CN1491297A - 非电解镀层处理方法和非电解镀层处理装置 - Google Patents

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Abstract

对处理件供给含有还原剂的添加剂后，对处理件供给硫酸铜溶液等含有金属离子的溶液。由于将含有添加剂和金属离子的溶液分开，所以易于调整电镀液的组成。

Description

非电解镀层处理方法和非电解镀层处理装置
技术领域
本发明涉及一种对半导体晶片或LCD基板等待处理件施行电镀处理的电镀处理方法和电镀处理装置，特别涉及非电解镀层处理方法及非电解镀层处理装置。
背景技术
近年来，在半导体装置中，将铜作为金属布线使用。为形成此铜布线，在有微细的槽或孔的半导体晶片上埋入铜、进行成膜的方法中，有一种电镀处理。
电镀处理有电解电镀和非电解镀层。随着晶片的大口径化及微细槽或孔的进一步微细化，人们开始注重非电解镀层处理。
以往的非电解镀层处理使用含有还原剂、pH调整剂、螯合剂等添加剂和金属盐的电镀液来进行。
但是，在以往的非电解镀层处理中，在处理时所用电解液中，添加剂和金属盐混在一起。在使用这样的电解液的情况下，成膜速度或埋入形状与电解液中的添加剂有极大关系，埋入形状不均匀使得半导体装置的工作可靠性降低。为此，必须严格地进行电解液中的添加剂的组成的调整、电解液中pH的调整、以及温度的调整。另外，在以往的非电解镀层处理中，成膜速度慢，会大量地消费电解液。而且，在电镀处理后的晶片的表面及背面有电解液附着，此电解液是导致污染的原因。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供不需严格调整电解液的非电解镀层处理方法和非电解镀层处理装置。另外，本发明的目的在于，提供通过少量电解液进行非电解镀层处理以降低电镀液消耗量的非电解镀层处理方法和非电解镀层处理装置。本发明的目的还在于，提供电镀处理后可清洗晶片的表面与背面的实用性高的非电解镀层处理方法和非电解镀层处理装置。
为解决上述问题，本发明的处理件表面形成有电镀膜的非电解镀层处理方法的特征为：具有向处理件供给添加剂的添加剂供给工序和向处理件供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给工序。由于根据本发明的非电解镀层处理方法，可将含有添加剂和金属离子的溶液分开，使调整电镀液的组成变得容易。
在上述非电解镀层处理方法中，可反复进行添加剂供给工序和金属离子溶液供给工序，直到形成设定的电镀膜厚。通过反复进行添加剂供给工序和金属离子溶液供给工序，可在处理件的表面反复进行金属离子的还原反应，从而能层积成均匀的电镀膜。
在上述非电解镀层处理方法中，还可设置清洗处理件的清洗工序。由于还具有清洗工序，所以，可立即清洗电镀处理后的处理件，可使总处理能力得到提高。
在上述非电解镀层处理方法中，添加剂的优选为含有还原剂。通过使添加剂中含有还原剂，可使金属离子的还原反应容易进行。
在上述非电解镀层处理方法中，可在使处理件转动的同时进行添加剂供给工序。通过在转动处理件的同时供给添加剂，可均匀地向处理件供给添加剂。另外，可使添加剂的供给量降低，从而可使电解液的消耗量降低。
在上述非电解镀层处理方法中，可在使处理件振动的同时进行添加剂供给工序。通过在振动处理件的同时供给添加剂，可将添加剂快速地注入处理件的微细的孔或槽中。
在上述非电解镀层处理方法中，可在向处理件的背面供给液体或是气体的同时进行添加剂供给工序。通过在由处理件的背面供给液体或是气体的同时供给添加剂，可防止在处理件的背面成膜。
在上述非电解镀层处理方法中，含有金属离子的溶液可为硫酸铜溶液或是氯化铜溶液。通过使用硫酸铜溶液或是氯化铜溶液，可在处理件的表面形成铜的电镀膜。
