JP2017186677A - Electrolytic copper plating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解銅めっき装置に関し、特に半導体ウェーハ等の基板を基板ホルダで保持しつつめっき液中に浸漬させて基板表面に銅からなる接続用バンプや配線等を形成したり、スルーホール銅めっきに使用される電解銅めっき装置に関する。 The present invention relates to an electrolytic copper plating apparatus, and in particular, a substrate such as a semiconductor wafer is held in a substrate holder while being immersed in a plating solution to form connection bumps or wiring made of copper on the substrate surface, or through-hole copper. The present invention relates to an electrolytic copper plating apparatus used for plating.
半導体ウェーハ等の基板を基板ホルダで保持しつつめっき液中に浸漬させて基板表面に銅めっきを行う電解銅めっき装置のアノードとして、含リン銅からなる溶解性アノード(以下、含リン銅アノードという)が広く使用されている。このように、含リン銅アノードを使用した場合、ダミー基板と含リン銅アノードとの間に電圧を印加する空電解を行って、含リン銅アノードの表面にブラックフィルムと呼ばれる薄い皮膜を予め均一に生成してから、含リン銅アノードと基板との間に電圧を印加して基板表面に銅めっきを行うようにしている。これによって、1価の銅の生成が抑制されて、スラッジの形成が防止される。 A soluble anode made of phosphorous copper (hereinafter referred to as phosphorous copper anode) is used as an anode of an electrolytic copper plating apparatus in which a substrate such as a semiconductor wafer is held by a substrate holder and immersed in a plating solution to perform copper plating on the substrate surface. ) Is widely used. Thus, when a phosphorous copper anode is used, a blank film called a black film is uniformly formed in advance on the surface of the phosphorous copper anode by performing a blank electrolysis in which a voltage is applied between the dummy substrate and the phosphorous copper anode. Then, a voltage is applied between the phosphorous copper anode and the substrate to perform copper plating on the substrate surface. Thereby, the production | generation of monovalent copper is suppressed and formation of sludge is prevented.
含リン銅アノードを使用して銅めっきを行うと、銅めっきの進行中に含リン銅アノード表面からブラックフィルムが脱落してめっき液中に浮遊することがある。そして、めっき液中に浮遊しているブラックフィルムが基板に付着すると、基板にディフェクトが発生する要因となる。 When copper plating is performed using a phosphorus-containing copper anode, the black film may fall off from the surface of the phosphorus-containing copper anode during the copper plating and float in the plating solution. When the black film floating in the plating solution adheres to the substrate, it causes a defect on the substrate.
このため、アノードカップとメンブレンでエンクロージャーを形成し、このエンクロージャーの中にアノードを配置することで、アノードから発生したパーティクルが基板に付着しないようにした装置が提案されている(特許文献1参照)。 For this reason, there has been proposed an apparatus in which an enclosure is formed by an anode cup and a membrane, and an anode is disposed in the enclosure so that particles generated from the anode do not adhere to the substrate (see Patent Document 1). .
また、金属イオンの透過を許容し非イオン系の有機添加剤の透過を妨げる多層構造の多孔性透過バリアによりアノードチャンバとカソードチャンバを区分しためっき装置が提案されている(特許文献2参照)。また、アノード中のリン濃度が200ppm以上、平均結晶粒径が50μm以上のアノードを使用し、かつ金属イオンの透過を許容し、0.05μm以上のパーティクルの通過を妨げる膜でアノード室とカソード室とを分離しためっき装置が提案されている(特許文献3参照)。 In addition, there has been proposed a plating apparatus in which an anode chamber and a cathode chamber are separated by a porous permeation barrier having a multilayer structure that allows permeation of metal ions and prevents permeation of nonionic organic additives (see Patent Document 2). Also, the anode chamber and cathode chamber are made of a membrane that uses an anode having a phosphorus concentration in the anode of 200 ppm or more and an average crystal grain size of 50 μm or more, and that allows permeation of metal ions and prevents the passage of particles of 0.05 μm or more. Has been proposed (see Patent Document 3).
更に、銅純度:99.99質量%以上、リン濃度:300〜1000ppm、酸素含有量:10ppm以下の含リン銅鋳塊を初期温度600〜900℃で熱間鍛造してアノードを製造し、アノード中の平均結晶粒径を30μm以下に制御することで、含リン銅アノードからブラックフィルムが脱落しないようにした技術や(特許文献4参照)、アノードを収容したアノードバッグ内をエアーまたは酸素でバブリングして、電解液中の酸素溶在量が5ppm以上にすることで、アノード表面のブラックフィルムの成長及び脱落を防止する技術が提案されている(特許文献5参照)。 Further, an anode was manufactured by hot forging a phosphorus-containing copper ingot having a copper purity of 99.99% by mass or more, a phosphorus concentration of 300 to 1000 ppm, and an oxygen content of 10 ppm or less at an initial temperature of 600 to 900 ° C. By controlling the average grain size within 30 μm or less, the technology prevents the black film from dropping from the phosphorous copper anode (see Patent Document 4), and the inside of the anode bag containing the anode is bubbled with air or oxygen And the technique which prevents the growth and fall-off | omission of the black film of the anode surface is proposed by making oxygen dissolved amount in electrolyte solution 5 ppm or more (refer patent document 5).
しかしながら、含リン銅アノードの表面にブラックフィルムを該アノードの表面から脱落しないように強固に生成することは一般に困難である。しかも含リン銅アノードから脱落したブラックフィルムが基板に付着しないようにするためには、かなり複雑な構成を採用する必要がある。特に、ブラックフィルムが基板に付着することを完全に防ぐためには、さらに複雑な構造が必要となる。 However, it is generally difficult to form a black film firmly on the surface of the phosphorus-containing copper anode so as not to fall off from the surface of the anode. Moreover, in order to prevent the black film dropped from the phosphorous-containing copper anode from adhering to the substrate, it is necessary to adopt a rather complicated configuration. In particular, in order to completely prevent the black film from adhering to the substrate, a more complicated structure is required.
本発明は上記事情に鑑みて為されてもので、含リン銅からなる溶解性アノードの表面上にブラックフィルムを安定に維持することで、溶解性アノードから脱落するブラックフィルムの量を極力低減できるようにした電解銅めっき装置を提供することを第1の目的とする。
また、たとえ含リン銅からなる溶解性アノードからブラックフィルムが脱落したとしても、この脱落したブラックフィルムが基板に付着してしまうことを、比較的簡単な構成で、より確実に阻止できるようにした電解銅めっき装置を提供することを第2の目的とする。
Since the present invention has been made in view of the above circumstances, the amount of black film that falls off the soluble anode can be reduced as much as possible by stably maintaining the black film on the surface of the soluble anode made of phosphorous copper. It is a first object of the present invention to provide an electrolytic copper plating apparatus.
In addition, even if a black film falls off from a soluble anode made of phosphorous copper, it is possible to more reliably prevent the dropped black film from adhering to the substrate with a relatively simple configuration. A second object is to provide an electrolytic copper plating apparatus.
本発明の一態様に係る電解銅めっき装置は、内部にめっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、前記アノードの周囲を包囲する網状のアノードバッグと、開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダで保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板と、前記調整板の開口部を閉塞するように配置され、金属イオンの透過を許容し添加剤の透過を阻止する隔膜とを有し、前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmであることを特徴とする。 An electrolytic copper plating apparatus according to an aspect of the present invention includes a plating tank that holds a plating solution therein, a soluble anode made of phosphorous copper that is immersed in the plating solution inside the plating tank, and a substrate. A substrate holder for placing the substrate at a position facing the anode while immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank, a substrate holder transporting device for transporting the substrate holder holding the substrate, and a periphery of the anode A net-like anode bag that surrounds the substrate, an adjustment plate that has an opening, is arranged between the anode and the substrate held by the substrate holder, and adjusts an electric field; and closes the opening of the adjustment plate The phosphorous copper has a phosphorus concentration of 2000 to 2700 mass ppm, and an average crystal grain size of copper. Characterized in that it is a 15Myuemu~45myuemu.
