JP2005126754A - Electroplating cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気メッキ装置、特に被処理物上に均一な電気めっきを施すためのフロー分配手段を備えた電気メッキ装置に関するものである。 The present invention relates to an electroplating apparatus, and more particularly to an electroplating apparatus provided with flow distribution means for performing uniform electroplating on an object to be processed.
IC(集積回路)の高集積化に伴い、高密度ICにおける配線の形成にIC表面領域だけではもはや十分でない。また、金属酸化物半導体トランジスタの小型化によって、所定の表面領域内により多くの配線が必要となっている。そこで、マルチレベルメタライゼーションプロセス(MMP:Multilevel Metallization Process)がIC製造に汎用されている。 With the high integration of ICs (integrated circuits), the IC surface region alone is no longer sufficient for the formation of wiring in high density ICs. In addition, with the miniaturization of metal oxide semiconductor transistors, more wiring is required in a predetermined surface region. Therefore, a multilevel metallization process (MMP) is widely used for IC manufacturing.
MMPにおいては、接点開口や誘電体開口がまずエッチング除去によって形成され、次いでこれらに金属が充填され接点プラグやバイアプラグ(via plug)が形成される。次に、金属配線が接点プラグやバイアプラグに接続される。一般に、物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD)もしくは電気メッキが金属層を成長させる方法として利用されている。これらの方法において、PVDやCVDにかかるコストは電気メッキに要するコストに比して高く、PVDおよびCVDに共通してみられるギャップ充填時における欠陥は、配線の品質を低下させる。さらに、PVDやCVDにおける場合ほど電気メッキ工程においてクリーンルームの必要性は高くない。したがって、金属配線を成長させるために電気メッキを利用することは、IC製造における金属層の形成にとってより良い選択と言える。 In MMP, contact openings and dielectric openings are first formed by etching and then filled with metal to form contact plugs and via plugs. Next, the metal wiring is connected to the contact plug or via plug. In general, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) or electroplating is used as a method for growing a metal layer. In these methods, the cost required for PVD and CVD is higher than the cost required for electroplating, and defects during gap filling, which are common to PVD and CVD, reduce the quality of wiring. Furthermore, the need for a clean room in the electroplating process is not as high as in PVD and CVD. Therefore, using electroplating to grow metal interconnects can be a better choice for forming metal layers in IC manufacturing.
図1に従来の電気メッキ装置の一例を示す。この電気メッキ装置100は、ウエハ102に電気メッキするために用いられる。ウエハ102は、活性表面102aと背面102bとを有する。活性表面102aの中心付近が電気メッキ領域102cであり、活性表面102aの周縁には少なくと1つの電気接点102dが設けられている。また、電気メッキ領域102cには複数のバイアホール(図示せず)が設けられている。
FIG. 1 shows an example of a conventional electroplating apparatus. The
電気メッキ装置100は、外部浴槽104、内部浴槽106、網状アノード電極108、カソード電極110、およびメッキ液供給装置112とで構成される。内部浴槽106は、漏斗形状を有し、外部浴槽104内に大きい方の開口が下を向くように配置される。内部浴槽の下部開口は外部浴槽よりも小さく設計されている。網状アノード電極108は、内部浴槽106の内部に配置される。カソード電極110は、外部浴槽の底部に配置され、ウエハ102の電気接点102dに電気的に接続される。カソード電極110は、ウエハ102aと外部浴槽104とをぴったりと連結し、メッキ液が洩れ出るのを防いでいる。
The
メッキ液供給装置112は、内部浴槽106の小さい方の開口を介して内部浴槽106内にメッキ液を供給する。供給されたメッキ液は内部浴槽106から外部浴槽104に向かって流れ、内部浴槽と外部浴槽との間の隙間を介して外部浴槽内を満たす。その後、メッキ液はメッキ液供給装置112に戻され、メッキ液の循環が完了する。このように、外部浴槽106および内部浴槽104内に新しいメッキ液を供給することができる。
The plating
ICの高集積化にともない、回路の構成要素の寸法が減少し、ウエハ上のバイアホールの寸法もそれに対応して小さくなっているので、従来の電気メッキプロセスにおいては、ウエハ上に形成された金属層にむらが生じたり、金属層がバイアホール内に部分的にしか充填されないといった問題があった。 As ICs are highly integrated, the size of circuit components has decreased, and the size of via holes on the wafer has also decreased correspondingly. There are problems such as unevenness of the metal layer and the metal layer being only partially filled into the via hole.