在上述非电解镀层处理方法中，可在转动处理件的同时进行金属离子溶液供给工序。通过在转动处理件的同时供给含有金属离子的溶液，可向处理件均匀地供给含有金属离子的溶液。另外，可降低含有金属离子的溶液的供给量，可降低电镀液的消耗量。
在上述非电解镀层处理方法中，可在使处理件振动的同时进行金属离子溶液供给工序。通过在振动处理件的同时供给含有金属离子的溶液，可将含有金属离子的溶液快速注入处理件的微细的孔或是槽中。
在上述非电解镀层处理方法中，可在供给处理件背面液体或是气体的同时进行金属离子溶液供给工序。通过在由处理件的背面供给液体或是气体的同时供给含有金属离子的溶液，可防止在处理件的背面成膜。
本发明的非电解镀层处理方法的特征为：具备向处理件的表面供给含有金属离子溶液的金属离子溶液供给工序；向处理件的表面供给第一清洗液的第一清洗液供给工序；向处理件的四周边缘部分供给第二清洗液的第二清洗液供给工序；向处理件的背面供给第三清洗液的第三清洗液供给工序。由于根据本发明的非电解镀层处理方法，可在处理件的电镀处理结束之后，立即清洗处理件的表面和背面，可使总处理能力得到提高。
本发明的非电解镀层处理装置的特征为具备：保持处理件的保持机构；向处理件供给添加剂的添加剂供给系统；向处理件供给含有金属离子溶液的金属离子溶液供给系统。根据本发明的非电解镀层处理装置，因可分开含有添加剂和金属离子的溶液，所以电镀液的组成的调整变得容易。
在上述非电解镀层装置中，还可设置向处理件供给清洗液的清洗液供给系统。由于具有清洗液供给系统，可立即清洗经电镀处理后的处理件，可使总处理能力得到提高。
在上述非电解镀层装置中，还可设置防止液体向处理件背面绕行的绕行防止机构。由于设有绕行防止机构，所以，可防止在处理件背面的成膜。
在上述非电解镀层装置中，还可设置使处理件转动的转动机构。由于具备转动机构，可向处理件均匀地供给含有添加剂或金属的溶液。另外，可降低含有添加剂或金属的溶液的供给量，并可降低电镀液的消耗量。
在上述非电解镀层装置中，还可设置使处理件振动的振动机构。由于具备振动机构，因此可将含有添加剂或含有金属的溶液快速地注入处理件的微细的孔或是槽中。
本发明的非电解镀层装置的特征为：具备保持处理件的保持机构；向处理件的表面供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给系统；向处理件的表面供给第一清洗液的第一清洗液供给系统；向处理件的四周边缘部分供给第二清洗液的第二清洗液供给系统；向处理件的背面供给第三清洗液的第三清洗液供给系统。由于根据本发明的非电解镀层装置，可在处理件的电镀处理结束之后，立即清洗处理件的表面和背面，所以可提高总处理能力。
附图说明
图1为具有实施方式的非电解镀层处理装置的非电解镀层处理系统的整体构造的侧面示意图。
图2为具有实施方式的非电解镀层处理装置的非电解镀层处理系统的整体构造的平面示意图。
图3为实施方式的非电解镀层处理装置剖面示意图。
图4为实施方式的背面清洗喷嘴的俯视图。
图5为图4中V-V方向的纵向剖面放大图。
图6为将实施方式的保持部件的主要部分的一部分割断的侧面示意图和正视图。
图7为实施方式的晶片边缘清洗方法的示意图。
图8为实施方式的电镀处理流程图。
图9为实施方式的电镀处理示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的某一实施方式的电镀处理装置。图1和图2为本实施方式的非电解镀层处理系统的整体结构的示意图，图1为其侧面图，图2为其平面图。
如图1所示，电镀处理系统统10由晶匣装卸站(Cassette Station)20、搬送部30以及处理站(Process station)40所构成。
在晶匣装卸站20处设有晶匣载置台21，在晶匣载置台21上载有收纳了用作处理件的晶片W的晶匣22。再者，经过电镀处理的晶片W收纳在搬出用晶匣22内而被搬出。
搬送部30具备第一搬送机构31，以便将收纳于晶匣22中的晶片W搬送至处理站40。另外，第一搬送机构31将电镀处理后的晶片W从处理站40搬送至晶匣22。