これにより、たとえ含リン銅からなる溶解性アノード(含リン銅アノード)からブラックフィルムが剥がれて、ブラックフィルムがめっき液中に浮遊しても、このブラックフィルムの基板に向けた移動をアノードバッグと隔膜で二重にブロックして、基板の表面にブラックフィルムが付着することをほぼ完全に阻止することができる。 As a result, even if the black film is peeled off from the soluble anode made of phosphorous copper (phosphorous copper anode) and the black film floats in the plating solution, the movement of the black film toward the substrate is transferred to the anode bag. Double blocking with the diaphragm can almost completely prevent the black film from adhering to the surface of the substrate.
前記含リン銅のリン濃度は、1800〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmである。 The phosphorus concentration of the phosphorous-containing copper is 1800 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain size of copper is 15 μm to 45 μm.
このように、リン濃度が1800〜2700ppm、好ましく、2000〜2700ppmの含リン銅を素材とした溶解性アノード(以下、含リン銅アノードという)をアノードに使用することで、含リン銅アノードの表面の表面に、ブラックフィルムが均一な膜厚で強固に剥がれ難く生成されることが実験により確かめられている。 Thus, the surface of the phosphorous copper anode is obtained by using a soluble anode (hereinafter referred to as phosphorous copper anode) made of phosphorous copper having a phosphorus concentration of 1800 to 2700 ppm, preferably 2000 to 2700 ppm, as the anode. It has been confirmed by experiments that a black film is formed with a uniform film thickness and hardly peeled off on the surface.
本発明の更に他の態様に係る電解銅めっき装置は、内部にめっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、前記アノードを包囲する網状の第1アノードバッグと、前記第1アノードバッグを包囲し、該第1アノードバッグよりも目の細かい網状の第2アノードバッグと、開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダに保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板とを有し、前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmである。 An electrolytic copper plating apparatus according to yet another aspect of the present invention includes a plating tank for holding a plating solution therein, a soluble anode made of phosphorous copper immersed in the plating solution inside the plating tank, and a substrate. A substrate holder for holding and immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank and placing the substrate at a position facing the anode, a substrate holder transporting device for transporting the substrate holder holding the substrate, and the anode A net-like first anode bag surrounding the first anode bag, a net-like second anode bag surrounding the first anode bag, finer than the first anode bag, an opening, the anode and the substrate holder And an adjusting plate that adjusts the electric field, and the phosphorus concentration of the phosphorus-containing copper is 2000 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain of copper It is a 15μm~45μm.
これにより、たとえ含リン銅からなる溶解性アノード(含リン銅アノード)からブラックフィルムが剥がれて、ブラックフィルムがめっき液中に浮遊しても、このブラックフィルムの基板に向けた移動を第1アノードバッグと第2アノードバッグで二重にブロックして、基板の表面にブラックフィルムが付着することをほぼ完全に阻止することができる。 As a result, even if the black film is peeled off from the soluble anode made of phosphorous copper (phosphorous copper anode) and the black film floats in the plating solution, the movement of the black film toward the substrate becomes the first anode. Double blocking with the bag and the second anode bag can almost completely prevent the black film from adhering to the surface of the substrate.
本発明の更に他の態様に係る電解銅めっき装置は、内部にめっき液を保持するめっき槽と、前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダで保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板と、前記調整板の開口部を閉塞するように配置され、金属イオンの透過を許容し添加剤の透過を阻止する隔膜と、前記めっき槽の内部を、前記アノード及び前記隔膜が配置されるアノード室と前記基板ホルダに保持された基板が配置されるカソード室に区分し、前記調整板の開口部に対向する位置には前記隔膜で閉塞される開口部が設けられたシールドボックスと、前記アノード室内のめっき液を該アノード室の底部から引抜いて排出するめっき液排出ラインとを有し、前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmである。 An electrolytic copper plating apparatus according to yet another aspect of the present invention includes a plating tank for holding a plating solution therein, a soluble anode made of phosphorous copper immersed in the plating solution inside the plating tank, and a substrate. A substrate holder for holding and immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank and placing the substrate at a position facing the anode, a substrate holder transfer device for transferring the substrate holder holding the substrate, and an opening And an adjustment plate arranged between the anode and the substrate held by the substrate holder to adjust the electric field, and arranged to close the opening of the adjustment plate, allowing permeation of metal ions And dividing the inside of the plating tank into an anode chamber in which the anode and the diaphragm are disposed and a cathode chamber in which the substrate held by the substrate holder is disposed. A shield box provided with an opening closed by the diaphragm at a position facing the opening of the adjustment plate, and a plating solution discharge line for extracting and discharging the plating solution in the anode chamber from the bottom of the anode chamber And the phosphorus concentration of the phosphorous-containing copper is 2000 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain size of copper is 15 μm to 45 μm.
これにより、たとえ含リン銅からなる溶解性アノード(含リン銅アノード)からブラックフィルムが剥がれて、ブラックフィルムがめっき液中に浮遊しても、このブラックフィルムが浮遊するめっき液をアノード室の底部から引抜いて排出し、更にめっき液中に浮遊するブラックフィルムがアノード室からカソード室に移動することを隔膜で阻止することで、基板の表面にブラックフィルムが付着することをほぼ完全に阻止することができる。 As a result, even if the black film is peeled off from the soluble anode made of phosphorous copper (phosphorous copper anode) and the black film floats in the plating solution, the plating solution in which the black film floats is removed at the bottom of the anode chamber. The black film that is drawn out from the substrate and discharged, and the black film floating in the plating solution is blocked from moving from the anode chamber to the cathode chamber by the diaphragm, thereby almost completely preventing the black film from adhering to the surface of the substrate. Can do.
本発明によれば、リン濃度が1800〜2700ppm、好ましく、2000〜2700ppmの含リン銅を素材とした溶解性アノード(以下、含リン銅アノードという)をアノードに使用することで、含リン銅アノードの表面の表面に、ブラックフィルムを均一な膜厚で強固に剥がれ難く生成することができる。
また、比較的簡単な構成で、たとえ含リン銅からなる溶解性アノード(含リン銅アノード)からブラックフィルムが剥がれても、基板の表面にブラックフィルムが付着することをほぼ完全に阻止することができる。
According to the present invention, a phosphorus-containing copper anode is obtained by using, as an anode, a soluble anode made of phosphorus-containing copper having a phosphorus concentration of 1800-2700 ppm, preferably 2000-2700 ppm. It is possible to produce a black film with a uniform film thickness that is difficult to peel off on the surface of the surface.
