JP2005520930A - ウェハ表面を電気メッキするための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、チャンバ内のウェハ表面にメッキ液を導入するステップと、メッキされるべき面を通過する回転軸の周りでウェハを回転させるステップとを有し、且つその回転軸それ自体が第２の回転軸の周りで回転させられるようにウェハを移動させる更なるステップを含む、ウェハ表面を電気メッキするための方法を提供する。

Description

本発明は、ウェハ表面を電気メッキするための装置および方法であり、チャンバ内のウェハ表面にメッキ液を導入し、且つメッキされるウェハ表面を通過する回転軸の周りでウェハを回転させるステップを含む装置および方法、に関する。

現在、多年に亘って、電子的構成要素の寸法、またそれに伴って、そのような構成要素を含む製品の寸法を縮小する要求が増大してきている。このことは、集積回路デバイスの小型化を求める絶え間無い要求に繋がる。電気的構成要素の小型化を達成することの探求が遂行される特に有益な方法は、電子的デバイスの製造中に共通に採用されるリソグラフィーおよびメッキの技術の選定および適用による。そのようなメッキ技術は、一般に伝導性材料の層、および幾つかの例においてはパターン化された層を導入するために採用される。適切なリソグラフィーのパターン化、およびその後の処理を通して、多数の構成要素製品が、１つまたはそれより多くの、例えばセラミック、ガラス、またはシリコンウェハについての共通のステップによって製造され得る。

それゆえ、多数のデバイスがそのようなウェハに形成される範囲で、少なくとも非常に類似した構造的寸法、および密接に類似した動作特性を呈するデバイスを製造することが当然に望ましい。

しかしながら、幾分か不都合なことに、既知の電気メッキプロセスにあっては、被覆される金属の厚みプロファイルが不都合に不均一であることが見出されている。

それゆえ、電気メッキを通しての伝導性金属層の形成におけるそのような制限は、不都合なことに、そのような大量生産法を通して製造され得るとともに、その反対に作用する有用な機能デバイスの数を制限し、また歩留まり高にも悪影響を及ぼす。

提示される変形の量は、使用される特定の電気メッキ槽およびウェハが処理される方法にも依存する。他の要素は、電気メッキセルのサイズおよび形状、空乏効果、およびいわゆるホットエッジおよび終端効果を含む。電気メッキ層厚において生ずる変形は、一般に標準偏差という言葉で説明され、そして既知の製造法について、１０％を超える標準偏差を呈するウェハを製造することは珍しくない。

現行の電気メッキシステムは、内部でメッキ液が底部領域からその上端部領域へ上向きに流れさせられるセルを採用していることが知られている。ウェハはセルの上端部に配置され且つメッキされるべき面を垂直に通過する回転軸の周りで回転させられる。メッキ液がウェハ上を流れるに連れて、流れはウェハの縁部へ向けて偏向され、その後セルを出て行く。しかしながら、ウェハ上の液流における不均一性から、結果として電気メッキの不均一性の問題が生ずる。ウェハの中央領域は、ウェハの周囲領域のそれとは異なる流場を一般に有する。さらに重要なことには、そのような既知の装置において、ウェハの配置は危険を伴うものであって、そのような配置における最小の誤差でさえも電気メッキ層の厚みにおける大きな変動に、また、それゆえ、標準偏差の所望されない高い値に繋がる。

そのような現行のシステムは、米国特許ＵＳ−Ａ−６０１７４３７号明細書および日本国特許ＪＰ−Ａ−０４０４１６９８号明細書により知られている。

連続的なメッキ槽の分析に伴う、メッキセル内のウェハを取り扱う技術の使用を示すさらに改善されたシステムも提案されている。そのような態様は、均一性および層厚を増大させまた、それゆえ、低い標準偏差の値を達成するために、リアルタイムで処理に適合調整させるための試みにおける電気メッキの進行を監視するのに役立つ。３％の標準偏差値が達成され得ることが示されているとはいえ、そのようなシステムは、不都合なことに高価で且つ複雑であると考えられる。