另外，晶匣装卸站20和搬送部30通过将由外部供给的清洁空气向下吹来保持清洁的环境。
在处理站40的搬送部30一侧配有暂时载置多个晶片W的载置部41。而在处理站40的中心部配有第二搬送机构42，在第二搬送机构42的周围配有非电解镀层处理装置43。
载置部43为将多个的晶片W分成多段载置的结构，而使电镀处理前的晶片W与电镀处理后的晶片W载置在不同位置。
处理站40的结构为上下两段。在上段及下段，分别配设多个——例如，上段4个，下段4个，共8个——非电解镀层处理装置43。
在处理站40内的晶片W的搬送通过第二搬送机构42进行。第二搬送机构42接受由第一搬送机构31置于载置部41上的晶片W，以便向任一非电解镀层处理装置43搬送晶片W。另外，第二搬送机构42由非电解镀层处理装置43取出经电镀处理的晶片W，置于载置部41。
第二搬送机构42的结构如图1所示，是可以Z轴为中心旋转、并且可沿Z轴方向升降的结构，从而能存取上述两段结构的处理站40内的各非电解镀层处理装置43。
另外，第二搬送机构42具备两个搬送臂。一个用于从载置部41到非电解镀层处理装置43的搬送，另一个用于从非电解镀层处理装置43到载置部41的搬送。由此，可使电镀处理后的晶片W的污染达到最小限度。
在本实施方式中，配有8个非电解镀层处理装置43，并可根据需要增加其个数。另外，也可配置与非电解镀层处理装置43不同的处理装置，例如可配置进行退火处理的退火处理装置等。
以下，对非电解镀层处理装置43进行说明。
图3为本实施方式的非电解镀层处理装置剖面示意图，图4为实施方式的背面清洗喷嘴的俯视图。图5为图4中V-V方向的纵向剖面放大图，图6为将实施方式的保持部件的主要部分的一部分割断的侧面示意图和正视图。
如图3～图6所示，非电解镀层处理装置43具有正方形的箱体431。在箱体431中形成第二搬送机构42的出入口432，在出入口432配有门阀433。
在箱体431内配有上面开口的大致为圆筒状的杯状物434。杯状物434通过由控制部435控制的杯状物驱动部436而沿上下方向升降。
控制部435由存储计算处理和处理程序等的ROM等构成，并与杯状物434、中空马达437、和所有喷嘴相连接，以控制非电解镀层处理装置43整体的运转。为易于理解对整体的说明，省略了对于控制部435的运转说明。
在箱体431的中心位置，配有转动驱动件438。转动驱动件438通过设置于箱体431之外的中空马达437的驱动，而以所设定的转数转动。在转动驱动件438之上，以设定的间隔相隔并固定转动平台439。在转动驱动件438的第一轴440的内部，形成第二轴441。另外，在第一轴440中配有振动机构442。
而在第二轴441上，配有由适当的支持机构支持的绕行控制喷嘴443。绕行控制喷嘴443以锐角朝向晶片W背面的四周边缘，并由前端喷出氮气等惰性气体或纯水。由此，可防止处理中非电解镀层液向背面绕行。
另外，在第二轴441之上固定有向晶片W的背面供给清洗液的背面清洗喷嘴444。当晶片W被保持在保持部件上的情况下，背面清洗喷嘴444则配置在晶片W与转动平台439之间。
背面清洗喷嘴444的结构为：以固定于第二轴441的部分为中心，使四根棒状体444a呈十字状地伸展至转动平台的四周边缘。棒状体444a的内部为中空，与通过第二轴441的内部的管445连通。清洗液通过管445，从开口于背面清洗喷嘴409的棒状体409a的上方的孔446向上供给到晶片W。
在第一轴440和第二轴441之间的空间形成气体通路447，使惰性气体，例如氮气由此喷出。
而在杯状物434的下方，形成排气口448。从气体通路447喷出的惰性气体沿转动平台439的表面向转动平台439的四周边缘部分流动。然后，从转动平台439的四周边缘部分，即晶片W的四周边缘部分向排气口448排气。由此，可防止晶片W背面的污染。
在转动平台439的四周边缘部分，以120度的角度、等间隔地安装着三个保持部件449。
