JP4112343B2 - 薬液処理装置および薬液処理方法ならびにそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
薬液処理装置および薬液処理方法ならびにそれを用いた半導体デバイスの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハなどの被処理部材に対して薬液処理を行なう薬液処理装置および薬液処理方法ならびにそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、一般にシリコンなどのＩＶ族またはガリウム砒素などのＩＩＩ―Ｖ族化合物からなる半導体ウエハを用いて作られる。完成した半導体デバイスでは、半導体ウエハを分割した半導体基板の裏面側の接地電極に電気的な接続を行なうために、半導体基板をその表面側から裏面側へ貫通するバイアホールが形成され、このバイアホールに対して、洗浄工程およびメッキ工程などの薬液処理を行なうことが多い。これらの洗浄工程およびメッキ工程は、多数の半導体デバイスに分離される前の半導体ウエハに対して、実施される。この半導体ウエハは、多数の半導体装置のそれぞれの半導体基板となる部分に、それぞれバイアホールを持っており、この半導体ウエハは各バイアホールの一方の開口が塞がれた状態、すなわち、各バイアホールがブラインドホールとされた状態で、洗浄工程およびメッキ工程が実施される。
【０００３】
この洗浄工程では、ブラインドホール内の汚染物質やエッチング残渣またはレジスト残渣の除去が行なわれる。例えば、このようなブラインドホールを持った半導体デバイスの製造工程では、ブラインドホールが例えば反応性イオンエッチングなどで形成されるが、この反応性イオンエッチングで形成されたブラインドホールの内部には、反応性イオンエッチング中に生成する炭素、塩素などを含む有機ポリマーなどの残渣およびレジスト残渣が残存するので、メッキ工程の前には、この残渣を除去する洗浄工程が実施される。
また、ブラインドホールの内表面には金（Ａｕ）などのメッキ処理を行なうことが多い。このメッキ工程は洗浄工程に続いて実施され、ブラインドホールとされた各バイアホールの内表面にメッキ層が形成される。このメッキ工程には、無電解メッキ処理と、電解を伴うメッキ処理が含まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの洗浄工程およびメッキ工程には、洗浄液、メッキ液などの薬液をブラインドホールの内表面に接触させる必要がある。しかし薬液に浸漬する前の半導体ウエハは、乾燥された状態であり、各ブラインドホールの内表面も乾いている。このような乾燥した半導体ウエハを薬液に浸漬した場合、各ブラインドホールの内部に気泡を取り込んだエアトラップが形成されることが多い。このエアトラップは、ブラインドホールの内表面の一箇所に気泡が滞留したものであり、ブラインドホールの内表面の全面に、薬液が接触するのを阻害する。このエアトラップが発生すると、ブラインドホール内の洗浄不良、メッキ不良が発生し、完成した半導体デバイスの信頼性の低下および歩留まり低下をもたらす。
【０００５】
特開平５−２９９４０６号公報の図１には、基板洗浄層の洗浄液供給口から供給された洗浄液を、整流板を用いて基板の水平方向に流して、基板を洗浄する基板洗浄槽が提案されている。また特開平５−２１４１３号公報にも、スリット状壁面を用いて薬液を平行に流し、半導体基板を洗浄する洗浄装置と洗浄方法が提案されている。しかし、ブラインドホールに対する薬液処理装置および薬液処理方法はこれらの先行技術には開示されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２９９４０６号公報、特にその図１とその説明。
【特許文献２】
特開平５−２１４１３号公報、特に図１、３とその説明。
【０００７】
この発明は、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理装置を提案するものである。
また、この発明は、ブラインドホールに対して、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理方法を提案するものである。
さらに、この発明は、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理工程を含む半導体装置の製造方法を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による薬液処理装置は、内部に被処理部材が設置される薬液処理カップと、この薬液処理カップ内に薬液を流通させるポンプ装置とを有し、前記被処理部材の被処理面が上を向いたフェイスアップ方式で前記被処理面を薬液処理する薬液処理装置であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を薬液処理するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
被処理面が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面を薬液処理する薬液処理装置において、薬液を被処理面に沿って常時実質的に、３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する構成は、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することができる。
【００１０】
また、この発明による薬液処理方法は、被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する被処理部材を、前記被処理面が上を向くようにして薬液処理カップ内に設置し、前記被処理面に薬液処理を行なう薬液処理方法であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を処理することを特徴とする。
【００１１】
被処理面が上を向くようにして被処理面を薬液処理する薬液処理方法において、薬液を被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する方法は、ブラインドホールを有する被処理面に対して、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対して、エアトラップによる処理不良を防止しながら、薬液処理を行なうことができる。
【００１２】
さらに、この発明による半導体デバイスの製造方法は、被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する半導体ウエハに対する薬液処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記薬液処理工程では、前記被処理面が上に向くようにして前記半導体ウエハが薬液処理カップ内に設置され、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面が処理されることを特徴とする。
【００１３】
半導体ウエハに対する薬液処理工程において、被処理面が上を向くように半導体ウエハを薬液処理カップ内に設置し、薬液を被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する方法は、ブラインドホールを有する被処理面に対して、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対して、エアトラップによる処理不良の発生を防止しながら、薬液処理を行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明による薬液処理装置の実施の形態１を示す全体構成図である。この図１に示す薬液処理装置について説明し、併せてこの実施の形態１による薬液処理装置を用いた薬液処理方法およびそれを用いた半導体デバイスの製造方法について説明する。
【００１５】
図１に示す薬液処理装置１００は、薬液処理カップ１０と、薬液を貯蔵する薬液タンク４０と、薬液を薬液処理カップ１０に供給するポンプ装置５０と、薬液循環系６０とを有する。
【００１６】
