JP2008095157A - Plating device and plating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、めっき装置及びめっき方法に係り、特に、半導体ウェーハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体(配線材料)を埋込んで埋込み配線を形成するのに使用されるめっき装置及びめっき方法に関する。 The present invention relates to a plating apparatus and a plating method, and more particularly, to form a buried wiring by embedding a conductor (wiring material) such as copper or silver in a wiring recess provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a plating apparatus and a plating method used.
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅(Cu)を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細な配線用凹部の内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、CVD、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学的機械的研磨(CMP)により不要の銅を除去するようにしている。 In recent years, as a metal material for forming a wiring circuit on a semiconductor substrate, a movement of using copper (Cu) having a low electrical resistivity and a high electromigration resistance instead of aluminum or an aluminum alloy has become prominent. This type of copper wiring is generally formed by embedding copper in a fine wiring recess provided on the surface of the substrate. As a method of forming this copper wiring, there are methods such as CVD, sputtering, and plating. In any case, copper is formed on almost the entire surface of the substrate, and unnecessary copper is formed by chemical mechanical polishing (CMP). To be removed.
図1は、この種の銅配線基板Wの一製造例を工程順に示す。先ず、図1(a)に示すように、半導体素子を形成した半導体基材1上の導電層1aの上にSiO2からなる酸化膜やLow−k材膜等の絶縁膜2を堆積し、この絶縁膜2の内部に、リソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのコンタクトホール3とトレンチ4を形成する。その上にTa,TaN,TiN,WN,SiTiN,CoWPまたはCoWB等からなるバリア層5、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層7を形成する。
FIG. 1 shows a manufacturing example of this type of copper wiring board W in the order of steps. First, as shown in FIG. 1A, an
そして、図1(b)に示すように、基板Wのシード層7の表面に銅めっきを施すことで、コンタクトホール3及びトレンチ4内に銅を充填するとともに、絶縁膜2上に銅膜6を堆積する。その後、化学的機械的研磨(CMP)により、絶縁膜2上の銅膜6、シード層7及びバリア層5を除去して、コンタクトホール3及びトレンチ4に充填させた銅膜6の表面と絶縁膜2の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図1(c)に示すように、絶縁膜2の内部に銅膜6からなる配線が形成される。
Then, as shown in FIG. 1B, the surface of the seed layer 7 of the substrate W is plated with copper so that the contact holes 3 and the trenches 4 are filled with copper, and the
半導体装置の電気回路パターンは、益々微細化が進み、これに伴って、配線をめっきで形成する際に給電層として使用されるシード層も薄膜化が進んでいる。更には、シード層を形成することなく、バリア層の表面に直接めっきを行うダイレクトめっきの開発も進んでいる。シード層が薄くなるにつれて、シード層の電気抵抗(シート抵抗)が増加し、更に、ダイレクトめっきを行う時には、バリア層の電気抵抗(シート抵抗)が極端に大きくなる。 As the electric circuit pattern of a semiconductor device is increasingly miniaturized, the seed layer used as a power feeding layer when the wiring is formed by plating is also becoming thinner. Furthermore, development of direct plating that directly performs plating on the surface of the barrier layer without forming a seed layer is also progressing. As the seed layer becomes thinner, the electrical resistance (sheet resistance) of the seed layer increases. Further, when direct plating is performed, the electrical resistance (sheet resistance) of the barrier layer becomes extremely large.
このように、シード層の電気抵抗が大きくなると、基板の中心部まで電気が流れにくくなって、基板の外周部と中心部との間でめっき量に極端な差が生じる、いわゆるターミナルエフェクトが問題となるばかりでなく、電気抵抗が増大するために消費電力が大きくなったり、発熱量が増えたりするなどの問題が生じる。特に、シード層に接触して電気を供給するカソード接点のシード層との接点部分では、カソード接点とシード層との接触面積が小さいことや、カソード接点自体がかなりコンパクトな形状に抑えられていることに伴って抵抗が増加し、カソード接点や該カソード接点のシード層との接触部から発熱によって、カソード接点やその周辺の部品が変形したり、融けたり、焼けたり、焦げたりするといった重大な問題が起きている。 Thus, when the electrical resistance of the seed layer increases, it becomes difficult for electricity to flow to the center of the substrate, and there is a problem with the so-called terminal effect that causes an extreme difference in the plating amount between the outer periphery and the center of the substrate. In addition to this, problems such as increased power consumption due to increased electrical resistance and increased heat generation occur. In particular, in the contact portion of the cathode contact that contacts the seed layer and supplies electricity, the contact area between the cathode contact and the seed layer is small, and the cathode contact itself is suppressed to a fairly compact shape. As a result, the resistance increases, and the cathode contact and its peripheral parts are deformed, melted, burnt, or burnt due to heat generated from the cathode contact and the contact portion of the cathode contact with the seed layer. There is a problem.
