JP2014505163A - ウェーハをメタライズするデバイスと方法 - Google Patents

Abstract

本発明はウェーハ（１１）、特にマイクロチップウェーハ、を電解液内でメタライズするデバイス（１）に関しており、該デバイスは複数の保持用装置（３）から成り、各保持用装置（３）は、他の保持デバイス（３）の電解液受け入れ室（２７）からは分離された電解液用室（２７）と、陰極として作用するリング（１５）と、各ウェーハ（１１）と組み合わされる陽極としての陽極システム（２９）と、を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明はウェーハをメタライズする、請求項１の導入部分の特徴を有する、デバイスに関する。本発明はまた、ウェーハをメタライズする方法に関する。

従来技術で、ウェーハ、特にマイクロチップウェーハ、の（例えば、銅を用いた）電解メタライゼーションは公知である。該公知のメタライゼーションは個々のウェーハのモードで行われ、該モードとは各方法及び処理室について、１枚のウェーハが処理、すなわちメタライズ、されることを意味する。メタライズされるウェーハ（例えば、マイクロチップウェーハ）は通常、該ウェーハの前側（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）が底部にあるように電解液に浸される。該過程（メタライゼーション）中、電解液は層状に、該ウェーハ面に平行に、連続して流れるよう設定される。この流れ状態を確立し、保持するために、多くの注意が求められ、複雑なデバイスが必要になる。

該公知の手順の１つの欠点は、長い処理時間（多量の分数乃至時間）のために、該メタライゼーションが非常にコスト高になることであり、何故ならば各処理過程及び処理室では、それぞれ１枚のウェーハしか進められ得ないからである。金属で充たされねばならぬマイクロチップウェーハの表面上の構造体が大きい程、処理時間は長い。

マイクロチップが垂直に益々集積される（相互の接触が行われねばならぬ重なった複数マイクロチップ層）ことが期待される事実を考えると、仕上がりマイクロチップで、垂直導電体路として使われる、幅広で深いチャンネル（シリコン貫通電極として公知の）を、導電性金属、例えば銅、で充たすことが求められる。これらのチャンネルは数マイクロメートルの幅と、１００マイクロメートル以上の深さと、を有する。

本発明は、バッチ運転で、ウェーハ、特にマイクロチップウェーハのメタライゼーションが良好な成功率で可能となる、当初に述べた一般的種類のデバイスを提供する目的に基づいている。

この目的は請求項１の特徴を有するデバイスにより達成される。

本発明のデバイスの好ましく、有利な改良は従属請求項の主題である。

本発明のデバイスの１つの利点はメタライズされるウェーハ、特にマイクロチップウェーハ、当たりに要するスペースが少ないことである。例えば、特に、本発明のデバイスを用いると、各ウェーハ用にシールされた電解液容積が存在するのが、その場合であるが、各ウェーハ用にほんの少しの電解液しか要しない。

複数のウェーハ（マイクロチップウェーハ）の同時メタライゼーション用に、少なくとも１つ、好ましくは複数の保持用装置を有する、本発明のデバイスは、上方を指す該ウェーハの前側（ｆｒｏｎｔ ｓｉｄｅ）を有した儘、“オープンバッチ”として、すなわち開いた電解液室を備える電解槽内に浸され、その後該デバイスは（スペースを節約するため）少なくとも部分的に一緒に動かされるか、或いは該保持用装置は全体的に閉じられる（“クローズドバッチ”）。

本発明のデバイスの場合、開始から個々のウェーハ用の該保持装置を閉じ、そして供給
ライン及び放出ラインを経由した電解液で、該室の各々に、保持装置内で電解液が供給されるように充たすことも可能である。

もし、本発明のデバイスが“クローズドバッチ”として使われるなら、各ウェーハ用の電解液用に利用可能な室は、ウェーハ、フレームそして上部蓋プレートにより規定されるが、該上部蓋プレートはことによると更に先の保持用装置のベースプレートとなることもある。

本発明の文脈で、本発明のデバイスが、偏心器の助けで振動するようセットされる特徴が付けられてもよく、結果は電解液の振動体となる。その周波数は一定に、選択的に可変に、或いはランダムに可変に、セットされてもよい。