Also, with a relatively simple structure, even if the black film is peeled off from the soluble anode made of phosphorous copper (phosphorous copper anode), it can almost completely prevent the black film from adhering to the surface of the substrate. it can.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各例において、同一または相当する要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following examples, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の実施形態における電解銅めっき装置の全体配置図を示す。図1に示すように、この電解銅めっき装置には、半導体ウェーハ等の基板を収納したカセット10を搭載する2台のカセットテーブル12と、基板のオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせるアライナ14と、めっき処理後の基板を高速回転させて乾燥させるスピンリンスドライヤ16が備えられている。スピンリンスドライヤ16の近くには、基板ホルダ18を載置して基板の該基板ホルダ18への着脱を行う基板着脱部20が設けられている。これらのユニット10,14,16,20の中央には、これらのユニット間で基板を搬送する搬送用ロボットからなる基板搬送装置22が配置されている。
FIG. 1 shows an overall layout of an electrolytic copper plating apparatus in an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in this electrolytic copper plating apparatus, two cassette tables 12 on which a
上記基板着脱部20、基板ホルダ18の保管及び一時仮置きを行うストッカ24、基板を純水に浸漬させるプリウェット槽26、基板の表面に形成したシード層等の導電層の表面の酸化膜をエッチング除去するプリソーク槽28、プリソーク後の基板を基板ホルダ18と共に洗浄液(純水等)で洗浄する第1洗浄槽30a、洗浄後の基板の液切りを行うブロー槽32、めっき後の基板を基板ホルダ18と共に洗浄液で洗浄する第2洗浄槽30b、及び銅めっきユニット34は、この順に配置されている。この銅めっきユニット34は、オーバーフロー槽36の内部に複数のめっき槽38を収納して構成されている。各めっき槽38は、内部に1個の基板を収納し、内部に保持しためっき液中に基板を浸漬させて基板表面に銅めっき等のめっきを施すようになっている。
The substrate attaching / detaching
これらの各機器の側方に位置して、これらの各機器の間で基板ホルダ18を基板とともに搬送する、例えばリニアモータ方式を採用した基板ホルダ搬送装置40が備えられている。この基板ホルダ搬送装置40は、基板着脱部20、ストッカ24、プリウェット槽26、プリソーク槽28、第1洗浄槽30a、及びブロー槽32との間で基板を搬送する第1トランスポータ42と、第1洗浄槽30a、第2洗浄槽30b、ブロー槽32、及び銅めっきユニット34との間で基板を搬送する第2トランスポータ44を有している。第2トランスポータ44を備えることなく、第1トランスポータ42のみを備えるようにしてもよい。
A substrate
この基板ホルダ搬送装置40のオーバーフロー槽36を挟んだ反対側には、各めっき槽38の内部に位置して該めっき槽38内のめっき液を攪拌する掻き混ぜ棒としての攪拌パドル232(図6参照)を駆動するパドル駆動装置46が配置されている。
On the opposite side of the substrate
基板着脱部20は、レール50に沿って横方向にスライド自在な平板状の載置プレート52を備えている。この載置プレート52に2個の基板ホルダ18を水平状態で並列に載置して、この一方の基板ホルダ18と基板搬送装置22との間で基板の受渡しを行った後、載置プレート52を横方向にスライドさせて、他方の基板ホルダ18と基板搬送装置22との間で基板の受渡しを行うようになっている。
The board attaching / detaching
基板ホルダ18は、図2乃至図5に示すように、例えば塩化ビニル製で矩形平板状の第1保持部材(固定保持部材)54と、この第1保持部材54にヒンジ56を介して開閉自在に取付けた第2保持部材(可動保持部材)58とを有している。なお、他の構成例として、第2保持部材58を第1保持部材54に対峙した位置に配置し、この第2保持部材58を第1保持部材54に向けて前進させ、また第1保持部材54から離間させることによって第2保持部材58を開閉するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
第2保持部材58は、基部60と、リング状のシールホルダ62とを有している。シールホルダ62は例えば塩化ビニル製であり、下記の押えリング64との滑りを良くしている。シールホルダ62の上部には、基板ホルダ18で基板Wを保持した時、基板Wの表面外周部に圧接して第2保持部材58と基板Wとの隙間をシールする基板側シール部材66が内方に突出して取付けられている。更に、シールホルダ62の第1保持部材54と対向する面には、基板側シール部材66の外方位置で第1保持部材54に圧接して第1保持部材54と第2保持部材58との隙間をシールするホルダ側シール部材68が取付けられている。
The second holding
図5に示すように、基板側シール部材66は、シールホルダ62と第1固定リング70aとの間に挟持されてシールホルダ62に取付けられている。第1固定リング70aは、シールホルダ62にボルト等の締結具69aを介して取付けられる。ホルダ側シール部材68は、シールホルダ62と第2固定リング70bとの間に挟持されてシールホルダ62に取付けられている。第2固定リング70bは、シールホルダ62にボルト等の締結具69bを介して取付けられる。
As shown in FIG. 5, the substrate
シールホルダ62の外周部には、段部が設けられ、この段部に、押えリング64がスペーサ65を介して回転自在に装着されている。なお、押えリング64は、第1固定リング70aの外周部により、脱出不能に装着されている。この押えリング64は、酸やアルカリに対して耐食性に優れ、十分な剛性を有する材料から構成される。例えば、押えリング64はチタンから構成される。スペーサ65は、押えリング64がスムーズに回転できるように、摩擦係数の低い材料、例えばPTFEで構成されている。
A step portion is provided on the outer peripheral portion of the
押えリング64の外側方には、複数のクランパ74が押えリング64の円周方向に沿って等間隔で配置されている。これらクランパ74は第1保持部材54に固定されている。各クランパ74は、内方に突出する突出部を有する逆L字状の形状を有している。押えリング64の外周面には、外方に突出する複数の突起部64bが設けられている。これら突起部64bは、クランパ74の位置に対応する位置に配置されている。クランパ74の内方突出部の下面及び押えリング64の突起部64bの上面は、押えリング64の回転方向に沿って互いに逆方向に傾斜するテーパ面となっている。押えリング64の円周方向に沿った複数箇所(例えば3箇所)には、上方に突出する凸部64aが設けられている。これにより、回転ピン(図示せず)を回転させて凸部64aを横から押し回すことにより、押えリング64を回転させることができる。
On the outer side of the
第2保持部材58を開いた状態で、第1保持部材54の中央部に基板Wを挿入し、ヒンジ56を介して第2保持部材58を閉じる。押えリング64を時計回りに回転させて、押えリング64の突起部64bをクランパ74の内方突出部の内部に滑り込ませることで、押えリング64とクランパ74にそれそれぞれ設けたテーパ面を介して、第1保持部材54と第2保持部材58とを互いに締付けて第2保持部材58をロックする。また、押えリング64を反時計回りに回転させて押えリング64の突起部64bをクランパ74から外すことで、第2保持部材58のロックを解くようになっている。第2保持部材58をロックした時、基板側シール部材66の下方突出部は基板ホルダ18で保持した基板Wの表面外周部に圧接される。基板側シール部材66は均一に基板Wに押圧され、これによって基板Wの表面外周部と第2保持部材58との隙間をシールする。同じように、第2保持部材58をロックした時、ホルダ側シール部材68の下方突出部は第1保持部材54の表面に圧接される。ホルダ側シール部材68は均一に第1保持部材54に押圧され、これによって第1保持部材54と第2保持部材58との間の隙間をシールする。
With the second holding
第1保持部材54の上面には、基板Wの大きさにほぼ等しいリング状の突条部82が形成されている。この突条部82は、基板Wの周縁部に当接して該基板Wを支持する環状の支持面80を有している。この突条部82の円周方向に沿った所定位置に凹部84が設けられている。
On the upper surface of the first holding
基板ホルダ18の第1保持部材54の端部には、基板ホルダ18を搬送したり、吊下げ支持したりする際の支持部となる一対のホルダハンガ90が外方に突出して設けられている。更に、両側のホルダハンガ90の間にはハンドレバー92が延びている。基板ホルダ搬送装置40は、基板ホルダ18のハンドレバー92を挟むことによって基板ホルダ18を保持するように構成されている。ストッカ24内においては、この周壁上面にホルダハンガ90を引っ掛けることで、基板ホルダ18を垂直に吊下げ保持する。さらに、この吊下げられた基板ホルダ18のホルダハンガ90を第1トランスポータ42で把持して基板ホルダ18を搬送するようになっている。なお、プリウェット槽26、プリソーク槽28、洗浄槽30a,30b、ブロー槽32、及び銅めっきユニット34内においても、基板ホルダ18は、ホルダハンガ90を介してそれらの周壁に吊下げ保持される。
A pair of
図3に示すように、凹部84内には複数(図示では12個)の導電体(電気接点)86がそれぞれ配置されている。これら導電体86は、ホルダハンガ90に設けられた接続端子91から延びる複数の配線にそれぞれ接続されている。この導電体86自体は基板Wと接触することなく、導電体86の端部が基板Wの外周端部よりも外側に位置しており、第1保持部材54の支持面80上に基板Wを載置した際、図5に示す電気接点88の下部に弾性的に接触するようになっている。
As shown in FIG. 3, a plurality (12 pieces in the drawing) of conductors (electrical contacts) 86 are disposed in the
導電体86に電気的に接続される電気接点88は、ボルト等の締結具89を介して第2保持部材58のシールホルダ62に固着されている。この電気接点88は、板ばね形状に形成されている。電気接点88は、基板側シール部材66の外方に位置した、内方に板ばね状に突出する接点部を有している。電気接点88はこの接点部において、その弾性力によるばね性を有して容易に屈曲するようになっている。第1保持部材54と第2保持部材58で基板Wを保持した時に、電気接点88の接点部が、第1保持部材54の支持面80上に支持された基板Wの外周面に弾性的に接触するように構成されている。
An
第2保持部材58の開閉は、図示しないエアシリンダと第2保持部材58の自重によって行われる。つまり、第1保持部材54には通孔54aが設けられ、載置プレート52の上に基板ホルダ18を載置した時に該通孔54aに対向する位置にエアシリンダが設けられている。ピストンロッドを伸展させ、通孔54aを通じて押圧棒で第2保持部材58のシールホルダ62を上方に押上げることで第2保持部材58を開き、ピストンロッドを収縮させることで、第2保持部材58をその自重で閉じるようになっている。
The second holding
