电镀液进行促进电镀的添加剂的定量分析的第1分析工序、利用CVS分析或CPVS分析进行抑制电镀的添加剂的定量分析的第2分析工序、以及利用滴定分析进行氯元素的定量分析的第3分析工序中选择2个以上的工序按任意顺序排列的分析工序、将根据该分析工序的分析结果确定的量的含有该成分的补充液补充到在上述晶片处理部使用的电镀液中的补充工序。
上述电镀液移送工序最好包括将在上述晶片处理部所使用的电镀液移送到配置在上述分析杯附近的取样容器的移送工序、和将移送到此取样容器的电镀液移送到上述分析杯的移送工序。
上述补充工序也可以包括将在上述晶片处理部所使用的电镀液移送到调和容器的电镀液移送工序、将上述补充液供给到上述调和容器的补充液预备补充工序、上述电镀液移送工序以及上述补充液预备补充工序之后、将上述调和容器内的电镀液移送到上述晶片处理部的工序。
上述第3分析工序还可以包括利用银氯化银电极进行滴定分析的滴定分析工序、在该滴定分析之后使上述银氯化银电极从上述分析杯内退出并对上述分析杯进行清洗的工序。
附图说明
图1为与本发明的一个实施方式有关的基板处理装置结构的方框图。
图2为表示晶片处理部的俯视图。
图3为表示晶片处理部的外壳的结构的立体图。
图4为表示调整螺拴以及框架的截面图。
图5(a),图5(b),图5(c)为说明机器人整体结构的示意图。
图6(a),图6(b)为表示安装了盒的盒台的俯视图和侧视图。
图7为表示电镀处理部结构的主视图。
图8为样晶电镀液的铜浓度与所测得的吸光度的关系的图。
图9为表示电镀处理单元结构的截面图。
图10为表示旋转管附近的放大的截面图。
图11为表示电镀时晶片附近的截面图。
图12为表示回转接头的截面图。
图13(a),图13(b)为表示阴极环的俯视图。
图14(a),图14(b),图14(c)为表示阴极形状的俯视图和截面图。
图15为表示与电镀槽中的电气等效电路的图。
图16为表示旋转台朝上时的电镀处理单元的截面图。
图17为表示电镀处理单元的侧视图。
图18为表示电镀杯的侧视图。
图19为表示斜腐蚀单元结构的截面图。
图20为表示清洗单元结构的截面图。
图21为表示晶片处理部的控制系统结构的方框图。
图22为表示主成分管理部结构的示意图。
图23为表示后处理药液供给部结构的立体图。
图24为表示主成分管理部,微量成分管理部,以及后处理药液供给部的控制系统结构的方框图。
图25为表示微量成分管理部大致结构与电镀处理部的连接状态的示意图。
图26为表示微量成分管理部详细结构的方框图。
图27为表示取样部结构的示意图。
图28为表示分析杯结构的示意图。
图29为表示补充部结构的示意图。
图30为表示试剂供给部结构的示意图。
图31为表示加压/减压部结构的示意图。
图32为表示微量成分管理部结构的立体图。
图33为表示应用部结构的示意图。
图34为表示微量成分管理部的控制系统结构的方框图。
图35为表示硝酸银水溶液的滴下量与参照电极和银氯化银电极间电压的关系。
图36为表示CVS分析时的作用电极与参照电极间的电压和对电极与作用电极间的电流之间的关系的图。
具体实施方式
下面参照附图,说明实施方式,解释本发明的上述或者其他目的,特征以及效果。
图1为与本发明的一个实施方式有关的电镀装置10结构的方框图。
电镀装置10包括用于利用电镀液对半导体晶片(以下,简称“晶片”)的表面进行电镀处理,对电镀后的晶片边缘部进行腐蚀(所谓“斜腐蚀”)的晶片处理部1、具有向电镀液供给铜离子的铜供给源并对电镀液主成分浓度进行管理的主成分管理部2、对电镀液的微量成分进行管理的微量成分管理部3、以及向晶片处理部1供给电镀后的后处理时所使用的后处理药液的后处理药液供给部4。电镀装置10设置在净化间内使用。
晶片处理部1所使用的电镀液含有作为支持电解质的硫酸、作为目的金属的铜的离子、作为还原剂的铁、以及作为主成分的水、含有促进电镀的添加剂(促进剂)、抑制电镀的添加剂(抑制剂)、使添加剂留在晶片表面的氯元素等微量成分。
晶片处理部1与主成分管理部2之间设置有在这二者之间双向移送电镀液的2根电镀液移送管P12a、P12b。同样,在晶片处理部1与微量成分管理部3之间设置有在这二者之间双向移送电镀液的取样管322和补充管324。另外,在晶片处理部1与后处理药液供给部4之间设置有从后处理药液供给部4向晶片处理部1移送后处理药液的后处理药液管P14。
晶片处理部1具有对电镀装置10整体进行控制的系统控制器。晶片处理部1与主成分管理部2、微量成分管理部3、以及后处理药液供给部4之间分别通过信号线L12、L13、L14相连接,并通过晶片处理部所具有的系统控制器对主成分管理部2、微量成分管理部3、以及后处理药液供给部4的动作进行控制。
微量成分管理部3通过取样管322将晶片处理部1所使用的电镀液移送到微量成分管理部3内(取样),并对至少一种微量成分进行CBVS(Cyclic Voltammetric Stripping)分析。微量成分管理部3具有微量成分管理控制器,并通过该微量成分管理器,在CVS分析结果的基础上,计算出使晶片处理部1内的电镀液的该微量成分处于所规定浓度范围时所需补充的微量成分量。还有,通过微量成分管理控制器的控制,可以通过补充管324将计算出的量的该微量成分补充到晶片处理部1内的电镀液。
后处理药液供给部4包括收容后处理药液的药液箱,将收容在该后处理药液箱内的后处理药液供给到晶片处理部1的药液供给机构。后处理药液可以是例如斜腐蚀时所使用的腐蚀液或清洗液。
图2为表示晶片处理部1的俯视图。
晶片处理部1的作用是在晶片W的表面通过电镀形成铜的薄膜,然后对晶片W的周缘部进行腐蚀,并对晶片W的表面整体进行清洗处理的装置。
晶片搬入/搬出部19沿着水平方向的直线状的第1搬送路14配置。晶片搬入/搬出部19中,有多个(本实施方式中为4个)能够分别安置一个可以收容处理对象的晶片W的盒C的盒台16沿着第1搬送路14配置。晶片W具有例如基本圆形的形状,在处理面上形成有许多微细的孔或沟,其上面形成有阻挡层和籽晶层。
另一方面,沿着与第1搬送路14垂直的水平方向,设置有直线状的第2搬送路15。在本实施方式中,第2搬送路15从大约第1搬送路14的大约中间位置开始延伸。在第2搬送路15的一侧,沿着第2搬送路15配置了具有4个电镀处理单元20a-20d的电镀处理部12。各电镀处理单元20a-20d都能够对晶片W的表面进行铜的电镀。
另外,在第2搬送路15的另一侧,沿着第2搬送路15配置了具有2个斜腐蚀单元21a,21b以及2个清洗单元(旋转清洗单元)22a,22b的后处理部13。斜腐蚀单元21a,21b能够对晶片W的周缘部进行腐蚀,清洗单元22a,22b能够对晶片W的两面进行清洗。
第1搬送路14与第2搬送路15形成T字状的搬送路,在此T字状的搬送路上配置有一台能够移动的搬送机器人TR。搬送机器人TR具有沿着第2搬送路15铺设的搬送导轨17和沿着搬送导轨17能够移动的机器人本体18。搬送机器人TR的动作由搬送控制器29进行控制。
机器人本体18能够在沿着第1搬送路14搬送晶片W的同时,沿着第2搬送路15搬送晶片W。因此,机器人本体18能够对安置在盒台16上的盒C进行操作,将晶片W取出放入,同时能够对电镀处理单元20a-20d,斜腐蚀单元21a,21b以及清洗单元22a,22b进行操作,将晶片W取出放入。
晶片W的基本搬送途径以及处理顺序如下。首先,未处理的晶片W通过机器人本体18从盒C取出,搬送到电镀处理单元20a-20d中的其中一个前面,并搬入电镀处理单元20a-20d,进行电镀处理。接着,经过电镀处理的晶片W通过机器人本体18从该电镀处理单元20a-20d搬出,搬入斜腐蚀单元21a,21b中的其中一个,进行斜腐蚀处理。
然后,斜腐蚀处理完毕的晶片W通过机器人本体18从该斜腐蚀单元21a,21b搬出,沿着第2搬送路15,搬入清洗单元22a,22b,进行清洗处理。
还有,清洗完毕的晶片W通过机器人本体18从该清洗单元22a,22b搬出,沿着第2搬送路15向第1搬送路14进行搬送。到达第1搬送路14后,机器人本体18沿着该搬送路14进行移动,移动安置在某个盒台16的盒C前面,将晶片W搬入盒C。
图3为表示晶片处理部1的外壳30的结构的示意立体图。
外壳30通过多个隔板(分界面)形成大体为长方体形状。在外壳30内部的第2搬送路15与电镀处理部12之间,以及第2搬送路15与后处理部13之间分别设有隔板。除了接受传送晶片W的时候以外,这些隔板将第2搬送路15分配的空间与电镀处理部12内的空间以及后处理部13内的空间分隔开来。
外壳30上部的隔板上安装有除去空气中异物的过滤器31。过滤器31包括在盒台16,第1搬送路14以及在第2搬送路15的上方配置的第1过滤器31a,在后处理部13的上方配置的第2过滤器31b。在第1过滤器31a的上方,安装有图中未表示的风扇,将外壳30外部的空气吹入外壳30的内部。
在第2搬送路15的下方的外壳30的位置处,沿第2搬送路15的长度方向延伸形成有多个狭缝状的开口36。由于第2搬送路15分配的空间被外壳30和其内部的隔板所分隔,通过第1过滤器31a向外壳30内吹入空气时,第2搬送路15所分配的空间受到正压,内部的空气通过开口36排向外壳30的外部。这样,在第2搬送路15所分配的空间从上到下产生空气的流动(下流动)。
由于在第2搬送路15所分配的空间没有使用药液等,因此通过此空间的空气不会受到污染。这样,第2搬送路15所分配的空间内的空气通过开口36排向外壳30周边。
在外壳30的与台盒16侧相对的另一侧的侧面上,在包围电镀处理部12的隔板的下部和包围后处理部13的隔板的下部,分别形成排气口34h,35h。排气口34h,35h分别与排气横管34,35的一端连接,排气横管34,35的另一端与工厂内的排气设备相连接。这样,电镀处理部12内以及后处理部13内的有可能暴露在电镀液或后处理药液的空气可以被强制排到净化间外。
后处理部13内的空气通过排气口35h强制排出,所以后处理部13处于负压,空气通过第2过滤器31b被吸入后处理部13,在后处理部13的空间内形成下流动状态进行流动。
形成有排气口35h的隔板上的排气口35h的附近,形成有纯水管插入口32h以及压缩空气管插入口33h。通过纯水管插入口32h以及压缩空气管插入口33h,可以分别插通供给在晶片处理部1内使用的纯水以及压缩空气的纯水管32以及压缩空气管33。
另外,外壳30下部周缘部上,设有由铁制骨材组合而成的框架37,通过框架37对晶片W整体提供支持。框架37上沿构成框架37的骨材的长度方向以适当的间隔设有多个调整螺栓38。调整螺栓38以一定的间隔在设置晶片处理部1的净化间的地面上支持框架37。
图4为表示调整螺栓38以及框架37的截面的示意图。
框架37为侧面开口的具有コ形字截面的骨材,包括在基本水平上相互平行的2个板状部。下方的板状部的被支持板37a上形成有内部螺纹。调整螺栓38包括周面部形成有外部螺纹的螺栓38b,在螺栓部38b的下端的基本垂直固定的基本为圆板状的底圆板38a,套在螺栓部38b的外面的锁紧螺母38c。
螺栓部38b与被支持板37a上形成的内部螺纹相嵌合,在被支持板37a上基本垂直贯通。锁紧螺母38c从被支持板37的下方朝着被支持板37a锁紧。在螺栓部38b的长度方向上,通过改变其贯通被支持板37a的位置,可以改变底圆板38a与被支持板37a的间隔,即可以改变净化间的地面到框架37的高度。
调整框架37的高度时,拧松锁紧螺母38c(使锁紧螺母38c相对于螺栓部38b进行旋转,使其离开被支持板37a),然后适当地旋转底圆板38a。这样,螺栓部38b也会旋转,螺栓部38b的长度方向上的贯通被支持板37a的位置发生变化,从而可以调整从净化间的地面到框架37的高度。调整后,将锁紧螺母38c朝向被支持板37a拧紧,使螺栓部38b相对于被支持板37a不会发生移动。
安装在框架37上的多个调整螺栓38均具有如图4所示的结构。所以,对于在框架37的至少3个位置设置的调整螺栓38,通过调整螺栓部38b的长度方向上的贯通被支持板37a的位置,可以对晶片处理部1进行水平调整。
图5(a),5(b)以及5(c)说明机器人本体18的结构。图5(a)为其俯视图,5(b)为其侧视图,5(c)为其主视图。
机器人本体18具有底座部23,连接在该底座部23上的垂直多关节臂24,与垂直多关节臂24相连接的旋转驱动机构25,通过该旋转驱动机构25绕铅垂方向的旋转轴线V0进行旋转的基板保持部26(图5(a)中仅画出基板保持部26)。
基板保持部26包括具有平坦上部的本体部40,在此本体部40的平坦部上设有一对进退臂41,42。使这对进退臂41,42在水平方向进退的进退驱动机构(图中未表示)藏在本体部40的内部。
进退臂41,42分别具有第1臂部41a,42a,第2臂部41b,42b以及基板保持柄(操作装置)41c,42c。本体部40在俯视图中基本为圆形,第1臂部41a,42a分别能够在本体部40的周缘部附近绕铅垂方向的旋转轴线进行旋转。这些第1臂部41a,42a通过本体部40内部的进退驱动机构绕旋转轴线进行旋转。
进退臂41,42形成为所谓的标量机器人,与第1臂部41a,42a的转动相联动,第2臂部41b,42b分别绕铅垂方向的旋转轴线进行旋转。这样,进退臂41,42可以使第1和第2臂部41a,42a,41b,42b发生屈伸动作,使基板保持柄41c,42c发生进退动作。
进退臂41,42在收缩状态下,保持在与基板保持柄41c,42c上下重合的位置(图5(a))。因此,某个进退臂41的基板保持柄41c为了能够避开另一个进退臂42的基板保持柄42c的干涉,而形成屈曲形状(图5(b))。
垂直多关节臂24的第1臂24a与底座部23连接,能够绕水平方向的旋转轴线H1进行旋转。第1臂24a的另一端与第2臂24b的一端连接在一起,能够绕水平方向的旋转轴线H2进行旋转。另外,第2臂24b的另一端与旋转驱动机构25连接,能够绕水平方向的旋转轴线H3进行旋转。旋转轴线H1,H2,H3相互平行。
底座部23上设有使第1臂24a旋转的的马达27,第1臂24a与第2臂24b的连接部上设有使第2臂24b旋转的的马达28。马达28与马达27同步旋转,在第2臂24b上内藏有将马达28的驱动力传送到旋转驱动机构25一侧的旋转力传送机构(图中未表示)。这样,选转驱动机构25在第1臂24a与第2臂24b发生旋转时,也能一直将基板保持部26保持在相同的姿势(例如,将晶片W保持在水平的姿势)。
旋转驱动机构25上内藏有马达(图中未表示),旋转驱动机构25利用该马达的驱动力使基板保持部26绕铅垂方向的旋转轴线V0进行旋转。
根据这种结构,搬送机器人TR能够使基板保持柄41c,42c在图5(c)中的斜线表示的范围内沿水平方向和垂直方向进行移动。
机器人本体18对安置在盒台16(参照图2)的盒C进行操作时,通过搬送控制器29,机器人本体18移动到搬送导轨17的第1搬送路14一侧的端部。在此状态下,通过垂直多关节臂24的动作,能够使基板保持部26与盒台16的盒C保持相向位置。即底座部23仍然位于搬送导轨17上,基板保持部26能够沿第1搬送路14进行移动。
这样,通过旋转驱动机构25的动作,使进退臂41,42与该盒C处于相向位置,通过图中未表示的进退驱动机构,使进退臂41,42对该盒C进行操作,就可以对盒C进行晶片W的搬入/搬出操作。在盒C与进退臂41,42之间进行晶片W的传递时,通过垂直多关节臂24的动作,可以使基板保持部26升降若干距离。
机器人本体18在对电镀处理单元20a-20d,斜腐蚀单元21a,21b,以及清洗单元22a,22b(均参照图2)的任一个进行操作时,机器人本体18通过图中未表示的移动机构,在搬送导轨17上移动到该单元前面。在此状态下,通过垂直多关节臂24的动作,基板保持部26升降到与该单元的基板搬入/搬入口相对应的高度,并且通过旋转驱动机构25使基板保持部26旋转,使进退臂41,42与该单元处于相向位置。
在此状态下,通过进退驱动机构,使进退臂41,42对该单元进行操作,从而搬入/搬出晶片W。当该单元与进退臂41,42之间进行晶片W的传递时,通过垂直多关节臂24的动作,可以使基搬保持部26升降若干距离。
通过上述结构,利用一台机器人本体TR,能够对盒C,电镀处理单元20a-20d,斜腐蚀单元21a,21b,以及清洗单元22a,22b进行晶片W的操作。
利用电镀处理单元20a-20d进行电镀处理后且利用斜腐蚀单元21a,21b进行斜腐蚀之前的晶片W(以下,称为“全面电镀晶片”)的晶片W周缘部上也会形成电镀的铜膜。因此,保持全面电镀晶片的基板保持柄41c,42c会被铜污染。所以,基板保持柄41c以及基板保持柄42c的一方最好专用于保持全面电镀晶片。这样可以使得铜污染不会通过基板保持柄41c或基板保持柄42c而扩散。
图6(a)为安置了盒C的盒台16的俯视图,图6(b)为该图的侧视图。
盒台16具有安置盒C的平板状的盒底座50。盒底座50在俯视图中基本为正方形。盒C在俯视图中基本为小于盒底座50的正方形,其中一条边形成有晶片传递用开口Ce。
盒底座50的一个表面上,在与俯视图上的盒C的4个角部大致对应的位置处分别设有盒导向装置51,盒导向装置51与盒C的角部相接触,使得盒C能够固定在盒底座50所确定的位置上。盒C固定在盒底座50所确定的位置上时,晶片传递用开口Ce朝向第1搬送路14侧(参照图2)。
另外,盒底座50的上述一个表面上的一对对边(不包括晶片传递用开口Ce侧的边在内的对边)的中点附近,分别安装有发光元件52a和受光元件52b。发光元件52a和受光元件52b形成透射型光传感器52。盒C没有处在盒底座50上时,发光元件52a所发出的光就会被受光元件52b所接受。盒C位于盒底座50上时,发光元件52a所发出的光被盒C所遮挡,不能到达受光元件52b。这样,就可以判断盒底座50上是否有盒C。
图7为表示电镀处理部12的结构的主视图。
电镀处理部12包括用于对晶片W进行电镀处理的多个(本实施方式为4个)电镀处理单元20a-20d,能够收容电镀液的电镀液收容槽55。电镀处理单元20a-20d分别具有收容电镀液的电镀杯56a-56d,分别能够配置在电镀杯56a-56d的上方的晶片保持旋转机构(处理头)74a-74d。
电镀液收容槽55所能收容的电镀液的容量远大于电镀杯56a-56d的容量(例如为电镀杯56a-56d的收容总量的20倍)。通过在电镀液收容槽55储存大量的电镀液,可以保持较多的在电镀处理部12所使用的电镀液的总量。这样可以减少伴随电镀处理所产生的电镀液成分的变化。
电镀液收容槽55的底面与向主成分管理部2移送电镀液的电镀液移送管P12a连通并连接在一起。将从主成分管理部2移送过来的电镀液引导到电镀液收容槽55的电镀液移送管P12b,向微量成分管理部3移送电镀液的取样管322,以及在微量成分管理部3与电镀液收容槽55之间双向移送电镀液的补充管324均从电镀液收容槽55的上方引入电镀液收容槽55。电镀液移送管P12b,取样管322,以及补充管324的长度均能够保证浸没在电镀液收容槽55的电镀液中。
电镀杯56a-56d配置在高于电镀液收容槽55的位置。从电镀液收容槽55的底面伸出送液管57,送液管57又分支为4个送液分支管58a-58d。送液分支管58a-58d延伸到上方,分别与电镀杯56a-56d的底面中央部连通并连接在一起。
送液分支管58a-58d从下往上顺次安装有泵P1-P4,过滤器59a-59d,以及流量计60a-60d。利用泵P1-P4可以将电镀液从电镀液收容槽55分别送到电镀杯56a-56d。通过系统控制器155控制泵P1-P4的动作。过滤器59a-59d能够除去电镀液中的颗粒(异物)。流量计60a-60d输出表示电镀液流量的信号,这些信号输入到系统控制部155。
电镀杯56a-56d分别包括配置在其内部的圆筒状的电镀槽61a-61d(液体存留部),以及配置在电镀槽61a-61d周围的回收槽62a-62d。送液分支管58a-58d分别与电镀槽61a-61d连接,从回收槽62a-62d的下部分别延伸出回流分支管63a-63d。回流分支管63a-63d与回流管64连通并连接在一起,回流管64延伸到电镀液收容槽55的内部。
通过上述的结构,通过例如泵P1的动作,电镀液从电镀液收容槽55通过送液管57以及送液分支管58a送到电镀槽61a。电镀液从电镀槽61a的上方溢出后,由于重力作用,从回收槽62a经过回流分支管63a以及回流管64流回到回收槽62a。即电镀液在电镀液收容槽55与电镀杯56a之间循环流动。
同样,通过泵P2,P3,或P4的动作,电镀液能够在电镀液收容槽55与电镀杯56b,56c或56d之间循环流动。电镀处理单元20a-20d中的某一台在进行电镀处理时,电镀液在电镀处理单元20a-20d的电镀杯56a-56d与电镀液收容槽55之间循环流动。这样,电镀液收容槽55为电镀处理单元20a-20d共同使用。
在泵P1与过滤器59a之间的送液分支管58a与三通管65的一端连通并连接在一起,三通管65的另一端引入到电镀液收容槽55的内部。三通管65上安装有对特定波长的光测定电镀液的吸光度的吸光度计66A,66B。吸光度计66A的目的为获得电镀液中的铜离子浓度,吸光度计66B的目的为获得电镀液中的铁离子浓度。
泵P1动作后,电镀液在电镀液收容槽55与电镀杯56a之间循环流动时,由于过滤器59a产生的压力损失,流过送液分支管58a的电镀液的一部分会流到三通管65。也就是说,即使在三通管65上不安装专用的泵,电镀液也能够流到三通管65。
吸光度计66A,66B分别包括由透明材质制成的小室67A,67B,以及夹持小室67A,67B相向配置的发光部68A,68B和受光部69A,69B。发光部68A,68B分别能够发出与铜离子以及铁离子的吸收光谱相对应的特定波长(例如,铜为780nm)的光,受光部69A,69B能够测定从发光部68A,68B发出并透过小室67A,67B的光的强度。从光的强度可以求出电镀液的吸光度。从吸光度计66A,66B输出表示吸光度的信号,这些信号输入到系统控制器155。
电镀液收容槽55的侧面安装有温度传感器70以及电磁电导率计71。
温度传感器70以及电磁电导率计71安装在电镀液收容槽55内部低于收容有电镀液时的液面高度的位置。温度传感器70以及电磁电导率计71的探测部突出到电镀液收容槽55内部,分别能够测定电镀液的液温以及电导率。温度传感器70以及电磁电导率计71的输出信号输入到系统控制器155。
如果知道电镀液的相对于特定波长的光的吸光度,就可以知道铜浓度以及铁浓度,以下说明从电镀液的吸光度求得铜浓度的方法。
为了求得电镀液的铜浓度,预先要研究铜浓度与吸光度的关系。首先,配制并准备好具有不同铜浓度的多种电镀液样品。在配制电镀液样品时,铜是通过硫酸铜的方式添加的。各电镀液样品中除了铜以外的成分均与实际电镀时所使用的电镀液的成分相同。通过吸光度计66A测定电镀液样品的吸光度。得到的电镀液样品的铜浓度与所测定的吸光度的关系(铜测定线)如图8所示。