もし本発明のデバイスがウェーハの前側が上方を指して電解槽内に浸されるなら、電解液が該保持用装置間で槽から流れ出て、ガスが逃げられるよう、個々の保持用装置はなお集めて加圧されないことが好ましい。本発明のデバイスが電解液内に位置付けられるや否や、ウェーハ用の該保持用装置は、もし“クローズドバッチ”が使われるなら、部分的に、又は全部が集めて加圧されてもよい。

もし、本発明のデバイスの場合に、作業が“クローズドバッチ”で行われるなら、電解液の本体が閉じられているために、結果的にメタライゼーション処理時、金属イオンが濃縮されることになる。これは適当な処理制御により補償されてもよい。

本発明のデバイスは、必要な最小スペースで、バッチ処理で、大きなマイクロチップ構造体の電解メタライゼーションを可能にする処理管理を許容する。この方法で、コストが節約される。

本発明の更に進んだ詳細と特徴は好ましい例示用実施例の下記説明から集められ得る。

本発明のデバイスの保持用装置の分解組立図解を示す。 保持用装置の一部分を断面図で示す。 （上部蓋プレート無しの）保持用装置を斜視図で示す。 下方から見た陽極ネットワークを有するベースプレートを示す。 クランプ要素を斜視図で示す。 “開いた”複数の保持用装置を有する本発明のデバイスを示す。 閉じた保持用装置を有する図６のデバイスを示す。 上部蓋プレートの代わりに、カバーを有する本発明のもう１つの実施例の断面図を示す。

本発明のデバイス１は１つ以上の、図に示す例示用実施例では４つの、保持用装置３を有する。

特に図１及び２により示される該保持用装置３の各々は下記部品を有する：
電気絶縁材料製ベースプレート５と、該プレートの上側７には円形凹み（凹部）９が提供されており、該凹み内には、処理されるべきウェーハ１１、特にマイクロチップウェーハ、が、該ウェーハの前側１３、すなわち、電解液内の電解メタライゼーションにより、金属、例えば銅、で充たされるべきチャンネルが配置される側、が上方を指すように、挿入され得る。

該ウェーハ１１を陰極として極性を持たせるために、タグ１７経由で電源に接続され得て陰極として役立つ導電材料のリング１５が該ウェーハ１１のエッジ領域に置かれる。陰極として極性を持たせる効果を有する電源の負極に、該ウェーハ１１を接続するために、陰極として役立つリング１５内に、環状シール１９、特にＯリング、が挿入される。

ベースプレート５、ウェーハ１１、リング１５（陰極）及びシール用リング１９を有する、説明した装置の上には、電気絶縁材製のフレーム２１が置かれ、該フレーム内には横方向で電解液のための室２７の境界を定める凹部２３が提供される。該フレーム２１は、例えば２０ｍｍ以内の高さを有する。

該フレームの凹部２３を有する絶縁材料のフレーム２１上では、凹部２３の周りに例えばＯリングのような環状シール２５、が置かれる。該シール２５はまた、フレーム２１の環状溝内で受けられてもよい（図２参照）。

該保持用装置３を完成するために、上部蓋プレートが該フレーム２１上のシール２５上に置かれ、該上部蓋プレートは、ことによると更に先の保持用装置３のベースプレート５であってもよい。

図２が示す様に、該ウェーハ１１の電解メタライゼーション用の電解液で充たされた室２７は、該フレーム２１、ウェーハ１１及び該上部蓋プレートにより規定され、該上部蓋プレートは、特に、もう１つの保持用装置３のベースプレートであってもよい。

該保持用装置３をそれぞれの所要温度に保つ（該温度を制御する）ために、該保持用装置３は加熱／冷却用装置（示されてない）を割り当てられてもよい。

示された例示用実施例（図２参照）には、更に先の保持用装置３のベースプレート５であってもよい上部蓋プレートが該蓋プレートの下側で陽極ネットワーク２９（図４参照）を担う特徴部が設けられ、該陽極ネットワークは、該蓋プレート（ベースプレート５）の下側の該陽極ネットワーク２９を電源の正極に接続することが出来るタグ３１を備えている。