薬液処理カップ１０は、薬液供給口１１と、薬液排出口１２を有し、また薬液タンク４０は、薬液流通口４１、４２を有し、ポンプ装置５０は薬液の吐出口５１と吸入口５２を有する。薬液処理カップ１０の薬液供給口１１はパイプ６１によってポンプ装置５０の吐出口５１に接続され、また薬液処理カップ１０の薬液排出口１２はパイプ６２によって薬液タンク４０の薬液流通口４１に接続され、さらに薬液タンク４０の流通口４２はパイプ６３によってポンプ装置５０の吸入口５２に接続されている。薬液処理カップ１０、薬液タンク４０、ポンプ装置５０およびパイプ６１、６２、６３によって、薬液循環系６０が構成されている。
【００１７】
図２は薬液処理カップ１０の内部構成を示す断面図である。この薬液処理カップ１０は、薬液２０によって被処理部材３０、すなわち半導体ウエハを薬液処理する閉鎖型の薬液処理カップとして構成されている。この薬液処理カップ１０は、例えば直方体形状の容器１３によって囲まれた閉鎖型の処理室１５を有する。容器１３の両側壁には、処理室１５に通じる薬液供給口１１と、薬液排出口１２が互いに対向して付設されている。
この処理室１５は、ポンプ装置５０から薬液供給口１１に供給された薬液２０が薬液排出口１２に向かって、所定の圧力で、しかも所定の流速をもって流通するように、構成される。容器１３の底部壁面には、ウエハ保持台１７が配置され、このウエハ保持台１７には半導体ウエハ３０が被処理部材として取り付けられる。この被処理部材３０、すなわち半導体ウエハは、その被処理面３１が鉛直方向に上を向くようにして、フェイスアップ方式で、取り付けられている。薬液２０は、薬液供給口１１から薬液排出口１２に向かって、処理室１５内をほぼ水平に流通し、この薬液２０は、被処理面３１上を、被処理面３１に沿って所定の速度勾配をもって流通される。
【００１８】
この薬液処理カップ１０の処理室１５における薬液２０の流通は、ポンプ装置５０によってもたらされる。ポンプ装置５０には、例えばマグネットポンプが使用される。このマグネットポンプ５０は、薬液供給口１１に対して、常時実質的に一定の圧力で薬液２０を供給し、処理室１５内において、薬液２０を薬液排出口１２に向かって、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に流通させる。
【００１９】
図３は被処理部材３０、すなわち半導体ウエハの被処理面３１に対する薬液２０の流通状態を拡大して示す。被処理部材３０はその一部分が拡大して図示され、その被処理面３１には、ブラインドホール３３が開口している。このブラインドホール３３はバイアホールの下側の開口端を塞いだものである。半導体ウエハ３０は、個々の半導体デバイスに分離される前の半導体ウエハであり、各半導体デバイスに対応して、少なくとも１つのブラインドホール３３が形成されている。このブラインドホール３３は半導体ウエハ３０から分離された半導体デバイスにおいて、その半導体基板の裏面に所定の電位を与えるために形成される。図３には、単に１つのブラインドホール３３を含む半導体ウエハ３０の一部分だけが図示されているが、実際には多数の各半導体デバイスのそれぞれに対応してブラインドホール３３が形成されている。この多数の各ブラインドホール３３はそれぞれの上側の開口端が被処理面３１に開口している。
【００２０】
薬液２０は、被処理面３１に沿って所定の流速Ｖをもって、この被処理面３１に沿って被処理面３１に接触しながら、図３に矢印で示すように層流となって常時実質的に一定方向に流通する。この薬液２０の流れは、被処理面３１と実質的に平行である。ブラインドホール３３内にトラップされた気泡３５が被処理面３１上の薬液２０の流れによって、引き出される。
被処理面３１上における薬液２０の流れの詳細が図４の説明図に示される。図４において横軸は被処理面３１であり、縦軸は被処理面３１からの距離Ｚを示す。薬液２０は図４の矢印Ａの方向に、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に流れる。被処理面３１においては、薬液２０の速度は０であるが、図４の説明図に示すように、被処理面３１から離れるにしたがってより大きな速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）となる。最も大きな速度Ｖ３において、速度は飽和して一定となる。被処理面３１からの距離Ｚ３において、最大速度Ｖ３となる。
被処理面３１からの距離ＺがＺ３以下の範囲において、流速Ｖは距離Ｚに比例して増大する。この流速Ｖの変化の勾配、すなわち速度勾配αはｄＶ／ｄＺで定義される。この速度勾配αの単位は（／秒）である。
【００２１】
この発明は、被処理面３１上における薬液２０の速度勾配αを所定値、３００／秒以上として、薬液２０による薬液処理を行なうことを特徴とする。この発明では、被処理面３１上における薬液２０の速度勾配αが大きいほど、ブラインドホール３３内に滞留する気泡３５が、薬液２０の流れによって引き出される効果が大きくなることに着目された。この薬液２０の流れによって気泡３５が引き出される効果はエントレンメント現象と呼ばれる現象に基づくものである。このエントレンメント現象は、例えば日本機械学会発行の「機械工学便覧第７刷」Ａ５−４８ページに記載されているように、流れの境界層外の流体（ブラインドホール内の気泡）が、境界層に吸い込まれ、境界層内に流入する現象である。
【００２２】
図５は半導体ウエハ３０の被処理面３１における気泡除去率と、処理時間との関係を、速度勾配αをパラメータとして示す実験結果である。図５において、横軸は処理時間（分）であり、処理開始時点からの時間であり、その縦軸は、ブラインドホール３３からの気泡除去率（％）である。黒い丸印●で示した曲線Ｂ５は、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを６００／秒とした場合の実験結果であり、黒い四角■で示した曲線Ｂ４は、その速度勾配αを４５０／秒とした場合の実験結果であり、また黒い三角▲で示した曲線Ｂ３は速度勾配αを３００／秒とした場合の実験結果である。さらに、黒い菱◆で示した曲線Ｂ２は速度勾配αを１５０／秒とした場合、また×で示した曲線Ｂ１は速度勾配αを０／秒とした場合のそれぞれの実験結果である。
【００２３】
図５において、速度勾配αが６００／秒であれば、曲線Ｂ５に示すように、処理開始後２０（分）で１００（％）の気泡除去率が得られ、速度勾配αが４５０／秒であれば、曲線Ｂ４に示すように、処理開始後４０（分）で１００（％）の気泡除去率が得られ、また速度勾配αが３００／秒であれば、曲線Ｂ３に示すように、処理開始後４０分で１００％の気泡除去率が得られた。一方、速度勾配αが１５０／秒の場合およびそれが０／秒の場合には、それぞれ曲線Ｂ２、Ｂ１に示すように、処理開始後１時間が経過しても、２０％以下の気泡除去率であった。
【００２４】
以上の実験に基づき、この発明では、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流通させるように、薬液処理装置１００が構成され、またこの発明による薬液処理方法では、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流しながら、被処理面３１の薬液処理を行ない、またこの発明による半導体デバイスの製造方法では、薬液処理工程において、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流しながら、半導体ウエハ３０の被処理面３１の薬液処理を行なう。
【００２５】
図５に示す実験結果は、アスペクト比が２であるブラインドホール３３を複数含んだ半導体ウエハ３０に対する実験結果である。各ブラインドホール３３は、開口径が５０μｍで、深さが１００μｍの大きさとされた。この図５の実験結果から、アスペクト比が２以下のブラインドホール３３に対しては、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを３００／秒以上とすることによって、前記と同様な処理結果が得られると考えられる。一般に半導体ウエハ３０におけるブラインドホール３３のアスペクト比は２以下であるので、この発明は半導体ウエハ３０に対して有効な薬液処理となる。
【００２６】
次にこの発明の実施の形態１について、より具体的な実施態様を挙げて説明する。
まず、半導体ウエハ３０の被処理面３１に対して、洗浄処理を行なう実施態様１、２について説明する。これらの実施態様１、２はともに、図１、図２に示す薬液処理装置１００を使用して実施される。具体的には、半導体デバイスの製造工程の中で、半導体ウエハ３０に多数のバイアホール３３を形成し、この各バイアホール３３の下側の開口端を塞いでブラインドホール３３とした後、この半導体ウエハ３０をその被処理面３１が上を向くフェイスアップ方式で処理室１５内のウエハ保持台１７に設置して実施される。半導体ウエハ３０はガリウム砒素からなり、バイアホール３３は、例えばプラズマエッチングまたはＲＩＥにより形成された。ブラインドホール３３の内部には、エッチングに伴う炭素、塩素などの残渣およびレジストの残渣が存在する。
