JP2000239893A - ウェーハをめっきする装置及び方法 - Google Patents

ウェーハをめっきする装置及び方法

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JP2000239893A
JP2000239893A JP11170018A JP17001899A JP2000239893A JP 2000239893 A JP2000239893 A JP 2000239893A JP 11170018 A JP11170018 A JP 11170018A JP 17001899 A JP17001899 A JP 17001899A JP 2000239893 A JP2000239893 A JP 2000239893A
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plating
plating solution
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tank
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Herman Itzkowitz
イツコウィッツ ハーマン
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Solid State Equipment Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 めっきしないでおくウェーハの縁部と側面を
めっき液から確実に保護し、その際の発生応力が低いウ
ェーハをめっきする装置及び方法を提供する。 【解決手段】 サポートチャンバーとめっき槽を有する
ウェーハをめっきする装置を提供する。サポートチャン
バーは、開口端と、めっき槽の上方にめっきされるウェ
ーハを支持する開口端に隣接した縮小された直径部分と
を備えた周囲壁を有し、更に、加圧された気体を受容す
る内部空間を有する。めっき槽は、めっき槽内のめっき
液に層流を与える手段を有する。ウェーハをサポートチ
ャンバーに移送して、サポートチャンバー内に加圧気体
を供給し、次いでめっきされるウェーハをめっき槽内の
めっき液に接触させ、予め選択した時間の間、ウェーハ
のめっき液との接触を維持し、次いでウェーハをめっき
液から分離する、ウェーハをめっきする方法を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
製造に関し、特にサポートチャンバー及びめっき槽を利
用した半導体ウェーハの表面のめっき(plating) に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハの製造分野では、ウェー
ハ上の構成要素間を電気的に接続するために、ウェーハ
の一方の面に導電性の層を設けることが必要である。こ
のため、ウェーハの一方の側面を一様にコーティングす
る必要がある。本明細書では、コーティングされるウェ
ーハの側面をコート側と称する。コーティング工程の
間、ウェーハの縁部とウェーハのめっきされない側面
（本明細書でウェーハの反対側面と称する）は、めっき
液に接触しないように覆われるか、又はシールされなけ
ればならない。
【０００３】ウェーハに導電性の層を設ける効果的な方
法は、化学めっき槽又は電気化学めっき槽を使用するこ
とである。これらのめっき槽で最も一般的なめっき槽
は、図１、２に示したファウンテンプレーター(fountai
n plater) として知られており、これを図１、２に示
す。図１に示すように、ファウンテンプレーターは、め
っき液３２で満たされためっき槽１４を有している。内
部又は外部ポンプが、めっき液３２に層流を起こすため
に使用される。図１、２では、内部ポンプ３５が示さ
れ、液の流れが矢印で示されている。図１に示した静止
しためっき液(staticfluid)のレベルと図２に示した循
環しているめっき液(circulating fluid) のレベルを比
較するとわかるように、めっき液３２の流速が増すと、
めっき液３２の表面が上昇する。
【０００４】図３は、シリコンウェーハ１０をめっき槽