本発明は、既知のそのような装置および方法を上回る優位性を呈する電気メッキの装置および方法を提供することを目的としている。

本発明の１つの態様によれば、上記されたウェハ表面を電気メッキする方法が提供され、この方法は、その回転軸それ自体が第２の回転軸の周りで回転させられるようにウェハをさらに移動させるステップを特徴とする。

この方法においては、メッキ液が非常に乱れた態様でウェハ表面に沿って流れさせられ得るとともに、画定される２つの回転は、ウェハ上の全ての非対称メッキ現象を平均化するのに役立つことが確定される。その後、均一な電気メッキ層が展開され得る。

さらに、提案されたシステムは比較的安価であり、そして既知の問題および制限に対して比較的単純な操作上の解決策を提供することが見出されている。特に、メッキ溶液の連続的な監視は必要とされず、そして当該方法は、クリーン・ルーム環境の内側または外側のいずれにおいても採用され得る。当該方法は小さな設置面積を呈する装置によって達成され得るとともに、非常に大量の製造に特に適している。

請求項２の特徴は、層厚の均一性を達成するのに特に有利である。

請求項３、請求項４および請求項５の特徴は、小型で、しかし有効な構成および操作の方法を達成するための本発明の特に有利な実施形態に関連している。

本発明の他の態様によれば、ウェハを収容し且つその内部にメッキ液が導入されるべきチャンバと、ウェハを支持し且つメッキされるべきウェハ表面を通過する軸の周りで該ウェハを回転させるための被駆動支持手段とを含む、ウェハ表面を電気メッキするための装置であって、その回転軸それ自体がチャンバ内で第２の回転軸の周りで回転するようにウェハ支持体を移動させるべく配設される、更なる被駆動支持手段を特徴とする装置が提供される。

本発明のより進んだ態様によれば、ウェハを支持するため、そしてメッキされるべきウェハ面を通過する回転軸の周りのウェハの回転のための第１の手段を具備する、メッキされるべき面を有するウェハを支持するための支持装置であって、前記第１の手段を支持するため、および前記第１の手段の前記回転軸が第２の回転軸の周りを回転するようなやり方で前記第１の手段を移動させるために配設された第２の手段を特徴とする支持装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、ウェハ表面を電気メッキするステップを含む電子デバイスを製造する方法が提供される。このことは、より均一な厚みを有する層をもたらす。それゆえ、歩留まりが最適化され、且つアラインメントが改善され得る。さらに、ウェット・エッチングの間、サイズパターンは層厚に依存している。より均一な厚みは、それゆえより均一で且つより制御可能なパターンサイズをもたらす。電子デバイスの例は、半導体デバイス、受動回路網、マイクロエレクトロメカニカル構成要素等である。
以下において、本発明は、単なる例として添付図面を参照しながら更に説明される。

まず、図１においては、本発明を実施するシステムの一部を形成する電気メッキセル１０の断面が図解されている。

電気メッキセルは、当該槽１２の下側面の中央部分から上方に垂直に延びる入口ダクト１４を有する槽１２を備えている。入口ダクト１４は、当該技術において一般に知られている方法による槽１２へのメッキ液の導入を可能としている。メッキ液は、矢印Ａで示される態様で槽１２内へ、そして槽１２中の至る所に流れるように導入される。それゆえ、メッキ液は、入口ダクト１４の何れかの側を循環し、且つ槽１２の上側周縁領域に配設される出口開口１６を経由して槽１２から流出することが分かる。出口開口１６はまた、槽１２との組合せで電気メッキセル１０の寸法を画定するのに役立つ、横に延びるウェハ取り付け構成によって画定される。矢印Ａはまた、ウェハ取り付け構成１８のすぐ近くに近接する領域において、メッキ液が槽内をどのように流れるかを示すのにも役立っている。さらに詳細には、本発明の重要な態様として、取り付け構成１８はモータ装置（図示せず）によって矢印Ｂの方向に回転させられるシャフト２２から吊下され、そして該シャフト２２に駆動的に連動する円形の取り付け板２０を含んでいる。