したがって、本発明は、従来の電気メッキ装置の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ウエハ上にメッキ液の均一な分布を実現して、ウエハ上に均一な金属層を形成できるとともに、バイア内への金属層の良好な充填を達成可能なメッキ装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the conventional electroplating apparatus, and the object of the present invention is to realize a uniform distribution of the plating solution on the wafer so that it is uniform on the wafer. An object of the present invention is to provide a plating apparatus capable of forming a metal layer and achieving good filling of the metal layer into the via.
すなわち、本発明のメッキ装置は、メッキ領域、およびその周縁に少なくとも1つの電気接点を有する被処理物に電気メッキを施すための装置であって、下部に被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)、すなわち処理空間を内部に有する浴槽と、浴槽内に配置される網状アノード電極と、被処理物インターフェースの周縁に配置され、被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極と、網状アノード電極と被処理物との間に配置されるフロー分配手段(flow-distribution device)とを具備し、フロー分配手段は、被処理物に対して一様な流圧でメッキ液の均一な分布を提供するための複数のフロー分配孔を有することを特徴とする。 That is, the plating apparatus of the present invention is an apparatus for performing electroplating on an object to be processed having at least one electrical contact on the plating region and the periphery thereof, and the object to be processed is disposed below. An interface (workpiece interface), that is, a bath having a processing space therein, a mesh anode electrode disposed in the bath, and a peripheral edge of the workpiece interface, and electrically connected to an electrical contact of the workpiece A cathode-electrode and a flow-distribution device disposed between the mesh anode electrode and the object to be processed; It has a plurality of flow distribution holes for providing a uniform distribution of liquid.
要するに、本発明の電気メッキ装置は、内部に被処理物が配置され、固定される浴槽を有し、網状アノード電極が浴槽内に配置され、カソード電極は浴槽の底部に配置されて被処理物の周縁にある電気接点に電気的に接続され、フロー分配手段は、複数の孔を有し、これらの孔を介してメッキ液を被処理物上に均一に分配することを特徴とする。 In short, the electroplating apparatus of the present invention has a bathtub in which an object to be processed is arranged and fixed, a mesh anode electrode is arranged in the bathtub, and a cathode electrode is arranged at the bottom of the bathtub. The flow distribution means has a plurality of holes, and the plating solution is uniformly distributed on the object to be processed through these holes.
本発明の好ましい実施形態として、フロー分配手段は絶縁材料で構成されることが好ましく、フロー分配手段の複数の孔はフロー分配手段に均一に分布し、孔の形状は円錐形状もしくは円筒H形状であることが好ましい。 As a preferred embodiment of the present invention, the flow distribution means is preferably made of an insulating material, and the plurality of holes of the flow distribution means are uniformly distributed in the flow distribution means, and the shape of the holes is a conical shape or a cylindrical H shape. Preferably there is.