【００２７】
実施態様１．
この実施態様１では、薬液２０として、東京応化株式会社製のＳ７１０レジスト剥離剤が使用される。この薬液２０は、オルトジクロルベンゼン、フェノールおよびアルキルベンゼンスルホン酸を含んだものである。この薬液２０をポンプ装置５０により、薬液処理カップ１０の処理室１５に流通させた。ポンプ装置５０にはマグネットポンプを用い、薬液２０を被処理面３１上で常時実質的に一定方向に流した。このポンプ装置５０の吐出口５１における薬液圧力を０．１２メガパスカル（ＭＰａ）とし、薬液２０を１３（リットル／分）の流速で流通させ、処理室１５内において、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを６００／秒とした。この状態で、３０分の洗浄処理を行なった結果、ブラインドホール３３を含む被処理面３１に対する洗浄結果は良好で、気泡の滞留による残渣除去の欠陥は見られなかった。
なお、処理室１５における薬液２０の温度は１００〜１２０℃とした。
【００２８】
実施態様２．
この実施態様２では、薬液２０として、米国のＥＫＣ社製のＥＫＣ２６５レジスト剥離剤を使用した。この薬液２０は、エタノールアミンを主成分とする。処理室１５における液温を約８５℃とし、それ以外の条件をすべて実施態様１と同じにした。結果として、ブラインドホール３３を含む被処理面３１に対する洗浄結果は良好で、気泡の滞留による残渣除去の欠陥は見られなかった。
【００２９】
実施態様１、２の何れにおいても、洗浄欠陥、すなわち残渣の残りはブラインドホール３３内に確認されなかったが、これは被処理面３１上の薬液２０の速度勾配α＝６００／秒に基づき、ブラインドホール３３内の気泡が引き出された結果と考えられる。
【００３０】
次に、半導体ウエハの被処理面３１に無電解メッキ処理を行なう実施態様３、４について説明する。この無電解メッキは、半導体デバイスの製造工程の中で、例えば、実施形態１または２による洗浄工程を実施した後、それに引き続いて、実施される。これらの実施態様３、４はともに、半導体デバイスの製造工程の中で、半導体ウエハ３０に多数のバイアホール３３が形成し、この各バイアホール３３の下側の開口端を塞いでブラインドホール３３とした状態で実施される。
【００３１】
この無電解メッキ処理は、詳細には、パラジウム活性化工程、無電解メッキ工程および置換金メッキ工程の３つの工程を含み、実施形態３、４は何れも置換金メッキ工程における実施形態である。
パラジウム活性化工程は、メッキ処理すべき半導体ウエハ３０のブラインドホール３３を含む被処理面３１にパラジウム触媒を付与する工程である。このパラジウム活性化工程では、図１、図２に示した薬液処理装置は使用されず、薬液処理カップ１０とは別の容器中に塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）を主成分とするパラジウム活性化液を入れ、この液中に半導体ウエハ３０を浸漬する。
次の無電解メッキ工程は例えばニッケルーリン（Ｎｉ−Ｐ）を無電解で被処理面３１にメッキする工程である。具体的には、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）と次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）の混合液を６０〜９０℃に加熱し、この液中にパラジウム活性化処理を完了した半導体ウエハ３０を浸漬し、Ｎｉ−Ｐメッキ層を０．２〜０．５μｍの厚さで形成する。この無電解メッキ工程も、図１、図２に示す薬液処理装置は使用せず、薬液処理カップ１０とは別の容器を使用して実施される。
最後の置換金メッキ工程の実施態様３、４は何れも、図１、図２に示した薬液処理装置１００を使用して実施される。この置換金メッキ工程はＮｉ−Ｐメッキ層の表面を金に置換する工程である。実施態様３、４では、ポンプ装置５０には、マグネットポンプを用い、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも４５０／秒の速度勾配αをもって流通させた。
【００３２】
実施態様３．
【００３３】
実施態様４．
【００３４】
実施態様３、４の何れにおいても、ブラインドホール３３内にメッキ欠陥は確認されなかったが、これは被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αに基づき、ブラインドホール３３内の気泡が引き出された結果と考えられる。
【００３５】
実施態様５．
実施態様３、４はいずれも、ブラインドホール３３に無電解メッキを行なうものであるが、この実施態様５はブラインドホール３３の内表面に電気メッキを行なうものである。この電気メッキの実施態様５は、例えば実施態様３、４にて、ブラインドホール３３の内表面に無電解メッキにより金（Ａｕ）の層を形成し、これにカソード電位を与えるようにして行なわれる。処理室１５内にはアノード電極も配置される。
【００３６】
例えばガリウム砒素からなる半導体ウエハ３０のブラインドホール３３の内表面に金（Ａｕ）メッキを行なう場合、薬液２０としては、亜硫酸系メッキ液またはシアン系メッキ液が使用される。亜硫酸系メッキ液は例えば亜硫酸金ナトリウムおよび亜硫酸ナトリウムを主成分としたものが使用され、シアン系メッキ液は例えばシアン化金ナトリウムを主成分としたものが使用される。処理室１５内における薬液２０の温度は４０℃から７０℃、例えば５０℃または６５℃とされる。この薬液２０を上記と同様に、マグネットポンプからなるポンプ装置５０により処理室１５に供給し、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流通させた状態で、金（Ａｕ）の電気メッキを行なう。この薬液２０の速度勾配αにより、ブラインドホール３３内の気泡３５が引き出されるので、エアトラップによる欠陥を発生させることなく、電気メッキを行なうことができる。
【００３７】
以上のようにこの発明の実施の形態１による薬液処理装置は、内部に被処理部材３０が設置される薬液処理カップ１０と、この薬液処理カップ１０内に薬液２０を流通されるポンプ装置５０とを有し、被処理部材３０の被処理面３１が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面３１を薬液処理する薬液処理装置であって、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１を薬液処理するように構成されている。被処理面３１が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面３１を薬液処理する薬液処理装置において、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら被処理面３１を薬液処理する構成は、ブラインドホール３３を有する被処理面３１に対しても、ブラインドホール内の気泡をブラインドホールから引き出す作用をもたらし、この気泡の引出作用に基づき、ブラインドホール内におけるエアトラップを解消することができ、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することができる。
【００３８】
また、実施の形態１にともなって説明したこの発明による薬液処理方法は、被処理面３１に複数のブラインドホール３３を有する被処理部材３０を、被処理面３１が上を向くようにして薬液処理カップ１０内に設置し、被処理面３１に薬液処理を行なう薬液処理方法であって、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１を薬液処理する。この薬液処理方法でも、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させることにより、ブラインドホール３３内の気泡を引出し、この気泡による処理欠陥を解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この薬液処理方法において、被処理部材３０が複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０であり、薬液２０によってブラインドホール３３内の洗浄処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の残渣などを、気泡による洗浄不良を発生させることなく、洗浄処理できる。