取り付け板２０内に回転可能に取り付けられているのは、取り付け板２０の下側面と組み合わされて槽１２の上側面を定義する下側面２６を有する円形ウェハ保持部２４である。円形ウェハ保持部２４は、矢印Ｃの方向にウェハ保持部２４を回転させる役割を持つモータ（図示せず）のような駆動装置に結合されるシャフト１６に結合されている。

図解された例においては、ウェハ保持部２４は陰極を形成し、且つ槽１２の下側面は横に延びる陽極２８を含むべく構成されている。

取り付け部材２０および円形ウェハ保持部２４の相対的配置および回転は、図２を参照してさらに説明される。

被駆動シャフト１６は、矢印Ｃにより示されるような態様でウェハ保持部２４を回転させるようにするとともに、被駆動シャフト２２は同様に、矢印Ｂの反対の方向に取り付け板２０を回転させる役割を持つことが理解される。これにより、回転する円形ウェハ取り付け板２４を、セル１０の周縁領域に沿う通路を追跡して中央シャフト２２の周りを周回させることになる。

事実上、ウェハ保持部２４の回転軸はそれ自体が、取り付け板２０の回転軸の周りを回転させるようにされ、図解された例においては前記２つの回転軸が実質的に平行である。このようにして、ウェハ保持部２４の下側部２６に取り付けられたウェハ（図示せず）は、それゆえ、ウェハの表面を覆うメッキ液の流れを作るような態様で、セル１０の上側領域を動き回る。セル内に流体を導入するためのポンプによって、乱流が流体に導入され得る。

このような態様で槽に対するウェハの取り付けおよび回転は、先行技術と比較されたときに本発明に優位性を与えることが分る。特に、ウェハがそのように回転される態様は、それがなければ電気メッキのプロセスの間に生ずる全ての一般的な非対称現象を平均化するのに役立つ。

それゆえ、本発明の優位性は、比較的単純で且つコスト効率の良い装置によって、また、標準的なメッキ溶液を採用して、達成され得る。メッキ溶液の連続的な監視は必要とされず、且つ当該装置はクリーン・ルーム環境の外側でも有利に使用され得る。装置は、有利には、小さな設置面積を持ち得て、それゆえ、非常に大量の製造の要求に使用するために特に適している。

陽極２８は大きな表面積を有しており、望ましくは金のような不活性材料で形成されることが理解される。ウェハに沿う流れ計測は良く展開された乱流を示し、システムが２つのモードで有利に操作され得ることが分る。最初に、すなわち、ＤＣ（直流）モードにおいて、定電流が陽極２８と陰極２４の間に印加される。二者択一的に、リバース・パルスメッキ（ＲＰＰ）モードにおいて、電流は陽極２８と陰極２４との間に周期的に保有される。陽極電流の強度は陰極電流とは異なり、且つ陽極時間と陰極時間とは等しくないことが分っていることが理解される。本発明を実施するシステムおよび２つの異なるウェハに関して試験が行われている。

まず、そこに構成が形成されていないウェハがメッキされ、且つＲＰＰモードにおける最も低い標準偏差は２．５％であることが分った。そのような結果は、６インチ（１５．２４ｃｍ）のウェハ上でＲＰＰモードにおいて７．５ｕｍ銅被覆層の層厚分布を示す以下の表１において、そして図３および図４に関しても、さらに説明されている。

また、メッキされ且つその上に微細構造がリソグラフィー的に形成されたウェハは、ＤＣモードにおいて２．５％の範囲で標準偏差をも呈する。層は、銅の層でメッキされている。しかしながら、クローム・ニッケルおよび合金のような材料が本発明の方法によってメッキされても良い。
これらの標準偏差の低い形態は、本発明の有利な特性を確実にするのに役立つ。

すなわち、本発明は、電気メッキ装置およびこの装置を用いる電気メッキのための方法に関する。装置は、（支持板上で）ウェハを回転させるための第１の被駆動支持手段が設けられる。チャンバ内の第２の回転軸の周りでウェハを回転させる第２の被駆動支持手段が、さらに設けられる。
したがって：
いかなるサイズでもよいが、特に４から１４インチのウェハが適している。