如果不知道电镀液的铜浓度时,可以利用吸光度计66A测定吸光度。然后从测得的吸光度以及铜测定线可以求得铜浓度。
利用同样的方法,可以从电镀液样品的铁浓度与所测定的吸光度的关系(铁测定线),以及利用吸光度计66B测得的吸光度,求出铁浓度。
系统控制器155具有储存铜测定线和铁测定线的数据的储存装置。系统控制器155能够从吸光度计66A的输出信号和铜的测定线的数据求出铜浓度,从吸光度计66B的输出信号和铁测定线的数据求出铁浓度。
在电镀液收容槽55的上方,安装有超声波式液位计72。超声波式液位计72能够检测电镀液收容槽55内的电镀液的液面高度。超声波式液位计72的输出信号输入到系统控制器155。还可以安装静电容量式液位计代替超声波式液位计72。
电镀液收容槽55,送配液管57,送液分支管58a-58d,回流分支管63a-63d,回流管64等配置在由晶片处理部1的外壳30或隔板所围成的基本密闭的配管室73内。配管室73上形成有排气口32,排气口32与排气横管34连接。排气横管34的另一端与工厂的排气设备配管相连接。电镀处理部12内的可能暴露在电镀液上的空气可以强制排放到净化间的外面。排气时,配管室73内处于负压状态。
图9表示电镀处理单元20a-20d的共同结构的截面图。晶片保持旋转机构74a-74d被反转台181所支持。反转台181的一端与反转驱动部43结合在一起。
反转驱动部43具有沿铅垂方向延伸的柱状的上下底座182,安装在上下底座182并具有与上下底座182垂直的旋转轴的旋转式调节器183,安装在旋转式调节器183的旋转轴上的有齿滑轮184,与旋转式调节器183的轴平行且安装在受上下底座182支持的能够自由旋转的轴上的有齿滑轮185,以及为了传递旋转式调节器183的旋转力而在有齿滑轮184与有齿滑轮185之间张设的同步传送带186。
旋转式调节器183可以通过例如空气驱动。反转台181安装在有齿滑轮185的轴附近并与有齿滑轮185基本垂直。通过旋转式调节器183的旋转驱动力,可以使反转台181以及被反转台181所支持的晶片保持旋转机构74a-74d如图9的箭头a所示绕水平轴旋转(反转)。这样,被晶片保持旋转机构74a-74d所保持的晶片W既能够朝上,也能够朝着下方的电镀杯56a-56d一侧。
上下底座182与升降机构44结合在一起。升降机构44包括具有铅垂方向的旋转轴的第1马达44a,安装时其轴与第1马达44a的旋转轴保持一致的螺杆44b,沿铅垂方向延伸的柱状的导板44c。第1马达44a例如可以是伺服马达。上下底座182的下端附近设有与螺杆44b螺合的具有内部螺纹的支持部材182a。导板44c可以使上下底座182只是沿上下方向运动,而不能绕螺杆44b的轴发生旋转。
根据这种结构,能够使第1马达44a旋转,从而使上下底座182上下移动。因此,与上下底座182结合在一起的反转台181以及被反转台181所支持的晶片保持旋转机构74a-74d能够沿铅垂方向(图9中箭头b所示方向)作升降运动。
晶片保持旋转机构74a-74d具有与旋转管77以及旋转管77的一端垂直连接的圆板状的旋转台78。
图10为旋转管77的附近放大后的示意截面图。参照图9和图10,旋转管77通过轴承181b被反转台181所支持,并能绕其轴自由旋转。
与旋转台78的旋转管77一侧相对的另一侧的面上,在中心部与周缘部之间,立式设有多个晶片传递夹84。与旋转台78的旋转管77一侧相对的另一侧的面上的周缘部上,立式设有多个(例如4个)支柱79。在支柱79的前端上安装有环状的阴极环80。支柱79的长度大于晶片传递夹84的长度。
阴极环80具有在阴极环80的中心侧处突出的碰接部80a。碰接部80a的内径略小于晶片W的直径。另外,阴极环80的与支柱79结合的一侧相对的另一侧上具有突出的突出部80p。
设置有与旋转管77同轴的基座81。基座81包括在旋转管77插通的支轴81b,以及与支轴81b一端(阴极环80侧)垂直连接的圆板状的晶片反面压板81a。通过球形花健190使得支轴81b处于能够在旋转管77的轴方向移动的状态,并与旋状管77的轴保持一致。
晶片反面压板81a的周围配置有多个支柱79。晶片反面压板81a的直径略小于晶片W的直径。支轴81b的晶片反面压板81a一侧相反的另一侧的端部从旋转管77突出来。
基座81与基座移动机构46结合在一起。基座移动机构46包括安装在反转台181上的气缸46a,将气缸46a的活塞与支轴81b结合在一起的传递部材46b。传递部材46b在与支轴81b的晶片反面压板81a一侧相反的另一侧的端部附近固定在从旋转管77突出来的部分上。通过驱动气缸46a,可以使基座81沿旋转管77的中心轴移动。
在晶片反面压板81a上与晶片传递夹84相对应的位置上形成有空孔,随着基座81相对于旋转管77发生移动,晶片传递夹84能够贯穿晶片反面压板81a上的空孔。通过上述结构,阴极环80的碰接部80a与晶片反面压板81a能够将晶片W夹持住。
旋转管77与能够使旋转管77绕其轴进行旋转的旋转驱动机构45结合在一起。旋转驱动机构45包括设置在反转台181上的具有与旋转管77的轴平行的旋转轴的第2马达45a,安装在第2马达45a的旋转轴上的有齿滑轮45b,设在旋转管77的外周的有齿滑轮45c,以及为了传递第2马达45a的旋转力而在有齿滑轮45b与有齿滑轮45c之间张设的同步皮带45d。有齿滑轮45b,45c以及同步皮带45d收容在设在反转台181上的盖板181c(图中省略了表示)的内部。
通过第2马达45a的旋转驱动力,能够使旋转管77绕其轴(图9箭头c所示)进行旋转。第2马达45a例如可以是伺服马达。旋转管77的旋转可以通过球形花健190传递到基座81,旋转管77以及基座81成为一体进行旋转。因此,能够使被阴极环80的碰接部80a与晶片反面压板81a所夹持的晶片W进行旋转。
电镀时,被夹持的晶片W处于朝下的状态,通过升降机构44使晶片保持机构74a-74d下降,晶片W的下面与电镀槽61a-61d中充满的电镀液发生接触。
图11表示电镀时晶片W附近的示意截面图。参照图9至图11,在支轴81b以及晶片反面压板81a的内部,形成有连续的流体流路81c。在支轴81b内,沿着支轴81b的中心轴延伸形成有一条流体流路81c。进入晶片反面压板81a内部后,流体流路81c分支为数条,从晶片反面压板81a的中心部向周缘部延伸,在晶片反面压板81a的周缘部开口。
在支轴81b的没有设置晶片反面压板81a一侧的端部,安装有旋转接头191。旋转接头191与供给管203以及泄漏管204的一端相连接。供给管203的另一端分支为阴极清洗液管201和氮气管202。
阴极清洗液管201与阴极清洗液供给源相连接,氮气管202与氮气供给源相连接。阴极清洗液管201上安装有阀201V,通过开启阀201V,从旋转接头191可以导入阴极清洗液(例如纯水)。氮气管202上安装有阀202V,通过开启阀202V,从旋转接头191可以导入氮气。
通过旋转接头191,即使当基座81正在旋转时,仍然能够从处于非旋转系的阴极清洗液供给源或氮气供给源将阴极清洗液或氮气等处理流体导入流体流路81c。
从供给管203导入的阴极清洗液的一部分可以通过泄漏管204排出去。旋转接头191内的滑动部产生的颗粒与阴极清洗液一起流向泄漏管204,而不会流到流体流路81c。
图12是旋转接头191的截面图。旋转接头191由和供给管203以及泄漏管204连接的定子243、和基座81的支轴81b连接的转子244组成。
定子243包括管体247、从管体247突出的内筒部245、以及从管体247突出的在内筒部245周围并和内筒部245同轴地设置的外筒部246。
管体247、内筒部245和外筒部246一体形成。管体247上设有为了连接供给管203的接头248和为了连接泄漏管204的接头249,接头248、接头249设在与内筒部245以及外筒部246延伸方向垂直的方向上。接头248和接头249在管体247内分别延伸到处理流体供给孔256和泄漏口257。
转子244具有连接支轴81b的接头251、和被接头251连接的与支轴81b同轴地延伸的圆筒部250。沿转子244的中心轴形成穿通孔262。接头251包括形成有外螺旋的连接用管258和法兰盘260。在支轴81b端部的内面形成有内螺旋,可以和连接用管258的外螺旋拧合。拧合后支轴81b的端部被法兰盘269限制了位置。支轴81b和法兰盘260之间装有用氟化乙烯树脂制的垫片261。
圆筒部250和管体247的内筒部245、以及外筒部246同轴地嵌在管体247的内筒部245和外筒部246之间的环状空间内。处理流体供给孔256、内筒部245的内部空间245a和转子244的贯穿孔262连通,将从供给管203提供的处理流体引导到支轴81b上形成的流体流路81c,形成主流路270。
内筒部245和圆筒部250之间形成第1间隙252,外筒部246和圆筒部250之间形成第2间隙253。第1间隙252的宽度(内筒部245和圆筒部250之间的间隔)为例如0.1mm,在圆筒部250的前端附近变宽。第2间隙253的宽度(外筒部246和圆筒部250之间的间隔)为数mm。主流路270和第1间隙252在内筒部245前端附近的第1连通部254连通,第1间隙252和第2间隙253在圆筒部250前端附近的第2连通部255连通。另外,第2连通部255的一部分和泄漏孔257连通。第1间隙252和第2间隙253中的一部分和泄漏孔257形成泄漏流路271,主流路270和泄漏管204通过泄漏流路271连通。
在第2间隙253上从第2连通部255附近开始依次安装有第1垫片263、密封环264、第2垫片265、C形环266、2个轴承267和第3垫片268。这些物体除C形环266外,都具有闭合的环状形状,并将圆筒部250围住。密封环264被第1垫片263和第2垫片265夹住,被固定在相对于外筒部246的轴方向的位置。
第1垫片263和第2垫片265与外筒部246接触,但与圆筒部250不接触。轴承267被固定在相对于圆筒部250的轴方向的位置,在圆筒部250和外筒部246之间受到支持并能够自由旋转。C形环266嵌入圆筒部250在规定位置上设有的浅槽内。
密封环264包括用氟化乙烯树脂制的并向第2连通部255开口的コ字形截面的压接部材264a、设在压接部材264a内的螺旋弹簧264b、以及覆盖压接部材264a开放方向中一侧的压紧部264c。压接部材264a由于螺旋弹簧264b的弹力使得以螺旋弹簧264b为中心向外方向加压,与外筒部246和圆筒部250接触。螺旋弹簧264b由可以经受所使用的阴极清洗液的材料组成。压紧部264c压紧螺旋弹簧264b,使压紧螺旋弹簧264b不会从压接部材264a脱落。
外筒部246的前端附近的外表面形成有外螺旋。外筒部246的外侧面被具有与该螺旋对应的内螺旋的固定用环269拧紧。固定用环269在转子244侧的端部具有向内突出的凸边269a。凸边269a延伸到第3垫片268和法兰盘260之间。
定子243和转子244相嵌组合成旋转接头191时,通过将固定用环269紧固在外筒部246,可以将C形环266、第3垫片268和轴承环267导入在轴向上所规定的位置上。
泄漏管204的与旋转接头191侧相反的另一侧的端部,通常处在大气压中。由于一般在主流路270流动的处理流体施加有压力,所以在主流路270中流动的处理流体的一部分流向压力低的泄漏流路271。而在泄漏流路271中流动的处理流体(特别是阴极清洗液)的一部分虽然从第2连通部255流到第2间隙253,但是受到密封环264的阻挡,不会漏到轴承环267。
支轴81b旋转时,转子244也旋转。转子244通过密封环264和轴承267被定子243支持,可以相对定子243自由地旋转。转子244的旋转使得压接部材264a和外筒部246、圆筒部250中的一方或者双方发生摩擦,因为用氟化乙烯树脂制成的压接部材264a具有良好的耐摩性,所以摩擦只产生一点颗粒(粉尘)。
因为在泄漏流路271,处理流体从第1间隙252向泄漏孔257流动,所以在密封环264部分发生的颗粒随着处理液体(特别是阴极清洗液)经过泄漏流路271泄漏管204排出。这样在主流路270中流动的处理流体内混入颗粒后含有颗粒的处理流体不会提供给晶片W。
泄漏管204的和旋转接头191侧相反的另一侧的端部可以安装喷射器。这时当从主流路270流入泄漏流路271的处理流体的流量很少时,可以利用喷射器使得泄漏孔257侧形成负压,从而可以强制性地加大流量。这样即使主流路270侧接近大气压,也可以增加在泄漏流路271中流动的处理流体的流量。这样,可以利用调节泄漏孔257侧的压力来调节在泄漏流路271中流动的处理流体的流量。
另外,也可以将第1间隙252的宽度设定得比50μm窄,使得粉尘很难向主流路270方向流动。
第1间隙252的宽度很窄,使得这里的处理流体损失了很大的施加压力。所以即使为了增加主流路270流动的处理流体的流量而对主流路270的处理流体施加大的压力,密封环264上也不会受到大的压力(负荷),因此密封环264的耐用期很长。处理流体为阴极清洗液时,第2间隙253内存在的阴极清洗液也可以作为密封环264的润滑和冷却液使用,这样更延长了密封环264的耐用期。
在泄漏流路271中流动的处理流体流量很小时,也能使颗粒流出到外部。第1间隙252的宽度变窄可以减少在第1间隙252内流动的处理流体流量,从而降低处理液等处理流体的消耗量。
由于内筒部245和外筒部246在管体247上一体地形成,内筒部245和外筒部246之间的间隔可以正确地保持规定的值。因为外筒部246通过密封环264和2个轴承环267在3个地方支撑圆筒部250,圆筒部250和外筒部246之间的间隔,即第2间隙253的宽度,能正确地保持规定的值。这样圆筒部250和内筒部245之间的间隔,即第1间隙252的宽度也被正确地保持规定的值,圆筒部250和内筒部245不会发生接触。
图13(a)和13(b)是阴极环80的俯视图(从旋转台78方向观察)。图13(a)为表示阴极环80的整体图,图13(b)为阴极环80的内圆周侧的一部分的放大图。
参照图11,图13(a)和13(b),阴极环80从旋转台78侧附近向远处依次地设有上环80u,导通板80c和基环80b。上环80u,导通板80c和基环80b都是环状。基环80b是用非弹性材料制成。导通板80c被上环80u和基环80b夹住(覆盖)。上环80u和基环80b在导通板80c的外圆周侧以及与导通板80c的旋转台78侧相反的侧面的内圆周侧处相向(相邻)。
导通板80c具有导电性。导通板80c比上环80u和基环80b的强度高,利用导通板80c确保阴极环80整体的强度。
碰接部80a设在基环80b内。换句话说,基环80b的内径比上环80u的内径稍小。碰接部80a具有与晶片内面压板81a周缘部相向并与晶片W接触的密封面80s。
上环80u和基环80b的间隙以及在半径方向贯穿基环80b的孔形成了多个流体流路80f。由于电镀时晶片反面压板81a和阴极环80的设置,流体流路80f处于比流体流路81c低的位置。上环80u的内圆周侧的端部设有多个切口80k(参照图13(b)),使得电镀时从在晶片反面压板81a的周缘部开口的流体流路81c流出来的阴极清洗液可以导入流体流路80f。
流体流路80f(上环80u和基环80b之间的间隙)内设有阴极电极83,因此电镀时可以利用阴极清洗液清洗阴极电极83。阴极电极83和密封面80s基本在同一面内,设置在相对阴极环80的中心在碰接部80a的外侧。
图14(a)和14(b)为表示阴极电极83形状的俯视图,图14(c)为截面图。图14(a)为表示阴极电极83的整体图,图14(b)为其中的一部分的扩大图。
阴极电极83利用厚度为0.1mm左右的不锈钢系列中的弹簧钢制成。表面镀有铂。这样可以防止阴极电极83的表面形成氧化膜,同时使得阴极电极83被加上反电场时不会溶解。铂电镀形成的膜太薄时,摩擦寿命很短。但是阴极电极83在和晶片W接触的同时也有弹力动作,如果铂电镀形成的膜太厚,在弹力动作时该膜会割裂。考虑以上各种因素,铂电镀形成的膜的厚度在0.01μm、~2μm左右。
阴极电极83具有内径比上环80u的内径稍大的环状部83r、沿阴极环80圆周方向设置的从环状部83r向阴极环80中心侧延伸的多个齿状接触部83c。接触部83c弯曲了5到60度角度θ,使其前端拉至晶片反面压板81a侧。
阴极电极83处于装在阴极环80上的状态,接触部83c的前端从上环80u和基环80b之间向上环80u的内圆周侧突出(参照图11以及图13(b))。接触部83c的弯曲受到上环80u的限制。(参照图11)。
参照图11,在晶片W被碰接部80a和晶片反面压板81a夹持住的状态下,在晶片W的相对晶片反面压板81a侧相反的一侧的面内,阴极电极83弹性地接触其周缘部附近。即,接触部83c能够以一定的接点压力和晶片W接触。
在基环80b和上环80u之间,与导通板80c的与旋转台78侧相反一侧的面相邻的位置上设有导电性的环状电极压板80d。基环80b内形成了槽,槽内安装有螺旋弹簧80e。阴极电极83被电极压板80d固定并有电接触,电极压板80d和导通板80c通过螺旋弹簧80e弹性地接触并且有电接触。这样,当晶片反面压板81a压得基环80b弯曲使得基环80b与上环80u之间有些变形时,电极压板80d和导通板80c之间也能维持电接触。
支柱79具有导电性,并贯穿上环80u与导通板80c电接触。支柱79不是在阴极环80圆周方向等间隔地设置,而是以阴极环80为中心大概离开180度的位置分别设置2个(参照图13(a)),这样很容易通过支柱79将晶片W插入晶片反面压板81a与阴极环80之间。
在支柱79和上环80u之间(支柱79周围)、在导通板80c的外圆周部侧的上环80u和基环80b之间、在上环80u和电极压板80d之间(电极压板80d的内圆周侧)以及基环80b和电极压板80d之间(电极压板80d的外圆周侧)都安装有O形圈80r,使得阴极环80内部不会有电镀液,这样即使在从旋转台78上取下阴极环80进行清洗时,也不用分解阴极环80,只需要整体浸入清洗液中即可。
在与支柱79的导通板80c一侧相对的另一侧的端部,连接有导电性的连结部件79j。1个连结部件79j和接近的2个支柱79结合(参照图13(a)),连结部件79j内形成定位孔79h。
旋转台78和旋转管77的内部设有导线198。旋转台78的阴极环80一侧的面上的周缘部通过绝缘板78i安装了导电性的连结部件78j。导线198通过穿过绝缘板78i的导电柱状螺栓78s和连结部件78j电连结。在连结部件78j内设有定位销78p。
连结部件78j和连结部件79j通过定位销78p插入定位孔79h内结合,使得阴极环80相对旋转台78被固定在适当的位置上,阴极环80即使高速旋转,位置也不会偏离。解除连结部件78j和79j的结合,从旋转台78上将阴极环80取出时,支柱79可以作为阴极环80的手柄的功能。
根据上述结构,阴极电极83与导线198之间实现电连接。
参照图9和图10,电镀电源82和导线198之间有电连接装置192,使得与阴极环80一起旋转的导线198和处于非旋转系的电镀电源82之间可以通电。
电连接装置192由装在旋转管77的外圆周并在和旋转管77的旋转台78侧相反的另一侧的端部附近的导电性滑轮193、与旋转管77平行地安装在反转台181上并可以自由旋转的导电性旋转轴194、嵌在旋转轴194内的导电性滑轮195、在滑轮193和滑轮195之间铺设的导电性传送带196、装在旋转轴194前端的滑动环197组成。
装在反转台181上的轴承盒200支持旋转轴194的与滑动环197侧相反的另一侧的端部自由旋转。旋转轴194的轴承盒200侧的端部通过轴承盒200与周围绝缘。
滑轮193,195的例如与传送带接触的面上可以电镀金,传送带196可以是表面电镀金的钢传送带。这样滑轮193和滑轮195之间的电阻很小。传送带196使得滑轮193和滑轮195之间处于机械连接,旋转驱动装置45驱动旋转管77旋转时,旋转驱动力通过滑轮193,传送带196和滑轮195传到旋转轴194,驱动旋转轴194旋转。即使在旋转管77和旋转轴194旋转时,滑轮193和滑轮195之间通过传送带196仍然维持电连接。
滑动环197由非旋转系侧的接线柱197a和旋转系侧的接线柱197b组成,使非旋转系和旋转系之间实现电连接。滑动环197是无滑动型,即固体之间不产生滑动。在非旋转系侧的接线柱197a和旋转系侧的接线柱197b之间,例如,通过水银实现电连接,这样可以减小接线柱197a和接线柱197b间的噪声,并且稳定地导电,从而使滑动环197的寿命增加。
导线198(参照图11)和滑轮193实现电连接。滑轮193和旋转管77之间为电绝缘。另外,滑轮195与旋转轴194为电连接,旋转轴194与滑动环197的旋转系侧的接线柱197b为电连接。滑动环197的非旋转系侧的接线柱197a通过导线199A和电镀电源82电连接。
根据上述结构,阴极电极83和电镀电源82之间,通过电极紧压板80d、螺旋弹簧80e、导通板80c、支柱79、连结部79j,78j、导电柱状螺栓78s、导线198、滑轮193、传送带196、滑轮195、旋转轴194、滑动环197和导线199A形成电通路。这样,被阴极环80和晶片反面压板81a所夹持的晶片W的处理面上可以通电。
即使通过旋转驱动机构45旋转晶片W,由于电连接装置192,在阴极电极83和电镀电源82之间,仍然维持电连接。另外利用充分大的张力将传送带196铺设在滑轮193,195时,传送带196和滑轮193,195可以无滑动接触。还有,因为滑动环197也是无滑动型,电镀电源82和阴极电极83之间可以不存在滑动部。因此减少了在电镀电源82和阴极电极83之间因滑动引起的噪音,实现良好的电接通。
另外,旋转接头191和滑动环197分别安装在支轴81b和旋转轴194的端部,很容易更换。即,旋转接头191和滑动环197都安装在支轴81b或旋转管77上时,更换旋转接头191和滑动环197二者中之一时,不会干涉到另一方。
还有,因为旋转接头191和滑动环197分别安装在支轴81b和旋转轴194的端部,所以可以缩短支轴81b(旋转管77)和旋转轴194,这样可以缩短在支轴81b的延长方向的晶片保持旋转机构74a-74d的长度,也可以减小晶片保持旋转机构74a-74d反转时的旋转半径。
也可以废除传送带196,采用滑轮193和滑轮196直接结合的结构,能够获得同样的效果。还有,设计用导电性的齿轮替代滑轮193,196,使齿轮之间互相咬合也可以有同样的效果。
组成从阴极电极83到电镀电源82的导电通路的部件,与其他金属制部件、金属螺钉、金属制的轴承等相互绝缘,并利用地线确保绝缘状态。这样可以避免电流流过不希望的部分或者在阴极电极83和电镀电源82之间流动的电流中加入噪声。