また、一般的に、めっき装置には、カソード接点とシード層との接触部及びその近辺がめっき液に触れないようにした機構が多く採用されている。したがって、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層表面にはめっき膜が析出せず、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層の抵抗は大きいままである。そのため、カソード接点との接触部及びその近辺におけるシード層(基板)からの発熱によっても同様に、カソード接点を含む該カソード接点周辺部の部品の変形や破損が起きてしまう。このような問題は、シード層の抵抗値(シート抵抗値)が10Ω/□を超えると特に顕著となる。 In general, many plating mechanisms employ a mechanism in which the contact portion between the cathode contact and the seed layer and the vicinity thereof do not touch the plating solution. Therefore, no plating film is deposited on the surface of the seed layer in the contact portion with the cathode contact and the vicinity thereof, and the resistance of the seed layer in the contact portion with the cathode contact and the vicinity thereof remains high. For this reason, the heat generation from the seed layer (substrate) in the vicinity of the contact portion with the cathode contact also causes deformation and breakage of parts around the cathode contact including the cathode contact. Such a problem becomes particularly prominent when the resistance value (sheet resistance value) of the seed layer exceeds 10Ω / □.
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、シード層が薄膜化され、シード層のシート抵抗値が10Ω/□以上になったり、電気抵抗が極端に大きなバリア層の表面に直接めっきを行ったりする場合であっても、基板への給電部であるカソード接点やその周辺部品を発熱から守ることができるようにしためっき装置及びめっき方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the seed layer is thinned, the sheet resistance value of the seed layer is 10 Ω / □ or more, or the surface of the barrier layer having an extremely large electric resistance is directly plated. It is an object of the present invention to provide a plating apparatus and a plating method capable of protecting a cathode contact serving as a power feeding portion to a substrate and its peripheral components from heat generation even when the operation is performed.
請求項1に記載の発明は、基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置である。
このように、シード層等の基板表面に電気を供給するカソード接点を冷却機構で冷却することにより、カソード接点や該カソード接点と基板との接触部及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
The invention according to
In this way, the cathode contact for supplying electricity to the substrate surface such as the seed layer is cooled by the cooling mechanism, thereby suppressing the heat generation from the cathode contact, the contact portion between the cathode contact and the substrate and the vicinity thereof, and the cathode contact. In addition, it is possible to prevent damage such as deformation and melting due to heat of the peripheral components.
請求項2に記載の発明は、前記冷却機構は、冷媒となる流体を前記カソード接点に接触させて該カソード接点を冷却することを特徴とする請求項1記載のめっき装置である。
冷媒となる流体をカソード接点に接触させてカソード接点を冷却する方式としては、例えばスプレー方式や熱交換方式が挙げられる。
The invention according to
Examples of the method for cooling the cathode contact by bringing the fluid as a refrigerant into contact with the cathode contact include a spray method and a heat exchange method.
請求項3に記載の発明は、前記流体は、導電性または絶縁性の液体であることを特徴とする請求項2記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒として導電性の液体を用いることで、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。また別の様態として、冷媒として絶縁性の液体を用いる場合、冷媒がカソード接点を冷却した後に流れ落ちる際にカソード接点の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。絶縁性の液体としては、例えば純水が挙げられる。
The invention according to claim 3 is the plating apparatus according to
When cooling a cathode contact by injecting a fluid as a coolant toward the cathode contact, a current path that flows from the cathode contact through the conductive liquid to the substrate is created by using a conductive liquid as the coolant. As a result, it is possible to supply the current to the substrate more uniformly as compared with the case where electricity flows in a concentrated manner at the contact portion between the normal cathode contact and the substrate. In another aspect, when an insulating liquid is used as the coolant, it prevents the leakage current path from being formed unintentionally by contacting the peripheral components of the cathode contact when the coolant flows down after cooling the cathode contact. be able to. An example of the insulating liquid is pure water.