ウェーハ１１の外側エッジから該ウェーハ１１の中央までの電圧降下を補償するために、該陽極ネットワーク２９を有するベースプレート５の下側は凸であってもよい。加えて、又は代わりに、該陽極ネットワーク２９を形成する導体の密度が該陽極ネットワーク２９の中央に向かって増加してもよい。かくして該陽極ネットワーク２９は該中央に向かってより高密度に織られる。

示された例示用実施例では、本発明のデバイス１で、複数の保持用装置３を重ねて提供する考慮が行われて来た。従って、図（図６及び７）で示す例示用実施例が、その場合であるように、保持用装置３の上部蓋プレートが、次のより上の保持用装置３の（陽極ネットワーク２９を有する）ベースプレート５により形成されることが好ましい。

ベースプレートとフレームを相互に液体密閉の仕方で結合するよう、両者が絶縁材料から成るベースプレート（“陽極プレート”）５及びフレーム（“陰極フレーム”）２１を相互に対し加圧するために、外方に突出する突起（トング）３３が、ベースプレート５及びフレーム２１の横のエッジに提供され、該突起は両側の方へ楔形でテーパを付けられ、かつ該突起にはクランプ要素３５が割り当てられている。該クランプ要素３５は、該要素のベースプレート５及びフレーム２１に面する側に、溝３７を有し、該溝は２つの枝３９にＹ形で分岐する（図５参照）。

開いた位置では、溝３７の枝３９内にベースプレート５とフレーム２１のトング３３は提供されるので、ベースプレート５はフレーム２１から離れ隔てられる。クランプ要素３５をベースプレート５及びフレーム２１の面に平行な面内で移動させることにより、本発明の保持用装置３の前記構成部分（ベースプレート５及びフレーム２１）は相互に対し加圧され得る。保持用装置３のベースプレート５及びフレーム２１のこの使用位置は図２及び図３で示される。個々の保持用装置３を一緒になるよう動かすために、クランプ要素３５がガイドロッド４１に沿って移動させる、すなわち相互に近付ける、デバイスは図解されてない。

図５は拡大スケールでのクランプ要素３５と、Ｙ型で２つの枝３９に分かれる溝３７と、を示す。

図６では、複数の保持用装置３を有する本発明のデバイス１が開いた状態（“オープンバッチ”）で示されており、最も高い保持用装置３上には、何等“上部”蓋プレートはない。クランプ要素３５は、該要素が、保持用装置３の面に直角に配向されたガイドロッド４１上で移動させられるよう、ガイドされるが、そこではクランプ要素３５を介してそれぞれの保持用装置３を開き又は閉じるために、示されてない動作手段により、該ガイドロッド４１は該ガイドロッドの長手方向長さに対し横断的に、すなわち保持用装置３の面に平行な方向に移動させられる。

各保持用装置３内では、ベースプレート５とフレーム２１の間に、処理される（メタライズされる）べきウェーハ（マイクロチップウェーハ）１１が、例えばウェーハ１１用に通例である取り扱いデバイス（グリッパー）の助けを借りて挿入され、該挿入は、前記ウェーハが下部ベースプレート（陽極プレート）５内のホルダー９内で該ウェーハの前側が上になるよう横たわる仕方で行われる。原理的に、もし該デバイス１が図６の位置（“オープンバッチ”）を取るならば、メタライゼーションを行うことは可能であり、そこでは個々の保持用装置３内に提供された全ウェーハ１１の処理用に共通の電解液が提供される。

図６及び７はまた、保持用装置３が、図６に示す相互に隔てられた位置（オープンバッチ）から、図７に示す相互上に静止する位置（クローズドバッチ）へ移動させられるが、該クランプ要素３５がこの動きを妨害する又は邪魔することなく、該移動させられるよう、連続する（隣接する）保持用装置３のトング３３及びクランプ要素３５が相互に対しオフセットして配置されることを示す。