保持部件449具有使上侧的保持部450和下侧的加力部451成为一体的构造。在保持部450上形成用于将晶片W保持在上端的错层450a。所安装的保持部450可使用于支持保持部件449的保持部件452转动。具体地，保持部件449安装在形成于保持部件452上端部的转动轴453上，以转动轴453为中心而转动。将加力部451的重量设定为大于保持部450，由此，加力部451作为保持部件449的负载而运转。
因为晶片W通过转动驱动件高速转动，所以必须稳定保持晶片W。为此，保持部件449的结构为：不仅通过晶片W的保持部450的错层450a，而且通过加力部451的加力来保持晶片W的四周边缘部分。
即，晶片W以不转动的状态载置于保持部件449上，并被保持。于是，若使转动平台439转动，则由于离心力的作用，使加力部451如图6的箭头所示，向外侧方向移动。其结果为，将保持部件449的保持部450压向转动平台439的中心一侧，晶片W被牢固保持在W’的位置上。另外，如图6所示，保持部件449的保持部450形成从前面看时为凸状的形状(曲面状)，利用保持部450的错层450a，通过三点支持等点接触来保持晶片W。
在转动平台439的上方，配置有用于供给施行电镀处理的添加剂的添加剂供给喷嘴454，以及用于供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给喷嘴455。
添加剂供给喷嘴454与添加剂供给源456相连，从添加剂供给喷嘴454的前端供给储藏于添加剂供给源456中的添加剂。添加剂供给喷嘴454的结构为：当晶片W载置于转动平台439时，使其前端向晶片W的中心移动。
添加剂供给源456储藏着添加剂。添加剂由还原剂、pH调整剂、表面活性剂、螯合剂、以及其它还原反应所必须的物质构成。此处，还原剂是如甲醛这样的可使金属离子发生还原——例如将Cu2+还原成Cu——反应的物质。另外，添加剂的储藏可各自分开进行储藏。
金属离子溶液供给喷嘴455与金属离子供给源457连接，从金属离子溶液供给喷嘴455的前端供给含有储藏于金属离子溶液供给源457的金属离子。金属离子溶液供给喷嘴455的结构为当晶片W载置于转动平台439时，使其前端向晶片W的中心移动。
在金属离子溶液供给源457中储藏有例如硫酸铜溶液。在必要时，硫酸铜溶液中还可含有氯。另外，金属离子溶液除硫酸铜溶液之外，也可为氯化铜溶液。这样，在硫酸铜溶液中，以不和添加剂混在一起的状态储藏，所以，可稳定硫酸铜溶液的组成并进行控制。
而且，在转动平台439的上方，还配有用于进行电镀处理后的清洗的主清洗喷嘴458和边缘清洗喷嘴459。主清洗喷嘴458与第一清洗液槽相连。通过主清洗喷嘴458将储藏于第一清洗液槽460中的处理液以设定的速度由主清洗喷嘴458的前端供给。另外，当晶片W载置于转动平台439时，主清洗喷嘴458的结构为，其前端可向晶片W的中心移动。
边缘清洗喷嘴459与第二清洗液槽461相连，从边缘清洗喷嘴459的前端将储藏于第二清洗液槽461中的清洗液以设定的供给速度供给。在此，储藏于第二清洗液槽中的清洗液为氟酸、盐酸、硫酸等无机酸或是有机酸等酸类药液和双氧水的混合溶液，例如为氟酸与双氧水的混合液。在此实施例中，使用氟酸∶过氧化氢∶水＝1∶1∶23的混合液。
在杯状物434的上方，配有用于测定形成于晶片W上的电镀膜膜厚的膜厚测量传感器462。
图7为本实施方式的晶片W四周边缘的清洗方法示意图。如图7所示，在晶片W的表面上通过非电解镀层处理形成铜层L1。在从主清洗喷嘴458向晶片W表面供给纯水的状态下，边缘清洗喷嘴459向晶片W四周边缘供给清洗液，而对晶片W的四周边缘进行清洗(蚀刻)。
本实施方式的非电解镀层处理装置43的主要部分的结构如上所述。以下，参照图1、图2、及图3，对其处理动作进行说明。