請求項4に記載の発明は、前記流体は、ガス、空気または不活性ガスであることを特徴とする請求項2記載のめっき装置である。
冷媒としての流体をカソード接点に向けて噴射してカソード接点を冷却する場合に、冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。このような場合に、冷媒として空気を使用することで、排出(排気)の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
The invention according to claim 4 is the plating apparatus according to
When the cathode contact is cooled by injecting a fluid as a coolant toward the cathode contact, current leakage due to the coolant can be eliminated by using a gas as the coolant. In such a case, by using air as a refrigerant, the refrigerant can be supplied inexpensively and easily without giving a danger of suffocation to surrounding people during discharge (exhaust). By using an inert gas, it is possible to prevent corrosion of the cathode contact and its peripheral parts due to the refrigerant.
請求項5に記載の発明は、前記冷却機構は、前記流体を流す流体流路を有し、該流体流路は、前記カソード接点の内部または周囲に設けられていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、冷却後に冷媒を容易に回収したり、冷却後の冷媒を容易に循環させたりしながら、カソード接点などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。
The invention according to claim 5 is characterized in that the cooling mechanism has a fluid channel through which the fluid flows, and the fluid channel is provided inside or around the cathode contact. The plating apparatus according to any one of 2 to 4.
As a result, the heat generating part such as the cathode contact can be efficiently cooled with the refrigerant while easily collecting the refrigerant after cooling or circulating the cooled refrigerant easily. When the refrigerant touches, there is a risk of current leakage, for example, it is possible to prevent the refrigerant from touching a metal part or the like.
請求項6に記載の発明は、前記カソード接点は、前記基板の外周部に該外周部の全周に亘って接触することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のめっき装置である。
これにより、カソード接点と基板との接触面積を広くして該接触部の電気抵抗を下げ、基板に高電流を高電圧で流すような場合であっても、カソード接点及びその近辺の発熱を抑えることができる。特にOリングのように、押し潰して使うカソード接点を用いることで、カソード接点と基板との接触面積を格段に大きくして、異常発熱を防ぐことができる。
The invention according to
As a result, the contact area between the cathode contact and the substrate is widened to reduce the electrical resistance of the contact portion, and even when a high current is passed through the substrate at a high voltage, heat generation at the cathode contact and its vicinity is suppressed. be able to. In particular, by using a cathode contact that is crushed like an O-ring, the contact area between the cathode contact and the substrate can be significantly increased, and abnormal heat generation can be prevented.
請求項7に記載の発明は、前記カソード接点は、金属、導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂から構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のめっき装置である。
The invention according to claim 7 is characterized in that the cathode contact is made of metal, conductive rubber, conductive resin, conductive polymer, or rubber or resin having a metal coating on the surface. It is a plating apparatus in any one of
カソード接点を金属製とすることで、抵抗が小さく、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。また、カソード接点を導電性ゴム、導電性樹脂、導電性高分子、または表面に金属コーティングを施したゴムまたは樹脂で構成することで、カソード接点に柔軟性を持たせて、カソード接点を基板により密着させ、カソード接点と基板との接触面積をより大きくして、カソード接点及びその近辺から発熱を抑えることができる。 By making the cathode contact made of metal, it is possible to reduce heat generation from the material itself even if the resistance is small and the size is small. Also, the cathode contact is made of conductive rubber, conductive resin, conductive polymer, or rubber or resin with a metal coating on the surface, so that the cathode contact is flexible and the cathode contact is made by the substrate. The contact area between the cathode contact and the substrate can be increased, and heat generation can be suppressed from the cathode contact and its vicinity.
請求項8に記載発明は、外周部にカソード接点を接触させてカソードとした基板表面と該表面に対向するように配置されたアノードとの間にめっき液を満たし、前記カソード接点を冷媒で冷却しながら、基板表面と前記アノードとの間に電圧を印加して基板表面にめっきを行うことを特徴とするめっき方法である。 According to an eighth aspect of the present invention, a plating solution is filled between a substrate surface which is a cathode with a cathode contact brought into contact with an outer peripheral portion and an anode disposed so as to face the surface, and the cathode contact is cooled with a coolant. However, the plating method is characterized in that a voltage is applied between the substrate surface and the anode to perform plating on the substrate surface.