基板ホルダ18の第1保持部材54の端部には、基板ホルダ18を搬送したり、吊下げ支持したりする際の支持部となる一対の略T字状のホルダハンガ90が連接されている。そして、ストッカ24内においては、この周壁上面にホルダハンガ90の突出端部を引っ掛けることで、これを垂直に吊下げ保持し、この吊下げ保持した基板ホルダ18のホルダハンガ90を第1トランスポータ42で把持して基板ホルダ18を搬送するようになっている。なお、プリウェット槽26、プリソーク槽28、洗浄槽30a,30b、ブロー槽32及び銅めっきユニット34内においても、基板ホルダ18は、ホルダハンガ90を介してそれらの周壁に吊下げ保持される。
A pair of substantially T-shaped
図6は、図1に示す電解銅めっき装置に備えられている銅めっきユニット34の縦断面図である。図6に示すように、めっき槽38は、その内部に一定量のめっき液を保持するように構成されている。このめっき槽38内には底板100が配置され、これによって、めっき槽38の内部は、上方の基板処理室と下方のめっき液分散室104に区画されている。上方の基板処理室の内部は、下記のアノード室110とカソード室112とに区分される。更に、底板100には、下方に垂下してめっき液の流れを規制する遮蔽板106が取付けられている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the
基板処理室の内部には、シールドボックス108が配置され、これによって、基板処理室の内部は、シールドボックス108の内部のアノード室110と外部のカソード室112に区分されている。底板100には、カソード室112とめっき液分散室104とを連通する第1めっき液流通口100aが形成されている。さらに、底板100にはアノード室110の下方に位置する第2めっき液流通口100bが形成されている。シールドボックス108の底部には、第2めっき液流口100bに対応する位置において、めっき液流通口108aが形成されている。めっき液分散室104は、第2めっき液流通口100b及びめっき液流通口108aを通じてアノード室110に連通している。
A
基板Wが基板ホルダ18に保持されると、基板Wの周縁部はシール部材66,68で水密的にシールされつつ、基板Wの表面(被めっき面)は露出した状態となる。基板ホルダ18で保持された基板Wは、カソード室112内のめっき液中に浸漬されて鉛直に配置される。
When the substrate W is held by the
めっき液として、この例では、硫酸、硫酸銅及びハロゲンイオンの他に、SPS(ビス(3−スルホプロピル)ジスルファイド)からなるめっき促進剤、PEG(ポリエチレングリコール)からなる抑制剤、及びPEI(ポリエチレンイミン)からなるレベラ(平滑化剤)の有機添加物を含んだ、酸性の硫酸銅めっき液が使用されている。ハロゲンイオンとしては塩素が好ましく用いられる。 As a plating solution, in this example, in addition to sulfuric acid, copper sulfate and halogen ions, a plating accelerator made of SPS (bis (3-sulfopropyl) disulfide), an inhibitor made of PEG (polyethylene glycol), and PEI (polyethylene) An acidic copper sulfate plating solution containing an organic additive of leveler (smoothing agent) made of (imine) is used. Chlorine is preferably used as the halogen ion.
めっき槽38の外周には、めっき槽38の縁から溢れ出ためっき液を受け止めるオーバーフロー槽36が設けられている。オーバーフロー槽36の底部には、ポンプ120を備えた循環ライン122の一端が接続され、循環ライン122の他端は、めっき液分散室104の底部に接続されている。オーバーフロー槽36内に溜まっためっき液は、ポンプ120の駆動に伴って、めっき槽38のめっき液分散室104に導入される。遮蔽板106の下端とめっき液分散室104の底面との間には隙間が設けられている。従って、循環ライン122から流出しためっき液の流れは、遮蔽板106によってアノード室110に向かう流れと、カソード室112に向かう流れに分けられる。めっき液は、底板100の第1めっき液流通口100aを通過してカソード室112内に、底板100の第2めっき液流通口100b及びシールドボックス108のめっき液流通口108aを通過してアノード室110内に流入する。
On the outer periphery of the
カソード室112内に流入しためっき液は、めっき槽38の縁から溢れ出てオーバーフロー槽36に流れ込む。また、アノード室110内に流入しためっき液も、シールドボックス108の上部側面に設けた開口部(図示せず)を通ってシールドボックス108から溢れ出て、オーバーフロー槽36に流れ込む。この際、アノード室110内のめっき液は実質的に、カソード室112に直接流れ込むことはない。
The plating solution flowing into the
循環ライン122には、ポンプ120の下流側に位置して、めっき液の温度を所定の温度(例えば25℃)に調節する恒温ユニット124と、めっき液内の異物(例えば0.1μm以上の異物)を除去するフィルタ126が介装されている。めっき槽38の底部には、ドレンライン128が接続されている。
The
アノード室110の内部には、基板Wとほぼ同じ大きさの円板状の含リン銅からなる溶解性アノード(以下、含リン銅アノードという)130がアノードホルダ132に保持されて垂直に設置されている。この含リン銅アノード130は、めっき槽38内にめっき液を満たした時にアノード室110内のめっき液中に浸漬される。基板ホルダ18に保持された基板Wは、カソード室112内のめっき液中に浸漬される。基板Wは、含リン銅アノード130に対面するようにカソード室112内に配置される。
Inside the
この含リン銅アノード130として、この例では、銅純度:99.69質量%で、リン濃度:2660質量ppm(以下、単にppmで示す)の素材(含リン銅)が使用されている。含リン銅アノード130のリン濃度は、1800〜2700ppmであり、好ましくは2000〜2700ppmである。この例の含リン銅アノード130の硫黄濃度は50ppmで、ニッケル濃度は100ppmである。また、含リン銅アノード130の銅の平均結晶粒径は、この例では35μmであり、好ましくは15μm〜45μmであり、さらに好ましくは30μm〜40μmである。
In this example, a material (phosphorous copper) having a copper purity of 99.69 mass% and a phosphorus concentration of 2660 mass ppm (hereinafter simply indicated by ppm) is used as the
銅の結晶粒径は、小さいのみならず、均一であることが望ましい。結晶粒界が大きいと、結晶粒界の選択的または優先的な溶解進行により、部分的な結晶粒の脱落が発生することがある。一方、結晶粒界が小さすぎると、均一な結晶組織を作ることが難しい。このような観点から、含リン銅アノード130の銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmであることが好ましく、さらに好ましくは30μm〜40μmである。
The crystal grain size of copper is desirably not only small but uniform. If the crystal grain boundary is large, partial crystal grain dropout may occur due to selective or preferential dissolution of the crystal grain boundary. On the other hand, if the crystal grain boundary is too small, it is difficult to form a uniform crystal structure. From such a viewpoint, the average crystal grain size of copper of the phosphorous-containing
このように、リン濃度が1800〜2700ppm、好ましくは2000〜2700ppmの含リン銅を素材とした含リン銅アノード130を使用することで、含リン銅アノード130の表面に、ブラックフィルムが均一な膜厚で強固に剥がれ難く生成されることが実験により確かめられている。
Thus, by using the phosphorus-containing
実験では、上記成分を有する含リン銅アノード130を使用し、めっき液として添加剤の異なる2種類のめっき液(第1めっき液及び第2めっき液)を使用した。陰極電流密度2ASD(A/cm2)で1時間の空電解を行ってアノード表面にブラックフィルムを生成し、陰極電流密度3ASDで2時間のめっきを行った。その後、アノード表面に生成されたブラックフィルムに対して、30cmの距離から垂直にシャワーリンス(3.5L/min)行った。このシャワーリンス中、10秒ごとにブラックフィルムを写真に撮って、ブラックフィルムの状態を調べた。結果として、めっき液の種類に拘わらず、90秒のリンスでも下地(アノード)が露出せず、ブラックフィルムの下地(アノード)からの剥がれはなかった。
In the experiment, the
これに対して、リン濃度が400〜500ppmの含リン銅アノードを使用し、前述と同様にして比較実験を行った。この比較実験の結果、第1めっき液の場合では30秒のリンス後に、第2めっき液の場合では20秒のリンス後にそれぞれ下地(アノード)が露出し、ブラックフィルムの下地(アノード)からの剥がれが起こっていた。さらに、リン濃度が400〜600ppmの含リン銅アノードを使用し、前述と同様にして比較実験を行った。この比較実験の結果、第1めっき液の場合では10秒のリンス後に、第2めっき液の場合では20秒のリンス後にそれぞれ下地(アノード)が露出し、ブラックフィルムの下地(アノード)からの剥がれが起こっていた。 In contrast, a phosphorous copper anode having a phosphorus concentration of 400 to 500 ppm was used, and a comparative experiment was performed in the same manner as described above. As a result of this comparative experiment, the base (anode) is exposed after rinsing for 30 seconds in the case of the first plating solution and after 20 seconds in the case of the second plating solution, and the black film is peeled off from the base (anode). Was happening. Further, using a phosphorus-containing copper anode having a phosphorus concentration of 400 to 600 ppm, a comparative experiment was performed in the same manner as described above. As a result of this comparative experiment, the base (anode) was exposed after rinsing for 10 seconds in the case of the first plating solution and after 20 seconds in the case of the second plating solution, and the black film was peeled off from the base (anode). Was happening.