また、この薬液処理方法において、被処理部材３０が複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０であり、薬液２０によってブラインドホール３３に対するメッキ処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の気泡によるメッキ欠陥を発生させることなく、ブラインドホールに対するメッキ処理を行なうことができる。
【００３９】
また、実施の形態１に伴って説明したこの発明による半導体デバイスの製造方法は、被処理面３１に複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０に対する薬液処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、薬液処理工程では、被処理面３１が上を向くようにして半導体ウエハ３０が薬液処理カップ１０内に設置され、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１が薬液処理される。この半導体デバイスの製造方法における薬液処理工程でも、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させることにより、ブラインドホール３３内の気泡を引出し、この気泡による処理欠陥を解消し、被処理面を薬液処理することができる。
また、この半導体デバイスの製造方法において、薬液処理工程により、ブラインドホール３３内の洗浄処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の残渣などを、気泡による洗浄不良を発生させることなく、洗浄処理できる。
また、この半導体デバイスの製造方法において、薬液処理工程により、ブラインドホール３３に対するメッキ処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の気泡によるメッキ欠陥を発生させることなく、ブラインドホールに対するメッキ処理を行なうことができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６はこの発明による薬液処理装置の実施の形態２の薬液処理カップ１０Ａを示す。この実施の形態２の薬液処理カップ１０Ａは、その容器１３の薬液排出口１２の内面に、排出口１２の実効開口面積を調整できる調整部材１８を配置したものである。その他の構成は図１、図２に示す薬液処理装置１００と同じである。
【００４１】
調整部材１８は、容器１３の側壁面に沿って、上下方向に移動可能な一対の調整板１８１、１８２を有し、それらの間に実効開口１８０を形成する。調整板１８１は排出口１２の中心から上の部分において上下方向に移動可能とされ、調整板１８２は排出口１２の中心から下の部分において上下方向に移動可能とされる。調整板１８１、１８２を移動し、これらの調整板１８１、１８２と排出口１２との重なりの面積を変えることによって、排出口１２の実効開口面積を変えることができる。この調整部材１８により排出口１２の実効開口面積を変えることにより、薬液処理カップ１０内の処理室１５における薬液２０の液流の状態を変化させ、半導体ウエハ３０の被処理面３１上において薬液２０を実質的に常時同一方向の流れに保ちながら、併せて、被処理面３１上での薬液２０の速度勾配αの調整を容易に行なうことができる。また速度勾配αのばらつきをも低減することができる。この調整部材１８の調整に基づき、被処理面３１上の速度勾配αを３００／秒以上の所定値に保ち、気泡３５による洗浄不良、メッキ不良の発生を抑制する効果を増大できる。
【００４２】
実施の形態３．
図７はこの発明による薬液処理装置の実施の形態３の薬液処理カップ１０Ｂを示す。この実施の形態３の薬液処理カップ１０Ｂは、その容器１３の処理室１５内に、流速調整板１９を追加したものである。その他の構成は図１、図２に示す薬液処理装置１００と同じである。
【００４３】
流速調整板１９は、被処理面３１と平行に配置され、処理室１５の各側壁内面にぴったり嵌め込まれて薬液２０の流れを流速調整板１９の下部に限定する。この流速調整板１９は、被処理面３１と平行な状態を保ちながら、被処理面３１と距離ｄを介して対向し、処理室１５内を上下方向に移動可能とされる。この流速調整板１９により、被処理面３１上の薬液２０を常時実質的に同一方向の流れに保ちながら、併せて調整板１９の上下方向の移動により、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを調整し、またこの速度勾配αのばらつきを低減できる。流速調整板１９を被処理面３１に近づけることにより、被処理面３１上の速度勾配αを大きくできる。この流速調整板１９の調整に基づき、被処理面３１上の速度勾配αを３００／秒以上の所定値に保ち、エアトラップ３５による洗浄不良、メッキ不良の発生を抑制する効果を増大できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の薬液処理装置によれば、被処理部材の被処理面がブラインドホールを含むものであっても、ブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この発明の薬液処理方法によれば、被処理面のブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、薬液処理工程において、半導体ウエハの被処理面のブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができ、完成した半導体デバイスの信頼性の向上と歩留まり向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による薬液処理方法および半導体デバイスの製造方法において使用されるこの発明による薬液処理装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】 実施の形態１における薬液処理カップを示す断面図。
【図３】 この発明による被処理部材の一部分と薬液の流れを示す模式断面図。
【図４】 この発明による被処理面上の薬液の流れの説明図。
【図５】 薬液処理時間と気泡除去率との関係の実験結果を示す線図。
【図６】 この発明による薬液処理装置の実施の形態２における薬液処理カップを示す断面図。
【図７】 この発明による薬液処理装置の実施の形態３における薬液処理カップを示す断面図。
【符号の説明】
１００ 薬液処理装置、 １０、１０Ａ、１０Ｂ 薬液処理カップ、 １１ 薬液供給口、 １２ 薬液排出口、 １５ 処理室、 ２０ 薬液、３０ 被処理部材（半導体ウエハ）、 ３１ 被処理面 ３３ ブラインドホール、 ３５ 気泡、 ４０ 薬液タンク、 ５０ ポンプ装置、
６０ 薬液循環系。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハなどの被処理部材に対して薬液処理を行なう薬液処理装置および薬液処理方法ならびにそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、一般にシリコンなどのＩＶ族またはガリウム砒素などのＩＩＩ―Ｖ族化合物からなる半導体ウエハを用いて作られる。完成した半導体デバイスでは、半導体ウエハを分割した半導体基板の裏面側の接地電極に電気的な接続を行なうために、半導体基板をその表面側から裏面側へ貫通するバイアホールが形成され、このバイアホールに対して、洗浄工程およびメッキ工程などの薬液処理を行なうことが多い。これらの洗浄工程およびメッキ工程は、多数の半導体デバイスに分離される前の半導体ウエハに対して、実施される。この半導体ウエハは、多数の半導体装置のそれぞれの半導体基板となる部分に、それぞれバイアホールを持っており、この半導体ウエハは各バイアホールの一方の開口が塞がれた状態、すなわち、各バイアホールがブラインドホールとされた状態で、洗浄工程およびメッキ工程が実施される。
【０００３】
この洗浄工程では、ブラインドホール内の汚染物質やエッチング残渣またはレジスト残渣の除去が行なわれる。例えば、このようなブラインドホールを持った半導体デバイスの製造工程では、ブラインドホールが例えば反応性イオンエッチングなどで形成されるが、この反応性イオンエッチングで形成されたブラインドホールの内部には、反応性イオンエッチング中に生成する炭素、塩素などを含む有機ポリマーなどの残渣およびレジスト残渣が残存するので、メッキ工程の前には、この残渣を除去する洗浄工程が実施される。