电镀电源部82、反转驱动部43(旋转式传动装置183)、升降机构44(第1马达44a)、旋转驱动机构45(第2马达45a)和基座移动机构46(气缸46a)的动作,以及阀门201V,202V的开关都通过系统控制器155控制。
下面说明电镀杯56a-56d的结构。参照图9和图11,电镀槽61a-61d具有和晶片W的外径基本相等的内径的筒状侧壁。电镀槽61a-61d的底面中心部形成了电镀液供给口54,通过该电镀液供给口54,送液分支管58a-58d向电镀槽61a-61d内稍突出地连通连接。送液分支管58a-58d在电镀槽61a-61d内的端部安装有半球状的具有多个小孔的喷头75。通过喷头75可以将电镀液向电镀槽61a-61d内沿各个方向(角度)分散地导入。
在电镀槽61a-61d内的电镀槽61a-61d上端附近设置了由叠层的3维过滤器组成的多个(3到300片左右)网格部材49,网格部材49是用氟化乙烯树脂制成。网格部材49的网眼大小可以为例如0.5mm到5mm左右。
网格部材49的平面形状是具有和电镀槽61a-61d的内径基本相等的外径的圆形状。叠层的多个网格部材49俯视观察时基本覆盖电镀槽61a-61d内的全部区域。从电镀槽61a-61d下面升上来的电镀液通过网格部材49被整流。
在电镀槽61a-61d内相对电镀槽61a-61d高度由下而上的1/4的位置(喷头75和网格部材49之间)设有网格状的阳极电极76。阳极电极76为表面覆盖有氧化铱的钛制网格,不溶于电镀液。因为阳极电极76为网格状,所以阳极电极76基本上不会防碍电镀液的流动。
阳极电极76的平面形状为具有和电镀槽61a-61d内径基本相等的外径的圆形状。阳极电极76俯视观察时基本覆盖电镀槽61a-61d的全部区域。阳极电极76用导线199B和电镀电源82连接。
组成从阳极电极76到电镀电源82的导电通路的部件,与其他金属制部件等之间相互绝缘,并利用地线确保绝缘状态。这样可以避免电流流过不希望的部分或者在阳极电极76和电镀电源82之间流动的电流中加入噪声。
图15是电镀槽61a-61d的等效电路图。下面参照图15说明网格部材49对电镀的均匀性的影响。
假设电镀液在阳极电极76和网格部材49之间的电阻为RL,在设置网格部材49的部分的铅垂电阻为RP,在晶片W的处理面上形成的薄层的中心部和周缘部之间的电阻为rS。这里,设阴极电极83和阳极电极76之间的电压是V。
如果假设从阳极电极76的中心部到晶片W中心部的铅垂方向流动的电流大小为iC,阳极电极76边缘部到晶片W周缘部铅垂方向流动的电流大小为iE,则V=iE(RL+RP)=iC(RL+RP+rs)。即,从阳极电极76边缘部到晶片W周缘部铅垂方向流动的电流iE小于从阳极电极76的中心部到晶片W中心部铅垂方向流动的电流iC。
因为网格部材49是绝缘体,所以在放置网格部材49部分的电流只能从在网格部材49的空隙中充满的电镀液中流过,这样,在放置网格部材49部分的电阻大于该部分没有放置网格部材49时的电阻(例如2倍左右)。所以薄层的中心部和周缘部之间的电阻rS小于包括设置了网格部材49部分的电镀液中的电阻RL+RP(rS<<RL+RP)。
因此,从阳极电极76的中心部到晶片W中心部的铅垂方向流动的电流ic与从阳极电极76边缘部到晶片W周缘部的铅垂方向流动的电流iE之间的差别很小,因为电镀时膜的生长速度与绕电镀液和晶片W的界面流动的电流成正比,所以晶片W中心部和周缘部的电镀成膜的厚度差别很小。即,通过在电镀液中设置网格部材49可以提高电镀成膜膜厚的均匀性。膜厚的均匀性随着利用网格部材49增加导电电路的电阻成反比而得以改善。
参照图9,电镀液回收槽62a-62d的底部设有电镀液排出口53,回流分支管63a-63d通过该电镀液排出口53和电镀液回收槽62a-62d连通连接。
在电镀液槽61a-61d上部附近,外圆周侧被切凹得厚度很薄。另外,在电镀时阴极环80(基环80b)和电镀槽61a-61d上端相向的部分具有和电镀液槽61a-61d上端附近形状相吻合的形状,这样使得电镀时电镀槽61a-61d与阴极环80不会相互干涉。电镀槽61a-61d上端和晶片W的距离可以从大概0mm到一定的范围内任意调整(参照图11),电镀时阴极环80的突出部80p处于插入回收槽62a-62d上部的状态。
在晶片W接触电镀液的状态,考虑电镀液的流动,晶片W和网格部材49之间的间隔可以在0.5mm到20mm进行调整。具体来说,通过如上所述减小晶片W和网格部材49之间的间隔,晶片W旋转时电镀液被拖到晶片W,移动领域被限制得很窄,从而可以抑制对电镀液不利的漩涡发生,电镀时能够得到膜厚均匀的膜。
在回收槽62a-62d的周围设置了回收对阴极电极83进行清洗后的阴极清洗液的阴极清洗液回收槽210。即,电镀杯65a-56d从内向外具有依次设置的电镀槽61a-61d,回收槽62a-62d,以及阴极清洗液回收槽210的3重结构。
阴极清洗液回收槽210的底部上通过液体存储器211连接有溢出流管213和排水管214。溢出流管213连接到液体存储器211的侧壁的上端附近,排水管214和液体存储器211的底部连接。在液体存储器211的内部插有电导率计212,可以测定液体存储器211内存储的液体的电导率。电导率计212的输出信号输入到系统控制器155内。
电镀时,排水管214的流路被关闭,流入阴极清洗液回收槽210内的液体(阴极清洗液等)充满液体存储器211,从溢出流管213排出。不使用电镀处理单元20a-20d时,打开溢出流管213的流路,排出液体存储器211内的液体(能排水)。
阴极清洗液回收槽210的底部连接了排气管215,使得阴极清洗液回收槽210的气体可以排出。在排气管215的上部安了盖,使得阴极清洗液不会进入排气管215,排气管215的开口不会被堵住。
利用电镀处理部12进行电镀时,首先系统控制器155控制反转驱动部43使得晶片保持旋转机构74a-74d中的一个(以下采用晶片保持旋转机构74a)的晶片反面压板81a朝向上方。另外,系统控制器155再控制基座移动机构46使晶片反面压板81a向旋转管77侧移动,并使晶片反面压板81a的晶片传递销84贯穿晶片反面压板81a,处于从晶片反面压板81a突出的状态,该状态图在图16中表示。
然后,调整旋转台78的旋转角度位置,使支柱79在圆周方向上间隔大的部分(参照图13(a),13(b))和第2搬运路15相向,并用第2马达45a的支持扭矩保持该旋转角度位置。另一方面,搬送机器人TR的进退臂41或者进退臂42(参照图5(a)、5(b)、5(c))从盒C内取出未处理的晶片W。再利用搬送机器人TR将该晶片W通过支柱79搬进(参照图13(a)、13(b)),将晶片W的中心对准旋转管77的中心轴上,放在晶片传递销84上。在这种状态时,晶片W的处理面(电镀面)处于朝上位置。
系统控制器155控制基座移动机构46,移动晶片反面压板81a使其离开旋转管77,这样使得晶片反面压板81a压住晶片W的下面(内面)的周缘部,晶片W的上面的周缘部被阴极环80的碰接部80a压住。即,晶片W被夹在晶片反面压板81a和阴极环80的碰接部80a之间。这样,晶片W的上面的周缘部通过碰接部80a的密封面80s密封起来,阴极电极83在晶片W周缘部的上面(处理面)压向晶片W侧并与之接触。
另外,系统控制器155控制反转驱动部43,使得晶片保持旋转机构74a反转,从而使得晶片W处于朝下位置。系统控制器155控制泵P1动作,使得电镀液以10升/分送到电镀槽61a内(参照图7)。这时,电镀液从电镀槽61a的边缘稍有冒出,溢出到回收槽62a中。
接着,系统控制器155控制升降机构44使晶片保持旋转机构74a下降。当晶片W的下面和电镀液的液面的间隔只有数mm以下时,晶片保持旋转机构74a的下降速度变慢,晶片W的下面慢慢地与装满电镀槽61a的电镀液的表面接触。但是,从晶片W的开始接触液面到完全接触液面的时间定为在晶片W下面形成的薄膜基本上不能溶解到电镀液中的时间。
因为阴极环80的和电镀槽61a相向一侧的形状与电镀槽61a的上端的形状相吻合,阴极环80被设置为嵌合在电镀槽61a的上端周围。还有,当晶片W的下面与电镀液的液面间隔为数mm时,系统控制器155控制电镀电源82,从而在阳极电极76和阴极电极83之间加上第1电压。
在晶片W的下面处于完全与电镀液表面接触的状态时,电镀槽61a的上端和晶片W的处理面的间隔为0.5到1mm左右。晶片W的下面中,被碰接部80a的密封面80s所密封的部分的内部领域全部与电镀液接触。电镀液在晶片W和与其界面附近从晶片W的中心部向周缘部流动,从电镀槽61a的上端和晶片W的间隙流向电镀液回收槽62a。
接着,系统控制器155控制旋转驱动机构45使晶片W以较低的旋转速度(例如10rpm到100rpm)旋转、控制电镀电源82在阳极电极76和阴极电极83之间加上作为电镀时电压的第2电压数分钟,以规定的电流图形通电。这样,在和阴极电极83连接的晶片W的下面和电镀液之间的界面上,电镀液中的铜离子获得了电子,铜原子沉积在晶片W的下面。即,铜电镀到晶片W上。
因为晶片W的外形是和电镀槽61a的内径基本相等,而俯视观察时阳极电极76基本存在于电镀槽61a的整个区域,所以阳极电极76和在晶片W下面形成的薄膜层之间可以均匀地形成电场,电镀的铜膜的膜厚是均匀的。
作为氧化还原剂的铁离子,在电镀液中存在2价和3价的铁离子。3价的铁离子从收容在主成分管理部2(参照图1)内的铜供给源(铜管)夺取电子使得铜离子溶出,自身变成2价的铁离子。另一方面,2价铁离子在阳极电极76获得电子变成3价的铁离子。
在本实施方式中,阳极电极76是网格状的,这样阳极电极76的表面积可以非常大(例如是被电镀的面积的2到10倍),还有用喷头75可以给阳极电极76整体提供足够快的流速的电镀液。所以,阳极电极76可以提供足够量的2价铁离子,促进2价铁离子在阳极电极76上获得电子生成3价铁离子的反应。
这样,铁离子循环地氧化还原,电镀液和阳极电极76之间的电子移动量与阴极电极83和电镀液之间地电子移动量基本相等。
这样,不会出现没有氧化还原剂时产生的活性氧的气泡。因此可以减缓氧化电镀液中的添加剂的分解,也可以避免氧的气泡附着在晶片W下面,填充到在晶片W表面(下面)上形成的微细孔和沟内导致的不能进行电镀的现象。
在电镀液和晶片W界面附近,虽然由于旋转的晶片W的拖拽给电镀液以离心力,但是阴极环80的突出部80p能将电镀液确实导入回收槽62a内。
在电镀电源82通电的同时,系统控制器155控制打开阀门201V,将阴极清洗液导入流体流路81c内。阴极清洗液从晶片反面压板81a的周缘部开口流出,经过流体流路80f被导入阴极清洗液回收槽210内(参照图11)。这样阴极电极83被阴极清洗液清洗干净。
因为电镀液和阴极电极83对于晶片W和碰接部80a是在相反的2侧,所以,当晶片W周缘部被碰接部80a的密封面80s充分密封时,电镀液不会流到阴极电极83上。另一方面,如果晶片W和碰接部80a的密封不充分,电镀液从晶片W和碰接部80a的间隙中流过,将流到阴极电极83上。通电中的阴极电极83接触到电镀液时,阴极电极83会受到损伤(被电镀)。而且,在电镀液从晶片W和碰接部80a的间隙中漏出的状态下进行电镀,电镀的膜的均匀性变差。
但是,利用阴极清洗液冲洗到达阴极电极83上的电镀液可以保护阴极电极83。含有电镀液的阴极清洗液会从阴极清洗液回收槽210流到液体存储容器211内。阴极清洗液的电导率和混有电镀液的阴极清洗液的电导率是不同的,例如用纯水作阴极清洗液时,阴极清洗液中只要稍混入电镀液,其电导率会大大上升。
这样用电导率计212测定电导率并设计适当的判断基准,根据电导率计212的输出信号,系统控制器155可以判断电镀液已从晶片W和碰接部80a的间隙中漏出。这时,系统控制器155会自动暂停电镀处理单元20a的运行,并将该信息通知操作人员。这样避免晶片W继续不均匀的电镀,即,避免产生次晶。
晶片W的电镀持续进行了规定的时间后,系统控制器155控制电镀电源82停止在阳极电极76和阴极电极83之间通电,并控制升降机构44将晶片W的下面处于从装满电镀槽61a的电镀液的液面移开数mm的状态。
还有,系统控制器155控制旋转驱动机构45使晶片W高速(例如200rpm到1000rpm)旋转数十秒,从而向侧方向甩掉晶片W的下面的电镀液。这时晶片W的电镀面还没有完全干燥,处于存在液膜的状态,这样能够使在晶片W的搬送中电镀面不会被腐蚀。
系统控制器155控制关闭阀门201V,打开阀门202V,使得流体流路81c内残留的阴极清洗液被氮气清洗。而流体流路80f内的阴极清洗液因为离心力被甩到侧面。残留在泄漏管204中的阴极清洗液可以用图中没有表示的喷射器吸引排出。
然后,系统控制器155控制旋转驱动机构45停止晶片W的旋转,控制升降机构44将晶片保持旋转机构74a上升到规定的位置,利用反转驱动部43驱动晶片保持旋转机构74a反向旋转使得晶片W侧朝上。然后使旋转台78调整旋转角度位置,将支柱79在圆周方向上的间隔大的部分(参照图13(a)、13(b))和第2搬运路15处于相向位置,利用第2马达45a的支持扭矩保持该旋转角度位置。
然后,系统控制器155控制基座移动机构46使晶片反面压板81a移动到旋转管77侧,解除对晶片W的夹持。这时,阴极电极83的弹力将使晶片W从密封面80s平稳脱离,晶片W处于图16所示的被晶片传递销84保持的状态。另外,因为流体流路80f内处于没有阴极清洗液的状态,所以不会有阴极清洗液落在晶片W的上面(电镀面)。
晶片W离开磁接部80a时,晶片W的电镀面内残留的电镀液会被带入密封面80s和晶片W之间,阴极电极83的接触部83c会被电镀液污染。而接触部83c上附着的电镀液将在下次晶片W电镀处理时被阴极清洗液冲洗干净,所以接触部83c可以在干净的状态下进行电镀。
搬送机器人TR的进退臂41或者42从支柱79之间搬出处理完的晶片W。1片晶片W电镀处理就此结束。
既可以同时使用4台泵P1-P4,在电镀杯56a-56d同时进行电镀处理,也可以使用泵P1-P4中的一部,在电镀杯56a-56d中任一个中进行电镀。
图17是电镀处理单元20a的侧面图。下面参照图17说明电镀处理单元20a的维修操作。电镀处理单元20b-20d和电镀处理单元20a具有同样的结构,可以进行同样的维修操作。
在与电镀处理单元20a的第2搬运路15侧相反的另一侧,安装有形成外壳30隔板的一部分的外装盖220。外装盖220可以从外壳30自由装卸,在进行电镀处理单元20a维修操作时,可以卸下外装盖220。
在设有升降机构44的导向板44c的第1马达44a侧的端部,沿导向板44长度方向延长形成有旋转部材221。旋转部材221和晶片处理部1的框架222a用合叶结合,与第2搬运路15基本平行,可以绕基本水平的旋转轴223旋转。旋转轴223位于比电镀杯56a稍低的位置,比电镀杯56a靠近外装盖220侧。
导向板44c可以用固定螺丝224固定在处于比框架222a高的位置上的晶片处理部1的框架222b上。导向板44c处于用固定螺丝224固定在框架222b上的状态时,上下底座182沿铅垂方向,晶片保持旋转机构74a被放置在电镀杯56a的上方,在这种状态下进行电镀。
导向板44c被框架222b限制旋转,不会从铅垂方向倒向电镀杯56a侧。即,导向板44c只可以从铅垂方向向电镀杯56a的反方向侧旋转。
旋转部材221通过气体缓冲器225与处于比框架222a低的位置上的晶片处理部1的框架222c结合。气体缓冲器225由气缸和活塞组成,被封在气缸内的气体压力可以抵抗活塞向气缸内压进的力。气体缓冲器225的气缸侧端部自由旋转地连接在框架222c上,气体缓冲器225活塞侧端部自由旋转地连接在旋转部材221上。
从导向板44c延伸有与导向板44c的长度方向基本垂直的碰接部226。导向板44c从铅垂方向绕旋转轴223转动大致90度时,碰接部226的端部和设在单晶处理部1的机架上的停止器227接触,不能再继续旋转。在这种状态下,导向板44c基本处于水平状态。停止器227接触碰接部226的部分贴有橡皮,可以缓和碰接部226接触停止器227时的冲击。
进行电镀处理单元20a的维修操作时,在电镀处理动作停止的状态下,首先,卸下外装盖220,使操作人员可以从安装外装盖220一侧进行操作。然后卸下固定螺丝224,让旋转部材221绕旋转轴223转动,使晶片保持旋转机构74a慢慢倒向操作人员一侧。
这时,气体缓冲器225的活塞被压入气缸。由于气体缓冲器225的弹力,操作人员只要稍用力就可使晶片保持旋转机构74a放倒。另外,因为气体缓冲器225的弹力,即使操作人员进行了误操作或者操作人员在晶片保持旋转机构74a倒下的途中撒手,晶片保持旋转机构74a也不会急剧地倒下。
导向板44c基本保持水平状,碰接部226和停止器227接触,晶片保持旋转机构74a不会再继续动作。在这种状态下,晶片保持旋转机构74a处于向晶片处理部1侧突出状态,电镀杯56a的上方被打开。该状态在图17中用点线表示。在该状态下,操作人员容易找到维修的部位,容易进行维修。
电镀处理必须在阴极环80的中心轴和电镀槽61a-61d的中心轴处于一致的状态下进行。电镀时电镀槽61a-61d的上端和阴极环80的下部之间有一点间隙,如果利用晶片保持旋转机构74a-74d保持的晶片W的中心和电镀槽61a-61d的中心轴发生偏离,电镀槽61a-61d和阴极环80就会发生相互干涉(参照图11)。为了使阴极环80的中心轴和电镀槽61a-61d的中心轴一致,需要调整电镀杯56a-56d的位置。
还有,电镀槽61a-61d的上端如果不是处于水平状态,当电镀液从电镀槽61a-61d的边缘溢出时,电镀液就不能接触晶片W。因此电镀槽61a-61d的上端如果不是处于水平状态,必须调整到水平状态。
图18为电镀杯56a的侧面图。下面参照图18说明调整电镀杯56a位置以及将电镀槽61a的上端调整到水平状态的方法。电镀杯56b-56d具有同样的结构,可以利用同样的方法进行调整。
电镀杯56a的底部和电镀杯一体地设有平板状第1基板230。第1基板230俯视观察时比电镀杯56a的底面稍大。第1基板230的下部(与电镀杯56a相反的一侧)上安装有第2基板231。第2基板231安装在晶片处理部1的框架236上。第2基板231俯视观察时比第1基板230稍大。
第1基板230和第2基板231上设有穿通厚度方向的孔,送液分支管58a和回流分支管63a插入这些孔内。送液分支管58a和回流分支管63a由氟化乙烯树脂制的接头239连接到电镀杯56a内。
第1基板230的圆周边缘至少3处上形成了穿通第1基板230厚度的固定孔233。第2基板231在固定孔233基本相对应的位置上形成了内螺旋234。利用形成外螺旋的固定螺丝235穿通固定孔233,拧紧在第2基板231的内螺旋234中,将第1基板230固定在第2基板231上。
固定孔233的内径大于固定螺丝235的外径。例如,固定孔233的内径是10mm,固定螺丝235的外径是6mm。这样,第1基板230可以在第1基板230的平面内任意方向移动4mm。在上述情况中,固定螺丝235的螺丝头和第1基板230之间安装有例如外径是18mm的垫片237,以防固定螺丝235的螺丝头掉入固定孔233中。
当固定螺丝235松动时,第1基板230可以在第1基板230的平面内任意方向移动,调整电镀槽61a的水平方向。
第2基板231由在其周缘部相互隔开地设置的至少3对的压螺丝238A和拉螺丝238B被固定在框架236上。调整每对压螺丝238A和引螺丝238B,可以调整这对压螺丝238A和拉螺丝238B所在位置的第2基板231到框架236的高度,从而可以调整第2基板231的倾斜度。
一般在调整为水平状态的第2基板231上安装第1基板230时,电镀槽61a的上端也被调整到水平状态。所以在电镀槽61a的上端调整水平状态时,首先,在卸掉电镀槽61a的状态,例如,在第2基板231上放上水平仪,调整第2基板231的水平即可。然后,将第1基板230安装到第2基板231,电镀槽61a的上端就处于水平。
这时,固定螺丝235处于松动的状态。然后,使晶片保持旋转机构74a下降,使第1基板230相对第2基板231移动,以使阴极环80嵌入电镀槽61a上端周围,再调整电镀槽61a的水平方向位置。
通常在晶片保持旋转机构74a和电镀杯56a处于相向状态,将阴极环80的中心轴和电镀槽61a的中心轴调整到基本平行。所以利用上述方法调整电镀槽61a的位置,可以使阴极环80的中心轴和电镀槽61a的中心轴一致。当电镀槽61a处于正确的位置上时,将固定螺丝235用力拧紧以固定电镀槽61a的位置。
图19为表示斜腐蚀单元21a,21b的共同结构的截面图。
在近圆柱状的杯85内,具有能使晶片W基本保持水平旋状地的夹具86。夹具86和晶片W的周缘部不接触,仅用吸住晶片W的底面中心部来夹持晶片W。夹具86具有铅垂的旋转轴87,来自旋转驱动机构88的旋转驱动力可以传送到旋转轴87。另外,夹具86和可以升降夹具86的升降机构89结合,能使夹具86的上部处于杯85内的状态,也可以处在比杯85上端高的状态。
杯85有同轴设置的3个杯85a-85c。在各个杯85a-85c的上端中,最外侧的杯85a最高,中间的杯85b最低。最内侧的杯85c的上端与平板状但在俯视图是环状的处理液导向板85d结合。处理液导向板85d的外侧端部弯曲地插入杯85a和杯85b之间。
杯85a和杯85b的侧壁形成了在上方有开口部的处理液回收槽97,杯85b和杯85c的侧壁形成了排气槽98。处理液回收槽97的底部的一部分设有排液口97a。排气槽98的底部的一部分设有排气口98a。
在杯85的上方配置了喷嘴90。喷嘴90和冲洗液管91连通连接,冲洗液管91和冲洗液供给源92连接。冲洗液管91上安装有阀门91V,打开阀门91V,冲洗液从喷嘴90中喷出,向利用旋转夹具86保持的晶片W供应冲洗液。
处理液导向板85d从下方穿通的设有喷嘴99。喷嘴99和冲洗液管100连通,冲洗液管100和冲洗液供给源92连接。冲洗液管100上安装有阀门100V,打开阀门100V,从喷嘴99可以向利用旋转夹具86操持的晶片W的下面提供冲洗液。
冲洗液例如可以是纯水。此时,冲洗液(纯水)能通过插入在外壳30上形成的纯水供给管插入口32h的纯水管32(参照图3)被导入到冲洗液管91,100内。
还有,在杯85的上方,铅垂地设有腐蚀处理管93。腐蚀处理管93的下端附近靠杯85中心一侧上形成沿旋转夹具86保持的晶片W表面水平延伸的槽94,晶片W的周缘部可以插入槽94中。槽94的内部空间和腐蚀处理管93的内部空间连通在一起。
腐蚀处理管93与移动机构95结合。利用该移动机构95可以使腐蚀处理管93在上下方向和杯85的径向进行移动。这样,使得腐蚀处理管93移动到晶片W的周缘部被插入槽94的处理位置,也可以从处理位置退出移动到离开晶片W的退出位置。另外,腐蚀处理管93还可以回避杯85退到杯85的侧面。