めっき槽38の内部には、めっき槽38内の電位分布を調整する調整板(レギュレーションプレート)134が配置されている。この調整板134は、含リン銅アノード130とめっき槽38内に配置される基板ホルダ18との間に位置している。調整板134は、この例では、筒状部136と矩形状のフランジ部138からなり、筒状部136の内周面で開口部134aが形成されている。調整板134の材質として、誘電体である塩化ビニルが用いられる。開口部134aの大きさ、つまり筒状部136の内周面の直径は、電場の拡がりを十分制限できるように設定されている。筒状部136は、その軸心に沿った所定長さを有している。
An adjustment plate (regulation plate) 134 for adjusting the potential distribution in the
シールドボックス108は、調整板134の筒状部136に対応する位置に開口部108bを有している。調整板134のフランジ部138は、アノード室110内に位置しており、調整板134の筒状部136は開口部108b内に嵌合されている。筒状部136のアノード側端部はアノード室110内に位置している。このアノード側端部には、隔膜142が環状の固定板140によって固定されている。隔膜142は、筒状部136の内周面、すなわち調整板134の開口部134a全体を覆うように配置されている。この隔膜142は、金属イオンを通して添加剤を通さないカチオン交換膜または多孔性膜から構成されている。このような多孔性膜の例として、(株)ユアサメンブレン製のユミクロン(商標名)が挙げられる。
The
フランジ部138とシールドボックス108の内周面との隙間、フランジ部138と隔膜142との隙間、及び固定板140と隔膜142との隙間は、それぞれシール部材(図示せず)によってシールされている。
A gap between the
アノード室110内には、含リン銅アノード130を包囲する網状の通水性を有するアノードバッグ144がめっき槽38に固定されて配置されている。このアノードバッグ144として、例えば糸と糸との間隔が40μm〜50μmで、硫酸銅めっき液の通液量が20mL/cm2/secのポリプロピレン製のメッシュ、糸と糸との間隔が10μm〜15μmで、硫酸銅めっき液の通水量が1.25mL/cm2/secのポリプロピレン製のメッシュ、または糸と糸との間隔が1μmで、硫酸銅めっき液の通水量が0.6mL/cm2/secのポリプロピレン製のメッシュが使用される。アノードバッグ144の上端は、アノード室110内のめっき液をオーバーフローさせる開口部よりも高い位置まで延伸している。
In the
本実施形態によれば、含リン銅アノード130の周囲を網状で通水性を有するアノードバッグ144で覆い、更に、調整板134の開口部134aのアノード側端部全体を隔膜142で覆うようにしている。このような構成により、たとえ含リン銅アノード130からブラックフィルムが剥がれても、ブラックフィルムがカソード室112内に入り込むことがない。したがって、ブラックフィルムが基板Wの表面に付着してしまうことをほぼ完全に阻止することができる。
According to the present embodiment, the periphery of the
つまり、含リン銅アノード130からブラックフィルムが剥がれると、このブラックフィルムは、アノード室110内のめっき液中に浮遊するが、このブラックフィルムのカソード室112への移動をアノードバッグ144と隔膜142で二重にブロックすることができる。浮遊したブラックフィルムを含むアノード室110内のめっき液は、オーバーフロー槽36を経てフィルタ126に移送され、フィルタ126でブラックフィルムを含む混入物が除去される。その後、めっき液は再びカソード室112およびアノード室110へ流れ込む。
That is, when the black film is peeled off from the phosphorous-containing
更に、この例では、アノードバッグ144内のめっき液にエアーまたは不活性ガス(例えばN2ガス)等の気体を供給してめっき液中に気泡を形成するバブリング機構150が備えられている。このバブリング機構150は、上面に多数の噴出口を有するバブリング配管152と、このバブリング配管152に連通する気体供給ライン154とを有している。バブリング配管152は、含リン銅アノード130の表面に沿って水平に延び、アノードバッグ144内に配置されている。気体供給ライン154には、その内部を通過する気体から異物を除去するフィルタ156が設けられている。
Furthermore, in this example, a bubbling
このバブリング機構150は、必要に応じて設けられる。バブリング機構150によって、アノードバッグ144内の含リン銅アノード130の表面上に存在するめっき液中にエアーまたは不活性ガス(例えばN2ガス)等の気体を供給して気泡を形成することで、含リン銅アノード130からブラックフィルムがより剥がれ難くすることができる。
The bubbling
めっき槽38のカソード室112の内部には、基板ホルダ18と調整板134との間のめっき液を攪拌する攪拌具としての攪拌パドル232が配置されている。攪拌パドル232は、めっき槽38内に配置される基板ホルダ18と調整板134との間に位置しており、鉛直方向に延びている。基板Wのめっき中、攪拌パドル232は、基板Wと平行に往復運動してめっき液を攪拌することで、十分な銅イオンを基板Wの表面に均一に供給することができる。
Inside the
攪拌パドル232は、図7及び図8に示すように、板厚tが3mm〜5mmの一定の厚みを有する矩形板状部材から構成されている。攪拌パドル232は、複数の長穴232aを互いに平行に設けることで、鉛直方向に延びる複数の格子部232bを有するように構成されている。攪拌パドル232の材質は、例えばPVC、PPまたはPTFEなどの樹脂、またはSUSやチタンをフッ素樹脂などで被覆したものであり、少なくともめっき液と接触する部分を電気的絶縁状態にすることが望ましい。攪拌パドル232の垂直方向の長さL1及び長孔232aの長手方向の寸法L2は、基板Wの垂直方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。また、攪拌パドル232の横方向の寸法Hは、攪拌パドル232の往復運動の振幅(ストローク)と攪拌パドル232の横方向の寸法Hとの合計が、基板Wの横方向の寸法よりも十分に大きくなるように設定されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the stirring
長穴232aの幅及び数は、長穴232aと長孔232aの間の格子部232bが効率良くめっき液を攪拌し、長穴232aをめっき液が効率良く通り抜けるように、格子部232bが必要な剛性を有する範囲で格子部232bが可能な限り細くなるように決めることが好ましい。
The width and number of the
銅めっきユニット34には、めっき時に正極が導線を介して含リン銅アノード130に、負極が導線を介して基板Wの表面にそれぞれ接続されるめっき電源が備えられている。
The
次に、図1に示す電解銅めっき装置を使用して、基板Wの表面に電気銅めっきを行う一連の処理について説明する。
装置立上げ時に、ダミー基板と含リン銅アノード130との間に電圧を印加する空電解を行って、含リン銅アノード130の表面にブラックフィルムを生成しておく。この空電解では、前述のように、リン濃度が1800〜2700ppm、好ましくは2000〜2700ppm、かつ平均結晶粒径を15μm〜45μm、好ましくは30μm〜40μmの含リン銅を素材とした含リン銅アノード130を使用することで、含リン銅アノード130の表面に、ブラックフィルムが均一な膜厚で強固に剥がれ難く生成される。
Next, a series of processes for performing electrolytic copper plating on the surface of the substrate W using the electrolytic copper plating apparatus shown in FIG. 1 will be described.