また、ブラインドホールの内表面には金（Ａｕ）などのメッキ処理を行なうことが多い。このメッキ工程は洗浄工程に続いて実施され、ブラインドホールとされた各バイアホールの内表面にメッキ層が形成される。このメッキ工程には、無電解メッキ処理と、電解を伴うメッキ処理が含まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの洗浄工程およびメッキ工程には、洗浄液、メッキ液などの薬液をブラインドホールの内表面に接触させる必要がある。しかし薬液に浸漬する前の半導体ウエハは、乾燥された状態であり、各ブラインドホールの内表面も乾いている。このような乾燥した半導体ウエハを薬液に浸漬した場合、各ブラインドホールの内部に気泡を取り込んだエアトラップが形成されることが多い。このエアトラップは、ブラインドホールの内表面の一箇所に気泡が滞留したものであり、ブラインドホールの内表面の全面に、薬液が接触するのを阻害する。このエアトラップが発生すると、ブラインドホール内の洗浄不良、メッキ不良が発生し、完成した半導体デバイスの信頼性の低下および歩留まり低下をもたらす。
【０００５】
特開平５−２９９４０６号公報の図１には、基板洗浄層の洗浄液供給口から供給された洗浄液を、整流板を用いて基板の水平方向に流して、基板を洗浄する基板洗浄槽が提案されている。また特開平５−２１４１３号公報にも、スリット状壁面を用いて薬液を平行に流し、半導体基板を洗浄する洗浄装置と洗浄方法が提案されている。しかし、ブラインドホールに対する薬液処理装置および薬液処理方法はこれらの先行技術には開示されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２９９４０６号公報、特にその図１とその説明。
【特許文献２】
特開平５−２１４１３号公報、特に図１、３とその説明。
【０００７】
この発明は、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理装置を提案するものである。
また、この発明は、ブラインドホールに対して、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理方法を提案するものである。
さらに、この発明は、エアトラップによる処理不良の発生を防止することのできる改良された薬液処理工程を含む半導体装置の製造方法を提案するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による薬液処理装置は、内部に被処理部材が設置される薬液処理カップと、この薬液処理カップ内に薬液を流通させるポンプ装置とを有し、前記被処理部材の被処理面が上を向いたフェイスアップ方式で前記被処理面を薬液処理する薬液処理装置であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を薬液処理するように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
被処理面が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面を薬液処理する薬液処理装置において、薬液を被処理面に沿って常時実質的に、３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する構成は、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することができる。
【００１０】
また、この発明による薬液処理方法は、被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する被処理部材を、前記被処理面が上を向くようにして薬液処理カップ内に設置し、前記被処理面に薬液処理を行なう薬液処理方法であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を処理することを特徴とする。
【００１１】
被処理面が上を向くようにして被処理面を薬液処理する薬液処理方法において、薬液を被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する方法は、ブラインドホールを有する被処理面に対して、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対して、エアトラップによる処理不良を防止しながら、薬液処理を行なうことができる。
【００１２】
さらに、この発明による半導体デバイスの製造方法は、被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する半導体ウエハに対する薬液処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記薬液処理工程では、前記被処理面が上に向くようにして前記半導体ウエハが薬液処理カップ内に設置され、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面が処理されることを特徴とする。
【００１３】
半導体ウエハに対する薬液処理工程において、被処理面が上を向くように半導体ウエハを薬液処理カップ内に設置し、薬液を被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら被処理面を薬液処理する方法は、ブラインドホールを有する被処理面に対して、ブラインドホール内に滞留する気泡をブラインドホールから引き出し、エアトラップを解消する作用をもたらす。このエアトラップの解消に基づき、ブラインドホールを有する被処理面に対して、エアトラップによる処理不良の発生を防止しながら、薬液処理を行なうことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明による薬液処理装置の実施の形態１を示す全体構成図である。この図１に示す薬液処理装置について説明し、併せてこの実施の形態１による薬液処理装置を用いた薬液処理方法およびそれを用いた半導体デバイスの製造方法について説明する。
【００１５】
図１に示す薬液処理装置１００は、薬液処理カップ１０と、薬液を貯蔵する薬液タンク４０と、薬液を薬液処理カップ１０に供給するポンプ装置５０と、薬液循環系６０とを有する。
【００１６】
薬液処理カップ１０は、薬液供給口１１と、薬液排出口１２を有し、また薬液タンク４０は、薬液流通口４１、４２を有し、ポンプ装置５０は薬液の吐出口５１と吸入口５２を有する。薬液処理カップ１０の薬液供給口１１はパイプ６１によってポンプ装置５０の吐出口５１に接続され、また薬液処理カップ１０の薬液排出口１２はパイプ６２によって薬液タンク４０の薬液流通口４１に接続され、さらに薬液タンク４０の流通口４２はパイプ６３によってポンプ装置５０の吸入口５２に接続されている。薬液処理カップ１０、薬液タンク４０、ポンプ装置５０およびパイプ６１、６２、６３によって、薬液循環系６０が構成されている。
【００１７】
図２は薬液処理カップ１０の内部構成を示す断面図である。この薬液処理カップ１０は、薬液２０によって被処理部材３０、すなわち半導体ウエハを薬液処理する閉鎖型の薬液処理カップとして構成されている。この薬液処理カップ１０は、例えば直方体形状の容器１３によって囲まれた閉鎖型の処理室１５を有する。容器１３の両側壁には、処理室１５に通じる薬液供給口１１と、薬液排出口１２が互いに対向して付設されている。
この処理室１５は、ポンプ装置５０から薬液供給口１１に供給された薬液２０が薬液排出口１２に向かって、所定の圧力で、しかも所定の流速をもって流通するように、構成される。容器１３の底部壁面には、ウエハ保持台１７が配置され、このウエハ保持台１７には半導体ウエハ３０が被処理部材として取り付けられる。この被処理部材３０、すなわち半導体ウエハは、その被処理面３１が鉛直方向に上を向くようにして、フェイスアップ方式で、取り付けられている。薬液２０は、薬液供給口１１から薬液排出口１２に向かって、処理室１５内をほぼ水平に流通し、この薬液２０は、被処理面３１上を、被処理面３１に沿って所定の速度勾配をもって流通される。
【００１８】
この薬液処理カップ１０の処理室１５における薬液２０の流通は、ポンプ装置５０によってもたらされる。ポンプ装置５０には、例えばマグネットポンプが使用される。このマグネットポンプ５０は、薬液供給口１１に対して、常時実質的に一定の圧力で薬液２０を供給し、処理室１５内において、薬液２０を薬液排出口１２に向かって、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に流通させる。