本発明によれば、特に、シート抵抗値が10Ω/□以上のシード層表面や、シート抵抗が極端に高いバリア層の表面に直接めっきを行う際に、カソード接点及びその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点やその周辺部品の熱による破損を防ぐことができる。 According to the present invention, particularly when plating is directly performed on the surface of a seed layer having a sheet resistance value of 10 Ω / □ or more, or on the surface of a barrier layer having an extremely high sheet resistance, heat generation from the cathode contact and the vicinity thereof is suppressed. Thus, the cathode contact and its peripheral parts can be prevented from being damaged by heat.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この実施の形態は、図1に示すように、基板Wの表面に形成した導電膜としてのシード層7の表面に銅めっきを施し、絶縁膜2の内部に設けたコンタクトホール3やトレンチ4等の配線用凹部の内部に銅を埋込んで銅からなる配線を形成するようにした例を示す。本発明は、このシード層7が薄く、シート層7の抵抗値(シート抵抗値)が10Ω/□以上となる時や、シード層7を設けることなく、バリア層5の表面に直接めっきを行う時に特に有効である。
なお、以下の各例において、同一または相当する部材には、同一符号を付して重複した説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the surface of a seed layer 7 as a conductive film formed on the surface of a substrate W is plated with copper, and a contact hole 3, a trench 4, etc. provided in the insulating
In the following examples, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図2は、本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の全体配置図を示す。図2に示すように、この基板処理装置には、同一設備内に位置して、内部に複数の基板Wを収納する2基のロード・アンロード部10と、めっき処理及びその付帯処理を行う2基のめっき装置12と、ロード・アンロード部10とめっき装置12との間で基板Wの受渡しを行う搬送ロボット14と、めっき液タンク16を有するめっき液供給設備18が備えられている。
FIG. 2 shows an overall layout of the substrate processing apparatus provided with the plating apparatus according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in this substrate processing apparatus, two load / unload
めっき装置12には、図3に示すように、めっき処理及びその付帯処理を行う基板処理部20が備えられ、この基板処理部20に隣接して、めっき液を溜めるめっき液トレー22が配置されている。また、回転軸24を中心に揺動する揺動アーム26の先端に保持されて基板処理部20とめっき液トレー22との間を揺動する電極ヘッド28を有する電極アーム部30が備えられている。更に、基板処理部20の側方に位置して、プレコート・回収アーム32と、純水やイオン水等の薬液、更には気体等を基板に向けて噴射する固定ノズル34が配置されている。この実施の形態にあっては、3個の固定ノズル34が備えられ、その内の1個を純水の供給用に用いている。
As shown in FIG. 3, the
基板処理部20には、図4に示すように、シード層7(図1(a)参照)を形成した表面(被めっき面)を上向き(フェースアップ)にして基板Wの裏面を吸着等によって着脱自在に保持する、上下動自在な基板ホルダ36と、この基板ホルダ36の周縁部を囲繞するように配置されたカソード部38が備えられている。基板ホルダ36は、任意の加速度及び速度でカソード部38と一体に回転する。めっき装置12のフレーム側面の搬送ロボット14側には、基板搬出入口(図示せず)が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
めっき液トレー22は、めっき処理を実施していない時に、電極アーム部30の下記の高抵抗構造体62及びアノード66をめっき液で湿潤させるためのもので、この高抵抗構造体62が収容できる大きさに設定され、図示しないめっき液供給口とめっき液排水口を有している。また、フォトセンサがめっき液トレー22に取付けられており、めっき液トレー22内のめっき液の満水、即ちオーバーフローと排水の検出が可能になっている。
The
電極アーム部30は、図示しないサーボモータからなる上下動モータとボールねじを介して上下動し、旋回モータを介して、めっき液トレー22と基板処理部20との間を旋回(揺動)する。
The