１４に入れ、ウェーハ１０の表面１１にめっき液３２を
流している様子を示している。図３に示すように、ウェ
ーハは通常、チャック３６等の剛的な機械的方法で保持
される。めっき液３２は、ウェーハ１０の一方の面１
１、つまりコート側にのみ接触させられなければなら
ず、又、ウェーハの縁部２２から所定の距離、一般には
２から３ｍｍには、めっき液３２を接触させてはならな
い。めっき液が、ウェーハ１０の縁部２２や反対側面に
達すると、ウェーハは使用不可能になる。従って、自動
化された設備において、ウェーハをめっきする装置及び
方法は、信頼性が高く、脆弱なシリコンウェーハに損傷
を与えること無く、液を遮断してシールしなければなら
ない。
【０００５】ウェーハのめっきしないでおく部分をめっ
き液に接触させないようにシールする、又は覆うために
従来使用されている方法には、粘着テープの使用、Ｏリ
ングシール類やその他の様々な機械的シール類の使用等
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法及び装置を
使用した半導体ウェーハのめっきには、幾つかの欠点が
ある。ウェーハをシールするためにチャック等の剛体の
機械的構造物で締付け、過大な圧力をかけることは、め
っき中にウェーハを損傷し、割れを生じさせ、ウェーハ
を使用不可能にする可能性がある。その上、ウェーハ
は、中央部で支持されているのではなく、縁部で支持さ
れているので、めっき槽からの上向きのめっき液の流れ
は、ウェーハの中央部を撓ませ、変形又は割れを生じさ
せる可能性がある。
【０００７】更に、従来のウェーハを機械的にシールす
る又は覆う方法は信頼性が低く、めっき液がウェーハの
縁部に漏れ、めっきしてはならないウェーハの縁部とウ
ェーハの反対側面の両方にめっき液を接触させてしまう
可能性がある。
【０００８】従って、めっきしないでおくウェーハの縁
部と側面が、めっき工程中にめっき液から保護されるよ
うなウェーハをめっきする装置及び方法が必要である。
【０００９】又、めっき中にウェーハに生ずる応力が極
めて小さいウェーハをめっきする装置及び方法が必要で
ある。
【００１０】更に、めっき工程中にウェーハが、剛的な
機械的手段以外の方法で保持されるウェーハをめっきす
る装置及び方法が必要である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、めっき液をウ
ェーハの縁部や反対側面に到達させないようにしながら
めっきすることが可能なサポートチャンバーとめっき槽
を有する装置を提供する。更に本発明は、ウェーハに不
必要な機械的圧力をかけないようにしながら、めっき工
程中にウェーハを支持するサポートチャンバーを有する
装置を提供する。
【００１２】本発明の特徴を有する装置は、めっき槽の
上方にウェーハを支持するサポートチャンバーを有して
いる。サポートチャンバーは開口端を備えた周囲壁を有
している。周囲壁は開口端に隣接して直径が縮小されて
おり、めっき槽の上方にウェーハを支持するサポートを
形成する。上記サポートチャンバーは、加圧された気体
を受入れる内部空間を有している。
【００１３】めっき槽は、サポートチャンバーを受容す
る開口端を有している。めっき槽は、めっき槽に供給さ
れためっき液に層流を生じさせる手段を有しており、め
っき液を予め選択したレベルへ上昇させる。
【００１４】又、ウェーハをめっきする方法も開示され
ている。この方法では、ウェーハがサポートチャンバー
に移送され、サポートチャンバーには加圧された気体が
供給される。めっき槽内のめっき液の流量が増加され、
めっき液のレベルが上昇させられてウェーハの表面に接
するようにされ、めっきされるウェーハがめっき液に接
触させられる。めっき液のウェーハのめっきされる表面
への接触が所定時間維持される。次いで、めっき槽内の
めっき液の流量が減少され、めっき液のレベルがウェー
ハの表面より下方へ下降させられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図４、５及び図７は、ウェーハ１
０をめっきする装置を示しており、同じ構成要素は同じ
参照番号で示してある。この装置は、サポートチャンバ