When the apparatus is started up, a blank film is generated on the surface of the
そして、カセットテーブル12に搭載したカセット10から、基板搬送装置22により基板を1枚取出し、アライナ14に載せてオリフラやノッチなどの位置を所定の方向に合わせる。このアライナ14で方向を合わせた基板を基板搬送装置22で基板着脱部20まで搬送する。
Then, one substrate is taken out from the
ストッカ24内に収容されていた基板ホルダ18を第1トランスポータ42で2基同時に把持して、基板着脱部20まで搬送する。そして、基板ホルダ18を水平な状態として下降させ、これによって、2基の基板ホルダ18を基板着脱部20の載置プレート52の上に同時に載置し、2基のエアシリンダを作動させて2基の基板ホルダ18の第2保持部材58を開いた状態にしておく。
Two
この状態で、中央側に位置する基板ホルダ18に基板搬送装置22で搬送した基板を挿入し、エアシリンダを逆作動させて第2保持部材58を閉じる。その後、ロック・アンロック機構(図示せず)で第2保持部材58をロックする。そして、一方の基板ホルダ18への基板の装着が完了した後、載置プレート52を横方向にスライドさせて、同様にして、他方の基板ホルダ18に基板を装着する。その後、載置プレート52を元の位置に戻す。
In this state, the substrate transported by the
基板Wは、そのめっきされる面を基板ホルダ18の開口部から露出させた状態で、基板ホルダ18に固定される。基板ホルダ18の内部空間にめっき液が浸入しないように、基板Wの外周部と第2保持部材58との隙間は基板側シール部材66でシールされ、第1保持部材54と第2保持部材58との隙間はホルダ側シール部材68でシールされる。基板Wは、そのめっき液に触れない部分において複数の電気接点88と電気的に導通する。電気接点88からは基板ホルダ18の接続端子91まで配線が繋がっており、接続端子91に電源を接続することにより基板のシード層等の導電層に給電することができる。基板着脱部20は、基板ホルダ18に保持された基板Wと電気接点88との接触状態を確認するセンサを有している。このセンサは、基板Wと電気接点88の接触状態が不良であると判断した時に、その信号をコントローラ(図示せず)に入力する。
The substrate W is fixed to the
基板を保持した基板ホルダ18は、基板ホルダ搬送装置40の第1トランスポータ42により基板着脱部20からプリウェット槽26まで搬送される。第1トランスポータ42は基板ホルダ18を下降させ、これによって、基板を基板ホルダ18ごとプリウェット槽26内のプリウェット液に浸漬させる。
The
次に、基板を保持した基板ホルダ18は、第1トランスポータ42によりプリウェット槽26からプリソーク槽28に搬送される。プリソーク槽28では基板表面の酸化膜がエッチングされ、清浄な金属面を露出させる。更に、この基板を保持した基板ホルダ18は、第1トランスポータ42により第1洗浄槽30aに搬送される。この第1洗浄槽30aでは、その内部に供給された洗浄液により基板及び基板ホルダ18が洗浄される。洗浄液としては、純水、薬液などを使用することができる。
Next, the
洗浄が終了した基板を保持した基板ホルダ18は、基板ホルダ搬送装置40の第2トランスポータ44により、第1洗浄槽30aから銅めっきユニット34に搬送される。基板ホルダ18は、第2トランスポータ44によりめっき槽38内を下降し、めっき槽38の上部に吊り下げられる。基板ホルダ搬送装置40の第2トランスポータ44は、上記作業を順次繰り返し行って、基板を装着した基板ホルダ18を順次銅めっきユニット34のめっき槽38に搬送する。
The
全ての基板ホルダ18の吊下げ保持が完了した後、めっき槽38内のめっき液を循環させ、かつ、オーバーフローさせながら、めっき槽38内の含リン銅アノード130と基板Wとの間にめっき電圧を印加することで、基板Wの表面に銅めっきを施す。基板ホルダ18は、めっき槽38の上部でホルダハンガ90を介して吊り下げられて固定され、めっき電源から導電体86及び電気接点88を通して、シード層等の導電層に給電される。基板Wのめっき中は、パドル駆動装置46により攪拌パドル232を基板の表面と平行に往復移動させ、更に必要に応じて、バブリング機構150でめっき液内に気泡を形成する。
After the holding of all the
この銅めっき時に、たとえ含リン銅アノード130の表面からブラックフィルムが剥がれ、このブラックフィルムがアノード室110内のめっき液中に浮遊しても、ブラックフィルムのカソード室112内への移動はアノードバッグ144と隔膜142で二重にブロックされ、これによって、基板Wの表面へのブラックフィルムの付着がほぼ完全に阻止される。
During the copper plating, even if the black film is peeled off from the surface of the phosphorous-containing
銅めっきが終了した後、めっき電圧の印加、めっき液の供給、パドル往復運動及びバブリングを停止し、基板Wを保持した基板ホルダ18を第2トランスポータ44で2基同時に把持し、前述と同様にして、第2洗浄槽30bまで搬送し、基板Wの表面を基板ホルダ18と共に洗浄液で洗浄する。
After the copper plating is completed, the application of the plating voltage, the supply of the plating solution, the paddle reciprocation and the bubbling are stopped, and the two
洗浄された基板を保持した基板ホルダ18は、第2トランスポータ44により第2洗浄槽30bからブロー槽32まで搬送される。ブロー槽32では、エアまたは窒素ガスの吹き付けによって、基板ホルダ18で保持した基板Wの表面に付着した液滴を除去し乾燥させる。
The
ブロー槽32で乾燥された2基の基板ホルダ18は、第1トランスポータ42により基板着脱部20に搬送され、基板着脱部20の載置プレート52の上に載置される。そして、中央側に位置する基板ホルダ18の第2保持部材58のロックは、ロック・アンロック機構によって解除され、エアシリンダを作動させて第2保持部材58を開く。この状態で、基板搬送装置22は、基板ホルダ18から基板を取出して、スピンリンスドライヤ16に運ぶ。基板はスピンリンスドライヤ16の高速回転によってスピンドライ(水切り)され、その後、乾燥された基板は基板搬送装置22によってカセット10に戻される。
The two
そして、一方の基板ホルダ18に保持された基板がカセット10に戻された後、或いはこれと並行して、載置プレート52を横方向にスライドさせて、同様にして、他方の基板ホルダ18に保持されていた基板がスピンドライされ、その後基板搬送装置22によってカセット10に戻される。
Then, after the substrate held by one
図9は、図1に示す電解銅めっき装置に備えられる他の銅めっきユニット34aを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34aが図6に示す銅めっきユニット34と異なる点は、以下の通りである。すなわち、この例の銅めっきユニット34aの調整板134には、隔膜142が設けられていない。その代わり、アノード室110内に配置される含リン銅アノード130は、アノードホルダ132に取付けた網状の通水性を有する第1アノードバッグ162で包囲され、この第1アノードバッグ162は、めっき槽38に固定した網状の通水性を有する第2アノードバッグ164で包囲されている。そして、第1アノードバッグ162と第2アノードバッグ164との間に位置して、バブリング機構150のバブリング配管152が、アノードホルダ132の表面に沿って、水平に配置されている。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another
この第1アノードバッグ162として、例えば糸と糸との間隔が20μmのポリプロピレン製のメッシュが使用され、第2アノードバッグ164として、第1アノードバッグ162よりも目が細かい、例えば糸と糸との間隔が1μmのポリプロピレン製のメッシュが使用されている。第1アノードバッグ162は、含リン銅アノード130の交換時にアノードホルダ132と共にめっき槽38から引き抜かれて交換される。
As the
この例によれば、含リン銅アノード130の表面から脱落してアノード室110内のめっき液中に浮遊する比較的大きなブラックフィルムは、第1アノードバッグ162を通過することが阻止される。この第1アノードバッグ162を通過した比較的小さなブラックフィルムは、第2アノードバッグ164を通過することが阻止される。このようにして、めっき液中に浮遊するブラックフィルムがアノード室110からカソード室112内に入り込むことがほぼ完全に防止される。
According to this example, a relatively large black film that falls off the surface of the
図10は、更に他の銅めっきユニット34bを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34bが図6に示す銅めっきユニット34と異なる点は、以下の通りである。すなわち、この例の銅めっきユニット34bには、アノードバッグ144が備えられていない。その代わり、めっき槽38のめっき液分散室104とシールドボックス108の内部とを連通する底板100の第2めっき液供給口100bとシールドボックス108のめっき液流通口108aにプレフィルタ170が配置されている。更に底板100及びシールドボックス108の底部には、アノード室110内のめっき液を排出するめっき液排出口172が設けられている。このめっき液排出口172には、内部に開閉弁174を介装しためっき液排出ライン176の一端が接続され、めっき液排出ライン176の他端は、ポンプ120の上流側で循環ライン122に接続されている。そして、シールドボックス108の底部の近傍には、バブリング機構150のバブリング配管152が、アノードホルダ132の裏面に沿って水平に配置されている。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing still another
この例によれば、アノード室110内には、プレフィルタ170で異物を除去されためっき液がアノード室110内に流入する。ブラックフィルムは、含リン銅アノード130の表面から脱落してアノード室110内のめっき液に浮遊するが、ブラックフィルムはその自重によって徐々に沈む。このブラックフィルムを多量に含むアノード室110内のめっき液は、めっき液排出ライン176を通して、アノード室110の底部から排出される。
According to this example, the plating solution from which foreign matter has been removed by the
循環ライン122は、フィルタ126の下流側において、第1分岐ライン200Aと第2分岐ライン200Bとに分岐される。第1分岐ライン200Aはアノード室110まで延びており、第2分岐ライン200Bはめっき液分散室104の内部まで延びている。第1分岐ライン200Aにはプレフィルタ170が設けられており、第1分岐ライン200Aを流れるめっき液中の異物はプレフィルタ170によって除去される。第2分岐ライン200Bを通過しためっき液は、めっき液分散室104内に放出される。
The
ブラックフィルムを含むめっき液は、ポンプ120の上流側で循環ライン122に合流し、ポンプ120によって恒温ユニット124及びフィルタ126に送られる。ブラックフィルムは、フィルタ126によってめっき液から除去される。さらに、アノード室110からめっき液を排出するためのめっき液排出ライン176は、カソード室112まで延びる第2分岐ライン200Bから分離しているので、ブラックフィルムがカソード室112に入り込むことをほぼ完全に防止することができる。
The plating solution containing the black film joins the
アノード室110内のブラックフィルムが自重によって沈んでも、プレフィルタ170はブラックフィルムがめっき液分散室104に侵入することを防止することができる。したがって、ブラックフィルムがめっき液分散室104を経てカソード室112に入り込むことはない。