プレコート・回収アーム32は、上下方向に延びる支持軸の上端に連結されて、ロータリアクチュエータ(図示せず)を介して旋回(揺動)し、エアシリンダ(図示せず)を介して上下動する。このプレコート・回収アームには、プレコート液を間欠的に吐出するプレコート液吐出用のプレコートノズル(図示せず)と、基板上のめっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズル(図示せず)がそれぞれ保持されている。
The precoat /
カソード部38は、図6及び図7に示すように、支持板40の周縁部に立設した支柱42の上部に取付けた、この例では6分割されたカソード接点44と、このカソード接点44の上方を覆うように配置されたリング状のシール部46を有しており、カソード接点44とシール部46との間には、環状の枠体48が介装されている。シール部46は、その内周縁部が内方に向け下方に傾斜し、かつ徐々に薄肉となって、内周端部が下方に垂下するように構成されている。カソード接点44は、内周部に複数のばね性を有する歯を一体に連接した櫛型に形成されており、この櫛型の歯の先端が基板Wのシード層7に圧接するようになっている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
これにより、基板ホルダ36で保持した基板Wを上昇させると、基板Wの表面に形成されたシード層7の外周部にカソード接点44が接触して、該シード層7がカソードとなるように給電可能な状態となる。同時にシール部46の内周端部が基板Wの周縁部上面に圧接し、ここを水密的にシールして、基板Wの上面(被めっき面)に供給されためっき液が基板Wの端部から染み出すのを防止するとともに、めっき液がカソード接点44を汚染するのを防止する。
Thus, when the substrate W held by the
カソード接点44の近傍に位置して、カソード接点44に向けて冷媒として純水50を噴射してカソード接点44及びその近辺を純水(冷媒)50で冷却する純水(冷媒)噴射ノズル52が配置されている。この例では、図5に示すように、カソード接点44の外方に、合計4個の純水(冷媒)噴射ノズル52が配置されているが、この純水(冷媒)噴射ノズル52の個数は任意に定められる。この各純水(冷媒)噴射ノズル52は、図4に示すように、チラー54から延びる配管56にそれぞれ接続され、これによって、カソード接点44の冷却機構58が構成されている。
A pure water (refrigerant)
この例では、冷媒として、絶縁性の液体である純水50を使用している。これにより、純水(冷媒)50がカソード接点44を冷却した後に流れ落ちる際に、カソード接点44の周辺部品と接触して、意図しない電流の漏電経路が作られることを防止することができる。このような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよく、これによって、カソード接点44から冷媒(導電性の液体)を通って基板のシード層7に流れる電流経路を作ることができ、通常のカソード接点44と基板のシード層7との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板のシード層7に電流を供給することができる。
In this example,
冷媒として、純水50の代わりに、ガス、空気または不活性ガスを使用しても良い。冷媒としてガスを使用することで、冷媒による電流リークをなくすことができる。冷媒として空気を使用することで、排出(排気)の際に周囲の人に窒息の危険性を与えることなく、冷媒の供給を安価かつ容易に行うことができ、また冷媒として不活性ガスを使用することで、冷媒によるカソード接点やその周辺部品の腐食を防ぐことができる。
As the refrigerant, gas, air, or an inert gas may be used instead of the
なお、この実施の形態において、カソード部38は、上下動不能で基板ホルダ36と一体に回転するようになっているが、上下動自在で、下降した時にカソード接点44及びシール部46が基板Wの表面(上面)に接触して、基板ホルダ36と一体に回転するように構成しても良い。
In this embodiment, the
電極アーム部30の電極ヘッド28は、図4に示すように、揺動アーム26の自由端にボールベアリング(図示せず)を介して連結したアノードホルダ60と、このアノードホルダ60の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体62を有している。これによって、アノードホルダ60の内部に中空のアノード室64が区画形成されている。
As shown in FIG. 4, the
高抵抗構造体62は、例えばアルミナ,SiC,ムライト,ジルコニア,チタニア,コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径30〜200μm、SiCにあっては、ポア径30μm以下、気孔率20〜95%、厚み1〜20mm、好ましくは5〜20mm、更に好ましくは8〜15mm程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率30%、平均ポア径100μmでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
The
このように高抵抗構造体62をアノードホルダ60の開口部に配置し、この高抵抗構造体62によって大きな抵抗を発生させることで、シード層7の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Wの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
Thus, by arranging the