腐蚀处理管93通过后处理药液管P14和设在后处理药液供给部4(参照图1)内的容纳腐蚀液的腐蚀液供给源96连接。连接腐蚀处理管93和腐蚀液供给源96的处理药液管P14上安装有阀门93V,打开阀门93V,可以向槽94的内部空间送腐蚀液。而且用阀门93V可以调整腐蚀液的流量。腐蚀液例如可以为硫酸,双氧水和水的混合溶液。
旋转驱动机构88、升降机构89和移动机构95的动作、以及阀门91V,阀门100V,阀门93V的开关由系统控制器155控制。
在斜腐蚀单元21a、21b进行腐蚀晶片W的周缘部时,首先,系统控制器155控制移动机构95将腐蚀处理管93退到退出位置。
系统控制器155再控制升降机构89将夹具86上升,使夹具86的上部比杯85的上端高。然后,用搬送机器人TR的进退臂41或者进退臂42(参照图5(a)、图5(b)、图5(c))将在电镀处理部12进行过电镀处理的晶片W搬入,利用夹具86吸住和保持晶片W,使晶片W的中心放在旋转轴87的中心轴上。晶片W已经进行过电镀处理的面保持在上方。
然后,系统控制器155控制升降机构89将夹具86下降。这样夹具86保持的晶片W的侧面处于被杯85a围住的状态。接着,系统控制器155控制旋转驱动机构88旋转被夹具86保持的晶片W。晶片W的旋转数,例如可以是500rpm左右。
在这种状态下,系统控制器155控制打开阀门91V,100V,从喷嘴90,99向晶片W的上面和下面提供冲洗液,冲洗液由于离心力扩散流到晶片W的圆周边缘,流向晶片W的上侧全表面和下侧表面中除了夹具86接触的部分的全部领域,清洗干净晶片W。
冲洗液因为晶片W的离心力被甩向侧面,落到杯85a的内侧面或者是处理液导向板85d上面,流到处理液回收槽97内。冲洗液再从排液口97a流到图中没有给出的回收罐中。用图外的排气装置,从排气口98a将杯85中的气体排出。这样冲洗液的雾沫等不会飞散到杯85a的外面。
冲洗处理进行一定时间后,系统控制器155控制关闭阀门91V,100V,继续晶片W的旋转,使得留在晶片W上的冲洗液大部分被被甩掉。
然后,系统控制器155移动机构95将腐蚀处理管93移到处理位置,如图19所示那样晶片W的周缘部处于被插入槽94的状态。这时晶片W的旋转速度可以是例如500rpm。系统控制器155再打开阀门93V,使腐蚀液的流量例如为20ml/分。这样从腐蚀液供给源96向槽94内提供腐蚀液,使腐蚀液从槽94内溢出流走,槽94内处于充满腐蚀液的状态。
因为晶片W的周缘部插入在槽94内,晶片W表面的铜薄膜中的圆周边缘部分就被腐蚀液溶解。因为晶片W正在旋转中,晶片W的周缘部和腐蚀处理管93的处理位置发生相对变化,结果导致晶片W的全周缘部都被腐蚀。因为腐蚀宽度由晶片W插入槽94的深度决定,所以可以正确地腐蚀所希望的腐蚀宽度。
利用晶片W的离心力被甩到侧面的腐蚀液和冲洗液同样,被回收槽97回收后,通过排液口97a被导入到图外的回收槽中。还有,在这期间,排气口98a继续排气,腐蚀液的雾沫不会飞散到杯85的外面。
腐蚀液流动一定时间,例如数十秒,持续进行晶片W圆周边缘的铜薄膜的腐蚀后,系统控制器155关闭阀门93V,停止给槽94内提供腐蚀液,使得槽94内不存在腐蚀液,晶片W圆周边缘的腐蚀处理进行完毕。
然后,系统控制器155再次打开阀门91V,100V,向晶片W表面提供冲洗液,用冲洗液除去残留在晶片W周缘部的腐蚀液。在这期间,系统控制器155控制移动机构95将腐蚀管93移到退出位置。
提供冲洗液在持续一定时间后,例如1分钟左右,系统控制器155关闭阀门91V,100V,停止提供冲洗液。系统控制器155控制旋转驱动机构88将夹具86高速旋转一定的时间(例如1000rpm,数十秒),使得晶片W甩干干燥后,停止夹具86的旋转。
然后,系统控制器155控制升降机89将夹具86向上方移动使得用夹具86保持的晶片W上升到高于杯85的上端,解除对晶片W吸附保持。
接着,利用搬送机械人TR的进退臂42或者进退臂41将处理完毕的晶片W搬出,完成1片晶片W周缘部的的腐蚀。因为处理完毕的晶片W周缘部不存在铜膜,在以后的操作中即使用基板保持柄41c,42c(参照图5(a))将圆周边缘夹住,在基板保持柄41c,42c上也不会粘附铜。
在本实施方式中,杯85为固定状态,夹具86利用升降机89进行升降。但是也可以采用使夹具86相对于杯85在上下方向相对移动的结构,例如夹具86在上下方向固定,杯85可以升降。这种情况下夹具86的上端可以比杯85的上端高,可以用搬送机械人TR的进退臂42或者进退臂41将晶片W搬入/搬出。
图20是清洗单元22a、22b结构的截面图。
在近圆柱状的杯101内,有能使晶片W基本保持水平进行旋转的旋转夹具102。旋转夹具102有铅垂的旋转轴102a和在其上端并与它垂直的园板状旋转台102b,在旋转台102b上面的园周边缘附近沿圆周方向间隔地设有多个夹销102e。夹销102e保持晶片W的下面的圆周边缘,和晶片W的端面(园周面)接触,和其他夹销102e一起夹住晶片W。
来自旋转驱动机构103的旋转驱动力可以传送到旋转夹具102的旋转轴102a。另外,旋转夹具102和可以升降旋转夹具102的升降机构104结合,能使旋转夹具102的上部处于杯101内的状态,也可以处在比杯101上端高的状态。
杯101包括同心轴设置的3个杯101a~101c。在各个杯101a~101c的上端中,最外侧的杯101a最高,中间的杯101b最低。最内侧的杯101c的上端与平板状、但在俯视图是环状的处理液导向板101d结合。处理液导向板101d的外侧端部弯曲地插入杯101a和杯101b之间。
杯101a和杯101b的侧壁形成了在上方有开口部的处理液回收槽105,杯101b和杯101c的侧壁形成了排气槽106。处理液回收槽105的一个底部设有排气口105a。排气槽106的一个底部设有排气口106a。
在杯101的上方配置了喷嘴107。喷嘴107通过阀门107V和冲洗液供给源连通连接,打开阀门107V,从喷嘴107可以向用旋转夹具102保持的晶片W喷出冲洗液。
旋转轴102a的内部形成沿轴向贯穿旋转轴102a的处理液供给通道102c,并在旋转轴102a的上端开口,形成处理液喷出口102d。处理液供给通道102c能通过后处理药液管P14,从设在后处理药液供给部4(参照图1)的清洗液供给源导入清洗液,也能从冲洗液供给源导入冲洗液。
清洗液可以为例如硫酸,双氧水和水的混合溶液。冲洗液可以为例如纯水。此时,冲洗液(纯水)能通过插入在外壳30上形成的纯水供给管插入口32h的纯水管32(参照图3)被导入到处理液供给通道102c和喷嘴107内。
处理液供给通道102c和清洗液供给源之间安装有阀门108V,处理液供给通道102c和冲洗液供给源之间安装有阀门109V。关闭阀门109V,打开阀门108V,可以从处理液喷出口102d喷出清洗液。关闭阀门108V,打开阀门109V,可以从处理液出口102d喷出冲洗液。这样将清洗液或者冲洗液提供给被旋转夹具102保持的晶片W的下面中心部。
旋转驱动机构103和升降机构104的动作、以及阀门107V,阀门108V,阀门109V的开关由系统控制器155控制。
清洗单元22a、22b清洗晶片W时,首先,系统控制器155控制升降机构104将旋转夹具102上升,使旋转夹具102的上部比杯101的上端高。然后,用搬送机器人TR的进退臂41或者进退臂42(参照图5(a),图5(b),图5(c))将要在斜腐蚀元件21a或者21b进行斜腐蚀处理的晶片W搬入,夹销102e机械地保持晶片W,使晶片W的中心放在旋转轴102a的中心轴上。
然后,系统控制器155控制升降机构104将旋转夹具102下降。这样旋转夹具102保持的晶片W的侧面处于被杯101a围住的状态。系统控制器155再控制旋转驱动机构103旋转被旋转夹具102保持的晶片W。晶片W的旋转数,例如可以是500rpm左右。另外,用图中没有给出的排气装置,从排气口106a排出杯101内的气体。
在这种状态下,系统控制器155控制打开阀门107V,108V,从喷嘴107向晶片W喷出冲洗液,从处理液出口102d喷出清洗液。提供给晶片W表面的冲洗液和清洗液由于各自的离心力扩散流到晶片W的周边,清洗晶片W的下面和整体。
冲洗液和清洗液因为晶片W的离心力向侧面甩开,落到杯101a的内侧面或者是处理液导向板101d上面,流到处理液回收槽105内。这些液体再从排液口105a流到图中没有给出的回收罐中。另外因为杯101内的气体被排出,清洗液的雾沫等从排气口106a被排出,不会飞散在杯101外面。
该处理进行一定时间后,系统控制器155控制关闭阀门108V,打开阀门109V。这样,从处理液出口102d向晶片W的下面喷出冲洗液。喷嘴107也持续向晶片W的上面喷冲洗液,冲走晶片W的下面的清洗液。这样的处理持续一定时间(例如1分钟左右)后,系统控制器155控制关闭阀门107V,109V,停止给晶片W提供冲洗液。
系统控制器155控制旋转驱动机构103使被旋转夹具102保持的晶片W高速旋转,例如2000rpm。这样留在晶片W上的冲洗液大部分被甩掉,晶片W被干燥。高速旋转晶片W一定时间(例如数十秒)后,系统控制器155控制旋转驱动机构103停止晶片W的旋转。
然后,系统控制器155控制升降机构104将旋转夹具102向上方移动使得旋转夹具102支撑的晶片W上升到高于杯101的上端,解除夹销102e对晶片W的支撑。
然后,利用搬送机械人TR的进退臂42或者进退臂41将处理完毕的晶片W搬出,完成1片晶片W的清洗。
在本实施方式中,杯101为固定结构,旋转夹具102利用升降机构104进行升降。但是也可以采用使旋转夹具102相对于杯101在上下方向相对移动的结构,例如旋转夹具102在上下方向固定,杯101可以升降。这种情况下旋转台102b可以比杯101的上端高,可以用进退臂42或者进退臂41将晶片W搬入/搬出。
图21是晶片处理部1的控制系统的结构方框图。
系统控制器155控制晶片处理部1、主成分管理部2、微量成分管理部3和后处理药液供给部4,可以统管电镀装置10的整体。具体来说系统控制器155监视各部的状态,发出适当的指令给各部,设定各部的数据,取出各部的数据。
系统控制器155的硬件由10MIPS(Million Instructions per second)以上处理能力的中央处理器(Central Processing Unit)155、具有10Mbybte以上存储容量的半导体存储器和1Mbyte以上存储量的磁性存储器组成的存储装置155M、RS-232C规格的串行板280、RS-485规格的串行板281和多个打印机基板155P组成。磁性存储器,例如,可以是具有硬盘驱动器(HDD)的硬盘(HD),或具有可卸装的软盘驱动器(FDD)的软盘。
系统控制器155使用的软件是操作系统和至少用一种高级语言编成的应用程序组成。这些程序存在存储装置155M中。应用程序,例如包含进行电镀处理、斜腐蚀处理和清洗处理的程序等。
系统控制器155和显示屏156、键盘157和指示装置(例如鼠标)156p连接,使得操作人员能和控制系统之间有信息输入输出。系统控制器155也和警报声产生装置158连接。在规定的情况,例如,根据电导率计212(参照图9)的输出信号判断发生电镀液泄漏时、或者提供电镀液内铜离子的铜供给源(铜管)的余量降到规定的量以下时,发出警报声,同时将和警报相关的信息在显示屏156上表示。
系统控制器155通过RS-232C规格的串行板280用电缆和搬送控制29(参照图2)、主成分管理部2和微量成分管理部3连接。另外,系统控制器155用脉冲输入输出电缆和马达控制器159连接,并通过模拟信号用的电缆和泵控制器160、流量计60a-60d、吸光度计66A,66B连接。
这样,系统控制器155通过马达控制器159可以控制具有旋转驱动机构的马达,例如控制具有旋转驱动机构45,88,103(参照图9,19,20)的马达、通过泵控制器可以控制电镀处理部12的泵P1-P4(参照图7)的动作。另外,米自流量计60a-60d(参照图7)的表示流量的信号作为模拟信号输入到系统控制器155,系统控制器155再根据模拟信号控制吸光度计66A,66B的动作(例如发光部68A,68B的发光),并接受从受光部69A,69B输出的模拟信号。
系统控制器155还通过RS-485规格的串行板281用电缆和主成分管理部2、后处理药液供给部4和串行/并行变换器161a、161b连接。在图中只有2个串行/并行变换器161a、161b,但是也可以使用更多的串行/并行变换器。
各串行/并行变换器161a、161b上用并行电缆连接了电磁阀162a、162b、传感器163a、163b(例如,温度传感器70,电磁电导率计71、超声波式水平仪72(参照图7))。电磁阀162a、162b可以控制空气阀(例如阀门91V,100V(参照图19),107V(参照图20))。
图22是主成分管理部2的结构图。
主成分管理部2由至少1个(本实施方式是2个)提供铜离子给电镀液的铜溶解槽110a、110b、提供置换液给这些槽中没被使用的铜溶解槽110a、110b的缓冲槽111和提供作为置换液源的置换原液给缓冲槽111的供给部112组成。
铜溶解槽110a、110b内收容有作为铜原料的铜管146,电镀液在铜溶解槽和晶片处理部1的电镀液收容槽55之间循环可以向电镀液补充因为电镀失去的铜离子。另外,在电镀液收容槽55之间没有电镀液循环的铜溶解槽110a(或110b)内装满了置换液,使得铜管146的表面保持良好状态。这样,当电镀液在电镀液收容槽55和铜溶解槽110a(110b)之间开始循环时,能从铜管146上很好地溶出铜离子。
铜溶解槽110a、110b具有带底的园筒状外形,是基本密闭结构,轴心沿垂直方向设置。铜溶解槽110a、110b分别放在重量计154a、154b上,可以称出包括铜溶解槽110a、110b以及里面的内容物的总重量。
铜溶解槽110a、110b均由形成铜溶解槽110a、110b侧壁的外管116a、116b和在外管116a、116b内设置的的内管117a、117b组成。内管117a、117b的内部空间、外管116a、116b和内管117a、117b之间的空间(以下称环状空间145)和铜溶解槽110a、110b的下部连通。铜管146收容在环状空间145内。
缓冲槽111具有盖120,在盖120上有和管道连接的管道口,缓冲槽处于基本密闭状态。缓冲槽111的上部和下部用沿缓冲槽111的外部铅直方向设置的三通管125连通。三通管125侧面规定的高度位置上安装了检测三通管125内的液体是否到达该高度位置的定量检测传感器126。
缓冲槽111和三通管125之间液体(例如置换液)可以自由流动,所以缓冲槽111内的液面和三通管125内的液面基本在同一高度。因此用定量检测传感器126就可以检测缓冲槽111内的液体是否达到规定的高度。
缓冲槽111底部通过管道口和循环管118的一端连通连接。循环管118的另一端在分支点B1分支为循环分支管121,122。循环分支管121再分成循环分支管121a,121b,循环分支管122再分成循环分支管122a,122b。
循环分支管121a,121b分别从铜溶解槽110a,110b的上方和内管117a,117b连接。循环分支管122a,122b分别和铜溶解槽110a,110b内设有的排液管149a,149b连通连接。循环分支管121a,121b上分别安装有阀门AV3-2,AV4-2。循环分支管122a,122b上分别安装有阀门AV3-3,AV4-3。
在环状空间145内,循环分支管119a,119b连通连接。循环分支管119a,119b上分别安装有阀门AV3-1,AV4-1。循环分支管119a,119b和循环管119的一端连接,循环管119的另一端在分支点B2分成循环分支管119d,119e。
阀门AV3-1,AV3-2,AV3-3,AV4-1,AV4-2,AV4-3汇总在铜溶解槽内流路转换部153内。
循环分支管119d插入在盖120上形成的管道口(贯穿120),铺设到缓冲槽111内。在循环分支管119d上安装有阀门AV2-2。
循环管118在中途的分支点B3和流路转换管115的一端连通连接。流路转换管115的另一端上安装有阀门AV1-4。打开阀门AV1-4,可以从流路转换管115的另一端排液。流路转换管115分别通过阀门AV1-3,AV1-2和电镀液移送管P12a,P12b连通连接。
在循环管118的缓冲槽111和分支点B3之间安装有阀门AV1-1,分支点B3和分支点B1之间,从分支点B3向分支点B1顺次安装有阀门AV1-5、泵P5、流量计123。在循环管118的接近缓冲槽111部分(缓冲槽111和分支点B3之间)的侧面,安装了空管检测传感器127。空管检测传感器127可以检测在这个高度循环管118内是否有液体。由此可以知道缓冲槽111内是否是空的。
阀门AV1-1,AV1-2,AV1-3,AV1-4,AV1-5汇总在入口侧主流路转换部113。
循环分支管119e在分支点B4连通连接到电镀液移送管P12b上。循环分支管119e上安装有阀门AV2-1。阀门AV2-1,AV2-2总汇在出口侧的主流路转换部114。
置换用原液供给部112由容纳置换原液的置换原液槽128和计量规定量的置换原液的计量杯129组成。置换原液可以为例如浓硫酸。计量杯129有盖129a,处于基本密闭状态。计量杯129的底部是倒园锥形形状,在计量杯129底面中央形成一个排液口。计量杯129底面对这个排液口向下倾斜。置换原液槽128的内底部和计量杯129上部之间铺设了置换原液移送管130。在置换原液移送管130上安装有阀门AV6-3。
置换用原液供给部112和缓冲槽111用置换原液供应管124连接。置换原液供应管124贯穿盖129a延伸到计量杯129的上部。计量杯129的底部的中心部(排液口)和置换原液移送管131的一端连通连接。置换原液移送管131的另一端,在分支点B5和置换原液供应管124连通连接。置换原液供应管124在分支点B5和计量杯129之间安装有阀门AV6-1。置换原液移送管131上安装有阀门AV6-2。
还有,计量杯129与贯穿盖129a的泄漏管132连通连接。在计量杯129外部的泄漏管132上安装有阀门AV6-4。打开阀门AV6-4可以使计量杯内处于大气中。
在计量杯129侧面规定的高度位置上,安装有检测计量杯129内部的液体是否达到该高度位置的定量检测传感器133。而在置换原液移送管131接近计量杯129部分的侧面,安装有空管确认传感器134。空管确认传感器134能检测置换原液移送管131内部的液体是否达到在该高度位置。由此,可以检测计量杯129内是否是空的。
缓冲槽111与贯穿盖120的纯水供给管135连通连接,可以从图中没有给出的纯水提供源向缓冲槽111提供纯水。纯水供给管135上安装有阀门AV7-1。
缓冲槽111内还导入了贯穿盖120的送排气管136。送排气管136在缓冲槽111外的端部和空气泵137连接。送排气管136上安装有三通阀AV8-3。用三通阀AV8-3可以使缓冲槽111和空气泵137连通,也可以使缓冲槽111和大气连通。
空气泵137由排气管138和送气管139组成。送排气管136和排气管138、送气管139连通连接。排气管138上安装有三通阀AV8-1,送气管139上安装有三通阀AV8-2。三通阀AV8-1,AV8-2,AV8-3可以作为空气阀,汇总在加压/减压部164。
当三通阀AV8-1使大气和空气泵137连通,三通阀AV8-2使空气泵137和送排气管136连通时,通过使空气泵137动作可以提供空气给缓冲槽111内(送气)。而当三通阀AV8-1使送排气管136和空气泵137连通,三通阀AV8-2使空气泵137和大气连通时,通过使空气泵137动作可以排出缓冲槽111内的气体(排气)。
入口侧主流路转换部113、出口侧主流路转换部114、铜溶解槽内流路转换部153、置换原液供应部112、加压/减压部164的各个阀门和阀门AV7-1的开关,泵P5、空气泵137的动作都通过串行/并行变换器165由晶片处理部1的系统控制器155控制。而定量检测传感器126,133、空管检测传感器127,134、流量计123和重量计154a,154b的输出信号也通过串行/并行变换器165输入到晶片处理部1的系统控制器155内。
以下,参照图22说明在电镀处理部12进行电镀时主成分管理部2的动作。
电镀处理前,系统控制器155要决定使用铜溶解槽110a,110b中的哪一个。使用铜溶解槽110a,110b内铜管146的重量为最小的那一个,另一个作为预备不使用(储备)。
在系统控制器155的存储装置155M中输入有预先存储的各铜溶解槽110a,110b的净重量和内部充满了电镀液后的重量数据,系统控制器155根据各个重量计154a,154b的输出信号,计算各铜溶解槽110a,110b内铜管146的重量。
其结果例如,如果铜溶解槽110a内铜管146的重量最轻,并且判断该重量是足够在规定时间内向电镀液提供铜离子的重量时,系统控制器155就控制在电镀处理部12和铜溶解槽110a之间形成循环电镀液流路。具体来说,打开阀门AV1-3,AV1-5,AV3-2,AV3-1,AV2-1,关闭其他的阀门。
在这种状态下,系统控制器155控制泵P5动作,使得电镀液从电镀处理部12送到铜溶解槽110a内,通过铜溶解槽110a内的铜管146的内表面和外表面附近,再返回电镀处理部12。在铜溶解槽110a内电镀液中的3价铁离子从铜管146夺取电子还原成2价的铁离子,从被夺取电子的铜管146上铜离子被溶解到电镀液中。
这样,在电镀处理中在晶片W的下面失去铜离子的同时,从铜管146补充了铜离子。另外在阳极电极76附近2价的铁离子被氧化3价铁离子,同时在铜管146附近3价铁离子被还原成2价铁离子。
当电镀液中铜离子、2价铁离子、3价铁离子的浓度偏离规定的浓度时,在晶片W表面形成的微细孔和沟的填埋性就变差,不能很好地电镀。所以,电镀液中的铜离子、2价铁离子、3价铁离子的浓度必须保持在所规定的值(所规定的浓度范围内)。即,在晶片W的下面失去的铜离子的量和从铜管146上溶解的铜离子的量必须大致相等,在阳极电极76附近生成的2价铁离子的量和在铜管146附近生成的3价铁离子的量必须大致相等。
电镀中电镀液内的铜离子的消耗速度由各电镀处理单元20a-20d的运行状态决定。在铜溶解槽110a内铜管146溶入电镀液中的溶解速度由电镀液接触的铜管146的表面积、在铜管附近流动的电镀液的流速和电镀液中3价铁离子浓度决定。
在铜管146表面中,外侧面和内侧面占大部分。在铜管146进行溶解时,铜管厚度变薄,长度变短,但是长度的变化率小到可以忽略。而外侧面和内侧面的面积(铜管146的表面积)在铜管146进行溶解时,直到铜管146将要被完全溶解,可以认为基本是一定的。可以从重量计154a的输出信号上求出铜管146是否将要被完全溶解。铜管146附近流动的电镀液的流速,可以用流入铜溶解槽110a的电镀液的流量代替。