本発明の文脈では、図７に示す様に、本発明のデバイス１の保持用装置３が、ガイドロッド４１に沿って該クランプ要素３５を移動させることにより相互に近づけられるので、各保持用装置３のフレーム２１が次のより上の保持用装置３のベースプレート５と接触する（シール用リング２５によりシールされる）特徴が有利にもたらされる。かくして、それぞれのより上の保持用装置３のベースプレート５は次のより下の保持用装置３の蓋プレートを同時に形成する（“クローズドバッチ”）。この場合、各保持用装置３では、電解液で充たされた、図２に示す室２７は隔離されるので、電気分解によるマイクロチップウ
ェーハ１１のメタライゼーション用に、予め決められた容積の電解液が利用可能である。室が電解液を受けるよう提供される該保持用装置３の室２７は、供給ライン及び放出ラインを経由して、相互に独立に電解液で充たされ／電解液を空にされ得る。これは本明細書の導入部で概説した利点に帰着する。ガイドロッド４１に沿ってクランプ要素３５を移動させることにより、相互の上に配置された複数の保持用装置３を相互に対し加圧する（図７の位置）デバイスは図解されてない。

特に、相互に対し近接して位置する図７の保持用装置３を有する本発明のデバイス１が使われる時（“クローズドバッチ”）、電気分解を、従ってウェーハのメタライゼーションを助けるために、該デバイス１は、該電気分解が行われる間、全体として、振動するようセットされてもよい。示された例示用実施例（図６及び７）では、この目的で、偏心を有するモーター４３がガイドロッド４１の少なくとも１つに結合されるので、電解液の振動体が生じる。その周波数は一定にするか、選択的に可変とするか、或いはランダムに可変とする、ようセットされてもよい。

図８に示す実施例では、カバー及びベース部分を有する個別モジュールが各ウェーハ用に提供される。図８に示す実施例では、カバーは上に配置される該ウェーハ保持器と同時には存在しない。かくして、図８に示す実施例は順に重なって配置される個別反応器を構成するので、バッチモード運転が可能である。

図８で示す実施例の形成の詳細は下記の様である：
ベース部分５０上に、ウェーハ１１が横たわり、該ウェーハの前側は上を指している。ベース部分５０とフレーム部分５１の間に接触部５２が配置され、該接触部はウェーハ１１のエッジと導電的に接触する。フレーム部分５１のウェーハ１１に面する側で、特にＯリングの形のシール５４が環状溝５３内に受けられる。

加えて、該フレーム部分５１内に少なくとも１つの道管５５が提供され、該道管を通して電解液５６が、該ウェーハ１１を受ける室内へ、そして該室外へ導かれる。

フレーム部分５１上に、上部カバー（カバープレート）５７、格子状の陽極５９が座しているが、特にパーフォレートされたプレート又は格子状の形の陽極５９はカバープレート５７とフレーム部分５１の間に配置され、環状シール（Ｏリング）５８により保持される。

図８に示す実施例では、ウェーハ１１上の該室内には非常に多くの電解液が入れられるので、該陽極５９は該電解液内に沈み、すなわち該電解液レベル６１は陽極５９の上にある。ベース部分とカバーの間の空間内で電解液レベル６１の上には、ガス室６０が提供され、該室は不活性ガス、例えば、窒素、又はアルゴン又はその処理条件で不活性である他のガスで充たされる。

本発明のデバイス、特に図８のデバイスは、処理中電解液が循環して汲まれることを可能にする。

原理的には、反応器の充填の前、或いは、もし電解液が処理中循環して汲まれるなら、該処理中でも、該反応器の外部で、電解液に不活性ガスであるガスを入れる可能性がある。

図８と連携して既に示した様に、該電解液の上のガス室は、不活性ガスで充たされるので、処理時に該不活性ガスが存在する。

該ウェーハ１１の処理の終了に続いて加えられる濯ぎ用水は、該水が使われる前に不活性ガスでガス入れされてもよい。

本方法の完了に続いて、更に下記の過程シーケンスが適用される。
−吸引、又は該ガス室内の不活性ガスの圧力を増すことによる押し出し、による処理室からの電解液の排出、
−処理室及び中に含まれたウェーハの不活性ガスを用いた乾燥、
−該乾燥に続く該ウェーハの取り外し、
−該処理室の外部の水を用いたウェーハの濯ぎ、
−該処理室外部でのウェーハの最終の（再開した）乾燥。