また、浴槽は、メッキ液の流入口と少なくとも一つのメッキ液の排水口と具備することが好ましい。この場合、メッキ液は、流入口を介して浴槽内に供給され、網状アノード電極およびフロー分配手段を経て被処理物上にメッキ液の均一に分布する流れが提供される。次いで、メッキ液は排水口を介して浴槽の外部に排出され、新鮮なメッキ液が再び流入口を介して浴槽内に供給される。このようにメッキ液を循環させることで常に新鮮なメッキ液を被処理物のメッキ領域に供給することができる。 Moreover, it is preferable that the bathtub comprises a plating solution inlet and at least one plating solution drain. In this case, the plating solution is supplied into the bath through the inlet, and a flow in which the plating solution is uniformly distributed on the workpiece is provided via the mesh anode electrode and the flow distribution means. Next, the plating solution is discharged to the outside of the bathtub through the drain port, and fresh plating solution is again supplied into the bathtub through the inlet. By circulating the plating solution in this way, a fresh plating solution can always be supplied to the plating region of the object to be processed.
さらに、上記した浴槽は、外部浴槽と内部浴槽とで構成されることが好ましい。この場合、被処理物が固定される被処理物インターフェースは外部浴槽内に設計され、内部浴槽は外部浴槽内に配置される。また、フロー分配手段は、メッキ液が被処理物インターフェースに向かって流れるように内部浴槽内に配置される。外部浴槽は、メッキ液の排水口を有し、内部浴槽はメッキ液の流入口を有する。このような構成において、メッキ液は流入口から内部浴槽内に流れ込み、網状アノード電極およびフロー分配手段を経て被処理物インターフェース領域に到達する。メッキ液はフロー分配手段によってその流れ及び流圧が均一にされて被処理物インターフェース領域に配置された被処理物に接触する。メッキ液は被処理物インターフェースを通過した後、外部浴槽の排水口を介して外部浴槽から排出される。このように、流入口を介してのメッキ液の供給と排出口からのメッキ液の回収を継続することにより、被処理物インターフェースには常に新鮮なメッキ液を循環的に供給することができる。 Furthermore, it is preferable that an above-described bathtub is comprised with an external bathtub and an internal bathtub. In this case, the workpiece interface to which the workpiece is fixed is designed in the external bathtub, and the internal bathtub is arranged in the external bathtub. The flow distribution means is disposed in the internal bath so that the plating solution flows toward the workpiece interface. The external bathtub has a plating solution drain and the internal bath has a plating solution inlet. In such a configuration, the plating solution flows from the inlet into the internal bath and reaches the workpiece interface region via the mesh anode electrode and the flow distribution means. The plating solution is made uniform in flow and flow pressure by the flow distribution means and comes into contact with the workpiece disposed in the workpiece interface area. After passing through the workpiece interface, the plating solution is discharged from the external bathtub through the drain port of the external bathtub. In this way, by continuing the supply of the plating solution through the inlet and the recovery of the plating solution from the discharge port, it is possible to constantly supply fresh plating solution to the workpiece interface in a circulating manner.
本発明の電気メッキ装置は、被処理物に対してメッキ液の均一な流れ及び流圧を提供し、被処理物の表面に均一にメッキ液を分布させるためのフロー分配手段をメッキ浴内に有するので、金属層を被処理物上に均一に成長させることができる。 The electroplating apparatus of the present invention provides a uniform flow and flow pressure of the plating solution to the object to be processed, and a flow distribution means for uniformly distributing the plating solution on the surface of the object to be processed in the plating bath. Therefore, the metal layer can be uniformly grown on the workpiece.
本発明のさらなる目的および効果は、以下の発明を実施するための最良の形態からさらに明確に理解することができる。 Further objects and advantages of the present invention can be more clearly understood from the following best mode for carrying out the invention.