这样,系统控制器155根据泵P5的送液量、电镀处理单元20a-20d的运行状态和表示铁离子浓度的吸光度计66B的输出信号决定。用流量计123的输出信号反馈到系统控制器155调整泵P5的送液量到规定的流量。在该控制中,电镀液的铜离子一直保持消耗量和供应量相等,电镀液中铜离子的浓度能基本保持一定。
铜溶解槽110a内的铜管146的溶解进行到极端情况时,铜管146的表面积就急剧减小,很难向电镀液提供一定比例的铜离子。为了避免这种情况,铜溶解槽110a内的铜管146的重量减到规定重量(例如预期重量的20%到30%)时,就停止使电镀液向铜溶解槽110a内流通,而开始使电镀液流向铜溶解槽110b内。
具体采用以下步骤。如果系统控制器155根据重量计154a的信号判断铜溶解槽110a内的铜管146的重量减到规定重量以下时,就控制打开阀门AV4-1,AV4-2,关闭阀门AV3-1,AV3-2。这样,电镀液就在电镀处理部12和铜溶解槽110b之间循环。铜溶解槽110b内有足够重量的铜管146,可以稳定地向电镀液供应铜离子。
因此,使用上述的2个铜溶解槽110a,110b与主成分管理部2连接,可以保证提供足够的铜离子给电镀液。所以这种工艺能够很好地浸埋晶片W表面形成的微细孔或沟,进行铜电镀。
下面,说明在电镀处理部12的电镀处理完成后的主成分管理部2的动作。在电镀处理单元20a-20d没有进行电镀处理时,因为电镀液中的铜离子没有消耗,但是铜管146仍向电镀液提供铜离子,所以电镀液在电镀液收容槽55和铜溶解槽110a或者110b之间循环时,电镀液中的铜离子浓度将超过适当的浓度。
另外,如果停止电镀液的循环,铜溶解槽110a或者110b内的铜管146的表面将不可逆地变质,再此循环电镀液以在电镀处理单元20a-20d进行电镀处理时,就不再能够很好地浸埋晶片W表面形成的微细孔或沟,进行铜电镀。
因此,在电镀处理部12的电镀处理完成后铜溶解槽110a,110b内的电镀液要换成置换液,防止电镀液中铜离子浓度的升高和铜管146表面变质。以下,将铜溶解槽110a作为置换对象进行说明。
上述铜管146表面变质发生在数小时内。另外,即使在电镀处理部12的电镀处理完成后,由于生产计划的变化等,也会出现立即进行电镀处理的情况。这时如果铜溶解槽110a内的电镀换成了置换液,又必须再次将铜溶解槽110a内置换成电镀液。而铜溶解槽110a内的电镀液置换操作需要5到10分钟左右时间,这样使得生产效率降低。所以,在电镀处理部12的电镀处理完成后再经过一段等待时间,例如2-3小时后,再将铜溶解槽110a内的电镀液置换成置换液。
如果电镀处理部12的电镀处理完成后,不太可能立即进行电镀处理,也可以在电镀处理完成后立即将铜溶解槽110a内的电镀液置换成置换液。
首先,系统控制器155控制停止泵P5,关闭主成分管理部2的所有开关。然后系统控制器155控制加压/减压部164向缓冲槽111内送气,给缓冲槽111内加压。系统控制器155再控制打开阀门AV2-2,AV3-1,AV3-2,AV1-5,AV1-2,将缓冲槽111内被加压的空气导入环状空间145,压出铜溶解槽110a内的电镀液,并将电镀液送到电镀处理部12的电镀收容槽55内。
上述操作一直进行,直到系统控制器155根据重量计154a的输出信号算出铜溶解槽110a内的电镀液,并判断在铜溶解槽110a内基本没有电镀液为止。当判断在铜溶解槽110a内基本没有电镀液时,系统控制器155仍控制阀门AV3-3,开启一定的时间,使得残留在铜溶解槽110a的底部的电镀液基本全量地通过排液管149a压出去。
然后,系统控制器155控制打开阀门AV7-1将纯水导入缓冲槽111内。缓冲槽111内的液面上升,根据定量检测传感器126的输出信号判断缓冲槽111内的纯水液面达到所规定的高度位置时,系统控制器155控制关闭阀门AV7-1。这时,缓冲槽111内盛有规定量的纯水。
系统控制器155再控制关闭除三通阀AV8-1,AV8-2,AV8-3外主成分管理部2的所有阀门,加压/减压164排出缓冲槽111内的气体。这样使得缓冲槽处于减压状态。系统控制器155再控制打开阀门AV6-1,AV6-3,使得计量杯129内也处于减压状态,置换原液槽128内的置换原液通过置换原液移送管130吸入计量杯129内。
吸入期间,用系统控制器155监视定量传感器133的输出信号,判断计量杯129内的置换原液的液面是否到达规定的高度。如果判断计量杯129内的置换原液的液面已到达规定的高度,系统控制器155控制关闭阀门AV6-1,AV6-3,这样规定量的置换原液就已经被取到计量杯内。
系统控制器155控制打开阀门AV6-2,AV6-4,使计量杯129处于大气压中,计量杯129内的置换原液就通过置换原液移送管131和置换原液供给管124被移送到压力低的缓冲槽111内,与在缓冲槽111内的纯水混合。
因为计量杯129的底部对置换原液移送管131(排液口)向下倾斜,所以计量杯129内的置换原液基本上全部从计量杯129内取出。如果系统控制器155根据空管确认传感器134判断计量杯129内是空的,就控制关闭阀门AV6-2,AV6-4。
以上操作使缓冲槽111内得到了规定成分和浓度的置换液(例如,10%的硫酸水溶液)。
接着,利用系统控制器155控制阀门AV8-3,将缓冲槽111和大气连通,使得缓冲槽111内处于大气压状态。然后系统控制器155控制打开阀门AV1-1,AV1-5,AV3-2,AV3-1,门AV2-2,使泵P5动作。这时泵P5仅在规定的时间内启动,或者一直启动到根据重量计154a的输出信号判断铜溶解槽110a内已经充满置换液为止。
然后,系统控制器155控制停止泵P5,关闭主成分管理部2内的所有阀门。接着,打开阀门AV1-1,AV1-4,将缓冲槽111内余留的置换液排出。利用以上步骤,就将铜溶解槽110a内的电镀液换成了置换液。
根据这种操作,电镀液中的铜离子浓度不会上升,铜管146表面也不会变质。在电镀处理部12和铜溶解槽110a(110b)之间再度进行电镀液循环,在电镀处理单元20a-20d进行电镀时,晶片W表面形成的微细孔或沟能很好地被浸埋,从而进行优质的铜电镀。因为硫酸是电镀液的支持电解质,所以置换液如果是硫酸水溶液时,即使一些置换液混入电镀液中也没有坏影响。
对于上述置换液的置换操作,在铜溶解槽110a内的电镀液取出后置换液导入前,可以将纯水导入铜溶解槽110a后再排出。这样利用纯水清洗制溶解槽110a内,减少了混入置换液中的电镀液。将纯水导入铜溶解槽110a内时,仅向缓冲槽11内导入从纯水供给源提供的纯水(纯水导入后,不导入置换原液),,再进行与置换液导入铜溶解槽110a内同样的操作即可。
当内部充满了置换液的铜溶解槽110a,110b内再换成电镀液时,按以下步骤进行。首先进行和将铜溶解槽110a,110b内电镀液换成置换液时取出电镀液同样的步骤,将置换液从铜溶解槽110a,110b内取出。不过进行该操作时,系统控制器155控制关闭阀门AV1-2,打开阀门AV1-4,将取出的置换液排出。
然后,系统控制器155控制关闭主成分管理部2内全部的阀门后,例如,打开阀门AV1-2,AV1-5,AV3-2,AV3-1,AV2-1,将电镀液导入铜溶解槽110a内。
图23是表示后处理药液供给部4的结构的立体图。
后处理药液供给部4由容纳在斜腐蚀单元21a,21b和清洗单元22a,22b使用的腐蚀液和清洗液等后处理药液的后处理药液槽290以及容纳后处理药液槽290的槽外壳291组成。在后处理药液槽290上安装了图中没有表示出米的液面传感器,液面传感器的输出输入到系统控制器155内,系统控制器155由此来判断后处理药液槽290内的后处理药液的液面是否在规定的水位以下。
在本实施方式中,在斜腐蚀单元21a,21b使用的腐蚀液和在清洗单元22a,22b使用的清洗液是同一物体,所以只表示了1个后处理药液槽290,但是在使用多种后处理药液时,可以用多个后处理药液槽290。
槽外壳291上部设有盖293,正面设有门294。打开盖293或者门294,可以进行放入、拿出后处理药液槽290的操作。盖293和门294关闭时,槽外壳291基本处于密闭状态。
槽外壳291内的底部设有容器292,后处理药液槽290放置在容器292内。容器292的容积的容积大于后处理药液槽290的体积(如果后处理药液槽290是多个时,指全部后处理药液槽290容积总和),即使后处理药液槽290内的全部后处理药液漏出来,容器292也能盛下。
容器292的底部没有检测后处理药液漏出的漏液传感器,在图中没有表示出来。漏液传感器的输出输入到系统控制器155内,系统控制器155可以检测到后处理药液漏出到容器292内的情况。
槽外壳291的背面上形成有排气接口295和后处理药液管插入口296。排气接口295上连接排气管297,可以将槽外壳291内的空气排出。在槽外壳291基本是密闭状态下,通过排气管297排气可以使槽外壳291内保持负压状态。
排气管297连接到图外的排气设备上。排气管297上设有图中没有表示的排气压传感器。排气压传感器的输出输入到系统控制器155内,系统控制器155可以检测到排气压的异常。
后处理药液管插入口296内插有短的管状保护管298,保护管298内插有后处理药液管P14,即,后处理药液管插入口296内插有2重管道。
后处理药液管P14铺设在后处理药液槽290内的底部和斜腐蚀单元21a,21b与清洗单元22a,22b之间。后处理药液管P14上安装的阀门93V(参照图19)和阀门108V(参照图20)在后处理药液供给部4内(图23中省略)。打开阀门93V,108V,使图中没有标出的泵动作,后处理药液槽290内的后处理药液(腐蚀液,清洗液)可以提供给斜腐蚀单元21a,21b和清洗单元22a,22b。
图24是主成分管理部2、微量成分管理部3以及后处理药液供给部4的控制系统的结构方框图。
主成分管理部2由串行/并行变换器165和操作控制板166组成。晶片处理部1的系统控制器155通过RS-485规格的串行板用电缆和串行/并行变换器165连接,并通过RS-232C规格的串行板用电缆和操作控制板166连接。
串行/并行变换器165上并行地连接有电磁阀167,传感器168(例如定量确认传感器126,133、空管确认传感器127,134、重量计154a,154b(参照图22))。电磁阀167可以控制空气阀(例如,阀门AV1-1等(参照图22))组成的阀门。还有,利用操作控制板166,操作人员可以输入、输出有关主成分管理部2的信息。
微量成分管理部3具有微量成分管理控制器169,可以实行晶片处理部1的系统控制器155不能进行的控制。微量成分管理控制器169和系统控制器155通过RS-232C规格的串行板用电缆连接。
微量成分管理控制器169与显示屏170、键盘171、警报声产生装置400、恒电位仪(电源)172、注射泵173、串行/并行变换器174等连接。利用显示屏170和键盘171可以在微量成分管理控制器169和操作人员之间输入、输出信息。
测定电镀液中的微量成分浓度时,可以利用注射泵173在被取样的电镀液内滴下指示药等,还可以利用注射泵173计量出含有应该补充的微量成分的量的补充液。
串行/并行变换器174通过并行电缆和电磁阀175和传感器176(例如液面传感器等)连接。电磁阀175可以控制由空气阀组成的阀门。串行/并行变换器174将从微量成分管理控制器169出来的串行信号变换成并行信号,输出到电磁阀175等内,也将从传感器176出来的并行信号变换成串行信号输出到微量成分管理控制器169内。
后处理药液供给部4具有串行/并行变换器177。晶片处理部1的系统控制器155通过RS-485规格的串行板用电缆和串行/并行变换器177连接。串行/并行变换器177通过并联电缆和电磁阀178和传感器179连接。电磁阀178可以控制由空气阀组成的阀门(例如阀门193V(参照图19),108V(参照图20))。传感器179包括液面传感器,排气压传感器,漏液传感器等。
图25表示微量成分管理部3的结构以及微量成分管理部3和电镀处理部的连接状态。
微量成分管理部3如图25所示,与分别具有多个晶片处理部的电镀处理部12、12S连接,可以定量分析在电镀处理部12、12S使用的电镀液的微量成分,并可以调整电镀液的组成,使些微量成分处于所规定的浓度范围。当然,微量成分管理部3也可以与1个电镀处理部12(12S)连接。
微量成分管理部3由进行定量分析的分析部320、补充部321、控制分析部320和补充部321动作的微量成分管理控制器169组成,这里分析部320对作为电镀液微量成分并促进电镀的添加剂(以下称促进剂)、或者抑制电镀的添加剂(以下称抑制剂)、或者氯元素进行定量分析,补充部321根据分析部320的分析结果向电镀处理部12、12S内的电镀液补充促进剂、抑制剂和氯元素使得电镀处理部12、12S内电镀液的促进剂、抑制剂和氯元素达到规定的浓度。
连接电镀液管理部3的电镀处理部12S和电镀处理部12的结构相同,具有收容大容量电镀液的电镀液收容槽55S、对晶片W实施电镀处理的电镀杯56S、从电镀液收容槽55S向电镀杯56S送电镀液的送液管57S和从电镀杯56S向电镀液收容槽退回电镀液的回退管64S。
电镀液收容槽55、55S和分析部320之间分别设置有取样管322,323。取样管322,323一直延伸到电镀液收容槽55、55S的底部附近,取样管322,323的前端分别浸没在电镀液收容槽55,55S内的电镀液中。微量成分管理控制器169可以选择取样管322或者取样管323中任何一根,将电镀液收容槽55或者电镀液收容槽55S内的电镀液取样到分析部320。
电镀液收容槽55、55S和补充部321之间分别设置有补充管324,325。补充管324,325一直延伸到电镀液收容槽55、55S的底部附近,补充管324,325的前端分别浸没在电镀液收容槽55,55S内的电镀液中。
电镀液的微量成分的浓度,在电镀处理部12,12S使用中会变得低于规定的浓度(浓度范围)。微量成分管理控制器169可以选择补充管324或者补充管325中的任何一根,将促进剂、抑制剂和氯元素补充到电镀液收容槽55或者55S内的电镀液,以调整电镀液的微量成分浓度达到规定的浓度。
上述结构为2个电镀处理部12,12S共用1台电镀液管理部3。
图26是微量成分管理部3的详细结构方框图。
微量成分管理部3除了分析部320、补充部321和微量成分管理器169以外,还具有由公用部301、提供分析用试剂给分析部320或者提供含有电镀液微量成分的补充液到补充部321的试剂供给部313、用加压或者减压的方法在分析部320、补充部321、试剂供给部313以及电镀液收容槽55,55S之间移送液体的加压/减压部302。这里,公用部301管理在微量成分管理部3使用的纯水、压缩空气和微量成分管理部3内排气。
分析部320由从电镀液收容槽55,55S中的电镀液中取样的取样部319、容纳被分析的电镀液并进行滴定分析或者CVS或者CPVS分析的分析杯336组成。从电镀液收容槽55,55S中取样的电镀液被取样部319取出后,计量出规定的量提供给分析杯336。
补充部321能够从电镀液收容槽55,55S中取出电镀液并对这些电镀液添加从试剂供给部313提供的补充液,然后将添加了补充液的电镀液退回电镀液收容槽55,55S中。这样电镀液收容槽55,55S中的电镀液的微量成分能够具有适当的浓度。
通过公用部301将纯水提供给取样部319、分析杯336和补充部321。分析杯336周围的空气在公用部301的管理下排出微量成分管理部3的外面。
加压/减压部302可以通过给密闭容器内送气而对密闭容器内加压、也可以通过对密闭容器排气实现减压。另外,利用加压/减压部302的排气动作或者送气动作可以将液体从收容该液体的容器中取出。取样部319、分析杯336、补充部321和试剂供给部313产生的不要的电镀液或试剂(补充液)等用加压/减压部302吸出后被废弃。
微量成分管理控制器169通过信号线与取样部319、分析杯336、试剂供给部313、补充部321、公用部301和加压/减压部302连接。所以微量成分管理控制器169可以控制各部,得到各部的信息。
图27是取样部319的结构图。取样部319由容纳通过取样管322,323被移送过来的电镀液的取样容器305和容纳分析时校准用的标准电镀液的标准电镀液收容器303组成。标准电镀液是促进剂浓度、抑制剂浓度和氯元素浓度是已知的电镀液。
取样容器305材质是树脂,容积是500ml左右。取样容器305侧面至少设有1个(本实施方式中是2个)液面传感器307A,307B。液面传感器307A,307B可以检测取样容器305内的电镀液是否达到相应的高度。液面传感器307A安装的位置比液面传感器307B高。液面传感器307A,307B的输出输入到微量成分管理控制器169中。
取样容器305具有上盖305a,可以处于基本密闭状态。取样容器305和加压/减压部302之间装配了送排气管329。送排气管329通过在上盖305a 上形成的管插入口(贯穿上盖305a),在取样容器305内的上部(上盖305a附近)开口。取样容器305基本是密闭状态,由加压/减压部302可以对取样容器305加压或者减压。
送排气管329上安装有阀门门329V,在阀门329V和加压/减压部302之间的送排气管329和泄漏管328的一端连接。泄漏管328的另一端在大气中开放。在泄漏管328上安装有阀门328V。同时开放阀门329V和阀门328V可以使取样容器305内处于大气压中。
取样容器305的下部是半球状,取样容器305的最低部分(底部的中心)形成有排液口。该排液口连在排出管334的一端。即,取样容器305的底部对排液口(和排出管334连接)是向下倾斜的。
排出管334的另一端和加压/减压部302连接。排出管334上安装有阀门334V。阀门334V处于开的状态时,用加压/减压部302可以将取样容器305内的液体吸引到加压/减压部302内。因为取样容器305的底部对排液口是向下倾斜的,所以取样容器305内的液体基本能完全吸出。
取样管322,323贯穿上盖305a,在取样容器305内的上盖305a附近开口。取样管322,323上分别安装有阀门322V,323V,开关阀门322V,323V可以开关取样管322,323的流路。
标准电镀液收容器303内的底部和取样容器305内的上部之间设有标准电镀液移送管304。标准电镀液移送管304贯穿上盖305a,在取样容器305内的上盖305a附近开口。标准电镀液移送管304上安装有阀门304V。
根据上述结构,取样容器305基本是密闭状态,利用加压/减压部302使取样容器305内减压,再打开阀门322V、323V和304V,电镀液收容槽55内的电镀液、电镀液收容槽55S内的电镀液和标准电镀液收容器303内的标准电镀液就可以移送到取样容器305内。
取样容器305和分析杯336之间设有电镀液移送管330A,330B。电镀液移送管330A,330B贯穿上盖305a,在取样容器305内的底部附近开口。电镀液移送管330A上安装有大容量的注射泵340A,电镀液移送管330B上安装有小容量的注射泵340B。
通过电镀液移送管330A,330B,利用大容量注射泵340A和小容量注射泵340B能够计量从取样容器305内移送的电镀液或者标准电镀液,提供给分析杯336。通过一次的吸入/射出动作,大容量的注射泵340A,可以移送例如50ml的电镀液、小容量的注射泵340B可以移送例如500μl的电镀液。与分析杯336中的电镀液或者标准电镀液的使用量对应,可以分别使用大容量的注射泵340A和小容量的注射泵340B。
取样容器305上还与贯穿上盖305a的纯水管327连通连接。纯水管327在取样容器305内的上盖305a附近开口。纯水管327上安装有阀门327V,打开阀门327V可以从纯水供给源向取样容器305内提供纯水。
在取样容器305内,送排气管329、取样管322,323、标准电镀液移送管304和纯水管327的开口位置比液面传感器307A的位置高。另外,在取样容器305内,电镀液移送管330A,330B的开口位置比液面传感器307B的位置低。
阀门322V,323V,328V,329V,334V,304V,327V的开关以及大容量的注射泵340A和小容量的注射泵340B的动作都由微量成分管理控制器169控制。阀门322V,323V,328V,329V,334V,304V,327V可以采用空气阀。
图28是分析杯336的结构图。
分析杯336的上部处于开放状态。电镀液移送管330A,330B分别与在分析杯336上部装配的喷嘴330AN,330BN连接。从取样容器305移送过来的电镀液或者标准液通过喷嘴330AN,330BN提供到分析杯336内。
即,分析时使用的电镀液从电镀液收容槽55或者电镀液收容槽55S内被取样到取样容器305后,再从取样容器305移送到分析杯336中。取样容器305和分析杯336都设在微量成分管理部3的通用外壳内,互相邻近。
过去,通过在晶片处理部的电镀液收容槽等和分析杯之间设置的取样管,电镀液直接取样到分析杯内,进行分析。现在取样容器305和分析杯336相互接近使得电镀液移送管330A,330B的长度可以比原来电镀装置上的电镀液移送管短很多。
因此,与过去的装置相比,可以提高电镀液送液量的精度。邻近配置的取样容器305和分析杯336之间基本不会混入空气,送液量的精度不会下降。所以,可以对正确地计量并取出的电镀液进行CVS分析,CPVS分析和滴定分析。
试剂供给部313和分析杯336之间铺设了促进剂移送管351、抑制剂移送管352、基液移送管353、硝酸银水溶液移送管354和硫代硫酸钠溶液移送管355。促进剂移送管351、抑制剂移送管352、基液移送管353、硝酸银水溶液移送管354和硫代硫酸钠溶液移送管355分别和在分析杯336设置的喷嘴351N,352N,353N,354N,355N连接。通过喷嘴351N,352N,353N,354N,355N,可以分别给分析杯336内提供促进剂、抑制剂、基液、硝酸银水溶液和硫代硫酸钠溶液。
基液用于稀释被分析的电镀液。硝酸银水溶液在进行氯元素滴定分析时作为剂使用。硫代硫酸钠溶液用于除去由于氯元素滴定分析时生成的氯化银(AgCl),清洗分析杯336。
从纯水供给源到分析杯336铺设了纯水管356。纯水管356上安装了阀门356V。纯水管356和在分析杯336的上部设置的喷嘴356N连接,打开阀门356V,通过喷嘴356N可以给分析杯336内提供纯水。
喷嘴330AN,330BN,351N,352N,353N,354N,355N,356N都安装在和分析杯336容纳的液体不接触的高度,喷嘴330AN,330BN,351N,352N,353N,354N,355N,356N都是将氟化乙烯树脂制的管的前端拉延变细加工成的毛细管,开口都是1mm以下。因此,微量的电镀液、标准电镀液、促进剂、抑制剂、基液、硝酸银水溶液、硫代硫酸钠溶液和纯水可以滴入到分析杯336内。