アノード室64内には、高抵抗構造体62の上方に位置して、内部に上下に貫通する多数の通孔を有するアノード66が配置されている。そして、アノードホルダ60には、アノード室64の内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出口68が設けられ、このめっき液排出口68は、めっき液供給設備18(図2参照)から延びるめっき液排出管(図示せず)に接続されている。更に、アノードホルダ60の側方に位置して、めっき液注入部70が設けられている。このめっき液注入部70は、この例では、下端をノズル形状としたチューブで構成され、めっき液供給設備18(図2参照)から延びるめっき液供給管(図示せず)に接続されている。
In the
このめっき液注入部70は、基板ホルダ36で保持した基板Wと高抵抗構造体62の隙間が、例えば0.5〜3mm程度となるまで電極ヘッド28を下降させ、この状態で、アノード66及び高抵抗構造体62の側方から、基板Wと高抵抗構造体62との間の領域にめっき液を注入するためのものである。
アノード66は、スライムの生成を抑制するため、含有量が0.03〜0.05%のリンを含む銅(含リン銅)で構成されているが、不溶解の不溶性アノードを使用するようにしてもよい。
The plating
The
めっき電源72のアノード側は、アノード側導線74を介してアノード66に電気的に接続され、めっき電源72のカソード側は、カソード側導線76を介してカソード接点44に電気的に接続される。
The anode side of the
次に、この実施の形態のめっき装置12を備えた基板処理装置の操作について説明する。
先ず、ロード・アンロード部10からめっき処理前の基板Wを搬送ロボット14で取出し、表面(被めっき面)を上向きにした状態で、フレームの側面に設けられた基板搬出入口から一方の電解めっき装置12の内部に搬送する。基板ホルダ36は、基板Wをその裏面(上面)で吸着保持し、しかる後、ロボットのハンドを退却させる。そして、基板ホルダ36を上昇させ、カソード接点44を基板Wのシード層7に接触させて該シード層7に給電できる状態となし、また基板Wの外周端部をシール部46に接触させて水密的にシールする。
Next, the operation of the substrate processing apparatus provided with the
First, the substrate W before plating treatment is taken out from the load / unload
一方、電極アーム部30の電極ヘッド28は、この時点ではめっき液トレー22上の通常位置にあって、高抵抗構造体62あるいはアノード66がめっき液トレー22内に位置しており、この状態で、めっき液トレー22及び電極ヘッド28にめっき液の供給を開始する。そして、基板のめっき工程に移るまで、新しいめっき液を供給し、併せてめっき液排出管(図示せず)を通じた吸引を行って、高抵抗構造体62に含まれるめっき液の交換と泡抜きを行う。
On the other hand, the
次に、プレコート処理に移る。即ち、基板Wを受取った基板ホルダ36を回転させ、待避位置にあったプレコート・回収アーム32を基板と対峙する位置へ移動させる。そして、基板ホルダ36の回転速度が設定値に到達したところで、プレコート・回収アーム32の先端に設けられたプレコートノズル(図示せず)から、例えば界面活性剤からなるプレコート液を基板の表面(被めっき面)に間欠的に吐出する。この時、基板ホルダ36が回転しているため、プレコート液は基板Wの表面の全面に行き渡る。次に、プレコート・回収アーム32を待避位置へ戻し、基板ホルダ36の回転速度を増して、遠心力により基板Wの被めっき面のプレコート液を振り切って乾燥させる。
Next, the pre-coating process is performed. That is, the
プレコート完了後にめっき処理に移る。先ず、基板ホルダ36の回転速度をめっき時の回転速度まで低下させる。そして、基板Wのプレコート処理が完了したという信号に基づいて、電極アーム部30をめっき液トレー22上方からめっき処理を施す位置の上方に電極ヘッド28が位置するように水平方向に旋回させ、しかる後、電極ヘッド28をカソード部38に向かって下降させて停止させる。この時、高抵抗構造体62を基板Wの表面に接触することなく、0.5mm〜3mm程度に近接した位置とする。電極ヘッド28の下降が完了した時点で、基板Wと高抵抗構造体62との間にめっき液を供給して、アノード66及び基板Wの表面のシード層7をめっき液に接触させる。同時に、めっき電源72のアノード側をアノード66に電気的に接続し、カソード側をカソード接点44にそれぞれ接続する。これによって、めっき電源72を介して、アノード66と基板Wのシード層7との間に電圧を印加してシード層7の表面にめっきを行う。
After pre-coating is completed, the process proceeds to plating. First, the rotation speed of the
シード層7が薄く、この抵抗値(シート抵抗値)が、例えば10Ω/□を超えると、シード層7に電流が流れにくくなる。このため、シード層7の表面に確実にめっきを行うため、シード層7に高電流を高電圧で流す必要があり、シード層7に高電流を高電圧で流すと、カソード接点44及び該カソード接点44とシード層7との接触部及びその近辺から発熱する。このことは、シート抵抗が極端に高いバリア層5の表面に直接めっきを行う場合もほぼ同様である。そこで、この例では、めっき中に、カソード接点44に向けて純水(冷媒)噴射ノズル52から冷媒としての純水50を噴射し、これによって、カソード接点44及びその近辺を純水50で冷却する。これにより、カソード接点44やその近辺からの発熱を抑えて、カソード接点44やその周辺部品の熱による変形や溶融といった破損を防ぐことができる。