ー１２とめっき槽１４を有している。サポートチャンバ
ー１２は、開口端１８を備えた周囲壁１６を有してい
る。サポートチャンバー１２は、めっき槽１４に対し
て、水平、鉛直の両軸に沿って移動可能であるようにし
ても良い。このことは、サポートチャンバー１２の位置
決めの自由度を増大させる。
【００１６】好ましい実施形態では、サポートチャンバ
ー１２は回転可能である。サポートチャンバー１２を回
転させるために任意の適当な駆動システムを使用するこ
とができる。このようなシステムは、当業者にとって周
知であり、ここでは詳細に説明しない。
【００１７】図５に示すように、周囲壁１６は、開口端
１８に隣接した縮小された直径部分１７を有している。
縮小された直径部分１７は、端部でリップ部(lip) ２０
を形成しており、周囲壁１６がめっき槽１４の上方にウ
ェーハ１０を支持し、ウェーハの縁部をシールすること
が、上記リップ部により可能になる。
【００１８】図５、７に示すように、周囲壁１６は、開
口端１８に隣接した縮小された直径部分１７を形成する
内部テーパを有していても良い。テーパの形成された周
囲壁１６は、開口端１８において、ウェーハ１０を自動
的に中心へ案内するように作用する。
【００１９】好ましい実施形態では、開口端１８に隣接
して内方に延設された周縁のリップ部(peripheral lip)
２０が設けられており、上記リップ部上にウェーハ１０
を支持する。図５に示したようにサポートチャンバー１
２に配置されたウェーハ１０は、リップ部２０へ載せら
れ、ウェーハ１０とリップ部２０の間に剛的ではない機
械的シールを形成する。
【００２０】本発明の他の好ましい実施形態では、図９
に示すような段状の周囲棚部(circumferential ledge)
２３が、周囲壁１６の内部テーパに形成されても良い。
前述した周縁のリップ部２０のように、棚部２３は、ウ
ェーハ１０をめっき槽１４の上方で支持し、ウェーハの
縁部をシールする支持面として作用する。
【００２１】電解によるめっき方法では、ウェーハ１０
の縁部は、リップ部２０へ埋込まれた電極に接触してい
る（図示無し）。電極は、サポートチャンバーに配置さ
れたウェーハの縁部に接触するようになっている。電極
は、めっき工程の間、電極の機能を維持するため、めっ
き液から保護されなければならない。電極は、ウェーハ
縁部との適切な接触が維持可能であるように、サポート
チャンバーの任意の位置に配置して良いということは明
らかである。
【００２２】ウェーハ１０とリップ部２０との間の十分
なシールを達成し、めっき液３２がウェーハ１０の縁部
２２やウェーハ１０の反対側面２４へ到達出来ないよう
に、図８に示すように圧力源２７によって、圧力媒体が
サポートチャンバー１２内の内部空間２６へ供給され
る。好ましい実施形態では、圧力媒体は気体である。図
５、７における矢印Ｇで示すように加圧気体がサポート
チャンバー１２に供給されると、ウェーハ１０はリップ
部２０に押圧され、堅固なシール(firm seal) が形成さ
れる。気体の圧力を使用してウェーハ１０をリップ部２
０に押圧し、堅固なシールを形成することは、ウェーハ
１０に均一な圧力を加え、従来のめっき装置やめっき方
法よりウェーハ１０に発生する応力を小さくする。
【００２３】めっき工程の間にウェーハに局部的な圧力
を加える機械的装置とは異なり、サポートチャンバー内
の気体は、ウェーハ１０の反対側面２４に均一な圧力を
加える。ウェーハ１０の反対側面２４に均一な気体の圧
力を作用させることは、めっき工程の間のウェーハ１０
の変形や割れの発生を防止する。
【００２４】本明細書で説明するサポートチャンバー１
２は、例えば図１から図５に示したような、めっき槽１
４に供給されためっき液３２に層流を起こすことが可能
なめっき槽１４と組合せて使用することを企図してい
る。この種のめっき槽１４は、ファウンテンプレーター
として当業者にとって周知である。めっき槽１４は、内
部タンク２８と外部タンク３０を有している。めっき槽
１４に供給されためっき液３２は、図４に示されたよう
に循環ポンプ３５によって、循環され、層流が与えられ
る。ポンプ３５により発生される乱れを最小化し、めっ
き液３２に層流特性を与えるために、内部タンク２８内