分析杯336的下部向下方变窄呈漏斗状。在分析杯336最低部分形成排液口336h。即,在分析杯336的底部朝着排液口336h向下倾斜。排液口336h和排出管344的一端连接。排出管344的另一端与加压/减压部302连接。
排出管344上安装了阀门344V,打开阀门344V时,用加压/减压部302可以吸引分析杯336内的液体到加压/减压部302内。由于分析杯336的底部对着排液口336h(排出管344)倾斜下降,分析杯336内的液体基本可以被完全吸出。
在分析杯336的侧面至少设有1个(本实施方式中是3个)液面传感器331A,331B,331C。液面传感器331A,331B,331C可以检测取样容器305内的电镀液是否达到相应的高度。液面传感器331A,331B,331C中,液面传感器331A的安装位置最高,液面传感器331C的安装位置最低。液面传感器331A,331B,331C的输出输入到微量成分管理控制器169中。
在分析杯336内插入有旋转电极308、对电极309、参照电极310和银氯化银电极311。旋转电极308、对电极309、参照电极310和银氯化银电极311都是铅垂放置。
旋转电极308用铂(Pt)制成,设置在用绝缘材料制成的圆柱状棒体308a的一端。旋转电极308是比棒体308a的直径小的园板状,安装在棒体308a的端面并与棒体308a保持同心。安装有旋转电极308的棒体308a侧向下,铅垂放置。图中没有表示的夹持材料保持棒体308a,并使其绕棒体308a的中心轴自由旋转。
在棒体308a的内部沿棒体308a的中心轴插有导电材料308b。导电材料308b的一端和旋转电极308电接触。导电材料308b的另一端从棒体308a上突出,在突出部位安装有汇电环312。汇电环312的旋转侧接头和导电材料308b电接触,汇电环312的非旋转侧接头通过导线和恒电位仪172电接触。
在棒体308a的安装汇电环312侧的端部附近,嵌入了滑轮315。滑轮315侧面安装有嵌入马达316的旋转轴的滑轮317。在滑轮315和滑轮317之间有传送带318。利用马达316驱动可以使旋转电极308绕棒体308a的中心轴旋转。旋转电极308的最高旋转转速,例如可以是3000rpm。
对电极309用铜制的,为棒状形状。对电极309通过导线与恒电位仪172电接触。
参照电极310由外部玻璃管310a,在外部玻璃管310a内配置的内部玻璃管310b和在内部玻璃管310a内配置的银氯化银电极310c组成。在内部玻璃管310b里面充满氯化钾和硫酸的混合水溶液,在外部玻璃管310a和内部玻璃管310b之间充满了体积比为10%的硫酸水溶液。内部玻璃管310b的内部和外部玻璃管310a的外部稍有流通。银氯化银电极310c通过导线和恒电位仪172以及微量成分管理控制器169电接触。
银氯化银极311具有氯化银表面,该氯化银表面可以和分析杯336中的被分析的电镀液接触。银氯化银电极311通过导线和微量成分管理控制器169电接触。
银氯化银电极311的上端和上下机构326结合,使得银氯化银电极311可以上下移动。上下机构326利用空气泵326a作为驱动源,空气泵326a的活塞和银氯化银电极311用结合部材326b结合。利用上下机构326使银氯化银电极311上升,银氯化银电极311就可以不接触分析杯内容纳的液体。
微量成分管理控制器169能够以参照电极310的银氯化银电极310c为基准测定银氯化银电极311。
由微量成分管理控制器169给恒电位仪172设定扫描电压。恒电位仪172以使得参照电极310和作为作用电极的旋转电极308之间的电压和该扫描电压相等为目标,调整对电极309和旋转电极308之间的电流的大小,这时表示电流值的电压输入到微量成分管理控制器169。
分析杯336收容在由隔板组成的分析杯室332内,在分析杯室332内可以通过专用的排气管333排气。分析时,利用安装有旋转电极308的棒体308a高速搅拌分析杯336内的电镀液,产生电镀液的雾沫。这些雾沫通过排气管333排出微量成分管理部3的外面。
阀门356V,344V的开关、马达316和空气泵326a的动作都由微量成分管理控制器169控制。
图29是补充部321的结构图。
补充部321由容纳电镀液的调合容器(混合杯)335和容纳向电镀液内补充氯元素(氯元素离子)的氯元素补充液的氯元素补充液收容器337组成。氯元素补充液收容器337内的氯元素补充液通过缓冲杯343提供给调合容器335内。另外,从试剂提供部313可以向调合容器335提供为了补充促进剂给电镀液的促进剂补充液或为了补充抑制剂到电镀液的抑制剂补充液。
补充部321从电镀液收容槽55,55S移送适量的电镀液到调合容器335,并向调合容器335内的电镀液添加适量的氯元素补充液、促进剂补充液和抑制剂补充液,然后这些电镀液又退回电镀液收容槽55,55S中。
调合容器335用树脂制成,容积大约500ml。调合容器335侧面至少设有1个(本实施方式中是2个)液面传感器338A,338B。液面传感器338A,338B可以检测调合容器335内的电镀液是否达到相应的高度。液面传感器338A安装的位置比液面传感器338B高。液面传感器338A,338B的输出输入到微量成分管理控制器169中。
调合容器335有上盖335a,可以处于基本密闭状态。调合容器335和加压/减压部302之间装配有送排气管339。送排气管339通过在上盖335a上形成的管插入口(贯穿上盖335a),在调合容器335内的上部(上盖335a附近)开口。
在送排气管339上安装有2个阀门,即,调合容器335侧的阀门339V1和加压/减压部302侧的阀门339V2。打开阀门339V1和阀门339V2,调合容器335基本处于密闭状态。利用加压/减压部302可以对调合容器335内加压或者减压。
在送排气管339的阀门339V1和阀门339V2之间的分支点C1上连接了泄漏管341的一端。泄漏管341的另一端开放在大气中。泄漏管341上安装有阀门341V。阀门339V1和阀门341V同时打开使得调合容器335处于大气压中。
调合容器335的下部是半球状,调合容器335的最低部分(底部的中心)有排液口。该排液口连在排出管342的一端。即,调合容器335的底部朝着排液口(和排出管342连接)向下倾斜。
排出管342的另一端和加压/减压部302连接。排出管342上安装有阀门342V。阀门342V处于开的状态时,用加压/减压部302可以将调合容器335内的液体吸引到加压/减压部302内。因为调合容器335的底部对排液口是向下倾斜的,所以调合容器335内的液体基本能被完全吸出。
贯穿上盖325a铺设了补充管324,325。补充管324,325在调合容器335内的底部附近开口。补充管324,325上分别安装有阀门324V,325V,开关阀门324V,325V可以开关补充管324,325的流路。
缓冲杯343用树脂制成,在缓冲杯343的侧面设有光学式或者静电容量式的3个液面传感器349A,349B,349C。液面传感器349A,349B,349C可以检测缓冲杯343内的氯元素补充液是否达到相应的高度。在液面传感器349A,349B,349C中,液面传感器349A的安装位置最高,液面传感器349C的安装位置最低。液面传感器349A,349B,349C的输出输入到微量成分管理控制器169中。
缓冲杯343有上盖343a,可以基本是密闭状态。氯元素补充液收容器337的底部和缓冲杯343内上部之间,设有氯元素补充液移送管345A。氯元素补充液移送管345A贯穿上盖343a,335a。在缓冲杯343内的上盖343a附近开口。氯元素补充液移送管345A上安装有阀门345V。
氯元素补充液移送管345B铺设在缓冲杯343的底部和调合容器335的上部之间,贯穿上盖343a,335a。在氯元素补充液移送管345B上安装有注射泵346。
缓冲杯343和送排气管339的分支点C1通过送排气管347连通连接。送排气管347贯穿上盖343a,在缓冲杯343内的上部开口。送排气管347上安装有阀门347V。可以打开阀门347V,339V2,使缓冲杯343基本处于密闭状态,利用加压/减压部302对缓冲杯343内加压或者减压。
通过对缓冲杯343内减压,可以通过氯元素补充液移送管345A将氯元素补充液收容器337内的氯元素补充液移吸入缓冲杯343内。同时打开阀门341V,347V,缓冲杯343可以处在大气压中。用注射泵346可以将缓冲杯343内的氯元素补充液提供给调合容器335内。
缓冲杯343下部呈漏斗状。在缓冲杯343最低部分(底部的中心)形成排液口。排液口和排出管348的一端连接。即,缓冲杯343的底部朝着排液口(和排出管348连接部)向下倾斜。
排出管348的另一端在分支点C2和排出管342连通。分支点C2在阀门342V和加压/减压部302之间。排出管348上安装有阀门348V。在阀门348V开启状态,利用加压/减压部302可以将缓冲杯343内的氯元素补充液吸引到加压/减压部302内。由于缓冲杯343的底部朝着排液口(和排出管348连接部)向下倾斜,缓冲杯343内的氯元素补充液可以基本被完全吸出。
在缓冲杯343内的氯元素补充液移送管345A和送排气管347的开口位置比液面传感器349A高。而在缓冲杯343内的氯元素补充液移送管345B的开口位置比液面传感器349C低。
调合容器335和试剂供给部313之间,设有为了移送促进剂补充液的促进剂补充液移送管361和移送抑制剂补充液的抑制剂补充液移送管362。促进剂补充液移送管361和抑制剂补充液移送管362贯穿上盖335a,在调合容器335内的上部开口。
促进剂补充液移送管361上安装有注射泵363,抑制剂补充液移送管362上安装有注射泵364。用注射泵363,364通过促进剂补充液移送管361以及抑制剂补充液移送管362分别计量在试剂供给部313内的促进剂补充液以及抑制剂补充液,并提供到调合容器335内。
调合容器335内还与纯水管365贯穿上盖335a连通连接。纯水管365在调合容器335内的上盖335a附近开口。纯水管365上安装有阀门365V,打开阀门365V可以从纯水供给源向调合容器335内供应纯水。
在调合容器335内的送排气管339、氯元素补充液移送管345B、促进剂补充液移送管361、抑制剂补充液移送管362和纯水管365的开口位置比液面传感器338A高。而在调合容器335内的补充管324,325的开口位置比液面传感器338B低。
阀门324V,325V,339V1,339V2,342V,341V,347V,348V,345V,365V的开关、注射泵346,363,364的动作都由微量成分管理控制器169控制。阀门324V,325V,339V1,339V2,342V,341V,347V,348V,345V,365V可以使用空气阀。
图30是试剂供给部313的结构图。
试剂供给部313由容纳促进剂的促进剂收容器371、容纳抑制剂的抑制剂收容器372、容纳基液的基液收容器373、容纳硝酸银水溶液的硝酸银水溶液收容器374和容纳硫代硫酸钠溶液的硫代硫酸钠溶液收容器375组成。基液由具有规定成分的电镀液除去微量成分组成。硝酸银水溶液的浓度例如可以是0.01N。
促进剂收容器371内容纳的促进剂作为试剂和促进剂补充液,通过缓冲杯376提供到分析杯336和补充部321。抑制剂收容器372内容纳的抑制剂也作为试剂和抑制剂补充液,通过缓冲杯377提供到分析杯336和补充部321。
基液收容器373内容纳的基液通过缓冲杯378提供给分析杯336。硝酸银水溶液收容器374内容纳的硝酸银水溶液通过缓冲杯379提供给分析杯336。硫代硫酸钠溶液收容器375内容纳的硫代硫酸钠溶液通过缓冲杯380提供给分析杯336。
缓冲杯376-380用树脂制成,具有分别对应1次总液体量的容积。在缓冲杯376-380的侧面,设有光学式或者静电容量式的3个液面传感器406A-410A,406B-410B,406C-410C。液面传感器406A-410A,406B-410B,406C-410C可以检测缓冲杯376-380内的液体是否达到相应的高度。
在液面传感器406A-410A,406B-410B,406C-410C中,液面传感器406A-410A的安装位置最高,液面传感器406C-410C的安装位置最低。液面传感器406A-410A,406B-410B,406C-410C的输出输入到微量成分管理控制器169中。
缓冲杯376-380有上盖376a-380a,可以基本是密闭状态。在促进剂收容器371、抑制剂收容器372、基液收容器373、硝酸银水溶液收容器374和硫代硫酸钠溶液收容器375的底部和缓冲杯376-380内上部之间,分别设有促进剂移送管381、抑制剂移送管382、基液移送管383、硝酸银水溶液移送管384和硫代硫酸钠溶液移送管385。
促进剂移送管381、抑制剂移送管382、基液移送管383、硝酸银水溶液移送管384和硫代硫酸钠溶液移送管385都贯穿各自的上盖376a-380a,在缓冲杯376-380内上盖376a-380a附近开口。促进剂移送管381、抑制剂移送管382、基液移送管383、硝酸银水溶液移送管384和硫代硫酸钠溶液移送管385上分别安装有阀门381V-385V。
在缓冲杯376-380的底部和分析杯336的上部之间,分别设有促进剂移送管351、抑制剂移送管352、基液移送管353、硝酸银水溶液移送管354和硫代硫酸钠溶液移送管355。在促进剂移送管351、抑制剂移送管352、基液移送管353、硝酸银水溶液移送管354和硫代硫酸钠溶液移送管355上分别安装有注射泵386-390。注射泵386-390的容量(1次吸入/打出动作的送液量)根据被送试剂的种类不同而不同。
贯穿缓冲杯376-380的上盖376a-380a设有送排气管391-395。送排气管391-395分别在缓冲杯376-380内上盖376a-380a附近开口。送排气管391-395都和送排气通用管396连接相通。送排气通用管396和加压/减压部302连接。
在送排气管391-395上分别安装有阀门391V-395V。送排气通用管396在和各个送排气管391-395连通的加压/减压部302侧安装有阀门396V。可以打开阀门396V和阀门391V-395V中任一个,使对应的缓冲杯376-380处于基本密闭状态,利用加压/减压部302对缓冲杯376-380内加压或者减压。
在送排气通用管396和送排气通用管391的连通部D1连接到泄漏管397的一端。泄漏管397的另一端在大气中开放。泄漏管397上安装有阀门397V。同时打开阀门397V和阀门391V-395V中任一个,对应的缓冲杯376-380处于大气压中。
缓冲杯376-380的下部呈漏斗状。缓冲杯376-380的的最低部分(底部的中心)接排出管401-405的一端。即,缓冲杯376-380的底部朝着排液口(和排出管401-405连接部)向下倾斜。
排出管401-405的另一端和排出通用管398连通。排出通用管398和加压/减压部302连接。在排出管401-405上分别安装有阀门401V-405V。阀门401V-405V中任一个开放,用加压/减压部302可以将与之对应的缓冲杯376-380内的液体吸引到加压/减压部302内。因为缓冲杯376-380的底部朝着排液口(排出管401-405)向下倾斜,所以缓冲杯376-380内的液体基本能被完全吸出。
贯穿缓冲杯376,377的上盖376a,377a分别设有促进剂补充液移送管361和抑制剂补充液移送管362。促进剂补充液移送管361和抑制剂补充液移送管362在缓冲杯376,377的底部开口。
在缓冲杯376内,促进剂移送管381和送排气管391的开口位置比液面传感器406A的位置高。另外,在缓冲杯376内,促进剂移送管351和促进剂补充液移送管361的开口位置比液面传感器406C的位置低。
在缓冲杯377内,抑制剂移送管382和送排气管392的开口位置比液面传感器407A的位置高。在缓冲杯377内,抑制剂移送管352和抑制剂补充液移送管362的开口位置比液面传感器407C的位置低。
在缓冲杯378内,基液移送管383和送排气管393的开口位置比液面传感器408A的位置高。另外,在缓冲杯376内,基液移送管353的开口位置比液面传感器408C的位置低。
在缓冲杯379内,硝酸银水溶液移送管384和送排气管394的开口位置比液面传感器409A的位置高。另外,在缓冲杯379内,硝酸银水溶液移送管354的开口位置比液面传感器409C的位置低。
在缓冲杯380内,硫代硫酸钠溶液移送管385和送排气管395的开口位置比液面传感器410A的位置高。另外,在缓冲杯380内,硫代硫酸钠溶液移送管355的开口位置比液面传感器410C的位置低。
缓冲杯343(参照图29)和缓冲杯376-380具有同样的结构,并通过同样的方法与收容器、分析杯336或者调合容器335和加压/减压部302等连接。以下,以缓冲杯376为例,说明其功能。
如果微量成分管理控制器169判断在缓冲杯376内的促进剂没有达到液面传感器406的高度,就控制加压/减压部302和阀门381V对缓冲杯376内减压,直到液面传感器406检测到促进剂为止。因为促进剂收容器371内处于大气压中,促进剂收容器371内的促进剂就被移送到缓冲杯376内,缓冲杯376内促进剂的液面升高到比液面传感器406A的位置高。
如果液面传感器406A检测到促进剂,微量成分管理控制器169控制关闭阀门381V打开阀门397V,391V,缓冲杯376内处于大气压中,这样停止从促进剂收容器371向缓冲杯376内移送促进剂。
促进剂收容器371内容纳有足够多的促进剂时,促进剂的液面在一定时间内就达到液面传感器406A。但是如果促进剂收容器371内的促进剂量很少,不能将所规定量的促进剂移送到缓冲杯376内,缓冲杯376内的促进剂液面不能达到液面传感器406A的高度。
如果缓冲杯376内的减压状态维持规定时间,而液面传感器406却检测不到促进剂时,微量成分管理控制器169控制警报声产生装置400和显示屏170(参照图24),在发出警报声的同时在显示屏170上表示促进剂收容器371是空的信息。这时,操作人员将含有规定量的促进剂的新的促进剂收容器371替换原来的促进剂收容器371。
这样,直到促进剂收容器371内基本空了为止都可以使用促进剂,同时缓冲杯376内一直收容有规定量以上的促进剂。即,缓冲杯376内的促进剂液面基本不会低于液面传感器406B的高度。由于在缓冲杯376内的促进剂移送管351的开口位置比液面传感器406B低,促进剂移送管351内不会混入空气。因此,利用注射泵386可以正确地向分析杯336提供规定量的促进剂。
另外,在缓冲杯376内的促进剂液面低于液面传感器406C位置时,微量成分管理控制器169控制警报声产生装置400和显示屏170,在发出警报声的同时在显示屏170上表示缓冲杯376内将要没有促进剂的信息。这样,当某种原因(例如,促进剂收容器371一直是空的放置)使得促进剂液面下降到低于液面传感器406C位置时,能够引起操作人员的注意,操作人员可以采取适当的措施(例如,交换促进剂收容器371)米避免促进剂移送管351内混入空气。
与上述同样,可以使氯元素补充液移送管345A、抑制剂移送管352、基液移送管352、硝酸银水溶液移送管354和硫代硫酸钠溶液移送管355内不混入空气,正确地向分析杯336提供规定量的氯元素补充液、抑制剂补充液、基液补充液、硝酸银水溶液补充液和硫代硫酸钠溶液补充液。
交换新的缓冲杯343,376-380内的氯元素补充液、促进剂、抑制剂、基液、硝酸银水溶液和硫代硫酸钠溶液时,微量成分管理控制器169控制向缓冲杯343,376-380内加压,打开阀门348V,401V-405V。利用液面传感器349C,406C-410C检测缓冲杯343,376-380内没有液体后,经过一定的时间后微量成分管理控制器169再控制关闭阀门348V,401V-405V,使缓冲杯343,376-380内处于大气压中。
利用上述操作,缓冲杯343,376-380内的氯元素补充液、促进剂、抑制剂、基液、硝酸银水溶液和硫代硫酸钠溶液基本上被完全吸出,送到加压/减压部302。
图31是加压/减压部302的结构图。加压/减压部302由空气泵411和加压/减压罐412组成。
加压/减压罐412为密闭状态,侧面至少有2个(本实施方式是3个)液面传感器413A,4136B,413C。液面传感器413A,413B,413C可以检测加压/减压罐412内的液体是否达到相应的高度。在液面传感器413A,413B,413C中,液面传感器413A安装的位置最高,液面传感器413C安装的位置最低。液面传感器413A,413B,413C的输出输入到微量成分管理控制器169中。
加压/减压罐412上部形成有管道插入口,通过该管道插入口,从取样部319来的送排气管329和排出管334、从分析杯336来的排出管344、试剂供给部313来的送排气通用管396和排气通用管398、以及从补充部321来的送排气管339和排出管342与加压/减压罐412连通连接。加压/减压罐412内,送排气管329,339、送排气通用管396、排出管334,342和排出通用管398在比液面传感器413A高的位置开口。
加压/减压罐412的侧面和排出管414在比液面传感器413C低的位置上连通连接。排出管414上安装有阀门414V。打开阀门414V,加压/减压罐412内的液体可以排出。将排出的液体废弃。
加压/减压罐412和空气泵411通过送排气管415连通连接。空气泵411由排气管416和送气管417组成。送排气管415与排气管411和送气管417连通连接。排气管416上安装有三通阀416V,送气管417上安装有三通阀417V。
三通阀416V接通大气和空气泵411,三通阀417V接通空气泵411和送排气管415,用空气泵411的动作,就可以给加压/减压罐412内提供空气。另外,三通阀416V接通送排气管415和空气泵411,三通阀417V接通空气泵411和大气,利用空气泵411动作,就可以给加压/减压罐412内排气。
这样,通过加压/减压罐412可以使取样容器305(参照图27)和调合容器335(参照图29)内处于加压或者减压状态,也可以使缓冲杯376-380内减压。另外,利用加压/减压罐412内减压使得处于大气压状态的取样容器305、分析杯336(参照图28)、调合容器335或缓冲杯376-380和加压/减压罐412产生压力差,将取样容器305、分析杯336、调合容器335或缓冲杯376-380内的液体(废液)吸到加压/减压罐412内。
阀门414V和三通阀416V,417V的开关通过微量成分管理控制器169控制。阀门414V和三通阀416V,417V可以用空气阀。
图32是表示微量成分管理部3结构的立体图。