Even if the black film in the
図10に示す例においても、図6の例と同様に、シールドボックス108の上部側面に開口部を設けて、アノード室110内のめっき液がオーバーフロー槽36に流れ込むようにしてもよい。あるいは、アノード室110内のめっき液をオーバーフローさせなくてもよい。この場合、図10に示すように、第1分岐ライン200Aには開閉弁210が設けられる。この開閉弁210は、プレフィルタ170の上流側に配置されている。アノード室110内のめっき液量が一定範囲に維持されるように、開閉弁210と開閉弁174およびポンプ120の送液量が制御される。
Also in the example shown in FIG. 10, similarly to the example of FIG. 6, an opening may be provided on the upper side surface of the
上述した実施形態によれば、アノード室110内のめっき液に含まれるブラックフィルムの量を削減して、めっき液中に浮遊するブラックフィルムがカソード室112内に入り込むことを阻止することができる。プレフィルタ170として、めっき液の適切な通液性を確保するため、隔膜142よりも目の粗いものが使用されている。なお、プレフィルタ170の代わりに逆流防止弁を使用して、アノード室110内のめっき液がめっき液分散室104内に逆流するのを防止するようにしても良い。
According to the above-described embodiment, the amount of the black film contained in the plating solution in the
図11は、更に他の銅めっきユニット34cを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34cが図10に示す銅めっきユニット34bと異なる点は、めっき液排出口172から延びるめっき液排出ライン176は循環ライン122に接続されずに、めっき液排出ライン176内を流れるめっき液を廃液するようにした点にある。これにより、めっき液中にブラックフィルムが徐々に増加したり、フィルタ126,170が目詰まりを起こしたりすることを防止することができる。あるいは、フィルタ126で捕捉できない小さな異物がカソード室112に入り込むことを防ぐことができる。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing still another
図12は、更に他の銅めっきユニット34dを示す。この例の銅めっきユニット34dが図6に示す銅めっきユニット34と異なる点は、以下の通りである。すなわち、この例の銅めっきユニット34dには、アノードバッグ144が備えられていない。また底板100には第2めっき液供給口100bが設けられておらず、シールドボックス108にはめっき液流通口108aが設けられていない。その代わり、フィルタ126の下流側で循環ライン122から分岐し、内部に開閉弁180を介装しためっき液供給ライン182が備えられ、このめっき液供給ライン182はアノード室110に接続されている。アノード室110には、純水供給ライン184と、アノード室110の底部から上方に延び、内部に開閉弁186とポンプ188を設置しためっき液排出ライン190が接続されている。更に、アノード室110のめっき液の液面を検出する液面センサ192が備えられている。そして、シールドボックス108の底部に位置して、バブリング機構150のバブリング配管152が、アノードホルダ132の裏面に沿って水平に配置されている。
FIG. 12 shows still another
図12に示す例では、アノード室110内のめっき液はオーバーフローせず、ある一定量が溜められた状態になっている。液面センサ192により検出されるめっき液の液面(すなわち、アノード110内のめっき液の量)が所定の範囲内に維持されるように、開閉弁180および開閉弁186の動作、および純水供給ライン184からの純水供給量が制御される。
In the example shown in FIG. 12, the plating solution in the
この例によれば、液面センサ192を介して、アノード室110のめっき液の液面が一定の範囲内に保たれた状態で、循環ライン122から分岐しためっき液供給ライン182を通して、アノード室110内へのめっき液の供給が行われ、純水供給ライン184を通して、アノード室110内のめっき液に純水が供給される。そして、アノード室110内のめっき液は、めっき液排出ライン190を通して、その底部から外部に排出される。
According to this example, the anode chamber is passed through the plating
この例にあっても、アノード室110内のめっき液に浮遊するブラックフィルムは、その自重によって下方に徐々に沈み込む。このブラックフィルムを多量に含むアノード室110内のめっき液は、めっき液排出ライン190を通して、アノード室110から排出される。これによって、アノード室110内のめっき液に含まれるブラックフィルムの量を削減することができ、めっき液中に浮遊するブラックフィルムがカソード室112内に入り込むことをほぼ完全に阻止することができる。
Even in this example, the black film floating in the plating solution in the
図13は、更に他の銅めっきユニット34eを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34eが図12に示す銅めっきユニット34dと異なる点は、めっき液排出ライン190をアノード室110の底部に接続し、めっき液がその自重によって、めっき液排出ライン190内を流れて外部に排出されるようにした点にある。このめっき液排出ライン190には、開閉弁194が設けられている。これによって、装置の簡素化を図ることができる。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing still another
図14は、更に他の銅めっきユニット34fを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34fが図6に示す銅めっきユニット34と異なる点は、二重のアノードバッグ162,164で含リン銅アノード130が包囲されている点と、オーバーフロー槽36内のめっき液はカソード室112内に戻されるが、アノード室110には戻されない点である。さらに、この銅めっきユニット34fにはバブリング機構150は設けられていない。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing still another
2つの網状のアノードバッグは、目の粗い第1アノードバッグ162と、第1アノードバッグ162よりも目の細かい第2アノードバッグ164から構成されている。第2アノードバッグ164は第1アノードバッグ162を囲むように配置されている。これらアノードバッグ162,164は、通水性を有するポリプロピレン製のメッシュから構成されている。このような二重のアノードバッグ162,164は、比較的大きなブラックフィルムと比較的小さなブラックフィルムを2段階で捕捉し、隔膜142の目詰りを防止することができる。
The two net-like anode bags are composed of a
アノード室110は、めっき液を溜めるのみであり、基本的にめっき液はオーバーフローしない。アノード室110を構成するシールドボックス108の側壁には、リリーフシュート240が設けられている。このリリーフシュート240は、アノード室110の上部に連通し、アノード室110からオーバーフロー槽36に延びている。万が一、めっき液がアノード室110をオーバーフローしても、めっき液は、リリーフシュート240を通ってオーバーフロー槽36に流れ込む。したがって、アノード室110から流出しためっき液がカソード室112に直接入り込むことがない。
The
アノード室110には、純水供給ライン184と、アノード室110の底部から下方に延びるめっき液排出ライン190が接続されている。このめっき液排出ライン190にはドレイン弁241が設けられている。ドレイン弁241を開くと、アノード室110内のめっき液がめっき液排出ライン190を通じて排出される。めっき液排出ライン190を流れるめっき液は、回収されることなくそのまま廃液される。
Connected to the
アノード室110内のめっき液に浮遊するブラックフィルムは、その自重によって下方に徐々に沈み込む。このブラックフィルムを多量に含むアノード室110内のめっき液は、その自重によってめっき液排出ライン190を通して、アノード室110から排出される。これによって、アノード室110内のめっき液に含まれるブラックフィルムの量を削減することができ、めっき液中に浮遊するブラックフィルムがカソード室112内に入り込むことを防止することができる。
The black film floating in the plating solution in the
アノード室110の上部には、めっき液供給ライン244が接続されている。このめっき液供給ライン244は、基板のめっき中にめっき液をアノード室110に供給するためのものではなく、めっき処理を行うために最初にアノード室110にめっき液を供給する、いわゆる建浴のためにのみ使用されるものである。めっき液供給ライン244には、第1の供給弁246と、この第1の供給弁246の下流側に位置する第2の供給弁247が設けられている。循環ライン122は、第1の供給弁246と第2の供給弁247との間にある分岐点249においてめっき液供給ライン244に接続されており、めっき液供給ライン244を流れるめっき液の一部は、循環ライン122に流入するようになっている。通常は、第1の供給弁246と第2の供給弁247は閉じられている。建浴時にのみ第1の供給弁246と第2の供給弁247が開かれ、めっき液はめっき液供給ライン244を通ってアノード室110に供給されるとともに、循環ライン122を通ってカソード室112に供給される。
A plating
図15は、更に他の銅めっきユニット34gを示す縦断面図である。この例の銅めっきユニット34gが図14に示す銅めっきユニット34fと異なる点は、めっき液供給ライン244はアノード室110には接続されておらず、循環ライン122にのみ接続されている点と、循環ライン122とめっき液排出ライン190とを接続する接続ライン250が設けられている点である。接続ライン250には第2の供給弁247が設けられている。通常は、第1の供給弁246と第2の供給弁247は閉じられている。建浴時にのみ第1の供給弁246と第2の供給弁247が開かれ、めっき液はめっき液排出ライン190および循環ライン122を通ってアノード室110およびカソード室112内に供給される。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing still another
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことはいうまでもない。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
18 基板ホルダ
20 基板着脱部
24 ストッカ
26 プリウェット槽
28 プリソーク槽
30a,30b 洗浄槽
32 ブロー槽
34 銅めっきユニット
36 オーバーフロー槽
38 めっき槽
40 基板ホルダ搬送装置
54 第1保持部材(固定保持部材)
58 第2保持部材(可動保持部材)
62 シールホルダ
66 基板側シール部材
68 ホルダ側シール部材
74 クランパ
100 底板
104 めっき液分散室
108 シールドボックス
108b 開口部
110 アノード室
112 カソード室
122 循環ライン
130 含リン銅アノード
134 調整板
134a 開口部
136 筒状部
142 隔膜
144,162,164 アノードバッグ
150 バブリング機構
170 プレフィルタ
172 めっき液排出口
176,190 めっき液排出ライン
182 めっき液供給ライン
184 純水供給ライン
192 液面センサ
232 攪拌パドル
240 リリーフシュート
244 めっき液供給ライン
246 第1の供給弁
247 第2の供給弁
250 接続ライン
18
58 Second holding member (movable holding member)
62
Claims (12)
前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、