のポンプ３５の上方にバッフル３７が配設される。バッ
フル３７を通過した後で、めっき液３２は内部タンク２
８内を上昇して盛上がり、めっき槽１４の中央部分で最
も高くなる液体分布を形成する。めっき槽１４内のめっ
き液３２の高さＨは、ポンプ３５によりめっき液３２の
流量を調節することによって、上下させることが可能で
ある。めっき液３２は外部タンク３０へ溢れて、再循環
される。
【００２５】一度、ウェーハがサポートチャンバー１２
に配置されると、サポートチャンバー１２は、めっき槽
１４及びめっき液３２に対してウェーハ１０を適当に配
置するように、水平及び鉛直軸に沿って移動可能であ
る。
【００２６】ウェーハ１０がサポートチャンバー１２に
配置される時、ポンプ３５は停止され、めっき液のレベ
ルは、ウェーハ１０の表面１１の下方に降下し、静止し
ためっき液のレベルとなる。このことによりウェーハ１
０の配置及びサポートチャンバーの位置決めが、ウェー
ハ１０を液に接触させること無く可能になる。一度、サ
ポートチャンバー１２が位置決めされ加圧されると、ポ
ンプ３５が起動される。
【００２７】めっき液の流れの適切な分散によって、層
流が達成され、液レベルが上昇して盛上がり、めっき槽
の中央部分で、噴水で形成された円筒のようになる。静
止しためっき液のレベルより上方へのめっき液の鉛直方
向の上昇は、ウェーハの直径とめっき液の流量に依存す
る。層流系においては、鉛直方向のめっき液の上昇Ｚは
次の式により概算可能である。
【００２８】 Ｚ＝[ ｛Ｑ／( πＤ√ｇ) ｝・( ２／３)3/2]2/3 ここで、Ｑはめっき液の流量、Ｄはめっきされるウェー
ハの直径である。直径３００ｍｍのウェーハで、０．０
０４ｍ3 ／秒（４liters/sec）の流量の場合には、めっ
き液は１８ｍｍ上昇する。ウェーハのめっきされる表面
は、この高さの約６ｍｍ下方にサポートチャンバーによ
って配置される。これにより、静止しためっき液のレベ
ルの上方１２ｍｍにおいて、ウェーハとめっき液との必
要な接触が行われ、所望のめっきがなされる。
【００２９】ウェーハ１０のめっきされる表面１１が、
めっき液３２と接触させられる時、ウェーハ／めっき液
の接触部において圧力が発生する。システムの適当な作
動は、サポートチャンバー１２内に供給される気体の圧
力と、上方へ流れるめっき液によってウェーハ１０のコ
ーティングされる表面１１上に作用するめっき液の圧力
との間の圧力の釣合いに依存する。めっき液の流れとウ
ェーハ１０上にめっき液によって作用する圧力の方向
は、図中に流れ線Ｆとして描かれている。サポートチャ
ンバー１２内でウェーハ１０に作用する気体の圧力Ｇ
は、ウェーハ１０の縁部２２において、めっき液３２の
上方への流れによって作用するめっき液の圧力より高く
なければならない。同時に、ウェーハ１０に過大な応力
が発生するのを防止するために、サポートチャンバー１
２内の気体の圧力とめっき液の圧力との間に大きな圧力
差があってはならない。
【００３０】上述の両方の目的が、本明細書で開示する
発明によって達成される。ウェーハ１０の縁部２２にお
いて、サポートチャンバー１２の気体の圧力をめっき液
の圧力より高く維持することにより、ウェーハ１０の縁
部２２に表面欠陥が存在する場合に、めっき液がサポー
トチャンバー１２の中へ漏れるのではなく、気体がサポ
ートチャンバー１２からめっき液２８の中へ漏れるとい
うことが確実になる。漏れた気体の気泡は、めっき槽１
４内に生じている循環するめっき液の流れによってウェ
ーハ１０のコーティングされる表面１１から運び去られ
る。
【００３１】システムの本来の性能を保証するために、
気体圧力は、図８に示すように、外部レギュレータ２９
によって設定、監視されても良い。上記レギュレータ２
９が、サポートチャンバー内の圧力を測定し、この圧力
を監視、調整、調節して、ウェーハ１０の反対側面２４
に渡って圧力を均一に維持するようにしても良い。
【００３２】気体がサポートチャンバー１２内に供給さ
れている時、気体の圧力は、ウェーハ１０の反対側面２
４に渡って均一である。めっき液３２からの液体圧力
は、ウェーハ１０のコーティングされる表面がめっき液
３２に接触している時、この表面に渡って均一ではな
い。めっき槽１４内において流れが均一である時、めっ