微量成分管理部3收容在微量成分管理部外壳420内。微量成分管理部外壳420是密封的长方体箱体。在微量成分管理部外壳420内部,利用隔板从上到下分为3个部分,即,分为上段420U,中段420M和下段420L。上段420U和中段420M之间,中段420M和下段420L之间空气可以流通。
在上段420U内有收容微量成分管理控制器169的电气设备空间。微量成分管理部外壳420的上段420U的侧壁上有和微量成分管理控制169连接的显示屏170,这样操作人员从外面就可以确认微量成分管理部3的工作状态等。显示屏170是液晶显示屏,可以表示出彩色图象。
显示屏170的下面设有拉出式的键盘171。操作人员可以一边看显示屏170,一边从键盘输入信息。
中段420M内安装有分析杯室332(参照图28)。在微量成分管理部外壳420的中段420M内,有排气口420h,排气口420h和排气管433连接。通过排气管433,可以将微量成分管理部外壳420内的空气排出。为了对分析杯332进行排气设置了排气管333,排气管333贯穿微量成分管理部外壳420的中段420M。排气管333,433和本图中没有给出的排气设备连接。
下段420L的底部内有浅底容器432。容器432大小能够基本覆盖微量成分管理部外壳420的底面。容器432内设有试剂供给部313(参照图30)的促进剂收容器371,抑制剂收容器372,基液收容器373,硝酸银水溶液收容器374和硫代硫酸钠水溶液收容器375等。容器432的容积大于以上所有收容器容积的总和,因此即使这些容器中的液体全部漏出,容器432也能接受这些液体。
在微量成分管理部外壳420的下段420L高于容器432上端的位置上沿水平方向形成有狭缝状的开口434。通过排气管333和433进行排气使得微量成分管理部外壳420内形成负压。然后空气从开口434进入微量成分管理部外壳420内,以交换微量成分管理部外壳420内的空气。
沿微量成分管理部外壳420铅垂方向的棱部附近,在上段420U和中段420M以及下段420L之间,设有配线管435。与微量成分管理控制器169连接的各信号线和导线在配线管435内布线,以免受药液影响。
图33是公用部301结构图。实用部301由管理微量成分管理部外壳420排气的排气管理部421,管理输入到微量成分管理部3内的纯水的纯水输入部422,管理输入到微量成分管理部3内的压缩空气的压缩空气输入部423,检测微量成分管理部3内使用的药液泄漏情况的漏液检测部424和排出在微量成分管理部3内回收的废液的排液部419组成。
排气管理部421由安置在排气管333内的排气压传感器436,安置在排气管433内的排气压传感器437和排气压表示器438组成。排气压传感器436,437分别测定排气管333和433的排气压。排气压传感器436,437的输出信号输入到微量成分管理控制器169内。排气压表示器438能表示排气管433的排气压。排气压传感器436,437和排气压表示器438设在微量成分管理部外壳420内。
为了导入在微量成分管理部3使用的纯水,铺设了贯穿微量成分管理部外壳420的纯水管439。纯水输入部422从纯水管439上流侧向下流侧顺序设置了手动阀门440,空气阀门439V,调节器442和压力计443。手动阀门440,空气阀门441,调节器442和压力计443设在微量成分管理部外壳420内。由微量成分管理控制器169控制空气阀门439V。
操作人员可以用手动阀门440开关纯水管439的流路。空气阀门441的开关用微量成分管理控制器169控制。操作人员用调节器442可以调节纯水管442的2次压力(调节器442下流的压力),由压力计443可以确认2次压力。纯水管439在设置压力计443的部位向下流侧分成纯水管327,356,365(参照图26)。
为了导入在微量成分管理部3使用的压缩空气,铺设了贯穿微量成分管理部外壳420的压缩空气管444。压缩空气用于驱动空气阀门等。压缩空气输入部423由从压缩空气管444上流侧向下流侧顺序设置的手动阀门445、调节器446和压力计447组成。手动阀门445设置在微量成分管理部外壳420外部,调节器446和压力计447设在微量成分管理部外壳420内。
操作人员可以用手动阀门445开关压缩空气管444的流路。另外,操作人员用调节器446可以调节压缩空气管444的2次压力(调节器446下流侧的压力),由压力计447可以确认2次压力。
漏液检测部424由设在容器432内的漏液传感器448、与漏液传感器448连接的漏液检测放大器449组成。漏液传感器448由在容器432底部间隔配置的一对电极448A,448B组成。通常,电极448A和电极448B之间处于绝缘状态,当液体从在容器432内的收容器中漏出来时,电极445A和电极448B之间处于导通状态。
漏电检测放大器449将电极448A和电极448B之间是否导通作为开/关信号输出到微量成分管理控制器169。根据这些信号,微量成分管理控制器169可以检测在容器432内漏出的液体。同样,如果由纯水管327,356,365提供的纯水、由取样管322,323提供的被取样的电镀液等从各自的流路中漏出来,这些漏出来的纯水或者是电镀液等都流到容器432内。在这种场合,漏液也被漏液传感器448检出。
容器432的底部和漏液排出管450连接。漏液排出管450铺设在贯穿微量成分管理部外壳420的底部。
排液部419由装在漏液排出管450上的手动阀门451和装在排出管414上的手动阀门452组成。手动阀门451和452设在微量成分管理部外壳420的外部。操作人员打开手动阀门451可以取出漏在容器432内的液体。还有,操作人员在414V阀门处于开的状态打开手动阀门452,可以取出在加压/减压罐412V内存有的液体(参照图31)。
图34是微量成分管理部3的控制系统的结构方框图。
微量成分管理控制器169对微量成分管理部3整体进行控制。微量成分管理控制器169的硬件由中央演算处理器(CPU;Central ProcessingUnit)169C、用半导体存储器和磁性存储器组成的存储装置169M、RS-232C规格的串行板470、RS-485C规格的串行板471和多个打印机基板169P组成。磁性存储器,例如,可以是具有硬盘驱动器(HDD)的硬盘(HD),具有可卸装的软盘驱动器的软盘(FD)。
微量成分管理控制器169使用的软件是操作系统和至少用一种高级语言编成的应用程序组成。这些程序存在存储装置169M中。应用程序,例如包含进行电镀液微量成分分析的程序。
从连接微量成分管理控制器169的键盘171可以输入与CVS(CPVS)分析,滴定分析,清洁分析杯336有关的参数。
微量成分管理控制器169利用电缆线通过RS-232C规格的串行板470连接到晶片处理部1(系统控制器155)和工厂整体的上端计算机集中管理的CIM(Computer Integrated Manufacturing)系统。还有,微量成分管理部3在连接到另一晶片处理部的电镀处理部12S时(参照图25),微量成分管理控制器169用电缆线通过RS-232C规格的串行板470连接到该晶片处理部(其他的电镀装置)的系统控制器上。
微量成分管理控制器169的电力由电源操作回路461和无停电电源462提供。在电源操作回路461内,连接有主开关463,紧急开关(EMO;Emergency Open)464,连锁回路465。通常,微量成分管理部3的电源用主开关463来开关,紧急时候能用紧急开关来切断。还有,在一定的情况下从连锁回路465输出的电源切断信号输入到电源操作回路461也可以切断微量成分管理部3的电源。
无停电电源462可以在电力供给停止的时通过电源操作回路461在一定时间内提供微量成分管理控制器169电力。因此,即使在用紧急开关464等将电源切断,微量成分管理控制器169也能保存在存储装置169M的磁性存储器中的数据。
排气压传感器436,437和漏液传感器448的输出信号通过连锁回路465和串行/并联变换器174输入到微量成分管理控制器169内。还有,作为纯水总阀门的空气阀门439V(参照图33)的开关信号可以从微量成分管理控制器169通过串行/并联变换器174输入到连锁回路465,由连锁回路465控制空气阀门439V的电磁开关469。
连锁回路465可以并列地取出特定传感器的输出信号。因此,输入了米自特定传感器的表示装置处于危险状态的信号后,连锁回路465控制继电器回路将危险原因消去。即,可以不经过微量成分管理控制器169,直接用连锁回路465进行这种控制。
例如,如果输入从漏液检测放大器449检测到的表示漏液的信号(开信号)时,因为漏液的原因可能是纯水漏出,连锁回路465控制关闭纯水总阀门(空气阀门439V)。还有,从排气压传感器436或者排气压传感器437检测到表示排气压异常的信号输入到连锁回路465时,从连锁回路465向电操作回路461发出要求切断电源的信号,电源被切断。
驱动旋转电极308旋转的马达316通过串行/并联变换器174和马达控制器466利用微量成分管理控制器169控制。马达控制器466和旋转数表示器467、旋转数设定468连接。从微量成分管理控制器169输出的信号开/关马达316。马达控制器466发生异常的时候,从马达控制器466输出警报到微量成分管理控制器169。
微量成分管理控制器169和注射泵173的控制器通过RS-485的板471串行式连接。注射泵173由大容量注射泵340A,小容量注射泵340B,注射泵346,363,364,386-390组成。即,一个串行槽可以控制多个注射泵。
根据电镀液的分析和分析结果补充电镀液是利用微量成分管理控制器169控制自动进行的。下面以分析电镀处理部12内的电镀液为例,根据分析部320说明分析顺序。虽然在本实施方式中按抑制剂,促进剂和氯元素的顺序分析,但是微量成分管理部3也可以按任意顺序进行抑制剂分析,促进剂分析和氯元素分析中的一个以上的分析。促进剂和抑制剂的分析利用CPVS进行。
首先,微量成分管理控制器169控制打开322V阀门、使分析部320内的其他阀门全部处于关闭状态(参照图27)。再由微量成分管理控制器169控制加压/减压部302,使取样容器305内处于减压状态(比大气压低的状态)。因为电镀液收容槽55处于大气压中,所以压力差将电镀液收容槽55内的电镀液送到取样容器305内。
随着电镀液的送液,当取样容器305内的电镀液的液面上升达到液面传感器307B或者液面传感器307A设定的水位时,微量成分管理控制器169控制关闭阀门322V,停止向取样容器305内送电镀液。取样容器305内的取样管322,323,纯水供给管327,标准电镀液移送管304和排气管329的前端都处于高于液面传感器307A的位置上,不会被电镀液浸没。
然后,微量成分管理控制器169控制加压\减压部302使取样容器305内的压力处于加压状态(比大气压的压力高的状态)。再由微量成分管理控制器169控制打开阀门322V。因为取样容器305内的压力比电镀液收容槽55内的压力高,使得存留在取样管322内的电镀液退回电镀液收容槽55中。
这时,因为取样容器305内的取样管322的前端没有浸没在电镀液中,取样容器305内被取样的电镀液不能通过取样管322被移送。在适当的时间内连续进行以上操作,取样管322内的电镀液将不存在。
这样在下次电镀液被取样分析时,因为取样管322,323内不存在上次进行了分析的电镀液,所以可以直接分析从电镀液收容槽55或者电镀液收容槽55S送过来的电镀液。即,这样的分析部320(电镀装置10)不像原来的电镀装置那样必须废弃一定量的最初取样的电镀液,因此可以减少废弃的电镀液的量。
然后,由微量成分管理控制器169控制关闭阀门322V,使加压\减压部302停止向取样容器305中加压。微量成分管理控制器169再控制打开阀门328V,329V,使取样容器305处于大气压中。
接着,开始分析取样容器305中收容的电镀液(以下称被测电镀液)的抑制剂。首先,由微量成分管理控制器169控制试剂供给部313的注射泵388将100ml的基液移送到分析杯336中。再由微量成分管理控制器169控制马达控制器446,使旋转电极308以2500rpm的速度旋转。
由微量成分管理控制器169控制恒电位仪172使得作为作用电极的旋转电极308与参照电极310之间的电压与由微量成分管理控制器169制定的扫描电压一致,从而控制极板309和旋转电极308之间的电流。扫描电压以一定的电位幅度台阶式地周期性变化。
这样,对旋转电极308的镀铜和这些铜的剥落(剥离)循环发生。电镀在旋转电极308上的铜剥离时流过旋转电极308的累计电流量(剥离电量)与电镀液中的促进剂或者抑制剂的浓度有关系。这样,监视流过旋转电极308的电流,就可以求出促进剂或者抑制剂的浓度。
扫描(指扫描电压变化1个周期)进行5次,以使剥离电量稳定。第5回扫描时的剥离电量AR记录在存储装置169M中。剥离电量AR表示基液,即不含促进剂或者抑制剂的电镀液的剥离电量。
然后,由微量成分管理控制器169控制小容量的注射泵340B将150μl的被测电镀液移送到分析杯336,添加到基液中。随着含抑制剂的被测电镀液的添加,剥离电量将减少。
接着,再次由恒电位仪172施加扫描电压,将第2次扫描的剥离电量AR1记录到存储装置169M中。采用同样方式,继续用微量成分管理控制器169控制移送被测电镀液和测定、记录剥离电量ARn(n=1,2,3...),直到ARn/AR<0.3为止。如果抑制剂浓度上升较慢,即,ARn/AR下降较慢时,每次添加的被测电镀液的量也可以多于150μl。
接着,运行存储装置169M中的程序,利用ARn/AR=0.5附近的数据,通过直线近似,求出当ARn/AR=0.5时被测电镀液的添加量(滴下量)Vend。再通过微量成分管理控制器169从CF(VA+Vend)/Vend计算求出被测电镀液的抑制剂浓度Cleveler,并将抑制剂浓度Cleveler和分析年月日、时刻一起记录到存储装置169M中。
这里,VA是基液的体积,CF(校准因子)是为了修正实测值和标准电镀液抑制剂浓度之间的偏差的修正系数,实测值为对标准电镀液收容器303(参照图27)收容的标准电镀液进行分析,从上述抑制剂浓度Cleveler计算公式获得。
除抑制剂浓度以外,剥离电量的大小也随促进剂的浓度变化而变化。因为在上述方法中是以基液稀释被测电镀液,所以可以不考虑促进剂的影响,正确地求出抑制剂的浓度。
分析完毕后,由微量成分管理控制器169控制停止旋转电极308的旋转,打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的电镀液。被排出的电镀液通过排出管344移送到加压/减压罐412内。
然后,清洗分析杯336。首先由微量成分管理控制器169控制打开阀门356V,将纯水导入分析杯336内,达到所规定的高度(例如液面传感器331A的高度)。再由微量成分管理控制器169控制马达控制器466使旋转电极308(棒体308a)旋转规定的时间,搅拌分析杯336内的纯水。
之后,微量成分管理控制器169打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的纯水。被排出的纯水通过排出管344移送到加压/减压罐412内。分析杯336中导入纯水、搅拌纯水、排出纯水的操作进行2次后,结束清洗分析杯336。
接着,开始促进剂的分析。首先通过微量成分管理控制器169,控制试剂提供部313的注射泵388,将100ml的基液送到分析杯336中。再由微量成分管理控制器169控制马达控制器446,使旋转电极308以2500rpm的速度旋转。
由微量成分管理控制器169控制恒电位仪172使作用电极的旋转电极308与参照电极310之间的电压与由微量成分管理控制器169制定的扫描电压一致,从而控制对电极309和旋转电极308之间的电流。扫描电压以一定的电位幅度台阶式地周期性变化,扫描循环进行到剥离电量稳定为止。这样旋转电极308的表面状态处于安定状态。旋转电极308的旋转停止以后,由微量成分管理控制器169控制加压/减压部302和阀门344V将分析杯336中的基液取出。
接着,由微量成分管理控制器169控制试剂提供部313的注射泵388,387将95ml的基液和5ml的抑制剂移送到分析杯336中。微量成分管理控制器169再控制马达控制器446,使旋转电极308以例如2500rpm的速度旋转。
然后,由微量成分管理控制器169控制以规定的电位进行5次扫描,使得剥离电量稳定。第5次扫描的剥离电量ARi记录在存储装置169M中。旋转电极308的旋转停止后,由微量成分管理控制器169控制加压/减压部302和阀门344V,将分析杯336中添加了抑制剂的基液取出。
接着,由微量成分管理控制器169控制取样部319的大容量注射泵340A和试剂提供部313的注射泵387,将95ml的被测电镀液和5ml的抑制剂移送到分析杯336。微量成分管理控制器169再控制马达控制器446,使旋转电极308以例如2500rpm的速度旋转。
然后,由微量成分管理控制器169控制以规定的电位进行5次扫描,使得剥离电量稳定。第5次扫描的剥离电量ARs记录在存储装置169M中。
微量成分管理控制器169控制注射泵386移送100μl的促进剂到分析杯中,再添加到被测电镀液中。然后由微量成分管理控制器169控制以规定的电位进行5次扫描,使得剥离电量稳定。第5次扫描的剥离电量AR1记录在存储装置169M中。
利用微量成分管理控制器169控制注射泵386移送100μl的促进剂到分析杯336中,添加到被测电镀液中。然后由微量成分管理控制器169控制以一定的电位进行5次扫描,使得剥离电量稳定。第5次扫描的剥离电量AR2录在存储装置169M中。
然后,运行在存储装置169M中的程序。由微量成分管理控制器169用(ARs-ARi)/(AR2-ARs)计算求出被测电镀液的促进剂浓度Cx,并将促进剂浓度Cx和分析年月日、时刻一起记录到存储装置169M中。除促进剂浓度以外,剥离电量的大小也随抑制剂浓度变化而变化。因为在上述方法中是在基液和被测电镀液中添加抑制剂,使得抑制剂浓度非常高,抑制剂的影响达到饱和状态,所以可以正确地求出促进剂的浓度。
正常进行测试时,剥离电量ARs、AR1、AR2和测定时促进剂浓度有线性关系,也可以用该线性关系来判断测定是否正常进行。
分析完成后,微量成分管理控制器169控制旋转电极308停止旋转,打开阀门344V,用加压/减压部302的吸引将分析杯336中的电镀液排出。
然后,清洗分析杯336。首先由微量成分管理控制器169控制打开阀门356V,将纯水导入分析杯336内,达到规定的高度(例如液面传感器331A的高度),再由微量成分管理控制器169控制马达控制器466使旋转电极308(棒体308a)旋转一定的时间,搅拌分析杯336内的纯水。
微量成分管理控制器169打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的纯水。分析杯336中导入纯水、搅拌纯水、排出纯水的操作进行2次后,结束清洗分析杯336。
下面进行氯元素的滴定分析。首先由微量成分管理控制器169控制取样部319的大容量注射泵330A,将100ml的被测电镀液移送到分析杯336。微量成分管理控制器169再控制马达控制器446,使得旋转电极308(棒体308a)旋转,搅拌分析杯336中的被测电镀液。
在这种状态下,微量成分管理控制器169控制试剂提供部313的注射泵389将0.2ml的0.01N的硝酸银水溶液滴入到分析杯336内,滴定后的参照电极310和银氯化银电极311的电位差记录到存储装置169M内。同样,硝酸银水溶液的滴入和电位差的记忆循环进行规定的次数。
图35表示了硝酸银水溶液的滴下量和参照电极310与银氯化银311之间的电位差关系。在分析时该图可以在微量成分管理部外壳420上的显示屏170中表示出来(参照图32)。根据该图,操作人员可以确认分析进行的状态。
运行存储装置169M中的程序,用微量成分管理控制器169计算求出第1次硝酸银水溶液滴下前后参照电极310和银氯化银电极311的电位差变化量达到最大值时的点Eq(当量点),再求出到当量点Eq为止的硝酸银水溶液的总滴下量Dr。这样,被测电镀液的氯元素浓度作为氯化物离子浓度(mg/l)可以用总滴下量Dr(ml)*7.09求出,并和分析年月日以及时刻一起记录到存储装置169M内。
然后,利用微量成分管理控制器169控制旋转电极308(棒体308a)停止旋转,打开阀门344V,用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的电镀液。这时,在分析杯336内存在由于氯元素滴定分析生成的氯化银的沉淀。然后进行分析杯336的清洗。
首先,用微量成分管理控制器169控制上下机构326(参照图28)将银氯化银电极311上升退到分析杯336的外面,再用微量成分管理控制器169控制试剂提供部313注射泵390将100ml的硫代硫酸钠水溶液移送到分析杯336中。
接着,用微量成分管理控制器169控制马达控制器466使旋转电极308(棒体308a)旋转预定的时间,搅拌分析杯336中的硫代硫酸钠水溶液。这样,分析杯336中的氯化银被溶解。由于银氯化银电极311退到了分析杯336的上方,不会溶解在硫代硫酸钠水溶液。
然后,利用微量成分管理控制器169打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的硫代硫酸钠水溶液。被排出的硫代硫酸钠水溶液通过排出管344移送到加压/减压罐412内。
接着,利用微量成分管理控制器169控制上下机构326将银氯化银电极311下降到分析杯336内。微量成分管理控制器169控制打开阀门356V,将纯水导入分析杯336中,并达到规定的高度(例如液面传感器331A的高度)。再由微量成分管理控制器169控制马达控制器466使旋转电极308(棒体308a)旋转规定的时间,搅拌分析杯336内的纯水。微量成分管理控制器169打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出分析杯336内的纯水。
同样,分析杯336中导入纯水、搅拌纯水、排出纯水操作进行2次后,结束清洗分析杯336。
下面清洗取样容器305(参照图27)。首先,利用微量成分管理控制器169控制打开阀门334V,利用加压/减压部302的吸引排出取样容器305中的电镀液。再利用微量成分管理控制器169打开阀门327V将纯水导入取样容器305中,达到已定的高度(例如液面传感器307A的高度)。
然后,利用微量成分管理控制器169打开阀门334V打开,利用加压/减压部302的吸引排出取样容器305内的纯水。这样完成清洗取样容器305。