要約すると、本発明の例示用実施例は下記の様に説明されてもよい：
電解液内でウェーハ１１、特にマイクロチップウェーハをメタライズするデバイス１は、複数の保持用装置３を備えており、各保持用装置３は電解液用の室２７を有し、該室は、他の保持用装置３内の電解液用の保持室２７から分離されており、そして各ウェーハ１１は陰極として役立つリング１５と、陽極としての陽極ネットワーク２９と、を割り当てられている。

Claims (34)

1. ウェーハ、特にマイクロチップウェーハ（１１）を電解液内で電解メタライゼーションするためのデバイス（１）であり、特に該マイクロチップウェーハ内のチャンネルを金属、特に銅で、充たすよう、メタライゼーションするための該デバイス（１）であって、該電解液を受ける室（２７）を具備し、陽極（２９）を具備し、かつメタライズされる該ウェーハ（１１）を陰極として極性を持たせる接触部（１５）を具備しており、
   メタライズされる該ウェーハ（１１）用の少なくとも１つの保持用装置（３）が提供されており、
   該保持用装置（３）は
   −該ウェーハ（１１）用の受け入れ領域（９）を有する、電気絶縁材料製のベースプレート（５）と、
   −電解液用の該室（２７）を形成する凹部（２３）を有する、絶縁材料製のフレーム（２１）と、
   −陰極として役立つ導電材料のリング（１５）と、
   −該フレーム（２１）の該ベースプレート（５）から離れるよう面する側に配置され、電解液用の該室（２７）をカバーする蓋プレートと、
   −該蓋プレートの該ウェーハ（１１）に面する側に配置された陽極ネットワーク（２９）と、
   を備えており、そして
   −該ベースプレート（５）及び該フレーム（２１）を相互に接触するよう保持するために、該装置が提供される該デバイス。
2. 該ベースプレート（５）及び該フレーム（２１）の間にシール（１９）が提供される請求項１記載のデバイス。
3. 該シール（１９）が、陰極として役立つ該リング（１５）内に配置される請求項２記載のデバイス。
4. 該シール（１９）が環状シールである請求項２又は３に記載のデバイス。
5. 該シール（１９）が該フレーム（２１）と、該ベースプレート（５）上に横たわる該ウェーハ（１１）との間でクランプされる請求項２から４のいずれか１つに記載のデバイス。
6. メタライズされるウェーハ（１１）用の受け入れ領域が該ベースプレート（５）内の凹み（９）である請求項１から５のいずれか１つに記載のデバイス。
7. 複数の保持用装置（３）が重なって提供され、該ベースプレート（５）がそれぞれ下に配置された該保持用装置（３）の蓋プレートを形成する請求項１から６のいずれか１つに記載のデバイス。
8. 外方を指し、ベースプレート（５）及びフレーム（２１）を相互に対し加圧する装置（３５）が上に作用する、好ましくは楔の様な突起（３３）が、該ベースプレート（５）及び該フレーム（２１）に、提供される請求項１から７のいずれか１つに記載のデバイス。
9. 該加圧装置が、該ベースプレート（５）上及び該フレーム（２１）上の突起（３３）が契合する溝（３７，３９）を有するクランプ要素（３５）である請求項８記載のデバイス。
10. 該溝（３７）がＹ型で２つの枝（３９）に分かれる請求項９記載のデバイス。
11. 該クランプ要素（３５）が、該要素がベースプレート（５）及びフレーム（２１）の面に直角のガイドロッド（４１）上で移動させられるようガイドされる請求項８又は９に記載のデバイス。
12. ベースプレート（５）とフレーム（２１）を、相互の方へそして相互から離れるよう動かすクランプ要素（３５）が、該フレーム（２１）及び該ベースプレート（５）の面に平行に移動させられる請求項９から１１のいずれか１つに記載のデバイス。
13. ベースプレート（５）及びフレーム（２１）を有する保持用装置が、該保持用装置が相互から或る距離にある位置から、該保持用装置が相互上で停止する位置内へ、移動させられ得る請求項１から１２のいずれか１つに記載のデバイス。