本発明の好ましい実施形態にかかる電気メッキ装置の断面図およびこの電気メッキ装置の内部浴槽の斜視図を図2および図3にそれぞれ示す。 A sectional view of an electroplating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention and a perspective view of an internal bath of the electroplating apparatus are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
図2および図3に示すように、本発明の電気メッキ装置200は、浴槽201、網状アノード電極206、フロー分配部材208、カソード電極210、およびメッキ液供給装置212とで構成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施形態においては、浴槽201は外部浴槽202と内部浴槽204とでなる。外部浴槽202には、メッキされるべき被処理物が配置される被処理物インターフェース202aが設けられる。被処理物インターフェース202aは被処理物にメッキ処理が施される処理空間に相当し、本実施形態では被処理物であるウエハ214を電気メッキするために設計されている。
In the present embodiment, the bathtub 201 includes an external bathtub 202 and an
被処理物であるウエハ214は、被処理物インターフェース202aの下部に配置され、封止手段(図示せず)によりウエハ214が外部浴槽202の下端にしっかりと連結される。これにより、ウエハ214は外部浴槽の底部を完全に封止してメッキ液を外部浴槽内に貯めることができる。ウエハ214は、活性領域214aと不活性領域214bを有する。活性領域214aの中心部はメッキ領域214cであり、その周縁には少なくとも一つの電気接点214dが設けられている。また、複数のバイアホール(図示せず)がメッキ領域214cに設けられている。例えば、内部浴槽204は漏斗形状に形成され、図2に示すように外部浴槽内に配置される。すなわち、内部浴槽204の大きい方の開口204aが下を向くように配置され、メッキ液が供給される内部浴槽の小さい方の開口204bが上を向くように外部浴槽内に配置される。内部浴槽204の大きい方の開口204aの直径は外部浴槽202の直径よりも小さく、大きい方の開口204aと外部浴槽202の被処理物インターフェース202aとの間に空間が提供される。
A
網状アノード電極206は内部浴槽の内側に配置され、網状アノード電極206と大きい開口204aとの間には空間が提供される。
The mesh-
フロー分配部材208は、網状アノード電極206と被処理物であるウエハ214との間に配置される。例えば、フロー分配部材208は所定パターンで配列させた複数のフロー分配孔を有し、内部浴槽204の大きい方の開口204a付近に配置される。フロー分配孔208aの配列パターンとしては、フロー分配孔208aはフロー分配部材208に均一に分布するように形成することが好ましく、例えば、図4に示すような位置関係となるように複数のフロー分配孔を配置することが好ましい。図4はフロー分配部材208の部分上面図を示しており、横方向に隣接するフロー分配孔は距離Yで離されており、斜め方向に隣接するフロー分配孔208aは距離Zで離されている。すなわち、これら3つのフロー分配孔の中心は略正三角形を構成するように配置される。
The
本発明においては、フロー分配孔208aの形成により、ウエハ上におけるメッキ液の摂動(perturbation motion)が増大し、これが不均一に分散された流体の流れおよび流圧を補償するので、結果的に、金属層をウエハ214上に均一に成長させることができる。したがって、不均一な金属層の形成やバイアホールの不完全な充填などを効果的に防ぐことができるのである。尚、本実施例では、フロー分配部材208は内部浴槽204とは個別に開口204a付近に設けられているが、フロー分配部材208と内部浴槽204を一体構造となるように形成してもよい。
In the present invention, the formation of the
フロー分配孔の形状としては、例えば、図5のフロー分配部材208の厚み方向における部分断面図に示されるように、フロー分配孔208aの形状を円錐形状とすることが好ましい。すなわち、フロー分配部材の一方の表面に開口する孔の直径が、対向する側の表面に開口する孔の直径よりも大きくなるように、等脚台形でなる断面を有するフロー分配孔とすることが好ましい。この場合、円錐形状の孔の小さい方の開口をウエハ214のメッキ領域214cに向けて配置することが好ましい。
As the shape of the flow distribution hole, for example, as shown in the partial cross-sectional view in the thickness direction of the
また、フロー分配孔208aの別の好ましい形状として、図6に示されるような円筒H形状の断面を有することが好ましい。ここで、円筒H形状とは、図6に示されるような、フロー分配部材の一対の表面に貫通孔を形成した後、その貫通孔の入口付近及び出口付近においてテーパ部を形成して内部に比べて開口径を大きくした形状を含むものとして定義される。このような形状は、例えば、ドリルによる穴あけ加工によって形成できる。好ましくは、円筒型H形状を有する孔は、図4(c)に示されるような異なる直径を有することが好ましい。フロー分配部材208とウエハ214との間の距離は、例えば0.1mm〜500mmの範囲とすることができる。このような形状とすることにより、フロー分配孔の入口付近に達したメッキ液は一旦テーパ部で集束された後、出口付近のテーパ部で再びメッキ液が放散されてフロー分配孔を通過することになる。