如图1～图3所示，首先从晶匣22中取出晶片W，通过第一搬送机构31，载置于载置部41。载置于载置部41的晶片W，通过第二搬送机构42从箱体431的出入口432搬送至非电解镀层处理装置43内，载置在设于转动平台439的四周边缘部的保持部件449(参照图6)上。然后，第二搬送机构42从出入口432退出到箱体431外。此时，杯状物434下降到最低位置。第二搬送机构42退出后，处理开始进行。
以下对图8所示处理流程的本实施方式的非电解镀层处理方法进行说明。首先，进行预清洗，以除去附着在晶片W表面上的有机物或颗粒，并可提高晶片W的浸润性(步骤一)。
然后，向晶片W的表面供给添加剂(步骤二)。接着，向晶片W的表面供给硫酸铜溶液(步骤三)。测定非电解镀层处理后的铜层L1的膜厚(步骤四)。重复步骤二到步骤四直至达到设定的膜厚，从而在晶片W上成膜。在达到设定的膜厚时，结束非电解镀层处理，进行后清洗(步骤五)。通过上述处理流程，对晶片W施行非电解镀层处理。
以下，说明本发明的非电解镀层液处理方法和非电解镀层处理装置的处理顺序。
通过中空马达437，使转动驱动件438旋转，随之使转动平台439旋转，并使由保持部件449保持的晶片W旋转。此时，杯状物434通过杯状物驱动器436上升至最高的位置434’，防止处理液等在箱体341内飞散。
其次，在转动平台439的转数达到设定的转数后，从绕行控制喷嘴443向晶片W背面的四周边缘喷射氮气或纯水。然后，按顺序向晶片W供给如下所示的设定的处理液，开始进行处理。
以下，通过在绝缘膜501和SiN膜502上形成微细孔和槽的双波形花纹构造的示意图的图9，说明使用实施方式的非电解镀层处理方法的铜成膜处理。
在预清洗中，首先，从主清洗喷嘴454向晶片W的表面供给设定的预处理液。由此除去附着在晶片W表面上的有机物、颗粒等，进而提高晶片W的浸润性(图9(a))。
然后，从添加剂喷嘴458向晶片W的表面供给添加剂503。由此将添加剂503均匀地涂布在晶片W的表面上(图9(b))。另外，此时，若有需要则驱动振动机构442，使晶片W振动。通过使晶片W振动，使添加剂深深地注入微细的孔和槽内。
紧接着，从金属离子溶液喷嘴459向晶片W的表面供给含有金属离子的溶液，本例中为硫酸铜溶液504(图9(c))。另外，此时，若有需要则驱动振动机构442，使晶片W振动。通过使晶片W振动，使添加剂深深地注入微细的孔和槽内。
通过供给硫酸铜溶液504，在晶片W表面，硫酸铜溶液504中所含的铜离子505与添加剂503中所含还原剂之间发生还原反应，形成铜层L1膜(图9(d))。
成膜后的铜层L1的膜厚通过膜厚测量传感器462测定。重复供给添加剂503和硫酸铜溶液504，进行铜层L1的成膜(图9(e))，直到被测铜层L1达到设定值为止。然后，连续供给添加剂503中的还原剂与铜离子，在晶片W的表面上进行铜的还原反应。
一旦铜层L1达到设定的厚度，就开始进行后清洗。在该后清洗中，首先，从主清洗喷嘴454向晶片W的表面供给纯水。然后，在由主清洗喷嘴454供给纯水的状态下，从边缘清洗喷嘴455向晶片W的四周边缘供给清洗液。接着，从背面清洗喷嘴443向晶片W的背面供给清洗液。
当晶片W的表面、边缘以及背面清洗干净之后，用纯水对晶片W进行清洗。从晶片W的表面上方的主清洗喷嘴454以及晶片W的背面下方的背面清洗喷嘴443向晶片W两面供给纯水。
在纯水清洗之后，进行晶片W的旋转干燥。旋转干燥按如下方式进行：将转动平台439的转数提高到设定的转数(2000～3000rpm)，同时，由晶片W上方的主清洗喷嘴454以及晶片W下方的背面清洗喷嘴443供给氮气，进行预定时间的干燥。此时，杯状物434处于下降位置(图3的实线部分)，以便不妨碍第二搬送机构42对晶片W的搬送。
在上述处理后，通过第二搬送机构42将晶片W从箱体431的出入口432搬送到非电解镀层处理装置43的外面。
工业上利用的可能性
本发明所涉及的非电解镀层处理方法及非电解镀层处理装置可用于半导体制造工业。

Claims (18)