If the seed layer 7 is thin and the resistance value (sheet resistance value) exceeds, for example, 10Ω / □, it becomes difficult for current to flow through the seed layer 7. Therefore, in order to reliably perform plating on the surface of the seed layer 7, it is necessary to flow a high current through the seed layer 7 at a high voltage. When a high current is passed through the seed layer 7 at a high voltage, the
めっき処理が完了した時に、めっき電源72の接続を解き、純水(冷媒)50の供給を停止する。そして、電極アーム部30を上昇させ旋回させてめっき液トレー22上方へ戻し、通常位置へ下降させる。次に、プレコート・回収アーム32を待避位置から基板Wに対峙する位置へ移動させて下降させ、めっき液回収ノズル(図示せず)から基板W上のめっき液の残液を回収する。この残液の回収が終了した後、プレコート・回収アーム32を待避位置へ戻し、基板めっき面のリンスのために、純水用の固定ノズル34から基板Wの中央部に純水を吐出し、同時に基板ホルダ36をスピードを増して回転させて基板Wの表面のめっき液を純水に置換する。
When the plating process is completed, the
以上でめっき処理及びそれに付帯する前処理や洗浄・乾燥工程の全て工程を終了し、搬送ロボット14は、そのハンドを基板搬出入口から基板Wの下方に挿入し、そのまま上昇させることで、基板ホルダ36から処理後の基板Wを受取る。そして、搬送ロボット14は、この基板ホルダ36から受取った処理後の基板Wをロード・アンロード部10に戻す。
Thus, the plating process and all the pre-processes and cleaning / drying processes incidental thereto are completed, and the
図8及び図9は、本発明の他の実施の形態をめっき装置の要部を示す。この例は、シール部46の内周端から少し離間し、かつカソード接点44の内周端のシード層7との接触部を挟んだ位置に、下方に突出する堰部80を一体に設け、基板ホルダ36で保持した基板Wを上昇させた時に、シール部46の内周端及び堰部80が基板Wの上面に同時に接触して、シール部46と基板Wとの間に冷媒流路82が形成されるように構成されている。そして、冷媒流路82には、冷媒供給口84と冷媒排出口86が接続される。
8 and 9 show a main part of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention. In this example, a
この例では、基板ホルダ36で保持した基板Wを上昇させ、シール部46の内周端及び堰部80を基板Wの上面に同時に接触させて、シール部46と基板Wとの間に冷媒流路82を形成し、この冷媒流路82に純水等の冷媒を供給して、冷媒流路82内に位置するカソード接点44及びその近辺を冷却する。これにより、冷却後の冷媒を容易に回収し、また冷媒を循環させながら、カソード接点44などの発熱部を冷媒で効率的に冷却することができ、しかも、カソード接点44の周辺の、冷媒が触れると電流リークの恐れのある、例えば金属部品などに冷媒が触れるのを防ぐことができる。またこのような漏電経路が作られるおそれがない場合には、冷媒として導電性の液体を用いてもよい。この場合、カソード接点から導電性の液体を通って基板に流れる電流経路を作ることができ、これによって、通常のカソード接点と基板との接触部に電気が集中して流れる場合と比較して、より均一に基板に電流を供給することができる。
In this example, the substrate W held by the
図10及び図11は、カソード接点の他の例を示す。この例のカソード接点88は、横断面円形のリング状で、基板Wの外周部に該外周部の全周に亘って連続した線状に接触するように構成されている。前述の例における櫛型のカソード接点44のように、各歯の先端のみがシード層7と点接触するような場合には、接触面積が小さくなり、大きな電気抵抗となってしまい、この狭い面積に高電流を高電圧で流すと、かなりの発熱を伴ってしまう。この例のように、基板Wの外周部に該外周部の全周に亘って線状に接触するカソード接点88を用いることにより、カソード接点88の接触面積を大きくし、特にカソード接点88として、Oリングのように一部を押し潰して使う場合には、カソード接点88の接触面積が格段に大きくなり、カソード接点88及びその近辺の異常発熱を防ぐことができる。
10 and 11 show another example of the cathode contact. The
図12及び図13は、本発明の更に他の実施の形態のめっき装置を示す。この例では、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属(金)コーティングして、リング状に加工したものをカソード接点90として使用している。そして、このカソード接点90の中空部を冷媒流路92として利用し、この冷媒流路92に、冷媒タンク94から延び、ポンプ96を介装した冷媒供給管98と、冷媒タンク94に戻る冷媒排出管100を接続し、更に冷媒タンク94内の冷媒をチラー102で冷却するようにして、冷却機構104を構成している。
12 and 13 show a plating apparatus according to still another embodiment of the present invention. In this example, the