Further, as another preferable shape of the
カソード電極210は、外部浴槽202内に被処理物インターフェース202aの横方向に隣接して配置され、ウエハ214の電気接点に電気的に接続される。このように、カソード電極はウエハ214に電気的に連結される。
The cathode electrode 210 is disposed in the external bath 202 adjacent to the
電気メッキ液供給装置212はメッキ液を汲み上げ、内部浴槽204の開口204bを介して内部浴槽204内にメッキ液を供給する。メッキ液は網状アノード電極206およびフロー分配部材208を経て被処理物であるウエハ214に到達する。次いで、メッキ液は内部浴槽204と外部浴槽202との間の隙間を介して外部浴槽に流れ込み、外部浴槽がメッキ液で満たされる。その後、メッキ液は排水口を介してメッキ液供給装置に戻され、メッキ液の循環が完了する。このメッキ液を循環させることにより内部浴槽および外部浴槽内には常に新鮮なメッキ液が提供される。
The electroplating
上記した本発明の好ましい実施形態にかかる電気メッキ装置を用いて、以下のように電気メッキを行うことができる。 Electroplating can be performed as follows using the above-described electroplating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
図2に示すように、ウエハ214が外部浴槽202の被処理物インターフェース202aの下側に配置され、カソード電極210がウエハ214の電気接点214dに電気的に接続される。封止手段(図示せず)によってウエハ214が外部浴槽202にぴったりと連結され、ウエハ214は外部浴槽の底板を形成する。これによりメッキ液を外部浴槽内に貯めることができる。
As shown in FIG. 2, the
メッキ液供給装置212は、メッキ液を汲み上げて開口204bを介して内部浴槽204内に供給する。メッキ液はフロー分配部材208のフロー分配孔208aを介して外部浴槽202内に流れ込む。フロー分配孔208aは、ウエハ214にメッキ液の一様な流れと流圧を提供するように、すなわちメッキ液が被処理物のウエハの少なくともメッキ領域に均一に分配されるように設計されている。これにより、ウエハ214のメッキ領域に設けられたバイアホールの各々にメッキ液を均一に供給することができる。
The plating
その後、メッキ液は内部浴槽204と外部浴槽202との間の空間を介して徐々に外部浴槽内を満たしてゆく。外部浴槽内を満たしたメッキ液はメッキ液供給装置212に排水口を介して戻され、メッキ供給装置−内部浴槽−被処理物−外部浴槽−メッキ供給装置でなるメッキ液の循環経路が形成される。電気メッキを行う際は、電源に接続された網状アノード電極とカソード電極に電力を供給すればよい。電気メッキ中、メッキ液は均一に被処理物のメッキ領域に分散され、一様な流圧でウエハに供給されるので、金属はウエハの各バイアホール内おいて均一に成長することができて、メッキ液の不均一な流れによってバイアホール内に不完全な金属の充填が生じるのを効果的に防止することができる。
Thereafter, the plating solution gradually fills the inside of the external bathtub through the space between the
本発明の実施形態において、電気メッキ浴201は外部浴槽202と内部浴槽204とで構成されているが、本発明を実施するために単一の電気メッキ浴内にフロー分配部材を一体に設けても良い。この場合においても、ウエハの各バイアホール内に金属層を均一に成長させることができる。従って、不均一な金属層の形成や不完全なバイアホール内への金属の充填などの不具合の発生を解消することができる。
In the embodiment of the present invention, the electroplating bath 201 is composed of an external bathtub 202 and an
以上、本発明にかかる電気メッキ装置を好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、これらは本発明の技術思想を理解するためのものであって、本発明を限定する意味に解釈されるべきでない。また、本発明の技術思想を逸脱しない限りにおいて、本発明の構成を適宜変更してもよいことは言うまでもない。 As mentioned above, although the electroplating apparatus concerning this invention has been demonstrated based on preferable embodiment, these are for understanding the technical idea of this invention, and should not be interpreted in the meaning which limits this invention . Needless to say, the configuration of the present invention may be changed as appropriate without departing from the technical idea of the present invention.