き槽の中央で噴水で形成された円筒(fountain cylinde
r) が生じ、めっき液の圧力は、ウェーハ１０の縁部２
２より中央において高いということがベルヌーイの式に
よって示される。ベルヌーイの式は、当業者にとって周
知であり、本明細書では説明しない。ウェーハ１０の中
央部において、気体とめっき液の圧力を釣合わせること
により、ウェーハ１０での発生応力が低く、ウェーハ１
０の縁部２２において気体の圧力がめっき液の圧力より
高いという望ましい結果が得られる。図６は、半径３０
０ｍｍのウェーハ１０の半径方向の圧力分布を示したグ
ラフを示している。
【００３３】本発明の特徴を用いるウェーハ１０をめっ
きする方法は、以下の工程を有している。
【００３４】めっき槽ポンプ３５が停止される。ウェー
ハ１０が、雰囲気圧(ambient pressure)においてサポー
トチャンバー１２に配置される。次いで、サポートチャ
ンバー１２内に加圧された気体が供給され、ウェーハ１
０が周縁のリップ部２０に対して堅固に押圧される。次
いで、ウェーハ１０がめっき槽１４の上方に移動され
る。サポートチャンバー１２が加圧されると、ポンプ３
５が起動され、めっき槽１４内のめっき液３２の流量が
増加し、めっき液３２の鉛直方向の高さが上昇して、予
め選択した時間の間、ウェーハの表面１１と所望の接触
が行われる。めっき工程の最後に、ポンプ３５が停止さ
れ、めっき液レベルが降下させられる。ウェーハサポー
トチャンバー１２が、加圧状態のままで回転され、ウェ
ーハ１０やサポートチャンバー１２の周縁のリップ部２
０から余分なめっき液が取り除かれても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき液が充填された従来技術のめっき槽の断
面図で、めっき液が静止している状態を示す。
【図２】めっき液が充填された従来技術のめっき槽の断
面図で、めっき液が層流で流れている状態を示す。
【図３】従来技術のめっき槽の断面図で、剛体の機械的
部材がめっき槽の上方にめっきされるウェーハを保持し
ている様子を示す。
【図４】本発明のサポートチャンバーとめっき槽の断面
図である。
【図５】図４に示したサポートチャンバーとめっき槽の
一部の拡大詳細断面図である。
【図６】半径３００ｍｍのウェーハの半径方向の圧力分
布を示したグラフである。
【図７】図５に示したサポートチャンバーの一部の拡大
詳細断面図である。
【図８】圧力源とレギュレータを有する本発明のめっき
装置の略示ブロック図である。
【図９】本発明のサポートチャンバーの他の実施形態の
一部の拡大詳細断面図である。
【符号の説明】
１０…ウェーハ １２…サポートチャンバー １４…めっき槽 １６…周囲壁 １７…縮小された直径部分 １８…開口端 ２６…内部空間 ３２…めっき液 ３５…循環ポンプ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェーハをめっきする装置であって、 ａ．開口端を備えた周囲壁を有し、前記周囲壁がめっき
    槽の上方でウェーハを支持する支持部を形成する、前記
    開口端に隣接した縮小された直径の部分を有すると共
    に、更に圧力媒体を受容する内部空間を有しているサポ
    ートチャンバーと、 ｂ．前記サポートチャンバーを受容するための開口端を
    有するめっき槽で、更に前記めっき槽内に供給されため
    っき液へ層流を与える手段を有する前記めっき槽と、 を有する装置。
  2. 【請求項２】 前記圧力媒体が気体である請求項１に記
    載のウェーハをめっきする装置。
  3. 【請求項３】 前記周囲壁が更に、前記めっき槽の上方
    でウェーハを支持する、開口端に隣接した内方に延設さ
    れている周縁のリップ部を有する請求項１に記載のウェ
    ーハをめっきする装置。
  4. 【請求項４】 前記周縁のリップ部が、めっき液が前記
    ウェーハのめっきしないでおく部分と接触することを防
    止している請求項３に記載のウェーハをめっきする装
    置。
  5. 【請求項５】 前記周囲壁が内部にテーパを有し、前記
    開口端に隣接して前記縮小された直径部分を形成する請
    求項１に記載のウェーハをめっきする装置。