在对其他的电镀处理部12S使用的电镀液进行分析时,关闭阀门322V,开关323V阀门,通过取样管323对电镀液收容槽55S内的电镀液进行取样后,利用与上述同样的方法进行分析。这里利用开关阀门322V和323V来选择取样管322或323,对在电镀处理部12或者12S任意一个中的电镀液进行取样。
当电镀液处理部12或者电镀处理部12S的电镀液分析完成时,由于取样容器305内和分析杯336内不存在电镀液,电镀处理部12,12S的电镀液相互不会混合。因此可以正确地进行电镀液的定量分析。
通过键盘171可以支持操作人员的指令。微量成分管理控制器169能使记录在存储装置169M中的促进剂浓度、抑制剂浓度和氯元素浓度中的任何浓度用表或者图的形式在显示屏170上表示。这样,操作人员能预计微量成分消耗的速度。在微量成分低于所预定浓度时,为使该微量成分立即能补充到电镀液中而准备好补充液。
下面,说明用补充部321调整电镀处理部12中的电镀液的促进剂,抑制剂和氯元素浓度的步骤。
首先,运行在存储装置中169M中的程序,通过信号线L13(串行线)从系统控制155取得关于电镀处理部12内的电镀液总量的信息。系统控制155可以从根据超声波式水位仪72的输出信号得到的关于电镀液收容槽55内的电镀液的液面高度和电镀液杯56a-56d的容积等信息,求出电镀处理部12内电镀液的总量(参照图7)。
然后,利用记录在存储装置169M内的电镀液促进剂浓度,抑制剂浓度和氯元素浓度数据和关于电镀处理部12内的电镀液总量数据,微量成分管理控制器169进行计算,求出电镀处理部12内的电镀液中的促进剂,抑制剂和氯元素要达到预定浓度应该添加的促进剂补充液,抑制剂补充液和氯元素补充液的量,并记录在存储装置169M中。
接着,利用微量成分管理控制器169打开阀门324V,补充部321内其他的阀门全部关闭。再利用微量成分管理控制器169控制加压/减压部302使得调合容器335内排气,处于减压状态。由于电镀液收容槽55内是处于大气压状态,压力差使得电镀液通过补充管324送液到调合容器335内。
随着电镀液的移送,调合容器335内的电镀液液面上升,当上升达到预定的水位时(例如液面传感器338A所设置的水位),微量成分管理控制器169关闭阀门324V,停止向调合容器335内移送电镀液。在调合容器335内的排气管339、氯元素补充液移送管345B、促进剂补充液移送管361、抑制剂补充液移送管362和纯水供给管365的前端处于高于液面传感器338A的位置上,不会被电镀液浸没。然后,微量成分管理控制器169控制打开阀门339V1,341V,使调合容器335内的压力处于大气压状态。
然后,微量成分管理控制器169控制注射泵363、364、346向调合容器335内补充用微量成分管理控制器169求出补充量的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的补充量。如果促进剂浓度、抑制剂浓度和氯元素浓度中出现没有超出预定浓度(浓度范围)的情况时,该种微量成分就不补充到调合容器335内。
然后,微量成分管理控制器169控制加压/减压部302向调合容器335内加压,打开阀门324V。这时由于调合容器335内的压力高于电镀液收容槽55内的压力,调合容器335内和补充管324内的电镀液移送到电镀液收容槽55内。由于补充管324延伸到邻近调合容器335的底部,调合容器335内的大部分电镀液能移送到电镀液收容槽55内。移送电镀液进行足够长的时间,使得补充管324内的电镀液也能够移送到电镀液收容槽55内。
这时,如果调合容器335内还留有电镀液,就不可能将所需要量的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液正确地补充到电镀液收容槽55内的电镀液中。因为在调合容器335内残存的电镀液中也含有被补充的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液,使得补充到电镀液收容槽55内的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的量比预定的量要少。因此,在这种情况下电镀处理部12内的电镀液中促进剂、抑制剂和氯元素达不到所定的浓度。
因此,再次从电镀液收容槽55向调合容器335移送电镀液,又将调合容器335内的电镀液移送到电镀液收容槽55。这样的操作使得开始残存在调合容器335内的电镀液中含有的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的大部分能移送到电镀液收容槽55。必要时也可以反复多次从电镀液收容槽55向调合容器335移送电镀液,又将调合容器335内的电镀液移送到电镀收容槽55。
这样,可以向电镀处理部12内的电镀液补充实际所需量的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液。向电镀液收容槽55中的电镀液的最后送液完成后,补充管324中不存在残余的电镀液。
从调合容器335移送电镀液到电镀液收容槽55完成后,微量成分管理控制器169控制关闭阀门324V,打开阀门339V,341V,使调合容器335内处于大气压状态。以上步骤完成了对电镀处理部12内的电镀液补充促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的操作。
下面,清洗调合容器335。微量成分管理控制器169打开阀门344V,利用加压/减压部302的吸引排出调合容器335内的电镀液。被排出的电镀液通过排出管342移送到加压/减压罐412内。微量成分管理控制器169再控制打开阀门342V,利用加压/减压部302的吸引排出调合容器335内的纯水。
对其他的电镀处理部12S所使用的电镀液补充促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液时,利用补充管325和停止阀门325B分别替换补充管324和阀门324V,再进行同样操作即可。这样根据阀门324V、阀门325V的开关选择补充管324、325,就可以向电镀处理部12、电镀处理部12S中任意一个的电镀液补充促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元索补充液。
当完成了向电镀处理部12或者电镀处理部12S补充促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液时,调合容器335内不存在电镀液,电镀处理部12或者电镀处理部12S的电镀液不会互相混合。
以上操作保证电镀液具有所规定的组成。利用这样的电镀液,电镀处理部12、电镀处理部12S可以浸埋半导体晶片上微细的孔和沟,并且能很好地镀铜。
促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液在移送到电镀液收容槽55,55S之前,在调合容器335内和电镀液进行了预混合。这样,即使第1或者第2补充液在电镀液中难以溶解(分解),对于电镀处理部12、电镀处理部12S内的电镀液也能短时间溶解(分散)。
调合容器335和促进剂收容器371(缓冲杯376)、抑制剂收容器372(缓冲杯371)和氯元素补充液收容器337(缓冲杯343)在微量成分管理外壳420内相邻设置,这样可以缩短促进剂补充液移送管361、抑制剂补充液移送管362和氯元素补充液移送管345B的长度。
而且,即使在促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的补充量很少时,利用注射泵363、364、346移送促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的送液量精度也很高。因为相邻设置的调合容器335和补充部321之间几乎没有温差,所以不会因促进剂补充液移送管361、抑制剂补充液移送管362和氯元素补充液移送管345B以及各自内部的促进剂补充液、抑制剂补充液和氯元素补充液的热膨胀/收缩引起的补充量的精度下降。
以上为本发明的一个实施例的说明。但是本发明也可以有其他形态的实施例。例如,促进剂与(或)抑制剂液可以采用CVS分析。这时与CPVS分析不同是加在旋转电极308(作用电极)和参照电极310之间的电压是连续变化的。
图36表示利用CVS分析时旋转电极308与参照电极310之间的电压和对电极309与作用电极310之间的电流的关系。横轴是以参照电极310为基准表示的选转电极308的电位,纵轴是以从旋转电极308流出的方向为正表示的旋转电极308的电流。
图36是扫描电压变化1周期的特性。扫描电压大约以0.5V开始,在1.6V附近达到最高值后下降到约-0.2V,然后再上升到开始的值。扫描速度约为100mV/sec左右。
在电压为负的领域(图36中以①表示),电压越小电流(负值)越小。在该领域,相对旋转电极308产生电镀铜。另外,电压在0-0.2V时(在图36中用②表示)时,电流向正的方向有峰值。在该领域,电镀的铜膜从旋转电极308剥离开来,对这时的电流进行积分可以得到剥离电量,从剥离电量可以求出电镀液中的促进剂和抑制剂浓度。
组成的装置也可以由3个以上的晶片处理部共用1个微量成分管理部3。在这种情况中,只要增加取样管和补充管,在各晶片处理部和微量成分管理部3之间选择送液则可。共用的晶片处理部的数量不会影响分析精度和补充液添加量的精度。
通过改变分析部320和补充部321的结构,分析的成分数和补充的补充液种类数可以任意设定。即,除了促进剂、抑制剂和氯元素以外的微量成分也可以进行定量分析,以向晶片处理部补充不足的该微量成分。
上面已对本发明的实施例进行了详细说明,但是实施例只是为了明确本发明技术内容使用的具体例而已,本发明不限定于这些具体例的解释。本发明的实质和范围仅由权利要求范围决定。
Claims (19)
1.一种电镀装置,是对作为处理对象的基板施以电镀的电镀装置,其特征在于:
该电镀装置包括:
具有载置能够收容处理对象的基板的盒的盒台、
具有能够与处理对象的基板相接触的阴极电极并且使该阴极与所接触的该基板能够一起旋转的阴极环、以及能够收容含有作为微量成分的促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的电镀液、并在其内部配置有阳极电极的电镀杯的电镀处理单元、
对处理对象的基板进行清洗的清洗单元、
在载置在所述盒台上的盒、所述电镀处理单元、以及在所述清洗单元之间搬送处理对象的基板的基板搬送机构、
对所述清洗单元供给后处理药液的后处理药液供给部、
具有对于在所述电镀处理单元所使用的电镀液的所述促进剂、抑制剂、以及氯元素进行定量分析的分析部的微量成分管理部、含有对该微量成分管理部进行控制的微量成分管理控制器、所述分析部具有能够收容分析对象的电镀液的分析杯、对此分析杯供给分析用的液态试剂的多个试剂供给喷嘴、进行滴定分析的参照电极以及银氯化银电极、以及进行CVS分析或CPVS分析的旋转电极、对电极、以及参照电极的微量成分管理部、
在内部收容有所述电镀处理单元、所述清洗单元、以及包括所述基板搬送机构的基板处理部的外壳、
对装置整体进行控制的系统控制器。
2.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
该装置还具有:能够上下移动所述银氯化银电极、使所述银氯化银电极在所述分析杯的内部和外部之间进行移动的上下机构。
3.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述分析杯的底面形成有排液口,
并在所述分析杯的底面上形成有一个朝向所述排液口的向下倾斜面。
4.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
在所述多个试剂供给喷嘴中,至少有一个喷嘴的开口的开口径小于1mm。
5.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述分析部还具有:将电镀液以及分析用试剂供给所述电镀杯的多个注射泵,
这些注射泵与所述微量成分管理控制器相连接,通过串行总线进行控制。
6.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述分析部具有:收容分析用试剂的试剂收容器、
缓冲杯、
能够获得该缓冲杯内的液体的液面高度的信息并与所述微量成分管理控制器连接的液面传感器、
配置在所述试剂收容器内的底部附近与所述缓冲杯之间的第1送液管、
配置在所述缓冲杯内的底部附近与所述分析杯之间的第2送液管、
对所述缓冲杯内进行排气的排气机构,
上述缓冲杯处于密闭状态,通过由上述排气机构对上述缓冲杯内进行排气而使其内部减压,从而上述试剂收容器内收容的试剂经上述第1送液管被吸引到上述缓冲杯内,
当根据所述液面传感器的输出信号判断出在所述缓冲杯内的高于所述第2送液管的开口位置的第1水位面的位置上不存在液体时,所述微量成分管理控制器能够作出反应,控制所述排气机构,对所述缓冲杯内进行排气。
7.根据权利要求6所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理控制器与警报声产生装置以及显示屏相连接,
所述液面传感器包括设置在所述第1水位面的高度来探测所述缓冲杯内的液体的有无的下限传感器、以及设置在高于第1水位面的第2水位面的高度来探测所述缓冲杯内的液体的有无的上限传感器,
所述微量成分管理控制器在利用所述排气机构在规定时间内对所述缓冲杯内进行排气后,通过所述上限传感器在所述缓冲杯内的所述第2水位面探测不到液面时,利用所述警报声产生装置发出警报声,并在所述显示屏上显示所述试剂收容器已经空了的信息。
8.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述分析部具有:配置在所述分析杯附近的取样容器、
配置在所述基板处理部与所述取样容器之间的取样管、
配置在所述取样容器与所述分析杯之间的电镀液移送管、
与所述取样容器连通连接并对该取样容器进行排气的排气机构,
上述取样容器处于密闭状态,通过由上述排气机构对上述取样容器内进行排气,从而使上述基板处理部内的电镀液移送至上述取样容器内。
9.根据权利要求8所述的电镀装置,其特征在于:
所述取样管在所述取样容器内的上部开口,
所述微量成分管理部还具有向所述取样容器内送气的供气机构,
上述取样容器处于密闭状态,通过由上述供气机构对上述取样容器内送气而使上述取样容器内部加压,从而可将上述取样管内的电镀液退回到上述基板处理部。
10.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理控制器具有存储装置、
所述微量成分管理控制器与显示屏以及操作人员输入信息的输入装置连接、
所述微量成分管理控制器能够控制将在所述分析部分析的抑制所述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的分析值并与分析年月日以及时间一起存储在所述存储装置内,并能够回应操作人员通过所述输入装置给出的指示,将所述存储装置内存储的抑制所述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的分析值在所述显示屏按时间顺序进行显示。
11.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理控制器与所述显示屏连接,所述微量成分管理控制器能够使所述显示屏用图形显示所述分析杯中滴入的滴定分析用的试剂的量与电位差的关系,该电位差是滴入所述量的试剂后所述参照电极与所述银氯化银电极之间的电位差。
12.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理控制器和所述系统控制器通过串行总线连接在一起,
所述系统控制器能够获得与所述基板处理部所使用的电镀液的总量有关的信息,
所述微量成分管理控制器能够通过所述串行总线从所述系统控制器获得与所述电镀液的总量有关的信息,还有,从与该电镀液总量有关的信息和利用所述分析部获得的促进所述电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的分析值,能够计算出应该向所述所述基板处理部内的电镀液补充的含有抑制所述电镀的添加剂的补充液、含有促进所述电镀的添加剂的补充液、以及含有氯元素的补充液的量,以使所述基板处理部内的电镀液所含有的抑制所述电镀的添加剂、促进电镀的添加剂、以及氯元素的浓度达到规定值。
13.根据权利要求12所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理部还具有调和容器、
配置在该调和容器内的底部附近和所述基板处理部之间的补充管、
对所述调和容器内进行加压和减压的加压减压机构、
包括将含有利用所述微量成分管理控制器求得的补充量的促进所述电镀的添加剂的补充液、补充抑制电镀的添加剂的补充液、以及含有氯元素的补充液向所述调和容器进行供给的补充液供给机构在内的补充部,
上述调和容器处于密闭状态,通过由上述加压减压机构对上述调和容器内进行减压,从而上述基板处理部内的电镀液经上述补充管可被吸引到上述调和容器内,通过由上述加压减压机构对上述调和容器内进行加压,从而可将上述调和容器的电镀液移送至上述基板处理部。
14.根据权利要求1所述的电镀装置,其特征在于:
所述微量成分管理部收容在形成有排气口的微量成分管理部外壳内,
所述排气口能够与用于对所述微量成分管理部外壳的内部进行排气的排气管相连接,
所述微量成分管理部还包括安装在所述排气管上用来测量排气压的排气压传感器。
15.一种电镀装置,用于对基本为圆形的半导体晶片的处理面进行电镀,所述半导体晶片的结构是在所述处理面上形成有多个微细孔或沟,且顺次形成阻挡层以及籽晶层以覆盖这些孔或沟,其特征在于:
该电镀装置包括:
具有载置有能够收容处理对象的半导体晶片的盒的盒台、
具有能够与半导体晶片相接触的阴极电极并且使该阴极电极与所接触的半导体晶片能够一起旋转的阴极环、以及能够收容含有作为支持电解质的硫酸、作为含有目的金属的金属盐的硫酸铜、以及作为微量成分的促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的电镀液并在其内部配置有阳极电极的电镀杯的电镀处理单元、
具有形成有排液口并能够在其内部清洗半导体晶片的杯、配置在所述杯内并保持半导体晶片的晶片保持机构、被该晶片保持机构所保持的使半导体晶片进行旋转的晶片旋转机构、以及被该晶片保持机构所保持的向半导体晶片的两面供应纯水的纯水供给喷嘴;并与将所述杯内空气排出的排气机构相连接的清洗单元、
具有能够将半导体晶片保持在基本水平状态并能伸缩的臂、使该臂进行上下动作的上下动作机构、以及具有使被该臂所保持的半导体晶片基本上在水平面内进行旋转的水平旋转机构并搬送半导体晶片的晶片搬送机构、
具有收容用于所述清洗单元的后处理药液的后处理药液槽、以及将此后处理药液槽收容在内部的槽箱外壳的后处理药液供给部、
包括有对在所述电镀处理单元使用的电镀液进行定量分析的分析部、具有收容该分析部的微量成分管理部的外壳的微量成分管理部、并且通过微量成分管理控制器对该微量成分管理部整体进行控制的微量成分管理部、
在内部收容有所述电镀处理单元、所述清洗单元、以及所述晶片搬送机构的外壳,且具有使内部与外部环境相隔绝的隔板以及支持所述晶片处理部的框架、在上部设有过滤器并形成有将半导体晶片或能够收容半导体晶片的盒搬进以及搬出的搬进/搬出口、用于插入纯水管的纯水管插入口、用于插入压缩空气管的压缩空气管插入口、在所述外壳下部形成的对内部进行排气的排气用开口、以及用于与对所述外壳内部进行排气的排气管连接的排气管连接口的外壳、
具有多个印刷电路板、中央运算处理装置、具有半导体存储器以及磁性存储器且存储了其中至少有一部分为高级语言记述的电镀装置控制程序的存储装置、以及串行板、并与包括英文字母输入用键和数字输入键的键盘、以及显示器相连接并对所述电镀装置整体进行控制的系统控制器、
所述微量成分管理部的微量成分管理控制器具有多个印刷电路板、中央运算处理装置、存入了至少有一部分为高级语言记述的对电镀液微量成分进行分析的微量成分分析程序的半导体存储装置、以及串行板,并与包括英文字母输入用键和数字输入键的键盘、以及显示器相连接、
所述分析部具有收容分析对象的电镀液的分析杯、收容用于分析的试剂的多个试剂收容器、收容在试剂收容器中的用于计量试剂的多个注射泵,利用该注射泵将已计量的试剂送到所述分析杯的多个试剂供给喷嘴、能够配置在所述分析杯内的参照电极和对电极、能够配置在所述分析杯内且固定在由绝缘体构成的能够绕轴旋转的棒状支持物的前端的由铂组成的旋转电极、以及为了使所述参照电极与所述旋转电极之间的电压与所述微量成分管理控制器所指定的扫描电压保持一致而对所述对电极和所述旋转电极之间的电流进行控制的恒电位仪、
所述微量成分管理部外壳上形成有与对内部进行排气的排气管连接的排气口、所述微量成分管理部外壳的内部配置有接受用于在所述微量成分管理部所使用的药液的容器。
16.一种电镀方法,其特征在于:
该方法包括:
在晶片处理部利用含有促进电镀的添加剂、抑制电镀的添加剂、以及氯元素的电镀液对半导体晶片进行电镀的工序、
将在该晶片处理部使用的电镀液移送到分析杯的电镀液移送工序、
在电镀液移送工序之后,利用CVS分析或CPVS分析对所述分析杯内的电镀液进行促进所述电镀的添加剂的定量分析的第1分析工序、利用CVS分析或CPVS分析进行抑制所述电镀的添加剂的定量分析的第2分析工序、以及利用滴定分析进行氯元素的定量分析的第3分析工序中选择2个以上的工序按任意顺序排列的分析工序、
将根据该分析工序的分析结果确定的量的含有该成分的补充液补充到在所述晶片部处理部使用的电镀液中的补充工序。
17.根据权利要求16所述的电镀方法,其特征在于:
所述电镀液移送工序包括:将在所述晶片处理部所使用的电镀液移送到配置在所述分析杯附近的取样容器的移送工序、将移送到该取样容器的电镀液移送到所述分析杯的移送工序。
18.根据权利要求16所述的电镀方法,其特征在于:
所述补充工序包括:将在所述晶片处理部所使用的电镀液移送到调和容器的电镀液移送工序、
将所述补充液供给到所述调和容器的补充液预备补充工序、
在所述电镀液移送工序以及所述补充液预备补充工序之后、将所述调和容器内的电镀液移送到所述晶片处理部的工序。
19.根据权利要求16所述的电镀方法,其特征在于:
所述第3分析工序还包括:利用银氯化银电极进行滴定分析的滴定分析工序、
在该滴定分析之后,使所述银氯化银电极从所述分析杯内退出并对所述分析杯进行清洗的工序。
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