14. 該保持用装置間に、フレーム（２１）と、上に横たわる装置のベースプレート（５）であり、蓋プレートとして役立つ該ベースプレート（５）と、の間に配置されるシール（２５）、特に環状シール、が提供される請求項１３に記載のデバイス。
15. 保持用装置（３）又は複数の保持用装置（３）が少なくとも１つの振動発生器（４３）を割り当てられる請求項１から１４のいずれか１つに記載のデバイス。
16. 該振動発生器（４３）が一定の、選択的に可変の、又はランダムに可変の周波数を有する振動を発生する振動発生器である請求項１５記載のデバイス。
17. 該保持用装置（３）の温度が制御され得る請求項１から１６のいずれか１つに記載のデバイス。
18. 複数の保持用装置（３）で、電解液用の該閉じた室（２７）が相互から独立に、電解液で充たされたり、空にされたり出来る請求項１から１７のいずれか１つに記載のデバイス。
19. 該陽極ネットワークが中央に向かって益々密に織られる請求項１から１８のいずれか１つに記載のデバイス。
20. 該ベースプレート（５）の該ウェーハ（１１）から離れるよう面する面が凸にカーブしている請求項１から１９のいずれか１つに記載のデバイス。
21. 電解液（５６）保持用室内で該電解液（５６）の上にガス室（６０）が提供される請求項１から２０のいずれか１つに記載のデバイス。
22. 該ガス室（６０）が不活性ガス、特に窒素、又はアルゴンで充たされる請求項２１記載のデバイス。
23. 該デバイスの運転時、電解液（５６）を該回路内に導くために導管が提供される請求項１から２２のいずれか１つに記載のデバイス。
24. 該導管が、該デバイスの運転時電解液（５６）を循環して汲む少なくとも１つのポンプを割り当てられる請求項２３記載のデバイス。
25. 該デバイスが、該デバイスの運転時、電解液（５６）にガスを供給するための装置を割り当てられる請求項１から２４のいずれか１つに記載のデバイス。
26. 請求項１から２５のいずれか１つに記載のデバイスを使うのが好ましい、ウェーハ、特にマイクロチップウェーハ、を電解液内で電解メタライゼーションする方法であって、該電解液が、該メタライゼーションが行われる前に、不活性ガスであるガスを入れられる該方法。
27. 該電解液が該デバイスの外部でガスを入れられる請求項２６記載の方法。
28. 該電解液が、該メタライゼーション時に循環するようポンプで汲まれ、該デバイスの外部でガスを入れられる請求項２６又は２７に記載の方法。
29. 請求項１から２５のいずれか１つに記載のデバイスを使うのが好ましい、ウェーハ、特にマイクロチップウェーハ、を電解液内で電解メタライゼーションする方法であって、該メタライゼーションの完了に続く該ウェーハの濯ぎの前に、濯ぎ用水がガスを入れられる該方法。
30. 請求項１から２５のいずれか１つに記載のデバイスを使うのが好ましい、ウェーハ、特にマイクロチップウェーハ、を電解液内で電解メタライゼーションする方法であって、該電解液が除去され、該デバイス、特に該デバイスの該電解液及び該ウェーハを保持する室が、該ウェーハの取り外しの前に、特に不活性ガスを使って更に乾燥される該方法。
31. 該デバイスが該デバイスを濯ぐことなく乾燥される請求項３０に記載の方法。
32. 該ウェーハが該デバイスの外部で、濯がれそして乾燥される請求項３０又は３１に記載の方法。
33. 該ウェーハが該デバイスの乾燥に続いて該デバイスから外され、該ウェーハが濯ぎ用水で濯がれ、そして該ウェーハが次に乾燥されるが、特に不活性ガスを使って、該乾燥が行われる請求項３２記載の方法。
34. 該濯ぎ用水が該ウェーハの濯ぎの前にガスを入れられる請求項３２又は３３に記載の方法。

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