上記したように、本発明の電気メッキ装置によれば、内部浴槽204と外部浴槽202とでなる電気メッキ浴201が一様な流圧でメッキ液をウエハ214上に均一に分散させるためのフロー分配部材208を備え、メッキ液供給装置212によってメッキ液を循環させているので、常に新鮮なメッキ液をウエハ214に供給しながら、各バイアホール内に均一にメッキ液を到達させて電気メッキを行うことができる。したがって、IC製造に電気メッキプロセスを採用する場合に、ウエハ上に形成された金属層にむらが生じたり、金属層がバイアホール内に部分的にしか充填されないといった問題を解消でき、高品質で均一な電気メッキを効率よく被処理物に提供することができる電気メッキ装置として期待されている。
As described above, according to the electroplating apparatus of the present invention, the flow for the electroplating bath 201 composed of the
200 電気メッキ装置
202 外部浴槽
202a 被処理物インターフェース
204 内部浴槽
204a、204b 開口
206 網状アノード電極
208 フロー分配部材
210 カソード電極
214 ウエハ
214a 活性領域
214b 不活性領域
214c メッキ領域
214d 電気接点
200 Electroplating apparatus 202
Claims (7)
前記被処理物が配置される被処理物インターフェース(workpiece interface)を有する外部浴槽;
外部浴槽の内部に同軸状に配置される内部浴槽、前記内部浴槽は、メッキ液を被処理物インターフェースに向かわせるため内部浴槽の第1開口付近にフロー分配手段インターフェース(flow-distribution device interface)を有し、前記フロー分配手段インターフェースに配置されるフロー分配手段は、被処理物のメッキ領域に対して一様な流圧でメッキ液の均一な分布を提供するための複数のフロー分配孔を有する;
前記内部浴槽に配置される網状アノード電極;
前記外部浴槽の被処理物インターフェースの周縁に配置され、前記被処理物の電気接点に電気的に接続されるカソード電極;
前記内部浴槽の第2開口に接続され、第2開口を介してメッキ液を内部浴槽に供給するためのメッキ液供給装置、前記メッキ液は前記網状アノード電極とフロー分配手段を経て流れた後、前記外部浴槽の排水口を介して排出され、リフレッシュされる。 An electroplating apparatus for performing electroplating on an object to be processed having at least one electrical contact at a plating area and its peripheral edge, wherein the electroplating apparatus includes the following configuration:
An external bathtub having a workpiece interface in which the workpiece is disposed;
An internal bathtub coaxially arranged inside the external bathtub, the internal bathtub has a flow-distribution device interface near the first opening of the internal bathtub to direct the plating solution to the workpiece interface. The flow distribution means disposed at the flow distribution means interface has a plurality of flow distribution holes for providing a uniform distribution of the plating solution with a uniform flow pressure with respect to the plating area of the workpiece. ;
A mesh anode disposed in the internal bath;
A cathode electrode disposed at a peripheral edge of the workpiece interface of the external bathtub and electrically connected to an electrical contact of the workpiece;
A plating solution supply device connected to the second opening of the internal bath and supplying the plating solution to the internal bath through the second opening; after the plating solution flows through the mesh anode electrode and the flow distribution means; It is discharged through the drain of the external bathtub and refreshed.
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