【００１９】
図３は被処理部材３０、すなわち半導体ウエハの被処理面３１に対する薬液２０の流通状態を拡大して示す。被処理部材３０はその一部分が拡大して図示され、その被処理面３１には、ブラインドホール３３が開口している。このブラインドホール３３はバイアホールの下側の開口端を塞いだものである。半導体ウエハ３０は、個々の半導体デバイスに分離される前の半導体ウエハであり、各半導体デバイスに対応して、少なくとも１つのブラインドホール３３が形成されている。このブラインドホール３３は半導体ウエハ３０から分離された半導体デバイスにおいて、その半導体基板の裏面に所定の電位を与えるために形成される。図３には、単に１つのブラインドホール３３を含む半導体ウエハ３０の一部分だけが図示されているが、実際には多数の各半導体デバイスのそれぞれに対応してブラインドホール３３が形成されている。この多数の各ブラインドホール３３はそれぞれの上側の開口端が被処理面３１に開口している。
【００２０】
薬液２０は、被処理面３１に沿って所定の流速Ｖをもって、この被処理面３１に沿って被処理面３１に接触しながら、図３に矢印で示すように層流となって常時実質的に一定方向に流通する。この薬液２０の流れは、被処理面３１と実質的に平行である。ブラインドホール３３内にトラップされた気泡３５が被処理面３１上の薬液２０の流れによって、引き出される。
被処理面３１上における薬液２０の流れの詳細が図４の説明図に示される。図４において横軸は被処理面３１であり、縦軸は被処理面３１からの距離Ｚを示す。薬液２０は図４の矢印Ａの方向に、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に流れる。被処理面３１においては、薬液２０の速度は０であるが、図４の説明図に示すように、被処理面３１から離れるにしたがってより大きな速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）となる。最も大きな速度Ｖ３において、速度は飽和して一定となる。被処理面３１からの距離Ｚ３において、最大速度Ｖ３となる。
被処理面３１からの距離ＺがＺ３以下の範囲において、流速Ｖは距離Ｚに比例して増大する。この流速Ｖの変化の勾配、すなわち速度勾配αはｄＶ／ｄＺで定義される。この速度勾配αの単位は（／秒）である。
【００２１】
この発明は、被処理面３１上における薬液２０の速度勾配αを所定値、３００／秒以上として、薬液２０による薬液処理を行なうことを特徴とする。この発明では、被処理面３１上における薬液２０の速度勾配αが大きいほど、ブラインドホール３３内に滞留する気泡３５が、薬液２０の流れによって引き出される効果が大きくなることに着目された。この薬液２０の流れによって気泡３５が引き出される効果はエントレンメント現象と呼ばれる現象に基づくものである。このエントレンメント現象は、例えば日本機械学会発行の「機械工学便覧第７刷」Ａ５−４８ページに記載されているように、流れの境界層外の流体（ブラインドホール内の気泡）が、境界層に吸い込まれ、境界層内に流入する現象である。
【００２２】
図５は半導体ウエハ３０の被処理面３１における気泡除去率と、処理時間との関係を、速度勾配αをパラメータとして示す実験結果である。図５において、横軸は処理時間（分）であり、処理開始時点からの時間であり、その縦軸は、ブラインドホール３３からの気泡除去率（％）である。黒い丸印●で示した曲線Ｂ５は、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを６００／秒とした場合の実験結果であり、黒い四角■で示した曲線Ｂ４は、その速度勾配αを４５０／秒とした場合の実験結果であり、また黒い三角▲で示した曲線Ｂ３は速度勾配αを３００／秒とした場合の実験結果である。さらに、黒い菱◆で示した曲線Ｂ２は速度勾配αを１５０／秒とした場合、また×で示した曲線Ｂ１は速度勾配αを０／秒とした場合のそれぞれの実験結果である。
【００２３】
図５において、速度勾配αが６００／秒であれば、曲線Ｂ５に示すように、処理開始後２０（分）で１００（％）の気泡除去率が得られ、速度勾配αが４５０／秒であれば、曲線Ｂ４に示すように、処理開始後４０（分）で１００（％）の気泡除去率が得られ、また速度勾配αが３００／秒であれば、曲線Ｂ３に示すように、処理開始後４０分で１００％の気泡除去率が得られた。一方、速度勾配αが１５０／秒の場合およびそれが０／秒の場合には、それぞれ曲線Ｂ２、Ｂ１に示すように、処理開始後１時間が経過しても、２０％以下の気泡除去率であった。
【００２４】
以上の実験に基づき、この発明では、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流通させるように、薬液処理装置１００が構成され、またこの発明による薬液処理方法では、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流しながら、被処理面３１の薬液処理を行ない、またこの発明による半導体デバイスの製造方法では、薬液処理工程において、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流しながら、半導体ウエハ３０の被処理面３１の薬液処理を行なう。
【００２５】
図５に示す実験結果は、アスペクト比が２であるブラインドホール３３を複数含んだ半導体ウエハ３０に対する実験結果である。各ブラインドホール３３は、開口径が５０μｍで、深さが１００μｍの大きさとされた。この図５の実験結果から、アスペクト比が２以下のブラインドホール３３に対しては、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを３００／秒以上とすることによって、前記と同様な処理結果が得られると考えられる。一般に半導体ウエハ３０におけるブラインドホール３３のアスペクト比は２以下であるので、この発明は半導体ウエハ３０に対して有効な薬液処理となる。
【００２６】
次にこの発明の実施の形態１について、より具体的な実施態様を挙げて説明する。
まず、半導体ウエハ３０の被処理面３１に対して、洗浄処理を行なう実施態様１、２について説明する。これらの実施態様１、２はともに、図１、図２に示す薬液処理装置１００を使用して実施される。具体的には、半導体デバイスの製造工程の中で、半導体ウエハ３０に多数のバイアホール３３を形成し、この各バイアホール３３の下側の開口端を塞いでブラインドホール３３とした後、この半導体ウエハ３０をその被処理面３１が上を向くフェイスアップ方式で処理室１５内のウエハ保持台１７に設置して実施される。半導体ウエハ３０はガリウム砒素からなり、バイアホール３３は、例えばプラズマエッチングまたはＲＩＥにより形成された。ブラインドホール３３の内部には、エッチングに伴う炭素、塩素などの残渣およびレジストの残渣が存在する。
【００２７】
実施態様１．
この実施態様１では、薬液２０として、東京応化株式会社製のＳ７１０レジスト剥離剤が使用される。この薬液２０は、オルトジクロルベンゼン、フェノールおよびアルキルベンゼンスルホン酸を含んだものである。この薬液２０をポンプ装置５０により、薬液処理カップ１０の処理室１５に流通させた。ポンプ装置５０にはマグネットポンプを用い、薬液２０を被処理面３１上で常時実質的に一定方向に流した。このポンプ装置５０の吐出口５１における薬液圧力を０．１２メガパスカル（ＭＰａ）とし、薬液２０を１３（リットル／分）の流速で流通させ、処理室１５内において、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを６００／秒とした。この状態で、３０分の洗浄処理を行なった結果、ブラインドホール３３を含む被処理面３１に対する洗浄結果は良好で、気泡の滞留による残渣除去の欠陥は見られなかった。
なお、処理室１５における薬液２０の温度は１００〜１２０℃とした。
【００２８】
実施態様２．
この実施態様２では、薬液２０として、米国のＥＫＣ社製のＥＫＣ２６５レジスト剥離剤を使用した。この薬液２０は、エタノールアミンを主成分とする。処理室１５における液温を約８５℃とし、それ以外の条件をすべて実施態様１と同じにした。結果として、ブラインドホール３３を含む被処理面３１に対する洗浄結果は良好で、気泡の滞留による残渣除去の欠陥は見られなかった。
【００２９】
実施態様１、２の何れにおいても、洗浄欠陥、すなわち残渣の残りはブラインドホール３３内に確認されなかったが、これは被処理面３１上の薬液２０の速度勾配α＝６００／秒に基づき、ブラインドホール３３内の気泡が引き出された結果と考えられる。