ウェハは回転可能板上に存在し、該回転可能板はそれも回転する支持板に結合される。それゆえ、ウェハは２つの回転動作に供され、該２つの回転動作は、スピード、方向、および回転軸の配置に関して、互いに異なり得る。
支持板および回転可能板の完全なシステムは、１つのチャンバ内に存在する。

有効性を議論するために、我々は、最初に新規性を、そしてその後に進歩性を議論するであろう。新規性は、本発明が何らかの文献から完全に公知であるかどうかを調査することによって審査される。進歩性は、当業者が、入手可能な文献を組み合わせることによって本発明をいかなる問題もなしに想到することができたかを調査することによって、審査される。

本発明を実施するメッキ装置の、セル形成部分を通しての概略断面図である。 図１の実施形態において採用されている、ウェハ支持体および支持板の平面図である。 本発明を実施する方法に従い且つ表１の値を説明する、メッキされたウェハを横切る断面厚における変化の図式的な表現である。 図３のウェハメッキのための、全ての厚みデータの図式的な表現である。

Claims (18)

1. チャンバ内のウェハ表面にメッキ液を導入するステップと、メッキされるべき面を通過する回転軸の周りでウェハを回転させるステップとを有する前記ウェハ表面を電気メッキする方法であって、その回転軸それ自体が第２の回転軸の周りで回転させられるように前記ウェハをさらに移動させるステップを特徴とする、方法。
2. 前記ウェハは、前記回転軸とチャンバの外側壁との間に配置される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ウェハは、実質的に円形のウェハ支持体上に配置され且つ前記ウェハの回転軸は、円形支持体の中心を通過する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ウェハを保持する実質的に円形の前記ウェハ支持体は、それ自体が前記第２の回転軸の周りで回転するように前記円形支持板上に支持されるべく配設された請求項３に記載の方法。
5. 実質的に円形の前記ウェハ支持体、前記ウェハおよび前記円形支持板は、回転偏心円として回転するべく駆動される、請求項４に記載の方法。
6. 前記回転軸の周りのそれぞれの回転は、反対の方向である、請求項１ないし５の何れか一に記載の方法。
7. 前記第２の回転軸は、前記ウェハを通過する前記回転軸に対して実質的に平行である、請求項１ないし６の何れか一に記載の方法。
8. 前記ウェハを収容し且つその内部にメッキ液が導入されるべきチャンバと、前記ウェハを支持し且つメッキされるべきウェハ表面を通過する軸の周りで該ウェハを回転させるための被駆動支持手段とを備えるウェハ表面を電気メッキするための装置であって、その回転軸それ自体がチャンバ内で第２の回転軸の周りで回転させられるようにウェハ支持体を移動させるべく配設された更なる被駆動支持手段を特徴とする、装置。
9. 前記第２の回転軸とチャンバの外側壁との間に前記ウェハを位置させるための手段を含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記ウェハを支持するための被駆動支持手段は、円形部材を具備した請求項８または９に記載の装置。
11. 前記更なる被駆動支持手段は、円形部材を具備した請求項１０に記載の装置。
12. ２つの円形部材は、偏心円部材として配設された請求項１１に記載の装置。
13. 前記回転軸の周りのそれぞれの回転は、反対の方向となるように配設された、請求項８から１２の何れか一に記載の装置。
14. 前記第２の回転軸は、前記ウェハを通過する前記回転軸に対して実質的に平行な、請求項８から１３の何れか一に記載の装置。
15. 前記ウェハを支持するため、およびメッキされるべきウェハ面を通過する回転軸の周りの前記ウェハの回転のための第１の手段を有する、メッキされるべき面を有する前記ウェハを支持するための支持装置であって、前記第１の手段を支持するためであり、かつ前記第１の手段の前記回転軸が第２の回転軸の周りを回転するようなやり方で前記第１の手段を移動させるために配設された第２の手段を特徴とする支持装置。
16. 請求項１３に記載され且つ、請求項７から１２の何れか一に記載された装置に使用するために配設された支持装置。
17. 前記第２の軸は、前記第１の手段の回軸に実質的に平行である、請求項１５または１６に記載の支持装置。
18. 請求項１ないし７の何れか一に従ってウェハ表面を電気メッキするステップを含む、電子的デバイスを製造する方法。

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