このように、カソード接点90の基材として、フッ素ゴムを使用することにより、カソード接点90に十分な柔軟性を持たせ、カソード接点90を基板Wのシード層7へ押し当てた時に、シード層7との接触面積を大きく取ることができる。また、ゴム表面に金属の中でも抵抗が低い金をコーティングすることで、カソード接点90自体の抵抗もかなり小さくすることができる。金は耐薬品性にも優れているため劣化もしにくい。また、金は金属の中でも軟らかく、シード層7との密着性が良いため、これによっても、カソード接点90とシード層7との接触抵抗をより小さくすることができる。
Thus, by using fluororubber as the base material of the
この例によれば、冷媒タンク94の内部に溜められた冷媒、例えば純水は、チラー102との循環ラインを循環することによって一定の温度に保たれ、ポンプ96の駆動に伴って、冷媒供給管98を通して冷媒流路92の内部に送り込まれる。そして、冷媒流路92の内部に送り込まれた冷媒(純水)は、冷媒流路92に沿って流れることで、カソード接点90を直接的に冷却する。そして、カソード接点90を冷媒(純水)することによって温度が上昇した冷媒(純水)は、冷媒排出管100から冷媒タンク94内に戻され、これによって、カソード接点90を効率的に冷却しながら、冷媒タンク94と冷媒流路92との間を循環する。
According to this example, the refrigerant, for example, pure water, stored in the
なお、前述のカソード接点44,88として、中空のフッ素ゴムの表面に金蒸着によって金属(金)コーティングしたものを使用しても良い。
カソード接点44,88,90を金属製としてもよい。金属製とすることで、抵抗を小さくして、コンパクトなサイズにしても、材質自体からの発熱を軽減することができる。特に、真空機器などに用いられるメタルシールのような形状にして、基板に押し付けて使用することにより、接触面積を大きく取ることができる。金属の種類としては、あらゆる金属材料を用いることができるが、ステンレスを基材にして、プラチナコーティングしたものが、耐薬品性、強度、加工性及びコストにおいて優れている。プラチナに替わり金のコーティングでも優れた性能を発揮できるが、強度の面でプラチナにはやや劣る。
The
The
カソード接点44,88,90を導電性ゴムまたは導電性樹脂で構成しても良い。これによって、カソード接点に導電性を持たせながらも、基板(シード層)に柔軟に接触させて基板(シード層)との接触面積を大きく取り、接触抵抗を減らして発熱を抑えることができる。形状としては、Oリングのような、一般的なシール形状が良く、Vシール形状や平シール(ガスケット)形状でも良い。
The
カソード接点44,88,90を導電性高分子で構成しても良い。カソード接点が金属やカーボンを練り込むことによって導電性を持たせている導電性ゴムや導電性樹脂である場合、基板への金属汚染の心配があるが、この場合、カソード接点が分子構造そのものに導電性を有する導電性高分子であることにより、金属汚染をなくすことができる。
The
ここに、導電性ゴム、導電性樹脂または導電性高分子は、一般に金属材料に比べると抵抗は大きい。このため、前述の図12及び図13に示す例のように、カソード接点して、フッ素ゴム等の表面に金等の金属コーティングを施したカソード接点90を使用することで、ゴムや樹脂のような柔軟性を持ち且つ金属と同等の低抵抗を持つカソード接点とすることができる。金属コーティングの材料としては、金の他に、銀やプラチナが、電気抵抗、基板との密着性及び耐薬品性において優れている。
Here, the conductive rubber, the conductive resin, or the conductive polymer generally has a higher resistance than the metal material. For this reason, as in the example shown in FIGS. 12 and 13, the
5 バリア層
6 銅膜
7 シード層
10 ロード・アンロード部
12 めっき装置
20 基板処理部
22 めっき液トレー
28 電極ヘッド
30 電極アーム部
32 プレコート・回収アーム
36 基板ホルダ
38 カソード部
44,88,90 カソード接点
46 シール部
50 純水(冷媒)
52 純水(冷媒)噴射ノズル
58,104 冷却機構
60 アノードホルダ
62 高抵抗構造体
64 アノード室
66 アノード
68 めっき液排出口
70 めっき液注入部
72 電源
80 堰部
82,92 冷媒流路
84 冷媒供給口
86 冷媒排出口
94 冷媒タンク
98 冷媒供給管
100 冷媒排出管
5
52 Pure water (refrigerant)
Claims (8)
前記基板ホルダで保持した基板と接触して通電させるカソード接点を備え該基板ホルダと一体に回転するカソード部と、
前記基板の表面に対向するように配置されたアノードと、
前記カソード接点を冷却する冷却機構を有することを特徴とするめっき装置。 A substrate holder for holding the substrate;
A cathode part that includes a cathode contact that contacts and energizes the substrate held by the substrate holder and rotates integrally with the substrate holder;
An anode disposed to face the surface of the substrate;
A plating apparatus comprising a cooling mechanism for cooling the cathode contact.
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