基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、
基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、
前記アノードの周囲を包囲する網状のアノードバッグと、
開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダで保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板と、
前記調整板の開口部を閉塞するように配置され、金属イオンの透過を許容し添加剤の透過を阻止する隔膜とを有し、
前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmであることを特徴とする電解銅めっき装置。 A plating tank for holding a plating solution inside,
A soluble anode made of phosphorous copper immersed in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder for holding the substrate and placing the substrate at a position facing the anode while immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder transfer device for transferring the substrate holder holding the substrate;
A net-like anode bag surrounding the anode;
An adjustment plate that has an opening and is arranged between the anode and the substrate held by the substrate holder to adjust the electric field;
A diaphragm that is disposed so as to close the opening of the adjustment plate, and that allows the permeation of metal ions and prevents the permeation of additives;
The phosphorus concentration of the phosphorous copper is 2000 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain size of copper is 15 μm to 45 μm.
前記アノードバッグ及び前記隔膜は前記アノード室内に配置され、
前記シールドボックスは、前記調整板の開口部に対向する位置において、前記隔膜で閉塞される開口部を有することを特徴とする請求項1に記載の電解銅めっき装置。 A shielding box that divides the inside of the plating tank into an anode chamber in which the anode is disposed and a cathode chamber in which the substrate held by the substrate holder is disposed;
The anode bag and the diaphragm are disposed in the anode chamber,
2. The electrolytic copper plating apparatus according to claim 1, wherein the shield box has an opening that is closed by the diaphragm at a position facing the opening of the adjustment plate.
前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、
基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、
基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、
前記アノードを包囲する網状の第1アノードバッグと、
前記第1アノードバッグを包囲し、該第1アノードバッグよりも目の細かい網状の第2アノードバッグと、
開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダに保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板とを有し、
前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmであることを特徴とする電解銅めっき装置。 A plating tank for holding a plating solution inside,
A soluble anode made of phosphorous copper immersed in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder for holding the substrate and placing the substrate at a position facing the anode while immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder transfer device for transferring the substrate holder holding the substrate;
A net-like first anode bag surrounding the anode;
A second anode bag surrounding the first anode bag and having a finer mesh shape than the first anode bag;
An adjustment plate that has an opening and is arranged between the anode and the substrate held by the substrate holder to adjust the electric field;
The phosphorus concentration of the phosphorous copper is 2000 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain size of copper is 15 μm to 45 μm.
前記第1アノードバッグ及び前記第2アノードバッグは前記アノード室内に配置され、
前記シールドボックスは、前記調整板の開口部に対向する位置において、隔膜で閉塞される開口部を有することを特徴とする請求項6に記載の電解銅めっき装置。 A shielding box that divides the inside of the plating tank into an anode chamber in which the anode is disposed and a cathode chamber in which the substrate held by the substrate holder is disposed;
The first anode bag and the second anode bag are disposed in the anode chamber;
The electrolytic copper plating apparatus according to claim 6, wherein the shield box has an opening that is closed by a diaphragm at a position facing the opening of the adjustment plate.
前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬される含リン銅からなる溶解性アノードと、
基板を保持し該基板を前記めっき槽の内部のめっき液に浸漬させつつ前記アノードと対向する位置に基板を配置する基板ホルダと、
基板を保持した前記基板ホルダを搬送する基板ホルダ搬送装置と、
開口部を有し、前記アノードと前記基板ホルダで保持された基板との間に配置されて電場を調整する調整板と、
前記調整板の開口部を閉塞するように配置され、金属イオンの透過を許容し添加剤の透過を阻止する隔膜と、
前記めっき槽の内部を、前記アノード及び前記隔膜が配置されるアノード室と前記基板ホルダに保持された基板が配置されるカソード室に区分し、前記調整板の開口部に対向する位置には前記隔膜で閉塞される開口部が設けられたシールドボックスと、
前記アノード室内のめっき液を該アノード室の底部から引抜いて排出するめっき液排出ラインとを有し、
前記含リン銅のリン濃度は、2000〜2700質量ppmであり、かつ銅の平均結晶粒径は、15μm〜45μmであることを特徴とする電解銅めっき装置。 A plating tank for holding a plating solution inside,
A soluble anode made of phosphorous copper immersed in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder for holding the substrate and placing the substrate at a position facing the anode while immersing the substrate in a plating solution inside the plating tank;
A substrate holder transfer device for transferring the substrate holder holding the substrate;
An adjustment plate that has an opening and is arranged between the anode and the substrate held by the substrate holder to adjust the electric field;
A diaphragm disposed so as to close the opening of the adjusting plate, and allows the permeation of metal ions and prevents the permeation of additives;
The inside of the plating tank is divided into an anode chamber in which the anode and the diaphragm are disposed and a cathode chamber in which a substrate held by the substrate holder is disposed, and the position facing the opening of the adjustment plate is A shield box provided with an opening blocked by a diaphragm;
A plating solution discharge line for extracting and discharging the plating solution in the anode chamber from the bottom of the anode chamber;
The phosphorus concentration of the phosphorous copper is 2000 to 2700 mass ppm, and the average crystal grain size of copper is 15 μm to 45 μm.
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