【００３０】
次に、半導体ウエハの被処理面３１に無電解メッキ処理を行なう実施態様３、４について説明する。この無電解メッキは、半導体デバイスの製造工程の中で、例えば、実施形態１または２による洗浄工程を実施した後、それに引き続いて、実施される。これらの実施態様３、４はともに、半導体デバイスの製造工程の中で、半導体ウエハ３０に多数のバイアホール３３が形成し、この各バイアホール３３の下側の開口端を塞いでブラインドホール３３とした状態で実施される。
【００３１】
この無電解メッキ処理は、詳細には、パラジウム活性化工程、無電解メッキ工程および置換金メッキ工程の３つの工程を含み、実施形態３、４は何れも置換金メッキ工程における実施形態である。
パラジウム活性化工程は、メッキ処理すべき半導体ウエハ３０のブラインドホール３３を含む被処理面３１にパラジウム触媒を付与する工程である。このパラジウム活性化工程では、図１、図２に示した薬液処理装置は使用されず、薬液処理カップ１０とは別の容器中に塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）を主成分とするパラジウム活性化液を入れ、この液中に半導体ウエハ３０を浸漬する。
次の無電解メッキ工程は例えばニッケルーリン（Ｎｉ−Ｐ）を無電解で被処理面３１にメッキする工程である。具体的には、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）と次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）の混合液を６０〜９０℃に加熱し、この液中にパラジウム活性化処理を完了した半導体ウエハ３０を浸漬し、Ｎｉ−Ｐメッキ層を０．２〜０．５μｍの厚さで形成する。この無電解メッキ工程も、図１、図２に示す薬液処理装置は使用せず、薬液処理カップ１０とは別の容器を使用して実施される。
最後の置換金メッキ工程の実施態様３、４は何れも、図１、図２に示した薬液処理装置１００を使用して実施される。この置換金メッキ工程はＮｉ−Ｐメッキ層の表面を金に置換する工程である。実施態様３、４では、ポンプ装置５０には、マグネットポンプを用い、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも４５０／秒の速度勾配αをもって流通させた。
【００３２】
実施態様３．
実施態様４．
実施態様３、４の何れにおいても、ブラインドホール３３内にメッキ欠陥は確認されなかったが、これは被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αに基づき、ブラインドホール３３内の気泡が引き出された結果と考えられる。
【００３５】
実施態様５．
実施態様３、４はいずれも、ブラインドホール３３に無電解メッキを行なうものであるが、この実施態様５はブラインドホール３３の内表面に電気メッキを行なうものである。この電気メッキの実施態様５は、例えば実施態様３、４にて、ブラインドホール３３の内表面に無電解メッキにより金（Ａｕ）の層を形成し、これにカソード電位を与えるようにして行なわれる。処理室１５内にはアノード電極も配置される。
【００３６】
例えばガリウム砒素からなる半導体ウエハ３０のブラインドホール３３の内表面に金（Ａｕ）メッキを行なう場合、薬液２０としては、亜硫酸系メッキ液またはシアン系メッキ液が使用される。亜硫酸系メッキ液は例えば亜硫酸金ナトリウムおよび亜硫酸ナトリウムを主成分としたものが使用され、シアン系メッキ液は例えばシアン化金ナトリウムを主成分としたものが使用される。処理室１５内における薬液２０の温度は４０℃から７０℃、例えば５０℃または６５℃とされる。この薬液２０を上記と同様に、マグネットポンプからなるポンプ装置５０により処理室１５に供給し、被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配αをもって流通させた状態で、金（Ａｕ）の電気メッキを行なう。この薬液２０の速度勾配αにより、ブラインドホール３３内の気泡３５が引き出されるので、エアトラップによる欠陥を発生させることなく、電気メッキを行なうことができる。
【００３７】
以上のようにこの発明の実施の形態１による薬液処理装置は、内部に被処理部材３０が設置される薬液処理カップ１０と、この薬液処理カップ１０内に薬液２０を流通されるポンプ装置５０とを有し、被処理部材３０の被処理面３１が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面３１を薬液処理する薬液処理装置であって、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１を薬液処理するように構成されている。被処理面３１が上を向いたフェイスアップ方式で被処理面３１を薬液処理する薬液処理装置において、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら被処理面３１を薬液処理する構成は、ブラインドホール３３を有する被処理面３１に対しても、ブラインドホール内の気泡をブラインドホールから引き出す作用をもたらし、この気泡の引出作用に基づき、ブラインドホール内におけるエアトラップを解消することができ、ブラインドホールを有する被処理面に対しても、エアトラップによる処理不良の発生を防止することができる。
【００３８】
また、実施の形態１にともなって説明したこの発明による薬液処理方法は、被処理面３１に複数のブラインドホール３３を有する被処理部材３０を、被処理面３１が上を向くようにして薬液処理カップ１０内に設置し、被処理面３１に薬液処理を行なう薬液処理方法であって、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１を薬液処理する。この薬液処理方法でも、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させることにより、ブラインドホール３３内の気泡を引出し、この気泡による処理欠陥を解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この薬液処理方法において、被処理部材３０が複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０であり、薬液２０によってブラインドホール３３内の洗浄処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の残渣などを、気泡による洗浄不良を発生させることなく、洗浄処理できる。
また、この薬液処理方法において、被処理部材３０が複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０であり、薬液２０によってブラインドホール３３に対するメッキ処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の気泡によるメッキ欠陥を発生させることなく、ブラインドホールに対するメッキ処理を行なうことができる。
【００３９】
また、実施の形態１に伴って説明したこの発明による半導体デバイスの製造方法は、被処理面３１に複数のブラインドホール３３を有する半導体ウエハ３０に対する薬液処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であり、薬液処理工程では、被処理面３１が上を向くようにして半導体ウエハ３０が薬液処理カップ１０内に設置され、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させながら、被処理面３１が薬液処理される。この半導体デバイスの製造方法における薬液処理工程でも、薬液２０を被処理面３１に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上の速度勾配をもって流通させることにより、ブラインドホール３３内の気泡を引出し、この気泡による処理欠陥を解消し、被処理面を薬液処理することができる。
また、この半導体デバイスの製造方法において、薬液処理工程により、ブラインドホール３３内の洗浄処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の残渣などを、気泡による洗浄不良を発生させることなく、洗浄処理できる。