1.一种在处理件表面上形成电镀膜的非电解镀层处理方法，其特征在于：具有向所述处理件供给添加剂的添加剂供给工序，和
向所述处理件供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给工序。
2.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：反复进行所述添加剂供给工序和所述金属离子溶液供给工序，直到电镀膜达到设定的厚度。
3.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：还具有清洗所述处理件的清洗工序。
4.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：所述添加剂含有还原剂。
5.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在使所述处理件转动的同时进行所述添加剂供给工序。
6.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在使所述处理件振动的同时进行所述添加剂供给工序。
7.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在向所述处理件的背面供给液体或是气体的同时进行所述添加剂供给工序。
8.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：所述含有金属离子的溶液为硫酸铜溶液或是氯化铜溶液。
9.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在使所述处理件转动的同时进行所述金属离子溶液供给工序。
10.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在使所述处理件振动的同时进行所述金属离子溶液供给工序。
11.如权利要求1所述的非电解镀层处理方法，其特征在于：在向所述处理件背面供给液体或气体的同时进行所述金属离子溶液供给工序。
12.一种在处理件的表面上形成电镀膜的非电解镀层处理方法，其特征在于：具有向所述处理件的表面供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给工序；
向所述处理件的表面供给第一清洗液的第一清洗液供给工序；
向所述处理件的四周边缘部分供给第二清洗液的第二清洗液供给工序；以及
向所述处理件的背面供给第三清洗液的第三清洗液供给工序。
13.一种在处理件的表面上形成电镀膜的非电解镀层处理装置，其特征在于：具有
保持所述处理件的保持机构；
向所述处理件供给添加剂的添加剂供给系统；和
向所述处理件供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给系统。
14.如权利要求13所述的非电解镀层处理装置，其特征在于：还具有向所述处理件供给清洗液的清洗液供给系统。
15.如权利要求13所述的非电解镀层处理装置，其特征在于：还具有防止液体向所述处理件的背面绕行的绕行防止机构。
16.如权利要求13所述的非电解镀层处理装置，其特征在于：还具有使所述处理件转动的转动机构。
17.如权利要求13所述的非电解镀层处理装置，其特征在于：还具有使所述处理件振动的振动机构。
18.一种在处理件的表面上形成电镀膜的非电解镀层处理装置，其特征在于：具有
保持所述处理件的保持机构；
向所述处理件的表面供给含有金属离子的溶液的金属离子溶液供给系统；
向所述处理件的表面供给第一清洗液的第一清洗液供给系统；
向所述处理件的四周边缘部分供给第二清洗液的第二清洗液供给系统；和
向所述处理件的背面供给第三清洗液的第三清洗液供给系统。
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