  6. 【請求項６】 前記内部のテーパが、前記めっき槽の上
    方に前記ウェーハを支持する周囲棚部(circumferential
    ledge) を有している請求項５に記載のウェーハをめっ
    きする装置。
  7. 【請求項７】 前記サポートチャンバーが更に、加圧さ
    れた気体の供給源を有している請求項１に記載のウェー
    ハをめっきする装置。
  8. 【請求項８】 前記サポートチャンバー内の前記気体
    が、前記ウェーハの縁部の近傍と前記めっき液との接触
    部におけるめっき液の圧力より高い圧力で供給される請
    求項７に記載のウェーハをめっきする装置。
  9. 【請求項９】 前記サポートチャンバーが更に、前記サ
    ポートチャンバーの気体供給源によって供給される気体
    の圧力を監視、調整、調節するレギュレータを有してい
    る請求項８に記載のウェーハをめっきする装置。
  10. 【請求項１０】 前記サポートチャンバーが回転可能で
    ある請求項１に記載のウェーハをめっきする装置。
  11. 【請求項１１】 前記サポートチャンバーが前記めっき
    槽に対して移動可能である請求項１に記載のウェーハを
    めっきする装置。
  12. 【請求項１２】 前記めっき槽に供給されためっき液に
    層流を与える前記手段が、前記めっき液を予め選択した
    レベルに上昇させる請求項１に記載のウェーハをめっき
    する装置。
  13. 【請求項１３】 前記めっき槽に供給されためっき液に
    層流を与える前記手段がポンプである請求項１１に記載
    のウェーハをめっきする装置。
  14. 【請求項１４】 前記サポートチャンバーが更に、前記
    ウェーハの縁部に接触する電極を有している請求項１に
    記載のウェーハをめっきする装置。
  15. 【請求項１５】 前記サポートチャンバーが更に、前記
    ウェーハの縁部に接触する前記リップ部に埋込まれた電
    極を有している請求項３に記載のウェーハをめっきする
    装置。
  16. 【請求項１６】 ウェーハをめっきする方法で、 ａ．めっきされるウェーハをサポートチャンバーへ移送
    し、 ｂ．前記サポートチャンバーに加圧された気体を供給
    し、 ｃ．前記めっきされるウェーハをめっき槽内のめっき液
    に接触させ、 ｄ．前記めっき液の前記ウェーハの表面との接触を、予
    め選択された時間の間維持し、 ｅ．前記めっきされるウェーハを前記めっき液から分離
    する、 ウェーハをめっきする方法。
  17. 【請求項１７】 更に前記サポートチャンバーを回転す
    る後工程を含んでいる請求項１６に記載のウェーハをめ
    っきする方法。
  18. 【請求項１８】 前記サポートチャンバー内の前記気体
    が、前記ウェーハの縁部の近傍と前記めっき液との接触
    部におけるめっき液の圧力より高い圧力で供給される請
    求項１６に記載のウェーハをめっきする方法。
  19. 【請求項１９】 前記サポートチャンバーを前記めっき
    槽に対して移動して位置決めすることによって、前記め
    っきされるウェーハが前記めっき槽内のめっき液と接触
    させられる請求項１６に記載のウェーハをめっきする方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記めっき槽内のめっき液の流量を増
    加させて、めっき液のレベルを予め選択したレベルに上
    昇させ、前記ウェーハのめっきされる表面に接するよう
    にすることによって、前記めっきされるウェーハが前記
    めっき槽内のめっき液と接触させられる請求項１６に記
    載のウェーハをめっきする方法。
  21. 【請求項２１】 前記めっき槽内の前記めっき液の流量
    を減少させ、前記めっき液のレベルを前記ウェーハの表
    面の下方に降下させることによって、前記ウェーハが前
    記めっき液から分離される請求項１６に記載のウェーハ
    をめっきする方法。
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