また、この半導体デバイスの製造方法において、薬液処理工程により、ブラインドホール３３に対するメッキ処理を行なう方法では、ブラインドホール３３内の気泡によるメッキ欠陥を発生させることなく、ブラインドホールに対するメッキ処理を行なうことができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６はこの発明による薬液処理装置の実施の形態２の薬液処理カップ１０Ａを示す。この実施の形態２の薬液処理カップ１０Ａは、その容器１３の薬液排出口１２の内面に、排出口１２の実効開口面積を調整できる調整部材１８を配置したものである。その他の構成は図１、図２に示す薬液処理装置１００と同じである。
【００４１】
調整部材１８は、容器１３の側壁面に沿って、上下方向に移動可能な一対の調整板１８１、１８２を有し、それらの間に実効開口１８０を形成する。調整板１８１は排出口１２の中心から上の部分において上下方向に移動可能とされ、調整板１８２は排出口１２の中心から下の部分において上下方向に移動可能とされる。調整板１８１、１８２を移動し、これらの調整板１８１、１８２と排出口１２との重なりの面積を変えることによって、排出口１２の実効開口面積を変えることができる。この調整部材１８により排出口１２の実効開口面積を変えることにより、薬液処理カップ１０内の処理室１５における薬液２０の液流の状態を変化させ、半導体ウエハ３０の被処理面３１上において薬液２０を実質的に常時同一方向の流れに保ちながら、併せて、被処理面３１上での薬液２０の速度勾配αの調整を容易に行なうことができる。また速度勾配αのばらつきをも低減することができる。この調整部材１８の調整に基づき、被処理面３１上の速度勾配αを３００／秒以上の所定値に保ち、気泡３５による洗浄不良、メッキ不良の発生を抑制する効果を増大できる。
【００４２】
実施の形態３．
図７はこの発明による薬液処理装置の実施の形態３の薬液処理カップ１０Ｂを示す。この実施の形態３の薬液処理カップ１０Ｂは、その容器１３の処理室１５内に、流速調整板１９を追加したものである。その他の構成は図１、図２に示す薬液処理装置１００と同じである。
【００４３】
流速調整板１９は、被処理面３１と平行に配置され、処理室１５の各側壁内面にぴったり嵌め込まれて薬液２０の流れを流速調整板１９の下部に限定する。この流速調整板１９は、被処理面３１と平行な状態を保ちながら、被処理面３１と距離ｄを介して対向し、処理室１５内を上下方向に移動可能とされる。この流速調整板１９により、被処理面３１上の薬液２０を常時実質的に同一方向の流れに保ちながら、併せて調整板１９の上下方向の移動により、被処理面３１上の薬液２０の速度勾配αを調整し、またこの速度勾配αのばらつきを低減できる。流速調整板１９を被処理面３１に近づけることにより、被処理面３１上の速度勾配αを大きくできる。この流速調整板１９の調整に基づき、被処理面３１上の速度勾配αを３００／秒以上の所定値に保ち、エアトラップ３５による洗浄不良、メッキ不良の発生を抑制する効果を増大できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の薬液処理装置によれば、被処理部材の被処理面がブラインドホールを含むものであっても、ブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この発明の薬液処理方法によれば、被処理面のブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができる。
また、この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、薬液処理工程において、半導体ウエハの被処理面のブラインドホール内のエアトラップを解消しながら、薬液処理を行なうことができ、完成した半導体デバイスの信頼性の向上と歩留まり向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による薬液処理方法および半導体デバイスの製造方法において使用されるこの発明による薬液処理装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】 実施の形態１における薬液処理カップを示す断面図。
【図３】 この発明による被処理部材の一部分と薬液の流れを示す模式断面図。
【図４】 この発明による被処理面上の薬液の流れの説明図。
【図５】 薬液処理時間と気泡除去率との関係の実験結果を示す線図。
【図６】 この発明による薬液処理装置の実施の形態２における薬液処理カップを示す断面図。
【図７】 この発明による薬液処理装置の実施の形態３における薬液処理カップを示す断面図。
【符号の説明】
１００ 薬液処理装置、 １０、１０Ａ、１０Ｂ 薬液処理カップ、 １１ 薬液供給口、 １２ 薬液排出口、 １５ 処理室、 ２０ 薬液、３０ 被処理部材（半導体ウエハ）、 ３１ 被処理面 ３３ ブラインドホール、 ３５ 気泡、 ４０ 薬液タンク、 ５０ ポンプ装置、
６０ 薬液循環系。
Claims (11)
- 内部に被処理部材が設置される薬液処理カップと、この薬液処理カップ内に薬液を流通させるポンプ装置とを有し、前記被処理部材の被処理面が上を向いたフェイスアップ方式で前記被処理面を薬液処理する薬液処理装置であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を薬液処理するように構成されたことを特徴とする薬液処理装置。
- 請求項１記載の薬液処理装置であって、前記薬液処理カップは薬液の供給口と排出口を有し、前記薬液の排出口に、移動可能な一対の調整板が配置されたことを特徴とする薬液処理装置。
- 請求項１記載の薬液処理装置であって、前記薬液処理カップ内に前記被処理面と対向する流速調整板が配置されたことを特徴とする薬液処理装置。
- 被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する被処理部材を、前記被処理面が上に向くようにして薬液処理カップ内に設置し、前記被処理面に薬液処理を行なう薬液処理方法であって、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面を処理することを特徴とする薬液処理方法。
- 請求項４記載の薬液処理方法であって、前記被処理部材が被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する半導体ウエハであり、前記薬液によって前記ブラインドホール内の洗浄処理を行なうことを特徴とする薬液処理方法。
- 請求項４記載の薬液処理方法であって、前記被処理部材が被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する半導体ウエハであり、前記薬液によって前記ブラインドホールに対するメッキ処理を行なうことを特徴とする薬液処理方法。
- 請求項４から６のいずれか１項記載の薬液処理方法であって、前記ブラインドホールのアスペクト比が２以下である薬液処理方法。
- 被処理面に開口する複数のブラインドホールを有する半導体ウエハに対する薬液処理工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記薬液処理工程では、前記被処理面が上に向くようにして前記半導体ウエハが薬液処理カップ内に設置され、前記薬液を前記被処理面に沿って常時実質的に一定方向に、しかも３００／秒以上で６００／秒以下の速度勾配をもって流通させながら、前記被処理面が処理されることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
- 請求項８記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記薬液処理工程において、前記ブラインドホール内の洗浄処理が行なわれることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
- 請求項８記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記薬液処理工程において、前記ブラインドホールに対するメッキ処理が行なわれることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
- 請求項８から１０のいずれか１項記載の半導体デバイスの製造方法であって、前記ブラインドホールのアスペクト比が２以下である半導体デバイスの製造方法。
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